川西甲基卡燒碳溝地區(qū)偉晶巖脈地球化學(xué)特征

武文輝， 趙春， 詹涵鈺， 秦宇龍， 李名則， 徐云峰

(四川省地質(zhì)調(diào)查院 稀有稀土戰(zhàn)略資源評價與利用四川省重點實驗室，成都 610081)

0 引言

川西甲基卡礦集區(qū)位于松潘—甘孜造山帶西側(cè)，該礦床是我國乃至世界上最大的偉晶巖型稀有金屬礦床之一[1-2]。近年來隨著在甲基卡礦田外圍開展地質(zhì)調(diào)查，尤其是新三號礦脈的找礦突破，大大增加了礦集區(qū)內(nèi)鋰的資源量[3]。甲基卡礦集區(qū)是康定—道孚—雅江稀有金屬整裝勘查區(qū)最有成礦遠(yuǎn)景的地區(qū)。自20世紀(jì)50年代末的首次發(fā)現(xiàn)至2017年，通過不同程度調(diào)查、勘查與研究，截止目前，已發(fā)現(xiàn)和評價了麥基坦鋰礦(超大型)、燒碳溝鋰礦(超大型)、甲基卡鋰礦(大型)、措拉鋰礦(大型)、德扯弄巴鋰礦(大型)和甲基卡南鋰礦(小型)共6個鋰礦床，形成了一個超大型鋰礦資源礦集區(qū)。

前人對礦集區(qū)內(nèi)二云母花崗巖及主要偉晶巖脈的巖石學(xué)特征、地球化學(xué)特征進(jìn)行了大量研究，認(rèn)為甲基卡二云母花崗巖與偉晶巖脈有密切的成因聯(lián)系。礦集區(qū)內(nèi)104號和134號脈稀有金屬成礦作用發(fā)生于早侏羅世[3]，二云母花崗巖和308號偉晶巖脈形成于偏還原環(huán)境，并在印支晚期發(fā)生稀有金屬礦化[4]； 新三號礦脈的形成時代及地球化學(xué)特征也有大量報道[5]，但對燒碳溝大型鋰礦床偉晶巖脈地球化學(xué)特征的研究稍顯薄弱。因此，本文通過對燒碳溝151號、154號及155號偉晶巖脈進(jìn)行取樣分析，研究了偉晶巖脈的巖石學(xué)特征和地球化學(xué)特征，并探討了巖漿物質(zhì)來源和成巖構(gòu)造背景，進(jìn)一步揭示其成礦動力學(xué)背景，為查明礦床成因和指導(dǎo)找礦工作提供一定的理論依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

甲基卡礦集區(qū)位于四川省西部康定、雅江、道孚三縣交界處，地處松潘—甘孜造山帶中部的雅江被動陸緣中央褶皺-推覆帶中段的雅江構(gòu)造-巖漿穹狀變質(zhì)體群內(nèi)，屬北巴顏喀拉—馬爾康成礦帶，區(qū)內(nèi)稀有金屬礦產(chǎn)資源豐富[6]。礦床處于雅江弧形構(gòu)造帶，外圍扭動構(gòu)造發(fā)育，區(qū)域上出露地層為三疊系西康群新都橋組和侏倭組，巖性以粉砂巖、粉砂質(zhì)板巖及細(xì)砂巖為主，受接觸變質(zhì)作用影響形成了黑云母片巖、二云母石英片巖和紅柱石十字石二云母片巖及堇青石片巖等中淺變質(zhì)巖系。區(qū)域上巖漿巖構(gòu)成較完整的巖漿旋回，表現(xiàn)為中基性巖-閃長巖(石英閃長巖)-黑云母花崗巖(花崗閃長巖)-二云母花崗巖的發(fā)育特征(圖1)。

1.滑脫帶; 2.逆沖推覆帶; 3.平移斷層; 4.前震旦紀(jì)變質(zhì)雜巖; 5.變質(zhì)核雜巖; 6.巖漿核雜巖; 7.構(gòu)造穹隆; 8.中新生代花崗巖; 9.鈉長石鋰云母型偉晶巖; 10.微斜長石型偉晶巖; 11.鈉長石鋰輝石型偉晶巖; 12.微斜長石鈉長石型偉晶巖; 13.鈉長石型偉晶巖; 14.偉晶巖脈編號; 15.偉晶巖脈類型分帶線; 16.偉晶巖脈類型分帶編號; 17.研究區(qū); Ⅰ.微斜長石偉晶巖帶; Ⅱ.微斜長石-鈉長石偉晶巖帶; Ⅲ.鈉長石偉晶巖帶; Ⅳ.鋰輝石偉晶巖帶； Ⅴ.鋰(白)云母偉晶巖帶

2 礦床地質(zhì)特征

礦區(qū)內(nèi)出露面積較大的上三疊統(tǒng)新都橋組為礦化偉晶巖的主要賦礦圍巖，雖受動熱變質(zhì)作用已變?yōu)楦呔G片巖-角閃巖相片巖，但原巖基本巖性仍可推斷恢復(fù)。偉晶巖脈在該地層中大量分布，是該區(qū)偉晶巖型稀有金屬礦脈的主要賦礦圍巖。其原巖巖性組合特征主要為原巖以深灰色薄層狀泥質(zhì)粉砂巖與粉砂質(zhì)泥巖互層為主并夾少量灰白色薄層粉砂巖，以及以深灰色薄層狀泥質(zhì)粉砂巖與粉砂質(zhì)泥巖為主。

根據(jù)偉晶巖脈中不同礦物的劃分，甲基卡偉晶巖脈具有分帶性規(guī)律，由內(nèi)到外，表現(xiàn)為由微斜長石偉晶巖帶→微斜長石鈉長石偉晶巖帶→鈉長石偉晶巖帶→鋰輝石偉晶巖帶→鋰(白云母)偉晶巖帶[7-8]。燒碳溝礦區(qū)脈體位于鋰輝石偉晶巖帶內(nèi)，巖石呈淺灰白色，巖性為鈉長石鋰輝石偉晶巖脈(圖2)，內(nèi)部主要礦物成分為石英(35%～40%)、微斜長石(10%～15%)、鈉長石(30%～35%)和鋰輝石(10%±)，其次為電氣石(3%～5%)、白云母(< 5%)，此外還含有少量綠柱石、鈮鉭礦等。脈體的產(chǎn)出形態(tài)受成穹前和成穹期的剪張性裂隙發(fā)育控制，偉晶巖脈主要受SN走向張裂隙及NE向剪裂隙控制。其中155號脈體在兩組裂隙交叉處形成膨大體，呈“Y”字型產(chǎn)出，礦脈總體為呈NE向分布的不規(guī)則脈狀。脈體北段向南東東陡傾，傾角可達(dá)80°左右； 脈體南段向北西傾伏，傾角變緩為50°左右，不同部位脈體產(chǎn)狀變化較大。礦區(qū)內(nèi)變質(zhì)巖主要由十字石-紅柱石二云母片巖組成，在靠近礦脈產(chǎn)出部位偶見有堇青石片巖產(chǎn)出，堇青石呈疙瘩狀以及近四邊形狀，該區(qū)堇青石帶可作為找礦的重要標(biāo)志。

Qtz.石英; St.十字石; Ab.鈉長石; Spd.鋰輝石; Bt.黑云母; Ms.白云母

3 樣品采集與測試方法

本次工作共采集了6件樣品，偉晶巖樣品主要為鈉長石鋰輝石型偉晶巖脈，樣品主量、微量元素分析在中國地質(zhì)調(diào)查局成都礦產(chǎn)綜合利用研究所進(jìn)行。主量元素采用傳統(tǒng)儀器分析方法進(jìn)行定量分析，參照硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法，其中Fe2O3采用鄰二氮雜菲光度法測定，F(xiàn)eO試料用氫氟酸、硫酸分解，溶液中剩余的氟加入硼酸絡(luò)合，以二苯胺磺酸鈉為指示劑，用基準(zhǔn)重鉻酸鉀溶液滴定，計算氧化亞鐵量，同時采用熔片X射線熒光光譜法和等離子體光電直讀光譜分析法測試。微量及稀土元素大都采用等離子質(zhì)譜法測定，Cr、Zr、Ga同時也采用壓片法X射線熒光光譜法測試，其中Ag、Sn、B采用發(fā)射光譜法測定，As、Sb、Bi采用原子熒光光譜法測定。

4 分析結(jié)果

4.1 主量元素

川西甲基卡燒碳溝地區(qū)偉晶巖脈主量元素分析結(jié)果見表1。偉晶巖脈主量元素SiO2含量為73.46%～75.96%，平均為73.82 %； Al2O3含量為14.69%～18.30%，平均為17.39%； CaO含量為0.22%～0.44%，平均為0.33%； K2O含量為1.32%～2.59%，平均為1.97%； Na2O為含量2.84%～5.88%，平均為4.12%； 全堿含量為4.71%～7.36%，平均為6.08% ; K2O/Na2O為0.25～0.68，平均為0.51； 里特曼指數(shù)(σ)為0.70～1.84，均小于3.3，反映了偉晶巖的鈣堿性特征。

表1 燒碳溝一帶偉晶巖脈主量、微量及稀土元素分析結(jié)果

在巖漿巖TAS分類圖解(圖3)中，所有樣品都集中位于花崗巖區(qū)域。在K2O-SiO2圖解(圖4)中，偉晶巖脈主要投點于鈣堿性系列區(qū)域，屬于鈣堿性巖，個別樣品位于低鉀系列區(qū)域，這些數(shù)據(jù)表現(xiàn)了巖漿的高度分異特征，巖石的低鉀特性或與鈉長石的大量結(jié)晶有關(guān)。鋁飽和指數(shù)A/CNK為1.54～2.49，全部大于1.1，在A/NK-A/CNK圖解(圖5)中全部投點于過鋁質(zhì)范圍內(nèi)。

圖4 燒碳溝偉晶巖脈K2O-SiO2圖解[9]

圖5 燒碳溝偉晶巖脈A/NK-A/CNK圖解[10]

4.2 微量元素和稀土元素

川西甲基卡燒碳溝地區(qū)偉晶巖脈的微量元素、稀土元素分析結(jié)果見表1。偉晶巖脈的Rb、U、Hf、Y等元素含量呈現(xiàn)正異常特征， Ba、Zr、Ti等元素呈現(xiàn)負(fù)異常特征。大離子親石元素K、Rb、Cs等富集，Ba、Sr元素相對虧損； 高場強(qiáng)元素除Zr、Hf等元素富集外，其他元素均相對虧損。由微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖6)可以看出，偉晶巖內(nèi)微量元素分布趨勢基本一致，Rb、U、Hf等元素為正異常，Ba、Sr、Ti等元素為負(fù)異常。與李名則等[11]對甲基卡花崗巖體研究數(shù)據(jù)的對比得出，偉晶巖脈中的Ba、Th、La、Ce、Sr、P、Sm、Ti、Y、Yb、Lu等元素均表現(xiàn)出不同程度的虧損，Rb、Nb、Zr等元素相對富集，K、U元素變化不大。

圖6 燒碳溝偉晶巖脈微量元素蛛網(wǎng)圖[11-12]

偉晶巖的稀土總量較低，含量3.55×10-6～7.29×10-6，LREE/HREE為1.35～2.81，(La/Yb)N為9.49～17.65,表現(xiàn)出顯著的輕稀土富集、重稀土虧損的特征。稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖解(圖7)顯示，大部分樣品具有較為明顯的銪負(fù)異常，其模式與前人研究得出的甲基卡二云母花崗巖稀土元素配分模式[11]具有高度的相似性，總體呈現(xiàn)出輕稀土富集、重稀土虧損的右傾型配分模式。

圖7 燒碳溝偉晶巖稀土元素配分圖[11-12]

5 討論

5.1 偉晶巖成因背景

前人對甲基卡二云母花崗巖已做了大量研究，認(rèn)為甲基卡二云母花崗巖屬于高鉀鈣堿性強(qiáng)過鋁質(zhì)S型花崗巖，其形成于印支運動末造山運動相對穩(wěn)定階段，相對二云母花崗巖體的形成時代，含礦偉晶巖脈形成時間更晚，兩者形成的時間相差7～9 Ma[3-5]。通過對燒碳溝一帶偉晶巖脈的主量元素及微量元素特征分析，結(jié)合甲基卡二云母花崗巖和偉晶巖脈微量元素、稀土元素配分圖，認(rèn)為兩者具有相似的配分形式，極有可能來自共同源區(qū)。Chappell和White[13]對造山帶內(nèi)的強(qiáng)過鋁質(zhì)花崗巖做了大量研究，認(rèn)為花崗巖中CaO和Na2O含量主要是由沉積物源決定，含量的不同代表了源巖中黏土物質(zhì)的差異，研究認(rèn)為CaO與Na2O含量比值能夠較好地反映沉積物源中黏土物質(zhì)的多少，CaO/Na2O<0.3代表了強(qiáng)過鋁質(zhì)花崗巖的沉積物源以黏土質(zhì)為主，反之則表示物源以砂屑巖為主。研究區(qū)花崗偉晶巖脈的CaO/Na2O比值范圍為0.04～0.12，反映了其物源以黏土質(zhì)為主，這與前人對甲基卡二云母花崗巖的研究結(jié)果相一致，進(jìn)一步表明兩者具有相同的源區(qū)。利用Nb/Ta比值可以區(qū)分巖漿源區(qū)，甲基卡二云母花崗巖體的Nb/Ta比值為1.97～5.00，燒碳溝偉晶巖脈的Nb/Ta比值為1.14～2.95，相似的比值范圍可進(jìn)一步表明其同源性特征。此外，殼源巖漿Nb/Ta比值(11～12)低于幔源巖漿Nb/Ta比值(高達(dá)15.5)的特征[14]，也可進(jìn)一步表明偉晶巖源區(qū)物質(zhì)來自殼源。造成這種結(jié)果的原因在于巖漿分異晚期流體一般具有較高的F含量，而Ta結(jié)合F的能力高于Nb，導(dǎo)致元素發(fā)生分餾，最終造成Nb/Ta比值較低的結(jié)果[14]，從而也說明偉晶巖脈的形成經(jīng)歷了巖漿分異作用。

偉晶巖主量元素在巖漿巖TAS圖解(圖3)中投圖結(jié)果可知，燒碳溝一帶偉晶巖均屬于花崗巖范圍，鋁飽和指數(shù)A/CNK為1.54～2.49，全部大于1.1，里特曼指數(shù)為0.70～1.84，在K2O-SiO2圖解(圖4)中，偉晶巖脈主要投點于鈣堿性系列區(qū)域，屬于鈣堿性巖。Rb-Ba-Sr三角圖解(圖8)顯示，所有偉晶巖都位于高分異花崗巖區(qū)域。此外，高山等[16]提出的相容性相似的元素含量比值在殼幔系統(tǒng)中變化較小，而研究區(qū)Nb/Ta、Rb/Cs、Zr/Hf、Ba/Th比值均出現(xiàn)了明顯的偏離，說明在巖漿演化過程中，熔體相和富含揮發(fā)分流體相互之間發(fā)生了強(qiáng)烈分餾作用。以上結(jié)果均表明燒碳溝一帶偉晶巖脈與甲基卡二云母花崗巖來自同一源區(qū)，且屬于分異程度較高的鈣堿性花崗偉晶巖脈。

圖8 燒碳溝偉晶巖Rb-Ba-Sr三角圖解[15]

5.2 偉晶巖構(gòu)造背景

吳元福等[17]認(rèn)為大規(guī)模花崗巖漿活動同俯沖帶的擠壓背景或碰撞造山帶的后造山伸展背景密切相關(guān)，而強(qiáng)過鋁質(zhì)花崗巖主要形成于后碰撞的構(gòu)造環(huán)境。偉晶巖礦床的形成需要一定的物理化學(xué)條件及構(gòu)造條件，與一定的侵入體有密切的成因聯(lián)系[18]。前人也針對與花崗巖有緊密聯(lián)系的偉晶巖脈做了大量研究，一些學(xué)者通過對國內(nèi)外大型及超大型偉晶巖型稀有金屬礦床的分析，認(rèn)為該類礦床均在造山帶范圍內(nèi)，偉晶巖型稀有金屬礦床與造山過程密切相關(guān)[3]，造山后期熱伸展階段巖漿上涌，早期形成的穹狀構(gòu)造虛脫部位可能為巖漿及偉晶巖脈提供侵位空間[19]。在Rb-(Y+Nb)圖解(圖9)中可以看出，偉晶巖脈所有樣品點均落于同碰撞區(qū)域的右下角，而稀有金屬具有較強(qiáng)的活動性，很難在動蕩的構(gòu)造活動期間聚集成礦[5]，因此推斷在經(jīng)歷了劇烈造山運動之后，印支運動末期地殼處于相對穩(wěn)定階段，甲基卡一帶的穹狀構(gòu)造為稀有金屬偉晶巖礦床提供了良好的成礦環(huán)境[21-23]。

syn-COLG.同碰撞花崗巖； WPG.板內(nèi)花崗巖；

6 結(jié)論

(1)燒碳溝一帶偉晶巖脈的主量元素富硅、富鋁，K2O/Na2O為0.25～0.68，平均0.51，里特曼指數(shù)為0.70～1.84，均小于3.3，反映了偉晶巖的鈣堿性特征及過鋁質(zhì)S型花崗巖的特點。

(2)偉晶巖的主量、微量和稀土元素特征表明，其源巖是以黏土沉積物為主。與甲基卡二云母花崗巖相比，兩者具有高度相似的微量、稀土元素配分模式以及近似的Nb/Ta比值，說明兩者具有同源性，且屬于分異程度較高的鈣堿性花崗偉晶巖脈。

(3)燒碳溝一帶偉晶巖屬于同碰撞花崗巖，在印支運動末期地殼處于相對穩(wěn)定階段，甲基卡一帶的穹狀構(gòu)造為稀有金屬偉晶巖礦床提供了良好的成礦環(huán)境。