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  地质通报  2018, Vol. 37 Issue (5): 895-907  
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王正庆, 范洪海, 陈东欢, 谢财富, 肖为, 罗桥花, 郑可志, 管太阳, 林子瑜. 桂东北苗儿山张家花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄与地球化学特征[J]. 地质通报, 2018, 37(5): 895-907.
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Wang Z Q, Fan H H, Chen D H, Xie C F, Xiao W, Luo Q H, Zheng K Z, Guan T Y, Lin Z Y. Geochronology and geochemistry of the Zhangjia granitic pluton in the Miaoershan uranium orefield, Northeastern Guangxi Province[J]. Geological Bulletin of China, 2018, 37(5): 895-907.
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基金项目

中核集团项目《南方重点花岗岩型铀矿基地资源预测和扩大》和中国地质调查局项目《整装勘查区找矿预测与技术应用示范》(编号:12120114052401)

作者简介

王正庆(1983-), 男, 在读博士生, 从事矿床地球化学教学与研究。E-mail:wzhq20082008@126.com

通讯作者

范洪海(1963-), 男, 博士, 研究员, 从事矿床地球化学研究。E-mail:fhh270@263.net

文章历史

收稿日期: 2017-06-21
修订日期: 2017-08-14
桂东北苗儿山张家花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄与地球化学特征
王正庆1,2,3 , 范洪海1,2,4 , 陈东欢1,2 , 谢财富5 , 肖为1 , 罗桥花6 , 郑可志6 , 管太阳7 , 林子瑜5     
1. 核工业北京地质研究院, 北京 100029;
2. 中核集团铀资源勘查与评价重点实验室, 北京 100029;
3. 南华大学核资源工程学院, 湖南 衡阳 421001;
4. 南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室, 江苏 南京 210023;
5. 东华理工大学地球科学学院, 江西 南昌 330000;
6. 广西壮族自治区三一〇核地质大队, 广西 桂林 541000;
7. 中钢矿业开发有限公司, 北京 100080
摘要: 对张家岩体乍古田矿床及张家矿床的2件赋矿围岩样品,开展LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素定年,获得乍古田矿床赋矿围岩形成年龄为218.0±1.4Ma,张家矿床赋矿围岩形成年龄为226.8±5.7Ma。另外,对张家岩体8件样品的主量、微量元素及Sr-Nd同位素分析测试显示,张家花岗岩富硅(SiO2=74.35%~76.29%)、高铝(Al2O3=12.54%~14.03%)、高碱(Na2O+K2O=6.95%~9.17%)、低镁(MgO=0.34%~0.45%)、低钙(CaO=0.68%~1.03%)、低钛(TiO2=0.106%~0.18%),属高钾钙碱性花岗岩;富集Rb,亏损Ba、Sr,Rb/Sr值高,属于低Ba-Sr花岗岩;轻稀土元素富集,负Eu异常;富U(平均21.5×10-6),Th/U值低(平均1.63),有利于铀矿化;(87Sr/86Sr)i高(约0.7247),低εNdt)值(平均-13.95),二阶段Nd模式年龄为2.07~2.19Ga。张家花岗岩属于强过铝质S型花岗岩,可能是华夏板块古元古代基底变泥质岩经部分熔融形成的。
关键词: 产铀岩体    LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄    地球化学    张家花岗岩    
Geochronology and geochemistry of the Zhangjia granitic pluton in the Miaoershan uranium orefield, Northeastern Guangxi Province
WANG Zhengqing1,2,3, FAN Honghai1,2,4, CHEN Donghuan1,2, XIE Caifu5, XIAO Wei1, LUO Qiaohua6, ZHENG Kezhi6, GUAN Taiyang7, LIN Ziyu5     
1. Beijing Research Institute of Uraniuim Geology, Beijing 100029, China;
2. Key Laboratory of Uranium Resourece Exploration and Evaluation Technology, CNNC, Beijing 100029, China;
3. School of Nuclear Resources Engineering, University of South China, Hengyang 421001, Hu'nan, China;
4. State Key Laboratory for Mineral Deposits Research, Nanjing 210023, Jiangsu, China;
5. School of Earth Science, East China Institute of Technology, Nanchang 330000, Jiangxi, China;
6. No. 310 Geology Party of Nuclear Industry, Guilin 541000, Guangxi, China;
7. Sinosteel Mining Co. Ltd., Beijing 100080, China
Abstract: Two samples were collected near the Zhagutian uranium ore deposit and Zhangjia uranium ore deposit respectively to carry out LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic dating. The analytical result demonstrates that the formation age of the host rock in the Zhagutian uranium ore district is 218.0±1.4Ma, whereas the formation age of the host rock in the Zhangjia uranium ore district is 226.8±5.7Ma. Furthermore, the Zhangjia granite is characterized by high SiO2 (74.35%~76.29%), Al2O3 (12.54%~14.03%) and (Na2O+K2O) (6.95%~9.17%), but low MgO (0.34%~0.45%), CaO (0.68%~1.03%) and TiO2 (0.106%~0.18%), so it belongs to high-K calc-alkaline series granite. The Zhangjia granite is rich in Rb, and poor in Ba, Sr with high Rb/Sr ratio, so it belongs to low Ba-Sr granite series. The granite is rich in LREEs with negative Eu anomalies. Meanwhile, The granite is rich in U (21.5×10-6 on average)with low Th/U ratio (1.63 on average), so it is very favourable for uranium mineralization. The granite has high (87Sr/86Sr)i (~0.7247), low εNd (t) (-13.95 on average) and its two-stage Nd isotopic model ages are (2.07~2.19Ga). The Zhangjia granite belongs to strongly peraluminous S-type granite. It probably originated from partial melting of Proterozoic sedimentary metamorphic rocks.
Key words: U-bearing granite    LA-ICP-MS zircon U-Pb age    geochemistry    Zhangjia granitic pluton    

桂东北豆乍山岩体、张家岩体位于苗儿山复式花岗岩基的中部,是苗儿山地区最重要的产铀岩体[1-2]。前人已对豆乍山岩体开展过较多的年代学和地球化学研究[3-7]。近年来该岩体内部的铀矿勘查也不断取得重大突破,沙子江铀矿由中型铀矿扩大为大型铀矿。张家岩体在岩体年龄和地球化学特征方面的研究[2, 8]相对薄弱,虽对该岩体投入了较多勘查工作,但铀资源量仍限于原来的几个中、小型铀矿。为在该岩体取得铀矿勘查的突破,亟待基础地质研究工作提供更加有力的支撑,而赋矿岩体年龄与地球化学特征,历来是成矿地质背景研究的重要内容。因此,本文重点对张家岩体的成岩年龄及地球化学特征进行研究,为华南地区花岗岩的研究提供新资料,并且为张家花岗岩相关铀矿的找矿勘查提供地质背景依据。

1 地质概况

苗儿山复式花岗岩基在大地构造上属于桂北台隆越城岭褶断带,横跨湘东南新宁县和桂东北资源县(图 1),主要由加里东期黑(二)云母二长花岗岩构成,出露面积1633km2,与元古宇板溪群、震旦系及寒武系呈侵入接触,东部被泥盆系和白垩系沉积不整合覆盖[2-3]。张家岩体位于苗儿山复式花岗岩体的中东部,呈岩株状,出露面积约40km2,岩性主要为中粒二云母花岗岩[3]。其东、北面分别为白垩系和南华系,其他方向为加里东期和印支期不同粒度的黑(二)云母花岗岩体[2-3, 8]。张家岩体及其附近的断裂走向主要为NE向,岩体南部的断裂走向主要为近EW向[1]

图 1 张家铀矿区地质简图 Fig.1 Sketch geological map of the Zhangjia uranium ore district Pt—元古宇;Pz—古生界;Nh—南华系;Z—震旦系;∈—寒武系;K—白垩系;1—加里东期花岗岩;2—香草坪花岗岩;3—天阴堂花岗岩;4—张家花岗岩;5—断裂;6—铀矿床;7—地名;8—采样位置
2 样品及分析方法

岩石样品破碎、锆石挑选及阴极发光(CL)图像拍摄由北京锆年领航科技公司完成。LA-ICP-MS锆石U-Pb测年在中国科学技术大学中科院壳幔物质与环境重点实验室激光剥蚀电感耦合等离子体质谱室完成。锆石U-Pb同位素组成分析采用91500标准锆石作为外标,元素含量测定采用NIST SRM610作为外标,29Si作为内标。剥蚀激光束直径为32~44μm。锆石同位素信号的提取输出用LaDating@Zrn.xls软件完成,数据再经过ComPbCorr软件进行普通铅校正[9]。详细的仪器参数与分析流程见参考文献[10]。同位素数据结果处理采用Isoplot软件完成[11]。全岩主量、微量、稀土元素及SmNd同位素分析在核工业北京地质研究院进行。主量元素分析采用X射线荧光光谱仪分析,仪器型号为飞利浦PW2404 X射线荧光光谱仪,分析误差小于2%。微量元素采用ELEMENT XR等离子体质谱仪分析,相对标准偏差为1%~5%。

Sm-Nd同位素分析在MAT-262质谱仪上进行,采用同位素稀释法。Sm-Nd同位素的分馏校正采用146Nd/144Nd=0.7219。JMC标准给出的143Nd/144Nd平均值为0.511937±10(2σ),BCR-1标准给出的143Nd/144Nd平均值为0.512594±10。

3 岩相学特征及形成时代 3.1 岩相特征

张家岩体岩性为中粒二云母花岗岩,呈块状构造,花岗结构,矿物粒度一般为2~5mm(图 2-ab)。主要矿物成分为钾长石、斜长石、石英、黑云母和白云母。其中,钾长石为正长石(30%~35%),局部可见卡氏双晶;斜长石(20%~25%)以钠长石-更长石为主(An=5%~25%);石英(25%~30%)为他形粒状,偶有波状消光;黑云母(2%~3%)为黄褐色片状,部分被绿泥石和白云母交代;原生白云母(2%~3%)一般为片状,部分扭曲现象明显。受后期蚀变影响,花岗岩中发育微晶石英、次生白云母、方解石、绢云母、电气石等。副矿物主要有磷灰石、电气石、锆石等。

图 2 张家花岗岩代表性样品岩相学照片及测年结果 Fig.2 The petrography photographs and dating results of representative samples from the Zhangjia granite a、b—样品手标本及镜下照片;c、d—样品代表性锆石阴极发光(CL)图像及测点位置、LA-ICP-MS U-Pb测年结果;e、f—样品LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图。Q—石英;Ms—白云母;Kfs—钾长石;Cal—方解石;Bt—黑云母;Pl—斜长石;Chl—绿泥岩
3.2 形成时代

查明赋矿岩体的时代有助于理解岩体形成的动力学背景和矿岩关系[12-14]。对于张家岩体,前人已开展过黑云母K-Ar、矿物-全岩Rb-Sr、单颗粒锆石同位素稀释热电离质谱U-Pb[1-2, 8, 15]等测年工作,综合来看大致存在两方面问题,一是所获年龄变化范围大(155~210Ma),影响对其成岩动力学背景及其与成矿关系的分析;二是测试方法存在一定的缺陷,如岩体可能遭受过多次热事件的影响,KAr、Rb-Sr同位素体系可能经历了多次开放和封闭,以及由于岩石Rb/Sr值高,难以获得真实的成岩年龄。再如,锆石普遍含继承核且有裂隙,单颗粒锆石同位素稀释热电离质谱U-Pb法所获年龄可能代表了混合年龄或有Pb丢失的不谐和年龄。因此,近年来迅速发展的SHRIMP和LA-ICP-MS锆石UPb测年技术,为精确测定岩体时代、探索源区性质提供了契机。锆石U-Pb体系是目前已知矿物同位素体系中封闭温度最高的,锆石中Pb的扩散封闭温度达900℃,是确定各种高级变质作用峰期年龄和岩浆结晶年龄的理想对象[16]

乍古田铀矿和张家铀矿是张家岩体内最重要的2个中型铀矿床。采集乍古田矿区、张家矿区赋矿围岩样品2件(样号ZJ-14-1、ZJ-14-6B),开展LA-ICP-MS锆石U-Pb定年。采样位置见图 1。选用谐和度高(92%~99%)的测点计算年龄,LAICP-MS锆石U-Th-Pb测年结果见表 1。对于小于1000Ma的年轻锆石,206Pb/238U年龄精度更高。锆石阴极发光图像、测点位置及各测点206Pb/238U年龄见图 2-cd。锆石U-Pb谐和图及206Pb/238U年龄加权平均值结果见图 2-ef。样品ZJ-14-1、ZJ-14-6B中锆石U含量分别为2573×10-6~24927×10-6、1552 × 10-6~13430 × 10-6,Th含量也较高,分别为1411×10-6~5069×10-6、768×10-6~7221×10-6,Th/U值分别为0.06~0.64、0.17~0.97,几乎都大于0.1,且有的锆石显示环带结构,暗示锆石为岩浆成因[17]206Pb/238U年龄分别集中于206~230Ma、218~240Ma之间,年龄加权平均值分别为218.0±1.4Ma(n=14,MSWD=0.37)、226.8±5.7Ma(n=9,MSWD=0.26),2个年龄在(测试)误差范围内一致。

表 1 张家花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb数据 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb data for the Zhangjia granite

根据前人所获的香草坪岩体年龄(211±2Ma,SHRIMP锆石U-Pb法)[18]和豆乍山岩体年龄(228± 11Ma,SHRIMP锆石U-Pb法)[3],香草坪岩体年龄较豆乍山岩体年龄轻。然而,从岩石粒度、岩体接触关系等看,香草坪岩体年龄应老于豆乍山岩体年龄。故前人所获数据存在一定的问题。从笔者未刊数据看,豆乍山岩体年龄(LA-ICP-MS锆石UPb年龄220.8±1.8Ma)年轻于香草坪岩体年龄(LAICP-MS锆石U-Pb年龄224.0±1.5Ma),与野外地质事实相符。故对比苗儿山花岗岩型铀矿区不同产铀岩体的年龄,一种较可能的解释是,张家岩体与豆乍山岩体相当,但二者略年轻于香草坪岩体。

4 岩石地球化学特征

对采自张家岩体的8件钻孔岩心样品(图 1)开展地球化学分析,分析数据见表 2。张家花岗岩体具有高SiO2(73.53%~76.29%)、Al2O3(12.54%~14.03%)、全碱(Na2O +K2O)(6.95%~9.17%)含量,低MgO(0.22%~0.45%)、CaO(0.68%~1.03%)、P2O5(0.06%~0.13%)和TiO2 (0.11%~0.18%)含量的特征。CaO/Na2O值为0.25~0.33。岩石含原生白云母,CIPW标准矿物中含有大量的刚玉(含量 > 1%),不含透辉石。在TAS图解上,样品点落入亚碱性花岗岩区(图 3-a),总体上属于高钾钙碱性过铝质岩石(图 3-b)。A/CNK值全部大于1.1(1.37~1.81,平均1.52),在A/CNK-A/NK图解上,样品点落入强过铝质区(图 3-c)。同时,样品的TFeO+MgO含量较低,介于2.17%~3.40%之间(平均值为3.00%)。

表 2 张家花岗岩主量、微量和稀土元素组成 Table 2 Major, trace element and REE compositions of the Zhangjia granite
图 3 张家花岗岩TAS(a)[21]、SiO2-K2O(b)[22]、A/CNK-A/NK(c)[23]及ACF(d)[24]分类图解 Fig.3 TAS(a), SiO2-K2O(b), A/CNK-A/NK(c) and ACF(d) classification diagrams for the Zhangjia granite

张家岩体样品的稀土元素总量为73.42×10-6~214.98×10-6,平均151.43×10-6,轻、重稀土元素比为1.5~3.91,平均3.07,(La/Yb)N值为2.67~10.56,平均7.11,表明轻稀土元素相对富集,轻、重稀土元素之分异中等(图 4-a),(La/Sm)N值(1.79~4.08,平均2.95)较高,(Gd/Yb)N值(0.97~2.24,平均1.47)较低,表明轻稀土元素分异相对明显,而重稀土元素分异较弱。稀土元素球粒陨石标准化配分曲线为斜率不大的右倾Ⅴ形曲线(图 4-b),负Eu异常强烈,Eu/Eu*值为0.07~0.4。微量元素原始地幔标准化蛛网图(图 4)显示,张家岩体富集Rb、Th、U、Ta,亏损Ba、Nb、Sr、Ti,属于低Ba-Sr花岗岩,与豆乍山及香草坪花岗岩类似[3, 18, 27]。Eu、Ti亏损及稀土元素总量随Rb/Sr值的增加而降低,可能与斜长石、钾长石和钛铁矿的结晶分离有关。Nb/Ta值较低(3.67~6.03,平均4.56),与豆乍山花岗岩相当(3.27~4.76,平均4.17[3),]低于地壳平均值(12.22)[26];Zr/Hf值为19.17~9.33,平均25.15,与豆乍山花岗岩相当(20.35~32.27,平均26.88[3),]同时,该平均值也低于中国东部上地壳的平均值(36.72)[28],暗示岩浆作用过程中Nb/Ta、Zr/Hf发生较明显的分馏。Rb/Sr值为6.05~51.69,平均16.67,与豆乍山花岗岩相当(9.84~66.8,平均18.76),但高于中国东部(6.8)[28]和全球上地壳的平均值(4.5)[29],暗示张家花岗岩同豆乍山花岗岩一致,具高成熟度的地壳源及高分异特征。主量、微量元素特征表明,张家花岗岩显示陆壳重熔花岗岩的特点,岩浆物质来源应为壳源。

图 4 张家花岗岩微量元素蛛网图(a,原始地幔数据值据参考文献[25])与稀土元素配分图(b,球粒陨石数据值据参考文献[26]) Fig.4 Trace element spider diagram (a) and chondrite-normalized REE patterns (b) for the Zhangjia granite

张家岩体U含量为12.2×10-6~38.6×10-6,平均为21.5×10-6,是世界花岗岩平均值(4×10-6)的5.4倍,中国东部上地壳平均值(1.55×10-6[28])的14倍,属富U花岗岩;其Th含量为16.4×10-6~46.4×10-6,平均为31.6×10-6。Th/U值(0.51~2.64)较低(图 5),平均为1.63。根据赵伦山等[30]的U、Th矿化理论,张家地区可能为单纯的铀矿化(Th/U≤2.5),不排除存在U、Th同时矿化(2.5≤Th/U≤4),不存在单纯Th矿化(Th/U > 5)。同时,该平均值也远低于中国东部上地壳的平均值(5.77×10-6[28])。因此,张家花岗岩相对低Th、高U的特征说明,其可为铀成矿提供丰富的铀源。此外,张家岩体样品的Zr含量为60.4× 10-6~139×10-6,锆石饱和温度为722~781℃,平均760℃(表 2)。与香草坪岩体(744~787℃,平均766℃)(笔者,未刊)、豆乍山岩体(736~788℃,平均755℃[31])基本一致。

图 5 张家花岗岩体U-Th含量关系图解 Fig.5 Plot of U-Th content for the Zhangjia granite

4件样品的Sr-Nd同位素测试结果(表 3)显示,87Rb/86Sr值高(20.80~90.17),87Sr/86Sr值为0.790881~0.9939。(87Sr/86Sr)i值高且变化范围大(0.714337~0.795341),由于Rb/Sr值很高的样品计算的(87Sr/86Sr)i值不准确,所以选择Rb/Sr值较小且(87Sr/86Sr)i值基本一致的2个样品的平均值0.7247为代表值,明显比壳源地质体(87Sr/86Sr)i平均值(0.712)[30]高,暗示张家岩体属壳源型岩体。样品的147Sm/144Nd值为0.1260~0.1380,143Nd/144Nd值为0.511784~0.511879。εNd(t)值较低(-4.7~-3.2,平均-3.95),变化范围小。二阶段Nd模式年龄(T2DM)为2.07~2.19Ga,表明源岩是具古元古代模式年龄的陆壳物质。

表 3 张家花岗岩Sr-Nd同位素 Table 3 Sr-Nd isotopic composition of the Zhangjia granite
5 讨论 5.1 岩石成因

对于张家岩体的(87Sr/86Sr)i值,选择Rb/Sr值较小且(87Sr/86Sr)i值基本一致的2个样品的平均值0.7247为代表值,该值0.7247 > 0.707,且在ACF图解(图 3-d)上,所有岩体均落入S型花岗岩范围,据此可将张家花岗岩划归为S型花岗岩。在εNd(t)- (87Sr/86Sr)i图解上,数据点落在华夏板块元古宙基底范围内(图 6-a),在t-εNd(t)图上,数据点同样落在华夏板块元古宙基底范围内(图 6-b)。这些特征表明,张家岩体是由元古宙地壳组分部分熔融形成的。样品CaO/Na2O值(0.25~0.33)有半数低于0.3(表 2),反映其源区含泥质岩成分。在Sylvester[34]的C/MF-A/MF图解(图 7-a)中,大部分样品点落入变质泥质岩区,少部分落入变质杂砂岩区域。在Rb/Sr-Rb/Ba图解(图 7-b)中,样品点基本落入富粘土源区。因此,张家花岗岩主要为泥质岩部分熔融的产物,可能有少量贫粘土地壳物质参与。(87Sr/86Sr)i值较高,εNd(t)值较低,指示其源区物质主要为壳源物质。二阶段Nd模式年龄(T2DM)2.07~2.19Ga处在华南古元古代基底变质岩时代范围内[35],因此张家岩体源岩可能为古元古代泥质变质岩(主要)及砂质变质岩(次要)(图 6-a)。在CaO/Na2O-Al2O3/TiO2源岩判别图解(图 8)上,张家花岗岩样品点半数落在碎屑岩源区,半数落在泥质岩源区,类似于喜马拉雅造山带型。

图 6 张家花岗岩Sr-Nd同位素(a)和εNd(t)-t图解(b) Fig.6 Plots of εNd(t) versus (87Sr/86Sr)i (a) and εNd(t) versus t (b) for the Zhangjia granite (底图中不同地壳所属区域据参考文献[32],华夏板块前寒武纪基底区域据参考文献[33])
图 7 花岗岩源岩判别图解[34] Fig.7 Original rock discrimination diagrams of the Zhangjia granite A—变质泥岩部分熔融;B—变质砂岩部分熔融;C—基性岩的部分熔融;坐标轴:C=CaO, MF=MgO+TFeO, A=Al2O3,均为分子数
图 8 张家花岗岩CaO/Na2O-Al2O3/TiO2[34] Fig.8 CaO/Na2O-Al2O3/TiO2 plot for the Zhangjia granite Be-Bethanga; Mo-Moschumandl; Vy-Vysoky-Kanen; Sh-Shishapangma
5.2 构造背景

华南于三叠纪碰撞造山仍是主流观点,但实际资料与此矛盾[36],如三叠纪花岗岩成块状[37]、印支期褶皱非常轻微、缺少三叠纪的挤压变形和角度不整合[38-39]。再如,Carter等[39]所获的印支-华南碰撞时间(258~243Ma)是以紫苏花岗岩-混合岩-(正)片麻岩为测试对象的SHRIMP锆石年龄,这些岩体何时发生韧性变形并不明确。根据该年龄,于津海等[40]指出,华南印支期多个大型花岗岩体(尖峰岭、十万大山-大容山、五里亭、贵东)的形成年龄(230~239Ma)[41-45]略晚于西南Sibumasu地块与印支-华南碰撞的时间(258~243Ma[39),]故随后的华南三叠纪属于后碰撞环境。显然,这一推论并不妥当。此外,Li等[46]认为,印支期造山带可能开始于早二叠世晚期(270~260Ma),谢才富等[47-48]研究了琼中地区的标志性岩石组合,认为华南板块与印支-海南板块的拼贴时间为287~278Ma,随之进入后碰撞环境,三叠纪进入后造山期。

张家花岗岩8件岩石样品在Maniar等[23]的构造环境判别图解(图 9)上,全部落在后造山花岗岩区(POG);在Pearce等[49]的若干微量元素构造环境判别图解(图 10)上,落入区域有一定的差异。在(Nb+Y)-Rb图解(图 10-a)上,大部分落在同碰撞区(Syn-COLG),因花岗岩高演化后Rb含量明显增高,可使判别失真,故弃用该图解;在Y-Nb图解(图 10-b)上,样品点多落在板内或靠近板内区(WPG);在Yb-Ta图解(图 10-c)上,样品点全部落入板内区(WPG)。谢才富等[36]认为,海南岛晚二叠世花岗岩或多或少具有同侵位变形构造特征,从早三叠世的尖峰岭超单元开始,海南岛花岗岩为块状构造,该研究印证了后造山期常常是在变形停止之后即出现。本次研究中样品的块状构造特征是张家花岗岩形成于后造山环境的又一佐证。综上,张家花岗岩形成于后造山开始进入板内环境。这一认识与谢晓华等[3]对豆乍山构造环境的认识一致,而与李妩巍等[18]对香草坪的认识不同。李妩巍等[18]在前人对过铝质花岗岩形成于造山带环境的认识上,推测香草坪岩体也形成于造山带环境,但其研究未提供进一步的证据。

图 9 张家花岗岩构造环境判别图解[23] Fig.9 Tectonic discrimination diagrams for the Zhangjia granite IAG—岛弧花岗岩;CAG—大陆弧花岗岩;CCG—大陆碰撞花岗岩;POG—后造山花岗岩;RRG—裂谷花岗岩;CEUG—大陆造陆隆升花岗岩;AFM—铝铁镁元素三角图;ACF—铝钙铁元素三角图
图 10 张家花岗岩(Nb+Y)-Rb(a)、Y-Nb(b)和Yb-Ta(c)元素含量大地构造环境判别图解[49] Fig.10 (Nb+Y)-Rb (a), Y-Nb (b) and Yb-Ta (c) discrimination diagrams of the Zhangjia granite
5.3 对铀矿勘查的启示

豆乍山岩体、张家岩体及香草坪岩体的地球化学特征表现出高度的相似性,暗示张家岩体与豆乍山岩体之间岩石地球化学条件高度相似,都利于铀成矿。但豆乍山岩体已取得铀矿找矿的大突破,而张家地区暂未取得铀矿勘查的突破,可能是由天金断裂上、下盘间剥蚀程度差异,或上、下盘的相对运动差异导致。

此外,前人发现苗儿山地区加里东期岩体的U含量与印支期杨桥岭岩体的U含量近乎一致[31],本次研究同样显示,加里东岩体的U含量与张家岩体U含量近乎一致,说明加里东期岩体与印支期岩体可能由于源区不同而无逐步演化关系。一些研究者[4, 6, 50]获得了苗儿山地区可能的铀成矿年龄(136 ± 17Ma、104.4Ma、97.5 ± 4.0Ma、74.1 ± 9.9Ma、53.0±6.4Ma),这些年龄与矿床赋矿主岩的年龄(≥200Ma)存在矿岩时差,印证了本区花岗岩型铀成矿属于后生热液成矿,花岗岩主要提供矿质,而不是热源的主要提供者。

6 结论

(1)获得苗儿山张家岩体的2个样品LA-ICPMS锆石U-Pb年龄为218.0±1.4Ma、226.8±5.7Ma,形成于晚三叠世(印支晚期)。

(2)张家花岗岩富SiO2,强过铝,贫铁、镁、钙,属高钾钙碱性花岗岩。

(3)张家岩体岩石Rb含量高,Ba、Sr含量低,Rb/Sr值高,属于低Ba-Sr花岗岩;具有强烈的Eu负异常,富U(平均21.5×10-6)、Th/U值低(平均1.63),有利于铀矿化。其(87Sr/86Sr)i值高,约为0.7247,εNd(t)值低(-14.7~-13.2),二阶段Nd模式年龄(T2DM)为2.07~2.19Ga。

(4)张家花岗岩为S型花岗岩,可能是华夏板块元古宙基底变泥质岩部分熔融形成的岩浆分异演化的产物。形成于晚印支期后造山环境。

致谢: 成文过程中,得到南华大学冯志刚教授、核工业北京地质研究院刘军港、黄少华博士的帮助,审稿专家提出了很多中肯的建议,在此一并表示感谢。

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