孫文禮 趙志丹 莫宣學(xué) 董國臣 李小偉 袁萬明 唐演 王濤

1. 中國地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室,地球科學(xué)與資源學(xué)院,北京 100083 2. 北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院,北京 100871 3. 甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,天水 741025 4. 青海省地質(zhì)調(diào)查院,西寧 810013

茶卡北山鋰鈹?shù)V床是柴北緣東段近年新發(fā)現(xiàn)的偉晶巖型稀有金屬礦床(王秉璋等, 2020)。自2018年發(fā)現(xiàn)以來,前人已開展全巖地球化學(xué)、年代學(xué)、Hf-Nd-B同位素組成等研究并取得顯著成果(Liuetal., 2023, 2022a, b; Sunetal., 2023a, b; Panetal., 2021; 陳靜等, 2022; 王秉璋等, 2020; 劉承先等, 2021),但茶卡北山偉晶巖成巖成礦時代存在較大爭議(240～213Ma),偉晶巖演化過程和區(qū)域成礦對比研究等方面存在不足。因此,本文擬開展鈮鉭鐵礦礦物學(xué)、礦物化學(xué)和年代學(xué)系統(tǒng)研究,以期精確厘定偉晶巖形成時代、約束流體貢獻和查明區(qū)域偉晶巖型鋰礦成因關(guān)聯(lián)性,從而為柴北緣東段偉晶巖型稀有金屬礦床找礦突破提供理論支持。

1 地質(zhì)背景

1.1 柴北緣構(gòu)造帶

柴北緣構(gòu)造帶位于青藏高原東北部,夾于祁連地塊與柴達木地塊之間,呈北西-南東向延伸,其西以阿爾金斷裂為界,東接西秦嶺造山帶(圖1a, b; Panetal., 2021; 武亞威, 2022)。以魚卡-溫泉斷層為界,柴北緣構(gòu)造帶可分為南、北兩個構(gòu)造單元(圖1b)。南構(gòu)造單元是與原特提斯洋洋殼俯沖有關(guān)的早古生代俯沖-碰撞雜巖帶,可細分為高壓-超高壓變質(zhì)帶和灘澗山群淺變質(zhì)火山-沉積巖帶。灘澗山群沿小賽什騰山、賽什騰山、雙口山、錫鐵山一帶展布,主要由中基性火山熔巖(玄武巖、安山巖、英安巖)、侵入巖(輝長巖、輝綠巖等)、火山碎屑巖和少量碳酸鹽巖組成(武亞威, 2022; 任云飛, 2017; 張孝攀等, 2015)。高壓-超高壓變質(zhì)巖帶主要由花崗質(zhì)片麻巖和泥質(zhì)片麻巖組成,夾雜塊狀、透鏡狀和豆莢狀榴輝巖、石榴橄欖巖和鎂鐵質(zhì)麻粒巖(張龍, 2016; 劉小馳, 2013)。綠梁山石榴橄欖巖超硅石榴子石(Songetal., 2004),以及都蘭、錫鐵山、綠梁山和魚卡地區(qū)榴輝巖柯石英、金剛石包裹體(王子璇, 2021),均表明該變質(zhì)巖帶曾俯沖至地幔深部并經(jīng)歷超高壓變質(zhì)作用。北部構(gòu)造單元是全吉微陸塊,又稱歐龍布魯克微陸塊,由變質(zhì)基底和沉積蓋層組成(Zhangetal., 2014; Lietal., 2018; Renetal., 2021)。其變質(zhì)基底主要為古元古代德令哈雜巖、達肯達坂群和中元古代萬洞溝群,沉積蓋層主要由全吉群及之上地層組成(任云飛, 2017)。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖(a)圖1b空間位置示意圖;(b)柴北緣構(gòu)造帶及周邊構(gòu)造單元地質(zhì)簡圖(據(jù)Ren et al., 2021; Li et al., 2018; Chen et al., 2012修改);(c)茶卡北山鋰鈹?shù)V床偉晶巖集中分布區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)Sun et al., 2023b修改)Fig.1 Simplified geological maps of study area(a) remote sensing map showing the location of Fig.1b; (b) simplified geological map of the North Qaidam Tectonic Belt and its surrounding tectonic units (modified after Ren et al., 2021; Li et al., 2018; Chen et al., 2012); (c) simplified geological map showing the occurrence of pegmatites in the Chakabeishan Li-Be deposit (modified after Sun et al., 2023b)

1.2 茶卡北山礦床

茶卡北山偉晶巖型鋰鈹?shù)V床位于柴北緣構(gòu)造帶東段(圖1b)。礦區(qū)出露地層有古元古代達肯達坂群片巖組,石炭紀-二疊紀甘家組和早-中三疊世隆務(wù)河組(陳靜等, 2022; 王秉璋等, 2020)。達肯達坂群片巖組以黑云母片巖和二云母片巖為主,主要由石英+黑云母±白云母+長石±石榴子石±綠泥石±十字石組成(Liuetal., 2023)。甘家組主要由灰黑色-灰褐色細粒二云石英片巖和灰白色大理巖組成。隆務(wù)河組為一套深灰色粉砂質(zhì)板巖夾灰綠色厚層狀細砂巖。除上述地層外,第四紀松散堆積物沿溝谷及兩側(cè)分布。呈北西向帶狀展布的奧陶紀石英閃長巖是礦區(qū)唯一出露巖體(447Ma, 李五福等, 2022)。該巖體形成于島弧環(huán)境,具有高MgO、Cr和Ni特征,為俯沖沉積物熔體與地幔楔橄欖巖反應(yīng)產(chǎn)物(李五福等, 2022)。礦區(qū)斷裂較為發(fā)育,其主體走向為北西-南東向,與地層走向基本一致(陳靜等, 2022)。

該礦區(qū)地表已發(fā)現(xiàn)偉晶巖脈300余條,深部隱伏偉晶巖脈50余條。茶卡北山鋰鈹?shù)V床偉晶巖脈走向多為北西向,少數(shù)呈南北向和東西向(圖1c)。不同于可可托海3號偉晶巖和Wellington Lake偉晶巖,礦區(qū)偉晶巖無明顯內(nèi)部礦物分帶和結(jié)構(gòu)分帶(Sunetal., 2023b)。根據(jù)稀有金屬富集程度,該礦區(qū)偉晶巖可分為鋰(鈹)礦化、鈹?shù)V化和未礦化偉晶巖(圖1c、圖2a-f)。鋰(鈹)礦化偉晶巖主要賦存于礦區(qū)北部奧陶紀石英閃長巖,長約80～340m,寬約0.5～6.0m,主體傾向和傾角為20°～50°和40°～65°(Liuetal., 2022a)。鋰(鈹)礦化偉晶巖主要由石英+斜長石+鉀長石+鋰輝石+電氣石+鈮鉭鐵礦±綠柱石±鋰云母±云母±石榴子石組成(圖2b;Liuetal., 2023; Sunetal., 2023b),其Li2O平均品位0.9%～2.15%,BeO平均品位0.04%～0.08%(劉承先等, 2021)。鈹?shù)V化偉晶巖主要賦存于達肯達坂群片巖,少數(shù)賦存于奧陶紀石英閃長巖(圖1c),長約50～600m,寬約0.3～6.5m,BeO平均品位0.04%～0.11%(劉承先等, 2021)。鈹?shù)V化偉晶巖主體傾角和傾向與賦存地層基本一致(圖2c)。鈹?shù)V化偉晶巖主要由石英+斜長石+鉀長石+綠柱石+電氣石±鈮鉭鐵礦±云母±石榴子石組成(圖2d)。無礦化偉晶巖主要賦存于礦區(qū)南部糜棱巖化石英閃長巖(圖2e),主要由石英+斜長石+鉀長石+電氣石±云母±石榴子組成(圖2f)。無礦化偉晶巖走向與礦區(qū)斷層基本一致(圖1c)。

圖2 茶卡北山鋰鈹?shù)V床偉晶巖野外和顯微照片(a)偉晶巖與石英閃長巖接觸帶;(b)鋰輝石偉晶巖顯微照片;(c)賦存于達肯達坂群片巖的偉晶巖;(d)綠柱石電氣石偉晶巖;(e)賦存于糜棱巖化石英閃長巖的偉晶巖;(f)電氣石偉晶巖顯微照片.Sp-鋰輝石;Mus-白云母;Pl-斜長石;Q-石英;Tur-電氣石;Byl-綠柱石;白色虛線代表偉晶巖與圍巖界線Fig.2 Photographs and photomicrographs of pegmatites in the Chakabeishan Li-Be deposit(a) the sharp boundary between pegmatite and quartz diorite; (b) photomicrograph of spodumene pegmatite; (c) pegmatite intruded into the schist of the Dakendaban Group; (d) beryl-tourmaline-bearing pegmatite; (e) pegmatite occurred into the mylonitic quartz diorite; (f) photomicrograph of tourmaline pegmatite. Sp-spodumene; Mus-muscovite; Pl-plagioclase; Q-quartz; Tur-tourmaline; Byl-beryl; the white dash line represents the boundary between pegmatite and host rock

2 樣品與測試方法

樣品采自茶卡北山鋰鈹?shù)V床19號鈹?shù)V化偉晶巖脈(99°03′25″ E、37°01′23″ N,圖1c)。該偉晶巖脈與圍巖界線截然,無交代現(xiàn)象。19號偉晶巖脈內(nèi)部無明顯結(jié)構(gòu)分帶和礦物組合分帶,但礦物分布不均一,由20%～23%石英、25%～30%鈉長石、30%～35%鉀長石、8%～10%電氣石、5%～6%白云母和少量綠柱石、石榴子石、鋯石和磷灰石組成。雖然手標本和顯微鏡下均未觀察到鈮鉭鐵礦,但經(jīng)重選、磁選后在雙目鏡下成功挑選出眾多鈮鉭鐵礦顆粒。挑選出的鈮鉭鐵礦先粘貼于環(huán)氧樹脂上,待樹脂固化后刨磨至大部分顆粒露出,最后在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成背散射(BSE)圖像拍攝。

鈮鉭鐵礦電子探針測試分析在武漢上譜分析科技有限公司完成。采用儀器型號JEOL-JXA-8230,分析束斑直徑1μm,加速電壓20kV,電子束電流20nA。測試使用標準樣品為天然樣品和人工合成金屬氧化物國家標準。數(shù)據(jù)采用ZAF方法校正。鈮鉭鐵礦電子探針面掃分析在同一實驗室采用同一儀器完成,分析電壓和電流分別為20kV和50nA,圖像像素格尺寸為1μm×1μm,像素為262×192,駐留時間為50ms。

鈮鉭鐵礦U-Pb定年在中國地質(zhì)大學(xué)(北京)礦物激光微區(qū)分析實驗室利用儀器Agilent 7900四極桿等離子體質(zhì)譜儀和ASI RESOlution S155LR高能量準分子激光剝蝕系統(tǒng)完成測試。測試條件為激光剝蝕時間40s,能量密度5J/cm2,束斑直徑33μm,頻率5Hz。232Th和202Hg駐留時間均為10ms,238U和208Pb為15ms,204Pb和206Pb為20ms,207Pb為30ms。測試過程,Coltan 139和NP-2用以監(jiān)控儀器狀態(tài)和校正同位素數(shù)據(jù)。Iolite軟件用于測試數(shù)據(jù)離線處理,Isoplot 4.15軟件用以計算U-Pb加權(quán)平均年齡和繪制Tera-Wasserburg圖。本次測試Coltan 139加權(quán)平均206Pb/238U年齡為505.4±1.3Ma(MSWD=1.01,N=24),與推薦值在誤差范圍內(nèi)一致(506±2.3Ma,Cheetal., 2015)。

3 分析結(jié)果

3.1 鈮鉭鐵礦結(jié)構(gòu)

根據(jù)背散射圖像(圖3),19號鈹?shù)V化偉晶巖脈鈮鉭鐵礦可分為簡單型(CGMs-1)和復(fù)雜型(CGMs-2)兩類。CGMs-1內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單規(guī)律,包括同心振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)和均一不分帶結(jié)構(gòu)。同心振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)CGMs-1只發(fā)現(xiàn)1粒,為自形板狀,長約230μm,寬約150μm(圖3a)。均一不分帶結(jié)構(gòu)CGMs-1顆粒數(shù)量眾多,為他形-半自形板柱狀,多數(shù)顆粒長約150～240μm,寬約100～180μm,其背散射亮度較暗且均一(圖3b)。CGMs-2顆粒眾多,多為他形,偶見半自形,多數(shù)顆粒長約100～180μm,寬約30～80μm。CGMs-2內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變,通常由不規(guī)則交織的背散射亮度較暗(CGMs-2a)和較亮(CGMs-2b)兩部分組成,但少數(shù)顆粒局部發(fā)育不連續(xù)明暗交替環(huán)帶(圖3c)。CGMs-2a和CGMs-2b復(fù)雜多變關(guān)系暗示其為不同地質(zhì)過程產(chǎn)物(圖3d-h)。

圖3 茶卡北山鋰鈹?shù)V床19號偉晶巖脈典型鈮鉭鐵礦背散射圖像(a)振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)CGMs-1;(b)均一不分帶結(jié)構(gòu)CGMs-1;(c)不規(guī)則條帶和局部振蕩環(huán)帶組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)CGMs-2;(d)CGMs-2b沿微裂隙穿切CGMs-2a;(e)交代鑲邊結(jié)構(gòu):CGMs-2b沿CGMs-2a邊緣交代再生長;(f)交代港灣結(jié)構(gòu):CGMs-2a和CGMs-2b接觸界線呈不規(guī)則尖角和港灣,尖角指向CGMs-2a;(g)交代蠕蟲結(jié)構(gòu):CGMs-2b呈細小的蠕蟲狀嵌晶產(chǎn)出于CGMs-2a中;(h)交代殘余結(jié)構(gòu):CGMs-2a被交代為不規(guī)則殘片,殘留于CGMs-2b Fig.3 Representative back-scattered electron images of CGMs from the investigated 19# pegmatite vein in the Chakabeishan Li-Be deposit(a) oscillatory CGMs-1 grain; (b) homogeneous CGMs-1 grain; (c) CGMs-2 grain with irregular patch and local zonation; (d) CGMs-2b cuts CGMs-2a along with microfissure; (e) metasomatic rim texture: CGMs-2b grew along the boundary of CGMs-2a; (f) metasomatic corrosion texture: the contact boundary between CGMs-2a and CGMs-2b shows irregular sharp corners and harbours, with sharp corners pointing towards CGMs-2a; (g) metasomatic myrmekitic texture: CGMs-2b occurred into CGMs-2a as small worm-like crystals; (h) metasomatic relict texture: CGMs-2a was metasomatized as irregular fragments and remained in CGMs-2b

3.2 鈮鉭鐵礦元素成分

鈮鉭鐵礦電子探針點分析結(jié)果見表1,面掃結(jié)果見圖4。振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)CGMs-1的Nb和Ta含量從核部到邊部呈振蕩變化,但Fe含量基本保持不變(圖4)。CGMs-1振蕩變化的背散射亮度與Nb和Ta含量耦合關(guān)系顯著:暗色環(huán)帶具高Nb低Ta特征,而亮色環(huán)帶具低Nb高Ta特征(圖4、表1)。均一不分帶結(jié)構(gòu)CGMs-1為鈮鐵礦-鈮錳礦,具有高Nb2O5(63.8%～68.3%)、低Ta2O5(10.5%～13.7%)、低Ta/(Nb+Ta)(0.089～0.114)和中等Mn/(Mn+Fe)(0.365～0.701)特征。CGMs-2a和均一不分帶結(jié)構(gòu)CGMs-1具有相似的Ta/(Nb+Ta)比值和重疊的Mn/(Mn+Fe)比值(圖5a)。不同于CGMs-2a和均一不分帶結(jié)構(gòu)CGMs-1,CGMs-2b為鈮鐵礦-鉭鐵礦(圖5a)。相比于CGMs-2a和CGMs-1,CGMs-2b具有明顯升高的Ta2O5含量(23.2%～64.8%,表1)和Ta/(Ta+Nb)比值(0.196～0.686,圖5a)。所有CGMs顆粒均表現(xiàn)出Mn-Fe和Nb-Ta負相關(guān)性(圖5b, c),說明它們存在Mn-Fe和Nb-Ta類質(zhì)同象(Sunetal., 2023a)。所有鈮鉭鐵礦均具有較低TiO2(<0.784%)、SnO2(<0.587%)和WO3(<0.672%)含量(表1)。

表1 茶卡北山鋰鈹?shù)V床19號偉晶巖脈鈮鉭鐵礦電子探針分析結(jié)果(wt%)

圖5 茶卡北山鋰鈹?shù)V床19號偉晶巖脈鈮鉭鐵礦Ta/(Ta+Nb)-Mn/(Mn+Fe)圖解(a,底圖據(jù) and Ercit, 1985)、Nb-Ta圖解(b)和Mn-Fe圖解(c)Fig.5 Diagram of Ta/(Ta+Nb) vs. Mn/(Mn+Fe) (a, base map after and Ercit, 1985), Nb vs. Ta (b) and Mn vs. Fe (c) for the CGMs of the 19# pegmatite vein from the Chakabeishan Li-Be deposit

3.3 鈮鉭鐵礦年代學(xué)

鈮鉭鐵礦U-Pb定年結(jié)果見表2。均一不分帶結(jié)構(gòu)CGMs-1的207Pb/235U、206Pb/238U和207Pb/206Pb比值變化范圍分別為0.2430～0.2965、0.0349～0.0352和0.0512～0.0618,其206Pb/238U和207Pb/235U年齡范圍為220.9～222.9Ma和214.0～263.3Ma。復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)CGMs-2背散射較暗部分(CGMs-2a)的207Pb/235U、206Pb/238U和207Pb/206Pb比值分別為0.2440～0.2528、0.0357～0.0367和0.0498～0.0513,其206Pb/238U和207Pb/235U年齡分別為225.9～232.4Ma和218.0～228.8Ma。相比于CGMs-2a,CGMs-2背散射亮度較亮部分(CGMs-2b)具有更大變化范圍的207Pb/235U比值(0.2450～0.2890)、206Pb/238U比值(0.0351～0.0374)、207Pb/206Pb(0.0488～0.0591)比值、206Pb/238U年齡(222.1～236.6Ma)和207Pb/235U年齡(217.0～255.0Ma)。如圖6所示,CGMs-1和CGMs-2a的Tera-Wasserburg下交點年齡(228.6±2.5Ma, MSWD=1.4)與CGMs-2b的Tera-Wasserburg下交點年齡(229.8±4.9Ma,MSWD=2.4)在誤差范圍內(nèi)一致。

表2 茶卡北山鋰鈹?shù)V區(qū)19號偉晶巖脈鈮鉭鐵礦U-Pb分析結(jié)果

4 討論

4.1 鈮鉭鐵礦成因

巖漿成因和交代成因鈮鉭鐵礦在富水花崗質(zhì)巖漿體系均有發(fā)現(xiàn)(Zhaoetal., 2021; Tindle and Breaks, 2000; van Lichterveldeetal., 2007; 熊欣等, 2021)。巖漿成因鈮鉭鐵礦通常與石英、鈉長石、鉀長石等巖漿階段結(jié)晶礦物呈共生關(guān)系或呈包裹體產(chǎn)出,具簡單內(nèi)部結(jié)構(gòu)(如振蕩環(huán)帶、遞變條帶、均一結(jié)構(gòu)),單個顆粒核部至邊部Ta/(Ta+Nb)呈規(guī)律變化(振蕩或遞變)或基本保持不變(Diaoetal., 2022; Zhouetal., 2021a; Zhaoetal., 2021; Gonzálezetal., 2017; Chládeketal., 2020; Wuetal., 2018; Timofeev and Williams-Jones, 2015; Andersonetal., 2013; van Lichterveldeetal., 2007)。交代成因鈮鉭鐵礦常與次生礦物共生(如錫錳礦、細晶石),單顆粒通常由化學(xué)成分不同的兩部分組成(主要表現(xiàn)為不同Ta/(Ta+Nb)和Mn/(Mn+Fe)比值),具復(fù)雜多變內(nèi)部結(jié)構(gòu)(如補丁結(jié)構(gòu)、港灣結(jié)構(gòu)、次生邊結(jié)構(gòu))(Andersonetal., 2013; van Lichterveldeetal., 2007; Panetal., 2021; Wuetal., 2018; Tindle and Breaks, 2000)。在富水花崗質(zhì)巖漿體系,巖漿成因鈮鉭鐵礦以鈮鐵礦-鈮錳礦為主,其Ta/(Ta+Nb)比值較小且Nb-Ta分餾不顯著;相比于巖漿成因鈮鉭鐵礦,交代成因鈮鉭鐵礦具有更高Ta/(Nb+Ta)比值,以Nb-Ta分餾顯著和出現(xiàn)鉭鐵礦-鉭錳礦為特征(Shawetal., 2022; Lleraetal., 2019; 熊欣等, 2021)。

類似于Penouta淡色花崗巖(Gonzálezetal., 2017)、Separation Lake偉晶巖(Tindle and Breaks, 2000)、Tanco Lower偉晶巖(van Lichterveldeetal., 2007)、Jezuitské Lesy偉晶巖(Chudíketal., 2011)、Moose II偉晶巖(Andersonetal., 2013)、可可托海3號偉晶巖脈(Zhangetal., 2004)巖漿成因鈮鉭鐵礦的振蕩環(huán)帶,茶卡北山鋰鈹?shù)V床19號偉晶巖脈CGMs-1的振蕩環(huán)帶為同心環(huán)帶、每個環(huán)帶界線連續(xù)、彼此平行且與基本與礦物輪廓協(xié)調(diào)(圖4)。該振蕩環(huán)帶截然不同于熱液成因鈮鉭鐵礦不規(guī)則、不連續(xù)、彼此不平行的振蕩環(huán)帶(Lahti, 1987)。類似于川西扎烏龍偉晶巖(熊欣等, 2021)、大紅柳灘偉晶巖(Yanetal., 2018)、可可托海3號偉晶巖脈(Zhangetal., 2004)等全球典型稀有金屬礦化偉晶巖均一不分帶結(jié)構(gòu)鈮鉭鐵礦,19號偉晶巖脈均一不分帶結(jié)構(gòu)CGMs-1背散射亮度較暗且均一(圖3b),為鈮鐵礦-鈮錳礦(圖5a),Ta/(Nb+Ta)比值(0.089～0.114)基本不變。以上內(nèi)部結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分特征表明19號偉晶巖脈振蕩結(jié)構(gòu)和均一不分帶結(jié)構(gòu)CGMs-1均為巖漿結(jié)晶產(chǎn)物。

不同于CGMs-1,19號偉晶巖脈CGMs-2通常由形態(tài)不規(guī)則的背散射亮度較暗部分CGMs-2a和較亮部分CGMs-2b組成(圖3d-h)。清晰可見的交代鑲邊結(jié)構(gòu)(圖3e)、交代港灣結(jié)構(gòu)(圖3f)、交代蠕蟲結(jié)構(gòu)(圖3g)和交代殘余結(jié)構(gòu)(圖3h)表明CGMs-2為交代成因。CGMs-2內(nèi)部結(jié)構(gòu)與Big Whopper偉晶巖(Tindle and Break, 2000)、Presqueira偉晶巖(Lleraetal., 2019)、Kamativ偉晶巖(Shawetal., 2022)和南陽山偉晶巖(Yuanetal., 2022)交代成因鈮鉭鐵礦內(nèi)部結(jié)構(gòu)相一致,進一步說明CGMs-2為交代反應(yīng)產(chǎn)物而非巖漿結(jié)晶產(chǎn)物。因CGMs-2b沿CGMs-2a微裂縫和邊緣穿切、交代和再生長(圖3d-h),所以CGMs-2b是交代反應(yīng)新生部分,CGMs-2a為交代殘余部分。類似于均一不分帶結(jié)構(gòu)CGMs-1,CGMs-2a背散射亮度較暗且均一(圖3c-h)。此外,CGMs-2a的Ta/(Nb+Ta)比值(0.089～0.167)和Mn/(Mn+Fe)比值(0.365～0.701)與均一不分帶結(jié)構(gòu)CGMs-1重疊(圖5a)。相似內(nèi)部結(jié)構(gòu)和地球化學(xué)組成表明CGMs-2a代表CGMs-1被交代的殘余部分。

相比于CGMs-2a,CGMs-2b最大特征為Ta/(Nb+Ta)比值顯著升高(圖5a),表明CGMs-2b為富Ta流體或富Ta熔體交代CGMs-1(富Nb貧Ta)所成(van Lichterveldeetal., 2007; Zhangetal., 2004; Abellaetal., 1995; 熊欣等, 2021)。實驗巖石學(xué)研究表明Nb、Ta在富F流體相溶解度較高(Timofeevetal., 2017; Timofeev and Williams-Jones, 2015; Zaraiskyetal., 2010),因此偉晶巖體系交代成因鈮鉭鐵礦通常被認為與富F流體交代有關(guān)(Shawetal., 2022; Lleraetal., 2019; Tindle and Break, 2000; Zhangetal., 2004; Abellaetal., 1995; 熊欣等, 2021)?，F(xiàn)有觀察表明富F偉晶巖體系通常發(fā)育細晶石-鋰云母-螢石-黃玉礦物組合(Cheetal., 2015; Tindle and Breaks, 1998, 2000; 徐遙辰等, 2019)。茶卡北山鋰鈹?shù)V床19號偉晶巖野外和鏡下均未發(fā)現(xiàn)上述富F礦物,表明其為貧F體系,即該偉晶巖演化過程出溶富F流體可能性極低。CGMs-2從鈮鐵礦逐漸向鉭鐵礦端元演變,而不是向鉭錳礦端元演化(圖5a),進一步支持19號偉晶巖為貧F體系(Lleraetal., 2019; Tindle and Breaks, 2000)。若CGMs-2b確為富Ta流體交代所成,那么19號偉晶巖應(yīng)發(fā)育細晶石+鉭錳礦±鉭鐵礦±錫錳鉭礦+重鉭鐵礦礦物組合(van Lichterveldeetal., 2007; Zhangetal., 2004)。但在19號偉晶巖脈中并非發(fā)現(xiàn)上述含Nb-Ta礦物組合,所以CGMs-2b與富Ta流體交代無關(guān)。綜上所述,CGMs-2b最可能的形成機制是偉晶巖最后演化階段富Ta殘余熔體交代早期富Nb貧Ta CGMs-1所成,該成因機制與Tanco Lower偉晶巖交代成因鈮鉭鐵礦形成機制相似(van Lichterveldeetal., 2007)。

4.2 偉晶巖成巖成礦時代

前人報道的茶卡北山偉晶巖成巖成礦時代相差約28Myr,包括鈮鉭鐵礦U-Pb年齡240.6±1.5Ma(Panetal., 2021)、230.1±2.6Ma(Sunetal., 2023a)、214.9±1.7Ma、217.0±2.3Ma和215.0±1.5Ma(Liuetal., 2022b);云母40Ar-39Ar年齡216.6±0.9Ma、213.0±1.0Ma、211.7±0.4Ma、211.8±0.3Ma(Liuetal., 2022b)和212.6±0.6Ma(陳靜等, 2022);蛻晶化鋯石U-Pb年齡217±1.8Ma(王秉璋等, 2020)。茶卡北山偉晶巖復(fù)雜年代學(xué)數(shù)據(jù)與偉晶巖體系定年礦物多種成因、后期熱液活動和多期次成礦作用等有關(guān)(Sunetal., 2023a; 李杭等, 2020)。因此解釋礦物年代學(xué)數(shù)據(jù)地質(zhì)意義應(yīng)先厘定礦物成因。

茶卡北山19號鈹?shù)V化偉晶巖脈CGMs-1為巖漿結(jié)晶產(chǎn)物;CGMs-2a為CGMs-1被交代的殘余部分,未被富Ta熔體改造,仍保留與CGMs-1相同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征和主量元素組成。因此CGMs-1和CGMs-2a的U-Pb年齡代表寄主偉晶巖結(jié)晶年齡,即茶卡北山19號鈹?shù)V化偉晶巖形成于228.6±2.5Ma(圖6a)。交代成因CGMs-2b的U-Pb年齡(229.8±4.9Ma,圖6b)與巖漿成因鈮鉭鐵礦結(jié)晶年齡在誤差范圍內(nèi)一致,說明茶卡北山19號鈹?shù)V化偉晶巖在極短時間內(nèi)固結(jié)成巖,這與熱力學(xué)數(shù)值模擬結(jié)果相一致(Zhouetal., 2021b; London, 2018; Morgan and London, 1999; Chakoumakos and Lumpkin, 1990)。

與19號鈹?shù)V化偉晶巖CGMs-1類似,茶卡北山鋰礦化偉晶巖約240Ma和約230Ma鈮鉭鐵礦背散射亮度較暗且均一(Panetal., 2021; Sunetal., 2023a),表明其為巖漿成因。因此,不同偉晶巖脈巖漿成因鈮鉭鐵礦U-Pb年齡表明茶卡北山鋰鈹?shù)V床偉晶巖群結(jié)晶于240～229Ma(圖7)。電氣石B同位素組成表明茶卡北山偉晶巖為花崗質(zhì)巖漿結(jié)晶分異產(chǎn)物(Sunetal., 2023b)。相差較大成巖成礦時代暗示該偉晶巖群可能是同一巖漿房超長演化產(chǎn)物或不同巖漿房演化產(chǎn)物(Sunetal., 2023a)?，F(xiàn)有觀察表明活動時間超10Myr巖漿房需要其體積超1000km2(Colemanetal., 2004)。目前茶卡北山礦床周邊并未發(fā)現(xiàn)如此巨大體積的同時代花崗巖體。相反周邊眾多255～232Ma花崗巖質(zhì)巖體(王秉璋等, 2023; Liuetal., 2022b; Huangetal., 2014; Shaoetal., 2017; Panetal., 2021)支持其更可能為不同花崗質(zhì)巖漿房演化產(chǎn)物。

圖7 茶卡北山鋰鈹?shù)V床偉晶巖不同年代學(xué)數(shù)據(jù)對比鈮鉭鐵礦U-Pb年齡數(shù)據(jù)(誤差2σ)引自Sun et al. (2023a)、Pan et al. (2021)及本文;云母Ar-Ar年齡數(shù)據(jù)(誤差2σ)引自Liu et al. (2022b)和陳靜等(2022);鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)(誤差1σ)引自王秉璋等(2020)Fig.7 A compilation of different geochronological data of pegmatites from the Chakabeishan Li-Be deposit The CGMs U-Pb data (2σ) from Sun et al. (2023), Pan et al. (2021) and this study; the muscovite Ar-Ar data (2σ) from Liu et al. (2022b) and Chen et al. (2022); the zircon U-Pb data (1σ) from Wang et al. (2020)

前人研究表明富水花崗質(zhì)巖漿體系蛻晶化鋯石U-Pb年齡記錄巖漿鋯石蛻晶化后經(jīng)流體交代及重結(jié)晶作用導(dǎo)致的U-Pb體系重置時間,云母40Ar-39Ar年齡因較低封閉溫度更多記錄晚期疊加改造熱事件年齡(李杭等, 2020)。因為偉晶巖熔體在極短時間內(nèi)固結(jié)成巖(Zhouetal., 2021b; London, 2018; Chakoumakos and Lumpkin, 1990),所以蛻晶化鋯石U-Pb年齡(約217Ma)和云母40Ar-39Ar年齡(217～212Ma)最可能記錄的是亞固相線交代年齡(圖7)。已報道的217～215Ma鈮鉭鐵礦部分顆粒背散射亮度較亮,與19號偉晶巖CGMs-2b類似,暗示其為交代成因鈮鉭鐵礦。該鈮鉭鐵礦U-Pb年齡與蛻晶化鋯石U-Pb年齡和云母40Ar-39Ar年齡在誤差范圍內(nèi)一致(圖7),也支持其年代學(xué)數(shù)據(jù)記錄亞固相線交代年齡。綜上所述,多種礦物年代學(xué)數(shù)據(jù)聯(lián)合約束限定茶卡北山鋰鈹?shù)V床偉晶巖群形成于240～229Ma,后于217～212Ma遭受亞固相線交代。

4.3 茶卡北山與區(qū)域成礦對比

區(qū)域上,茶卡北山鋰鈹?shù)V床周邊發(fā)育兩條重要偉晶巖型鋰成礦帶:松潘-甘孜-甜水海偉晶巖鋰礦帶(SGT)和北秦嶺官坡-丹鳳偉晶巖鋰礦帶(NQGD)。上述兩條鋰礦帶發(fā)育甲基卡、扎烏龍、白龍山等多個大型-超大型偉晶巖型鋰礦(孫文禮等, 2021)。與茶卡北山鋰鈹?shù)V床相似(Sunetal., 2023b),SGT和NQGD偉晶巖型鋰礦均為花崗質(zhì)巖漿結(jié)晶分異成因(Yanetal., 2022; Yuanetal., 2022; Xuetal., 2020; 李賢芳等, 2020; 曾威等, 2023)。雖然空間相近、成因相同,但目前尚不清楚它們是否具有成因關(guān)聯(lián),可該問題對區(qū)域找礦新突破至關(guān)重要。因此本文基于年代學(xué)和鋯石Hf同位素開展區(qū)域成礦對比分析。

鋯石、鈮鉭鐵礦、錫石等多礦物年代學(xué)研究表明NQGD偉晶巖型鋰礦床形成于422～384Ma(Yuanetal., 2022; Zhouetal., 2021a; 曾威等, 2023),SGT偉晶巖型鋰礦床形成于224～198Ma(Yanetal., 2022, 2018; Lietal., 2019; Wangetal., 2020; Daietal., 2019; Feietal., 2020, 2018; 李五福等, 2023; 張澤等, 2019; 郝雪峰等, 2015),茶卡北山鋰鈹?shù)V床形成于240～229Ma(圖7),即茶卡北山鋰鈹?shù)V床與SGT和NQGD偉晶巖型鋰礦床為不同時代產(chǎn)物。雖然偉晶巖鋯石多發(fā)生蛻晶化(王秉璋等, 2020; 李杭等, 2020),但Hf同位素組成在其蛻晶化過程基本保持不變,因此可示蹤源區(qū)(Yuanetal., 2022; 李賢芳等, 2020)。茶卡北山鋰鈹?shù)V床偉晶巖鋯石εHf(t)值和Hf同位素單階段模式年齡(tDM1)為-15.2～-8.58和1.74～1.30Ga(圖8a, b),其雖與SGT(-13.6～-2.4和1.31～0.99Ga;圖8c, d)和NQGD(-8.7～-7.0和1.35～1.29Ga;圖8e, f)鋰礦化偉晶巖有部分重疊,但主體顯著不同。形成時代、鋯石εHf(t)和tDM1差異表明茶卡北山鋰鈹?shù)V床不同于SGT和NQGD偉晶巖型鋰礦,即其代表青藏高原北緣一個新的偉晶巖型鋰礦成礦事件,應(yīng)引起學(xué)者更多關(guān)注和重視。

圖8 區(qū)域稀有金屬偉晶巖鋯石εHf(t)和tDM1對比(a、b)數(shù)據(jù)引自王秉璋等(2020)和Liu et al. (2022a);(c、d)數(shù)據(jù)引自李五福等(2023),王核等(2022),李賢芳等(2020)和Fei et al. (2020);(e、f)數(shù)據(jù)引自Yuan et al. (2022) 和曾威等(2023).CKBS-P-茶卡北山偉晶巖;SGT-P-松潘-甘孜-甜水海偉晶巖;NQGD-P-北秦嶺官坡-丹鳳偉晶巖Fig.8 Comparisons of zircon εHf(t) values and tDM1 ages of rare metal pegmatites in the Chakabeishan deposit and adjacent tectonic units The data in (a, b) from Wang et al. (2020) and Liu et al. (2022a); the data in (c, d) from Li et al. (2023), Wang et al. (2022), Li et al. (2020) and Fei et al. (2020); the data in (e, f) from Yuan et al. (2022) and Zeng et al. (2023). CKBS-P-pegmatites from the Chakabeishan deposit; SGT-P-pegmatites from the Songpan-Ganze-Tianshuihai belt; NQGD-P-pegmatites from the North Qinling Guanpo-Danfeng belt

5 結(jié)論

柴北緣茶卡北山鋰鈹?shù)V床19號偉晶巖脈發(fā)育巖漿成因和交代成因兩類鈮鉭鐵礦。巖漿成因鈮鉭鐵礦具簡單內(nèi)部結(jié)構(gòu),Nb-Ta基本不分餾,屬鈮鐵礦-鈮錳礦。交代成因鈮鉭鐵礦具復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu),Nb-Ta分餾顯著,屬鈮鐵礦-鉭鐵礦,為偉晶巖演化最后階段富Ta殘余熔體交代早期巖漿成因鈮鉭鐵礦產(chǎn)物。誤差范圍內(nèi)一致的巖漿成因和交代成因鈮鉭鐵礦U-Pb年齡(約229Ma)表明寄主偉晶巖脈在極短時間固結(jié)。鈮鉭鐵礦、鋯石、白云母等多礦物年齡數(shù)據(jù)聯(lián)合約束限定茶卡北山鋰鈹?shù)V床偉晶巖群形成于240～229Ma,后于217～212Ma遭受亞固相線交代。與區(qū)域松潘-甘孜-甜水海偉晶巖型鋰礦和北秦嶺官坡-丹鳳偉晶巖型鋰礦不同的成巖成礦時代、鋯石εHf(t)和tDM1年齡表明茶卡北山鋰鈹?shù)V床代表青藏高原北緣一個新的偉晶巖鋰成礦事件。

致謝樣品預(yù)處理工作得到中國地質(zhì)大學(xué)(北京)王耀無私幫助;年齡測試工作得到中國地質(zhì)大學(xué)(北京)張亮亮和楊雙大力支持;論文撰寫和修改過程得到昆明理工大學(xué)劉益和編輯部俞良軍老師悉心幫助,使文章得以完善;審稿人和文言、趙曉波提出了寶貴建議。在此一并致以誠摯謝意!