地质通报  2020, Vol. 39 Issue (5): 728-734  
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蒋红安, 邹明亮, 欧阳平宁, 王前林, 李杰, 颜越. 华南诸广山岩体中段岩脉40Ar-39Ar年龄及与铀成矿关系[J]. 地质通报, 2020, 39(5): 728-734.
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Jiang H A, Zou M L, Ouyang P N, Wang Q L, Li J, Yan Y. 40Ar-39Ar age of the late stage veins in central Zhuguangshan pluton of South China and its relationship with uranium metallogenesis[J]. Geological Bulletin of China, 2020, 39(5): 728-734.
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基金项目

中国核工业集团有限公司项目(编号:LTD1602、3210402)和国家重点研发计划《深地资源勘查开采》(编号:2017YFC0602600)

作者简介

蒋红安(1989-), 男, 硕士, 工程师, 从事铀成矿作用研究。E-mail:jianghongan@126.com

通讯作者

邹明亮(1983-), 男, 硕士, 高级工程师, 从事铀成矿作用研究。E-mail:zoumingliang2001@163.com

文章历史

收稿日期: 2019-07-05
修订日期: 2019-09-06
华南诸广山岩体中段岩脉40Ar-39Ar年龄及与铀成矿关系
蒋红安, 邹明亮, 欧阳平宁, 王前林, 李杰, 颜越    
核工业二三○研究所, 湖南 长沙 410011
摘要: 诸广山岩体中段鹿井地区矿床周边常有花岗斑岩脉及煌斑岩脉等晚期岩脉产出。钾长石40Ar-39Ar同位素年代学测试结果表明,花岗斑岩脉与煌斑岩脉侵位年龄分别为116.24±0.49 Ma和128.27±0.86 Ma,是早白垩世地壳伸展的岩浆响应。岩脉记录的岩浆活动时代与鹿井矿田铀成矿作用时代具有较好的对应关系。花岗斑岩脉与铀矿石均具有幔源特征,表明以花岗斑岩为代表的酸性岩浆在为铀矿化提供热源的同时可能还提供了部分成矿物质。在铀成矿作用过程中,以煌斑岩为代表的基性岩浆为铀成矿作用提供了热源、矿化剂、流体及动力条件等有利条件。
关键词: 40Ar-39Ar年龄    铀成矿作用    鹿井地区    花岗斑岩脉    煌斑岩脉    华南    
40Ar-39Ar age of the late stage veins in central Zhuguangshan pluton of South China and its relationship with uranium metallogenesis
JIANG Hongan, ZOU Mingliang, OUYANG Pingning, WANG Qianlin, LI Jie, YAN Yue    
Changsha Uranium Geology Research Institute, CNNC, Changsha 410011, Hunan, China
Abstract: Late stage dykes like granite porphyry and lamprophyre veins are common around the ore deposits in Lujing area, the central section of Zhuguangshan pluton.K-feldspar 40Ar-39Ar isotope geochronologic analysis indicates that the granite porphyry vein was formed at 116.24±0.49 Ma while the lamprophyre vein intruded at 128.27±0.86 Ma, indicating that their intrusion corresponded to crustal extension magmatism during the Early Cretaceous.The magmatic chronologies recorded by the dykes are consistent with the uranium mineralization age of the Lujing orefield.Both the granite porphyry vein and the uranium ore present the characteristics of mantle source, indicating that the acidic magma source of the former one might have provided not only metallogenic materials but also heat source for uranium mineralization.During the process of uranium mineralization, the basic magma source of the lamprophyre provided favorable conditions such as heat generation, mineralizer, fluid and dynamic conditions for uranium mineralization.
Key words: 40Ar-39Ar age    uranium metallogenesis    Lujing area    granite porphyry vein    lamprophyre vein    South China    

华南地区晚中生代大规模的强烈伸展作用导致巨量成矿物质的聚集,形成了该区丰富的矿产资源。钦杭成矿带南侧的南岭东段是中国乃至全球最重要的钨锡铌钽铀多金属成矿区,赣中乐安县相山和南岭花岗岩区分别是中国最大的火山岩型铀矿[1-2]和花岗岩型铀矿的产地[3-6]。华南铀成矿期集中在白垩纪—古近纪,该阶段处于地壳伸展伴随幔源岩浆活动时期,但华南构造体制与铀矿床的形成研究较少[7]。该阶段大规模的成矿作用离不开构造岩浆作用、流体交代富集、矿源层等因素,故而,这一阶段的成矿作用与华南地区大规模伸展的构造体制有着密不可分的关系[8-9]

鹿井地区岩体内外接触带或不同期次花岗岩接触界面附近赋存有工业铀矿体,显示岩浆活动与铀矿化存在必然联系[6, 10-13]。燕山晚期,鹿井、黄蜂岭、牛尾岭、沙子江等矿床周边或矿区范围内往往出现花岗斑岩、辉绿岩、煌斑岩等脉岩,铀矿体与脉岩相伴产出,反映鹿井矿田大量的花岗斑岩脉和煌斑岩脉在空间上与铀矿化具有密切关系[14],但鲜见高精度的年代学研究成果。本次选取鹿井矿田花岗斑岩脉与煌斑岩脉作为研究对象,以揭示晚中生代构造-岩浆活动与铀成矿关系。

1 地质背景

鹿井铀矿田位于南华活动带华夏褶皱带武功-诸广断隆区,诸广山复式岩体中段,受遂川断裂及热水断裂组成的地堑式断陷带控制,展布于北东向遂川-热水走滑断裂控制的丰州拉分盆地周边。

矿田内主要出露寒武系、白垩系—古近系,寒武系主要为香楠组(${\rm{\rlap{-} C}}$x)和茶园头组(${\rm{\rlap{-} C}}$cy)。香楠组由纹层状、薄层状泥质微粒灰岩、含碳板岩、含碳硅板岩、细晶灰岩组成。茶园头组由浅变质石英砂岩、砂岩、板岩、千枚岩组成。白垩系—古近系主要为红色砂砾岩,属丰州盆地的一部分,不整合覆盖于寒武系或花岗岩体之上。区内岩浆岩分布广泛,主要出露印支期—燕山期中粗粒似斑状黑云母花岗岩、二云母花岗岩及近东西向的花岗斑岩脉、辉绿岩脉、煌斑岩脉等(图 1)。

图 1 鹿井地区脉岩分布地质略图 Fig.1 Simplified geological map of the Lujing area, showing the distribution of the late stage veins and sampling sites 1—第四系;2—白垩系-古近系;3—寒武系;4—印支期第一阶段中细粒二云母花岗岩;5—印支期第二阶段中粗粒黑云母花岗岩;6—煌斑岩;7—辉绿岩;8—碱交代岩;9—石英斑岩;10—花岗斑岩;11—硅化破碎带及构造带;12—样品位置;13—地名
2 样品采集与岩相学特征

用于40Ar-39Ar测年的样品LYP-71采集自鹿井矿田洞房子附近(图 1)的花岗斑岩脉露头(图版Ⅰ-a),围岩为印支期第一阶段中细粒二云母花岗岩。样品呈浅肉红色,似斑状结构,斑晶为钾长石及少量石英,粒径3~7 mm,含量约5%;基质主要由黑云母(约2%)、钾长石(35%~40%)、斜长石(25%~30%)、石英(25%~35%)等组成(图版Ⅰ-b)。样品LYP-40-1采自鹿井矿田下洞子附近(图 1)的煌斑岩脉露头(图版Ⅰ-c),呈灰绿色,煌斑结构,斑晶以角闪石为主(多蚀变为绿泥石),粒径约3 mm,含量25%~35%,见少量黑云母及辉石斑晶;基质主要矿物组成为角闪石(35%~40%)、黑云母(约5%)、斜长石(20%~25%)、辉石、磁铁矿等(小于5%),为闪斜煌岩(图版Ⅰ-d~f)。

图版Ⅰ a.花岗斑岩手标本;b.花岗斑岩显微照片;c.煌斑岩中的自形角闪石;d.煌斑岩中的黑云母斑晶;e、f.煌斑岩显微照片。Hb—角闪石;Bi—黑云母;Kfs—碱性长石;Pl—斜长石;Qtz—石英
3 测试方法和结果 3.1 测试方法

采集新鲜花岗斑岩样品,挑选钾长石为40Ar-39Ar年代学研究对象。将挑选出的钾长石样品进行前期处理后封闭于石英玻璃瓶中,置于中国原子能科学研究院49-2反应堆B4孔道进行中子照射,照射时间为24h,快中子通量为2.2464×1018。用中国周口店K-Ar标准黑云母(ZBH-25,年龄为132.7 Ma)进行中子通量监测。照射后的样品冷置后,密封去气。

样品测试由北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室常规40Ar-39Ar定年系统完成。测定采用钽(Ta)熔样炉对样品进行阶步升温熔样,每个样品分为10~14步加热释气,温阶范围为800~1500 ℃,每个加热点在恒温状态下保持20 min。采用该实验室编写的40Ar-39Ar Dating 1.2程序对各组氩同位素测试数据进行校正,坪年龄及等时线年龄的计算采用3.23版本Isoplot程序。

3.2 测试结果

花岗斑岩脉(LYP-71)钾长石40Ar-39Ar年代学分析结果见表 1,坪年龄及等时线年龄见图 2-a。花岗斑岩脉中的钾长石在950~1550 ℃范围内的14个阶段释热分析,获得相应的同位素比值、39Ar释放量和视年龄。在1150~1510 ℃范围内共9个温阶,视年龄变化范围较小(113.89~117.66 Ma),构成较平坦的年龄坪,其累计39Ar释放量达84.8%,获得坪年龄为116.24±0.49 Ma,为花岗斑岩脉样品中钾长石的结晶年龄,即花岗斑岩脉的侵位年龄为116.24±0.49 Ma。

表 1 钾长石40Ar-39Ar测年结果 Table 1 40Ar-39Ar age of selected K-feldspar from the late stage veins
图 2 脉岩钾长石40Ar-39Ar同位素定年坪年龄 Fig.2 40Ar-39Ar plateau age of K-feldspar from the late stage veins

煌斑岩脉(LYP-40-1)钾长石40Ar-39Ar年代学分析结果见表 1,坪年龄及等时线年龄见图 2-b。煌斑岩脉中的钾长石在1100~1450 ℃范围内的8个阶段释热分析,可分为两部分。1100~1250 ℃的4个温阶年龄变化范围较小(126.74~130.22 Ma),构成较平坦的年龄坪,其累计39Ar释放量达63.6%,获得坪年龄为128.27±0.86 Ma。1300~1450 ℃的4个温阶视年龄变化范围较大,累计39Ar释放量较低,不能形成较好的年龄坪。因此,煌斑岩样品中钾长石的结晶年龄,即煌斑岩脉的侵位年龄为128.27±0.86 Ma。

4 讨论 4.1 年代学意义

李献华等[15]认为,华南白垩纪构造应力场以拉张为主,早白垩世晚期中国东南部发育一期重要的岩浆-构造活动。早白垩世(136~116 Ma),华南地区A型花岗岩与钙碱性火山岩大量共生,广泛的岩浆活动证实该阶段经历了强烈的区域性地壳伸展作用[16-17]。李建华[17]对衡山低角度伸展剪切带内同构造期钠长岩脉体的年代学研究证实,约136 Ma华南处于大规模地壳伸展阶段。Yan等[18]对武夷山凝灰岩的年代学研究也表明,139~122 Ma华南地区处于伸展的构造环境。形成于拉张背景的赣杭构造带基性-超基性岩年龄为126.22±2.4 Ma和129.0±3.9 Ma[19]。测得豆乍山岩体热液成因的磷灰石电子探针U-Th-Pb化学年龄为136±17 Ma,是同阶段构造热运动的响应[5]。王剑等[20]通过SHRIMP锆石U-Pb年代学研究,测得浙北二长花岗斑岩脉年龄为117.7±2.7 Ma,是中国东部地区伸展构造的岩浆响应。崔玉荣等[21]对浙江东部玄武岩SHRIMP锆石U-Pb定年结果为118.1±2.3 Ma,暗示该时期是中国东南从活动大陆边缘向板内伸展的构造环境转换的关键时期。中国东部细粒花岗岩脉侵位年龄为117±2 Ma,是后碰撞构造体制岩浆活动的产物[22]。上述年代学研究表明,华南早白垩世存在大规模伸展运动。

晚白垩世,南岭及整个东南地区从拉张进入裂解或裂谷阶段,并形成一系列碱性(A型)花岗岩[15]。形成于造山后伸展的构造背景的浙江瑶坑碱性花岗岩的形成年龄为91.3±2.5 Ma[23]。岩石圈伸展成因的粤北下庄铀335矿床辉绿岩脉侵位年龄为106.6 Ma[24]。衡山韧性剪切带变形时间为108~97 Ma,也暗示该阶段华南处于伸展的构造体制[17]。这些A型花岗岩与双峰式火山岩的存在表明,107~86 Ma华南广大地区经历了强烈的地壳伸展作用[16, 22, 25-27]

结合华南花岗岩、火山岩、基性岩年代学、蚀变矿物年代学、地球化学及盆地演化资料[15, 19, 28-32],可以厘定出华南地区白垩纪存在139~116 Ma和107~86Ma两期伸展构造作用(图 3)。本文花岗斑岩脉侵位年龄约为116 Ma,是晚白垩世伸展体制岩浆活动的产物。煌斑岩脉侵位年龄为128.27±0.86 Ma,与华南地区早白垩世A型花岗岩、正长岩、花岗闪长岩年龄相近。煌斑岩是强烈伸展构造背景的产物[33-35],与前人研究结论一致,表明约128 Ma华南地区存在一次重要的拉张构造活动。

图 3 华南伸展背景岩浆活动年龄分布直方图(数据据参考文献[16, 18]) Fig.3 Histogram and cumulative probability plots of isotopic ages for extension-related magmatism in South China
4.2 岩脉与铀成矿关系

鹿井矿田九曲岭和牛头尾矿点成矿年龄为115~116 Ma,下洞子矿床沥青铀矿年龄为128.3 Ma,是鹿井矿田早期铀矿化的代表[14]。本文花岗斑岩形成年龄为116.24±0.49 Ma,煌斑岩侵位年龄为128.27±0.86 Ma,脉岩的形成年龄与铀成矿年龄在时间上吻合,显示该阶段岩浆活动与铀成矿作用的时间联系。韩娟等[36]对黄蜂岭铀矿床的成矿年代研究表明,2期成矿时代分别为白垩纪的103~87 Ma(沥青铀矿U-Pb年龄)和古近纪的48 Ma(沥青铀矿U-Pb年龄)。不难看出,白垩纪第一期地壳伸展作用(139~116 Ma)对应同期铀成矿作用,第二期地壳伸展作用(107~86 Ma)则对应103~87 Ma的成矿作用,而局部地区在新近纪和第四纪发生了后期成矿作用的叠加。

华南花岗岩型、火山岩型、碳硅泥岩型铀矿床形成过程中热液水的来源主要为大气成因[4, 7, 30],潘春蓉和张笑天[37]对鹿井铀矿床成矿早期氢、氧同位素的研究也表明,鹿井铀矿床原始流体主要为原生岩浆水,演化后期有大气降水的混入,原生岩浆水无疑来源于同期岩浆作用,进一步证实该阶段岩浆活动与成矿作用具有成因联系。

鹿井矿田花岗斑岩氧同位素组成为δ18O值介于4.3‰~8.8‰之间,平均值为7.3‰,硅同位素组成为δ30Si值介于-0.1‰~0.4‰之间,表明鹿井矿田花岗斑岩的岩浆来源可能是幔源基性岩浆分异形成的酸性岩浆。而区内铀矿石黄铁矿δ34S值约0.7‰,方解石δ13C值约7‰,也证明成矿物质来自幔源[14]。花岗斑岩脉与早期铀矿化时间相近,且均具有深部来源的特征,表明花岗斑岩脉代表的酸性岩浆在该阶段铀成矿过程中可能不仅为铀矿化提供热源,还为铀成矿作用提供了部分成矿物质。

夏宗强等[38]对贵东-诸广山白垩纪中基性岩脉的研究表明,基性岩浆活动在岩石中形成温度梯度,促进热液对流,为成矿热液运移提供动力条件,并在上侵过程中释放富ΣCO2(CO2、HCO3-、CO32-等)流体。而含铀热液中能与UO22+络合的阴离子配位体中,ΣCO2含量最高,ΣCO2是热液中铀迁移过程最有效的矿化剂[30-31, 39-40],这些富含矿化剂的流体为铀成矿过程提供了有利的条件。

基于上述讨论,笔者认为白垩纪第一期地壳伸展阶段鹿井矿田可能的铀成矿模式如下:早白垩世地壳伸展作用形成的大量酸性岩浆与基性岩浆底侵富铀源岩导致部分熔融。基性岩浆侵位过程中深部富ΣCO2流体随岩浆上升并与沿断裂下渗的大气水混合,形成富集ΣCO2的热液,这种富含矿化剂的混合热液沿构造带上升,造成铀源岩含铀副矿物蚀变,导致铀活化并逐步在热液中富集,最终在物理化学性质发生变化的部位沉淀富集成矿,形成华南铀矿田、矿床、矿点。

5 结论

岩相学研究表明,鹿井地区煌斑岩脉为闪斜煌岩,钾长石40Ar-39Ar年龄为128.27±0.86 Ma,反映该阶段华南处于强烈拉张的构造环境。花岗斑岩脉钾长石40Ar-39Ar测年结果表明形成年龄为约116 Ma,是白垩纪地壳拉张的岩浆响应。

白垩纪存在139~116 Ma和107~86 Ma两期伸展构造作用,并分别与鹿井地区2期铀成矿作用相对应。花岗斑岩脉代表的酸性岩浆可能是幔源基性岩浆分异形成,该岩浆活动过程为铀成矿作用提供了热源,并可能为铀矿化提供了部分成矿物质。煌斑岩等幔源基性岩浆上升侵位的同时为铀矿的形成提供了矿化剂等有利条件。这些晚期脉岩可作为区内热液型铀矿的重要找矿标志之一,对铀矿攻深找盲具有指导意义。

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