江西相山鈾礦田含鈾碎斑熔巖中電氣石化學成分及硼同位素組成特征

戴加祺,黎廣榮, 2,郭福生,王 超,王 哲,張萬良,于玉帥

1.放射性地質(zhì)與勘探技術(shù)國防重點學科實驗室/東華理工大學地球科學學院，南昌 330013 2.內(nèi)生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室/南京大學地球科學與工程學院，南京 210093 3.核工業(yè)270研究所，南昌 330200 4.中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心 ，武漢 430205

0 引言

電氣石族是一類化學成分及結(jié)構(gòu)均較為復雜的硼硅酸鹽礦物[1-3]，其化學通式為NaR3Al6[Si6O18][BO3]3(OH)4，R代表Mg2+、Fe2+、Mn2+、Li++Al3+、Cr3+或者Fe3+，Al3+可被Mg2+、Fe3+替代，Si4+處于四面體位置，可部分被Al3+替代，Na+可被K+、Ca2+替代，或形成空位，OH-可被F-、Cl-替代，B無明顯替代作用。根據(jù)R位置上所占優(yōu)勢的主要原子種類，可以將電氣石分為鋰電氣石、鎂電氣石、鐵(黑)電氣石[2]。電氣石作為最廣泛分布的含硼硅酸鹽礦物，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和離子替代關(guān)系復雜，具有較強的穩(wěn)定性以及較慢的主微量擴散速度[4]，電氣石形成后，可穩(wěn)定地保存于極寬的溫壓范圍內(nèi)，能較完整且有效地儲存其原始化學組分及同位素等信息，為成巖成礦條件的研究提供充分的佐證，可作為記載各種地質(zhì)信息的重要媒介出現(xiàn)在各種地質(zhì)環(huán)境中[5]。B是一種高度不相容的流體活動性元素，通常以微量元素的形式存在于各類火成巖、變質(zhì)巖及熱液礦床中[6-8]，而電氣石為其主要載體。電氣石中的B同位素組成已被廣泛應用于地學領(lǐng)域的各方面，諸如在殼-幔演化、沉積環(huán)境、礦床成因、古氣候示蹤等方面的研究，已取得顯著的成果[9-13]。B同位素研究既能用于推測成礦熱液中B的來源，也能用來判別不同類型的成巖成礦作用[14]。利用電氣石的化學元素和同位素分析手段，能有效地指示成巖成礦過程的物質(zhì)來源及演化等特征[15-16]。

根據(jù)賦存圍巖的不同，我國的鈾礦床可分為4類，即花崗巖型鈾礦床、砂巖型鈾礦床、火山巖型鈾礦床、炭硅泥巖型鈾礦床[17]。相山鈾礦田是我國最大的火山巖型鈾礦，長期以來備受地質(zhì)學家的熱切關(guān)注[18]。相山火山盆地巖體主體巖性主要為淺灰色、淺紅色的碎斑熔巖，其出露面積約占盆地內(nèi)火山巖的80%[19]。前人在相山鈾礦田的年代學及地球化學等方面做了較多的研究工作[20-22]，然而，目前對于相山鈾成礦物質(zhì)來源及碎斑熔巖源區(qū)物質(zhì)等方面的認識仍未達成共識，主要分歧點在于兩者是否有地幔成分的加入。對于相山碎斑熔巖，多數(shù)學者認為其主要來源于地殼物質(zhì)的部分熔融，地幔物質(zhì)幾乎不參與其中[23-28]，而部分學者認為其具一定量地幔物質(zhì)的混入[29-30]。對于相山鈾物質(zhì)來源：部分學者認為其主要來源于地殼，特別是地殼中的富鈾火山—次火山雜巖體(變質(zhì)基底部分熔融的產(chǎn)物)[31]或主要來源于深源巖漿，其次為火山--次火山巖及變質(zhì)圍巖[32-33]，可能有少量地幔鈾的參與[34]；一部分學者則認為其主要與深源地幔有關(guān)[35-36]。碎斑熔巖的邊緣亞相中發(fā)育球形電氣石囊包與晶質(zhì)鈾礦相伴生，對該火山盆地的成巖成礦過程有重要指示意義；此外，前人對含硼硅酸鹽礦物在熱液型鈾礦化中的作用研究較少[37]。筆者利用顯微鏡、電子探針、激光剝蝕多接收等離子質(zhì)譜儀等分析儀器，對相山鈾礦田如意亭剖面碎斑熔巖中電氣石的形態(tài)、成分及B同位素等進行了詳細的研究工作，以進一步探討碎斑熔巖的成巖環(huán)境及電氣石對鈾成礦作用的指示意義。

1 地質(zhì)概況

相山鈾礦田位于揚子板塊與華夏板塊縫合線(江紹縫合線)南緣(圖1)，北東向贛杭火山巖鈾成礦帶與北北東向大王山—于山花崗巖型鈾成礦帶的交匯部位，為一大型的火山塌陷盆地。火山盆地內(nèi)發(fā)育有多組構(gòu)造斷裂，基底有EW、SN、NE、NW向4組構(gòu)造斷裂，以EW向為主。蓋層構(gòu)造主要是以NE向深大斷裂為主導，NW向次之，并聯(lián)合火山塌陷環(huán)狀斷裂，共同控制了礦田內(nèi)主要的鈾礦床(圖2)。

相山地區(qū)構(gòu)造、巖漿活動較為頻繁，巖石地層發(fā)育不完整，總體上主要由基底及蓋層組成。基底地層主要為新元古界變質(zhì)巖系，巖性主要為千枚巖、片巖，出露在盆地北、東、南側(cè)，局部可見熱變質(zhì)作用形成的角巖以及深部變質(zhì)作用形成的糜棱巖；自南向北變質(zhì)程度逐漸增強，但總體來說變質(zhì)程度較低，屬于綠片巖相—角閃巖相，總厚度超過1 km。蓋層主要為打鼓頂組和鵝湖嶺組火山巖。打鼓頂組巖性為火山碎屑沉積巖、晶屑玻屑凝灰?guī)r和熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋英安巖；鵝湖嶺組巖性為沉積碎屑巖和灰流熔結(jié)凝灰?guī)r、碎斑流紋巖和廣泛分布的碎斑熔巖，其中侵出—溢流相碎斑熔巖為相山的主體巖性。區(qū)內(nèi)巖漿巖活動十分頻繁，主要發(fā)育有加里東期、印支期以及燕山期的多期巖漿活動。相山礦田的噴出巖主要為打鼓頂組的流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋英安巖以及鵝湖嶺組的弱熔結(jié)凝灰?guī)r和碎斑熔巖。其中，碎斑熔巖為相山礦田的主體巖性，分布廣泛，且碎斑熔巖和流紋英安巖是相山主要的含礦巖石。相山地區(qū)的侵入巖為次火山巖，呈不連續(xù)環(huán)狀產(chǎn)于盆地邊緣，巖性為次花崗斑巖、花崗閃長斑巖和次斑狀花崗巖，且主要分布在盆地的北部、東部和南部，多是火山塌陷盆地形成后次火山巖漿沿構(gòu)造破裂面侵入而成。這些侵入巖控制了北部一些鈾礦床的產(chǎn)出，是相山重要的含礦巖石之一。

據(jù)文獻[38]修編。圖1 相山鈾礦田大地構(gòu)造示意圖Fig.1 Schematic diagram of the tectonic location of Xiangshan uranium orefield

區(qū)內(nèi)圍巖蝕變較為強烈，主要有鈉長石化、水云母化、赤鐵礦化、螢石化、綠泥石化、黃鐵礦化等。

2 碎斑熔巖巖石學

碎斑熔巖幾乎遍布整個盆地，是相山火山盆地的主體巖石。宏觀上，相山碎斑熔巖根據(jù)其顯微結(jié)構(gòu)可分為邊緣亞相、過渡亞相和中心亞相[19,40]。

邊緣亞相灰色、淺肉紅色，塊狀構(gòu)造，碎斑結(jié)構(gòu)。斑晶(或晶屑)體積分數(shù)為50%～60%，主要有鉀長石、石英、斜長石和少量黑云母：鉀長石為透長石及高溫正長石，光軸角用錐光法測得結(jié)果為33°～44°；石英呈高溫相β-石英的六方雙錐形態(tài)，發(fā)育裂紋；斜長石不同程度地被絹云母交代；黑云母彎曲明顯，偶爾見暗化邊；斑晶(或晶屑)大部分已震碎(圖3a)，構(gòu)成碎斑狀，碎斑占晶屑比例的60%以上。基質(zhì)為隱晶質(zhì)，體積分數(shù)為20%～35%。巖石中含有較多的角礫，體積分數(shù)為6%～15%，局部可達30%以上，大小一般為0.5～10.0 cm，大者可達30.0 cm，部分具弱定向性；角礫成分以變質(zhì)巖角礫為主，含少量的晶屑凝灰?guī)r、流紋英安巖和漿屑(或同源巖屑)。變質(zhì)巖角礫成分主要為石英黑云角巖、黑云石英角巖、千枚巖和變質(zhì)長石石英砂巖。

過渡亞相新鮮面顏色為灰色，或略帶淺紅色，風化后呈灰白、黃褐色，風化面常呈疙瘩狀。巖石呈碎斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，碎斑體積分數(shù)為60%左右。碎斑有鉀長石、斜長石、石英和黑云母：鉀長石光軸角42°～48°，個別為53°，屬透長石及高溫正長石，鉀長石的單礦物分析結(jié)果，w(K2O)為12.21%～13.45%，w(Na2O)為2.36%～3.21%，鉀長石的次生變化主要是泥化；斜長石An=20.21%～37.60%，為更長石—中長石，經(jīng)常可見環(huán)帶構(gòu)造；石英呈尖角的碎屑狀，并發(fā)育炸裂紋及高溫熔蝕現(xiàn)象(圖3b)；黑云母斑晶新鮮，基本上無暗化，宏觀黑色發(fā)亮，單偏光下呈褐色，經(jīng)常呈彎曲形態(tài)，為鐵質(zhì)黑云母和鐵葉云母-鐵黑云母，其次生變化主要是綠泥石化。巖石中常可見電氣石囊包，囊包大小一般為0.5～3.0 cm，大的可達6.0 cm左右，由黑電氣石和石英組成，其晶體多為自形晶，也有一些呈粉末狀，集合體周圍常有1.0～5.0 mm寬的褪色暈圈。少量電氣石集合體沿裂隙斷續(xù)分布，但絕大多數(shù)是不受裂隙構(gòu)造的控制，呈不規(guī)則橢圓狀分布在熔巖中。

中心亞相與過渡亞相碎斑熔巖相似，但其結(jié)晶程度更高，巖石具碎斑結(jié)構(gòu)，斑晶見珠邊結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為顯微粒狀結(jié)構(gòu)(圖3c)，塊狀構(gòu)造。其標志性特征是含花崗質(zhì)團塊，團塊體積分數(shù)為5%～15%不等、大小不一，一般為5.0～30.0 cm，大的可達1.0 m以上，最大者可達10余m；形態(tài)以橢圓形、長條狀、條帶狀為主，少部分為撕裂狀，扁平橢圓狀等形態(tài)，團塊定向性常較明顯；其巖性為花崗斑巖，常含較多長石粗斑，斑晶大小一般為0.5～1.5 cm，也可見有3.0 cm左右的大斑晶，斑晶常具定向現(xiàn)象，表現(xiàn)出明顯的流動構(gòu)造特征(圖3d)。另外，巖石中也含有不等量的變質(zhì)巖角礫(1%～12%)，或其他沉積巖角礫，這些角礫大多數(shù)呈棱角狀，角礫的分布也具有一定的方向性。

電氣石主要發(fā)育在邊緣亞相及過渡亞相中，顏色相對穩(wěn)定，以黑色為主(圖4)，少部分電氣石呈現(xiàn)出綠色、淺綠色，具較明顯的吸收性、多色性中等偏弱。電氣石主要呈自形--半自形產(chǎn)出，其常被石英、鉀長石包裹。碎斑熔巖中的電氣石常呈球形囊包產(chǎn)出，周圍發(fā)育明顯的渾白色暈圈，直徑達10.0～20.0 cm，其主要的礦物組合為電氣石、石英以及少量長石等(圖4a)。電氣石礦物顆粒直徑大小不一，從幾十μm到幾百μm不等，并交代早期形成的長石。渾白色暈圈的礦物組成和周圍的碎斑熔巖相似，但不含黑云母及電氣石等暗色礦物(圖4a)。

3 樣品采集及分析方法

本次實驗所分析的樣品采自相山鈾礦田如意亭剖面未風化的巖心，采樣位置坐標115°57′34″E，27°34′24″N。樣品的巖性為淺灰色碎斑熔巖，巖石成分斑晶體積分數(shù)為30%～40%。斑晶中石英占15%～20%，斜長石5%，堿性長石10%～15%，黑云母3%。基質(zhì)成分為60%～70%。

電氣石主量元素電子探針分析測試在東華理工大學核資源與環(huán)境教育部重點實驗室測試完成。儀器型號為JXA-8100，工作條件：加速電壓15 kV，電流為2.00×10-8A，束斑直徑小于1 μm。相關(guān)測試元素及其所采用標樣分別為：Na(硬玉)、Fe(赤鐵礦)、K(透長石)、Mg(橄欖石)、Mn(薔薇輝石)、Ca(磷灰石)、Al(硬玉)、Ti(金紅石)、P(磷灰石)、Si(石英)、Cl(硅鈹鋁鈉石)、F(氟石)。電氣石單位結(jié)構(gòu)式的計算是根據(jù)假設(shè)電氣石結(jié)構(gòu)式中四面體和八面體位置上的(T+Z+Y)為15個陽離子進行的[41]，同時假設(shè)結(jié)構(gòu)分子式中B的原子個數(shù)為3，(OH+F)離子數(shù)為4，由此可定量計算出B2O3和H2O的組分含量， Fe3+和Fe2+的相對含量根據(jù)電價差值法推算得出[42]，雖然這種方法計算出的Fe3 +/ Fe2 +絕對值不準確，但計算出不同樣品的比值相對高、低情況是可信的，可以用于探討不同樣品中電氣石記錄的流體氧化還原條件的變化[8,43]。此外，由于分析得出的w(Cl)(≤0.02%)和w(P2O5)(≤0.2%)均較低，故未將二者納入電氣石結(jié)構(gòu)式的計算范疇，電氣石電子探針成分數(shù)據(jù)及相關(guān)參數(shù)計算結(jié)果見表1、表2。

電氣石中B同位素原位分析測試(2塊實驗樣品分別為XSJ08-2及MFS2-4)在南京大學內(nèi)生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室完成，利用激光剝蝕多接收等離子質(zhì)譜(LA-MC-ICP-MS) 進行分析測試，其中激光剝蝕器型號為Newwave生產(chǎn)的UP193FX 型固體激光剝蝕系統(tǒng)，MC-ICP-MS 型號為 Thermo Finnigan 公司生產(chǎn)的 Neptune Plus，以氦氣作為載氣，對B的2個同位素信號(10B，11B)同時靜態(tài)接收。實驗過程所使用的束斑直徑為50 μm，能量強度為8 mJ，剝蝕頻率為10 Hz，激光輸出強度為90%，數(shù)據(jù)采集所用的積分時間為0.131 s，每個測試點接收200組數(shù)據(jù)，前面27 s不開激光，測試氣體空白，27 s剝蝕樣品。在分析過程中采用每10個未知樣品點前后分別分析2個標樣點，以4個標樣點的平均值校正未知樣品的方法，來消除儀器質(zhì)量歧視和同位素分餾。實驗過程中采用標樣IAEA 4為標準，其δ11B值采用結(jié)果平均值(-8.71±0.18)‰[44]，以南京大學內(nèi)生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室電氣石標樣(Huo)作為監(jiān)控標樣，實驗測試過程得出Huo分析點的δ11B平均值為(-13.41±0.69)‰，與實驗室推薦的δ11B值(-12.97±0.57)‰在誤差范圍內(nèi)保持一致。使用SSB法進行數(shù)據(jù)的校正處理，詳細的實驗方法參考侯可軍等[45]的報道，測試結(jié)果見表3。

表1 研究區(qū)碎斑熔巖中電氣石主量元素化學成分

注：B2O3和H2O的質(zhì)量分數(shù)根據(jù)化學計量數(shù)求出；Fe3+和Fe2+的質(zhì)量分數(shù)根據(jù)電價差值法推算。分析測試在東華理工大學核資源與環(huán)境教育部重點實驗室完成，測試時間2016-10。表中Fe2+/(Fe2++Mg2+)、Fe3+/(Fe3++Fe2+)為無量綱，其他單位為%。

表2研究區(qū)碎斑熔巖中電氣石結(jié)構(gòu)式各位置離子數(shù)特征

Table2Characteristicsofthenumberofionsineachpositionoftourmalinestructureinporphyroclasticlavainthestudyarea

apfu

注：表中X、Y、Z、T為電氣石分子式中不同位置上所占離子數(shù)情況；電氣石理想分子式為XY3Z6[T6O18][BO3]3(OH)4；假設(shè)T+Z+Y=15 apfu，B=3 apfu，OH+F=4 apfu，X-site:□為X位置上的空位。分析測試在東華理工大學核資源與環(huán)境教育部重點實驗室完成，測試時間2016-10。

表3研究區(qū)碎斑熔巖中電氣石B同位素LA-MC-ICP-MS分析測試結(jié)果

Table3BisotopeanalysisresultsoftourmalinebyLA-MC-ICP-MSinporphyroclasticlavainthestudyarea

樣品編號11B/10Bδ11B/‰2σXSJ08214.591-12.751.22XSJ08224.593-12.321.00XSJ08234.591-12.861.18XSJ08244.592-12.761.66XSJ08254.592-12.740.98XSJ08264.594-12.482.20XSJ08274.594-12.390.76XSJ08284.595-12.280.63MFS24114.592-12.820.72MFS24124.594-12.450.74MFS24134.593-12.610.67MFS24214.592-12.910.54MFS24224.593-12.710.72MFS24234.592-12.910.78MFS24314.591-13.150.72MFS24324.591-13.080.74MFS24334.592-13.030.76

注：11B/10B值為IAEA B4標樣校正后的比值[46]，δ11B=((11B/10B)樣品/(11B/10B)標準-1)×1 000，其中，標準為美國國家標準局(NBS)的SRM 951硼酸樣品，推薦的(11B/10B)標準比值為4.050[47]。測試時間2016-11。

4 測試結(jié)果

4.1 電氣石化學成分特征

相山鈾礦田如意亭剖面碎斑熔巖中電氣石化學成分特征見表1。結(jié)果顯示，電氣石中w(Na2O)為1.87%～2.20%；w(FeO)為16.22%～18.90%；w(K2O)為0.05%～0.12%；w(MgO)為1.75%～2.09%；w(MnO)為0.19%～0.30%；w(CaO)為0.95%～1.35%；w(Al2O3)為25.79%～26.84%；w(TiO2)為0.86%～1.30%；w(SiO2)為32.17%～34.43%；w(F)為0.10%～1.77%，定量計算出的w(B2O3)為9.49%～9.97%，F(xiàn)e2+/(Fe2++Mg2+)值為0.81～0.86。可見，相山碎斑熔巖中不同電氣石之間其化學成分總體差別不大，且總體上表現(xiàn)出相對富Na、Fe、F等元素，而貧Mg、Ca等元素的特征。

根據(jù)X位置陽離子占位情況的分類圖解[48]，可知上述所有電氣石類型均為堿性族(圖5)。根據(jù)Ca2+/( Ca2++ Na++ K+)-Fe2+/(Fe2++Mg2+)分類圖解(圖6)，相山鈾礦田如意亭剖面碎斑熔巖中電氣石投影點均落于黑電氣石區(qū)域[49]。根據(jù)電氣石中R位置上Mg-Fe-Li所占優(yōu)勢可將電氣石分為鐵(黑)電氣石、鎂電氣石及鋰電氣石3類，相山電氣石w(FeO)為16.22%～18.90%，具有較高的Fe質(zhì)量分數(shù)，綜上表明如意亭剖面碎斑熔巖中電氣石為黑電氣石。

底圖據(jù)文獻[48]。圖5 研究區(qū)電氣石X位置陽離子占位情況分類圖解Fig.5 Classification diagram of cationic occupancy on X site of tourmaline the study area

底圖據(jù)文獻[48]。圖6 研究區(qū)電氣石Ca2+/( Ca2++Na++K+)-Fe2+/(Fe2++Mg2+)分類圖解Fig.6 Classification diagram of tourmaline base on Ca2+/(Ca2++Na++K+)-Fe2+/(Fe2++Mg2+) in the study area

相山碎斑熔巖中電氣石結(jié)構(gòu)式Y(jié)位置上的 Mg2+與Fe2+之間總體上呈一定的負相關(guān)性，T位置上的Si4+與Al3+之間存在明顯的負相關(guān)性，結(jié)合表2中電氣石分子結(jié)構(gòu)式各位置離子數(shù)特征，可知電氣石分子結(jié)構(gòu)內(nèi)部的陽離子替代反應主要發(fā)生在X位置上的Ca2+與Na+之間、Y位置上的Mg2+與Fe2+之間及Z位置上的Al3+與Fe3+、Mg2+之間[50]，由于這些替代反應的存在，促使了不同性質(zhì)電氣石類型的形成[51]。

4.2 電氣石B同位素特征

相山碎斑熔巖中電氣石的B同位素LA-MC-ICP-MS分析結(jié)果(表3)顯示：樣品XSJ08-2中，11B/10B值范圍為4.591～4.595，平均為4.593，δ11B范圍為-12.86‰～-12.28‰，平均為-12.57‰；樣品MFS2-4中，11B/10B值為4.591～4.594，平均為4.592，δ11B為-13.15‰～-12.45‰，平均為-12.85‰。兩個樣品的11B/10B值和δ11B值均分別相近，表明相山碎斑熔巖中電氣石具有較一致的δ11B值(-13.15‰～-12.28‰)，代表相山碎斑熔巖應為一套具相似物源的巖體，且該值與大陸地殼的δ11B平均值(-10±3)‰[52-54]相近，也與前人報道的巖漿熱液成因電氣石的δ11B值范圍(約-12.6‰)[54-56]基本一致。

5 討論

5.1 電氣石化學組成對成巖成礦過程的指示

通常，電氣石的化學成分與圍巖成分特征存在密切聯(lián)系[8,49]：當圍巖為變質(zhì)泥質(zhì)巖時，一般表現(xiàn)為富Ca-Mg的電氣石；當圍巖為基性火山巖時，通常表現(xiàn)為富Na-Mg的鎂電氣石(極富Mg)；而存在于花崗巖中的電氣石則常為富Na-Fe黑電氣石。此外，電氣石的生長明顯受流體中Na、Ca、Mg、Fe等成分的影響[57]。流體中高含量的Na、Fe元素將使黑電氣石更具穩(wěn)定性。已有的研究表明，富F、Fe的電氣石形成于巖漿演化晚期或早期的富F、Fe、高含水的巖漿或熱液[58-59]，而相山碎斑熔巖中電氣石具較高的F、Fe元素，表明相山碎斑熔巖的原巖中富集F、Fe等元素。B元素為不相容元素，在絕大多數(shù)礦物晶體中均表現(xiàn)出不相容性，其主要以絡(luò)合物形式存在，其中，電氣石為B元素的主要載體之一，相山碎斑熔巖中存在大量電氣石指示在巖漿高度演化后期，巖漿的不混溶作用加強[37]。

據(jù)Henry等[60-61]提出的Al-Al50Fe50-Al50Mg50三元圖解以及Fe-Mg-Ca三元圖解，如意亭剖面碎斑熔巖中的電氣石均落在貧Li花崗巖、偉晶巖和細晶巖區(qū)域(圖7)，指示碎斑熔巖中的電氣石形成與較高的氧逸度環(huán)境有關(guān)。高氧逸度環(huán)境可以促進U、Th元素轉(zhuǎn)變?yōu)楦邇r態(tài)的U、Th元素。U元素電價越高，與配位離子結(jié)合的能力越強，即能與更多的配位離子組成絡(luò)合物，使其密度更小, 更易遷移[58,62]。趙友東等[63]對贛南富城巖體研究顯示，高氧逸度環(huán)境有利于流體對蝕變巖體中鈾的萃取，進而形成含鈾熱液，為后期鈾沉淀提供有力條件。

熱液蝕變對鈾礦物的富集起著十分重要的作用，其可通過改變圍巖的化學性質(zhì)，為鈾的富集提供重要的容礦空間[64]。此外，熱液蝕變還能改變鈾的化學活性，在為鈾的賦存提供空間的同時，也為鈾的遷移提供有利條件[65-66]。相山鈾礦區(qū)的鈉長石化、水云母化、赤鐵礦化、螢石化、綠泥石化、黃鐵礦化等十分發(fā)育，表明該區(qū)具充分的鈾遷移、富集條件。劉英俊[67]及唐傲等[68]的研究顯示，巖漿熱液中揮發(fā)分的存在對U、Th元素的遷移起著重要作用。B元素為巖漿熱液中重要的揮發(fā)組分，與其他揮發(fā)組分共同參與流體演化、圍巖蝕變以及金屬遷移和沉積的一系列過程[64]。由于巖漿熱液中富含大量的揮發(fā)組分，降低了巖漿的固相線及液相線溫度[69]，大量揮發(fā)性組分的存在將促進巖漿充分的分離結(jié)晶，并促使U、W等高場強元素的極端富集[70-71]。邵飛等[72-73]的研究表明，相山礦田鈾物質(zhì)主要來源于火山-侵入雜巖體，巖相學分析顯示碎斑熔巖的邊緣亞相中發(fā)育球形電氣石囊包與晶質(zhì)鈾礦相伴生的現(xiàn)象，充分說明碎斑熔巖中富含U元素。本次分析顯示相山碎斑熔巖中電氣石B、F等元素質(zhì)量分數(shù)較高，邵飛等[28]的研究也證實了相山鈾礦田成礦流體富含F(xiàn)、Cl、CO2揮發(fā)分的事實，推測在巖漿演化過程中，巖漿熱液富含B、F等揮發(fā)分，使得其中大量的U元素更容易形成絡(luò)合物，為U的賦存遷移提供了載體，從而更有利于鈾的遷移與富集。

顯然，對于相山鈾成礦區(qū)而言，高氧逸度的成礦環(huán)境更有利于源區(qū)的U元素富集于流體中或熱液流體更易淋慮、萃取圍巖中的U元素，同時促使U元素在富含B、F、CO2等揮發(fā)分的成礦熱液中形成大量更易于遷移的絡(luò)合物；最終，由于物理化學條件的改變(溫壓的改變、氧化還原條件等)或CO2的去氣作用[28]，迫使U在有利部位沉淀富集成礦。

1.富Li花崗巖、偉晶巖和細晶巖；2.貧Li花崗巖、偉晶巖和細晶巖；3.熱液蝕變花崗巖；4.富Al的變泥質(zhì)巖和變質(zhì)砂巖；5.貧Al的變泥質(zhì)巖和變質(zhì)砂巖；6.富Fe3+的石英電氣石巖；7.低Ca的變超鎂鐵質(zhì)巖和富Cr、V的變沉積巖；8.變碳酸巖和變輝石巖。底圖據(jù)文獻[60]。圖7 研究區(qū)電氣石Al-Al50Fe50-Al50Mg50及Ca-Fe-Mg圖解Fig.7 Diagram of Al-Al50Fe50-Al50Mg50 and Ca-Fe-Mg of tourmaline the study area

5.2 電氣石B同位素對巖漿來源的指示

電氣石作為地殼范圍內(nèi)分布最廣泛的含硼硅酸鹽礦物，是硼元素的主要載體，具有極高的穩(wěn)定性，能在極寬廣的溫壓范圍內(nèi)(或一般的變質(zhì)、成巖過程)較完整保存源區(qū)地球化學及同位素信息[5,46]。因此，電氣石的硼同位素組成能更有效地反映其結(jié)晶當時寄主巖的硼同位素特征[74]，從而更好地解釋巖石礦物的成因問題。

前人[75-77]研究表明：與碳酸鹽和海相變蒸發(fā)巖相關(guān)的電氣石，其δ11B值通常大于0‰；與變質(zhì)碎屑沉積物和變火山巖層有關(guān)的電氣石，其δ11B值為-15.7‰～-1.5‰[75-76]；而與非海相蒸發(fā)巖有關(guān)的電氣石，其δ11B值更小，一般為-26.8‰～-17.2‰[77]。此外，巖漿成因的原生電氣石與平均大陸地殼存在較為相近的δ11B值(-15.4‰～-10.3‰)，而變質(zhì)流體中結(jié)晶形成的電氣石，其δ11B值為-17.1‰～-16.0‰，代表更輕的硼同位素組成特征[43]。相山碎斑熔巖中電氣石的δ11B值為(-13.15±0.72)‰～(-12.28±0.63)‰，均值為(-12.72±0.94)‰，表現(xiàn)出地殼來源的原生電氣石硼同位素組成特征，總體比較均一，可能代表來自相對單一的硼源區(qū)[37]，反映了相山碎斑熔巖中電氣石主要來源于陸殼變質(zhì)沉積巖[13]。

長期以來，相山火山-侵入雜巖的成因問題一直是地學專家的重點研究內(nèi)容[27,78-82]。劉昌實等[25]對江西東鄉(xiāng)—相山中生代火山巖中富鋁礦物進行分析研究，證實了該地區(qū)S型花崗巖的存在；大量地質(zhì)學者對相山碎斑熔巖、流紋英安巖、次花崗斑巖、次石英閃長玢巖等進行鍶、鉛、釹、氧同位素等分析，表明相山火山-侵入雜巖體主要來源于地殼，成因上屬于陸殼重熔型[23-26,78, 80-81]，可能與基底變質(zhì)巖的部分熔融密切相關(guān)[27]。此外，范洪海等[82]和郭福生等[30]的最新研究指出，相山火山-侵入雜巖體主要來源于基底變質(zhì)巖的部分熔融，同時存在地幔物質(zhì)的混入影響。本次相山碎斑熔巖中電氣石的B同位素比值特征顯示，其具典型的大陸地殼成分特征，與前人的研究結(jié)果基本一致。以上分析充分佐證了相山火山-侵入雜巖體主要與相山底部地殼基底巖石的部分熔融有關(guān)，相山火山-侵入雜巖主要是陸殼物質(zhì)(基地變質(zhì)巖)經(jīng)部分熔融的產(chǎn)物，可能有少量幔源物質(zhì)的參與。

6 結(jié)論

1)相山如意亭剖面碎斑熔巖中的電氣石富Na、Fe及F等元素，為典型的黑電氣石。電氣石主要在X位置上的Ca2+與Na+之間、Y位置上的Mg2+與Fe2+之間及Z位置上的Al3+與Fe3+、Mg2+之間發(fā)生替代反應，正是這些替代反應的存在，促使了不同性質(zhì)電氣石類型的形成。

2)碎斑熔巖中的電氣石富含B、F等揮發(fā)性組分，巖漿結(jié)晶早期處于較高的氧逸度環(huán)境。高氧逸度的成礦環(huán)境是保證相山礦田鈾成礦作用的重要因素，同時成礦流體中大量B、F、CO2等揮發(fā)分的存在是促使U能夠不斷遷移、富集的必備條件，二者的共同作用及后期成礦環(huán)境物理化學條件的改變(溫壓的改變、氧化還原條件等)或CO2的去氣作用，最終導致相山礦田U的沉淀富集成礦。

3)碎斑熔巖中電氣石δ11B范圍為(-13.15±0.72)‰～(-12.28±0.63)‰，均值為(-12.72±0.94)‰，顯示典型的大陸地殼成分特征，表明相山含鈾碎斑熔巖主要來源于相山底部地殼基底巖石的部分熔融。

致謝：在本課題研究過程中，南京大學內(nèi)生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室老師們、廊坊市誠信地質(zhì)服務公司張佩萱老師、東華理工大學電子探針實驗室郭國林老師及實驗員等給予了極大的支持與幫助，在此一并表達真誠的謝意。