摘要
粤东北黄田铀矿床是中国华南重要的中生代铀矿床之一,其赋矿岩体为中粒斑状黑云母花岗岩。为了阐述该岩体的岩石成因、构造背景及成矿意义,本文开展了岩相学、锆石U-Pb年代学及岩石地球化学分析。结果表明,该岩体的锆石U-Pb加权平均年龄为(158.9±0.7) Ma,具有高硅、富钾、准铝质特征,属高钾钙碱性系列;稀土元素配分曲线呈右倾型,轻稀土富集,具明显Eu负异常,显示出强烈的分异作用;微量元素具有典型的壳源特征。结合区域地质背景,认为该岩体属壳源重熔型高分异花岗岩,源于以泥质岩为主的沉积岩部分熔融,形成于岩石圈伸展环境下的壳源重熔过程,其高分异、高钾、富挥发分的特征为铀成矿提供了有利的物质和空间条件。
Abstract
The Huangtian uranium deposit in northeastern Guangdong is one of the important Mesozoic uranium deposits in South China. The ore-hosting rock is a medium-grained porphyritic biotite granite. To elucidate the petrogenesis, tectonic setting, and metallogenic implications of this rock body, petrographic observations, zircon U-Pb dating, and geochemical analyses were conducted. The results show that the granite yields a zircon U-Pb weighted mean age of (158.9±0.7) Ma, with geochemical characteristics of high SiO2, high K2O, and peraluminous affinity, belonging to the high-K calc-alkaline series. The chondrite-normalized REE patterns are right-inclined with significant light REE enrichment and a pronounced negative Eu anomaly, indicative of extensive magmatic differentiation. Trace elements display typical crustal-derived signatures. Integrated with regional geological background, we classify the Baipu granite as a highly fractionated crustal remelting type, derived from the partial melting of pelitic-dominated sedimentary rocks, formed in a lithospheric extensional setting. Its highly fractionated nature, high K2O, and enrichment in volatiles provide favorable chemical and physical conditions for uranium mineralization.
Keywords
0 引言
粤东北地区位于华夏地块与南岭构造带的交汇部位,是华南铀矿集区的重要组成部分,区内铀矿化在时空分布和成因机制上均与燕山期花岗岩类密切相关(黄国龙等,2006;Luo et al.,2015;向开义等,2026)。该区域经历了自新元古代以来多期构造-岩浆事件的叠加改造,特别是中生代以来古太平洋板块的俯冲-后撤过程(范洪海等,2023),诱发了大规模的壳幔相互作用与花岗质岩浆活动,为铀等放射性元素的活化、迁移和富集提供了有利的构造-热力学背景与流体-岩石交换条件(陈培荣, 2004;Li et al.,2014)。黄田铀矿床作为粤东北地区近年发现的重要铀矿床之一(陈昌,2018),具有典型的火山岩型-花岗岩型复合矿化特征,前人针对其成矿流体来源、铀富集机制与围岩蚀变特征已取得阶段性进展,识别出以钠长石化、赤铁矿化、绿泥石化和萤石化为代表的围岩蚀变组合,并初步构建了成矿时代框架,指示其形成于华南晚中生代大规模铀成矿期(夏宗强等,2016;张善果与阮昆, 2019)。
然而,作为矿床主要赋矿围岩的柏埔中粒斑状黑云母花岗岩,其精确的形成时代、岩石成因类型及其构造归属仍存争议。张善果和阮昆(2019)利用LA-ICP-MS锆石U-Pb定年获得该岩体的年龄为 (150.3±2.5) Ma,认为其具有高钾钙碱性、强过铝质的地球化学特征,可能来源于古老地壳物质的部分熔融。然而,该岩体是否具有幔源组分参与、其岩浆演化过程中是否存在显著的结晶分异或地壳混染,以及其与区域上同期 A 型花岗岩或 S 型花岗岩的成因联系,目前仍缺乏系统的地球化学制约。此外,华南晚中生代大规模铀成矿事件(140~60 Ma) 与古太平洋板块俯冲-后撤过程的耦合关系已获广泛关注(范洪海等,2023;林锦荣等,2023;Min et al., 2025),但粤东北地区铀矿化与区域构造-岩浆活动的响应机制仍需更精细的年代学与地球化学证据支撑。这些问题的解决对完善华南铀成矿理论及指导深部找矿具有重要意义。
针对上述问题,本研究选取黄田铀矿床的关键赋矿岩体——柏埔中粒斑状黑云母花岗岩为研究对象,在详细的野外地质调查与岩相学观察基础上,开展LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学测试,以精确厘定其成岩时代;结合全岩主量元素、微量元素及稀土元素分析,系统探讨其岩石成因类型、部分熔融条件、岩浆演化过程及可能的源区特征;进一步通过区域对比,分析该岩体与铀矿化在时空与成因上的内在联系,揭示其形成的深部动力学背景。研究成果不仅可为粤东北地区铀矿勘查提供关键的地质与年代学依据,也将深化对华南晚中生代构造体制转换过程中铀巨量聚集机制的理解,对完善区域铀成矿模型与拓展深部找矿空间具有重要理论意义与实践价值。
1 区域地质背景
粤东北地区位于华南褶皱系东南缘,地处南岭成矿带与武夷山成矿带的交汇部位,区域构造演化复杂,岩浆活动频繁,是中国重要的铀及多金属成矿带之一(祁家明等,2022)。其地质格架主要奠基于新元古代的华夏地块与扬子地块的碰撞拼合事件(1000~820 Ma),形成了该区最古老的结晶基底——一套由角闪岩相至麻粒岩相变质的片麻岩、片岩和大理岩组成的前寒武纪变质岩系。这套古老的基底岩石不仅为后续的岩浆活动提供了重要的源区物质,其本身也通常具有较高的铀本底值,为区域铀成矿提供了初步的物质基础。
图1研究区大地构造位置图(a)和广东省河源市黄田地区地质构造图(b)
1—古近系;2—白垩系;3—侏罗系;4—三叠系;5—二叠系;6—石炭系;7—泥盆系;8—寒武系;9—震旦系;10—晚白垩世花岗斑岩;11—早白垩世黑云母二长花岗岩;12—晚侏罗世中粒黑云母二长花岗岩;13—晚侏罗世中粒黑云母花岗岩;14—中侏罗世花岗闪长岩;15—晚白垩世花岗斑岩;16—奥陶纪—志留纪混合岩;17—断裂;18—地质界线;19—地名;20—采样点
自早古生代以来,粤东北地区先后经历了加里东运动、印支运动和燕山运动等多期构造热事件,其中加里东期主要表现为广泛的褶皱造山和区域性变质变形,并伴随有S型花岗岩的侵位,奠定了区域上总体的 NE 向构造线方向(Hu et al.,2008)。印支运动则与华南板块与印支板块的碰撞密切相关,该期事件在粤东北地区引发了强烈的陆内变形,形成了系列逆冲推覆构造,并伴随有以过铝质二云母花岗岩为代表的岩浆活动,进一步活化和富集了基底中的成矿元素(Chen et al.,2012)。
然而,对粤东北地区现今构造地貌和成矿格局起决定性作用的,是中生代以来,特别是燕山期的构造-岩浆活动(徐夕生等,2003;陈培荣,2004),形成于古太平洋板块向欧亚大陆之下的俯冲作用下 (Li et al.,2014)。燕山期(180~90 Ma)可进一步划分为 3 个主要阶段(何德宝,2017):(1)早侏罗世 (180~160 Ma),以钙碱性 I 型花岗岩和少量闪长岩为主,可能与俯冲板片的初始脱水熔融有关;(2) 中—晚侏罗世(160~140 Ma),此阶段是南岭地区 W、Sn多金属成矿的高峰期,广泛发育高分异的S型或高分异I型花岗岩,岩石普遍具有高钾钙碱性、强过铝质(A/CNK>1.1)特征,并形成了区域上初始的铀预富集(Li et al.,2014);(3)早白垩世(140~90 Ma),随着古太平洋板块的后撤,区域构造体制由挤压转为伸展,地壳减薄伴随着软流圈物质上涌,引发了大规模的双峰式火山岩和 A 型花岗岩的侵位,同时形成了贯穿华南的 NE-NNE 向大型断裂系统,如纵贯研究区的河源 — 邵武断裂带(Luo et al., 2015)。这一伸展背景为已成岩富铀花岗岩中铀的活化、热液萃取和最终沉淀成矿提供了不可或缺的流体通道和容矿空间。
柏埔岩体属于南岭花岗岩的南亚带佛冈岩体向东的延伸部分,呈 EW 向展布,东西长 48 km,宽 15~25 km,出露面积约888 km2。区内岩浆活动多期次频繁发育,其中以燕山早期中粒斑状黑云母花岗岩构成了柏埔花岗岩体的主体(图1);黄田铀矿床位于柏埔花岗岩体东北侧,经度:115°00'01″,纬度: 23°53'56″,区内发育多条 NE 向次级断裂为铀的活化迁移和富集提供了有利的构造通道(陈昌, 2018)。柏埔岩体作为黄田铀矿床的主要赋矿围岩,其形成时代、地球化学特征及构造背景的精确厘定,对理解区域铀成矿规律及深部找矿预测具有重要的理论和实践意义。
2 岩相学特征
为了获取花岗岩的原生信息,系统采集了黄田铀矿床中柏埔岩体内部的 7 件新鲜岩石样品,采样点均取自远离矿化脉体和强烈蚀变带。岩石手标本呈灰白色—浅肉红色,因黑云母氧化致风化面略显褐色;岩石具典型的中粒似斑状结构、块状构造; 斑晶主要由自形—半自形的钾长石和少量斜长石组成,基质具中粒花岗结构(图2a)。综合宏观特征,将其定名为中粒斑状黑云母花岗岩。
显微镜下可见矿物组成主要为石英、钾长石、斜长石、黑云母及白云母等。石英,粒径2~5 mm,含量 30%~35%,无色透明,他形粒状充填于其他矿物颗粒之间(图2b);钾长石含量 37%~42%,主要为微斜长石和正长石,部分呈自形斑晶(最大 5 mm×15 mm),普遍发生黏土化(图2c)。值得注意的是,部分钾长石斑晶中发育有典型的条纹结构,即钠长石条纹在钾长石主晶中呈规则或不规则分布。这种结构通常被解释为在岩浆期后由钠质流体对钾长石进行交代(即钠长石化)的产物,或由高温下固溶体出溶形成,是富碱花岗岩体系的常见现象,并与铀的活化迁移密切相关(Cuney,2014);斜长石含量 15%~20%,以钠-更长石为主,呈半自形板柱状,发育典型的聚片双晶,一个显著的蚀变特征是,大部分斜长石颗粒从核心或沿解理裂隙发生了强烈的绢云母化,这是热液蚀变过程中钾质和硅质带入、钙质和钠质带出的直接证据,标志着成矿流体与围岩发生了广泛的水-岩反应(Pirajno et al.,2009);黑云母为主要的暗色矿物,含量 5%~7%,呈片状或鳞片状集合体产出,浅黄—绿色多色性,部分黑云母片边缘可见绿泥石化蚀变,并伴随有细粒榍石、磁铁矿等副矿物的析出(Bonnetti et al.,2021);含有约 1% 的白云母,其成因有两种:一种为原生岩浆结晶形成,另一种为后期热液蚀变(绢云母化)的产物(图2d)。综上所述,石英+钾长石+斜长石+黑云母±原生白云母的组合,指示其为高钾钙碱性系列花岗岩,白云母的存在暗示其可能具有过铝质倾向(Sylvester, 1998)。
图2中粒斑状黑云母花岗岩手标本(a)与显微照片(b、c、d)
Kfs—钾长石;Pl—斜长石;Bit—黑云母;Ms—白云母;Qtz—石英
副矿物种类多样,在显微镜下可见锆石、磷灰石、独居石和磁铁矿等,它们多呈自形—半自形微晶包裹于黑云母或长石中。这些副矿物,特别是锆石和独居石,是岩石中铀的关键载体矿物。广泛的热液蚀变表明,流体的渗透可导致这些稳定性较高的矿物发生溶蚀或蚀变,从而将其中赋存的铀释放至热液体系,成为成矿流体的关键铀源(Förster, 1999)。因此,该岩体本身可构成潜在的铀源岩,而强烈的热液改造则是铀预富集或活化迁出的关键机制(张龙等,2021)。
3 锆石U-Pb年代学
本研究将中粒斑状黑云母花岗岩样品粉碎后,通过分选、挑选、制靶等流程,并在扫描电镜下拍摄 CL 图像进行对比,选择光滑平整、无包体和颜色均一位置作为测点。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年和全岩主微量分析在武汉上谱分析科技有限公司完成。锆石 U-Pb 定年 ICP-MS 型号为 Agilent 7700e 型,剥蚀系统为COMPexPro 102 ArF193 nm准分子激光器和 MicroLas 光学系统组成。束斑直径为 30 μm。定年过程以锆石标准 91500 和玻璃标准物质 NIST610 为外标,校正U-Pb同位素分馏。每12个分析点测2 次标样。样品信号和同位素比值采用 GLITTER4.0 处理,并采用 Andersen软件对测试数据进行普通铅校正,年龄计算及谐和图采用 Isoplot v.3.6 完成 (Ludwig,2003)。U-Pb同位素测年数据及其结果如表1所示。
表1中粒斑状黑云母花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb定年数据
中粒斑状黑云母花岗岩样品锆石以半透明为主,自形程度较好,呈自形—半自形短柱状(图3a),粒径范围为 100~220 μm,长宽比为 3∶2~4∶1。共测试了 24 个点,其 Th/U=0.15~0.49,平均值为 0.32(>0.1),且CL图像具典型的振荡环带,表明其为岩浆成因锆石(Rubatto and Gebauer,2000)。锆石 U、Th 值较高,U含量为551~7671×10-6 (平均值为2183×10-6), Th 含量为 178~1299×10-6 (平均值为 615×10-6),且多数锆石边部颜色较深,可能是U含量较高所致(吴元保与郑永飞,2004)。在对谐和度较差的5个测试点进行剔除后,剩下的 19 个测点作为有效分析点,分布相对集中,位于谐和曲线上及其附近(图3b),其206Pb/238U 年龄值为 166~154 Ma,加权平均年龄为 (158.9±0.7) Ma(MSWD=1.4,n=19)(图3c),代表了中粒斑状黑云母花岗岩的侵位年龄,表明其形成于晚侏罗世。
图3中粒斑状黑云母花岗岩锆石阴极发光图像(a)、U-Pb同位素年龄谐和图(b)及206Pb/238U年龄加权平均图(c)
4 岩石地球化学
通过显微镜下岩相学观察,选择 7 件新鲜无污染的中粒斑状黑云母花岗岩样品进行主微量元素测试。主量元素测试采用日本Primus II X荧光光谱分析仪(XRF),首先精确称量2份待测粉末样品,选择其中一份放置于恒温干燥箱中烘干,精准称取 1.0 g的粉末放在钳锅里,继而在马弗炉中烘烧 3 h,等待样品温度降低后再用万分之一天平称重测量,根据烘烧前后的重量损失计算出烧失量(LOI)。另外一份加入有硝酸铵(NH4NO3)的硼酸锂助熔剂中,经过充分的物理混合和高温加热而制成玻璃片上机测定。微量元素及稀土元素测试在Agilent 7700e 型等离子质谱仪(ICP-MS)上完成,首先精确称量样品,利用酸溶法进行样品前处理,最后再称取 3 mg 溶液混入 5 g内标溶液。主量元素和微量元素的测试精度分别为 1% 和 5%(赵子福等,2015)。分析结果及其计算参数见表2。
4.1 主量元素
中粒斑状黑云母花岗岩 SiO2 含量为 72.45%~77.22%,Al2O3含量为 12.11%~14.02%,Na2O+K2O 为 7.70%~9.20%,K2O/Na2O 为 1.73~1.90,表现出高硅、高碱的特征,且钾大于钠。富含一定的挥发分,这被认为对于铀成矿具有重要作用(Chen et al., 2012)。在 SiO2-K2O 图中(图4a),表明中粒斑状黑云母花岗岩属高钾钙碱性系列,并具有准铝质特征 (A/CNK=0.91~0.98,平均值为 0.96(<1))(图4b)。 CaO(0.55%~1.07%)、TFe2O3 (1.35%~2.24%)、MgO (0.12%~0.26%)含量低,贫磷(P2O5 含量为 0.01%~0.07%),且 P2O5与 SiO2含量之间有较显著的负相关关系。
表2中粒斑状黑云母花岗岩主量元素(%)和微量元素(10-6)分析结果
图4中粒斑状黑云母花岗岩主量元素图解
a—SiO2-K2O图解(底图据Maniar and Piccoli,1989);b—A/NCK-A/NK图解(底图据Rickwood,1989)
4.2 微量元素特征
中粒斑状黑云母花岗岩稀土元素总量较高,∑ REE=198.04×10-6~228.37×10-6 ( 除样品 4018001 外),平均值为 213.11×10-6,高于上地壳平均值 (210.3×10-6)(Mclennan et al.,1993)。LREE/HREE= 8.27~12.91,平均值为 10.39,(La/Yb)N 比值为 9.22~21.46,平均值为 14.30,反映了轻重稀土分馏明显,具轻稀土富集的特征。(La/Sm)N=3.75~4.16,(Gd/ Yb)N=1.68~3.35。在稀土元素球粒陨石标准化配分模式图上(图5a),表现为右倾型,重稀土内部分馏较之轻稀土内部分馏明显,Eu 负异常明显(δEu 为 0.22~0.27,平均值为 0.25),表明成岩过程中经历了明显的斜长石分离结晶作用。
中粒斑状黑云母花岗岩相对富集大离子亲石元素 Rb(403.00×10-6~466.00×10-6)、Th(32.70×10-6~52.40×10-6)、U(9.82×10-6~29.40×10-6),呈明显的 “ 峰 ”;相对亏损 Ba(252.00×10-6~303.00×10-6)、Sr (70.70×10-6~79.20×10-6)、Nb(15.90×10-6~25.70×10-6),呈明显的‘V’型谷(图5b)。 Nb/Ta 比值为 6.08~18.30,平均值为 8.82,低于幔源岩浆比值(Nb/Ta= 17),表明岩浆过程中的幔源岩浆贡献不明显,整体以壳源重熔为主。Ba、Sr、Nb的亏损,可能是其经历了含钛矿物(钛铁矿、榍石)、磷灰石等的分离结晶作用所致。Rb/Sr 比值高(5.15~6.24),平均值为 5.82,这些特征,表明岩体经历了高度分异演化作用。U含量平均值为17.96×10-6,高于世界花岗岩铀平均值5×10-6 (Allegre and Michard,1979),表明岩浆演化过程中铀得到了进一步富集。
5 讨论
5.1 岩石成因类型
对花岗岩进行准确的成因类型划分,是理解其源区性质、形成过程及构造背景的基石(赵海波等, 2024)。经典的 I-S-A-M 型花岗岩分类方案(Chappell and White,1974;Loiselle and Wones,1979)虽历经发展,但其核心的矿物学与地球化学判别标志至今仍具有重要的指导价值。前人研究已系统总结了各类型的特征矿物组合:I 型花岗岩常以角闪石为标志,S型花岗岩则可出现堇青石、石榴子石等过铝质矿物、A型花岗岩则以富含碱性暗色矿物(如霓辉石、镁铁闪石、铁橄榄石)为特征(王国辉等, 2019)。值得注意的是,白云母和石榴子石作为过铝质矿物,其指示意义具有多解性,既可出现在S型花岗岩中,也可能产于高分异I型花岗岩的顶部,因此不能作为判别 S 型花岗岩的充分证据(Miller et al.,2003)。本研究的柏埔中粒斑状黑云母花岗岩,在矿物学上呈现出典型的花岗结构,主要造岩矿物为石英、钾长石、斜长石和黑云母,具有高硅、富碱、钾大于钠的特征,且 Rb/Sr 比值较高且具明显的 Eu 负异常,表明岩石经历了强烈的结晶分异作用。镜下观察未发现如霓石、霓辉石等碱性暗色矿物分布,这一关键事实首先从矿物学角度排除了其为典型 A 型花岗岩的可能性,且在(Zr+Nb+Ce+Y)-(Na2O+K2O)/CaO图解(图6a)中,中粒斑状黑云母花岗岩落在高分异型花岗岩区域内,故其不属于 A 型花岗岩。此外,通常 M 型花岗岩具有较低的 K2O 含量(K2O<1%),中粒斑状黑云母花岗岩K2O含量平均值为 5.52,远远大于 1,且矿物学上也未见角闪石等矿物,因而两者也不是M型花岗岩。在ACF图解中 (图6b),中粒斑状黑云母花岗岩落在S花岗岩区域,微量元素均相对富集 Rb、Th、U、Sm,相对亏损 Ba、 Sr、Ti等元素,与中国华南典型 S型花岗岩具有相似的地球化学特征(郭春丽等,2012),综合分析认为其属于高分异花岗岩,具有S型花岗岩的特点。
中粒斑状黑云母花岗岩 Rb/Sr比值 5.15~6.24,均明显高于中国东部上地壳平均值(0.32)(Gao et al.,1999);Zr/Hf 比值(17.74~29.43)低于上地壳的 Zr/Hf 平均比值(37);Rb/Nb 比值(17.47~29.31)远大于全球上地壳 Rb/Nb 比值(4.5)(Taylor and Mclennan,1985)。上述比值系统性地偏离了原始地壳组成,是强烈结晶分异作用的必然结果,但它们的初始富集或亏损趋势,从根本上受控于源区性质。极高的Rb/Sr和Rb/Nb比值强烈指示源区为成熟的、经历过强烈风化循环的陆壳沉积物(如页岩);而低的 Zr/Hf 比值则与锆石等副矿物在岩浆演化过程中的分离结晶密切相关(Bau,1996)。
OGT—未分异的I、S和M型花岗岩;FG—分异的花岗岩;A—A型花岗岩
5.2 岩石源区判断
花岗岩的源区特征是揭示其成因与构造背景的关键。传统上,主要依据 Sylvester(1998)提出的地球化学指标进行判别,即利用较低的CaO/Na2O比值(通常<0.3)和TFeO+MgO+TiO2含量(通常<4%)来识别由贫长石、富黏土的泥质岩部分熔融形成的 S 型花岗岩。本研究的中粒斑状黑云母花岗岩,其 CaO/Na2O比值(0.18~0.35,平均0.27)与TFeO+MgO+ TiO2(1.41%~2.41%,平均 2.20%)均显著低于上述临界值,初步指示其源岩为泥质沉积岩。
然而,现代岩石学研究进展表明,单一的指标判别存在多解性。因此,笔者在前文野外地质和岩石学讨论的基础上,进一步结合其他地球化学图解进行约束。在(Al2O3/TiO2)-(CaO/Na2O)图解中(图7a),样品点集中落入泥质岩部分熔融区域;同时,在能够有效区分不同沉积物源组分贡献的(Rb/Sr)-(Rb/Ba)图解(图7b)中,所有样品均落在富黏土区域。这两项结果相互印证,共同证实了源区物质主要为富黏土质的泥质岩,而非砂质岩或火成岩。
这一认识与区域地质背景高度吻合。研究区广泛出露寒武系浅变质岩系(如板岩、千枚岩) (Chen et al.,2012),应该为上述花岗岩的形成提供了潜在的源岩。这些富铝的泥质岩石在碰撞造山或陆内再造的构造背景下,随着地壳增厚埋深,达到中下地壳的角闪岩相-麻粒岩相变质条件后发生部分熔融而形成。因此,该花岗岩体是古老地壳物质在特定热动力条件下重熔的产物,其形成记录了该地区早古生代之后一次重要的地壳再造事件 (Zhou et al.,2025)。
a—(Al2O3/TiO2)-(CaO/Na2O)图解;b—(Rb/Sr)-(Rb/Ba)图解
5.3 构造环境判别
南岭地区中生代广泛而强烈的岩浆活动,其动力学背景一直是华南大陆构造研究的热点与难点。南岭中生代花岗岩在空间上基本呈显著的EW向展布,可大致划分为3条岩浆活动带,自北向南依次为诸广山—青障山带、大东山—贵东带及佛冈—新丰江带(耿红燕等,2006)。这一宏大的EW向构造-岩浆带,与古太平洋板块自中生代早期开始沿 NW 向与欧亚大陆俯冲碰撞有关(李三忠等,2017),随后俯冲方向逐渐向 NNW 向过渡而存在明显的空间不协调性,暗示南岭中生代岩浆活动并非单一受控于古太平洋构造域(刘磊,2025)。近年来,随着高精度年代学数据的积累,在南岭地区相继厘定出了大量印支期花岗岩,这证实了特提斯构造域在该区中生代早期演化中的深刻影响。深部的地球物理证据,如南岭地区深部表现出的 EW 向粤北幔坳—佛冈幔坡—广州幔隆以及近EW向均匀单一完整的重力梯度带,被解释为是古老的(印支期)特提斯构造动力体系在深部岩石圈结构中留下的“印记”,这一先存的薄弱带为后续岩浆就位提供了重要的运移通道和空间约束(余心起等,2005)。
在此复杂的多构造域叠加背景下,对柏埔岩体进行精确定年与构造环境判别显得至关重要。本文通过高精度锆石 U-Pb 定年,首次精确厘定柏埔岩体中的中粒斑状黑云母花岗岩与花岗斑岩形成于燕山早期((158.9±0.7) Ma、(159.4±1.4) Ma)。岩石地球化学特征显示,该岩体富钾,属高钾钙碱性系列。高钾钙碱性岩浆活动通常与先期的俯冲作用(即“遗留的”俯冲组分)有关,但其最终的岩浆就位往往发生在同碰撞挤压向碰撞后伸展转换的过渡阶段(Liegeois,1998)。这一认识与华南地区的构造演化序列高度吻合:华南印支期(258~192 Ma)以强烈的挤压、逆冲推覆和地壳加厚为主要特征;而至燕山早期(尤其是中晚侏罗世),岩浆活动性质发生了显著转变,出现了A型花岗岩(178~176 Ma)、双峰式火山岩(179~158 Ma)组合,甚至发现了具有 OIB特征的板内拉斑或碱性玄武岩。这种从挤压性 “造山”岩石组合向伸展性“非造山”或“后造山”岩石组合的转变,是岩石圈从加厚走向伸展减薄、软流圈物质随之被动或主动上涌的最直接岩石学证据(李三忠等,2017;Zhou et al.,2025)。因此,南岭地区在燕山早期(包括柏埔岩体形成的 159 Ma 时期)的整体火成岩组合,更支持其形成于一个从碰撞后伸展向稳定的板内环境过渡的地球动力学背景。
为了有效约束柏埔岩体形成的构造环境,本文采用经典的Pearce(1996)花岗岩构造判别图解。在 Ta-Yb(图8a)和 Rb-(Y+Nb)(图8b)图解中,中粒斑状黑云母花岗岩样品主要落在同碰撞花岗岩(syn-COLG)区域,部分投影在板内花岗岩(WPG)与同碰撞花岗岩边界附近。需要强调的是,经典的“同碰撞”分类在时间上具有宽泛性,它实际上涵盖了从主碰撞挤压峰期之后到后碰撞伸展的整个阶段 (Harris et al.,1986)。如肖庆辉等(2002)所指出的,在许多造山带中,所谓的“同碰撞”花岗岩在地球化学特征上与明确的后碰撞花岗岩高度相似,均反映了造山作用力弛豫、地壳发生横向伸展和垂向垮塌的构造环境。因此,柏埔岩体在判别图解中的投影位置,恰恰反映了其形成于印支造山运动主碰撞期后、向板内稳定环境过渡的拉张背景。柏埔岩体与许多俯冲相关花岗岩一样,高场强元素(Nb、Ta、Zr、 Hf、等)的强烈亏损是与俯冲有关岩浆岩的典型特征,但柏埔花岗岩体形成于板内环境,其 Nb、Ta、Ti 等高场强元素亏损的特征应是从源岩中继承而来的,而不应被视为产于俯冲环境的标志,因为典型地壳熔体高场强元素含量很低。
图8构造环境判别图解
a—Yb-Ta图解;b—(Yb+Ta)-Rb图解;syn-COLG—同碰撞花岗岩;WPG—板内花岗岩;VAG—火山弧花岗岩;ORG—洋中脊花岗岩
基于以上证据,笔者提出柏埔高分异花岗岩的形成模式及其对铀成矿的关键控制作用:自燕山早期以来,南岭地区处于碰撞后造山的拉张环境中,整体进入碰撞后伸展阶段(林锦荣等,2023)。岩石圈的伸展减薄引发了软流圈地幔的被动上涌,并诱发幔源基性岩浆底侵于地壳下部。上涌的软流圈不仅直接导致了基性岩浆活动,其带来的巨大热流更直接底侵于加厚地壳的底部。在由深大断裂引起的减压和幔源热源共同驱动下,先存的、富含古老沉积组分(通常具有较高的原始铀背景值)的下地壳物质发生大规模部分熔融。这一熔融过程有效地将源区岩石中的分散态铀萃取出来,使其进入长英质原生熔体,从而形成了初始富铀的母岩浆 (图9)。
这些长英质岩浆在上升过程中,可能与幔源基性岩浆发生不同程度的混合(MASH 过程,Hildreth and Moorbath,1988)。幔源物质的加入不仅可能提供了额外的成矿物质,更重要的是其带来的高热和高挥发分(如F、Cl)含量,显著增强了熔体的活动性和对铀等不相容元素的萃取、携带能力。随后,这些母岩浆在上升过程中,于地壳浅部的岩浆房内经历了高程度的分离结晶作用,不相容元素铀以及水、F、Cl 等在残余熔体中得到有效富集,最终形成了具有典型高分异特征的柏埔花岗岩体。相较于区域上大量分异程度较低、挥发分含量不高的花岗岩,这种高分异、高钾、富挥发分特征的花岗岩体,应是定位铀成矿远景区的关键。
图9柏埔斑状黑云母花岗岩成因模式图
6 结论
(1)锆石 U-Pb定年结果表明,黄田铀矿床赋矿岩体—— 中粒斑状黑云母花岗岩的形成年龄为 (158.9±0.7) Ma,属晚侏罗世岩浆活动的产物。
(2)该岩石具高硅、富碱、富钾(K2O>Na2O)的特征,微量元素强烈亏损 Ba、Sr、Nb等元素,Eu负异常明显,表明其岩浆经历了高度结晶分异演化,为壳源重熔为主的高分异花岗岩。
(3)综合分析认为该花岗岩源区以泥质岩的部分熔融为主,形成于华南晚中生代岩石圈的后碰撞环境中。