阿爾金中段吐格曼北花崗偉晶巖型鋰鈹?shù)V床多階段巖漿-成礦作用*

李杭 洪濤 楊智全 劉善科 王學(xué)海 馬垠策 牛磊 徐興旺

成巖成礦年齡的精確厘定也是稀有金屬花崗偉晶巖型礦床研究的重要內(nèi)容(周振華等，2016；王倩等，2019)。一般認(rèn)為偉晶巖型稀有金屬礦床形成于一期巖漿作用或一個(gè)構(gòu)造事件，如：大紅柳灘偉晶巖型鋰礦床的年齡為220～210Ma(喬耿彪等，2015；Yanetal.，2018)， Tanco和Silverleaf稀有金屬礦床的年齡為2630～2657Ma (Camachoetal.，2012)，雪寶頂Sn-W-Be礦床形成于194.5～193.6Ma (Zhangetal.，2014)，甲基卡新三號(hào)花崗偉晶巖型稀有金屬礦床形成于223～214Ma(郝雪峰等，2015；Lietal.，2019)，白龍山偉晶巖型稀有金屬礦床形成于208Ma (Wangetal.，2020)。然而，近年來，一些偉晶巖型稀有金屬礦床的年代學(xué)結(jié)果顯示單個(gè)礦床或者礦集區(qū)存在多期多階段成礦的現(xiàn)象。如：王登紅等(2003)通過白云母的Ar-Ar法同位素定年研究，在阿爾泰中部的大喀拉蘇大型稀有金屬礦床和小喀拉蘇稀有金屬礦床獲得了新的同位素年齡數(shù)據(jù)，其坪年齡分別為248.4Ma和233.8Ma，從而證實(shí)了阿爾泰地區(qū)除了220～180Ma的成礦作用，還有三疊紀(jì)(248～234Ma)稀有金屬成礦作用的存在；Zhang and Jiang (2021)揭示了趙井溝礦床在早白堊世發(fā)生了兩次幕式Nb-Ta礦化事件，成礦年齡分別為130Ma和114Ma；可可托海3號(hào)脈中也存在不同的成巖成礦年代學(xué)結(jié)果：鋯石U-Pb年齡為180～220Ma (Wangetal., 2007；陳劍鋒，2011；周起鳳，2013)，鈾細(xì)晶石U-Pb年齡為196.4Ma(鄒天人等，1986)，鈮鉭鐵礦U-Pb年齡為205.6Ma(王倩等，2019)，輝鉬礦Re-Os年齡為210～208Ma (Liuetal., 2014)以及鈮鉭礦U-Pb年齡為218Ma (Cheetal., 2015)。但這種多期多階段成巖成礦作用是形成于同一構(gòu)造背景還是不同構(gòu)造背景，目前尚不清楚。

阿爾金中段吐格曼地區(qū)近年來發(fā)現(xiàn)了包括吐格曼北鋰鈹?shù)V床的一些稀有金屬礦床，這些礦床的研究已經(jīng)取得了部分階段性成果，主要集中在礦床的靶區(qū)預(yù)測(cè)(徐興旺等，2019)、成礦時(shí)代(李杭等，2020；Gaoetal.，2021)、巖漿作用(Hongetal.，2021)和構(gòu)造背景方面(徐興旺等，2019)。如：在成礦時(shí)代方面，李杭等(2020)獲得了吐格曼北鋰鈹?shù)V床ρ31白云母-錫石偉晶巖中錫石U-Pb年齡為468±8.7Ma、白云母-鈉長(zhǎng)石-鋰輝石偉晶巖中鋯石U-Pb年齡為458.7±2.3Ma，ρ38白云母-鈉長(zhǎng)石-鋰輝石偉晶巖中鋯石U-Pb為454.7±4.0Ma，ρ87含鈮鉭鐵礦-白云母-石英偉晶巖中鈮鉭鐵礦U-Pb年齡為464.1±2.7Ma，認(rèn)為吐格曼北鋰鈹花崗偉晶巖形成于468～454Ma。Gaoetal.(2021)獲得了吐格曼北鋰鈹?shù)V床ρ37黑云二長(zhǎng)花崗巖中鋯石U-Pb年齡為482±5Ma，ρ38含鋰輝石偉晶巖中鈮鉭鐵礦U-Pb年齡為472±8Ma，與李杭等 (2020)獲得的錫石U-Pb年齡幾乎一致；在巖漿作用方面，Hongetal.(2021)對(duì)貫穿性礦物(電氣石和石英)開展了礦物學(xué)、微區(qū)地球化學(xué)研究以區(qū)分不同作用條件下稀有金屬成礦過程差異，論證了巖漿作用在偉晶巖型鋰鈹?shù)V床形成過程中貢獻(xiàn)較大；在構(gòu)造背景方面，徐興旺等 (2019)與Gaoetal.(2021)均認(rèn)為礦床應(yīng)形成于后碰撞或碰撞后伸展環(huán)境。然而，吐格曼地區(qū)是否僅存在一期成巖成礦作用仍需進(jìn)一步深入研究。

我們對(duì)阿爾金中段新發(fā)現(xiàn)的吐格曼北鋰鈹?shù)V床開展了詳細(xì)的巖相學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)該礦床產(chǎn)出的偉晶巖脈在空間上有相互截切、脈體中的礦物有相互穿插、交代的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象均指示礦區(qū)可能存在多期多階段成巖成礦作用。本文對(duì)ρ31與ρ87偉晶巖脈開展了詳細(xì)的鋯石、鈮鉭鐵礦的U-Pb年代學(xué)研究，首次獲得了ρ31脈與ρ87脈的鋯石U-Pb年齡分別為436±1.1Ma和415.4±1.5Ma，ρ87脈的兩個(gè)鈮鉭鐵礦U-Pb年齡分別為434.6±2.8Ma和414.7±3.0Ma，進(jìn)一步厘定了該礦床存在的多期多階段成巖成礦作用，研究和討論了不同階段成巖成礦作用所形成的構(gòu)造背景，以期更加系統(tǒng)地了解吐格曼北鋰鈹?shù)V床的成礦世代、成礦期次及形成構(gòu)造背景，豐富偉晶巖型礦床多期多階段成礦理論。

圖1 阿爾金中段地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)康磊等，2016；徐興旺等，2019修編)Fig.1 Simplified geological map of the middle segment of Altyn Tagh (after Kang et al.，2016；Xu et al.，2019)

1 阿爾金中段吐格曼花崗偉晶巖型稀有金屬礦床特征

1.1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景

阿爾金造山帶位于青藏高原北緣，處于柴達(dá)木地塊、祁連-昆侖造山帶及塔里木板塊之間(圖1)，是由原特提斯洋俯沖碰撞/增生造山作用所形成的復(fù)合型造山帶(Liuetal., 2012；Caoetal., 2019；Hongetal., 2021)。由北向南可劃分為阿北地塊、紅柳溝-拉配泉混雜巖帶、阿中地塊和阿南俯沖碰撞雜巖帶(Liuetal., 2012；Wangetal., 2013)。

阿爾金中段吐格曼地區(qū)構(gòu)造上屬于阿中地塊(圖1)。吐格曼地區(qū)出露的地層包括新太古界米蘭巖群(Ar1-2M)、中元古界阿爾金巖群(Pt2A)與復(fù)理石建造(fw(Pt2))、長(zhǎng)城系貝殼灘組(Chb)與薊縣系金雁山組(Jxj)(圖2)。其中，米蘭巖群分布于研究區(qū)的東南部，為一套強(qiáng)烈變形變質(zhì)的碎屑巖、碳酸鹽巖夾火山巖建造，主要巖石類型包括石榴黑云斜長(zhǎng)片麻巖、十字夕線藍(lán)晶黑云片巖、石榴斜長(zhǎng)角閃巖、石英巖與變粒巖等(徐興旺等，2019)；阿爾金巖群廣泛出露于研究區(qū)的西南部及中部，為一套由碳酸鹽巖、變質(zhì)碎屑巖和變質(zhì)火山巖組成的綠片巖相-角閃巖相變質(zhì)巖系；中元古界復(fù)理石建造分布于研究區(qū)的西南、東北部，是英格里克構(gòu)造蛇綠混雜巖的組成部分。該建造為一套由石榴石十字石二云石英片巖、斜長(zhǎng)二云石英片巖、二云母片巖與黑云斜長(zhǎng)變粒巖等組成的綠片巖相-角閃巖相變質(zhì)巖系，其與南北兩側(cè)的米蘭巖群和阿爾金巖群地層間為斷層接觸；長(zhǎng)城系貝殼灘組由中厚層狀石英巖、黑云石英巖、二云石英片巖、斜長(zhǎng)白云母石英片巖與變質(zhì)粗粒長(zhǎng)石巖屑砂巖等綠片巖相變質(zhì)巖組成；區(qū)內(nèi)薊縣系金雁山組分布于庫(kù)木加克溝兩側(cè)，大致呈近東西向展布，巖性主要為大理巖(徐興旺等，2019)。

圖2 阿爾金中段吐格曼地區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)徐興旺等，2019)Fig.2 Geological map of the Tugeman area in the middle segment of Altyn Tagh (after Xu et al.，2019)

吐格曼地區(qū)花崗巖類型主要包括片麻狀黑云二長(zhǎng)花崗巖、黑云斜長(zhǎng)花崗巖、二云母花崗巖與二長(zhǎng)花崗巖，從北向南依次主要分布有庫(kù)魯賽、阿亞格、托巴、吐格曼、薩拉姆五個(gè)規(guī)模較大的巖體(圖2)。其中的吐格曼巖體產(chǎn)出于中元古界復(fù)理石建造，主要巖石類型包括黑云母二長(zhǎng)花崗巖、二云母鉀長(zhǎng)花崗巖、二云母二長(zhǎng)花崗巖、白云母鈉長(zhǎng)花崗巖、白云母堿長(zhǎng)花崗巖和電氣石石榴子石鈉長(zhǎng)花崗巖(徐興旺等，2019)。

1.2 吐格曼北鋰鈹?shù)V床多期多階段成巖成礦的厘定

阿爾金中段吐格曼地區(qū)是稀有金屬鋰鈹元素成礦的潛力靶區(qū)，也是花崗偉晶巖型稀有金屬礦床成礦與找礦研究的新區(qū)(徐興旺等，2019)。近年來發(fā)現(xiàn)了吐格曼鈹?shù)V、吐格曼北鋰鈹?shù)V、塔什薩依金綠寶石礦和瓦石峽南鋰鈹?shù)V四個(gè)礦床(徐興旺等，2019)。

其中，吐格曼北鋰鈹?shù)V是位于吐格曼巖體的北接觸帶(圖2)的花崗偉晶巖型鋰鈹?shù)V。鋰鈹花崗偉晶巖脈發(fā)育于二云母花崗巖及其北側(cè)的石榴子石云母石英片巖中。區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)27條鋰鈹花崗偉晶巖脈，脈帶整體呈東西向展布，各脈體規(guī)模長(zhǎng)寬不一，長(zhǎng)200～1000m，寬1～35m，脈體呈透鏡狀和樹枝狀產(chǎn)出(圖3)。偉晶巖脈體主要由鈉長(zhǎng)石、白云母、石英、鋰輝石、電氣石和綠柱石組成，含少量鈮鉭鐵礦、磷灰石和鋯石等副礦物。根據(jù)礦物組成可將礦區(qū)偉晶巖劃分為白云母-鈉長(zhǎng)石-鋰輝石偉晶巖、鈉長(zhǎng)石-鋰輝石偉晶巖、白云母-錫石偉晶巖和鉀長(zhǎng)石-綠柱石偉晶巖四種類型。

1.2.1 ρ87花崗偉晶巖脈中的多期多階段現(xiàn)象

ρ87花崗偉晶巖脈包含12個(gè)巖相帶，分別為：①細(xì)晶花崗巖；②細(xì)晶鈉長(zhǎng)石-石英帶；③含錫石-石英-白云母-鈉長(zhǎng)石-鋰輝石帶；④含鈮鉭鐵礦-石英-白云母帶；⑤鈉長(zhǎng)石帶；⑥石英-鈉長(zhǎng)石-鋰輝石帶；⑦細(xì)晶含磷鋰鋁石-石英-白云母帶；⑧鉀長(zhǎng)石帶；⑨石英帶；⑩細(xì)晶鈉長(zhǎng)花崗巖帶；細(xì)晶鈉長(zhǎng)石帶；中細(xì)粒石英-白云母帶(圖4a)。石英帶一般被認(rèn)為形成于偉晶巖脈帶狀構(gòu)造的核部或者頂部，1991；London，2008)，ρ87花崗偉晶巖脈中的石英帶位于偉晶巖的邊部和細(xì)晶鈉長(zhǎng)花崗巖的下側(cè)。另外，細(xì)晶鈉長(zhǎng)花崗巖帶中發(fā)育兩種形態(tài)的鈮鉭鐵礦，分別為細(xì)晶的粒狀(圖5b)和長(zhǎng)條狀(圖5c)鈮鉭鐵礦，其中，含細(xì)粒浸染狀鈮鉭鐵礦細(xì)晶花崗巖被含長(zhǎng)條狀鈮鉭鐵礦的鈮鉭鐵礦-白云母-石英偉晶巖脈穿插。所以，細(xì)粒粒狀鈮鉭鐵礦為早期形成，長(zhǎng)條狀鈮鉭鐵礦為晚期形成。ρ87號(hào)脈中細(xì)晶鈉長(zhǎng)花崗巖被細(xì)晶白云母-石英偉晶巖和螢石交代(ZK8701-63.6，圖4b，c)。因此，ρ87號(hào)脈主要包括三期成巖成礦作用：(1)石英帶期；(2)含細(xì)粒浸染狀鈮鉭鐵礦細(xì)晶花崗巖期；(3)含長(zhǎng)條狀鈮鉭鐵礦的鈮鉭鐵礦-白云母?jìng)ゾr期。

1.2.2 ρ31花崗偉晶巖脈中的多期多階段現(xiàn)象

ρ31偉晶巖脈主要可分為7個(gè)巖相帶，從上到下依次分布有：①細(xì)粒石英-白云母帶；②中細(xì)粒白云母-鈉長(zhǎng)石-石英帶；③石英-白云母-鈉長(zhǎng)石-鋰輝石帶；④含錫石-石英-白云母-鈉長(zhǎng)石-鋰輝石帶；⑤細(xì)晶石榴子石-石英-鈉長(zhǎng)石帶；⑥細(xì)粒花崗巖帶；⑦錫石-白云母-石英帶(圖6a)。其中，含錫石與鋰輝石偉晶巖被白云母鈉長(zhǎng)花崗巖交代(20AE43-3，圖6b)。因此，ρ31號(hào)脈主要包括兩期成巖成礦作用：(1)錫石與鋰輝石期；(2)細(xì)晶白云母鈉長(zhǎng)花崗巖期。

1.2.3 ρ38花崗偉晶巖脈中的多期多階段現(xiàn)象

ρ38偉晶巖脈中發(fā)現(xiàn)鋰輝石-鉀長(zhǎng)石偉晶巖被細(xì)粒鈉長(zhǎng)花崗巖交代(圖7a，ZK3002-188.1)、鋰輝石-石英偉晶巖被鈉長(zhǎng)花崗巖交代(圖7b，ZK3002-186.9)的現(xiàn)象。這些現(xiàn)象都說明含鋰輝石的偉晶巖經(jīng)歷了被細(xì)粒鈉長(zhǎng)花崗巖交代的過程。指示了ρ38號(hào)脈也存在兩期成巖成礦作用：(1)鋰輝石與鉀長(zhǎng)石期；(2)細(xì)粒鈉長(zhǎng)花崗巖期。

圖3 吐格曼北鋰鈹?shù)V區(qū)地質(zhì)圖(據(jù)新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)大隊(duì)，2016(1)新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)大隊(duì). 2016. 新疆若羌縣塔什薩依一帶鉛鋅、錳礦調(diào)查評(píng)價(jià)報(bào)告. 1-240修編)年齡來源: (a) Gao et al. (2021)；(b)李杭等(2020)；(c)本次研究Fig.3 Geological map of the North Tugeman lithium-beryllium depositAge sources: (a) Gao et al. (2021); (b) Li et al. (2020); (c) this study

圖4 吐格曼北鋰鈹?shù)Vρ87脈結(jié)構(gòu)分帶圖(a)和含鈮鉭鐵礦錫石石榴子石鈉長(zhǎng)花崗巖被白云母-石英偉晶巖交代的手標(biāo)本(b)及鏡下顯微照片(c)Qtz-石英；Mus-白云母；Ab-鈉長(zhǎng)石；Cot-鈮鉭鐵礦；Cst-錫石Fig.4 Vein rock type distribution structure (a) and hand specimen photographs (b) and micrographs (c) of coltan-bearing cassiterite garnet albite granite metasomatized by muscovite-quartz pegmatite in the ρ87 pegmatite from the North Tugeman lithium-beryllium depositQtz-quartz; Mus-muscovite; Ab-albite; Cot-coltan; Cst-cassiterite

圖5 吐格曼北鋰鈹?shù)Vρ87脈中手標(biāo)本(a、c)及鏡下顯微照片(b)(a)含鈮鉭鐵礦細(xì)晶花崗巖(20TC8701-1-1)及其中的長(zhǎng)條狀鈮鉭鐵礦-白云母-石英偉晶巖脈(20TC8701-1-2)；(b)含鈮鉭鐵礦細(xì)晶花崗巖；(c)長(zhǎng)條狀鈮鉭鐵礦-白云母-石英偉晶巖脈(20TC8701-1-2)Fig.5 Hand specimen photographs (a, c) and micrograph (b) in the ρ87 pegmatite vein from the North Tugeman lithium-beryllium deposit(a) coltan-bearing fine grained granite and strip coltan-muscovite-quartz pegmatite dike; (b) coltan-bearing fine granular granite; (c) strip coltan-muscovite-quartz pegmatite dike

圖6 吐格曼北鋰鈹?shù)Vρ31偉晶巖脈結(jié)構(gòu)分帶圖(a)及錫石與鋰輝石被白云母鈉長(zhǎng)花崗巖交代現(xiàn)象的鏡下顯微照片(b)Spd-鋰輝石Fig.6 Structural zoning of ρ31 pegmatite (a) and microphotographs of cassiterite and spodumene metasomatized by muscovite albite granite (c) in the North Tugeman lithium-beryllium depositSpd-spodumene

圖7 吐格曼北鋰鈹?shù)Vρ38脈中樣品的鏡下顯微照片(a)鋰輝石-鉀長(zhǎng)石偉晶巖被細(xì)粒鈉長(zhǎng)花崗巖交代；(b)鋰輝石-石英偉晶巖被鈉長(zhǎng)花崗巖交代. Kfs-鉀長(zhǎng)石Fig.7 Microphotographs of the ρ38 vein sample in the North Tugeman lithium-beryllium deposit(a) spodumene-potassium feldspar pegmatite metasomatized by fine-grained albite granite; (b) spodumene-quartz pegmatite metasomatized by albite granite. Kfs-potassium feldspar

表1 樣品的地質(zhì)特征Table 1 Geological features of the samples

2 樣品選擇及巖石學(xué)特征

本文對(duì)ρ31號(hào)脈、ρ87號(hào)脈中具有三期成巖成礦特征的樣品開展了系統(tǒng)的同位素年代學(xué)研究。對(duì)ρ87號(hào)脈的細(xì)晶花崗巖樣品(ZK8702-79.3)進(jìn)行鋯石U-Pb測(cè)試，對(duì)含鈮鉭鐵礦細(xì)晶花崗巖樣品(20TC8701-1-1)及其中的含鈮鉭鐵礦-白云母?jìng)ゾr樣品(20TC8701-1-2)進(jìn)行鈮鉭鐵礦U-Pb測(cè)試；對(duì)ρ31號(hào)脈的含錫石與鋰輝石角礫的白云母鈉長(zhǎng)花崗巖樣品(20AE43-3)進(jìn)行鋯石U-Pb測(cè)試。樣品特征見表1，采樣位置見圖3-圖6。

含鈮鉭鐵礦細(xì)晶花崗巖(20TC8701-1-1)為細(xì)晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；主要組成礦物為石英(40%～55%)、白云母(20%～30%)、鈉長(zhǎng)石(25%～35%)和鈮鉭鐵礦(15%～25%)，其中鈮鉭鐵礦集合體寬1～2mm、長(zhǎng)1～2cm，呈長(zhǎng)柱狀，多與白云母、石英共生(圖4b)。

含鈮鉭鐵礦-白云母?jìng)ゾr(20TC8701-1-2)為偉晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；主要組成礦物為石英(40%～45%)、白云母(35%～40%)、鈮鉭鐵礦(15%～25%)和鈉長(zhǎng)石(10%～15%)，其中鈮鉭鐵礦集合體寬0.5～1mm、長(zhǎng)5～10mm，呈長(zhǎng)柱狀，多與鈉長(zhǎng)石、石英共生(圖4b)。

細(xì)晶花崗巖(ZK8702-79.3)為灰白色，細(xì)晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；主要組成礦物為鈉長(zhǎng)石(55%～65%)、石英(30%～35%)、電氣石(～5%)和白云母(～5%，圖8)。手標(biāo)本中石英呈無色透明，他形粒狀，粒徑1～2mm；白云母為亮白色片狀，片狀部分最長(zhǎng)可達(dá)1mm；鈉長(zhǎng)石白色板柱狀，自形程度較好，長(zhǎng)度為5～10mm。

含錫石與鋰輝石角礫的白云母鈉長(zhǎng)花崗巖(20AE43-3)為花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；主要組成礦物為鈉長(zhǎng)石(40%～50%)、石英(30%～35%)、白云母(15%～25%)和錫石(15%～25%)。其中錫石集合體長(zhǎng)度范圍為1～4cm，呈短柱狀、自形，表面光滑，呈鐵黑色至褐黑色，多與白云母、石英共生(圖6c)。

圖8 吐格曼北鋰鈹?shù)Vρ87脈中細(xì)晶花崗巖(ZK8702-79.3)標(biāo)本(a)和鏡下顯微照片(b)Fig.8 A hand specimen (a) and microphotograph (b) of the fine grain granite (ZK8702-79.3) in the ρ87 vein sample from the North Tugeman lithium-beryllium deposit

3 測(cè)試方法

3.1 鋯石U-Pb測(cè)年

單顆粒鋯石分選在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室使用重選和磁選技術(shù)完成。鋯石制靶和同位素定年分析在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司利用LA-ICP-MS分析完成。將晶型較好的鋯石樣品顆粒和鋯石標(biāo)樣粘貼在環(huán)氧樹脂靶上，拋光使其曝露一半晶面。然后通過進(jìn)行鋯石透反射光顯微照相和陰極發(fā)光圖像分析，選擇適宜的測(cè)試點(diǎn)位。詳細(xì)的儀器參數(shù)和分析流程見(Zongetal.，2017)。激光剝蝕過程中采用氬氣為補(bǔ)償氣、氦氣作載氣以調(diào)節(jié)靈敏度，二者在進(jìn)入ICP之前通過一個(gè)T型接頭混合，激光剝蝕系統(tǒng)配置有信號(hào)平滑裝置(Huetal.，2015)。本次分析的激光束斑和頻率分別為32μm和5Hz。采用ICPMSDataCal軟件(Liuetal.，2008，2010)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行離線處理。鋯石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡加權(quán)平均計(jì)算采用Isoplot/Ex_ver3 (Ludwig，2003)完成。

3.2 鈮鉭鐵礦U-Pb測(cè)年

鈮鉭鐵礦單礦物分選在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所完成。將挑選的鈮鉭鐵礦粘在環(huán)氧樹脂上，待樹脂固化后刨磨至大部分鈮鉭鐵礦顆粒露出。鈮鉭鐵礦反射光、背散射圖像的拍攝工作在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所完成。鈮鉭鐵礦的U-Pb年代學(xué)測(cè)定由南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室電感耦合等離子體質(zhì)譜Thermo Fisher Scientific iCAP-Q型ICP-MS與RESOlution S155型193nm的ArF準(zhǔn)分子激光器聯(lián)用完成，詳細(xì)的分析步驟參考Cheetal.(2015)。鈮鉭礦定年采用鈮鐵礦Coltan139作為外標(biāo)進(jìn)行校正。激光束斑直徑為67μm，頻率4Hz，每個(gè)分析點(diǎn)的氣體背景采集為20s，信號(hào)采集時(shí)間50s，204Pb、206Pb和208Pb駐留時(shí)間為15ms，207Pb為30ms，232Th和238U為10ms，其他元素均為6ms。每測(cè)定8個(gè)樣品點(diǎn)，分析1次NIST610和2次年齡標(biāo)樣。采用ICPMSDataCal程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分餾和校正處理(Liuetal.，2008)。處理后利用Isoplot 4.15對(duì)U-Pb同位素年齡進(jìn)行計(jì)算和作圖(Ludwig，2003)。

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb年齡

ρ87脈細(xì)晶花崗巖(ZK8702-79.3)樣品中鋯石長(zhǎng)度在50～100μm之間，寬度在50～70μm之間，長(zhǎng)寬比為1～1.5。鋯石以半自形-自形為主，多為無色、透明，具碎裂現(xiàn)象，鋯石CL圖像多呈黑色模糊海綿狀(圖9a)。鋯石的LA-ICP-MS U-Pb分析結(jié)果顯示：該偉晶巖鋯石U、Th與Pb含量分別為：2704×10-6～5808×10-6、2×10-6～6×10-6、180×10-6～768×10-6，Th/U比值為0.0004～0.0013(表2)。16個(gè)鋯石的206Pb/238U年齡在413～418Ma之間，在誤差范圍內(nèi)基本一致，206Pb/238U諧和年齡為415.4±1.5Ma。數(shù)據(jù)置信度95%，數(shù)據(jù)可信度高(圖9c)。

ρ31脈含錫石與鋰輝石角礫的白云母鈉長(zhǎng)花崗巖(20AE43-3)樣品中鋯石長(zhǎng)度在111～213μm之間，寬度在86～91μm之間，長(zhǎng)寬比為1.35～2.34。鋯石以半自形-自形為主，多為無色、透明，少數(shù)鋯石具碎裂現(xiàn)象，鋯石CL圖像多呈灰黑色模糊海綿狀，發(fā)育微弱環(huán)帶構(gòu)造(圖9b)。鋯石的LA-ICP-MS U-Pb分析結(jié)果顯示：該偉晶巖鋯石U、Th與Pb含量分別為：1463×10-6～10723×10-6、1×10-6～20×10-6、69×10-6～492×10-6，Th/U比值為0.0004～0.0042 (表2)。21個(gè)鋯石的206Pb/238U年齡在432～441Ma之間，在誤差范圍內(nèi)基本一致，206Pb/238U諧和年齡為436.0±1.1Ma。數(shù)據(jù)置信度95%，數(shù)據(jù)可信度高(圖9d)。

4.2 鈮鉭鐵礦U-Pb年齡

含鈮鉭鐵礦細(xì)晶花崗巖(20TC8701-1-1)中鈮鉭鐵礦為黑色，半透明、自形-半自形晶體，反射光和背散射圖像顯示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，環(huán)帶不發(fā)育(圖10a)。鈮鉭鐵礦206Pb/238U的比值變化范圍為0.0657～0.0673，207Pb/235U的比值變化范圍為0.4847～0.5769，207Pb/206Pb的比值變化范圍為0.0531～0.0631，鈮鉭鐵礦顆粒具有較低的U含量(111×10-6～512×10-6)、較低的Th含量(0.06×10-6～0.22×10-6)，Th/U的范圍為0.0004～0.0007 (表3)。鈮鉭鐵礦22個(gè)測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生的207Pb/235U-206Pb/238U諧和年齡為434.6±2.8Ma(圖10c，MSWD=0.10，N=22)，數(shù)據(jù)可靠。

含鈮鉭鐵礦-白云母?jìng)ゾr(20TC8701-1-2)中鈮鉭鐵礦為黑色，半透明、自形-半自形晶體，反射光和背散射圖像顯示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，環(huán)帶不發(fā)育(圖10b)。鈮鉭鐵礦206Pb/238U的比值變化范圍為0.0690～0.0706，207Pb/235U的比值變化范圍為0.5219～0.5934，207Pb/206Pb的比值變化范圍為0.0549～0.0634，鈮鉭鐵礦顆粒具有較低的U含量(78×10-6～580×10-6)、較低的Th含量(0.05×10-6～0.30×10-6)，Th/U的范圍為0.0005～0.0012 (表3)。鈮鉭鐵礦19個(gè)測(cè)點(diǎn)得出的207Pb/235U-206Pb/238U諧和年齡為414.7±3.0Ma (圖10d，MSWD=0.14，N=19)，數(shù)據(jù)可靠。

圖9 吐格曼北鋰鈹?shù)V床花崗巖的鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像(a、b)及U-Pb年齡諧和圖(c、d)1/414代表1號(hào)鋯石測(cè)點(diǎn)206Pb/238U年齡為414Ma，實(shí)線圓表示 LA-ICP-MS U-Pb年齡分析點(diǎn)位置Fig.9 Cathodoluminescence images (a, b) and U-Pb concordia diagrams (c, d) of zircons from the granites in the North Tugeman lithium-beryllium deposit1/414 representing the 206Pb/238U age of the No. 1 zircon of 414Ma，the solid circles indicating the location of LA-ICP-MS U-Pb analysis

表2 吐格曼北鋰鈹?shù)V床花崗巖的鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年結(jié)果Table 2 The LA-ICP-MS U-Pb ages results of zircons from granites of the North Tugeman lithium-beryllium deposit

續(xù)表2Continued Table 2

圖10 吐格曼北鋰鈹?shù)V床含鈮鉭鐵礦細(xì)晶花崗巖(20TC8701-1-1)及其中的含鈮鉭鐵礦-白云母?jìng)ゾr(20TC8701-1-2)樣品中鈮鉭鐵礦背散射圖像(a、b)和U-Pb年齡諧和圖(c、d)3/432代表3號(hào)鋯石測(cè)點(diǎn)206Pb/238U年齡為432Ma，實(shí)線圓表示LA-ICP-MS U-Pb年齡分析點(diǎn)位置Fig.10 Back-scattered electron (BSE) images (a, b) and concordia diagrams (c, d) of coltan from the coltan-bearing fine grained granite (20TC8701-1-1) and its internal coltan-bearing muscovite pegmatite sample (20TC8701-1-2) in the North Tugeman lithium-beryllium deposit3/432 representing the 206Pb/238U age of the No.3 zircon of 432Ma，the solid circles indicating the location of LA-ICP-MS U-Pb analysis

表3 吐格曼北鋰鈹?shù)V床LA-ICP-MS鈮鉭鐵礦微區(qū)原位U-Pb年齡測(cè)試結(jié)果Table 3 In-situ LA-ICP-MS U-Pb ages of coltan from the North Tugeman lithium-beryllium deposit

5 討論

5.1 吐格曼北鋰鈹?shù)V床成巖成礦時(shí)代與多期多階段

本次測(cè)試結(jié)果表明ρ31偉晶巖脈中含錫石與鋰輝石角礫的白云母鈉長(zhǎng)花崗巖、ρ87脈細(xì)晶花崗巖樣品中鋯石U-Pb年齡分別為436.0±1.1Ma (MSWD=0.015，N=21)、415.4±1.5Ma (MSWD=17，N=16)，ρ87含鈮鉭鐵礦細(xì)晶花崗巖(20TC8701-1-1)及其中的含鈮鉭鐵礦-白云母?jìng)ゾr(20TC8701-1-2)中的鈮鉭鐵礦U-Pb年齡分別為434.6±2.8Ma (MSWD=0.10，N=22)、414.7±3.0Ma (MSWD=0.14，N=19)。所以，ρ31、ρ87號(hào)脈中的兩期成巖成礦作用的形成時(shí)代可以限定在436～434.6Ma和415.4～414.7Ma這兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)。

李杭等(2020)獲得了ρ31白云母-錫石偉晶巖中錫石U-Pb年齡為468±8.7Ma、白云母-鈉長(zhǎng)石-鋰輝石偉晶巖中鋯石U-Pb年齡為458.7±2.3Ma，ρ38白云母-鈉長(zhǎng)石-鋰輝石偉晶巖中鋯石U-Pb為454.7±4.0Ma，ρ87含鈮鉭鐵礦-白云母-石英偉晶巖中鈮鉭鐵礦U-Pb年齡為464.1±2.7Ma(圖3)，認(rèn)為吐格曼北鋰鈹花崗偉晶巖形成于468～454Ma。Gaoetal.(2021)獲得了含鋰輝石偉晶巖中鈮鉭鐵礦U-Pb年齡為472±8Ma(圖3)，與李杭等(2020)獲得的錫石U-Pb年齡幾乎一致。結(jié)合前述ρ87、ρ31與ρ38花崗偉晶巖脈中的多期多階段現(xiàn)象及年代學(xué)數(shù)據(jù)，我們認(rèn)為吐格曼北鋰鈹?shù)V偉晶巖脈具有三個(gè)成巖成礦階段，包括：(1) 468～454Ma：錫石、鋰輝石、鈮鉭鐵礦及石英帶期；(2) 436～434.6Ma：錫石、鋰輝石及含細(xì)粒浸染狀鈮鉭鐵礦細(xì)晶花崗巖期；(3) 415.4～414.7Ma：含長(zhǎng)條狀鈮鉭鐵礦-白云母?jìng)ゾr期及細(xì)晶白云母鈉長(zhǎng)花崗巖期。

5.2 吐格曼北鋰鈹?shù)V床多期多階段成巖成礦形成的構(gòu)造背景

5.2.1 奧陶紀(jì)(468～454Ma)成巖成礦作用形成的構(gòu)造背景

大量的年代學(xué)研究表明，阿爾金南緣高壓-超高壓巖石變質(zhì)時(shí)代介于519～486Ma之間(Zhangetal.，1999，2001；張安達(dá)等，2004；劉良等，2007)，退變質(zhì)時(shí)代為～450Ma (Liuetal.，2012)，代表了深俯沖陸殼的折返時(shí)間。沿阿爾金造山帶南緣存在的陸殼深俯沖型高壓-超高壓變質(zhì)巖帶(500Ma左右，劉亞非等，2016)是原特提斯洋殼俯沖、陸殼深俯沖及其后的折返作用的產(chǎn)物(許志琴等，2010)，陸殼深俯沖/折返事件發(fā)生在約450Ma(劉良等，2015)。關(guān)于阿爾金造山帶南緣早古生代花崗巖的相關(guān)研究工作大多是針對(duì)部分獨(dú)立的巖體進(jìn)行的，如：曹玉亭等(2010)在阿爾金西段發(fā)現(xiàn)的瓦石峽二長(zhǎng)花崗巖(462±2Ma)、馬中平等(2011)和郭金城等(2014)在阿爾金西段發(fā)現(xiàn)的長(zhǎng)沙溝鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖體(467.4±1.4Ma)、康磊等(2013)在塔特勒克布拉克識(shí)別的片麻狀花崗巖(451±1.7Ma)及張若愚等(2016)在帕夏拉依檔巖體中獲得的二長(zhǎng)花崗巖(460.1±3.9Ma)，均是阿爾金南緣伸展背景下的巖漿響應(yīng)。南阿爾金地區(qū)產(chǎn)于早古生代后碰撞伸展環(huán)境的部分巖體鋯石U-Pb年齡集中在467～446Ma(表4)。據(jù)此，我們認(rèn)為吐格曼北鋰鈹?shù)V床花崗偉晶巖型稀有金屬礦床468～454Ma的成礦作用和阿中地塊與阿南地塊的后碰撞伸展事件相對(duì)應(yīng)。

5.2.2 志留紀(jì)(436～434.6Ma)成巖成礦作用形成的構(gòu)造背景

關(guān)于北阿爾金洋的閉合時(shí)限問題仍存在不同認(rèn)識(shí)(董順利等，2013；Yuetal.，2018；鄭坤等，2019a，b；吳玉等，2021)，但近年來的一些研究顯示北阿爾金洋閉合與阿北地塊和阿中地塊的碰撞發(fā)生在奧陶紀(jì)-志留紀(jì)。如：鄭坤等(2019b)根據(jù)目前北阿爾金地區(qū)花崗質(zhì)巖的巖石學(xué)及年代學(xué)研究成果，認(rèn)為產(chǎn)于碰撞環(huán)境的花崗巖可能形成于459～425Ma；Yuetal.(2018)認(rèn)為北阿爾金地區(qū)陸-陸碰撞可能發(fā)生在445～439Ma；吳玉等(2021)認(rèn)為與碰撞造山和地殼加厚有關(guān)的花崗巖體，其成巖年齡主要集中在446～427.3Ma。北阿爾金地區(qū)產(chǎn)于碰撞環(huán)境的花崗質(zhì)巖石鋯石U-Pb年齡集中在459.5～427.3Ma(表5)。據(jù)此，我們認(rèn)為吐格曼北鋰鈹?shù)V床436～434.5Ma成礦成巖作用對(duì)應(yīng)著形成于北阿爾金地區(qū)碰撞環(huán)境的巖漿作用。

5.2.3 泥盆紀(jì)(415.5～414.7Ma)成巖成礦作用形成的構(gòu)造背景

區(qū)域上，泥盆紀(jì)成巖成礦作用主要發(fā)生在白干湖地區(qū)。關(guān)于白干湖地區(qū)各侵入體的形成時(shí)代前人己經(jīng)報(bào)道了一系列年齡數(shù)據(jù)(表6)，如白干湖礦田東北部粗粒二長(zhǎng)花崗巖的形成年齡為421±3.7Ma(李國(guó)臣等，2012)，粗粒鉀長(zhǎng)花崗巖年齡為432.3±0.8Ma(包亞范等，2008)、430.5±1.2Ma (Gaoetal.，2014)或422±3Ma(李國(guó)臣等，2012)，正長(zhǎng)花崗巖年齡為428.2±4.2Ma或422.5±2.3Ma(王增振等，2014)，與成礦有關(guān)的花崗巖年齡為416.9±2.9Ma(孫豐月等，2009(2)孫豐月, 李碧樂, 丁清峰, 趙俊偉, 潘彤, 于曉飛, 王力, 陳廣俊, 于正江. 2009. 東昆侖成礦帶重大找礦疑難問題研究. 吉林: 吉林大學(xué)地質(zhì)調(diào)查研究院)，這些侵入體都被認(rèn)為形成于阿爾金與東昆侖的后碰撞或后碰撞伸展的構(gòu)造背景(周建厚，2015)。ρ87脈中細(xì)晶花崗巖的成巖年齡(415.4～414.7Ma)與孫豐月等(2009)獲得的白干湖地區(qū)與成礦有關(guān)的花崗巖年齡(416.9±2.9Ma)在誤差范圍內(nèi)基本一致，說明吐格曼地區(qū)泥盆紀(jì)(415.5～414.7Ma)的成巖成礦作用對(duì)應(yīng)著巴什爾希巖漿序列晚期巖漿-熱液活動(dòng)的產(chǎn)物，與阿爾金地塊和東昆侖地塊后碰撞伸展的構(gòu)造事件有關(guān)。

表4 南阿爾金地區(qū)部分巖體的鋯石U-Pb年齡統(tǒng)計(jì)Table 4 Summary of zircon U-Pb ages of plutons in South Altyn area

表5 北阿爾金地區(qū)花崗質(zhì)巖石的鋯石U-Pb年齡統(tǒng)計(jì)Table 5 Summary of zircon U-Pb ages of granitoids in North Altyn area

表6 白干湖地區(qū)部分巖體的年齡統(tǒng)計(jì)Table 6 Summary of ages of plutons in Baiganhu area

圖11 吐格曼北鋰鈹?shù)V成礦階段與區(qū)域花崗巖年齡對(duì)比Fig.11 Comparison of age of regional granites and mineralization stages in the North Tugeman lithium-beryllium deposit

結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，阿爾金中段吐格曼地區(qū)三期成巖成礦作用可能與區(qū)域上的三期碰撞或后碰撞伸展事件(圖11；表4-表6)有關(guān)：第一期(468～454Ma)和阿中地塊與阿南地塊的后碰撞伸展事件對(duì)應(yīng)；第二期(436～434.6Ma)和阿中地塊與阿北地塊的碰撞事件對(duì)應(yīng)；第三期(415.5～414.7Ma)和阿爾金地塊與東昆侖地塊的后碰撞伸展事件對(duì)應(yīng)。吐格曼北鋰鈹?shù)V床三期成礦事件均形成于同碰撞或后碰撞伸展階段，與世界上許多淡色花崗巖和花崗偉晶巖形成于同碰撞、后碰撞的構(gòu)造背景一致(Barbarin，1999；吳福元等，2015；Xuetal.，2020)。這種多期多階段成礦特點(diǎn)顯示出吐格曼北鋰鈹?shù)V床的形成是多期巖漿-流體作用疊加的結(jié)果。

6 結(jié)論

(1)阿爾金中段吐格曼鋰鈹?shù)V區(qū)發(fā)育多期多階段成巖成礦現(xiàn)象。對(duì)含礦花崗巖與偉晶巖脈開展鋯石、鈮鉭鐵礦測(cè)年研究，結(jié)果顯示：除了前期已獲得的成礦年齡(468～454Ma)，還存在436～434.6Ma與415.5～414.7Ma兩期成巖成礦作用，這種多期多階段成礦特點(diǎn)顯示出吐格曼北鋰鈹?shù)V床的形成是多期巖漿-流體疊加的結(jié)果。

(2)吐格曼鋰鈹?shù)V區(qū)發(fā)育的三期鋰鈹花崗巖-偉晶巖成巖成礦作用分別形成于阿中地塊與阿南地塊和阿北地塊的后碰撞伸展、碰撞階段及由阿北-阿中-阿南地塊拼貼形成的阿爾金地塊與東昆侖地塊的后碰撞伸展階段。

致謝野外工作得到了新疆地礦局第三地質(zhì)大隊(duì)陳建中總工程師和劉建兵、張筍、宋俊華工程師等地質(zhì)同行的支持與幫助；兩位匿名審稿人對(duì)本文的審閱并提出建設(shè)性問題及建議，使得本文能更加規(guī)范、完整，內(nèi)容上也更加嚴(yán)謹(jǐn)、充實(shí)。在此一并表示衷心的感謝!