張 林,劉文恒,王凱興,劉曉東,潘家永,冷天賜

(1.東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，南昌 330000；2.江西省數(shù)字國土重點(diǎn)實驗室，南昌 330000；3.九江學(xué)院，九江 332005；4.東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境國家重點(diǎn)實驗室，南昌 330000)

龍首山鈾-多金屬成礦帶是西北內(nèi)陸地區(qū)一條重要的鈾成礦帶[1]，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)堿交代型芨嶺與新水井礦床、紅石泉鈾礦床、硅質(zhì)脈型革命溝礦床、淋積型金邊寺礦床五個鈾礦床[2]，其中紅石泉鈾礦床是典型的巖漿巖型鈾礦床[3]。紅石泉鈾礦床屬于多期次多階段復(fù)成因礦床，紅石泉鈾礦床含礦主巖為偉晶狀白崗巖，是礦床成礦的基礎(chǔ)。因此更深入厘清偉晶白崗巖的巖石成因，對研究紅石泉鈾礦床具有重要作用。

前人從巖相學(xué)、地球化學(xué)、年代學(xué)、巖石成因和構(gòu)造背景等方面對紅石泉巖體進(jìn)行了研究，并取得了一系列成果，包括白崗巖的成因和年齡，基性巖脈煌斑巖的年齡[4-9]。對于白崗巖的成因研究，楊春四等[7]認(rèn)為該地區(qū)白崗巖為S型花崗巖，其白崗巖的鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為0.90～1.19(平均1.07)卻并沒有大于1.1，這與典型的S型花崗巖特征不吻合。在結(jié)合野外地質(zhì)調(diào)查及前人研究的基礎(chǔ)上，對紅石泉白崗巖體進(jìn)行巖相學(xué)與元素地球化學(xué)研究分析，對紅石泉白崗巖的巖石成因進(jìn)行重新厘定，并進(jìn)一步探討紅石泉巖體構(gòu)造背景，為龍首山成礦帶鈾礦找礦提供一定的理論依據(jù)。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological sketch map of the study area

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于甘肅省張掖市山丹縣內(nèi)，大地構(gòu)造位置位于華北地臺西南部，阿拉善地塊南部，以北西西走向坐落于龍首山的西段，南接樂民盆地，北與阿拉善臺塊潮水中新生代盆地相臨(圖1)。

研究區(qū)主要地層為古元古界龍首山群(Pt1L)、中元古界墩子溝群(Pt2D)、新元古界韓母山群(Pt3H)和下石炭統(tǒng)南洼頂組(C1n)。龍首山群下部以黑云片麻巖和斜長角閃巖為主，中部以石英片巖和云母片巖為主，上部以云母片巖和石英片巖為主。墩子溝群下部由灰白和紫紅礫巖組成，上部為灰白色灰?guī)r為主。韓母山群下部為礫狀白云巖、含礫千枚巖和含炭絹云千枚巖。下石炭統(tǒng)南洼頂組巖性主要為青灰色灰?guī)r及石英砂巖、頁巖。龍首山地塊具有雙層結(jié)構(gòu)，龍首山群為雙層結(jié)構(gòu)結(jié)晶基底，墩子溝群和韓母山群為龍首山地塊蓋層沉積[10]。

研究區(qū)發(fā)育有斷裂構(gòu)造和褶皺構(gòu)造。斷裂構(gòu)造以北西西向發(fā)育為主，多沿偉晶狀白崗巖與變質(zhì)巖接觸面展布，次要為北東向和近南北向，時常切割巖體或礦體。褶皺構(gòu)造為北西西向復(fù)式向斜，核部為新元古界韓母山群綠片巖，中元古界的墩子溝群和古元古界龍首山群為兩翼，軸面北東傾，傾角70°左右。

研究區(qū)巖漿具有多期次活動，有元古代白崗巖、石英閃長巖-斜長花崗巖、加里東期的中?；◢弾r、加里東晚期正長巖及脈巖、三疊紀(jì)的基性巖脈[4,7-8]。偉晶白崗巖為研究區(qū)的含礦主巖，呈近東西向展布。

2 樣品分析及巖相學(xué)特征

2.1 樣品分析

本次采集了紅石泉地區(qū)地表的6件白崗巖樣品，采樣位置分布如圖1所示，采樣信息如表1所示。6件樣品的全巖地球化學(xué)分析測試由廣州澳實礦物實驗室完成。主量元素采用荷蘭PANalytical生產(chǎn)的X射線熒光光譜儀進(jìn)行測定，型號為PW2424，精密度控制相對偏差(RD)<5%，準(zhǔn)確度控制相對誤差(RE)<5%，微量和稀土元素采用美國Agilent生產(chǎn)的電感耦合等離子體質(zhì)譜進(jìn)行測定，型號為7700x，精密度控制相對偏差(RD)<10%，準(zhǔn)確度控制相對誤差(RE)<2%。樣品的詳細(xì)分解處理見文獻(xiàn)[11]。

表1 紅石泉巖體樣品野外采樣信息Table 1 Field sampling information of Hongshiquan pluton samples

2.2 巖相學(xué)特征

紅石泉偉晶白崗巖呈灰白色[圖2(a)]、塊狀構(gòu)造，造巖礦物以石英、斜長石和鉀長石(圖2)為主。鉀長石在鏡下能很明顯觀察到，并以條紋長石為主[圖2(b)]，條紋長石呈細(xì)脈狀，呈半自形板狀，粒徑為1.0～2.0 cm，含量約為35%。斜長石為自形-半自形板狀，粒徑為0.2～0.5 cm，含量約為10%，聚片雙晶發(fā)育明顯。石英呈他形粒狀，粒徑為0.4～1.1 cm，含量約為35%，后期有比較碎粒形式聚集的石英顆粒[圖2(e)]。副礦物為黃鐵礦和鋯石，在鏡下能明顯觀察到少量的黃鐵礦分布[圖2(f)]。

Kfs為鉀長石；Qtz為石英；Pth為條紋長石；PL為斜長石；Py為黃鐵礦圖2 紅石泉巖體樣品野外及鏡下顯微鏡照片F(xiàn)ig.2 Microscope photo and field photos of Hongshiquan pluton samples

3 地球化學(xué)特征

3.1 主量元素特征

紅石泉巖石主量元素含量如表2所示。白崗巖的主量元素中，SiO2含量為67.46%～75.56%,平均值為71.34%；全堿(ALK)含量為8.58%～10.91%，均值為10.10%；K2O/Na2O=3.02～6.15，均值為4.19；Al2O3含量為11.46%～14.80%，均值為13.68%；CaO含量為0.16%～1.89%，均值為0.84%；Fe2O3含量為0.53%～1.10%，均值為0.85%；MgO含量為0.11%～0.99%，均值為0.61%；在TAS分類圖中[圖3(a)]，樣品點(diǎn)集中分布在花崗巖和石英二長巖區(qū)域內(nèi)；里特曼指數(shù)值為2.25～4.46，均值為3.64；在A/CNK-A/NK圖解中[圖3(b)]，巖石樣品整體處于準(zhǔn)鋁質(zhì)與過鋁質(zhì)范圍之中，且鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為0.86～1.12，均值為1.01，屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)花崗巖；堿度率(AR)為4.77～6.31，均值為5.64，在AR-SiO2圖解中[圖3(c)]，樣品除1件SiO2過高超出投圖范圍，其余都落在堿性區(qū)域；在K2O-SiO2圖解上[圖3(d)]，樣品均落入鉀玄巖系列；固結(jié)指數(shù)(SI)為1.02～8.29，均值為5.17；原巖巖石分異演化程度較高，分異指數(shù)(DI)范圍為89.79～96.89,均值為93?？傮w上該地區(qū)白崗巖具有高硅、富鉀、貧鎂、低鐵的特征，屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)堿性花崗巖。

表2 紅石泉巖體樣品主量、微量和稀土元素測定結(jié)果Table 2 Determination results of major,trace and rare earth elements of Hongshiquan pluton sample

圖3 紅石泉巖體樣品主量元素判別圖Fig.3 Discrimination diagram of major elements of Hongshiquan pluton samples

3.2 微量元素

從微量元素蛛網(wǎng)圖[圖4(a)]明顯看出，白崗巖樣品顯示出鈾、銣等元素相對富集，相對虧損磷、鈦、鋇和鈮等元素的特征，其原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖曲線呈現(xiàn)右傾現(xiàn)象。紅石泉樣品巖體整體上呈現(xiàn)P和Ti的虧損，可能由于磷灰石和鈦鐵礦的分離結(jié)晶作用或巖漿起源于磷灰石和鈦鐵礦的穩(wěn)定區(qū)導(dǎo)致[14]。Nb的虧損暗示巖體物源可能來自地殼[15]。

圖4 紅石泉巖體樣品微量元素蛛網(wǎng)圖和稀土元素配分曲線[17]Fig.4 The trace element patterns and the chondrite-normalized REE patterns in Hongshiquan pluton samples[17]

3.3 稀土元素

各樣品稀土元素分析測試結(jié)果和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土配分曲線如表2和圖4(b)所示。白崗巖ΣREE為171.58×10-6～19.01×10-6，均值83.93×10-6。輕稀土(LREE)為143.68×10-6～15.9×10-6，均值65.11×10-6，重稀土(HREE)為32.85×10-6～3.11×10-6，均值18.82×10-6。輕重稀土分餾較弱，LREE/HREE為1.23～12.71，均值為4.52，其球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土配分曲線傾斜程度不明顯。白崗巖總體Eu負(fù)異常(0.38～0.97)，個別樣品存在正異常(3.27)，這可能與巖漿形成過程中斜長石在巖漿中的堆晶有關(guān)[16]。

FG為高分異花崗巖；OGT為未分異I，S，M型花崗巖圖5 紅石泉巖體樣品成因判別圖Fig.5 Genetic discrimination diagram of Hongshiquan pluton samples

4 討論

4.1 巖石成因

主流的花崗巖成因分類方案將花崗巖劃分為A型(非造山型)、S型(殼源改造型)、I型(殼幔同熔型)和M型(幔源型)四類[18-20]。紅石泉巖石樣品巖性為偉晶白崗巖，地球化學(xué)特征顯示其里特曼指數(shù)值大于3.3，鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為0.86～1.12，均值為1.01<1.1，屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)堿性花崗巖，巖漿系列判別圖中樣品整體落入鉀玄巖系列；微量元素白崗巖樣品顯示出鈾、銣等元素相對富集，相對虧損磷、鈦、鋇和鈮等元素的特征；稀土元素相對富集輕稀土(197.79×10-6～15.9×10-6)，相對虧損重稀土(32.85×10-6～2.43×10-6)，總體Eu負(fù)異常，P2O5含量極少(0.03～0.08)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于0.15%[21]。

在圖5(a)中，紅石泉巖石樣品遠(yuǎn)離A型花崗巖范圍，落在高分異花崗巖和未分異I、S與M型花崗巖范圍內(nèi)。利用微量元素對紅石泉巖石樣品進(jìn)行花崗巖類型判別，在10 000×Ga/Al-Zr圖中[圖5(b)]大部分樣品點(diǎn)落在I&S型花崗巖之中。在花崗巖巖石系列Ce-SiO2判別圖[圖5(c)]與Y-SiO2圖解中[圖5(d)]，樣品落入I型花崗巖區(qū)域。在Rb-Y圖解[圖5(e)]與Rb-Th圖解中[圖5(f)]，隨著Rb的增加，Th和Y與Rb呈正相關(guān)增長，這與I型花崗巖趨勢一致[22]。以上特征表明紅石泉白崗巖應(yīng)該屬于堿性I型花崗巖。

4.2 巖漿源區(qū)

I型花崗巖的巖漿成因有以下三種：①幔源巖漿分離結(jié)晶[24]；②由于幔源巖漿底侵作用，致使地殼物質(zhì)發(fā)生部分熔融而形成[25-26]；③幔源巖漿與殼源巖漿混合形成[27-30]。

紅石泉白崗巖具有較高的SiO2(67.46%～75.56%)，較低的MgO(0.11%～0.99%)，屬于淡色長英質(zhì)巖石，且該區(qū)域無大范圍基性巖體出露，因此直接由幔源巖漿分離結(jié)晶形成的可能性較低，野外白崗巖基本無暗色包體，由殼?；旌闲纬傻目赡苄砸驳汀?/p>

紅石泉白崗巖富鉀，富集大離子親石元素，虧損高場強(qiáng)元素，屬于鉀玄巖系列，顯示出大陸系列花崗巖特征[31]。微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖明顯富集U和虧損Nb、Ta、Ti，顯示陸殼的組成特征[32]，Rb/Sr均值為2.6，Ti/Zr均值為5.01，顯示來源于殼源巖漿(Rb/Sr>0.5，Ti/Zr<20)[33-34]。Nb/Ta平均為9.11，處于下地殼Nb/Ta(8.30)與球粒隕石和原始地幔Nb/Ta(17.50)之間，說明紅石泉源區(qū)物質(zhì)來源與下地殼有關(guān)[7]。

實驗表明，下地殼部分熔融需要1 000 ℃以上，上地殼部分熔融則需要700 ℃以上[35-36]，而I型花崗巖需要外部熱源供應(yīng)才能使花崗巖源區(qū)發(fā)生部分熔融[37]。白崗巖礦物中無捕擄體，表明巖漿形成溫度較高。紅石泉白崗巖樣品的Mg#較高，范圍為31.04～70.77，均值為56.14。實驗巖石學(xué)表明，若中酸性巖漿具有較高的Mg#值，則被認(rèn)為是受到地幔物質(zhì)的結(jié)果影響[38]，也為幔源巖漿底侵提供一個證據(jù)。綜合分析認(rèn)為紅石泉白崗巖是由于幔源巖漿底侵作用，提供充足外部熱能，致使地殼物質(zhì)發(fā)生部分熔融的產(chǎn)物。

4.3 構(gòu)造背景

紅石泉巖體位于華北地臺西南部位置，阿拉善地塊的南部，以北西西走向坐落于龍首山的西段[4]。龍首山地塊具有雙層地殼結(jié)構(gòu)，歸屬于華北克拉通[39]。華北克拉通構(gòu)造演化復(fù)雜且持續(xù)久，完整地記錄了地殼演化各個時期的重大構(gòu)造事件[40-43]。

在花崗巖構(gòu)造環(huán)境判別Nb-Y圖解[圖6(a)]和Rb-Y+Nb圖解中[圖6(b)]，白崗巖樣品整體落入圖解中后碰撞構(gòu)造區(qū)域內(nèi)，與楊春四測得該區(qū)域后碰撞白崗巖樣品相似[7]，前人測得該區(qū)域后碰撞偉晶白崗巖年齡為2 470 Ma[7-8]，整體上該地區(qū)白崗巖屬于古元古代時期地質(zhì)作用的產(chǎn)物。

圖6 紅石泉巖體樣品構(gòu)造環(huán)境判別圖解[49]Fig.6 Structural environment discrimination diagram of Hongshiquan pluton samples[49]

華北克拉通自陸核形成于2.9～2.7 Ga中太古代進(jìn)行了第一次早期地殼大規(guī)模生長，在2.5 Ga新太古代-古元古代的微陸塊拼合[44-46]。同造山期進(jìn)入后碰撞階段，走滑剪切作用強(qiáng)烈[47]，持續(xù)時間長，伴有大量的巖漿活動，且伸展構(gòu)造廣泛發(fā)育[48]。紅石泉白崗巖巖體在2.5 Ga新元古代-古元古代處于微陸塊拼合和碰撞后，在古元古代早期進(jìn)入微陸塊后碰撞階段，在后碰撞階段由于幔源巖漿底侵，并產(chǎn)生充足的熱能，為地殼的部分熔融提供熱源，致使巖石圈的伸展以及軟流圈的上涌，源區(qū)巖漿上涌過程中，白崗巖上涌至淺部地區(qū)而形成。因此，紅石泉白崗巖應(yīng)該形成于后碰撞伸展環(huán)境。

5 結(jié)論

(1)紅石泉白崗巖具有高硅、富鉀、貧鎂、低鐵特征，屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)堿性I型花崗巖。

(2)紅石泉白崗巖可能形成于后碰撞伸展環(huán)境，是由于幔源巖漿底侵作用，提供充足外部熱能，致使地殼物質(zhì)發(fā)生部分熔融的產(chǎn)物。