戴加祺,黎廣榮, 2,郭福生,王 超,王 哲,張萬(wàn)良,于玉帥

1.放射性地質(zhì)與勘探技術(shù)國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室/東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，南昌 330013 2.內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210093 3.核工業(yè)270研究所，南昌 330200 4.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心 ，武漢 430205

0 引言

電氣石族是一類(lèi)化學(xué)成分及結(jié)構(gòu)均較為復(fù)雜的硼硅酸鹽礦物[1-3]，其化學(xué)通式為NaR3Al6[Si6O18][BO3]3(OH)4，R代表Mg2+、Fe2+、Mn2+、Li++Al3+、Cr3+或者Fe3+，Al3+可被Mg2+、Fe3+替代，Si4+處于四面體位置，可部分被Al3+替代，Na+可被K+、Ca2+替代，或形成空位，OH-可被F-、Cl-替代，B無(wú)明顯替代作用。根據(jù)R位置上所占優(yōu)勢(shì)的主要原子種類(lèi)，可以將電氣石分為鋰電氣石、鎂電氣石、鐵(黑)電氣石[2]。電氣石作為最廣泛分布的含硼硅酸鹽礦物，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和離子替代關(guān)系復(fù)雜，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性以及較慢的主微量擴(kuò)散速度[4]，電氣石形成后，可穩(wěn)定地保存于極寬的溫壓范圍內(nèi)，能較完整且有效地儲(chǔ)存其原始化學(xué)組分及同位素等信息，為成巖成礦條件的研究提供充分的佐證，可作為記載各種地質(zhì)信息的重要媒介出現(xiàn)在各種地質(zhì)環(huán)境中[5]。B是一種高度不相容的流體活動(dòng)性元素，通常以微量元素的形式存在于各類(lèi)火成巖、變質(zhì)巖及熱液礦床中[6-8]，而電氣石為其主要載體。電氣石中的B同位素組成已被廣泛應(yīng)用于地學(xué)領(lǐng)域的各方面，諸如在殼-幔演化、沉積環(huán)境、礦床成因、古氣候示蹤等方面的研究，已取得顯著的成果[9-13]。B同位素研究既能用于推測(cè)成礦熱液中B的來(lái)源，也能用來(lái)判別不同類(lèi)型的成巖成礦作用[14]。利用電氣石的化學(xué)元素和同位素分析手段，能有效地指示成巖成礦過(guò)程的物質(zhì)來(lái)源及演化等特征[15-16]。

根據(jù)賦存圍巖的不同，我國(guó)的鈾礦床可分為4類(lèi)，即花崗巖型鈾礦床、砂巖型鈾礦床、火山巖型鈾礦床、炭硅泥巖型鈾礦床[17]。相山鈾礦田是我國(guó)最大的火山巖型鈾礦，長(zhǎng)期以來(lái)備受地質(zhì)學(xué)家的熱切關(guān)注[18]。相山火山盆地巖體主體巖性主要為淺灰色、淺紅色的碎斑熔巖，其出露面積約占盆地內(nèi)火山巖的80%[19]。前人在相山鈾礦田的年代學(xué)及地球化學(xué)等方面做了較多的研究工作[20-22]，然而，目前對(duì)于相山鈾成礦物質(zhì)來(lái)源及碎斑熔巖源區(qū)物質(zhì)等方面的認(rèn)識(shí)仍未達(dá)成共識(shí)，主要分歧點(diǎn)在于兩者是否有地幔成分的加入。對(duì)于相山碎斑熔巖，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為其主要來(lái)源于地殼物質(zhì)的部分熔融，地幔物質(zhì)幾乎不參與其中[23-28]，而部分學(xué)者認(rèn)為其具一定量地幔物質(zhì)的混入[29-30]。對(duì)于相山鈾物質(zhì)來(lái)源：部分學(xué)者認(rèn)為其主要來(lái)源于地殼，特別是地殼中的富鈾火山—次火山雜巖體(變質(zhì)基底部分熔融的產(chǎn)物)[31]或主要來(lái)源于深源巖漿，其次為火山--次火山巖及變質(zhì)圍巖[32-33]，可能有少量地幔鈾的參與[34]；一部分學(xué)者則認(rèn)為其主要與深源地幔有關(guān)[35-36]。碎斑熔巖的邊緣亞相中發(fā)育球形電氣石囊包與晶質(zhì)鈾礦相伴生，對(duì)該火山盆地的成巖成礦過(guò)程有重要指示意義；此外，前人對(duì)含硼硅酸鹽礦物在熱液型鈾礦化中的作用研究較少[37]。筆者利用顯微鏡、電子探針、激光剝蝕多接收等離子質(zhì)譜儀等分析儀器，對(duì)相山鈾礦田如意亭剖面碎斑熔巖中電氣石的形態(tài)、成分及B同位素等進(jìn)行了詳細(xì)的研究工作，以進(jìn)一步探討碎斑熔巖的成巖環(huán)境及電氣石對(duì)鈾成礦作用的指示意義。

1 地質(zhì)概況

相山鈾礦田位于揚(yáng)子板塊與華夏板塊縫合線(江紹縫合線)南緣(圖1)，北東向贛杭火山巖鈾成礦帶與北北東向大王山—于山花崗巖型鈾成礦帶的交匯部位，為一大型的火山塌陷盆地?；鹕脚璧貎?nèi)發(fā)育有多組構(gòu)造斷裂，基底有EW、SN、NE、NW向4組構(gòu)造斷裂，以EW向?yàn)橹?。蓋層構(gòu)造主要是以NE向深大斷裂為主導(dǎo)，NW向次之，并聯(lián)合火山塌陷環(huán)狀斷裂，共同控制了礦田內(nèi)主要的鈾礦床(圖2)。

相山地區(qū)構(gòu)造、巖漿活動(dòng)較為頻繁，巖石地層發(fā)育不完整，總體上主要由基底及蓋層組成?；椎貙又饕獮樾略沤缱冑|(zhì)巖系，巖性主要為千枚巖、片巖，出露在盆地北、東、南側(cè)，局部可見(jiàn)熱變質(zhì)作用形成的角巖以及深部變質(zhì)作用形成的糜棱巖；自南向北變質(zhì)程度逐漸增強(qiáng)，但總體來(lái)說(shuō)變質(zhì)程度較低，屬于綠片巖相—角閃巖相，總厚度超過(guò)1 km。蓋層主要為打鼓頂組和鵝湖嶺組火山巖。打鼓頂組巖性為火山碎屑沉積巖、晶屑玻屑凝灰?guī)r和熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋英安巖；鵝湖嶺組巖性為沉積碎屑巖和灰流熔結(jié)凝灰?guī)r、碎斑流紋巖和廣泛分布的碎斑熔巖，其中侵出—溢流相碎斑熔巖為相山的主體巖性。區(qū)內(nèi)巖漿巖活動(dòng)十分頻繁，主要發(fā)育有加里東期、印支期以及燕山期的多期巖漿活動(dòng)。相山礦田的噴出巖主要為打鼓頂組的流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋英安巖以及鵝湖嶺組的弱熔結(jié)凝灰?guī)r和碎斑熔巖。其中，碎斑熔巖為相山礦田的主體巖性，分布廣泛，且碎斑熔巖和流紋英安巖是相山主要的含礦巖石。相山地區(qū)的侵入巖為次火山巖，呈不連續(xù)環(huán)狀產(chǎn)于盆地邊緣，巖性為次花崗斑巖、花崗閃長(zhǎng)斑巖和次斑狀花崗巖，且主要分布在盆地的北部、東部和南部，多是火山塌陷盆地形成后次火山巖漿沿構(gòu)造破裂面侵入而成。這些侵入巖控制了北部一些鈾礦床的產(chǎn)出，是相山重要的含礦巖石之一。

據(jù)文獻(xiàn)[38]修編。圖1 相山鈾礦田大地構(gòu)造示意圖Fig.1 Schematic diagram of the tectonic location of Xiangshan uranium orefield

區(qū)內(nèi)圍巖蝕變較為強(qiáng)烈，主要有鈉長(zhǎng)石化、水云母化、赤鐵礦化、螢石化、綠泥石化、黃鐵礦化等。

2 碎斑熔巖巖石學(xué)

碎斑熔巖幾乎遍布整個(gè)盆地，是相山火山盆地的主體巖石。宏觀上，相山碎斑熔巖根據(jù)其顯微結(jié)構(gòu)可分為邊緣亞相、過(guò)渡亞相和中心亞相[19,40]。

邊緣亞相灰色、淺肉紅色，塊狀構(gòu)造，碎斑結(jié)構(gòu)。斑晶(或晶屑)體積分?jǐn)?shù)為50%～60%，主要有鉀長(zhǎng)石、石英、斜長(zhǎng)石和少量黑云母：鉀長(zhǎng)石為透長(zhǎng)石及高溫正長(zhǎng)石，光軸角用錐光法測(cè)得結(jié)果為33°～44°；石英呈高溫相β-石英的六方雙錐形態(tài)，發(fā)育裂紋；斜長(zhǎng)石不同程度地被絹云母交代；黑云母彎曲明顯，偶爾見(jiàn)暗化邊；斑晶(或晶屑)大部分已震碎(圖3a)，構(gòu)成碎斑狀，碎斑占晶屑比例的60%以上?；|(zhì)為隱晶質(zhì)，體積分?jǐn)?shù)為20%～35%。巖石中含有較多的角礫，體積分?jǐn)?shù)為6%～15%，局部可達(dá)30%以上，大小一般為0.5～10.0 cm，大者可達(dá)30.0 cm，部分具弱定向性；角礫成分以變質(zhì)巖角礫為主，含少量的晶屑凝灰?guī)r、流紋英安巖和漿屑(或同源巖屑)。變質(zhì)巖角礫成分主要為石英黑云角巖、黑云石英角巖、千枚巖和變質(zhì)長(zhǎng)石石英砂巖。

過(guò)渡亞相新鮮面顏色為灰色，或略帶淺紅色，風(fēng)化后呈灰白、黃褐色，風(fēng)化面常呈疙瘩狀。巖石呈碎斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，碎斑體積分?jǐn)?shù)為60%左右。碎斑有鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、石英和黑云母：鉀長(zhǎng)石光軸角42°～48°，個(gè)別為53°，屬透長(zhǎng)石及高溫正長(zhǎng)石，鉀長(zhǎng)石的單礦物分析結(jié)果，w(K2O)為12.21%～13.45%，w(Na2O)為2.36%～3.21%，鉀長(zhǎng)石的次生變化主要是泥化；斜長(zhǎng)石An=20.21%～37.60%，為更長(zhǎng)石—中長(zhǎng)石，經(jīng)?？梢?jiàn)環(huán)帶構(gòu)造；石英呈尖角的碎屑狀，并發(fā)育炸裂紋及高溫熔蝕現(xiàn)象(圖3b)；黑云母斑晶新鮮，基本上無(wú)暗化，宏觀黑色發(fā)亮，單偏光下呈褐色，經(jīng)常呈彎曲形態(tài)，為鐵質(zhì)黑云母和鐵葉云母-鐵黑云母，其次生變化主要是綠泥石化。巖石中?？梢?jiàn)電氣石囊包，囊包大小一般為0.5～3.0 cm，大的可達(dá)6.0 cm左右，由黑電氣石和石英組成，其晶體多為自形晶，也有一些呈粉末狀，集合體周?chē)Ｓ?.0～5.0 mm寬的褪色暈圈。少量電氣石集合體沿裂隙斷續(xù)分布，但絕大多數(shù)是不受裂隙構(gòu)造的控制，呈不規(guī)則橢圓狀分布在熔巖中。

中心亞相與過(guò)渡亞相碎斑熔巖相似，但其結(jié)晶程度更高，巖石具碎斑結(jié)構(gòu)，斑晶見(jiàn)珠邊結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為顯微粒狀結(jié)構(gòu)(圖3c)，塊狀構(gòu)造。其標(biāo)志性特征是含花崗質(zhì)團(tuán)塊，團(tuán)塊體積分?jǐn)?shù)為5%～15%不等、大小不一，一般為5.0～30.0 cm，大的可達(dá)1.0 m以上，最大者可達(dá)10余m；形態(tài)以橢圓形、長(zhǎng)條狀、條帶狀為主，少部分為撕裂狀，扁平橢圓狀等形態(tài)，團(tuán)塊定向性常較明顯；其巖性為花崗斑巖，常含較多長(zhǎng)石粗斑，斑晶大小一般為0.5～1.5 cm，也可見(jiàn)有3.0 cm左右的大斑晶，斑晶常具定向現(xiàn)象，表現(xiàn)出明顯的流動(dòng)構(gòu)造特征(圖3d)。另外，巖石中也含有不等量的變質(zhì)巖角礫(1%～12%)，或其他沉積巖角礫，這些角礫大多數(shù)呈棱角狀，角礫的分布也具有一定的方向性。

電氣石主要發(fā)育在邊緣亞相及過(guò)渡亞相中，顏色相對(duì)穩(wěn)定，以黑色為主(圖4)，少部分電氣石呈現(xiàn)出綠色、淺綠色，具較明顯的吸收性、多色性中等偏弱。電氣石主要呈自形--半自形產(chǎn)出，其常被石英、鉀長(zhǎng)石包裹。碎斑熔巖中的電氣石常呈球形囊包產(chǎn)出，周?chē)l(fā)育明顯的渾白色暈圈，直徑達(dá)10.0～20.0 cm，其主要的礦物組合為電氣石、石英以及少量長(zhǎng)石等(圖4a)。電氣石礦物顆粒直徑大小不一，從幾十μm到幾百μm不等，并交代早期形成的長(zhǎng)石。渾白色暈圈的礦物組成和周?chē)乃榘呷蹘r相似，但不含黑云母及電氣石等暗色礦物(圖4a)。

3 樣品采集及分析方法

本次實(shí)驗(yàn)所分析的樣品采自相山鈾礦田如意亭剖面未風(fēng)化的巖心，采樣位置坐標(biāo)115°57′34″E，27°34′24″N。樣品的巖性為淺灰色碎斑熔巖，巖石成分斑晶體積分?jǐn)?shù)為30%～40%。斑晶中石英占15%～20%，斜長(zhǎng)石5%，堿性長(zhǎng)石10%～15%，黑云母3%?；|(zhì)成分為60%～70%。

電氣石主量元素電子探針?lè)治鰷y(cè)試在東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試完成。儀器型號(hào)為JXA-8100，工作條件：加速電壓15 kV，電流為2.00×10-8A，束斑直徑小于1 μm。相關(guān)測(cè)試元素及其所采用標(biāo)樣分別為：Na(硬玉)、Fe(赤鐵礦)、K(透長(zhǎng)石)、Mg(橄欖石)、Mn(薔薇輝石)、Ca(磷灰石)、Al(硬玉)、Ti(金紅石)、P(磷灰石)、Si(石英)、Cl(硅鈹鋁鈉石)、F(氟石)。電氣石單位結(jié)構(gòu)式的計(jì)算是根據(jù)假設(shè)電氣石結(jié)構(gòu)式中四面體和八面體位置上的(T+Z+Y)為15個(gè)陽(yáng)離子進(jìn)行的[41]，同時(shí)假設(shè)結(jié)構(gòu)分子式中B的原子個(gè)數(shù)為3，(OH+F)離子數(shù)為4，由此可定量計(jì)算出B2O3和H2O的組分含量， Fe3+和Fe2+的相對(duì)含量根據(jù)電價(jià)差值法推算得出[42]，雖然這種方法計(jì)算出的Fe3 +/ Fe2 +絕對(duì)值不準(zhǔn)確，但計(jì)算出不同樣品的比值相對(duì)高、低情況是可信的，可以用于探討不同樣品中電氣石記錄的流體氧化還原條件的變化[8,43]。此外，由于分析得出的w(Cl)(≤0.02%)和w(P2O5)(≤0.2%)均較低，故未將二者納入電氣石結(jié)構(gòu)式的計(jì)算范疇，電氣石電子探針成分?jǐn)?shù)據(jù)及相關(guān)參數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

電氣石中B同位素原位分析測(cè)試(2塊實(shí)驗(yàn)樣品分別為XSJ08-2及MFS2-4)在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，利用激光剝蝕多接收等離子質(zhì)譜(LA-MC-ICP-MS) 進(jìn)行分析測(cè)試，其中激光剝蝕器型號(hào)為Newwave生產(chǎn)的UP193FX 型固體激光剝蝕系統(tǒng)，MC-ICP-MS 型號(hào)為 Thermo Finnigan 公司生產(chǎn)的 Neptune Plus，以氦氣作為載氣，對(duì)B的2個(gè)同位素信號(hào)(10B，11B)同時(shí)靜態(tài)接收。實(shí)驗(yàn)過(guò)程所使用的束斑直徑為50 μm，能量強(qiáng)度為8 mJ，剝蝕頻率為10 Hz，激光輸出強(qiáng)度為90%，數(shù)據(jù)采集所用的積分時(shí)間為0.131 s，每個(gè)測(cè)試點(diǎn)接收200組數(shù)據(jù)，前面27 s不開(kāi)激光，測(cè)試氣體空白，27 s剝蝕樣品。在分析過(guò)程中采用每10個(gè)未知樣品點(diǎn)前后分別分析2個(gè)標(biāo)樣點(diǎn)，以4個(gè)標(biāo)樣點(diǎn)的平均值校正未知樣品的方法，來(lái)消除儀器質(zhì)量歧視和同位素分餾。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用標(biāo)樣IAEA 4為標(biāo)準(zhǔn)，其δ11B值采用結(jié)果平均值(-8.71±0.18)‰[44]，以南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室電氣石標(biāo)樣(Huo)作為監(jiān)控標(biāo)樣，實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程得出Huo分析點(diǎn)的δ11B平均值為(-13.41±0.69)‰，與實(shí)驗(yàn)室推薦的δ11B值(-12.97±0.57)‰在誤差范圍內(nèi)保持一致。使用SSB法進(jìn)行數(shù)據(jù)的校正處理，詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)方法參考侯可軍等[45]的報(bào)道，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表1 研究區(qū)碎斑熔巖中電氣石主量元素化學(xué)成分

注：B2O3和H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)根據(jù)化學(xué)計(jì)量數(shù)求出；Fe3+和Fe2+的質(zhì)量分?jǐn)?shù)根據(jù)電價(jià)差值法推算。分析測(cè)試在東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，測(cè)試時(shí)間2016-10。表中Fe2+/(Fe2++Mg2+)、Fe3+/(Fe3++Fe2+)為無(wú)量綱，其他單位為%。

表2研究區(qū)碎斑熔巖中電氣石結(jié)構(gòu)式各位置離子數(shù)特征

Table2Characteristicsofthenumberofionsineachpositionoftourmalinestructureinporphyroclasticlavainthestudyarea

apfu

注：表中X、Y、Z、T為電氣石分子式中不同位置上所占離子數(shù)情況；電氣石理想分子式為XY3Z6[T6O18][BO3]3(OH)4；假設(shè)T+Z+Y=15 apfu，B=3 apfu，OH+F=4 apfu，X-site:□為X位置上的空位。分析測(cè)試在東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，測(cè)試時(shí)間2016-10。

表3研究區(qū)碎斑熔巖中電氣石B同位素LA-MC-ICP-MS分析測(cè)試結(jié)果

Table3BisotopeanalysisresultsoftourmalinebyLA-MC-ICP-MSinporphyroclasticlavainthestudyarea

樣品編號(hào)11B/10Bδ11B/‰2σXSJ08214.591-12.751.22XSJ08224.593-12.321.00XSJ08234.591-12.861.18XSJ08244.592-12.761.66XSJ08254.592-12.740.98XSJ08264.594-12.482.20XSJ08274.594-12.390.76XSJ08284.595-12.280.63MFS24114.592-12.820.72MFS24124.594-12.450.74MFS24134.593-12.610.67MFS24214.592-12.910.54MFS24224.593-12.710.72MFS24234.592-12.910.78MFS24314.591-13.150.72MFS24324.591-13.080.74MFS24334.592-13.030.76

注：11B/10B值為IAEA B4標(biāo)樣校正后的比值[46]，δ11B=((11B/10B)樣品/(11B/10B)標(biāo)準(zhǔn)-1)×1 000，其中，標(biāo)準(zhǔn)為美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局(NBS)的SRM 951硼酸樣品，推薦的(11B/10B)標(biāo)準(zhǔn)比值為4.050[47]。測(cè)試時(shí)間2016-11。

4 測(cè)試結(jié)果

4.1 電氣石化學(xué)成分特征

相山鈾礦田如意亭剖面碎斑熔巖中電氣石化學(xué)成分特征見(jiàn)表1。結(jié)果顯示，電氣石中w(Na2O)為1.87%～2.20%；w(FeO)為16.22%～18.90%；w(K2O)為0.05%～0.12%；w(MgO)為1.75%～2.09%；w(MnO)為0.19%～0.30%；w(CaO)為0.95%～1.35%；w(Al2O3)為25.79%～26.84%；w(TiO2)為0.86%～1.30%；w(SiO2)為32.17%～34.43%；w(F)為0.10%～1.77%，定量計(jì)算出的w(B2O3)為9.49%～9.97%，F(xiàn)e2+/(Fe2++Mg2+)值為0.81～0.86?？梢?jiàn)，相山碎斑熔巖中不同電氣石之間其化學(xué)成分總體差別不大，且總體上表現(xiàn)出相對(duì)富Na、Fe、F等元素，而貧Mg、Ca等元素的特征。

根據(jù)X位置陽(yáng)離子占位情況的分類(lèi)圖解[48]，可知上述所有電氣石類(lèi)型均為堿性族(圖5)。根據(jù)Ca2+/( Ca2++ Na++ K+)-Fe2+/(Fe2++Mg2+)分類(lèi)圖解(圖6)，相山鈾礦田如意亭剖面碎斑熔巖中電氣石投影點(diǎn)均落于黑電氣石區(qū)域[49]。根據(jù)電氣石中R位置上Mg-Fe-Li所占優(yōu)勢(shì)可將電氣石分為鐵(黑)電氣石、鎂電氣石及鋰電氣石3類(lèi)，相山電氣石w(FeO)為16.22%～18.90%，具有較高的Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)，綜上表明如意亭剖面碎斑熔巖中電氣石為黑電氣石。

底圖據(jù)文獻(xiàn)[48]。圖5 研究區(qū)電氣石X位置陽(yáng)離子占位情況分類(lèi)圖解Fig.5 Classification diagram of cationic occupancy on X site of tourmaline the study area

底圖據(jù)文獻(xiàn)[48]。圖6 研究區(qū)電氣石Ca2+/( Ca2++Na++K+)-Fe2+/(Fe2++Mg2+)分類(lèi)圖解Fig.6 Classification diagram of tourmaline base on Ca2+/(Ca2++Na++K+)-Fe2+/(Fe2++Mg2+) in the study area

相山碎斑熔巖中電氣石結(jié)構(gòu)式Y(jié)位置上的 Mg2+與Fe2+之間總體上呈一定的負(fù)相關(guān)性，T位置上的Si4+與Al3+之間存在明顯的負(fù)相關(guān)性，結(jié)合表2中電氣石分子結(jié)構(gòu)式各位置離子數(shù)特征，可知電氣石分子結(jié)構(gòu)內(nèi)部的陽(yáng)離子替代反應(yīng)主要發(fā)生在X位置上的Ca2+與Na+之間、Y位置上的Mg2+與Fe2+之間及Z位置上的Al3+與Fe3+、Mg2+之間[50]，由于這些替代反應(yīng)的存在，促使了不同性質(zhì)電氣石類(lèi)型的形成[51]。

4.2 電氣石B同位素特征

相山碎斑熔巖中電氣石的B同位素LA-MC-ICP-MS分析結(jié)果(表3)顯示：樣品XSJ08-2中，11B/10B值范圍為4.591～4.595，平均為4.593，δ11B范圍為-12.86‰～-12.28‰，平均為-12.57‰；樣品MFS2-4中，11B/10B值為4.591～4.594，平均為4.592，δ11B為-13.15‰～-12.45‰，平均為-12.85‰。兩個(gè)樣品的11B/10B值和δ11B值均分別相近，表明相山碎斑熔巖中電氣石具有較一致的δ11B值(-13.15‰～-12.28‰)，代表相山碎斑熔巖應(yīng)為一套具相似物源的巖體，且該值與大陸地殼的δ11B平均值(-10±3)‰[52-54]相近，也與前人報(bào)道的巖漿熱液成因電氣石的δ11B值范圍(約-12.6‰)[54-56]基本一致。

5 討論

5.1 電氣石化學(xué)組成對(duì)成巖成礦過(guò)程的指示

通常，電氣石的化學(xué)成分與圍巖成分特征存在密切聯(lián)系[8,49]：當(dāng)圍巖為變質(zhì)泥質(zhì)巖時(shí)，一般表現(xiàn)為富Ca-Mg的電氣石；當(dāng)圍巖為基性火山巖時(shí)，通常表現(xiàn)為富Na-Mg的鎂電氣石(極富Mg)；而存在于花崗巖中的電氣石則常為富Na-Fe黑電氣石。此外，電氣石的生長(zhǎng)明顯受流體中Na、Ca、Mg、Fe等成分的影響[57]。流體中高含量的Na、Fe元素將使黑電氣石更具穩(wěn)定性。已有的研究表明，富F、Fe的電氣石形成于巖漿演化晚期或早期的富F、Fe、高含水的巖漿或熱液[58-59]，而相山碎斑熔巖中電氣石具較高的F、Fe元素，表明相山碎斑熔巖的原巖中富集F、Fe等元素。B元素為不相容元素，在絕大多數(shù)礦物晶體中均表現(xiàn)出不相容性，其主要以絡(luò)合物形式存在，其中，電氣石為B元素的主要載體之一，相山碎斑熔巖中存在大量電氣石指示在巖漿高度演化后期，巖漿的不混溶作用加強(qiáng)[37]。

據(jù)Henry等[60-61]提出的Al-Al50Fe50-Al50Mg50三元圖解以及Fe-Mg-Ca三元圖解，如意亭剖面碎斑熔巖中的電氣石均落在貧Li花崗巖、偉晶巖和細(xì)晶巖區(qū)域(圖7)，指示碎斑熔巖中的電氣石形成與較高的氧逸度環(huán)境有關(guān)。高氧逸度環(huán)境可以促進(jìn)U、Th元素轉(zhuǎn)變?yōu)楦邇r(jià)態(tài)的U、Th元素。U元素電價(jià)越高，與配位離子結(jié)合的能力越強(qiáng)，即能與更多的配位離子組成絡(luò)合物，使其密度更小, 更易遷移[58,62]。趙友東等[63]對(duì)贛南富城巖體研究顯示，高氧逸度環(huán)境有利于流體對(duì)蝕變巖體中鈾的萃取，進(jìn)而形成含鈾熱液，為后期鈾沉淀提供有力條件。

熱液蝕變對(duì)鈾礦物的富集起著十分重要的作用，其可通過(guò)改變圍巖的化學(xué)性質(zhì)，為鈾的富集提供重要的容礦空間[64]。此外，熱液蝕變還能改變鈾的化學(xué)活性，在為鈾的賦存提供空間的同時(shí)，也為鈾的遷移提供有利條件[65-66]。相山鈾礦區(qū)的鈉長(zhǎng)石化、水云母化、赤鐵礦化、螢石化、綠泥石化、黃鐵礦化等十分發(fā)育，表明該區(qū)具充分的鈾遷移、富集條件。劉英俊[67]及唐傲等[68]的研究顯示，巖漿熱液中揮發(fā)分的存在對(duì)U、Th元素的遷移起著重要作用。B元素為巖漿熱液中重要的揮發(fā)組分，與其他揮發(fā)組分共同參與流體演化、圍巖蝕變以及金屬遷移和沉積的一系列過(guò)程[64]。由于巖漿熱液中富含大量的揮發(fā)組分，降低了巖漿的固相線及液相線溫度[69]，大量揮發(fā)性組分的存在將促進(jìn)巖漿充分的分離結(jié)晶，并促使U、W等高場(chǎng)強(qiáng)元素的極端富集[70-71]。邵飛等[72-73]的研究表明，相山礦田鈾物質(zhì)主要來(lái)源于火山-侵入雜巖體，巖相學(xué)分析顯示碎斑熔巖的邊緣亞相中發(fā)育球形電氣石囊包與晶質(zhì)鈾礦相伴生的現(xiàn)象，充分說(shuō)明碎斑熔巖中富含U元素。本次分析顯示相山碎斑熔巖中電氣石B、F等元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，邵飛等[28]的研究也證實(shí)了相山鈾礦田成礦流體富含F(xiàn)、Cl、CO2揮發(fā)分的事實(shí)，推測(cè)在巖漿演化過(guò)程中，巖漿熱液富含B、F等揮發(fā)分，使得其中大量的U元素更容易形成絡(luò)合物，為U的賦存遷移提供了載體，從而更有利于鈾的遷移與富集。

顯然，對(duì)于相山鈾成礦區(qū)而言，高氧逸度的成礦環(huán)境更有利于源區(qū)的U元素富集于流體中或熱液流體更易淋慮、萃取圍巖中的U元素，同時(shí)促使U元素在富含B、F、CO2等揮發(fā)分的成礦熱液中形成大量更易于遷移的絡(luò)合物；最終，由于物理化學(xué)條件的改變(溫壓的改變、氧化還原條件等)或CO2的去氣作用[28]，迫使U在有利部位沉淀富集成礦。

1.富Li花崗巖、偉晶巖和細(xì)晶巖；2.貧Li花崗巖、偉晶巖和細(xì)晶巖；3.熱液蝕變花崗巖；4.富Al的變泥質(zhì)巖和變質(zhì)砂巖；5.貧Al的變泥質(zhì)巖和變質(zhì)砂巖；6.富Fe3+的石英電氣石巖；7.低Ca的變超鎂鐵質(zhì)巖和富Cr、V的變沉積巖；8.變碳酸巖和變輝石巖。底圖據(jù)文獻(xiàn)[60]。圖7 研究區(qū)電氣石Al-Al50Fe50-Al50Mg50及Ca-Fe-Mg圖解Fig.7 Diagram of Al-Al50Fe50-Al50Mg50 and Ca-Fe-Mg of tourmaline the study area

5.2 電氣石B同位素對(duì)巖漿來(lái)源的指示

電氣石作為地殼范圍內(nèi)分布最廣泛的含硼硅酸鹽礦物，是硼元素的主要載體，具有極高的穩(wěn)定性，能在極寬廣的溫壓范圍內(nèi)(或一般的變質(zhì)、成巖過(guò)程)較完整保存源區(qū)地球化學(xué)及同位素信息[5,46]。因此，電氣石的硼同位素組成能更有效地反映其結(jié)晶當(dāng)時(shí)寄主巖的硼同位素特征[74]，從而更好地解釋巖石礦物的成因問(wèn)題。

前人[75-77]研究表明：與碳酸鹽和海相變蒸發(fā)巖相關(guān)的電氣石，其δ11B值通常大于0‰；與變質(zhì)碎屑沉積物和變火山巖層有關(guān)的電氣石，其δ11B值為-15.7‰～-1.5‰[75-76]；而與非海相蒸發(fā)巖有關(guān)的電氣石，其δ11B值更小，一般為-26.8‰～-17.2‰[77]。此外，巖漿成因的原生電氣石與平均大陸地殼存在較為相近的δ11B值(-15.4‰～-10.3‰)，而變質(zhì)流體中結(jié)晶形成的電氣石，其δ11B值為-17.1‰～-16.0‰，代表更輕的硼同位素組成特征[43]。相山碎斑熔巖中電氣石的δ11B值為(-13.15±0.72)‰～(-12.28±0.63)‰，均值為(-12.72±0.94)‰，表現(xiàn)出地殼來(lái)源的原生電氣石硼同位素組成特征，總體比較均一，可能代表來(lái)自相對(duì)單一的硼源區(qū)[37]，反映了相山碎斑熔巖中電氣石主要來(lái)源于陸殼變質(zhì)沉積巖[13]。

長(zhǎng)期以來(lái)，相山火山-侵入雜巖的成因問(wèn)題一直是地學(xué)專(zhuān)家的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容[27,78-82]。劉昌實(shí)等[25]對(duì)江西東鄉(xiāng)—相山中生代火山巖中富鋁礦物進(jìn)行分析研究，證實(shí)了該地區(qū)S型花崗巖的存在；大量地質(zhì)學(xué)者對(duì)相山碎斑熔巖、流紋英安巖、次花崗斑巖、次石英閃長(zhǎng)玢巖等進(jìn)行鍶、鉛、釹、氧同位素等分析，表明相山火山-侵入雜巖體主要來(lái)源于地殼，成因上屬于陸殼重熔型[23-26,78, 80-81]，可能與基底變質(zhì)巖的部分熔融密切相關(guān)[27]。此外，范洪海等[82]和郭福生等[30]的最新研究指出，相山火山-侵入雜巖體主要來(lái)源于基底變質(zhì)巖的部分熔融，同時(shí)存在地幔物質(zhì)的混入影響。本次相山碎斑熔巖中電氣石的B同位素比值特征顯示，其具典型的大陸地殼成分特征，與前人的研究結(jié)果基本一致。以上分析充分佐證了相山火山-侵入雜巖體主要與相山底部地殼基底巖石的部分熔融有關(guān)，相山火山-侵入雜巖主要是陸殼物質(zhì)(基地變質(zhì)巖)經(jīng)部分熔融的產(chǎn)物，可能有少量幔源物質(zhì)的參與。

6 結(jié)論

1)相山如意亭剖面碎斑熔巖中的電氣石富Na、Fe及F等元素，為典型的黑電氣石。電氣石主要在X位置上的Ca2+與Na+之間、Y位置上的Mg2+與Fe2+之間及Z位置上的Al3+與Fe3+、Mg2+之間發(fā)生替代反應(yīng)，正是這些替代反應(yīng)的存在，促使了不同性質(zhì)電氣石類(lèi)型的形成。

2)碎斑熔巖中的電氣石富含B、F等揮發(fā)性組分，巖漿結(jié)晶早期處于較高的氧逸度環(huán)境。高氧逸度的成礦環(huán)境是保證相山礦田鈾成礦作用的重要因素，同時(shí)成礦流體中大量B、F、CO2等揮發(fā)分的存在是促使U能夠不斷遷移、富集的必備條件，二者的共同作用及后期成礦環(huán)境物理化學(xué)條件的改變(溫壓的改變、氧化還原條件等)或CO2的去氣作用，最終導(dǎo)致相山礦田U的沉淀富集成礦。

3)碎斑熔巖中電氣石δ11B范圍為(-13.15±0.72)‰～(-12.28±0.63)‰，均值為(-12.72±0.94)‰，顯示典型的大陸地殼成分特征，表明相山含鈾碎斑熔巖主要來(lái)源于相山底部地殼基底巖石的部分熔融。

致謝：在本課題研究過(guò)程中，南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室老師們、廊坊市誠(chéng)信地質(zhì)服務(wù)公司張佩萱老師、東華理工大學(xué)電子探針實(shí)驗(yàn)室郭國(guó)林老師及實(shí)驗(yàn)員等給予了極大的支持與幫助，在此一并表達(dá)真誠(chéng)的謝意。