四川米易海塔地區(qū)康定群五馬箐組變質作用溫壓條件及其對鈾成礦的指示意義

陳友良，顧孟娟，歐何瓊，付于真，王鳳崗，張寶玲

（1.成都理工大學 地球科學學院，四川 成都 610059；2.核工業(yè)北京地質研究院，北京 100029）

四川米易海塔地區(qū)地處揚子板塊西緣中部，區(qū)內出露有一套變質程度達角閃巖相的變質巖系，前人將之歸屬于康定群五馬箐組［1］。一些學者對該套地層的巖石學與變質原巖特征［2］、巖石化學特征［3］等展開了研究，但迄今為止，尚未見有五馬箐組變質作用溫壓條件研究的報道。加之近年來在五馬箐組的變質-混合巖中發(fā)現(xiàn)具有重要工業(yè)意義的混合巖型鈾礦［4-5］，有關變質作用與鈾成礦的關系亦引起了學者的重視。本文以米易海塔地區(qū)康定群五馬箐組的蝕變斜長角閃巖為研究對象，對其進行巖相學、變質礦物地球化學特征分析，旨在確定其變質作用溫壓條件，為該地區(qū)的變質巖成因以及探討變質作用與鈾成礦的關系提供依據(jù)。

1 地質背景與樣品采集

在揚子板塊西緣的康滇地軸上斷續(xù)出露有變質程度深淺不一的多套變質巖系，它們構成了揚子板塊西緣前震旦系的基底地層［6］。前人根據(jù)變質程度、變形特征以及形成時代將這套基底地層劃分為下部的結晶基底和上部的褶皺基底［7］。其中結晶基底主要包括康定群、河口群、苴林群、東川群和大紅山群，巖石普遍經歷了高綠片巖相-低角閃巖相的變質作用，局部地區(qū)存在較為強烈的混合巖化，厘定其地層沉積時代為古元古代晚期［8-10］。褶皺基底主要包括會理群、昆陽群和鹽邊群，巖石的變質程度總體上相對結晶基底較低，為綠片巖相，其沉積時代為中元古代晚期—新元古代早期［11-12］。

前人將北起四川米倉山，中經康定至川滇接壤一帶出露的一套變質地層命名為康定群，其巖性主要由變沉積巖與變基性火山巖所組成，自下而上可劃分為咱里組、冷竹關組和五馬箐組［13］，并通過區(qū)域地層對比將其層序置于會理群與河口群之下，認為其時代應屬太古宙—古元古代。盧民杰［14］對康定群的變質相帶進行了初步劃分，認為其以角閃巖相為主，發(fā)育遞增變質帶，局部出現(xiàn)麻粒巖相，高綠片巖相、低綠片巖相，以低壓相系為主，局部為中壓相系。張儒瑗等［15］研究認為四川米易地區(qū)的前寒武變質地體為一個典型的前寒武紀低壓型前進變質地體，主要經歷了綠片巖相與角閃巖相的變質作用，推斷角閃巖相的變質溫壓條件為600～700 ℃和0.3～0.4 GPa。

研究區(qū)在大地構造位置上處于揚子陸塊西緣的康滇地軸中段之瀘定-米易臺拱上。區(qū)內出露的地層主要有元古宇康定群冷竹關組與五馬箐組中深變質巖系，震旦系-寒武系的碳酸鹽巖-碎屑巖建造，三疊系-侏羅系的碎屑巖以及新生界的河湖沉積物、殘坡積物與粉砂土等（圖1）。本次研究的五馬箐組變質巖在研究區(qū)中部分布廣泛，巖性主要為云母石英片巖、黑云母片巖、黑云斜長角閃片巖、斜長角閃巖等。區(qū)內巖漿活動十分強烈，廣泛發(fā)育晉寧期的混合花崗巖、華力西晚期的石英閃長巖、輝長巖以及二疊紀的峨眉山玄武巖等。區(qū)內構造以斷裂構造和韌性剪切帶為主，整體上呈近南北向展布。在五馬箐組變質-混合巖與晉寧期混合花崗巖的外接觸帶中產有具有重要工業(yè)意義的混合巖型鈾礦［16］。

圖1 四川省米易縣埡口地區(qū)區(qū)域地質簡圖（據(jù)文獻［2］修改）Fig.1 Regional geological map of Yakou area，Miyi county，Sichuan province（modified after reference［2］）

本次研究的樣品采自海塔地區(qū)在鈾礦勘查中施工的鉆孔巖心（圖2a、b），巖性為蝕變斜長角閃巖，樣品HT1802 與HT1811 的采樣位置分別為：102°02′29″E，26°53′03″N；102°01′35″E，26°53′45″N。礦物化學成分分析在西南石油大學地球科學與技術學院電子探針實驗室完成，所用探針型號為JEOLJXA-8230，配備有4 道波譜儀。分析條件：加速電壓為15.0 kV，加速電流為20.0 nA，束斑直徑為10 μm，大部分元素的測量時間為10 s，分析精度優(yōu)于±2%。

2 巖相學和礦物化學特征

2.1 巖相學

蝕變斜長角閃巖（HT1802、HT1811）具顯微細粒粒狀柱狀變晶結構，塊狀構造。兩個樣品的礦物組成類型基本一致，但礦物含量有所差異。二者均以角閃石、長石為主要礦物成分，樣品HT1802 中還見綠泥石，副礦物主要為榍石。樣品HT1802 中角閃石約占25%～30%，長石約占50%～60%，綠泥石約占10%～15%，石英為5%～10%，榍石＜5%（圖2c～e）；樣品HT1811 中角閃石約占85%～90%，長石約占10%～15%，石英＜2%（圖2f～h）。粒狀、片狀及柱狀礦物局部具定向排列（圖2）。

圖2 蝕變斜長角閃巖手標本和鏡下特征Fig.2 Hand specimen and microscopic features of altered amphibolite

角閃石呈自形、半自形菱柱狀，樣品HT1802 中粒徑約0.1～0.2 mm，樣品HT1811 中粒徑約0.5～1 mm，單偏光鏡下具淺褐色—深褐（綠）色多色性，發(fā)育角閃石式解理，局部見混合巖化熔孔，表明遭受了一定程度的混合巖化作用。樣品中的長石呈自形-半自形板狀、他形粒狀，粒徑約0.1～0.2 mm，單偏光鏡下顆粒表面較干凈者主要為鉀長石及少量殘留斜長石，鉀長石系交代早期斜長石而成，背散射圖像表現(xiàn)為淺灰色，干涉色呈一級灰，具聚片雙晶；他形粒狀鈉長石分布在鉀長石（斜長石）的邊緣，在單偏光鏡下顯得“較臟”，背散射圖像表現(xiàn)為深灰色，粒徑約0.01 mm，交代鉀長石，邊界呈港灣狀。綠泥石呈片狀，具黑云母假象，與角閃石接觸邊界較為平直，表明為黑云母退變而成。副礦物為榍石，粒徑約0.1 mm，主要分布于角閃石、長石、綠泥石（黑云母）晶粒間，呈自形粒狀。

2.2 礦物化學

角閃石是基質礦物的主要組分，未見光學或成分環(huán)帶。樣品HT1802 中角閃石的w（SiO2）值為42.30%～45.63%，w（MgO）值為6.10%～7.72%，w（CaO）值為11.40%～12.04%，w（Na2O）值為1.16%～1.40%，w（K2O）值為0.88%～1.45%，屬于鈣質角閃石（表1）。角閃石Si 原子數(shù)在6.637～6.984之間，XMg（Mg/（Mg＋Fe2+））值 為0.340～0.401，Ti 原子數(shù)為0.040～0.162（＜0.5），據(jù)Leake等［17］的角閃石分類命名原則，投圖均落入鐵角閃石區(qū)域（圖3）。在角閃石的Ti-（Na+K）關系圖解中，樣品投點有4 個落在低角閃巖相區(qū)域，1 個落在高角閃巖相區(qū)域，4 個落在麻粒巖相區(qū)域（圖4）。

圖3 鈣質角閃石分類圖解（底圖據(jù)文獻［17］）Fig.3 Classification diagram of calcium amphibole（base map after reference［17］）

圖4 角閃石Ti-（Na＋K）關系圖解（底圖據(jù)文獻［18］）Fig.4 Ti-（Na＋K）compositional diagram of amphibole（base map after reference［18］）

表1 樣品HT1802 中角閃石電子探針分析結果w（B）/%Table 1 Microprobe analyses of amphibole in HT1802 w(B)/%

樣品HT1811中角閃石的w（SiO2）值為45.77%～48.92%，w（MgO）值為10.49%～12.22%，w（CaO）值為11.69%～12.07%，w（Na2O）值為0.91%～1.35%，w（K2O）值為0.65%～0.99%，屬于鈣質角閃石（表2）。角閃石Si 原子數(shù)在6.880～7.184 之間，XMg（Mg/（Mg＋Fe2+））值為0.542～0.615，Ti 原子數(shù)為0.066～0.112（＜0.5），投圖均落入鎂角閃石區(qū)域（圖3）。在角閃石的Ti-（Na＋K）關系圖解中，除1 個投點落在高角閃巖相區(qū)域外，其余9 個投點均落在低角閃巖相區(qū)域（圖4）。

表2 樣品HT1811 中角閃石電子探針分析結果w（B）/%Table 2 Microprobe analyses of amphibole in HT1811 w(B)/%

樣品HT1802 中XMg值高于樣品HT1811，角閃石種類有所差異，前者為鐵角閃石，后者為鎂角閃石。從兩個樣品的角閃石Ti-（Na＋K）關系圖解來看（圖4），總體上經歷了低角閃巖相的變質作用。

長石礦物未見環(huán)帶，顯微鏡下及背散射圖像中，可見三期次的長石發(fā)育（圖2）。長石的微區(qū)化學成分分析及分類圖解結果表明（表3、4，圖5），第一期長石w（CaO）值為3.71%，w（Na2O）值為9.77%，w（K2O）值為0.18%，Ab（鈉長石）占比為81.8%，An（鈣長石）占比為17.2%，為更長石，殘留于樣品HT1811的鉀長石邊緣；第二期長石w（CaO）值為0～0.05%，w（Na2O）值為0.30%～0.82%，w（K2O）值為15.85%～16.77%，Ab（鈉長石）占比為2.5%～7.3%，An（鈣長石）占比為0，Or（鉀長石）占比為92.7%～97.5%，為成分較單一的鉀長石，為樣品HT1802 和HT1811 長石顆粒主體，系交代早期斜長石而來；第三期長石w（CaO）值為0.80%～1.25%，w（Na2O）值為11.37%～11.63%，w（K2O）值為0.07%～0.18%，Ab（納長石）占比為93.7%～96.3%，An（鈣長石）占比為3.4%～5.6%，Or 占比為0，為成分較單一的鈉長石，發(fā)育于樣品HT1802 和HT1811 鉀長石邊緣，交代鉀長石。

表3 樣品HT1802 中長石礦物電子探針分析結果w（B）/%Table 3 Microprobe analyses of feldspar minerals in HT1802 w(B)/%

表3 （續(xù)）

表4 樣品HT1811 中長石礦物電子探針分析結果w（B）/%Table 4 Microprobe analyses of feldspar minerals in HT1811 w(B)/%

圖5 長石成分圖解（底圖據(jù)文獻［19］）Fig.5 Ingredient diagram of feldspar（base map after reference［19］）

樣品HT1802 中綠泥石均呈黑云母假象，其w（SiO2）值為24.33%～25.15%，w（Al2O3）值為18.24%～18.99%，w（FeOT）值為31.55%～33.40%，w（MgO）值為8.36%～9.16%（表5），在綠泥石Si-Fe2+/（Fe2+＋Mg2+）分類圖解中落入鐵鎂綠泥石（圖6），為黑云母退變質礦物。

表5 樣品HT1802 中綠泥石電子探針分析結果w（B）/%Table 5 Microprobe analyses of chlorite in HT1802 w(B)/%

表5 （續(xù)）

圖6 綠泥石成分圖解（底圖據(jù)文獻［23］）Fig.6 Ingredient diagram of chlorite（base map after reference［23］）

3 變質作用溫壓條件估算

根據(jù)樣品的巖相學及礦物化學成分特征，蝕變斜長角閃巖（HT1802、HT1811）具有三期礦物共生組合，可劃分為1 個變質階段和2 個流體蝕變階段：1）峰期變質階段（M1）：以角閃石、蝕變長石邊緣殘留的斜長石及已經退變的黑云母為特征，礦物組合為角閃石＋斜長石＋黑云母＋石英＋榍石（Hbl＋Pl＋Bt＋Qtz＋Spn）；2）峰期后熱液流體蝕變階段（M2）：以斜長石被鉀長石化及黑云母綠泥石化為特征，礦物組合為鉀長石＋綠泥石（Kfs＋Chl）；3）晚期熱液流體蝕變階段（M3）：以鉀長石邊緣鈉長石化、綠泥石化為特征，礦物組合為鈉長石＋綠泥石（Ab＋Chl）。

M1 峰期變質階段：由于巖石受后期熱液流體強烈改造，峰期變質礦物組合中斜長石、黑云母等幾乎完全被蝕變，無法選取合適的共生礦物對，因此選用角閃石單礦物溫壓計［24］計算該階段的溫壓條件，計算獲得樣品HT1802 溫度范圍為554～608 ℃，平均為584 ℃，對應壓力范圍為0.27～0.40 GPa，平均為0.32 GPa，峰期變質條件為溫度＝608 ℃，壓力＝0.40 GPa；樣品HT1811 溫度范圍為523～571 ℃，平均為554 ℃，對應壓力范圍為0.18～0.26 GPa，平均為0.23 GPa，峰期變質條件為溫度＝571 ℃，壓力＝0.26 GPa；均屬于角閃巖相。樣品HT1802的峰期變質溫壓略高于樣品HT1811。

由于上述兩個樣品均為蝕變斜長角閃巖，其峰期變質礦物組合因后期流體交代發(fā)生了較大變化，為了驗證上述角閃石單礦物溫壓計計算結果的可靠性，本次研究亦在海塔地區(qū)康定群五馬箐組中采集了未遭受蝕變的黑云斜長角閃片巖（HT1804）進行對比研究。該樣品僅見一期礦物共生組合，能識別出1 個變質階段，即代表了峰期變質階段，其變質礦物組合為角閃石＋黑云母＋斜長石＋石英＋榍石（Hbl＋Bt＋Pl＋Qtz＋Spn）。根據(jù)礦物共生組合，選取緊密共生的礦物對化學成分，利用角閃石-斜長石（-石英）地質溫壓計［25-26］來計算峰期變質階段的溫壓條件，計算獲得樣品HT1804溫度范圍為548～599℃，平均為577℃，對應壓力范圍為0.16～0.22 GPa，平均為0.19 GPa，峰期變質條件為溫度＝599 ℃，壓力＝0.22 GPa，屬于角閃巖相。與上述蝕變斜長角閃巖的峰期變質溫壓條件較為一致，說明蝕變斜長角閃巖采用角閃石單礦物溫壓計計算的結果較為可靠。

M2＋M3 峰期后熱液流體蝕變階段及晚期熱液流體蝕變階段：該兩階段均有熱液流體蝕變改造現(xiàn)象，在開放體系中，蝕變長石缺少合適的配對礦物地質溫壓計，無法分別定量兩期熱液流體的溫度，因此根據(jù)熱液流體形成的綠泥石，選用綠泥石溫度計［20-22］計算獲得熱液流體溫度為264～334 ℃（表5）。根據(jù)礦物組合，其變質相屬于綠片巖相。

4 變質作用與鈾成礦關系探討

通過對區(qū)內多個未遭受蝕變斜長角閃（片）巖樣品的統(tǒng)計研究，巖石中斜長石的Ab 占比范圍為59.9%～75.8%，An 占比范圍為22.4%～39.8%，一般以更長石為主，個別為中長石。本次研究的蝕變斜長角閃巖（HT1802、HT1811）中的主體長石成分與這些峰期變質階段形成的斜長石有明顯不同，結合樣品中長石的產狀與形態(tài)綜合判斷其是峰期后及晚期熱液流體蝕變階段發(fā)育綠片巖相的熱液流體蝕變疊加改造作用的結果。在峰期變質階段形成的斜長石（更長石）首先發(fā)生鉀長石化，電子探針分析顯示鉀長石為成分單一的Or（鉀長石）端元，可能為堿性熱液流體（鉀質）蝕變而形成。而后鉀長石邊緣被鈉長石化，電子探針分析顯示鈉長石為成分單一的Ab（鈉長石）端元，可能為晚期堿性熱液流體（鈉質）蝕變而形成。峰期變質階段的黑云母已經完全綠泥石化，綠泥石呈黑云母假象。這些現(xiàn)象表明巖石經過峰期變質后，后期可能又經歷了兩期堿性熱液流體的蝕變疊加改造，為綠片巖相交代變質作用。值得注意的是，鈾成礦作用往往與熱液流體的蝕變改造作用有關，尤其是與堿性熱液流體蝕變作用（堿交代作用）關系密切，因此海塔地區(qū)混合巖中的鈾成礦與堿性熱液流體蝕變的交代作用關系應當引起重視。

目前有關海塔地區(qū)鈾礦化的形成時代仍存在一定的爭議。陳友良等［27］認為海塔地區(qū)至少存在兩期以上的鈾礦化，早期鈾礦化時代為（761±19）Ma，是變質-混合巖化作用階段晚期熱液成礦作用的產物；晚期鈾礦化時代為210.5 Ma，與印支晚期的花崗巖漿活動有關。尹明輝［28］對海塔地區(qū)與晶質鈾礦共生的榍石礦物開展了原位LA-ICP-MS U-Pb 定年，獲得榍石的加權平均年齡為（778±12）Ma（MSWD＝0.096），認為其代表了該地區(qū)鈾礦化的形成時代。歐何瓊［29］在海塔地區(qū)長英質片麻巖中獲得變質鋯石的206Pb/238U 加權平均年齡值為（802±16）Ma（MSWD＝13），代表了該地區(qū)的變質時代。陳友良等［27］曾測得海塔地區(qū)由混合巖化作用形成的新生長英質脈中的鋯石206Pb/238U 加權平均年齡值為（801±38）Ma，代表了該地區(qū)混合巖化的形成時代，其與海塔地區(qū)的變質年齡在誤差范圍內一致，反映該地區(qū)的變質與混合巖化作用時代相同，均屬于晉寧運動末期的產物。從上述年代學分析可知，海塔地區(qū)的變質-混合巖化時代為～800 Ma，與鈾礦化時代在誤差范圍內較為接近，反映兩者之間具有一定的成因聯(lián)系。且氫、氧同位素研究表明［16］，早期成礦階段的成礦流體屬巖漿水與變質水的混合，因此海塔地區(qū)的早期鈾礦化可能是變質-混合巖化作用階段形成的變質與混合巖化流體成礦作用所致。

郭銳等［16］系統(tǒng)研究了海塔地區(qū)混合巖型鈾礦的流體包裹體特征，研究表明區(qū)內混合巖型鈾礦的成礦作用可以分為兩個大的階段。早期混合巖化熱液成礦階段均一溫度為380～540 ℃，晚期熱液疊加成礦階段的均一溫度為140～220 ℃。海塔地區(qū)五馬箐組蝕變斜長角閃巖的變質作用過程表明，該地區(qū)的變質巖經歷了1 個變質作用階段和2 個流體蝕變階段。峰期變質階段的溫度范圍為523～608 ℃，后兩期流體蝕變階段的溫度為264～334 ℃，與鈾成礦作用兩個大的階段劃分基本一致。反映海塔地區(qū)的混合巖型鈾礦經歷了變質-混合巖化作用成礦與后期熱液疊加改造作用成礦兩個大的階段。

5 結論

本文以四川米易海塔地區(qū)康定群五馬箐組蝕變斜長角閃巖為研究對象，通過系統(tǒng)的巖相學、礦物地球化學、變質溫壓條件估算對其變質作用過程進行了分析，探討了該地區(qū)變質作用與鈾成礦的關系，取得了以下認識：

1）米易海塔地區(qū)康定群五馬箐組蝕變斜長角閃巖的研究表明，該地區(qū)的變質巖經歷了1 個變質作用階段和2 個流體蝕變階段。峰期變質階段的溫壓條件為523～608 ℃、0.18～0.40 GPa，后兩期流體蝕變階段的溫度為264～334 ℃；

2）海塔地區(qū)的早期鈾礦化時代與區(qū)內的變質-混合巖化時代較為相近，海塔地區(qū)的早期鈾礦化可能是變質-混合巖化作用階段形成的變質與混合巖化流體成礦作用所致；

3）海塔地區(qū)峰期變質階段的溫壓條件和后期流體蝕變階段的溫度條件與混合巖型鈾礦的流體包裹體均一溫度劃分的兩個大的成礦階段基本一致，反映海塔地區(qū)的混合巖型鈾礦經歷了變質-混合巖化作用成礦與后期熱液疊加改造作用成礦兩個大的階段。