青藏高原東北緣茶卡北山地區(qū)印支期高分異花崗巖的發(fā)現(xiàn)及找礦意義*

王秉璋 潘彤 王強(qiáng) 李五福 祁生勝 鄭英 金婷婷 劉金恒

1. 青海省地質(zhì)調(diào)查院, 青藏高原北部地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西寧 810012 2. 青海省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局,西寧 810001 3. 中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所,同位素地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣州 510640 4. 青海省地質(zhì)調(diào)查局,西寧 810000

花崗巖-偉晶巖型鋰鈹?shù)V床是鋰鈹金屬礦床的重要類型。我國的花崗偉晶巖中產(chǎn)出的鈹?shù)V床數(shù)量多、分布廣,占探明總儲量的比例大,BeO工業(yè)儲量最多(李建康等,2017)。高分異花崗巖在稀有金屬(Li、Be、Nb、Ta等)具有成礦專屬性(吳福元等,2017)。近年來,青藏高原發(fā)現(xiàn)的Li-Be礦床均被證明與高分異花崗巖相關(guān),例如阿爾金中段吐格曼地區(qū)偉晶巖型Li-Be礦(徐興旺等,2020)、川西甲基卡Li礦(付小方等,2015)等礦床均與高分異花崗巖相關(guān),因此高分異花崗巖的識別在花崗巖-偉晶巖型鋰鈹?shù)V床成礦規(guī)律分析與成礦預(yù)測中具有重要意義。茶卡北山偉晶巖型Li-Be礦床和具有一定規(guī)模的Li-Be礦化偉晶巖帶的發(fā)現(xiàn)可推斷宗務(wù)隆山構(gòu)造帶東段是青藏高原北部一條新的、重要的稀有金屬礦成礦帶,茶卡北山地區(qū)有望成為青藏高原北部一個新的Li-Be資源基地(王秉璋等,2020)。迄今為止的勘探進(jìn)展表明,相關(guān)礦體和礦化體均分布在偉晶巖中,偉晶巖和偉晶巖脈群北西向沿區(qū)域構(gòu)造線呈帶狀分布在宗務(wù)隆山南緣斷裂北部地區(qū),然而該地區(qū)是否存在與礦化偉晶巖有成因聯(lián)系的花崗巖類侵入巖還沒有報(bào)道,這制約了茶卡北山地區(qū)偉晶巖型Li-Be礦成礦規(guī)律研究與成礦預(yù)測的開展。最近,茶卡北山地區(qū)1:2.5萬地質(zhì)填圖發(fā)現(xiàn)了印支期具有高分異特征的花崗巖體(阿斯合塔巖體),本文報(bào)道了該花崗巖的獨(dú)居石和鋯石U-Pb年齡、鋯石Lu-Hf同位素和全巖Nd同位素、主微量元素資料,并初步分析了其與鋰鈹?shù)V的成礦關(guān)系與找礦意義。

1 地質(zhì)背景

茶卡北山地區(qū)西起烏蘭縣生格鄉(xiāng),向東至茶卡鎮(zhèn)北東側(cè),相當(dāng)于全吉地塊(也稱歐龍布魯克地塊)東北緣至青海南山西端的區(qū)域,處于全吉地塊、南祁連地塊和西秦嶺(共和盆地)的接合部位,即祁-秦-柴接合部(圖1)。該地區(qū)出露大量印支期侵入巖,形成有規(guī)模的印支期巖漿巖帶,向東與青海南山巖漿巖帶相接,并經(jīng)共和縣、貴德縣和同仁市與西秦嶺北緣印支期花崗巖帶相連,構(gòu)成北西-南東向展布的印支期巖漿巖帶(圖1),本文稱為青海南山-同仁印支期巖漿巖帶。青海南山-同仁印支期巖漿巖帶巖漿巖主要形成于晚二疊世-中三疊世和晚三疊世兩個階段,晚二疊世-中三疊世(254～234Ma)巖漿巖出露面積占主體,以含有鐵鎂質(zhì)暗色微粒包體的Ⅰ型花崗巖為主,其次為基性雜巖體。晚二疊世-中三疊世侵入巖代表性巖體有曬勒克郭來花崗閃長巖(250～243Ma;彭淵等,2016;Wuetal.,2019);同仁花崗閃長巖體(241Ma;Lietal.,2015);黑馬河雜巖體(246～235Ma;張宏飛等,2006;張永明等,2017a;王盟等,2019),由輝長巖、閃長巖、石英閃長巖和花崗閃長巖組成;察汗諾花崗閃長巖體(244Ma;彭淵等,2016);許給溝花崗巖體(254Ma)、椅落山花崗閃長巖體(251Ma)、察汗諾角閃閃長巖體(249Ma)、察汗諾花崗巖體(248Ma)和察汗河花崗巖體(240Ma)(Wuetal.,2019);溝后巖漿雜巖體(249～243Ma;張永明等,2017b),由輝長巖、輝長閃長巖、石英閃長巖、花崗閃長巖組成;當(dāng)家寺花崗巖體(241～240Ma;張永明等,2017c);雙朋喜花崗巖體(242Ma;Luoetal.,2012);舍哈力吉巖體(234Ma;黃雄飛等,2014);過馬營巖體(243～242Ma;Huetal., 2019)。晚三疊世花崗巖分布較少,主要有二郎洞花崗巖(215Ma;郭安林等,2009),江里溝復(fù)式巖體(229～217Ma,路東宇等,2017)。

青海南山-同仁印支期巖漿巖帶西段生格-茶卡地區(qū)巖體圍巖主要為古元古界達(dá)肯大坂巖群,是以長英質(zhì)片麻巖為主的角閃巖相變質(zhì)地層;茶卡北山Li-Be礦化偉晶巖圍巖為含堇青石、石榴子石和十字石等變質(zhì)礦物的云母片巖和云母石英片巖,被稱為新元古界茶卡北山片巖巖組(青海省地質(zhì)調(diào)查院,2022(1)青海省地質(zhì)調(diào)查院. 2022. 青海省天峻縣貢卡休瑪?shù)貐^(qū)1:2.5萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查報(bào)告. 1-449)。中段青海南山地區(qū)巖體圍巖主要為中-下三疊統(tǒng)隆務(wù)河組,其次為石炭-二疊系宗務(wù)隆山群;東段共和-同仁地區(qū)巖體主要分布在中-下三疊統(tǒng)隆務(wù)河組中(圖1)。

2 巖體地質(zhì)及巖石學(xué)特征

阿斯合塔巖體位于茶卡北山中部地區(qū),相當(dāng)于全吉地塊東北緣(圖1),圍巖為元古界達(dá)肯大坂巖群,為一出露面積約34km2的復(fù)式巖體,由淺灰紅色含石榴子石花崗巖、肉紅色黑云母花崗巖和淺肉紅色黑云母花崗閃長巖組成。此外,巖體中還分布有閃長巖脈、花崗巖脈、輝綠巖脈和偉晶巖脈(圖2)。

圖2 阿斯合塔地區(qū)地質(zhì)略圖

含石榴子石花崗巖呈巖株?duì)町a(chǎn)出,目前已識別出兩個侵入體(圖2),西側(cè)巖體出露面積為0.16km2,東側(cè)巖體出露面積為2.71km2。巖石呈淺灰紅色和淺肉紅色(圖3a),細(xì)中?；◢徑Y(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,礦物主要為鉀長石(37%～45%)、斜長石(22%～32%)、石英(20%～36%)、黑云母(0～8%)、白云母(1%～3%)和石榴子石(1%);鉀長石呈半自形粒狀晶,粒徑為0.3～3.1mm,具條紋構(gòu)造和格子雙晶(圖4a),為微斜條紋長石,輕度黏土礦化;斜長石半自形板狀晶,具鈉長聚片雙晶,An=24～28,為更長石,個別具環(huán)帶構(gòu)造,為中長石,粒徑為0.2×0.4mm～1.35×3.40mm,輕度絹云母化、黏土礦化蝕變;石英呈他形粒狀晶,粒徑為0.16～2.85mm;石榴子石呈不規(guī)則狀,粒徑為0.06～0.60mm,充填狀分布于鉀長石和斜長石晶間(圖4a);黑云母呈片狀晶,片徑在0.10～1.25mm間,呈紅褐色多色性,輕度綠泥石化,白云母片長為0.10～1.8mm(圖4b)。東側(cè)巖體中分布偉晶巖脈,個別巖脈可見綠柱石(圖3b)(1件揀塊化學(xué)樣,BeO品位為0.34%);西側(cè)巖體中也見有極少量晶簇狀產(chǎn)出的綠柱石集合體(圖3c)(1件揀塊化學(xué)樣,BeO品位0.21%)。

圖3 阿斯合塔巖體野外照片

圖4 阿斯合塔巖體顯微結(jié)構(gòu)照片

肉紅色黑云母花崗巖構(gòu)成了復(fù)式巖體的主體(圖2),巖體整體呈現(xiàn)肉紅色(圖3d),塊狀構(gòu)造,似斑狀結(jié)構(gòu),中粗?；◢徑Y(jié)構(gòu)(圖4c),斑晶成分主要為鉀長石(微斜條紋長石和條紋長石),次為少量斜長石,礦物主要為鉀長石(38%～46%)、斜長石(20%～30%)、石英(22%～30%)、黑云母(2%～3%)和少量白云母(1%),磷灰石和褐簾石微量。

淺肉紅色黑云母花崗閃長巖分布于復(fù)式巖體的南部,察汗諾一帶,巖體整體呈現(xiàn)淺肉紅色調(diào)(圖3e),零星可見暗色包體(圖3f)。礦物主要為鉀長石、斜長石、石英和黑云母等(Wuetal., 2019;張金鵬等,2022)。

3 樣品采集和分析方法

選擇新鮮樣品進(jìn)行鋯石U-Pb年齡、獨(dú)居石U-Pb年齡、鋯石Lu-Hf同位素和全巖主量元素、微量元素及Nd同位素分析。用于鋯石、獨(dú)居石U-Pb年齡和Lu-Hf同位素分析的樣品是2件含石榴子石花崗巖(樣品4841-1,N37°02′33″、E98°50′46″;4841-2,N37°02′42″、E98°50′22″);用于全巖主微量分析的樣品包括4件黑云母花崗巖(ASHT01～04)和12件含石榴子石花崗巖(4841-1～9、ASHT05～07)。其中,樣品4841-1的GPS坐標(biāo)為N37°02′33″、E98°50′46″,樣品4841-2～9的GPS坐標(biāo)為N37°02′42″、E98°50′22″;樣品ASHT01的GPS坐標(biāo)為N37°00′51″、E98°50′19″,ASHT02的GPS坐標(biāo)為N37°00′59″、E98°50′27″,ASHT03的GPS坐標(biāo)為N37°01′36″、E 98°50′40″ ,ASHT04的GPS坐標(biāo)為N37°01′44″、E98°50′44″,ASHT05的GPS坐標(biāo)為N37°02′04″、E98°50′42″,ASHT06的GPS坐標(biāo)為N37°02′08″、E98°50′42″,ASHT07的GPS坐標(biāo)為N37°02′25″、E98°50′44″。用于全巖Nd同位素分析的樣品為含石榴子石花崗巖,采樣地點(diǎn)和位置與相同編號的全巖主微量分析樣品一致。

樣品的主量元素、微量元素、原位微區(qū)鋯石Hf同位素比值、LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年和獨(dú)居石LA-ICP-MS微區(qū)原位U-Pb定年均在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司完成。

全巖主微量測試挑選新鮮樣品,切去風(fēng)化面,研磨至5mm剔除雜質(zhì),最后磨至200目粉末。主量元素在波長色散X射線熒光光譜儀(ZSXPrimusⅡ)上完成,標(biāo)樣采用GBW07105(標(biāo)準(zhǔn)值)來保證測試精度,分析精度為1%～5%,FeO采用化學(xué)滴定法,檢出限為0.5%;微量元素測試在電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Agilent7700eICP-MS)上采用GB/T14506.30—2010硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法完成,分析精度優(yōu)于10%。

鋯石U-Pb同位素比值和微量元素含量利用LA-ICP-MS同時分析完成。GeolasPro激光剝蝕系統(tǒng)由COMPexPro 102 ArF 193nm準(zhǔn)分子激光器和MicroLas光學(xué)系統(tǒng)組成,ICP-MS型號為Agilent 7700e,激光束斑直徑為32μm,頻率為5Hz。U-Pb同位素定年和微量元素含量處理中采用鋯石標(biāo)準(zhǔn)91500和玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)NIST610作外標(biāo)分別進(jìn)行同位素和微量元素分餾校正。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。原位微區(qū)鋯石Hf同位素比值利用激光剝蝕多接收杯等離子體質(zhì)譜(LA-MC-ICP-MS)完成,激光剝蝕系統(tǒng)為Geolas HD(Coherent,德國),MC-ICP-MS為Neptune Plus(Thermo Fisher Scientific,德國),分析采用Neptune Plus新設(shè)計(jì)高性能錐組合,采用單點(diǎn)剝蝕模式,斑束直徑為32μm。

獨(dú)居石U-Pb同位素定年利用LA-ICP-MS分析完成。GeolasPro激光剝蝕系統(tǒng)由COMPexPro 102 ArF 193nm準(zhǔn)分子激光器和MicroLas光學(xué)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(bǔ)償氣以調(diào)節(jié)靈敏度,二者在進(jìn)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(dá)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。本次分析的激光束斑直徑為16μm,頻率為2Hz。U-Pb同位素定年處理中采用獨(dú)居石標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)44069和玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)NIST610作外標(biāo)分別進(jìn)行同位素和微量元素分餾校正。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。對分析數(shù)據(jù)的離線處理(包括對樣品和空白信號的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年齡計(jì)算)采用軟件ICPMSDataCa(Liuetal., 2010)完成。獨(dú)居石樣品的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。

Nd同位素分析采用Thermo Fisher Scientific公司的MC-ICP-MS(Neptune Plus)。實(shí)驗(yàn)流程采用2個Nd同位素標(biāo)樣(GSB 04-3258-2015和AlfaNd)之間插入7個樣品進(jìn)行分析,GSB 04-3258-2015的143Nd /144Nd分析測試值為0.512440±6(2SD, n=31)與推薦值0.512438±6(2SD)(Lietal., 2017)在誤差范圍內(nèi)一致。選擇USGS的BCR-2(玄武巖)和RGM-2(流紋巖)作為流程監(jiān)控標(biāo)樣,數(shù)據(jù)表明,本實(shí)驗(yàn)流程可以對樣品進(jìn)行有效分離,分析準(zhǔn)確度和精密度滿足高精度的Nd同位素分析。

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb測年和微量元素測試結(jié)果

2件鋯石U-Pb測年樣均采自阿斯合塔東側(cè)巖體含石榴子石花崗巖,鋯石U-Pb測年和微量元素測試結(jié)果列于表1和表2。

表1 阿斯合塔巖體含石榴子石花崗巖鋯石U-Pb測年結(jié)果

表2 阿斯合塔巖體含石榴子石花崗巖鋯石微量元素(×10-6)

樣品4841-1含石榴子石花崗巖鋯石以自形柱狀晶為主,長約100μm,絕大多數(shù)鋯石CL圖像不透明和暗黑色,內(nèi)部呈現(xiàn)不均勻或不規(guī)則的斑雜、斑塊狀和海綿狀,部分鋯石具有核幔結(jié)構(gòu)、殘余環(huán)帶與較亮的微區(qū),部分鋯石晶棱彎曲或呈不規(guī)則港灣,選擇晶形完整,殘余環(huán)帶較清晰的鋯石進(jìn)行測試(圖5a)。其Th/U比值為0.11～2.34,平均值為0.64(n=38),這些特征表明其為巖漿成因鋯石,受高U含量或殘余流體交代,經(jīng)歷了蛻晶化和重結(jié)晶。LA-ICP-MS U-Pb分析結(jié)果顯示38個測點(diǎn)中有23個測點(diǎn)具有高U(1706×10-6～20065×10-6)、Th(795×10-6～17354×10-6)和Pb(16×10-6～851×10-6)含量。鋯石U-Pb測年38個測點(diǎn)206Pb/238U分布范圍大(圖5b),37號和38號測點(diǎn)206Pb/238U年齡是438Ma和1616Ma,其余36個測點(diǎn)分布在306～164Ma,其206Pb/238U年齡分布頻率直方圖(圖6a)中的峰值為248Ma。原位微量元素分析結(jié)果顯示14號測點(diǎn)(La/Yb)N為0.153,重稀土富集,Eu具負(fù)異常(δEu=0.01)(圖5c),其余9個測點(diǎn)重稀土強(qiáng)烈富集,(La/Yb)N為0.001～0.025,Eu具負(fù)異常(δEu=0.01～0.20);21～22測點(diǎn)具有負(fù)Ce異常(δCe=0.31～0.66),其余絕大多數(shù)測點(diǎn)具有正Ce異常(δCe=1.00～22.6)。

圖5 阿斯合塔巖體含石榴子石花崗巖鋯石陰極發(fā)光圖像(a、d)、U-Pb年齡諧和圖(b、e)、球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線(c、f)

圖6 阿斯合塔巖體含石榴子石花崗巖鋯石年齡直方圖

樣品4841-2含石榴子石花崗巖鋯石特征同4841-1相似(圖5d),CL圖像低亮度或不透明,部分鋯石內(nèi)部呈海綿狀,個別具核幔結(jié)構(gòu),熱液交代明顯,部分鋯石具殘余環(huán)帶,選擇晶形完整、環(huán)帶較清晰以及內(nèi)部較均勻的鋯石進(jìn)行測年。Th/U比值為0.14～2.59,平均值為0.78(n=45),表明鋯石主要為巖漿成因。LA-ICP-MS鋯石U-Pb分析結(jié)果顯示鋯石多數(shù)具有高U、Th特征,U為260×10-6～19012×10-6,Th為178×10-6～6550×10-6,Pb為12×10-6～897×10-6。46個測點(diǎn)206Pb/238U分布范圍大(圖5e),在297～173Ma之間,不能獲得可信的加權(quán)平均年齡,其206Pb/238U年齡分布頻率直方圖(圖6b)的峰值為232Ma。原位微量元素分析結(jié)果顯示所有10個測點(diǎn)稀土分餾強(qiáng)烈,(La/Yb)N為0.00003～0.00952,重稀土強(qiáng)烈富集(圖5f),Eu具負(fù)異常(δEu=0.01～0.39),Ce具正異常(δCe=3.66～37.3)。

4.2 獨(dú)居石U-Pb測年和微量元素測試結(jié)果

為進(jìn)一步約束含石榴子石花崗巖的形成時代,對上述2件樣品同時開展了獨(dú)居石U-Pb測年,分析結(jié)果列于表3。

表3 阿斯合塔巖體石榴子石花崗巖獨(dú)居石U-Pb測年結(jié)果

樣品4841-1的CL圖像中獨(dú)居石顆粒均為灰色,為自形-半自形柱狀晶,粒徑約60～220μm,具有分帶現(xiàn)象(圖7a)。對該樣品選擇32顆獨(dú)居石進(jìn)行測試,分析結(jié)果表明獨(dú)居石的Th、U和Pb含量均較高,分別為72004×10-6～198266×10-6、2201×10-6～8908×10-6和827×10-6～2051×10-6,Th/U比值為12.7×10-6～41.6×10-6,32個測點(diǎn)協(xié)和度高(圖7b, c),206Pb/238U年齡分布在252～243Ma,加權(quán)平均年齡為246.3±1.0Ma(MSWD=2.5)。

圖7 阿斯合塔巖體含石榴子石花崗巖獨(dú)居石陰極發(fā)光圖像(a、e)、U-Pb年齡諧和圖(b、c、f、g)和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線(d、h)

樣品4841-2的CL圖像中獨(dú)居石也為均勻的灰色,自形-半自形柱狀晶,粒徑約80～180μm,具有明顯的分帶現(xiàn)象(圖7e)。對該樣品選擇32顆獨(dú)居石進(jìn)行測試,分析結(jié)果表明也具有高Th(39257×10-6～146878×10-6)、U(741×10-6～10429×10-6)和Pb(436×10-6～1812×10-6)的特征,32個測點(diǎn)協(xié)和度高(圖7f, g),206Pb/238U年齡分布在250～238Ma,加權(quán)平均年齡為243.0±1.1Ma(MSWD=2.8)。

原位微量元素測試結(jié)果 (表4) 表明,2件樣品獨(dú)居石地球化學(xué)成分相似,主要由P2O5(27.2%～34.0%)、REE(353321×10-6～510162×10-6)、Y(8047×10-6～16827×10-6)和Th(39257×10-6～198266×10-6)組成,輕重稀土分餾強(qiáng)烈,輕稀土富集(圖7d, h),(La/Yb)N為98～1482,Eu具強(qiáng)烈負(fù)異常(δEu=0.0002～0.0205)。

表4 阿斯合塔巖體含石榴子石花崗巖獨(dú)居石元素豐度(×10-6)

4.3 鋯石Hf同位素特征

2件樣品的鋯石Lu-Hf 同位素分析結(jié)果列于表5。樣品4841-1中分析了16顆鋯石原位微區(qū)Hf同位素比值,結(jié)果表明176Hf/177Hf比值為0.282383～0.282634,利用同一個樣品獨(dú)居石206Pb/238U加權(quán)平均年齡246.3Ma計(jì)算,εHf(t)值為-2.6～+0.2,Hf同位素一階段模式年齡(tDM1)分布范圍為1.09～0.91Ga,平均值為0.99Ga,二階段模式年齡(tDM2)主要分布范圍為1.43～1.26Ga,平均值為1.36Ga。

表5 阿斯合塔巖體含石榴子石花崗巖鋯石Hf 分析結(jié)果

樣品4841-2中分析了14顆鋯石原位微區(qū)Hf同位素比值,結(jié)果表明176Hf/177Hf比值為0.282491～0.282635,利用同一個樣品獨(dú)居石206Pb/238U加權(quán)平均年齡243Ma計(jì)算,εHf(t)值為-5.1～-0.2,Hf同位素一階段模式年齡(tDM1)分布范圍為1.14～0.92Ga,平均值為1.0Ga,二階段模式年齡(tDM2)主要分布范圍為1.59～1.28Ga,平均值為1.37Ga。

4.4 全巖主、微量元素

本文分析了12件含石榴子石花崗巖和4件肉紅色黑云母花崗巖樣品,分析結(jié)果列于表6。根據(jù)主量元素地球化學(xué)分類,含石榴子石花崗巖和黑云母花崗巖主要為正長花崗巖(圖8a,b)。

圖8 阿斯合塔巖體花崗巖分類圖解

含石榴子石花崗巖SiO2(76.56%～77.70%)和Na2O+K2O(7.81%～8.50%)含量高,Fe2O3T(0.50%～0.73%)、MgO(0.003%～0.072%)、CaO(0.35%～0.88%)、TiO2(0.037%～0.047%)和P2O5(0.010%～0.014%)含量低(圖9),Na2O/K2O比值為0.91～1.09,Al2O3含量為11.96%～13.21%,A/CNK為0.98～1.09,為弱過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性系列巖石(圖8c, d)。稀土總量較低(ΣREE=74.7×10-6～106.8×10-6),稀土分餾弱(圖10a),(La/Yb)N為1.8～3.1,(La/Sm)N為1.83～2.29,(Gd/Yb)N為0.74～1.15,銪具強(qiáng)烈的負(fù)異常(δEu = 0.04～0.09);巖石富集Rb、Th、U等大離子親石元素和Pb,虧損Ba、Nb、Sr、P、Eu和Ti(圖10c)。

圖9 阿斯合塔巖體SiO2與主、微量元素相關(guān)圖

圖10 阿斯合塔巖體球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線(a、b)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素(c、d)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough,1989)

黑云母花崗巖SiO2(74.28%～76.82%)和Na2O+K2O(7.27%～8.15%)含量高,Fe2O3T(1.10%～2.27%)、MgO(0.13%～0.53%)、CaO(0.75%～1.27%)、TiO2(0.08%～0.29%)和P2O5(0.021%～0.084%)含量低,Al2O3含量為12.22%～13.07%,Na2O/K2O比值為1.12～1.43,A/CNK為1.01～1.04,為弱過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性系列(圖8c, d)。稀土總量(111×10-6～186×10-6)高于含石榴子石花崗巖,稀土分餾弱(圖10b),(La/Yb)N為2.16～8.39,(La/Sm)N為2.18～5.58,(Gd/Yb)N為0.89～1.17,銪具明顯的負(fù)異常(δEu=0.09～0.42);巖石富集Rb、Th、U等大離子親石元素和Pb(圖10d),虧損Ba、Nb、Sr、P、Eu和Ti。

4.5 全巖Nd同位素測試結(jié)果

本文采集了5件全巖Nd同位素地球化學(xué)樣品,測試結(jié)果列于表7。5件樣品Nd同位素組成均一,143Nd/144Nd比值為0.512335～0.512352,εNd(t)為-5.53～-5.26,Nd模式年齡(tDM2)為1.47～1.45Ga。

5 討論

5.1 巖體形成時代

2件含石榴子石花崗巖樣品鋯石為具有流體交代溶蝕特征的高U、Th鋯石,表現(xiàn)為年齡偏老的“高U效應(yīng)”和受放射性損傷導(dǎo)致Pb丟失而使年齡偏年輕的特征(李秋立,2016)(圖11),206Pb/238U年齡分布范圍大,不能獲得加權(quán)平均年齡,2件樣品鋯石206Pb/238U年齡分布頻率直方圖中峰值為248～232Ma(圖6)。2件樣品中獨(dú)居石Th含量高(平均值為11.2%,n=64),Th/U比值高(平均值為22.0,n=64),Eu強(qiáng)烈負(fù)異常(圖7d, h),推斷其為巖漿成因獨(dú)居石,而且2件樣品獨(dú)居石也沒有“高U效應(yīng)”和受放射性損傷導(dǎo)致Pb丟失的影響(圖11),因此本文2件獨(dú)居石樣品LA-ICP-MS U-Pb年齡(246～243Ma)可以代表阿斯合塔巖體含石榴子石花崗巖的結(jié)晶時代。最新年齡數(shù)據(jù)顯示,阿斯合塔巖體黑云母花崗巖的時代為244Ma(Liuetal., 2023),黑云母花崗閃長巖時代為256～248Ma(張金鵬等,2022),由此推斷阿斯合塔巖體不同巖性結(jié)晶時代接近,巖體形成時代介于256～243Ma,與茶卡北山地區(qū)印支期Ⅰ型花崗巖形成時代接近(圖1)(256～240Ma,彭淵等,2016;牛漫蘭等,2018;Wuetal.,2019)。

圖11 阿斯合塔巖體鋯石和獨(dú)居石U-age圖解

5.2 巖石成因

5.2.1 巖石成因類型

阿斯合塔巖體主體由黑云母花崗巖組成,內(nèi)部少量出露含石榴子石花崗巖,邊部還出露有少量黑云母花崗閃長巖(圖2),三者Nd同位素組成相似(圖12a, b),形成時代接近,且空間上緊密伴生,推斷它們具有相同的成因。

圖12 阿斯合塔巖體147Sm/144Nd-εNd(t)圖解(a)、SiO2-εNd(t)圖解(b)和t-εHf(t)圖解(c)

相對于黑云母花崗巖和含石榴子石花崗巖,黑云母花崗閃長巖具有貧SiO2,富TiO2、Al2O3、Fe2O3T、MgO和CaO(圖9),低Rb/Sr(0.52～0.88)和Rb/Ba(0.08～0.75),高K/Rb(181～284)和Zr/Hf(35～39),稀土元素四分組效應(yīng)不明顯等特征,其分異指數(shù)(DI)主要分布在80～88之間,TE1,3值(Irber, 1999)為0.99～1.03。在成因判別圖解(圖13)中,樣品均投入到未分異的花崗巖區(qū),推斷阿斯合塔巖體黑云母花崗閃長巖是低程度分異的花崗巖,具有較低的A/CNK(0.98～1.03),見有暗色鎂鐵質(zhì)包體,其地球化學(xué)成分非常接近茶卡北山地區(qū)Ⅰ型花崗巖(圖9、圖10、圖12),黑云母花崗閃長巖為低程度分異的Ⅰ型花崗巖(Wuetal., 2019;張金鵬等,2022)。

圖13 阿斯合塔巖體成因判別圖解(a,據(jù)Sylvester, 1989; b、c,據(jù)Whalen et al., 1987; d,據(jù)Li et al., 2007)

含石榴子石花崗巖的鋯石在陰極發(fā)光圖上多為自形的柱狀晶,具殘余環(huán)帶結(jié)構(gòu),低亮度或暗黑色,內(nèi)部斑塊狀或海綿狀,有明顯的交代溶蝕特征(圖5a,d),球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(圖5c, f)中多數(shù)鋯石具有明顯的正Ce異常和負(fù)Eu異常,重稀土強(qiáng)烈富集,Th/U平均值為0.72(n=85),表現(xiàn)出巖漿鋯石的特征,具有很高的U(平均值為5787×10-6,n=84)和Th(平均值為2153×10-6,n=84)含量,并顯示出較高的Hf(6905×10-6～26746×10-6,平均值為12512×10-6,n=20)和P(320×10-6～5385×10-6,平均值為1561×10-6,n=20)含量,Zr/Hf比值16～70,平均值為45,從鋯石特征可以推斷含石榴子石花崗巖具有高分異花崗巖的特征。含石榴子石花崗巖主要由長石和石英組成,暗色礦物含量非常低,見少量黑云母,未見角閃石,相對于低程度分異的黑云母花崗閃長巖,具有高的SiO2含量和低的TiO2、Al2O3、Fe2O3T、MgO、CaO和P2O5含量(圖9),分異指數(shù)高(DI=94.3～96.3),具有強(qiáng)烈的Eu負(fù)異常和顯著的Ba、Sr、P和Ti的負(fù)異常(圖10c),具有較低的Zr含量(41.8×10-6～67.8×10-6)、Zr/Hf比值(11～18)、K/Rb(61～93)和LREE/HREE比值(2.46～3.79),高Rb/Sr比值(12～93)和Rb/Ba(12.6～47.3),TE1,3值(Irber, 1999)為1.10～1.14,稀土元素四分組效應(yīng)明顯,表明它們經(jīng)歷了強(qiáng)烈的結(jié)晶分異,這些樣品投影點(diǎn)均分布在分異花崗巖區(qū)(圖13)。高分異花崗巖與A型花崗巖,特別是鋁質(zhì)A型花崗巖很難區(qū)分(Wuetal., 2017),本文采用全巖Zr元素飽和濃度溫度計(jì)(Watson and Harrison, 1983)估算巖漿結(jié)晶溫度(TZr)為686～724℃,平均值為701℃;采用稀土元素飽和濃度溫度計(jì)(Montel,1993)估算巖漿結(jié)晶溫度(TREE)為693～723℃,平均值為707℃,明顯低于A型花崗巖形成的平均溫度833℃(劉昌實(shí)等,2003),在高分異花崗巖判別圖解中樣品均分布在高分異花崗巖區(qū)(圖13a-c)。因?yàn)楦籝礦物不會在偏鋁質(zhì)Ⅰ型巖漿演化的早期階段結(jié)晶,從而引起分異的Ⅰ型花崗巖的Y含量高,并與Rb含量呈正相關(guān)關(guān)系(Watson and Harrison, 1983;Lietal., 2007),含石榴子石花崗巖Y和Rb是正相關(guān)趨勢(圖13d),上述特征表明含石榴子石花崗巖為高分異Ⅰ型花崗巖。

黑云母花崗巖主要由長石、石英和少量黑云母組成,與含石榴子石花崗巖相似,為弱過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性系列,A/CNK為1.01～1.04,具有十分均一且低的鋯石O同位素(δ18O=6.77‰～8.4‰)(Liuetal., 2023),表明黑云母花崗巖源于火成巖的部分熔融(Chappell and White, 1992)。黑云母花崗巖全巖Zr元素飽和濃度溫度計(jì)估算巖漿結(jié)晶溫度(TZr)為750～801℃,平均值為772℃;稀土元素飽和濃度溫度計(jì)(Montel,1993)估算巖漿結(jié)晶溫度(TREE)為716～770℃,平均值為744℃。二者均明顯低于A型花崗巖平均溫度833℃(劉昌實(shí)等,2003),略高于含石榴子石花崗巖,由此排除了A型花崗巖的可能。此外,黑云母花崗巖SiO2與P2O5呈明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖9h),Rb與Y呈明顯正相關(guān)關(guān)系(圖13d)。樣品具有高的SiO2含量和分異指數(shù)(DI=87.7～93.6),具有較低的TiO2、Al2O3、Fe2O3T、MgO、CaO和P2O5含量,具有明顯的Eu負(fù)異常和明顯的Ba、Sr、P和Ti的負(fù)異常(圖10b,d);Zr含量(94.9×10-6～190.0×10-6)和Zr/Hf比值(19.2～38.7)變化較大、Rb/Sr比值(1.4～39.3)和Rb/Ba(0.6～39.9)較高,TE1,3值(Irber, 1999)為0.99～1.11,平均值為1.1,具有較明顯的稀土元素四分組效應(yīng),表明它們經(jīng)歷了較強(qiáng)烈的結(jié)晶分異,在成因判別圖解中樣品主要分布在高分異花崗巖區(qū)域(圖13a-c)。上述特征表明黑云母二長花崗巖也為高分異Ⅰ型花崗巖。

5.2.2 結(jié)晶分異

阿斯合塔巖體低程度分異黑云母花崗閃長巖、高分異黑云母花崗巖和含石榴子石花崗巖具有相似的、連續(xù)的主量和微量元素演化趨勢(圖9、圖10)。隨著結(jié)晶溫度的降低,稀土四分組效應(yīng)(圖14a)明顯增強(qiáng),Rb/Sr比值顯著升高(圖14b),Zr/Hf和(La/Yb)N比值顯著降低(圖14c, d)。

圖14 阿斯合塔巖體TZr-TE1,3(a)、TZr-Rb/Sr(b)、TZr-Zr/Hf(c)和TZr-(La/Yb)N(d)圖解

Ti的虧損指示了富鈦礦物相(如鈦鐵礦和/或金紅石)的結(jié)晶分離,而P的強(qiáng)烈虧損表明發(fā)生了磷灰石的分離結(jié)晶,Eu的強(qiáng)烈負(fù)異?？赡芘c斜長石和/或鉀長石的分離結(jié)晶作用有關(guān),Ba和Sr的強(qiáng)烈虧損表明斜長石的分離結(jié)晶作用。為了研究阿斯和塔花崗巖的演化過程,本文使用微量元素Sr、Ba、Rb進(jìn)行瑞利分餾模擬,這些元素在花崗質(zhì)巖漿演化過程中主要受礦物角閃石、黑云母、鉀長石和斜長石影響。根據(jù)模擬結(jié)果顯示,阿斯和塔花崗巖在演化過程中主要是受鉀長石分離結(jié)晶影響,可能包含少量斜長石和黑云母(圖15a, b),這與作者在阿斯和塔巖體中觀察到大量鉀長石斑晶的情況是符合的。Th-LREE的關(guān)系圖解(圖15c)表明獨(dú)居石的分異直接影響了巖體中LREE元素的含量。Zr與SiO2負(fù)相關(guān)可能與鋯石的分離結(jié)晶相關(guān)(圖9i),鋯石的分離結(jié)晶也導(dǎo)致了明顯的Zr/Hf分異(圖9k)。隨著SiO2含量增加Nb/Ta降低,由于相對于Ta,Nb在黑云母中的分配系數(shù)更高(Stepanov and Hermann, 2013),因此黑云母分離結(jié)晶可能導(dǎo)致了Nb/Ta降低(圖9l)。上述特征也顯示隨著巖漿分異程度的增加,低分異的黑云母花崗閃長巖演化為高分異黑云母花崗巖,進(jìn)爾演化為含石榴子石花崗巖,后兩者顯示出明顯的和增強(qiáng)的稀土元素四分組效應(yīng),表明巖漿發(fā)生高度的分異后熔體中出現(xiàn)大量流體,熔體和流體之間的水巖相互作用強(qiáng)烈(趙振華,2016)。

圖15 阿斯合塔巖體Sr-Ba(a)、Sr-Rb(b)和Th-LREE圖解(c)

阿斯合塔巖體不同巖性主微量成分演化相對是連續(xù)的,但與茶卡北山地區(qū)富含角閃石和暗色包體的同時代Ⅰ型花崗巖的演化趨勢存在明顯的差異(圖9),二者存在成分間斷。例如,茶卡北山地區(qū)Ⅰ型花崗巖Zr含量與SiO2正相關(guān)(圖9i),表明該花崗巖經(jīng)歷了由Zr不飽和向Zr飽和的演化過程,但Zr/Hf值沒有變化,這與阿斯合塔巖體具有明顯的差異(圖9k)。此外,圖14中阿斯合塔巖體不同巖性的演化趨勢與茶卡北山地區(qū)Ⅰ型花崗巖的演化趨勢也顯示出明顯的差異。

5.2.3 巖漿起源

阿斯合塔高分異黑云母花崗巖、含石榴子石花崗巖和低程度分異的黑云母花崗閃長巖具有相似的全巖Nd同位素組成,并且與茶卡北山地區(qū)印支期富含鐵鎂質(zhì)暗色微粒包體的Ⅰ型花崗巖相似,明顯不同于茶卡北山地區(qū)Li-Be礦化偉晶巖圍巖新元古界茶卡北山片巖巖組和電氣石偉晶巖(圖12a, b)。阿斯合塔含石榴子石花崗巖鋯石εHf(t)變化范圍較小,樣品4841-1鋯石εHf(t)值為-2.6～+0.2,二階段模式年齡(tDM2)為1.43～1.26Ga;樣品4841-2鋯石εHf(t)值為-5.1～-0.2,二階段模式年齡(tDM2)為1.59～1.28Ga,與阿斯合塔巖體低程度分異黑云母花崗閃長巖和茶卡北山地區(qū)同時期Ⅰ型花崗巖相似(圖12c)。它們形成時代相近,空間上群居,可能具有相同源區(qū),Nd、Hf同位素組成反映其源區(qū)以古老元古代地殼為主,可能有少量幔源新生地殼的加入。

阿斯合塔巖體巖漿演化過程中同化混染的影響很小(圖12b),但巖漿結(jié)晶分異明顯,通常與高分異花崗巖相關(guān)的偏鎂鐵質(zhì)、低分異程度的巖石可能較多保留了原始的礦物學(xué)和地球化學(xué)特征,其成因判別相對可信(吳福元等,2007)。阿斯合塔巖體黑云母花崗閃長巖分異程度低,可代表阿斯合塔巖體巖漿的起源。以往研究表明,黑云母花崗閃長巖巖漿起源于由中元古界為主的正常的下地殼,可能存在幔源物質(zhì)的貢獻(xiàn)(張金鵬等,2022)。阿斯合塔巖體較高程度結(jié)晶分異的黑云母花崗巖為古老下地殼鎂鐵質(zhì)巖石在貧水環(huán)境下部分熔融形成,并由幔源基性巖漿的加入混合形成(Liuetal., 2023)。茶卡北山地區(qū)中生代Ⅰ型花崗巖由元古代陸殼物質(zhì)組成的下地殼來源的長英質(zhì)巖漿與幔源鎂鐵質(zhì)巖漿(俯沖交代富集地幔)不同比例混合形成(彭淵等,2016;牛漫蘭等,2018;Wuetal.,2019)。

由上述討論推斷阿斯合塔高分異花崗巖源于元古代陸殼物質(zhì)組成下地殼的部分熔融,并有不同比例幔源鎂鐵質(zhì)巖漿混合或幔源新生地殼的加入。

5.2.4 構(gòu)造環(huán)境

青海南山-同仁印支期巖漿巖帶巖漿活動時間集中在254～234Ma,并具有以含有暗色微粒包體和角閃石的偏鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)中高鉀鈣堿性系列Ⅰ型中酸性花崗巖為主、基性雜巖體為次的巖石組合。其巖漿源區(qū)可能具有多樣性或?yàn)槎喾N源區(qū)巖漿的混合,即多數(shù)巖體的巖漿被認(rèn)為主要起源于中下地殼的部分熔融,變質(zhì)中下地殼物質(zhì)(角閃巖或變雜砂巖)的貢獻(xiàn)顯著,但有幔源巖漿物質(zhì)的混入(張宏飛等,2006;Luoetal., 2012;黃雄飛等,2014;Lietal., 2015;彭淵等,2016;張永明等,2017a, b, c;牛漫蘭等,2018;王盟等,2019);另有部分巖體被認(rèn)為屬于中下地殼(角閃巖)的部分熔融(Wuetal.,2019;Huetal., 2019),殘留相主要為角閃石。已有的研究普遍被認(rèn)為其形成與古特提斯洋俯沖有關(guān),中生代早期青海南山-同仁處于古特提斯俯沖的陸緣弧環(huán)境(Lietal.,2015;彭淵等,2016;張永明等,2017a, b, c;牛漫蘭等,2018;Huetal., 2019;Wuetal., 2019;王盟等,2019;Liuetal., 2021)。形成于256～243Ma的阿斯合塔巖體,與青海南山-同仁印支期巖漿巖帶處于相同的構(gòu)造環(huán)境中。

5.3 找礦意義

阿斯合塔含石榴子石花崗巖具有較低的K/Rb比值(61～93)、Zr/Hf比值(11～18)和Ba含量(10.8×10-6～28.7×10-6),并且具有明顯的負(fù)Eu異常和REE四分組效應(yīng),這些較為特殊的地球化學(xué)特征暗示強(qiáng)烈的巖漿/流體分餾過程在該巖體的形成過程中起了重要作用(Farahatetal., 2011),表明巖體受到巖漿演化晚期巖漿流體的明顯改造;此外,樣品中多數(shù)鋯石內(nèi)部呈海綿狀,部分具核幔結(jié)構(gòu),熱液交代明顯,Be、W、Sb、Nb和Ta等稀有金屬有關(guān)的花崗巖K/Rb比值一般在100以下(趙振華,2016),說明該巖體具有稀有金屬成礦條件。從區(qū)域上看,阿斯合塔巖體高分異花崗巖形成時代與茶卡北山Li-Be礦化偉晶巖帶早期結(jié)晶形成偉晶巖形成時代相近,兩者距離最近約10km,具有一定的成因的聯(lián)系,而阿斯合塔含石榴子石花崗巖局部也產(chǎn)出綠柱石(圖3c),進(jìn)一步驗(yàn)證了上述具有稀有金屬成礦潛力的推論。

茶卡北山地區(qū)賦礦偉晶巖的年齡已得到大量報(bào)道,王秉璋等(2020)對含綠柱石偉晶巖開展鋯石U-Pb測年獲得其成巖成礦年齡為217Ma,Panetal.(2021)獲得了巖漿型鈮鉭鐵礦U-Pb年齡為241Ma,Liuetal.(2022)測得含礦偉晶巖中鈮鉭鐵礦和白云母年齡為212～217Ma,而Sunetal.(2023)對不同類型鈮鉭鐵礦開展U-Pb測年并獲得了230Ma的成礦年齡和221Ma流體交代年齡。結(jié)合本文含石榴子石花崗巖(局部產(chǎn)綠柱石;246～243Ma),表明茶卡北山存在多期Li-Be礦化偉晶巖。然而,究竟哪一期最有利于成礦仍有待進(jìn)一步研究。

區(qū)域上,青海南山-同仁印支期巖漿巖帶內(nèi)除了阿斯合塔高分異花崗巖外,東部同仁地區(qū)江里溝復(fù)式巖體也具有高分異Ⅰ型花崗巖的特點(diǎn)(229～217Ma,路東宇等,2017),推斷青海南山-同仁印支期巖漿巖帶內(nèi)可能存在印支期高分異花崗巖帶。此帶西起德令哈,向東經(jīng)青海南山至同仁縣江里溝一帶,長約450km,帶內(nèi)已發(fā)現(xiàn)了茶卡北山偉晶巖型鋰鈹?shù)V床,沙柳泉偉晶巖型鈮鉭礦點(diǎn)、石乃亥偉晶巖型鈮鉭礦床和紅嶺北偉晶巖型鋰鈹?shù)V點(diǎn)(圖1),表明該帶具備形成與高分異Ⅰ型花崗巖相關(guān)的稀有金屬礦床的成礦潛力。

6 結(jié)論

(1)茶卡北山地區(qū)阿斯合塔巖體由低程度分異黑云母花崗閃長巖和高分異含石榴子石花崗巖、黑云母花崗巖組成,含石榴子石花崗巖獨(dú)居石U-Pb年齡為246～243Ma,是青海南山-同仁印支期巖漿巖帶的組成。

(2)阿斯合塔巖體高分異花崗巖具有高SiO2、高K2O+Na2O,低Fe2O3T、MgO特征,富集K、Rb、Th、U和Pb,強(qiáng)烈虧損Ba、Sr、P、Eu和Ti,含石榴子石花崗巖全巖εHf(t)為-5.53～-5.26,鋯石εHf(t)為-5.1～0.2,是高分異Ⅰ型花崗巖,巖漿源于元古代陸殼物質(zhì)組成下地殼的部分熔融,并有不同比例幔源鎂鐵質(zhì)巖漿混合或新生地殼的加入。

(3)阿斯合塔巖體高分異花崗巖具有形成以Be為主稀有金屬礦的可能,Li-Be礦化呈現(xiàn)多期次特征,推斷青海南山-同仁印支期巖漿巖帶是一個有成礦潛力的稀有金屬成礦帶。

致謝貴刊編輯和審稿專家對本文提出了建設(shè)性修改意見,在此表示感謝!