新疆拜城縣波孜果爾堿性花崗巖體中角閃石與黑云母地球化學(xué)特征及其對成巖成礦的記錄

吳歡歡，王 濤，張招崇，黃 河 ，秦 切

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與資源學(xué)院， 北京 100083； 2. 中國人民武裝警察部隊 黃金第五支隊， 陜西 西安 710000； 3. 自然資源部深地動力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 中國地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)研究所， 北京 100037)

高分異的堿性巖漿雖然通常規(guī)模較小， 但成礦意義重大。據(jù)統(tǒng)計， 世界上10%的鈮、26%的鉭和34%的釔族稀土資源來自堿性花崗巖(林德松， 1994)。位于新疆南天山造山帶的的波孜果爾堿性花崗巖巖體是一個具有全巖含礦特征的大型-超大型REE-Nb-Ta-Zr礦床。該巖體(礦體)的成因及成礦過程吸引了學(xué)界的廣泛關(guān)注， 前人進(jìn)行了深入的基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查和年代學(xué)、巖石學(xué)、礦物學(xué)等方面的研究(陳富文等， 2002； 邵興坤等， 2011； 劉春花等， 2011， 2012， 2014； 尹京武等， 2013； Huangetal.， 2014， 2018)。然而， 對于巖漿晚期的分異演化過程以及在這一過程中相關(guān)元素(特別是成礦元素)的地球化學(xué)行為， 仍需要開展進(jìn)一步研究。這主要是因?yàn)橥砥诟叻之悗r漿呈晶粥狀態(tài)， 體系中熔體、礦物、流體等多相共存， 難以用全巖地球化學(xué)成分的變化趨勢去反映其分異演化過程。而能代表巖漿成分的熔體包裹體也常常比較缺乏， 或是由于過于細(xì)小、保存較差等原因難以定量化分析(Hedenquist， 2010)。隨著測試技術(shù)的成熟， 特別是激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(LA-ICP-MS)的廣泛應(yīng)用， 微區(qū)分析成為研究礦物地球化學(xué)特征的重要手段。近期的研究表明， 角閃石及黑云母作為堿性巖體中常見的暗色礦物， 對各種價態(tài)微量元素(尤其是稀有金屬及稀土元素)具有不同程度的相容性， 這一物理化學(xué)性質(zhì)使得黑云母和角閃石成為巖漿過程中重要的信息攜帶者(Lichterveldeetal.， 2008； Stepanov and Hermann， 2013； Lietal.， 2015； Karinetal.， 2017)。本文通過系統(tǒng)分析波孜果爾巖體中黑云母和角閃石的礦物化學(xué)特征， 討論了巖漿結(jié)晶過程中角閃石和黑云母對結(jié)晶過程的記錄以及Nb、Ta等稀有稀土金屬的富集和分配過程， 對于構(gòu)建波孜果爾巖體和其他同類含礦巖體的成巖成礦模型都具有一定意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景及巖體地質(zhì)特征

中亞造山帶是全球顯生宙陸殼增生與改造最顯著的大陸造山帶，中國北疆地區(qū)位于中亞造山帶西部。東西橫跨中國、哈薩克斯坦、吉爾吉斯斯坦和烏茲別克斯坦四國，全長2 500 km的天山山脈將北疆地區(qū)劃分為西天山和東天山。大地構(gòu)造上，西天山由北至南可分為北天山地塊、伊犁地塊、中天山地塊、南天山碰撞帶和塔里木地塊北緣(圖1a)。其中，北天山地塊和南天山碰撞帶屬于前寒武紀(jì)古老基底上發(fā)育的古生代增生/碰撞帶，伊犁地塊、中天山地塊和塔里木地塊則屬于古老的大陸微地塊(李錦軼等， 2006)。南天山造山帶的形成與古生代南天山洋俯沖閉合、以及緊隨其后的塔里木地塊和中天山地塊的陸陸碰撞造山密切相關(guān)。

波孜果爾堿性花崗巖體出露在南天山碰撞帶中部，位于拜城縣以北47 km處，地理坐標(biāo)為東經(jīng)81°54′00″～81°54′52″，北緯42°12′51″～42°13′29″(圖1c)。研究區(qū)出露地層主要為古生代志留紀(jì)窮庫什太組(S3q)、石炭紀(jì)干草湖組(C1g)、二疊紀(jì)小提坎里克組(P1x)。其中巖體侵位于上志留統(tǒng)窮庫什太組，該組巖性主要為一套中、厚層大理巖夾片理化泥質(zhì)粉砂巖、絹云黑云石英片巖等。研究區(qū)主要受東西向的阿克牙依利亞克塔格區(qū)域大斷裂控制，發(fā)育有近東西向、北東東相和北東向3組斷裂，圖1c中的3條斷層主要受東西向的斷裂控制。波孜果爾巖體北部和南部與窮庫什太組為侵入接觸，西側(cè)和東側(cè)分別與窮庫什太組和早期侵入的黑云母花崗巖呈斷層接觸。

圖 1 中亞造山帶西南緣地質(zhì)略圖(a， 據(jù)Huang et al.， 2018)和波孜果爾堿性花崗巖地質(zhì)略圖(b， 據(jù)劉春花， 2011)Fig. 1 Tectonic sketch map of the Central Asian orogenic belt (a, after Huang et al., 2018) and geological map of the Boziguo’er region (b, after Liu Chunhua et al., 2011)

波孜果爾巖體為近東西向展布的小巖株，對巖體中鋯石的U-Pb定年研究顯示波孜果爾巖體形成時代為291.6～287.7 Ma，屬于早二疊世時期侵入(劉春花等， 2014)。出露巖體全巖礦化，是一個大型-超大型的REE-Nb-Ta-Zr礦床。

本文樣品均采自波孜果爾巖體內(nèi)部，新鮮面均呈灰白色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，成分較均一，巖性為石英堿長正長巖(圖2a)。主要造巖礦物包括堿性長石(～55%的鈉長石和～20%的正長石，體積分?jǐn)?shù)，下同)，石英(～15%)、角閃石(～5%)和黑云母(～5%)，未見斜長石和條紋長石。巖體中的角閃石主要以填隙狀充填于長石和石英的空隙中，常與黃褐色纖維狀的星葉石[(K,Na)3(Fe2+)7Ti2Si8O26(OH)4]共生(圖2d)，指示了后期鈦硅酸鹽對鈉角閃石的取代。角閃石對長石和石英的包裹生長，暗示角閃石為晚期階段結(jié)晶。角閃石總體顆粒較大，同時在角閃石晶體中可見大量包裹體(圖2e)。根據(jù)鏡下觀察，黑云母存在有兩種形態(tài)：一種與角閃石共生充填在長石和石英空隙中(圖2c，本文中記為A類)，另一種則獨(dú)立呈填隙狀充填在長石和石英空隙中(圖2b，本文中記為B類)，黑云母單個顆粒較小，常呈集合體出現(xiàn)。副礦物主要為鋯石、獨(dú)居石、燒綠石、螢石、釷石、星葉石、磷釔礦、氟碳鈰鑭礦和少量鐵鈦氧化物，常見大量稀有金屬礦物與螢石共生(圖2f)。在這些副礦物中，鋯石、獨(dú)居石和燒綠石在整個巖體中廣泛分布，是具有重要經(jīng)濟(jì)價值的稀有稀土金屬副礦物。

2 分析方法

本次研究樣品采自波孜果爾堿性花崗巖，主要利用電子探針(EPMA)和激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(LA-ICP-MS)對樣品中角閃石及黑云母進(jìn)行了主微量分析。

圖 2 波孜果爾巖體的野外照片、顯微照片及背散射圖像Fig. 2 Field photograph, thin section photomicrographs and backscattered electron image of the Boziguo’er plutona—巖體中等粒狀、中粒堿性花崗巖； b—碎片狀B類黑云母(不與角閃石共生)對長石和石英包裹生長(+)； c—碎片狀A(yù)類黑云母與角閃石共生，充填在長石和石英的空隙中，角閃石顆粒較小(+)； d—不與黑云母共生的角閃石，顆粒較大，常與星葉石共生(+)； e—單個角閃石顆粒，可見對長石的包裹生長，包裹體發(fā)育(+)； f—富稀有金屬區(qū)域內(nèi)螢石包裹大量鋯石顆粒(背散射圖)； Ab—鈉長石； Or—正長石； Bt—黑云母； Amp—角閃石； Qz—石英； Zrn—鋯石； Aph—星葉石； Fl—螢石a—epigranular, medium-grained granite in the pluton； b—fragmented type-B biotite (not coexistent with amphibole) wrapped on feldspar and quartz (+)； c—fragmented type-A biotite coexistent with amphibole and filling in space of feldspar and quartz, particles of amphibole are usually small (+)； d—the amphibole not associated with biotite has large particles and is often associated with astrophyllite (+)； e—a single amphibole particles with many inclusions, wrapped on feldspar (+)； f—a large number of zircon particles surrounded by a fluorite in a rare metal-rich region in backscat- tering images； Ab—albite； Or—orthoclase； Bt—biotite； Amp—amphibole； Qz—quartz； Zrn—zircon； Aph—astrophyllite； Fl—fluorite

電子探針成分分析在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用配備有4道波譜儀的JEOL JXA-8100電子探針儀上完成。上機(jī)測試之前對樣品渡上20 nm的碳膜。工作條件為：加速電壓15 kV，加速電流20 nA，束斑直徑10 μm。所有測試數(shù)據(jù)均進(jìn)行了ZAF校正處理。Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Fe、F、Cl元素特征峰的測量時間為10 s，Mn、Ti 元素特征峰的測量時間為20 s，上下背景的測量時間分別是峰測量時間的一半。所使用的標(biāo)樣為：硬玉(Na)、橄欖石(Si)、鎂鋁榴石(Al)、透輝石(Ca，Mg)、透長石(K)、金紅石(Ti)、鐵鋁榴石(Fe)、薔薇輝石(Mn)、螢石(F)和石鹽(Cl)。

LA-ICP-MS礦物微區(qū)分析在合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院礦床成因與勘查技術(shù)研究中心(OEDC)礦物微區(qū)分析實(shí)驗(yàn)室完成。激光剝蝕系統(tǒng)為Photo Machines Analyte HE(其中激光器為相干公司 193 nm ARF準(zhǔn)分子激光器)，ICP-MS為Agilent7900。每個樣品點(diǎn)分析時間為 80 s，其中 20 s為背景信號，40 s為激光剝蝕信號，剩余20 s為空白信號。點(diǎn)剝蝕激光斑束為30 μm，能量密度為2 J/cm2。剝蝕頻率為8 Hz。標(biāo)樣選擇多外標(biāo)玻璃，包括NIST610、GSC-1G、GSD-1G和BCR-2G。礦物微量元素處理采用多外標(biāo)無內(nèi)標(biāo)方法進(jìn)行。

3 分析結(jié)果

本文選取了67個角閃石點(diǎn)位和24個黑云母點(diǎn)位，在同一位置上分別進(jìn)行了EPMA和LA-ICP-MS分析。為了檢驗(yàn)EPMA和LA-ICP-MS兩種方法的一致性，對兩種方法所測得角閃石和黑云母的SiO2、TFeO、TiO2和MnO數(shù)據(jù)繪制了協(xié)變圖解(圖3)，發(fā)現(xiàn)兩種方法下的數(shù)據(jù)具有良好的線性關(guān)系，但整體上LA-ICP-MS所測TFeO數(shù)據(jù)較電子探針數(shù)據(jù)稍高，這可能是由于EPMA分析基于選取的鐵鋁榴石標(biāo)樣低估了TFeO含量，這在其它研究中也有類似的報道(Lietal.， 2015)。

圖 3 波孜果爾巖體中角閃石與黑云母在同點(diǎn)位分別通過EPMA和LA-ICP-MS所測SiO2、TFeO、TiO2和MnO分析結(jié)果對比Fig. 3 Comparison of SiO2, TFeO, TiO2 and MnO of amphibole and biotite in the Boziguo’er pluton, measured by EPMA and LA-ICP-MS at the same site

3.1 角閃石

在樣品中挑選了67個角閃石點(diǎn)位進(jìn)行了電子探針分析和LA-ICP-MS分析，結(jié)果見表1和表2。

3.1.1 角閃石主量元素特征

利用電子探針數(shù)據(jù)，基于O+OH+F=24原子通式單元(apfu)和OH=2-2 Ti來計算角閃石族礦物的化學(xué)式，公式計算采用2012年最新的IMA建議(Herrmann and Berry， 2002； Hawthorneetal.， 2012)。公式配平中普遍出現(xiàn)C位占用不足(<5 apfu)而A位占用過多(>1 apfu)的現(xiàn)象。據(jù)前人報道，這個現(xiàn)象在堿性巖石中的堿性角閃石是常見的(Hawthorne，1976； Czamanske and Dillet， 1988； Hawthorneetal.， 1993)。

如角閃石分類命名圖解(圖4)所示，這些角閃石均屬于鈉角閃石(sodic amphiboles)亞族中的亞鐵鈉閃石。晶體化學(xué)式中Si原子數(shù)為8.14～8.49 apfu?？傮w而言，這些角閃石具有較高的Na和Fe而相對貧Ca(<0.15 apfu)、Mg(<0.06 apfu)和Ti(<0.07 apfu)。對部分角閃石顆粒，從邊部到核部進(jìn)行了電子探針剖面分析，結(jié)果顯示單個樣品內(nèi)部成分大多比較均一(圖5、表3)。

圖 4 波孜果爾巖體中角閃石Mg/(Mg+Fe2+)-Si(apfu)分類圖解(據(jù)Leake et al.， 1997， 2004)Fig. 4 Amphibole classification by Mg/(Mg+Fe2+) against Si (apfu) of amphiboles from the Boziguo’er pluton (after Leake et al., 1997, 2004)

3.1.2 角閃石微量元素及稀土特征

在角閃石稀土元素配分曲線中(圖6a)，所有角閃石測點(diǎn)均呈現(xiàn)出較為一致的配分模式，表現(xiàn)為平坦的輕-中稀土元素，明顯的Eu負(fù)異常，個別樣品的輕微Ce正異常以及重稀土元素富集。對比全巖的稀土元素配分曲線，二者輕-中稀土元素基本平行。重稀土元素在角閃石中具較強(qiáng)的富集，部分角閃石樣品中的Lu含量已接近全巖。由微量元素蛛網(wǎng)圖(圖6b)中可以看出，角閃石和全巖均具有明顯的Ba、Sr、Eu負(fù)異常。與全巖特征不同，角閃石中還具有明顯的Nb、Ta、Y、Ce的負(fù)異常。Nb、Ta在角閃石中含量均遠(yuǎn)低于全巖，且在元素協(xié)變圖解(圖7)中，角閃石中Nb-Zr、Nb-Ta均有很好的線性關(guān)系(回歸系數(shù)R2： Nb-Zr為0.773 4，Nb-Ta為0.824 6)。

3.2 黑云母

在樣品中共選取了24個黑云母點(diǎn)位，在同一點(diǎn)位上分別進(jìn)行電子探針分析和LA-ICP-MS分析，結(jié)果見表3。

3.2.1 黑云母主量元素特征

波孜果爾堿性花崗巖中的黑云母總體顯示出富鐵(TFeO為28.0%～35.7%)、貧鎂(MgO為0.26%～0.67%)和鋁(Al2O3為6.23%～11.0%)、高氟(F為1.68%～4.82%)的特征。值得注意的是A類黑云母和B類黑云母在成分上具有明顯的差異(見圖3)。電子探針結(jié)果顯示，A類黑云母具有相對較高的F含量(A類為3.81%～4.82%，B類為1.68%～3.65%)和SiO2含量(A類為41.5%～43.3%，B類為35.9%～38.5%)，相對較低的TFeO含量(A類為28.0%～31.4%，B類為32.2%～35.7%)和Al2O3含量(A類為6.45%～7.62%，B類為9.70%～11.00%)。

圖 5 電子探針剖面分析點(diǎn)位圖Fig. 5 Photos of EPMA analytical data for the amphibole from core to rim

圖 6 波孜果爾巖體角閃石稀土元素配分曲線(a)及微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(全巖數(shù)據(jù)引自Huang et al., 2018； 球粒隕石及原始地幔標(biāo)準(zhǔn)值引自Sun and McDonough, 1989)Fig. 6 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element patterns of the amphibole from the Boziguo’er pluton (b) (the compositions of bulk rock after Huang et al., 2018; chondrite values and primitive mantle values after Sun and McDonough, 1989)

圖 7 角閃石微量元素協(xié)變圖Fig. 7 Plots of trace elements of amphibole

表 3 角閃石從核部到邊部電子探針剖面數(shù)據(jù)對比 wB/%Table 3 Comparison of EPMA analytical data for the amphibole from core to rim

注： 數(shù)據(jù)12-24～12-30對應(yīng)圖5a， 32-47～32-53對應(yīng)圖5b。

本文根據(jù)林文蔚等(1994)提出的待定陽離子算法，計算黑云母的Fe2+和Fe3+。利用路遠(yuǎn)發(fā)(2004)開發(fā)的Geokit軟件以11個氧原子為基礎(chǔ)對黑云母礦物化學(xué)式進(jìn)行了計算，數(shù)據(jù)顯示金屬原子數(shù)如下：Si為3.23～3.66，Al為0.61～1.18，F(xiàn)e3+為0.16～0.19，F(xiàn)e2+為1.79～2.49，K為0.93～1.03，其它金屬元素均低于0.1。據(jù)Rieder(1999)提出的黑云母命名法，波孜果爾巖體所采樣品中黑云母均屬于鐵云母(annite)。

3.2.2 黑云母微量元素特征

B類黑云母具有明顯低于A類黑云母的Li、Zn、Rb含量。如圖8所示，Nb在黑云母中的含量達(dá)到全巖含量的十余倍，而在A類黑云母中的含量與B類黑云母相近(A類平均為1 258×10-6，B類為1 449×10-6)；Ta則表現(xiàn)出明顯的差異，A類黑云母中Nb含量平均為6.17×10-6，與全巖相近，B類平均為50.1×10-6，顯現(xiàn)為一定程度的富集。黑云母中的稀土元素含量很低，∑REE基本低于1×10-6，許多元素都低于檢測限(表4)。

圖 8 黑云母與全巖中Ta-Nb協(xié)變圖Fig. 8 Plot of Ta-Nb diagram for biotite and bulk rock

4 討論

4.1 角閃石微量元素對巖漿結(jié)晶過程的記錄

研究表明，角閃石族礦物中微量元素組成可以視為巖漿成分和礦物結(jié)構(gòu)(即其位置對特定尺寸和電荷的離子的偏好)的函數(shù)(Bottazzietal.， 1999； Tiepoloetal.， 2000， 2007； Karinetal.， 2017)。

從微量元素圖解看，角閃石和全巖中的Ba、Sr、Eu明顯負(fù)異常反映了斜長石在源區(qū)殘留或早期發(fā)生了明顯的分離結(jié)晶，這與巖體中未發(fā)現(xiàn)斜長石的特征一致。與相關(guān)元素在全巖中的含量相比，角閃石中明顯較低的Rb(角閃石平均41.3×10-6，全巖平均793×10-6)、U(角閃石平均1.07×10-6，全巖平均27.1×10-6)、Y(角閃石平均15.4×10-6，全巖平均218×10-6)以及稀土含量(角閃石中∑REE平均為24.3×10-6；全巖中∑REE平均為1 982×10-6)是由于受到這些元素在角閃石中具有低相容性以及先于角閃石結(jié)晶的礦物導(dǎo)致這些元素從熔體脫離兩方面影響。由于前3種元素在角閃石中均屬于強(qiáng)不相容元素，很難判斷這種現(xiàn)象主要受哪方面影響，但稀土元素之間的相容性差異提供了一種研究的可能。

根據(jù)Karin等(2017)的研究，雖然稀土元素在角閃石中屬于不相容元素，但其配分模式受各稀土元素半徑與角閃石中各位置的理想半徑影響而產(chǎn)生不同。鑭系元素La和Ce，它們的半徑分別為1.16 ?和1.14 ?，和角閃石中8次配位的B位的理想半徑最接近，因此它們更容易被容入。離子半徑在0.86 ?至0.94 ?之間的HREE與6次配位的C位相容，并且隨著原子序數(shù)增加，其相容性呈指數(shù)增加。中稀土元素，例如Gd，具有最低的表觀分配系數(shù)，因?yàn)樗陌霃脚cB和C位的理想半徑相差最遠(yuǎn)，所以較少地進(jìn)入礦物晶格。因此在這種模式下角閃石的配分曲線會出現(xiàn)輕稀土和重稀土元素相比中稀土元素較富集的“似U型”曲線。然而波孜果爾巖體中的角閃石稀土元素配分曲線則顯示不同：重稀土元素隨原子序數(shù)的增加，相容性具有明顯的上升趨勢，而輕稀土元素則沒有因?yàn)锽位的優(yōu)先容入而相對富集(個別樣品出現(xiàn)的Ce正異常很可能是激光打到了極微粒包裹體的原因)。這顯示了輕稀土元素在角閃石結(jié)晶前從熔體中發(fā)生了分離，而這種分離暗示著富輕稀土元素礦物的結(jié)晶(如獨(dú)居石、氟碳鈰鑭礦等)，這種分離過程將在下文進(jìn)一步討論。

4.2 氟在巖漿演化過程中的地球化學(xué)行為

F在大多數(shù)礦物相和水溶液中是高度不相容的，但在含水(OH-)礦物相中卻具有不同程度的相容性(Agangietal.， 2010)。根據(jù)前人對F分配系數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究成果，氟在角閃石和黑云母中具有較高的分配系數(shù)(Latourretteetal.， 1995； Lcenhower and London， 1997)。因此角閃石和黑云母中的F含量能較好地反映其結(jié)晶時對應(yīng)熔體中的F含量。

波孜果爾樣品中的電子探針分析結(jié)果顯示，較早結(jié)晶的B類黑云母(平均4.44%)具有明顯高出較晚結(jié)晶的A類黑云母(平均2.74%)中的F含量(圖9)。這進(jìn)一步驗(yàn)證了巖漿在結(jié)晶過程中，隨著長石、石英等不含F(xiàn)礦物相的結(jié)晶，熔體中的F在不斷富集。然而角閃石的F含量卻并沒有顯示明顯的差異，這暗示在角閃石開始結(jié)晶時，巖漿中的F很可能已達(dá)到飽和。F的飽和致使螢石分散狀結(jié)晶，在此過程中螢石晶體周邊的非橋氧數(shù)迅速下降，使得稀有金屬礦物開始結(jié)晶。相比Nb、Ta等元素，硅酸鹽熔體中Zr濃度較高(全巖Zr平均965×10-6，Nb平均200×10-6，Ta平均10.6×10-6)，使得迅速過飽和條件下鋯石的晶出最為顯著。隨著結(jié)晶的進(jìn)行，最終稀有金屬礦物及稀土礦物均呈填隙狀充填在礦物間隙中(圖2f)。

圖 9 黑云母和角閃石中的F含量對比Fig. 9 Comparison of F content in biotite and amphibole

4.3 巖漿結(jié)晶中Nb、Ta的分配

鈮和鉭極其相似的性質(zhì)使得Nb/Ta值的變化能夠記錄巖石或礦物在形成過程中Nb-Ta的分餾過程(Xiaoetal.， 2006； Zhangetal.， 2008； Lichterveldeetal.， 2011； Huangetal.， 2012)。波孜果爾巖體中Nb、Ta的富集(Nb含量為92.4×10-6～317×10-6，平均201×10-6，Ta含量為5.92×10-6～20.5×10-6，平均10.7×10-6)以及明顯高于Jochum等(1986)所測球粒隕石17.57的Nb/Ta值(平均19.5)，主要受控于它們在常見造巖礦物中較強(qiáng)的不相容性及其相容性差異引起的Nb-Ta分餾過程，這也反映了波孜果爾巖體的母巖漿經(jīng)歷了高度分異和演化(Stepanov and Hermann， 2013； Huangetal.， 2014)。相比全巖，角閃石和黑云母中超高的Nb、Ta值(角閃石Nb/Ta值為75.2～1 368，平均208；黑云母Nb/Ta值為23.0～720，平均142)，則記錄了巖漿結(jié)晶過程中Nb、Ta在礦物相中的進(jìn)一步顯著分餾，這為重建巖漿結(jié)晶過程與Nb、Ta分配過程提供了依據(jù)。

根據(jù)前人測定的熔體-礦物分配系數(shù)(圖10)，在絕大多數(shù)主要礦物中Nb均比Ta更相容，即隨著結(jié)晶的進(jìn)行，巖漿中的Nb/Ta值會不斷降低，并且在礦物中記錄下這種變化趨勢。然而波孜果爾巖體中角閃石中顯著高于全巖的Nb/Ta值以及較晚結(jié)晶的A類黑云母顯著高于較早結(jié)晶的B類黑云母中的Nb/Ta值(圖11)，說明在結(jié)晶過程中必定存在其他地球化學(xué)過程，導(dǎo)致Ta從熔體中分離。

圖 10 礦物中Nb、Ta的分配系數(shù)(轉(zhuǎn)繪自Stepanov et al., 2012)Fig. 10 Partition coefficients for Nb and Ta in minerals (modified after Stepanov et al., 2012)

圖 11 黑云母、角閃石以及全巖中Nb/Ta比值對比Fig. 11 Comparison of Nb/Ta ratios in biotite, amphibole and bulk rock

由此，本文認(rèn)為波孜果爾巖體經(jīng)歷了以下成巖成礦過程：由于巖漿高氟、貧水的特點(diǎn)(尹京武等， 2013； Huangetal.， 2014)，使得巖漿中含水暗色礦物、富稀土及稀有金屬礦物較晚結(jié)晶。Nb、Ta在長石石英中高度不相容性以及氟的作用，使得早期長石石英的結(jié)晶過程中熔體中的Nb、Ta含量不斷上升。B類黑云母較早結(jié)晶而顯示較低的F含量，隨后巖漿中F達(dá)到飽和，伴隨螢石的結(jié)晶，富稀有金屬礦物(尤其是鋯石)及稀土礦物發(fā)生過飽和而大量結(jié)晶(如圖2f)。揮發(fā)分的飽和，加之溫度進(jìn)一步降低使得角閃石與A類黑云母同時結(jié)晶，最終巖漿固結(jié)。由于礦物晶體的大小主要受控于巖漿中揮發(fā)分含量(Nabelek and Sirbescu， 2010)，使得角閃石顆粒明顯大于早期結(jié)晶的長石、石英及云母等，且稀土礦物的大量結(jié)晶，使得角閃石中稀土含量相對于全巖表現(xiàn)為數(shù)量級的虧損(圖6a)。這一過程中Nb、Ta主要存在于黑云母、鋯石、獨(dú)居石、燒綠石、星葉石等礦物中。主要礦物及大部分副礦物中均高于全巖的Nb/Ta值這一不平衡的現(xiàn)象主要受控于揮發(fā)分的帶出以及鋯石的結(jié)晶，尤其是F飽和導(dǎo)致的鋯石大量結(jié)晶。

5 結(jié)論

(1) 波孜果爾巖體中的角閃石主要為亞鐵鈉閃石，呈填隙狀分布，成分上富Na和Fe而相對貧Ca、Mg和Ti，角閃石顆粒內(nèi)成分較均一，顯示為最晚期結(jié)晶的主要礦物?；◢弾r中角閃石對輕稀土相對較高的相容性與波孜果爾巖體中角閃石輕稀土元素的虧損對比，揭示了角閃石結(jié)晶前富輕稀土礦物的結(jié)晶分離。波孜果爾巖體中的黑云母主要為鐵云母，總體具有富Fe、高F、貧Mg和Al的特征。根據(jù)鏡下特征，可分為A類黑云母(與角閃石共生)與B類黑云母(不與角閃石共生)。A類黑云母具有較高的F、SiO2含量和相對較低的TFeO、Al2O3含量，反映了A類黑云母相對B類黑云母更晚結(jié)晶。

(2) 長英質(zhì)熔體中的氟能解聚熔體以增加熔體中的非橋氧數(shù)，從而增強(qiáng)Nb、Ta等稀有金屬元素進(jìn)入熔體結(jié)構(gòu)的能力。波孜果爾巖體巖漿源區(qū)富稀有稀土金屬的性質(zhì)為巖體成礦提供了物質(zhì)來源，而富氟的特點(diǎn)使成礦元素能在熔體中不斷富集。角閃石和黑云母中F含量的變化記錄了巖漿中F含量的演化趨勢：A類黑云母明顯高出B類黑云母中的F含量反映巖漿結(jié)晶過程中F含量的不斷富集，而角閃石中較穩(wěn)定的F含量反映在角閃石結(jié)晶時F已經(jīng)達(dá)到飽和，揭示了角閃石結(jié)晶前氟飽和引起的稀有稀土金屬礦物大量結(jié)晶過程。

(3) 波孜果爾巖體結(jié)晶過程中熔體的Nb、Ta含量隨著石英、長石等主要礦物的結(jié)晶而富集，伴隨著熔體氟的飽和以稀有稀土金屬礦物形式結(jié)晶分離，最終Nb、Ta主要賦存于黑云母、鋯石、獨(dú)居石、燒綠石、星葉石等礦物中。主要礦物及大部分副礦物中均高于全巖的Nb/Ta值產(chǎn)生了元素不平衡的現(xiàn)象，可能存在兩種情況使Ta從巖漿中分離：巖漿氣熱相對Ta的帶出；F的飽和促使鋯石大量結(jié)晶，大量Ta隨鋯石結(jié)晶分離。

致謝中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源實(shí)驗(yàn)室楊水源副教授和合肥工業(yè)大學(xué)汪方躍副研究員分別為開展電子探針和LA-ICP-MS成分分析提供了寶貴的支持和協(xié)助，兩位匿名審稿人對本文提出了寶貴的修改意見，在此一并致謝。