新疆卡魯安硬巖型鋰礦床成礦流體性質(zhì)：來(lái)自He—Ar同位素證據(jù)

劉濤，田世洪2,，王登紅，侯可軍，張玉潔，李賢芳，杰肯·卡里木汗，張忠利，王永強(qiáng)，趙悅，秦燕

1)核資源與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，東華理工大學(xué)，南昌，330013；2)自然資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京，100037；3)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京，100083；4)新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局七○六隊(duì)，新疆阿勒泰，836500

內(nèi)容提要:卡魯安鋰礦床位于新疆北部的阿爾泰造山帶，是以鋰輝石為主要礦石礦物的硬巖型鋰礦床。前人對(duì)該礦床的巖石成因、成礦機(jī)制及構(gòu)造背景已經(jīng)有了初步的認(rèn)識(shí)，但對(duì)該礦區(qū)內(nèi)成礦流體的研究仍是空白，這將在一定程度上影響對(duì)礦床成因的認(rèn)識(shí)。本文通過(guò)分析卡魯安偉晶巖中鋰輝石和石英流體包裹體He、Ar同位素組成，對(duì)成礦流體進(jìn)行示蹤研究。研究表明，含礦偉晶巖的n(3He)/n(4He)為0.25～3.19 Ra(平均0.97 Ra)，無(wú)礦偉晶巖與外圍偉晶巖n(3He)/n(4He)為0.13～5.32 Ra(平均1.13 Ra)，均介于殼源與幔源He之間。根據(jù)成礦流體的殼幔二元混合模式進(jìn)行計(jì)算：含礦偉晶巖中的地幔流體比例為3.55% ～ 48.92%，平均值為14.67%；無(wú)礦偉晶巖與外圍偉晶巖地幔流體占比為1.70% ～ 81.79%，平均值為17.13%。含礦偉晶巖成礦流體的n(40Ar)/n(36Ar)為552.50～13353.00，n(40Ar*)相對(duì)含量為46.52% ～ 97.79%，平均值為87.25%，大氣的Ar貢獻(xiàn)平均為12.75%。分析結(jié)果顯示，成礦流體主要以殼源流體為主，部分幔源流體和改造型飽和大氣水的混合流體，隨著成礦作用的進(jìn)行，地幔He與大氣飽和水改造Ar皆有所減少。值得注意的是卡魯安鋰礦床成礦流體中幔源物質(zhì)并非真的來(lái)自于地幔物質(zhì)上侵，更有可能是來(lái)源于元古代的不成熟陸殼熔融。新疆卡魯安鋰礦床形成于陸—陸碰撞造山作用晚期的后碰撞造山階段，造山后期的伸展導(dǎo)致含幔源物質(zhì)的古老地殼與年輕地殼減壓熔融，熔融所形成的巖漿流體隨后經(jīng)大氣降水改造為成礦流體。

稀有金屬以其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于信息技術(shù)、航空航天、國(guó)防軍工等現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)，是不可多得且不能再生的重要礦產(chǎn)資源，對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義(Shaw et al.,2016；翟明國(guó)等，2019；劉濤等，2020)。阿爾泰造山帶位于新疆北緣，中亞造山帶中部，區(qū)域內(nèi)廣泛分布著花崗偉晶巖脈，是我國(guó)稀有金屬、寶石及白云母的重要產(chǎn)地之一(鄒天人等，1988；Windley et al.,2002；張輝等，2019)。帶內(nèi)發(fā)育稀有金屬偉晶巖礦田有可可托海、大喀拉蘇、柯魯木特、卡魯安—阿祖拜偉等。研究區(qū)位于哈龍巖體西部的卡魯安—阿祖拜偉晶巖田(圖1)，卡魯安礦床內(nèi)偉晶巖礦脈主要有650、806和807號(hào)脈等，是阿爾泰地區(qū)一個(gè)潛在的超大型硬巖型鋰輝石礦床。前人對(duì)卡魯安礦床開(kāi)展研究工作較少，而且爭(zhēng)議較大，直到近些年才對(duì)該礦床進(jìn)行了系統(tǒng)的全巖地球化學(xué)、同位素地球化學(xué)、礦物學(xué)等方面的研究(馬占龍等，2015；張輝等，2019；劉濤等，2020)。前人的研究工作認(rèn)為花崗偉晶巖形成于陸—陸碰撞體制下陸殼的減壓熔融，并發(fā)現(xiàn)有地幔物質(zhì)的加入(李會(huì)軍等，2006；童英等，2006；Wang Tao et al.,2007；馬占龍，2015)。但地幔物質(zhì)是否真正參與硬巖型鋰礦床的成礦作用尚未見(jiàn)報(bào)道，主要原因在于缺少對(duì)礦物的流體包裹體詳細(xì)研究，這將在一定程度上影響到對(duì)偉晶巖型鋰礦床成因的認(rèn)識(shí)及對(duì)成礦過(guò)程的探討。

流體包裹體的He—Ar同位素已經(jīng)研究了幾十年，稀有氣體He、Ar以其獨(dú)特的地球化學(xué)惰性和不同層位同位素組成差異等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于成礦古流體的示蹤及水—巖反應(yīng)過(guò)程的研究(Ballentine and Burnard，2002；Kendrick et al.,2011；Wu Liyan et al.,2011；趙曉燕等，2021)。已有研究表明，不同圈層流體的He、Ar同位素組成具有明顯區(qū)別，幔源流體n(3He)/n(4He)值比殼源流體大1000倍(殼源流體n(3He)/n(4He)=0.01～0.05Ra；幔源流體n(3He)/n(4He)=6.00～7.00Ra；Stuart et al.,1995；Dunai and Baur，1995)。He同位素在地殼與地幔中的差異，使得地殼流體中即使有少量幔源He的加入也可以識(shí)別(Sun Xiaoming et al.,2009；Hu Ruizhong et al.,2009，2012)。此外，地殼Ar與地幔Ar也具有明顯區(qū)別，幔源流體n(40Ar)/n(36Ar)>40000.0，殼源流體n(40Ar)/n(36Ar)>295.5，空氣飽和水n(40Ar)/n(36Ar)=295.5。因此，He、Ar同位素在識(shí)別流體來(lái)源方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)(Wu Liyan et al.,2011；Burnard,2012；Xu Leiluo et al.,2014；Zhai Degao et al.,2015)。

本文選擇阿爾泰地區(qū)具有代表性的卡魯安硬巖型鋰礦床，對(duì)偉晶巖礦體內(nèi)的鋰輝石、石英開(kāi)展了包裹體He—Ar同位素的測(cè)定，對(duì)成礦流體的來(lái)源及演化進(jìn)行探討，彌補(bǔ)礦區(qū)He—Ar同位素的研究空白，亦為阿爾泰地區(qū)乃至中亞造山帶內(nèi)偉晶巖成礦流體、成礦物質(zhì)來(lái)源研究提供借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

阿爾泰造山帶位于中亞造山帶(Central Asian Orogenic Belt)中部，西伯利亞板塊西南緣與哈薩克斯坦板塊結(jié)合部位，是一個(gè)呈北西向展布的古生代巖漿弧(Xiao Wenjiao et al.,2004；Long Xiaoping et al.,2008，2010；Sun Min et al.,2008；孫敏等，2009)。弧內(nèi)發(fā)育大量花崗偉晶巖(出露面積高達(dá)40%)及少量分布的閃長(zhǎng)巖—輝長(zhǎng)巖，花崗偉晶巖分布主要受成礦前的構(gòu)造裂隙(北西向)控制(Cai Keda et al.,2011；劉濤等，2020)。帶內(nèi)出露的沉積地層主要為中奧陶統(tǒng)—早石炭統(tǒng)淺?！霚\海相類(lèi)建造，與印支期花崗偉晶巖呈侵入關(guān)系?；◢弬ゾr型Li、Be、Nb、Ta礦床主要分布在哈龍—青河偉晶巖成礦亞帶上，礦集區(qū)自南東向北西依次有青河礦集區(qū)、卡拉額爾齊斯礦集區(qū)、柯魯木特—吉得克礦集區(qū)等。阿爾泰造山帶成礦作用主要集中于印支期，形成的礦床包括群庫(kù)爾稀有金屬偉晶巖(Be—Nb—Ta礦床；203.80±1.60 Ma)，佳木開(kāi)稀有金屬偉晶巖(Li—Be—Nb—Ta—Cs礦床；212.20±1.70 Ma)，阿巴宮—塔拉特稀有金屬偉晶巖(Nb—Ta礦床；246.80±1.20 Ma)等(任寶琴等，2011)。

2 礦床地質(zhì)特征

卡魯安花崗偉晶巖型鋰礦床位于阿爾泰中段，哈龍—青河早古生代深成巖漿弧北部，圍繞哈龍花崗巖體分布(圖1)，屬于群庫(kù)爾—阿祖拜偉晶巖帶的北端延伸部分(劉濤等，2020)。研究區(qū)內(nèi)具有多期構(gòu)造活動(dòng)特征，褶皺、斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，主構(gòu)造線(xiàn)呈近北西向。構(gòu)造裂隙多沿著結(jié)晶片巖與花崗巖的內(nèi)外接觸帶密集分布，接觸面為成礦母巖侵入時(shí)構(gòu)造應(yīng)力中心，接觸面產(chǎn)狀控制了花崗偉晶巖脈的空間分布，在縱向上有一定的延伸深度。因此，在深切的河谷及山坡上發(fā)現(xiàn)的花崗偉晶巖脈露頭較多且密集。

礦區(qū)出露地層為中上志留系庫(kù)魯木提群(S2-3Kla)的深變質(zhì)片巖，呈淺?！霚\海相建造，巖性主要為灰綠—灰紫色細(xì)砂巖、粉砂巖與泥巖的不均勻互層，后面經(jīng)過(guò)多期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與海西中、晚期大規(guī)模的巖漿活動(dòng)，使該地層發(fā)生了強(qiáng)烈的變質(zhì)，形成了一套以片巖、片麻巖、板巖及混合巖為主要巖性的地層(馬占龍等，2015；張輝等，2019)。礦區(qū)侵入巖主要包括花崗偉晶巖脈及少量石英脈和長(zhǎng)英巖脈，花崗偉晶巖為礦床主要的成礦母巖及賦礦圍巖，成巖時(shí)代為205.00±12.00 Ma(劉濤等，2020)。偉晶巖脈的成巖成礦過(guò)程中伴隨著廣泛的自交代作用，主要有鈉長(zhǎng)石化，局部出現(xiàn)白云母化。鈉長(zhǎng)石化遍及全脈，在各巖體內(nèi)均有發(fā)育，只是交代強(qiáng)弱和表現(xiàn)形式上的區(qū)別，其中以石英鈉長(zhǎng)石鋰輝石偉晶巖中最為發(fā)育；白云母化多見(jiàn)于石英鈉長(zhǎng)石偉晶巖中，是交代早期形成礦物的產(chǎn)物。研究區(qū)內(nèi)花崗偉晶巖脈的圍巖蝕變范圍狹窄，主要為白云母化。

礦區(qū)地質(zhì)特征較為簡(jiǎn)單，花崗偉晶巖脈侵入于中上志留統(tǒng)庫(kù)魯木提群(S2-3kla)變質(zhì)的片巖系中，南西部的807號(hào)脈和北部的806號(hào)脈為主體的21條花崗偉晶巖脈形成以鋰為主的鋰礦床。用于分析的樣品是從礦區(qū)不同的礦物帶收集的，均為新鮮致密狀的脈型礦石。分別挑選了含礦偉晶巖中的鋰輝石與石英、無(wú)礦偉晶巖與外圍偉晶巖的石英進(jìn)行He—Ar同位素分析工作，采樣位置詳見(jiàn)圖1。

圖1 新疆卡魯安鋰礦床地質(zhì)簡(jiǎn)圖(修改自 Feng Yonggang et al.,2019；劉濤等，2020)Fig.1 Simplified geological map of the lithium deposit in Kalu’an,Xinjiang (modified after Feng Yonggang et al.,2019；Liu Tao et al.,2020&)

3 樣品及分析方法

本次研究測(cè)定了含礦偉晶巖的7件鋰輝石和8件石英、無(wú)礦偉晶巖的7件石英以及外圍偉晶巖的3件石英中流體包裹體的He和Ar同位素組成。本文測(cè)試用的石英樣品取自卡魯安鋰礦床新鮮致密塊狀的含礦偉晶巖、無(wú)礦偉晶巖和外圍偉晶巖中(表1)，鋰輝石與石英為同一手標(biāo)本上的共生礦物(如：KLA2017-11-4、KLA2017-15-4、KLA2017-16-1、KLA2017-16-2、KLA2017-29-4、KLA2017-29-5；所有樣品的巖石地球化學(xué)特征見(jiàn)劉濤等，2020文章中表3)。石英和鋰輝石呈半自形到自形狀晶體，未見(jiàn)多期次特征及后期熱液蝕變改造(劉濤等，2020文章中圖3d和e)。綜上所述，鋰輝石與石英均為早階段偉晶巖熔體形成的產(chǎn)物。

石英和鋰輝石流體包裹體He、Ar同位素測(cè)試在中國(guó)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)室完成。使用Helix SFT稀有氣體質(zhì)譜儀測(cè)試，系統(tǒng)由壓碎、純化和質(zhì)譜系統(tǒng)組成。在高真空條件下，壓碎和純化系統(tǒng)真空為n×10-7Pa，質(zhì)譜系統(tǒng)真空為n×10-8Pa。質(zhì)譜離子源采用Nier，靈敏度對(duì)He在800 μA阱電流時(shí)好于2×10-4amps/Torr (amps/Torr=A/1.33 bar=A/0.133 MPa)，對(duì)Ar在200 μA阱電流時(shí)好于1×10-3amps/Torr 。40Ar靜態(tài)上升率小于1×10-12cm3STP/min，36Ar本底小于5×10-14cm3STP(STP指標(biāo)準(zhǔn)溫壓狀態(tài))。法拉第杯分辨率>400，離子計(jì)數(shù)器分辨率>700，可將3He與4He、HD+H3與3He峰完全分開(kāi)。實(shí)驗(yàn)流程：將高純度40～60目固體樣品先用蒸餾水洗凈，然后置于丙酮中，超聲波清洗20分鐘后烘干，取0.5～1.0 g裝入不銹鋼坩堝再移到壓碎裝置中，密封、加熱到130～140℃并持續(xù)40 h左右去氣，以去除次生包裹體和樣品表面吸附的He和Ar，從而所測(cè)試的He—Ar同位素組成可代表原始流體的同位素組成。用100～150 kg/cm2的壓力壓碎樣品，釋放出的包裹體氣經(jīng)過(guò)分子篩、海綿鈦以及鋯鋁泵等多級(jí)純化，分離出純He和Ar。① He測(cè)試：He模式下，4He信號(hào)用法拉第杯接收，3He用離子倍增器接收。離子源電壓4.5 kV，電流1218 μA，trap電壓15.56 V，電流450 μA。② Ar測(cè)試：Ar模式下，40Ar和36Ar用法拉第杯接收，38Ar用倍增器接收。離子源電壓4.5 kV，電流454 μA，trap電壓15.02 V，電流200 μA。同位素比值結(jié)果校正，利用當(dāng)天空氣標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試結(jié)果和空氣標(biāo)準(zhǔn)值校正樣品測(cè)試結(jié)果?？諝獾膎(3He)/n(4He)標(biāo)準(zhǔn)值采用1.4×10-6，n(40Ar)/n(36Ar)和n(36Ar)/n(38Ar)標(biāo)準(zhǔn)值分別采用295.5和5.35。利用0.1 mL標(biāo)準(zhǔn)氣4He(52.3×10-8cm3STP)和40Ar(4.472×10-8cm3STP)含量、標(biāo)準(zhǔn)氣和樣品的同位素信號(hào)強(qiáng)度以及被壓碎的樣品質(zhì)量(樣品總質(zhì)量減去壓碎后再經(jīng)過(guò)100目篩后剩下的樣品質(zhì)量)標(biāo)定樣品中4He(cm3STP/g)和40Ar(cm3STP/g)含量。

4 分析結(jié)果

卡魯安鋰礦床中鋰輝石和石英流體包裹體的He和Ar同位素組成及相關(guān)參數(shù)如表1。

表1中列出了卡魯安鋰礦床樣品中流體包裹體中氣體的40Ar濃度和同位素?cái)?shù)據(jù)。含礦偉晶巖中鋰輝石的40Ar濃度為(118.24～1577.74)×10cm3STP/g，n(40Ar)/n(36Ar)值為3747.3～13353.0，石英40Ar濃度為(30.52～417.44)×10cm3STP/g，n(40Ar)/n(36Ar)值為372.7～7590.7。無(wú)礦偉晶巖40Ar濃度為(67.96～209.69)×10-8cm3STP/g，n(40Ar)/n(36Ar)值為381.9～2855.5。外圍偉晶巖40Ar濃度為(125.37～164.90)×10cm3STP/g，n(40Ar)/n(36Ar)值為1013.1～1957.2。

5 討論

5.1 He、Ar同位素組成影響因素

前人研究表明He—Ar同位素可以用來(lái)追蹤金屬礦床中成礦流體的來(lái)源(Stuart et al.,1995；周振華等，2017；翟偉等，2018；趙曉燕等，2021)，鋰輝石與石英是卡魯安鋰礦床重要的礦石礦物與主要的組成成分，所以鋰輝石與石英中的流體包裹體是能夠反映出成礦過(guò)程中流體的最原始信息。但是礦物流體包裹體的He、Ar同位素測(cè)試值，能否代表流體包裹體的初始值，還要取決于流體包裹體被圈閉后一些后生過(guò)程的影響，主要包括：① 流體包裹體內(nèi)初始He、Ar擴(kuò)散丟失；②樣品分析過(guò)程中同位素分餾及大氣污染；③流體包裹體內(nèi)放射成因新He、Ar；④成礦后流體的活動(dòng)等(申萍等，2004；楊猛等，2012)。

陳陽(yáng)等(2016)對(duì)卡魯安礦區(qū)807號(hào)脈進(jìn)行了元素?cái)U(kuò)散模型的建立，發(fā)現(xiàn)影響含礦偉晶巖脈中元素?cái)U(kuò)散主要原因主要在于圍巖中組分的變化，擴(kuò)散系數(shù)影響不是主要原因，所以后期稀有氣體擴(kuò)散丟失所帶來(lái)的影響非常有限。本文所采用的是真空壓碎法來(lái)對(duì)流體包裹體內(nèi)的稀有氣體進(jìn)行采集，包裹體中稀有氣體提取過(guò)程中同位素不會(huì)產(chǎn)生明顯的分餾，且不會(huì)讓寄主礦物晶格中的He和Ar釋放(Turner and Stuart，1992)。大氣中He的含量很低，對(duì)熱液中He的豐度以及同位素組成不會(huì)產(chǎn)生明顯的影響，在本研究中n(3He)/n(36Ar)測(cè)量的值范圍(除個(gè)別外)為(0.01～68.82)×10-3(表1)，明顯高于空氣飽和水(ASW)和大氣的n(3He)/n(36Ar)值5×10-8和2×10-7(Marty et al.,1989；Stuart et al.,1995；Villa，2001；Hu Ruizhong et al.,2009)，故樣品分析過(guò)程中同位素分餾及大氣污染也十分有限。前人研究已經(jīng)確定了新疆北部海西期古成礦流體形成后的各種作用對(duì)包裹體中的He、Ar初始同位素組成影響較小(申萍等，2004)，盡管流體包裹體中放射性元素(U、Th、K)衰變可產(chǎn)生少量的4He和40Ar，但卡魯安鋰礦床成礦年齡較新，衰變成因的4He和40Ar量極少，對(duì)石英與鋰輝石中流體包裹體的初始He、Ar同位素比值影響甚微。所以，本次實(shí)驗(yàn)所測(cè)定石英和鋰輝石樣品中流體包裹體中的He、Ar同位素測(cè)定值是能夠代表成礦流體被捕獲時(shí)的初始值。

5.2 成礦流體來(lái)源示蹤

從表1中可見(jiàn)卡魯安鋰礦床礦物流體包裹體中He—Ar濃度變化范圍較大，一方面，這可能存在一些高鋰礦物通過(guò)6Li (n，α)→3He進(jìn)行放射性的He積累，通過(guò)與可可托海、大喀拉蘇、庫(kù)威四礦等地偉晶巖He同位素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比(王登紅等，2001)，本文將這些不正常的3He數(shù)據(jù)引起n(3He)/n(4He)值異高(>8Ra)排除在本次討論之外。另外，為了解高濃度的He是否會(huì)對(duì)n(3He)/n(4He)值產(chǎn)生影響，本文對(duì)含礦偉晶巖的n(3He)/n(4He)與3He與4He進(jìn)行投圖，從圖2中可以看出不管是3He還是4He都與n(3He)/n(4He)不具有線(xiàn)性相關(guān)特點(diǎn)，這說(shuō)明所討論含礦偉晶巖流體包裹體內(nèi)的n(3He)/n(4He)值并不受捕獲后放射性成因3He或4He的影響。另一方面，濃度變化范圍大可能指示著成礦流體來(lái)源不均一性，不同來(lái)源的成礦流體以不同比例混合控制著不同成礦階段。

圖2 新疆卡魯安鋰礦床含礦偉晶巖流體包裹體3He—R/Ra、4He—R/Ra圖解Fig.2 3He—R/Ra、4He—R/Ra plot of inclusion trapped fluids in spodumene-bearing pegmatites from the lithium deposit in Kalu’an,Xinjiang

卡魯安鋰礦含礦偉晶巖流體包裹體n(3He)/n(4He)值分別為0.25～3.19Ra(平均0.97Ra)，無(wú)礦偉晶巖與外圍偉晶巖流體包裹體n(3He)/n(4He)值為0.13～5.32Ra(平均1.67Ra)和0.14～0.69Ra(平均0.42Ra)；偉晶巖的n(3He)/n(4He)值均遠(yuǎn)高于地殼值(0.01～0.05Ra)，但低于地幔值(6.00～7.00Ra，Stuart et al.,1995；Burnard et al.,1999；Kendrick et al.,2001)。前文已經(jīng)說(shuō)明大氣He的含量低且在低溫含水流體中的溶解度小。同時(shí)，含礦偉晶巖F4He值{F4He =[n(4He)/n(36Ar)]樣品/[n(4He)/n(36Ar)]大氣}為(23～5.2×105，87068)，說(shuō)明含礦偉晶巖中的He平均為大氣值得87068倍，所以空氣飽和水(ASW)和大氣對(duì)大多數(shù)殼幔源流體的He同位素組成幾乎沒(méi)有影響(Marty et al.,1989；Stuart et al.,1995；Burnard et al.,1999)。因此，所測(cè)得的n(3He)/n(4He)值可以推斷為地殼和地幔He源混合的結(jié)果。同樣，從表1數(shù)據(jù)中也可以看出含礦偉晶巖的流體包裹體內(nèi)同時(shí)具有高的n(40Ar)/n(36Ar)和3He值，高n(40Ar)/n(36Ar)值可能存在于地殼放射成因He和地幔He中；但是，同時(shí)具有高n(40Ar)/n(36Ar)值和高含量的3He則是地幔所特有的(Xu Sheng et al.,1995；Hu Ruizhong et al.,2009；陳嫻等，2016)，這表明成礦流體不僅存在地殼流體，還具有地幔流體組分。從He同位素組成演化圖中(圖3a)也可以看出相同結(jié)論，本區(qū)鋰輝石、石英流體包裹體的n(3He)/n(4He)值主要位于10-5～10-7之間，即地殼與地幔He同位素組成混合帶。

圖3 卡魯安鋰礦床含礦偉晶巖、無(wú)礦偉晶巖、外圍偉晶巖流體包裹體中3He—4He及R/Ra —40Ar*/4He關(guān)系圖(據(jù)胡瑞忠等，1999修改)Fig.3 3He—4He(a)and R/Ra —40Ar*/4He(b)plot of inclusion trapped fluids for the outer pegmatites,spodumene-bearing pegmatites,and spodumene—barren pegmatites from the lithium deposit in Kalu’an(modified after Hu Ruizhong et al.,1999#)

通過(guò)與阿爾泰地區(qū)的可可托海鋰輝石偉晶、綠柱石偉晶巖和富蘊(yùn)南的含銅石英脈對(duì)比，我們發(fā)現(xiàn)該區(qū)域內(nèi)的花崗偉晶巖都具有較高n(40Ar)/n(36Ar)與高含量的n(3He)/n(4He)特征，將區(qū)域內(nèi)偉晶巖He、Ar同位素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行n(40Ar)/n(36Ar)—n(3He)/n(4He)投圖時(shí)也可以看出，投影點(diǎn)均落在地殼和地幔區(qū)域之間(圖4)，顯示幔源流體與殼源流體兩端元混合的特征，這表明阿爾泰地區(qū)稀有金屬偉晶巖在成礦過(guò)程中均有地幔流體參與。

由上文可知，卡魯安含礦偉晶巖的成礦流體是地幔流體與地殼流體的混合流體，那么可以根據(jù)殼幔二元體系的He含量公式計(jì)算出地幔流體和地殼流體的比例，幔源4He的貢獻(xiàn)可以計(jì)算為：4He地幔(%)=100 × [(n(3He)/n(4He))樣品-(n(3He)/n(4He))地殼]/[(n(3He)/n(4He))地幔-(n(3He)/n(4He))地殼] (Anderson,2000 ；Ballentine et al.,2002)，其中(n(3He)/n(4He))地幔值取大陸地幔6.50Ra，地殼中 (n(3He)/n(4He))地殼值為0.02Ra(Stuart et al.,1995)。

卡魯安鋰礦床含礦偉晶巖成礦流體的n(40Ar)/n(36Ar)值變化較大，為552.5～13353.0(表1)，均高于大氣氬同位素組成(n(40Ar)/n(36Ar)=295.5，Stuart et al.,1995)，介于殼源與幔源放射性成因氬之間，較為趨近地殼端元，與He同位素?cái)?shù)據(jù)一致(圖3，圖4)，表明成礦流體中可能以地殼流體、大氣降水為主，同時(shí)存在少量地幔流體的混入。同樣對(duì)樣品中放射性成因40Ar相對(duì)含量可由下式計(jì)算(Kendrick et al.,2001；Ballentine and Burnard，2002)：

計(jì)算結(jié)果顯示含礦偉晶巖的n(40Ar*)相對(duì)含量為46.52% ～ 97.79%，平均值為87.25%，大氣的Ar貢獻(xiàn)平均為12.75%。外圍偉晶巖與無(wú)礦偉晶巖的40Ar*相對(duì)含量為22.62% ～ 89.65%，平均值為71.96%；大氣的Ar貢獻(xiàn)為10.35% ～ 77.38%，平均值為28.04%。Ar同位素?cái)?shù)據(jù)顯示，成礦流體中具有部分的大氣降水的參與，但并不占據(jù)主導(dǎo)地位，隨著成礦作用進(jìn)行大氣降水含量也有所下降。

由上述可見(jiàn)，新疆卡魯安鋰礦床成礦作用與殼源流體密切相關(guān)，He、Ar同位素組成顯示成礦流體中的He主要來(lái)源于殼源的放射性成因He，Ar的主要來(lái)源也是地殼放射性成因的Ar，部分來(lái)源于與大氣平衡的飽和空氣水。由此可知，卡魯安鋰礦床成礦流體是一種以殼源巖漿熱液為主、部分幔源流體和改造型飽和大氣水三者的混合流體。

5.3 構(gòu)造環(huán)境意義

新疆卡魯安鋰礦床含礦偉晶巖形成于古亞洲洋閉合之后，阿爾泰—蒙古微板塊與相鄰板塊之間的陸—陸碰撞造山作用晚期的后碰撞造山階段，造山后期的伸展導(dǎo)致含幔源物質(zhì)的古老地殼與年輕地殼減壓熔融，熔融所形成含幔源物質(zhì)的巖漿沿?cái)嗔焉嫌恐翜\表，而后巖漿經(jīng)結(jié)晶冷凝所析出巖漿熱液與地殼巖石中循環(huán)的改造型飽和大氣水共同作用，形成了卡魯安地區(qū)偉晶巖型鋰礦床。其中在成礦過(guò)程中殼源流體始終占據(jù)主導(dǎo)地位，控制著成礦作用的進(jìn)行，為成礦提供所需的物質(zhì)。

6 結(jié)論

(1)卡魯安鋰礦床成礦流體的He同位素比值顯示，成礦流體中具有幔源流體的加入，幔源He的平均含量為14.67%，并隨著成礦作用的進(jìn)行比例逐漸減小。

(2)He和Ar同位素特征顯示，成礦流體中除幔源流體外還有改造型飽和大氣水的加入，成礦流體是一種以殼源巖漿熱液為主、部分幔源流體和改造型飽和大氣水三者的混合流體。

(3)新疆卡魯安鋰礦床形成與造山作用晚期的后碰撞造山階段，造山后期的伸展導(dǎo)致含幔源物質(zhì)的古老地殼與年輕地殼減壓熔融，含幔源物質(zhì)的巖漿熱液大規(guī)模的上侵，并與改造型飽和大氣水相互作用控制成礦作用的進(jìn)行。

致謝：感謝各位審稿專(zhuān)家和編輯提出的寶貴意見(jiàn)，感謝項(xiàng)目組人員及相關(guān)實(shí)驗(yàn)測(cè)試人員在野外工作和室內(nèi)測(cè)試方面的幫助，在此表示衷心的感謝！