西藏洛巴堆矽卡巖型鐵多金屬礦床石榴子石和鋯石U-Pb 測年及地質(zhì)意義*

次仁拉姆，李金祥，岳雅慧，謝 靜，張利云,3，丁 林,3

(1 中國科學(xué)院青藏高原研究所大陸碰撞與高原隆升重點實驗室，北京 100101；2 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3 中國科學(xué)院青藏高原地球科學(xué)卓越創(chuàng)新中心，北京 100101)

關(guān)鍵字 地球化學(xué)；石榴子石，LA-ICP-MS U-Pb 定年；洛巴堆矽卡巖型礦床；岡底斯成礦帶；青藏高原

大陸碰撞成礦作用一直是礦床學(xué)研究的熱點之一，而青藏高原作為一個新生代發(fā)育的年輕碰撞造山帶，伴隨著印度-歐亞大陸碰撞發(fā)生了強烈的巖漿活動和成礦作用，孕育了一系列大型-超大型巖漿熱液礦床，形成了岡底斯斑巖銅鉬成礦帶、岡底斯北緣鉛-鋅-銀-鐵-鉬-鎢多金屬成礦帶、雅魯藏布江縫合帶周邊的造山型金礦帶和特提斯喜馬拉雅中的鉛-鋅-銀-金多金屬礦床帶（Zheng et al.,2015）及熱液相關(guān)銫-金礦床成礦帶（Yang et al., 2009)）等。這些礦床具有成礦規(guī)模大，成礦時代新、類型豐富和保存良好等特征，對于研究大陸碰撞成礦作用具有天然的優(yōu)勢（侯增謙等，2006；Zheng et al.,2015）。

岡底斯北緣多金屬成礦帶位于岡底斯斑巖銅鉬成礦帶北部，目前已發(fā)現(xiàn)20 余個多金屬礦床，以亞貴拉鉛-鋅礦床、恰功鐵礦床、列廷崗-勒青拉多金屬礦床及洛巴堆矽卡巖型鐵多金屬礦床為代表（圖1b和表1；Zheng et al.,2015）。該成礦帶的礦化類型以矽卡巖型為主，與區(qū)域內(nèi)中酸性侵入巖密切相關(guān)，其成礦巖漿大多具有殼?；煸刺卣鳎℉ou et al.,2009）。目前的研究表明，該成礦帶內(nèi)的礦床成礦時代跨度較大（65～45 Ma），制約了探討這些礦床的形成過程與印度-歐亞大陸碰撞作用之間的內(nèi)在聯(lián)系。目前對矽卡巖型礦床成礦年齡的測定除了通過成礦巖體的鋯石U-Pb 年齡來間接限定以外，主要是利用輝鉬礦Re-Os和熱液云母40Ar/39Ar定年等方法來限定（趙振華等，2019）。但是，岡底斯帶矽卡巖型鐵多金屬礦床中輝鉬礦并不是很發(fā)育（如洛巴堆、恰功、龍馬拉等）；并且青藏高原后期強烈的隆升剝蝕作用會使熱液蝕變礦物的Ar-Ar 年齡發(fā)生重置（Chiaradia et al., 2013），如蒙亞啊矽卡巖Pb-Zn 礦床的白云母40Ar/39Ar 年齡（約54 Ma;Fu et al.,2017）明顯新于輝鉬礦的Re-Os 年齡（約64 Ma；Wang et al., 2015）。因此，輝鉬礦Re-Os和熱液云母40Ar/39Ar定年對于限定青藏高原岡底斯成礦帶的矽卡巖型鐵多金屬礦床成礦年齡存在一定的局限，尋求新的成礦年齡測試方法顯得尤為重要。

石榴子石是矽卡巖型礦床中最常見的蝕變礦物之一，它的地球化學(xué)特征已經(jīng)廣泛用于反演熱液流體演化過程（Jamtveit et al., 1993；Caddick et al.,2010；Baghban et al.,2016）。近年的研究表明，相較其他礦物，石榴子石具有較高的U-Pb 系統(tǒng)封閉溫度（＞850°C；Mezger et al., 1989），而且鈣鐵榴石中U、Pb 含量較高，完全能夠滿足LA-ICP-MS 的測試礦物元素測試含量范圍，使得石榴子石成為了限定矽卡巖型礦床成礦年齡的新測試對象，引起了眾多學(xué)者的關(guān)注（Deng et al.,2017；Gevedon et al.,2018；Fu et al.,2018；Li et al.,2018；Wafforn et al.,2018；Zhang et al.,2018；Zang et al.,2019；Duan et al.,2020）。

洛巴堆（又名加拉普）矽卡巖型鐵多金屬礦床位于岡底斯北緣多金屬成礦帶的北側(cè)，其形成被認(rèn)為主要與礦區(qū)內(nèi)的古新世花崗閃長巖密切相關(guān)（付強等，2013）。但是，關(guān)于該礦床的成礦年齡并未得到限定，從而制約了礦床形成機(jī)制和相應(yīng)的構(gòu)造動力學(xué)背景的認(rèn)識。因此，本文在研究詳細(xì)的礦床地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，對洛巴堆矽卡巖礦床中的石榴子石和花崗閃長巖中的鋯石進(jìn)行了LA-ICP-MS U-Pb 同位素定年，以期能夠準(zhǔn)確厘定該礦床的成巖成礦時代，探討礦床形成與印度-歐亞大陸碰撞作用之間的耦合關(guān)系。

1 地質(zhì)背景概況

1.1 區(qū)域地質(zhì)特征

青藏高原主要由不同的陸塊及縫合帶組成（圖1a），從北到南主要為松潘-甘孜地塊、羌塘地塊、拉薩地塊和喜馬拉雅地塊，4個地塊分別由金沙江縫合帶、班公湖-怒江縫合帶、印度-雅魯藏布江縫合帶分開（Yin et al., 2000；Zhang et al., 2012）。其中，拉薩地體位于西藏南部，是由岡瓦納大陸裂解并且沿著特提斯洋向北漂移而來。該地塊與羌塘地塊的北向碰撞標(biāo)志著晚白堊時期中特提斯洋的關(guān)閉（Zhang et al., 2012）。隨后，拉薩地塊與向北漂移的印度大陸在約65～50 Ma 碰撞以及伴隨新特提斯洋閉合（Ding et al.,2017）。由于新特提斯洋俯沖和印度-歐亞大陸的碰撞，在拉薩地塊發(fā)育規(guī)模宏大的岡底斯巖漿帶（圖1b），廣泛分布著侏羅紀(jì)—古近紀(jì)的基性-酸性侵入巖和火山巖（Zhu et al.,2015），強烈的巖漿活動也在區(qū)域內(nèi)形成了眾多的銅鉬金鉛鋅礦床，成為了中國最重要的成礦帶之一（侯增謙等，2006；Zheng et al., 2015）。前人根據(jù)岡底斯帶上沉積蓋層、侵入巖和火山巖的差異（莫宣學(xué)等，2003；Zhu et al.,2011），以隆格爾-錯麥斷裂和噶爾-永珠-嘉黎-波密斷裂為界限，自南向北將其劃分為南、中、北3 個亞帶。南岡底斯帶出露的地層以上三疊統(tǒng)砂質(zhì)板巖、砂巖及白堊系火成巖為主；中岡底斯帶則以石炭紀(jì)—二疊紀(jì)沉積巖和晚侏羅世—早白堊世火山-沉積巖地層為主要出露地層；北岡底斯帶廣泛分布奧陶系沉積巖和變質(zhì)巖、石炭系板巖以及二疊系沉積巖地層（莫宣學(xué)等，2005）。新生代以來經(jīng)歷了印度-歐亞大陸的碰撞，促使該區(qū)域形成了一系列逆沖斷裂和推覆構(gòu)造（付強，2013）。

岡底斯北緣多金屬成礦帶位于中拉薩地體，主要沿著洛巴堆-米拉山斷層分布，南、北分別以雅魯藏布江縫合帶和米拉山-松多斷裂為界（Zheng et al.,2015）。根據(jù)已發(fā)表的礦床數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，帶內(nèi)的礦床成礦年齡分布在65～45 Ma（表1）。這些礦床與帶內(nèi)廣泛發(fā)育的中-酸性侵入體有關(guān)，主要以花崗閃長巖、二長花崗巖和花崗斑巖為主。由于該成礦帶沿著洛巴堆-米拉山斷層發(fā)育，所以這些礦床在不同程度上均受到斷層的影響。此外，在該區(qū)域內(nèi)有1 條東西走向的大斷裂（旁多-措勤逆沖推覆系），并發(fā)育有多條次級斷裂帶，對于成礦帶上的礦床的形成及保存起著很大的作用。

1.2 礦床地質(zhì)特征

洛巴堆鐵多金屬礦床位于林周縣春堆鄉(xiāng)，分布在岡底斯巖漿弧的北側(cè)，地處岡底斯-念青唐古拉復(fù)合巖漿弧的東部。該礦床位于岡底斯北緣多金屬成礦帶內(nèi)，是該帶上的代表性矽卡巖型礦床（圖1b）。礦區(qū)主要出露二疊紀(jì)—侏羅紀(jì)地層，以下二疊統(tǒng)洛巴堆組紫紅色礫巖、碎屑砂巖及含生物碎屑灰?guī)r和下侏羅統(tǒng)甲拉浦組碎屑砂巖及板巖為主，此外，還有上三疊統(tǒng)麥隆崗組灰?guī)r和大理巖及始新統(tǒng)帕那組的流紋巖和凝灰?guī)r分布(付強等，2013)。礦區(qū)內(nèi)的侵入巖漿巖主要為花崗閃長巖，巖體主要以巖株狀侵入到了下三疊統(tǒng)麥隆崗組灰?guī)r中，并在接觸帶部位發(fā)育了大量的矽卡巖，與鐵-鋅的礦化有密切的共生聯(lián)系（圖2）。

洛巴堆鐵多金屬礦床的礦體主要賦存于花崗閃長巖和麥隆崗組灰?guī)r接觸帶附近的矽卡巖中。礦床內(nèi)發(fā)育1 條近東西向的逆斷層，傾向北，傾角50°（Zheng et al.,2015），礦體在一定程度上受到了該斷層的控制。目前的勘查表明，礦床主要發(fā)育有9 條礦體，礦體由于受到斷層的影響以近東西走向為主；形態(tài)以透鏡狀、瘤狀、似層狀為主，少量以脈狀產(chǎn)出；大小不一，長約10～100 m、寬1.5～20 m（圖2）；礦體中鐵的品位都比較高，平均品位介于40%～66%，鐵礦石儲量可達(dá)60 萬噸，金屬資源儲量約為28 萬噸（付強，2013）。金屬礦物主要有磁鐵礦、褐鐵礦、閃鋅礦等，含少量的黃鐵礦和黃銅礦；脈石礦物主要有石榴子石、陽起石、綠簾石等，還有一些透輝石、綠泥石、方解石和石英等。

礦床中的圍巖蝕變有矽卡巖、大理巖化、綠簾石化等，與成礦有關(guān)的主要為矽卡巖。花崗閃長巖與灰?guī)r地層的接觸部位及其周邊形成了鈣質(zhì)矽卡巖，厚約10～30 m。根據(jù)礦物共生關(guān)系及相互交代關(guān)系等，該礦床的成礦作用可以分為4個階段：①早期矽卡巖階段：主要形成了石榴子石、透輝石等無水礦物，其中石榴子石晶型較好，分布在各種類型的矽卡巖中（圖3b～d）；透輝石則呈細(xì)粒狀分布；②退化蝕變階段：主要形成的是以綠簾石、透閃石為主的含水礦物，顯微鏡下可見綠簾石穿插于石榴子石之中（圖3c）；同時，在此階段形成了磁鐵礦，常沿石榴子石縫隙發(fā)育，顯示其形成晚于石榴子石的形成（圖3b）；③石英-硫化物階段：主要形成石英、閃鋅礦、黃鐵礦、黃銅礦等，常見閃鋅礦穿插早期的磁鐵礦；④碳酸鹽階段：該階段代表著最晚期熱液活動，在顯微鏡下可見方解石等礦物沿著石榴子石的裂隙發(fā)育（圖3d）。結(jié)合鏡下薄片觀察、BSE 圖以及礦物之間的穿插和疊加關(guān)系，可以厘定出主要礦物的形成順序為石榴子石、磁鐵礦、閃鋅礦、綠簾石、方解石，并且閃鋅礦等硫化物晚于磁鐵礦沉淀。

表1 岡底斯北緣成礦帶典型礦床概況Table 1 Overview of typical deposits on the northern margin of Gangdise metallogenic belt

2 樣品及分析方法

2.1 樣品描述

圖2 洛巴堆礦區(qū)地質(zhì)圖（據(jù)付強等，2013修編）1—第四紀(jì)沉積；2—始新統(tǒng)帕那組火山巖；3—古新世花崗閃長巖；4—下侏羅統(tǒng)拉浦組板巖；5—上三疊統(tǒng)麥隆崗組灰?guī)r；6—下二疊統(tǒng)洛巴堆組灰?guī)r；7—矽卡巖；8—磁鐵礦礦體；9—逆沖斷層；10—采樣點Fig.2 Geological map of the Luobadui deposit(modified after Fu et al.,2013)1—Quaternary sediments;2—Eocene Pana volcanic rocks;3—Paleogene granodiorite;4—Slate of the Lower Jurassic Lapu Formation;5—Limestone of the Upper Triassic Mailonggang Formation;6—Limestone of the Lower Permian Luobadui Formation;7—Skarn;8—Magnetite orebody;9—Thrust fault;10—Sampling point

用于石榴子石主量元素分析和U-Pb 定年的樣品（LBD-09、LBD-20B、LBD-31A）采自洛巴堆礦床地表（圖2），均為粗粒含磁鐵礦-閃鋅礦石榴子石矽卡巖，礦物組成以石榴子石、閃鋅礦、磁鐵礦為主。石榴子石呈棕紅色，環(huán)帶明顯，粒徑在1～2 cm 左右，與磁鐵礦、閃鋅礦等礦物共生。此外，可見石榴子石被后期礦物（透輝石、石英、綠簾石等）穿插。相較于其他樣品，LBD-31A碳酸鹽化及綠簾石化明顯，可見石英、方解石、綠簾石等礦物存在。

鋯石U-Pb 定年所用的花崗閃長巖（LBD-01）同樣采自礦區(qū)地表出露的與矽卡巖臨近的巖體（圖2）；巖石呈灰白色，似斑狀結(jié)構(gòu)，主要礦物為黑云母、角閃石、石英、斜長石和鉀長石等，副礦物以磷灰石、榍石和鋯石為主，其中還可見少量綠泥石、綠簾石等蝕變礦物。

2.2 分析方法

電子探針（EMPA）和LA-ICP-MS U-Pb 定年中所采用的石榴子石均為手標(biāo)本下直接切取的探針片。石榴子石的電子探針化學(xué)成分分析是用中國科學(xué)院青藏高原研究所的JEOL JXA-8230 電子探針測定完成的。該儀器的工作條件為：加速電壓15 kV，加速電流20 nA，束斑直徑5 μm。測試數(shù)據(jù)利用ZAF 校正處理。在此次測試中，單個樣品的元素峰測試時間為10 s，上下背景測量時間為5 s。使用的標(biāo)樣包括鈉長石（Na）、剛玉（Al）、橄欖石（Mg）、透輝石（Si，Ca）、正長石（K）、金紅石（Ti）、薔薇輝石（Mn）、赤鐵礦（Fe）。

圖3 洛巴堆礦床矽卡巖及礦物組合特征a.磁鐵礦化石榴子石矽卡巖；b.磁鐵礦沿石榴子石裂隙分布，晚期的閃鋅礦包裹早期磁鐵礦；c.綠簾石-閃鋅礦組合交代早期石榴子石、磁鐵礦；d.最晚期的方解石沿著石榴子石裂隙分布Gar—石榴子石；Sph—閃鋅礦；Mt—磁鐵礦；Ep—綠簾石；Car—碳酸鹽Fig.3 Skarn and mineral assemblage characteristics of the Luobadui deposita.Magnetized garnet skarn;b.Magnetite distributed along fissures of early-stage garnet，and early magnetite inclusions in late-stage sphalerite;c.Epidote-sphalerite replacing early garnet and magnetite;d.Final-stage carbonate distributed along garnet fissures Gar—Garnet;Sph—Sphalerite;Mt—Magnetite;Ep—Epidote;Car—Carbonate

利用掃描電鏡對石榴子石和鋯石進(jìn)行仔細(xì)觀察后，選擇成分均勻、環(huán)帶清晰、無裂縫、無礦物包裹體、無流體包裹體的石榴子石和鋯石進(jìn)行LA-ICPMS U-Pb 定年。實驗在中國科學(xué)院青藏高原研究所大陸碰撞與隆升重點實驗室完成，測試儀器為Agilent 7500a 與DUV193 nm ArF-excimer laser 的 聯(lián) 機(jī)。鋯石和石榴子石的激光剝蝕束斑直徑分別設(shè)置為35 μm 和120 μm，激光能量密度為5 J/cm2，剝蝕頻率為5 Hz。實驗采用樣品插標(biāo)樣法，采集空白15 s，信號采集40 s，之后還有45 s的樣品室沖洗。選取了鋯石標(biāo)樣91500 作為石榴子石和鋯石測試的外標(biāo)，并用鋯石標(biāo)樣GJ-1 監(jiān)控，每分析10 個樣品點，插一組標(biāo)樣點（91500，GJ-1，NIST610）。Liu 等（2011）提出較小的激光能量能夠有效降低不同礦物之間的基體效應(yīng)；并且Deng 等（2017）認(rèn)為，鋯石與石榴子石之間的U-Pb 同位素分餾并不存在明顯的基體效應(yīng)，可利用鋯石91500 作測試標(biāo)樣。測試時所用的能量密度（5 J/cm2）比較小，所以用鋯石91500作為石榴子石定年標(biāo)樣具有可行性，前人對石榴子石U-Pb 定年方法的研究過程中也進(jìn)一步表明了鋯石91500 作為石榴子石U-Pb 年齡外標(biāo)的可適用性（Zhang et al.,2018;Wafforn et al.,2018）。元素含量采用國際標(biāo)準(zhǔn)NIST610 作為外標(biāo)。對于測試數(shù)據(jù)的離線處理主要用Glitter 軟件完成，相關(guān)年齡的圖件由Isoplot 4.0 軟件繪制。

3 測試結(jié)果

3.1 石榴子石主量元素成分

石榴子石的主量元素的代表性結(jié)果如表2所示。

3 個樣品中的石榴子石表現(xiàn)出相同的主量元素成 分 特 征，w(SiO2)為30.48%～54.92%，w(CaO)為11.4%～33.43%，其w(Al2O3)為0～10.90%，w(FeO)為3.40%～29.81%。根據(jù)主量元素成分計算出該石榴子石端員組成主要為鈣鐵榴石（33.7%～99.7%）和鈣鋁榴石（0～65.3%），此外，還有少量的鎂鋁榴石（0.05%～1.5%）和錳鋁榴石（0.4%～5.1%）。

3.2 鋯石LA-ICP-MS U-Pb測年結(jié)果

洛巴堆礦床花崗閃長巖中的鋯石單礦物晶形完好，主要呈長柱狀和短柱狀，無色、透明，陰極發(fā)光圖像顯示鋯石具有明顯的環(huán)帶結(jié)構(gòu)。鋯石的Th/U 比值介于0.32～0.75 之間（表3），具有巖漿鋯石特征（吳元保等，2004）。

在本次測試中，通過30 個測試點得到了鋯石206Pb/238U 的 加權(quán)平均 年 齡為（62.6±0.8）Ma（MSWD=0.2，n=30）（圖4），指示成礦花崗閃長巖形成于古新世。

3.3 石榴子石LA-ICP-MS U-Pb測年結(jié)果

石榴子石LA-ICP-MS U-Pb 定年所選對象主要來自于LBD-09、LBD-20B、LBD-31A 三個矽卡巖樣品。3個樣品的石榴子石U和Th含量變化較大，w（U）為0.43×10-6～28.1×10-6，w(Th)為0～1.95×10-6。其中，樣品LBD-09石榴子石w(U)（0.43×10-6～4.69×10-6）和w(Th)（＜0.10×10-6）較低；樣品LBD-20B 中的石榴子石U、Th含量相對較高，w(U)為0.85×10-6～28.1×10-6，w(Th)為0.03×10-6～1.28×10-6；樣品LBD-31A 中的石榴子石w(U)為0.87×10-6～4.92×10-6，w(Th)為0.01×10-6～1.95×10-6（表4）。

表2 洛巴堆礦床代表性石榴子石電子探針數(shù)據(jù)Table 2 Representative EMPA data of garnet from the Luobadui deposit

表3 洛巴堆礦床花崗閃長巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb 分析數(shù)據(jù)Table 3 Zircon LA-ICP-MS U-Pb data for granodiorite in the Luobadui deposit

圖4 洛巴堆礦床中花崗閃長巖中鋯石U-Pb年齡Fig.4 U-Pb age of zircon in granodiorite from the Luobadui deposit

3 個樣品（LBD-09、LBD-20B、LBD-31A）中的石榴子石w(U)平均值在1.8×10-6～3.7×10-6之間，且以鈣鐵榴石-鈣鋁榴石為主。3 個樣品的207Pb/206Pb和238U/206Pb 同位素比值進(jìn)行諧和曲線作圖，94 個測試點整體較均勻分布在諧和線上及附近（圖5），并獲得下交點年齡為（62.7±2.3）Ma（MSWD=1.01，n=94）。

4 討 論

4.1 石榴子石成分對矽卡巖形成的制約

根據(jù)主要化學(xué)成分的不同組成，石榴子石可以分為鈣鋁榴石（Ca3Al2Si3O12）、鈣鐵榴石（Ca3Fe2Si3O12）、錳鋁榴石（Mn3Al2Si3O12）、鐵鋁榴石（Fe3Al2Si3O12）以及鎂鋁榴石（Mg3Al2Si3O12）等。矽卡巖礦床中出現(xiàn)最多的石榴子石為鈣鋁鐵榴石，是鈣鋁榴石（Ca3Al2Si3O12）和鈣鐵榴石（Ca3Fe2Si3O12）的固溶體（圖7a～d）。本次研究的洛巴堆礦床中石榴子石也以鈣鋁鐵榴石為主，這與世界范圍矽卡巖型Fe 礦床中石榴子石成分一致（圖6，Meinert et al.,2005）

圖5 洛巴堆礦床矽卡巖中石榴子石U-Pb年齡Fig.5 U-Pb age of garnet in skarn from the Luobadui deposit

本次研究的洛巴堆礦床中石榴子石環(huán)帶結(jié)構(gòu)明顯，并且在BSE 圖(圖7a、b）中，石榴子石的環(huán)帶呈現(xiàn)出明暗相間的特征。通過對樣品LBD-09 和LBD-20B 中具有比較典型環(huán)帶的石榴子石顆粒從核部到邊部進(jìn)行電子探針分析，結(jié)果顯示石榴子石環(huán)帶的明暗關(guān)系與Fe含量有關(guān)，環(huán)帶暗色部分的w(Fe)較少(14.3%～20.1%)，以富鋁鈣鐵榴石為主；而環(huán)帶的亮色部分的w(Fe)相對較高(25.7%～28%)，主要是鈣鐵榴石，并且Fe2O3/FeO也相對更高一些。總體上顯示出，鈣鐵榴石和富鋁鈣鐵榴石含量交替變化的特征，對應(yīng)了石榴子石中FeOt和Al2O3含量具有相反的變化趨勢特征(圖7b)。這種成分變化表明，石榴子石在結(jié)晶生長過程中流體成分及物理化學(xué)環(huán)境等可能呈幕式變化，而這種變化則可能是由成礦流體化學(xué)成分的自身再平衡造成的（Holten et al.,2000），也可能是由于石榴子石在生長過程中流體流量的改變而引起生長速率改變造成的(Jamtveit et al.,1993;Jamtveit,1999)。

矽卡巖在形成過程中氧化還原環(huán)境、成礦流體的酸堿度變化對矽卡巖型礦床及礦化類型的形成具有重要的作用，而石榴子石的成分與成礦流體成分、溫度、pH 值以及氧逸度密切相關(guān)，因此，石榴子石成分反映出矽卡巖形成時的氧逸度等特征。Kwak(1994)和Lu等(2003)都認(rèn)為，鈣鐵榴石常形成于氧化環(huán)境，而鈣鋁榴石則通常形成于還原環(huán)境。本次研究顯示，洛巴堆礦床中石榴子石主要以鈣鐵榴石為主，其成礦流體具有較高的氧逸度，而這則為后期磁鐵礦的沉淀提供了有利條件。

4.2 石榴子石U-Pb年代學(xué)及意義

4.2.1 元素U進(jìn)入石榴子石的替代機(jī)制

元素U 在石榴子石中的存在方式對于石榴子石U-Pb年代學(xué)而言起著至關(guān)重要的作用，決定了U-Pb定年的準(zhǔn)確性。元素U 在石榴子石中有3 種存在方式，礦物包裹體、微粒子以及賦存于石榴子石晶格中(Duan et al.,2020)。近年的研究結(jié)果表示，石榴子石中的U 可能主要存在于礦物晶格中，主要以替代的方式進(jìn)入(Dewolf et al.,1996)。Rák等（2011）提出隨著四面體中二價鐵離子的增加會導(dǎo)致十二面體中U含量的減少，該結(jié)論也從側(cè)面論證了U 主要存在于石榴子石的晶格結(jié)構(gòu)中這一觀點。

表4 洛巴堆矽卡巖鐵礦床石榴子石LA-ICP-MS U-Pb分析數(shù)據(jù)Table 4 Garnet LA-ICP-MS U-Pb data from the Luobadui deposit

續(xù)表 4Continued Table 4

圖6 洛巴堆礦床石榴子石樣品類型分布三角圖（底圖據(jù)Meinert et al.,2005）Gr—鈣鋁榴石；Ad—鈣鐵榴石；Al—鐵鋁榴石；Sp—錳鋁榴石；Py—鎂鋁榴石；Ca-Ti—鈣鈦榴石Fig.6 Triangular diagram of garnet classification from the Luobadui deposit(base map after Meinert et al.,2005)Gr—Grossularite;Ad—Andradite;Al—Almandine;Sp—Spessartite;Py—Pyrope;Ca-Ti—Perovskite

此外，U 與REE 表現(xiàn)出了正相關(guān)關(guān)系，也因此推斷U 與REE 具有相似的替代機(jī)制(Smith et al.,2004)。根據(jù)離子半徑（Ca2+為0.99?，Mg2+為0.66 ?，U2+為0.52 ?），認(rèn)為U進(jìn)入石榴子石主要是通過替代十二面體中的二價陽離子（Ca、Mg 等），其替代過程中的電荷平衡則主要是依靠鐵離子進(jìn)行電荷轉(zhuǎn)移，該機(jī)制通過鐵鋁榴石含量與U 含量的正相關(guān)關(guān)系進(jìn)一步得到了證實。雖然，近期研究發(fā)現(xiàn)U 進(jìn)入石榴子石的方法可能還受到其他因素的影響（如流體成分、水巖比、物理條件、礦物生長動力學(xué)和交代動力學(xué)等）(Smith et al.,2004)，但均與石榴子石的生長密切相關(guān)。而且石榴子石中的U 與鐵鋁含量總體呈正相關(guān)關(guān)系(Duan et al., 2020)，因此，本文認(rèn)為石榴子石的（尤其是鈣鐵榴石）U-Pb 年齡可以真實反映矽卡巖中石榴子石的形成年齡。

4.2.2 石榴子石U-Pb年齡約束礦床成礦年齡

矽卡巖礦床中常常發(fā)現(xiàn)侵入體與矽卡巖并未有直接接觸關(guān)系，因此，導(dǎo)致利用侵入體的年齡來間接限制矽卡巖礦床成礦時代具有不確定性，無法直接指示成礦時代。矽卡巖型鐵多金屬礦床中的輝鉬礦并不發(fā)育（甚至缺失），無法利用輝鉬礦Re-Os 定年來進(jìn)行成礦年齡的測定。再者，云母40Ar/39Ar 定年方法很容易受到后期巖漿和構(gòu)造的重置(Chiaradia et al., 2013)，所以該方法也不十分準(zhǔn)確。石榴子石作為矽卡巖礦床中最常見的蝕變礦物，其性質(zhì)穩(wěn)定，受后期的巖漿熱液和構(gòu)造活動影響較小，是一種十分理想的矽卡巖定年礦物（Deng et al., 2017）。根據(jù)地質(zhì)特征可以發(fā)現(xiàn)，洛巴堆礦床中鐵多金屬礦化與矽卡巖形成具有密切成因聯(lián)系，是同一期熱液流體演化的產(chǎn)物。因此，本次研究獲得的洛巴堆礦床矽卡巖中的石榴子石U-Pb 年齡可以很好的代表該礦床的成礦年齡，而且礦區(qū)內(nèi)出露的花崗閃長巖的鋯石U-Pb 年齡與石榴子石U-Pb 年齡一致，均為63 Ma，表明本次研究所獲得的石榴子石U-Pb 年齡是真實、可靠的，能夠準(zhǔn)確反映洛巴堆矽卡巖型鐵多金屬礦床的成礦時代。

丁林等（2017）通過對桑丹林剖面利用周緣前陸盆地中的沉積響應(yīng)方法，確定了印度-歐亞大陸的初始碰撞時間是在65～63 Ma，對印度大陸與歐亞大陸的初始碰撞時間進(jìn)行約束。結(jié)合本次獲得的洛巴堆礦床的成巖成礦年齡也為63 Ma，可以約束該礦床是在印度-歐亞大陸初始碰撞的構(gòu)造背景下形成的(丁林等，2017)。目前，岡底斯成礦帶北側(cè)的矽卡巖型多金屬礦床已知的成礦時代變化范圍較大（65～45 Ma），甚至是同一礦區(qū)不同定年方法也顯示出不一致性，如蒙亞啊礦床中輝鉬礦Re-Os 年齡約為64 Ma，而絹云母40Ar/39Ar 年齡約為55 Ma（Wang et al., 2015; Fu et al., 2017），尤其是絹云母的Ar-Ar年齡易受后期構(gòu)造事件影響，可能沒有反映出真實的成礦時代。因此，通過石榴子石U-Pb 定年能夠更好地限定岡底斯成礦帶北側(cè)的矽卡巖型多金屬礦床的成礦作用與青藏高原構(gòu)造演化之間的內(nèi)在聯(lián)系。

圖7 洛巴堆礦床石榴子石顆粒環(huán)帶成分變化圖a.LBD-09石榴子石環(huán)帶探針點；b.LBD-09石榴子石環(huán)帶鐵、鋁變化圖；c.LBD-20B石榴子石環(huán)帶探針點；d.LBD-20石榴子石環(huán)帶鐵、鋁變化圖Gar—石榴子石；Sph—閃鋅礦；Mag—磁鐵礦；Car—碳酸鹽巖；Ad—鈣鐵榴石；Gr—鈣鋁榴石（圖7a、c中的箭頭表示點位方向）Fig.7 Composition variation of garnet zone from the Luobadui deposita.Garnet zone with probe points of LBD-09;b.Variation of iron and aluminum in garnet zone of LBD-09;c.Garnet zone with probe points of LBD-20B;d.Variation of iron and aluminum in garnet zone of LBD-20B Gar—Garnet;Sph—Sphalerite;Mag—Magnetite;Car—Carbonate;Ad—Andradite;Gr—Grossularite(Arrow represents the direction of the points in Fig.7a,c)

4.2.3 石榴子石U-Pb定年的發(fā)展前景

Kawk 等（1987）測出矽卡巖型礦床中的石榴子石的w(U)，發(fā)現(xiàn)其可達(dá)到2.7×10-3，為后續(xù)石榴子石U-Pb 定年的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。Barrie 等（2011）和Deng 等（2017）分別成功的對不同礦化類型的矽卡巖礦床中石榴子石進(jìn)行了U-Pb 定年，證明了該方法在礦床成礦學(xué)研究中的可行性。

目前，除了對矽卡巖礦床富U 鈣鐵榴石進(jìn)行定年以外，在對低U 鈣鋁榴石及錳鋁榴石的U-Pb 定年方面也取得了很大的進(jìn)展（Li et al.,2018；2019）。另外，在研究高溫高壓變質(zhì)作用及相關(guān)礦床的時候，相對于常用的云母40Ar/39Ar 定年法和鋯石U-Pb 定年法，石榴子石高封閉溫度的優(yōu)勢使得石榴子石U-Pb定年更具有精確性，可以很好的約束變質(zhì)事件的時間(Chiaradia et al.,2013)。

因此，基于石榴子石U-Pb 定年法的優(yōu)越性，該方法有望在厘定變質(zhì)作用和高分異花崗巖（含有豐富的石榴子石）等方面提供新的年代學(xué)約束。

5 結(jié) 論

通過對洛巴堆矽卡巖鐵多金屬礦床中石榴子石和成礦花崗閃長巖中的鋯石進(jìn)行LA-ICP-MS U-Pb定年，結(jié)果顯示石榴子石U-Pb 年齡為（62.7±2.3）Ma，鋯石U-Pb 年齡為（62.6±0.8）Ma；兩者具有一致性，顯示洛巴堆礦床形成于約63 Ma，形成于印度-歐亞大陸初始碰撞的構(gòu)造背景。

同時，這2 種礦物一致的U-Pb 年齡也表明石榴子石定年能夠準(zhǔn)確限定矽卡巖型礦床的成礦時代，尤其是對缺乏其他定年手段或是遭受強烈后期構(gòu)造活動的礦床具有廣泛應(yīng)用前景。

致 謝感謝野外工作中西藏林周縣鋼源礦業(yè)有限公司工作人員以及中國科學(xué)院青藏高原研究所宋培平、陳耀飛和曾登的支持。感謝匿名審稿專家提出的寶貴審改意見。