粤北澜河铀矿床赋矿花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb定年及地球化学特征

王海洋，潘家永，钟福军，张熠阳，严 杰，刘军港，李海东,3，庞 薇

(1.东华理工大学 核资源与环境国家重点实验室，江西 南昌 330013;2.核工业北京地质研究院，北京 100029;3.核工业二九〇研究所，广东 韶关 512026)

华南地区是我国最重要的产铀地区之一，根据赋矿围岩的不同可分为花岗岩型铀矿床、火山岩型铀矿床和碳硅泥岩型铀矿床(Hu et al.，2008；钟福军等，2019)。前人对花岗岩型铀矿开展了众多的研究和勘察工作，对赋矿花岗岩成因、成岩时代、成岩构造背景和铀矿床的成矿流体来源、热液蚀变特征、成矿年代等方面已有了较深入的认识(张龙等，2018；胡瑞忠等，2019；钟福军等，2019)。华南花岗岩型铀矿床主要产于桂东、诸广山、桃山和苗儿山复式岩体中，其中印支期花岗岩与铀矿化具有密切的空间和成因关系(Zhang et al.，2018)。

粤北澜河铀矿床位于诸广山复式岩体东南部边缘，是我国典型的花岗岩型铀矿床，赋矿围岩为中粗粒黑云母二长花岗岩。本研究在已有的研究基础上对澜河铀矿床的赋矿围岩中粗粒黑云母二长花岗岩采用LA-ICP-MS锆石U-Pb法进行精确定年和锆石微量分析，探讨赋矿花岗岩的形成时代及其成岩构造背景。

1 区域地质背景

诸广山岩体为加里东、印支、燕山期岩浆组成的多期多阶段复式花岗岩体，位于粤北、湘南、赣南三地交界处(图1)，岩体呈东西向展布，受南岭东西向构造和诸广山南北向构造联合控制，东侧以南雄断裂带为界，总出露面积大于2 500 km2(邓平等，2011，2012)。加里东期岩浆岩出露较少，以扶溪岩体为主，岩性为花岗闪长岩。印支期岩浆岩分布较为广泛，主要位于诸广山岩体东部，如白云岩体、乐洞岩体等，岩性主要为二云母花岗岩、黑云母花岗岩。燕山期岩浆岩主要为三江口岩体、洪山岩体及茶山岩体等，分布于诸广山岩体中西部，岩性以黑云母花岗岩为主。区域沉积岩包括震旦系、寒武系、奥陶系变质海相沉积岩和泥盆系、石炭系灰岩、砂岩。

图1 粤北诸广山岩体地质简图(邓平等，2011)Fig.1 Geological sketch map of Zhuguangshan pluton in the northern Guangdong province

澜河铀矿床位于诸广山岩体东南部边缘，牛澜断裂带的北侧，由四条矿带组成，每一条矿带由若干个矿体组成，呈密集状分布。矿体受南北向断裂破碎带(F1、F2、F5、F6)控制，倾向为东，倾角为35°～80°，一般为65°。赋矿围岩主要为中粗粒黑云母二长花岗岩，深部可见中细粒花岗岩体发育，外围则发育一定宽度的水云母蚀变花岗岩。近矿蚀变围岩主要有绿泥石化、硅化、黄铁矿化等。矿体常发育褐铁矿化及赤铁矿化。露头区发育两条断裂带，其中一条断裂带F1为含矿构造，断裂带内充填白色硅质脉和灰红色玉髓状硅质脉(李丽荣，2018)。另一条断裂带F3断裂面较为平整，热液活动较弱(图2)。

2 实验部分

2.1 岩相学

本次研究的样品采自澜河铀矿床外围公路旁采石场地表新鲜露头，岩性为中粗粒黑云母二长花岗岩(21ZG01)，呈黑灰色，花岗结构，块状构造(图3a)。主要矿物组成有石英(约35%)，多呈他形粒状；钾长石(约35%)呈自形-半自形板条状；斜长石(约20%)呈自形-半自形板条状，少数斜长石镜下可见聚片双晶；黑云母(约8%)呈自形-半自形鳞片状(图3b)。副矿物以磁铁矿为主。

2.2 样品分析方法

采用岩石破碎、筛分、淘洗、分离等方法分选出样品中的锆石颗粒，然后在双目显微镜下手工挑选无包裹体、无裂纹、晶型好、透明度高、具有代表性的锆石进行年代学研究。将分选出的锆石颗粒粘在双面胶上，并封装在直径为2.5 cm的环氧树脂圆盘中，注入环氧树脂，待充分固结后，将锆石颗粒样品进行抛光，能够全面观察锆石的内部结构，最后采集反射光、透射光和阴极发光(CL)图像作为选点依据。样品的锆石制靶由广州拓岩检测技术有限公司完成，锆石阴极发光图像在东华理工大学核资源与环境国家重点实验室拍摄。锆石U-Pb同位素定年在东华理工大学核资源与环境国家重点实验室利用LA-ICP-MS完成。

图2 澜河铀矿床地质图(唐迪，2013)Fig.2 Geological map of Lanhe uranium deposit1.印支期中粗粒斑状黑云母花岗岩；2.燕山期细粒二云母花岗岩；3.碱交代岩；4.加里东期混合花岗岩；5.辉绿岩； 6.矿体；7.硅化断裂带；8.采样区域；9.产状

图3 澜河铀矿床中粗粒黑云母二长花岗岩手标本(a)及显微图像(b)Fig.3 Hand specimen (a) and microscopic image (b) of medium-coarse-monzograined biotite granite in Lanhe uranium depositQtz.石英；Kfs.钾长石；Bt.黑云母；Pl.斜长石

3 结果与讨论

3.1 花岗岩的成岩时代

样品的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄分析结果见表1。从CL图像(图4)可以看出中粗粒黑云母二长花岗岩(21ZG01)的锆石颜色为灰白色至灰黑色，多数为自形，呈长柱状或等轴状，长轴约90～200 μm，长宽比在1∶1到2∶1之间，大部分锆石具有明显的振荡环带，属于典型的岩浆锆石(惠争卜等，2021)，内部结构十分均一。测点多选择韵律环带结构发育的部位，少数选择边部环带结构较清晰位置。

中粗粒黑云母二长花岗岩(21ZG01)中锆石的Th、U含量范围分别为137×10-6～218×10-6、589×10-6～1 507×10-6，Th/U值为0.13～0.31。该样品共测试22个分析点，锆石206Pb/238U年龄为234～241 Ma，谐和度均大于90%，加权平均年龄为(237±1) Ma(MSWD=0.65，n=22，图5)，代表了岩体结晶年龄，表明其形成于中三叠世末期。

3.2 锆石微量元素

澜河铀矿床中粗粒黑云母二长花岗岩锆石微量元素分析结果见表2，ΣLREE含量为3.6×10-6～11.2×10-6，ΣHREE含量为198×10-6～495×10-6。锆石稀土配分图显示稀土元素呈现LREE亏损，HREE富集左倾特征(图6)，显示明显的Eu负异常(δEu为0.03～0.04)，具有岩浆锆石特征(赵志丹等，2018)。

表1 LA-ICP-MS 锆石U-Pb同位素定年分析结果Table 1 Analysis result of LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic dating

图5 澜河铀矿床岩体锆石谐和年龄(a)及加权平均年龄(b)图Fig.5 Zircon concordant ages(a) and weighted average ages(b) from Lanhe uranium deposit

3.3 锆石微量元素组成对成岩过程的约束

稀土元素和部分微量元素可以指示源岩性质和形成过程。锆石中离子扩散慢，因此锆石微量元素能够反应岩浆形成的物理环境、主岩的成分演化以及锆石成因等信息，从而为锆石U-Pb年龄的合理解释提供有效的制约(赵志丹等，2018；雷玮琰等，2013；吴昆明等，2021)。

锆石的稀土元素配分模式可以区别壳源锆石与幔源锆石(钟玉芳等，2006)，幔源锆石与壳源锆石相比，幔源锆石的ΣREE(<135×10-6)和P(<100×10-6)含量明显偏低。澜河铀矿床中粗粒黑云母二长花岗岩中的锆石ΣREEAVG为358×10-6。在 U/Yb-Y 和 Th/Yb-Y 图解中(图7)，澜河铀矿床中粗粒黑云母二长花岗岩锆石均投在大陆锆石区域，表明区内花岗岩形成于深度小于35 km 的地壳岩浆源区(Li et al.，2012)，且形成过程中有斜长石的结晶分离或源区部分熔融残留斜长石(雷玮琰等，2013)。

大陆花岗岩按照成因分类可分为I型、S型和A型，三种类型的锆石的微量元素存在明显差异(李杰等，2021)。S型花岗岩的锆石与I型花岗岩的锆石相比，微量元素有以下特点：具有较高的Pb含量、较低的(Nb/Pb)N值和显著的 Eu 负异常(δEu=0.03～0.30, 大多数<0.2；李杰等，2021)。澜河铀矿床样品锆石(Nb/Pb)N值为0.03～0.11，δEu值为0.03～0.04，在Th-Pb图解上(图8)，样品值投点落入S 型花岗岩区域。因此，认为澜河铀矿床印支早期花岗岩为上地壳熔融形成的S型花岗岩。

图6 澜河铀矿床中粗粒黑云母二长花岗岩锆石球粒陨石标准化稀土元素配分图(Sun et al.，1989)Fig.6 Chondrite-normalized REE distribution pattern for zircon from medium-coarse-grained biotite monzogranite in Lanhe uranium deposit

图7 Th/Yb-Y(a)和U/Yb-Y(b)图解(Grimes et al.，2007)Fig.7 Th/Yb-Y(a)and U/Yb-Y(b)plots

3.4 澜河铀矿床印支期花岗岩成岩构造背景

澜河铀矿床中粗粒黑云母二长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为(237±1) Ma(MSWD=0.65)与邓平等(2012)用SHRIMP锆石U-Pb同位素方法测得的白云岩体年龄(239±4) Ma(MSWD=3.2)相近，因此认为澜河铀矿床赋矿围岩中粗粒黑云母二长花岗岩为印支构造运动早期岩浆活动产物。印支构造运动是导致印支板块和华南板块发生碰撞的重要运动，并造成了东特提斯洋的关闭(Carter et al.，2001)。它不仅使华南泥盆纪-三叠纪沉积盖层完全褶皱，形成了以碰撞、挤压、推覆以及隆升为主的印支造山运动，而且使印支、华南和华北板块联合在一起，形成了统一的东亚大陆(Lan et al.，2000)。中生代华南板块受到特提斯洋闭合和古太平洋俯冲的影响，地壳加厚，在碰撞应力消退后，形成了华南地区独特的造山后伸展构造环境(刘文泉等，2019)。

近年来，研究者对华南印支期花岗岩的成岩构造环境提出多种假说，如陆内俯冲造山模式(金文山等，1997)、陆壳碰撞加厚模式(孙涛等，2012)、板块俯冲模式(Li et al.，2007)等。华南印支期花岗岩为典型的S型花岗岩，在空间上以面式分布为主，与沿海地区和大洋俯冲有关的钙碱性花岗岩不同，缺乏相应的共生火山岩，且岩浆活动的年龄在时间上并不显示向华南内陆逐渐降低的趋势。而在华南板块和印支板块碰撞期间，华南东部地区实际上已经存在局部拉张构造环境(邓平等，2012)。前人对南岭地区其他印支期岩体的研究发现，它们也形成于伸展构造环境中。而在早中生代，花岗岩大多是在地壳减薄以及减压熔融为主的作用下形成的(Zhang et al.，2017)。因此，澜河铀矿床中粗粒黑云母二长花岗岩应在伸展减薄构造背景下形成。孙立强(2018)测得澜河矿床印支期赋矿岩体岩浆锆石的εHf(t)值在-12.5～-7.3，两阶段Hf模式年龄在1.72～2.04 Ga，二者变化范围及εHf(t)值的均值与乐洞花岗岩相当，说明澜河铀矿床印支期花岗岩的主要来源为古元古代地壳物质，并在三叠纪时期重新熔融。而在三叠纪时期的华南板块下的地幔εNd(t)值约8.9，澜河矿床印支期赋矿岩体的εNd(t)值为-11.1～-9.0，显著低于同时期的地幔(孙立强等，2018)。因此澜河铀矿床印支期岩体形成过程中基本没有幔源物质加入。

因此，本次研究的澜河铀矿床中粗粒黑云母二长花岗岩为典型的S型花岗岩，属于印支构造早期岩浆活动的产物，是在华南板块和印支板块碰撞结束后不久，在伸展、减薄构造背景下产生减压等综合因素影响下，由上地壳物质熔融形成的。

图8 锆石微量元素判别图解(Wang et al.，2012)Fig.8 Trace element discrimination diagrams for zircon

4 结论

(1)澜河铀矿床中粗粒黑云母二长花岗岩锆石U-Pb年龄为(237±1) Ma，属于印支构造早期岩浆活动的产物，为S型花岗岩，形成于华南板块和印支板块碰撞结束的伸展、减薄构造背景下。

(2)本次基于副矿物原位微区分析技术开展的年代学研究，对粤北澜河铀矿床进行锆石U-Pb定年，有效地约束了其成岩年龄，对研究区后续的年代学研究具有一定的指导意义。