诸广山南体桃金洞花岗岩成因和铀成矿潜力探讨

兰鸿锋，凌洪飞*，孙立强，王凯兴，欧阳平宁，刘建伟，王洪作.内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室，南京大学地球科学与工程学院，南京003 .核工业二三〇研究所，长沙400



诸广山南体桃金洞花岗岩成因和铀成矿潜力探讨

兰鸿锋1，凌洪飞1*，孙立强1，王凯兴1，欧阳平宁2，刘建伟2，王洪作1
1.内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室，南京大学地球科学与工程学院，南京210023 2.核工业二三〇研究所，长沙410011

摘要：文中对位于湘赣粤三省交界处的诸广山南体桃金洞花岗岩进行了锆石U-Pb年代学和岩石地球化学的研究，并将其与诸广山南体东部其他印支期非产铀和产铀花岗岩进行了对比。LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为204±2.1 Ma，为印支晚期岩浆活动的产物。岩石地球化学组成呈过铝质，硅和碱含量偏高（SiO2=69.7%～75.0%，K2O+Na2O=7.74%～9.08%），富铁、贫镁，属于碱钙性/钙碱性-过铝质-铁质花岗岩。稀土元素总量较高（∑REE = 226～272×10(-6)），LREE富集（LREE/HREE= 6.27～11.4，（La/Yb）N=4.01～15.0），Eu亏损较明显（δEu=0.15～0.42），富集Rb、Th和U，亏损Ba、Sr、Ti和Eu，属于典型的低Ba、Sr花岗岩；（(87)Sr/(86)Sr）i值较高（0.71922～0.72040），ε(Nd)（t）值较低（-10.0～-10.2），两阶段Nd模式年龄为1.80～1.82 Ga。上述特征表明，桃金洞花岗岩属于典型的壳源型花岗岩，是在地壳伸展-减薄构造背景下，由古元古代地壳岩石演变而成的变质杂砂岩组分岩石经中低程度部分熔融形成。对比研究显示，诸广山南体印支期产铀花岗岩蚀变作用强，FeOT/（FeOT+MgO）比值变化较大，CaO含量低，主要为碱钙性花岗岩，Ba、Sr、Ti和Eu亏损更强烈，ε(Nd)(t)值更低和Nd模式年龄更古老。非产铀花岗岩源岩以砂质岩为主，U含量相对较低。桃金洞花岗岩未经后期明显热液蚀变作用，不具有产铀花岗岩蚀变强烈的特点，地球化学特征相似于诸广山南体印支期非产铀花岗岩，铀成矿潜力可能不大。

关键词：铁质花岗岩；花岗岩产铀潜力；印支晚期桃金洞花岗岩；诸广山南体

诸广山复式岩体位于湘赣粤三省交界处，受南岭东西向构造和诸广山南北向构造联合控制。诸广山复式岩体北部在湖南丰州—古亭以北的湘赣交界地区呈南北向展布，包括桂东、寨前、汤湖、东洛和鹅形等岩体，南部位于粤北地区呈东西向展布，包括九峰、三江口、长江、扶溪、白云和龙华山等岩体，南部岩体可简称诸广山南体（邓访陵，1987；李献华，1990a）。诸广山南体在行政上主要属于粤北的乐昌、仁化和南雄一带以及湘南汝城一带，地理坐标范围大致为东经113°10′～114°23′，北纬25°00′～25°35′，总的出露面积大于2000 km2，属于南岭地区3个大型东西向岩带之一的“骑田岭-诸广山岩带”的重要组成部分。诸广山南体的形状又可以看作由两部分组成：西部呈东西向展布，以燕山期花岗岩为主；东部呈南北向展布，以印支期花岗岩为主（图1）。

图1　诸广山南体地质略图Fig.1 Geological sketch map of the southern Zhuguangshan composite granites

诸广山南体东部以其规模大、侵入期次多和铀矿资源丰富而著称，吸引了众多地质工作者从不同角度进行过研究，取得了许多成果（邓访陵，1987；陈鸣，1989，1990；沈吉等，1991；李献华等，1991，1992；李献华,1992，1993；黄国龙等，2006，2012；张敏，2006；冯海生等，2009；徐文雄等，2009，2014；黄展裕，2010，2014；朱捌，2010；邓平等，2012）。近年来，诸广山南体在年代学研究上取得了较大的进展，尤其是南体东部许多原来用K-Ar和Rb-Sr定年为燕山期的岩体（全国同位素地质年龄数据汇编编篡小组，1983，1986；袁综信等，1992）被用锆石U-Pb定年精确厘定为印支期（Xu et al.,2005；张敏，2006；邓平等，2012），且华南花岗岩型铀矿的铀源被认为主要来自于产铀印支期花岗岩（陈培荣，2004）。诸广山南体中东部的印支期油洞岩体和燕山期长江岩体的交接带赋存有重要的花岗岩型长江铀矿田，前人对此做了较多的工作（黄国龙等，2006；张国全等，2008；徐文雄等，2009；沈渭洲等，2009，2010；高翔等，2011；郭春影等，2012；田泽瑾，2014）。而诸广山南体西部都为燕山期花岗岩，迄今未在其中发现重要工业铀矿化，研究也相对较少，已发表的地球化学数据有赤坑岩体（张敏，2006）、三江口岩体（马铁球等，2006）、红山岩体（朱捌等，2009）、九峰岩体（田泽瑾，2014）等。而中北部岩体的岩性与印支期花岗岩相似，但对岩体的年龄和铀成矿潜力知之甚少，文中对中北部的桃金洞花岗岩岩体开展较详细的研究。

桃金洞花岗岩位于诸广山南体的中北部，主要出露于热水、鱼王和竹田一带。东岭幅和热水幅1: 5万区调报告（1996）根据单元和超单元划分方案，将图1中的大窝子岩体全部、三江口岩体北东部鱼王以西一带、长江岩体的一部分划为桃金洞单元（即本文的桃金洞花岗岩）（图2），相比邓平等（2011，2012）根据较小比例尺的岩相学特征和航空γ能谱特征所作的划分方案（图1）更精细。桃金洞花岗岩总面积约50 km2，与围岩（新元古代至寒武纪地层）呈侵入接触关系，接触界线清晰但曲折多变（图2）。

为了查明桃金洞花岗岩的形成时代、物质来源、岩石成因和成岩构造背景，此次对桃金洞花岗岩展开了系统的同位素年代学、地球化学和Sr-Nd同位素地球化学综合研究。同时，将桃金洞花岗岩与诸广山南体东部印支期产铀如油洞岩体（232 Ma，黄国龙等，2012）、白云岩体（232 Ma，邓平等，2012））和非产铀花岗岩（乐洞岩体（239 Ma，邓平等，2012）、江南岩体（239 Ma，邓平等，2012）进行对比，以期判别桃金洞花岗岩的产铀潜力。

1　岩相学特征

桃金洞花岗岩的岩性为中粗粒似斑状黑云母花岗岩，灰白色至肉红色，似斑状结构，基质为中-粗粒结构，块状构造（图3a），斑晶为钾长石（20%～30%），多为条纹长石，半自形至自形板状，大小一般1～2 cm×2～5 cm，大者可达4 cm× 8 cm，常包裹斜长石、石英和黑云等矿物。基质粒径0.2～7 mm，主要由钾长石（25%）、斜长石（35%）、石英（35%）和黑云母（5%）组成。钾长石为半自形板状、短柱状，可见格子状双晶及条纹结构，偶见粘土化蚀变。斜长石以半自形板状、柱状为主，粒径0.2～7 mm，普遍发育聚片双晶，局部见卡钠复合双晶，An-10～30，见石英、黑云母等矿物包体，可见绢云母化和粘土化蚀变。石英呈他形粒状或不规则填隙状，粒径0.3～7 mm。黑云母呈片状，绿到浅黄色多色性，多以集合体形式出现，少部分蚀变成绿泥石，包裹锆石等副矿物，锆石周围常见放射性晕圈。薄片中见到的副矿物种类较少，有锆石、磷灰石（样品Y13和zkx10-1中磷灰石较少）、榍石和褐帘石等（图3b）。

白云和江南花岗岩与桃金洞花岗岩的岩性一致，均为中粗粒似斑状黑云母花岗岩；而乐洞和油洞花岗岩的岩性为中粒似斑状二云母花岗岩。非产铀的江南和乐洞花岗岩较新鲜，黑云母和长石仅发生微弱的蚀变，副矿物种类较少，主要为锆石、磷灰石等；产铀的白云和油洞花岗岩绿泥石化和水云母化蚀变强烈，黑云母中含有的较多副矿物（张敏，2006；朱捌，2010；张善果等，2011；黄国龙等，2012；邓平等，2012）。

①核工业中南地质局三○六地质大队.1996.东岭幅热水幅1：5万区调报告

图2　桃金洞花岗岩地质略图（据东岭幅热水幅1 : 5万区调报告①）Fig.2 Geological sketch map of the Taojindong granites

图3　桃金洞花岗岩野外露头与显微镜下照片Fig.3 Photos of outcrop and microphotograph of Taojindong granites

2　样品和分析方法

本文所分析的桃金洞花岗岩样品的采集位置见图2。对桃金洞花岗岩采用LA-ICP-MS锆石U-Pb方法进行定年。单颗粒锆石U-Pb定年样品选自于花岗岩样品Y02，制靶方法见宋彪等（2002a）。先进行透射光和反射光观察和照相，然后在北京锆年领航有限公司进行锆石阴极发光（CL）照相，观察锆石内部结构。在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室用LA-ICP-MS进行锆石的U-Pb同位素定年，ICP-MS型号为Agilent 7500型四级杆质谱仪，激光剥蚀系统为New Wave公司产的UP-213固体激光剥蚀系统，剥蚀孔径为30 μm，采用He气作为载气。质量分馏校正采用锆石标样GJ-1进行。分析数据通过即时分析软件GLITTER计算获得同位素比值、年龄和误差，按照Andersen（2002）的方法进行普通铅校正，分析结果通过ISOPLOT软件（版本3.23）完成加权平均年龄计算和U-Pb谐和图的绘制。

在岩相学鉴定基础上选取新鲜样品进行全岩的主量元素、微量元素和Sr-Nd同位素分析。全岩主量元素分析在澳实分析检测（广州）有限公司完成，采用XRF测试方法，仪器为荷兰生产的X荧光光谱仪（型号：PANalytical Axios Max）。微量元素含量分析采用南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室的HR-ICP-MS（Finnigan MAT Element II型）仪器进行，分析方法和仪器性能同高剑锋等（2003）文中描述，大部分微量元素含量的分析误差小于5%。

Sr-Nd同位素测试在南京大学内生金属矿床成矿机制国家重点实验室完成。将烘干后的样品称取适量完全溶解于HF+HNO3酸混合溶液后，采用传统的阳离子交换树脂分离技术将Sr和Nd分离提纯出来。并采用Finnigan公司的TritonTI热电离质谱仪（TIMS）进行Sr和Nd同位素比值测定，详细的实验流程见濮巍等（2004，2005）。测定过程中的质量分馏效应分别采用86Sr/88Sr=0.1194和146Nd/144Nd= 0.7219进行校正，Rb、Sr和Sm、Nd的全流程实验本底分别小于100pg和50pg。实验过程标样分析结果分别为，La Jolla:143Nd/144Nd=0.511842±4（2σ,n=5）；NBS-987:87Sr/86Sr = 0.710260±10 (2σ，n=30)。

3　分析结果

3.1年代学特征

桃金洞花岗岩锆石都呈浅黄色到浅黄褐色，晶型较好，透明至半透明，短柱至长柱状。锆石长100～280 μm，宽50～100 μm，长/宽比约为1 : 2～1: 3。图4a显示了锆石的阴极发光（CL）照片，绝大部分锆石都具有比较清晰的韵律振荡环带结构，为典型的岩浆结晶锆石（吴元保和郑永飞，2004）。本文对16颗锆石进行了17个测点的分析，结果列于表1。其中，第3个测点Th/U比较低（0.08），可能不是岩浆锆石，在加权平均年龄计算中予以排除。其余16个测点的U含量分布在302×10-6～3984 ×10-6的范围内，Th含量变化在156×10-6～1226× 10-6之间，Th/U比值介于0.15～2.18之间（都大于0.1，多数大于0.3），证实它们属于岩浆结晶锆石，没有受到后期作用影响（Williamsetal.,1996;Keayet al.,1999;Claessonetal.,2000;Belousova et al.,2002）。

在206Pb/238U-207Pb/235U谐和图上，样品点不同程度地沿水平方向偏离谐和线（图4b），这是由于238U和235U在丰度和半衰期方面存在差异，锆石中积累的放射性成因207Pb的丰度比206Pb的丰度约低20倍，使207Pb的测量精度较差，导致207Pb/235U年龄值误差较大（凌洪飞等，2005）。因此，对于放射性成因组分积累较少的锆石来说，206Pb/238U的年龄比207Pb/235U年龄更能反映锆石的结晶时间。

16个测点中，除第5、6两个测点给出较老的206Pb/238U年龄（分别为326 Ma和306 Ma），可能代表捕获锆石核的年龄外，其余14个测点的206Pb/238U年龄比较一致，变化范围在198～211 Ma之间，大部分落在谐和线上，但有4个测点的结果沿水平方向漂移。14个测点给出的加权平均年龄为204± 2.1 Ma（n=14，MSWD=4.4）（图4c），表明桃金洞花岗为印支期岩浆作用的产物。

3.2地球化学特征

桃金洞花岗岩的主量元素、微量和稀土元素测定结果及算得的相关参数列于表2，并将桃金洞花岗岩的地球化学特征与乐洞、江南、白云和油洞四个花岗岩岩体的地球化学特征进行比较，乐洞等四个花岗岩的数据来源：乐洞花岗岩（朱捌，2010）；江南花岗岩①南京大学地球科学与工程学院.2011.华南印支期花岗岩与铀成矿关系项目结题报告；白云花岗岩（张敏，2006；张善果等，2011）；油洞花岗岩（张敏，2006；黄国龙等，2012）

3.2.1主量元素

图4　桃金洞花岗岩Y02样品锆石阴极发光图像（a）和LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图（b，其中虚线框表示参与加权平均年龄计算）和加权平均年龄图（c）Fig.4 Cathodoluminescence images (CL) of zircons from sample Y02 of Taojindong granites (a),LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagram (b,data in the dashed line rectangle were included in calculation for the average age) and diagram of weighted mean age (c)

表1　桃金洞花岗岩样品Y02的LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results of sample Y02 from the Taojindong granites

由表2中数据及图5可以看出，桃金洞花岗岩在主量元素组成上具有以下特征:（1）SiO2含量较高，变化相对明显（69.7%～75.0%，平均72.4%）。（2）FeOT含量较高（1.65%～3.48%，平均2.48%），MgO含量较低（0.22%～0.89%，平均0.55%）。（3）偏碱，全碱含量（K2O+Na2O）为7.74%～9.08%（平均8.24%），钾大于钠，K2O/Na2O比值为1.29～2.20（平均1.67），与华南壳源型花岗岩（1.61，陈小明等，2002）较为相似。（4）在SiO2-K2O+Na2O图解上（图5a），桃金洞花岗岩与其他四个花岗岩均落于花岗岩内。（5）桃金洞花岗除Y03样品的ASI值为0.98，属准铝质花岗岩外，其余样品的铝饱和指数值均大于1（ASI = 1.02～1.11），均属过铝质花岗岩（图5b）；白云等四个花岗岩体也主要为过铝质（图5b）。（6）桃金洞花岗岩的修订Peacock碱-钙指数（Modified Alkali-Lime Index，MALI=K2O + Na2O-CaO）值为6.18～8.22，在SiO2-MALI图上（图5c），落在碱钙性至钙碱性花岗岩区域，与非产铀的乐洞和江南花岗岩相似；而产铀的白云和油洞花岗岩大多落在碱钙性花岗岩区域。（7）桃金洞花岗的FeOT/（FeOT+MgO）比值为0.80～0.88（平均0.83），在SiO2-FeOT/（FeOT+MgO）图解上（图5d），主要位于铁质花岗岩以及铁质和镁质花岗岩的分界线附近；产铀的白云和油洞花岗岩的变化范围较大，而非产铀的乐洞和江南花岗岩主要位于镁质花岗岩内。此外，从图5c、d可以看出产铀花岗岩的SiO2含量高于非产铀花岗岩。（8）TiO2（0.15%～0.48%）含量偏低，样品Y13和zkx10-1的P2O5含量偏低（都为0.04%），这与岩石薄片下钛铁矿和磷灰石罕见的现象一致，表明在部分熔融过程中源区残留了钛铁矿和磷灰石等矿物或者原始岩浆可能经历了钛铁矿、磷灰石等矿物的分离结晶作用，后文论述表明属于前者（见4.2节）。

表2　桃金洞花岗岩主量元素（wt.%）、微量元素和稀土元素（×10-6）分析结果Table 2 Major elements (wt.%),trace elements and rare earth elements (×10-6) of the Taojindong granites

3.2.2微量元素

由图5e可以看出，桃金洞花岗岩、以及白云等四个花岗岩均富集大离子元素Rb、Th和U，轻微富集高场强元素Ta，明显亏损Ba、Sr、Ti和Eu，轻微亏损高场强元素Nb。分布曲线呈现左侧“隆起”和右侧相对“平缓”的特征，相似于南岭地区壳源型花岗岩（孙涛等，2003；凌洪飞等，2004，2005），但产铀的白云和油洞花岗岩Ba、Sr、Ti和Eu的亏损更强烈。Ba、Sr、Eu和Ti的亏损可能主要由于部分熔融过程中源区残留了斜长石和钛铁矿，也可能是成岩过程中斜长石和钛铁矿的分离结晶作用引起的（Green et al.,1987; Green,1995; Barth et al.,2000）。上述特征反映桃金洞和白云等花岗岩均属于典型的低Ba、Sr花岗岩，是壳源物质低程度部分熔融的产物（Harris et al.,1992）。Nb的亏损也与岩浆源区岩石以陆壳组分为主（Green,1995）相吻合。桃金洞花岗岩的Nb/Ta比值5.40～10.6（平均8.29）和Zr/Hf比值20.6～32.8（平均28.7）都低于正常花岗岩值（分别为11和33～40，Dostal et al.,2000; Green,1995），但Zr/Hf比值高于25，指示岩浆演化过程中不存在流体作用，而是反映岩浆源于地壳物质（Irber,1999）。桃金洞花岗岩的Rb/Sr比值2.27～6.20（平均3.77）和Rb/Nb比值10.4～16.1（平均13.3）以及U含量（6.8～27.4）×10-6（平均16.2× 10-6）都明显高于中国东部（分别为0.31×10-6、6.8×10-6和1.55×10-6，高山等，1999）和全球上地壳的平均值（分别为0.32×10-6、4.5×10-6和2.8× 10-6，Taylor and McLennan,1985），白云等四个花岗岩的Rb/Sr、Rb/Nb比值和U含量也都较高，表明它们都源自成熟度较高的陆壳物质。

图5　桃金洞等花岗岩主量元素特征图（a～d），桃金洞等花岗岩微量元素蛛网图（e）和桃金洞等花岗岩稀土元素球粒陨石标准化曲线（f）Fig.5 Major element diagrams (a～d),trace element spider diagram (e),and chondrite-normalized REE patterns (f) of the Taojindong granites and other granites eastern part of the southern Zhuguangshan composite granites

①南京大学地球科学与工程学院.2011.华南印支期花岗岩与铀成矿关系项目结题报告

3.2.3稀土元素

由表2和图5f可以看出，桃金洞花岗岩的稀土总量为（226～272）×10-6（平均243×10-6），与油洞、乐洞和江南花岗岩的稀土总量相当，而白云花岗岩的稀土总量相对较低；桃金洞花岗岩LREE/ HREE=6.27～11.4（平均8.91），(La/Yb)N=4.01～15.0（平均9.88），表明轻稀土相对富集，轻重稀土之间的分馏相对明显，分布曲线呈现右倾型，与白云等四个花岗岩的稀土分布曲线相似；(La/Sm)N值较高（1.97～4.17，平均3.41），反映轻稀土的分馏相对明显；(Gd/Yb)N值较低（1.34～2.38，平均1.87），反映重稀土的分馏不明显；Eu亏损较明显，δEu= 0.15～0.42（平均0.26），而产铀的白云和油洞花岗岩的Eu亏损更明显。

图6　桃金洞花岗岩的εNd(t)-t（a）和εNd(t)-(87Sr/86Sr)i图（b）Fig.6　εNd(t)-t diagram (a) and εNd(t)-(87Sr/86Sr)idiagram (b) of the Taojindong granites

3.3 Sr-Nd同位素

桃金洞花岗岩3个代表性样品的Sr-Nd同位素，分析结果见表3。

表3　桃金洞花岗岩Sr-Nd同位素组成Table 3 Sr-Nd isotopic compositions of the Taojindong granites

桃金洞花岗岩的(87Sr/86Sr)i值较高，为0.71922～0.72040（平均0.71985）。εNd(t)值为-10.0～-10.2（平均-10.1），在εNd(t)-t图上（图6a），桃金洞花岗岩和产铀的白云、油洞花岗岩都位于南岭元古宙地壳Sr-Nd同位素演化区域内（沈渭洲等，1993），与南岭地区典型的壳源型花岗岩（沈渭洲等，1999；孙涛等，2003；周新民，2007）相似。在εNd(t)-(87Sr/86Sr)i图解上，桃金洞、白云和油洞花岗岩数据点所在位置与华南壳源型花岗岩（沈渭洲等，1999；朱炳泉，1998；孙涛等，2003）的分布范围一致（图6b）。桃金洞花岗岩、以及产铀的白云和油洞花岗岩的两阶段Nd模式年龄分别为1.80～1.82 Ga（平均1.81 Ga）、1.87～1.89 Ga（张敏，2006；张善果等，2011）和1.91～2.06 Ga（张敏，2006；黄国龙等，2012），与华南基底变质岩原岩年龄资料（1766～1946 Ma，韩发等，1994；孔祥生等，1995；谢国刚等，1997；Li,1997；张晓阳，2000）相吻合。这些特征表明，桃金洞花岗岩和白云、油洞花岗岩的源岩应是古元古代从地幔分离出来的地壳岩石演变而成，与元素特征一致表明它们属于壳源型花岗岩的范畴。但产铀的白云和油洞花岗岩具有相对更低的εNd(t)值（图6）和更古老的Nd模式年龄，其源区物质与桃金洞花岗岩的源区物质并不完全相同。

4　岩石类型及成因讨论

4.1花岗岩类型

与主要受制于造岩矿物的主量元素相比，微量元素指标与岩相学观察结果之间难以构建半定量或定量的联系。因此，利用主量元素对花岗岩进行分类更能反映岩浆的最基本化学特征。

Frost等（2001）利用Fe*（FeOT/(FeOT+MgO)）或Fe-number（FeO/(FeO + MgO)、MALI（Na2O + K2O-CaO）和ASI（Al/(Ca-1.67P+Na+K)）这三个地球化学参数对花岗岩进行非描述性的分类，首先根据Fe*或Fe-number将花岗岩分为铁质花岗岩和镁质花岗岩，再将这两个端元依据MALI分为碱性、碱钙性、钙碱性、钙性，最后再依据ASI细分为过铝质、准铝质和过碱质三类。因为钙性和钙碱性岩石不可能是过碱质；而碱性过铝质花岗岩和钙性过铝质花岗岩，虽然理论上有存在的可能性，但至今在自然界未有发现，所以根据这三个参数可以将花岗岩分成16个类型。

桃金洞花岗岩数据点主要落于铁质花岗岩区域及铁质与镁质花岗岩分界线附近，以铁质花岗岩为主（图5d）；在SiO2-MALI图解上，数据点落在碱钙性和钙碱性区域内，为碱钙性花岗岩或钙碱性花岗岩（图5c）；在ASI-AI图解上，数据点主要落于过铝质花岗岩区域（仅一个样品落于准铝质花岗岩区域），属于过铝质花岗岩（图5b）。因此，可以将桃金洞花岗岩划归为碱钙性-过铝质-铁质花岗岩或钙碱性-过铝质-铁质花岗岩。

4.2花岗岩的源区特征与成因机制

Frost等（2011）在总结前人研究的基础上，提出铁质花岗岩的三种起源模式：（1）长英质地壳岩石的部分熔融；（2）玄武质岩浆的分异作用；（3）玄武质岩浆分异并结合壳源物质的同化混染作用。

桃金洞花岗岩具有高的（87Sr/86Sr）i值（0.71922～0.72040）和低的εNd(t)值（-10.0～-10.2），表明桃金洞花岗岩为长英质地壳岩石部分熔融形成，形成过程中没有幔源物质的加入，更不是由玄武质岩浆分异形成。

在大陆稳定地区，地壳化学风化强烈，物理剥蚀较弱，形成的沉积物以贫斜长石的粘土泥质岩为主；而在岛弧或活动大陆边缘地区，化学风化较弱，物理剥蚀较强，沉积物的成熟度较低，大多以富斜长石的砂岩形式出现。而过铝质花岗岩的CaO/Na2O比值可以反映其源区物质成分中斜长石和粘土矿物的相对含量：CaO/Na2O＞0.3，表示源区岩石富含斜长石，即属于砂屑岩成分；CaO/ Na2O＜0.3，表示源区富粘土矿物，即属于泥质岩成分（Sylevester,1998）。桃金洞花岗岩的CaO/Na2O比值除了样品Y02稍低（0.22）外，其余都大于0.3（表2），表明桃金洞花岗岩的源区主要是由砂质组分的岩石组成，这里的砂质组分岩石包括砂质岩和与之成分相当的石英闪长岩/花岗闪长岩（Sylvester，1998）。在Altherr等（2000）提出的A/ MF-C/MF图解上（图7a），桃金洞花岗岩数据点大部分位于变质杂砂岩区域内或附近。也证实桃金洞花岗岩的源区主要是由砂质组分的岩石组成。但在Rb/Sr-Rb/Ba（图7b）图解上桃金洞花岗岩都投影于富粘土区域，与上述两种情况相矛盾。这种情况可能同源区物质部分熔融过程中斜长石作为残留相出现有关（Sylvester,1998），因为Sr、Ba在斜长石中是相容元素，而Rb是不相容元素，所以来源于砂质岩部分熔融的熔体与其源区相比，将倾向于具有较高的Rb/Sr和Rb/Ba比值，从而导致它们在Rb/Sr-Rb/Ba图解上投影于富粘土源区。因此，桃金洞花岗岩的源区应主要由砂质岩组成。

本次研究的桃金洞花岗岩SiO2和P2O5含量变化较大，Rb/Sr和Rb/Ba也有变化，但比值不高（Rb/Sr比值平均3.77，Rb/Ba比值平均1.09）。导致这些变化的原因可以是部分熔融过程、或者岩浆混合过程、或者岩浆结晶分异过程。

前人研究发现，一些不相容元素对的含量和比值在结晶分异、部分熔融和岩浆混合作用中具有不同的变化方式，可以用来区分这些过程（Schiano et al.,2010）。在CH/CM-CH判别图解中（CH为超亲岩浆元素H如Ta、Th、U、La以及Ce的浓度，CM为亲岩浆元素M如Nd、Sm、Sr、Hf以及Zr的浓度），在部分熔融过程中，两个变量会以斜率为D0M/C0M的一条直线演化（其中：C0M为亲岩浆元素在源区岩石中的浓度，D0M为源区亲岩浆元素M的固相-熔体分配系数）；而分离结晶过程中CH/CM比值几乎保持不变（Schiano et al.,2010）。在La/Sm-La和Th/Nd-Th判别图解中，桃金洞花岗岩显示出部分熔融或者岩浆混合的趋势（图8a,b），而前文论述的地球化学和同位素特征已排除桃金洞花岗岩由岩浆混合形成的可能，因此桃金洞花岗岩形成过程主要受部分熔融作用控制。

图7　桃金洞花岗岩的A/MF-C/MF（a）和Rb/Sr-Rb/Ba（b）图解（图a据Altherr et al.,2000；图b据Sylvester,1998）Fig.7 A/MF-C/MF（a）and Rb/Sr-Rb/Ba（b）diagram of the Taojindong granites

实验岩石学研究表明，壳源长英质岩石在脱水或富水的情况下部分熔融都能形成铁质花岗岩成分的熔体（Skjerlie et al.,1993; Patiño Douce,1997; Bogaerts et al.,2006）。

图8　桃金洞花岗岩的La/Sm-La和Th/Nd-Th图解Fig.8 Diagrams of La/Sm-La and Th/Nd-Th of the Taojindong granites

Patiño Douce（1997）用含有7%黑云母和6%角闪石的花岗闪长岩在950℃条件下进行脱水熔融实验，在0.4 GPa的压力条件下，产生铁质花岗岩，且岩浆为准铝质，随着压力升高，达到0.8 GPa的时候，熔体成分变为过铝质的镁质组分（图9a,b,c）。本文将会在4.3中讨论到桃金洞花岗岩形成于印支碰撞期后的伸展、减薄构造环境，压力的变化可能会对熔体的成分有所影响。但岩石学实验表明，随着压力的变化，熔体的SiO2含量变化很小（Patiño Douce,1997）（图9 a,b,c），而桃金洞花岗岩SiO2含量变化较大。因此，压力并不是引起本区熔体成分变化的主要因素。

图9　长英质岩石的部分熔融实验（a,b,c）和铁质花岗岩的成分统计（e,f,g）Fig.9 Partial melting experiments on quartzofeldspathic rocks (a,b,c) and compositional trends of ferroan granitoids (e,f,g)

桃金洞花岗岩源区岩石成分判别表明为砂质岩或与之成分相当的英云闪长岩/花岗闪长岩。Bogaerts等（2006）对铁质花岗闪长岩进行富水部分熔融实验，在0.4 GPa的压力条件下，初始熔体成分富硅、富铁和轻微的过铝质，随着温度增大，熔融程度升高，熔体成分趋向为准铝质的镁质组分（图9a,b,c）。此实验表明温度对熔体性质的影响起到至关重要的作用。锆石饱和温度提供了一个估算岩浆的温度简单而可行的方法，如果锆石在花岗质岩浆中是不饱和的，那么锆石饱和温度近似于岩浆熔融的下限温度，如果锆石在岩浆中饱和，则锆石饱和温度近似于岩浆熔融的上限温度（Watson,1979; Watson and Harrison,1983）。桃金洞花岗岩中存在有残留锆石，表明岩浆中的锆石是饱和的，因此，所计算的锆石饱和温度可认为是岩浆熔融的上限。从表2和图10可以看出桃金洞花岗岩的SiO2含量与锆石饱和温度TZr（℃）之间呈负相关关系。上文已论述桃金洞花岗岩形成过程主要受部分熔融作用控制（图8），因此，温度较低的样品代表源区岩石熔融程度较低时所产生岩浆的结晶产物，而温度较高的样品代表源区岩石熔融程度较高时所产生岩浆的结晶产物。从图9可以看出，在源区岩石熔融程度较低的时候，桃金洞花岗岩偏铁质，且为钙碱性，随着温度的升高，熔融程度的增加，熔体成分向镁质组分接近，并从钙碱性向碱钙性方向变化；在铝饱和指数方面，桃金洞花岗岩也随着源区岩石熔融程度的升高从最初弱过铝质到强过铝质方向演化。由于桃金洞花岗岩源区岩石没有熔融出镁质和准铝质的成分（图9a,c），其部分熔融并未达到很高的程度。因此，桃金洞花岗岩是古元古代壳源型砂质组分的岩石经过低—中程度的渐进部分熔融作用形成。

图10　桃金洞花岗岩的SiO2-TZr(℃)图解Fig.10 Diagram of SiO2-TZr(℃) of the Taojindong granites

过铝质铁质花岗岩的例子世界上并不少见。侵入美国怀俄明州Sherman岩基中的Lincoln花岗岩属于碱钙性-过铝质-铁质花岗岩，Frost等（1999）认为其所具有的高(87Sr/86Sr)i比值和较负的εNd(t)值，反映了该过铝质花岗岩的源区比准铝质花岗岩的源区具有更古老壳源组分。巴西Carajas地区的花岗岩与澳大利亚Lachlan褶皱带中的Wangrah花岗岩属于钙碱性-过铝质-铁质花岗岩，Dall-Agnol等（2007）和Oliveira等（2009）认为Carajas地区的花岗岩是壳源长英质岩石在相对氧化的条件下部分熔融形成的；King等（2001）认为澳大利亚Lachlan褶皱带中的Wangrah花岗岩是由长英质麻粒岩部分熔融形成的（图9e,f,g）。本文研究的桃金洞花岗为铁质花岗岩，与这些岩体的地球化学特征较为一致，成因上也有相似之处，都是由壳源物质部分熔融形成。

4.3花岗岩形成的构造背景

印支运动被认为是由Sibumasu地块与印支地块之间的碰撞引起的，缝合带位于红河以南的金沙江-墨江-松马一线，现有的年代学表明印支运动的峰期发生于距今258～243 Ma（Lepvrier et al.,1997; Nam et al.,1998; Carter er al.,2001）。但不同学者对华南印支期大地构造演化及相应印支期花岗岩的成因背景曾有不同的理解，许靖华等（1987）和李继亮（1993）认为早中生代为陆内碰撞造山作用；Li和Li（2007）认为二叠纪开始太平洋板片向欧亚大陆俯冲造成陆内迁移造山过程形成印支期花岗岩。但有研究认为华南内陆并不存在早中生代洋陆俯冲事件（Rowley et al.,1989; Gilder et al.,1996; Zhou et al.,2006），而且华南印支期花岗岩总体呈面状分布及缺乏同时期火山岩（周新民，2003）的特征，与俯冲成岩模式并不吻合。近年来的研究表明，华南印支期的变质—岩浆活动时间具有双峰特征，即花岗岩主要形成于249～225 Ma（峰期年龄为237 Ma左右，邓希光等，2004；张文兰等，2004；于津海等，2007）和225～207 Ma（峰期年龄为216 Ma左右，陈卫锋等，2006）两个阶段，第一个阶段形成于同碰撞背景，而第二阶段可能是晚碰撞或后碰撞的产物（于津海等，2007；Wang et al.,2007）。

桃金洞花岗岩的成岩年龄为204 Ma，形成于印支碰撞期后的伸展构造环境。在Pearce（1996）提出的Rb-（Y+Nb）构造环境判别图解中，桃金洞花岗岩位于后碰撞花岗岩区域内（图11a）。在Maniar 和Piccoli（1989）提出的SiO2-FeOT/（FeOT+MgO）判别图解上（图11b）桃金洞花岗岩投影于后造山花岗岩区域内。Sylvester（1998）指出后碰撞花岗岩是在地壳伸展、减薄构造背境下，地壳岩石在减压和地幔上涌等因素共同影响下发生部分熔作用的产物。

综上所述，桃金洞花岗岩是在地壳伸展-减薄和减压熔融为主导的机制下，由古元古代从地幔分离出来的地壳物质演变而成的变质杂砂岩组分岩石，经不同程度部分熔融岩浆结晶冷凝而成。

5　花岗岩的产铀潜力探讨

如前所述，桃金洞花岗岩在岩石学及地球化学上与非产铀的乐洞、江南花岗岩体较为相似。通过对比桃金洞花岗岩和诸广山南体东部其他印支期产铀花岗岩（白云花岗岩和油洞花岗岩）和非产铀花岗岩（乐洞花岗岩和江南花岗岩），初步得出以下结论：（1）产铀花岗岩均发育不同程度的绿泥石化、水云母化蚀变，非产铀花岗岩蚀变程度较弱；（2）产铀和非产铀花岗岩两者均为过铝质。但非产铀花岗岩为碱钙性或钙碱性花岗岩，而产铀花岗岩主要为碱钙性花岗岩（图5b,c）；（3）产铀花岗岩的FeOT/(FeOT+MgO)比值变化较大，显示了随SiO2含量的增加由镁质花岗岩向铁质花岗岩演化的趋势，非产铀花岗岩FeOT/(FeOT+MgO)比值大部分较小（图5d）；（4）两者均富集大离子元素Rb、Th和U，亏损Ba、Sr、Ti和Eu，与南岭地区壳源型花岗岩相似，但产铀花岗岩Ba、Sr、Ti和Eu亏损更强烈（图5e,f）。（5）产铀和非产铀花岗岩都显示高(87Sr/86Sr)i和低εNd(t)的特征，表明它们均为壳源型花岗，但相对于非产铀花岗岩而言，产铀花岗岩的εNd(t)值更低（图6）、Nd模式年龄更古老，即产铀和非产铀花岗岩的原岩性质不尽相同。

图11　桃金洞花岗岩的Rb-(Y+Nb) (a)和SiO2-FeOT/(FeOT+MgO) (b)图解Fig.11 Diagrams of Rb-(Y+Nb) (a) and SiO2-FeOT/(FeOT+MgO) (b) of the Taojindong granites

在CaO/Na2O-Al2O3/TiO2图解中（图12）非产铀花岗岩的CaO/Na2O比值（＞0.3）明显高于产铀花岗岩，其源区主要为砂质岩石或花岗闪长质岩石。这类源岩中铀主要在副矿物中，源岩部分熔融形成花岗岩浆时，含铀副矿物多数难于全部熔融进入岩浆，故岩浆铀含量较低，产铀潜力弱；若由于部分熔融温度升高，较多含铀副矿物被熔融进入岩浆，则岩浆中Zr、Hf和REE等高场强元素相对较高，岩浆结晶过程中铀多随这些元素结晶形成副矿物，较难形成独立的晶质铀矿，这样形成的花岗岩中铀难于被后期热液作用所活化，因而较难造成热液成矿。而产铀花岗岩的CaO/ Na2O比值总体较低（＜0.3），其源区主要由泥质岩组成。泥质岩中一般副矿物很少，但泥质岩可以具有较高的铀含量，尤其是黑色页岩铀含量可以很高，并且铀多呈还原吸附态或沥青铀矿微粒，在发生部分熔融时铀易进入岩浆；而且泥质岩较易熔融，部分熔融温度较低，这样形成的岩浆中Zr、Hf、REE等高场强元素相对较低，因而岩浆结晶后副矿物种类较少，铀多形成晶质铀矿，而晶质铀矿很容易在后期热液作用中被活化迁移，从而有利于形成花岗岩型热液铀矿。

诸广山南体非产铀的乐洞和江南花岗岩的源岩主要为砂质岩，U含量相对较低，分别为8.82× 10-6（朱捌，2010）和7.04×10-6，低于产铀的油洞花岗岩（16.2×10-6，张敏，2006；黄国龙等，2012）和白云花岗岩（11.5×10-6，张敏，2006；张善果等，2011）及赣南、粤北其他典型产铀花岗岩，如富城花岗岩（20.0×10-6，张运涛等，2012）和下庄花岗岩（18.3×10-6，吴烈勤等，2004）等的U含量。桃金洞花岗岩U含量较高（16.1×10-6，表2），数据点位于过度型花岗岩区域内（图12）。邓平等（2003）研究认为诸广-贵东地区铀矿的形成与富铀基底岩石、深部构造环境、挤压向拉伸转变的构造环境、多期次热液蚀变叠加、幔涌区基性岩脉和碱交代发育、良好的还原条件和封闭环境等区域地质背景和条件有着十分密切的关系。冯明月等（2012）研究华南富铀花岗岩和产铀花岗特征发现，有的富铀花岗岩产有铀矿床，有的富铀花岗岩仅有铀矿点、矿化点，而没有发现铀矿床，认为其原因主要与岩体的成矿条件有关，总结了产铀花岗岩具有断裂构造发育、蚀变非常强烈和酸性、中基性脉岩发育等特点。桃金洞花岗岩具有较高的U含量，花岗岩中包裹于黑云母内的锆石周围常见放射性晕圈，个别大的晕圈中包含的可能是晶质铀矿。但桃金洞花岗岩样品均较新鲜，黑云母少见绿泥石化和白云母化等蚀变作用，不满足产铀花岗岩蚀变强烈这一条件，桃金洞花岗岩蚀变微弱，放射性晕圈中的U也没有被活化迁移。因此，与诸广山南体非产铀花岗岩岩石地球化学特征较相似的桃金洞花岗岩的产铀潜力可能不大。

图12　产铀和非产铀花岗岩与源岩关系图Fig.12 Diagram showing distributions of granites that are able to contribute uranium and that are unable to contribute uranium to U-mineralization and source rocks of these granites

6　结论

桃金洞似斑状黑云母二长花岗岩的成岩年龄为204 Ma，为印支晚期岩浆活动的产物。岩相学和岩石地球化学特征表明，桃金洞花岗岩属于壳源型碱钙性—过铝质—铁质花岗岩或钙碱性—过铝质—铁质花岗岩。桃金洞花岗岩是在地壳伸展—减薄和减压熔融为主导的机制下，由古元古代变质杂砂岩组分的源岩中低程度部分熔融产生的岩浆冷凝形成。桃金洞花岗岩在岩石学及地球化学上与诸广山南体东部印支期乐洞、江南花岗岩较为相似，且桃金洞花岗岩样品较新鲜，岩石蚀变较弱，不具有产铀花岗岩蚀变强烈的特点，研究结果表明桃金洞花岗岩铀成矿潜力可能不大。

致谢：研究得到973课题（2012CB416703）和中国核工业地质局十二五高校铀矿地质科研项目的资助。野外工作得到核工业二三〇研究所的大力协助，论文写作过程中，作者兰鸿锋得到陈培荣教授、沈渭洲教授、陈卫锋副教授、吴俊奇副教授、冯尚杰和李坤的指导和帮助，在此向所有提供帮助的人们表示诚挚的谢意！

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Studyon Petrogenesisand Uranium Mineralization Potentialof Taojindong Granitein Southern Zhuguangshan Composite Pluton

LAN Hongfeng1,LING Hongfei1*,SUN Liqiang1,WANG Kaixing1,OUYANG Pingning2,LIU Jianwei2,WANG Hongzuo1
1.State Key Laboratory for Mineral Deposits Research,School of Earth Sciences and Engineering,Nanjing University,Nanjing 210023,China；2.Research Institute No.230,CNNC,Changsha 410011,China

Abstract:In this paper,geochronology and petrogeochemistry and Sr-Nd isotopic geochemistry of Taojindong granite are studied and compared with those of other Indosinian granites in the eastern part of the southern Zhuguangshan composite pluton.LA-ICP-MS zircon U-Pb dating for Taojindong granite yields an age of 204±2.1 Ma,suggesting its intrusion in the late Indosinian period.Chemically,this granite is peraluminou,and shows relatively high contents of silica（SiO2=69.7%～75.0%）,alkali（K2O+Na2O=7.74%～9.08%）and FeOT,and low abundance of magnesium.Thus,the Taojindong granite is characterized as calc-alkalic- to alkali-calcic,peraluminous,and ferroan.The rock samples display high total REE contents（∑REE=226～272×10(-6)）,with LREE/HREE ratios of 6.27～11.4 and（La/Yb）Nratios of 4.01～15.0,and a negative Eu anomaly（δEu=0.15～0.42）.This granite is enriched in Rb,Th and U,book=13,ebook=16and depleted in Ba,Sr,Ti and Eu,showing characteristics of a typical low Ba and Sr granite.Isotope geochemical analysis reveals high and variable initial(87)Sr/(86)Sr ratios（0.71922～0.72040）,yet low and constant ε(Nd)（t）values（-10.0～-10.2）with two stage model age of 1.80～1.82 Ga.All these features suggest that the Taojindong granite is a typical crust-derived granite.The granitic magma may have been derived from low-intermediate degree partial melting in a crustal extension-thinning tectonic environment in the late Indosinian period,of metagreywackes rocks whose origin was crust rocks separated from the mantle in the Paleoproterozoic.In the southern Zhuguangshan composite pluton,compared with non-uranium-mineralization-bearing granites,the uranium-mineralization- bearing granites experienced stronger hydrothermal alterations,and show wider variations in FeOT/（FeOT+ MgO）ratios,higher uranium concentration,more depletion in CaO,Ba,Sr,Ti and Eu,lower ε(Nd)（t）values and more ancient two stage model ages.The non-uranium-mineralization-bearing granites were derived from metagreywackes and relatively depleted in U.Taojindong granites have not experienced significant hydrothermal alteration and have no characteristics of intense alteration like uranium-mineralizationbearing granites.The geochemical features of the Taojindong granites are similar to those of the Indosinian non-uranium-mineralizationbearing granites in the southern part of the Zhuguangshan composite pluton,and its uranium potential is slight.

Key words:ferroangranite;uraniummineralizationpotentialofgranite;late Indosinian Taojindonggranites;Zhuguangshancompositepluton

Corresponding author:LING Hongfei,Professor; E-mail: hfling@nju.edu.cn

*通讯作者：凌洪飞，男，1960年生，教授，主要从事古海洋环境、同位素地质和铀矿地质教学和研究；E-mail: hfling@nju.edu.cn

作者简介：兰鸿锋，男，1989年生，硕士，矿产普查与勘探专业；E-mail: hflan0408@sina.com

基金项目：973课题（2012CB416703）；中国核工业地质局十二五高校铀矿地质科研项目

收稿日期：2015-05-21；修回日期：2015-07-12

DOI:10.16108/j.issn1006-7493.2015114

中图分类号：P619.14

文献标识码：A

文章编号：1006-7493（2016）01-0012-18