馬永勝，聶江濤，郭建，司志發(fā)，劉軍港

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院 中核集團(tuán)鈾資源勘查與評價技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029）

相山鈾礦田作為我國最大的火山巖型鈾礦田，長期以來備受鈾礦地質(zhì)學(xué)家的關(guān)注［1-19］。目前，有關(guān)該礦田淺表的火山巖、次火山巖及相關(guān)脈巖已展開了詳細(xì)的巖石學(xué)、地球化學(xué)和同位素年代學(xué)等研究［1-4，6］；此外，對于相山鈾礦田鈾礦化特征、關(guān)鍵控礦要素及其成礦作用等方面也進(jìn)行了詳細(xì)的研究與討論，取得一系列豐碩的科研成果［1-2，6-8］。尤其是近年來核工業(yè)北京地質(zhì)研究院啟動了相山鈾礦田深部多金屬鈾成礦理論的研究計劃，發(fā)現(xiàn)深部除具有鈾礦化信息外，還具有較好的鉛鋅找礦潛力［2-4］；與此同時，隨著科學(xué)深鉆的實(shí)施，進(jìn)一步揭穿了相山火山盆地基底與蓋層的巖性界面，發(fā)現(xiàn)其深部廣泛發(fā)育厚度較大的中-淺變質(zhì)巖。然而，一直以來，由于受蓋層的覆蓋使得相山鈾礦田基底變質(zhì)巖的研究較為薄弱，缺乏足夠關(guān)注。因此，本文以相山鈾礦田基底變質(zhì)巖為研究對象，對江西相山鈾礦田深部巖心進(jìn)行系統(tǒng)取樣，通過巖石學(xué)及礦物學(xué)、地球化學(xué)等方面的研究，并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)成果，進(jìn)一步開展原巖恢復(fù)及成因環(huán)境的機(jī)制研究，從而為相山鈾礦田深部地質(zhì)演化提供一定的理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

相山鈾礦田位于揚(yáng)子板塊與華南板塊縫合線南緣，呈橢圓形，東西長26 km，南北寬16 km，面積約316 km2，為中國目前最大的陸相火山巖型鈾礦田。

相山鈾礦田在大地構(gòu)造位置上處于揚(yáng)子板塊與華南板塊的邊緣縫合地帶（圖1a），經(jīng)歷了多期次構(gòu)造及巖漿演化活動，其中以中生代陸相火山活動最為強(qiáng)烈［1，4］。加里東期，華南板塊與揚(yáng)子板塊碰撞，在造山帶內(nèi)部形成一系列NE 向深源斷裂；燕山期早期，隨著太平洋板塊強(qiáng)烈的俯沖，深源斷裂在強(qiáng)烈的區(qū)域擠壓構(gòu)造應(yīng)力作用下發(fā)生平移，形成NE 向走滑構(gòu)造斷裂體系，從而為相山中酸性巖漿的噴發(fā)活動提供可能；燕山晚期，板塊俯沖減緩，板塊弧后松弛促使其構(gòu)造應(yīng)力由擠壓轉(zhuǎn)為拉張，遂川-德興斷裂在拉張構(gòu)造應(yīng)力下，產(chǎn)生一系列小型斷裂和構(gòu)造裂隙（圖1b），這為后期成礦流體的運(yùn)移和富集成礦提供了成礦空間與可能，從而促使相山鈾礦田的形成［1-2，5，13，18-20］。

圖1 相山鈾礦田大地構(gòu)造位置（a）與地質(zhì)簡圖（b）（據(jù)文獻(xiàn)［6］修改）Fig.1 Tectonic location（a）and sketch geology map（b）of Xiangshan uranium ore field（modified after reference［6］）

相山火山盆地的火山侵入雜巖體主要由碎斑流紋巖、流紋英安巖和花崗斑巖等組成，其基底主要為中元古界晚期低綠片巖相-角閃巖相變質(zhì)巖系，在晉寧晚期及加里東期經(jīng)歷了強(qiáng)烈的變質(zhì)、變形作用［7，11］。前人通過研究相山地表出露的變質(zhì)巖發(fā)現(xiàn)，其巖石類型復(fù)雜，淺變質(zhì)作用顯著，主要發(fā)育庫里組和上施組。庫里組巖性主要為含十字石榴千枚狀二云片巖、石榴二云石英片巖及細(xì)粒砂巖；上施組巖性主要為石榴石英片巖、石榴二云千枚巖及石榴黑云母粉砂巖，并且遭受了一定的區(qū)域變質(zhì)作用［5］。

2 樣品采集及分析方法

鈾礦第一科學(xué)深鉆CUSD1 顯示，地層從上到下依次為南雄組碎屑沉積物（砂巖、礫石等），厚度約50 m；鵝湖嶺組碎斑流紋巖、熔結(jié)凝灰?guī)r，厚約1 000 m；打鼓頂組流紋英安巖、熔結(jié)凝灰?guī)r，厚約200 m；安源組砂礫巖，厚約150 m；深度14 60.30～2 812.03 m 的中元古代厚層基底變質(zhì)巖，厚度未見底。本文采集鉆孔1 460.30～2 812.03 m 處的15 個基底變質(zhì)巖巖心樣品，并對其進(jìn)行全巖主微量元素、稀土元素測試分析。

地球化學(xué)分析測試由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試所完成。分析樣品均為新鮮無蝕變的巖心樣品。主量元素利用PW2404 型X 射線熒光光譜儀進(jìn)行掃描測定，分析測試條件：電壓為50 kV，電流為50 mA，分析誤差小于5%；微量元素利用德國Finnigan-MAT 公司的HR-ICP-MS X射線熒光光譜儀進(jìn)行分析測試，測試濕度為30%，溫度為20℃，相對誤差根據(jù)微量元素含量分別為＜5%（＞10×10-6）、＜10%（＜10×10-6）。

3 巖石學(xué)及礦物組合特征

本文根據(jù)變質(zhì)巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造等特征，把變質(zhì)巖分為片巖、千枚巖、板巖，其主要礦物為石英、白云母、黑云母、斜長石及鈉長石等。

3.1 白云母石英片巖

白云母石英片巖以灰黑色為主，重結(jié)晶作用明顯，片狀構(gòu)造（圖2a）。巖石為顯晶質(zhì)鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)、斑狀變晶結(jié)構(gòu)，局部保留有變余砂狀結(jié)構(gòu)，組成礦物主要有白云母（20%～25%）、絹云母（20%～30%）、石英（35%～40%）、長石（約15%）、黑云母（約5%）。礦物以粒狀、片狀為主，定向性差，大小不均（圖2b），粒徑主要集中在0.1～0.15 mm。主要變質(zhì)礦物組合為石英+白云母+絹云母+斜長石+黑云母。

3.2 絹云母石英千枚巖

絹云母石英千枚巖硬度大，呈淺灰黑色（圖2c）。顯微鏡下片理面上可見由細(xì)小鱗片狀礦物定向排列而成的絲絹狀光澤，以變余粉砂-顯微粒狀變晶結(jié)構(gòu)為主，千枚狀構(gòu)造（圖2c）。組成礦物主要有石英（20%～30%）、長石（20%～30%）、白云母（5%～10%）和少量碳質(zhì)；變質(zhì)礦物有絹云母（20%～30%）和綠泥石（3%～7%）。礦物長軸方向長度為0.03～0.05 mm，絹云母沿長軸方向排列在拉長變形的石英顆粒間構(gòu)成千枚狀構(gòu)造（圖2d），絹云母、方解石等礦物定向排列，部分斜長石等礦物保持原巖結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)、碎屑成分較多，方解石、斜長石等礦物變質(zhì)程度較低（圖2e）。變質(zhì)礦物組合為石英+鈉長石+絹云母+綠泥石。

3.3 硅質(zhì)板巖

硅質(zhì)板巖致密，顏色較深（圖2f），顯微鏡下以變余粉砂-顯微鱗片狀變晶結(jié)構(gòu)為主，板狀構(gòu)造、變余層理構(gòu)造（圖2g、h），見后期發(fā)育的石英脈充填（圖2i）。礦物組成主要有石英（40%～50%）、泥質(zhì)（5%～10%）、碳質(zhì)（15%～20%）、絹云母（5%～10%）、黑云母（5%～10%），顆粒粒徑為0.01～0.03 mm。變質(zhì)礦物組合為石英+絹云母+黑云母。

圖2 相山基底變質(zhì)巖顯微及野外照片F(xiàn)ig.2 Field photos and microscopic feature of metamorphic rocks from Xiangshan basement

4 地球化學(xué)特征

4.1 主量元素

三種變質(zhì)巖的主量元素分析結(jié)果見表1，其中硅質(zhì)板巖SiO2含量平均為66.81%，相對于其他兩種變質(zhì)巖，其含量更高，且Si值較高，為223.26；絹云母石英千枚巖具有更高的K2O 與Al2O3含量；白云母石英片巖的alk 值平均為17.22，顯示鈉鉀含量較低。所有樣品的SiO2含量為60.08%～69.56%，平均為65.50%，低于石英砂巖（91.50%）和長石砂巖（77.10%），接近古生代雜砂巖（66.10%）［16］，顯中酸性。Al2O3含量為11.70%～18.57%，平均含量為15.00%，顯示高鋁特征。本套巖石Al2O3/SiO2為0.17～0.29，平均為0.23，與雜砂巖相近，顯示碎屑沉積物近于源區(qū)，分選型差，成熟度較高［21］。TiO2含量除了樣品SD1-47 為1.00%外普遍小于1%。K2O 與Na2O 的含量變化較大，總體上，Na2O＜K2O。FeO與Fe2O3含量分別為2.69%～5.99%和1.10%～2.21%，平均含量分別為4.50%和1.58%，差異明顯，部分巖石富鐵，部分鐵含量相對較低，推測巖石具有兩個系列的類型。從巖石化學(xué)組分來看，原巖類型比較復(fù)雜，規(guī)律性較差。尼格里參數(shù)fm 值介于22.19～36.48，平均為31.96，Si 值為175.79～255.04，平均為210.56，可見巖石整體以高鎂鐵、富硅為特征，含有較多的石英、云母礦物。c 值介于1.81～11.70，平均值為4.36，說明巖石普遍含鈣質(zhì)，且含量相對較低。al值介于42.65～55.39，平均值為47.74，顯示高鋁特征。alk 值介于12.84～20.52，平均值為15.94，顯示低鈉鉀特征。根據(jù)主量元素化學(xué)特征分析，巖石成熟度較高，顯示高鎂鐵、富硅、富鋁，低鈉鉀的特征。

4.2 微量元素

三種變質(zhì)巖的微量元素分析結(jié)果見表2。結(jié)合微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖可知（圖3），各元素含量變化較為均一，總體分異程度較低，且含量均大于原始地幔。

圖3 變質(zhì)巖微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖（原始地幔數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)［22］）Fig.3 Primitive mantle normalized trace element spider diagram of metamorphic rocks（standardized data quotes from reference［22］）

絹云母石英千枚巖Th平均含量為9.69×10-6，U 平均含量為1.64×10-6；白云母石英片巖Th 平均含量為8.82×10-6，U 平均含量為1.64×10-6；硅質(zhì)板巖的Th 平均含量為8.20×10-6，U 平均含量為1.52×10-6。白云母石英片巖具有更高的Ce 含量，其平均含量為67.6×10-6，推測其形成環(huán)境氧逸度較高。

基底變質(zhì)巖樣品總體表現(xiàn)為微量元素含量以高Th、La、Nd、Sm、Ba、Cr、Rb，低Nb、Sr、Zr、Hf等為特征。U 含量介于（1.13～2.12）×10-6，平均為1.59×10-6，含量相對較低；Th 介于（6.93～11.20）×10-6，平均為8.90×10-6，Th、U 含量與澳大利亞新太古代頁巖（PAAS）上部陸殼值變化相似，推測其在物質(zhì)來源上具有一定的相似性［22］。La含量介于（29.5～49.2）×10-6，平均為38.3×10-6，Nd含量介于（24.3～40.0）×10-6，平均為31.6×10-6，Sm含量為（4.50～8.04）×10-6，平均為5.91×10-6，Ba含量為（297～1 106）×10-6，平均為576×10-6，Zr含量介于（24.7～180）×10-6，平均為117.4×10-6，Sr含量介于（97.4～269）×10-6，平均為148.4×10-6，Nb含量介于（8.67～14.5）×10-6，平均為12.02×10-6，Hf 含量介于（0.664～4.80）×10-6，平均為2.85×10-6。

通過研究微量元素含量特征，顯示樣品微量元素整體具有相對較高的Ba、Cr、Rb、K、Th 等元素含量，較低的Nb、Sr、P、Ti、U 等元素含量，推測可能有較多的泥質(zhì)和有機(jī)質(zhì)成分［23］。由于Nb、Sr、Ti 等元素化學(xué)性質(zhì)在各種介質(zhì)條件下相對不穩(wěn)定，易受變質(zhì)、蝕變、風(fēng)化等影響，且不易進(jìn)入晶體產(chǎn)生類質(zhì)同象置換，所以受碎屑物質(zhì)長距離搬運(yùn)沉積和其后熱變質(zhì)過程的疊加影響，巖石中所含的Nb、Sr、Ti 等元素產(chǎn)生了遷移丟失。

4.3 稀土元素

從稀土元素配分曲線展布形式上看（圖4），各樣品的稀土模式較為相似，變質(zhì)巖整體表現(xiàn)為向右傾斜的變化趨勢，與前人研究的關(guān)于相山火山塌陷盆地基底變質(zhì)巖的特征比較相似［9］。

基底變質(zhì)巖樣品稀土元素總量（ΣREE）較高，為（132.61～212.51）×10-6，平均為169.38×10-6；輕、重稀土元素比值（LREE/HREE）為6.76～11.49，平均為8.70；LaN/YbN值為6.15～14.65，平均為10.03，顯示輕、重稀土元素分餾較為明顯，且輕稀土相對富集、重稀土相對虧損，重稀土一側(cè)近于平行，總體展布較為平緩。δEu 為0.60～1.12，平均為0.72，小于1，表現(xiàn)為負(fù)異常；δCe為2.93～3.86，平均為3.36，表現(xiàn)為正異常，分異程度相對較小，推測其沉積氧化程度較顯著［21］。Th/U 為4.47～7.82，平均為5.67，普遍高于太古宙上地殼（3.8），Th/U值較高，反映了較強(qiáng)烈的沉積再循環(huán)作用［24］。La/Sc 為1.88～3.54，平均為2.62，Th/Sc 為0.43～0.75，平均為0.61。結(jié)合圖3，稀土元素的分異和Eu 負(fù)異常，顯示變質(zhì)再循環(huán)地殼的特點(diǎn)，推測其物質(zhì)與源于古老地殼的再循環(huán)有關(guān)。

絹云母石英千枚巖Eu平均含量為1.32×10-6，Ce平均含量為66.2×10-6；白云母石英片巖Eu平均含量為1.36×10-6，Ce平均含量為67.6×10-6；硅質(zhì)板巖的Eu含量平均為1.24×10-6，Ce 含量平均為63.2×10-6。三種變質(zhì)巖Ce 含量均較高，δCe 平均值分別為3.06、3.38、3.65。絹云母石英千枚巖與白云母石英片巖、硅質(zhì)板巖的LaN/YbN平均值分別為7.44、9.74、12.91，結(jié)合變質(zhì)巖稀土元素北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化（NASC）蛛網(wǎng)圖顯示（圖4b），樣品稀土元素總體含量與北美頁巖（NASC）含量比較相近，顯示原巖具有沉積巖的特征［25-26］。

圖4 變質(zhì)巖稀土元素球粒隕石（a）與北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖（b）（球粒隕石數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)［22］，北美頁巖數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)［25-26］Fig.4 Chondrite normalized（a）and North American shale normalized（b）REE pattern of metamorphic rocks（chondrite data quotes from reference［22］，North American shale composite date quotes from reference［25-26］）

5 原巖恢復(fù)及成因環(huán)境探討

變質(zhì)巖都是特定原巖在相對較為封閉的條件下經(jīng)變質(zhì)作用的產(chǎn)物，其化學(xué)變化基本是等化學(xué)的，主要受原巖形成作用和成巖構(gòu)造環(huán)境的影響，因此，通過研究巖石地球化學(xué)特征，基本可以反映原巖的特征［12］。本文主要結(jié)合變質(zhì)巖原巖恢復(fù)機(jī)制以及樣品的巖石地球化學(xué)主微量數(shù)據(jù)特征，對所采集的深部樣品進(jìn)行原巖恢復(fù)性研究。

5.1 原巖恢復(fù)

根據(jù)TiO2-SiO2圖解（圖5），樣品沿沉積巖、火山巖分界線邊緣兩側(cè)分布，且大多落在沉積巖區(qū)域，推測原巖可能來源于一定風(fēng)化作用的基性火成巖、碎屑泥質(zhì)巖或雜砂巖。

圖5 TiO2-SiO2圖解（據(jù)文獻(xiàn)［27］修改）Fig.5 Diagram of TiO2-SiO2（modified after reference［27］）

利用深部樣品巖石地球化學(xué)分析結(jié)果，計算尼格里參數(shù)后進(jìn)行原巖恢復(fù)的投圖，由尼格里參數(shù)對Si投影圖（al+fm）-（c+alk）-Si圖解顯示（圖6），大多數(shù)樣品投點(diǎn)落于沉積系列厚層泥質(zhì)巖區(qū)域，這與相關(guān)學(xué)者的研究結(jié)果比較相似［5］，推測相山基底變質(zhì)巖原巖主要為泥沙質(zhì)，泥巖含有大量有機(jī)質(zhì)和炭化植物碎屑，所以形成的變質(zhì)巖內(nèi)也相應(yīng)含較高的碳。結(jié)合圖5與圖6，推測巖漿源區(qū)存在兩端元不均一的混合作用或在巖漿上升過程中與圍巖發(fā)生同化混染、變質(zhì)作用。巖石內(nèi)泥質(zhì)成分較多，所以在變質(zhì)作用下容易形成沉積碎屑巖，在鏡下，觀察到長石、石英等礦物的結(jié)構(gòu)構(gòu)造較好，晶形變化微弱，推測其變質(zhì)程度較低（圖2e）。這與鏡下觀察巖石組構(gòu)和巖石宏觀產(chǎn)狀得出的結(jié)論具有較好的一致性，以上研究結(jié)合尼格里參數(shù)對Si投影圖，推測本次樣品其原巖屬于淺變質(zhì)作用類型的陸源碎屑巖。

圖6 （al+fm）-（c+alk）-Si圖解（據(jù)文獻(xiàn)［28］修改）Fig.6 Diagram of（al+fm）-（c+alk）-Si（modified after reference［28］）

在A-C-FM判別圖解中（圖7），根據(jù)巖石學(xué)及礦物學(xué)特征顯示樣品含有較多鈣鎂、鋁硅酸鹽礦物，樣品主要集中落于富鎂硅酸鹽巖、鋁硅酸鹽巖區(qū)域，推測其原巖為富鎂沉積巖、泥質(zhì)碳質(zhì)硅質(zhì)巖，可能有部分火山凝灰?guī)r。這與胡恭任等研究的贛中變質(zhì)巖帶結(jié)晶基底原巖為泥質(zhì)巖、碳質(zhì)巖及硅質(zhì)巖，副變質(zhì)巖原巖為雜砂巖、黏土等特征有一定的相似性［11］。

圖7 A-C-FM判別圖（據(jù)文獻(xiàn)［29］修改）Fig.7 Diagram of A-C-FM（modified after reference［29］）A—Al2O3/（Fe2O3×2+FeO+MgO+CaO+Al2O3）×100%；C—CaO/（Fe2O3×2+FeO+MgO+CaO+Al2O3）×100%；FM—（Fe2O3×2+FeO+MgO）/（Fe2O3×2+FeO+MgO+CaO+Al2O3）×100%。

根據(jù)以上TiO2-SiO2圖解與A-C-FM 判別圖解分析，本區(qū)變質(zhì)巖其原巖比較復(fù)雜，推測其原巖主要為一套陸源海相沉積泥質(zhì)巖、砂巖及粉砂巖系列的淺變質(zhì)作用類型的陸源碎屑巖，主要有巖屑砂巖、富鎂沉積巖、泥質(zhì)碳質(zhì)硅質(zhì)巖，可能有部分火山凝灰?guī)r。

5.2 構(gòu)造環(huán)境判別

陸源變質(zhì)沉積碎屑的化學(xué)組分受風(fēng)化、侵蝕、搬運(yùn)沉淀及成巖后生作用等多重影響因素，這些影響因素又與相應(yīng)的構(gòu)造環(huán)境有緊密的關(guān)系［23］。微量元素可以較好的反映源區(qū)原巖的地球化學(xué)特性［30］?；鬃冑|(zhì)巖的∑REE、δEu、LaN/YbN、Th/U、Th/Sc、La/Sc 值顯示大陸邊緣沉積物的特征［31］。

根據(jù)微量元素構(gòu)造判別圖顯示，樣品大多數(shù)點(diǎn)投于大陸弧環(huán)境（圖8），顯示其原巖主要以大陸弧構(gòu)造環(huán)境為主，這與前人關(guān)于贛中相山變質(zhì)巖的研究結(jié)果比較相似［20］。根據(jù)鏡下觀察，長英質(zhì)礦物在構(gòu)造應(yīng)力作用下使粒狀長石、石英拉長，并定向分布（圖2d）；結(jié)合巖石礦物學(xué)特征與TiO2-SiO2圖解及（al+fm）-（c+alk）-Si圖解，可推測基底變質(zhì)巖原巖可能是在相應(yīng)的構(gòu)造環(huán)境下緩慢沉積演化的。前人研究表明揚(yáng)子地塊南緣新元古代沉積巖形成于活動大陸弧后盆地，其碎屑物主要在大陸構(gòu)造環(huán)境下，由島弧火山噴發(fā)形成沉積碎屑巖［30，32-33］。從變質(zhì)巖原巖自下而上巖性、粒度的變化和變質(zhì)巖內(nèi)礦物顆粒變形特征可以推測，從元古宙開始陸源碎屑物搬運(yùn)距離和母巖風(fēng)化產(chǎn)生的碎屑物質(zhì)種類均發(fā)生過較大變化，同時遭受變質(zhì)變形疊加改造，其具有較高的成熟度，是經(jīng)歷搬運(yùn)沉積和地球化學(xué)殼內(nèi)再循環(huán)的產(chǎn)物，同時在沉積作用過程中，伴隨有相應(yīng)的火山活動。

圖8 微量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖（據(jù)文獻(xiàn)［32］修改）Fig.8 Discrimination diagrams of tectonic setting（modified after reference［32］）

6 結(jié)論

1）相山鈾礦田基底變質(zhì)巖成熟度較高，總體以高鎂鐵、富硅、富鋁，低鈉鉀為特征。

2）相山鈾礦田基底變質(zhì)巖原巖成分復(fù)雜，推測其主要為一套陸源海相沉積泥質(zhì)巖、砂巖及粉砂巖系列的淺變質(zhì)作用類型的陸源碎屑巖，主要有巖屑砂巖、富鎂沉積巖、泥質(zhì)碳質(zhì)硅質(zhì)巖，可能有部分火山凝灰?guī)r。

3）根據(jù)主微量構(gòu)造判別圖，推測相山鈾礦田基底變質(zhì)巖其原巖為大陸島弧構(gòu)造環(huán)境下形成的沉積碎屑巖。