喜馬拉雅瓊嘉崗超大型偉晶巖鋰礦的形成時代、源區(qū)特征及分異特征*

趙俊興 何暢通,2 秦克章,2 施睿哲,2 劉小馳 胡方泱 余可龍,2 孫政浩,2

1.中國科學院礦產(chǎn)資源研究重點實驗室，中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029 2.中國科學院大學地球與行星科學學院，北京 100049 3.巖石圈演化國家重點實驗室，中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029

喜馬拉雅碰撞造山帶近2500km長度范圍內(nèi)產(chǎn)出有巨量的新生代淡色花崗巖?？臻g上，它由北側(cè)的特提斯喜馬拉雅淡色花崗巖帶與南側(cè)的高喜馬拉雅淡色花崗巖帶構(gòu)成(Le Fortetal.,1987;Harrisonetal.,1998;Searleetal.,2009;Zhangetal.,2012;吳福元等，2015)。時間上，其巖漿活動可分為始喜馬拉雅階段(44～26Ma)、新喜馬拉雅階段(26～13Ma)和后喜馬拉雅階段(13～7Ma)三個階段(吳福元等，2015)。巖性以二云母花崗巖、電氣石淡色花崗巖和石榴石淡色花崗巖為主(Guillot and Le Fort,1995;吳福元等，2015;Liuetal.,2016)，其中北側(cè)特提斯喜馬拉雅淡色花崗巖以二云母花崗巖為主，少數(shù)有電氣石淡色花崗巖和石榴石淡色花崗巖，產(chǎn)狀多為獨立巖體產(chǎn)出在片麻巖穹隆的核部地區(qū)(如雅拉香波地區(qū)巖體，曾令森等，2009)；南側(cè)高喜馬拉雅淡色花崗巖以電氣石淡色花崗巖和二云母花崗巖為主，以巖席或巖墻形式沿藏南拆離系(STDS)產(chǎn)出(如Manaslu巖體，Harrisonetal.,1999)。傳統(tǒng)觀點認為喜馬拉雅淡色花崗巖是原地侵位的純地殼來源的低熔花崗巖 (Le Fortetal.,1987)，不具有稀有金屬成礦潛力。近年來，吳福元等(2015)基于淡色花崗巖的基礎(chǔ)巖石成因研究，提出喜馬拉雅淡色花崗巖為高度結(jié)晶分異的花崗巖，為異地深成(而非原地重熔)侵入體。該淡色花崗巖成因理論的創(chuàng)新，預示著喜馬拉雅很可能具有稀有金屬成礦潛力(王汝成等，2017；吳福元等，2017)。

近年來，經(jīng)過野外不斷探索，目前查驗出20余處具有稀有金屬礦化的淡色花崗巖體和偉晶巖(Wuetal.,2020)，稀有金屬礦物包括有綠柱石、錫石、鈮鉭鐵礦族礦物、燒綠石-細晶石、重鉭鐵礦、黑鎢礦、鋰輝石等(王汝成等，2017；秦克章等，2021b)。從產(chǎn)狀上看，喜馬拉雅稀有金屬花崗偉晶巖主要產(chǎn)出于在穹窿中淡色花崗巖周圍或變質(zhì)巖地層中，呈巖脈穿插淡色花崗巖中(王汝成等，2017)，或透鏡體/囊狀體獨立產(chǎn)出在地層中(劉志超等，2020)，或產(chǎn)出于大理巖、矽卡巖與巖體接觸帶內(nèi)(何暢通等，2020)。金屬組合以Be-Nb-Ta(W-Sn)為主，大多分布在特提斯喜馬拉雅帶內(nèi)，其中以錯那洞大型鎢-錫-鈹?shù)V床為代表，主要為矽卡巖-偉晶巖型鈹?shù)V和脈狀錫-鈹?shù)V(李光明等，2017;Xieetal.,2020;何暢通等，2020)。喜馬拉雅稀有金屬偉晶巖總體上呈現(xiàn)“富鈹少鋰”的礦化特點(秦克章等，2021b)，僅在少數(shù)高喜馬拉雅地區(qū)偉晶巖(普士拉與拉隆地區(qū)，Liuetal.,2020;Wuetal.,2020)和特提斯喜馬拉雅庫曲偉晶巖(周起鳳等，2021)中報道發(fā)現(xiàn)有鋰輝石礦物。秦克章等(2021a)報道該團隊在喜馬拉雅瓊嘉崗地區(qū)發(fā)現(xiàn)數(shù)條寬約20～100m的鋰輝石偉晶巖，并針對偉晶巖開展科研草測填圖(約4km2)，針對瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖的地質(zhì)特征和分帶特征開展研究，初步評價鋰資源具有大型規(guī)模以上，為喜馬拉雅首例具有工業(yè)價值的偉晶巖型鋰礦。

為了更為全面的認識喜馬拉雅瓊嘉崗偉晶巖型鋰礦的成因特征，本文通過對瓊嘉崗鋰礦中偉晶巖的巖石地球化學、獨居石和鈮鉭鐵礦族礦物的礦物成分和年代學，以及獨居石單礦物Nd同位素開展系統(tǒng)研究，解析瓊嘉崗鋰礦的形成時代、源區(qū)特征和分異特征。

1 喜馬拉雅瓊嘉崗偉晶巖型鋰礦地質(zhì)特征

瓊嘉崗偉晶巖型鋰礦位于高喜馬拉雅淡色花崗巖帶內(nèi)的珠峰地區(qū)(圖1)，藏南拆離系下的高喜馬拉雅變質(zhì)巖系中。區(qū)域上，該地區(qū)出露有二云母花崗巖、含電氣石白云母花崗巖和電氣石花崗巖等淡色花崗巖體，且各花崗巖體均有偉晶巖相伴生。偉晶巖或呈囊狀體產(chǎn)出在片麻巖和大理巖地層中，或呈巖脈穿插在淡色花崗巖內(nèi)，或與淡色花崗巖呈漸變過渡關(guān)系。填圖區(qū)以北20～25km為藏南拆離系斷層，附近地層和巖體發(fā)生糜棱巖化。在填圖區(qū)域內(nèi)(圖2)，目前共發(fā)現(xiàn)有40余條鋰輝石偉晶巖呈囊狀體、厚板狀，產(chǎn)出于高喜馬拉雅帶震旦系肉切村群大理巖和弱矽卡巖化大理巖中(圖3和圖4a-d)。地表出露的偉晶巖體寬度不一，最寬可達百米，共同構(gòu)成北北東和北東東-東西向、走向延長數(shù)百米和近千米的兩條主要偉晶巖帶。地表部分規(guī)模較小偉晶巖脈可能為第四系冰磧物覆蓋，懷疑深部相連。其中鋰輝石偉晶巖中礦石主要為塊狀構(gòu)造，自形粒狀結(jié)構(gòu)，主要礦石礦物包括鋰輝石，為長柱狀，少數(shù)為短柱狀和粒狀，呈淡綠色、黃綠色，少數(shù)可見淺黃白色；綠柱石為淺藍色和淺綠色短柱狀；少量鈮鐵礦-鈮錳礦和錫石。脈石礦物包括微斜長石、鈉長石、石英、電氣石和石榴石等。其中富礦石中鋰輝石可達70%以上。填圖結(jié)果顯示區(qū)內(nèi)主要為電氣石花崗巖體和巖脈，偉晶巖和電氣石花崗巖接觸關(guān)系包括從電氣石花崗巖逐漸漸變過渡到偉晶巖，和以巖脈穿插在電氣石花崗巖中(圖4e)。但瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖深部垂向上并未發(fā)現(xiàn)有大型花崗巖巖基出露，其母體花崗巖的地質(zhì)特征尚待查證。

圖1 喜馬拉雅淡色花崗巖分布示意圖(據(jù)潘桂棠等，2004；劉志超等，2020)Fig.1 Distribution map of the Himalayan leucogranite (modified after Pan et al.,2004;Liu et al.,2020)

圖2 喜馬拉雅瓊嘉崗偉晶巖型鋰礦地質(zhì)簡圖Fig.2 Simplified geological map of the Qongjiagang lithium pegmatite deposit,Himalaya,Tibet

圖3 瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖剖面圖及采樣位置Fig.3 Cross-section of the Qongjiagang lithium pegmatite deposit,Himalaya,Tibet,noted with the sample locations in this study

圖4 喜馬拉雅瓊嘉崗偉晶巖型鋰礦野外露頭照片(a-c)為鋰輝石偉晶巖侵入到圍巖大理巖和弱矽卡巖化大理巖中；(d)為鋰輝石產(chǎn)出于塊體微斜長石+鋰輝石帶內(nèi)；(e)電氣石花崗巖中發(fā)育有暗色礦物條帶(主要由電氣石組成)，后期偉晶巖脈穿切電氣石花崗巖Fig.4 Photographs of the field outcrops at the Qongjiagang lithium pegmatite deposit,Himalaya,Tibet(a-c)Qongjiagang spodumene pegmatite intruded into the marble and skarn marble of the pre-Cambrian Rouqiecun Group;(d)Spodumene mainly occurred in the massive microcline+spodumene zone;(e)barren pegmatite dykes intruded into the tourmaline granite with the dark mineral bands (mainly fine-grained tourmaline)

瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖結(jié)構(gòu)分帶(圖5)主要可分為細粒鈉長石帶(Ⅰ帶)、分層細晶巖帶(Ⅱ帶)和塊體微斜長石+鋰輝石帶(Ⅲ帶)，少數(shù)偉晶巖邊部還出現(xiàn)有文象結(jié)構(gòu)帶，各結(jié)構(gòu)帶之間呈漸變過渡的關(guān)系?，F(xiàn)簡要概述各結(jié)構(gòu)帶的礦物組成：

圖5 喜馬拉雅瓊嘉崗偉晶巖型鋰礦各結(jié)構(gòu)帶照片(a、b)為鋰輝石偉晶巖的典型分帶特征，從邊到核為細粒鈉長石邊部帶、分層細晶巖帶和含鋰輝石主要分帶塊體微斜長石+鋰輝石帶；(c)鋰輝石偉晶巖邊部的分層細晶巖，可見暗色彎曲條帶；(d)鋰輝石主要產(chǎn)出于塊體微斜長石+鋰輝石帶內(nèi)(鏡頭方向近似平行于鋰輝石長軸方向)Fig.5 Photographs of internal zonation patterns of the Qongjiagang spodumene pegmatite(a,b)internal zonation patterns include saccharoidal albite zone,layered aplite zone and massive microcline+spodumene zone from rim to core;(c)the occurrence of the aplitic quartz+tourmaline layers,sometimes with curved bands;(d)spodumene grains mainly occurred in the massive microcline+spodumene zone (camera direction parallel to the long-axis of the spodumene minerals)

(1)Ⅰ帶為細粒鈉長石帶，主要產(chǎn)于偉晶巖邊部，與圍巖交界處，以含有大量細粒鈉長石、電氣石和石榴石為特征。主要組成礦物包括：鈉長石45%～50%(體積百分數(shù)，下同)、粒徑為0.5～3mm；石英20%～25%，粒徑為0.5～2mm；電氣石5%～10%，粒徑為0.5～2mm；白云母3%～5%，粒徑為0.5～2mm；鉀長石5%～10%，粒徑為0.5～2mm；和石榴石(<1%)。副礦物有鋯石、錫石、鈮鉭鐵礦族礦物等。

(2)Ⅱ帶為分層細晶巖帶(圖5a-c)，特征為電氣石與鈉長石組成條帶狀產(chǎn)出于細粒鈉長石帶與塊體微斜長石+鋰輝石帶之間，礦物組合為電氣石、鈉長石、石英、鉀長石和少量石榴石，副礦物包括鋯石、鈮鉭鐵礦族礦物等，細粒鈉長石帶和分層細晶巖也可以交替出現(xiàn)在鋰輝石偉晶巖邊部。

(3)Ⅲ帶為塊體微斜長石+鋰輝石帶，是鋰輝石偉晶巖的主體部分(圖5d)，以塊體微斜長石、和塊體中的中-粗晶鋰輝石、細粒石英和細粒鈉長石集合體組成為特征，其中鋰輝石邊部可見細粒鋰輝石和石英交生結(jié)構(gòu)(簡稱為SQI結(jié)構(gòu)，圖6a,b)。主要礦物包括：微斜長石40%～45%，粒徑為 5～10cm；青綠色鋰輝石25%～30%，粒徑通常10～15cm，以長柱狀為主，少量短柱狀和粒狀；石英10%；細粒鈉長石10%～15%；和白云母3%～5%。副礦物包括鋯石、磷灰石、獨居石、鈮鉭鐵礦族礦物等(圖6c,d)。此外，在電氣石花崗巖中還穿插有含綠柱石偉晶巖，其主要礦物組合為鉀長石、鈉長石、石英、白云母、電氣石、石榴石和綠柱石。

圖6 瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖中鋰輝石及共生稀有金屬礦物BSE顯微圖片(a、b)由鋰輝石與其邊部的細粒鋰輝石+石英共生結(jié)構(gòu)(細粒鋰輝石與石英交生結(jié)構(gòu)，SQI為spodumene-quartz intergrowth縮寫)；(c)鈮鐵礦與鋯石，其中鈮鐵礦可見震蕩環(huán)帶，鋯石則呈現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)；(d)錫石包裹不規(guī)則鈮鐵礦的礦物包裹體.礦物縮寫：Ab-鈉長石；Col-Fe-鈮鐵礦；Cst-錫石；Kfs-鉀長石；Mus-白云母；Qz-石英；Spd-鋰輝石；Tur-電氣石；Zrn-鋯石Fig.6 BSE images and coexisted rare-metal minerals in the Qongjiagang spodumene pegmatites(a,b)show spodumene and fine-grained spodumene-quartz intergrowth texture (SQI)in its rim;(c)shows the oscillatory zoned columbite grain and spongy zircon;(d)shows irregular columbite-group minerals enclosed in the cassiterite.Mineral abbreviations:Ab-albite;Col-Fe-columbite;Cst-cassiterite;Kfs-K-feldspar;Mus-muscovite;Qz-quartz;Spd-spodumene;Tur-tourmaline;Zrn-zircon

本次巖石化學、同位素定年和同位素測試樣品主要根據(jù)實測剖面進行連續(xù)取樣(圖3)，選取包括鋰輝石偉晶巖三個結(jié)構(gòu)帶的特征性樣品，具體樣品詳見表1。

表1 瓊嘉崗偉晶巖型鋰礦樣品特征和測試方法Table 1 Characteristics of the analytical samples and methods in Qongjiagang lithium pegmatite deposit

續(xù)表1Continued Table 1

2 測試方法

樣品在粉碎粉末之前，選取體積較大、結(jié)構(gòu)具代表性且礦物分布較為均勻的區(qū)域進行切割和粉碎，全樣粉碎混合后獲取所需測試樣品開展研究。全巖主量元素、微量元素和稀土元素在澳實礦物實驗室(ALS Minerals)分析獲得，主量元素測試誤差小于5%，微量元素相對誤差優(yōu)于10%，Li含量優(yōu)于5%。分析結(jié)果見表2。

表2 瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖全巖主量(wt%)和微量(×10-6)元素成分Table 2 Major (wt%)and trace (×10-6)element compositions of the Qongjiagang spodumene pegmatite

續(xù)表2Continued Table 2

獨居石和鈮鉭鐵礦電子探針分析、獨居石U-Pb定年及Nd同位素分析在武漢上譜分析科技有限責任公司完成。獨居石和鈮鐵礦-鈮錳礦族礦物成分利用JEOL-JXA8230電子探針完成。其加速電壓為20kV，電子束電流2nA (鈮鈮錳礦)和5nA (獨居石)，束斑直徑為3～5μm，每個元素數(shù)據(jù)采集時間20～40s。測試使用的標準樣品為天然樣品和人工合成氧化物，數(shù)據(jù)采用ZAF方法校正。分析結(jié)果見表3和表4。獨居石U-Pb定年和微量元素利用LA-ICPMS同時分析完成。GeolasPro激光剝蝕系統(tǒng)由COMPexPro 102 ArF 193nm準分子激光器和MicroLas光學系統(tǒng)組成，ICP-MS型號為Agilent 7700e。激光剝蝕過程中采用氦氣作載氣、氬氣為補償氣以調(diào)節(jié)靈敏度，二者在進入ICP之前通過一個T型接頭混合，激光剝蝕系統(tǒng)配置有信號平滑裝置(Huetal.,2015)。即使激光脈沖頻率低達1Hz，采用該裝置后也能獲得平滑的分析信號，特別適用于高U含量樣品的微區(qū)測試(Zongetal.,2015)。本次分析的激光束斑和頻率分別為16μm和2Hz，并采用獨居石標準物質(zhì)44069和玻璃標準物質(zhì)NIST610作外標分別進行同位素和微量元素分餾校正，利用獨居石Trebilcock作為檢測標樣(272±4Ma，Tomascaketal.,1996)，本次Trebilcock獨居石獲得206Pb/238U加權(quán)平均年齡為274.9±1.4Ma (n=6)。每個時間分辨分析數(shù)據(jù)包括大約20～30s空白信號和50s樣品信號。分析數(shù)據(jù)離線處理采用軟件ICPMSDataCal (Liuetal.,2008,2010)完成，獨居石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡加權(quán)平均計算采用Isoplot/Ex_ver3 (Ludwig,2003)完成，其中獨居石的微量元素采用電子探針獲得的Ce元素含量作為內(nèi)標，分析點位與探針分析點位相同，分析結(jié)果見表5和表6。

表3 瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖中獨居石代表性EPMA結(jié)果(wt%)Table 3 Representative EPMA results of monazites from the Qongjiagang spodumene pegmatite (wt%)

續(xù)表3Continued Table 3

表4 瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖中鈮鉭鐵礦族礦物代表性EPMA結(jié)果(wt%)Table 4 Representative EPMA results of columbite group minerals from the Qongjiagang spodumene pegmatite (wt%)

表5 瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖(樣品21QJG16-8)中獨居石U-Th-Pb同位素定年結(jié)果Table 5 Geochronologic results of monazite U-Th-Pb isotopic compositions from the Qongjiagang spodumene pegmatite (Sample 21QJG16-8)

表6 瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖(樣品21QJG16-8)中獨居石LA-ICPMS微量元素(×10-6)測試結(jié)果Table 6 Results of monazite LA-ICPMS trace-element compositions (×10-6)from the Qongjiagang spodumene pegmatite (Sample 21QJG16-8)

獨居石微區(qū)原位Nd同位素比值測試利用激光剝蝕系統(tǒng)為Geolas HD(Coherent，德國)，MC-ICP-MS為Neptune Plus(Thermo Fisher Scientific，德國)。激光剝蝕系統(tǒng)使用氦氣作為載氣。少量的氮氣被加入到ICP以提高Nd同位素的測試信號(Xuetal.,2015)。分析采用單點模式，激光的束斑大小和剝蝕頻率根據(jù)樣品的Nd信號強度調(diào)節(jié)，激光能量密度固定在～10.0J/cm2，分析過程配備了和定年相同的信號平滑裝置。143Nd/144Nd同位素儀器質(zhì)量分餾校正通過指數(shù)法則校正，校正因子利用146Nd/144Nd=0.7219估算獲得。144Sm對144Nd的干擾校正通過監(jiān)控149Sm的信號，并選擇144Sm/149Sm=0.2301。144Sm/149Sm的儀器質(zhì)量分餾校正通過歸一化到無干擾的147Sm/149Sm，并選擇147Sm/149Sm=1.08680，詳細的分析方法校正描述請參考(Xuetal.,2015)。全部分析數(shù)據(jù)采用專業(yè)同位素數(shù)據(jù)處理軟件“Iso-Compass”進行數(shù)據(jù)處理(Zhangetal.,2020)。一個天然獨居石標樣GBW44069和一個天然榍石標樣MKED1作為未知樣品監(jiān)控微區(qū)原位獨居石Nd同位素校正方法的可靠性。GBW44069的化學組成和Nd同位素組成參見Xuetal.(2015)，本次測試GBW44069和MKED1分別為0.512186±0.000014 (n=10)和0.511635±0.000027(n=12)，在推薦值范圍內(nèi)。樣品分析結(jié)果見表7。

表7 瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖(樣品21QJG16-8)中獨居石Sm-Nd同位素組成Table 7 Monazite Sm-Nd isotopic compositions from the Qongjiagang spodumene pegmatite (Sample 21QJG16-8)

鈮鉭礦U-Pb同位素分析在北京燕都中實測試技術(shù)有限公司利用LA-ICP-MS完成。激光剝蝕系統(tǒng)為NWR193nm Ar-F準分子激光系統(tǒng)，ICP-MS為Analytikjena Plasma Quant MSQ電感耦合等離子質(zhì)譜儀。鈮鉭礦U-Pb同位素定年中采用鈮鉭礦標樣ZTa-01(in-house standard，未發(fā)表，265Ma)作外標進行同位素分餾校正，并利用Coltan139(Cheetal.,2015;Melcheretal.,2015)做監(jiān)控標樣。采用NIST610做外標進行U，Pb含量計算。每分析8～10個樣品點，分析一組標樣NIST610，ZTa-01，Coltan139。Coltan139是來自馬達加斯加的不分帶的鈮鐵礦晶體(G?bleretal.,2011;Cheetal.,2015，2019)，是德國聯(lián)邦地球科學與自然資源研究所的內(nèi)部參考物質(zhì)，TIMS和LA-ICP-MS測試獲得Coltan139的U-Pb年齡為506Ma (Melcheretal.,2015)，本次測試得到Coltan139的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為508.7±3.1Ma (n=15)。激光剝蝕過程中采用氦氣作載氣，由一個T型接頭將氦氣和氬氣混合后進入ICP-MS中。每個采集周期包括大約20s的空白信號和50s的樣品信號。測試激光束斑大小為45μm，能量密度1.8J/cm2，剝蝕頻率為6Hz。各樣品的207Pb校正后加權(quán)平均年齡計算及Tera-Wasserburg圖件的繪制采用Isoplot(ver 3.0)程序(Ludwig,2003)。數(shù)據(jù)結(jié)果見表8。

表8 瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖中鈮鉭鐵礦族礦物U-Th-Pb同位素定年結(jié)果Table 8 Geochronologic dating results of columbite group minerals by U-Th-Pb isotopic compositions from the Qongjiagang spodumene pegmatites

續(xù)表8Continued Table 8

3 測試結(jié)果

3.1 巖石地球化學特征

巖石地球化學結(jié)果顯示(表2)，瓊嘉崗偉晶巖屬于硅與鋁過飽和巖石(SiO2:66.86%～78.08%;Al2O3:14.78%～19.53%)，貧鎂(0.01%～0.05%)、鐵(0.03%～0.46%)、鈦(<0.01%)、鈣(0.23%～0.71%)等元素，K2O(0.76%～6.95%)和Na2O(2.22%～7.36%)含量變化范圍較大，主量元素較大變化可能與不同結(jié)構(gòu)帶或樣品中鉀長石、電氣石等礦物含量不同有關(guān)。微量元素方面，利用K/Rb含量來比較Li、Cs、Nb和Ta元素的富集情況(圖7)，整體K/Rb含量在相對相似的區(qū)間。研究顯示，鋰含量(圖7a)從邊部細粒鈉長石帶(～100×10-6)到分層細晶巖帶(～1000×10-6)，再到鋰輝石主要賦存的塊體微斜長石帶 (>3000×10-6)逐漸升高，而Cs含量(圖7b)則是從細粒鈉長石和分層細晶巖帶(>100×10-6)，逐漸減少到塊體微斜長石+鋰輝石帶中Cs含量小于100×10-6。研究并沒有發(fā)現(xiàn)高含量Ta和高Ta/Nb比值在主要含鋰輝石礦體樣品中被記錄下來(圖7c)。從Li、Be、Nb和Ta含量看(表2)，已有偉晶巖剖面樣品的Li含量達到最低工業(yè)品位(除偉晶巖邊部帶)，Be半數(shù)達到邊界品位，Nb半數(shù)達到工業(yè)品位。

圖7 瓊嘉崗偉晶巖K/Rb對Li (a)、Cs(b)和Ta/Nb(c)二元圖解Fig.7 Geochemical variations of K/Rb against Li (a),Cs (b)and Ta/Nb (c)observed in the Qongjiagang pegmatite

3.2 獨居石EPMA結(jié)果、U-Pb定年和單礦物Sm-Nd同位素

鋰輝石偉晶巖(21QJG16-08)中獨居石呈淺黃色，半自形到自形，主要呈短柱狀，半自形到自形。BSE背散射圖像揭示瓊嘉崗偉晶巖中部分獨居石具有復雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出明顯的巖漿韻律環(huán)帶特征。本次電子探針分析、獨居石年齡和同位素測試主要挑選BSE圖像較為均一區(qū)域進行測試。獨居石EPMA結(jié)果顯示(n=29)，其具有較低的CaO(0.18%～3.57%)和SiO2含量(0.09%～1.37%)；La2O3和Ce2O3的含量在18.50%～30.72%和20.36%～34.79%之間變化；而Y2O3含量最高可達0.81%；獨居石的ThO2含量變化較大(1.89%～24.10%)?；?個氧原子計算方法(Pyleetal.,2001)計算瓊嘉崗獨居石在2CePO4-CaTh(PO4)2-2ThSiO4體系中(F?rster,1998)端元占比(表3)，結(jié)果顯示獨居石Mo%(2CePO4)占比達63.1%～96.7%，屬于Ce-獨居石；Brb%(CaTh(PO4)2)占比為14.3%～29.8%；Hu%(2ThSiO4)占比為0.54%～7.13%(圖8a)。而從(U+Th+Si)-(REE +P+Y)(a.p.f.u)的元素替代關(guān)系圖解可以看出(圖8b)：Th和Si替代REE和P的關(guān)系為主，U和Si替代REE和P以及Ca和Th替代REE(Ca2++Th4+?2REE3+)可能同時發(fā)生。同時，微量元素結(jié)果顯示瓊嘉崗偉晶巖中獨居石大多表現(xiàn)出明顯的四分組相應，并具有較強的Eu負異常(圖8c,d)，顯示獨居石結(jié)晶于高演化特征的花崗偉晶巖熔體。

圖8 瓊嘉崗偉晶巖獨居石EPMA礦物地球化學成分圖解(a)2CePO4-CaTh(PO4)2-2ThSiO4三元圖解(底圖據(jù)F?rster,1998，根據(jù)4個氧原子結(jié)果和EPMA結(jié)果)；(b)(U+Th+Si)-(REE+P+Y)(a.p.f.u)圖解(分子式占比據(jù)16個氧原子結(jié)果和EPMA結(jié)果，圖中元素替代關(guān)系來自Franz et al.,1996)；(c)球粒隕石標準化微量元素配分圖(標準化值據(jù)Sun and McDonough1989)；(d)Eu/Eu*-TE1,3相關(guān)關(guān)系圖Fig.8 Plots of monazite EPMA compositions from the Qongjiagang pegmatites(a)2CePO4-CaTh(PO4)2-2ThSiO4 plot (base map after F?rster,1998;based on 4 oxygen atom and EPMA results)；(b)(U+Th+Si)vs.(REE+P+Y)(a.p.f.u)plot (based on 16 oxygen atom and EPMA results,and elemental substitutions cited from Franz et al. 1996);(c)chondrite-normalization patterns of monazite trace-element compositions (normalizes values refers to Sun and McDonough,1989);(d)Eu/Eu* vs.TE1,3 plot

圖9 獨居石U-Pb同位素Tera-Wasserburg圖(a)和經(jīng)過207Pb校正的206Pb/238U加權(quán)平均年齡圖(b)Fig.9 Monazite U-Pb Tera-Wasserburg curve (a)and weighted mean ages of 207Pb-corrected 206Pb/238U ages (b)

圖10 獨居石147Sm/144Nd-143Nd/144Nd圖解(a)和εNd(t)值直方圖(b)Fig.10 Monazite 143Nd/144Nd vs.147Sm/144Nd plot (a)and histogram of εNd(t)values (b)

3.3 鈮鐵礦-鈮錳礦礦物EPMA結(jié)果和LA-ICPMS U-Pb定年

瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖中鈮鉭礦物以鈮鐵礦-鈮錳礦為主(圖11)，Ta/(Nb+Ta)值相對低，在0.04～0.22之間，Mn/(Fe+Mn)值變化相對較大，在0.29～0.77之間變化。背散射電子圖像觀察表明本區(qū)鈮鐵礦-鈮錳礦具有明顯的環(huán)帶構(gòu)造特征，且礦物呈現(xiàn)自形-半自形結(jié)構(gòu)，亮暗相間，成分呈現(xiàn)周期性變化，可見環(huán)帶平行于結(jié)晶生長面。而從單個顆粒元素線掃描的結(jié)果上看(圖12a,b)，鈮鐵礦-鈮錳礦中的Nb與Ta含量發(fā)生規(guī)律性變化，環(huán)帶中亮暗對應于富Ta和貧Ta部分，而Fe和Mn含量在晶體生長過程中沒有明顯的變化。

圖11 瓊嘉崗鈮鐵礦-鈮錳礦的Ta/(Nb+Ta)-Mn/(Fe+Mn)圖解Fig.11 Columbite Ta/(Nb+Ta)vs.Mn/(Fe+Mn)diagram for the Qongjiagang pegmatites

圖12 瓊嘉崗鈮鐵礦-鈮錳礦族礦物Fe、Mn、Nb和Ta元素線掃描圖及對應BSE背散射圖，顯示明顯的韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)Fig.12 Scan line of Fe,Mn,Nb and Ta elemental contents in columbite minerals from the Qongjiagang pegmatites and their BSE images showing oscillatory zonation

其中鋰輝石偉晶巖邊部的分層細晶巖樣品(21QJG16-02)，其鈮鐵礦-鈮錳礦族的U-Pb同位素結(jié)果在Tera-Wasserburg圖解擬合線上20個測試點年齡下交點年齡24.5±0.2Ma (MSWD=1.05，圖13a)，與經(jīng)過207Pb校正后206Pb/238U加權(quán)平均年齡為24.5±0.2Ma (MSWD=1.11，圖13b)在誤差范圍內(nèi)一致。瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖邊部的鈉長石細晶巖樣品(21QJG16-03)結(jié)果顯示，20個測試點年齡下交點年齡25.0±0.2Ma (MSWD=1.5，圖13c)與其207Pb校正后的206Pb/238U加權(quán)平均年齡(24.9±0.3Ma，MSWD=1.6，圖13d)。鋰輝石偉晶巖(21QJG16-08)中20個測試點年齡下交點年齡24.3±0.2Ma (MSWD=1.17，圖13e)與其207Pb校正后的206Pb/238U加權(quán)平均年齡(24.2±0.2Ma，MSWD=1.2，圖13f)相一致。綜上所述，瓊嘉崗鈮鐵礦-鈮錳礦族礦物U-Pb定年結(jié)果揭示瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖稀有金屬礦化年齡為在25.0～24.2Ma之間。

4 討論

4.1 瓊嘉崗地區(qū)鋰輝石偉晶巖形式時代與源區(qū)特征

4.1.1 形成時代

相對于高喜馬拉雅地區(qū)出露的淡色花崗巖，偉晶巖和稀有金屬偉晶巖脈的規(guī)模較小，應具有更為快速的冷凝、上升與結(jié)晶過程(London,2008)。本次研究不同結(jié)構(gòu)帶中鈮鐵礦-鈮錳礦單礦物U-Pb年齡結(jié)果揭示(圖13)，鋰輝石偉晶巖從邊部鈉長石細晶巖到中間塊體微斜長石偉晶巖，成礦年齡結(jié)果在24.9±0.3Ma到24.2±0.2Ma之間，與獨居石年齡結(jié)果(25.3±0.5Ma)在誤差范圍內(nèi)一致。這一結(jié)果表明瓊嘉崗偉晶巖為快速冷卻結(jié)晶的產(chǎn)物，與偉晶巖快速結(jié)晶模型的認識相一致(Morgan VI and London,1999;Webberetal.,1999)。

圖13 瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖鈮鐵礦-鈮錳礦U-Pb定年Tera-Wasserburg圖解(a、c、e)和經(jīng)過207Pb校正后206Pb/238U加權(quán)平均年齡圖解(b、d、f)Fig.13 Columbite +U-Pb Tera-Wasserburg curves(a,c,e)and weighted mean ages of 207Pb-corrected 206Pb/238U ages(b,d,f)for the Qongjiagang pegmatites

4.1.2 源區(qū)特征

4.2 瓊嘉崗地區(qū)偉晶巖型鋰礦中偉晶巖分異特征

礦物組成 瓊嘉崗獨居石具有較高TE1,3值說明其結(jié)晶于分異程度較高的花崗偉晶巖熔體(圖8d)。其鈮鉭鐵礦族礦物的WO3含量與Ta/(Nb+Ta)值呈輕微正相關(guān)(圖14a)，即隨Ta/(Nb+Ta)值增大，WO3含量升高，表明W元素傾向富集于殘余熔體。而TiO2含量與Mn/(Fe+Mn)值正相關(guān)，即Mn/(Fe+Mn)值輕微升高，導致TiO2含量迅速升高。伴隨著偉晶巖演化，鈮鐵礦-鉭鐵礦族礦物成分通常向富Ta和富Mn的端元演化(Badaninaetal.,2015;Melcheretal.,2015)。其中，鈮鉭鐵礦的Ta/(Nb+Ta)值是偉晶巖重要的分異程度指示標志。巖漿分異程度愈高，鈮鉭鐵礦的Ta/(Nb+Ta)值愈高。而含鋰偉晶巖中鈮鉭鐵礦的Mn/(Fe+Mn)值通常較無礦偉晶巖高，如在東秦嶺盧氏偉晶巖中含鋰偉晶巖Mn/(Fe+Mn)值通常大于0.6，無礦偉晶巖Mn/(Fe+Mn)值則在0.2～0.6之間變化(Zhouetal.,2021)。瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖中鈮鐵礦和鈮錳礦的Ta/(Nb+Ta)普遍小于0.2(圖14a)，Mn/(Fe+Mn)值則在0.3～0.8之間變化(圖14b)，揭示出鋰輝石偉晶巖中鈮鉭鐵礦向著富Mn組分的方向演化。鈮鉭鐵礦的這種低Ta含量特征與偉晶巖全巖地球化學顯示的低Ta高Nb的含量特征相一致。而在顯微尺度下，瓊嘉崗偉晶巖中鈮鉭鐵礦共生礦物主要是微斜長石和鈉長石(圖6d)，代表花崗偉晶質(zhì)巖漿的分異程度較弱。

圖14 瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖中鈮鐵礦-鈮錳礦族礦物Ta/(Nb+Ta)-WO3 (a)和TiO2-Mn/(Fe+Mn)(b)Fig.14 Ta/(Nb+Ta)vs.WO3 (a)and TiO2 vs.Mn/(Fe+Mn)(b)plots of columbite from the Qongjiagang spodumene pegmatite

4.3 瓊嘉崗偉晶巖型鋰礦的研究意義

瓊嘉崗偉晶巖型鋰礦系喜馬拉雅首例具有工業(yè)價值的偉晶巖型鋰礦，估算規(guī)?？赏蔀槔^南疆白龍山和川西甲基卡之后的我國第三大鋰礦(秦克章等，2021a)。瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖脈(帶)與青藏高原西北緣的西昆侖地區(qū)白龍山鋰礦在礦體產(chǎn)出、分帶結(jié)構(gòu)特征和礦體規(guī)模有較大不同。白龍山含鋰輝石偉晶巖脈帶近3.75km長，165m寬(王核等，2017)，且巨大的鋰輝石晶體(粒徑可達數(shù)米)主要產(chǎn)出在內(nèi)部葉鈉長石-鋰輝石帶(Ⅴ帶)和石英-鋰輝石帶(Ⅵ帶)(Yinetal.,2020)。但瓊嘉崗鋰礦主要的長柱狀或細粒狀鋰輝石產(chǎn)出于塊體微斜長石+鋰輝石帶和分層細晶巖帶中，串珠狀、囊狀偉晶巖體組成的偉晶巖帶沿走向可延伸近千米。瓊嘉崗同世界上典型LCT型偉晶巖的規(guī)模和分帶特征相比仍具有一定規(guī)模。例如，同屬鈉長石-鋰輝石類的美國King’s mountain偉晶巖具有產(chǎn)狀近乎直立的8條鋰輝石偉晶巖脈，且單礦體寬達90m，長度延伸可達千米(Swanson,2012)。與一些具極度分異特征偉晶巖的規(guī)模也具可比性，如加拿大Tanco礦床(透鋰長石亞類型)具有較大規(guī)模(長1520m，寬106m，厚近百米)、近水平產(chǎn)出的偉晶巖礦體(Stillingetal.,2006)，但瓊嘉崗的分帶性遠弱于Tanco礦床，后者從邊部到核部具有9個結(jié)構(gòu)分帶，中間可到銫榴石和鋰云母帶。因此，總結(jié)喜馬拉雅瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖的特點是具弱分帶性，以長柱狀鋰輝石的產(chǎn)出在塊體微斜長石+鋰輝石帶為特征。

瓊嘉崗鋰礦作為喜馬拉雅代表性偉晶巖型鋰礦，目前研究程度尚淺，仍有如下幾個問題需要進一步開展工作，以期對喜馬拉雅偉晶巖型鋰礦的形成過程進行更深入研究：1)區(qū)域藏南拆離系(STDS)在礦區(qū)與礦田尺度如何控制瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖脈(帶)的侵位、分布及后期改造-破壞；2)鋰輝石偉晶巖深部分帶特征、是否存在母體花崗巖以及母體花崗巖的性質(zhì)；3)填圖區(qū)域內(nèi)成礦偉晶巖和無礦偉晶巖在礦物組成、巖石化學和結(jié)構(gòu)分帶上的差異，建立高喜馬拉雅鋰輝石偉晶巖含礦性評價標志，并針對賦礦圍巖前寒武系肉切村群內(nèi)的其它高海拔侵位高度的偉晶巖進行調(diào)研和評價。

5 結(jié)論

本次研究揭示了喜馬拉雅淡色花崗巖帶中偉晶巖型鋰礦的成礦特征、形成時代和源區(qū)特征，并取得如下主要結(jié)論和認識：

(1)瓊嘉崗礦區(qū)礦石礦物主要為鋰輝石、鈮鐵礦-鈮錳礦、少量錫石和綠柱石，特征性長柱狀鋰輝石主要產(chǎn)于塊體微斜長石+鋰輝石帶和分層細晶巖帶內(nèi)；

(2)瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖各結(jié)構(gòu)分帶的K/Rb含量較為相似，鋰含量從邊部細粒鈉長石帶(～100×10-6)到分層細晶巖帶(～1000×10-6)，再到塊體微斜長石+鋰輝石帶(>3000×10-6)逐漸升高，而Cs含量逐漸降低；

(3)獨居石和鈮鉭鐵礦族礦物LA-ICPMS定年結(jié)果顯示，瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖形成于新喜馬拉雅階段早期(25～24Ma)，與高喜馬拉雅地區(qū)淡色花崗巖時代相近，形成時代早于錯那洞等礦化偉晶巖；

(4)瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖結(jié)晶于高度演化的花崗偉晶巖熔體，源區(qū)特征與高喜馬拉雅結(jié)晶巖系一致;

(5)瓊嘉崗鋰礦是喜馬拉雅首例具有工業(yè)價值的偉晶巖型鋰礦，礦床類型為簡單偉晶巖型，揭示其成礦特征與形成時代將為高喜馬拉雅其它地區(qū)具有找尋大型花崗偉晶巖型鋰礦提供借鑒。

致謝喜馬拉雅地區(qū)稀有金屬偉晶巖研究工作一直受到吳福元院士的關(guān)心與指導；成文過程得到了中國科學院青藏高原研究所李金祥研究員和中山大學劉志超副教授的幫助與啟發(fā)。審稿人的寶貴修改意見和建議，以及責任編輯的精心修改，使文章得以完善。在此一并致以誠摯的謝意。