趙俊興 何暢通,2 秦克章,2 施睿哲,2 劉小馳 胡方泱 余可龍,2 孫政浩,2

1.中國科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029 2.中國科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院，北京 100049 3.巖石圈演化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029

喜馬拉雅碰撞造山帶近2500km長(zhǎng)度范圍內(nèi)產(chǎn)出有巨量的新生代淡色花崗巖?？臻g上，它由北側(cè)的特提斯喜馬拉雅淡色花崗巖帶與南側(cè)的高喜馬拉雅淡色花崗巖帶構(gòu)成(Le Fortetal.,1987;Harrisonetal.,1998;Searleetal.,2009;Zhangetal.,2012;吳福元等，2015)。時(shí)間上，其巖漿活動(dòng)可分為始喜馬拉雅階段(44～26Ma)、新喜馬拉雅階段(26～13Ma)和后喜馬拉雅階段(13～7Ma)三個(gè)階段(吳福元等，2015)。巖性以二云母花崗巖、電氣石淡色花崗巖和石榴石淡色花崗巖為主(Guillot and Le Fort,1995;吳福元等，2015;Liuetal.,2016)，其中北側(cè)特提斯喜馬拉雅淡色花崗巖以二云母花崗巖為主，少數(shù)有電氣石淡色花崗巖和石榴石淡色花崗巖，產(chǎn)狀多為獨(dú)立巖體產(chǎn)出在片麻巖穹隆的核部地區(qū)(如雅拉香波地區(qū)巖體，曾令森等，2009)；南側(cè)高喜馬拉雅淡色花崗巖以電氣石淡色花崗巖和二云母花崗巖為主，以巖席或巖墻形式沿藏南拆離系(STDS)產(chǎn)出(如Manaslu巖體，Harrisonetal.,1999)。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為喜馬拉雅淡色花崗巖是原地侵位的純地殼來源的低熔花崗巖 (Le Fortetal.,1987)，不具有稀有金屬成礦潛力。近年來，吳福元等(2015)基于淡色花崗巖的基礎(chǔ)巖石成因研究，提出喜馬拉雅淡色花崗巖為高度結(jié)晶分異的花崗巖，為異地深成(而非原地重熔)侵入體。該淡色花崗巖成因理論的創(chuàng)新，預(yù)示著喜馬拉雅很可能具有稀有金屬成礦潛力(王汝成等，2017；吳福元等，2017)。

近年來，經(jīng)過野外不斷探索，目前查驗(yàn)出20余處具有稀有金屬礦化的淡色花崗巖體和偉晶巖(Wuetal.,2020)，稀有金屬礦物包括有綠柱石、錫石、鈮鉭鐵礦族礦物、燒綠石-細(xì)晶石、重鉭鐵礦、黑鎢礦、鋰輝石等(王汝成等，2017；秦克章等，2021b)。從產(chǎn)狀上看，喜馬拉雅稀有金屬花崗偉晶巖主要產(chǎn)出于在穹窿中淡色花崗巖周圍或變質(zhì)巖地層中，呈巖脈穿插淡色花崗巖中(王汝成等，2017)，或透鏡體/囊狀體獨(dú)立產(chǎn)出在地層中(劉志超等，2020)，或產(chǎn)出于大理巖、矽卡巖與巖體接觸帶內(nèi)(何暢通等，2020)。金屬組合以Be-Nb-Ta(W-Sn)為主，大多分布在特提斯喜馬拉雅帶內(nèi)，其中以錯(cuò)那洞大型鎢-錫-鈹?shù)V床為代表，主要為矽卡巖-偉晶巖型鈹?shù)V和脈狀錫-鈹?shù)V(李光明等，2017;Xieetal.,2020;何暢通等，2020)。喜馬拉雅稀有金屬偉晶巖總體上呈現(xiàn)“富鈹少鋰”的礦化特點(diǎn)(秦克章等，2021b)，僅在少數(shù)高喜馬拉雅地區(qū)偉晶巖(普士拉與拉隆地區(qū)，Liuetal.,2020;Wuetal.,2020)和特提斯喜馬拉雅庫曲偉晶巖(周起鳳等，2021)中報(bào)道發(fā)現(xiàn)有鋰輝石礦物。秦克章等(2021a)報(bào)道該團(tuán)隊(duì)在喜馬拉雅瓊嘉崗地區(qū)發(fā)現(xiàn)數(shù)條寬約20～100m的鋰輝石偉晶巖，并針對(duì)偉晶巖開展科研草測(cè)填圖(約4km2)，針對(duì)瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖的地質(zhì)特征和分帶特征開展研究，初步評(píng)價(jià)鋰資源具有大型規(guī)模以上，為喜馬拉雅首例具有工業(yè)價(jià)值的偉晶巖型鋰礦。

為了更為全面的認(rèn)識(shí)喜馬拉雅瓊嘉崗偉晶巖型鋰礦的成因特征，本文通過對(duì)瓊嘉崗鋰礦中偉晶巖的巖石地球化學(xué)、獨(dú)居石和鈮鉭鐵礦族礦物的礦物成分和年代學(xué)，以及獨(dú)居石單礦物Nd同位素開展系統(tǒng)研究，解析瓊嘉崗鋰礦的形成時(shí)代、源區(qū)特征和分異特征。

1 喜馬拉雅瓊嘉崗偉晶巖型鋰礦地質(zhì)特征

瓊嘉崗偉晶巖型鋰礦位于高喜馬拉雅淡色花崗巖帶內(nèi)的珠峰地區(qū)(圖1)，藏南拆離系下的高喜馬拉雅變質(zhì)巖系中。區(qū)域上，該地區(qū)出露有二云母花崗巖、含電氣石白云母花崗巖和電氣石花崗巖等淡色花崗巖體，且各花崗巖體均有偉晶巖相伴生。偉晶巖或呈囊狀體產(chǎn)出在片麻巖和大理巖地層中，或呈巖脈穿插在淡色花崗巖內(nèi)，或與淡色花崗巖呈漸變過渡關(guān)系。填圖區(qū)以北20～25km為藏南拆離系斷層，附近地層和巖體發(fā)生糜棱巖化。在填圖區(qū)域內(nèi)(圖2)，目前共發(fā)現(xiàn)有40余條鋰輝石偉晶巖呈囊狀體、厚板狀，產(chǎn)出于高喜馬拉雅帶震旦系肉切村群大理巖和弱矽卡巖化大理巖中(圖3和圖4a-d)。地表出露的偉晶巖體寬度不一，最寬可達(dá)百米，共同構(gòu)成北北東和北東東-東西向、走向延長(zhǎng)數(shù)百米和近千米的兩條主要偉晶巖帶。地表部分規(guī)模較小偉晶巖脈可能為第四系冰磧物覆蓋，懷疑深部相連。其中鋰輝石偉晶巖中礦石主要為塊狀構(gòu)造，自形粒狀結(jié)構(gòu)，主要礦石礦物包括鋰輝石，為長(zhǎng)柱狀，少數(shù)為短柱狀和粒狀，呈淡綠色、黃綠色，少數(shù)可見淺黃白色；綠柱石為淺藍(lán)色和淺綠色短柱狀；少量鈮鐵礦-鈮錳礦和錫石。脈石礦物包括微斜長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石、石英、電氣石和石榴石等。其中富礦石中鋰輝石可達(dá)70%以上。填圖結(jié)果顯示區(qū)內(nèi)主要為電氣石花崗巖體和巖脈，偉晶巖和電氣石花崗巖接觸關(guān)系包括從電氣石花崗巖逐漸漸變過渡到偉晶巖，和以巖脈穿插在電氣石花崗巖中(圖4e)。但瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖深部垂向上并未發(fā)現(xiàn)有大型花崗巖巖基出露，其母體花崗巖的地質(zhì)特征尚待查證。

圖1 喜馬拉雅淡色花崗巖分布示意圖(據(jù)潘桂棠等，2004；劉志超等，2020)Fig.1 Distribution map of the Himalayan leucogranite (modified after Pan et al.,2004;Liu et al.,2020)

圖2 喜馬拉雅瓊嘉崗偉晶巖型鋰礦地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.2 Simplified geological map of the Qongjiagang lithium pegmatite deposit,Himalaya,Tibet

圖3 瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖剖面圖及采樣位置Fig.3 Cross-section of the Qongjiagang lithium pegmatite deposit,Himalaya,Tibet,noted with the sample locations in this study

圖4 喜馬拉雅瓊嘉崗偉晶巖型鋰礦野外露頭照片(a-c)為鋰輝石偉晶巖侵入到圍巖大理巖和弱矽卡巖化大理巖中；(d)為鋰輝石產(chǎn)出于塊體微斜長(zhǎng)石+鋰輝石帶內(nèi)；(e)電氣石花崗巖中發(fā)育有暗色礦物條帶(主要由電氣石組成)，后期偉晶巖脈穿切電氣石花崗巖Fig.4 Photographs of the field outcrops at the Qongjiagang lithium pegmatite deposit,Himalaya,Tibet(a-c)Qongjiagang spodumene pegmatite intruded into the marble and skarn marble of the pre-Cambrian Rouqiecun Group;(d)Spodumene mainly occurred in the massive microcline+spodumene zone;(e)barren pegmatite dykes intruded into the tourmaline granite with the dark mineral bands (mainly fine-grained tourmaline)

瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖結(jié)構(gòu)分帶(圖5)主要可分為細(xì)粒鈉長(zhǎng)石帶(Ⅰ帶)、分層細(xì)晶巖帶(Ⅱ帶)和塊體微斜長(zhǎng)石+鋰輝石帶(Ⅲ帶)，少數(shù)偉晶巖邊部還出現(xiàn)有文象結(jié)構(gòu)帶，各結(jié)構(gòu)帶之間呈漸變過渡的關(guān)系?，F(xiàn)簡(jiǎn)要概述各結(jié)構(gòu)帶的礦物組成：

圖5 喜馬拉雅瓊嘉崗偉晶巖型鋰礦各結(jié)構(gòu)帶照片(a、b)為鋰輝石偉晶巖的典型分帶特征，從邊到核為細(xì)粒鈉長(zhǎng)石邊部帶、分層細(xì)晶巖帶和含鋰輝石主要分帶塊體微斜長(zhǎng)石+鋰輝石帶；(c)鋰輝石偉晶巖邊部的分層細(xì)晶巖，可見暗色彎曲條帶；(d)鋰輝石主要產(chǎn)出于塊體微斜長(zhǎng)石+鋰輝石帶內(nèi)(鏡頭方向近似平行于鋰輝石長(zhǎng)軸方向)Fig.5 Photographs of internal zonation patterns of the Qongjiagang spodumene pegmatite(a,b)internal zonation patterns include saccharoidal albite zone,layered aplite zone and massive microcline+spodumene zone from rim to core;(c)the occurrence of the aplitic quartz+tourmaline layers,sometimes with curved bands;(d)spodumene grains mainly occurred in the massive microcline+spodumene zone (camera direction parallel to the long-axis of the spodumene minerals)

(1)Ⅰ帶為細(xì)粒鈉長(zhǎng)石帶，主要產(chǎn)于偉晶巖邊部，與圍巖交界處，以含有大量細(xì)粒鈉長(zhǎng)石、電氣石和石榴石為特征。主要組成礦物包括：鈉長(zhǎng)石45%～50%(體積百分?jǐn)?shù)，下同)、粒徑為0.5～3mm；石英20%～25%，粒徑為0.5～2mm；電氣石5%～10%，粒徑為0.5～2mm；白云母3%～5%，粒徑為0.5～2mm；鉀長(zhǎng)石5%～10%，粒徑為0.5～2mm；和石榴石(<1%)。副礦物有鋯石、錫石、鈮鉭鐵礦族礦物等。

(2)Ⅱ帶為分層細(xì)晶巖帶(圖5a-c)，特征為電氣石與鈉長(zhǎng)石組成條帶狀產(chǎn)出于細(xì)粒鈉長(zhǎng)石帶與塊體微斜長(zhǎng)石+鋰輝石帶之間，礦物組合為電氣石、鈉長(zhǎng)石、石英、鉀長(zhǎng)石和少量石榴石，副礦物包括鋯石、鈮鉭鐵礦族礦物等，細(xì)粒鈉長(zhǎng)石帶和分層細(xì)晶巖也可以交替出現(xiàn)在鋰輝石偉晶巖邊部。

(3)Ⅲ帶為塊體微斜長(zhǎng)石+鋰輝石帶，是鋰輝石偉晶巖的主體部分(圖5d)，以塊體微斜長(zhǎng)石、和塊體中的中-粗晶鋰輝石、細(xì)粒石英和細(xì)粒鈉長(zhǎng)石集合體組成為特征，其中鋰輝石邊部可見細(xì)粒鋰輝石和石英交生結(jié)構(gòu)(簡(jiǎn)稱為SQI結(jié)構(gòu)，圖6a,b)。主要礦物包括：微斜長(zhǎng)石40%～45%，粒徑為 5～10cm；青綠色鋰輝石25%～30%，粒徑通常10～15cm，以長(zhǎng)柱狀為主，少量短柱狀和粒狀；石英10%；細(xì)粒鈉長(zhǎng)石10%～15%；和白云母3%～5%。副礦物包括鋯石、磷灰石、獨(dú)居石、鈮鉭鐵礦族礦物等(圖6c,d)。此外，在電氣石花崗巖中還穿插有含綠柱石偉晶巖，其主要礦物組合為鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石、石英、白云母、電氣石、石榴石和綠柱石。

圖6 瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖中鋰輝石及共生稀有金屬礦物BSE顯微圖片(a、b)由鋰輝石與其邊部的細(xì)粒鋰輝石+石英共生結(jié)構(gòu)(細(xì)粒鋰輝石與石英交生結(jié)構(gòu)，SQI為spodumene-quartz intergrowth縮寫)；(c)鈮鐵礦與鋯石，其中鈮鐵礦可見震蕩環(huán)帶，鋯石則呈現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)；(d)錫石包裹不規(guī)則鈮鐵礦的礦物包裹體.礦物縮寫：Ab-鈉長(zhǎng)石；Col-Fe-鈮鐵礦；Cst-錫石；Kfs-鉀長(zhǎng)石；Mus-白云母；Qz-石英；Spd-鋰輝石；Tur-電氣石；Zrn-鋯石Fig.6 BSE images and coexisted rare-metal minerals in the Qongjiagang spodumene pegmatites(a,b)show spodumene and fine-grained spodumene-quartz intergrowth texture (SQI)in its rim;(c)shows the oscillatory zoned columbite grain and spongy zircon;(d)shows irregular columbite-group minerals enclosed in the cassiterite.Mineral abbreviations:Ab-albite;Col-Fe-columbite;Cst-cassiterite;Kfs-K-feldspar;Mus-muscovite;Qz-quartz;Spd-spodumene;Tur-tourmaline;Zrn-zircon

本次巖石化學(xué)、同位素定年和同位素測(cè)試樣品主要根據(jù)實(shí)測(cè)剖面進(jìn)行連續(xù)取樣(圖3)，選取包括鋰輝石偉晶巖三個(gè)結(jié)構(gòu)帶的特征性樣品，具體樣品詳見表1。

表1 瓊嘉崗偉晶巖型鋰礦樣品特征和測(cè)試方法Table 1 Characteristics of the analytical samples and methods in Qongjiagang lithium pegmatite deposit

續(xù)表1Continued Table 1

2 測(cè)試方法

樣品在粉碎粉末之前，選取體積較大、結(jié)構(gòu)具代表性且礦物分布較為均勻的區(qū)域進(jìn)行切割和粉碎，全樣粉碎混合后獲取所需測(cè)試樣品開展研究。全巖主量元素、微量元素和稀土元素在澳實(shí)礦物實(shí)驗(yàn)室(ALS Minerals)分析獲得，主量元素測(cè)試誤差小于5%，微量元素相對(duì)誤差優(yōu)于10%，Li含量?jī)?yōu)于5%。分析結(jié)果見表2。

表2 瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖全巖主量(wt%)和微量(×10-6)元素成分Table 2 Major (wt%)and trace (×10-6)element compositions of the Qongjiagang spodumene pegmatite

續(xù)表2Continued Table 2

獨(dú)居石和鈮鉭鐵礦電子探針分析、獨(dú)居石U-Pb定年及Nd同位素分析在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司完成。獨(dú)居石和鈮鐵礦-鈮錳礦族礦物成分利用JEOL-JXA8230電子探針完成。其加速電壓為20kV，電子束電流2nA (鈮鈮錳礦)和5nA (獨(dú)居石)，束斑直徑為3～5μm，每個(gè)元素?cái)?shù)據(jù)采集時(shí)間20～40s。測(cè)試使用的標(biāo)準(zhǔn)樣品為天然樣品和人工合成氧化物，數(shù)據(jù)采用ZAF方法校正。分析結(jié)果見表3和表4。獨(dú)居石U-Pb定年和微量元素利用LA-ICPMS同時(shí)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(hào)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(gè)T型接頭混合，激光剝蝕系統(tǒng)配置有信號(hào)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(hào)，特別適用于高U含量樣品的微區(qū)測(cè)試(Zongetal.,2015)。本次分析的激光束斑和頻率分別為16μm和2Hz，并采用獨(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，利用獨(dú)居石Trebilcock作為檢測(cè)標(biāo)樣(272±4Ma，Tomascaketal.,1996)，本次Trebilcock獨(dú)居石獲得206Pb/238U加權(quán)平均年齡為274.9±1.4Ma (n=6)。每個(gè)時(shí)間分辨分析數(shù)據(jù)包括大約20～30s空白信號(hào)和50s樣品信號(hào)。分析數(shù)據(jù)離線處理采用軟件ICPMSDataCal (Liuetal.,2008,2010)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，其中獨(dú)居石的微量元素采用電子探針獲得的Ce元素含量作為內(nèi)標(biāo)，分析點(diǎn)位與探針分析點(diǎn)位相同，分析結(jié)果見表5和表6。

表3 瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖中獨(dú)居石代表性EPMA結(jié)果(wt%)Table 3 Representative EPMA results of monazites from the Qongjiagang spodumene pegmatite (wt%)

續(xù)表3Continued Table 3

表4 瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖中鈮鉭鐵礦族礦物代表性EPMA結(jié)果(wt%)Table 4 Representative EPMA results of columbite group minerals from the Qongjiagang spodumene pegmatite (wt%)

表5 瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖(樣品21QJG16-8)中獨(dú)居石U-Th-Pb同位素定年結(jié)果Table 5 Geochronologic results of monazite U-Th-Pb isotopic compositions from the Qongjiagang spodumene pegmatite (Sample 21QJG16-8)

表6 瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖(樣品21QJG16-8)中獨(dú)居石LA-ICPMS微量元素(×10-6)測(cè)試結(jié)果Table 6 Results of monazite LA-ICPMS trace-element compositions (×10-6)from the Qongjiagang spodumene pegmatite (Sample 21QJG16-8)

獨(dú)居石微區(qū)原位Nd同位素比值測(cè)試?yán)眉す鈩兾g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?dú)獗患尤氲絀CP以提高Nd同位素的測(cè)試信號(hào)(Xuetal.,2015)。分析采用單點(diǎn)模式，激光的束斑大小和剝蝕頻率根據(jù)樣品的Nd信號(hào)強(qiáng)度調(diào)節(jié)，激光能量密度固定在～10.0J/cm2，分析過程配備了和定年相同的信號(hào)平滑裝置。143Nd/144Nd同位素儀器質(zhì)量分餾校正通過指數(shù)法則校正，校正因子利用146Nd/144Nd=0.7219估算獲得。144Sm對(duì)144Nd的干擾校正通過監(jiān)控149Sm的信號(hào)，并選擇144Sm/149Sm=0.2301。144Sm/149Sm的儀器質(zhì)量分餾校正通過歸一化到無干擾的147Sm/149Sm，并選擇147Sm/149Sm=1.08680，詳細(xì)的分析方法校正描述請(qǐng)參考(Xuetal.,2015)。全部分析數(shù)據(jù)采用專業(yè)同位素?cái)?shù)據(jù)處理軟件“Iso-Compass”進(jìn)行數(shù)據(jù)處理(Zhangetal.,2020)。一個(gè)天然獨(dú)居石標(biāo)樣GBW44069和一個(gè)天然榍石標(biāo)樣MKED1作為未知樣品監(jiān)控微區(qū)原位獨(dú)居石Nd同位素校正方法的可靠性。GBW44069的化學(xué)組成和Nd同位素組成參見Xuetal.(2015)，本次測(cè)試GBW44069和MKED1分別為0.512186±0.000014 (n=10)和0.511635±0.000027(n=12)，在推薦值范圍內(nèi)。樣品分析結(jié)果見表7。

表7 瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖(樣品21QJG16-8)中獨(dú)居石Sm-Nd同位素組成Table 7 Monazite Sm-Nd isotopic compositions from the Qongjiagang spodumene pegmatite (Sample 21QJG16-8)

鈮鉭礦U-Pb同位素分析在北京燕都中實(shí)測(cè)試技術(shù)有限公司利用LA-ICP-MS完成。激光剝蝕系統(tǒng)為NWR193nm Ar-F準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)，ICP-MS為Analytikjena Plasma Quant MSQ電感耦合等離子質(zhì)譜儀。鈮鉭礦U-Pb同位素定年中采用鈮鉭礦標(biāo)樣ZTa-01(in-house standard，未發(fā)表，265Ma)作外標(biāo)進(jìn)行同位素分餾校正，并利用Coltan139(Cheetal.,2015;Melcheretal.,2015)做監(jiān)控標(biāo)樣。采用NIST610做外標(biāo)進(jìn)行U，Pb含量計(jì)算。每分析8～10個(gè)樣品點(diǎn)，分析一組標(biāo)樣NIST610，ZTa-01，Coltan139。Coltan139是來自馬達(dá)加斯加的不分帶的鈮鐵礦晶體(G?bleretal.,2011;Cheetal.,2015，2019)，是德國聯(lián)邦地球科學(xué)與自然資源研究所的內(nèi)部參考物質(zhì)，TIMS和LA-ICP-MS測(cè)試獲得Coltan139的U-Pb年齡為506Ma (Melcheretal.,2015)，本次測(cè)試得到Coltan139的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為508.7±3.1Ma (n=15)。激光剝蝕過程中采用氦氣作載氣，由一個(gè)T型接頭將氦氣和氬氣混合后進(jìn)入ICP-MS中。每個(gè)采集周期包括大約20s的空白信號(hào)和50s的樣品信號(hào)。測(cè)試激光束斑大小為45μm，能量密度1.8J/cm2，剝蝕頻率為6Hz。各樣品的207Pb校正后加權(quán)平均年齡計(jì)算及Tera-Wasserburg圖件的繪制采用Isoplot(ver 3.0)程序(Ludwig,2003)。數(shù)據(jù)結(jié)果見表8。

表8 瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖中鈮鉭鐵礦族礦物U-Th-Pb同位素定年結(jié)果Table 8 Geochronologic dating results of columbite group minerals by U-Th-Pb isotopic compositions from the Qongjiagang spodumene pegmatites

續(xù)表8Continued Table 8

3 測(cè)試結(jié)果

3.1 巖石地球化學(xué)特征

巖石地球化學(xué)結(jié)果顯示(表2)，瓊嘉崗偉晶巖屬于硅與鋁過飽和巖石(SiO2:66.86%～78.08%;Al2O3:14.78%～19.53%)，貧鎂(0.01%～0.05%)、鐵(0.03%～0.46%)、鈦(<0.01%)、鈣(0.23%～0.71%)等元素，K2O(0.76%～6.95%)和Na2O(2.22%～7.36%)含量變化范圍較大，主量元素較大變化可能與不同結(jié)構(gòu)帶或樣品中鉀長(zhǎng)石、電氣石等礦物含量不同有關(guān)。微量元素方面，利用K/Rb含量來比較Li、Cs、Nb和Ta元素的富集情況(圖7)，整體K/Rb含量在相對(duì)相似的區(qū)間。研究顯示，鋰含量(圖7a)從邊部細(xì)粒鈉長(zhǎng)石帶(～100×10-6)到分層細(xì)晶巖帶(～1000×10-6)，再到鋰輝石主要賦存的塊體微斜長(zhǎng)石帶 (>3000×10-6)逐漸升高，而Cs含量(圖7b)則是從細(xì)粒鈉長(zhǎng)石和分層細(xì)晶巖帶(>100×10-6)，逐漸減少到塊體微斜長(zhǎng)石+鋰輝石帶中Cs含量小于100×10-6。研究并沒有發(fā)現(xiàn)高含量Ta和高Ta/Nb比值在主要含鋰輝石礦體樣品中被記錄下來(圖7c)。從Li、Be、Nb和Ta含量看(表2)，已有偉晶巖剖面樣品的Li含量達(dá)到最低工業(yè)品位(除偉晶巖邊部帶)，Be半數(shù)達(dá)到邊界品位，Nb半數(shù)達(dá)到工業(yè)品位。

圖7 瓊嘉崗偉晶巖K/Rb對(duì)Li (a)、Cs(b)和Ta/Nb(c)二元圖解Fig.7 Geochemical variations of K/Rb against Li (a),Cs (b)and Ta/Nb (c)observed in the Qongjiagang pegmatite

3.2 獨(dú)居石EPMA結(jié)果、U-Pb定年和單礦物Sm-Nd同位素

鋰輝石偉晶巖(21QJG16-08)中獨(dú)居石呈淺黃色，半自形到自形，主要呈短柱狀，半自形到自形。BSE背散射圖像揭示瓊嘉崗偉晶巖中部分獨(dú)居石具有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出明顯的巖漿韻律環(huán)帶特征。本次電子探針分析、獨(dú)居石年齡和同位素測(cè)試主要挑選BSE圖像較為均一區(qū)域進(jìn)行測(cè)試。獨(dú)居石EPMA結(jié)果顯示(n=29)，其具有較低的CaO(0.18%～3.57%)和SiO2含量(0.09%～1.37%)；La2O3和Ce2O3的含量在18.50%～30.72%和20.36%～34.79%之間變化；而Y2O3含量最高可達(dá)0.81%；獨(dú)居石的ThO2含量變化較大(1.89%～24.10%)?；?個(gè)氧原子計(jì)算方法(Pyleetal.,2001)計(jì)算瓊嘉崗獨(dú)居石在2CePO4-CaTh(PO4)2-2ThSiO4體系中(F?rster,1998)端元占比(表3)，結(jié)果顯示獨(dú)居石Mo%(2CePO4)占比達(dá)63.1%～96.7%，屬于Ce-獨(dú)居石；Brb%(CaTh(PO4)2)占比為14.3%～29.8%；Hu%(2ThSiO4)占比為0.54%～7.13%(圖8a)。而從(U+Th+Si)-(REE +P+Y)(a.p.f.u)的元素替代關(guān)系圖解可以看出(圖8b)：Th和Si替代REE和P的關(guān)系為主，U和Si替代REE和P以及Ca和Th替代REE(Ca2++Th4+?2REE3+)可能同時(shí)發(fā)生。同時(shí)，微量元素結(jié)果顯示瓊嘉崗偉晶巖中獨(dú)居石大多表現(xiàn)出明顯的四分組相應(yīng)，并具有較強(qiáng)的Eu負(fù)異常(圖8c,d)，顯示獨(dú)居石結(jié)晶于高演化特征的花崗偉晶巖熔體。

圖8 瓊嘉崗偉晶巖獨(dú)居石EPMA礦物地球化學(xué)成分圖解(a)2CePO4-CaTh(PO4)2-2ThSiO4三元圖解(底圖據(jù)F?rster,1998，根據(jù)4個(gè)氧原子結(jié)果和EPMA結(jié)果)；(b)(U+Th+Si)-(REE+P+Y)(a.p.f.u)圖解(分子式占比據(jù)16個(gè)氧原子結(jié)果和EPMA結(jié)果，圖中元素替代關(guān)系來自Franz et al.,1996)；(c)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化微量元素配分圖(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough1989)；(d)Eu/Eu*-TE1,3相關(guān)關(guān)系圖Fig.8 Plots of monazite EPMA compositions from the Qongjiagang pegmatites(a)2CePO4-CaTh(PO4)2-2ThSiO4 plot (base map after F?rster,1998;based on 4 oxygen atom and EPMA results)；(b)(U+Th+Si)vs.(REE+P+Y)(a.p.f.u)plot (based on 16 oxygen atom and EPMA results,and elemental substitutions cited from Franz et al. 1996);(c)chondrite-normalization patterns of monazite trace-element compositions (normalizes values refers to Sun and McDonough,1989);(d)Eu/Eu* vs.TE1,3 plot

圖9 獨(dú)居石U-Pb同位素Tera-Wasserburg圖(a)和經(jīng)過207Pb校正的206Pb/238U加權(quán)平均年齡圖(b)Fig.9 Monazite U-Pb Tera-Wasserburg curve (a)and weighted mean ages of 207Pb-corrected 206Pb/238U ages (b)

圖10 獨(dú)居石147Sm/144Nd-143Nd/144Nd圖解(a)和εNd(t)值直方圖(b)Fig.10 Monazite 143Nd/144Nd vs.147Sm/144Nd plot (a)and histogram of εNd(t)values (b)

3.3 鈮鐵礦-鈮錳礦礦物EPMA結(jié)果和LA-ICPMS U-Pb定年

瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖中鈮鉭礦物以鈮鐵礦-鈮錳礦為主(圖11)，Ta/(Nb+Ta)值相對(duì)低，在0.04～0.22之間，Mn/(Fe+Mn)值變化相對(duì)較大，在0.29～0.77之間變化。背散射電子圖像觀察表明本區(qū)鈮鐵礦-鈮錳礦具有明顯的環(huán)帶構(gòu)造特征，且礦物呈現(xiàn)自形-半自形結(jié)構(gòu)，亮暗相間，成分呈現(xiàn)周期性變化，可見環(huán)帶平行于結(jié)晶生長(zhǎng)面。而從單個(gè)顆粒元素線掃描的結(jié)果上看(圖12a,b)，鈮鐵礦-鈮錳礦中的Nb與Ta含量發(fā)生規(guī)律性變化，環(huán)帶中亮暗對(duì)應(yīng)于富Ta和貧Ta部分，而Fe和Mn含量在晶體生長(zhǎng)過程中沒有明顯的變化。

圖11 瓊嘉崗鈮鐵礦-鈮錳礦的Ta/(Nb+Ta)-Mn/(Fe+Mn)圖解Fig.11 Columbite Ta/(Nb+Ta)vs.Mn/(Fe+Mn)diagram for the Qongjiagang pegmatites

圖12 瓊嘉崗鈮鐵礦-鈮錳礦族礦物Fe、Mn、Nb和Ta元素線掃描圖及對(duì)應(yīng)BSE背散射圖，顯示明顯的韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)Fig.12 Scan line of Fe,Mn,Nb and Ta elemental contents in columbite minerals from the Qongjiagang pegmatites and their BSE images showing oscillatory zonation

其中鋰輝石偉晶巖邊部的分層細(xì)晶巖樣品(21QJG16-02)，其鈮鐵礦-鈮錳礦族的U-Pb同位素結(jié)果在Tera-Wasserburg圖解擬合線上20個(gè)測(cè)試點(diǎn)年齡下交點(diǎn)年齡24.5±0.2Ma (MSWD=1.05，圖13a)，與經(jīng)過207Pb校正后206Pb/238U加權(quán)平均年齡為24.5±0.2Ma (MSWD=1.11，圖13b)在誤差范圍內(nèi)一致。瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖邊部的鈉長(zhǎng)石細(xì)晶巖樣品(21QJG16-03)結(jié)果顯示，20個(gè)測(cè)試點(diǎn)年齡下交點(diǎn)年齡25.0±0.2Ma (MSWD=1.5，圖13c)與其207Pb校正后的206Pb/238U加權(quán)平均年齡(24.9±0.3Ma，MSWD=1.6，圖13d)。鋰輝石偉晶巖(21QJG16-08)中20個(gè)測(cè)試點(diǎn)年齡下交點(diǎn)年齡24.3±0.2Ma (MSWD=1.17，圖13e)與其207Pb校正后的206Pb/238U加權(quán)平均年齡(24.2±0.2Ma，MSWD=1.2，圖13f)相一致。綜上所述，瓊嘉崗鈮鐵礦-鈮錳礦族礦物U-Pb定年結(jié)果揭示瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖稀有金屬礦化年齡為在25.0～24.2Ma之間。

4 討論

4.1 瓊嘉崗地區(qū)鋰輝石偉晶巖形式時(shí)代與源區(qū)特征

4.1.1 形成時(shí)代

相對(duì)于高喜馬拉雅地區(qū)出露的淡色花崗巖，偉晶巖和稀有金屬偉晶巖脈的規(guī)模較小，應(yīng)具有更為快速的冷凝、上升與結(jié)晶過程(London,2008)。本次研究不同結(jié)構(gòu)帶中鈮鐵礦-鈮錳礦單礦物U-Pb年齡結(jié)果揭示(圖13)，鋰輝石偉晶巖從邊部鈉長(zhǎng)石細(xì)晶巖到中間塊體微斜長(zhǎng)石偉晶巖，成礦年齡結(jié)果在24.9±0.3Ma到24.2±0.2Ma之間，與獨(dú)居石年齡結(jié)果(25.3±0.5Ma)在誤差范圍內(nèi)一致。這一結(jié)果表明瓊嘉崗偉晶巖為快速冷卻結(jié)晶的產(chǎn)物，與偉晶巖快速結(jié)晶模型的認(rèn)識(shí)相一致(Morgan VI and London,1999;Webberetal.,1999)。

圖13 瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖鈮鐵礦-鈮錳礦U-Pb定年Tera-Wasserburg圖解(a、c、e)和經(jīng)過207Pb校正后206Pb/238U加權(quán)平均年齡圖解(b、d、f)Fig.13 Columbite +U-Pb Tera-Wasserburg curves(a,c,e)and weighted mean ages of 207Pb-corrected 206Pb/238U ages(b,d,f)for the Qongjiagang pegmatites

4.1.2 源區(qū)特征

4.2 瓊嘉崗地區(qū)偉晶巖型鋰礦中偉晶巖分異特征

礦物組成 瓊嘉崗獨(dú)居石具有較高TE1,3值說明其結(jié)晶于分異程度較高的花崗偉晶巖熔體(圖8d)。其鈮鉭鐵礦族礦物的WO3含量與Ta/(Nb+Ta)值呈輕微正相關(guān)(圖14a)，即隨Ta/(Nb+Ta)值增大，WO3含量升高，表明W元素傾向富集于殘余熔體。而TiO2含量與Mn/(Fe+Mn)值正相關(guān)，即Mn/(Fe+Mn)值輕微升高，導(dǎo)致TiO2含量迅速升高。伴隨著偉晶巖演化，鈮鐵礦-鉭鐵礦族礦物成分通常向富Ta和富Mn的端元演化(Badaninaetal.,2015;Melcheretal.,2015)。其中，鈮鉭鐵礦的Ta/(Nb+Ta)值是偉晶巖重要的分異程度指示標(biāo)志。巖漿分異程度愈高，鈮鉭鐵礦的Ta/(Nb+Ta)值愈高。而含鋰偉晶巖中鈮鉭鐵礦的Mn/(Fe+Mn)值通常較無礦偉晶巖高，如在東秦嶺盧氏偉晶巖中含鋰偉晶巖Mn/(Fe+Mn)值通常大于0.6，無礦偉晶巖Mn/(Fe+Mn)值則在0.2～0.6之間變化(Zhouetal.,2021)。瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖中鈮鐵礦和鈮錳礦的Ta/(Nb+Ta)普遍小于0.2(圖14a)，Mn/(Fe+Mn)值則在0.3～0.8之間變化(圖14b)，揭示出鋰輝石偉晶巖中鈮鉭鐵礦向著富Mn組分的方向演化。鈮鉭鐵礦的這種低Ta含量特征與偉晶巖全巖地球化學(xué)顯示的低Ta高Nb的含量特征相一致。而在顯微尺度下，瓊嘉崗偉晶巖中鈮鉭鐵礦共生礦物主要是微斜長(zhǎng)石和鈉長(zhǎng)石(圖6d)，代表花崗偉晶質(zhì)巖漿的分異程度較弱。

圖14 瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖中鈮鐵礦-鈮錳礦族礦物Ta/(Nb+Ta)-WO3 (a)和TiO2-Mn/(Fe+Mn)(b)Fig.14 Ta/(Nb+Ta)vs.WO3 (a)and TiO2 vs.Mn/(Fe+Mn)(b)plots of columbite from the Qongjiagang spodumene pegmatite

4.3 瓊嘉崗偉晶巖型鋰礦的研究意義

瓊嘉崗偉晶巖型鋰礦系喜馬拉雅首例具有工業(yè)價(jià)值的偉晶巖型鋰礦，估算規(guī)模可望成為繼南疆白龍山和川西甲基卡之后的我國第三大鋰礦(秦克章等，2021a)。瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖脈(帶)與青藏高原西北緣的西昆侖地區(qū)白龍山鋰礦在礦體產(chǎn)出、分帶結(jié)構(gòu)特征和礦體規(guī)模有較大不同。白龍山含鋰輝石偉晶巖脈帶近3.75km長(zhǎng)，165m寬(王核等，2017)，且巨大的鋰輝石晶體(粒徑可達(dá)數(shù)米)主要產(chǎn)出在內(nèi)部葉鈉長(zhǎng)石-鋰輝石帶(Ⅴ帶)和石英-鋰輝石帶(Ⅵ帶)(Yinetal.,2020)。但瓊嘉崗鋰礦主要的長(zhǎng)柱狀或細(xì)粒狀鋰輝石產(chǎn)出于塊體微斜長(zhǎng)石+鋰輝石帶和分層細(xì)晶巖帶中，串珠狀、囊狀偉晶巖體組成的偉晶巖帶沿走向可延伸近千米。瓊嘉崗?fù)澜缟系湫蚅CT型偉晶巖的規(guī)模和分帶特征相比仍具有一定規(guī)模。例如，同屬鈉長(zhǎng)石-鋰輝石類的美國King’s mountain偉晶巖具有產(chǎn)狀近乎直立的8條鋰輝石偉晶巖脈，且單礦體寬達(dá)90m，長(zhǎng)度延伸可達(dá)千米(Swanson,2012)。與一些具極度分異特征偉晶巖的規(guī)模也具可比性，如加拿大Tanco礦床(透鋰長(zhǎng)石亞類型)具有較大規(guī)模(長(zhǎng)1520m，寬106m，厚近百米)、近水平產(chǎn)出的偉晶巖礦體(Stillingetal.,2006)，但瓊嘉崗的分帶性遠(yuǎn)弱于Tanco礦床，后者從邊部到核部具有9個(gè)結(jié)構(gòu)分帶，中間可到銫榴石和鋰云母帶。因此，總結(jié)喜馬拉雅瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖的特點(diǎn)是具弱分帶性，以長(zhǎng)柱狀鋰輝石的產(chǎn)出在塊體微斜長(zhǎng)石+鋰輝石帶為特征。

瓊嘉崗鋰礦作為喜馬拉雅代表性偉晶巖型鋰礦，目前研究程度尚淺，仍有如下幾個(gè)問題需要進(jìn)一步開展工作，以期對(duì)喜馬拉雅偉晶巖型鋰礦的形成過程進(jìn)行更深入研究：1)區(qū)域藏南拆離系(STDS)在礦區(qū)與礦田尺度如何控制瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖脈(帶)的侵位、分布及后期改造-破壞；2)鋰輝石偉晶巖深部分帶特征、是否存在母體花崗巖以及母體花崗巖的性質(zhì)；3)填圖區(qū)域內(nèi)成礦偉晶巖和無礦偉晶巖在礦物組成、巖石化學(xué)和結(jié)構(gòu)分帶上的差異，建立高喜馬拉雅鋰輝石偉晶巖含礦性評(píng)價(jià)標(biāo)志，并針對(duì)賦礦圍巖前寒武系肉切村群內(nèi)的其它高海拔侵位高度的偉晶巖進(jìn)行調(diào)研和評(píng)價(jià)。

5 結(jié)論

本次研究揭示了喜馬拉雅淡色花崗巖帶中偉晶巖型鋰礦的成礦特征、形成時(shí)代和源區(qū)特征，并取得如下主要結(jié)論和認(rèn)識(shí)：

(1)瓊嘉崗礦區(qū)礦石礦物主要為鋰輝石、鈮鐵礦-鈮錳礦、少量錫石和綠柱石，特征性長(zhǎng)柱狀鋰輝石主要產(chǎn)于塊體微斜長(zhǎng)石+鋰輝石帶和分層細(xì)晶巖帶內(nèi)；

(2)瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖各結(jié)構(gòu)分帶的K/Rb含量較為相似，鋰含量從邊部細(xì)粒鈉長(zhǎng)石帶(～100×10-6)到分層細(xì)晶巖帶(～1000×10-6)，再到塊體微斜長(zhǎng)石+鋰輝石帶(>3000×10-6)逐漸升高，而Cs含量逐漸降低；

(3)獨(dú)居石和鈮鉭鐵礦族礦物L(fēng)A-ICPMS定年結(jié)果顯示，瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖形成于新喜馬拉雅階段早期(25～24Ma)，與高喜馬拉雅地區(qū)淡色花崗巖時(shí)代相近，形成時(shí)代早于錯(cuò)那洞等礦化偉晶巖；

(4)瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖結(jié)晶于高度演化的花崗偉晶巖熔體，源區(qū)特征與高喜馬拉雅結(jié)晶巖系一致;

(5)瓊嘉崗鋰礦是喜馬拉雅首例具有工業(yè)價(jià)值的偉晶巖型鋰礦，礦床類型為簡(jiǎn)單偉晶巖型，揭示其成礦特征與形成時(shí)代將為高喜馬拉雅其它地區(qū)具有找尋大型花崗偉晶巖型鋰礦提供借鑒。

致謝喜馬拉雅地區(qū)稀有金屬偉晶巖研究工作一直受到吳福元院士的關(guān)心與指導(dǎo)；成文過程得到了中國科學(xué)院青藏高原研究所李金祥研究員和中山大學(xué)劉志超副教授的幫助與啟發(fā)。審稿人的寶貴修改意見和建議，以及責(zé)任編輯的精心修改，使文章得以完善。在此一并致以誠摯的謝意。