华南早中生代非产铀花岗岩成因及其对铀成矿作用启示

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本研究针对华南早中生代非产铀花岗岩,目的在于探讨华南早中生代花岗岩岩石成因、地球动力学背景和对铀成矿作用的启示。具体的研究对象是湖南内陆和武夷山隆起带区的早中生代I型和A型花岗岩,以及相关邻区的辉绿岩、火山岩等。  锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素定年结果显示,湖南地区歇马岩体、紫云山岩体外带、五峰仙岩体以及原先被认为是加里东期的桃江岩体、闽西北原先被认为是晚中生代的大银厂岩体都是晚三叠世岩浆作用的产物。桃江岩体、歇马岩体、紫云山岩体外带和五峰仙岩体岩性为准铝质-弱过铝质、高钾钙碱性I型花岗闪长岩-花岗岩,富含暗色微粒包体,Sr同位素初始值为0.71404~0.71800,εNd(t)介于-8.70~-5.96之间,二阶段模式年龄为1.49 Ga~1.82 Ga,锆石εHf(t)为-8.72~-2.04,对应的二阶段模式年龄为1.40 Ga~1.82 Ga。综合岩相学、元素及同位素地球化学分析后,我们认为桃江岩体、歇马岩体、紫云山岩体外带、五峰仙岩体属于长英质岩浆和铁镁质岩浆混合的产物。长英质岩浆起源于古元古代变杂砂岩部分熔融,铁镁质岩浆源自于元古代变基性岩部分熔融。闽西北大银厂花岗岩为准铝质-弱过铝质、高钾钙碱性A型花岗岩,Sr同位素初始值介于0.70755~0.70937,εNd(t)为-11.58~-8.20,二阶段模式年龄为1.68 Ga~1.95 Ga,εHf(t)为-9.99~-4.76,二阶段模式年龄为1.57 Ga~1.89 Ga。综合研究后我们认为大银厂A型花岗岩属于中-古元古代角闪岩部分熔融的产物。  武夷山东、西两侧早中生代火成岩(I型花岗岩、A型花岗岩和基性岩)存在较为明显的差异,因此根据地理位置,我们将华南早中生代火成岩分为武夷山东、西两侧。  武夷山西侧I型花岗岩岩性组合为石英二长岩-花岗闪长岩-花岗岩,富含暗色微粒包体;武夷山东侧为花岗岩,未发现暗色微粒包体。武夷山西侧I型花岗岩成岩年龄为211Ma~224Ma,武夷山东侧I型花岗岩为224 Ma~227 Ma。元素地球化学特征显示,相对比武夷山西侧I型花岗岩,武夷山东侧I型花岗岩富硅、K、Rb、Nb,贫Al2O3、FeOT、MgO、TiO2、CaO、Zr、Ba和Sr。武夷山东侧I型花岗岩具有较高的稀土总量、较强的轻重稀土分异和相对明显的Eu负异常。武夷山东、西两侧I型花岗岩整体显示Ba、Nb、Ta、Sr、P及Ti等元素的负异常,Rb、Th、K、Nd等元素的正异常。整体而言,武夷山东侧I型花岗岩的Nd和Hf同位素组成低于武夷山西侧I型花岗岩。岩石成因方面,武夷山东、西两侧I型花岗岩都属于岩浆混合的产物。岩浆混合过程中武夷山西侧I型花岗岩的铁镁质端员由元古代变基性岩部分熔融而成;武夷山东侧I型花岗岩铁镁质端员源自于早中生代的富集地幔岩浆。  武夷山东、西两侧的A型花岗岩主量元素差异不明显,而微量元素组成却存在明显的差别。与武夷山西侧A型花岗岩相比,武夷山东侧A型花岗岩具有较高的稀土总量,较明显的Eu负异常。在原始地幔标准化微量元素图解中,武夷山东侧A型花岗岩具有更强烈的Ba、P负异常以及Th、U、Nd的正异常。武夷山东、西两侧A型花岗岩具有相似的同位素组成。综合元素和同位素地球化学特征,认为武夷山东西两侧A型花岗岩都为地壳物质部分熔融的产物。  武夷山西侧早中生代基性岩为亚碱性玄武岩,武夷山东侧早中生代基性岩为碱性粗面玄武岩-玄武质安山岩。武夷山西侧基性岩包体的同位素组成投于OIB区,具大陆裂谷性质;武夷山东侧基性岩同位素组成投入IAB区域,具有弧岩浆岩的性质。综合华南早中生代花岗岩和基性岩研究后,我们认为华南早中生代时期可能同时受到太平洋板块俯冲、印支碰撞的影响,同时俯冲的古太平洋板块可能一直活动在武夷山以东。  根据现有华南花岗岩岩型铀矿床的产出特征,将华南早中生代花岗岩分为产铀型、过渡型和非产铀型花岗岩。产铀花岗岩大部分位于华夏地块,岩性为黑云母花岗岩和二云母花岗岩;非产铀花岗岩在华夏板块和扬子板块东南缘都有分布,岩性组合为花岗闪长岩-黑云母二长岩。与非产铀花岗岩相比,产铀花岗岩相对富SiO2、K2O、Rb、Ba、Nb、Hf、Th和U等,贫CaO、Al2O3、FeOt、MgO、TiO2、Sr、Zr等,具有由弱过铝质向强过铝质、由镁质向铁质花岗岩演化的特征,主要属于碱钙性S型花岗岩,少量为A型花岗岩,具有相对高(87Sr/86Sr)i,低的εNd(t)值和高的Nd二阶段模式年龄。在稀土元素上地壳标准化配分模式图以及微量元素上地壳标准化蛛网图中,产铀花岗岩显示了不同于非产铀花岗岩的配分模式。产铀型和非产铀型花岗岩之间的地球化学特征和成因的差异决定了它们的铀成矿潜力,产铀花岗岩起源于古元古代上地壳变泥质岩和变杂砂岩的低温部分熔融作用。非产铀花岗岩属于弱过铝、镁质的(富Mg)钙碱性花岗岩,具有相对较高的成岩温度,由晚古元古代-中元古代的中下地壳变玄武岩-英云闪长岩部分熔融形成或者岩浆混合而成。过渡型花岗岩的源岩特征与产铀花岗岩相似,表明它们具有良好的铀成矿潜力。最终,应用SiO2、Na2O、CaO、K2O、P2O5、Zr、Sr、Ba、Rb、Nb等元素的含量及其比值设计出的相关图解能够有效的区分华南早中生代产铀和非产铀花岗岩。  由于大银厂地区存在一些铀矿化点以及小型铀矿床,根据花岗岩与铀之间的关系,将大银厂早中生代花岗岩归属于过渡型花岗岩。与570铀床对比,大银厂岩体及其上覆火山岩、次火山岩无论是在岩相学、年代学、元素和同位素地球化学特征,还是地质构造特征(即基底都为A型花岗岩,盖层为火山岩)等方面都具有良好的相似性,因此有必要加强在大银厂地区的铀矿找矿勘查工作,重点关注后期断裂构造发育的地区以及火山盆地的塌陷部位,寻找类似于570铀矿的铀矿床。
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