四川会理芭蕉箐地区钠长岩地球化学、年代学特征及其意义

Geochemical and Chronological Characteristics and Significance of Albite in Bajiaojing Area, Huili, Sichuan

摘要

四川会理芭蕉箐地区位于康滇地轴中南段，是我国少有的元古宙产铀地区，其构造条件复杂，研究程度低，钠长岩作为本区重要的含铀岩石，对其更是鲜有报道，严重限制了进一步的铀矿勘查.在结合前人研究的基础上，通过对芭蕉箐地区1841铀矿化点的野外地质调查、钠长岩元素地球化学分析及锆石U-Pb年代学测试分析，发现研究区钠长岩分为岩浆钠长岩与交代钠长岩，样品富集Th、U、Zr、REE等元素，相对贫Ba、K、Sr、Rb等元素，测年结果显示两类钠长岩主要峰值年龄为 ~2.3 Ga与~1.8 Ga.钠长岩岩石来源主要为下地壳变质泥岩部分熔融且有幔源物质加入，形成于陆内拉张构造环境.其原岩的形成与2.4~2.3 Ga期间发生在扬子地台西南缘的碰撞事件有关，并在1.8 Ga左右经历岩浆作用形成钠长岩，同时铀元素在此处大量富集.其年代学数据记录的两次岩浆活动，是Columbia超大陆聚合在扬子地块西南缘的响应.

关键词

扬子陆块西南缘 / Columbia超大陆 / 钠长岩 / 地球化学 / 锆石U-Pb定年 / 岩石学

Key words

Southwest margin of Yangtze block / Columbia supercontinent / albite / geochemistry / zircon U-Pb dating / petrology

0 引言

康滇地轴位于扬子地台西南缘，南北走向长约700 km、东西宽数十公里，呈南北向狭长条带状分布（朱华平等，2011）.前人研究发现，康滇地轴有大量的铀异常点，但规模小、分布散，且受后期地质作用影响较大，导致研究难度大研究程度较低（张成江等，2015）.

四川省会理县芭蕉箐地区位于康滇地轴中段，该区域地质条件复杂，构造活动频繁，岩石破碎，具备良好的铀成矿条件.虽然该地区陆续有地质工作人员对其进行勘查，但总体而言，芭蕉箐地区的工作程度较低，且现有的研究主要是针对铀矿化特征的分析，对该地区主要赋矿围岩——钠长岩的研究更是少之又少.此外，扬子地台在 Columbia超大陆聚合中的角色与定位充满争议，特别是在演化时间、超大陆构型、聚合‒裂解过程等方面争议较多（Cui et al.， 2019；邱啸飞等，2019；邓奇等，2020），Rogers and Santonsh（2002）在重建模型中就并未将其考虑进去，但近年来出现的诸多证据表明扬子地台存在与Columbia超大陆聚合有关的岩浆‒变质活动，如年代约2.15 Ga的崆岭杂岩（Han et al.， 2017）、云南撮科地区 ~2 360 Ma的二长花岗岩（Cui et al.， 2019）、湖北钟祥地区2.00~1.93 Ga的同碰撞花岗岩（Wang and Dong， 2019）等.然而这方面在扬子地台西南缘的记录较少，芭蕉箐地区的岩浆活动记录更是鲜有报道.

鉴于此，本文在收集前人资料的基础上，对芭蕉箐地区钠长岩进行了野外调查以及室内研究工作.通过钠长岩锆石SHRIMP U-Pb定年，并结合岩石地球化学研究，对其形成时代和岩浆活动提出一些新的认识，对芭蕉箐地区铀矿勘查提供新的参考，为扬子陆块参与Columbia超大陆聚合提供新的证据.

1 区域地质概况及样品特征

研究区位于四川省会理县通安镇芭蕉箐地区1841铀矿化点，大地构造位置处在扬子地台西南缘康滇地轴中南段的滇南北带与南岭东西带西延交界处，位于皎平‒铜厂‒杨武断裂带上（图1），该地区构造活动频繁，构造形态复杂、类型多样，不同期次构造运动相互叠加，褶皱和断裂高度发育，南‒北向次生断裂较多（李涛等，2021）.研究区区域上主要出露中元古代地层，与川西‒滇中一带的会理群、大红山群、东川群、河口群、通安组、汤丹群及昆阳群共同组成了康滇地轴基底岩系.区域岩浆岩以中基性侵入岩为主，零星有中基性喷出岩出露，主要为辉绿岩、辉长岩、玄武岩、凝灰岩及钠长岩等，此外，该区域岩浆岩后期遭受了不同程度的蚀变作用，表现出不同程度的绿泥石化、方解石化及绢云母化等.该区域得益于复杂的地质条件，其矿产资源丰富，分布有：四川会理新铺子铁矿（胡瑞忠等，2005）、会理拉拉铜‒铁‒铀多金属矿（宋昊，2014）、会理黎溪黑箐铜矿（刘增铁等，2010）等.

通过野外观察，芭蕉箐1841铀矿化区的钠长岩共分为两种，一种为岩浆成因钠长岩（图2a），另一种是交代成因钠长岩（图2b）.岩浆钠长岩呈脉状侵入富含碳质板岩的地层围岩中，是岩浆沿断层及断裂运移至地层内并结晶的结果，主要由他形粒状的钠长石、互混的绿泥石‒绢云母以及胶结物组成，其中钠长石约占40%，粒径约0.1~0.5 mm，碎裂化极为发育，裂隙中充填有互混的绿泥石‒绢云母，镜下可见卡式双晶（图2c）.交代钠长岩呈块状构造，微晶‒变晶粒状结构，主要由半自形‒他形粒状的石英、他形粒状的钠长石、短柱状电气石及少量的不透明矿物等组成，其中钠长石约占38%，粒径约0.01~0.15 mm，岩石裂隙发育，碎裂化严重，裂隙中充填石英、电气石、氧化铁质等（图2d）.

2 分析方法

本次样品均采自远离矿体周围的新鲜岩石.全岩主微量元素和稀土元素的测试工作均在核工业二三〇研究所完成.样品的主量元素通过XRF进行测定分析，其中烧失量采用《DZG93-05国家标准》中的重量法进行测定，微量元素、稀土元素在用氢氟酸、硝酸消解后由等离子质谱仪分析测定.

样品重矿物及锆石的挑选工作由广州拓岩检测技术有限公司完成.将需测样品破碎至80~100目，其后通过浮选、重液、离心以及电磁选等选矿技术对各矿物组分进行初步分选，挑选出存在锆石的重矿物部分，放置于双目镜下由人工进行锆石挑选，制靶完成后，对其进行阴极发光、透射光和反射光拍照.

锆石U-Pb测年在广州市拓岩检测技术有限公司利用LA-ICP-MS完成.激光剥蚀系统（LA）是由美国ESI公司生产的NWR 193准分子激光器（λ=193 nm）和光学系统构成，电感耦合等离子质谱仪（ICP）由赛默飞世尔科技有限公司生产，型号为iCAPRQ.锆石U-Pb同位素测年之前用玻璃标样NIST 610调节ICP仪器灵敏度、Th/U比值以及氧化物产率.每个样品包括15 s的空白信号、 45 s的样品信号采集以及35 s的吹扫阶段.锆石U-Pb同位素定年利用标准锆石样品91500进行同位素比值的校正，以标准锆石Plešovice为质量监控标样，检验U-Pb定年数据的准确性.原始数据的离线处理利用ICPMS-DataCal完成.

3 分析结果

3.1　岩石地球化学特征

表1~3分别为芭蕉箐地区钠长岩的主微量元素和稀土元素分析结果（质量含量），其中样品DH04、DB02、DB03为岩浆钠长岩，DB05、DB07为交代钠长岩.钠长岩的SiO₂含量为59.10%~70.50%，Na₂O含量为6.06%~9.20%，K₂O含量为0.41%~1.49%，TiO₂含量为0.70%~3.12%，Al₂O₃含量为14.01%~18.43%，MgO含量为0.27%~1.30%，CaO含量为0.14%~1.48%.总体上芭蕉箐地区的钠长岩具有高Al₂O₃、Na₂O和低K₂O含量的特征，反映岩浆钠长岩与交代钠长岩密切相关.

岩浆钠长岩的微量元素基本高于交代钠长岩，且岩浆钠长岩极富U、Pb元素（图3）.整体上两种钠长岩均具有富集Th、U、Zr、REE等高场强元素，相对贫Ba、K、Sr、Rb等大离子亲石元素的特征.

两种钠长岩的稀土元素有一定差异.岩浆钠长岩的LREE/HREE值在2.69~3.11之间，（La/Yb）_N值在1.72~4.50之间，说明轻重稀土分异不明显，具有Eu的正异常或无异常（图3）.交代钠长岩DB07极富轻稀土，LREE/HREE的值为16.77，（La/Yb）_N值为42.02，且有较高的Mg、Al、K元素，较低的Si元素，可能与后期的蚀变作用有关，轻重稀土分异程度高；而DB05轻重稀土分异不明显，总体上REE配分模式曲线呈右倾的状态，具有负Eu异常.

3.2　锆石U-Pb年龄

3.2.1　样品DH01

在交代钠长岩样品DH01选取了24颗锆石进行测年分析，剔除4号（丢失）测点，共获得23个有效测点（表4）.根据表4可知该样品²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄在（1 854±29.2） Ma到（2 783±25.5） Ma之间.23个测点在谐和图（图4a）上主要分为2个集中区，一个集中区的加权平均年龄为 （1 877±13） Ma；另一个集中区的加权平均年龄为（2 333±6.9） Ma.除以上两组集中的年龄数据之外，还有部分数据稍偏离谐和线，反映部分锆石可能存在一定程度的Pb丢失，表明这些锆石来自于其他物源区或是后期受到了地质事件的改造.此外，还有5个大于2 500 Ma的年龄数据，暗示扬子陆块西缘存在太古宙结晶基底.从锆石表面年龄直方图（图4b）可以看出，该样品的锆石年龄有2个明显的峰值，一个峰值为1 874.6 Ma，另一个峰值为 2 332.4 Ma，分别与图4a上的2组集中区相对应.

锆石的Th/U值能够在一定程度上反映锆石的成因环境，一般认为，岩浆锆石的Th/U值>0.1，而变质锆石的Th/U值<0.1（朱华平等，2011）.该样品Th/U比值在0.25~1.53之间，U、Th之间具有正相关关系（图5），反映了岩浆成因锆石的特点.

DH01的锆石阴极发光（CL）图像及²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄（1σ）如图6所示，所有锆石均呈透明的半自形或者自形晶体，长50~100 μm，部分锆石可见明显的环带特征，表明这些锆石为岩浆成因，另外少数锆石CL图像具有变质成因锆石的特征，表明其后期可能受到了高温变质活动的影响.

3.2.2　样品DB02

在岩浆钠长岩样品DB02选取35颗锆石进行测年分析（表5），所有测点大部分位于谐和线上或附近（图7a），集中分布在1 800 Ma谐和曲线点上，个别测点偏离谐和线，有明显的铅丢失.集中区的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb加权平均年龄为（1 743±53） Ma，MSWD=0.77，与交代钠长岩样品DH01中的一组年龄数据在误差范围内较为接近.从锆石表面年龄直方图（图7b）可以看出，此样品的锆石具有2个明显的峰值，最突出的一个峰值为1 848 Ma，另一个突出的峰值为1 761.2 Ma，2个峰值均在 1 800 Ma左右，与集中区的加权平均年龄相近并与样品DH01中的1 874.6 Ma峰值一致.该样品Th/U比值在0.10~2.45之间（图8），为岩浆成因锆石.样品DB02的阴极发光（CL）图像及²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄（1σ）如图9所示，锆石多呈自形‒半自形结构，少部分为半自形短柱状以及不规则状，颗粒大小介于30~100 μm，根据其自形程度与内部结构来看，主要有继承锆石、岩浆锆石、变质锆石与热液锆石.

4 讨论

4.1　岩石成因

根据野外岩石特征，该地区的钠长岩分为岩浆钠长岩与交代钠长岩，钠长岩锆石样品Th/U比值均大于0.1，证明该地区钠长岩具有岩浆成因特征，且钠质岩浆结晶分异所携带的岩浆热液同时交代围岩形成交代钠长岩.在钠长岩样品中，笔者发现有大量柱状电气石（图2d）存在，且钠长岩锆石形态多样，表明其后期可能受高温热液活动的改造.

岩浆钠长岩中的ΣREE均值为551.9×10^-6，轻重稀土元素分异程度较低，交代钠长岩中由于样品DB07的轻稀土元素过于异常笔者暂不考虑，样品DB05的ΣREE值为63.25×10^-6，暗示本区钠交代过程中伴随着稀土元素的迁出.这与赵如意（2016）研究的钠交代型铀矿床中的钠长石化岩石稀土元素变化特征相似.

根据Wright（1969）提出的AR-SiO₂岩浆系列分类图（图10），岩浆钠长岩落入碱性系列范围，表明其形成于拉张的构造环境且具有幔源特征（涂光炽，1989）.在钠长岩Yb+Ta-Rb构造环境判别图（图11）中，岩浆钠长岩落在板内花岗岩（WPB）区域，说明岩浆钠长岩形成于板内环境（Pearce et al.， 1984）.

高场强元素是判断岩石来源的重要指标之一.岩浆钠长岩Nb/Ta的比值在8.64~12.59之间，平均值为10.37，接近于大陆地壳的Nb/Ta比值（11~12），而低于原始地幔（17.4±0.5）与亏损地幔（15.5±1）的比值（Taylor and McLennan， 1985；Jochum， 1996）.Mg^#是判断岩体来自于地壳还是地幔熔体的重要依据之一，芭蕉箐地区岩浆钠长岩的Mg^#在19.59~39.28之间，平均值为30.34，表明岩体主要为下地壳部分熔融形成（Rapp et al.， 1999）.结合其碱性岩石特征，表明其源区主要为下地壳且有幔源物质的加入.

Chappell and White（1992）认为，CaO/Na₂O的比值能够判断钠长岩的源区成分，当CaO/Na₂O>0.3时，源区原岩的基性程度较高或富含黑云母；CaO/Na₂O<0.3时，源区为泥质原岩或富含白云母，而芭蕉箐地区钠长岩CaO/Na₂O比值为0.05~0.19，表明其钠长岩源区物质主要为泥质原岩.通过建立A/MF-C/MF源区判别图解（图12），发现该地区岩浆钠长岩样品全部落入变质泥岩部分熔融区域.

综合上述分析，芭蕉箐1841铀矿化区钠长岩形成于板内拉张构造环境，岩体源自下地壳变质泥岩部分熔融且有幔源物质混入.

4.2　芭蕉箐地区钠长岩对扬子地台西南缘岩浆活动的启示

扬子地台是华南陆块重要的克拉通陆块之一，其西南缘的岩浆活动在古元古代表现较为强烈，主要集中在2.3 Ga与1.8~1.0 Ga两期（肖剑等，2021）.普遍认为，扬子陆块西南缘古元古代中晚期的岩浆活动最为强烈，主要在康滇地轴地区，集中在1 750~1 650 Ma（关俊雷等，2011；耿元生等，2012；王生伟等，2014；王伟等，2019）.近年来，有关扬子地台西南缘古元古代早期岩浆活动的报道也越来越多，例如：越南西北部Phan Si Pan杂岩中 2 280~2 190 Ma的花岗质片麻岩（Wang et al.， 2016）、我国云南撮科地区~2 360 Ma的二长花岗岩（Cui et al.， 2019）、云南东川地区2 285 Ma与 2 317 Ma的凝灰岩（朱华平等，2011；周邦国等，2012）等.崔晓庄（2020）认为扬子陆块西南缘在2.4~2.3 Ga期间发生了一次碰撞事件，1.86~ 1.83 Ga期间经历了变质作用与同碰撞花岗质岩浆作用.本次在芭蕉箐1841铀矿化区所取得的钠长岩样品中，其表面年龄（图4b、7b）的峰值主要分布在2.33 Ga、1.87 Ga、1.85 Ga及1.76 Ga，与上文所述的两次热事件相对应，结合前文地球化学数据，暗示该区钠长岩原岩的形成可能与古元古代早期碰撞事件有关，并且在古元古代中晚期经历了较为强烈的钠长质岩浆作用.笔者推断此时钠长质岩浆沿着断裂带上涌并熔融富U碳质板岩（待发表），使其成为富U岩浆，这些岩浆在断裂附近的裂隙中侵入形成含矿钠长岩脉，同时大量的含U钠质岩浆期后热液随岩浆活动涌出并交代围岩，形成含矿的交代钠长岩.

扬子陆块西南缘存在着大量古元古代中晚期的岩脉岩墙，如云南东川地区因民组1.7 Ga左右的辉绿岩（王冬兵等，2013）、云南地区大红山群约1.6 Ga的火山岩（Zhao et al.， 2011）、四川会理地区报道的约1.7 Ga左右的辉长岩及1.5~ 1.8 Ga的火山岩等（尹福光等，2012），这表明该地区在古元古代中晚期广泛发育岩浆活动，本次所获得的钠长岩样品即为该时期众多岩浆活动的产物之一.自20世纪90年代以来，人们在扬子地台西南缘陆续发现了众多的铀矿点，如牟定1101、易门2801、攀枝花505、米易108铀矿点等（武勇等，2020），但胥德恩（1992）总结该地区的铀矿物同位素年龄数据时发现，铀矿化主要集中在5个时期且均小于1.0 Ga，本次芭蕉箐1841铀矿化区取得的两种富铀钠长岩其形成时代为 1.8 Ga左右，是首次在康滇地轴发现形成于古元古代中晚期的铀矿化区，这对于该地区铀矿成矿作用的研究及铀矿的成矿年代学研究具有重要意义.

2.4 Ga以前，扬子陆块与劳伦西亚大陆是两个相互独立的块体，在古元古代早期（2.4~ 2.3 Ga）扬子陆块作为一个外来陆块在Arrowsmith造山作用时期增生到劳伦西亚的Rea克拉通，此时扬子陆块西南缘也发生了碰撞事件及多次增生事件.2.0 Ga左右，扬子陆块东西部相互碰撞并固化，而Rea克拉通与Slave克拉通在 ~1.97 Ga发生了碰撞事件，三者之间的联系不言而喻，这也暗示了扬子陆块与劳伦西亚、西伯利亚大陆共同参与了Columbia超大陆的聚合（Wang et al.， 2016）.在整个Columbia超大陆聚合期间（2.1~1.8G），全球范围内发生了大规模的碰撞造山事件（王伟等，2019）.特别是在2.05~ 1.85 Ga期间，由于强烈的碰撞活动，扬子陆块经历了广泛的岩浆与变质作用，导致离散的太古宙基底汇聚成一个统一的陆块.本文所报道的两种钠长岩样品的年代学与地球化学数据，为进一步证实扬子陆块参与Columbia超大陆聚合提供了新的证据，反映了其为Columbia超大陆聚合事件在扬子地台西南缘的地质响应.

5 结论

（1）四川芭蕉箐地区1841铀矿化点有两类钠长岩：岩浆钠长岩和交代钠长岩.钠长岩岩石地球化学研究表明，岩浆钠长岩较交代钠长岩极富U、Pb元素，整体上两种钠长岩相对富集Th、U、Zr、Sm、REE等元素，相对贫Ba、K、Sr、Rb、Nb、Ti等元素.

（2）钠长岩年代学特征表明，两种钠长岩的年龄分布范围均较大，交代钠长岩的年龄共有两组集中区，加权平均年龄分别为（1 877± 13） Ma、（2 333±6.9） Ma，岩浆钠长岩年龄只有一组集中区，加权平均年龄为（1 743±53） Ma.

（3）岩浆钠长岩形成于陆内拉张构造环境，岩体源区主要来自下地壳的变质泥岩熔融，且有幔源物质的加入.

（4）结合前人在本地区岩浆‒变质事件的研究成果，发现钠长岩原岩可能形成于扬子地台西南缘在古元古代早期发生的碰撞事件，并且在古元古代中晚期的岩浆作用中形成岩浆钠长岩与交代钠长岩，这次岩浆作用也是造成铀元素大量富集的原因.本区钠长岩所记录的两次岩浆事件是全球Columbia超大陆聚合事件在扬子西南缘的地质记录，为扬子地台在 Columbia超大陆重建中的位置提供了新的制约.

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基金资助

国家自然科学基金项目(41872079)

中国核工业地质局科研项目(202137-3)

成都理工大学珠峰科学研究计划项目(2021ZF11413)

四川省应用基础研究项目(2020YJ0361)