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花岗岩与铀成矿关系的研究表明,花岗岩型铀矿成岩与铀成矿具较大的时差,铀成矿时代与富铀花岗岩的时代无关,富铀的S型花岗岩岩浆演化结束后没能分异出富铀的成矿流体。但对于这一机制的研究还只是基于实验地球化学的推测,而缺乏系统的岩石地球化学和流体地球化学的支持。
粤北贵东复式花岗岩东部分布着我国最大的花岗岩型铀矿田.下庄铀矿田。本论文以与下庄铀矿田有密切关系的贵东岩体东部花岗岩为研究对象,在总结研究区成矿地质背景、岩浆作用与成矿地质特征的基础上,运用矿物化学、元素地球化学、同位素地球化学和流体包裹体地球化学等理论和方法,通过对贵东岩体东部花岗岩岩石学特征、岩石成因、分异的原始流体地球化学特征、成岩物理化学条件的研究,探讨贵东岩体东部花岗岩成岩过程中流体聚集特征及其对铀成矿的制约。本论文主要取得以下成果和认识:
1.对与铀成矿关系密切的贵东岩体东部花岗岩的主量元素、微量元素、稀土元素和同位素组成分析研究表明,贵东岩体东部的黑云母花岗岩(鲁溪岩体)和二云母花岗岩(下庄、冒峰、笋洞岩体)均具有高碱、高铝、低钛、低磷的特点。随着岩体分异演化程度的增加,花岗岩总体向富硅、富碱、富钾方向演化。花岗岩相对于原始地幔均相对富集大离子亲石元素Rb、U、Th以及高场强元素Nd、Zr、Hf和稀土元素La、Sm和Y,而相对亏损Ba、Nb、Sr、P、Ti。两类花岗岩均属于轻稀土富集型,在球粒陨石标准化的稀土元素模式图均为右倾型,均具有明显的负Eu异常。相对黑云母花岗岩,二云母花岗岩分异程度较高。贵东岩体东部花岗岩由古元古代时期相似源区的变质沉积岩部分熔融形成的。其中对下庄花岗岩进行的锆石U-Pb年代学和Hf同位素研究表明,下庄花岗岩的成岩年龄为240.4±1.9Ma,来源于平均地壳存留年龄为1.59～1.72Ga,成份上相当于龙川片麻岩的古元古代变质沉积岩,其形成过程中没有受到明显的其它物质的混染。
2.对贵东岩体东部花岗岩矿物学和矿物化学特征研究表明,黑云母花岗岩的结晶温度为黑云母花岗岩的成岩温度为752℃～819℃,氧逸度log fo2为-13.9～-13.2；二云母花岗岩的成岩温度为666℃～802℃,氧逸度log fo2为-16.8～-14.2。随着岩浆的演化,从黑云母花岗岩到二云母花岗岩,结晶温度降低,氧逸度也随之减小,岩体中的Cl含量不断地减少,而F含量有所增加,U不断地在熔体中富集。在分异程度低的黑云母花岗岩中铀以不利于成矿的类质同象形式存在,在分异程度高的二云母花岗岩中铀以利于成矿的晶质铀矿形式存在。
3.贵东岩体东部花岗岩石英斑晶中的包裹体研究表明,贵东岩体东部花岗石的岩浆体系的演化应该是一个不间断连续的过程,在岩浆演化过程中分异出了流体。原生流体包裹体地球化学研究表明,贵东岩体东部花岗岩在岩浆演化过程中分异出来的流体是贫CO2的低盐度(0.88～7.9％wtNaCl)、中低密度(0.55～0.9g/cm-3)、中高温(166℃～380℃)的NaCl-H2O体系。而前人有关花岗岩型铀矿成矿流体成分的资料显示,成矿流体大致是富含富∑CO2的K+-Na+/HCO3--F-的流体体系,与贵东岩体东部花岗岩在岩浆演化过程中分异出来的贫CO2的流体组成存在较大的差异。由于缺少大量的矿化剂∑CO2,岩浆分异出的流体不能将铀从花岗岩中活化出来,因此不在岩浆演化结束后马上形成花岗岩型铀矿床。
4.下庄铀矿可能的矿床成因模式:古元古代的变质沉积岩在印支运动和燕山运动的影响下,部分熔融形成岩浆,该岩浆多期次侵入形成贵东岩体东部花岗岩。贵东岩体东部花岗岩岩浆分异出来的流体是贫矿化剂∑CO2的低盐度、中低密度、中高温的NaCl-H2O体系,因此花岗岩中存在的活性晶质铀矿不能马上转入热液继而成矿。随着中生代晚期、新生代早期岩石圈伸展减薄,地壳的拉张使得该区深大断裂活动频繁,使地幔脱气生成的富含矿化剂∑CO2的流体沿着这些断裂上升,并与循环的地下水结合形成热液流体。富含矿化剂的流体与富铀的花岗岩围岩相互作用,形成富铀的成矿热液,在有利的条件下,铀从富铀的成矿熟液中沉淀下来继而形成花岗岩型铀矿床。