陳希節(jié) 贠曉瑞 雷敏 張盛生 蔡志慧 劉若涵, 7 李振宇, 8 何碧竹, 5**

青海共和盆地處于秦嶺、祁連、昆侖造山系相互疊置的關鍵區(qū)域，又被稱之為“秦昆岔口”和“共和缺口”，是青藏高原北緣原特提斯與古特提斯體系疊置區(qū)域(張國偉等, 2004)。該盆地及周緣造山帶記錄的構造、巖漿、變質(zhì)作用事件十分復雜，沉積環(huán)境變化多樣，地形地貌起伏明顯，氣候變化劇烈，盆地西部以瓦洪山-溫泉斷裂與柴達木地塊(包括東昆侖造山帶)相連，東以多禾茂斷裂帶為界與西秦嶺相鄰，南以共和南山-貴南斷裂帶與東昆侖造山帶相鄰，北以宗務隆-青海南山斷裂為界與祁連造山帶相鄰(薛建球等, 2013; 圖1)。

2017年8月中國地質(zhì)調(diào)查局和青海省國土資源廳共同組織實施的青海共和盆地干熱巖勘查項目，在共和盆地約3700m深處鉆獲超過200℃的高溫干熱巖體，為我國首次鉆獲埋藏最淺、溫度最高的干熱巖體，實現(xiàn)了我國干熱巖勘查的重大突破，展現(xiàn)了青海共和盆地干熱巖地熱資源的巨大潛力(張森琦等, 2018; 張盛生等, 2019; Weinertetal., 2021; Zhangetal., 2022)。前人研究揭示了共和干熱巖熱儲主要包括巖石的中孔隙、裂隙與斷裂等3種。深切割的大規(guī)模斷裂帶是最為理想的熱儲及熱液傳導通道，但不同的巖性、巖石結構、構造對其導熱能力具有明顯影響。在地殼的大部分區(qū)域，流體活動并不明顯，是以小規(guī)模、低速度的形式進行，而地殼的一些薄弱部位，如斷裂帶、火山、洋中脊等，則是地下流體集中運移的關鍵地帶(張森琦等, 2021)。因此，這些部位就成為地下流體向外散逸和運移的主要通道(Italianoetal., 2010)。地殼熱流體的活動常見于斷裂帶上，特別是活動的深大斷裂上(Taoetal., 1997)。共和盆地各構造單元明顯受斷裂控制，其構造-沉積層序的垂向分布及橫向展布均有較大的差異，確定的上三疊統(tǒng)、侏羅系、白堊系沉積地層分布相對局限，僅在盆地南部、東部局部出露，盆地主體主要發(fā)育新生代沉積巖(何碧竹等, 2023)。共和盆地南北兩緣構造、巖漿巖帶發(fā)育，活動斷裂處溫泉密集，超過60℃的溫泉6處，最高可達93.5℃(Fengetal., 2018)；成群分布的溫泉，多表現(xiàn)出與活動斷裂的密切關系(圖2)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)盆地東北當家寺巖體及井下干熱巖中電氣石脈體與該區(qū)后期活動斷裂產(chǎn)狀相近，兩者成因上是否存在聯(lián)系？其中相關裂隙中流體的性質(zhì)和源區(qū)不清楚，可通過斷裂帶和裂縫中電氣石脈來進行溯源。

電氣石是一種常見的硼硅酸鹽礦物，廣泛分布于火成巖、沉積巖、變質(zhì)巖和熱液礦床中，電氣石只在低pH值(<6.0)溶液中穩(wěn)定，存在的形式為B(OH)3，其晶體結構中存在復雜的離子替代和交換，可因形成環(huán)境的不同而表現(xiàn)出顯著的成分差異性(戴加祺等, 2018; 張林奎等, 2018; 代作文等, 2019)。此外，電氣石還具有極好的礦物穩(wěn)定性、極低的晶內(nèi)元素擴散率等(Dutrow and Henry, 2011)。即使在經(jīng)歷了后續(xù)的蝕變和風化作用后仍然能夠有效地保留原巖的地球化學和同位素信息(代作文等, 2019)。這些物理化學特性使得電氣石有望成為可靠的成礦指示礦物，被用于追蹤寄主巖的成巖、成礦環(huán)境(郭海鋒等, 2014; 侯江龍等, 2017; 戴加祺等, 2018; 張林奎等, 2018; 代作文等, 2019)。電氣石可形成于多種多樣的地質(zhì)背景下(Henry and Dutrow, 1996; London and Manning, 1995; Dutrow and Henry, 2011; van Hinsberg, 2011; Yangetal., 2015; 代作文等, 2019)，可以通過對這些電氣石開展電子探針分析(EMPA)及B同位素分析，制約B的物質(zhì)來源。

本文以鉆井GR1和DR3巖芯和盆地東北部的當家寺巖體中的多條電氣石脈作為研究目標和對象，采用電子探針、原位微量元素、原位B同位素等測試手段，結合含電氣石巖石的巖石學特征，分析和討論電氣石的成因，追蹤硼的來源，探討巖漿-熱液的物質(zhì)來源，為進一步了解共和盆地干熱巖經(jīng)歷的熱過程及熱源機制提供基礎理論地質(zhì)資料。

1 地質(zhì)背景

青海南山北臨青海湖盆地，南接共和盆地，主要由早中三疊世復理石沉積、侵位其中的三疊紀侵入巖以及元古代-古生代變質(zhì)巖、巖漿巖組成，主體處于西秦嶺造山帶西段北緣與宗務隆構造帶的交接部位。青海南山斷裂即為宗務隆構造帶與南祁連構造帶的邊界斷裂，宗務隆構造帶以宗務隆南緣斷裂為界與歐龍布魯克微陸塊毗鄰，阿爾金斷裂是其北西邊界，其南東方向延伸則可能分為兩支(圖1)，一支可能向東延往青海湖南側(cè)，另一支則可能沿柴達木地塊東北緣的鄂拉山東側(cè)向南東延伸(張國偉等, 2004; 薛建球等, 2013; 張永明, 2017)。

在共和盆地周緣存在多期巖漿活動，出露著一系列早古生代和三疊紀的花崗巖及中基性雜巖體，巖漿活動以印支早期為主，形態(tài)上大多呈現(xiàn)近等軸狀或者略呈長條狀。花崗巖在地球化學特征上多為弱過鋁質(zhì)和高鉀鈣堿性。前人的研究報道主要集中于共和盆地以東的西秦嶺地區(qū)、以西的東昆侖和柴北緣印支期花崗巖，部分工作還集中在柴達木盆地東緣花崗巖。在青海南山構造帶中，也分布著早三疊世晚期-中三疊世的基性-中基性侵入巖和中三疊世的花崗巖(黑馬河巖體、江西溝巖體和當家寺巖體)，其巖石類型多樣，包括輝長巖、輝石巖、輝長閃長巖、閃長巖、石英閃長巖、花崗閃長巖、二長花崗巖和正長花崗巖等(張宏飛等, 2006; 張永明, 2017; 陳希節(jié)等, 2020)。

共和盆地在新生代晚期階段，巖層經(jīng)歷了強烈的構造變形。前期研究表明共和盆地被NNW向及NE向的基底斷裂所分割。經(jīng)過晚新生代陸內(nèi)造山階段，由于相鄰造山帶邊界斷層的活動以及NNW向斷層的右行走滑逆沖，形成復雜的斷裂構造帶，可能對干熱巖的產(chǎn)生和分布有重要影響。共和盆地干熱巖GR1和DR3井位于當家寺巖體西側(cè)，鉆揭基底中酸性侵入巖被新近系及第四系覆蓋(圖3)。當家寺巖體主要巖性包括二長花崗巖和花崗閃長巖，其中二長花崗巖分布于巖體中部，花崗閃長巖分布于巖體邊部，二者呈漸變接觸關系，野外未見明顯的接觸分界線。在GR1井的1750m處和DR3井的1607m處的中酸性侵入巖巖芯中以及在當家寺巖體地表的花崗巖中均發(fā)育有電氣石脈體(圖4、表1)。當家寺電氣石脈體走向與該區(qū)域新生代斷裂走向近一致，井下電氣石脈體也反映出與干熱巖體中主要等高角度裂縫產(chǎn)狀相近，電氣石脈體的形成與后期斷裂是否有關，是否代表著后期的發(fā)生的中高溫熱事件，對干熱巖熱藏形成及熱源確定具有重要意義。

圖3 共和盆地東北部地質(zhì)簡圖及干熱巖鉆井位置圖(據(jù)贠曉瑞等, 2021修改)

圖4 共和盆地三疊紀當家寺巖體及干熱巖巖芯(GR1和DR3井)中電氣石脈

表1 共和盆地當家寺巖體和干熱巖巖芯(GR1和DR3井)電氣石樣品分布

2 巖石學特征描述

本次研究分別對GR1井中的1750m巖芯(HGR1-11-1a和HGR1-11-1b)和DR3井中1607m巖芯(HDR3-28-2)，以及當家寺巖體(5lyx330A和5lyx330B；GPS：100°54′26.72″E、36°11′31.74″N，高程為3045m)開展工作。在GR1井的1750m處和DR3井的1607m處的中酸性侵入巖巖芯中可見高角度傾斜(∠70°～∠85°)、脈壁近平直的電氣石脈，脈寬約2～5mm，與巖芯中中-高角度裂縫(∠55°～∠60°)斜交，在當家寺露頭花崗巖巖體中也發(fā)育有電氣石脈體，電氣石脈產(chǎn)狀為52°∠84°，近于直立。具體的巖石學特征描述如下：

當家寺巖體樣品(5lyx330A和5lyx330B)為二長花崗巖，其中有黑色的電氣石脈穿插其中(圖4a)，電氣石脈產(chǎn)狀為52°∠84°，圍巖呈淺灰-淺肉紅色，中粗粒似斑狀結構，塊狀構造，主要礦物為鉀長石、斜長石、石英、黑云母；副礦物包括鋯石、磷灰石、獨居石和磁鐵礦等。鉀長石呈半自形寬板狀，發(fā)育卡式雙晶，少數(shù)顆粒表面高嶺土化；斜長石呈半自形板狀，部分顆?？梢姯h(huán)帶結構；石英顆粒，呈半自形、他形粒狀，填隙狀分布。

GR1井中的1750m巖芯樣品(HGR1-11)巖石具花崗結構，塊狀構造。礦物組成以鉀長石為主，石英次之，少量黑云母和斜長石，其中鉀長石含量約60%(贠曉瑞等, 2020)，因此定名為堿長花崗巖。黑色脈體大多為石英-電氣石-方鉛礦-閃鋅礦(圖4b)，應為后期氣液成因，花崗巖侵位時代為238Ma(表1)。

選文中蕙攬茝、蛾眉、鷙、蘭皋、椒丘、芰荷、芙蓉等意象均有同樣的規(guī)律，即都表現(xiàn)了作者對美好高潔品行的追求，象征自己高潔的品德。教師的講解，能讓學生懂得屈原為什么總愛用花花草草裝扮自己（因為這是他特立獨行的表現(xiàn)）；讓學生懂得屈原在艱難困苦中反復強調(diào)“余獨好修以為?！薄半m體解吾猶未變兮”的決心與勇氣；明白其形象正是有了這些意象群的運用而變得更加鮮明、高大，藝術氣息更加強烈，其精神境界因這些意象群的運用而更加美好，更加充滿濃郁的浪漫主義氣息。

DR3井中1607m巖芯(HDR3-28-2)具閃長結構，礦物組成以角閃石和斜長石為主，黑云母次之，少量石英和綠泥石(圖4e)。角閃石和斜長石粒度相近，但角閃石分布不均勻，多呈團塊狀，角閃石含量較多，在50%左右，含有少量石英；結合主微量元素特征可命名為高鎂閃長巖，侵位時代為 239Ma(未發(fā)表數(shù)據(jù))。

GR1、DR3井中堿長花崗巖、高鎂閃長巖發(fā)育的電氣石均呈細脈狀(圖4b, d, e)，而當家寺二長花崗巖中發(fā)育的電氣石脈較寬，近20cm(圖4a)；各脈體電氣石鏡下特征較為一致，總體為長柱狀，橫切面呈三角形或多邊形長軸，寬約0.3～2.0mm，單偏光下具明顯的多色性，呈深褐色、墨綠色及淺藍色。在部分垂直電氣石長軸的薄片中，電氣石顆粒未顯示出明顯的環(huán)形分帶特征，顏色較為均一(圖5c, d)。

圖5 共和盆地恰卜恰井下干熱巖及當家寺巖體中電氣石顯微照片和BSE照片

3 分析方法

本次研究分別對GR1井中的堿長花崗巖(HGR1-11-1a和HGR1-11-1b)和DR3井中高鎂閃長巖(HDR3-28-2)，以及當家寺巖體(5lyx330A和5lyx330B)等5件樣品中發(fā)育的電氣石脈進行電子探針、原位微量元素和原位B同位素分析，同時對當家寺花崗巖巖體進行鋯石U-Pb定年。

3.1 鋯石U-Pb年代學測試

將樣品破碎，分離鋯石，挑選晶型完好、無明顯包裹體的顆粒用環(huán)氧樹脂固定并拋光。利用鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像分析鋯石內(nèi)部結構；挑選無裂縫、巖漿振蕩環(huán)帶發(fā)育的鋯石開展激光剝蝕等離子質(zhì)譜(LA-ICP-MS)U-Pb年齡分析。陰極發(fā)光(CL)顯微照相在中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所大陸構造與動力學重點實驗室進行。鋯石U-Pb年代學測試在北京快科賽默科技有限公司完成，實驗儀器為安捷倫公司串聯(lián)四級桿電感耦合等離子體質(zhì)譜(Agilent ICP-MS/MS 8900)，搭載ESI公司準分子激光剝蝕系統(tǒng)New Wave NWR 193UC。激光采樣為單點剝蝕，束斑和頻率分別為20μm和5Hz，能量密度為3.5J/cm2，載氣為高純He氣，流速為700mL/min。待激光剝蝕系統(tǒng)和ICP-MS/MS都開機預熱完畢后利用NIST SRM610調(diào)諧使儀器的各項指標正常。測試樣品時使用91500鋯石進行同位素分餾校正，監(jiān)控標樣為Ple?ovice鋯石。離線數(shù)據(jù)處理采用澳大利亞墨爾本大學同位素研究組開發(fā)的數(shù)據(jù)處理軟件Iolite(Patonetal., 2010)，該軟件優(yōu)化了剝蝕孔下分餾模型，同時可調(diào)用激光日志文件，數(shù)據(jù)處理更加快捷與專業(yè)。鋯石U-Pb年齡協(xié)和圖與206Pb/238U加權平均年齡繪圖計算使用IsoPlot 4.15。監(jiān)控標樣測試年齡值與推薦值在誤差范圍內(nèi)一致。

3.2 電子探針

電氣石電子探針成分測試(EPMA)是在中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所使用日本電子JXA-8100型號的電子探針完成。測試過程中采用的加速電壓為15kV，電流為2×10-8A，束斑直徑為5μm。Si、Ti、Al、Fe、Mn、Mg、Ca、Na、K、P、F和Cl峰位的測試時間為10s，S、Sr、La、Ce和Y峰位的測量時間為20s，背景的測試時間為峰位的一半。采用ZAF法和SPI組合標樣對數(shù)據(jù)進行基體校正。由于儀器條件所限，電子探針未能測試出輕元素(H、Li、B)的含量及Fe3+/∑Fe比值。對于氧化物含量大于1%的元素，測試精度(相對偏差RSD)優(yōu)于2%。對于氧化物含量介于0.1%～1%的元素，測試精度(相對偏差RSD)優(yōu)于20%。電氣石的結構通式通過陽離子歸一化方法，以結構式中四面體和八面體位置共計15個陽離子的標準計算得出(Henry and Dutrow, 1996)。電氣石的Li2O、B2O3及H2O含量根據(jù)電氣石化學通式及電價平衡計算得出。分析結果見我刊官網(wǎng)電子版附表1。

3.3 LA-ICP-MS原位微區(qū)微量元素分析方法

電氣石的原位微量元素測試分析在北京科薈測試技術有限公司完成，所用儀器為AnalytikJena PQMS Elite型ICP-MS及與之配套的RESOlution 193nm準分子激光剝蝕系統(tǒng)。激光剝蝕所用斑束直徑為50μm，頻率為6Hz，能量密度約為4J/cm2，以高純度氦氣為載氣。測試前先用NIST 610進行調(diào)試儀器，使之達到最優(yōu)狀態(tài)。LA-ICP-MS激光剝蝕采樣采用單點剝蝕的方式，測試過程中首先遮擋激光束進行空白背景采集20s，然后進行樣品連續(xù)剝蝕采集45s，停止剝蝕后繼續(xù)吹掃20s清洗進樣系統(tǒng)，單點測試分析時間85s。每隔10個剝蝕點插入一組NIST 610、NIST 612、BHVO-2G、BCR-2G、BIR-1G，以對元素含量進行定量計算(Pearceetal., 1997)。對分析數(shù)據(jù)的離線處理(包括對樣品和空白信號的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量計算)采用軟件ICPMSData Cal完成，基于NIST 612的精度檢驗顯示所有分析元素的測試精度(以相對標準偏差表示)均優(yōu)于10%。分析結果見官網(wǎng)電子版附表2。

表2 共和盆地三疊紀當家寺巖體(樣品5lyx330B)的LA-ICPMS U-Pb同位素結果

3.4 電氣石B同位素

電氣石LA-MC-ICP-MS原位微區(qū)硼同位素分析在北京科薈測試技術有限公司完成。分析所用儀器為Thermo Scientific公司生產(chǎn)的Neptune Plus多接收等離子體質(zhì)譜儀和RESOlution SE 193nm準分子激光剝蝕系統(tǒng)。檢測環(huán)境：溫度要求18～22℃，相對濕度<65%；根據(jù)樣品掃描后的照片選擇合適區(qū)域，利用激光剝蝕系統(tǒng)對電氣石進行剝蝕。剝蝕采用點剝蝕，剝蝕直徑一般為50μm，能量密度為6～8J/cm2，頻率為8Hz。10B和11B用法拉第杯靜態(tài)同時接收。采用高純He作為載氣，吹出剝蝕產(chǎn)生的氣溶膠，送入 MC-ICP-MS進行質(zhì)譜測試。測試前，以電氣石硼同位素標樣IAEA B4對儀器參數(shù)進行調(diào)試，分析過程以IAEA B4為標樣，每個樣品點前后測試2個標樣點。采用標準-樣品-標準法(SSB)對儀器質(zhì)量歧視和同位素分餾進行校正。以電氣石標樣IMR RB1作為監(jiān)控標樣，本實驗中IMR RB1分析點給出的δ11B結果為(-13.77±0.13)‰(2σ)，與Houetal. (2010)報道的-12.96‰±0.97‰(2σ)在誤差范圍內(nèi)一致，分析結果見附表1。

4 分析結果

4.1 鋯石U-Pb年齡 (330B)

本研究對當家寺西側(cè)巖體進行測年。被測樣品鋯石(5lyx330B)自形程度較好，為長柱狀或柱狀，多數(shù)呈淺黃色或無色，少量為褐色。顆粒大小差別較大，長徑為80～320μm，寬為50～150μm，長寬比為1:1～3:1；CL照片顯示具有明顯的震蕩環(huán)帶特征(圖6)。樣品5lyx330B中的鋯石的232Th含量分別為113×10-6～503×10-6，235U的含量分別為268×10-6～783×10-6，對應的Th/U比值分別為0.38～0.85，多數(shù)鋯石其Th/U比值在0.4以上(表2)，為典型的巖漿成因鋯石特征(Hoskin and Schaltegger, 2003)。在5lyx330B樣品中測試的32個點中有30個測點獲得206Pb/238U平均年齡為242.3±2.8Ma(MSWD=0.30)(圖6)，這也代表當家寺二長花崗巖體的結晶年齡，表明該期次巖漿活動發(fā)生在中三疊世(Anisian期)。

圖6 共和盆地當家寺巖體U-Pb年齡協(xié)和圖及典型鋯石陰極發(fā)光圖像

4.2 共和三疊紀中酸性侵入巖中電氣石化學組成

電氣石是自然界中常見的含硼礦物，并主要以副礦物形式出現(xiàn)，Henry and Dutrow (1996)可以通過對四面體-八面體中(T+Y+Z)結構單元的陽離子數(shù)標準化來計算電氣石結構。其標準化學式為XY3Z6T6O18(BO3)3V3W，其中X=Na+、Ca2+、K+、空位；Y=Mg2+、Fe2+、Mn2+、Al3+、Li+、Fe3+、Ti4+；Z=Al3+、Mg2+、Fe3+；T=Si4+、Al3+、(B3+)；V=OH-、O2-；W=OH-、O2-和F-(Henryetal., 2011)。其中三價Fe可通過電子探針分析所獲得的FeO組成進行電荷差換算獲得。根據(jù)主化學元素占位情況的不同，電氣石可分為許多不同的礦物種，最為常見的為黑電氣石、鎂電氣石、鈣鎂電氣石和鋰電氣石(蔣少涌, 2000)。自然界中，最常見的是端元之間的固溶體系列。其中，黑電氣石-鎂電氣石和黑電氣石-鋰電氣石兩組是完全類質(zhì)同象系列，而鎂電氣石和鋰電氣石之間是不混溶的(蔣少涌, 2000)。

共和盆地中酸性侵入巖中電氣石電子探針主量元素分析結果見附表1?？傮w而言，SiO2(34.41%～36.98%)、Al2O3(26.65%～33.47%)、B2O3*(9.96%～10.60%)，F(xiàn)eO(7.39%～16.79%)、MgO(2.20%～7.98%)含量高且變化較小，TiO2(0.03%～2.67%)、MnO(0.01%～0.18%)、Na2O(1.51%～2.55%)、CaO(0.03%～2.50%)、K2O(0.01%～0.03%)含量低且變化大。根據(jù)X位置上陽離子的占位情況分類，共和盆地電氣石花崗巖中電氣石屬于堿族電氣石(圖7a; Hawthorne and Henrys, 1999; Henryetal., 2011)。但在電氣石的Na/(Na+Ca) 和Fe/(Fe+Mg) 類別圖中以及Henry and Guidotti (1985)的Al-Fe-Mg(圖8a)和Ca-Fe-Mg(圖8b)三元圖解中電氣石存在明顯差異。GR11A和GR11B多為堿族黑電氣石(圖7b, c)，與貧Li花崗巖及相關偉晶巖、細晶巖有關(圖8)，多為巖漿成因電氣石；而DR3-28則為堿族鎂電氣石(圖7b, c)，與貧鈣富鋁的變質(zhì)泥巖和變質(zhì)砂巖熔融有關(圖8)。330A和330B則為鎂電氣石-黑電氣石過渡系列(圖7b, c)，而偏于鎂電氣石，與貧Ca變質(zhì)泥巖，變質(zhì)砂巖和石英-電氣石巖的部分熔融有關(圖8)。

圖7 共和盆地恰卜恰井下干熱巖及當家寺巖體中電氣石類別劃分圖

圖8 共和盆地恰卜恰井下干熱巖及當家寺巖體中電氣石成分Al-Fe-Mg (a)和Ca-Fe-Mg (b)三角圖(據(jù)Henry and Guidotti, 1985)

4.3 電氣石微量元素特征

共和盆地三疊紀中酸性侵入巖中電氣石LA-ICP-MS微量元素分析結果見我刊官網(wǎng)電子版附表2，在微量元素含量方面，DR3-28和當家寺巖體中的電氣石具有較高的V、Cr含量，區(qū)別于GR1-11的電氣石，這一特點與元素本身不易遷移有關，也與原巖性質(zhì)有關。由于Sr、Ta和B 都是極易隨流體遷移的元素，可以很好地指示流體遷移規(guī)律并反映水巖反應過程。其中當家寺巖體(330A和330B)中的電氣石具有較高的Sr/Y比值(176.6～1161)，GR1井巖芯中電氣石具有較高的Ta/Hf比值(8.06～53.09)，而DR3井巖芯中和當家寺巖體中的電氣石的Ta/Hf比值則明顯偏低(0.01～1.07)；因此，DR3井巖芯和當家寺巖體中的電氣石推測是在同一流體作用下形成的，但由于原巖化學性質(zhì)的略微差異，導致其微量元素發(fā)生明顯的升高或降低。

縱使共和盆地三疊紀中酸性侵入巖中稀土元素存在很多低于檢測限的測試值(附表2)，大體上仍能獲得一個不完整的稀土配分曲線，但三類電氣石稀土元素也具有各自的特征。電氣石球粒隕石標準化稀土元素配分曲線見圖9，總體呈現(xiàn)輕稀土元素、重稀土元素富集，虧損較為平均。LREE/HREE比值為0.16～2.87，(La/Yb)N比值在0.03～8.45；δEu除一個點低于1以外，其余均顯示明顯的正異常，在1.09～23.5之間。由于部分值低于0.001，在配分曲線圖并沒有顯示(圖9)。

圖9 共和盆地恰卜恰井下干熱巖及當家寺巖體中電氣石的球粒隕石標準化稀土元素配分曲線圖(標準化值據(jù)Boynton, 1984)

4.4 電氣石硼同位素特征

為獲取相對應的耦合數(shù)據(jù)，在LA-ICP-MS測試中，目標點位與EMPA測試點位完全一致，具體數(shù)據(jù)見附表1和表3。從所測得數(shù)據(jù)看出(表3、圖10)，5個樣品的共計約79個測點數(shù)據(jù)均較為集中，除5lyx330B的-7、-8和-9點的δ11B分別為-13.20‰、-12.91‰和-12.70‰，其余76個數(shù)據(jù)顯示出一個較窄的比值范圍-12.35‰～-11.02‰；5個樣品的δ11B平均值也較為集中，分布在-11.93‰～-11.50‰。

圖10 共和盆地恰卜恰井下干熱巖及當家寺巖體中電氣石的δ11B分布直方圖

表3 共和當家寺巖體及干熱巖巖芯中電氣石的δ11B值

5 討論

5.1 電氣石的成因分析

電氣石是由富硼鋁硅酸鹽礦物組成的一個礦物族群，遍布世界各地的沉積巖、變質(zhì)巖、火成巖(特別是中酸性巖漿巖)以及各類熱液礦床中。除主要元素外，電氣石還含有Li、As、Cu、V、Sr等多種微量元素和稀土元素，各元素的含量隨電氣石形成環(huán)境可發(fā)生顯著變化。電氣石晶體內(nèi)部元素擴散率極低，且能夠在較寬的溫壓范圍內(nèi)(覆蓋大部分地殼環(huán)境)保持穩(wěn)定。因此，電氣石能夠較好記錄并保存其形成時所在巖石、流體等環(huán)境的地質(zhì)信息，其元素組成可以較準確的反映形成介質(zhì)的化學組成特征。

共和盆地三疊紀中酸性侵入巖中的電氣石微量元素組成大部分變化較大，幅度可達幾個數(shù)量級，從低至檢出限以下到100×10-6，大部分測試值集中在0.1×10-6～10×10-6；10×10-6～100×10-6的元素有V、Cr、Pb；大于100×10-6元素有Zn、Sr、S以及Sn等。電氣石微量元素組成在一定程度上可以反映共生礦物組合的屬性及化學組成。即說明與電氣石共生的礦物主要為含Pb、Zn、Sn等硫化物，這與電氣石脈共生的方鉛礦，閃鋅礦的地質(zhì)事實一致。

Yavuzetal. (2011)通過對土耳其東北部的銅-鉛-鋅礦床中的電氣石的化學組成進行研究時發(fā)現(xiàn)電氣石與花崗質(zhì)圍巖間的HREE存在分餾，并認為該過程是電氣石結晶生長過程中通過熱液流體活動完成。本文通過對比電氣石的稀土元素配分曲線與花崗質(zhì)圍巖的稀土元素配分曲線(圖9)，可以看到圍巖的稀土元素配分模式表現(xiàn)為右傾模式，LREE富集，HREE較為平緩，存在明顯的Eu負異常(陳希節(jié)等, 2020)；而電氣石的稀土元素配分模式則為凹面朝上，多數(shù)HREE相對LREE富集(LREE/HREE為0.16～2.87；平均值為0.94)。同時有明顯Eu正異常，絕大多數(shù)在1.09～23.5之間(圖9)。

Sverjensky (1984)通過理論計算認為在溫度高于250℃時，Eu主要是以二價形式存在，故大多數(shù)形成電氣石的熱液流體中Eu應該是以Eu2+形式進入電氣石晶體，也就是電氣石出現(xiàn)顯著的正Eu異常(1.09～23.5)意味流體溫度高于250℃，這也符合巖漿成因的電氣石的特征。研究表明，巖漿成因的電氣石是均一的，沒有成分上的分帶性，且以高Fe/Mg比值和在Y位具有高Al陽離子數(shù)為特征，而熱液成因的電氣石一般存在組分上的震蕩分帶，以富Mg、Y位中無Al或低Al為特征(London and Manning, 1995)。巖相學觀察結果表明，大多數(shù)電氣石樣品無明顯的光學分帶(圖5)，顯示出非熱液蝕變成因電氣石的光學特征。并具有較高的Fe/Mg比值(1.09～6.23)，在Y位上具有較高的Al陽離子數(shù)，部分高達0.47；結合其微量元素特征和鏡下光學特征，可以得知該電氣石應為巖漿成因為主。

5.2 電氣石的流體源區(qū)特征

硼(B)同位素在熔體或者流體中十分容易發(fā)生遷移，同時具有兩個穩(wěn)定的同位素10B和11B。但由于10B和11B具有較大的質(zhì)量差，11B在脫水過程中優(yōu)先進入流體相中(特別是中酸性流體中)，10B則更傾向于進入殘留固相中，從而導致硼同位素分餾，因此可根據(jù)兩者之間分餾的程度來示蹤地質(zhì)過程和物質(zhì)循環(huán)(De Hoog and Savov, 2018; 林秋婷等, 2020; 郭順, 2021; 朱斯豹等, 2017)。通常島弧及其弧下交代地幔楔具有較高的B含量和δ11B，而大陸俯沖板塊(包括大陸表殼巖石和沉積物等)具有較低的B含量和較輕的B同位素組成(δ11B=-9.1%)。自然界中，不同巖石組合硼同位素組成差異顯著，δ11B值跨度較大(-37‰～+58‰)(蔣少涌, 2000)。例如，海相沉積巖或者遭受了海水蝕變的巖漿巖的電氣石，均具有較高的δ11B值(>0‰)(Marschall and Jiang, 2011)，并且呈現(xiàn)規(guī)律性地變化(圖11)：封閉鹽湖鹵水(>40‰)>海水(39.5‰)>海相硼礦物(18.20‰～31.73‰)>海相沉積物(13.9‰～25.2‰)>海水交代巖石(4.51‰～10.85‰)，存在于海水的硼化物只有硼酸和硼酸根離子，海水的酸堿值約8.2，含有多數(shù)的硼酸和硼酸離子(Hilaletal., 2011)；現(xiàn)代海水中硼含量約為4.5×10-6，δ11B約為39.6‰(Spivack and Edmond, 1987)，低溫蝕變過程或洋底風化可導致MORB的B含量升高，達9×10-6～70×10-6(最高104×10-6)，其δ11B從0‰到18‰。蛇紋石化的巖石圈地幔相較虧損地幔明顯富集硼(10×10-6～91×10-6)，δ11B具有高度變化且正的值(主體從7‰到20‰)，俯沖沉積物中的硼濃度資料相對較為缺乏，總體在1×10-6～150×10-6，遠洋粘土和濁流沉積物則具有較高的硼含量(林秋婷等, 2020)。Syros島上由俯沖洋殼釋放出的含水流體交代形成的電氣石具有異常高的δ11B值(+18‰～+28‰)(Marschalletal., 2006)；變質(zhì)流體中結晶形成的電氣石，其δ11B值為-17.1‰～-16.0‰(Jiangetal., 2008)；與非海相蒸發(fā)巖有關的澳大利亞Broken Hill礦床中的電氣石有著更低的δ11B值(-27‰～-17‰)(圖11; Marschall and Jiang, 2011)。

圖11 不同環(huán)境和巖石類型中電氣石硼同位素特征及推測的B源區(qū)(據(jù)Marschall and Jiang, 2011修改)

大陸地殼相較于蝕變洋殼明顯富集輕硼同位素組成，大部分大陸地殼巖石的δ11B為負值(圖11)，其中I型巖漿巖(源巖為火山巖)具有相對偏重的δ11B組成(均值為-2‰)，S型巖漿巖(源巖為沉積巖)的硼同位素組成更輕(大部分δ11B為-8‰～-20‰)(代作文等, 2019)。另外，一些偉晶巖的δ11B甚至可達-30‰。Marschalletal. (2017)確定的大陸地殼δ11B均值為-9.1‰±2.4‰。共和盆地當家寺花崗巖中的電氣石δ11B值多數(shù)分布在-11.5‰～-11.93‰，位于喜馬拉雅淡色花崗巖電氣石δ11B值變化范圍內(nèi)(-18.9‰～-6.6‰)(Yangetal., 2015; Gouetal., 2017; Huetal., 2018; 代作文等, 2019)，遠低于海相沉積巖或遭受過海水蝕變的巖漿巖或者產(chǎn)于其中電氣石和流體的δ11B值(Marschall and Jiang, 2011)，也不同于變質(zhì)流體中結晶形成的電氣石(Jiangetal., 2008)。研究表明，通常源自殼源沉積物的花崗巖中的電氣石有著非常類似的δ11B值，并與大陸地殼的平均δ11B值(-10‰±3‰)非常接近，例如，戴加祺等(2018)測得江西相山鈾礦田含鈾碎斑熔巖中電氣石δ11B值為-13.15‰～-12.28‰，認為主要是陸殼變質(zhì)沉積巖經(jīng)部分熔融形成；郭海鋒等(2014)對湘南上堡花崗巖中原生電氣石分析，獲得δ11B值為-13.62‰～-11.87‰，認為該花崗巖最可能的源區(qū)就是鄰近花崗巖體的石炭-二疊系的沉積地層或深埋在地殼中的沉積物質(zhì)。共和盆地三疊紀中酸性侵入巖電氣石的B同位素結果表明，在δ11B值頻率分布直方圖中，除5lyx330B的-7、-8和-9點的δ11B分別為-13.20‰、-12.91‰和-12.70‰，其余76個數(shù)據(jù)顯示出一個較窄的比值范圍-12.35‰～-11.02‰；5個樣品的δ11B平均值也較為集中，表現(xiàn)出明顯的塔式效應，分布在-11.93‰～-11.5‰。反映其源區(qū)可能主要為變質(zhì)沉積巖的部分熔融。

在電氣石主量元素分類投影圖中，DR3-28的全部樣品均落入鎂電氣石區(qū)域內(nèi)，GR11A和GR11B的樣品則多數(shù)屬于黑電氣石，330A和330B則多數(shù)位于兩者之間。Pirajno and Smithies (1992)系統(tǒng)研究了南非、納米比亞和新西蘭等地與花崗巖有關的Sn和W-Sn成礦過程中的電氣石，認為Fe#值(FeO/(FeO+MgO))，可以清楚地區(qū)分Sn-W礦床是近花崗巖端礦床還是遠花崗巖端礦床，具體表現(xiàn)為：高Fe#值(>0.8)是形成于花崗巖內(nèi)部體系或近源脈體系中電氣石的標志；中等Fe#值(0.8～0.6)是近源到遠源脈體系內(nèi)電氣石的標志；而低Fe#(<0.6)電氣石及有關礦床的形成或許反映了流體遠距離運移的結果。共和三疊紀中酸性侵入巖中的電氣石Fe#值多0.6～0.8之間，只有DR3-28的電氣石明顯低于0.6(圖12)。此外，在Al-Fe-Mg(圖8a)和Ca-Fe-Mg(圖8b)三元圖解中，DR3-28多數(shù)落入5區(qū)域，即與Al飽和相不共存的變質(zhì)泥巖、變質(zhì)砂巖區(qū)域；GR11A和GR11B則落入2區(qū)域，即貧Li花崗巖及相關偉晶巖、細晶巖區(qū)域；330A和330B則多數(shù)落入6區(qū)域，即富Fe3+石英-電氣石巖，鈣硅酸巖及變質(zhì)泥巖。因此，巖相學和化學特征均表明共和盆地三疊紀中酸性侵入巖中電氣石為巖漿電氣石，并且來自遠近不同源區(qū)的含B流體。值得注意的是共和盆地三疊紀中酸性侵入巖中電氣石具有較高的Sn含量(平均值為109×10-6)，是否與區(qū)域成礦有關，值得進一步探討。根據(jù)前人對共和盆地周緣印支期巖體的研究，可以得知印支期早期(249～235Ma)花崗巖類可能形成于俯沖陸殼斷離的動力學背景(張宏飛等, 2006)，干熱巖GR1井和DR3井中的巖石組合顯示大陸邊緣弧環(huán)境(陳希節(jié)等, 2020)；而晚三疊世時期，該區(qū)域整體處于碰撞期或后碰撞期，陸殼加厚發(fā)生部分熔融形成S型花崗巖，如溫泉巖體(218Ma)，具有較低的εNd(t)值(-6.1～-4.8)(張宏飛等, 2016)；結合本文研究結果，可以看出含硼的流體可能是晚三疊世時期與陸殼加厚部分熔融形成的巖漿活動有關，并侵位于早期具有俯沖背景的I型花崗巖中。

圖12 共和盆地三疊紀中酸性侵入巖中電氣石FeO/(FeO+MgO)-MgO圖解(據(jù)Pirajno and Smithies, 1992)

6 結論

(1)含電氣石脈的GR1井的1750m處和DR3井的1607m處的中酸性侵入巖巖芯中以及在當家寺地表的花崗巖巖體的巖性分別是堿長花崗巖、高鎂閃長巖和二長花崗巖，其形成時代約為239～242Ma，均屬于印支早期。

(2)共和盆地中酸性侵入巖中電氣石屬于堿族鎂電氣石和黑電氣石以及兩者的過渡系列，均具有巖漿成因的電氣石的特征，與變質(zhì)泥砂巖的部分熔融有關。

(3)共和盆地三疊紀中酸性侵入巖電氣石的B同位素(δ11B)平均值顯示出一個較窄的比值范圍-11.93‰～-11.50‰，表現(xiàn)出明顯的塔式效應，含硼的流體可能是晚三疊世時期與陸殼加厚部分熔融形成的巖漿活動有關，并侵位于早期具有俯沖背景的I型花崗巖中。

致謝感謝張智勇研究員、張二勇研究員、嚴維德教授級高工、李旭峰高工對野外工作的支持。電氣石B同位素和原位微量元素測試得到北京科薈分析測試有限公司的大力幫助。楊水源教授、周清研究員對本文數(shù)據(jù)解釋做了相應指導，熊富浩副教授及匿名審稿專家和本刊編輯對本文提出了許多寶貴意見，在此深表謝意。