甘肃龙首山芨岭辉绿岩地球化学特征及其地质意义

高 宇 ，赵如意 ，王 刚 ，聂 利

1.核工业203研究所，陕西咸阳712000；2.中国地质科学院，北京100037

甘肃龙首山芨岭辉绿岩地球化学特征及其地质意义

高 宇1，赵如意2，王 刚1，聂 利1

1.核工业203研究所，陕西咸阳712000；2.中国地质科学院，北京100037

辉绿岩脉在南方花岗岩型铀矿成矿作用中起到较为重要的作用，芨岭钠交代型铀矿床周边也有产出.通过岩石学、岩相学、地球化学和同位素年代学研究，确定芨岭铀矿床外围的辉绿岩是由碱性玄武岩浆上侵形成的，具有富铝（15.97%～19.21%）、高碱（4.36%～6.89%）、中钛（1.18%～2.02%）的特征，弱铕负异常（δEu＝0.65～0.86），轻稀土元素分异较强而重稀土元素较弱.相对富集LILE（Rb、Ba）和不相容元素（Th、U），亏损 HFSE（Nb、Ta、Hf、Ti）.辉绿岩的 LA－ICP－MS 锆石 U－Pb 年龄为 485 Ma，形成于奥陶纪早期.MgO 含量（3.79%～8.22%）和 Mg＃值（42.4～66.5）均有较大的变化.岩浆经历了橄榄石、辉石和少量斜长石分离结晶后上侵定位.辉绿岩脉的产出标志着祁连山－龙首山早古生代造山带后碰撞伸展背景的开始，上涌地幔对酸性岩浆的形成、演化直至碱性岩和钠交代型铀矿化出现带来了大量的热能.

芨岭岩体；辉绿岩；地球化学；后碰撞；地质意义；甘肃省

0 引言

甘肃省龙首山成矿带以产出铜镍硫化物矿床而举世闻名，同时也是我国北西部重要的铀成矿带.芨岭岩体是龙首山成矿带最重要的岩体之一，由于其具有铀矿化而受地质学界的广泛关注［1-9］.该岩体是一个多期次的复式岩体，所见岩性主要有闪长岩、似斑状花岗岩、中粒花岗岩、中细粒花岗岩，另有基性岩脉、钠长岩脉等穿插其中.近年来，热液型铀矿床及周边基性岩脉的研究是国内外深源成矿作用研究热点，认为辉绿岩脉是深部铀成矿作用的标志［10-11］，而在芨岭钠交代型铀矿床外围的确存在一些以脉状、残块状分布的辉绿岩.本文通过对这些辉绿岩岩石学、岩相学、同位素年代学、地球化学特征的研究，研究其形成的时代、构造地质背景，从而进一步探讨其在钠交代型铀矿成矿作用中可能存在的作用.

1 区域地质背景

龙首山铀成矿带隶属于我国北西部祁连山－龙首山铀成矿带，其区域上位于华北板块西南部的龙首山陆缘带，南接河西走廊、北依潮水盆地（图1）.汤中立［12-13］立足于前人众多研究成果，将北祁连划为缝合带，而河西走廊属于龙首山陆缘带外的边缘海，中祁连具有离散型岛弧地体属性，南祁连为弧后盆地与柴达木地块相接.芨岭岩体位于龙首山成矿带中段，目前所厘定出的最老的地层是以变质结晶基底产出的古元古界龙首山岩群（Pt1L），其不整合上覆地层为中元古界墩子沟群（Pt2D）和新元古界韩母山群（Pt3H）.除少量寒武系外，其余早古生界缺失，晚古生界有泥盆系紫红色磨拉石和安山质凝灰岩、玄武岩和石炭、二叠系碎屑岩呈局部断陷盆地分布.区内岩浆活动以元古宙和早古生代最为强烈，侵入岩类型多样，超基性岩、基性岩、中性岩、酸性岩、碱性岩都有发育.侵入体的分布明显受到早期北西西向构造控制，晚期构造以北北东向和北东东向两期为主.

图1 甘肃省龙首山成矿带中东段地质图Fig.1 Geological sketch map of the middle-east Longshoushan metallogenic belt in Gansu Province

2 辉绿岩脉岩石学特征

灰黑色辉绿岩脉主要呈脉状侵入于芨岭岩体闪长岩之中或是以残块存在于花岗岩之中，采样点（图1）坐标为 X＝101°48′02＂，Y＝38°34′04＂，H＝2416.15（西安80坐标系，6度带）.岩石呈灰黑色—黑色，块状构造（图 2a、b），辉绿结构，主要由角闪石（15%～20%）、辉石（30%～35%）、斜长石（40%～45%）及少量的黑云母（1%～5%）和不透明矿物（2%～5%）组成（图 2c、d）.辉石呈方立状，大小约0.3～1 mm之间，辉石式解理明显，被似斑状花岗岩捕获的残块有的辉石仅保留了辉石晶形而已经变质为角闪石，其中有约15%～20%的辉石转化为了普通角闪石.角闪石呈柱状、短柱状，粒径约0.2～1 mm，蓝绿色—浅黄绿色，多色性明显，Ng∧C＝21°±，属于普通角闪石.斜长石呈柱状，0.5～1.0 mm 之间，常以集合体形式产出.由于构造作用的影响，辉绿结构特点不甚明显，斜长石多发生帘石化和绢云母化，双晶以复合双晶为主.与石英相比，其折射率大于石英，干涉色与石英相当，应为基性斜长石.黑云母呈片状，片长0.3 mm左右，呈明显的深棕褐色—浅黄色干涉色.不透明矿物呈粒状或集合体状分布，以磁铁矿为主.

3 锆石U－Pb年龄

3.1 样品采集与分析测试

用于 LA－ICP－MS锆石 U－Pb测年的样品是在2013年进行初步研究的基础上于2014年进行的，样品在核工业二〇三研究分析测试中心破碎后由河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成锆石挑选，同位素年龄测试在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成，详细分析步骤和数据处理方法参见相关文献［14-15］.

图2 芨岭矿区辉绿岩脉特征Fig.2 Diabase in the Jiling orefield

3.2 锆石特征

在进行测试之前，对锆石进行了反射光和阴极发光研究.辉绿岩脉的锆石呈半自形—他形单锥状或不规则状、粒状，长约60～120 μm，震荡环带在锥部发育清晰且细而密，个别锆石内部见有继承性捕掳体锆石.CL图像（图3）显示多数锆石发育细密震荡环带，辉绿岩脉锆石的 Th、U 含量较低，Th 含量变化于 13×10－6～2217×10－6之间，U 含量变化于 71×10－6～1316×10－6，Th/U比值大多数为0.35～1.09，但有3个测点的Th/U值小于0.4的较多；这可能是受到后期花岗岩质岩浆作用及晚期铀成矿的影响.但总体特征表明，测试分析所选锆石均为岩浆锆石.

3.3 分析测试结果及可靠性

辉绿岩脉的锆石所测的有效点数20个（表1），所有测点在206Pb/238U－207Pb/235U谐和图上相对有些偏离，但加权平均年龄为 485 Ma，MSWD＝0.068，95%置信度（图4）.虽然区域上没有其他与这个年龄相近的基性岩活动报道，但是项目组对芨岭岩体不同单元进行测试时获得闪长岩的加权平均年龄为540 Ma，柴保民等［16］在青山堡、坡拉麻顶和芨岭闪长岩用单颗粒锆石蒸发所获得的U－Pb年龄为558 Ma，河西堡花岗岩体中牌黑云花岗闪长岩Rb－Sr年龄577±59 Ma，而似斑状花岗岩加权平均年龄为 455 Ma（MSWD＝0.70，95%置信度），结合辉绿岩以脉状侵入至闪长岩之中却以捕虏体产出于似斑状花岗岩的特点，该年龄具有一定的可靠性.

4 地球化学特征

4.1 样品采集与测试分析

样品主要来自于芨岭矿床北东部外围闪长岩之中的辉绿岩脉和以捕掳体形式产出于花岗岩之中的岩块.样品采集过程中尽量取靠近中心部位较为新鲜的岩石作为样品，检测分析由核工业二〇三研究所分析测试中心在2013～2014年完成.主量元素检测使用的是荷兰帕纳科公司制造的Axios X射线光谱仪，分析数据总量介于 99.30～100.70 之间，满足 GB/T 14506.28－2010、GB/T14506－2010 和 GB/T3257.21－1987要求.微量元素和稀土元素检测使用的是荷兰帕纳科公司制造的Axios X射线光谱仪和Thermo Flsher公司制造的Xseries2型ICP－MS，分析数据结果满足GB/T 14506.28－2010 和 DZ/T0223－2001 要求［17-19］.

4.2 地球化学特征

图3 芨岭岩体辉绿岩脉锆石CL图像特征及测点年龄Fig.3 The CL images and ages of zircons from the Jiling diabase

辉绿岩脉的具体地球化学数据见表2，其中，SiO2含量为 46.93%～51.30%；TiO2的含量中等，为 1.18%～2.02%；Al2O3的含量很高，为 15.97%～19.21%；TFe2O3含量为 9.28%～12.00%；MgO 含量为 3.79%～8.22%；CaO 含 量 为 5.34% ～8.33% ；Na2O 含 量 为 2.86% ～5.59%；K2O 含量为 1.20%～2.51%；P2O5含量为 0.28%～0.66%.所有样品碱的含量较高，Na2O＋K2O 为 4.36%～6.89%，Mg＃值为 42.4～66.5，Mg＃值平均值为 57.4.在TAS图（图5）上，多数分布于玄武岩－粗面玄武岩区域，为碱性岩浆系列.考虑到区域高碱性背景及K、Na的活动性较强的特征，利用蚀变和变质作用下较为稳定的元素进行判别.在Nb/Y－Zr/TiO2图解（图6）上，绝大多数样品位于碱性玄武岩的区域内.

表1 芨岭辉绿岩LA－ICP－MS锆石U－Pb同位素分析数据一览表Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic data of the Jiling diabase

图4 芨岭辉绿岩LA－ICP－MS锆石U－Pb年龄谐和图和直方图Fig.4 The LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagram and weighted average age histogram of the Jiling diabase

表2 芨岭辉绿岩主量元素、稀土元素和微量元素含量一览表Table 2 Geochemical compositions of major，trace and rare earth elements of the Jiling diabase

辉绿岩脉稀土元素总量（∑REE）为 141×10－6～329×10－6，轻稀土元素丰度（LREE）为 124×10－6～294×10－6，重稀土元素丰度（LREE）为 16.6×10－6～34.9×10－6，LREE/HREE 的值为 7.5～9.9.在球粒陨石标准化稀土元素配分曲线图（图7a）上呈发育较弱铕负异常（δEu＝0.65～0.86）右倾配分模式，且轻稀土元素分异较强而重稀土元素较弱.在原始地幔标准化微量元素蛛网图上（图 7b）可以看出，富集 LILE（Rb、Ba）和不相容元素（Th、U），相对亏损 HFSE（Nb、Ta、Hf、Ti）.

图5 芨岭辉绿岩脉TAS图解Fig.5 The TAS diagram of Jiling diabase

图6 芨岭辉绿岩脉Zr/TiO2－SiO2图解Fig.6 The Zr/TiO2-SiO2diagram of Jiling diabase

5 地质意义

图7 芨岭矿区辉绿岩脉球粒陨石标准化稀土元素配分曲线图与原始地幔标准化微量元素蛛网图（据文献［20］）Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns and primitive mantle-normalized trace element spidergram of Jiling diabase（After Reference［20］）

从地球化学特征看，辉绿岩脉Na2O和K2O的含量都较高，且Na2O的含量大于K2O的含量，具有拉张环境的特征.考虑其分布于矿区周边，可能会受到热液作用的影响，故而利用相对稳定的元素对成因进行研究.基性岩浆岩中Th、Zr、Y、Nb等微量元素在蚀变和变质作用过程中较为稳定，它们对岩浆岩的产出构造背景有较好的指示作用.芨岭辉绿岩脉中Zr的含量较高且Zr/Y的值均大于4，具有拉张环境下基性岩浆的地球化学特征［21］，且 Nb/Zr的值为 0.04～0.10，Th/Zr的值为 0.02～0.07.在 Zr－Zr/Y 构造属性判别图（图 8a）上，所有样品落入板内构造环境区.在Nb/Zr－Th/Zr判别图（图8b）上，样品显示具有与大陆碰撞有关拉张环境的趋势.结合辉绿岩脉的产出年龄（485 Ma），表明祁连山－龙首山早古生代造山带在奥陶纪早期进入后碰撞构造背景，标志着碰撞造山作用的结束.

芨岭辉绿岩脉的 MgO 含量（3.79%～8.22%）和 Mg＃值（42.4～66.5）均有较大的变化，暗示其自产出后经历一定的分离结晶作用［21］.在哈克图解（图9）中随着MgO含量的降低，Ni、Cr含量随之降低，表明岩浆经历了橄榄石的分离结晶［22］；FeO的含量和CaO的含量随MgO含量的降低而降低，且相关性较好，表明橄榄石分离结晶之后岩浆继续分离结晶出辉石［11］.而Al2O3和K2O的含量与MgO有一定的相关性，说明岩浆未经历较强烈的斜长石分离结晶，这与球粒陨石标准化稀土元素配分曲线图上无Eu负异常或有弱的负异常特征相一致，同时原始地幔标准化微量元素蛛网图上Sr的弱负异常或无异常也验证了岩浆经历弱的斜长石分离结晶.通常认为Nb、Ta负异常可能是受到了地壳物质的混染作用而形成的，芨岭辉绿岩脉的La/Sm值为4.42～5.87，一般认为高 La/Sm 值（＞4.5）指示了地壳的混染作用.所有样品的Rb、Ba、Th含量较高，U的含量比Th等大离子亲石元素更高，这些微量元素特征暗示着芨岭辉绿岩的岩浆受到了地壳物质的混染作用.

在我国南方，下庄矿田的小水“交点型”铀矿是典型的与基性岩关系密切的铀矿化［23］，其铀源最有可能直接来自与辉绿岩具有相似源区性质的岩石圈富集地幔［24］.粤北中洞地区“交点型”铀矿的成矿物质与辉绿岩源区表现出相似性或成生联系，可能与富集地幔有关［10］，但是下庄矿田太平奄组中辉绿玢岩脉只是显示了晚白垩世该地区处于地壳伸展和岩石圈减薄的构造环境［24］，相山铀矿田中的基性岩脉同样揭示了该区的伸展、裂解作用［25］.与前人研究成果不同［2］，本轮研究认为甘肃省龙首山成矿带的芨岭辉绿岩脉与钠交代型铀矿化关系不甚密切，而钠长岩脉与钠交代型铀矿化具有同源、等时（443 Ma）、共体的特征［9］，关系紧密.虽然后碰撞构造背景下地幔上涌带来的热能，促进了似斑状花岗岩的形成，但地幔流体在钠交代型铀矿成因上作用十分有限［9］，它只是标志着后碰撞伸展背景的开始，为酸性岩浆的形成、演化直至碱性岩和钠交代型铀矿化出现提供了地球动力学背景.

图8 芨岭辉绿岩Zr－Zr/Y和Nb/Zr－Th/Zr构造环境判别图（据文献［21］）Fig.8 Tectonic setting discrimination diagrams of the Jiling diabase（After Reference［21］）

图9 芨岭辉绿岩哈克图解Fig.9 The Harker diagram of Jiling diabase

6 结论

（1）甘肃省龙首山成矿带芨岭辉绿岩是485 Ma前后的碱性玄武岩浆上侵形成的，它具有富铝、高碱、中钛的特征，它的MgO含量和Mg＃值均有较大变化，同时发育较弱铕负异常，轻稀土元素分异较强而重稀土元素较弱，相对富集LILE（Rb、Ba）和不相容元素（Th、U），亏损 HFSE（Nb、Ta、Hf、Ti）.

（2）芨岭辉绿岩形成于后碰撞构造背景，其岩浆具有板内碱性玄武岩浆的特点，它是岩石圈地幔部分熔融形成的岩浆在经历橄榄石、辉石和少量斜长石分离结晶后上侵形成的.

（3）芨岭辉绿岩的产出标志着后碰撞伸展背景的开始，上涌地幔带来了大量的热能，对酸性岩浆的形成、演化直至碱性岩和钠交代型铀矿化出现提供了地球动力学背景.

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GEOCHEMICAL CHARACTERISTICS AND GEOLOGICAL IMPLICATION OF THE JILING DIABASE IN GANSU PROVINCE

GAO Yu1，ZHAO Ru-yi2，WANG Gang1，NIE Li1
1.No.203 Institute of Nuclear Industry，Xianyang 712000，Shaanxi Province，China；2.Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100037，China

As one of the important factors for uranium metallogenesis in southern China，diabase occurs around the Jiling sodium-metasomatic uranium deposit.With study on petrology， petrography， geochemistry and isotopic chronology，it is confirmed that the diabase surrounding the Jiling uranium deposit is the product of upwelling alkali basaltic magma，which is characterized by rich-aluminum （15.97%-19.21%），high-alkali （4.36%-6.89%），medtitanium （1.18%-2.02%）and weak negative Eu anomaly.The chondrite-normalized REE patterns show strong LREE and weak HREE fractionations，with relatively enriched LILEs （Rb and Ba）and incompatible elements （Th and U），and depleted HFSE （Nb，Ta，Hf and Ti）.The LA-ICP-MS zircon U-Pb age of the diabase is 485 Ma，indicating it was formed in Early Ordovician.Both the MgO contents （3.79%-8.22%）and Mg＃values （42.4-66.5）vary greatly.The basic magma underwent the fractional crystallization of olivine，pyroxene and plagioclase before its emplacement into the crust.The Jiling diabase in the Longshoushan metallogenic belt marks the beginning of post-collisional extension setting，in which the upwelling mantle with heat brought the formation and evolution of acidic magma and alkaline rock，as well as the sodium-metasomatic uranium mineralization.

Jiling rock mass;diabase;geochemistry;post-collision;geological implication;Gansu Province

1671-1947（2017）05-0505-10

P595

A

2017－01－16；

2017－04－12.编辑：李兰英.

中国核工业地质局项目“甘肃省龙首山成矿带火石岭-马路沟地区铀矿预查”（201349）、“甘肃省龙首山成矿带钠交代型铀矿蚀变和地球化学分带性研究”（201571）和中国地质调查局项目“甘肃省龙首山成矿带铀资源调查评价”（12120114014901）.

高宇（1984—），男，工程师，现主要从事铀矿勘查工作，通信地址陕西省咸阳市渭阳西路48号，E-mail//280977305@qq.com

赵如意（1982—），男，博士，工程师，主要从事岩浆岩与成矿研究工作，通信地址北京市西城区百万庄大街26号中国地质科学院，E-mail//93236749@qq.com