岩石圈伸展对粤北下庄矿田铀成矿的制约机制研究

地球动力学与成矿关系的研究是地球科学研究的前沿领域，而陆内岩石圈伸展与成矿的关系的研究则是该领域相对比较薄弱的环节。 华南地区于白垩—古近纪发生了岩石圈强烈的伸展减薄事件，且岩石圈伸展减薄与该区同时期形成的众多金属和非金属矿床有密切的成因联系，尤其是华南地区的花岗岩型热液铀矿床，显示了与该区岩石圈伸展作用可能有多方面的成因联系。粤北下庄铀矿田位于位于南岭铀-多金属成矿带的南部，是华南地区典型的花岗岩型热液铀矿区，本次研究在深入细致的野外地质工作的基础上，运用流体包裹体地球化学、元素地球化学、同位素地球化学等方法手段，开展了对下庄铀矿田成矿流体性质、成矿过程中元素的活动规律、成矿流体来源及演化等方面的系统研究，初步探讨了岩石圈伸展对该区铀成矿的制约机制，并建立了可能的矿床成因模式。通过研究，本次工作获得了以下几点主要认识： （1）通过对下庄铀矿田部分铀矿床流体包裹体显微测温、激光拉曼光谱及液相成分分析研究，查明了下庄矿田铀矿床矿前期热液属中高温（200℃~350℃）、低盐度（0.72%~5.95%NaCl）、密度中等（0.703~0.830g/cm3）、活动深度较深（2.29km~5.74km）、富∑CO2、相对还原性质的流体；成矿期热液属中低温（主要为154℃ ~250℃）、低盐度（0~1.83%NaCl）、密度中等（0.628~0.867g/cm3）、活动深度较浅（0.19km~1.62km）、富F-、相对氧化性质的流体。 （2）矿石矿矿物电子探针测试分析及岩、矿石的微量元素地球化学分析研研究表明，本区铀矿床主要的原生铀矿物为沥青铀矿、铀石、钛铀矿，铀矿物的形成与Si、Ca���W等元素有密切的关系，而其它金属元素未显示明显地富集。矿石、脉石矿物部分继承了原岩的稀土元素组成，且在原岩基础上又有高度的演化。 （3）进行了矿区内碳酸盐的C、O同位素和黄铁矿的He、Ar稀有气体同位素的分析研究。研究表明，矿化剂∑CO2主要为幔源，大量的He、Ar等稀有气体也来自于地幔。矿区发育的深大断裂构造可能控制了幔源挥发份的加入。 （4）脉石矿物碳酸盐和萤石的Sr、Nd同位素地球化学研究显示，成矿流体中的这些元素主要源于地壳，南区矿床（338、339）的Sr、Nd组成则为富含壳源Sr、Nd的流体与幔源基性脉岩不同程度的水—岩反应所致。另外，碳酸盐铅同位素研究显示，下庄矿区成矿物质铀可能来自帽峰式后期流体交代的花岗岩体。 （5）岩石圈伸展与下庄矿田铀成矿有关系密切：下庄矿田铀矿床明显受伸展构造控制，伸展构造既为导矿构造，又为储矿构造；岩石圈伸展导致的地温梯度升高，大地热流平均值加大，驱动热液流体的流动，为铀成矿提供了主要的热驱动力；岩石圈伸展产生的深大断裂导通了壳幔间的联系，使幔源脱气成因挥发份（主要为∑CO2）沿断裂上升，加入壳源热水循环系统，从而参与了铀成矿。 （6）初步建立了下庄矿田“岩石圈伸展体系下大陆热水系统铀矿床成因模式”。模式认为，华南地区白垩—古近纪岩石圈伸展作用引发区内热水流体的大规模循环，且伸展引起的幔源脱气作用产生的挥发份（主要为ΣCO2）加入了贫铀、贫矿化剂的循环的地下热水中，形成了富矿化剂热水。富矿化剂热水从富铀花岗岩中浸出铀（氧化作用），变为富矿化剂、富铀热液流体，这种热液流体在伸展引起的热驱动下沿构造上升，热液流体上升到浅部时，由于地球化学障、流体压力释放等因素的影响，U被还原沉淀，并在有利部位富集成矿。

贵州碳酸盐岩风化壳次生石英表面结构、裂变径迹测年及其指示意义

我国西南地区分布有广阔的亚热带潮湿区岩溶，以贵州为中心，总面积达50万km2，是世界上连片分布面积最大的岩溶区。贵州高原地处青藏高原东南缘,云贵高原的东翼，是中国大陆“西高东低”地貌格局中重要的过渡区段，对其新生代地质、地貌演化进行研究无疑具有重要的意义，不仅是对贵州薄弱的新生代地质、地貌研究的补充，而且可以直接通过夷平面展开与青藏高原的对比，探讨青藏高原隆升对贵州高原的直接影响。风化壳作为夷平面的组成部分，在过去没有引起足够的重视，但随着成功实例的不断出现，人们逐渐开始认识到风化壳是夷平面识别和重建的重要依据，也是夷平面环境信息的重要载体。贵州作为碳酸盐岩集中分布区，碳酸盐岩风化壳剖面广泛存在，尤其在黔中、黔北等地区各级夷平面上均发育有红色风化壳，利用碳酸盐岩红色风化壳能为夷平面的识别和形成时代的确立提供可靠的证据，特别是风化壳形成年龄的确定对夷平面时标的建立更具有积极意义。有关贵州地区红色风化壳形成时代的确定，多年来已有一些学者对此展开了研究，但贵州红色风化壳形成时代的确定存在着很大争论。虽然存在其它原因的可能性，但造成这种争论的根本原因在于贵州红色风化壳形成时代是依据其它资料(如夷平面、气候事件等)推断出来的，而不是根据直接测年数据界定的。因此，风化壳直接测年才是解决问题的关键。 本文在前人工作研究的基础之上，利用扫描电镜手段对贵州碳酸盐岩地区上覆风化壳土层中的石英颗粒进行观察、统计、分析，为风化壳成土的物质来源寻找新的证据；同时，经地球化学分析、测试等手段，判断风化壳土层中的晶体石英颗粒为风化壳形成初期的新生矿物——次生石英颗粒，并利用裂变径迹测年法对这种次生石英颗粒进行测年，最终探讨贵州碳酸盐岩地区上覆风化壳土层的形成年代。主要取得了以下几点认识： 一、石英颗粒蚀刻条件的优选 由于石英颗粒裂变径迹的长度和数量与晶格、铀含量、年龄等因素有关，所以不同地区的石英颗粒样品的裂变径迹蚀刻条件也存在差别；目前国际上有关石英颗粒的裂变径迹测年应用的实例较少，还没有统一的有关石英颗粒蚀刻条件的国际标准；现有的石英颗粒蚀刻条件有多种，但是缺乏对这些方法的优缺点进行对比评价。因此，我们要进行反复的条件实验，对比不同石英蚀刻剂的蚀刻效率，找寻适合石英颗粒的最佳蚀刻剂。实验结果表明，40%的HF溶液为最佳蚀刻剂，最佳蚀刻时间：温度在4℃左右（冬季）时为40min；温度在29℃左右（夏季）时为30min。 二、石英的外形、表面机械作用特征及其指示意义 我们利用扫描电镜对石英颗粒外形特征进行观察、统计、分析，结果表明本次研究的石英颗粒形态类型主要有两种：棱状-次棱状石英颗粒以及圆状、次圆状石英颗粒，其中棱状-次棱状石英颗粒包含了一部分晶体形态较为完整的石英颗粒。 根据石英颗粒表面机械作用特征分析结果，结合剖面区域地质特征，可初步判断剖面中的石英颗粒有三种物质来源：碳酸盐岩中的原生碎屑石英，有长时间长距离搬运特征；燧石团块石英，有短距离搬运或原位沉积特征；晶形较完整的次生石英，无搬运特征。三种石英均具有原位特征，前两种类型的石英是直接对基岩的继承，第三种类型的石英是风化壳剖面的次生矿物。 三、石英颗粒表面的化学作用特征及其风化强度指示意义 我们通过对石英颗粒表面化学作用形态的观察，发现大兴剖面、新蒲剖面和官坝剖面的石英颗粒表面化学溶解作用和化学沉淀作用都非常强烈，这表明三个剖面均处于湿、热环境中，均处于强烈的化学风化阶段。而且大兴剖面中石英颗粒表面的化学作用最强烈，气候较其他两个剖面更湿热，剖面的风化强度也最大，即各剖面的风化强度由强到弱排序为：大兴、新蒲、官坝。这一结果与矿物组成分析、化学风化强度、硅铝、铝铁硅风化系数比以及相对风化强度等的地球化学分析指标相一致，这也再次证明了我们采用石英颗粒表面形态特征分析手段的可行性和可靠性。 四、石英颗粒的裂变径迹年龄 三种类型石英颗粒的裂变径迹测年数据表明：a、同一样点石英颗粒裂变径年龄呈现一定的规律：F.T.AGE圆状、次圆状＞F.T.AGE不规则状（棱状、次棱状）＞F.T.AGE标准晶形（次生石英）。b、不同剖面的不规则状石英颗粒形成于同一个时期；不同剖面的圆状、次圆状石英颗粒形成于同一个时期。这两种石英颗粒不适于贵州碳酸盐岩风化壳的测年研究。c、不同剖面的标准晶形石英颗粒形成于不同时期，形成于碳酸盐岩酸不溶物原地堆积过程中，即与风化壳剖面同期形成，可用于贵州碳酸盐岩风化壳的测年研究。这一测量结果与我们对石英颗粒表面形态特征的观察、统计、分析结果相一致。 五、风化壳物源的新证据 贵州碳酸盐岩风化壳中的石英颗粒表面形态的分析结果表明，贵州碳酸盐岩风化壳的物质来源于碳酸盐岩中酸不溶物原地风化残积的产物，与其下伏基岩有着明显的继承性。这一分析结果与王世杰等人的碳酸盐岩酸不溶物的提取实验、地球化学、矿物学、粒度特征及区域地质背景等多方面的分析结果相一致，为贵州碳酸盐岩风化壳的物质来源及成因提供新的、更细致的证据。 六、贵州晚新生代地质-环境研究历史轮廓初建 由于目前对贵州及周边地区的风化-气候研究相对缺乏，数据资料较稀少，还没有形成完整的系统，我们本次研究也是建立在对风化壳中次生英颗粒年代学研究的基础上，研究还不是很透彻，因此只能对地质-环境研究历史轮廓进行初建。本文根据本次研究剖面土层中晶体次生石英颗粒的裂变径迹年龄分布情况，结合前人已有资料，对贵州25Ma以来的地质-环境演化历史的轮廓进行初建。从次生石英裂变径迹年龄值来看，中新世以来贵州主要经历了如下构造-风化期：25-19Ma、16-13Ma、10-6.5Ma、5-2Ma、1.7-1Ma。

海洋生物碳酸盐硼同位素技术研究及其应用

近些年来，利用海洋生物碳酸盐硼同位素重建古海水pH，计算当时大气CO2含量，进而推测古气候的变化已成为国际同位素地球化学界研究的热点问题，被称为δ11B-pH技术。古海水的δ11Bsw是否恒定、B(OH)4−和B(OH)3间理论的硼同位素分馏系数4/3是多少以及碳酸盐的δ11Bcarb是否等于海水B(OH)4−的δ11B4值是该技术成功的三个关键。但到目前为止以上三项问题还没得到完全证实。 为确定方解石的硼同位素组成与海水pH的依赖关系，已进行过大量实验研究。他们的结果与预期的假设一致，支持了B(OH)4-是掺入方解石结构主要形式的假设。但近期 Pagani(2005)指出B(OH)4-也许不是掺入方解石结构的主要形式，B(OH)3也可能同时掺入进碳酸盐。肖应凯等(2006)的无机碳酸盐沉积实验发现碳酸盐沉积和母液间的硼同位素分馏系数大于1的异常现象，认为碳酸钙中镁或其它微量元素的存在是重要原因，推断这是在高pH生成Mg(OH)2沉积后11B优先掺入的缘故，推断有B(OH)3掺入碳酸盐的可能。 以前进行的沉积实验，只考虑到碳酸钙本身，确实证明了硼只以或主要以B(OH)4-参与进生物碳酸钙。但天然的海洋生物碳酸盐含有镁、锶、铁等微量元素，这些微量元素的存在可能会改变硼的参与行为，从而对硼同位素分馏产生影响。现代珊瑚礁中水镁石普遍存在，这是否会影响珊瑚的硼同位素组成而导致δ11B-pH技术的误差还值得研究。 针对以上问题，主要对硼掺入进Mg(OH)2的形式及分馏机理，现代珊瑚中镁、锶等微量元素与硼浓度及硼同位素的关系进行研究，并用生物碳酸盐的硼同位素对陆相产出有孔虫的沉积环境进行判别。 通过研究，得到以下几点认识： 1. 在Mg(OH)2从pH9.5～13的含硼合成海水中沉积时，Mg(OH)2沉积ɧ40;11B的变化范围为-1.20‰～28.26‰，高于合成海水的ɧ40;11B (-7.00±0.07‰)，沉积和海水间的硼同位素分馏系数固/液变化范围为1.0177～1.0569，平均值为1.0329，这是H3BO3优先掺入的结果，造成11B在Mg(OH)2沉积中富集。 2. Mg(OH)2沉积的硼浓度和硼在Mg(OH)2沉积与滤液间的分配系数Kd的变化范围分别为228.61 g/g～937.79 g/g和9.31～494.20。高pH值时硼掺入Mg(OH)2的过程中吸附作用占有重要位置。 3. Mg(OH)2吸附实验表明，硼掺入Mg(OH)2非常迅速，4 h能达到平衡。平衡后Mg(OH)2中硼浓度[B]固和固相与溶液相间的分配系数Kd随pH设定的升高和固液比的降低而降低。而且最高的[B]固和Kd均远高于硼被金属氧化物或粘土矿物吸附时的对应值，表硼具有很强的掺入Mg(OH)2的能力。 4. 吸附平衡时溶液相的ɧ40;11B液f (-19.2‰～-17.8‰)均低于原始溶液的ɧ40;11B液i (-7.00±0.07‰)，计算的Mg(OH)2与平衡溶液间的硼同位素分馏系数固-液变化范围为1.0186～1.0220，平均值为1.0203。这充分表明，硼掺入Mg(OH)2时11B优先进入固相，这是B(OH)3优先掺入的结果。 5. 硼以B(OH)3和B(OH)4-两种形式同时掺入Mg(OH)2，并以B(OH)3优先掺入为主，pH设定越低掺入的B(OH)3比例越高。 6. 硼将通过吸附和与Mg(OH)2的沉淀反应而掺入Mg(OH)2，两者共同决定了Mg(OH)2中硼同位素分馏特征。 7. Ca���Sr、B和Na在珊瑚中均得到富集，而Mg在珊瑚中却是贫化的。珊瑚的B浓度主要不是由这几种元素决定的。 8. 珊瑚δ11Bcarb的变化范围为22.8‰～27.9‰，平均为25.2‰。除与B浓度相关性明显外，珊瑚δ11Bcarb与其它四种元素的相关性不强。北海涠洲岛、灯楼角和三亚三地珊瑚与海水间的分馏系数carb-sw分别为0.9839、0.9847和0.9850。珊瑚与海水B(OH)3间的分馏系数carb-3的变化范围为0.9772～0.9800，平均值为0.9788，随pH升高carb-3减小。珊瑚的平均δ11Bcarb基本位于采用=0.9772时理论计算的δ11B4曲线之上，而且都低于原始合成海水的δ11Bcarb，表明硼是以B(OH)3和B(OH)4-两种形式同时掺入进珊瑚中的，并以B(OH)4-优先掺入为主。 9. 由于B(OH)4- 和B(OH)3同时进入到珊瑚中，d11Bcarb=d11B4的假设不能成立，由所测定生物碳酸盐的δ11Bcarb值计算的海水pH值会产生误差，使δ11B-pH技术变得更为复杂。 10. 实验模拟与自然的真实情况是有差距的，不能完全用实验模拟来代替自然的真实情况。 11.杨户庄剖面的第四纪早期有孔虫的生存环境是非海相环境，不是“海侵”或“海泛”的结果；同时也表明有孔虫并非是特有的海洋生物，它完全可以在陆相环境中存在。