吳益平,張連昌,袁 波,周月斌,鐘 莉,陳三中,楊光靖,閆瑜婉,張 新

(1. 浙江省第十一地質(zhì)大隊(duì)，浙江 溫州 325006; 2. 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029; 3. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 地球與行星科學(xué)學(xué)院，北京 100049)

0 引 言

當(dāng)前中國(guó)礦產(chǎn)資源形勢(shì)嚴(yán)峻，資源戰(zhàn)略準(zhǔn)備不足[1]。螢石是一種重要的戰(zhàn)略性非金屬資源，主要用于冶金和化學(xué)工業(yè)，還用于航空、航天、醫(yī)藥、建材、陶瓷和玻璃等領(lǐng)域[2-3]。雖然螢石是中國(guó)的優(yōu)勢(shì)礦種，但螢石礦床集中分布在中國(guó)東部地區(qū)，尤以浙江、贛南、內(nèi)蒙古中東部地區(qū)為主[2]。近期在新疆東南部若羌地區(qū)新發(fā)現(xiàn)的卡爾恰爾超大型螢石礦床，打破了中國(guó)西部缺少螢石礦產(chǎn)的格局。

國(guó)內(nèi)學(xué)者從螢石礦床賦礦巖石類型和礦床成因的角度先后進(jìn)行了總結(jié)和分類劃分[1-11]。曹俊臣根據(jù)礦床成因和賦礦巖石類型，將中國(guó)螢石礦床劃分為3 種類型[3]：①產(chǎn)于酸性—中酸性巖漿巖及其接觸帶中的礦床；②產(chǎn)于火山巖及次火山巖中的礦床；③產(chǎn)于碳酸鹽巖或其他沉積巖、火山沉積巖中的礦床。國(guó)外學(xué)者多按照成因類型將螢石礦床劃分為偉晶巖型、熱液型和沉積型[12-14]。新疆阿爾金地區(qū)卡爾恰爾超大型螢石礦床為新近發(fā)現(xiàn)，其礦床基本特征、類型和成因機(jī)制是亟待研究的重要問(wèn)題。

本文在野外地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)新疆阿爾金地區(qū)卡爾恰爾超大型螢石礦床變質(zhì)雜巖、花崗質(zhì)侵入巖、韌性剪切帶和螢石礦體的重點(diǎn)研究，從礦床地質(zhì)特征、稀土元素組成等方面，探討了該礦床的成礦物質(zhì)來(lái)源及成因機(jī)制，建立了礦床成礦模式，以期為繼續(xù)開(kāi)展阿爾金地區(qū)螢石找礦工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

卡爾恰爾超大型螢石礦床的大地構(gòu)造位置處于阿爾金造山帶(Ⅱ1)中部地塊(簡(jiǎn)稱阿中微地塊)變質(zhì)雜巖帶(圖1)。阿爾金造山帶被北部塔里木陸塊(Ⅰ1)和南部柴達(dá)木陸塊(Ⅱ3)及東昆侖造山帶(Ⅱ4)所夾持；阿爾金造山帶由北往南劃分為阿北微地塊(Ⅱ1-1)、紅柳溝—拉配泉混雜巖帶(Ⅱ1-2)、阿中微地塊(Ⅱ1-3)和茫崖混雜巖帶(Ⅱ1-4)[15-16]。

Ⅰ為泛華夏陸塊群，Ⅰ1為塔里木陸塊，Ⅰ1-1為塔里木地塊；Ⅱ?yàn)楣抨戞溎蟼?cè)陸緣系統(tǒng)，Ⅱ1為阿爾金造山帶，Ⅱ1-1為阿北微地塊，Ⅱ1-2為紅柳溝—拉配泉混雜巖帶，Ⅱ1-3為阿中微地塊，Ⅱ1-4為茫崖混雜巖帶，Ⅱ3為柴達(dá)木陸塊，Ⅱ3-2為柴達(dá)木地塊，Ⅱ4為東昆侖造山帶，Ⅱ4-1為祁漫塔格溝弧帶；圖件引自文獻(xiàn)[16]，有所修改

阿爾金造山帶主要分布的變質(zhì)地層為古元古界中深變質(zhì)巖系組成的阿爾金群[17]。阿爾金群是阿爾金變質(zhì)雜巖帶(結(jié)晶基底)的重要組成部分，依據(jù)分布及巖石組合特征劃分出a巖組和b巖組。其中，a巖組主要分布在區(qū)域中西部，是卡爾恰爾超大型螢石礦床賦存的區(qū)域性地層，以角閃巖相變質(zhì)巖為主體，巖性為斜長(zhǎng)或二長(zhǎng)變粒巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖、石榴子石矽線石黑云片麻巖、灰—淺灰色二長(zhǎng)石英片巖夾白云質(zhì)大理巖、石英巖、斜長(zhǎng)角閃巖等；這套變質(zhì)巖的原巖為雜砂巖、泥質(zhì)巖夾碳酸鹽巖及中酸性—中基性火山巖建造，厚度巨大。b巖組分布在區(qū)域東南部，是以高綠片巖相為主的變質(zhì)巖組合，巖性有灰—深灰色(石榴子石)黑云石英片巖、變粒巖夾變質(zhì)火山巖及少量大理巖；原巖建造為碎屑巖-泥質(zhì)巖夾碳酸鹽巖、火山巖組合，厚度可達(dá)上千米。

最新研究表明，原歸阿爾金群中的一些基性—中酸性侵入巖組合與阿爾金群呈明顯的侵入接觸，侵入巖特征明顯[16,18]。其中，二長(zhǎng)花崗巖的單顆粒鋯石U-Pb年齡表明其侵入時(shí)代為中奧陶世(465～455 Ma)，推測(cè)其侵入與阿爾金主造山期相關(guān)的俯沖-碰撞構(gòu)造背景有關(guān)[19-21]。而大面積分布于原阿爾金群出露區(qū)(約占整個(gè)出露區(qū)的60%)的片麻巖為角閃巖相變質(zhì)的古侵入巖，其中蓋里克片麻巖鋯石U-Pb年齡為900～886 Ma，表明分布于阿爾金群中的古侵入巖形成時(shí)期為新元古代[19-22]。區(qū)域表殼巖類為由麻粒巖相-角閃巖相-高綠片巖相副變質(zhì)巖組成的無(wú)序地層類，是古元古界阿爾金群的主要組成，主要呈一系列規(guī)模不等的構(gòu)造巖片和構(gòu)造塊體分布于原阿爾金群出露區(qū)(圖1)。

綜上所述，阿爾金變質(zhì)雜巖經(jīng)歷了前寒武紀(jì)基底構(gòu)造奠基→早古生代主造山期形成等過(guò)程，是阿中微地塊南部呈NEE向展布的大型復(fù)合構(gòu)造帶。阿爾金變質(zhì)雜巖的形成可能是塔里木地塊與柴達(dá)木地塊之間大陸深俯沖-構(gòu)造折返的產(chǎn)物[18,23]，同時(shí)為阿爾金地區(qū)卡爾恰爾超大型螢石礦床的形成創(chuàng)造了有利條件。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地 層

卡爾恰爾螢石礦區(qū)位于卡爾恰爾—闊什復(fù)合斷裂南側(cè)阿爾金變質(zhì)雜巖帶內(nèi)，螢石礦主要沿古元古界阿爾金群a巖組與中奧陶世帕夏拉依檔中酸性二長(zhǎng)花崗巖的接觸帶分布(圖2)。螢石礦體多呈脈狀穿插于阿爾金群a巖組第一巖性段變質(zhì)雜巖和中奧陶世花崗質(zhì)侵入體中(圖3)，EW—NE向F1韌性剪切斷裂及北側(cè)大量分布的斷裂-裂隙為螢石礦的形成提供了儲(chǔ)礦空間。

古元古界阿爾金群a巖組分布在研究區(qū)中南部，變質(zhì)程度達(dá)到角閃巖相。本文根據(jù)阿爾金群a巖組變質(zhì)巖類型及巖石組合特征將礦區(qū)變質(zhì)雜巖劃分為兩個(gè)巖性段。螢石礦賦存的阿爾金群a巖組第一巖性段主要為灰色黑云斜長(zhǎng)片麻巖、黑云二長(zhǎng)片麻巖夾薄層狀含金云橄欖大理巖(圖3)，礦區(qū)南部和西南部分布有黑云斜長(zhǎng)變粒巖、黑云二長(zhǎng)變粒巖、角閃斜長(zhǎng)片麻巖和角閃二長(zhǎng)片麻巖，厚度大于1 000 m。依據(jù)巖石化學(xué)成分[24]認(rèn)為該變質(zhì)巖的原巖為一套碳酸鹽巖、泥質(zhì)碎屑巖和火山巖建造。

圖3 卡爾恰爾螢石礦區(qū)32勘探線地質(zhì)剖面

2.2 巖漿巖

礦區(qū)侵入巖主要包括新元古代亞干布陽(yáng)古變質(zhì)侵入體和奧陶紀(jì)二長(zhǎng)花崗巖。《新疆1∶250 000蘇吾什杰幅(J45C002004)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告》將從原阿爾金群解離出來(lái)的變質(zhì)古侵入體稱之為亞干布陽(yáng)黑云二長(zhǎng)片麻巖[25]，其形成時(shí)代為新元古代(900～887 Ma)[22]，巖性屬高鉀鈣堿性系列的過(guò)鋁質(zhì)花崗巖，具有S型花崗巖特征。由此推測(cè)該古侵入體的原巖來(lái)自于地殼深部沉積巖類局部熔融，形成于俯沖-同碰撞構(gòu)造轉(zhuǎn)折環(huán)境。

中奧陶世二長(zhǎng)花崗巖分布在礦區(qū)中部和中南部，呈巖株、巖枝產(chǎn)出，《新疆1∶250 000蘇吾什杰幅(J45C002004)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告》稱之為奧陶紀(jì)—泥盆紀(jì)帕夏拉依檔中酸性巖體群[25]，其年齡為(465.0±2.9)Ma[19]；張若愚等在相鄰圖幅1∶50 000區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中獲得帕夏拉依檔一帶巖體鋯石U-Pb年齡為(455.1±3.6)Ma和(460.1±3.9)Ma[21-22]；國(guó)外學(xué)者獲得帕夏拉依檔二長(zhǎng)花崗巖體40Ar-39Ar年齡為(453.4±8.7)Ma[26]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，礦區(qū)中奧陶世二長(zhǎng)花崗巖體可分解為中細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖和似斑狀二長(zhǎng)花崗巖，這兩種巖性之間呈脈動(dòng)式接觸，巖體與圍巖接觸界面清晰，呈侵入接觸關(guān)系，接觸帶傾向北—北西，傾角為73°～81°。巖石化學(xué)成分屬高鉀堿性系列的準(zhǔn)鋁質(zhì)A型花崗巖[27]，反映出巖漿由富鉀鈣堿性系列向富鉀堿性系列演化，原巖具有殼幔混合特征，屬后碰撞花崗巖類，形成于擠壓體制向伸展體制轉(zhuǎn)換的構(gòu)造背景。

2.3 構(gòu) 造

野外觀察表明，礦區(qū)變質(zhì)巖片理總體走向近EW向，傾向南，傾角為76°～83°(圖3)。礦區(qū)斷裂和裂隙構(gòu)造較為發(fā)育，根據(jù)構(gòu)造性質(zhì)及其與螢石礦之間的關(guān)系，劃分為成礦前F1韌性剪切斷裂和F2韌脆性復(fù)合斷裂、成礦期近EW—NE向容礦的斷裂-裂隙構(gòu)造(圖2、3)。

F1韌性剪切斷裂分布在礦區(qū)南部，長(zhǎng)度大于5 600 m，橫切礦區(qū)變質(zhì)雜巖和侵入巖分布。該斷裂總體呈近EW向延伸，走向?yàn)?7°～93°，東段變化為NE向，走向?yàn)?5°～64°，斷裂帶寬為16～53 m，傾向北—北東，傾角為73°～82°；沿?cái)嗔褞Т罅堪l(fā)育糜棱化絹云母片巖和長(zhǎng)英質(zhì)糜棱巖，其間發(fā)育鞘褶皺和揉形褶曲[圖4(a)]、S-C組構(gòu)、擠壓透鏡體及線理[圖4(b)]，近主構(gòu)造帶的次級(jí)斷裂充填有高角度產(chǎn)出的螢石礦脈[圖4(c)]。由此可見(jiàn)，F(xiàn)1韌性剪切斷裂是螢石礦的重要導(dǎo)礦和控礦斷裂，構(gòu)成螢石礦的南部邊界，同時(shí)中奧陶世二長(zhǎng)花崗巖主要沿F1斷裂帶上盤(pán)侵入。

F2韌脆性復(fù)合斷裂分布在礦區(qū)北部，呈NE向分布，走向?yàn)?7°～77°，往東交匯于卡爾恰爾—闊什復(fù)合斷裂，往西交匯于南部F1韌性剪切斷裂，長(zhǎng)度大于6 820 m，傾向南，傾角為56°～73°，該斷裂經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)期的構(gòu)造作用，表現(xiàn)為韌脆性變形特征，斷裂帶中碎裂巖和糜棱巖發(fā)育，有泥化、碳化等現(xiàn)象。該斷裂構(gòu)成螢石礦西北部邊界，隨著斷裂往東延伸遠(yuǎn)離螢石礦帶，對(duì)螢石礦分布的影響程度逐漸減弱。

礦區(qū)發(fā)育多條容礦的斷裂-裂隙構(gòu)造帶(圖2)，延長(zhǎng)大于5 000 m，近EW向延伸，傾向北。隨著斷裂往東延伸，走向逐漸變化為NE向，傾向NW。容礦斷裂一般傾角較緩，為32°～43°[圖4(d)]，F(xiàn)1韌性剪切斷裂附近的次級(jí)斷裂產(chǎn)狀較陡，為55°～73°(圖3)。容礦斷裂帶中的螢石礦脈常具膨大與縮小的“舒緩波狀”[圖4(e)]及“分枝復(fù)合”特點(diǎn)，礦脈中常見(jiàn)圍巖角礫[圖4(f)]。

初步觀察認(rèn)為：礦區(qū)斷裂的初始階段表現(xiàn)為張性-張扭性構(gòu)造特征，但隨著持續(xù)右行剪切走滑作用，在側(cè)向擠壓構(gòu)造應(yīng)力作用下，構(gòu)造性質(zhì)逐漸演變?yōu)閴盒?壓扭性；F1韌性剪切斷裂附近的次級(jí)斷裂中充填的螢石方解石脈普遍發(fā)育碎裂結(jié)構(gòu)，局部具糜棱結(jié)構(gòu)，說(shuō)明礦脈在充填就位后又經(jīng)歷了強(qiáng)烈的擠壓作用，F(xiàn)1韌性剪切斷裂具有多期活動(dòng)的特點(diǎn)。

3 礦體地質(zhì)特征

卡爾恰爾螢石礦區(qū)的礦體主要由數(shù)量眾多的螢石方解石脈和少量螢石鉀長(zhǎng)石石英脈組成[圖5(a)、(b)]，空間上密集成帶分布。

圖5 卡爾恰爾超大型螢石礦床Ⅵ號(hào)礦脈礦物組成及結(jié)構(gòu)構(gòu)造

3.1 礦體展布特征

礦區(qū)以眾多的螢石方解石脈為主構(gòu)成具有工業(yè)價(jià)值的單一型螢石礦體，礦體沿中奧陶世二長(zhǎng)花崗巖體與古元古界阿爾金群a巖組第一巖性段變質(zhì)巖接觸帶分布，賦存于F1韌性剪切斷裂北側(cè)近EW—NE向裂隙構(gòu)造帶中，礦脈與圍巖接觸界面清晰[圖4(d)、(e)]。

圖4 卡爾恰爾螢石礦區(qū)斷裂-裂隙構(gòu)造與礦脈產(chǎn)狀野外地質(zhì)照片

研究區(qū)共圈出礦體31個(gè)，其中大型螢石礦體(Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ)4個(gè)，占礦床資源量(礦物量)的79.86%。礦體多呈脈狀產(chǎn)出，近EW—NE向帶狀分布，長(zhǎng)度為1 710～4 580 m，延伸穩(wěn)定，連續(xù)性好，傾向北—北西，傾角為25°～43°(圖3)。礦脈東、西兩端逐漸靠近F1韌性剪切斷裂，傾角變陡為55°～72°。礦體沿走向具膨大縮小、分枝復(fù)合和尖滅再現(xiàn)現(xiàn)象。礦脈平均厚度為2.36～4.68 m，最大厚度為23.50 m，礦體厚度穩(wěn)定，沿傾向控制最大斜深為907.17 m。礦石CaF2品位為33.05%～35.27%，平均品位為33.91%。

脈體礦物組成單一，主要礦物螢石和方解石分布均勻，含量變化小，礦物顆粒大小均勻。橫向上未出現(xiàn)明顯的組分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造分帶，部分礦脈垂向上有一定的分帶特點(diǎn)，具體劃分出頂部毛細(xì)脈帶、中部粗脈帶、尾部細(xì)脈帶(表1)。

表1 螢石方解石脈垂向分帶(以Ⅵ礦體為例)

(1)頂部毛細(xì)脈帶。垂直深度為0～50 m，寬度為50～90 m，由螢石方解石脈構(gòu)成，多為細(xì)脈、毛細(xì)脈，向上呈發(fā)散狀，深部逐漸向主礦脈收斂，脈體連續(xù)分布，單脈厚度為0.21～0.60 m，個(gè)別地段脈體寬度為1～3 m。螢石呈紫色和淡紫色，部分呈淡綠色，局部溶蝕空洞發(fā)育，空洞內(nèi)分布粉末狀方解石和螢石。

(2)中部粗脈帶。垂直深度為50～450 m，為復(fù)脈，主要由螢石方解石脈構(gòu)成，分枝復(fù)合連續(xù)性較好，厚度一般為2～5 m；膨大縮小變化明顯，變窄處僅為0.1～0.3 m，最大厚度為23.50 m。礦石具文象結(jié)構(gòu)和粗晶粒狀結(jié)構(gòu)，以團(tuán)塊狀構(gòu)造為主，部分具碎粒-碎斑、角礫狀和條帶狀構(gòu)造。螢石主要呈紫黑色和紫色，少數(shù)呈淡綠色和無(wú)色。

(3)尾部細(xì)脈帶。垂直深度超過(guò)450 m，呈發(fā)散狀分布，寬度為80～150 m，由較多的螢石方解石細(xì)脈構(gòu)成，單脈寬度為1～3 m；部分脈體石英成分增多，含有較多的白云母和綠簾石，變化為螢石白云母方解石脈、螢石綠簾石方解石脈和方解石石英螢石脈。螢石呈紫色、淡綠色和無(wú)色。

3.2 礦石特征

礦石礦物成分簡(jiǎn)單，主要是螢石和方解石，其次是石英，少量鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石和白云母，偶見(jiàn)磷灰石和磁鐵礦等副礦物。

螢石礦物粒徑為2～5 mm，部分為5～20 mm；方解石礦物粒徑為2～5 mm，少部分為5～10 mm。螢石和方解石多彼此嵌連呈共結(jié)邊或填隙狀分布，且分布較均勻。石英粒徑為1～2 mm，部分為2～5 mm，多沿粗粒螢石和方解石顆粒之間充填交代，具自形結(jié)構(gòu)和環(huán)帶構(gòu)造，分布不均勻。鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、白云母多為交代殘留體，分布不均勻。副礦物磷灰石、磁鐵礦等多呈零星浸染狀分布。

礦石典型結(jié)構(gòu)有粗晶結(jié)構(gòu)、偉晶結(jié)構(gòu)[圖5(c)]、文象結(jié)構(gòu)[圖5(d)]；構(gòu)造有團(tuán)塊狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造[圖6(e)]、條帶狀構(gòu)造[圖5(f)]，少數(shù)為條紋狀構(gòu)造；顯微鏡下見(jiàn)礦物共結(jié)邊結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)[圖5(g)、(i)]、嵌晶共生結(jié)構(gòu)[圖5(h)]、包含結(jié)構(gòu)等。有的礦脈受后期擠壓構(gòu)造作用影響而呈碎裂和糜棱狀構(gòu)造。

礦石類型大多數(shù)為螢石方解石脈，占95%以上；少數(shù)為螢石石英鉀長(zhǎng)石脈，占2%～3%。

3.3 圍巖蝕變

圍巖蝕變主要表現(xiàn)為鉀長(zhǎng)石化[圖6(a)]、硅化[圖6(b)]和螢石化，其次是絹云母化和黃鐵礦化等。鉀長(zhǎng)石化是礦區(qū)分布最為廣泛和重要的蝕變類型，可劃分出早、晚兩期。其中，早期鉀交代發(fā)生在巖漿上侵活動(dòng)期，具面型分布特點(diǎn)，表現(xiàn)為滲濾擴(kuò)散為主的交代作用，變質(zhì)巖中斜長(zhǎng)石等礦物經(jīng)鉀交代形成鉀長(zhǎng)石[圖6(c)]；晚期鉀交代發(fā)生在巖漿晚期熱液成礦期，沿螢石方解石脈兩側(cè)圍巖因鉀長(zhǎng)石化蝕變而呈線性分布[圖6(a)]，有的鉀長(zhǎng)石呈脈狀、細(xì)脈狀穿插交代兩側(cè)圍巖。硅化主要表現(xiàn)為構(gòu)造破碎帶中硅化石英充填膠結(jié)圍巖角礫[圖6(b)]。圍巖大理巖中則常見(jiàn)螢石化沿裂陷交代蝕變的現(xiàn)象[圖6(d)]。

圖6 卡爾恰爾螢石礦區(qū)圍巖蝕變野外及顯微照片

4 稀土元素地球化學(xué)特征

4.1 樣品采集及分析方法

為了探討螢石礦床的成因、螢石與圍巖(變質(zhì)雜巖和二長(zhǎng)花崗巖)的成因聯(lián)系，對(duì)新疆阿爾金地區(qū)卡爾恰爾超大型螢石礦床的主要礦體(Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ)、變質(zhì)雜巖和奧陶紀(jì)二長(zhǎng)花崗巖進(jìn)行了稀土元素分析。所有樣品為保證新鮮和無(wú)次生蝕變均采自鉆孔巖芯。

所有樣品的稀土元素分析測(cè)試在新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局測(cè)試中心完成。樣品經(jīng)過(guò)破碎、混勻、縮分、粉碎至200目，然后進(jìn)行溶樣和測(cè)試分析。螢石的稀土元素采用美國(guó)Thermo Electron公司電感耦合等離子質(zhì)譜儀進(jìn)行分析測(cè)試。

4.2 稀土元素特征

本次對(duì)采集的礦石和巖石進(jìn)行稀土元素分析，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2、3。螢石方解石脈稀土元素總含量為(208.77～312.35)×10-6，輕稀土元素總含量為(190.21～287.09)×10-6，重稀土元素總含量為(18.56～25.37)×10-6，LREE/HREE值為9.96～12.69；古元古界阿爾金巖群a巖組變質(zhì)雜巖稀土元素總含量為(119.12～384.50)×10-6，輕稀土元素總含量為(100.50～354.87)×10-6，重稀土元素總含量為(18.62～29.63)×10-6，LREE/HREE值為5.40～11.98；中奧陶世帕夏拉依檔二長(zhǎng)花崗巖稀土元素總含量為(98.69～299.79)×10-6，輕稀土元素總含量為(87.95～283.42)×10-6，重稀土元素總含量為(10.74～18.42)×10-6，LREE/HREE值為8.19～17.31。

表2 螢石方解石脈稀土元素分析結(jié)果

上述圍巖及礦脈的稀土元素分布均表現(xiàn)出輕稀土元素富集、重稀土元素嚴(yán)重虧損的特征，反映了所有稀土元素均經(jīng)歷了強(qiáng)烈的分餾作用。

5 討 論

5.1 成礦物質(zhì)來(lái)源

螢石為含鈣礦物，Ca2+與稀土元素離子半徑相似，常以類質(zhì)同象方式替代，是稀土元素的重要載體。因此，開(kāi)展螢石礦物的稀土元素地球化學(xué)研究，對(duì)于分析成礦物質(zhì)來(lái)源和礦床成因均具有重要的科學(xué)意義[28-37]。

螢石方解石脈、古元古界阿爾金群a巖組變質(zhì)雜巖和中奧陶世帕夏拉依檔二長(zhǎng)花崗巖的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式形態(tài)相近，均表現(xiàn)為右傾、負(fù)Eu異常的“海鷗式”模型(圖7～9)。其中，巖石和礦石球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后，顯示螢石方解石脈(Nd/Yb)N值為4.28～5.52，Eu異常為0.33～0.44，Ce異常為1.02～1.07；阿爾金群a巖組變質(zhì)雜巖(Nd/Yb)N值為2.44～5.85，Eu異常為0.46～0.83，Ce異常為0.94～1.02；帕夏拉依檔二長(zhǎng)花崗巖(Nd/Yb)N值為4.07～25.16，Eu異常為0.28～0.59，Ce異常為0.96～1.02。

表3 變質(zhì)雜巖與二長(zhǎng)花崗巖稀土元素分析結(jié)果

總體來(lái)看，所有礦石和巖石的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式均表現(xiàn)為明顯右傾、負(fù)Eu異常的“海鷗式”模型(圖7～9)，輕稀土元素富集且有明顯的分餾，重稀土元素虧損且分餾不明顯。帕夏拉依檔二長(zhǎng)花崗巖輕、重稀土元素均出現(xiàn)明顯的分異分餾，說(shuō)明隨著巖漿結(jié)晶，稀土元素的分異作用逐漸增強(qiáng)。螢石方解石脈與古元古代變質(zhì)雜巖、中奧陶世二長(zhǎng)花崗巖的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式基本一致，說(shuō)明成礦物質(zhì)的來(lái)源與變質(zhì)雜巖、中奧陶世二長(zhǎng)花崗巖有關(guān)。

ws為樣品含量；wc為球粒隕石含量；球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[39]

稀土元素均以較穩(wěn)定的+3價(jià)存在，但Ce和Eu易受外界環(huán)境條件的影響而變價(jià)成為Ce4+和Eu2+。因此，Ce和Eu異常特征可用來(lái)指示成礦流體的氧化-還原條件[30,32,38]。在強(qiáng)酸性、還原環(huán)境中，Eu3+被還原成Eu2+的形式存在，離子半徑增大，不易取代Ca2+進(jìn)入螢石晶格中，沉淀出的螢石顯示出負(fù)Eu異常；而在堿性、氧化環(huán)境下，Eu2+被氧化形成Eu3+，離子半徑減小，此時(shí)可取代Ca2+大量進(jìn)入螢石晶格中，顯示出明顯的正Eu異常。卡爾恰爾螢石礦區(qū)的螢石方解石脈Eu異常為0.33～0.44，均顯示明顯的負(fù)Eu異常，指示該礦床螢石沉淀時(shí)成礦流體為酸性、還原環(huán)境。在氧化條件下，Ce3+易被氧化形成Ce4+，而Ce4+溶解度很小，易被吸附而脫離流體，導(dǎo)致從流體中沉淀出來(lái)的礦物顯示負(fù)Ce異常。而卡爾恰爾螢石礦區(qū)的螢石方解石脈中Ce異常為1.02～1.07，無(wú)負(fù)異常，同樣指示成礦流體為還原環(huán)境?？傮w來(lái)看，螢石方解石脈Eu異常和Ce異常變化范圍較小，具有較好的均一性，反映其成礦流體具有一致的來(lái)源，同時(shí)與礦區(qū)二長(zhǎng)花崗巖的Eu異常(0.28～0.59)和Ce異常(0.96～1.02)、變質(zhì)雜巖的Eu異常(0.46～0.83)和Ce異常(0.94～1.02)相近，反映成礦物質(zhì)來(lái)源與二長(zhǎng)花崗巖、變質(zhì)雜巖關(guān)系密切[8-10]。

Y、Ho具有相似的原子半徑與電子價(jià)位，地球化學(xué)性質(zhì)相似，Y/Ho值可作為示蹤流體過(guò)程的重要參數(shù)；富氟體系中，Y較Ho相對(duì)富集，一般Y/Ho值大于28[40]。卡爾恰爾螢石礦區(qū)的螢石方解石脈中Y/Ho值為28～30，變化范圍小且大于28，La/Ho值為44～63。Bau等在研究了英國(guó)和德國(guó)數(shù)個(gè)礦床中螢石Y與其他稀土元素的關(guān)系后，總結(jié)出了Y/Ho-La/Ho圖解，并指出Y、Ho分餾現(xiàn)象并不取決于流體來(lái)源，而是取決于流體的組成及其物理化學(xué)性質(zhì)[40-41]。同源同期形成的螢石La/Ho值與Y/Ho值具有相關(guān)性，且趨近于一條直線，大體呈水平分布；同源非同期形成的螢石La/Ho值與Y/Ho值成負(fù)相關(guān)關(guān)系；而重結(jié)晶的螢石Y/Ho值變化較小，La/Ho值變化較大。采自卡爾恰爾螢石礦區(qū)不同礦脈或不同部位的12件螢石方解石脈樣品在Y/Ho-La/Ho圖解[圖10(a)]中，沿同一條線呈近水平分布，指示該礦床的成礦流體可能具有一致的富氟流體來(lái)源，且為同期成礦。

圖8 變質(zhì)雜巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素球配分模式

圖9 二長(zhǎng)花崗巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式

La和Y地球化學(xué)性質(zhì)與輕、重稀土元素的相關(guān)性具有相似性。Barbieri等應(yīng)用La+Y-Y/La圖解分析螢石礦床成礦物質(zhì)來(lái)源與花崗巖、沉積石灰?guī)r和頁(yè)巖的關(guān)系[42]。其中，Y/La值可用于指示稀土元素的分餾程度，La+Y值可大致反映稀土元素含量。本文螢石方解石脈樣品均落在La+Y-Y/La圖解[圖10(b)]中的鈣堿性花崗巖區(qū)域，說(shuō)明卡爾恰爾超大型螢石礦床在成因上與鈣堿性花崗巖的侵入有著密切關(guān)系。同時(shí)，中細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖F豐度為896×10-6、似斑狀二長(zhǎng)花崗巖F豐度為435×10-6(未發(fā)表)，這說(shuō)明前者相比于后者可能更有利于提供成礦物質(zhì)。變質(zhì)雜巖中的含金云橄欖大理巖呈薄層和透鏡狀分布于巖體外接觸帶，部分含金云橄欖大理巖構(gòu)成螢石方解石脈的直接圍巖，推測(cè)阿爾金群a巖組中的大理巖可能為螢石成礦提供部分鈣質(zhì)。

圖(a)引自文獻(xiàn)[41]；圖(b)引自文獻(xiàn)[42]

5.2 成礦過(guò)程與成礦模型

卡爾恰爾超大型螢石礦床大地構(gòu)造位置處于阿爾金造山帶中部地塊變質(zhì)雜巖帶內(nèi)，該雜巖帶原巖由富含F(xiàn)、Ca的碳酸鹽巖-沉積細(xì)碎屑巖-火山巖建造組成；加里東期區(qū)域卡爾恰爾—闊什復(fù)合斷裂先后經(jīng)歷了逆沖擠壓、左行走滑、右行走滑和脆性變形的構(gòu)造演化過(guò)程，為螢石礦的充填提供了有利構(gòu)造空間。

圖11 卡爾恰爾超大型螢石礦床成礦模型

6 結(jié) 語(yǔ)

(1)前寒武系阿爾金群a巖組變質(zhì)雜巖、中奧陶世二長(zhǎng)花崗巖和韌性剪切斷裂構(gòu)造是新疆阿爾金地區(qū)卡爾恰爾超大型螢石礦床的重要控制要素。變質(zhì)雜巖和巖漿巖提供主要成礦物質(zhì)，巖漿活動(dòng)為元素的活化、遷移和富集提供了充分的熱動(dòng)力條件，F(xiàn)1韌性剪切斷裂及旁側(cè)大量發(fā)育的斷裂-裂隙構(gòu)造為螢石礦的充填創(chuàng)造了有利構(gòu)造環(huán)境。

(2)卡爾恰爾超大型螢石礦床類型主要為螢石方解石脈型，礦物成分簡(jiǎn)單，橫向上分帶不明顯，垂向上有一定的分帶性。礦石以粗晶粒狀、文象和交代結(jié)構(gòu)為主，礦石構(gòu)造主要為團(tuán)塊狀、角礫狀和條帶狀構(gòu)造。

(3)螢石方解石脈與古元古代變質(zhì)雜巖、中奧陶世二長(zhǎng)花崗巖的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式基本一致，反映成礦物質(zhì)來(lái)源與古元古代變質(zhì)雜巖、中奧陶世二長(zhǎng)花崗巖有關(guān)。

(4)中奧陶世巖漿熱液沿?cái)嗔?裂隙上升，萃取阿爾金群a巖組變質(zhì)雜巖中的F、Ca形成含礦熱液，在斷裂-裂隙構(gòu)造的有利部位充填-交代形成螢石方解石脈。在上述基礎(chǔ)上建立了卡爾恰爾超大型螢石礦床的成礦模型。

研究工作得到新疆維吾爾自治區(qū)自然資源廳、新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局、新疆維吾爾自治區(qū)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量評(píng)審中心的鼎力支持，李鳳鳴、高鵬和陳克強(qiáng)教授級(jí)高級(jí)工程師等在項(xiàng)目完成過(guò)程中給予了許多指導(dǎo)性意見(jiàn)，巖石和礦石稀土元素分析在新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局測(cè)試中心完成，在此一并表示衷心的感謝！