吳興源，劉曉陽，周佐民 ，賀福清

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津300170；2.中國地質(zhì)調(diào)查局東部南部非洲地學(xué)合作研究中心，天津300170；3.中國地質(zhì)調(diào)查局華北科技創(chuàng)新中心，天津300170）

以稀有、稀散和稀土元素為主體的戰(zhàn)略性關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)資源在新材料、新能源及信息技術(shù)等新興科技產(chǎn)業(yè)中具有不可替代的重大用途，關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)資源已經(jīng)成為我國產(chǎn)業(yè)升級(jí)換代不可替代的動(dòng)力之源。戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源安全已經(jīng)成為當(dāng)今國際社會(huì)普遍關(guān)注的重大問題[1]。

稀有金屬通常包括Li、Rb、Cs、Be、W、Sn、Nb、Ta、Zr、Hf、U、Th等，其成礦作用往往與高分異花崗巖、花崗偉晶巖密切相關(guān)。花崗偉晶巖代表了一種極其特殊的巖漿，常常在時(shí)空上與造山帶中的花崗巖密切相關(guān)[2-3]，其中LCT（Lithium-Caesium-Tantalum）型偉晶巖更被認(rèn)為是稀有金屬礦產(chǎn)的重要來源[4-5]。由于獨(dú)特的外觀、結(jié)構(gòu)特征及其特有的稀有金屬成礦專屬性，花崗偉晶巖一直以來都是國內(nèi)外許多地質(zhì)學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)，但是其成因一直存在較大爭(zhēng)議[6-13]。近年來，花崗偉晶巖的研究主要集中在稀有金屬偉晶巖的成因與成礦作用以及導(dǎo)致其產(chǎn)生內(nèi)部分帶的機(jī)制等科學(xué)問題上[14-22]，特別是偉晶巖分帶中的貧礦偉晶巖（barren/common pegmatites）到礦化偉晶巖（LCT型偉晶巖）是如何演化或者二者之間是否存在演化關(guān)系這一問題更引發(fā)了極大的關(guān)注和討論[23-27]。針對(duì)這一問題，已有研究從偉晶巖造巖礦物或副礦物的化學(xué)成分、微量元素以及礦物中的熔體包裹體或流體包裹體等方面開展了大量研究，并對(duì)巖漿演化及成礦作用等過程進(jìn)行了定量模擬，以此來揭示該地區(qū)偉晶巖的成因和演化過程并討論巖漿-熱液過渡階段體系中的稀土和微量元素的地球化學(xué)行為，目前已取得了一系列重要進(jìn)展[21,28-31]。

本文研究區(qū)Gatumba地區(qū)偉晶巖具有完整的分帶現(xiàn)象，從內(nèi)部的貧礦偉晶巖變化到外部的稀有金屬偉晶巖均有出露，是一個(gè)研究花崗偉晶巖成因及成礦作用的理想地區(qū)。自20世紀(jì)50年代以來，前人就持續(xù)對(duì)該地區(qū)的偉晶巖進(jìn)行研究，同時(shí)也相應(yīng)取得了一批成果[27，31，32-37]。本文作者正在執(zhí)行商務(wù)部援外項(xiàng)目“援盧旺達(dá)地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查（2019—2022）”，該項(xiàng)目的一項(xiàng)重要工作是開展“盧旺達(dá)礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)”，為此項(xiàng)目組對(duì)盧旺達(dá)的地質(zhì)礦產(chǎn)資料進(jìn)行了系統(tǒng)的搜集和整理。Gatumba花崗偉晶巖礦區(qū)是目前盧旺達(dá)最重要的稀有金屬產(chǎn)地，因此，筆者認(rèn)為有必要對(duì)該地區(qū)現(xiàn)階段已積累的年代學(xué)、礦物學(xué)及地球化學(xué)等資料進(jìn)行了系統(tǒng)的整理和分析，探討花崗偉晶巖的巖漿演化及成因，厘清稀有金屬富集機(jī)制，進(jìn)而為下一步評(píng)價(jià)盧旺達(dá)稀有金屬成礦潛力提供合理依據(jù)。

1 Gatumba地區(qū)區(qū)域地質(zhì)概況及偉晶巖的空間分帶特征

Gatumba地區(qū)位于盧旺達(dá)西部（圖1a，b），在大地構(gòu)造位置上屬于中元古代基巴拉造山帶東北部的卡拉戈維-安科連帶的范疇。該造山帶的形成與羅迪尼亞（Rodinia）超大陸的聚合事件有關(guān)，先后記錄了4期（G1-G4）花崗巖漿活動(dòng)，其中G1-G3（1370～1 094 Ma）為同造山花崗巖，G4（約986 Ma）為造山后花崗巖，而Gatumba偉晶巖則在空間上與G4花崗巖緊密共生。Gatumba花崗偉晶巖區(qū)位于基加利以西約50 km處，面積約為150 km2，出露于兩個(gè)大型花崗巖巖基之間：東部為吉塔拉馬（Gitarama）花崗巖巖基，西部為Kabaya花崗巖巖基（圖1c）。吉塔拉馬巖基主要包括兩種巖石類型：第一種類型為細(xì)粒黑云母花崗巖，普遍發(fā)育明顯的面理，在Mushubati（吉塔拉馬以西約5 km）附近，巖體局部甚至可見糜棱面理；第二種類型為淡色花崗巖（Leucogranite），其中石英和微斜長石常常構(gòu)成文象結(jié)構(gòu)。該地區(qū)出露的巖石地層單元為中元古代Akanyaru超群，巖性組合包括變泥質(zhì)巖及石英巖（或石英片巖），偶見呈透鏡體狀產(chǎn)出的碳酸鹽巖[38-39]，且普遍遭受綠片巖相低級(jí)區(qū)域變質(zhì)作用改造[40]。此外，在Gatumba地區(qū)局部非常有限的范圍內(nèi)，可發(fā)現(xiàn)由黑云母、紅柱石和陽起石構(gòu)成的變質(zhì)礦物組合[38]。該組合的出現(xiàn)通常被認(rèn)為與花崗巖侵入體有關(guān)的接觸熱變質(zhì)作用引起[38]。

從區(qū)域構(gòu)造的角度來看，Gatumba礦區(qū)位于Ndiza向斜的西翼，區(qū)內(nèi)出露的巖層傾向東，傾角約為60°。Ndiza向斜內(nèi)部還發(fā)育一系列次級(jí)褶皺，例如：Gasumu向斜及Janja背斜，并且這些褶皺構(gòu)造可以一直延伸到Ruhengeri地區(qū)[41]。大量的基性巖（主要為輝綠巖）和偉晶巖脈侵入早期的中元古代變質(zhì)沉積地層內(nèi)部。這些輝綠巖的侵位時(shí)代早于區(qū)域構(gòu)造變形事件，因?yàn)樵谝巴饪梢娝鼈兺偷貙右黄鸢l(fā)生褶皺變形并被后期劈理破壞。偉晶巖脈偶爾沿著這些劈理面侵入到輝綠巖中，由此可知它們?yōu)橥瑯?gòu)造期或構(gòu)造期后偉晶巖[38]。

圖1 盧旺達(dá)地理位置圖(圖a)、盧旺達(dá)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(圖b)及Gatumba地區(qū)偉晶巖地質(zhì)簡(jiǎn)圖(圖c)(據(jù)參考文獻(xiàn)[31]修改)Fig.1 Geographicallocation of Rwanda(Fig.a)；Schematic geologicalmap of Rwanda(Fig.b)；Simplified geologicalmap ofthe Gatumba pegmatite field(Fig.c)

目前，Minétain和Somirwa公司已經(jīng)在Lugaragata、Bijyoyo與Nyabarongo河之間的區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)了130多條大型偉晶巖脈，這些偉晶巖脈在垂向上的延伸情況未知。其中，單個(gè)偉晶巖脈的形態(tài)變化較大，長度從幾十米到2400 m，寬度從幾十厘米到30m[31]。

早期研究認(rèn)為，Gatumba礦區(qū)的偉晶巖從礦物組合的角度出發(fā)，一共可分為7個(gè)不同的偉晶巖帶，即所謂的“Varlamoff分帶”[32-33]。偉晶巖分帶從內(nèi)到外（以吉塔拉馬巖基為中心）依次為：（1）黑云母?jìng)ゾr；（2）黑云母-電氣石偉晶巖；（3）黑云母-電氣石-白云母?jìng)ゾr；（4）白云母-電氣石偉晶巖；（5）白云母?jìng)ゾr；（6）綠柱石偉晶巖；（7）鈉長石偉晶巖。最近，Hulsbosch等[27]對(duì)Gatumba地區(qū)不同分帶偉晶巖的結(jié)構(gòu)特征、空間展布形態(tài)及偉晶巖中的電氣石化學(xué)成分等進(jìn)行了詳細(xì)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同偉晶巖分帶中的電氣石化學(xué)成分彼此差異很大，并且具有明顯的變化趨勢(shì)。基于巖相學(xué)及礦物化學(xué)成分分析，Hulsbosch等[27]正式提出將Gatumba地區(qū)的偉晶巖重新劃分為4個(gè)帶，分別為：（1）黑云母?jìng)ゾr（#1）；（2）黑云母-白云母?jìng)ゾr（二云母?jìng)ゾr）（#2）；（3）白云母?jìng)ゾr（#3）和（4）礦化偉晶巖（#4）（圖1c）。在平面上，黑云母?jìng)ゾr位于吉塔拉馬巖基的邊部（仍然位于巖體內(nèi)部，即Endo-pegmatites），大致沿北西-南東方向依次變化為二云母?jìng)ゾr、白云母?jìng)ゾr及礦化偉晶巖。礦化偉晶巖（即原“Varlamoff分帶”中的綠柱石偉晶巖和鈉長石偉晶巖）在空間上距離吉塔拉馬巖基最遠(yuǎn)，它們代表了區(qū)域上演化程度最高的偉晶巖，內(nèi)部發(fā)育不同程度的Nb-Ta-Sn礦化并遭受了強(qiáng)烈的熱液蝕變，出現(xiàn)絹云母化、白云母化或鈉長石化（所謂的“云英巖化”作用）[35,42]。

黑云母?jìng)ゾr的主要礦物組成為石英、斜長石、微斜長石、黑云母，副礦物可見黑電氣石及鐵鋁-鎂鋁-錳鋁榴石，黑電氣石呈半自形，長度可達(dá)4 cm。黑云母?jìng)ゾr的基質(zhì)由他形粗粒結(jié)構(gòu)的石英-長石礦物組成。二云母?jìng)ゾr主要由灰白色白云母、黑云母、微斜長石、粉紅色正長石及石英組成，以含大量黑電氣石為標(biāo)志，副礦物為獨(dú)居石。白云母?jìng)ゾr的主要礦物成分為微斜長石、石英、灰色白云母及鈉長石-更長石，次要礦物為粉紅色鉀長石，副礦物獨(dú)居石常被微斜長石或白云母包圍。礦化偉晶巖由粉紅色鉀長石（正長石）、微斜長石、鈉長石-更長石、石英、鋰云母、深綠色白云母、綠柱石、鋰電氣石、磷鋁鋰石、鋰輝石和少量磷酸鹽等組成，并出現(xiàn)與Nb-Ta-Sn礦化相關(guān)的礦石礦物（鈮鉭鐵礦及錫石）。此外，礦化偉晶巖由于遭受強(qiáng)烈熱液蝕變改造，出現(xiàn)一些呈砂糖狀或葉鈉長石狀形態(tài)的次生鈉長石（Secondary albite），其成分明顯與巖漿結(jié)晶的原生鈉長石不一樣[27]。根據(jù)?erny和Ercit[2]的報(bào)道，Gatumba地區(qū)的礦化偉晶巖為LCT型偉晶巖，可以進(jìn)一步分為綠柱石型（綠柱石-鈮鐵礦亞型）、復(fù)雜型/稀有金屬型（鋰輝石亞型）和鈉長石-鋰輝石型[35]。

2 偉晶巖的形成時(shí)代

Dewaele等[34-35，43-44]對(duì)來自Bijyoyo、Buranga、Gatumba北、Gatumba南、Kirengo、Luhanga、Nyamissa、Rongi、Shori和Sitwe等地區(qū)偉晶巖樣品進(jìn)行了巖相學(xué)、礦相學(xué)研究，并據(jù)此確定了Gatumba地區(qū)偉晶巖的礦物共生次序（Paragenetic sequence）。根據(jù)礦物共生次序的研究，Nb-Ta礦化與偉晶巖的結(jié)晶分異作用同時(shí)進(jìn)行，而錫礦化則形成于晚期的熱液蝕變。此外，由于G4花崗巖與偉晶巖之間存在密切的時(shí)空聯(lián)系，故G4花崗巖一直被眾多學(xué)者認(rèn)為是基巴拉帶中稀有金屬偉晶巖的母巖[33，35，45]。因此，可通過鈮鉭鐵礦和錫石等礦物的年代學(xué)研究，并結(jié)合G4花崗巖的侵位時(shí)代來對(duì)Gatumba地區(qū)偉晶巖的形成時(shí)代做一個(gè)較為合理的限定。

Dewaele等[35]對(duì)Gatumba地區(qū)偉晶巖中的鈮鉭鐵礦進(jìn)行了U-Pb定年分析，獲得的年齡結(jié)果變化范圍較大，介于936±14 Ma到974.8±8.2 Ma之間。其中，較老的年齡結(jié)果為966±8.7 Ma、974.8±8.2 Ma，與Tack等[46]及Cahenand Ledent[47]報(bào)道的G4花崗巖年齡相近（986±10 Ma;977±8 Ma）；較年輕的年齡結(jié)果則變化于936±14 Ma到951±15 Ma之間，最年輕年齡與最老年齡之間的時(shí)間跨度（約50 Myrs）超過了一個(gè)單一的花崗-偉晶巖巖漿體系冷卻結(jié)晶的周期[10,23]。一般認(rèn)為，鈮鉭鐵礦出現(xiàn)在偉晶巖形成階段而不是后期熱液蝕變階段，因?yàn)镹b-Ta在含水熱液中的溶解度很低[48-49]。因此，較年輕的年齡結(jié)果很可能是受晚期熱液蝕變事件或交代作用影響，使早期形成的鈮鉭鐵礦的U-Pb體系發(fā)生了重置，而且原生鈮鉭鐵礦發(fā)生熱液蝕變或交代的實(shí)例前人已經(jīng)有所報(bào)道[36，50-52]。例如，Melcher等[36，52]研究指出，早期形成的鈮鉭鐵礦被改造后，其地球化學(xué)成分及礦物組成均發(fā)生了變化，并且往往隨之出現(xiàn)了鈾云母或其他一些富U礦物的包裹體，從而打破了原來的U-Pb同位素體系平衡，最終造成了目前這種年齡結(jié)果。同時(shí)，Dewaele等[35]對(duì)來自礦化偉晶巖中的白云母進(jìn)行了40Ar-39Ar定年，結(jié)果獲得階梯型年齡譜，其中最老的表面年齡結(jié)果約為945 Ma，這與較年輕的鈮鉭鐵礦的UPb年齡及前人報(bào)道的布隆迪境內(nèi)含錫的偉晶巖白云母Rb-Sr年齡在誤差范圍內(nèi)基本一致（951±18 Ma）[53]。

綜上可知，Gatumba地區(qū)偉晶巖的形成時(shí)代約為950～980 Ma，對(duì)應(yīng)于新元古代早期。

3 偉晶巖的礦物化學(xué)特征

在理想情況下，偉晶巖的全巖化學(xué)成分可能提供關(guān)于偉晶巖巖漿系統(tǒng)分異演化的相關(guān)信息[54-55]。然而，這必須滿足2個(gè)前提條件，一是能夠獲得可靠的、具有代表性樣品，二是整個(gè)巖漿體系一直保持封閉狀態(tài)。但是，由于偉晶巖（特別是LCT型偉晶巖）具有明顯的分帶性、礦物顆粒大小不均勻性等特點(diǎn)，所以利用全巖樣品研究偉晶巖往往因取樣沒有代表性而被大多數(shù)巖石學(xué)家及地球化學(xué)家所否定[56]，目前多數(shù)研究者采用偉晶巖中單礦物的化學(xué)成分分析來代替全巖分析。Hulsbosch等[27,41]對(duì)Gatumba地區(qū)不同偉晶巖帶中的單礦物（如：鉀長石、白云母、黑云母和電氣石）進(jìn)行了主、微量元素地球化學(xué)分析，結(jié)果見表1、2、3。

3.1 主量元素

3.1.1 長石

Hulsbosch等[27]研究指出，從黑云母?jìng)ゾr到礦化偉晶巖，雖然長石的主量元素成分并未出現(xiàn)系統(tǒng)的、明顯有規(guī)律地變化，但還是或多或少表現(xiàn)出一定的變化趨勢(shì)。在長石的Or-Ab-An三角分類圖上，貧礦偉晶巖（黑云母-、二云母-、白云母?jìng)ゾr）的長石Or分子數(shù)變化范圍大（Or=36～98），而礦化偉晶巖的長石Or分子數(shù)則相對(duì)集中且普遍大于80，說明可能存在一個(gè)鉀含量逐漸升高的過程。此外，在礦化偉晶巖中還發(fā)現(xiàn)了極為富鈉的鈉長石（An=0.2～6.4），反映其為后期熱液交代成因。

3.1.2 云母

從黑云母?jìng)ゾr變化到二云母?jìng)ゾr，黑云母的Mg、FeOtot含量均逐漸降低。其中，MgO含量由4.60%減到0.99%，而FeOtot含量由21.59%降低到17.80%，但是Fetot/（Fetot+Mg）比值則從0.78增加到0.93（圖2a，b）。此外，黑云母的Mn和Ti含量也表現(xiàn)為一種逐漸降低的趨勢(shì)。與貧礦偉晶巖（Barren pegmatite）中的淺色白云母相比，礦化偉晶巖中的深綠色白云母及淺綠色白云母（云英巖化作用形成）的MgO、FeOtot及TiO2含量均明顯降低[27]。

3.1.3 電氣石

貧礦偉晶巖中的電氣石在Al-Fe-Mg三角圖上主要落入黑電氣石-鎂電氣石區(qū)間，而礦化偉晶巖則出現(xiàn)鋰電氣石。從黑云母?jìng)ゾr到白云母?jìng)ゾr，黑電氣石的Fetot/（Fetot+Mg）比值逐漸升高，從0.78增加到0.92，且MgO含量從4.06%降低到1.65%；礦化偉晶巖中的鋰電氣石MgO含量則進(jìn)一步降低（MgO=0.05%～0.08%），但Mn含量明顯升高（圖2c,d）。同時(shí)，從貧礦偉晶巖到礦化偉晶巖，電氣石中的Ti含量也明顯降低，TiO2含量由0.37%減少到0.04%[27]。

3.2 堿/堿土金屬元素

3.2.1 鉀長石

Hulsbosch等[27，41]的分析結(jié)果顯示，從黑云母?jìng)ゾr到礦化偉晶巖，鉀長石的K/Rb、K/Cs比值均逐漸降低。其中，黑云母?jìng)ゾr的鉀長石K/Rb、K/Cs比值分別為158～216、28 512～54 000，二云母?jìng)ゾr的鉀長石K/Rb、K/Cs比值分別為141～170、5 223～12 131，白云母?jìng)ゾr的鉀長石K/Rb、K/Cs比值分別為41、3 468，而礦化偉晶巖的鉀長石K/Rb、K/Cs比值分別為18～85、655。從黑云母?jìng)ゾr到礦化偉晶巖，鉀長石的Rb元素含量從1 270×10-6增加道4 750×10-6，Cs元素含量從2×10-6增加到46×10-6。

盡管Sr和Ba元素同樣被認(rèn)為將隨著花崗-偉晶巖系統(tǒng)不斷演化而降低[25，57-58]，但Gatumba地區(qū)偉晶巖的鉀長石卻并未顯示出有規(guī)律的變化。London[10]認(rèn)為Sr或Ba元素的這種行為可能是由于在巖漿演化的過程中，這兩種元素有外部來源補(bǔ)給或者在鉀長石-斜長石之間的分配系數(shù)有較大差別造成的。

3.2.2 云母

白云母的K/Rb、K/Cs比值也表現(xiàn)出從黑云母?jìng)ゾr到礦化偉晶巖逐漸降低的一種趨勢(shì)，可以發(fā)現(xiàn)白云母的K/Rb比值從127銳減到12，礦化偉晶巖中鋰云母的K/Rb比值則進(jìn)一步減小為5；貧礦偉晶巖的白云母K/Cs比值從8 995銳減到356，再到礦化偉晶巖中鋰云母的K/Cs比值為52。與此同時(shí)，云母中的Rb、Cs含量也越來越高，分別從貧礦偉晶巖中白云母的（670～6 986）×10-6、（8～130）×10-6增加到礦化偉晶巖中鋰云母的16 648×10-6、1 602×10-6。

表1 Gatumba地區(qū)不同偉晶巖帶礦物的主量元素?cái)?shù)據(jù)分析結(jié)果(據(jù)參考文獻(xiàn)[27])Tab.1 The results of main composition of the minerals from the different pegmatite zones

表2 Gatumba地區(qū)偉晶巖堿性長石及斜長石稀土元素?cái)?shù)據(jù)分析結(jié)果(據(jù)參考文獻(xiàn)[31])Tab.2 REE composition of representative primarymagmatic feldspars from the Gatumba pegmatite zonation

表3 Gatumba地區(qū)偉晶巖云母及電氣石稀土元素?cái)?shù)據(jù)分析結(jié)果(據(jù)參考文獻(xiàn)[31])Tab.3 REE composition of the representative micas and tourmaline from the Gatumba pegmatite zonation

圖2 不同分帶偉晶巖中黑云母(a、b)及電氣石(c、d)的Mn、Ti成分變化圖（據(jù)參考文獻(xiàn)[27]修改）Fig.2 Diagrams of Mn and Ticomponent changes of biotite(a、b)and tourmaline(c、d)according to their evolution along the pegmatite zonation1.黑云母?jìng)ゾr；2.二云母?jìng)ゾr；3.白云母?jìng)ゾr；4.礦化偉晶巖

從黑云母?jìng)ゾr到二云母?jìng)ゾr，黑云母的K/Rb、K/Cs比值分別50、37和1 100、340，與結(jié)晶分異演化趨勢(shì)一致。另外，黑云母?jìng)ゾr及二云母?jìng)ゾr中黑云母的Rb、Cs含量分別1 300×10-6、60×10-6和1 930×10-6、152×10-6，也表現(xiàn)為隨著演化程度升高而富集的特點(diǎn)。

3.3 稀土元素

3.3.1 長石

黑云母?jìng)ゾr中的鉀長石和斜長石均表現(xiàn)為明顯的輕、重稀土元素分異特征，稀土元素配分曲線呈右傾型式，鉀長石、斜長石的（La/Yb）N比值分別為140～170、28～245（圖3a,b）。二云母?jìng)ゾr中的鉀長石及斜長石則表現(xiàn)出2種不同型式的稀土元素配分曲線特征，既有輕、重稀土元素分異明顯的右傾型，也有輕、重稀土元素分異不明顯的平坦型。其中，一組鉀長石的（La/Yb）N=110～200，另一組鉀長石的（La/Yb）N=6（圖3a）[31]。白云母?jìng)ゾr中的鉀長石具有平坦的稀土元素配分曲線型式，且（La/Yb）N=4。礦化偉晶巖中的原生鉀長石及原生斜長石（巖漿結(jié)晶成因）均表現(xiàn)出一定程度的輕、重稀土元素分異特征，鉀長石和斜長石的(La/Yb)N比值分別為15、20～70（圖3a，b）[31]。另外，礦化偉晶巖中由熱液蝕變產(chǎn)生的次生鉀長石及次生斜長石則表現(xiàn)為幾乎未分異的稀土元素配分曲線特征（極其平坦），次生鉀長石、次生斜長石的（La/Yb）N比值分別為1～9、0.7～1（圖3a，b）?？偟膩砜?，從貧礦偉晶巖到礦化偉晶巖，鉀長石和斜長石的稀土元素總量以及輕、重稀土元素分異程度都是逐漸降低的。

黑云母?jìng)ゾr中的鉀長石、斜長石表現(xiàn)為明顯的正銪異常，鉀長石的Eu/Eu*=16～45，斜長石的Eu/Eu*=16～45；二云母?jìng)ゾr中長石類礦物的正銪異常明顯減弱，鉀長石的Eu/Eu*=2～4，斜長石的Eu/Eu*=2；礦化偉晶巖中的鉀長石、斜長石均表現(xiàn)為弱正銪異?；蜉p微的負(fù)銪異常，有些則基本無銪異常，鉀長石的Eu/Eu*=0.6～1.7，斜長石的Eu/Eu*=0.4～1.6。

3.3.2 云母

黑云母只出現(xiàn)于黑云母?jìng)ゾr及二云母?jìng)ゾr中。這兩個(gè)偉晶巖帶中的黑云母稀土元素配分曲線均呈現(xiàn)為平坦型式，并且與二云母?jìng)ゾr相比，黑云母?jìng)ゾr中的黑云母輕、重稀土元素分異度明顯較高，前者的黑云母（La/Yb）N=0.34～0.98、后者的黑云母（La/Yb）N=4～15（圖3c）[31]。

二云母?jìng)ゾr中的白云母表現(xiàn)為兩種類型的稀土元素配分型式，即右傾型和平坦型兩種，其中白云母的（La/Yb）N比值分別為11、1；白云母?jìng)ゾr中的白云母雖然也表現(xiàn)為兩種特征，但總體上表現(xiàn)為平坦型特征，輕、重稀土元素分異并不明顯（圖3d）。礦化偉晶巖中的白云母同樣表現(xiàn)為平坦型稀土元素配分曲線，輕、重稀土元素基本上沒有分異。

黑云母?jìng)ゾr中的黑云母基本沒有銪異常（Eu/Eu*=0.92～0.99），但是二云母?jìng)ゾr中的黑云母則表現(xiàn)出強(qiáng)烈的負(fù)銪異常（Eu/Eu*=0.07）[31]。白云母?jìng)ゾr中的白云母具有輕微負(fù)銪異?；驘o銪異常，礦化偉晶巖中的白云母同樣為表現(xiàn)為弱負(fù)銪異常、輕微正銪異?；驘o銪異常特征（Eu/Eu*=0.7～1.3）。

3.3.3 電氣石

電氣石包括黑電氣石及鋰電氣石。其中，黑電氣石在所有類型的偉晶巖帶中均有分布，而鋰電氣石則只分布于礦化偉晶巖中[31]。從黑云母?jìng)ゾr到白云母?jìng)ゾr，黑電氣石的輕、重稀土元素分異程度也逐漸降低，其（La/Yb）N比值變化于240～0.3之間（圖3e）。

電氣石的銪異常明顯表現(xiàn)為從黑云母?jìng)ゾr、二云母?jìng)ゾr中的正銪異常（Eu/Eu*=3～5）變?yōu)榈V化偉晶巖中的負(fù)銪異常（Eu/Eu*=0.2～0.3），反映了一種逐漸降低的趨勢(shì)。

4 偉晶巖的巖漿演化過程：瑞利分離結(jié)晶

堿金屬或堿土金屬元素及元素比值的一個(gè)重要應(yīng)用可用來模擬花崗質(zhì)巖漿的結(jié)晶分異、演化過程[60-61]。?erny等[57,62]首先利用鉀長石的K/Rb-Rb、K/Cs-Cs圖解來研究花崗-偉晶巖巖漿體系的分異演化問題，并提出它們可被用作確定同成因偉晶巖的一個(gè)重要指標(biāo)。隨后，這種方法被借鑒、運(yùn)用到其他常見的偉晶巖礦物（白云母、黑云母）的研究中[27，31，63-65]，以期對(duì)偉晶巖巖漿的分異演化程度提供較為可靠的約束。

Hulsbosch等[31]運(yùn)用瑞利（Rayleigh）分離模型對(duì)Gatumba地區(qū)的偉晶巖進(jìn)行了巖漿演化過程模擬，參與模擬計(jì)算的礦物是鉀長石、白云母及黑云母等主要造巖礦物。由于副礦物（鋯石、獨(dú)居石和磷灰石等）的堿金屬元素分配系數(shù)普遍非常低[66]，且它們?cè)贕atumba地區(qū)偉晶巖中的總量比例較低，因此認(rèn)為它們對(duì)堿金屬分異的影響可以忽略不計(jì)，故并未將這些礦物相參與計(jì)算。

Hulsbosch等[31]以10件G4花崗巖代表性樣品的平均主、微量元素值作為演化的起始值（K=3.1 wt%,Rb=222×10-6,Cs=11×10-6），并選擇相應(yīng)的礦物/熔體分配系數(shù)（Kd）和全巖分配系數(shù)（D）對(duì)Gatumba地區(qū)偉晶巖的形成過程進(jìn)行了定量模擬。瑞利分離模型所涉及的堿金屬元素在花崗-偉晶巖系統(tǒng)中的晶體/熔體分配系數(shù)，前人已經(jīng)做過大量的相關(guān)研究[63，67-68]。結(jié)果顯示，位于巖體邊緣的黑云母?jìng)ゾr是演化程度最低的偉晶巖，而遠(yuǎn)離巖體的礦化偉晶巖則代表了演化程度最高的偉晶巖。其中，黑云母?jìng)ゾr是G4花崗巖母巖漿發(fā)生0～69%分離結(jié)晶作用的產(chǎn)物（F=0～0.69），二云母?jìng)ゾr是母巖漿發(fā)生69%～92%分離結(jié)晶作用的產(chǎn)物（F=0.69～0.92），白云母?jìng)ゾr是母巖漿發(fā)生92%～98%分離結(jié)晶作用的產(chǎn)物（F=0.92～0.98），而礦化偉晶巖則是母巖漿發(fā)生98%以上分離結(jié)晶作用的產(chǎn)物（F>0.98）（圖4）。

綜上可知，堿金屬元素瑞利分離模擬的結(jié)果表明Gatumba地區(qū)不同分帶中的偉晶巖反映了巖漿連續(xù)分離結(jié)晶的演化過程，而且演化的初始母巖漿成分很可能與G4花崗巖相關(guān)。

5 偉晶巖區(qū)域分帶的成因

花崗偉晶巖的研究已經(jīng)持續(xù)了一百多年，但迄今為止，還沒有一個(gè)被普遍接受的成因模式可以令人信服地解釋花崗偉晶巖的所有不同特征[2，26]。目前，花崗偉晶巖的區(qū)域分帶通常被認(rèn)為是結(jié)晶分異作用的結(jié)果，而其內(nèi)部分帶的成因模式主要有兩種：巖漿液態(tài)不混溶模式和花崗巖結(jié)晶分異模式。這兩種模式也是學(xué)術(shù)界的流行花崗偉晶巖成因模式，并被大多數(shù)研究者所接受[6-7，10，21，69-70]。另外，也有少量學(xué)者提出地殼部分熔融直接形成偉晶巖的模式[25，71-72]。巖漿液態(tài)不混溶模式以Jahns 和 Tuttlt[6]及Jahns和Burnham[7]的研究為代表，他們認(rèn)為形成偉晶巖的熔體來自花崗巖漿結(jié)晶分異形成的殘余巖漿，殘余巖漿中的流體（H2O）隨著結(jié)晶作用的持續(xù)進(jìn)行不斷富集，并發(fā)生過飽和沸騰出溶，分離出富水的低粘度流體，使體系變?yōu)榫w、熔體和流體3相共存的狀態(tài)，其中的低粘度流體可直接結(jié)晶形成偉晶巖，而熔體則因“成分淬火”形成細(xì)晶巖?；◢弾r結(jié)晶分異成因模式以London[69-70]的研究為代表，他們認(rèn)為Jahns和Burnham[7]提出偉晶巖巖漿體系早期階段的H2O飽和條件既不必要也不太可能。這些作者認(rèn)為位于花崗質(zhì)巖漿房頂部的富硅巖漿（偉晶巖母巖漿）在過冷卻至液相線溫度以下時(shí)，可以在H2O不飽和的條件下通過不平衡結(jié)晶分異并演化形成偉晶巖，同時(shí)強(qiáng)調(diào)了其他揮發(fā)份（如：B、F、P和Li）在偉晶巖形成過程中的重要作用[70]。

從野外、礦物學(xué)及地球化學(xué)的角度來看，Gatumba地區(qū)的偉晶巖區(qū)域分帶符合花崗巖結(jié)晶分異成因模式，并且與世界上其他地區(qū)稀有金屬偉晶巖具有許多相似之處[23,26]，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）從Gitarama巖基邊部的黑云母?jìng)ゾr開始，大致沿西北方向變化到不同的偉晶巖帶，不論是礦物學(xué)成分抑或是地球化學(xué)成分均變得越來越復(fù)雜；（2）演化程度最高的礦化偉晶巖（LCT型偉晶巖）明顯遭受熱液蝕變-交代作用，例如：鈉長石化、絹云母和白云母化（“云英巖化”）；（3）不同分帶偉晶巖具有特定的礦物，例如：（a）貧礦偉晶巖出現(xiàn)黑電氣石，礦化偉晶巖則出現(xiàn)鋰電氣石；（b）鋰云母只出現(xiàn)在礦化偉晶巖中；（c）鈮鉭鐵礦和錫石只在演化程度最高的礦化偉晶巖中出現(xiàn)；（4）偉晶巖的區(qū)域分帶不僅反映在偉晶巖的礦物組成上，而且在礦物化學(xué)成分上也有所體現(xiàn)，例如：從黑云母?jìng)ゾr到白云母?jìng)ゾr，黑云母及電氣石的Fetot/(Fetot+Mg)比值逐漸增大、而Mg、Mn和Ti的含量則逐漸降低。由內(nèi)到外，鉀長石及白云母的K/Rb、K/Cs比值逐漸降低，也與分離結(jié)晶演化趨勢(shì)相同[10，57，73]。

London[10]提出花崗偉晶巖的區(qū)域分帶現(xiàn)象可能存在三種不同解釋，分別對(duì)應(yīng)三種不同情況。第一種解釋認(rèn)為不同分帶的偉晶巖源自于一個(gè)持續(xù)演化的巖漿房發(fā)生多期脈沖式巖漿上涌，這就必然會(huì)造成不同期次的偉晶巖脈相互截切。但是，野外并未發(fā)現(xiàn)Gatumba地區(qū)不同分帶偉晶巖彼此之間存在切割關(guān)系，因此基本上可以排除這種情況。第二種解釋認(rèn)為整個(gè)花崗巖-偉晶巖復(fù)合系統(tǒng)處于一個(gè)開放的環(huán)境下，巖漿幾乎同時(shí)開始結(jié)晶演化并最終形成不同的偉晶巖分帶，這種情況在Gatumba地區(qū)似乎也不太適用。首先，Gatumba地區(qū)各個(gè)分帶的偉晶巖不管是從礦物學(xué)角度或地球化學(xué)角度來看，都表現(xiàn)為一種從早到晚、單一途徑的結(jié)晶演化趨勢(shì)。其次，該地區(qū)的偉晶巖在空間上互不相連，而是呈彼此孤立的巖脈形式產(chǎn)出，形態(tài)多變且各自具有獨(dú)特的礦物組成特征。據(jù)此，我們也可以排除Gatumba地區(qū)不同分帶的偉晶巖形成于一個(gè)開放巖漿體系同時(shí)結(jié)晶分異的可能性，因?yàn)檫@種情況要求在整個(gè)G4花崗巖-偉晶巖系統(tǒng)演化期間，即使最遠(yuǎn)端的偉晶巖熔體（礦化偉晶巖）也必須始終與G4花崗巖主體保持互連。實(shí)際上，Hulsbosch等[27，31]指出，Gatumba地區(qū)不同分帶的偉晶巖成因可能更符合London[10，21]所認(rèn)為的第三種解釋，即不同分帶的偉晶巖代表了一個(gè)源自G4花崗巖的母巖漿逐步發(fā)生分離結(jié)晶作用的產(chǎn)物，而形成偉晶巖的熔體本質(zhì)上繼承了發(fā)生一定程度分離結(jié)晶的G4花崗巖巖漿的特性（圖5）。

圖5 Gatumba地區(qū)花崗偉晶巖成因示意圖(據(jù)參考文獻(xiàn)[27]修改)Fig.5 Schematic diagram showing the generation of Gatumba granitic pegmatites

Mulja等[73]通過研究表明，位于深部的一個(gè)巖漿房（成分為黑云母二長花崗質(zhì)熔體）經(jīng)過側(cè)壁結(jié)晶作用（side-wall crystallisation）和持續(xù)的分離結(jié)晶等過程可以造成不同分異程度的巖漿層（例如：二云母二長花崗質(zhì)熔體和白云母二長花崗質(zhì)熔體）在垂向上連續(xù)分布的現(xiàn)象。晚期階段，由于流體超壓等原因，富含揮發(fā)性組份的熔體從巖漿房排出（expulsion），再到更晚期階段，由于進(jìn)一步的結(jié)晶和冷卻導(dǎo)致巖漿房收縮，從而使更高演化程度偉晶巖熔體進(jìn)一步排出，最終導(dǎo)致偉晶巖的區(qū)域分帶[73-75]。仔細(xì)分析不難發(fā)現(xiàn)，Gatumba地區(qū)的貧礦偉晶巖（黑云母-、二云母-、白云母?jìng)ゾr）與Mulja等[73]認(rèn)為的巖漿房早期分離結(jié)晶階段形成的熔體（黑云母-、二云母-、白云母二長花崗質(zhì)熔體）在礦物學(xué)組成上具有驚人的相似，這說明Gatumba地區(qū)偉晶巖產(chǎn)生區(qū)域分帶的機(jī)制很可能正如Mulja等[73]所指出的那樣，是高度演化的偉晶巖熔體陸續(xù)從巖漿房排出的結(jié)果。

6 結(jié)論

（1）Gatumba地區(qū)的花崗偉晶巖形成時(shí)代約為950～980 Ma，對(duì)應(yīng)于新元古代早期，與G4花崗巖近于同期?；◢弬ゾr在平面上從內(nèi)到外可分為4個(gè)不同的偉晶巖帶（以吉塔拉馬巖基為中心），依次為：黑云母?jìng)ゾr帶、二云母?jìng)ゾr帶、白云母?jìng)ゾr帶和礦化偉晶巖帶。

（2）Gatumba地區(qū)不同分帶偉晶巖中單礦物（鉀長石、黑云母、白云母及電氣石）的化學(xué)成分特征表現(xiàn)出一種明顯的分離結(jié)晶趨勢(shì)，并且?guī)r漿演化過程模擬的結(jié)果符合瑞利分離結(jié)晶作用模型，因此瑞利分離結(jié)晶可能是形成該地區(qū)偉晶巖巖漿的主要分異機(jī)制。

（3）從貧礦偉晶巖到LCT型礦化偉晶巖，花崗巖結(jié)晶分異模式是目前條件下Gatumba地區(qū)花崗偉晶巖區(qū)域分帶成因的最合理解釋。