余關(guān)美， 時(shí) 國(guó)

(東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院, 江西 南昌 330013)

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贛中相山鈾礦田基底變質(zhì)巖稀土元素特征及其地質(zhì)意義

余關(guān)美， 時(shí) 國(guó)

(東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院, 江西 南昌 330013)

對(duì)贛中相山鈾礦田新元古代變質(zhì)巖基底的稀土元素地球化學(xué)特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明,稀土總量較高，為(127.47～288.40)×10-6，平均為197.18×10-6；∑LREE/∑HREE比值為7.03～10.16，平均為8.66，明顯富集LREE。δEu為0.57～0.79，平均0.70，顯示中等或弱的負(fù)異常；δCe為0.44～1.04，平均為0.90，顯示弱的負(fù)異?；驘o(wú)異常。三組巖石稀土配分模式類(lèi)似，表明具有相近的物源，其原巖應(yīng)屬于陸源碎屑巖，巖石的物源很可能來(lái)自華夏大陸；據(jù)稀土元素含量及其比值，推測(cè)該測(cè)區(qū)變質(zhì)巖形成的沉積構(gòu)造背景為大陸島弧環(huán)境。同時(shí)ΣREE-La/Yb圖解表明，神山組樣品原巖主要為頁(yè)巖和粘土巖，上施組原巖主要為砂巖，庫(kù)里組原巖大多為砂巖，同時(shí)含有頁(yè)巖和粘土巖。

變質(zhì)巖；稀土元素；Eu異常；REE示蹤；構(gòu)造環(huán)境

余關(guān)美， 時(shí)國(guó).2015.贛中相山鈾礦田基底變質(zhì)巖稀土元素特征及其地質(zhì)意義[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，38(4)：350-357.

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稀土元素具有特殊的地球化學(xué)性質(zhì)，決定了其在多種地質(zhì)作用下十分穩(wěn)定，不易受風(fēng)化作用、熱液作用和變質(zhì)作用的影響，因而在物源示蹤中運(yùn)用很廣。但在某些地質(zhì)作用過(guò)程中，由于各種稀土元素在物理、化學(xué)性質(zhì)方面的差異，往往會(huì)發(fā)生稀土元素的分餾作用。因此，地質(zhì)體中的稀土元素分布特征，包含并保存著地質(zhì)體成因、演化等方面的多種信息。

近年來(lái), 稀土元素的研究廣泛應(yīng)用于沉積源區(qū)的確定、構(gòu)造背景的分析、硅質(zhì)巖成因、沉積礦床成礦作用及其與地質(zhì)事件和地殼演化的關(guān)系等諸多方面中(劉士林等，2006)。在變質(zhì)巖方面，REE地球化學(xué)可用于追溯原巖，以了解變質(zhì)前的成巖環(huán)境、物質(zhì)組成及成因等特征，變沉積巖的地球化學(xué)研究對(duì)于了解華夏地塊上部變質(zhì)巖系的物質(zhì)來(lái)源和形成時(shí)的構(gòu)造環(huán)境具有重要指示意義(胡恭任等，1999，1997；吳新華等，2001；龐守吉等，2008)。一般認(rèn)為在變質(zhì)巖中除麻粒巖相變質(zhì)巖以外，角閃巖相以下的變質(zhì)巖，除有熱液蝕變者外，稀土元素不會(huì)發(fā)生明顯的遷移。因而用稀土元素地球化學(xué)特征來(lái)恢復(fù)和判斷贛中相山地區(qū)變質(zhì)巖原巖的性質(zhì)及其形成的構(gòu)造環(huán)境是可行的(饒明輝等，1993)。

相山鈾礦田位于華夏與揚(yáng)子拼合帶—江紹斷裂南側(cè)，是中國(guó)發(fā)現(xiàn)最早，規(guī)模最大的火山型鈾礦田，普遍發(fā)育火山-侵入雜巖體(楊水源等，2013)，其基底為一套古老的變質(zhì)巖系。對(duì)這套基底變質(zhì)巖的原巖建造特征，形成環(huán)境以及演化規(guī)律的研究，不僅對(duì)了解華南新元古代構(gòu)造背景提供重要材料，也對(duì)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)該地區(qū)地殼演化和鈾等金屬成礦作用有重要意義(邵飛等，2012；章邦桐等，1996；廖宇華，1999；竇小平，2005)。筆者在已有的區(qū)調(diào)資料和科研成果的基礎(chǔ)上，通過(guò)野外調(diào)查，SHRIMP同位素測(cè)定技術(shù)等方法，對(duì)相山基底變質(zhì)巖系中的千枚巖、片巖、變質(zhì)砂巖樣品的稀土元素含量，地球化學(xué)參數(shù)，配分模式等進(jìn)行了系統(tǒng)分析。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于揚(yáng)子板塊與華夏板塊縫合線(xiàn)—江紹斷裂南側(cè)，北東向的遂川-德興深斷裂從該區(qū)的西北角穿過(guò)，東臨北北東向鷹潭-安遠(yuǎn)斷裂，構(gòu)造單元區(qū)劃隸屬華夏陸塊贛中-贛南殘塊的北部，地層區(qū)劃屬華南地層大區(qū)東南地層區(qū)之湘桂贛地層分區(qū)(圖1)。

圖1 相山地區(qū)所處大地構(gòu)造位置和區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Tectonic setting of Xiangshan area and geological sketch map

區(qū)內(nèi)變質(zhì)巖發(fā)育，主要分布于相山火山盆地周邊，系區(qū)域古老的褶皺基底，通過(guò)野外調(diào)查和鏡下觀察，該地區(qū)出露于地表的基底變質(zhì)巖受變形變質(zhì)作用影響明顯，巖石類(lèi)型存在明顯差異。盡管這套基底變質(zhì)巖經(jīng)歷了較強(qiáng)區(qū)域構(gòu)造面理置換，但在部分地區(qū)其原始沉積構(gòu)造及序列仍可辨晰，總體為一套中—淺變質(zhì)的砂泥質(zhì)復(fù)理石建造，自下而上可劃分為神山組、庫(kù)里組和上施組。

神山組下段主要為青灰色-深灰色(含石榴黑云)絹云石英片巖，黑云石英巖夾炭質(zhì)千枚巖，上段深灰色絹云千枚巖夾炭質(zhì)千枚巖；庫(kù)里組下段以淺灰色(含十字石榴)二云石英片巖，(含石榴子石)變質(zhì)石英砂巖夾(石榴子石黑云)變質(zhì)長(zhǎng)石石英巖及部分(含石榴黑云)絹云千枚巖為主，上段以淺灰色-灰白色(含石榴子石)二云片巖，粉砂質(zhì)黑云絹云千枚巖，(含石榴子石黑云母)絹云千枚巖夾薄層變細(xì)砂巖為主；上施組整合于庫(kù)里組灰白色千枚巖之上，被后期地層不整合覆蓋。下段以青灰色(含十字石榴黑云母)絹云母石英片巖，(含石榴子石)二云石英片巖夾(含石榴黑云)石英大理巖為主要巖性，上段以灰綠色(含石榴子石黑云母)絹云千枚巖，(含石榴子石)二云(黑云，絹云)石英片巖為主。

2 測(cè)試方法

樣品在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究中心測(cè)試，運(yùn)用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)分析方法。樣品經(jīng)粉碎至200目以下，于105 ℃烘干備用。準(zhǔn)確稱(chēng)取50 mg樣品于25 mL聚四氟乙烯燒杯中，分別加入氫氟酸，放入高壓罐中密閉加熱溶解，取出后加入硝酸并讓如高壓罐進(jìn)一步溶解。待充分溶解之后，稀釋并用ELEMENT等離子體質(zhì)譜分析儀進(jìn)行測(cè)試，分析精度優(yōu)于5%。測(cè)區(qū)新元古代淺變質(zhì)巖稀土元素測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1，球粒隕石(王中剛等，1989)和北美頁(yè)巖(王中剛等，1989)標(biāo)準(zhǔn)化后相關(guān)計(jì)算見(jiàn)表2。

異常參數(shù)δCe和δEu依據(jù)以下計(jì)算公式(Bhatia,1985)得出：

δEu=Eu/Eu*=EuN/[(SmN+GdN)/2]

δCe=Ce/Ce*=CeN/[(LaN+PrN)/2]

3 結(jié)果

3.1 稀土元素豐度

測(cè)區(qū)稀土元素總量較高，為(127.47～288.40)×10-6，平均為197.18 ×10-6。神山組為∑REE(127.47～266.08)×10-6，平均為207.04×10-6；庫(kù)里組∑REE為(168.77～288.40)×10-6，平均為211.72 ×10-6；上施組∑REE為(131.23～245.99)×10-6，平均為172.79 ×10-6。上施組的稀土元素含量略低于神山組和庫(kù)里組，與北美頁(yè)巖組合樣平均值173.2 ×10-6相近。

∑LREE/∑HREE比值在一定程度上反應(yīng)了輕、重稀土分異情況，在同一巖石類(lèi)型中，這一數(shù)值較大,表明輕稀土富集，重稀土虧損，巖石源區(qū)不同，該比值也不同。神山組∑LREE/∑HREE比值為7.03～9.77，平均為8.48；庫(kù)里組∑LREE/∑HREE比值為8.09～10.16，平均為9.15；上施組∑LREE/∑HREE比值為7.57～9.12，平均為8.35。LaN/YbN值是稀土元素圖解中分布曲線(xiàn)的斜率，同樣可反映輕重稀土分餾情況。經(jīng)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后，神山組LaN/YbN為7.01～13.73，平均10.40；庫(kù)里組 LaN/YbN為10.73～19.26，比值變化較大，平均15.09；上施組LaN/YbN為5.38～14.71，比值變化較大，平均9.49。三組巖石LaN/YbN比值表明輕重稀土元素之間分餾明顯，輕稀土富集。

球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后，神山組，庫(kù)里組，上施組δEu平均值分別為0.72，0.68，0.69，與大陸地殼 (0.69)頗接近，而高于地殼(0.60)，低于上地慢(0.79)，表明Eu為輕度虧損；δCe的平均值分別為0.82，0.93，0.94，高于大陸地殼(0.79)，顯示出微弱的負(fù)異常(吳春林等，1993)。

經(jīng)北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化后，神山組，庫(kù)里組，上施組δEu平均值分別為1.11，1.08，1.08，Eu表現(xiàn)為弱的正異常；δCe的平均值分別為0.83，0.93，0.94，表現(xiàn)為弱的負(fù)異常。

3.2 稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化配分模式

采用Taylor等(1985)推薦的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)稀土元素進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，三組巖石樣品稀土元素分布模式圖(圖2)。從圖中可以看出, 各樣品稀土配分模式相似，均表現(xiàn)為Eu虧損的右傾斜型，各樣品在圖上表現(xiàn)為近平行的線(xiàn)，左邊上翹且較陡，右邊近平行，表明沉積物的物源較為一致,物源供應(yīng)相對(duì)穩(wěn)定；La～Eu段輕稀土配分曲線(xiàn)較陡， 斜率較大,而Gd～Lu段重稀土配分曲線(xiàn)較為平坦，斜率較小，表現(xiàn)為明顯的右傾，說(shuō)明輕稀土元素之間的分餾程度較高，重稀土元素之間的分餾程度較低。

經(jīng)北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化后所得的稀土元素配分曲線(xiàn)如圖2，三個(gè)組的配分模式類(lèi)似，說(shuō)明其具有相近的物源(孫林華等,2010a,2010b)。曲線(xiàn)均為在1附近的平緩型，說(shuō)明其為沉積成因。 神山組和庫(kù)里組標(biāo)準(zhǔn)化后的曲線(xiàn)總體高于上施組，可能是因?yàn)樯鲜┙M樣品中含石英量較神山組和庫(kù)里組高，一般石英含量對(duì)稀土含量起稀釋作用，石英含量愈高，稀土含量愈低，導(dǎo)致上施組稀土含量偏低。

神山組，庫(kù)里組，上施組的配分曲線(xiàn)位置依次有微弱的降低，神山組中樣品D3675-3W配分曲線(xiàn)與其他樣品差異較大，表現(xiàn)出強(qiáng)的Ce異常。

4 討論

4.1 稀土元素與沉積環(huán)境

Ce具有變價(jià)性質(zhì)，在不同的沉積環(huán)境下?？稍斐烧蜇?fù)的異常，所以通常將δCe異常作為沉積環(huán)境的氧化-還原狀態(tài)的指標(biāo)。δCe <1表示虧損，指示氧化環(huán)境；δCe >1表示正?；蜻^(guò)剩，表明還原環(huán)境(王中剛等，1989；劉肖霞等，2008)。

測(cè)區(qū)除個(gè)別樣品(D6002-1W、D2331-1W)δCe大于1，其余樣品在0.44～0.99間，而δEu均小于1，總體上表現(xiàn)為虧損，指示該區(qū)沉積環(huán)境可能為相對(duì)氧化的環(huán)境。Eu呈負(fù)異常，Ce負(fù)異常不明顯，說(shuō)明海水可能為陸棚水。

表1 相山基底變質(zhì)巖稀土元素地球化學(xué)組成(10-6)

圖2 相山基底變質(zhì)巖稀土元素分布模式圖Fig.2 The REE distributing pattern to the metamorphic rocks basement of Xiangshan uranium mineral field

4.2 稀土元素的物源指示

稀土元素是分析沉積物源區(qū)的可靠指標(biāo)。稀土元素難溶，相對(duì)穩(wěn)定，這些元素只隨陸源碎屑沉積物搬運(yùn), 因而能反映源區(qū)的地球化學(xué)性質(zhì)，稀土模式可用來(lái)指示物源(劉寧等，2009)。源自上地殼的稀土元素具有輕稀土富集，重稀土含量穩(wěn)定和明顯的負(fù)Eu等特征，研究區(qū)樣品經(jīng)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后，三組巖石均表現(xiàn)出輕稀土富集和Eu異常的特征；用北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化后，稀土配分曲線(xiàn)呈平坦型，曲線(xiàn)數(shù)值靠近1，源巖主要為沉積巖；且三組巖石LREE/ HREE比值平均值分別為8.48，9.15，8.35，與陸殼平均值9.53接近；以上特征說(shuō)明物源可能來(lái)自上地殼。研究區(qū)大部分稀土元素含量變化范圍較小，意味著具有相近的物源。

在吳春林等(1993)的稀土元素ΣREE-La/Yb圖解上(圖3)，樣品大多數(shù)投于雜砂巖、頁(yè)巖區(qū)，所以本次研究的樣品都為副變質(zhì)巖，其原巖屬于陸源碎屑巖。上施組大多落點(diǎn)于雜砂巖區(qū)，神山組多落點(diǎn)于頁(yè)巖和粘土巖區(qū)，庫(kù)里組多在兩個(gè)區(qū)的疊加區(qū)域。

圖3 相山基底變質(zhì)巖稀土元素ΣREE-La/Yb圖解Fig.3 ΣREE vs.La/Yb diagram for the main types of rocks from Xiangshan uranium mineral fieldA.角閃巖區(qū)；B.碳酸鹽巖；C.砂質(zhì)巖和雜砂巖區(qū)；D.頁(yè)巖和粘土巖區(qū)

稀土元素在溶液中呈離子或絡(luò)離子的形式。其中，深海粘土中具有異常高的豐度；而從頁(yè)巖到雜砂巖到其它類(lèi)砂巖、灰?guī)r，其稀土總量依次減少(饒明輝等，1993)。上施組稀土總量明顯低于神山組和庫(kù)里組，而ΣREE-La/Yb圖解中上施組大多落點(diǎn)于雜砂巖區(qū)，說(shuō)明其原巖主要為雜砂巖；庫(kù)里組中稀土元素豐度最高，結(jié)合ΣREE-La/Yb圖解中庫(kù)里組多在頁(yè)巖區(qū)和雜砂巖區(qū)的疊加區(qū)域，推測(cè)其原巖主要為為粘土巖，夾雜部分石英砂巖及粉砂巖；神山組在區(qū)域上分布有大量炭質(zhì)千枚巖，圖解中多落點(diǎn)于頁(yè)巖和粘土巖區(qū)，稀土元素豐度略低于庫(kù)里組，說(shuō)明其原巖可能主要為粉砂巖及炭質(zhì)頁(yè)巖。

Taylor等(1985)曾指出，太古代以前，沉積巖以貧稀土，相對(duì)富重稀土和Eu正異常為特征；而后太古宙沉積，稀土組成以稀土總量較高，輕稀土富集，Eu虧損為特征。研究區(qū)稀土元素特征與后太古宙的沉積巖稀土元素豐度、模式特征基本一致，其沉積時(shí)代應(yīng)為后太古宙。微古化石資料和前人研究表明相山鈾礦田基底變質(zhì)巖原巖形成于新元古代青白口紀(jì)。

4.3 稀土元素特征指示的構(gòu)造背景

由于碎屑沉積巖的地球化學(xué)特征主要取決于其物質(zhì)組成，而物質(zhì)組成又與其物源和大地構(gòu)造環(huán)境有著非常密切的關(guān)系。因此，碎屑沉積巖地球化學(xué)數(shù)據(jù)可以用來(lái)恢復(fù)構(gòu)造背景(胡恭任等，2004；靳松等，2008；張芳榮等，2009)。

表3為Bhatia (1985)總結(jié)的不同構(gòu)造背景下稀土元素含量及比值特征，認(rèn)為來(lái)自大洋島弧構(gòu)造背景的沉積物，具有稀土總量低，輕稀土富集不明顯和無(wú)明顯負(fù)銪異常的特征；大陸島弧構(gòu)造背景的沉積物，具稀土總量高和輕稀土富集，Eu中等或弱負(fù)異常的特征；而來(lái)自活動(dòng)大陸邊緣和被動(dòng)大陸邊緣的沉積物，稀土總量高，輕稀土富集，負(fù)Eu異常明顯。測(cè)區(qū)稀土元素總量高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于大洋島弧，說(shuō)明構(gòu)造背景不可能是大洋島弧。輕稀土富集，中等或弱的負(fù)Eu異常，結(jié)合輕重稀土比值以及La，Ce等元素值的范圍，推測(cè)其構(gòu)造背景應(yīng)為大陸島弧環(huán)境。而原巖主要為雜砂巖的神山組的δEu平均值為0.72，與大陸島弧環(huán)境下的雜砂巖0.7相接近，進(jìn)一步說(shuō)明其構(gòu)造背景為大陸島弧。

章邦桐等(1996)曾對(duì)該區(qū)變質(zhì)巖基底原巖歸屬做了細(xì)致的研究，曾提出該區(qū)變質(zhì)巖歸屬于華夏地塊陳蔡群的觀點(diǎn)。贛中變質(zhì)巖基底∑REE為(127.47～288.40)×10-6，與靳松等(2008)研究分析的浙閩地區(qū)華夏地塊新元古代變質(zhì)巖中副變質(zhì)巖稀土總量(85.2～332.02)×10-6相近；贛中變質(zhì)巖δEu為0.57～0.79，浙閩地區(qū)δEu為0.70左右，兩個(gè)區(qū)域類(lèi)似，且都有輕稀土富集且分餾明顯、重稀土分餾作用較弱的特征。這些稀土元素特征也為贛中相山變質(zhì)巖歸屬于華夏地塊提供了佐證，其物源可能來(lái)自華夏大陸。

5 結(jié)論

(1)贛中相山變質(zhì)基底稀土總量較高, LREE/HREE及LaN/YbN等比值表明，輕重稀土分異明顯, 分布模式為明顯的輕稀土富集，重稀土平坦及弱的負(fù)δEu異常，δCe基本正常。三組巖石稀土配分模式類(lèi)似，但也有微弱的區(qū)別，神山組，庫(kù)里組，上施組的配分曲線(xiàn)相對(duì)位置依次微弱降低，物源總體上顯示出從粘土巖，頁(yè)巖，到雜砂巖的變化特征。

(2)根據(jù)稀土元素組合及其比值特征、配分模式等，推測(cè)其物源來(lái)自上地殼。測(cè)區(qū)三組巖石具有相近的物源，其原巖應(yīng)屬于陸源碎屑巖，巖石的物源很可能來(lái)自相鄰的華夏大陸。

(3)根據(jù)不同構(gòu)造背景下稀土元素含量及比值特征，結(jié)合測(cè)區(qū)稀土元素特征，推測(cè)其構(gòu)造背景應(yīng)為大陸島弧環(huán)境。

表3 不同構(gòu)造背景下稀土元素含量及比值特征

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Characteristics of Rare Earth Elements and the Geological Significance of the Basement Metamorphic Rocks in Xiangshan Uranium Ore Field in Central Jiangxi Province

YU Guan-mei， SHI Guo

(School of Earth Sciences, East China Institute of Technology,Nanchang, JX 330013,China)

The REE geochemical characteristics of metamorphic rocks from the Xiangshan uranium ore field in central Jiangxi province are analyzed. The results show that the REE contents range from 127.47×10-6to 288.40×10-6, and the average content is 197.18×10-6. The ratios of ∑LREE/∑HREE range from 7.03 to 10.06, and the average value is 8.66. These features indicate that the LREE is are obviously richer than HREE. The value of δEu is 0.57 to 0.79 with an average of 0.70 which shows weak to moderate negative anomalies. The average of δCe is 0.90 with no obvious Ce anomaly (from 0.44 to 1.04). The three groups have near REE patterns, which declare that their provenances is close, and the protolith belongs to terrigenous clastic rocks, the provenance is possibility come from the China mainland. According to the content of REE and their ratio, speculated that the metamorphic rock formation sedimentary tectonic setting should be part of the surveyed area for continental island arc environment. The ΣREE-La / Yb diagram shows that the protolith of Shensan group is mainly shale and clay rock, and the protolith of Shangshi group is mainly greywacke, and the protolith of Kuli group is mainly greywacke but also contains shale and clay rock.

metamorphic rock；REE；Eu anomaly；REE trace；tectonic environment

2015-02-08

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局工作項(xiàng)目(1212011120836)；東華理工大學(xué)博士后科研基金項(xiàng)目(DHBK1001)

余關(guān)美(1990—)，女，碩士研究生，主要從事礦產(chǎn)普查與勘探研究。E-mail:yuguanmei@163.com

10.3969/j.issn.1674-3504.2015.04.003

P619.14

A

1674-3504(2015)04-0350-08