李圻，宋昊,2，陳友良,2，余中美，李巨初，聶睿

（1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059；2.地學(xué)核技術(shù)四川省重點實驗室，四川 成都 610059；3.核工業(yè)二八〇研究所，四川 廣漢 618300）

堿性侵入巖相關(guān)的礦床經(jīng)常富集大量高場強(qiáng)元素（HFSE），具有較高的經(jīng)濟(jì)價值和開發(fā)利用潛力。其中，堿性侵入巖型鈾礦含有較多稀土和稀有金屬元素，配合適當(dāng)?shù)倪x冶工藝，可將該類礦床中的鈾作為稀土、稀有金屬開采選冶時的副產(chǎn)品綜合利用［1］。所以，富稀土和稀有金屬的堿性侵入巖型鈾礦有著巨大的價值和潛力。

南格陵蘭的伊利馬薩克（Ilímaussaq）雜巖體蘊含著世界級的鈾-稀土（REE）資源。自19 世紀(jì)初被發(fā)現(xiàn)以來，前人針對該巖體開展了大量地質(zhì)勘探和基礎(chǔ)研究工作，并發(fā)現(xiàn)多個鈾-稀土-稀有金屬礦床，如北部科瓦內(nèi)灣（Kvanefjeld）、2 號帶、3 號帶和南部克林勒納（Kringlerne）。其中，僅該巖體北部科瓦內(nèi)灣地區(qū)共探獲1 113 萬t 稀土氧化物（TREO）、26.9 萬t 氧化鈾（U3O8）和224 萬t鋅［2］，還伴生大量Zr、Nb、Ta 等稀有金屬，具有資源量大、有用組分富集等特點。該巖體其他部位也有放射性礦物和稀土礦物的富集，同樣具有較大的成礦潛力。此外，伊利馬薩克雜巖體發(fā)育有完整且高度分異的巖漿演化序列，對研究堿性巖漿演化和相關(guān)鈾礦床成因有著重要意義。

筆者根據(jù)該堿性雜巖體的最新勘探和研究進(jìn)展，對南格陵蘭的伊利馬薩克雜巖體地質(zhì)特征、成礦作用等進(jìn)行介紹和討論，期望為更多同類型鈾礦床找礦勘查工作提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)

圖1 南格陵蘭區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)圖（據(jù)參考文獻(xiàn)［5］修改）Fig.1 Regional geological map of the South Greenland

伊利馬薩克雜巖體鈾-多金屬礦田位于南格陵蘭鈾成礦省，其大地構(gòu)造位置為古-中元古代凱蒂利德（Ketilidian）造山帶（圖1）。凱蒂利德造山帶自北向南可以分為3個構(gòu)造單元，即北部邊緣帶、中部中央帶和南部碎屑巖帶。區(qū)內(nèi)巖漿活動主要發(fā)生于凱蒂利德造山期（1 850～1 830 Ma和1 800～1 780 Ma）和加達(dá)爾期（1 330～1 150 Ma）［3-4］。

邊緣帶寬70 km，主要由古-中太古代花崗閃長片麻巖和其下部的古-中元古代變質(zhì)沉積-火山巖地層組成，并發(fā)育古元古代花崗巖和中元古代堿性雜巖體和古-中元古代和中生代脈巖［3-4］。

中央帶寬100～150 km，主要為凱蒂利德期花崗巖-閃長巖，即尤莉安娜霍布（Julianehab）花崗巖（約1 850～1 780 Ma）和加達(dá)爾期侵入巖及沉積巖。其中，凱蒂利德期巖石包括：早期片麻狀花崗閃長巖（±1 850 Ma），巖石受韌性剪切而強(qiáng)烈變形，邊部見變質(zhì)沉積巖捕虜體；晚期花崗巖（±1 750 Ma）主要為粗粒弱片麻狀石英二長巖-花崗閃長巖；隨機(jī)分布的中-基性脈巖。加達(dá)爾期巖石主要包括：埃里克峽灣（Eriksfjord）組，主要為一套陸源碎屑巖，覆蓋于凱蒂利德期花崗巖之上，并受后期玄武巖和火山碎屑巖覆蓋；巖基狀堿性雜巖體和各類脈巖，主要為石英正長巖、正長巖和霞石正長巖，它們侵入于凱蒂利德期花崗巖和加達(dá)爾期沉積建造中，如伊利馬薩克雜巖體（（1 168±21）Ma）和莫茨費爾特（Motzfeldt）雜巖體（（1 130±31）Ma）［3］。

碎屑巖帶主要由古元古代變質(zhì)沉積-火山巖及后期侵入巖組成。其下部單元主要為變質(zhì)細(xì)碎屑巖，上部為變質(zhì)砂巖、變質(zhì)基性火山巖及火山碎屑巖。二者受后期的后造山花崗巖（1 833 Ma）和古-中元古代環(huán)斑花崗巖（1 740 Ma）侵入［3］。

2 雜巖體巖性特征

伊利馬薩克雜巖體是加達(dá)爾期最晚一期巖漿侵入形成的橢圓形巖基，北東-南西方向長約8 km，北西-南東方向長約18 km，出露面積約150 km2。巖體侵入于凱蒂利德期花崗質(zhì)圍巖和埃里克峽灣組火山-沉積巖建造內(nèi)，其北部出露部分被認(rèn)為是該巖體的頂部，底部位于雜巖體的南部，與下部埃里克峽灣組不整合接觸（圖2a）。雜巖體主要侵入相由早到晚可分為：輝石正長巖相（圖2b-A）、堿性花崗巖-石英正長巖相（圖2b-B）和過堿性霞石正長巖相（圖2b-C～M）［3-7］。

輝石正長巖相為雜巖體最老的巖石單元，主要出露于巖體南部和西北部。接觸帶附近的輝石正長巖呈細(xì)粒狀，其粒度向鈉質(zhì)巖增大。其主要礦物為條紋長石、鐵橄欖石、富鈣輝石、鐵鈦氧化物和角閃石，還含有少量霞石、黑云母、磷灰石、鋯石等副礦物。

堿性花崗巖和石英正長巖主要發(fā)育于雜巖體頂部，其主要由堿性長石、石英、鈉閃石、霓石組成，并含有少量鋯石、燒綠石、閃鋅礦、螢石等副礦物。該巖石多與其他巖石呈侵入接觸，其為堿性巖漿上侵初期同化大量高SiO2大陸地殼的產(chǎn)物［7-10］。

過堿性霞石正長巖為雜巖體最主要的巖石類型，又被稱為鈉質(zhì)巖。其自上而下細(xì)分為：霞石正長巖系列、異霞正長巖系列和條帶狀霞石正長巖系列［6，11］（圖2b）。

霞石正長巖系列主要位于輝石正長巖內(nèi)側(cè)，從上至下依次為流霞正長巖-方鈉流霞正長巖-方鈉霞石正長巖。巖石具粗粒結(jié)構(gòu)，主要礦物為霞石、正長石、方鈉石和異性石，含少量鐵鎂質(zhì)礦物，且其多發(fā)育鈉質(zhì)交代。此外，還存在一定數(shù)量的螢石、磁黃鐵礦、閃鋅礦和方鉛礦等副礦物。

異霞正長巖系列位于鈉質(zhì)巖系列的中部（圖2b），厚約350 m，主要出露于雜巖體南東部分和北-北西部。其常侵入到頂部霞石正長巖內(nèi)部和巖體邊緣，接觸部位形成富含捕虜體的混雜帶，但其未侵入到底部系列巖石中。如圖2b所示，其上部主要為富鈉鐵閃石異霞正長巖，下部為富霓石異霞正長巖，中間為二者互層。多數(shù)異霞正長巖呈細(xì)粒結(jié)構(gòu)，部分為中-粗粒結(jié)構(gòu)，且多發(fā)育強(qiáng)定向構(gòu)造；其下部產(chǎn)狀較為平緩，邊部向上侵入形成的較陡的巖枝和巖脈。異霞正長巖主要礦物為鈉鐵閃石、霓石、鈉長石、微斜長石、霞石、異性石及大量復(fù)雜副礦物（如方鈉石、獨居石、磷硅稀土礦、瑙云母、脆云母等）。巖體局部含有一些特殊的異霞正長巖，如瑙云母異霞正長巖、球狀異霞正長巖、水硅鈉鈦礦異霞正長巖等［12-15］。

條帶霞石正長巖系列為鈉質(zhì)巖最主要部分，其自下至上分為層狀條帶霞石正長巖、弱層狀條帶霞石正長巖和過渡帶條帶霞石正長巖3 個亞層（圖2b）。其中層狀條帶霞石正長巖厚度超過200 m，由29 個平均厚度為8 m 的韻律層組成［6］，相鄰韻律層界線截然，但同一韻律層內(nèi)呈漸變關(guān)系。每個韻律層由下部黑色富鈉鐵閃石層、中部紅色富異性石層和上部白色富堿性長石-霞石層3 個漸變層組成，這主要為巖漿結(jié)晶分異和幕式侵入的結(jié)果［6］。巖石主要由堿性長石、霞石、鈉鐵閃石、異性石和少量螢石、磁黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦等副礦物組成。其上部為弱層狀條帶霞石正長巖，該部分分層不明顯，成分接近條帶霞石正長巖，向上變?yōu)檫^渡帶條帶霞石正長巖。

伊利馬薩克雜巖體及其圍巖內(nèi)還發(fā)育有大量脈巖，成分主要為基性-中酸性及響巖質(zhì)巖石。此外，輝石正長巖和鈉質(zhì)巖之間發(fā)育一偉晶巖帶，由中細(xì)粒霞石正長巖質(zhì)巖石和偉晶巖網(wǎng)脈組成，其在雜巖體南部呈環(huán)狀分布，且多位于雜巖體的下部（圖2）。

3 鈾礦化特征

區(qū)內(nèi)主要的鈾礦床為巖體北部的科瓦內(nèi)灣礦床、2號帶及3號帶（圖2a）。其中，科瓦內(nèi)灣礦床位于雜巖體西北部，其資源量最大，礦化發(fā)育于異霞正長巖內(nèi)，呈多個層狀和巖枝狀產(chǎn)出，鈾含量向深部降低，且在局部（捕虜體邊部、接觸帶）富集。2號帶位于該巖體中西部，3號帶位于巖體東北緣，二者礦化發(fā)育于近地表的異霞正長巖內(nèi)。這3個礦床在深部或連續(xù)為同一層狀含礦異霞正長巖［2-3］。

雜巖體富集REE、U、Th、Zr、Nb和Ta等高場強(qiáng)元素，但是鈾在不同巖性中富集程度不同，鈾含量由斑霞正長巖—流霞正長巖—閃霞方鈉正長巖—條帶霞石正長巖—異霞正長巖呈現(xiàn)出持續(xù)富集的趨勢［6］。不同種類異霞正長巖的鈾含量也有所差異：晚期蝕變異霞正長巖局部鈾含量可達(dá)0.1%，中-粗粒異霞正長巖因含有更多的磷硅稀土礦（＞15%）而具有較高的鈾含量，圍巖和捕虜體接觸帶附近異霞正長巖鈾含量甚至可達(dá)3%［16］。此外，其他富異性石巖石（如條帶霞石正長巖）也含有一定的鈾。

該巖體主要鈾礦化類型可分為3類［17］：細(xì)粒異霞正長巖型礦化，含磷硅稀土礦、獨居石且伴有磷稀土礦和異性石，鈾含量為（200～600）×10-6；中-粗粒異霞正長巖型礦化，含鈾礦物分布均勻，主要為磷硅稀土礦、獨居石、磷稀土礦和釷石，鈾含量為（100～600）×10-6，平均為575×10-6，主要分布于雜巖體頂部、圍巖以及受強(qiáng)烈同化混染的捕虜體邊部，如科瓦內(nèi)灣礦床；含磷硅稀土礦或含Nb、B礦物的后期熱液脈型礦化，局部富集，但其鈾含量低，工業(yè)價值較低。

圖2 伊利馬薩克堿性雜巖體地質(zhì)圖（a）及剖面示意圖（b）（據(jù)參考文獻(xiàn)［11］修改）Fig.2 Geological map（a）and profile map（b）of the Ilímaussaq alkaline complex

巖體中主要的含鈾礦物為磷硅稀土礦、異性石、獨居石、鈰磷灰石、鈾釷石、燒綠石和基性異性石等（表1）［18］。其中，磷硅稀土礦為巖體北部礦床的主要目標(biāo)礦物，是一種復(fù)雜的富鈉磷硅酸鹽礦物，通常具有較高的鈾含量，且為易選冶礦物；廣泛分布于該區(qū)異霞正長巖中，其賦存的鈾占科瓦內(nèi)灣礦床中鈾資源量的一半以上［19］；類型較多，多呈自形細(xì)粒狀，發(fā)育包含結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)、反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)、嵌晶結(jié)構(gòu)等，其中發(fā)育反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)者邊部具有更低的U、Th和更高的REE［20］（圖3）?；援愋允宓V物存在于多數(shù)異霞正長巖內(nèi)，通常位于其他礦物邊緣，部分包裹于鈉鐵閃石和磷硅稀土礦內(nèi)部。異性石、燒綠石和獨居石也貢獻(xiàn)了一部分鈾資源量［3，18-21］，巖體南部條帶霞石正長巖脈和偉晶巖中發(fā)現(xiàn)富鈾的燒綠石，含UO2約7.7%～17.79%［21］。

4 蝕變特征

雜巖體及其圍巖廣泛發(fā)育各種規(guī)模的蝕變作用，這些蝕變多由巖漿后期流體交代原生礦物形成，且蝕變作用在偏晚期巖石中更為發(fā)育。蝕變以堿性蝕變（鈉化）為主，常見為鈉長石化、霓石化、鈉沸石化、方沸石化、方鈉石化等［3，6，12，16，21］。巖石中橄欖石、輝石被鈉鐵閃石、霓石等礦物交代，原生富稀土磷灰石可部分蝕變?yōu)楦烩c和貧稀土的次生磷灰石［23］，原生長英質(zhì)礦物被交代為鈉長石、方沸石、霞石、鈉沸石等［24］，異性石常被蝕變?yōu)殁c長石、霓石、微斜長石、鈉鋯石、螢石、獨居石、磷灰石和其他富稀土礦物的集合體［25］。

表1 伊利馬薩克雜巖體主要含鈾礦物Table 1 Main uraniferous minerals of the Ilímaussaq complex

圖3 異霞正長巖鏡下照片（a）及磷硅稀土礦背散射圖像（b）（據(jù)參考文獻(xiàn)［22］修改）Fig.3 Thin section of lujavrite（a）and BSE image of steenstrupine（b）

值得注意的是，蝕變作用雖然導(dǎo)致礦物變化和HFSE 發(fā)生礦物尺度的遷移，但并未導(dǎo)致全巖HFSE 發(fā)生明顯變化，僅表現(xiàn)為礦物相的轉(zhuǎn)變。如：部分燒綠石經(jīng)蝕變后，邊部鈾含量降低，但礦石整體鈾含量未發(fā)生明顯變化［21］；磷硅稀土礦部分蝕變?yōu)楠毦邮–e）、磷釔礦（Y）和鈾釷石（U、Th）集合體，而巖石鈾含量也未發(fā)生改變。

5 成礦物理化學(xué)條件

熔/流體包裹體研究表明，輝石正長巖結(jié)晶溫度超過950 ℃，異霞正長巖結(jié)晶溫度從750～800 ℃到400～450 ℃，早期到晚期巖漿結(jié)晶溫度逐漸降低并向熱液階段演化。巖體中方鈉石熔/流體包裹體壓力為0.3～0.4 GPa，對應(yīng)的結(jié)晶深度至少為10～12 km［6，24，26］。

橄欖石-輝石的Fe-Ti 含量研究指示該雜巖體巖漿呈還原性［6］。此外，該巖體部分巖石中發(fā)現(xiàn)微細(xì)粒浸染狀分布的瀝青質(zhì)物質(zhì)［27］，且雜巖體中方鈉石原生包裹體成分為以甲烷為主的烴類，次生流體包裹體除烴類外還含有一定量的水溶液［6］。這指示其巖漿呈強(qiáng)還原性且不含水，到后期部分氧化而出現(xiàn)含水流體［24，26］。由于該階段巖漿含有較多的堿質(zhì)，且具有極低的氧逸度和含水量，烴類不易氧化為CO2，而使熔體中缺乏碳酸鹽成分緩沖其酸堿度，因此熔體有較高的pH 值。巖漿極低的氧逸度和含水量導(dǎo)致其具有較高的pH 值而抑制了HFSE 的遷移，并使熔體含有較高濃度的HFSE［28］。

6 巖漿性質(zhì)與演化

伊利馬薩克雜巖體從早到晚可劃分3 個期次：輝石正長巖期、堿性花崗巖期、鈉質(zhì)巖期。其中，鈉質(zhì)巖期巖漿分異最為徹底，其首先分異出頂部斑霞正長巖、流霞正長巖和方鈉霞石正長巖，然后進(jìn)一步分異為條帶霞石正長巖和異霞正長巖。

伊利馬薩克巖漿侵入演化過程中，巖漿整體由偏鋁質(zhì)向富鈉質(zhì)的過堿性巖漿演化，每一期巖漿都在巖漿房內(nèi)分異和演化，且形成相應(yīng)的礦物和巖石（圖4）。此外，一些晚期異霞正長巖、蝕變捕虜體邊緣、偉晶巖和熱液脈內(nèi)發(fā)育“過鈉質(zhì)”礦物組合，暗示存在比鈉質(zhì)巖演化程度高的“過鈉質(zhì)”流體。相較于早期鈉質(zhì)巖，此類巖石富含瑙云母、脆云母和磷硅稀土礦等富鈉和揮發(fā)分（F、Cl 和OH－）的礦物，還常含有較多稀土及其他稀有元素（如Be、Nb 等）。雜巖體演化的最后階段，甚至形成了一些水溶性礦物，如天然堿。

前人針對伊利馬薩克雜巖體開展了大量年代學(xué)工作［29-34］，目前普遍認(rèn)為其形成于約（1 160±5）Ma（表2，圖5），為加達(dá)爾期（1 330～1 150 Ma）雜巖體中最年輕的一個巖體，且侵入持續(xù)時間較短，可能僅為800～

500 Ma［33］。

圖4 伊利馬薩克雜巖體礦物生成順序Fig.4 Paragenetic sequence of the Ilímaussaq complex

表2 伊利馬薩克雜巖體同位素年齡結(jié)果Table 2 Isotopic dating results of the Ilímaussaq complex

表2（續(xù)）

圖5 伊利馬薩克雜巖體年齡Fig.5 Isotopic ages of the Ilímaussaq complex

7 成礦物質(zhì)來源

伊利馬薩克雜巖體大量的同位素研究指示其巖漿來源為同一個同位素均一的地幔源區(qū)部分熔融形成的橄欖巖-玄武巖質(zhì)巖漿，并伴有一定程度的地殼物質(zhì)混染（表3，圖6）［29，32，34，35］。堿性花崗巖εNd較其他巖性更低（圖6b），指示其可能有更強(qiáng)的混染作用或其他巖漿加入。此外，南格陵蘭太古宙-中元古代地殼相對富集U、Nb、Ta 及REE 等元素［4］，且其地殼演化伴有強(qiáng)烈的殼幔相互作用，中元古代富F 堿性巖漿同化了地殼巖石，同時高的揮發(fā)分和堿性使成礦元素富集于巖漿中，形成了初始含礦巖漿。

表3 伊利馬薩克雜巖體各巖性Sr-Nd 同位素數(shù)據(jù)Table 3 The Sr-Nd isotopic data of the Ilímaussaq complex

圖6 伊利馬薩克雜巖體87Sr/86Sr-εNd（a）和εNd（b）圖解Fig.6 Diagram of εNd-87Sr/86Sr（a）and εNd（b）of the Ilímaussaq comple x

8 成礦作用及成礦模式

伊利馬薩克雜巖體內(nèi)鈾-稀土-稀有金屬礦床為典型的巖漿礦床，雜巖體內(nèi)部不同尺度的層狀單元對應(yīng)不同的巖漿侵入事件和相應(yīng)的巖漿分異過程［35］。雜巖體晚期巖石中鈾、釷含量較早期巖石高，自早到晚呈現(xiàn)出明顯上升趨勢［3］，這可能是因為在結(jié)晶分異過程中鈾殘留于熔體中并于晚期結(jié)晶。從早期到晚期，巖石中揮發(fā)分及鈉含量也呈現(xiàn)出上升趨勢，這也被認(rèn)為和鈉質(zhì)巖漿結(jié)晶分異有關(guān)。此外，條帶霞石正長巖和異霞正長巖為漸變關(guān)系，且條帶霞石正長巖中存在異霞正長巖捕虜體，所以二者可能近于同時結(jié)晶，但具有較長的結(jié)晶時間，部分較早固結(jié)的異霞正長巖落入下部巖漿，而上部未固結(jié)的異霞正長巖漿得以繼續(xù)分異形成多種巖石類型。富HFSE 和揮發(fā)分的堿性巖漿經(jīng)多次的幕式侵入、結(jié)晶分異和交代作用［35］，最終形成了伊利馬薩克雜巖體內(nèi)的鈾-稀土-稀有金屬礦化。其形成過程總結(jié)如下：

1 400～1 200 Ma，凱蒂利德中央帶發(fā)育東北東-西南西向裂谷，并伴隨強(qiáng)烈的構(gòu)造活動和巖漿作用［4］，裂谷化導(dǎo)致該區(qū)地幔發(fā)生部分熔融，形成偏鋁質(zhì)巖漿；該巖漿向上運移，與圍巖發(fā)生同化混染并初步富集U、REE 等元素［35，38］（圖7a）。該母巖漿繼續(xù)演化并發(fā)生3 期主要的侵入事件（圖7b-d），其中輝石正長巖巖漿較早侵入（圖7b），隨后為堿性花崗質(zhì)巖漿（圖7c）和鈉質(zhì)巖漿（圖7d）；每一期巖漿侵位均包含多次巖漿補給和分異，并伴有一定的同化混染，巖漿成分向著富鈉質(zhì)及HFSE 的堿性-過堿性巖漿演化。鈉質(zhì)巖期的巖漿侵位到淺部巖漿房后進(jìn)一步分異形成上部的層狀斑霞正長巖、流霞正長巖和方鈉霞石正長巖和下部的殘余鈉質(zhì)巖漿（圖7e）；殘余鈉質(zhì)巖漿在下部巖漿幕式補給下進(jìn)一步分異和結(jié)晶，形成中部的更富揮發(fā)分及U、REE 等HFSE 的異霞正長巖和下部條帶霞石正長巖，且一部分更晚期結(jié)晶的異霞正長巖巖漿沿裂隙侵入到上覆巖石中，并結(jié)晶形成巖脈、巖枝、巖床等（圖7f）。

圖7 伊利馬薩克雜巖體演化及成礦模式圖（據(jù)參考文獻(xiàn)［39］修改）Fig.7 Magmatism process and metallogenic model for the Ilímaussaq complex

9 結(jié)論

1）格陵蘭伊利馬薩克雜巖體主要由輝石正長巖、過堿性花崗巖和鈉質(zhì)巖組成，其形成于（1 160±5）Ma，物質(zhì)來源為地幔部分熔融形成的巖漿，并伴有一部分地殼物質(zhì)混入。

2）鈾和其他HFSE 富集和礦化主要分布于鈉質(zhì)巖中，且鈾礦化主要產(chǎn)于巖體中部的異霞正長巖內(nèi)，主要產(chǎn)鈾礦物為磷硅稀土礦、異性石及獨居石等含鈾副礦物。

3）伊利馬薩克雜巖體相關(guān)礦床屬于巖漿礦床，其成礦作用主要為巖漿結(jié)晶分異作用，并有部分交代作用，多次巖漿侵入和高度的巖漿分異使殘余巖漿中富集了大量F、Cl 及相關(guān)HFSE，并最終形成相關(guān)礦化。