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    摘要

    西昆仑大红柳滩地区花岗岩类分布广泛,与伟晶岩型锂(铍)矿化时空关系密切。为了约束其地质特征、岩石成因以及对伟晶岩型锂(铍)成矿的作用,文章对白龙山闪长岩、俘虏沟闪长岩和大红柳滩二云母花岗岩进行了岩石学、矿物学、地球化学和年代学研究工作。地球化学数据揭示白龙山闪长岩和俘虏沟闪长岩明显富MgO、CaO和TiO2,属于准铝质-弱过铝质、高钾钙碱性岩浆系列,结合已有全岩Sr-Nd、锆石Lu-Hf等同位素数据,白龙山闪长岩和俘虏沟闪长岩涉及新生地壳的贡献,其源区贫黏土,可能以砂屑岩为主。全岩锆饱和温度计约束岩浆温度分别为762~795℃(平均781℃)和769~773℃(平均771℃)。角闪石温压计约束白龙山闪长岩中角闪石结晶温度为718~760℃(平均734℃),压力介于125~208 MPa之间(平均151 MPa);俘虏沟闪长岩中的角闪石结晶温度为729~776℃(平均741℃),压力介于133~231 MPa之间(平均176 MPa)。白龙山闪长岩和俘虏沟闪长岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄分别为(213.67±0.61)Ma(MSWD=1.4,n=39)和(211.73±1.02)Ma(MSWD=1.9,n=14)。大红柳滩二云母花岗岩中发育电气石、白云母和石榴子石等富铝矿物,明显富SiO2和K2O,贫MgO、CaO和TiO2,属于过铝质、高钾钙碱性岩浆系列,由壳源物质重熔而成,源区可能是泥质岩。全岩锆饱和温度计约束其温度为755~773℃(平均764℃)。所含锆石往往发育继承核,其年龄介于207~2490 Ma之间。最年轻的岩浆锆石约束岩浆侵位可能发生在(211.20±1.1)Ma(MSWD=0.34,n=10),这些岩浆锆石随后被热液增生边包裹,U-Pb年龄约束岩浆-热液事件发生在(185.10±0.89)Ma(MSWD=4,n=5),可能记录了后期伟晶岩侵位所诱发的热液活动。大红柳滩地区同时发育I型和S型花岗岩,形成于中温(734~781℃)、中压(151~176 MPa)的条件,岩浆-热液活动持续时间长达~33 Ma,为形成超大型规模矿床提供有利条件。

    Abstract

    In the West Kunlun orogenic belt, there are well developed Triassic granitoids that may be associated with pegmatite Li(Be) mineralization. In order to constrain its geological characteristics, petrogenesis, and their impact on pegmatitic lithium (beryllium) mineralization. In this paper, petrology, mineralogy, geochemistry and geochronology studies were carried out for the Bailongshan diorite, Fulugou diorite and Dahongliutan two-mica granite from the Dahongliutan district. Geochemical analyses reveal that the Bailongshan diorite and Fulugou diorite are significantly rich in MgO, CaO and TiO2, and belong to metaluminous-peraluminous, high-K calc-alkaline series. Based on a comprehensive review of available whole-rock Sr-Nd and zircon Lu-Hf data, we propose that the Bailongshan diorite and Fulugou diorite have a source region characterized by low clay content (possibly dominated by sandstone) and potential contributions from juvenile crust. The whole rock Zr saturation temperatures are 762~795℃ (averaged at 781℃) for the Bailongshan and 769~773℃ (averaged at 771℃) for the Fulugou diorites. Amphibole thermobarometry yields temperatures of 718~760℃ (averaged at 734℃) and pressure of 125~208 MPa (averaged at 151 MPa) for the Bailongshan diorite, and 729~776℃ (averaged at 741℃) and 133~231 MPa (averaged at 176 MPa) for the Fulugou diorite. Zircon LA-ICPMS U-Pb dating reveals an emplacement age of (213.67±0.61) Ma (MSWD=1.4,n=39) for the Bailongshan diorite and (211.73±1.02) Ma (MSWD=1.9,n=14) for the Fulugou diorite. In case of the Dahongliutan two-mica granite, there are abundant aluminum-rich minerals such as tourmaline, muscovite and garnet. The two-mica granite has higher SiO2 and K2O, but lower MgO, CaO and TiO2 in comparison to the Bailongshan and Fulugou diorites, and belongs to peraluminous, high K calc-alkaline series. By contrast, the Dahongliutan two-mica granite is mainly sourced from partial melting of pelitic rocks. Its Zr saturation temperature falls into the range of 755~773℃ (averaged at 764℃). The zircons hosted by two-mica granite commonly have inherited nuclei, and their U-Pb ages are extremely variable, ranging from 207 Ma to 2490 Ma. The youngest magmatic zircon constrains the emplacement at (211.20±1.1) Ma (MSWD=0.34,n=10). Subsequently, these magmatic zircons were enveloped by hydrothermal overgrowth rims, and the U-Pb age constrains the magmatic-hydrothermal event to have occurred at (185.10±0.89) Ma (MSWD=4,n=5), possibly recording a later hydrothermal event induced by the emplacement of barren pegmatite. The Dahongliutan area concurrently developed I-type and S-type granites, formed under conditions of medium temperature (734~781℃) and pressure (151~176 MPa), with magma-hydrothermal activity lasting ~33 Ma, providing favorable conditions for the formation of super large pegmatite deposits.

  • 花岗伟晶岩是锂、铍、铌、钽、铷、铯、锆、铪等战略性金属的重要来源(李建康等, 2023;赵振华等, 2023)。依据矿化类型,Cerny等(2005)提出将稀有金属伟晶岩被划分为3类:LCT型、NYF型和LCT+NYF混合型。LCT型伟晶岩通常富集Li、Cs、Ta(以及Rb、Be、Sn、B、P、F等)元素,Ta>Nb,Al饱和度高。该类伟晶岩主要形成于晚造山阶段,多与过铝质S型花岗岩有关,少量与I型花岗岩有关,其源区主要为上-中地壳的表壳岩类。NYF型花岗伟晶岩以富集Nb、Y和F(以及Be、REE、Sc、Ti、Zr、Th、U等)元素,Nb>Ta,富碱为标志,主要形成于非造山阶段,与准铝质到碱性(A型和I型)花岗岩密切相关,其源区比LCT型深,深源组分比例也高。LCT+NYF混合型则兼具以上2类伟晶岩的特征。

    西昆仑大红柳滩矿集区是中国新近发现的重要锂(铍)成矿集中区,产出有大红柳滩、509道班西、507、俘虏沟、阿克塔斯等多个超大型-大中型花岗伟晶岩型锂(铍)矿。前人通过对伟晶岩及二云母(二长)花岗岩详细的岩石学、地球化学和年代学等方面的研究,认为本区稀有金属伟晶岩属LCT型,强调锂(铍)矿化与二云母(二长)花岗岩关系密切(乔耿彪等, 2015;魏小鹏等, 2017;谭克彬等, 2021)。然而,除二云母(二长)花岗岩外,大红柳滩地区还发育同时期的闪长岩、石英闪长岩和花岗闪长岩等(魏小鹏等, 2018;丁坤等, 2020)。这些岩体可独立产出,亦可与二云母(二长)花岗岩共同组成花岗岩基。本文即以大红柳滩地区出露的花岗岩类,包括白龙山闪长岩、俘虏沟闪长岩和大红柳滩二云母花岗岩为研究对象,通过矿物学、岩石学、地球化学和年代学研究,约束岩石成因和源区性质,以期提高对西昆仑地区花岗岩类及相关伟晶岩矿化的认识。

    1 地质背景

    西昆仑造山带地处青藏高原西北缘,塔里木陆块西南缘,属中央造山带的最西段,古亚洲构造域和特提斯构造域的结合部位(Xiao et al., 2005)。该造山带历经早古生代—早中生代期间原特提斯洋和古特提斯洋长期俯冲消减和弧陆碰撞作用,岩浆活动频繁,成矿条件优越(Yuan et al., 1999; Wang, 2004; Xiao et al., 2005; Wang et al., 2016)。以奥依塔格-库地缝合带、麻扎-康西瓦缝合带、红山湖-乔尔天山缝合带为界,可将西昆仑划分为4个构造单元,自北向南依次是:北昆仑地体、南昆仑地体、甜水海地体和喀喇昆仑地体(Mattern et al., 2000;张传林等, 2019)。区内岩浆作用强烈,沿麻扎-康西瓦缝合带发育一个广阔的岩浆带,主要由钙碱性花岗岩和蛇绿岩组成(图1)(计文化等, 2004;肖序常等, 2004;魏小鹏等, 2017)。

    大红柳滩稀有金属成矿带位于甜水海地体,南北分别被麻扎-康西瓦缝合带和大红柳滩-郭扎错断裂带所局限,总体呈北西向展布,长约210 km,宽20~70 km(图2)(毛景文等, 2019;唐俊林等, 2022)。区域出露的地层由老到新依次为:古元古界康西瓦岩群、长城系赛图拉岩群、中元古界甜水海岩群、二叠纪黄羊岭群、三叠系巴颜喀拉山群、新近系泉水沟组以及第四系(图2)。其中,康西瓦岩群主要由片麻岩、混合岩、斜长角闪岩和片岩组成;赛图拉岩群主要由灰色斜长黑云石英片岩、斜长浅粒岩、混合片麻岩以及黑云二长变粒岩组成;甜水海岩群主要岩性为片岩、片麻岩、大理岩和角闪岩;黄羊岭群由变质含砾细粒长石岩斜砂岩和变质细粒长石岩屑杂砂岩组成;巴颜喀拉山群是本区伟晶岩型锂(铍)矿主要赋矿围岩,岩性主要由变质沉积碎屑岩和碳酸盐岩组成;第四系由现代雪被和全新世冲洪积层组成(Zhang et al., 2019)。

    大红柳滩锂(铍)矿集区位于甜水海地体北部,区内三叠纪花岗岩多以岩基形式侵入康西瓦岩群和巴颜喀拉岩群,主要岩石类型包括二云母花岗岩、二长花岗岩、闪长岩等花岗岩类(图2),因与大红柳滩、509道班西、俘虏沟、阿克塔斯等稀有金属伟晶岩密切的时空关系而备受关注。前人研究多集中于岩石学和成岩年代学,认为大红柳滩地区花岗岩类侵位年龄均在晚三叠世,但对不同花岗岩的成因存在争议,对岩体侵位时的物理化学条件缺少限定。

    2 样品特征及测试方法

    本次工作在大红柳滩地区系统采集白龙山闪长岩、俘虏沟闪长岩和大红柳滩二云母花岗岩样品用于岩石地球化学、矿物学和年代学研究。其中7件闪长岩样品分别采自509道班西矿区21号探槽旁侧河沟(No. G13~G15、G18,坐标:N 35°49′30.59″,E 79°15′41.70″)和俘虏沟南(No. HYM9~11,坐标:N 35°48′50.28″,E 79°05′3.66″)。另6件二云母花岗岩样品采自大红柳滩南矿区(No. DN-24、DN-27、DN-35、DN-37,坐标:N 35°52′27″,E 79°12′10.32″;No. DN-45、DN-46,坐标:N 35°52′59.7″,E 79°12′24.36″)。

    采自509道班西的闪长岩侵入至围岩中并被多条无矿的电气石伟晶岩脉穿插(图3a)。该样品与周楷麟等(2021)所述白龙山闪长岩位置接近,文后皆称之为白龙山闪长岩。岩石主要由斜长石(~40%)、角闪石(~20%)和黑云母(~20%)组成(图3b、c)。斜长石半自形板状,杂乱分布,粒度一般为0.5~2.2 mm;角闪石呈半自形柱状,杂乱分布,粒度为0.4~2.2 mm,可包裹磷灰石、锆石和石英等包体;黑云母呈棕褐色叶片状,片径为0.5~2.0 mm。

    采自俘虏沟的闪长岩样品手标本呈灰黑色-灰白色(图3d)。岩石的主要组成矿物包括斜长石(~35%)、角闪石(~20%)、黑云母(~20%)(图3e、f)。斜长石呈半自形-自形板状分布,发育聚片双晶和环带,粒径0.4~2.2 mm。黑云母呈叶片状分布,粒径0.2~2.0 mm,局部见绿泥石化。角闪石呈半自形柱状,粒径0.2~1 mm,与黑云母共生,分布在长石、石英之间,部分角闪石发生绿泥石化。

    图1 西昆仑造山带地质简图(据Hu et al., 2016; Wang et al., 2020修改)
    缝合带/区域性断裂:①—奥依塔格-库地缝合带;②—麻扎-康西瓦缝合带;③—大红柳滩-郭扎错断裂;④—喀喇昆仑断裂;⑤—红山湖-乔尔天山缝合带;地体:NKT—北昆仑地体;SKT—南昆仑地体;TST—甜水海地体;KKT—喀喇昆仑地体;矿床/矿点:1—康西瓦;2—阿克塔斯;3—大红柳滩南;4—大红柳滩东;5—俘虏沟1号脉;6—俘虏沟2号脉;7—白龙山;8—509道班西;9—507锂矿
    Fig. 1 Geological map of the West Kunlun orogenic belt (modified after Hu et al., 2016; Wang et al., 2020)
    Suture zone/regional fault :①—Oytag-Kudi suture zone;②—Mazha-Kangxiwa suture zone;③—Dahongliutan-Guozhacuo fault;④—Taxkorgan fault;⑤—Hongshanhu-Qiaoertianshan suture zone.Terrane: NKT—North Kunlun terrane; SKT—South Kunlun terrane; TST—Tianshuihai terrane; KKT—Karakorum terrane. Deposits/occurrences: 1—Kangxiwa; 2—Aketasi; 3—Dahongliutan South; 4—Dahongliutan East; 5—Fulugou V-1;6—Fulugou V-2; 7—Bailongshan; 8—509 Daoban West; 9—507 Li ore

    大红柳滩二云母花岗岩被不含矿伟晶岩脉侵入(图3g),二者界限明显(图3h)。二云母花岗岩手标本呈浅灰白色,中细粒花岗结构(图3i)。岩石主要由石英(30%~35%)、钾长石(20%~25%)、斜长石(~15%)、白云母(~10%)、黑云母(8%~10%)组成(图3j)。其中,石英呈他形粒状,杂乱分布于斜长石和钾长石之间,粒径0.2~2.6 mm;钾长石和斜长石呈半自形板状,粒径1.5~3.8 mm;黑云母呈叶片状,粒径0.2~0.6 mm,多色性明显;白云母呈片状,粒径0.1~1.2 mm,解理弯曲明显。电气石以铁电气石为主(图3k)。石榴子石自形粒状(图3l),大小一般0.8~1.0 mm,星散状分布。

    (1) 全岩主微量元素分析

    样品的主量、微量元素分析测试工作在澳实分析检测(广州)有限公司完成。主量元素测定采用ME-XRF26F方法,所用仪器为PANalyticalPW2424型X射线荧光光谱仪(XRF)和SartoriusCP64电子天平,相对偏差与相对误差均小于5%。首先将实验样品煅烧后加入四硼酸锂-偏硼酸锂-硝酸锂助熔物并充分混合,然后置于自动熔炼仪中并保持在1000℃以上熔融。将冷却后熔融物用X荧光光谱仪分析,检测限为0.01%。

    超痕量和微量元素的测定采用ME-MS-61r和ME-MS81g方法测定,所用仪器为Agilent5110电感耦合等离子体发射光谱仪和Agilent7900电感耦合等离子体质谱仪。在试样中加入偏硼酸锂/四硼酸锂熔剂并混合均匀,并在1025℃以上的熔炉中熔化,待溶液冷却后,使用硝酸、盐酸和氢氟酸进行定容,再用等离子体质谱仪分析,检测限随元素不同介于(1~10)×10-2之间,相对偏差与相对误差均小于10%。

    (2) 锆石LA-ICP-MS U-Pb测年

    锆石的分选、制靶和阴极发光(CL)照相在广州拓岩有限责任公司进行。将样品进行破碎,运用重液法以及磁法进行筛选,在双目镜下挑选出晶型好、色泽度好的锆石颗粒制成环氧树脂靶,并将样品靶抛光至锆石颗粒露出,然后分别在透射光、反射光和阴极发光下进行照相。锆石的阴极发光分析使用TESCAN MIRA3场发射扫描电子微探针(FE-SEM)完成,实验条件为加速电压10 kV,光束电流15 nA,放大倍率300~500倍。

    图2 大红柳滩矿集区区域地质图(底图据新疆维吾尔自治区有色地质矿产勘查研究院, 2022修改)
    Fig. 2 Geological map for the Dahongliutan district (modified after Institute of Geology and Mineral Exploration, Nonferrous Geological Exploration Bureau, Xinjiang Uygur Autonomous Region, 2022)


    图3 大红柳滩地区用于地球化学和年代学研究的样品及显微照片
    a~c.白龙山闪长岩,被无矿的电气石伟晶岩脉切穿(a),主要组成矿物包括斜长石、角闪石和黑云母(b、c);d~f.俘虏沟闪长岩,主要组成矿物包括斜长石、角闪石和黑云母;g~l.大红柳滩二云母花岗岩,被不含矿伟晶岩脉侵入(g、h),二云母花岗岩主要由石英、钾长石、斜长石、黑云母、
    白云母组成(j),发育少量电气石(k)和石榴石(l)
    Amp—角闪石;Bi—黑云母;Grt—石榴子石;Kfs—钾长石;Ms—白云母;Pl—斜长石;Qtz—石英;Tur—电气石
    Fig. 3 Samples and micrographs used for geochemical and geochronological study from Dahongliutan area
    a~c.Bailongshan diorite, which is cutted by barren tourmaline pegmatite (a), the main minerals include plagioclase, amphibole and biotite (b, c); d~f . Fulugou diorite, with the main minerals including plagioclase, amphibole and biotite; g~l. Dahongliutan two-mica granite
    cutted by barren pegmatite (g, h), it is mainly composed of quartz, K-feldspar, plagioclase, biotite and muscovite (j), develops by minor tourmaline (k) and garnet (l)
    Amp—Amphibole; Bi—Biotite; Grt—Garnet; Kfs—K-feldspar; Ms—Muscovite; Pl—Plagioclase; Qtz—Quartz; Tur—Tourmaline

    锆石的LA-ICPMS U-Pb定年在澳大利亚阿德莱德大学大学进行,所用仪器为Agilent ICP-MS和RESo lution 193 nm准分子激光剥蚀系统。激光束斑直径为30 mm,采用氦气(He)作为剥蚀过程中的载气,氩气作为补偿气以调节灵敏度。采用GJ-1作为外标对年龄和同位素比值进行数据校正,使用标准锆石91500进行监控盲样。利用锆石的Si作为内标、NIST610作为外标进行校正锆石中的U、Th、Pb含量。每个数据点分析采集时间为90 s,包括20 s的气体背景时间采集和70 s的样品信号采集。采用Glitter4软件计算U-Th-Pb同位素比值(207Pb/206Pb、206Pb/238U、207Pb/235U和208Pb/232Th)以及微量元素含量(Esmé van Achterbergh et al., 2001)。锆石的谐和图和加权平均年龄值利用Isoplot(Vermeesch, 2018)完成。

    (3) 角闪石电子探针分析

    角闪石成分的电子探针分析在核工业北京地质研究院分析测试中心完成,测试仪器为JXA-8100电子探针分析仪。实验条件为:加速电压为15 kV,激发电流为20 nA,电子束斑直径为2 μm。采用的标样主要有:Si(石英)、Al(刚玉)、Na(钠长石)、Cl(石盐)、K(钾长石)、Mg(橄榄石)、Mn和Ti(红钛锰矿)、P(磷灰石)、Ca(硅灰石)、F(萤石)。Si、Ti、Al、Fe、Mn、Mg、Ca、Na、K、P、F和Cl峰位的测试时间为10 s,氧化物背景测试时间为峰位的一半。所有数据校正方式为ZAF。

    3 测试结果
    3.1 主微量元素

    本次研究对大红柳滩地区13件花岗岩类样品进行了全岩地球化学分析,结果见表1。

    白龙山闪长岩的w(SiO2)最低,为58.89%~60.30%(平均59.56%),全碱w(Na2O+K2O)为4.24%~4.96%(平均4.62%),在TAS图解(图4a)中落于闪长岩区域。俘虏沟闪长岩的w(SiO2)居中,介于60.12%~63.24%(平均62.08%),全碱w(Na2O+K2O)为5.12%~5.90%(平均5.46%),落于闪长岩区域。大红柳滩二云母花岗岩的w(SiO2)最高,为73.00%~73.54%(平均73.21%),全碱w(Na2O+K2O)为8.09%~8.34%(平均8.24%),落于花岗岩区域。

    白龙山闪长岩和俘虏沟闪长岩的w(K2O)接近,分别为2.11%~2.87%(平均2.51%)和2.34%~3.43%(平均2.75%),在w(K2O)-w(SiO2)图解(图4b)中均位于高钾钙碱性系列区域。大红柳滩二云母花岗岩的w(K2O)则更高,介于4.69%~5.54%(平均5.20%),在图4b中位于高钾钙碱性-钾玄岩系列范围内。

    笔者计算获得白龙山闪长岩和俘虏沟闪长岩的铝饱和指数(A/CNK)分别为0.97~1.14(平均1.05)和0.94~0.97(平均0.96),在A/CNK-A/NK图解(图4c)中,落入准铝质-弱过铝质区域;大红柳滩二云母花岗岩样品的铝饱和指数(A/CNK)全部大于1.1(1.16~1.30,平均1.23),在图4c中落入过铝质花岗岩区域。

    由图5可见,从白龙山闪长岩→俘虏沟闪长岩,其w(TiO2)、w(Al2O3)、w(CaO)、w(Fe2O3)、w(MgO)与w(SiO2)呈显著的负相关关系,w(Na2O)、w(K2O)则与w(SiO2)呈正相关。考虑到大红柳滩地区花岗岩类缺少金红石,TiO2一般赋存在黑云母之中,这意味着岩浆演化过程中可能发生了黑云母的分离结晶(图5a);Al2O3、CaO多赋存在长石之中,Al2O3、CaO与SiO2的负相关指示了长石的分离结晶(图5b、c);Fe2O3、MgO多赋存在暗色矿物,尤其是角闪石之中,w(Fe2O3)、w(MgO)与w(SiO2)的负相关反映了角闪石的分离结晶(图5d、e)。

    在球粒陨石标准化的稀土元素配分图(图6a)中,白龙山闪长岩、俘虏沟闪长岩和大红柳滩二云母花岗岩均表现为富集轻稀土元素、亏损重稀土元素,其稀土元素总量ƩREE分别介于121.86×10-6~159.42×10-6(平均140.83×10-6)、168.80×10-6~224.60×10-6(平均198.93×10-6)和85.40×10-6~126.34×10-6(平均107.65×10-6),以二云母花岗岩的稀土元素总量最低;LREE/HREE比值分别介于7.47~11.87(平均9.38)、8.64~11.13(平均10.22)和11.37~15.74(平均13.74),dEu分别介于0.79~0.89(平均0.83)、0.56~0.77(平均0.64)和0.29~0.38(平均0.35),以二云母花岗岩的轻、重稀土元素分异和Eu元素异常最为明显,表明其源区可能有大量斜长石作为残留相或者经历了明显的长石分离结晶作用(朱弟成等, 2009)。花岗岩中Ba、Sr的亏损也可能源自长石矿物的分离结晶作用。

    在原始地幔标准化的微量元素图解(图6b)中,多数样品表现出显著富集Rb、Th、U、K等大离子亲石元素,亏损Ba、Nb、Ta、Sr、Ti等高场强元素的特征,其中白龙山闪长岩和俘虏沟闪长岩的P元素亏损强烈,大红柳滩二云母花岗岩的U元素异常富集。

    图4 大红柳滩地区花岗岩类TAS图解(a,底图据Middlemost, 1994)、w(K2O)-w(SiO2)图解(b,底图据Rickwood, 1989)和A/NK-A/CNK图解(c,底图据Maniar et al., 1989)
    Fig. 4 TAS diagram (a, base map cited from Middlemost, 1994),w(K2O)-w(SiO2) diagram (b, base map from Rickwood, 1989) and A/NK-A/CNK diagram (c, base map from Maniar et al., 1989) for the Dahongliutan granitoids


    图5 大红柳滩地区花岗岩类主量元素Harker图解
    Fig. 5 Harker diagrams for the granitoids from the Dahongliutan area


    图6 大红柳滩地区花岗岩类球粒陨石标准化稀土元素配分图(a)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b)(标准化数据引自Sun et al., 1989)
    Fig. 6 Chondrite-normalized REE pattern (a) and primitive mantle-normalized trace element spidergram (b) for the Dahongliutan granitoids (the data of chondrite and primitive cited from Sun et al., 1989)

    稀有元素方面,白龙山闪长岩具有较高的w(Li)、w(Rb)、w(Nb)和较低的w(Ta)从白龙山闪长岩到俘虏沟闪长岩,w(Nb)降低,w(Ta)升高,Nb/Ta降低,而w(Be)基本不变(图7)。上述趋势说明岩浆的结晶分异作用并未造成w(Li)、w(Be)、w(Rb)增加,但对w(Nb)、w(Ta)等元素意义重大,且铌铁矿先于钽铁矿结晶。而Rb主要通过替换K、Na和Li等碱金属元素,以类质同象的形式进入锂云母、铯榴石、铯锂云母、钾长石(天河石)、白云母、黑云母和锂辉石等矿物之中(赵振华等, 2020;吴昌志等, 2021;谢金玲等, 2023)。本文获得白龙山闪长岩的w(Rb)略高于俘虏沟闪长岩,可能是含Rb矿物结晶所致。另外,Rb作为强不相容元素,在地壳中的平均丰度高达49×10-6,而在地幔中的丰度只有0.6×10-6(张卓盈, 2021),这可能是壳源的二云母花岗岩w(Rb)显著增加(图7c)的重要原因。

    图7 大红柳滩地区花岗岩类w(Be)、w(Li)、w(Rb)、w(Nb)、w(Ta)、Nb/Ta随w(SiO2)变化图解
    Fig. 7 Diagrams showing the changes ofw(Be),w(Li),w(Rb),w(Nb),w(Ta), Nb/Ta along withw(SiO2) in the Dagongliutan granitoids

    3.2 锆石U-Pb年龄

    本次工作对大红柳滩地区4件花岗岩类样品进行了锆石LA-ICPMS U-Pb定年,包括闪长岩样品2件(白龙山G15和俘虏沟HYM11)和二云母花岗岩样品2件(DN25和DN28),得到的边部年龄数据见表2,锆石微量数据见附表1,二云母花岗岩核部年龄数据见附表2。

    白龙山闪长岩样品G15和俘虏沟闪长岩样品HYM11中的锆石主要为自形晶,粒径一般在70~260 μm,长宽比为2∶1~3∶1,锆石阴极发光(CL)图像显示特征的岩浆韵律环带(图8a)。获得白龙山闪长岩39个位于边部震荡环带处的分析点的w(U)为(132~588)×10-6,w(Th)为(65~338)×10-6,Th/U比值为0.24~0.58(均大于0.1),显示典型岩浆锆石特征(吴元保等, 2004)。计算得到39个点的协和年龄为(213.67±0.61)Ma(MSWD=1.4);加权平均年龄为(213.78±0.64)Ma(MSWD=1.08),二者在误差范围内一致(图9a、b),可代表白龙山闪长岩的侵位年龄。俘虏沟闪长岩锆石边部的震荡环带处的14个测试点的w(U)为80~596×10-6,w(Th)为(34~143)×10-6,Th/U比值为0.22~0.51(均大于0.1)。计算得到14个测试点的协和年龄为(211.73±1.02)Ma(MSWD=1.9),加权平均年龄为(211.90±1.7)Ma(MSWD=2.2),二者误差范围内一致(图9c、d)。

    Breiter等(2014)提出依据锆石的Zr/Hf比值,可将花岗岩划分为普通花岗岩(Zr/Hf > 55)、中等分异花岗岩(25 < Zr/Hf < 55)和高分异花岗岩(Zr/Hf < 25)3类。获得白龙山闪长岩和俘虏沟闪长岩的锆石Zr/Hf比值分别介于36~49和32~45之间,均指示中等分异程度。

    来自二云母花岗岩的锆石晶型较好,以柱状为主。锆石粒径变化较大,介于60~150 μm,长宽比主要集中于2∶1~3∶1。CL图像(图8a)显示,锆石大多具有清晰的核边结构:边部多发育清晰的振荡环带,具有岩浆锆石的特征,核部则结构复杂,可发育震荡环带、扇形分带或无环带,且往往边部比核部在CL下颜色更暗(图8a)。对119个测试点进行了U-Pb定年,得到的年龄跨度较大,由180 Ma到2490 Ma(图8a、图9e)(注:当年龄小于1000 Ma时,使用206Pb/238U年龄,反之则使用207Pb/206Pb年龄)。

    113个位于核部的测试点给出的Th/U比值介于0.02~1.45,年龄介于207~2490 Ma,以~210 Ma年龄为高峰(附表2,图9f)。这些~210 Ma左右的锆石Th/U比值均>0.1,微量元素和稀土元素配分模式与岩浆锆石一致(图8b~d)。10个分析点给出的协和年龄为(211.20±1.1)Ma(MSWD=0.34,n=10,附表2,图9g),与前人获得的大红柳滩二云母花岗岩的侵位时代一致(209.6~217.5 Ma,表3),亦与大红柳滩地区花岗岩类大规模的岩浆侵入时限一致,笔者认为可代表岩体的侵位时代,其余大于该年龄值者被认为属继承锆石。这些锆石对应的Zr/Hf比值(38~44)指示中等分异程度。

    1 大红柳滩地区花岗岩类主量元素(w(B)/%)和微量元素((w(B)/10-6)分析结果

    Table1 Major((w(B)/%and trace((w(B)/10-6element compositions of granitoids from the Dahongliutan area

    分析点号

    w(B)/10-6

    Th/U

    同位素比值

    年龄/Ma

    谐和度/%


    Th

    U

    207Pb/235U

    206Pb/238U

    207Pb/206Pb


    207Pb/235U

    206Pb/238U

    207Pb/206Pb


    白龙山闪长岩(G15),锆石边部


    G15-07

    98.41

    257.11

    0.38

    0.2425

    0.0218

    0.0333

    0.0008

    0.0520

    0.0047

    220.45

    19.82

    211.45

    4.76

    284.86

    25.91

    96


    G15-08

    105.36

    279.46

    0.38

    0.2360

    0.0207

    0.0336

    0.0007

    0.0503

    0.0045

    215.17

    18.89

    213.10

    4.65

    205.94

    18.25

    99


    G15-09

    69.59

    179.81

    0.39

    0.2422

    0.0257

    0.0333

    0.0009

    0.0521

    0.0056

    220.19

    23.40

    211.11

    5.50

    288.21

    31.10

    96


    G15-12

    118.90

    294.97

    0.40

    0.2467

    0.0206

    0.0336

    0.0007

    0.0526

    0.0044

    223.92

    18.70

    213.12

    4.54

    312.72

    26.36

    95


    G15-21

    121.14

    319.05

    0.38

    0.2480

    0.0200

    0.0339

    0.0007

    0.0527

    0.0043

    224.94

    18.18

    215.16

    4.46

    313.51

    25.54

    96


    G15-32

    121.01

    299.26

    0.40

    0.2331

    0.0205

    0.0335

    0.0007

    0.0505

    0.0043

    212.72

    18.70

    212.36

    4.33

    216.41

    18.43

    100


    G15-39

    150.61

    335.19

    0.45

    0.2345

    0.0198

    0.0343

    0.0007

    0.0496

    0.0040

    213.94

    18.06

    217.25

    4.24

    174.24

    14.17

    102


    G15-46

    102.9

    250.98

    0.41

    0.2383

    0.0226

    0.0337

    0.0007

    0.0512

    0.0047

    216.99

    20.57

    213.56

    4.70

    247.75

    22.95

    98


    G15-48

    79.53

    203.95

    0.39

    0.2289

    0.0242

    0.0340

    0.0008

    0.0487

    0.0051

    209.32

    22.11

    215.37

    5.16

    133.85

    13.94

    103


    G15-51

    125.45

    320.94

    0.39

    0.2380

    0.0205

    0.0339

    0.0007

    0.0507

    0.0042

    216.78

    18.64

    215.03

    4.31

    226.53

    18.83

    99


    G15-52

    152.30

    502.61

    0.30

    0.2379

    0.0171

    0.0340

    0.0006

    0.0506

    0.0034

    216.74

    15.53

    215.24

    3.64

    223.31

    15.03

    99


    G15-55

    104.74

    230.82

    0.45

    0.2345

    0.0232

    0.0334

    0.0008

    0.0507

    0.0049

    213.88

    21.21

    211.63

    4.85

    227.67

    22.15

    99


    G15-56

    174.37

    406.49

    0.43

    0.2370

    0.0185

    0.0338

    0.0006

    0.0506

    0.0038

    215.95

    16.90

    214.38

    3.93

    221.39

    16.52

    99


    G15-57

    92.31

    247.72

    0.37

    0.2341

    0.0225

    0.0331

    0.0007

    0.0510

    0.0048

    213.57

    20.57

    210.08

    4.69

    240.19

    22.64

    98


    G15-60

    64.52

    131.94

    0.49

    0.2330

    0.0297

    0.0341

    0.001

    0.0493

    0.0063

    212.63

    27.13

    216.10

    6.26

    160.58

    20.45

    102


    G15-66

    165.06

    359.01

    0.46

    0.2357

    0.0192

    0.0335

    0.0006

    0.0508

    0.0040

    214.87

    17.51

    212.68

    3.85

    228.75

    18.04

    99


    G15-70

    130.96

    356.86

    0.37

    0.2482

    0.0197

    0.0339

    0.0006

    0.0529

    0.0041

    225.13

    17.91

    214.97

    3.87

    325.06

    24.97

    95


    G15-71

    220.55

    419.91

    0.53

    0.2347

    0.0178

    0.0336

    0.0006

    0.0505

    0.0037

    214.03

    16.20

    213.29

    3.57

    215.14

    15.61

    100


    G15-75

    338.46

    588.44

    0.58

    0.2311

    0.0157

    0.0337

    0.0005

    0.0496

    0.0032

    211.13

    14.35

    213.95

    3.18

    175.22

    11.21

    101


    G15-76

    102.44

    222.12

    0.46

    0.2319

    0.0233

    0.0334

    0.0007

    0.0502

    0.0050

    211.8

    21.25

    212.05

    4.73

    205.05

    20.31

    100


    G15-77

    173.80

    428.17

    0.41

    0.2402

    0.0181

    0.0347

    0.0006

    0.0501

    0.0036

    218.6

    16.44

    219.94

    3.65

    200.79

    14.45

    101


    G15-84

    125.93

    342.42

    0.37

    0.2278

    0.0192

    0.0336

    0.0006

    0.0493

    0.0040

    208.38

    17.53

    212.78

    3.94

    159.78

    13.05

    102


    G15-85

    144.81

    369.73

    0.39

    0.2342

    0.0189

    0.0345

    0.0006

    0.0493

    0.0038

    213.64

    17.22

    218.35

    3.87

    163.29

    12.72

    102


    G15-86

    184.73

    406.28

    0.45

    0.2346

    0.0182

    0.0334

    0.0006

    0.0510

    0.0038

    213.97

    16.57

    211.77

    3.65

    240.00

    17.87

    99


    G15-90

    126.66

    277.02

    0.46

    0.2429

    0.0218

    0.0336

    0.0007

    0.0525

    0.0046

    220.77

    19.80

    213.05

    4.33

    307.96

    27.04

    97


    G15-91

    130.99

    355.76

    0.37

    0.2303

    0.019

    0.0331

    0.0006

    0.0506

    0.0040

    210.48

    17.34

    210.07

    3.84

    219.69

    17.54

    100


    G15-92

    167.84

    372.44

    0.45

    0.2373

    0.018

    0.0336

    0.0006

    0.0512

    0.0039

    216.22

    16.42

    213.27

    3.81

    250.31

    19.22

    99


    G15-94

    98.44

    405.05

    0.24

    0.2343

    0.0173

    0.0335

    0.0006

    0.0507

    0.0038

    213.76

    15.82

    212.68

    3.70

    225.73

    16.88

    99


    G15-97

    111.43

    269.76

    0.41

    0.2288

    0.0204

    0.0333

    0.0007

    0.0498

    0.0045

    209.18

    18.66

    211.24

    4.34

    183.66

    16.63

    101


    G15-98

    146.81

    337.97

    0.43

    0.2386

    0.019

    0.0336

    0.0006

    0.0514

    0.0041

    217.23

    17.31

    213.32

    4.00

    256.66

    20.72

    98


    分析点号

    w(B)/10-6

    Th/U

    同位素比值

    年龄/Ma

    谐和度/%

    Th

    U

    207Pb/235U

    206Pb/238U

    207Pb/206Pb


    207Pb/235U

    206Pb/238U

    207Pb/206Pb

    G15-99

    114.35

    306.35

    0.37

    0.2384

    0.0197

    0.0338

    0.0007

    0.0511

    0.0043

    217.13

    17.99

    214.10

    4.15

    246.04

    20.66

    99

    G15-100

    190.14

    439.43

    0.43

    0.2300

    0.0165

    0.0335

    0.0006

    0.0497

    0.0036

    210.22

    15.07

    212.40

    3.56

    180.87

    13.09

    101

    G15-101

    136.74

    336.82

    0.41

    0.2282

    0.0185

    0.0339

    0.0006

    0.0487

    0.004

    208.68

    16.95

    214.99

    4.01

    132.05

    10.86

    103

    G15-108

    106.23

    273.83

    0.39

    0.2330

    0.0206

    0.0334

    0.0007

    0.0504

    0.0045

    212.67

    18.82

    211.73

    4.34

    211.2

    18.96

    100

    G15-110

    310.01

    557.75

    0.56

    0.2375

    0.0153

    0.0336

    0.0005

    0.0509

    0.0033

    216.39

    13.92

    213.30

    3.27

    236.36

    15.29

    99

    G15-111

    167.14

    426.46

    0.39

    0.2398

    0.0171

    0.0336

    0.0006

    0.0514

    0.0037

    218.22

    15.56

    213.18

    3.61

    258.41

    18.6

    98

    G15-114

    180.64

    353.94

    0.51

    0.2372

    0.0186

    0.0341

    0.0006

    0.0500

    0.0040

    216.09

    16.96

    216.40

    3.96

    195.23

    15.51

    100

    G15-116

    160.48

    320.98

    0.50

    0.2358

    0.0195

    0.034

    0.0007

    0.0499

    0.0042

    214.99

    17.77

    215.40

    4.13

    191.20

    16.01

    100

    G15-119

    150.67

    315.75

    0.48

    0.2340

    0.0194

    0.0339

    0.0007

    0.0496

    0.0042

    213.51

    17.74

    214.86

    4.13

    176.67

    14.87

    101

    俘虏沟闪长岩(HYM11),锆石边部

    HYM11-28

    90.74

    393.67

    0.23

    0.2268

    0.0173

    0.0332

    0.0006

    0.0495

    0.0038

    207.55

    15.80

    210.46

    3.75

    172.51

    13.24

    101

    HYM11-05

    122.85

    542.28

    0.23

    0.2358

    0.0154

    0.0333

    0.0005

    0.0509

    0.0033

    214.94

    14.07

    211.18

    3.31

    235.46

    15.44

    98

    HYM11-11

    119.27

    389.74

    0.31

    0.2371

    0.0178

    0.033

    0.0006

    0.0518

    0.0039

    216.08

    16.24

    209.06

    3.74

    277.51

    21.03

    97

    HYM11-14

    113.84

    446.57

    0.25

    0.2511

    0.0173

    0.0340

    0.0006

    0.0532

    0.0037

    227.45

    15.71

    215.71

    3.61

    337.6

    23.44

    95

    HYM11-34

    60.20

    150.78

    0.40

    0.2379

    0.0274

    0.0334

    0.0009

    0.0517

    0.0061

    216.68

    24.93

    211.69

    5.73

    269.73

    31.61

    98

    HYM11-45

    109.42

    403.64

    0.27

    0.2254

    0.0170

    0.0332

    0.0006

    0.0490

    0.0037

    206.40

    15.54

    210.61

    3.76

    149.03

    11.31

    102

    HYM11-55

    128.67

    596.22

    0.22

    0.2410

    0.0149

    0.0335

    0.0005

    0.0518

    0.0032

    219.26

    13.56

    212.67

    3.27

    274.39

    16.99

    97

    HYM11-113

    128.61

    494.68

    0.26

    0.2380

    0.0169

    0.034

    0.0006

    0.0505

    0.0036

    216.76

    15.43

    215.58

    3.91

    219.09

    15.78

    99

    HYM11-47

    61.75

    135.86

    0.45

    0.2234

    0.0280

    0.0335

    0.0010

    0.0481

    0.0061

    204.77

    25.65

    212.66

    6.06

    103.42

    13.19

    104

    HYM11-50

    124.25

    381.19

    0.33

    0.2287

    0.0176

    0.0328

    0.0006

    0.0504

    0.0039

    209.14

    16.11

    207.86

    3.83

    210.54

    16.37

    99

    HYM11-79

    33.52

    79.62

    0.42

    0.2270

    0.039

    0.0328

    0.0013

    0.0499

    0.0088

    207.72

    35.66

    208.01

    8.26

    187.36

    32.90

    100

    HYM11-85

    143.37

    530.76

    0.27

    0.2350

    0.0162

    0.0332

    0.0006

    0.0510

    0.0036

    214.29

    14.74

    210.43

    3.69

    241.77

    16.86

    98

    HYM11-97

    109.86

    457.47

    0.24

    0.2386

    0.0176

    0.0344

    0.0006

    0.0501

    0.0037

    217.27

    16.00

    218.15

    4.06

    196.45

    14.65

    100

    HYM11-106

    49.67

    98.24

    0.51

    0.2308

    0.0355

    0.0329

    0.0012

    0.0507

    0.0080

    210.88

    32.40

    208.62

    7.51

    225.38

    35.39

    99

    二云母花岗岩(DN28和DN25),锆石边部

    DN28-23

    36.30

    3830.32

    0.01

    0.2007

    0.007

    0.0288

    0.0003

    0.0505

    0.0017

    185.73

    6.52

    182.92

    1.60

    216.08

    7.18

    98

    DN28-49

    92.43

    4092.89

    0.02

    0.2041

    0.0067

    0.0295

    0.0003

    0.0498

    0.0016

    188.63

    6.18

    187.39

    1.65

    185.42

    6.11

    99

    DN25-04

    507.08

    3756.88

    0.13

    0.2028

    0.0093

    0.0292

    0.0005

    0.0499

    0.0018

    187.49

    8.62

    185.56

    3.11

    190.87

    7.05

    99

    DN25-05

    235.48

    1900.3

    0.12

    0.2210

    0.0107

    0.0318

    0.0006

    0.0500

    0.0020

    202.70

    9.84

    202.09

    3.76

    192.47

    7.76

    100

    DN25-46

    38.72

    4633.44

    0.01

    0.1998

    0.0087

    0.0283

    0.0005

    0.0509

    0.0017

    184.95

    8.06

    179.89

    3.11

    234.93

    7.64

    97

    DN28-55

    769.11

    2745.73

    0.28

    0.2082

    0.0075

    0.0299

    0.0004

    0.0501

    0.0018

    192.01

    6.91

    189.64

    2.55

    198.11

    7.2

    99

    续表2
    Continued Table2


    图8 大红柳滩花岗岩类代表性锆石CL特征(a,黑色数字表示测试点号,红色数字表示年龄,黄色圈代表热液锆石)、二云母花岗岩锆石(Sm/La)N-w(La)图解(b,底图据Kirkland et al., 2009)、(Sm/La)N-(Lu/Gd)N图解(c,底图据Ferry et al., 2007)和球粒陨石标准化稀土元素配分图(d,标准化数据引自Sun et al., 1989)
    Fig. 8 Representative zircon CL images of the Dahongliutan granitoids(a, black numbers are the numbers of spots, red numbers are obtained U-Pb ages, yellow circles represent hydrothermal zircons), (Sm/La) N-w(La) diagram (b, base map cited from Kirkland et al., 2009), (Sm/La)N-(Lu/Gd)N diagram (c, base map cited from Ferry et al., 2007) and chondrite-normalized REE pattern (d, the data of chondrite and primitive mantle cited from Sun et al., 1989) of zircons from the Dahongliutan two-mica granite

    Hoskin等(2000)和Rubatto(2002)的研究表明,热液锆石的显著特征为稀土元素分配模式比较平坦,富集LREE,La含量较岩浆锆石高,(Sm/La)N比值则明显较低,Ce正异常较弱甚至没有;而几乎所有岩浆锆石和变质锆石都具有低的LREE和强烈的Ce正异常,(Sm/La)N比值高。本次研究获得二云母花岗岩核部最年轻的测试点(图8a中的DN25-24、DN28-28、DN28-68号点)给出的年龄为197 Ma左右,其中DN25-24测试点的w(U)、w(Th)分别为2182×10-6和48×10-6,Th/U比值为0.02,在锆石成因判别图解中(图8b~d)落入岩浆锆石区域,其稀土元素配分模式也和典型岩浆锆石类似。其余2个点DN28-28和DN28-68测试点的w(U)、w(Th)分别为2156×10-6、1578×10-6和233×10-6、209×10-6,Th/U比值分别为0.11和0.13。其稀土元素特征介于岩浆锆石和热液锆石之间(图8b~d),可能形成于岩浆-热液过渡期。与之类似,6个位于锆石边部的测试点其w(U)、w(Th)、稀土元素组成亦与典型岩浆锆石存在差异。其中DN28-49测试点的w(U)、w(Th)分别为4093×10-6和92×10-6,其Th/U极低(0.02),在锆石成因判别图解(图8b~d)中落于岩浆区域,其稀土元素模式也类似于岩浆锆石。而DN28-23和DN25-46测试点的w(U)、w(Th)分别为3830×10-6、4633×10-6和36×10-6、39×10-6,其Th/U比值极低(均为0.01),显著低于典型岩浆锆石(戚学祥等, 2008)。在锆石成因判别图解(图8b、c)中分别落于岩浆和热液锆石过渡区域,二者稀土元素配分模式类似于上述岩浆-热液过渡期锆石(DN28-28和DN28-68,图8d),均表现为w(La)和w(Ce)比岩浆锆石高,且Ce正异常不明显,形成于岩浆-热液过渡阶段;而DN25-04、DN25-05和DN28-55这3个点的Th/U比值均大于0.1(分别为0.13、0.12和0.28),其稀土元素配分模式与典型的热液锆石类似,表现为平坦的稀土元素配分模式,富集LREE,如La、Ce、Pr和Nd,而(Sm/La)N、(Lu/Gd)N比值明显较岩浆锆石更低(图8b~d),具有热液锆石典型的暗色增生边核幔结构(夏清等, 2021),形成于热液阶段或者岩浆结晶分异晚期。笔者获得DN25-05测试点的年龄为(202.09±3.76)Ma;其余5个点的年龄集中于185 Ma左右,给出的协和年龄为(185.34±1.0)Ma(图9h,表2),代表了最晚期的岩浆-热液事件的年龄。

    图9 大红柳滩花岗岩类锆石LA-ICPMS U-Pb定年结果,包括白龙山闪长岩(a、b)、俘虏沟闪长岩(c、d)以及大红柳滩二云母花岗岩(e~h)
    Fig. 9 Zircon LA-ICPMS U-Pb ages for the Dahongliutan granitoids, including the Bailongshan diorite (a,b), the Fulugou diorite (c,d), and the Dahongliutan two-mica granite (e~h)

    3.3 角闪石主量元素分析结果

    本次研究对白龙山和俘虏沟的3件闪长岩样品(No. G15、HYM9和HYM10)进行了角闪石成分的电子探针(图10),结果见附表3。

    闪长岩中所含角闪石均表现为富Mg、Ca、K,低Ti、Na的特点。获得白龙山(G15)和俘虏沟闪长岩(HYM9和HYM10)中角闪石的w(MgO)为8.43%~10.47%,w(CaO)为11.37%~12.22%,w(K2O)为0.4%~1.15%,w(TiO2)为0.43%~1.56%,w(Na2O)为0.72%~1.1%,w(FeO)为16.45%~18.72%,w(Al2O3)则介于8.14%~10.98%,在角闪石成因图解(图11)中落入铁普通角闪石-镁角闪石系列范围。

    4 讨 论
    4.1 岩浆-热液活动时限:来自锆石U-Pb年龄的约束

    对于大红柳滩地区花岗岩类侵入时代和伟晶岩的矿化时代,前人已做较多工作(表3)。在成岩年龄方面,前人获得白龙山闪长岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为(212.3±1.6)Ma(王核等, 2021),俘虏沟石英闪长岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为(213.7±2.0)Ma(魏小鹏等, 2018),大红柳滩和509道班西的二云母(二长)花岗岩的锆石U-Pb年龄介于(208.8±1.7)Ma~(217.5±2.8)Ma(乔耿彪等, 2015;魏小鹏等, 2017; Zhang et al., 2019;谭克彬等, 2021;唐俊林等, 2022),龙门山黑云母花岗岩和细晶花岗岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为(216.8±0.9)Ma和(209.5±1.2)Ma(唐俊林等, 2022)。

    图10 白龙山和俘虏沟闪长岩中角闪石的背散射特征
    Amp—角闪石;Qtz—石英;Bi—黑云母;Pl—斜长石;Ttn—榍石
    Fig. 10 BSE characteristics of amphibole from the Bailongshan and Fulugou diorites
    Amp—Amphibole; Qtz—Quartz; Bi—Biotite; Pl—Plagioclase; Ttn—Titanite


    表3 大红柳滩地区花岗岩类侵位年龄及伟晶岩矿化年龄
    Table 3 Emplacement ages of granitoids and mineralization ages of pegmatite Li deposits in theDahongliutan area

    岩体/矿床

    岩性

    测年方法

    测年结果/Ma

    资料来源

    白龙山

    花岗闪长岩

    LA-ICP-MS锆石U-Pb

    212.3±1.6

    王核等,2021

    闪长岩

    LA-ICP-MS锆石U-Pb

    213.67±0.61

    本文

    俘虏沟

    石英闪长岩

    LA-ICP-MS锆石U-Pb

    213.7±2.0

    魏小鹏等,2018

    闪长岩

    LA-ICP-MS锆石U-Pb

    211.73±1.02

    本文

    大红柳滩

    二云母花岗岩

    LA-ICP-MS锆石U-Pb

    217.5±2.8

    Zhang et al., 2018

    二云母花岗岩

    LA-ICP-MS锆石U-Pb

    209.6±1.3

    魏小鹏等,2017

    二云母花岗岩

    LA-ICP-MS锆石U-Pb

    205.90±0.41

    Zhou et al., 2022

    二云母花岗岩

    LA-ICP-MS锆石U-Pb

    211.20±1.10

    本文

    二云母花岗岩

    LA-ICP-MS锆石U-Pb

    185.1±0.89

    本文

    二长花岗岩

    SHRIMP锆石U-Pb

    217.4±2.2

    乔耿彪等,2015

    二云母二长花岗岩

    LA-ICP-MS锆石U-Pb

    216.7±0.82

    Zhou et al., 2022

    二云母二长花岗岩

    SIMS锆石U-Pb

    216±1.5

    唐俊林等,2022

    白云母二长花岗岩

    LA-ICP-MS锆石U-Pb

    214±0.63

    Zhou et al., 2022

    黑云母二长花岗岩

    LA-ICP-MS锆石U-Pb

    214.7±1.0

    Zhou et al., 2022

    黑云母花岗闪长岩

    LA-ICP-MS锆石U-Pb

    212.71±0.89

    Zhou et al., 2022

    黑云母石英闪长岩

    LA-ICP-MS锆石U-Pb

    209.3±2.8

    Zhou et al., 2022

    龙门山锂矿

    黑云母花岗岩

    LA-ICP-MS锆石U-Pb

    216.8±0.9

    唐俊林等,2022

    细晶花岗岩

    LA-ICP-MS锆石U-Pb

    209.5±1.2

    唐俊林等,2022

    509道班西锂矿

    二云母二长花岗岩

    LA-ICP-MS锆石U-Pb

    208.8±1.7

    谭克彬等,2021

    伟晶岩

    白云母40Ar/39Ar坪年龄

    188.07±1.86

    王威等,2022

    白龙山锂矿

    伟晶岩

    LA-ICP-MS铌钽矿U-Pb

    208.1±1.5

    Wang et al., 2021

    伟晶岩

    LA-ICP-MS锡石U-Pb

    211±4.1

    周楷麟等,2021

    阿克塔斯锂矿

    90-1号脉伟晶岩

    LA-ICP-MS锡石U-Pb

    218±12

    Yan et al., 2018

    90-1号脉伟晶岩

    LA-ICP-MS铌钽矿U-Pb

    211.9±2.4

    Yan et al., 2018

    花岗伟晶岩

    白云母40Ar/39Ar坪年龄

    144.7±4.3

    乔耿彪等,2020

    雪凤岭锂矿

    伟晶岩

    LA-ICP-MS锡石U-Pb

    208±15

    白洪阳等,2022

    伟晶岩

    LA-ICP-MS铌钽矿U-Pb

    208.2±2.1

    白洪阳等,2022

    成矿年龄方面,Wang等(2021)采用铌钽铁矿U-Pb方法,获得白龙山锂矿的年龄为(208±1.5)Ma,与周楷麟(2021)获得的同一矿床中锡石U-Pb年龄(211±4.1 Ma)在误差范围内一致。闫庆贺等(2017)对阿克塔斯锂矿区90-1号脉中的锡石及铌钽铁矿进行了LA-ICP-MS U-Pb定年,得到的年龄分别为(218±12)Ma和(211.9±2.4)Ma。白洪阳等(2022)获得雪凤岭锂矿床铌钽铁矿和锡石的LA-ICP-MS U-Pb年龄分别为(208.2±2.1)Ma和(208±15)Ma。据此厘定大红柳滩成矿带伟晶岩的稀有金属矿化发生于218~208 Ma之间。

    本次研究获得被无矿伟晶岩切穿的白龙山闪长岩(G21)锆石U-Pb年龄为((213.67±0.61)Ma),与前人获得的花岗岩闪长岩年龄((212.3±1.6)Ma)在误差范围内一致,亦与铌钽矿((208±1.5)Ma)和锡石((211±4.1)Ma)U-Pb年龄约束的伟晶岩矿化年龄接近(Wang et al., 2021;周楷麟, 2021)。鉴于白龙山闪长岩具有较高的全岩w(Li)(平均741×10-6,表1),且其 87Sr/86Sr、Sr同位素初始比值(87Sr/86Sr)i143Nd/144Nd比值以及Nd同位素初始比值 ((143Nd/144Nd)i比值)与矿化伟晶岩接近(分别为87Sr/86Sr=0.7114~0.720和0.7694、(87Sr/86Sr)i=0.7088~0.7094和0.7265、143Nd/144Nd=0.5122~0.5123和0.5120~0.5121以及(143Nd/144Nd)i=0.5120~0.5121和0.5118)(周楷麟, 2021),认为其与伟晶岩矿化之间存在联系。对于俘虏沟闪长岩,其岩浆侵位时代(211.73±1.02)与白龙山闪长岩接近,其地球化学组成也非常相似,笔者认为可能为同一期岩浆事件的结果。而大红柳滩二云母花岗岩被公认为与伟晶岩密切相关(魏小鹏, 2018; Yan et al., 2018;何蕾等, 2023)。

    图11 白龙山和俘虏沟闪长岩中角闪石分类图解(底图据Leake et al., 1997)
    Fig. 11 Classification diagram of amphibole from the Bailongshan and Fulugou diorites (base map cited from Leake et al., 1997)

    大红柳滩二云母(二长)花岗岩已有年龄集中在209.6~217.5 Ma之间(表3)。本文最新研究揭示,该岩体所含锆石结构复杂,往往发育核边结构。由U-Pb方法约束的锆石继承核年龄变化于207~2490 Ma之间(图9e、f)。最年轻的岩浆锆石给出的年龄为(211.20±1.1)Ma(图9g,MSWD=0.34,n=10),与前人所获得的侵位年龄在误差范围内一致,亦与区域大规模三叠纪岩浆侵位时代一致,可代表岩浆侵位年龄。但尚有部分锆石颗粒的年龄小于210 Ma,且可见~210 Ma的锆石发育增生边(图8a),亦说明在~210 Ma之后还有一期岩浆或热液事件。这些增生边的Th/U比值、稀土配分特征等与岩浆-热液过渡期锆石和热液锆石特征类似(Watson et al., 1997; Hoskin et al., 2000; Rubatto, 2002;吴元保等, 2004),其加权平均年龄为(185.10±0.89)Ma(图9h,MSWD=4),可视为最晚一次的岩浆-热液事件。大红柳滩二云母花岗岩被无矿伟晶岩脉切穿(图3g、h),这可能是受后期无矿伟晶岩侵位所致。事实上,王威等(2022)曾获得509道班西伟晶岩中的白云母的40Ar/39Ar坪年龄为(188.07±1.86)Ma(MSWD=4.44),与本文结果接近。

    上述年龄结果显示,大红柳滩矿集区中生代岩浆侵入事件可能始于218 Ma左右,岩浆-热液活动事件至少持续至185 Ma,岩浆-热液活动时限长达33 Ma。赵振华等(2022)和Han等(2022)基于阿尔泰3号伟晶岩和花岗岩的精细定年,提出其岩浆-热液活动持续了35 Ma:主成矿期为220~205 Ma,并遭受了早侏罗世(~190 Ma)花岗质岩浆侵入所致的叠加成矿。阿尔泰柯鲁姆特112号锂-铍-铌-钽矿化伟晶岩内部6个结构带的锆石U-Pb年龄亦变化于238.3~188.3 Ma(Lv et al., 2012)。如此长的岩浆-热液活动时限为形成超大型规模矿床提供了有利条件(赵振华等, 2023)。

    4.2 花岗岩类形成的温压条件约束

    花岗岩质岩浆中的Zr在岩浆中的分配系数对温度极其敏感,而受其他因素影响较小;Watson等(1983)基于高压高温实验(700~1300℃)获得锆饱和温度公示为:

    量。在未进行Zr、Hf校正时,纯锆石中w(Zr)为496000×10-6,考虑到锆石在花岗质岩石中为副矿物,因此可以用全岩中的w(Zr)近似代表熔体中w(Zr)。

    锆石的阴极发光(图8a)表明,大红柳滩地区花岗岩类(尤其是二云母花岗岩)所含锆石常发育明显的继承核,这表明在花岗岩的源区Zr是饱和的。因此,可利用上述公式估算锆饱和温度,所获结果大致可以代表岩浆源区的初始温度(Miller et al., 2003)。由上述公式计算得出白龙山闪长岩和俘虏沟闪长岩的锆饱和温度分别介于762~795℃(平均值781℃)和769~773℃(平均值771℃);二云母花岗岩的锆饱和温度介于755~773℃(平均值764℃)。考虑到花岗岩岩浆大多以绝热方式上升侵位,岩浆早期的结晶温度近似代表岩浆形成时的温度(秦江锋等, 2005),笔者认为由白龙山闪长岩→俘虏沟闪长岩→大红柳滩二云母花岗岩,岩浆起源温度呈递减趋势(图12a)。

    采用角闪石矿物温压计,可以对其结晶时的物理化学条件进行有效约束。在此之前,首先基于岩相学观察及角闪石成因图解(图12b),对角闪石的成因类型进行判别并选择其中确属岩浆成因的角闪石,采用Ridolfi等(2010)建立的计算模型,进行温压条件估算。结果显示,白龙山闪长岩(G15)中的角闪石结晶温度为718~760℃(平均值734℃),压力介于125~208 MPa(平均值151 MPa)。俘虏沟闪长岩(样品号HYM9、HYM10)中的角闪石结晶温度为729~776℃(平均值741℃),压力介于133~231 MPa(平均值176 MPa)。闪长岩的锆石饱和温度结晶温度高于角闪石计算得出的温度,可能是由于锆石先于角闪石结晶所致。

    图12 大红柳滩花岗岩类w(SiO2)-Tzr图解(a)和角闪石Si-Ti图解(b,底图据秦拯纬等, 2018)
    Fig. 12w(SiO2)-Tzrdiagram (a) and amphibole Si-Ti (b, base map cited from Qin et al., 2018) for granitoids from the Dahongliutan area

    Miller等(2003)根据锆饱和温度将花岗岩分为2大类:岩浆结晶温度>800°C者称为热花岗岩(hot granite),一般形成于拉张或转换拉张环境,花岗岩规模较大,温度较高,含源区残留物较少,多通过黑云母或角闪石脱水熔融形成,往往需要外来的热源(如基性岩浆的侵入);岩浆结晶温度<800°C者称为冷花岗岩(cold granite),多形成于地壳减薄环境,岩浆规模小,温度低,含残留物较多,往往涉及白云母的脱水熔融,可能需要流体的加入(王晓东, 2023)。本文获得大红柳滩二云母花岗岩的锆饱和温度低于800°C,属Miller等(2003)所划分的冷花岗岩范畴,并且锆石中常见继承核(图8a),可视为源区残留物质。此外,白龙山闪长岩和俘虏沟闪长岩的锆饱和温度也较低,且与大红柳滩二云母花岗岩温度相当,指示该花岗岩类均为冷花岗岩,可能与外来流体加入有关。事实上,低温闪长岩并非个例,例如前人获得米斯庙花岗闪长岩中锆石饱和温度为728~735℃(王晓东, 2023);竹溪岭地区闪长岩包体和寄主花岗闪长岩的锆石饱和温度分别为640~793℃和769~787℃(孔志岗等, 2023);西秦岭碌础坝石英闪长岩-花岗闪长岩的全岩锆饱和温度平均为764°C(任廷仙等, 2021)。

    4.3 花岗岩类成因及源区厘定

    目前已有花岗岩成因分类多基于岩石的矿物组成、地球化学特征及源区性质,认为花岗岩可划分为I型、S型、A型和M型,以I型和S型最为常见(Chappell et al., 1992)。岩相学显示白龙山和俘虏沟闪长岩中普遍发育角闪石(图3c、e、f);大红柳滩二云母花岗岩中则发育白云母、石榴子石、电气石等富铝矿物(图3j、k、l),且锆石常见继承核(图8a)。地球化学方面,铝饱和指数(ASI值)明显大于1常被作为区分I型和S型花岗岩的重要参数(S型>1.1;I型<1.1)(Chappell, 1999)。本文获得白龙山闪长岩和俘虏沟闪长岩的铝饱和指数(A/CNK)在1附近,分别为0.97~1.14(平均值1.05)和0.94~0.97(平均0.96);在A/CNK-A/NK图解(图4c)中,上述2类闪长岩均落入准铝质-弱过铝质区域。而大红柳滩二云母花岗岩的铝饱和指数(A/CNK)明显偏高,为1.16~1.30(平均值1.23),在A/CNK-A/NK图解(图4c)中落入过铝质区域。花岗质岩浆w(P2O5)与w(SiO2)的相关性也可用于区分I型和S型花岗岩,这是由于过铝质岩浆中P2O5溶解度很高,S型花岗岩中P2O5与SiO2正相关或无相关性,而在准铝-弱过铝质的I型花岗岩中二者则具有负相关性(Chappell, 1999)。由w(SiO2)-w(P2O5)图解(图13a)可见,白龙山闪长岩和俘虏沟闪长岩的w(P2O5)随着w(SiO2)的增加而降低,符合I型花岗岩的演化趋势;而大红柳滩二云母花岗岩w(P2O5)随着w(SiO2)的增加而增加,符合S型花岗岩的演化趋势。综上,认为白龙山闪长岩和俘虏沟闪长岩属于I型花岗岩,大红柳滩二云母花岗岩属S型花岗岩。

    本文获得大红柳滩地区花岗岩类样品轻、重稀土元素分馏明显,球粒陨石标准化稀土元素配分模式表现为轻稀土元素富集的右倾型(图6a),具有与上地壳相似的稀土元素配分模式。其中白龙山闪长岩的Nb/Ta介于14.38~19.25(平均值17.08),接近地幔值17.50(Hans Wedepohl, 1995);俘虏沟闪长岩的Nb/Ta值较之偏低,为14.00~14.89(平均值14.50);在δEu-(La/Yb)N图解(图13b)中,所有白龙山闪长岩样品均落在壳幔混合区域,俘虏沟闪长岩样品落在壳源区域或与壳幔混合区域的边界。角闪石的成分可辅助判断寄主岩石究竟是壳源还是幔源:幔源角闪石的w(Al2O3)通常大于10%,壳源通常小于10%;幔源角闪石结构式中Si/(Si+Ti+Al)≤0.765,而壳源大于0.775(姜常义等, 1984);谢应雯等(1990)提出角闪石的M值(Mg/(Mg+Fe2+))可用来区分花岗岩源区类型:M>0.7为幔源型,M<0.5为壳源型,0.52O3)分别为8.14%~10.50%(平均值8.95%)和8.37%~10.98%(平均值9.75%),Si/(Si+Ti+Al)值分别为0.78~0.83(平均值0.81)和0.759~0.820(平均值0.793),均显示壳源的特征;角闪石M值分别介于0.53~0.59和0.48~0.56之间,显示壳幔混源偏壳源的特征。角闪石的w(Al2O3)-w(TiO2)图解(图13c)同样显示大部分角闪石样品都落在壳幔混源区域。这亦得到如下同位素证据支持:周楷麟(2021)获得白龙山闪长岩的87Sr/86Sr值为0.7088~0.7094,介于地幔初始值(0.704)和大陆地壳平均值(0.719)之间;魏小鹏等(2018)获得俘虏沟石英闪长岩(与本文采样点相近)初始(87Sr/86Sr)i值为0.7079~0.7080,εNd(t)为-5.4,亏损地幔模式年龄(tDM)为1.28~1.55 Ga,锆石的εHf(t)值为-4.6~-2.1。上述特征指示无论是白龙山闪长岩还是俘虏沟闪长岩,其源区皆有幔源贡献,可能源自幔源岩浆底侵(秦江锋, 2010)。相比之下,大红柳滩二云母花岗岩的Rb/Sr比值为3.99~6.94,远大于上部陆壳的比值(0.32);Nb/Ta值介于7.80~13.54(平均值9.90),接近地壳值11.00,表明其物源组分可能来自壳源(Yardley, 1986);在δEu-(La/Yb)N图解(图13b)中二云母花岗岩也落在壳源区域。魏小鹏等(2017)获得二云母花岗岩的锆石εHf(t)从-14.01变化到-9.02,指示该类花岗岩具有壳源特征,主要源自地壳物质部分熔融。

    图13 大红柳滩地区花岗岩类w(SiO2)-w(P2O5)图解(a)、δEu-(La/Yb)N图解(b,底图据张士贞等, 2014)、角闪石w(Al2O3)-w(TiO2)图解(c,底图据李亚琦等, 2021)以及Rb/Ba-Rb/Sr图解(d,底图据Sylvester , 1998)
    Fig. 13w(SiO2)-w(P2O5) diagram (a), δEu-(La/Yb)N diagram (b, base map cited from Zhang et al., 2014) ,w(Al2O3)-w(TiO2) diagram of amphibole (c, base map cited from Li et al., 2021) and Rb/Ba-Rb/Sr diagram (d, base map cited from Sylvester, 1998) of the Dahongliutan granitoids

    由图5可见,从白龙山闪长岩→俘虏沟闪长岩,很可能经历了连续结晶分异作用;而二云母花岗岩未表现类似趋势。在Rb/Sr-Rb/Ba图解(图13d)中,白龙山闪长岩和俘虏沟闪长岩都落入贫黏土源区,大红柳滩二云母花岗岩则落入泥质岩派生的熔体区域。此外,CaO/Na2O是判断源区成分的重要指标(Sylvester, 1989; Patiño et al., 1998):一般泥质岩部分熔融生成的花岗岩其CaO/Na2O相对较小(<0.3),而砂屑岩生成的花岗岩则相反(>0.3)。如此,白龙山闪长岩和俘虏沟闪长岩的物源可能是砂屑岩(CaO/Na2O分别介于2.35~3.5和1.88~2.13之间),大红柳滩二云母花岗岩的源区更可能是泥质岩(CaO/Na2O介于0.21~0.25)。

    综合上述,笔者提出大红柳滩地区同时发育I型(白龙山闪长岩、俘虏沟闪长岩)和S型花岗岩(大红柳滩二云母花岗岩),二者均形成于中温、中压环境下。大红柳滩二云母花岗岩源区以泥质岩为主,白龙山闪长岩、俘虏沟闪长岩则可能主要源自砂屑岩部分熔融,并有幔源贡献。

    5 结 论

    (1) 锆石U-Pb定年获得白龙山闪长岩、俘虏沟闪长岩的侵位时代分别为(213.67±0.61)Ma和(211.73±1.02)Ma;获得大红柳滩二云母花岗岩的侵位时代为(211.20±1.1)Ma,岩浆-热液年龄为(185.1±0.95)Ma。岩浆-热液活动持续时间长达~33 Ma,为形成超大型规模矿床提供有利条件。

    (2) 岩锆饱和温度计约束白龙山闪长岩、俘虏沟闪长岩和大红柳滩二云母花岗岩的形成温度分别为762~795℃(平均值781℃)、769~773℃(平均值771℃)和755~773℃(平均值764℃)。角闪石温压计约束白龙山闪长岩和俘虏沟闪长岩的温度和压力分别为718~760℃(平均值734℃)、125~208 MPa(平均值151 MPa)和729~776℃(平均值741℃)、133~231 MPa(平均值176 MPa)。大红柳滩地区花岗岩类形成于中温、中压环境。

    (3) 综合岩体地球化学、年代学、角闪石矿物学特征和已有全岩Sr-Nd、锆石Lu-Hf等同位素数据,笔者认为大红柳滩地区同时发育I型(白龙山闪长岩、俘虏沟闪长岩)和S型花岗岩(大红柳滩二云母花岗岩),其中,I型花岗岩源区贫黏土,可能以砂屑岩为主,涉及新生地壳的贡献;S型花岗岩源区富黏土,为泥质岩,由壳源物质重熔而成。

    致 谢 野外工作得到新疆昆仑蓝钻锂业有限责任公司、新疆有色地勘局的大力支持;三位匿名审稿专家对本文提出的宝贵修改意见,使文章的内容得到很大的提升,在此一并表示感谢!

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