吳浩然 楊浩 葛文春 紀政 王可勇 井佳浩 景妍

吉林大學地球科學學院，長春 130061

稀有金屬元素(鋰、鈹、鈮、鉭、銫、鋯、鎢、錫等)在新興產(chǎn)業(yè)中作為技術型戰(zhàn)略元素有巨大的需求，因此國際社會將它們列為“關鍵金屬元素”(Chakhmouradianetal., 2015; Bensonetal., 2017; Sovacooletal., 2020)。其中，鈹金屬及其系列合金產(chǎn)品廣泛應用于國防軍工、航空航天、核工業(yè)、計算機、電信基礎設施、醫(yī)療及油氣開采等高科技領域，尤其是鈹金屬在國防和航空航天領域具有不可被其它材料替代的特殊價值，是國防安全、軍事現(xiàn)代化不可或缺的關鍵材料，因此，鈹金屬不僅具有重要的經(jīng)濟價值，也是絕對重要的戰(zhàn)略物資。鈹金屬資源代表性礦物主要包括綠柱石、硅鈹石、羥硅鈹石和興安石等，常賦存在高分異花崗巖及與其緊密伴生的云英巖和偉晶巖中(吳福元等, 2015; 王汝成等, 2017)。

大興安嶺南段作為古亞洲洋、蒙古-鄂霍茨克洋和古太平洋構造-成礦域的疊置部位，地質(zhì)作用復雜，巖漿-成礦作用強烈，發(fā)育巨量的中生代高分異花崗巖-高硅流紋巖(Wuetal., 2011; Xuetal., 2013)，是我國北方著名的銅、銀、鉛、鋅、鉬及稀有金屬成礦集中區(qū)(Zengetal., 2011；毛景文等, 2013; Ouyangetal., 2015)。針對大興安嶺南段賦存稀有金屬或具有稀有金屬成礦潛力的高分異花崗巖，許多學者在巖石成因和稀有金屬礦化方面開展了一系列研究(周振華等, 2010; 楊武斌等, 2011; Zhouetal., 2012; 王明艷和何玲, 2013; Yangetal., 2014, 2015, 2017; Zengetal., 2015; 徐佳佳和賴勇, 2015; Zhangetal., 2017, 2019; 姚磊等, 2017; 陳公正等, 2018; 李睿華, 2019; 張?zhí)旄５? 2019; 武廣等, 2021)，但是現(xiàn)有研究主要集中在Sn-W-Nb-Ta-REE等成礦作用方面，除報道巴爾哲堿性花崗巖中存在羥硅鈹釔鈰礦和鋅日光榴石(馮守忠, 1994)，黃崗梁矽卡巖有綠柱石(周振華, 2014)、符山石和綠鈣閃石(侯曉志等, 2017)外，目前仍缺乏典型鈹?shù)V床中特色礦物的識別和研究，因而限制了對區(qū)域Be元素超常富集機制及其成礦規(guī)律的深入理解。此外，前人對大興安嶺南段稀有金屬礦床的研究主要偏向于全巖地球化學與鋯石U-Pb定年方面，對于其他副礦物，例如獨居石、磷灰石的定年研究不足。其實，獨居石(Ce, La, Th)PO4作為高分異花崗巖、云英巖及偉晶巖中常見的副礦物(Parrish, 1990; Keltsetal., 2008; Fisheretal., 2017)，可以利用U-Th-Pb體系精準定年(Harrisonetal., 2002; Williamsetal., 2007)，并且適合于原位地球化學與Nd同位素示蹤的分析(Evans and Zalasiewicz, 1996; Stepanovetal., 2012; Perumalsamyetal., 2016; Fisheretal., 2017; Liuetal., 2017a)。

鑒于上述原因，本文選取近年來在大興安嶺南段林西地區(qū)那斯嘎吐新發(fā)現(xiàn)的云英巖型鈹?shù)V化點作為研究對象，在詳細的野外地質(zhì)調(diào)查基礎上，對那斯嘎吐礦區(qū)云英巖化花崗巖-云英巖以及外圍的經(jīng)棚高分異堿長花崗巖開展系統(tǒng)的巖相學、獨居石LA-ICP-MS U-Pb年代學、原位主微量元素和Nd同位素對比分析，揭示花崗質(zhì)巖漿的源區(qū)組成和分異特征，厘定那斯嘎吐云英巖型鈹?shù)V點的形成時代和礦化成因類型。結合大興安嶺南段稀有金屬成礦帶的研究成果，探討高分異花崗巖的分異演化過程和構造背景對稀有金屬成礦的制約。

圖1 中國東北大地構造簡圖(a，據(jù)Ge et al., 2007修改)和大興安嶺南段地質(zhì)簡圖(b，據(jù)徐志剛等，2008修改)礦床編號：1-巴爾哲Zr-REE-Nb礦床；2-維拉斯托稀有金屬-Sn礦床；3-白音查干Sn-Ag-Pb-Zn-Cu-Sb礦床；4-黃崗梁Sn-Fe-W礦床；5-道倫達壩Cu-W-Sn礦床；6-東山灣Sn-W-Mo-Cu礦床；7-查木罕W-Mo-Be礦床.NSGT-那斯嘎吐；JP-經(jīng)棚Fig.1 Sketch tectonic map of Northeast China (a, after Ge et al., 2007) and sketch geological map of southern Great Xing’an Range (b, after Xu et al., 2008)Name of numbered deposits: 1-Baerzhe REE-Zr-Nb-Ta-Be deposit; 2-Weilasituo Rare metal-Sn deposit; 3-Baiyinchagan Sn-Ag-Pb-Zn-Cu-Sb deposit; 4-Huanggangliang Sn-Fe-W deposit; 5-Daolundaba Cu-W-Sn deposit; 6-Dongshanwan Sn-W-Mo-Cu deposit; 7-Chamuhan W-Mo-Be deposit. NSGT-Nasigatu; JP-Jingpeng

圖2 那斯嘎吐地區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.2 Sketch geological map of the Nasigatu area

圖3 那斯嘎吐花崗巖-云英巖化花崗巖-云英巖-石英晶簇巖相過渡分帶的野外照片(a)與素描圖(b)Fig.3 Field occurrence (a) and sketch map (b) of lithofacies transition zone of granite-greisenization granite-greisen-quartz cluster in the Nasigatu area

1 區(qū)域地質(zhì)背景及礦區(qū)地質(zhì)

中國東北地區(qū)位于中亞造山帶東段，由北部的額爾古納地塊，中部的興安、松嫩地塊以及東部的佳木斯地塊組成(圖1a)。古生代東北地區(qū)的構造演化受古亞洲洋的閉合與微陸塊的拼合所控制(Windleyetal., 2007; Wuetal., 2011; Xuetal., 2013; Liuetal., 2017b)，中生代期間古太平洋板塊的俯沖與蒙古鄂霍茨克洋的閉合產(chǎn)生了一系列構造巖漿事件，包括殼源巖漿活動、斷控盆地的形成和深部地殼的剝露(Zhangetal., 2010; Wuetal., 2011; Xuetal., 2013; Ouyangetal., 2015; Jietal., 2016, 2020)。而大興安嶺南段處于中國東北西南部，北以二連-賀根山斷裂為界與興安地塊相隔，南以西拉木倫斷裂為界與華北克拉通北緣增生帶相連，東以嫩江-八里罕斷裂為界與松遼盆地分隔(圖1b)。大興安嶺南段出露的地層主要有中元古代錫林郭勒雜巖，早古生代海相火山巖-碎屑巖，晚古生代海相火山巖-碎屑巖和陸相碎屑巖以及侏羅系-白堊系陸相火山巖-碎屑巖(內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1991)。區(qū)內(nèi)巖漿活動主要存在華力西期、印支期和燕山期3期，其中以燕山期花崗質(zhì)巖漿巖分布最為廣泛(Wuetal., 2011; Zhangetal., 2011; Xuetal., 2013)。受燕山期花崗質(zhì)巖漿活動控制，在大興安嶺南段呈北東向延伸600余千米展布一條多金屬成礦帶，發(fā)育大量熱液銀鉛鋅礦床、銅多金屬礦床、斑巖型鉬礦床以及錫-鎢-鉍多金屬礦床(圖1b)。

圖4 那斯嘎吐云英巖、云英巖化花崗巖和堿長花崗巖的野外(a、b)、手標本及顯微照片(c、d)云英巖；(e、f)云英巖化花崗巖；(g、h)堿長花崗巖.Qtz-石英；Mus-白云母；Bt-黑云母；Afs-堿性長石；Brl-綠柱石Fig.4 Field occurrences (a, b), hand specimens and photomicrographs of greisen, greisenization granite and surrounding alkali-feldspar granite in the Nasigatu area(c, d) gresisen; (e, f) greisenization granite; (g, h) alkali-feldspar granite.Qtz-quartz; Mus-muscovite; Bt-biotite; Afs-alkali feldspar; Mn-monazite; Fl-fluorite; Brl-beryl

那斯嘎吐云英巖型鈹?shù)V化點位于林西縣政府所在地西北約20km處，1:5萬二八地幅地質(zhì)圖(包海金等，1980(1)包海金, 胡澤瑾, 梅競冬. 1980. 1:5萬二八地幅地質(zhì)調(diào)查報告)在該區(qū)圈定出強烈的硅化和云英巖化蝕變帶，但未明確提出鈹?shù)V化現(xiàn)象。礦區(qū)出露面積較大的那斯嘎吐花崗巖體，巖性均一，野外可見其侵入到晚二疊世林西組沉積巖和侏羅紀滿克頭鄂博組酸性火山巖-火山碎屑巖中(圖2)。該巖體原定為侏羅紀，我們對其進行的鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年結果顯示，其實際形成于早白堊世(140±1Ma；待發(fā)表數(shù)據(jù))。2019年本課題組對該蝕變帶進行詳細的野外考察，發(fā)現(xiàn)云英巖中存在大量綠柱石，首次確認林西地區(qū)云英巖型鈹?shù)V化的存在。由于未開展詳細的勘探工作，關于該礦化點的品位和儲量尚不清楚。云英巖主要呈帶狀產(chǎn)出于原定侏羅紀花崗巖巖體的頂部或者邊緣接觸帶中。在那斯嘎吐林場檢查站山頂處可見一條走向310°、長約10m、寬約1～2m的人工剝露云英巖蝕變帶礦坑，在礦坑兩側(cè)均能觀察到花崗巖-云英巖化花崗巖-云英巖-石英晶簇的巖相過渡分帶結構(圖3)。那斯嘎吐云英巖型鈹?shù)V化點的鈹賦存礦物為綠柱石，主要呈脈狀集中分布在云英巖中(圖4a)，或者以副礦物形式零散產(chǎn)出于云英巖中(圖4c)，而在未蝕變主體花崗巖和晚期石英晶簇中未見綠柱石(圖4b, g, h)。

圖5 那斯嘎吐-經(jīng)棚地區(qū)不同類型巖石獨居石背散射電子(BSE)圖像(a)及云英巖化花崗巖(b)和云英巖(c)中的礦物共生組合Mn-獨居石；Fl-螢石Fig.5 The backscattered electron (BSE) images of monazites (a) and mineral assemblages of greisenization granite (b) and gresisen (c) from the Nasigatu-Jingpeng areaMn-monazite; Fl-fluorite

2 樣品描述與分析方法

2.1 樣品描述

那斯嘎吐巖體主要由堿長花崗巖構成，礦物組成包括石英(～35%)、堿性長石(條紋長石+鈉長石，～60%)和少量綠泥石化黑云母(<5%)，副礦物主要為鋯石、金紅石和錫石，未見磷灰石和獨居石，全巖Be含量2×10-6～10×10-6。相比于未蝕變堿長花崗巖，云英巖化花崗巖中的堿性長石和黑云母含量逐漸減少(40%～45%)，石英(40%～45%)、白云母(10%～15%)、錫石含量開始增多，螢石、綠柱石和獨居石開始出現(xiàn)，Be含量達2×10-6～17×10-6。而至云英巖階段，巖石主要由石英(50%～55%)、白云母(30%～35%)和綠柱石(2%～10%)組成，副礦物除了鋯石、金紅石、錫石之外，還發(fā)育較多的螢石和獨居石，Be發(fā)生超常富集，含量達397×10-6～54380×10-6(未發(fā)表數(shù)據(jù))。

那斯嘎吐富鈹云英巖19NSGT16樣品中的獨居石主要呈半自形，大小為50～200μm，長寬比在1:1 ～ 3:1之間，背散射電子(BSE)圖像整體顏色較為均一，僅部分顆粒邊部出現(xiàn)細的暗色邊。獨居石多數(shù)有裂隙與孔洞，邊部存在明顯熔蝕痕跡，甚至存在熔蝕殘余的顆粒(圖5a)。在礦物共生組合上，獨居石或與石英、白云母、綠柱石、螢石和磷釔礦共存，或呈包裹體形式存在于石英、螢石之中，顆粒較小，零散分布(圖5b, c)。那斯嘎吐富鈹云英巖化花崗巖20NSGT01-4中的獨居石呈半自形，粒徑較云英巖中的獨居石小，為25～100μm，長寬比在1:1 ～ 3:1之間，BSE圖像整體顏色較為均一，同樣存在暗色邊，大多數(shù)獨居石表面干凈，少數(shù)存在裂隙孔洞，邊部熔蝕痕跡明顯(圖5a)。

經(jīng)棚早白堊世花崗巖巖體(鋯石U-Pb年齡為141±1Ma，待發(fā)表數(shù)據(jù))位于距那斯嘎吐云英巖型鈹?shù)V點南部約60km的克什克騰旗南河南新店村，與那斯嘎吐同屬于大興安嶺南段多金屬成礦帶，二者的結晶年齡在誤差范圍內(nèi)一致，具有相似的地球化學特征和源區(qū)組成，均形成于古太平洋板塊回卷及巖石圈拆沉控制下的伸展環(huán)境，表明它們都屬于大興安嶺南段早白堊世巖漿-熱液成礦系統(tǒng)，是同期花崗質(zhì)巖漿不同演化階段的產(chǎn)物。因此經(jīng)棚花崗巖可被視為那斯嘎吐鈹?shù)V化外圍的不含礦花崗巖，通過對不含礦經(jīng)棚花崗巖和那斯嘎吐含礦花崗巖的對比分析有利于深入理解早白堊世鈹超常富集的過程和機制。野外可見經(jīng)棚早白堊世花崗巖侵入下二疊統(tǒng)大石寨組和上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組，巖體的巖石類型為高分異堿長花崗巖，礦物組成與那斯嘎吐堿長花崗巖基本一致，存在綠泥石化、絹云母化等蝕變，并未發(fā)生云英巖化。經(jīng)棚堿長花崗巖19JP03樣品中的獨居石呈半自形，粒徑小于云英巖中的獨居石，為50～150μm，長寬比在1:1～4:1之間，BSE圖像中大多數(shù)顆粒顏色均一，部分顆粒有明暗差異較大的區(qū)域，幾乎所有獨居石都存在裂隙和孔洞，部分裂隙發(fā)育穿過整個晶體，邊部也存在熔蝕痕跡(圖5a)。

2.2 獨居石U-Pb定年和微量元素分析

獨居石U-Pb同位素定年和微量元素含量在武漢上譜分析科技有限責任公司利用LA-ICP-MS同時分析完成。分析儀器由相干193nm準分子激光剝蝕系統(tǒng)(GeolasHD)和安捷倫電感耦合等離子質(zhì)譜儀(Agilent 7900)聯(lián)合組成。實驗過程中的儀器工作參數(shù)具體如下：激光剝蝕束斑直徑為16μm，頻率為2Hz，有效采集時間為50s，詳細的分析流程見Zongetal. (2017)。微量元素校正標準樣品為NIST610，同位素比值校正標準樣品為44069，同位素比值監(jiān)控標準礦物為TRE。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-Pb同位素比值和年齡計算)采用軟件ICPMSDataCal(Liuetal., 2008, 2010)完成。本次實驗過程中獲得的TRE獨居石的206Pb/238U加權平均年齡為275.8±0.4Ma(n=8)，與國際推薦值在誤差范圍內(nèi)一致(272±4Ma; Tomascaketal., 1996)。獨居石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡加權平均計算采用Isoplot/Ex ver3(Ludwig, 2003)完成。

2.3 獨居石電子探針主量元素分析

電子探針分析在武漢上譜分析科技有限責任公司完成，使用日本電子(JEOL)JXA8230進行測定。實驗過程中的硅酸鹽測試條件為：電流為5×10-8A，電壓為15kV，束班直徑為3μm。數(shù)據(jù)矯正采用日本電子(JEOL)的ZAF矯正方法進行修正，硅酸鹽礦物各元素含量校正標樣均為SPI標準礦物標樣。

圖6 那斯嘎吐(a、b)和經(jīng)棚(c)的獨居石U-Pb同位素T-W圖和年齡諧和圖以及大興安嶺南段稀有金屬礦床成巖成礦年齡頻率分布圖(d)圖6d中黃色矩形為成礦年齡，橙色矩形為成巖年齡; 年齡數(shù)據(jù)引自Zhou et al., 2012; Yang et al., 2014, 2015, 2017; Zeng et al., 2015; Zhang et al., 2017, 2019; 周振華等, 2010; 楊武斌等, 2011; 王明艷和何玲, 2013; 徐佳佳和賴勇, 2015; 姚磊等, 2017; 陳公正等, 2018; 李睿華, 2019, 張?zhí)旄５? 2019; 武廣等, 2021Fig.6 Monazite U-Pb T-W and age concordia diagrams of Nasigatu (a, b) and Jingpeng (c), and the age spectrum diagram (d) of rock formation and mineralization of rare metal deposits in the Southern Great Xing’an RangeYellow rectangles in Fig.6d represent the mineralization ages, while orange rectangles represent the diagenetic ages. Age data cited from Zhou et al., 2012; Yang et al., 2014, 2015, 2017; Zeng et al., 2015; Zhang et al., 2017, 2019; Zhou et al., 2010; Yang et al., 2011; Wang and He, 2013; Xu and Lai, 2015; Yao et al., 2017; Chen et al., 2018; Li, 2019; Zhang et al., 2019; Wu et al., 2021

2.4 獨居石原位Nd同位素分析

獨居石Nd同位素原位分析在武漢上譜分析科技有限責任公司利用激光剝蝕多接收杯電感耦合等離子體質(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)。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)。實驗過程中的儀器工作參數(shù)為：激光剝蝕束斑直徑為90μm，頻率為8Hz，能量強度為10J/cm2。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)。詳細分析方法校正描述參考Xuetal.(2015)。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。本次實驗獲得的GBW4409和MKED1的143Nd/144Nd值分別為0.512186±0.000002(n=16)和0.511650±0.000005(n=12)，與國際推薦值在誤差范圍內(nèi)一致(Xuetal., 2015)。

3 分析結果

3.1 獨居石U-Pb定年

本文獨居石LA-ICP-MS U-Pb定年結果列于表1。那斯嘎吐云英巖樣品19NSGT16中獨居石的Pb、Th、U含量分別為214×10-6～791×10-6、39174×10-6～131747×10-6和231×10-6～3706×10-6，其Th/U比值介于36～186。該樣品測試中共獲18個有效數(shù)據(jù)，其在Tera-Wasserburg圖解上獲得下交點年齡為139±2Ma(MSWD=2.2;圖6a)。

那斯嘎吐云英巖化花崗巖樣品20NSGT01-4中獨居石的Pb、Th、U含量分別為39×10-6～247×10-6、6850×10-6～47535×10-6和65×10-6～928×10-6，其Th/U比值介于22～184。該樣品測試中共獲16個有效數(shù)據(jù)，計算206Pb/238U加權平均年齡為139±3Ma(MSWD=1.9;圖6b)。

經(jīng)棚堿長花崗巖樣品19JP03中獨居石的Pb、Th、U含量分別為134×10-6～385×10-6，26480×10-6～68289×10-6和352×10-6～1411×10-6，其Th/U比值為42～98。該樣品測試中共獲16個有效數(shù)據(jù)，其在Tera-Wasserburg圖解上獲得下交點年齡為135±2Ma(MSWD=2.2;圖6c)。

3.2 獨居石主微量元素結果

本文獨居石LA-ICP-MS微量元素與電子探針的測試結果列于表2和表3。云英巖樣品19NSGT16獨居石具有較高的ThO2含量(3.73%～15.04%)和較低的UO2含量(0%～0.55%)，以及較高的Th/U比(35.55～186.3)。含量最高的REE為Ce2O3(25.71%～37.23%)，La2O3(9.54%～13.23%)和Nd2O3(9.11%～12.88%)次之，Y2O3含量為0.01%～0.75%。其CaO、F和P2O5含量分別為0.05%～1.55%、0.44%～0.73%和23.32%～29.56%。在稀土元素配分圖中(圖7)，云英巖中獨居石富集輕稀土元素，虧損重稀土元素((La/Yb)N=192～1732，均值為795)，具有強烈Eu負異常(δEu=0.004～0.084)，以及很高的TE1,3(0.98～1.26，均值為1.12)。

圖7 那斯嘎吐和經(jīng)棚獨居石的球粒隕石標準化稀土元素配分圖(標準化值據(jù)Boynton, 1984)Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns of the Nasigatu and Jingpeng monazites (normalization values after Boynton, 1984)

相比之下，云英巖化花崗巖20NSGT01-4中獨居石具有相對低的ThO2(0.73%～6.47%)和UO2(0%～0.05%)含量，以及更高的Th/U比(22.19～184.14)。含量前三的REE和云英巖一致，Ce2O3、La2O3和Nd2O3含量分別為29.72%～37.50%、11.31%～16.71%和9.568%～13.84%。Y2O3含量略高于云英巖，為0.18%～1.01%。CaO含量較低(0.02%～0.50%)，F(xiàn)與P2O5含量與那斯嘎吐云英巖和經(jīng)棚堿長花崗巖中獨居石相近，分別為0.54%～0.70%和27.80%～29.76%。在稀土元素配分圖中(圖7)，云英巖化花崗巖中獨居石富集輕稀土元素，虧損重稀土元素，輕重稀土分異程度略低于云英巖((La/Yb)N=279～2227，均值為753)，具有強烈Eu負異常(δEu=0.013～0.039)，以及較高的TE1,3(1.03～1.14，均值為1.07)。

經(jīng)棚堿長花崗巖19JP03中獨居石的ThO2含量介于上述那斯嘎吐兩者之間(2.16%～7.30%)，UO2含量略低于云英巖但高于云英巖化花崗巖(0%～0.16%)，并且具有最低的Th/U比(42.28～97.97)。含量前三的REE和云英巖一致，其中Ce2O3=29.76%～33.85%、La2O3=14.87%～16.67%和Nd2O3=9.74%～11.24%。Y2O3含量最高，為0.76%～1.90%。CaO含量最低(0.04%～0.14%)，F(xiàn)與P2O5含量與云英巖及云英巖化花崗巖相近(分別為0.54%～0.67%和27.15%～29.44%)。在稀土元素配分圖中(圖7)，堿長花崗巖中獨居石富集輕稀土元素，虧損重稀土元素，輕重稀土分異程度遠低于那斯嘎吐獨居石((La/Yb)N=224～1000，均值為403)，具有強烈Eu負異常(δEu=0.018～0.077)，以及較低的TE1,3(0.95～1.00，均值為0.98)。

3.3 獨居石Nd同位素

本文獨居石Nd同位素數(shù)據(jù)列于表4。云英巖(19NSGT16)中20個測試點獲得143Nd/144Nd比值為0.512514±0.000012 ～ 0.512640±0.000012，對應εNd(t)值為-0.29～+0.95，均值為0.22。云英巖化花崗巖(20NSGT01-4)中16個測試點獲得143Nd/144Nd比值為0.512538±0.000015 ～ 0.512592±0.000011，對應εNd(t)值為-0.17～+0.52，均值為0.20。堿長花崗巖(19JP03)中18個測試點獲得143Nd/144Nd比值為0.512411±0.000012 ～ 0.512450±0.000012，對應εNd(t)值為-2.38～-1.68，均值為-1.94。

表4 那斯嘎吐-經(jīng)棚地區(qū)不同類型巖石中獨居石Nd同位素分析結果Table 4 Monazite Nd isotopic compositions of different types of rocks in the Nasigatu and Jingpeng area

續(xù)表4

4 討論

4.1 那斯嘎吐獨居石的成因類型及云英巖型鈹?shù)V化的形成時代

高分異花崗巖中鋯石的U含量常常較高，定年分析時不僅會表現(xiàn)出年齡偏老的“高U效應”(李秋立，2016)，同樣還會出現(xiàn)放射性損傷導致Pb丟失而使年齡偏年輕(吳黎光和李獻華，2020)。而獨居石雖然富集Th和U，但耐放射性損傷能力比鋯石強(Meldrumetal., 1997，1998; Seydoux-Guillaumeetal., 2002)，因此獨居石是巖漿-熱液礦床體系中最可靠的U-Th-Pb地時計(Schandl and Gorton, 2004; Budzynetal., 2011)。

獨居石具有巖漿、變質(zhì)、熱液和碳酸巖多種成因類型，確認獨居石成因類型是探究礦床時代的前提。熱液獨居石中Th質(zhì)量分數(shù)一般小于1%(Zhu and O’Nions, 1999; Schandl and Gorton, 2004; Rasmussenetal., 2007; Zietal., 2015, 2019)，巖漿獨居石一般富Th(Zhu and O’Nions, 1999; Rasmussenetal., 2007; Aleinikoffetal., 2012; Zietal., 2015)，且Eu負異常明顯，Th/U比值較高。本文研究的那斯嘎吐和經(jīng)棚三種類型巖石中獨居石具有的強烈Eu負異常(δEu=0.02～0.03)和高的Th/U比(58.1～99.4)，且其Th質(zhì)量分數(shù)(除云英巖化花崗巖中兩個測試點)均大于1%。此外，Wuetal.(2019)根據(jù)大量巖漿、熱液、變質(zhì)和碳酸巖獨居石的成分統(tǒng)計，提出獨居石成因的地球化學判別方案，將本文研究的獨居石數(shù)據(jù)與之類比，發(fā)現(xiàn)除那斯嘎吐云英巖化花崗巖中兩個測試點，其余獨居石樣品全部落在巖漿和變質(zhì)區(qū)域。然而，野外考察及巖相學研究顯示經(jīng)棚堿長花崗巖并未經(jīng)歷變質(zhì)作用改造和明顯的熱液蝕變影響，因此上述地球化特征表明經(jīng)棚堿長花崗巖中獨居石應該為巖漿成因，是花崗質(zhì)巖漿高度演化的產(chǎn)物。此外，需要注意的是，不同于經(jīng)棚堿長花崗巖，獨居石在那斯嘎吐未蝕變堿長花崗巖中并不發(fā)育，而且獨居石的產(chǎn)出數(shù)量與巖體云英巖化程度呈現(xiàn)正相關性，暗示那斯嘎吐云英巖化相關的獨居石不能簡單的判別為巖漿成因，流體在其形成過程中發(fā)揮了重要作用。

Mohammadietal.(2019)對加拿大新不倫瑞克省道格拉斯山賦存于花崗巖中的云英巖脈進行了獨居石原位地球化學分析，獲得熱液獨居石的ThO2平均含量可達3.3%～3.6%，這與那斯嘎吐云英巖和云英巖化花崗巖中獨居石Th含量大致相當，表明單純依靠地球化學數(shù)據(jù)或者投圖判定獨居石成因類型存在不確定性。更為重要的是，巖相學觀察查明那斯嘎吐獨居石形成于云英巖化階段，考慮到云英巖和云英巖化花崗巖形成過程中流體參與的重要性，我們推斷那斯嘎吐獨居石為一種過渡成因。常規(guī)的熱液獨居石定義是在低于400℃，甚至200℃的熱液流體中結晶的獨居石，多形成于成巖作用之后(Rasmussen and Muhling, 2007; Rasmussenetal., 2019; Bergemannetal., 2020; Dengetal., 2020)，而那斯嘎吐獨居石可能形成于巖漿-熱液過渡的階段，即流體主要來源花崗質(zhì)巖漿高度分異晚期的出溶作用，故而導致那斯嘎吐云英巖和云英巖化花崗巖中的獨居石具有類似巖漿成因獨居石的高Th、強Eu異常等的地球化學特征。將本文數(shù)據(jù)與孫國曦等(2002)收集的獨居石數(shù)據(jù)進行對比，發(fā)現(xiàn)那斯嘎吐獨居石的∑Ce2O3、∑Y2O3、∑Ce2O3/∑Y2O3比值與典型熱液成因獨居石截然不同，而與改造型花崗巖中獨居石范圍基本一致，進一步證明那斯嘎吐獨居石形成于巖漿-熱液過渡階段，與常規(guī)的巖漿與熱液獨居石均有所區(qū)別。

那斯嘎吐獨居石為巖漿-熱液過渡成因，結合獨居石與綠柱石共生的巖相學證據(jù)，表明獨居石的U-Pb年齡可以代表那斯嘎吐云英巖型鈹?shù)V化的成礦時代。那斯嘎吐云英巖化花崗巖(20NSGT01-4)和云英巖(19NSGT16)獲得的獨居石206Pb/238U加權平均年齡和下交點年齡分別為139±2Ma和139±3Ma，明確指示那斯嘎吐云英巖型鈹?shù)V化形成于早白堊世。此外，那斯嘎吐獨居石成礦年齡(～139Ma)與那斯嘎吐未蝕變堿長花崗巖的鋯石U-Pb年齡(140±1Ma；待發(fā)表數(shù)據(jù))和經(jīng)棚堿長花崗巖的鋯石U-Pb年齡(141±1Ma；待發(fā)表數(shù)據(jù))和獨居石下交點年齡(135±2Ma；本文)在誤差范圍內(nèi)一致，表明那斯嘎吐云英巖型鈹?shù)V化的成巖與成礦作用近乎同時發(fā)生，而且進一步驗證了上文提及的成礦流體與大興安嶺南段早白堊世高分異花崗質(zhì)巖漿密切相關的認識。

4.2 流體性質(zhì)及其對那斯嘎吐鈹超常富集的影響

花崗質(zhì)巖漿高度分異演化到后期經(jīng)常以出現(xiàn)熔-流體相互作用為顯著特征，而流體來源與性質(zhì)是控制很多稀有金屬礦床最終形成的關鍵因素。因此評估高分異花崗巖熔-流體相互作用的強度和鈹成礦關系是研究鈹超常富集機理的重要方面。實驗巖石學和地質(zhì)實例揭示熔-流體相互作用會造成稀土元素的四分組效應，可以利用TE1,3值來反映四分組效應的強度(Jahnetal., 2001)。那斯嘎吐云英巖異常高的全巖Be含量(397×10-6～54380×10-6)以及富鈹?shù)V物綠柱石的出現(xiàn)(圖4a)指示那斯嘎吐地區(qū)存在鈹?shù)某８患?，并可能存在流體影響。雖然那斯嘎吐云英巖化花崗巖-云英巖和經(jīng)棚堿長花崗巖中獨居石都具有強烈Eu負異常，但其TE1,3值存在較大差別(平均值分別為1.12、1.07、0.98；圖8)，可見富鈹云英巖普遍大于1.1，云英巖化花崗巖接近1.1，而貧鈹堿長花崗巖最低，這就表明花崗巖漿高度分異晚期熔-流體相互作用的程度應該是那斯嘎吐云英巖型鈹?shù)V化超常富集的重要因素。

圖8 那斯嘎吐-經(jīng)棚獨居石TE1,3-Eu/Eu*圖解Fig.8 TE1,3 vs. Eu/Eu* diagram of the Nasigatu-Jingpeng monazites

圖9 那斯嘎吐-經(jīng)棚獨居石類型判別圖解(據(jù)Wu et al., 2019修改;端元來自于Pyle et al., 2001)Fig.9 Discrimination diagrams of monazite types of the Nasigatu and Jingpeng monazites (after Wu et al., 2019; end-members are from Pyle et al., 2001)

考慮到流體充分作用產(chǎn)生的云英巖中，其獨居石的CaO含量(三倍于云英化花崗巖)、SiO2含量(兩倍于云英巖化花崗巖)、UO2含量(十倍于云英巖化花崗巖)和Th含量(兩倍于云英巖化花崗巖)，均遠大于云英巖化花崗巖中的獨居石，而富Ca流體的蝕變可能是發(fā)生硅釷石替代，促使Ca和U含量升高的原因(Jietal., 2021)。除此之外，富Na流體可以阻礙褐簾石的形成并且促進次生獨居石的生長(Budzyńetal., 2011, 2017)，且富Na流體的蝕變會造成獨居石發(fā)生磷鈣釷石替換，從而導致Th、Si含量的升高和Ca含量的降低，因此Si含量的升高可能為富Na流體改造所致，這個過程還會促進流體中進一步富集Ca(Jietal., 2021)。

野外及巖相學研究發(fā)現(xiàn)，在那斯嘎吐云英巖化蝕變帶中，螢石化與云英巖化基本同步演化，從堿長花崗巖至云英巖螢石從無到有，且隨著綠柱石出現(xiàn)含量進一步增多，說明富F流體的存在，且富F流體在促進Be元素運移-沉淀過程中可能發(fā)揮了重要作用。云英巖階段Be的超常富集可能是由于以下三方面的原因：(1)Be的來源：在巖漿演化過程中，Be在硅酸鹽礦物和熔體之間的分配系數(shù)小于1(Evensen and London, 2002)，導致Be在殘余熔體中富集，因此結晶分異過程使巖漿中的Be得以初步富集，主要賦存在長石和云母等造巖礦物中，為后期熱液型礦化創(chuàng)造有利條件；(2)Be的富集與遷移：隨著巖漿分異的進行，晚期巖漿通常具有飽和出溶揮發(fā)份和成礦流體的能力，形成礦化。Be通常表現(xiàn)為硬酸性，導致其在熱液流體中優(yōu)先與流體中的F-等硬堿配體形成絡合物進行運移，從而發(fā)生富集與遷移。(3)Be的沉淀：在可能的溫度、壓力、pH、氧逸度變化與螢石沉淀的影響下，流體中的F活度降低，發(fā)生Be-F絡合物失穩(wěn)，Be發(fā)生沉淀，形成綠柱石，并最終導致云英巖中Be的超常富集。

圖10 那斯嘎吐-經(jīng)棚獨居石εNd(t)-Eu/Eu*圖解Fig.10 εNd(t) vs. Eu/Eu* diagram of the Nasigatu-Jingpeng monazites

綜上，花崗質(zhì)巖漿高度分異演化到后期產(chǎn)生的富Na、Ca、F的流體可能是獨居石在云英巖和云英巖化花崗巖而不在賦礦主體堿長花崗巖中形成的原因，這一性質(zhì)流體與高度分異的花崗質(zhì)巖漿共同作用控制了那斯嘎吐云英巖型鈹?shù)V中的獨居石和綠柱石的形成。

4.3 那斯嘎吐云英巖型鈹?shù)V化的源區(qū)特征和成礦背景

與未分異花崗巖相比，高分異花崗巖經(jīng)歷了更為復雜的演化過程，包括分離結晶、圍巖混染和熔-流體相互作用，這些過程致使其體系更為開放，在演化過程中初始巖漿成分會遭受顯著改變，使得巖石成因極為復雜。因此，傳統(tǒng)的全巖同位素地球化學分析對于揭示高分異花崗巖的源區(qū)存在明顯的缺陷和不足。此外，劉志超等(2020)通過對喜馬拉雅康巴淡色花崗巖的研究發(fā)現(xiàn)，Rb-Sr和Lu-Hf同位素體系很容易受到后期熱液活動的影響，而Nd 同位素在熱液流體作用過程的活動性較小，保留了一定示蹤巖漿來源的能力。本次研究中獨居石Nd同位素結果顯示那斯嘎吐云英巖化相關獨居石的εNd(t)值集中在-0.29～0.95，與經(jīng)棚獨居石的εNd(t)值(-2.38～-1.68)和大興安嶺南段早白堊世高分異花崗巖的全巖εNd(t)值(-2.51～2.11)基本一致(圖10)，暗示花崗質(zhì)巖漿高度分異晚期熔-流體相互作用階段并未發(fā)生顯著的圍巖混染，全巖和獨居石Nd同位素可以反映其源區(qū)特征。結合古老下地殼(εNd(t)=-12)與新生下地殼(εNd(t)=8)的Nd同位素組成(Wuetal., 2003)，我們認為大興安嶺南段早白堊世高分異花崗巖的源區(qū)可能都來自于古老地殼與新生地殼的混合，且以新生地殼為主(圖10)。

大興安嶺南段是我國北方著名的銅、銀、鉛、鋅、鉬及稀有金屬成礦集中區(qū)，近年來越來越多的稀有金屬礦床被陸續(xù)識別和研究(圖1b)。楊武斌等(2011)、Yangetal.(2014, 2015, 2017)對巴爾哲Zr-REE-Nb礦床成礦時代與成因進行研究，獲得124±1Ma的成礦年齡和122±1Ma的成巖年齡，成礦801巖體同樣存在流體作用(TE1,3>1.1)。張?zhí)旄５?2019)和武廣等(2021)對維拉斯托稀有金屬-Sn多金屬礦床進行鋯石U-Pb定年，分別獲得140±2Ma和137±1Ma～138±1Ma的成巖成礦年齡，賦礦花崗巖的TE1,3介于1.48～1.61。相似的，白音查干東山超大型Sn-Ag-Pb-Zn-Cu-Sb礦床中花崗巖成礦年齡為140.2±1.1Ma～141.7±0.8Ma，TE1,3介于1.08～1.10(姚磊等, 2017; 李睿華, 2019)；黃崗梁超大型Sn-Fe-W礦床花崗巖鋯石U-Pb年齡為140.4±0.3Ma和142.3±0.4Ma，輝鉬礦Re-Os等時線年齡為135.3±0.9Ma，TE1,3介于1.02～1.13(周振華等, 2010; Zhouetal., 2012; 徐佳佳和賴勇, 2015)；道倫達壩中型Cu-W-Sn礦床花崗巖鋯石年齡為136.1±0.4Ma，獨居石年齡136.0±2.3Ma、135.1±2.2Ma和134.7±2.8Ma，絹云母40Ar-39Ar等時線年齡為140.0±1.1Ma，TE1,3介于1.1～1.37(陳公正等, 2018)；東山灣小型Sn-W-Mo-Cu礦床鋯石年齡為142.15±0.91Ma，輝鉬礦Re-Os等時線年齡為140.5±3.2Ma，花崗巖TE1,3介于0.68～1.12(Zengetal., 2015; Zhangetal., 2017)；查木罕小型W-Mo-Be礦床的輝鉬礦Re-Os等時線年齡為139.53±1.5Ma，花崗巖TE1,3介于1.08～1.21(王明艷和何玲, 2013; Zhangetal., 2019)。本文及前人對大興安嶺南段多金屬礦床的研究表明，早白堊世(130～140Ma)是大興安嶺南段稀有金屬成礦作用的峰期，而且強烈的熔-流體相互作用在高分異花崗巖成礦過程中普遍發(fā)揮了重要作用。

近幾十年來，前人針對大興安嶺中生代巖漿巖開展了大量研究工作，在巖漿巖時空分布和深部地球動力學背景等方面取得顯著進展(Zhangetal., 2010; Wuetal., 2011; Xuetal., 2013; Jietal., 2019b, 2020)。大興安嶺地區(qū)晚侏羅世-早白堊世發(fā)育A型花崗巖/流紋巖、高分異I型花崗巖/流紋巖、高鎂埃達克質(zhì)巖石、富鈮玄武巖、雙峰式火山巖的巖石組合，明確指示其形成于巖石圈伸展的構造環(huán)境。大興安嶺中生代巖漿活動持續(xù)時間較長，不存在明顯的巖漿間歇期，不同于普遍缺失晚侏羅世-早白堊世早期巖漿活動的松遼盆地和吉黑東部。除此之外，大興安嶺地區(qū)中生代巖漿活動峰期在～128Ma，顯著早于松遼盆地(～113Ma)和吉黑東部(～100Ma)，整體呈現(xiàn)出自西北向東南逐漸年輕化的趨勢(Jietal., 2019b, 2020)。整個東北地區(qū)中生代巖漿巖的時空遷移規(guī)律表明大興安嶺地區(qū)早白堊世巖漿活動最可能與古太平洋板塊的回卷及隨后的巖石圈拆沉有關(Wuetal., 2011; Jietal., 2019a, b, 2020)。綜合上述區(qū)域地質(zhì)資料及本文研究成果，認為大興安嶺南段早白堊世稀有金屬成礦作用(包括那斯嘎吐云英巖型鈹?shù)V化)均形成于古太平洋板塊回卷控制的巖石圈拆沉相關的伸展環(huán)境。巖石圈的拆沉和減薄伴隨著軟流圈物質(zhì)上涌，從而造成該區(qū)域異常高的地熱梯度，在這樣的構造背景之下形成高溫花崗巖，而相對高溫的花崗巖原始巖漿可以保證足夠持續(xù)的結晶分異時間，這使揮發(fā)分在晚期得以富集，進一步促進了花崗質(zhì)巖漿經(jīng)歷高強度的結晶分異作用和熔體-流體相互作用，從而使鈹及多金屬元素在花崗質(zhì)巖漿分異晚期超常富集成為可能。

5 結論

(1)大興安嶺南段那斯嘎吐云英巖型鈹?shù)V化形成于早白堊世早期(～139Ma)，成巖與成礦近乎同時發(fā)生，與經(jīng)棚堿長花崗巖巖體(～135Ma)為同期巖漿活動不同演化階段的產(chǎn)物。

(2)那斯嘎吐云英巖化花崗巖與云英巖中的獨居石屬于巖漿-熱液過渡成因，而經(jīng)棚堿長花崗巖中的獨居石屬于單純的巖漿成因。

(3)那斯嘎吐云英巖型鈹?shù)V化屬于巖漿-熱液型，花崗質(zhì)巖漿的高程度分異演化和強烈的熔-流體相互作用是鈹元素超常富集的重要控制因素，該礦化點具有成為規(guī)模礦床的可能。

(4)那斯嘎吐云英巖型鈹?shù)V化形成于古太平洋板塊回卷誘發(fā)的巖石圈伸展環(huán)境，與成礦密切相關的堿長花崗巖的巖漿源區(qū)由新生和古老地殼物質(zhì)共同組成。

致謝感謝武漢上譜分析科技有限責任公司在獨居石LA-ICP-MS U-Pb定年、Nd同位素測試和電子探針測試過程中給予的幫助。感謝中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所趙俊興老師在獨居石計算過程中給予的幫助。感謝二位審稿人和編輯部俞良軍老師的細心評審和提出的建設性意見。