朱明田 董志國 張連昌

1. 中國科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究重點實驗室，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

西昆侖造山帶位于青藏高原西北緣和新疆塔里木盆地西南緣，總體呈北西-南東走向的巨型反“S”狀展布，記錄著特提斯洋的演化歷程，其中古特提斯造山帶的演化為該地區(qū)派生出大量的巖漿活動和成礦作用，尤以近幾年厘定的西昆侖-松潘-甘孜稀有金屬偉晶巖成礦帶最為顯著和宏大(圖1a; Lietal., 2015; Wangetal., 2020; Xuetal., 2020)。該成礦帶自東向西延綿大于3000km，發(fā)育有一大批超大型-大中型鋰鈹偉晶巖礦床，包括川西松潘-甘孜造山帶的甲基卡、馬爾康和可爾因等礦床和西昆侖造山帶的大紅柳灘、白龍山和509道班西等礦床。在西昆侖地區(qū)，該稀有金屬偉晶巖成礦帶基本依附于三疊紀(jì)巖體，呈北西向狹長帶狀展布，自大紅柳灘向西北延伸至木吉地區(qū)，直至出國境(圖1b)。

西昆侖造山帶北段木吉地區(qū)出露巖體主要形成于三疊紀(jì)，包括石英閃長巖、花崗閃長巖、二長花崗巖和白云母花崗巖等，同時有近萬條花崗偉晶巖脈圍繞著三疊紀(jì)巖體內(nèi)外展布(Zhuetal., 2022)，成礦鋰鈹偉晶巖脈主要分布于布倫闊勒群片巖中，另有少量分布于志留紀(jì)淺變質(zhì)砂板巖中。本文主要對上述四個巖體開展了詳細(xì)的野外調(diào)研和室內(nèi)年代學(xué)、地球化學(xué)及Sr-Nd-Hf同位素分析工作，以探討它們的地球化學(xué)屬性、構(gòu)造背景及其與稀有金屬偉晶巖成礦之間的成因聯(lián)系。

1 區(qū)域地質(zhì)背景及巖體特征

西昆侖造山帶主要由北昆侖地體、南昆侖地體以及塔什庫爾干-甜水海地塊組成(Yin and Harrison, 2000; 潘裕生, 2000; 吳福元等, 2020)，稀有金屬偉晶巖帶集中產(chǎn)出于塔什庫爾干-甜水海地塊中。塔什庫爾干地塊基底巖石為角閃巖相-麻粒巖相布倫闊勒群變質(zhì)巖，張連昌等 (2016)對該地區(qū)的系統(tǒng)總結(jié)認(rèn)為布倫闊勒群可能存在兩期火山-沉積事件，分別為古元古代(計文化等, 2011)和早寒武世(張傳林等, 2007; 燕長海等, 2012; 鄭夢天等, 2016)。布倫口以南的布倫闊勒群是沉積變質(zhì)型鐵礦的主要賦礦圍巖，而布倫口以北的布倫闊勒群則主要發(fā)育偉晶巖型稀有金屬礦化，主要為黑云母石英片巖，另有少量斜長角閃片麻巖。Robinsonetal. (2004, 2012)認(rèn)為木吉地區(qū)布倫闊勒群為三疊紀(jì)雜巖，但國內(nèi)大多數(shù)學(xué)者更傾向于認(rèn)為三疊紀(jì)的年代學(xué)記錄為一期變質(zhì)事件(Quetal., 2007; Yangetal., 2010)。從整個西昆侖-松潘-甘孜稀有金屬成礦帶推測，松潘-甘孜地區(qū)和西昆侖大紅柳灘地區(qū)稀有金屬偉晶巖脈的賦礦圍巖為一套三疊紀(jì)復(fù)理石建造，當(dāng)延伸至木吉地區(qū)時，受喜馬拉雅西構(gòu)造結(jié)影響，該地區(qū)發(fā)生了強烈的垂向改造，致使三疊紀(jì)地層被隆升剝蝕，并使深部地層和偉晶巖脈暴露至地表。

圖1 西昆侖三疊紀(jì)巖體及稀有金屬偉晶巖礦床展布圖(據(jù)Zhu et al., 2022及引文修改)Fig.1 Schematic geological map of the West Kunlun orogenic belt showing the position of the Triassic granitoid plutons and Li-bearing rare metal deposits (modified after Zhu et al., 2022 and references therein)

圖2 西昆侖木吉地區(qū)中酸性巖體分布圖圖中年齡數(shù)據(jù)標(biāo)注①據(jù)魏小鵬, 2018；②據(jù)Zhu et al., 2022Fig.2 Distribution maps of the Muji plutons in Western KunlunAge data of ① from Wei, 2018; ② from Zhu et al., 2022

圖3 西昆侖木吉地區(qū)巖體和偉晶巖野外照片F(xiàn)ig.3 Field photos of plutons and pegmatites of the Muji in Western Kunlun

西昆侖三疊紀(jì)巖體在空間上主要分布于康西瓦斷裂帶南側(cè)，在時間上可大致劃分為240～220Ma和220～210Ma兩個區(qū)間(圖1c)，前者主要由閃長巖、英云閃長巖等中酸性巖體組成，后者主要由二長花崗巖、白云母花崗巖和石榴石花崗巖等淡色花崗巖組成。西昆侖三疊紀(jì)巖體無疑是古特提斯洋演化的產(chǎn)物，但對其具體侵位環(huán)境尚存在不同認(rèn)識。Yuanetal. (2002)認(rèn)為西昆侖214Ma的花崗閃長巖-二長花崗巖體形成于古特提斯洋閉合之后的后碰撞背景；Xiaoetal. (2002)認(rèn)為西昆侖三疊紀(jì)花崗巖形成于古特提斯洋的俯沖陸緣弧環(huán)境(Xiaoetal., 2005; Liuetal., 2015; Zhangetal., 2018)；Jiangetal. (2013)認(rèn)為234～227Ma花崗巖形成于古特提斯洋板片回撤的后碰撞背景。但若結(jié)合稀有金屬偉晶巖的形成背景，或許可對整個西昆侖三疊紀(jì)巖體的形成背景提供進(jìn)一步約束，因為傳統(tǒng)認(rèn)為稀有金屬偉晶巖形成于強烈伸展環(huán)境。

木吉地區(qū)出露的三疊紀(jì)巖體包括閃長巖類和花崗巖類(圖2)。閃長巖通常位于巖體中心，常見基性巖包體，花崗閃長巖分布于石英閃長巖周圍，構(gòu)成雜巖體，界線較為模糊。二長花崗巖規(guī)模宏大，常出現(xiàn)于花崗閃長巖周圍，常見花崗細(xì)晶巖脈；而白云母花崗巖規(guī)模通常較小，在花崗閃長巖、二長花崗巖周邊或地層中均有產(chǎn)出，白云母花崗巖中常見花崗偉晶巖脈(圖3a)及地層捕虜體(圖3b)。本文所報道樣品采集于布倫闊勒群西側(cè)相伴產(chǎn)出的石英閃長巖(G5)和二長花崗巖(G6)及北西側(cè)相伴產(chǎn)出的花崗閃長巖(G7)和白云母花崗巖(G8)，白云母花崗巖(G8)與花崗閃長巖(G7)具有明顯的界線和相互穿插關(guān)系(圖3c)，指示白云母花崗巖可能要晚于花崗閃長巖。木吉地區(qū)發(fā)育有近萬條花崗偉晶巖脈，大部分順片理面產(chǎn)出于布倫闊勒群中(圖2、圖3d)，少量分布于三疊紀(jì)巖體和志留紀(jì)砂板巖中，稀有金屬偉晶巖脈通常發(fā)育于布倫闊勒群中。

2 分析方法

全巖主微量元素和Sr-Nd-Hf同位素在北京鋯年領(lǐng)航實驗室完成，分析結(jié)果見表1。主量元素測試誤差小于5%，微量元素相對誤差優(yōu)于10%。詳細(xì)實驗流程參閱Yangetal. (2010)。

鋯石U-Pb同位素定年在中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室礦床地球化學(xué)微區(qū)分析實驗室完成。激光剝蝕系統(tǒng)為美國Coherent公司的GeoLasPro 193準(zhǔn)分子固體進(jìn)樣系統(tǒng)，ICP-MS為美國Thermo Fisher公司的X Series 2型四極桿等離子體質(zhì)譜。測試過程中，激光束斑直徑為32μm，頻率為6Hz，采用氦氣作為載氣，氬氣作為補償氣。采用美國國家標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)NIST SRM610對儀器進(jìn)行最佳化，并將其作為微量元素含量測定的外標(biāo)。采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為定年外標(biāo)，采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石Ple?ovice為監(jiān)控樣品。在樣品測試過程中每測定5個樣品點測定兩次標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500，每個樣品的前20s為背景信號采集時間，樣品信號采集時間為50s。測試完成后，采用軟件ICPMSDataCal(Liuetal., 2008)對樣品的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理，年齡計算和諧和圖的繪制采用Isoplot 3.0完成，分析結(jié)果見表2。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb年齡

石英閃長巖(G5)中鋯石晶型完好，以長柱狀為主，長度一般為50～100μm，長寬比一般為2:1。CL圖像均顯示出清晰的韻律環(huán)帶，Th/U比介于0.2～0.7，為典型巖漿鋯石。10個點的LA-ICP-MS U-Pb加權(quán)平均年齡為220±3Ma (MSWD=0.7)(圖4a)，代表石英閃長巖的鋯石結(jié)晶年齡。

二長花崗巖(G6)中鋯石晶型完好，以長柱狀為主，長度一般為50～200μm，長寬比介于為2:1～3:1。CL圖像和定年結(jié)果顯示出復(fù)雜的鋯石成因，一類為捕獲鋯石，大多數(shù)具有均勻的CL圖像，個別發(fā)育有韻律環(huán)帶，給出了非常分散的年齡范圍(圖4b)；另一類為典型巖漿鋯石，發(fā)育有清晰的韻律環(huán)帶，Th/U比介于0.3～0.6，10個點的LA-ICP-MS U-Pb加權(quán)平均年齡為217±2Ma (MSWD=1.0)(圖4b)，代表二長花崗巖的鋯石結(jié)晶年齡。

花崗閃長巖 (G7) 以鋯石晶型完好的長柱狀為主，長度一般為50～200μm，長寬比介于為2:1～3:1，CL圖像均顯示出清晰的韻律環(huán)帶，Th/U比介于0.2～0.7，為典型巖漿鋯石。18個點的LA-ICP-MS U-Pb加權(quán)平均年齡為216±3Ma (MSWD=2.2)(圖4c)，代表花崗閃長巖的鋯石結(jié)晶年齡。

表2 西昆侖木吉地區(qū)巖體鋯石U-Pb定年結(jié)果Table 2 Zircon U-Pb dating results of the Triassic plutons in Muji, Western Kunlun

續(xù)表2

圖4 西昆侖木吉地區(qū)巖體鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.4 Zircon U-Pb ages of the Muji plutons in the Muji plutons in Western Kunlun

圖5 西昆侖木吉地區(qū)巖體A/NK-A/CNK圖解(a, 底圖據(jù)Maniar and Piccoli, 1989)和P2O5-SiO2圖解(b)圖b中的灰色菱形和黑色三角形數(shù)據(jù)引自 Zhu et al., 2022及其引文，圖7同F(xiàn)ig.5 A/NK vs. A/CNK (a, after Maniar and Piccoli, 1989) and P2O5 vs. SiO2 (b) diagrams of the Muji plutons in Western KunlunGray diamond and black triangle data in Fig.5b after Zhu et al., 2022 and references therein, also in Fig.7

圖6 西昆侖木吉地區(qū)巖體原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(a)和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布模式圖(b)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)Fig.6 Primitive mantle-normalized trace elements spider-grams (a) and chondrite-normalized REE distribution patterns (b) of the Muji plutons in Western Kunlun (normalization values from Sun and McDonough, 1989)

圖7 西昆侖木吉地區(qū)巖體Sr-Nd同位素圖解Fig.7 Sr vs. Nd plot of the Muji plutons in Western Kunlun

白云母花崗巖(G8)鋯石晶型較差，多為短柱狀或不規(guī)則橢圓狀，長度一般為50～100μm，長寬比介于為1:1～2:1。CL圖像和定年結(jié)果顯示出復(fù)雜的鋯石成因，一類為捕獲鋯石，大多數(shù)具有均勻的CL圖像，給出了非常分散的年齡范圍(圖4d)；另一類為典型巖漿鋯石，發(fā)育清晰的韻律環(huán)帶，Th/U比介于0.2～0.8，9個點的LA-ICP-MS U-Pb加權(quán)平均年齡為214±3Ma (MSWD=0.3)(圖4d)，代表白云母花崗巖的鋯石結(jié)晶年齡。

3.2 巖石地球化學(xué)特征

木吉地區(qū)四個巖體主量元素具有明顯差異(表1)，石英閃長巖(G5)明顯貧硅(SiO2為60.04%～63.16%)，富鈣、鈦、鐵、鎂(CaO為5.17%～5.63%；TiO2為0.57%～0.77%；FeO為4.93%～6.93%，MgO為2.54%～3.66%，鎂指數(shù)大于0.5)；鋁飽和指數(shù)(A/CNK)均小于1，屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)巖石(圖5a)；巖石全堿含量(K2O+Na2O)較低，介于5.59%～5.94%，屬于高鉀鈣堿性系列。

二長花崗巖(G6)相對富硅(SiO2為70.44%～71.25%)，中等含量鈣、鈦、鐵、鎂(CaO為2.08%～4.02%；TiO2為0.16%～0.36%；FeO為2.67%～3.02%，MgO為1.27%～1.50%，鎂指數(shù)介于0.44～0.52)；鋁飽和指數(shù)(A/CNK)介于0.99～1.19，為過鋁質(zhì)花崗巖(圖5a)；巖石全堿含量(K2O+Na2O)中等，介于6.07%～6.53%，屬于高鉀鈣堿性系列。

花崗閃長巖(G7)有中等含量硅(SiO2為64.85%～65.49%)，富鈣、鈦、鐵、鎂(CaO為4.26%～4.76%；TiO2為0.50%～0.61%；FeO為4.28%～5.05%，MgO為1.46%～1.70%，鎂指數(shù)0.40附近)；鋁飽和指數(shù)(A/CNK)大于1(介于1.09～1.12)，為過鋁質(zhì)花崗巖(圖5a)；巖石全堿含量(K2O+Na2O)較低，介于5.31%～5.85%，屬于鈣堿性系列。

白云母花崗巖(G8)明顯富硅(SiO2為73.18%～73.89%)，貧鈣、鈦、鐵、鎂(CaO為1.01%～1.59%；TiO2為0.12%～0.29%；FeO為0.94%～2.07%，MgO為0.24%～0.44%，鎂指數(shù)介于0.30～0.37)；鋁飽和指數(shù)(A/CNK)大于1(介于1.02～1.18)，為過鋁質(zhì)花崗巖(圖5a)；巖石全堿含量(K2O+Na2O)非常高，介于8.16%～8.63%，接近鉀玄巖系列。

木吉地區(qū)白云母花崗巖(G8)具有顯著不同于石英閃長巖(G5)、二長花崗巖(G6)和花崗閃長巖(G7)的主微量元素組成，具有明顯的P異常，這種P異常在西昆侖與稀有金屬偉晶巖成礦的高分異花崗巖中普遍存在(圖5b)。另外白云母花崗巖富集Rb、K、U、Th、P、Nb、Ta，虧損Sr、Ba、Zr、Hf、Ti(圖6a)及重稀土(圖6b)，并且具有明顯的輕重稀土分餾((La/Yb)N介于28.66～43.86)和更加強烈的Eu負(fù)異常(圖5b；δEu介于0.41～0.54)，顯示出高分異花崗巖的特征，與典型的富鋰花崗巖特征近似。

3.3 Sr-Nd-Hf同位素特征

木吉地區(qū)四個巖體全巖Sr-Nd-Hf同位素分析結(jié)果差異性明顯(表1、圖7)。石英閃長巖(G5)、二長花崗巖(G6)和花崗閃長巖(G7)均具有較低且相近的87Sr/86Sr初始值，ISr(t)分別介于0.70792～0.70831、0.70910～0.70940和0.70894～0.70935；三者εNd(t)均為負(fù)值且較為分散，分別為-4.38～-3.41、-4.86～-4.74和-6.51～-6.23；石英閃長巖(G5)、二長花崗巖(G6)的εHf(t)值為正值，分別介于3.99～5.82和2.71～4.14，而花崗閃長巖(G7)的εHf(t)值為負(fù)值，介于-1.04～-0.08。上述Sr-Nd特征與西昆侖240～220Ma花崗巖相類似。相反，白云母花崗巖(G8)ISr(t)值較高，介于0.71734～0.72044，εNd(t)均為大的負(fù)值，介于-8.30～-7.78，εHf(t)值介于-4.96～-0.85，上述特征與西昆侖大紅柳灘、白龍山超大型鋰礦之白云母花崗巖相類似。

圖8 西昆侖木吉地區(qū)巖體成因圖解(a,底圖據(jù)Whalen et al., 1987)Fig.8 Genetic plots of the Muji plutons in Western Kunlun (a, after Whalen et al., 1987)

4 討論

4.1 白云母花崗巖成因

據(jù)木吉地區(qū)巖體的地質(zhì)和地球化學(xué)特征，可將其歸結(jié)為弱分異花崗巖(G5、G6和G7)和高分異花崗巖(G8)。兩者具有近似的侵位時代，后者通常規(guī)模較小，呈巖枝狀發(fā)育于前者邊部或周邊圍巖中，具有明顯高的K2O+Na2O/CaO比值(圖8a)和低的Nb/Ta、Zr/Hf比值(圖8b)，反映出其經(jīng)歷過明顯的結(jié)晶分異及熱液出溶作用。

木吉地區(qū)白云母花崗巖的地球化學(xué)展示出明顯的S型花崗巖特征，如富Al、低Sr，這與前人對大紅柳灘鋰礦、白龍山超大型鋰礦附近與成礦有關(guān)的高分異花崗巖的研究成果相類似(喬耿彪等, 2015; 魏小鵬等, 2017; Wangetal., 2020)，反映出其來源可能是殼源物質(zhì)的部分熔融，即強過鋁花崗巖是原地含云母變質(zhì)長英質(zhì)巖石經(jīng)云母脫水部分熔融生成，源區(qū)鉀長石及富稀土副礦物(如獨居石、磷灰石等)殘留相控制了其微量元素組成(郭素淑和李曙光, 2007)。但吳福元等(2015)提出了不同的認(rèn)識，認(rèn)為這類高分異花崗巖并非純地殼來源的低熔花崗巖，而是由異地深侵位花崗巖演化而來，具有高溫富揮發(fā)分的特征，經(jīng)歷過高度結(jié)晶分異作用和大規(guī)模地殼物質(zhì)混染，因此導(dǎo)致該類花崗巖難以反演其源區(qū)的物質(zhì)組成特征(吳福元等, 2017; Clarke, 2019; Wuetal., 2020)。

圖9 西昆侖木吉地區(qū)巖體Li(a)和Be(b)與SiO2相關(guān)圖(灰色圓圈數(shù)據(jù)引自Chen et al., 2020)Fig.9 Li (a) and Be (b) against SiO2 plots of the Muji plutons in Western Kunlun (gray circle data after Chen et al., 2020)

4.2 揮發(fā)分聚集與稀有金屬成礦

普遍認(rèn)為白云母花崗巖要更加富集Li、Be等元素(Turekian and Wedepohl, 1961)。當(dāng)與全球弧巖漿巖對比時(數(shù)據(jù)庫據(jù)Chenetal., 2020)，更可以發(fā)現(xiàn)木吉地區(qū)白云母花崗巖富集Li、Be等堿金屬元素(圖9)，尤其在SiO2為66%和74%左右時，Li和Be含量有一明顯升高。在弧巖漿數(shù)據(jù)庫中SiO2為74%的巖體主要為弧火山巖，很可能表明氣相的出溶和逃逸促進(jìn)了堿金屬的富集作用，同時Thomasetal. (2011)對熔融包裹體的研究亦指示富揮發(fā)分流體可以使Be富集1000多倍。白云母花崗巖熔體中不斷出溶的揮發(fā)分能夠提高水的溶解度，促進(jìn)偉晶巖流體出溶，形成硅酸鹽溶體和含水熱液的完全混溶體系(London, 2005; Thomas and Davidson, 2012)，提高了堿金屬元素的萃取能力，從而導(dǎo)致偉晶巖流體中更加富集Li、Be等稀有金屬元素。同時揮發(fā)分的聚集降低了熔體的粘度，促進(jìn)了流體的擴(kuò)散性，使其更容易沿著斷裂裂隙不斷的遠(yuǎn)距離遷移到周邊地層中，同時可對圍巖中堿金屬進(jìn)行萃取，并在合適的位置卸載成礦。因此，強過鋁質(zhì)、富揮發(fā)分花崗巖可以明顯促進(jìn)堿金屬的超常富集，也許P的明顯異常可以用于評判西昆侖高分異花崗巖的成礦潛力。

5 結(jié)論

本文對西昆侖木吉地區(qū)四個巖體開展了詳細(xì)的野外調(diào)研和室內(nèi)分析測試。這些巖體包括石英閃長巖(G5)、二長花崗巖(G6)、花崗閃長巖(G7)和白云母花崗巖(G8)，它們在空間上相鄰，侵位時間上相近，但卻具有不同的地球化學(xué)屬性。其中白云母花崗巖與稀有金屬偉晶巖成礦密切相關(guān)。

(1)鋯石LA-ICP-MS U-Pb年代學(xué)研究發(fā)現(xiàn)四個巖體侵位時間在誤差范圍內(nèi)相差不大，石英閃長巖(G5)形成于220±3Ma，二長花崗巖(G6)形成于217±2Ma，花崗閃長巖(G7)形成于216±3Ma，白云母花崗巖(G8)形成于214±3Ma。

(2)地球化學(xué)特征顯示白云母花崗巖為過鋁質(zhì)強分異花崗巖，富集Rb、K、U、Th、P、Nb、Ta，虧損Sr、Ba、Zr、Hf、Ti及重稀土，具有明顯的輕重稀土分餾和Eu負(fù)異常，其它巖體分異程度相對較弱。

(3)Sr-Nd-Hf同位素示蹤揭示四個巖體的源區(qū)存在差異，白云母花崗巖可能發(fā)生過大規(guī)模的圍巖混染及強烈的熱液出溶和遷出作用。

(4)白云母花崗巖發(fā)育有明顯的P異常，可能代表著其發(fā)生過強烈的揮發(fā)分出溶和聚集，進(jìn)而促進(jìn)了Li、Be等堿金屬的萃取，形成含礦偉晶巖流體并沿斷裂系統(tǒng)長距離遷移至圍巖中卸載成礦。

致謝野外工作得到新疆第二地質(zhì)大隊石玉君隊長、馮昌榮總工、郝延海副總工、何立東及謝月橋高工等相關(guān)人員的支持與幫助；張邦祿、黃柯和石方平參與了部分野外工作；室內(nèi)測試分析得到中國地質(zhì)大學(xué)(北京)相鵬工程師、中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所張迪和賈麗輝工程師的指導(dǎo)；李曉峰研究員、兩名匿名審稿人和俞良軍副主編提出了諸多建議性意見。在此一并致以誠摯的謝意。