白云母成分對(duì)富鋰鈹偉晶巖成因的指示：以卡魯安稀有金屬礦田為例*

岑炬標(biāo) 鳳永剛 梁婷** 高景剛 何蕾 周義

1.長(zhǎng)安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，西安 710054 2.長(zhǎng)安大學(xué)成礦作用及其動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室，西安 710054

中國(guó)阿爾泰造山帶的卡魯安-阿祖拜偉晶巖田是我國(guó)寶石(主要是海藍(lán)寶石)、稀有金屬(Li、Be、Nb、Ta)資源的重要產(chǎn)地之一(鄒天人和李慶昌,2006;馬占龍等,2015;Zhangetal.,2016;Zhouetal.,2018;Fengetal.,2019)。偉晶巖在區(qū)域上分布具有顯著的分帶性，離哈龍復(fù)式巖體從近到遠(yuǎn)分別為貧礦/無(wú)礦偉晶巖、富Be偉晶巖、富Li偉晶巖、石英脈，被認(rèn)為是通過(guò)花崗質(zhì)巖漿分離結(jié)晶形成(趙振華等,1991;鄒天人和李慶昌,2006)。但年代學(xué)研究顯示，巖體形成時(shí)代為早泥盆世，偉晶巖形成時(shí)代為中三疊世-早侏羅世，其巨大的年代差異排除了它們之間的成因聯(lián)系(Lüetal.,2012;周天怡,2015;馬占龍等,2015;Zhangetal.,2016;Zhouetal.,2018;Fengetal.,2019;劉濤等,2020)。2018年課題組在礦田南部群庫(kù)爾路線地質(zhì)調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)了淡色白云母花崗巖巖株，其成巖時(shí)代(240.1Ma;高景剛等,待發(fā)表)與稀有金屬偉晶巖相近，從巖株的展布特征、礦物組成等分析，可能與稀有金屬偉晶巖存在成因聯(lián)系，這為我們研究該區(qū)偉晶巖的成巖演化過(guò)程提供了契機(jī)。本文選擇卡魯安-阿祖拜地區(qū)不同稀有礦化的偉晶巖，研究區(qū)內(nèi)花崗巖、偉晶巖中貫通性造巖礦物白云母的成分演化，分析巖體與偉晶巖的成因聯(lián)系，并建立瑞利分離結(jié)晶模型，旨在探討云母成分變化趨勢(shì)對(duì)偉晶巖與花崗巖的成因聯(lián)系和巖漿演化過(guò)程的合理指示。

1 地質(zhì)背景

阿爾泰造山帶地處于中亞造山帶中部，南以額爾齊斯大斷裂為界，北至西伯利亞板塊，西接哈薩克斯坦地塊，東鄰蒙古國(guó)阿爾泰地區(qū)(曲國(guó)勝和何國(guó)琦,1992;Windleyetal.,2002,2007;Xiaoetal.,2004;Longetal.,2008,2010;Sunetal.,2008;孫敏等,2009)。區(qū)域構(gòu)造以NW-SE向斷裂帶為主，平面上呈向北西部撒開、向南東部收斂，同時(shí)發(fā)育多期顯著的變質(zhì)、變形(趙志忠等,2002)。根據(jù)沉積建造、巖漿作用、變質(zhì)作用及構(gòu)造變形強(qiáng)度、期次、構(gòu)造層位出露等特征，曲國(guó)勝和何國(guó)琦(1992)將阿爾泰造山帶分為5個(gè)構(gòu)造帶，而Windleyetal.(2002)則進(jìn)一步將其劃分為6個(gè)地體(圖1a)。阿爾泰偉晶巖主要分布于北阿爾泰山地體、中阿爾泰山地體、瓊庫(kù)爾-阿巴宮地體?？碧劫Y料表明已發(fā)現(xiàn)了十多萬(wàn)條偉晶巖脈(趙振華等,1991)，其中數(shù)千條具有不同程度的稀有金屬礦化或白云母礦化，依據(jù)控礦因素可劃分為哈龍-青河稀有金屬成礦亞帶和加曼哈巴-大喀拉蘇稀有金屬成礦亞帶(鄒天人和李慶昌,2006)，進(jìn)一步分9個(gè)礦集區(qū)(圖1a)。阿爾泰地區(qū)稀有金屬成礦作用主要分為4期：奧陶紀(jì)-早志留世(476～436Ma)、晚泥盆世(～370Ma)、二疊紀(jì)(296～258Ma)和三疊紀(jì)-侏羅紀(jì)(250～151Ma)，其中以三疊紀(jì)-侏羅紀(jì)(250～151Ma)為主要成礦期，處于陸內(nèi)環(huán)境的區(qū)域大規(guī)模伸展的地球動(dòng)力學(xué)背景(楊富全等,2018)。

2 礦田地質(zhì)特征

新疆阿爾泰卡魯安-阿祖拜偉晶巖田地處中阿爾泰山地體，分布在哈龍復(fù)式花崗巖體外接觸帶西側(cè)，屬于哈龍-青河稀有金屬成礦亞帶柯魯木特-吉得克礦集區(qū)的一部分(圖1a,b)。出露地層為中-上志留統(tǒng)庫(kù)魯木提群，原巖受區(qū)域變質(zhì)作用和熱接觸變質(zhì)作用的影響，圍繞哈龍復(fù)式巖體并在其西側(cè)發(fā)育比較完整的遞增變質(zhì)帶，形成各類片巖(馬占龍等,2015;Zhangetal.,2016)。褶皺構(gòu)造有哈龍復(fù)式背斜，斷裂多為近北西向斷裂，次為東西向斷裂，大量的偉晶巖脈發(fā)育在哈龍背斜的傾沒端、東西向斷裂與北西向斷裂的復(fù)合地帶及與之相應(yīng)的次級(jí)構(gòu)造(鄒天人和李慶昌,2006)。礦區(qū)周邊出露的巖漿巖主要為哈龍復(fù)式巖基和偉晶巖。哈龍復(fù)式巖基(又稱阿拉善巖體)主體巖性為片麻狀黑云母花崗巖、二云母花崗巖，成巖時(shí)代為早泥盆世(407.9～397.3Ma；馬占龍等,2015;劉濤等,2020)。2018年作者在南部群庫(kù)爾偉晶巖調(diào)查中發(fā)現(xiàn)了白云母花崗巖株，經(jīng)野外路線調(diào)查及遙感衛(wèi)片解譯，該巖株出露面積約為0.8km2，受北西向構(gòu)造控制，呈巖株?duì)钋秩氲街?上志留統(tǒng)庫(kù)魯木提群中(圖1b、圖2a)，并具有不同程度的糜棱巖化，利用鋯石U-Pb獲得成巖時(shí)代為中三疊世(240.1±2.1Ma；高景剛等，待發(fā)表)。礦區(qū)內(nèi)偉晶巖脈發(fā)育，主要侵位于中-上志留統(tǒng)庫(kù)魯木提群黑云母石英片巖中。根據(jù)主要稀有金屬礦化類型，將含礦偉晶巖分為富Be偉晶巖、富Li偉晶巖。

富Be偉晶巖主要位于阿祖拜、群庫(kù)爾、哈龍河?xùn)|岸、勒克特河下游地區(qū)，該類偉晶巖以Be礦化為主，Nb-Ta礦化次之。阿祖拜富Be偉晶巖侵位于二云石英片巖及含電氣石二云石英片巖中(圖2b)，走向?yàn)榻媳毕?。這些偉晶巖的分帶性較好，可分為細(xì)粒邊緣帶(<5cm)、具文象結(jié)構(gòu)的綠柱石-白云母-微斜長(zhǎng)石-石英帶、粗粒至巨晶塊狀微斜長(zhǎng)石-石英帶及鈉長(zhǎng)石交代結(jié)構(gòu)(葉片狀鈉長(zhǎng)石集合體以及細(xì)粒石榴子石-鈉長(zhǎng)石組合)，部分脈體局部出露石英核。其中，文象結(jié)構(gòu)帶中的綠柱石多為海藍(lán)寶石且均勻分布于帶內(nèi)，以個(gè)大、完整、少裂紋、顏色藍(lán)而鮮如海水而聞名(王登紅等,2000)。除含有石英、微斜長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石、白云母及綠柱石(海藍(lán)寶石)等造巖礦物外，阿祖拜富Be偉晶巖尚含有電氣石、石榴子石、鋯石及磷酸鹽礦物(主要為磷灰石、磷鐵礦、磷錳礦等)，但不含鈮鉭鐵礦。哈龍河?xùn)|岸(HL)的富Be偉晶巖與阿祖拜富Be偉晶巖較為相似，其分帶性較好，具有紋層狀細(xì)晶巖帶、具文象結(jié)構(gòu)的綠柱石-白云母-微斜長(zhǎng)石-石英帶、粗粒至巨晶塊狀微斜長(zhǎng)石-石英帶。除含有石英、微斜長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石、白云母及綠柱石等造巖礦物外，副礦物還包括電氣石、石榴子石、鋯石、磷酸鹽礦物(主要為磷灰石、磷鋰鐵礦等)及鈮鉭鐵礦。比較特殊的是，勒克特河下游地區(qū)(YRT)的富Be偉晶巖侵入哈龍花崗巖體的西北緣，與黑云母花崗巖呈侵入接觸關(guān)系，并主要由石英、微斜長(zhǎng)石、白云母和海藍(lán)寶石組成(Fengetal.,2019)。

富Li偉晶巖位于卡魯安、柯魯木特、佳木根(開)地區(qū)。該類偉晶巖以Li、Be礦化為主，Nb-Ta礦化次之。卡魯安富Li偉晶巖脈往往成群出現(xiàn)，呈NE向或近NS向分布。NE向分布代表礦脈有803、807號(hào)脈等，有一定的垂向分帶，頂部為鋰云母-鈉長(zhǎng)石型偉晶巖，深部出現(xiàn)鋰輝石-鈉長(zhǎng)石型偉晶巖。近NS向代表礦脈有650、802、805號(hào)脈等，其中650號(hào)偉晶巖脈結(jié)構(gòu)分帶清晰，主要造巖礦物為石英、微斜長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石、鋰輝石及鋰云母(圖2h,i)，副礦物則包括錳鋁榴石、鈮鉭鐵礦、綠柱石(海藍(lán)寶石)及鋯石。除650號(hào)脈外，其他富Li偉晶巖中的鋰礦物主要為鋰輝石，鋰云母含量較少；805號(hào)脈呈透鏡狀，結(jié)構(gòu)帶分帶性較差，可見細(xì)粒結(jié)構(gòu)帶和中粗粒結(jié)構(gòu)帶呈韻律分布(圖2c)，局部有塊體微斜長(zhǎng)石。石英-鈉長(zhǎng)石-鋰輝石結(jié)構(gòu)帶是該礦脈的主體，位于礦脈的中心部位，鋰輝石為薄板狀，長(zhǎng)軸垂直脈壁，除鋰輝石外，還見鈮鉭鐵礦。

3 樣品描述

本次研究的樣品主要采自新發(fā)現(xiàn)的群庫(kù)爾白云母花崗巖株以及阿祖拜富Be偉晶巖、卡魯安富Li偉晶巖等。

(1)含石榴子石白云母花崗巖

樣品采自群庫(kù)爾白云母花崗巖株(QK)，巖性為含石榴子石白云母花崗巖。巖石呈灰白色，全晶質(zhì)等粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，有一定程度的糜棱巖化。組成礦物為微斜條紋長(zhǎng)石(40%～45%)、鈉長(zhǎng)石(25%～30%)、石英(20%～25%)、白云母(10%～15%)、以及少量的石榴子石(3%～5%)。礦物粒徑1～3mm，其中微斜條紋長(zhǎng)石為板狀，發(fā)育條紋結(jié)構(gòu)和格子雙晶；鈉長(zhǎng)石呈板狀，聚片雙晶發(fā)育；石英為他形粒狀，有的可見波狀消光。白云母呈白色片狀(圖2d)，片徑為0.5～1mm，受應(yīng)力作用發(fā)生一定形變，成分均一(圖3a)。石榴子石為紅褐色粒狀、均質(zhì)體；副礦物有磷灰石和鋯石。

(2)富Be偉晶巖

富Be偉晶巖樣品主要采自阿祖拜(AZB)1號(hào)、4號(hào)、5號(hào)偉晶巖脈。部分樣品采自哈龍河?xùn)|岸地區(qū)(HL)和勒克特河下游地區(qū)(YRT)，具體位置見圖1。所有白云母樣品均采自外側(cè)帶(文象結(jié)構(gòu)帶)，其礦物組合為綠柱石-白云母-微斜長(zhǎng)石-石英。礦物成分主要為微斜長(zhǎng)石(50%～60%)、石英(30%～35%)，白云母(5%～10%)、少量為綠柱石(1%～2%)、石榴子石(0～1%)、電氣石(0～1%)，副礦物有鋯石、磷酸鹽礦物(磷灰石、磷鐵礦、磷錳礦等)。綠柱石呈淡藍(lán)-黃綠色(圖2f)，較為自形，粒度在20×40mm～5×10mm，在阿祖拜地區(qū)多為海藍(lán)寶石(圖2e)。白云母呈片狀(圖2e,f)，片徑≥20mm，多與鈉長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石共生，成分均一，同樣無(wú)分帶特征(圖3g-i)。不同的是，哈龍河?xùn)|岸(HL)的富Be偉晶巖還產(chǎn)出鈮鉭鐵礦。這些鈮鉭鐵礦多為半自形粒狀，與磷灰石、石英共生，粒徑約為0.1～0.3mm(圖3f)。

(3)富Li偉晶巖

富Li偉晶巖采自卡魯安(KLA)650、801、802、804、805、806、807、808號(hào)偉晶巖脈，分析的白云母大多采自邊緣帶，少量采自中間帶。邊緣帶一般<5cm，礦物組合為鈉長(zhǎng)石-石英-白云母-石榴子石(圖2g)，具有細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物組分主要為鈉長(zhǎng)石(60%)、石英(30%)、白云母(12%)、石榴子石(3%)。白云母呈片狀，片徑<1mm，常與石榴子石共生，其成分均一，無(wú)明顯分帶(圖3b)。中間帶為偉晶巖脈主體，礦物組合為鋰輝石-鈉長(zhǎng)石-(微斜長(zhǎng)石)-石英，具有偉晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石礦物組成主要包括鋰輝石(25%～30%)、石英(20%～25%)、鈉長(zhǎng)石(15%～20%)、微斜長(zhǎng)石(15%～20%)，白云母(5%～10%)、少量為錳鋁榴石(1%～2%)、綠柱石(<1%)，副礦物有磷灰石、鈮鉭鐵礦及鋯石，未見電氣石。鋰輝石呈自形柱狀、板狀，粒徑0.5～3cm，部分鋰輝石沿節(jié)理被粉色鋰云母交代(圖2h)；鏡下可觀察到簡(jiǎn)單雙晶與聚片雙晶，具有熔蝕結(jié)構(gòu)(圖3c)，并發(fā)育毛發(fā)狀鋰輝石。鈮鉭鐵礦一般為自形至半自形粒狀，與鋰輝石、白云母共生，粒徑為0.1～0.3mm，背散射照片下常見振蕩分區(qū)或扇形分區(qū)或兩者兼有(Fengetal.,2019)。白云母呈片狀，片徑≤2mm，與鈉長(zhǎng)石、鋰輝石、鈮鉭鐵礦共生，其成分變化明顯，表現(xiàn)為不同的成分分帶形式，如白云母與鋰云母呈不規(guī)則分帶(圖3d)或補(bǔ)丁狀分帶(圖3e)產(chǎn)出。

4 測(cè)試方法和分析結(jié)果

4.1 測(cè)試方法

所有云母樣品的測(cè)試均在長(zhǎng)安大學(xué)成礦作用及其動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成。主量元素分析(EPMA)的實(shí)驗(yàn)儀器為日本電子株式會(huì)社8100型電子探針(JEOL-JXA-8100)。實(shí)驗(yàn)條件如下：探針分析時(shí)的加速電壓和樣品表面電流分別為15kV和15nA，電子束斑直徑為2μm。所分析元素的X光譜線及相應(yīng)標(biāo)樣如下：Si Kα(石英)、Fe Kα(磁鐵礦)、Ca Kα(硅灰石)、Na Kα(鈉長(zhǎng)石)、K Kα(鉀長(zhǎng)石)、Mg Kα(橄欖石)、Mn Kα(紅鈦錳礦)、Ti Kα(紅鈦錳礦)、Al Kα(剛玉)、P Kα(磷灰石)、F Kα(螢石)。白云母、鋰云母中Li的含量根據(jù)云母的F含量(Tischendorfetal.,1997)或Mg含量(Tischendorfetal.,1999)計(jì)算。

白云母花崗巖、富Li偉晶巖中云母的微量元素分析(LA-ICP-MS)的實(shí)驗(yàn)儀器為聯(lián)接美國(guó)Photon Machines公司193nm氣態(tài)準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)的安捷倫7700E型四級(jí)桿等離子體質(zhì)譜儀。激光剝蝕系統(tǒng)采用氦氣作載氣、氬氣為補(bǔ)償氣調(diào)節(jié)靈敏度，氦氣流量為0.87L/min，激光頻率為8Hz，測(cè)試點(diǎn)束斑直徑為50μm，單脈沖能量為4.9J/cm2，單次測(cè)量時(shí)間為50s，背景測(cè)量時(shí)間為30s。分析步驟為：在薄片中選擇已進(jìn)行探針分析的云母，先測(cè)試2次標(biāo)樣NIST 610，之后每分析8次云母樣品，重復(fù)測(cè)試2次標(biāo)樣NIST 610，使用NIST 610和NIST 612分別作為主要外標(biāo)和次要外標(biāo)，以Si(其含量由探針分析測(cè)得)作為內(nèi)標(biāo)，進(jìn)行云母微量元素含量計(jì)算。測(cè)試數(shù)據(jù)的離線處理(包括對(duì)樣品和空白信號(hào)的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量計(jì)算)采用軟件ICPMSDataCal(Liuetal.,2008;Liuetal.,2010a)完成，詳細(xì)的儀器操作條件和數(shù)據(jù)處理方法見(Liuetal.,2008;Liuetal.,2010a;Liuetal.,2010b)。富Be偉晶巖白云母的微量元素分析的實(shí)驗(yàn)儀器為美國(guó)熱電X-7型電感耦合等離子體質(zhì)譜分析儀(ICP-MS)。樣品選擇片徑>2cm的云母，在60℃下洗滌、干燥，用瑪瑙磨具研磨至200目。檢測(cè)依據(jù)為GB/T14506.30—2010，分析精度約為2%～5%。

4.2 主量元素分析結(jié)果

白云母花崗巖、富Be偉晶巖、富Li偉晶巖的云母主量元素成分結(jié)果列于表1。基于云母成分的分類圖解(圖4)表明：白云母花崗巖中白云母均為白云母；富Be偉晶巖的白云母均為白云母；而富Li偉晶巖的白云母大多為白云母，少量為多硅白云母、含鋰多硅白云母和鐵鋰云母。

4.3 微量、稀土元素分析結(jié)果

通過(guò)LA-ICP-MS及ICP-MS分析測(cè)試獲得云母的微量元素成分(表2，詳細(xì)數(shù)據(jù)見電子版附表1)。結(jié)果表明(圖5)，白云母花崗巖、富Be偉晶巖、富Li偉晶巖的白云母共同表現(xiàn)為較低的Be、Sc、Cr、Zr、Ba、Ta、Pb、V含量(<100×10-6)和較高的Rb含量(>1000×10-6)。不同的是，富Li偉晶巖具有相對(duì)更高的大離子親石元素(Li、Rb、Zn、Cs)和更低的高場(chǎng)強(qiáng)元素(Nb)含量顯著區(qū)別于富Be偉晶巖、白云母花崗巖(圖5)，而白云母花崗巖、富Be偉晶巖則較為相似，其大離子親石元素和高場(chǎng)強(qiáng)元素含量沒有顯著區(qū)別。具體表現(xiàn)為富Li偉晶巖具有較高的Li(1042×10-6～20812×10-6)、Rb(4616×10-6～7961×10-6)、Zn(933×10-6～2592×10-6)含量，中等的Cs含量(92.0×10-6～381×10-6)，較低的Nb(27.4×10-6～97.6×10-6)含量；白云母花崗巖具有較高的Rb(1185×10-6～1658×10-6)含量，中等的Li(357×10-6～870×10-6)、Zn(124×10-6～283×10-6)、Nb(145×10-6～180×10-6)含量，較低的Cs(22.2×10-6～133×10-6)含量；富Be偉晶巖具有較高的Rb(1312×10-6～2878×10-6)含量，中等的Li(491×10-6～1782×10-6)、Zn(154×10-6～268×10-6)、Nb(268×10-6～438×10-6)含量，較低的Cs(75.7×10-6～111×10-6)含量。

表2 卡魯安-阿祖拜地區(qū)群庫(kù)爾白云母花崗巖、富Be偉晶巖、富Li偉晶巖代表性云母微量元素成分(×10-6)Table 2 Trace element concentrations of representative micas from the muscovite granite,Be-rich pegmatites and Li-rich pegmatites in Kalu’an-Azubai field (×10-6)

5 討論

5.1 富Li、Be偉晶巖與花崗巖體同源性分析

表3 柯魯木特-吉得克礦集區(qū)花崗巖和卡魯安-阿祖拜偉晶巖田稀有偉晶巖類型、產(chǎn)狀及年齡統(tǒng)計(jì)Table 3 Type,shape and age statistics of granite in the Kelumute-Jideke district and pegmatites in Kalu’an-Azubai field

巖相學(xué)研究表明，區(qū)內(nèi)富Li偉晶巖發(fā)育大量橙色石榴子石、鋰云母而缺乏磷酸鹽礦物，而富Be偉晶巖則相對(duì)富磷灰石、磷鐵礦，這意味著形成二者的熔體在成分上有較大差異，分別屬于貧P但富Al、F的體系以及富P體系(Sánchez-Muozetal.,2017)，表明富Be偉晶巖、富Li偉晶巖可能并非來(lái)自同一巖漿源。Hf同位素?cái)?shù)據(jù)結(jié)果顯示，白云母花崗巖εHf(t)值的變化幅度大，為-4.75～2.66，均值為-0.18(高景剛等，待發(fā)表)；富Be偉晶巖εHf(t)值的變化幅度大，為-1～6.3，均值為2.51(馬占龍等,2015;Zhangetal.,2016)；富Li偉晶巖εHf(t)值的變化幅度小，為-0.6～2.5，均值為1.29(Zhangetal.,2016)。εHf(t)值總體表現(xiàn)為白云母花崗巖<富Li偉晶巖<富Be偉晶巖，與白云母花崗巖、稀有金屬偉晶巖形成的時(shí)代順序呈明顯的負(fù)相關(guān)。這表明了它們的物源組成存在一定變化趨勢(shì)，可能與巖漿演化過(guò)程中外來(lái)物質(zhì)加入的程度不同有關(guān)，也可能是巖漿起源于相似而非同一源區(qū)。綜上所述，卡魯安-阿祖拜地區(qū)花崗巖與稀有金屬偉晶巖不太符合典型的巖漿分異模式，很可能并非同源演化的直接產(chǎn)物。

已有研究顯示，阿爾泰地區(qū)稀有金屬偉晶巖大多與賦礦花崗巖不存在成因聯(lián)系(楊富全等,2018)，其成因與造山運(yùn)動(dòng)過(guò)程中加厚的不成熟地殼物質(zhì)因伸展減壓背景下小比例減壓熔融(深熔作用)有關(guān)(張輝等,2019;Lüetal.,2021)。而利用偉晶巖的混合成因模式(Sheareretal.,1992;Roda Roblesetal.,1999)，解釋卡魯安-阿祖拜地區(qū)稀有金屬偉晶巖的成因時(shí)，則更加合理。當(dāng)變質(zhì)源區(qū)部分熔融程度較低時(shí)，富含粘土礦物的變質(zhì)泥質(zhì)巖可能先于蒸發(fā)巖發(fā)生部分熔融，Li優(yōu)先進(jìn)入熔體中形成較為富Li的花崗質(zhì)熔體；而當(dāng)部分熔融程度增大時(shí)，則蒸發(fā)巖也發(fā)生部分熔融形成富Be、P的花崗質(zhì)熔體，最終表現(xiàn)為富Be偉晶巖的結(jié)晶年齡大多小于富Li偉晶巖，而εHf(t)值的變化幅度也大于富Li偉晶巖。

5.2 瑞利分離結(jié)晶模型和云母成分變化趨勢(shì)對(duì)偉晶巖成因及演化的指示

本區(qū)稀有金屬偉晶巖中存在Li的類質(zhì)同象置換趨勢(shì)(圖7a,b)。在富Be偉晶巖、富Li偉晶巖中，白云母均有AlLiR-2的類質(zhì)同象置換趨勢(shì)(Roda-Roblesetal.,2006)，即八面體的Fe、Mg、Mn被Li、Al置換(圖7a)，但并不足以改變白云母的類型。而富Li偉晶巖中則具有白云母Si2LiAl-3的類質(zhì)同象置換趨勢(shì)(Roda-Roblesetal.,2006)，具體表現(xiàn)為白云母中四面體和八面體的Al被置換為Si和Li(圖7b)，并形成含鋰多硅白云母、鐵鋰云母(圖4)。這反映了富Be偉晶巖、富Li偉晶巖均存在Li富集的演化趨勢(shì)，而在富Li偉晶巖中最為顯著，出現(xiàn)了鋰云母、鋰輝石等獨(dú)立礦物。

此外，從白云母花崗巖→富Be偉晶巖→富Li偉晶巖，白云母還存在Nb含量和Nb/Ta值降低的趨勢(shì)(圖7c,d)。前人研究發(fā)現(xiàn)，從過(guò)鋁質(zhì)花崗巖→偉晶巖，其全巖成分的演化趨勢(shì)表現(xiàn)為Ta相對(duì)于Nb更明顯的增加，而Nb/Ta值降低(Stepanovetal.,2014)，反映了Ta的富集和Nb的消耗，可能歸因于白云母(Stepanovetal.,2014)和鈮鐵礦(Linnen and Keppler,1997)的結(jié)晶。巖相學(xué)觀察顯示白云母花崗巖不含鈮鉭鐵礦，富Be偉晶巖僅樣品HL有少量的鈮鉭鐵礦，富Li偉晶巖則發(fā)育大量鈮鉭鐵礦。這表明了白云母花崗巖、富Be偉晶巖中白云母Nb/Ta值的變化更可能與白云母結(jié)晶有關(guān)，其較大的變化范圍則代表可能經(jīng)歷了不同程度的分離結(jié)晶作用；富Li偉晶巖白云母較低的Nb/Ta值可能與豐富的鈮鉭鐵礦有關(guān)，其演化趨勢(shì)為Ta#=Ta/(Ta+Nb)值增加(Fengetal.,2019)，可能指示更高的巖漿分異演化程度。

根據(jù)瑞利方程(Rayleigh and Ramsay,1896)，Neumannetal.(1954)建立了巖漿的分離結(jié)晶模型，該關(guān)系可表示為：

①

其中，礦物j中元素i的濃度與結(jié)晶程度F的函數(shù)關(guān)系如下：

②

其形式為：y=A·x+B。斜率A為：

④

其y軸的截距B為：

⑤

本次模擬選擇的白云母來(lái)自阿祖拜富Be偉晶巖，其鋯石U-Pb加權(quán)平均年齡為191.6Ma(Zhangetal.,2016)；富Li偉晶巖中的白云母及鋰云母則選自卡魯安805號(hào)脈(KLA No.805)，其鈮鉭鐵礦U-Pb加權(quán)平均年齡為224.3Ma(Fengetal.,2019)。同時(shí)，為正確建立瑞利分離結(jié)晶模型，嚴(yán)格按照前人的總結(jié)，選取了白云母樣品(Allègreetal.,1977;Van Lichterveldeetal.,2008;Hulsboschetal.,2014)。經(jīng)過(guò)計(jì)算，白云母實(shí)測(cè)值投點(diǎn)呈顯著的線性趨勢(shì)(圖8a,b)，線性擬合度良好，而利用公式④、⑤計(jì)算得出斜率A、截距B值(表4)，與散點(diǎn)圖趨勢(shì)線的斜率、截距值差異不大，滿足建立瑞利型分離結(jié)晶模型的條件(Hulsboschetal.,2014)。對(duì)此，設(shè)結(jié)晶程度(F)為變量，模擬初始熔體結(jié)晶程度從1%變?yōu)?9%(F=0.01～0.99)的過(guò)程，并利用公式②計(jì)算白云母中K、Rb、Cs的理論含量，建立白云母大離子親石元素的瑞利分離結(jié)晶正演模型(圖8c,d；詳細(xì)數(shù)據(jù)見電子版附表2)，計(jì)算過(guò)程的相關(guān)參數(shù)見表4。結(jié)果表明(圖8c)，可由初始花崗質(zhì)巖漿經(jīng)分離結(jié)晶作用依次形成白云母花崗巖→富Be偉晶巖→富Li偉晶巖。

附表2 初始花崗質(zhì)巖漿不同結(jié)晶度下白云母的大離子親石元素含量模擬結(jié)果

表4 瑞利分離結(jié)晶模型參數(shù)Table 4 Parameters applied in Rayleigh fractionation modelling

對(duì)比世界上各著名偉晶巖產(chǎn)區(qū)發(fā)現(xiàn)，即使是不同產(chǎn)地、不同類型的偉晶巖，其白云母K/Rb值和Cs含量總體還是呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)的線性趨勢(shì)(圖9)，說(shuō)明不同偉晶巖的白云母稀有元素含量與只與偉晶巖自身的演化程度密切相關(guān)，并不能簡(jiǎn)單通過(guò)其元素含量或比值關(guān)系就判定偉晶巖之間存在成因和演化關(guān)系。綜上所述，使用瑞利分離結(jié)晶模型判斷偉晶巖的“母巖”和定量研究巖漿分異演化程度時(shí)，對(duì)花崗巖、偉晶巖時(shí)空分布合理性和同源性判斷應(yīng)為第一要素，尤其是面對(duì)復(fù)雜礦化、多期次侵位的稀有金屬偉晶巖。

6 結(jié)論

(1)卡魯安-阿祖拜地區(qū)富Be偉晶巖、富Li偉晶巖的白云母均存在Li富集的演化趨勢(shì)，而富Li偉晶巖中出現(xiàn)了鋰云母等獨(dú)立礦物。從白云母花崗巖→富Be偉晶巖→富Li偉晶巖，白云母總體表現(xiàn)為Nb含量和Nb/Ta值降低，可能代表了白云母花崗巖、富Be偉晶巖經(jīng)歷了不同程度的分離結(jié)晶作用，也可能代表了富Li偉晶巖的巖漿分異演化程度更高。

(2)利用瑞利分離結(jié)晶模型判斷復(fù)雜稀有金屬礦化偉晶巖的成因及演化關(guān)系時(shí)，花崗巖-偉晶巖系統(tǒng)具有合理的時(shí)空分布、源自同一巖漿源的特征是正確建立的瑞利分離結(jié)晶模型的前提。

致謝本次野外調(diào)研、取樣、收集地質(zhì)資料等工作獲得了新疆有色金屬工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司的大力支持；樣品處理與實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到了長(zhǎng)安大學(xué)成礦作用及其動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室譚細(xì)娟博士和劉民武博士的指導(dǎo)和幫助；在本文寫作過(guò)程中，與新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院李平高級(jí)工程師進(jìn)行了有益的討論；匿名審稿專家給出了寶貴的修改意見；在此對(duì)他們表示誠(chéng)摯的感謝！