西藏拉隆穹窿淡色花崗巖中石榴子石礦物學(xué)研究及對巖漿-熱液過程的指示

付建剛，李光明*，董隨亮，張 海，郭偉康，張林奎，梁 維，焦彥杰，凌 晨

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，四川 成都 610081；2.成都理工大學(xué)，四川 成都 610059)

0 引言

特提斯喜馬拉雅淡色花崗巖帶是喜馬拉雅造山帶中十分重要的一條淡色花崗巖帶，近年來在該帶陸續(xù)發(fā)現(xiàn)Li、Be、Nb、Ta、W和Sn等與花崗巖有關(guān)的稀有金屬而備受國內(nèi)外地質(zhì)學(xué)家的關(guān)注(Wu et al., 2020; Xie et al., 2020; 黃春梅等, 2018; 李光明和付建剛, 2020; 李光明等, 2017; 劉志超等, 2020a; 劉志超等, 2020b; 王汝成等, 2020; 王汝成等, 2021; 王汝成等, 2017; 吳福元等, 2015)。拉隆穹窿位于特提斯喜馬拉雅帶的東段(圖1a,c)。詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查顯示，該穹窿以發(fā)育一套高分異淡色花崗巖組合和多種稀有金屬(包括Be、Nb、Ta、W和Sn等)為典型特征，其中稀有金屬Be、Nb和Ta主要與鈉長石花崗巖和花崗偉晶巖關(guān)系密切。前人對該區(qū)的研究工作相對薄弱，主要集中在穹窿結(jié)構(gòu)的厘定(付建剛等, 2021; 黃勇等, 2019)、稀有金屬礦化的識別(付建剛等, 2021)、淡色花崗巖稀有金屬成礦潛力探討(付建剛等, 2020a)等方面，涉及淡色花崗巖中礦物學(xué)的研究工作甚少。石榴子石作為淡色花崗巖中常見的副礦物，在拉隆穹窿中廣泛分布。一方面，石榴子石不同的端元組分可以反映花崗質(zhì)巖漿的演化與成因；另一方面，石榴子石通常富集REE、Zr、Hf、Sc和V等微量元素，這些元素的地球化學(xué)行為可指示花崗質(zhì)巖漿的形成環(huán)境，因此石榴子石被廣泛用于指示花崗質(zhì)巖漿的演化程度以及稀有金屬的成礦(Baghban et al., 2016; Gaspar et al., 2008; SMITH et al., 2004; 高利娥等, 2012)。

本文選取西藏拉隆穹窿白云母花崗巖、鈉長石花崗巖和偉晶巖中的石榴子石為研究對象，利用電子探針(EPMA)和LA-ICP-MS分析石榴子石的主、微量地球化學(xué)特征，主要目的是：(1)查明拉隆穹窿淡色花崗巖中石榴子石的成因；(2)通過石榴子石礦物地球化學(xué)特征，揭示拉隆穹窿淡色花崗巖的巖漿-熱液過程；(3)提出石榴子石作為拉隆淡色花崗巖演化和稀有金屬成礦的礦物學(xué)指標(biāo)，并為區(qū)域上北喜馬拉雅帶淡色花崗巖的稀有金屬成礦提供礦物學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

喜馬拉雅造山帶作為全球新生代巨型陸-陸碰撞造山帶的重要組成部分，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖漿活動頻繁，成礦條件優(yōu)越，歷來是國內(nèi)外地質(zhì)學(xué)家關(guān)注的熱點(Edwards et al., 1999; Harrison et al., 1997; Le Fort et al., 1987; Lee et al., 2004; Mitsuishi et al., 2012; Yin, 2006; Zeng et al., 2011; Zhang et al., 2002; 侯增謙等, 2006; 王汝成等, 2017; 吳福元等, 2017; 許志琴等, 2013)。按照大地構(gòu)造背景，可將喜馬拉雅造山帶劃分為4個構(gòu)造地層單元，由北向南依次為：特提斯喜馬拉雅(THS)、高喜馬拉雅(GHS)、低喜馬拉雅(LHS)和次喜馬拉雅(SHS)，其構(gòu)造邊界依次為雅魯藏布江縫合帶(ITSZ)、藏南拆離系(STDS)、主中央逆沖斷裂(MCT)、主邊界逆沖斷裂(MBT)和主前鋒逆沖斷裂(MFT)(Burg and Chen, 1984; Langille et al., 2010; Lee et al., 2011; Thiede et al., 2006)(圖1a和c)。特提斯喜馬拉雅又名北喜馬拉雅，位于雅魯藏布江縫合帶(ITSZ)和藏南拆離系(STDS)之間(圖1c)，主要是一套三疊紀(jì)—白堊紀(jì)沉積巖系，巖性包括砂巖、粉砂巖、泥頁巖以及低級變質(zhì)的板巖和千枚巖，帶內(nèi)以發(fā)育近東西走向的北喜馬拉雅片麻巖雙穹窿帶(NHGD)、多條近東西向和南北向斷裂以及受其控制的多金屬礦床為典型特征(Fu et al., 2017; Fu et al., 2021; Lee et al., 2000; Nelson et al., 1996; 付建剛等, 2018; 付建剛等, 2020b; 李光明等, 2017; 梁維等, 2015)。

北喜馬拉雅“雙穹窿”構(gòu)造帶包括南帶和北帶，南帶(簡稱S-NHGD)主要由這兩年新發(fā)現(xiàn)的錯那洞、庫局、拉隆、恰隆、庫拉崗日穹窿和位于西段的薩爾和吉隆穹窿等組成；北帶(簡稱N-NHGD)即前人研究程度較高的拉軌崗日穹窿帶，自東向西依次有雅拉香波、康馬、然巴、崗巴、麻布迦、拉軌崗日和馬拉山等穹窿。南北兩帶的穹窿整體具有相似的巖石構(gòu)造單元結(jié)構(gòu)，由內(nèi)向外由核部、滑脫系和蓋層三部分組成，其中核部主要由花崗質(zhì)片麻巖和不同期次的花崗巖組成，滑脫系為一套中高級變質(zhì)的片巖組合，且具韌性剪切帶特征，蓋層主要是低級變質(zhì)或未變質(zhì)的沉積巖組合(Aoya et al., 2005; Burg et al., 1984; Chen et al., 1990; Fu et al., 2017; Fu et al., 2018,2020; King et al., 2011; Lee et al., 2004; Lee et al., 2000)。研究區(qū)拉隆穹窿位于北喜馬拉雅片麻巖穹窿帶東段，介于康馬穹窿和錯那洞穹窿中間。

a和b—喜馬拉雅造山帶簡圖喜馬拉雅造山帶構(gòu)造簡圖(據(jù) Lee et al.,2004修改)；c—北喜馬拉雅雙穹窿構(gòu)造帶地質(zhì)簡圖(據(jù) Fu et al., 2020修改). THS—特提斯喜馬拉雅;GHS—高喜馬拉雅;LHS—低喜馬拉雅;MBT—主邊界逆沖斷裂;MCT—主中央逆沖斷裂;STDS—藏南拆離系圖1 喜馬拉雅碰撞造山帶構(gòu)造格架簡圖Fig. 1 Tectonic framework sketch of the Himalayan collision orogenic belt

2 拉隆穹窿地質(zhì)特征

拉隆穹窿位于西藏山南市洛扎縣拉隆寺正北部，緊鄰庫拉崗日穹窿，距藏南拆離系(STDS)約40 km，出露面積約30 km2。穹窿由內(nèi)向外由三部分組成，依次是核部、滑脫系和蓋層。核部主要是一套新生代高分異的淡色花崗巖組合，包括二云母花崗巖、白云母花崗巖、鈉長石花崗巖和偉晶巖，巖相分帶特征明顯，未見老基底(花崗質(zhì)片麻巖)出露?；撓抵饕梢惶字懈呒壸冑|(zhì)的云母類片巖以及夾于片巖中的大理巖、矽卡巖和變形花崗巖組成，整體屬于一條規(guī)模較大的韌性剪切帶。蓋層主要由一套淺變質(zhì)或未變質(zhì)的千枚巖、千枚狀板巖和粉砂質(zhì)板巖組成。滑脫系與蓋層之間以上拆離斷層為界，下拆離斷裂在穹窿中還未完全剝露出來，整體以鞘褶皺發(fā)育為典型特征。拉隆穹窿中保留四期構(gòu)造變形，分別是第一期由南向北逆沖擠壓構(gòu)造、第二期由北向南伸展剪切構(gòu)造、第三期成穹構(gòu)造、第四期近東西向伸展構(gòu)造，其中第二期構(gòu)造變形在穹窿中發(fā)育和保存最好。拉隆穹窿保存了兩類變質(zhì)作用：一類是圍繞穹窿核部呈環(huán)帶分布的典型巴洛式變質(zhì)作用，由外向內(nèi)依次是硬綠泥石-堇青石變質(zhì)礦物帶、石榴子石-黑云母變質(zhì)礦物帶、十字石變質(zhì)礦物帶、藍(lán)晶石變質(zhì)礦物帶，變質(zhì)作用逐漸增強(qiáng)；另一類是受巖體熱烘烤所形成的熱接觸變質(zhì)作用，典型的變質(zhì)礦物為紅柱石，紅柱石晶體較大，部分長度可達(dá)15～20 cm(付建剛等, 2020a; 付建剛等, 2021)。

拉隆穹窿中稀有金屬礦產(chǎn)資源異常豐富，種類繁多，是藏南地區(qū)又一十分重要的稀有金屬聚集地。拉隆穹窿主要的稀有金屬有鈹、鈮、鉭、鎢、錫、鉬、鋰、銣和銫，其他金屬主要有銅、鉛、鋅、金、銀和銻。通過1∶5萬礦產(chǎn)地質(zhì)填圖和精細(xì)剖面測量，首次發(fā)現(xiàn)一套含Be-Nb-Ta稀有金屬鈉長石花崗巖，該花崗巖出露于穹窿核部靠近邊部和圍繞穹窿核部呈環(huán)狀發(fā)育的滑脫系中。拉隆穹窿核部花崗巖由內(nèi)向外(或者在垂向剖面自下而上)呈現(xiàn)出規(guī)律性的巖性變化，依次為二云母花崗巖、白云母花崗巖、偉晶質(zhì)花崗巖、鈉長石花崗巖、偉晶巖及石英殼，表明其巖漿分異演化程度逐漸增高，其中鈉長石花崗巖為一套分異程度極高的花崗巖。1∶5萬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查結(jié)果表明，鈉長石花崗巖以富含Be、Nb、Ta、Li、Rb、Cs等稀有金屬元素，同時富含H2O、P、F和B等揮發(fā)分為典型特征，其中Be、Nb、Ta稀有金屬均已達(dá)到其工業(yè)品位，屬于Be-Nb-Ta稀有金屬礦體(付建剛等, 2020a)。

3 樣品特征與分析方法

3.1 樣品特征

本文用于石榴子石礦物研究的樣品共4件，鈉長石花崗巖樣品D3003-D5采自穹窿滑脫系，白云母花崗巖樣品ZPM01-14b1(圖3A)、鈉長石花崗巖樣品D1223-HF4(圖3C和D)和偉晶巖樣品D1034-B5(圖3B)均采自穹窿核部，采樣位置見圖2。

圖2 西藏拉隆穹窿地質(zhì)簡圖Fig. 2 Simplified geologic map of the Lalong dome, southern Tibet

白云母花崗巖樣品ZPM01-14b1手標(biāo)本呈灰色，塊狀構(gòu)造，主要礦物有石英、鉀長石、斜長石、白云母、黑云母和石榴子石，含少量電氣石。鈉長石花崗巖樣品D1223-HF4位于穹窿核部，整體呈灰白色，塊狀構(gòu)造，主要組成礦物有石英、鉀長石、斜長石、白云母、石榴子石，含少量黑云母、電氣石和綠柱石，石榴子石呈紅棕色，自形，四角三八面體，整體呈星點狀分布，局部石榴子石呈條帶狀分布，微觀特征顯示石榴子石具典型的八邊形，內(nèi)部結(jié)構(gòu)均一，部分包含石英與白云母包體。微觀特征顯示鈉長石花崗巖中鈉長石斑晶中典型的流體出溶特征。鈉長石花崗巖樣品D3003-D5手標(biāo)本呈純白色，塊狀構(gòu)造，主要組成礦物有鈉長石、石英、鉀長石、白云母、石榴石和少量電氣石，鈉長石呈糖粒狀密集分布。偉晶巖樣品D1034-B5主要組成礦物有石英、白云母、長石、石榴子石、電氣石和綠柱石，石榴子石呈鮮紅色，自形，四角三八面體，以單晶或者集合體的形式出現(xiàn)。

3.2 分析方法

本文用于石榴子石主量和原位微量分析均在探針片上測試。電子探針分析工作在中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心的實驗測試中心進(jìn)行，在測試之前先對其進(jìn)行詳細(xì)的鏡下觀察，并對其表面噴導(dǎo)電碳質(zhì)薄膜，測試條件中加速電壓為15kV，束流為10nA，束斑為5μm。

石榴子石的原位微區(qū)微量元素(LA-ICP-MS)分析在中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所礦床地球化學(xué)國家重點實驗室完成。分析儀器為RESOlution-SE 193nm， 激光剝蝕系統(tǒng)Agilent 7900。本次測試石榴子石顆粒較大，分析激光束斑直徑為60 μm，剝蝕頻率為10 Hz。激光剝蝕過程中采用氦氣作為載氣、氬氣為補(bǔ)償氣以調(diào)節(jié)靈敏度。本次分析選取SRM610、SRM612、BCR-2G、BIR-1G、BHVO-2 和GQC-BCR-2G為外標(biāo)樣，NKT-1G和TB-1G為質(zhì)控標(biāo)樣，每測試13個分析點測試一批標(biāo)樣，標(biāo)樣總共8個。數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal 7.2 軟件，詳細(xì)流程見參考文獻(xiàn)(Liu et al., 2008; Liu et al., 2010)。

4 分析結(jié)果

4.1 石榴子石主量元素特征

石榴子石的電子探針分析結(jié)果見附表1(1)數(shù)據(jù)資料可聯(lián)系編輯部獲取或登錄網(wǎng)址https://cjyttsdz.ijournals.cn/ch/reader/issue_browser.aspx。電子探針共分析3件樣品，包括白云母花崗巖樣品ZPM01-14b1、鈉長石花崗巖樣品D1223-HF4和偉晶巖樣品D1034-B5。石榴子石的w(SiO2)為34.83%～36.41%，w(Al2O3)為19.75%～20.22%，w(FeO)變化較大，從20.34%到31.88%，w(MnO)為9.81%～22.09%，w(MgO)為0.03%～0.62%，w(CaO)為0.89%～1.60%。以12個氧原子為基準(zhǔn)計算，結(jié)果表明拉隆花崗巖石榴子石屬于鐵鋁榴石-錳鋁榴石系列，主要為鐵鋁榴石，其次為錳鋁榴石(圖 4)。白云母花崗巖中Alm變化范圍為60.71%～64.71%，Spe變化范圍為29.05%～32.07%，And變化范圍為0.76%～1.26%，整體以鐵鋁榴石為主。鈉長石花崗巖中Alm變化范圍為44.66%～57.18%，Spe變化范圍為39.88%～51.70%，And變化范圍為1.21%～3.56%，整體以錳鋁榴石為主。偉晶巖樣品中Alm為72.72%，Spe為23.02%，And為1.69%，以鐵鋁榴石為主。

4.2 石榴子石微量元素特征

拉隆穹窿花崗巖中石榴子石微量元素的分析結(jié)果見附表1。微量元素LA-ICP-MS分析過程中同樣也對其主量元素測試，其結(jié)果整體與電子探針分析結(jié)果顯示很好的相關(guān)性。拉隆穹窿中白云母花崗巖、鈉長石花崗巖、偉晶巖中石榴子石明顯富集高場強(qiáng)元素(HFSE)和稀土元素(REE)，大離子親石元素(LILE)富集程度較弱。石榴子石中高場強(qiáng)元素比值Nb/Ta、Zr/Hf、Lu/Hf也呈現(xiàn)出規(guī)律性變化。白云母花崗巖石榴子石中的Nb/Ta、Zr/Hf、Lu/Hf比值分別為0.64～1.13、18.18～48.93、244～781，位于穹窿核部中鈉長石花崗巖石榴子石中的Nb/Ta、Zr/Hf、Lu/Hf比值分別為1.08～2.5、5.9～14.36、0.07～3.94，位于穹窿滑脫系中鈉長石花崗巖石榴子石中的Nb/Ta、Zr/Hf、Lu/Hf比值分別為0.54～1.15、14.36～21.45、0.07～30.22，位于穹窿核部中偉晶巖石榴子石中的Nb/Ta、Zr/Hf、Lu/Hf比值分別為0.13、20.22、101。

A.白云母花崗巖樣品ZPM01-14b1，含石榴子石；B. 偉晶巖樣品D1034-B5，含石榴子石；C. 穹窿核部鈉長花崗巖樣品，含石榴子石；D. 穹窿滑脫系中鈉長石花崗巖樣品D3003-D5，含石榴子石；E. 白云母花崗巖樣品ZPM01-14b1顯微照片(單偏光)，顯示石榴子石；F. 穹窿滑脫系鈉長石花崗巖樣品D3003-D5顯微特征(單偏光)，顯示石榴子石；G. 穹窿核部鈉長石花崗巖樣品D1223-HF4顯微照片(單偏光)，顯示石榴子石呈八邊形，內(nèi)部包含少量包體；H. 樣品D1223-HF4顯微照片(正交偏光)，微斜長石中發(fā)育出溶的鈉長石。礦物簡稱：Grt—石榴子石，Bt—黑云母，Qtz—石英，Pl—斜長石，Alb—鈉長石圖3 西藏拉隆穹窿樣品手標(biāo)本及鏡下特征Fig. 3 Macroscopic and microscopic photos of granites in the Lalong dome

稀土元素整體顯示明顯的左傾趨勢，稀土總含量較高，均具強(qiáng)烈的負(fù)Eu異常和富集重稀土元素(HREE)，且具M(jìn) 型稀土元素四分組效應(yīng)，表明為同一源區(qū)不同結(jié)晶分異階段演化的結(jié)果。白云母花崗巖石榴子石的稀土元素總量(∑REE)、輕稀土元素總量(LREE)和重稀土元素總量(HREE)分別為1224×10-6～2476×10-6、2.68 ×10-6～10.48×10-6、1219 ×10-6～2466×10-6，位于穹窿核部鈉長石花崗巖石榴子石的稀土元素總量(∑REE)、輕稀土元素總量(LREE)和重稀土元素總量(HREE)分別為186×10-6～838×10-6、13.1×10-6～56.17×10-6、134×10-6～781×10-6，位于穹窿滑脫系中鈉長石花崗巖石榴子石的稀土元素總量(∑REE)、輕稀土元素總量(LREE)和重稀土元素總量(HREE)分別為347×10-6～421×10-6、9.47×10-6～14.34×10-6、337 ×10-6～407×10-6，穹窿核部偉晶巖石榴子石的稀土元素總量(∑REE)、輕稀土元素總量(LREE)和重稀土元素總量(HREE)分別為877×10-6、4.28×10-6、873×10-6。白云母花崗巖石榴子石的(Gd/Yb)N、Y/Yb和Sm/Nd比值分別為0.06～0.12、3.5～7.16和9.51～17.64，位于穹窿核部中鈉長石花崗巖石榴子石的(Gd/Yb)N、Y/Yb和Sm/Nd比值分別為1.26～14.82、25.17～46.78、5.88～13.99，位于穹窿滑脫系中鈉長石花崗巖石榴子石的(Gd/Yb)N、Y/Yb和Sm/Nd比值分別為1.11～1.32、13.67～16.82、14.46～20.66，穹窿核部偉晶巖石榴子石的(Gd/Yb)N、Y/Yb和Sm/Nd比值分別為0.39、16.62、27.77。

Alm—鐵鋁榴石；Spe—錳鋁榴石；Pyr—鎂鋁榴石圖4 西藏拉隆穹窿花崗巖中石榴子石三角分類圖解(底圖據(jù)Smith et al., 2004)Fig. 4 Triangle classification diagram of garnet in granites in Lalong Dome (Modified from Smith et al., 2004)

圖5 西藏拉隆穹窿花崗巖中石榴子石稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解(據(jù)Sun and McDonough，1989)Fig. 5 Chondrite-normalized REE diagram of garnet in granites in Lalong Dome (after Sun and McDonough,1989)

5 討論

5.1 石榴子石的成因

石榴子石的成因類型主要可分為3類：變質(zhì)型、轉(zhuǎn)熔型和巖漿型(Lackey et al., 2012; 曾令森等, 2019; 高利娥等, 2012; 呂正航等, 2017; 孟繁聰?shù)? 2018)。變質(zhì)型石榴子石主要形成不同巖石類型的變質(zhì)作用過程中，典型的有含石榴子石云母片巖和矽卡巖，且這兩種類型均在拉隆穹窿廣泛出露，一方面，區(qū)域上對含石榴子石云母片巖的這套變質(zhì)巖已做了較多研究(Carosi et al., 2014; Smit et al., 2014; 蔡志慧等, 2010)，特別是針對石榴子石礦物學(xué)及其相關(guān)的變質(zhì)作用研究，本文不對此種類型石榴子石進(jìn)行討論；另一方面，關(guān)于拉隆穹窿中矽卡巖中的石榴子石研究，將在另文中詳細(xì)討論，此外前人針對國內(nèi)外其他典型的矽卡巖礦床中發(fā)育的石榴子石已進(jìn)行詳細(xì)報道。轉(zhuǎn)熔型石榴子石通常是由變沉積巖中的黑云母發(fā)生脫水熔融反應(yīng)而形成，該類石榴子石具有熔體與源巖混合的特征，可能會影響花崗巖中的元素及Nd同位素地球化學(xué)特征。巖漿型石榴子石主要是從硅酸質(zhì)巖漿中結(jié)晶而成。通常巖漿型和轉(zhuǎn)熔型石榴子石在花崗巖均廣泛發(fā)育。孟繁聰?shù)?2018)提出東昆侖金水口石榴子石堇青石花崗巖中的石榴子石為轉(zhuǎn)熔型成因，是金水口巖群的片麻巖發(fā)生麻粒巖相變質(zhì)并就地深熔的產(chǎn)物。高利娥等(2012)認(rèn)為喜馬拉雅帶新生代花崗巖和混合巖中的淺色體包含兩類石榴子石：巖漿型石榴子石和混合型石榴子石(即轉(zhuǎn)熔型石榴子石)，并進(jìn)一步提出巖漿型石榴子石具有以下四個特點：1)由核部到邊部，呈典型的振蕩型生長環(huán)帶；2)富集HREE，虧損LREE，從核部到邊部，Hf、Y和HREE逐漸降低；3)典型的Eu負(fù)異常；4)與源巖中變質(zhì)石榴子石相比，Mn和Zn含量明顯增高。曾令森等(2019)將雅拉香波穹窿花崗巖分為高Sr/Y比值二云母花崗巖和淡色花崗巖，并認(rèn)為二云母花崗巖和淡色花崗巖分別代表較原始的和演化程度較高的巖漿，這兩類花崗巖中石榴子石具有以下三個相似特征：1)從核部到邊部，Mn和HREE含量降低，呈典型的生長環(huán)帶特征；2)富集HREE，虧損LREE；3)顯著的Eu負(fù)異常。

巖相學(xué)觀察表明，拉隆穹窿花崗巖中石榴子石礦物顆粒晶形完整，鏡下呈典型八邊形特征，內(nèi)部包體較少，暫無明顯生長環(huán)帶，呈典型巖漿型石榴子石特征。礦物主量元素地球化學(xué)特征表明，白云母花崗巖、鈉長石花崗巖中石榴子石的MnO含量均大于12%，偉晶巖樣品石榴子石中MnO含量為9.81%，整體較高；三類樣品中石榴子石的CaO含量均小于2%，MgO的含量均小于1%，呈高錳、低鈣和低鎂成分，是典型巖漿成因石榴子石的特征。礦物微量元素地球化學(xué)特征表明，白云母花崗巖、鈉長石花崗巖和偉晶巖中石榴子石呈HREE富集、LREE虧損、顯著的Eu負(fù)異常，也表現(xiàn)為典型巖漿成因的特征。因此，拉隆穹窿中白云母花崗巖、鈉長石花崗巖和偉晶巖中的石榴子石均為典型的巖漿成因石榴子石。

5.2 石榴子石對巖漿-熱液過程的示蹤

石榴子石的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成，通常記錄了巖漿-熱液流體的演化過程，是示蹤成礦流體組成、性質(zhì)和環(huán)境變化的重要手段。在巖漿結(jié)晶過程中，Mn/(Fe+Mg)的比值逐漸增高，石榴子石通常作為巖漿晚期結(jié)晶的礦物，一般以富含錳的鐵鋁榴石-錳鋁榴石固熔系列或錳鋁榴石為代表，揭示巖漿結(jié)晶的分異晚期。伴隨著巖漿結(jié)晶分異程度的逐漸增高，花崗巖中石榴子石的MgO和CaO含量逐漸降低，Mn/(MnO+FeO)比值逐漸增高。拉隆穹窿中石榴子石的MnO含量從白云母花崗巖(12.42%～13.48%)到鈉長石花崗巖(16.83%～22.09%)逐漸增高，MgO含量從白云母花崗巖(0.57%～0.62%)到鈉長石花崗巖(0.03%～0.09%)逐漸降低，CaO的含量也從白云母花崗巖(1.3%～1.6%)到鈉長石花崗巖(0.89%～1.2%)逐漸降低；Mn/(MnO+FeO)比值從白云母花崗巖(0.02)到鈉長石花崗巖(0.03～0.04)逐漸增高，Mn/(Fe+Mg)比值從白云母花崗巖(0.43～0.5)到鈉長石花崗巖(0.68～1.1)逐漸增高，表明從白云母花崗巖到鈉長石花崗巖巖漿分異程度增高。

石榴子石富集稀土元素總量(∑REE)、Zr、Hf、Sc、Zn、Y和V 等微量元素可指示偉晶巖巖漿的形成環(huán)境，同時可以指示花崗質(zhì)巖漿演化過程。通常認(rèn)為隨著巖漿結(jié)晶分異程度的增高，石榴子石中的Eu負(fù)異常、Sc、Zn、Y和HREE含量也逐漸增高。高利娥等(2012)認(rèn)為喜馬拉雅淡色花崗巖中石榴子石提取了熔體中的Zn，故其濃度顯著增高，同時斜長石和鋯石同時分離結(jié)晶導(dǎo)致石榴子石中Eu明顯負(fù)異常，Hf、Y以及HREE從核部到邊部也逐漸降低，從而指示了巖漿結(jié)晶分異過程。在巖漿演化過程中，巖漿自身不斷的補(bǔ)充、礦物分離結(jié)晶和圍巖同化混染作用都可以導(dǎo)致巖漿成分的變化，石榴子石的微量元素變化可以反映石榴子石結(jié)晶熔體成分的變化。含水中酸性硅鋁質(zhì)熔漿體系從形成、遷移、冷卻到最后完全固結(jié)通常經(jīng)歷三個階段：1)正巖漿階段，體系主要存在熔體相和晶體相；2)巖漿-熱液過渡階段，體系以熔體相、晶體相和流體相三相共存為特征；3)熱液階段，體系以流體相和晶體相為主，熔體相逐漸消失(Badanina et al., 2004; Kaeter et al., 2018; Peterková and Dolej?, 2019; 朱金初等, 2000)。

在巖漿結(jié)晶分異過程中，石英、鉀長石和斜長石均是貧Mn、Sc、Zn、Y和HREE的礦物，這些元素隨著巖漿結(jié)晶分異的增強(qiáng)而升高。石榴子石通常晚于石英、長石礦物的結(jié)晶，從殘余熔體中結(jié)晶的石榴子石中的Sc、Zn、Y和HREE等含量也逐漸升高。花崗巖中斜長石的結(jié)晶作用通常攫取了巖漿中大量的Eu，從而導(dǎo)致其他共生礦物明顯具有Eu負(fù)異常，從而很好地解釋了花崗巖中石榴子石呈顯著的Eu負(fù)異常。

拉隆穹窿中淡色花崗巖從白云母花崗巖至鈉長石花崗巖，伴隨著巖漿結(jié)晶分異逐漸增高，石榴子石中Sc、Zn、Y和HREE含量也應(yīng)該逐漸增高，然而，除了石榴子石中Zn含量是隨著巖漿分異逐漸增高以外，Sc、Y和HREE含量從白云母花崗巖至鈉長石花崗巖隨著巖漿演化逐漸反而降低，可能的解釋是巖漿演化至白云母花崗巖的末期，體系進(jìn)入巖漿-熱液過渡階段，熱液的加入從而導(dǎo)致石榴子石體系中Sc、Y和HREE的降低。Sc、Y和HREE元素在石英和長石中均是不相容元素，在巖漿演化過程中，這些元素更傾向于進(jìn)入熔體，伴隨著演化程度的加強(qiáng)，流體組分也逐漸增高，體系由最初的熔體轉(zhuǎn)換為熔體-流體的階段。因此，拉隆穹窿花崗巖從白云母花崗巖至鈉長石花崗巖，隨著巖漿演化的升高，花崗巖質(zhì)巖漿體系從正巖漿階段轉(zhuǎn)化并進(jìn)入了巖漿-熱液過渡階段，該階段主要以熔體相、晶體相和流體相三相共存為典型特征，其中流體的加入并與熔體的相互作用，從而導(dǎo)致了鈉長花崗巖中石榴子石Sc、Y和HREE等元素含量以及Eu負(fù)異常逐漸降低。

A. MnO-CaO 圖解，底圖據(jù)陳歡等，2020；B. MnO-FeO 圖解；C. MnO-MgO 圖解；D. Mn/(Mn+Fe)-MgO 圖解，圖例見圖5圖6 西藏拉隆穹窿花崗巖中石榴子石主量元素圖解Fig. 6 Major elements diagram of garnet in granites in Lalong Dome

A. Sc-Zn 圖解；B. Y-Zn 圖解；C. HREE-Zn 圖解；D. Y/Yb-(Gd/Yb)N圖解圖7 西藏拉隆穹窿花崗巖中石榴子石微量元素圖解Fig. 7 Trace elements diagram of garnet in granites in Lalong Dome

5.3 石榴子石對Be-Nb-Ta稀有金屬成礦的指示

通常花崗巖質(zhì)巖石中石榴子石以鐵鋁榴石和錳鋁榴石為主，且隨著巖漿演化程度的不斷加強(qiáng)，錳鋁榴石端元的比例也逐漸增加。稀有金屬花崗巖中石榴子石固溶體系列中錳鋁榴石組分通常在80%以上。諸多研究表明，花崗巖中石榴子石從鐵鋁榴石端元向錳鋁榴石轉(zhuǎn)化，代表了巖漿結(jié)晶分異演化的不斷加強(qiáng)(Müller et al., 2012; Whitworth, 1992)。呂正航等(2020)提出新疆柯魯木特含礦偉晶巖中石榴子石為錳鋁榴石，是巖漿高度分異結(jié)晶產(chǎn)物，并進(jìn)一步認(rèn)為該含錳鋁榴石的偉晶巖十分有利于Li的富集與成礦，指出錳鋁榴石可以作為該區(qū)域Li礦化的礦物學(xué)標(biāo)志。新疆阿爾泰卡魯安超大型鋰礦中含礦偉晶巖脈中也發(fā)育大量的錳鋁榴石，研究表明高M(jìn)n的錳鋁榴石也是偉晶巖中Li礦化的礦物學(xué)標(biāo)志。稀有金屬花崗質(zhì)巖漿伴隨著分異程度的增高，逐漸向富Mn和Ta的方向演化(張愛鋮等, 2004; 朱金初等, 2000)。拉隆穹窿白云母花崗巖中石榴子石主要為鐵鋁榴石、鈉長石花崗巖中石榴子石主要為錳鋁榴石，從白云母花崗巖到鈉長石花崗巖，巖漿分異程度增強(qiáng)，石榴子石端元從鐵鋁榴石向錳鋁榴石轉(zhuǎn)化。結(jié)合1∶5萬洛扎幅礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，拉隆鈉長石花崗巖型的Be-Nb-Ta稀有金屬主要富集在鈉長石花崗巖中。這些證據(jù)綜合表明錳鋁榴石可以作為拉隆甚至北喜馬拉雅帶上淡色花崗巖Be-Nb-Ta稀有金屬礦化的礦物學(xué)標(biāo)志。

A. Ta-HREE 圖解；B. Nb-HREE 圖解圖8 西藏拉隆穹窿花崗巖中石榴子石微量元素與成礦元素Nb-Ta圖解Fig. 8 Trace elements vs. Nb-Ta diagrams of garnet in granites in Lalong Dome

花崗質(zhì)巖漿隨著結(jié)晶分異作用的加強(qiáng)，逐漸形成一種富含K、Na、Al等造巖礦物、富含Li、Be、Rb、Cs、Nb和Ta等稀有金屬元素和H2O、P、F、Cl等揮發(fā)分的巖漿，該巖漿主要形成于巖漿-熱液過渡階段，稀有金屬元素如Be、Nb、Ta等逐漸增高。拉隆穹窿鈉長石花崗巖主要形成于巖漿-熱液過渡階段，富含Be-Nb-Ta稀有金屬元素，屬于典型的稀有金屬花崗巖。鈉長石花崗巖中石榴子石的Sc、Y和HREE含量伴隨著巖漿演化而降低，特別是當(dāng)HREE含量小于1000 ×10-6時，稀有金屬元素Be、Nb、Ta逐漸富集(圖8A和B)。因此，石榴子石中Sc、Y和HREE等元素變化可以作為高分異淡色花崗巖Be、Nb、Ta等稀有金屬礦化的標(biāo)志。

6 結(jié)論

(1)拉隆穹窿中白云母花崗巖到鈉長石花崗巖巖漿結(jié)晶分異程度逐漸增高，白云母花崗巖石榴子石主要為鐵鋁榴石、鈉長石花崗巖中石榴子石主要為錳鋁榴石，其均為典型巖漿成因的石榴子石。

(2)拉隆淡色花崗巖石榴子石微量均顯示HREE富集、LREE虧損，Eu負(fù)異常，從白云母花崗巖到鈉長石花崗巖，石榴子石中Zn含量增加，Sc、Y和HREE等元素含量降低，特別是當(dāng)HREE含量小于1000 ×10-6時，稀有金屬元素Be、Nb和Ta含量增加，標(biāo)志著巖漿演化進(jìn)入了巖漿-熱液過渡階段。

(3)錳鋁榴石可以作為拉隆淡色花崗巖Be-Nb-Ta稀有金屬礦化的礦物學(xué)指標(biāo)。

致謝：中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心(原成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所)成立60周年之際，謹(jǐn)作此文以表示熱烈祝賀。野外工作得到了四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局405地質(zhì)隊的肖鵬、李紅兵、葉超和中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心的李應(yīng)栩、吳建陽、梁生賢、郭鏡、樊文鑫的熱心幫助，電子探針測試由中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心王坤陽協(xié)助完成，石榴子石LA-ICP-MS原位礦物微量由中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所何德峰老師協(xié)助完成，兩位審稿專家和期刊主編及編委對本文提出了建設(shè)性的修改意見，在此一并表示衷心的感謝。