內(nèi)蒙古正鑲白旗都比稀有金屬花崗巖體的形成時代及其找礦意義

王梓，蔣職權(quán)，孫彥彬，柴社立

1.吉林大學 地球科學學院，長春 130061；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)第二水文地質(zhì)與工程地質(zhì)勘查院；內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000；3.吉林大學 材料科學與工程學院，長春 130022；4.吉林大學 地球探測科學與技術(shù)學院，長春 130026

0 引言

花崗巖型稀有金屬礦床是稀有礦床的重要類型[1--2]，同時，也是戰(zhàn)略性關(guān)鍵金屬如Nb、Ta、Li、Rb、Cs和稀土元素(REE)等的潛在重要來源[3--4]。此類礦床的主要特點是：稀有金屬礦化大多產(chǎn)于強分異花崗巖體晚期的邊緣相中，或產(chǎn)于晚期高分異的花崗巖株、花崗偉晶巖脈中；同時，花崗巖或花崗偉晶巖本身也是礦化的一部分，礦體的邊界要通過稀有金屬的品位來圈定。因此，開展稀有金屬花崗巖的形成時代及其地球化學的研究，對提高花崗巖型稀有金屬礦成礦規(guī)律、成礦作用等方面的認識以及區(qū)域地質(zhì)找礦的工作部署等具有十分重要的意義。

近年來，通過地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查和科研工作，在內(nèi)蒙古境內(nèi)從中部的武川縣到東部的扎魯特旗，沿著華北克拉通北緣中段—華北克拉通北側(cè)興蒙造山帶，先后發(fā)現(xiàn)了武川縣趙井溝花崗巖型Nb--Ta礦[5--6]、鑲黃旗花崗巖型加不斯Nb--Ta--Rb礦[7]、正鑲白旗花崗巖型稀有金屬礦[8]、錫林浩特市石灰窯花崗巖型Nb--Ta--Rb礦[6,9]和扎魯特旗巴爾哲花崗巖型REE--Zr--Nb--Ta--Be礦[10]，顯示出在內(nèi)蒙古武川縣—鑲黃旗—正鑲白旗—錫林浩特市—扎魯特旗一帶，具有尋找花崗巖型稀有金屬礦床的巨大潛力。

都比花崗巖型稀有金屬礦是正鑲白旗境內(nèi)首次發(fā)現(xiàn)的稀有金屬礦床，其發(fā)現(xiàn)為正鑲白旗的地質(zhì)找礦提供了新的方向。都比稀有金屬礦賦存于一隱伏的花崗巖株中，前期雖開展過該巖體地質(zhì)地球化學特征的初步研究[8]，但由于缺乏精確的巖體年代學數(shù)據(jù)，嚴重影響到對都比花崗巖型稀有金屬礦形成時代、礦床成因和成礦機理等的正確認識。為此，筆者利用已有鉆孔巖芯樣品，進行了都比稀有金屬花崗巖體的鋯石U--Pb測年，確定了該巖體的成巖成礦時代，探討了其找礦意義，為都比花崗巖型稀有金屬礦的成因研究以及正鑲白旗境內(nèi)的地質(zhì)找礦工作部署提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)與礦區(qū)地質(zhì)特征

研究區(qū)位于華北克拉通北側(cè)興蒙造山帶白乃廟弧內(nèi)(圖1a)[11]。區(qū)域上出露的地層主要為古生界下二疊統(tǒng)的三面井組(長石細砂巖夾粉砂巖、板巖、硬砂巖、硅質(zhì)條帶生物灰?guī)r--砂礫巖)、額里圖組(綠泥石化、綠簾石化安山巖、安山質(zhì)凝灰熔巖--安山質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r)、中生界上侏羅統(tǒng)的瑪尼吐組(安山質(zhì)火山角礫巖、安山質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r、安山巖--粗安巖)、白音高老組(含角礫流紋質(zhì)玻屑巖屑晶屑凝灰?guī)r、流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r)、新生界新近系寶格達烏拉組和第四系。區(qū)域上出露的侵入體可分為三期：加里東期奧陶紀的侵入巖僅零星分布，分布面積小，巖體主要為新民巖體[12]，巖性為二長花崗巖；海西期二疊紀的侵入巖分布面積也較小，巖體主要為前呼和陶勒蓋巖體[13]，巖性為黑云母花崗巖；燕山期白堊紀侵入巖分布面積相對較大，巖體主要為那仁烏拉巖體(黑云母石英閃長巖、黑云母花崗巖)、白旗巖體(黑云母石英斑巖、花崗斑巖和黑云花崗巖)[14]。上述地表出露的侵入巖體均不含稀有稀土礦化。

在研究區(qū)(圖1b)，地表出露的地層主要為第四系、上侏羅統(tǒng)瑪尼吐組，其中屬于瑪尼吐組的粗安質(zhì)角礫巖主要產(chǎn)于火山機構(gòu)中。地表出露的侵入巖體主要為NW、EW向展布的二長斑巖、石英斑巖和閃長玢巖等脈巖。磁鐵礦化蝕變帶分布于瑪尼吐組的構(gòu)造破碎帶中，前人曾將該破碎帶中的磁鐵礦化作為Pb、Zn、Cu礦的找礦標志[7]。在含磁鐵礦化的蝕變巖中，金屬礦物主要為磁鐵礦、赤鐵礦，脈石礦物主要為石英、斜長石、綠簾石和綠泥石等。筆者對1件磁鐵礦化蝕變巖樣品進行了分析測試，其中的Fe2O3含量為82.02%，Cu、Pb、Be、W、Sn含量分別為565×10-6、176×10-6、69×10-6、40.8×10-6、35.7×10-6，這些元素含量明顯高于圍巖。地表的磁鐵礦化蝕變帶與隱伏的花崗巖型稀有金屬礦化有何關(guān)系，目前尚不明確。

1. 第四系；2. 瑪尼吐組；3. 額里圖組；4. 都比稀有金屬花崗巖；5. 二長斑巖；6. 石英斑巖；7. 閃長玢巖；8. 粗安質(zhì)角礫巖；9. 磁鐵礦化蝕變帶；10. 未取樣鉆孔；11. 取樣鉆孔；12. 鉆孔傾角及深度；13. 居民點。圖1 內(nèi)蒙古中部大地構(gòu)造位置(a)[11]、研究區(qū)地質(zhì)簡圖(b)和A--B勘探線地質(zhì)剖面圖(c)Fig.1 Tectonic location of middle part of Inner Mongolia (a)，geological sketch of study area (b) and geological profile along A--B exploration line (c)

2 巖體地質(zhì)特征

都比稀有金屬花崗巖體呈隱伏的花崗巖株侵入到額里圖組中(圖1c)。該巖體的主要巖石類型為灰白色細粒--中細粒堿長花崗巖(圖2a，b)、肉紅色細粒--中細粒(圖2c，d)--斑狀中細粒堿長花崗巖(圖2e，f)，并見有少量的花崗偉晶巖。從鉆孔巖芯看，灰白色細粒--中細粒堿長花崗巖的形成相對較早，而肉紅色細粒--中細粒--中粗粒堿長花崗巖形成相對較晚；花崗巖偉晶巖主要呈脈狀、團塊狀出現(xiàn)于肉紅色中細粒--中粗粒堿長花崗巖中，其形成相對更晚一些?；野咨毩?-中細粒堿長花崗巖、肉紅色細粒--中細粒--斑狀中細粒堿長花崗巖均含有稀有金屬礦化，但肉紅色細粒--中細粒--斑狀中細粒堿長花崗巖中Rb、Nb、Y等含量相對較高[8]，其中Rb、Nb達到堿性花崗巖型Rb、Nb礦的邊界品位[15]。筆者采集斑狀肉紅色中粒堿長花崗巖(圖2e)用于U--Pb定年，該巖石具中細?；◢徑Y(jié)構(gòu)、似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，造巖礦物主要為堿性長石(40%～55%)、石英(～30%)、斜長石(5%～10%)和黑云母(3%～5%)。堿性長石主要為正條紋長石、微斜長石，其中呈半自形板柱狀，粒徑為0.5～7 mm，一級灰白干涉色，正條紋長石具卡氏雙晶；石英呈他形、粒狀，粒徑0.5～3 mm，一級黃白干涉色；斜長石呈半自形板柱狀，粒徑0.5～3 mm，一級灰白干涉色；黑云母為片狀，粒徑0.5～2 mm，多色性明顯。副礦物主要為螢石、鋯石、金紅石、錫石、氟碳鈰礦和氟碳鈣鈰礦等，這些副礦物主要呈浸染狀包裹在造巖礦物中，或賦存于造巖礦物的顆粒之間。螢石、氟碳鈰礦和氟碳鈣鈰礦等的出現(xiàn)，表明都比稀有金屬花崗巖體中氟的含量相對較高。都比稀有金屬花崗巖體的蝕變普遍較弱，主要為綠簾石化、綠泥石化、絹云母化、碳酸鹽化和高嶺土化等，未見明顯的鈉長石化、云英巖化和白云母化等熱液蝕變。

a、b. 灰白色細粒堿長花崗巖；c、d. 肉紅色細粒堿長花崗巖；e、f. 肉紅色斑狀中細粒堿長花崗巖；Q. 石英；Pe. 條紋長石；Bi. 黑云母；Pl. 斜長石。圖2 都比稀有金屬花崗巖體的手標本及顯微照片F(xiàn)ig.2 Hand specimens and photomicrographs of Doubi rare-metal granite intrusion

3 樣品分析測試

巖石樣品破碎與分選、鋯石制靶與陰極發(fā)光照相等由北京天和信礦業(yè)技術(shù)開發(fā)有限公司完成。LA--ICP--MS鋯石U--Pb 測年在吉林大學東北亞礦產(chǎn)資源評價國土資源部重點實驗室完成。具體實驗測試過程見Yuan et al.[16]。測試和數(shù)據(jù)處理的主要流程及儀器主要技術(shù)參數(shù)為：激光剝蝕系統(tǒng)為德國COMPEx公司生產(chǎn)的GeoLasPro型193 nm ArF準分子激光器，與激光器聯(lián)用的是Agilent 7900型ICP--MS儀器；采用He 作為剝蝕物質(zhì)的載氣，儀器最佳化采用美國國家標準技術(shù)研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標準參考物質(zhì)NIST610，采用91500標準鋯石外部校正法進行鋯石原位U--Pb分析；采用直徑為32 μm、頻率為7 Hz的激光束斑進行樣品分析；用GLITTER 軟件計算同位素比值、年齡值和誤差；采用Andersen[17]的方法對結(jié)果進行普通鉛校正；采用Isoplot程序計算其年齡和協(xié)和圖的繪制。

4 U--Pb鋯石測年結(jié)果

都比稀有金屬花崗巖體中肉紅色斑狀中細粒堿長花崗巖(圖2e)的LA--ICP--MS鋯石U--Pb測年結(jié)果見表1。樣品中鋯石多呈長柱狀--短柱狀，自形--半自形，鋯石大小為100～300 μm，長寬比為(1∶1)～(3∶1)。從鋯石陰極發(fā)光圖像(圖3)可看出，鋯石可分為兩類：淺色鋯石，具有清晰可見的振蕩環(huán)帶，鋯石中U、Th含量分別為(216.5～3 907.4)× 10-6、(133.9～887.8)×10-6，Th /U平均值為0.43，變化范圍為0.20～0.76，此類鋯石為典型的巖漿成因鋯石，其206Pb/238U年齡介于131～134 Ma之間；暗色鋯石，其振蕩環(huán)帶不明顯或具有一定的振蕩環(huán)帶，鋯石中U、Th含量分別為(3 184.5～15 924.9)× 10-6、(568.7～3 200.9) ×10-6，Th/U平均值為0.24，變化范圍為0.18～0.44，此類鋯石的晶形完整，與巖漿--熱液作用下形成的變生鋯石、熱液重結(jié)晶鋯石明顯不同[18]，說明此類鋯石也為巖漿成因鋯石，其206Pb/238U年齡介于122～138 Ma之間。在U--Pb年齡協(xié)和圖解上，15粒鋯石的測年結(jié)果均位于協(xié)和線上或附近(圖4)。206Pb /238U 加權(quán)平均年齡為(131±2)Ma(MSWD=2.0，n= 20)，表明都比稀有金屬花崗巖體的成巖時代為早白堊世。

圖3 肉紅色斑狀中細粒堿長花崗巖的鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像Fig.3 CL images of zircons from red porphyritic alkali-feldspar granite with fine-medium grain size

圖4 肉紅色斑狀中細粒堿長花崗巖的鋯石U--Pb年齡諧和圖Fig.4 U--Pb concordia plot of zircons from red porphyritic alkali-feldspar granite with fine-medium grain size

4 討論

4.1 成巖成礦時代

花崗巖型稀有金屬礦的最大特點是：稀有金屬礦產(chǎn)于強分異的花崗巖體中，花崗巖體本身也是稀有金屬礦化的一部分，因此，花崗巖的年齡可近似代表稀有金屬礦化的年齡，反之，與稀有金屬礦有關(guān)的蝕變巖及蝕變礦物的形成年齡也可對花崗巖的形成時代形成制約。都比稀有金屬礦的賦礦巖石為灰白色細粒--中細粒堿長花崗巖、肉紅色細粒--中細粒--中粗粒堿長花崗巖，其中肉紅色斑狀中細粒堿長花崗巖的鋯石206Pb/238U平均年齡為(131±2) Ma，表明該巖體的成巖成礦時代為早白堊世。在內(nèi)蒙古中--東部地區(qū)，其他典型稀有金屬花崗巖體的地質(zhì)及年代學特點分別為：武川縣趙井溝Nb--Ta礦位于華北克拉通北緣中段，賦礦巖石主要為黑云母鉀長花崗巖體、含天河石鈉長石花崗巖脈、花崗細晶巖脈和天河石花崗偉晶巖脈[19--20]，其中黑云母鉀長花崗巖的鋯石206Pb/238U平均年齡為(125±1)Ma[20]，花崗偉晶巖脈的白云母的40Ar/39Ar等時線年齡為(124±2)Ma[21]，鈉長花崗巖脈的鋯石206Pb/238U平均年齡為(125±1)Ma[19]，獨居石的206Pb/238U平均年齡為121～124 Ma[19]；鑲黃旗花崗巖型加不斯Nb--Ta--Rb礦位于華北克拉通北側(cè)興蒙造山帶中，賦礦巖石為鈉長石化細粒花崗巖，其鋯石的206Pb/238U平均年齡為(144.37±0.72)Ma[19]；錫林浩特市石灰窯花崗巖型Nb--Ta--Rb礦位于華北克拉通北側(cè)興蒙造山帶中，賦礦巖石為云英巖化、鈉長石化的堿性花崗巖，其中云英巖化花崗巖中白云母的40Ar/39Ar等時線年齡為(143.3±1.4)Ma[22]，偉晶巖中白云母的40Ar/39Ar等時線年齡為(143.9±1.5)Ma[22]；扎魯特旗巴爾哲花崗巖型REE--Zr--Nb--Ta--Be 礦位于華北克拉通北側(cè)興蒙造山帶中，賦礦巖石為堿性花崗巖，其鋯石的206Pb/238U平均年齡為(122.7±1.8)Ma[10]。綜合上述稀有金屬花崗巖的測年結(jié)果，得出燕山晚期早白堊世是內(nèi)蒙古中--東部地區(qū)重要的稀有金屬成礦期，而都比稀有金屬花崗巖的發(fā)現(xiàn)證明了正鑲白旗也具有很好的稀有金屬礦找礦前景。

4.2 找礦意義

在都比花崗巖型稀有金屬礦發(fā)現(xiàn)以前，正鑲白旗境內(nèi)的找礦重點以尋找Fe、Ag、Pb、Zn熱液型礦床為主[23]，而都比花崗巖型稀有金屬礦的發(fā)現(xiàn)，為正鑲白旗境內(nèi)的地質(zhì)找礦提供了新的方向。都比稀有金屬花崗巖體的形成時代為(131±2)Ma，明顯晚于研究區(qū)外圍不含稀有金屬礦化的新民巖體(420～460 Ma)[12]、前呼和陶勒蓋巖體(276.4±1.5 Ma)[13]，但與不含稀有金屬礦化的那仁烏拉巖體(144.9±1.3 Ma)[14]、白旗巖體(134.6±1.1 Ma)[14]的形成年齡比較接近，說明研究區(qū)及外圍早白堊世花崗巖體的稀有金屬成礦潛力具有明顯的差異。與呈巖基狀產(chǎn)出的早白堊世那仁烏拉巖體、白旗巖體相比[14]，都比稀有金屬花崗巖體呈隱伏的小巖株產(chǎn)出，該巖株中Rb、Nb、Ta、U、Th、Y等不相容元素明顯富集[8]，其含量分別為(421～930)×10-6、(38.8～141.5)×10-6、(5～16.95)×10-6、(10.8～40.3) ×10-6、( 66～109) ×10-6和(57.8～123.5) ×10-6；與此同時，該巖株具有明顯的負銪異常(δEu為0.01～0.05)和高的Rb/Sr比值(Rb/Sr為18～181)[8]，表明都比稀有金屬花崗巖體經(jīng)歷了強烈的分異演化。由此可見，早白堊世呈小巖株產(chǎn)出的花崗巖體，具Rb、Nb、Ta、U、Th、Y等不相容元素顯著富集和高分異的特征時，其形成稀有金屬礦的潛力較大。因此，在正鑲白旗今后的地質(zhì)找礦中，應對形成時代與都比稀有金屬花崗巖接近(～131 Ma)，呈巖株或巖脈產(chǎn)出，具有強分異演化特點的小侵入體給予高度的重視。

5 結(jié)論

(1)都比稀有金屬花崗巖體中，肉紅色斑狀中細粒堿長花崗巖的鋯石U--Pb年齡為(131±2)Ma，表明都比稀有金屬花崗的成巖成礦時代為早白堊世。

(2)燕山晚期早白堊世是內(nèi)蒙古中--東部地區(qū)重要的稀有金屬成礦期，正鑲白旗也具有很好的稀有金屬礦找礦前景。早白堊世呈小巖株產(chǎn)出的花崗巖體，具Rb、Nb、Ta、U、Th、Y等明顯富集和強分異演化的特征時，其形成稀有金屬礦的潛力較大。在正鑲白旗今后的地質(zhì)找礦中，對形成時代在131 Ma±、呈小巖株或巖脈產(chǎn)出的花崗巖體等給予高度關(guān)注。