西藏班戈地區(qū)早白堊世高分異花崗巖年代學(xué)及巖石成因*

王楠 劉治博 宋揚(yáng) 鄭衛(wèi)紅 李發(fā)橋 滕磊

1. 中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，自然資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 1000372. 中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，自然資源部深地動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 1000373. 重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局川東南地質(zhì)大隊(duì)，重慶 4000384. 中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083

作為巖漿演化過程晚期的結(jié)晶產(chǎn)物，高分異花崗巖往往經(jīng)歷了較為強(qiáng)烈的巖漿分離結(jié)晶作用，在礦物組合上以較低暗色礦物含量和較高的石英及長(zhǎng)石含量為主要特征(Taoetal., 2013)，而巖漿演化過程中的分離結(jié)晶作用在巖漿W-Sn-Nb-Ta元素的富集中起了重要作用(Jiangetal., 2016)，因此高分異花崗巖具有其特殊的成礦專屬性，并因此受到廣泛關(guān)注(吳福元等, 2007a, 2015; Lietal., 2007; Liuetal., 2016)。現(xiàn)有研究表明，一些礦床如我國的華南、藏南以及歐洲的華力西造山帶等地區(qū)分布的W-Sn-Nb-Ta、REE和Li-Be等礦床均被認(rèn)為與高分異花崗巖具有成因上的關(guān)聯(lián)(Yinetal., 1995; Marignac and Cuney, 1999; Zhuetal., 2001; Wuetal., 2017)。因此，高分異花崗巖的識(shí)別和成因研究可以為深化相關(guān)礦床研究提供直接的依據(jù)。

青藏高原自古生代以來經(jīng)歷了復(fù)雜的多地塊拼貼歷史，并被認(rèn)為與不同時(shí)期的特提斯洋閉合及兩側(cè)地塊的碰撞有關(guān)，漫長(zhǎng)的地質(zhì)演化歷史為諸多礦床提供了良好的成礦條件(Yin and Harrison, 2000; Metcalfe, 2011, 2013; Xuetal., 2015)。班公湖-怒江結(jié)合帶(后簡(jiǎn)稱班-怒帶)是青藏高原內(nèi)一條重要縫合帶，記錄了班公湖-怒江特提斯洋(后簡(jiǎn)稱班-怒洋)在中生代期間的打開及閉合事件，并因帶內(nèi)多龍礦集區(qū)、尕爾窮-嘎拉勒銅金礦床和舍索-雄梅銅礦化帶的發(fā)現(xiàn)而受到廣泛關(guān)注(宋揚(yáng)等, 2014及其文獻(xiàn), 2019; Lietal., 2017a)。班-怒帶兩側(cè)的南羌塘、北拉薩地塊中發(fā)育了大量白堊紀(jì)花崗巖漿作用(潘桂棠等, 2006; 朱弟成等, 2006; 曲曉明等, 2009; Fanetal., 2016; Haoetal., 2016a, b; Lietal., 2013, 2014, 2016a, b, 2017a, b; Liuetal., 2012, 2014, 2017; Zhangetal., 2017; Zhuetal., 2011, 2016)，作者在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作中發(fā)現(xiàn)，部分巖體具有明顯的高分異花崗巖特征。因此，班-怒帶為尋找具有成礦潛力巖體并進(jìn)行巖石成因方面的研究提供了良好條件。

本文將對(duì)北拉薩地塊班戈地區(qū)的曲梅勒高分異花崗巖進(jìn)行年代學(xué)、巖石地球化學(xué)和鋯石Hf同位素方面的研究，討論其巖石成因類型和巖漿演化過程，并對(duì)其含礦性進(jìn)行評(píng)價(jià)，為今后找礦工作提供線索。

1 區(qū)域地質(zhì)背景及巖相學(xué)

青藏高原由多塊體組成，自北向南依次為柴達(dá)木、松潘-甘孜、羌塘、拉薩和喜馬拉雅等地塊，并依次為阿尼瑪卿-昆侖-慕士塔格、金沙江、班公湖-怒江和雅魯藏布江等多個(gè)結(jié)合帶所隔(Yin and Harrison, 2000; Zhuetal., 2013)(圖1a)。班-怒帶分隔北側(cè)的羌塘地塊與南側(cè)的拉薩地塊，東西向延伸約2000km，主要由侏羅紀(jì)-白堊紀(jì)復(fù)理石、混雜巖和不連續(xù)分布的蛇綠巖套組成，代表了班-怒洋盆的殘余。拉薩地塊自北向南可分為北-中-南三個(gè)次級(jí)塊體(Zhuetal., 2013)。其中北拉薩地塊位于班-怒帶和獅泉河-納木錯(cuò)混雜帶之間，主要出露中生代地層，如侏羅系砂巖夾火山巖夾層(接奴群)、復(fù)理石沉積建造(拉貢塘組)、灰?guī)r(日拉組)，上覆早白堊世火山-沉積單元(去申拉和多尼組)、灰?guī)r(朗山組)以及晚白堊世磨拉石建造(竟柱山組)(Leieretal., 2007)。此外，帶內(nèi)發(fā)育大量中-酸性巖漿巖，主要時(shí)代為白堊紀(jì)，被認(rèn)為與班-怒洋的南向俯沖有關(guān)，典型代表為班戈巖基和阿翁錯(cuò)巖基(高順寶等, 2011; Zhuetal., 2009a, 2011, 2013, 2016)。區(qū)域構(gòu)造線以NW-SE向?yàn)橹?，斷層多具逆沖性質(zhì)，控制區(qū)內(nèi)地層和巖體的展布方向。

曲梅勒巖體位于班戈縣城NNW方向5km左右，呈巖株?duì)町a(chǎn)出，出露面積較小(圖1b、圖2a)。1:25萬多巴幅地質(zhì)調(diào)查中，前人認(rèn)為曲梅勒巖體侵入于SE方向的早白堊世班戈巖體，并且北部為古-始新統(tǒng)牛堡組砂巖不整合覆蓋(吉林省地質(zhì)調(diào)查院,2003)。本次1:5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查過程中，未見與班戈巖體石英閃長(zhǎng)巖部分直接接觸關(guān)系，根據(jù)鋯石U-Pb定年結(jié)果，推測(cè)石英閃長(zhǎng)巖時(shí)代晚于曲梅勒巖體。此外，曲梅勒巖體與北側(cè)下白堊統(tǒng)多尼組(原古新統(tǒng)-始新統(tǒng)牛堡組)出露砂巖的接觸界面見明顯烘烤面及角巖化現(xiàn)象，推測(cè)北側(cè)地層早于曲梅勒巖體。巖石外表中-輕度風(fēng)化，節(jié)理較為發(fā)育，新鮮面為灰白色(圖2b)。巖性為二長(zhǎng)花崗巖，少量鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石斑晶，其余為中-粗粒石英(30%)+斜長(zhǎng)石(30%)+鉀長(zhǎng)石(35%)，以及少量黑云母和白云母，金屬礦物少見(圖2c, d)。其中石英呈他形粒狀充填在長(zhǎng)石間隙中，波狀消光普遍，裂隙發(fā)育；斜長(zhǎng)石自形程度較高，聚片雙晶發(fā)育，多絹云母化；鉀長(zhǎng)石多呈短柱狀，主要為條紋長(zhǎng)石和正長(zhǎng)石，見簡(jiǎn)單雙晶，普遍有較弱的泥化現(xiàn)象；黑云母半自形片狀，解理發(fā)育，部分蝕變?yōu)榘自颇福娚倭亢F質(zhì)等成分沿解理縫析出；白云母多呈細(xì)小片狀分布在斜長(zhǎng)石等礦物顆粒中。此外，還可見鋯石、榍石和磁鐵礦等副礦物。

圖1 班戈地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖

(b)據(jù)西藏自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院, 2002(1)西藏自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院. 2002. 1:25萬班戈縣幅區(qū)域地質(zhì)圖; 吉林省地質(zhì)調(diào)查院, 2003(2)吉林省地質(zhì)調(diào)查院. 2003. 1:25萬多巴區(qū)幅區(qū)域地質(zhì)圖; 年齡數(shù)據(jù)引自高順寶等, 2011; Haideretal., 2013; Volkmeretal., 2014; Zhuetal., 2016

Fig.1 Distribution of Early Paleozoic granites and geological sketch map of Baingoin area Age data sources: Gaoetal., 2011; Haideretal., 2013; Volkmeretal., 2014; Zhuetal., 2016

圖2 班戈地區(qū)曲梅勒花崗巖野外(a、b)及顯微鏡下(c、d)照片Kf-鉀長(zhǎng)石；Pl-斜長(zhǎng)石；Qz-石英；Bt-黑云母；Ms-白云母Fig.2 Outcrops (a, b) and photomicrographs (c, d) of Qumeile granite in Baingoin areaKf-K-feldspar; Pl-plagioclase; Qz-quartz; Bt-biotite; Ms-muscovite

2 分析方法

2.1 LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年

鋯石樣品的分選、制靶和陰極發(fā)光(CL)圖像在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司實(shí)驗(yàn)室完成。樣品破碎至80～120目，經(jīng)淘洗粉塵、去除磁性礦物、重液分選等程序；在雙目體視顯微鏡下隨機(jī)挑選一定數(shù)量的鋯石顆粒粘在雙面膠上，然后以低溫環(huán)氧樹脂澆鑄，然后在自動(dòng)拋光機(jī)上對(duì)鋯石表面進(jìn)行拋光，并依次用酒精、洗滌劑和水在超聲波中對(duì)靶表面進(jìn)行清洗。制靶完成后先在偏光顯微鏡下按最寬視域依次進(jìn)行透射光和反射光照相，然后對(duì)鋯石靶進(jìn)行鍍金處理，CL圖像是在配備了英國Gatan陰極熒光探頭的日本電子JSM6510型電子顯微鏡采集的。

測(cè)試分析在中國地質(zhì)科學(xué)院國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心完成。鋯石U-Pb定年工作所用的激光系統(tǒng)為美國New Wave公司生產(chǎn)的釔鋁榴石系統(tǒng)，波長(zhǎng)為213nm，束斑直徑可調(diào)。質(zhì)譜儀為Thermo Element XR。激光剝蝕采樣過程以氦氣作為載氣，氦氣攜帶樣品氣溶膠在進(jìn)入ICP之前通過一個(gè)T型三通接頭與氬氣(載氣、等離子體氣和補(bǔ)償氣)混合。通過調(diào)節(jié)氦氣和氬氣氣流大小，以獲得NIST SRM 612(美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì))最佳信號(hào)為條件實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)最優(yōu)化。優(yōu)化條件主要為信號(hào)靈敏度最高、氧化物產(chǎn)率最低、雙電荷干擾最小、氣體空白最低和信號(hào)強(qiáng)度最穩(wěn)定。在束斑直徑為35μm、頻率為10Hz、能量密度約為8J/cm2激光剝蝕條件下，線掃描方式剝蝕NIST SRM 612可獲得：232Th靈敏度可達(dá)2×105cps/ppm；氧化物產(chǎn)率ThO/Th<0.3%。每個(gè)樣品同時(shí)測(cè)試202Hg、204Pb、206Pb、207Pb、208Pb、232Th、235U、238U等同位素，樣品測(cè)試時(shí)采樣方式為單點(diǎn)剝蝕、跳峰采集；單點(diǎn)采集時(shí)間模式為：20s氣體空白+40s樣品剝蝕+20s沖洗；每10個(gè)未知樣品點(diǎn)插入一組標(biāo)樣。GJ-1作為外標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)校正，Plesovice用于數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控，數(shù)據(jù)處理采用Glitter軟件。

2.2 主、微量元素分析

本項(xiàng)研究所選新鮮樣品的巖石粉末碎樣、化學(xué)全分析工作澳實(shí)分析檢測(cè)(廣州)有限公司完成。氧化物用X熒光光譜儀(XRF)測(cè)試，試樣加入包含硝酸鋰在內(nèi)的助熔劑，充分混合后，高溫熔融。熔融物倒入鉑金模子形成扁平玻璃片后，再用X熒光光譜儀分析。同時(shí)稱取另一份試樣放入馬弗爐中，于1000℃加熱1小時(shí)。冷卻后稱重。樣品加熱前后的重量差即是燒失量。FeO經(jīng)硫酸和氫氟酸消解后測(cè)定， 試樣倒入裝有稀硫酸或磷酸、硼酸溶液的燒杯中，用重鉻酸鉀溶液滴定。稀土元素和微量元素試樣稱取兩份，一份試樣用高氯酸、硝酸、氫氟酸消解。蒸至近干后的樣品用稀鹽酸溶解定容，再用等離子體發(fā)射光譜與等離子體質(zhì)譜進(jìn)行分析。另一份試樣加入到偏硼酸鋰/四硼酸鋰熔劑中，混合均勻，在1025℃以上的熔爐中熔化。熔液冷卻后，用硝酸、鹽酸和氫氟酸定容，再用等離子體質(zhì)譜儀分析。根據(jù)樣品的實(shí)際情況和消解效果，綜合取值即是最后的檢測(cè)結(jié)果。

2.3 LA-ICP-MS Hf同位素

鋯石Hf同位素的分析是在前述鋯石U-Pb同位素基礎(chǔ)上完成的，測(cè)試在中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所Neptune Plus型多接收等離子質(zhì)譜和GeoLasPro 193nm激光剝蝕系統(tǒng)(LA-MC-ICP-MS)上進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)過程中采用He作為剝蝕物質(zhì)載氣，根據(jù)鋯石大小，剝蝕直徑采用44μm，測(cè)定時(shí)使用鋯石國際標(biāo)樣GJ-1作為參考物質(zhì)。相關(guān)儀器運(yùn)行條件及詳細(xì)分析流程見侯可軍等(2007)。分析過程中鋯石標(biāo)準(zhǔn)GJ-1的176Hf/177Hf測(cè)試加權(quán)平均值分別為0.282007±0.000025(2σ)。計(jì)算初始176Hf/177Hf時(shí)，Lu的衰變常數(shù)采用1.865×10-11y-1(Schereretal., 2001)，εHf(t)值的計(jì)算時(shí)采用球粒隕石Hf同位素值176Lu/177Hf=0.0336，176Hf/177Hf=0.282785(Bouvieretal., 2008)。在Hf的地幔模式年齡計(jì)算中，虧損地幔176Hf/177Hf現(xiàn)在值采用0.28325，176Lu/177Hf采用0.0384(Griffinetal., 2000)，地殼模式年齡計(jì)算時(shí)采用平均地殼的176Lu/177Hf=0.015(Griffinetal., 2002)。

3 分析結(jié)果

3.1 LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年

用于進(jìn)行鋯石U-Pb定年的樣品號(hào)為17BGA31-3。陰極發(fā)光圖像中，該樣品中鋯石多呈灰白色，主要為短柱狀，少數(shù)呈長(zhǎng)柱狀，長(zhǎng)度介于80～200μm之間，長(zhǎng)寬比1.5:1～2:1；清晰巖漿振蕩環(huán)帶顯示其可能為巖漿成因(圖3a)。此外，較亮的陰極發(fā)光圖像表明鋯石中U、Th和REE等微量元素含量不高(Hanchar and Miller, 1993; Rubatto and Gebauer, 2000)。測(cè)試結(jié)果顯示，鋯石中Th含量為26×10-6～1129×10-6，U含量為362×10-6～2084×10-6，Th/U比值平均為0.13(表1)， 可能為巖漿成因(吳元保和鄭永飛, 2004)。通過鋯石內(nèi)部的206Pb/238U進(jìn)行加權(quán)平均年齡計(jì)算，該樣品加權(quán)平均年齡為128±2Ma(MSWD=1.3, n=22)(圖3b, c)。此外，測(cè)點(diǎn)8、12和14的U-Pb年齡分別為360Ma、921Ma和400Ma，結(jié)合陰極發(fā)光圖像分析，上述年齡可能來自于鋯石捕虜晶。

表1班戈地區(qū)曲梅勒花崗巖鋯石LA-ICP-MSU-Th-Pb數(shù)據(jù)

Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic analyses for the samples of Qumeile granite in Baingoin area

測(cè)點(diǎn)號(hào)含量(×10-6)PbThUTh/U同位素比值年齡(Ma)207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ-1169517180.060.04710.00060.13260.00200.02010.0002563112621282-241033620.280.04830.00130.14230.00390.02100.00031166113531342-3169317530.050.05080.00080.14120.00240.01910.00022313613421222-48568210.070.04760.00080.13330.00230.02020.0003783912721292-58618490.070.04780.00080.13290.00240.02020.0003874012721292-68658450.080.04920.00080.13570.00240.02010.00031573812921282-771647090.230.04910.00090.13550.00250.02010.00031514012921282-8161595410.290.05510.00080.43770.00700.05740.00074173136953604-9146915040.050.04840.00070.13550.00210.01980.00021183312921262-101911120840.050.04890.00070.13760.00200.01980.00021423113121262-117548310.070.04850.00160.12550.00430.01900.00031227712041212-12872578690.30.06850.00081.48250.02050.15350.001888323923892110-13127512530.060.04870.00080.13970.00260.02040.00031354013321302-1450112914480.780.05670.00060.52640.00710.06400.00084772542954005-15107410670.070.04940.00080.13750.00230.01980.00031653613121262-16127712430.060.05270.00080.14910.00260.02010.00033143614121282-176605890.10.04940.00100.13790.00290.02010.00031684513131282-188778400.090.04990.00090.14270.00260.02110.00031913913621352-1995010650.050.04860.00120.13030.00340.01900.00031295812431222-209539610.050.04830.00080.13930.00240.02080.00031153613221322-21136414310.040.04940.00070.14250.00220.02010.00031673213521282-225265880.040.04710.00090.13710.00270.02080.0003524313021332-239669360.070.04880.00080.14750.00260.02100.00031373714021342-248598940.070.04890.00080.13740.00250.02010.00031443813121282-257498020.060.04930.00080.13870.00260.01970.00031644013221262

圖3 班戈地區(qū)曲梅勒花崗巖鋯石陰極發(fā)光圖像(a)、U-Pb諧和曲線(b)和加權(quán)平均年齡圖(c)圖3a中紅色實(shí)線和黃色虛線分別代表LA-ICP-MS U-Pb定年和Hf同位素分析測(cè)點(diǎn)Fig.3 Cathodoluminescence (CL) images (a), U-Pb concordia (b) and weighted average age plots (c) of zircon grains from Qumeile granite in Baingoin areaRed solid and yellow dashed circles indicate the locations of LA-ICP-MS U-Pb and Hf analyses in Fig.3a, respectively

圖4 班戈地區(qū)曲梅勒花崗巖SiO2-(Na2O+K2O)圖(a, 據(jù)Middlemost, 1994修改)和SiO2-K2O圖(b, 據(jù)Martin et al., 2005修改)引文數(shù)據(jù)來源：引自邱儉生等 (2008); Jahn et al. (2001); Wu et al. (2003a); Zhu et al. (2009b, 2015); Tao et al. (2013). 圖5、圖8、圖10、圖11、圖13、圖14中數(shù)據(jù)來源及圖例同此圖Fig.4 Whole-rock SiO2 vs. Na2O+K2O (a, after Middlemost, 1994) and SiO2 vs. K2O (b, after Martin et al., 2005) classification diagrams of the granite phases from Qumeile granite in Baingoin areaData sources: Qiu et al. (2008); Jahn et al. (2001); Wu et al. (2003a); Zhu et al. (2009b, 2015); Tao et al. (2013). Data sources and symbols in Fig.5, Fig.8, Fig.10, Fig.11, Fig.13, Fig.14 as in this figure

3.2 巖石地球化學(xué)特征

全巖地球化學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)果見表2。其SiO2含量為74.40%～76.67%，F(xiàn)eOT含量為0.61%～1.59%，Na2O含量為2.73%～2.89%，K2O含量為4.61%～4.83%，Na2O+K2O含量為7.49%～7.56%，Na2O/K2O比值為0.57～0.62(表2)。根據(jù)SiO2-Na2O+K2O分類圖(圖4a)，全部樣品落入了花崗巖區(qū)域內(nèi)，根據(jù)SiO2-K2O圖(圖4b)，該花崗巖為高鉀鈣堿性系列。Al2O3含量為12.82%～13.74%，A/CNK為1.19～1.24，A/NK為1.31～1.41。在A/CNK-A/NK分類圖(圖5)，該花崗巖樣品落入了過鋁質(zhì)區(qū)域，屬強(qiáng)過鋁質(zhì)?？傮w上，具有高Si、K，富全堿，低Mg、Fe、Ca的特征。此外，曲梅勒花崗巖與中國部分具高分異特征的花崗質(zhì)巖石在主量元素特征方面具有一定的相似性(圖4、圖5)。

該花崗巖REE總量較低，為57×10-6～67×10-6(表2)，配分模式表現(xiàn)為輕稀土相對(duì)富集的右傾型(圖6a)，其中輕重稀土LREE/HREE比值為3.32～5.89，(La/Yb)N為3.07～5.84，表明輕重稀土之間分餾程度較低(表2)。(La/Sm)N為2.63～3.51，(Gd/Lu)N為1.07～1.38，反映了LREE和HREE元素內(nèi)部分餾均不明顯。此外，該類花崗巖具有中等-強(qiáng)烈的負(fù)Eu異常，Eu/Eu*為0.24～0.62。微量元素蛛網(wǎng)圖中，該花崗巖主要富集大離子親石元素(LILEs)Rb、Th、U和K等，相對(duì)虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSEs)，并且在Ba、Nb、Ta、P和Ti等元素上表現(xiàn)出了明顯的負(fù)異常(圖6b)。

此外，根據(jù)Milleretal. (2003)提出的鋯元素飽和濃度溫度計(jì)進(jìn)行計(jì)算，該花崗巖的TZr為721～740℃，平均溫度為731℃；根據(jù)Rapp and Watson (1986)和Montel (1993)提出的稀土元素飽和濃度溫度計(jì)進(jìn)行計(jì)算，該花崗巖的TREE為741～756℃，平均溫度為751℃(表2)。

表2班戈地區(qū)曲梅勒花崗巖主量(wt%)和微量(×10-6)元素含量

Table 2 Major (wt%) and trace (×10-6) elements compositions of Qumeile granite in Baingoin area

樣品號(hào)17BGA31-217BGA31-517BGA55-117BGA52-4-2SiO275.5575.7774.4076.67TiO20.130.120.140.10Al2O313.5213.0213.7412.82FeOT1.591.521.300.61MnO0.040.040.030.01MgO0.210.160.230.12CaO0.630.560.970.35Na2O2.882.732.882.89K2O4.614.834.654.63P2O50.170.170.190.14LOI0.940.750.740.87Total100.1599.5799.1699.21Ga19.518.417.616.2Rb519511389426Sr34.833.279.828.1Y20.720.817.023.3Zr72.064.070.055.0Nb15.014.010.610.2Ba78.177.9263.067.1Hf2.32.22.32.0Ta3.63.81.92.3Pb25.726.732.422.7Bi1.82.30.31.1Th9.08.37.58.2U4.73.52.92.5Li173.5146.558.873.5Be0.60.90.91.6Sc5.84.35.53.7V17.011.012.05.0Cr25.014.036.012.0Co0.61.01.40.7Ni1.71.72.80.8Cu21.320.42.22.8Zn40.030.032.011.0Cs49.952.225.228.9La11.911.213.69.8Ce26.124.127.520.9Pr3.02.83.02.3Nd10.610.610.58.2Sm2.72.72.52.4Eu0.30.30.50.2Gd2.92.82.42.9Tb0.60.60.40.6Dy3.53.52.63.8Ho0.60.60.60.8Er1.81.91.62.2Tm0.30.30.30.3Yb1.91.81.72.3Lu0.30.30.30.3∑REE66.463.467.457.0DI91.692.790.594.9TZr (℃)740730734721TREE (℃)756751755741

圖5 班戈地區(qū)曲梅勒花崗巖A/CNK-A/NK圖(據(jù)Maniar and Piccoli, 1989)Fig.5 A/CNK vs. A/NK diagram of Qumeile granite in Baingoin area (after Maniar and Piccoli, 1989)

3.3 Hf同位素特征

對(duì)曲梅勒花崗巖中15顆已測(cè)U-Pb年齡的鋯石進(jìn)行原位Hf同位素分析。分析結(jié)果表明，176Hf/177Hf范圍為0.282588～0.282781，對(duì)應(yīng)的εHf(t)變化于-3.8～+2.0，根據(jù)鋯石U-Pb年齡計(jì)算的二階段模式年齡(tDM2)變化于997～1426Ma之間(表3、圖7)，可能代表其殼幔分異作用時(shí)代(吳福元等, 2007b)。

4 討論

4.1 成因類型

圖6 班戈地區(qū)曲梅勒花崗巖全巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式(a)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖 (b)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive-mantle normalized spiderdiagrams (b) for Qumeile granite in Baingoin area (normalization values after Sun and McDonough, 1989)

圖7 班戈地區(qū)曲梅勒花崗巖鋯石εHf(t)頻率直方圖(a)、tDM2頻率直方圖(b)和Hf同位素組成(c，據(jù)Zhu et al., 2011)Fig.7 Histograms of εHf(t) (a) and tDM2 (b), and Hf isotopic compositions (c, after Zhu et al., 2011) of zircons from Qumeile granite in Baingoin area

角閃石、堇青石和堿性暗色礦物是判斷花崗巖類巖石成因類型的直接證據(jù)，曲梅勒花崗巖鏡下未見上述標(biāo)志性礦物，而在缺少礦物學(xué)證據(jù)的情況下，巖石地球化學(xué)便成了良好的指標(biāo)(Pitcher, 1997)。花崗巖巖石類型判別圖解(Ce、K2O/MgO、K2O+Na2O及Zr對(duì)104×Ga/Al)中(圖8)，曲梅勒花崗巖因其較高的Ga/Al值，樣品落入了A型花崗巖和靠近A型花崗巖的區(qū)域內(nèi)(Whalenetal., 1987)。但是，A型花崗巖與SiO2>72%的I-/S-型高分異花崗巖，由于礦物組合和化學(xué)成分都趨近于最低共熔點(diǎn)組分，往往在地球化學(xué)特征上表現(xiàn)出一定的相似性(Whalenetal., 1987; Kingetal., 1997; Wuetal., 2003a, b)。而曲梅勒花崗巖高SiO2和全堿含量，低Fe、Mg和Ca含量以及低K/Rb比值，富集Rb、Th、U和Pb，虧損Ba、P和Ti等特征(圖6、表2)，均暗示其可能屬于高分異花崗巖(Blevin and Chappell, 1992; Chappell and

表3班戈地區(qū)曲梅勒花崗巖鋯石Lu-Hf同位素?cái)?shù)據(jù)

Table 3 LA-ICP-MS zircon Hf isotopic analyses for the samples of Qumeile granite in Baingoin area

測(cè)點(diǎn)號(hào)Age(Ma)176Yb177Hf2σ176Lu177Hf2σ176Hf177Hf2σ176Hf177Hf(t)εHf(t)tDM (Ma)tDM2 (Ma)fLu/Hf-11280.0799880.0020370.0025220.0000350.2826560.0000150.282650-1.58801280-0.92-21340.0358040.0004730.0011640.0000100.2826720.0000150.282669-0.78261235-0.96-41290.0462740.0003380.0014680.0000050.2826250.0000160.282622-2.58981344-0.96-51290.0361930.0003880.0012360.0000060.2825880.0000160.282585-3.89451426-0.96-71280.0519400.0004270.0015950.0000130.2826920.0000170.282688-0.28071195-0.95-91260.0591610.0004270.0018170.0000090.2826880.0000160.282683-0.48171206-0.95-101260.0667120.0032220.0020890.0000900.2826200.0000190.282615-2.89211360-0.94-111210.0511540.0006820.0016480.0000210.2827150.0000160.2827110.57741147-0.95-131300.0621280.0017290.0019290.0000600.2827040.0000160.2826990.37961168-0.94-151260.0447130.0009540.0013860.0000250.2826910.0000140.282687-0.28031197-0.96-171280.0258500.0006030.0008290.0000150.2826170.0000160.282615-2.78951359-0.98-181350.0351100.0004710.0011300.0000110.2826230.0000150.282620-2.48941344-0.97-191220.0469240.0008760.0015040.00003102827810.0000170.2827772.9677997-0.95-201320.0400810.0002930.0013120.0000050.2825950.0000160.282591-3.59381410-0.96-211280.1102520.0045010.0033790.0001400.2827220.0000170.2827140.78021136-0.90

圖8 班戈地區(qū)曲梅勒花崗巖成因類型判別圖解(據(jù)Whalen et al., 1987; d, I/S分異型花崗巖范圍據(jù)Wu et al., 2017)Fig.8 Discrimination diagrams of genetic type for Qumeile granite in Baingoin area (after Whalen et al., 1987; d, I/S-type fractionated granite data after Wu et al., 2017)

圖9 班戈地區(qū)曲梅勒花崗巖關(guān)鍵元素比值TE1,3=(TE1×TE3)0.5，TE1=(Ce/Ce*×Pr/Pr*)0.5，TE3=(Tb/Tb*×Dy/Dy*)0.5(Irber, 1999).球粒隕石引自Sun and McDonough (1989)，巖漿巖范圍、花崗巖范圍和大陸地殼范圍引自Jiang et al. (2016)Fig.9 Variations in several key elemental ratios as indicators of differentiation from Qumeile granite in Baingoin areaTE1,3=(TE1×TE3)0.5, TE1=(Ce/Ce*×Pr/Pr*)0.5, TE3=(Tb/Tb*×Dy/Dy*)0.5 (Irber, 1999). Chondrite data from Sun and McDonough (1989), range data of magmatic rocks, granitoids and continental rocks from Jiang et al. (2016)

White, 1992; Sawkaetal., 1990; Sylvester, 1998; Foleyetal., 2000; Clemens, 2003; Xiongetal., 2005; Xiaoetal., 2014; Qiuetal., 2017)。并且單階段的部分熔融無法產(chǎn)生具低Sr(<100×10-6)和高Rb含量的花崗巖，因此曲梅勒巖體很可能經(jīng)歷了強(qiáng)烈的分離結(jié)晶作用(Hallidayetal., 1991; Samietal., 2018)。

曲梅勒花崗巖具有較低的Ba、Zr、Y、Nb、La和Ce含量，相對(duì)較低的鋯元素飽和濃度溫度(Milleretal., 2003; 721～740℃; 表2)，以及虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素的特征，也與A型花崗巖的特點(diǎn)明顯不同(Whalenetal., 1987; Bonin, 2007; Dall’Agnol and de Oliveira, 2007)，同時(shí)，Li、Rb和Cs含量的顯著增高則表明該巖體更傾向于屬于高分異巖石(Gelmanetal., 2014; Lee and Morton, 2015)。K/Rb、Zr/Hf、Nb/Ta和Y/Ho等地球化學(xué)行為一致元素的比值在一般的巖漿體系中并不發(fā)生數(shù)值的變化(Green, 1995; Wuetal., 2017)，但當(dāng)巖漿由于分異而發(fā)生性質(zhì)上的明顯改變時(shí)，這些比值都將顯著變小(Bau, 1996; Dostal and Chatterjee, 2000; Linnen and Keppler, 2002; Claiborneetal., 2006; Dostaletal., 2015; Ballouardetal., 2016; Deeringetal., 2016)。曲梅勒花崗巖較低的分異程度相關(guān)參數(shù)也明顯低于球粒隕石，暗示其經(jīng)歷了較高程度的分異(圖9)。而在主量和微量元素方面，曲梅勒花崗巖也與高分異花崗巖表現(xiàn)出了較強(qiáng)的相似性(圖4、圖5、圖6)。結(jié)合高分異花崗巖判別圖解以及較高的分異指數(shù)(DI=90.5～94.9，通過CIPW計(jì)算)綜合判斷(圖10)，曲梅勒花崗巖屬于高分異花崗巖。

圖10 班戈地區(qū)曲梅勒高分異花崗巖判別圖解(a, b, 據(jù)Whalen et al., 1987; c, 據(jù)Sylvester, 1989; d, 據(jù)Wang et al., 2013)FG-高分異I/S/M型花崗巖;OGT-非高分異I/S/M型花崗巖Fig.10 Discrimination diagrams for Qumeile highly-fractionated granite in Baingoin area (a, b, after Whalen et al., 1987; c, after Sylvester, 1989; d, after Wang et al., 2013)FG-fractionated I-, S-, and M-type granite; OGT-unfractionated I-, S-, and M-type granite

過鋁質(zhì)花崗巖通常被認(rèn)為是(變)沉積巖部分熔融的產(chǎn)物(S型花崗巖)(Chappell and White, 1974; Barbarin, 1996; Collins, 1998; Douce and Harris, 1998; Sylvester, 1998; Patio Douce, 1999; Healyetal., 2004)，曲梅勒花崗巖具強(qiáng)過鋁質(zhì)特征(A/CNK=1.19～1.24)，并被認(rèn)為是S型花崗巖(吉林省地質(zhì)調(diào)查院, 2003)。但近年地球化學(xué)和實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)研究均表明，I型花崗巖也可以具有過鋁質(zhì)甚至是強(qiáng)過鋁質(zhì)特征(Beard and Lofgren, 1991; Chappell, 1999; Sissonetal., 2005; Chappelletal., 2012)。近年來磷灰石溶解度實(shí)驗(yàn)表明，SiO2-P2O5相關(guān)關(guān)系可作為判斷初始巖漿類型的重要指標(biāo)，磷灰石在I型花崗巖中含量較低且與SiO2呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而在S型花崗巖中呈相反趨勢(shì)(Chappell and White, 1992; Wolf and Wyllie, 1994; Chappell, 1999; Wuetal., 2003a, b)。由于不同包晶礦物的夾帶作用，I型花崗巖被認(rèn)為隨著SiO2的增加而從準(zhǔn)鋁質(zhì)向過鋁質(zhì)轉(zhuǎn)變，而S型花崗巖的A/CNK值則維持常數(shù)或輕微降低(Clemens and Stevens, 2012; Gaoetal., 2016)。曲梅勒花崗巖在上述相關(guān)特征方面均與I型花崗巖更為接近(圖11h)。此外，Rb-Th關(guān)系暗示該巖體具有I型花崗巖的地化特征(Chappell, 1999)(圖12)。因此，根據(jù)地球化學(xué)結(jié)果，曲梅勒花崗巖為高分異I型花崗巖。

圖12 班戈地區(qū)曲梅勒花崗巖Rb-Th關(guān)系圖(據(jù)Chappell, 1999)Fig.12 Th vs. Rb diagrams for Qumeile granite in Baingoin area (after Chappell, 1999)

4.2 巖石成因

高分異花崗巖的屬性表明曲梅勒巖體在巖漿演化過程中可能發(fā)生了部分礦物的分離結(jié)晶作用，因此全巖主量和微量數(shù)據(jù)已無法反映初始巖漿特征，而同位素?cái)?shù)據(jù)則受此影響較小，因此需要通過結(jié)合野外、鏡下以及同位素?cái)?shù)據(jù)來判斷巖石成因。幔源巖漿分異成因的花崗巖往往需要其九倍體積的鎂鐵質(zhì)巖漿，而巖體附近區(qū)域內(nèi)缺少如此大面積出露的鎂鐵質(zhì)巖漿活動(dòng)證據(jù)(Turneretal., 1992; Winter, 2013)。此外，幔源巖漿通常在地殼中居留時(shí)間較短，因此鋯石具有正的εHf(t)，而曲梅勒巖體中鋯石εHf(t)變化范圍為-3.8～+2.0(圖7)，負(fù)值εHf(t)也不支持其源于幔源巖漿分異的成因模式。殼幔巖漿發(fā)生混合經(jīng)常導(dǎo)致鎂鐵質(zhì)微粒包體的出現(xiàn)，并且會(huì)造成鋯石εHf(t)變化范圍較大，而曲梅勒花崗巖εHf(t)變化范圍較為集中，反映了其巖漿來源較為均一，同時(shí)野外未見幔源暗色微粒包體，進(jìn)一步排除了地幔物質(zhì)的影響(Wangetal., 2018)。因此，野外及鋯石Hf同位素共同表明，曲梅勒巖體來源于地殼物質(zhì)的部分熔融，并且在巖漿演化過程中發(fā)生了較高程度的分離結(jié)晶。鋯石二階段模式年齡(tDM2)介于1.0～1.4Ga之間，表明曲梅勒花崗巖源巖時(shí)代可能是形成時(shí)代不晚于中元古代的(變)火成巖。

富Ti礦物中，只有金紅石的殘留會(huì)導(dǎo)致Nb/La的減小和(La/Yb)N的增加(Xiongetal., 2011)，(La/Yb)N-Nb/La圖解表明金紅石并非源區(qū)的殘留礦物(圖13a)，因此，TiO2與SiO2的負(fù)相關(guān)關(guān)系以及Ti的虧損可能反映了富Ti礦物(如鈦鐵礦和金紅石等)的分異(圖11a)。P2O5與SiO2的負(fù)相關(guān)以及P的虧損則可能是由于磷灰石的分異所致(圖11h)。而Zr元素隨著巖漿演化而減少以及在微量元素蛛網(wǎng)圖上表現(xiàn)出的虧損(圖6b、圖11j)，則可能是由于鋯石的分異作用(Kingetal., 1997)。此外，曲梅勒花崗巖中FeOT、MgO和CaO均與SiO2表現(xiàn)出了明顯的負(fù)相關(guān)性，表明巖漿演化過程中鎂鐵礦物的分離結(jié)晶作用較為明顯(圖11c-e)。鎂鐵礦物角閃石是賦存中稀土元素的重要礦物(李承東等, 2004)，較為平坦的中稀土配分模式和大體相當(dāng)?shù)腍oN和YbN值均暗示分離結(jié)晶過程中可能涉及了角閃石(圖5a)。此外，石榴石的分異通常會(huì)導(dǎo)致特殊的地球化學(xué)特征，如La與SiO2之間的負(fù)相關(guān)關(guān)系，而Dy/Yb和Sr/Y比值會(huì)隨SiO2增加而增加(Castilloetal., 1999; Macphersonetal., 2006; Karslietal., 2010)，Dy/Yb和Sr/Y比值顯示巖漿演化過程中石榴石的分異并不明顯(圖11k, l)，盡管La隨著巖漿演化確實(shí)表現(xiàn)出了降低的趨勢(shì)，這可能是由于褐簾石和獨(dú)居石對(duì)稀土，特別是對(duì)輕稀土元素具有的較強(qiáng)控制作用所致，La-(La/Yb)N和Th-LREE的關(guān)系均反映了褐簾石和獨(dú)居石的分異直接影響了曲梅勒巖體中LREE元素的含量(Bea, 1996; Lietal., 2017c)(圖13b, c)。同時(shí)，由于石榴石富集重稀土元素，而曲梅勒花崗巖稀土配分模式圖中重稀土元素并未出現(xiàn)虧損，表明源區(qū)同樣未發(fā)生石榴石的殘留(Rapp and Watson, 1995)。Al2O3、Eu與SiO2表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性(圖11b, g)，同時(shí)Sr、Ba和Eu均表現(xiàn)出了明顯的負(fù)異常(圖6b)，因此不能排除巖漿演化過程中發(fā)生過強(qiáng)烈的斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶作用(圖13d)，而斜長(zhǎng)石的分異會(huì)導(dǎo)致殘余巖漿富Rb并具有較高的Rb/Sr比值。Na2O和K2O均未與SiO2表現(xiàn)出明顯的線性關(guān)系(圖4b、圖11f)，則表明堿性長(zhǎng)石的分異作用并不強(qiáng)烈。而明顯的稀土元素四分組效應(yīng)(TE1-3=1.04～1.14)通常被認(rèn)為是在巖漿發(fā)生高度分異后，熔體中出現(xiàn)大量流體，而流體與熔體之間的水-巖相互作用會(huì)改變巖漿中稀土元素的化學(xué)行為，致使呈現(xiàn)特殊的配分模式 (趙振華等, 1992; Jahnetal., 2001; Moneckeetal., 2011; Ballouardetal., 2016)。

圖13 班戈地區(qū)曲梅勒花崗巖(La/Yb)N-Nb/La (a, 據(jù)Xiong et al., 2011)、La-(La/Yb)N (b, 據(jù)Li et al., 2017c)、Th-LREE (c, 據(jù)Li et al., 2017c)和Eu-Sr (d, 據(jù)Xiang et al., 2017)關(guān)系圖Fig.13 Nb/La vs. (La/Yb)N (a, after Xiong et al., 2011), (La/Yb)N vs. La (b, after Li et al., 2017c), LREE vs. Th (c, after Li et al., 2017c) and Sr vs. Eu (d, after Xiang et al., 2017) diagrams for Qumeile granite in Baingoin area

總之，曲梅勒花崗巖在巖漿演化過程中可能發(fā)生了以部分鎂鐵礦物和斜長(zhǎng)石為主的分異，同時(shí)伴有部分副礦物的分離結(jié)晶，而石榴石以及堿性長(zhǎng)石未發(fā)生明顯的分離結(jié)晶。

4.3 含礦性評(píng)價(jià)

現(xiàn)有研究表明，諸多重要礦產(chǎn)與高分異花崗巖具有重要關(guān)聯(lián)。如華南地區(qū)江西大湖塘W礦床，中亞造山帶內(nèi)蒙古東部的沙麥W礦床，泰國北部Khuntan巖基內(nèi)的W-Sn礦床等(Jiangetal., 2016及相關(guān)文獻(xiàn))；華南地區(qū)靈山復(fù)式巖體和雅山414巖體內(nèi)的Nb-Ta礦(Yinetal., 1995; Xiangetal., 2017)，南秦嶺的梨園堂巖體內(nèi)的Mo礦床等(Xiaoetal., 2014)。前人研究表明，巖漿演化過程中的分離結(jié)晶作用在巖漿W-Sn-Nb-Ta元素的富集中起了重要作用(Jiangetal., 2016)。

圖14 班戈地區(qū)曲梅勒花崗巖TE1,3-Nb/Ta (a)和Zr-Hf-Nb/Ta (b)關(guān)系圖(據(jù)Ballouard et al., 2016; Sami et al., 2018)Fig.14 Nb/Ta vs. TE1,3 (a) and Nb/Ta vs. Zr-Hf (b) diagrams for Qumeile granite in Baingoin area (after Ballouard et al., 2016; Sami et al., 2018)

Nb/Ta比值被視為區(qū)分無礦和礦化過鋁質(zhì)花崗巖的重要指標(biāo)(Ballouardetal., 2016)，并在埃及東部Eastern Desert地區(qū)的Abu-Diab含稀有金屬白云母花崗巖和含石榴石白云母花崗巖有較好的應(yīng)用(Samietal., 2018)。曲梅勒花崗巖的Nb/Ta多數(shù)小于5，與巖漿-水熱系統(tǒng)下的礦化花崗巖具有一定的相似性(圖14)，與純巖漿系統(tǒng)下的無礦花崗巖相比具有明顯差別(Samietal., 2018)。此外，曲梅勒花崗巖K/Rb含量比值小于100，Sr含量低于80×10-6，Ba含量同樣低于80×10-6(除樣品17BGA55-1外)，并且具有明顯的負(fù)Eu異常和REE四分組效應(yīng)，上述這些較為特殊的地球化學(xué)特征表明強(qiáng)烈的巖漿/流體分餾過程在該巖體的形成過程中起了重要作用(Farahatetal., 2011)。過鋁質(zhì)花崗巖的全巖組成可受到巖漿演化晚期巖漿流體的改造，而使巖體具有良好的成礦條件(Ballouardetal., 2016)。因此，今后可加大投入尋找與該高分異花崗巖有關(guān)的礦床。

5 結(jié)論

(1)根據(jù)鋯石U-Pb定年結(jié)果，北拉薩地塊曲梅勒花崗巖形成時(shí)代為早白堊世(128Ma)；地球化學(xué)數(shù)據(jù)表明其屬于高鉀鈣堿性系列，并具強(qiáng)過鋁質(zhì)特征，具有明顯的稀土元素四分組效應(yīng)，且輕重稀土之間分餾程度較低；TZr和TREE平均溫度分別為731℃和751℃；鋯石Hf同位素顯示其εHf(t)為-3.8～+2.0，tDM2變化于1.0～1.4Ga之間。

(2)曲梅勒花崗巖屬高分異I型花崗巖，其巖漿來源于地殼物質(zhì)的部分熔融，并且在巖漿演化過程中可能發(fā)生了以部分鎂鐵礦物和斜長(zhǎng)石為主的分異，同時(shí)伴有部分副礦物(磷灰石、鋯石、獨(dú)居石和富Ti礦物等)的分離結(jié)晶，而石榴石以及堿性長(zhǎng)石未發(fā)生明顯的分離結(jié)晶。

(3)曲梅勒花崗巖較低的K/Rb和Nb/Ta比值、Sr和Ba含量等特征表明強(qiáng)烈的巖漿/流體分餾過程在該巖體的形成過程中起了重要作用，表明該巖體具有一定的成礦可能。