新疆塔什库尔干县含稀有金属 伟晶岩—碳酸岩的时代——对帕米尔构造结稀有金属成矿作用的启示

王威，马华东，王家鑫，朱炳玉，柳献军

1)新疆自然资源与生态环境研究中心，乌鲁木齐，830000； 2)新疆维吾尔自治区人民政府国家305项目办公室，乌鲁木齐，830000； 3)四川鑫立地质勘查有限公司，成都，610072

内容提要: 帕米尔构造结位于青藏高原北缘，记录了自新元古代晚期以来到新生代完整的特提斯构造演化过程。在长期的构造—岩浆演化过程中，发育了不同时代、不同类型的成矿事件。野外调查表明，在帕米尔北东段，发育了含绿柱石的伟晶岩及含氟碳铈矿的碳酸岩(碳酸岩—伟晶岩组合)。通过独居石及锆石U-Pb定年，识别出该区两期伟晶岩带(包括碳酸岩)，分别是新生代和中生代(19～18 Ma和200 Ma)，其中早期含绿柱石伟晶岩形成于古特提斯洋关闭后的伸展阶段，而新生代含氟碳铈矿碳酸岩—伟晶岩组合，与新生代陆内走滑伸展事件相关，表明帕米尔构造结伸展走滑启动的时间可能在19 Ma。结合区域地球化学异常特征，表明在帕米尔地区有望在稀有、轻稀土找矿上获得突破。

帕米尔构造结位于印度—欧亚大陆碰撞造山带的西端。自早古生代(或震旦纪)以来，它经历了长期的地体裂离、俯冲增生、中生代的最终造山及中生代至新生代大型走滑(导致局部伸展)、逆冲推覆等复杂的构造演化过程(Robinson et al.，2004，2007，2012；Metcalfe, 2013；蔡志慧等，2016；徐晓尹等，2017；Zhang Chuanlin，2018b)，形成了极其复杂的构造面貌。大多数地质学家认为，具有冈瓦那属性的帕米尔地体在三叠纪晚期由于古特提斯洋关闭，与欧亚大陆发生拼合(Jiang Yaohui et al.，2002；Xiao Wenjiao et al.，2005；Robinson, 2009)。在晚白垩世—古近纪，印度板块和欧亚板块碰撞形成了巨型特提斯造山带(Robinson et al.，2016；Liu Xiaoqiang et al.，2020a)。

前人将帕米尔分为北帕米尔、中帕米尔和南帕米尔(图1)(Robinson et al., 2004, 2007, 2012)。这种三分法则在帕米尔西段以蛇绿岩为代表的缝合带为分界，然而到了东部，北帕米尔和中帕米尔的分界出现很大的不确定性。以Robinson为主的西方地质学家认为，北东帕米尔地区以三叠纪深变质的增生杂岩为主(角闪岩相到麻粒岩相)，包含了少量的晚古生代沉积组合，由于在中新生代的强烈挤压和地壳缩短，形成一系列的大型推覆构造和走滑构造(Robinson, 2009，2015)。而在国内，在缺乏有效的同位素年代证据和古生物证据的情况下，长期以来往往是基于变质程度对地层时代进行确定，因此无论是在早期的文献或是2000年以来完成的1∶25万区域地质填图中，均将广泛分布于帕米尔北东地区的变质岩系归属于古元古代基底，并与东段的南昆仑地体变质岩系相对应。然而，张传林对帕米尔北东地区及南昆仑变质火山—沉积岩系及其中的席状侵入岩系统的定年结果，可以确定在帕米尔北东地区广泛分布的变质岩系即不是中生代增生杂岩也不是前寒武纪基底，而是寒武纪增生杂岩(Zhang Chuanlin et al.，2018b)。作为特提斯造山带的重要组成部分，帕米尔构造结在这一长期的构造演化过程中，形成了多阶段巨量的的岩浆岩组合。通过对前人资料的总结，帕米尔地区的岩浆岩大致分为四期，分别是早古生代(寒武纪—志留纪)、中生代早期(三叠纪—早侏罗世)、中生代晚期(中侏罗世—早白垩世)及新生代(13～11 Ma)(姜耀辉等，1999；柯珊等，2006，2008；Zhang Chuanlin et al.，2018a；Liu Xiaoqiang et al.，2019，2020b)。

图1 帕米尔构造结岩浆岩分布及构造单元划分图(据Robinson, 2015修改)Fig. 1 Tectonic units and igneous rocks at the Pamir Syntas(modified from Robinson, 2015)

1 区域成矿背景

西昆仑—帕米尔造山带从晚震旦纪到新生代长期的构造演化过程中，形成多种构造背景下的沉积建造和复杂的多阶段的岩浆岩。与之对应的成矿作用也表现出多阶段、多矿种特征。依据区域矿产勘查成果，西昆仑—帕米尔地区主要矿床包括了与早古生代火山岩具有密切关系的超大型磁铁矿(冯昌荣等, 2011；燕长海等, 2012；陈登辉等, 2013)、与晚古生代沉积盆地有关的超大型沉积型锰矿(Zhang Banglu et al., 2020)、与晚中生代伟晶岩有关的超大型稀有金属矿(周兵等，2011；王核等，2017)、与晚中生代沉积盆地及岩浆作用有关的超大型有色金属矿床(董连慧等, 2015；张传林等, 2019)。从这些超大型矿床的成矿时代、成矿特征分析，与区域构造—岩浆演化阶段具有明显的对应关系(张传林等, 2019)，这对今后的矿产勘查无疑具有重要的指导意义。

在野外地质调查中，我们在该区还发现了与新生代碱性岩有关的碳酸岩，它与伟晶岩密切共生，在碳酸岩中见到氟碳铈矿，并伴随有萤石矿化。为了准确厘定该区稀有及稀土金属成矿作用时代，查明该区稀有及稀土成矿事件与岩浆岩的内在联系，本研究对碳酸岩—伟晶岩组合及含绿柱石伟晶岩独居石进行了U-Pb定年，证实该区存在两期稀有和稀土金属成矿事件，且分别与古特提斯造山后伸展及新生代走滑伸展作用密切相关。这一研究为该区稀有金属勘查及成矿潜力评价提供了重要基础。

2 伟晶岩(碳酸岩)地质特征

塔什库尔干县(下简称塔县)南部达布达尔地区位于中帕米尔与南帕米尔交界部位(图1)。在2017～2019年度野外工作中，对达布达尔一带的伟晶岩进行了全面野外调查，调查结果表明，从达布达尔到塔县北的80 km范围内，分布了大量的伟晶岩脉，向北延伸到塔县以北的塔莎公路一带(图2)。伟晶岩侵入于寒武纪布伦阔勒群、志留纪温泉沟群和二叠系中(图2)。寒武纪布伦阔勒群与志留纪温泉沟群呈断层接触，而在南部，温泉沟群和布伦阔勒群逆冲推覆到太古宙麻扎尔地体之上(Liu Xiaoqiang, 2020b)。尤其重要的是，我们在这一构造带发现碳酸岩和伟晶岩共生的脉体。

图2 塔什库尔干县碱性杂岩、碳酸岩及伟晶岩分布简图Fig. 2 Sketch geological map of the alkaline intrusions, pegmatite and carbonatite in Tashikorgan County 依据1∶50000及近年来野外调查编制，伟晶岩及碳酸岩脉放大表示，伟晶岩脉宽一般在数米到上百米，延伸数十米 到数百米，部分超过1 km。在2019年的野外调查中，在这一地区还发现高品位的萤石矿脉 Based on 1∶50000 and field investigation in recent years, pegmatite and carbonate dykes are exaggarated. The pulse width of pegmatite generally ranges from several meters to hundreds of meters, and extends from tens of meters to hundreds of meters. Some of them are more than one kilometer. In the field investigation in 2019, high grade fluorite veins are also found in this area

塔县地区的伟晶岩和大红柳滩地区的锂辉石伟晶岩有很大差异。伟晶岩脉主要呈透镜状、短轴状，长度一般在200 m以内(大红柳滩地区可延伸数千米)，宽度在5～100 m，大多在10～50 m(图3a)。伟晶岩相带分异差，大多数伟晶岩无明显的相带，只有少数比较宽大的伟晶岩，有一定分带性。其边缘部位主要为粗粒或伟晶状的微斜长石—石英伟晶岩，往往见到电气石、方解石和少量的石榴石(图3b)，向中心部位，电气石消失，发育方解石、钠长石，石榴石等。在达布达尔北东侧，我们发现碳酸岩和伟晶岩共生的岩石组合。碳酸岩呈岩脉状产出，脉宽10 m左右，延伸30余米，为粗粒方解石碳酸岩(图3c)。在重砂中发现氟碳铈矿，其稀土总量达到10000×10-6以上，证明碳酸岩脉是岩浆成因。一般情况下，碳酸岩与碱性岩密切共生，而在塔县发育了新生代碱性岩带(霓辉正长岩、石英正长岩、角闪正长岩组合)(图2)，因此我们推测碳酸岩可能和该碱性岩带有关。

图3 塔什库尔干县地区伟晶岩(碳酸岩)、含绿柱石伟晶岩露头及标本照片: (a)透镜状伟晶岩；(b) 含石榴子石伟晶岩， 石榴子石晶形完整，黑色，为锰铝榴石；(c) 碳酸岩；(d) 伟晶岩中的绿柱石晶体Fig. 3 Petrography features of the pegmatite and carbonatite in Tashikorgan: (a)lense pegmatite; (b) garnet pegmatite, garnet crystal complete, black, manganese aluminum garnet; (c) carbonatite; (d) beryl crystal in pegmatite

在达布达尔伟晶岩中，偶见绿柱石晶体。绿柱石晶体长度一般0.5 ～10 cm，直径在0.3 ～1 cm(图3d)。含绿柱石伟晶岩往往也含有石榴石晶体。尽管在塔县达布达尔地区伟晶岩中发现晶体完好的绿柱石，目前尚不清楚这一带的伟晶岩是否含有其他含铍矿物(如金绿石、日光榴石、似晶石、硅铍石等)，尚需做进一步的研究。

3 分析方法

本次野外工作共采集碳酸岩和伟晶岩3件样品用于年代学分析，每件样品重量约10 kg，采样过程中避免了围岩和外来物质的污染，样品真实可靠。样品破碎后手工淘洗分离出重砂矿物, 经磁选和电磁选后, 在双目镜下挑出独居石(约500粒)和锆石(大于1000粒)。选取代表性独居石及锆石制靶后通过显微镜透射光和反射光照相, 采用BSE和阴极发光照相对独居石和锆石内部结构进行研究。U-Pb定年在中国地质调查局天津地质调查中心采用193 nm激光剥蚀系统(New Wave)和多接收器电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS，Neptune)完成测试。其中锆石U-Pb测试采用91500标准锆石做标样，独居石测试采用44069做标样，保证了分析测试数据的可靠性。锆石及独居石详细测试流程见耿建珍等(2010)和崔玉荣等(2012)，有效数据点数据利用ICPMSDataCal程序和Isoplot程序进行后期处理及绘制成图。测试结果见表1。

4 伟晶岩(碳酸岩)独居石及 U-Pb定年

样品2018KL06为碳酸岩；样品2018KL101为含电气石伟晶岩，位于碳酸岩附近；样品2018KL08-2为含绿柱石伟晶岩。

碳酸岩中的独居石颗粒细小，且数量少。在BSE图中，独居石为他形，含少量包体。本次工作共测试了25个测点，测试结果见表1。在25个测试点中，有8个测点的谐和性差，获得其余17个测点的反向不一致线交点年龄为18.2±0.3 Ma，而其中的9个测试点具有完全谐和的年龄，它们的n(206Pb)/n(238U)年龄平均值为18.15±0.22 Ma，表明碳酸岩的形成时代为18 Ma左右(图4a)。

2018KL101号样品的独居石粒度在50～100 μm，在BSE图象中，色调相对深。对该样品20粒独居石20次分析结果表明，部分测试点谐和性差，12个测试点n(207Pb)/n(206Pb)比值相对误差超过检测范围(表1)，1σ大于100%，没有实际意义。获得15个谐和性大于90%测点的n(206Pb)/n(238U)年龄平均值为19.39±0.36 Ma(图4b)，这年龄代表了伟晶岩的形成年龄，与碳酸岩中独居石U-Pb年龄非常接近。

2018KL08-2号样品的锆石，粒度在80～120 μm，大部分锆石呈等轴状晶体。在CL图象中，色调深，绝大部分锆石显示了明显的退晶化，具有典型的高U锆石特征。对该样品24粒独居石的24分析结果表明(表1，测试过程中尽可能选择退晶化作用弱的颗粒)，它们具有低的Th含量和相对高的U含量，Th/U值小于0.1，这一特征与大红柳滩伟晶岩脉群中的锆石完全一致，属于热液阶段结晶形成(Liu Xiaoqiang et al., 2020b)。所有测试点均获得谐和度大于95%的年龄，其中有4个测试点的年龄偏年轻，推测是受到包裹体的影响。其余20个测点的n(206Pb)/n(238U)年龄平均值为197.5±1.4 Ma(图4c)，代表了伟晶岩形成年龄。

表1 塔什库尔干县达布达尔碳酸岩独居石、伟晶岩锆石U-Pb年龄数据表Table 1 U-Pb dating data of monazite form carbonate and zircon from pegmatite in Dabudaer area, Tashikorgan County

图4 塔什库尔干县碳酸岩独居石、伟晶岩 锆石U-Pb年龄图Fig. 4 U-Pb agesFigure of monazite from carbonate and zircon from pegmatite in Tashikorgan County

5 讨论

5.1 帕米尔新生代伟晶岩—碳酸岩

从帕米尔地区新生代碱性岩分布情况看(图1、2)，主要集中在中帕米尔构造带内，这些碱性杂岩是稀有和稀土金属成矿的重要标志。在塔吉克斯坦的野外地质调查也发现新生代碱性岩与碳酸岩共生的情况，且岩浆岩位于中国和塔吉克斯的边界，向东南延伸到中国境内(Hong Jun et al.，2019)。对塔吉克正长岩和碳酸岩的锆石年龄分析结果表明，锆石U-Pb谐和年龄分别为10.7 Ma和10.6 Ma。在塔县地区，新生代碱性岩分布范围广(大于100 km2)，结晶年龄主要在12 ～10 Ma之间。本次工作识别出的19 Ma的碳酸岩—伟晶岩组合，可能是该区识别出的最老的新生代岩浆岩事件。

大多数地质学家认为，帕米尔构造结在新生代时期，由于印度板块持续向北运动，导致南帕米尔及科西斯坦弧不断向北挤压，造成该区地壳快速加厚。在此过程中，在帕米尔两侧，形成巨型走滑构造，并导致局部伸展(Robinson et al.，2016)。在这一过程中，由于加厚下地壳的拆沉作用，被流体交代的岩石圈地幔以及部分下地壳发生部分熔融，形成该区独特的碱性岩带(柯珊等，2006，2008)。

5.2 帕米尔地区两期伟晶岩事件及其对 稀有金属成矿的意义

塔吉克斯坦境内(与塔县碱性岩属于同一构造带)的正长岩和碳酸岩与塔县地区的碱性岩一致的Nd—Hf同位素组成(εHf(t)= ～ -7.9。εNd(t)= ～ -10)(柯珊等，2006；Hong Jun et al.，2019)，表明它们在成因上的密切联系。依据中塔正长岩带中发育的碱性辉长岩、闪长岩等元素及同位素地球化学分析，正长岩岩浆可能来自加厚的基性下地壳部分熔融，并有来自被交代的岩石圈地幔物质的加入，而碳酸岩的原始岩浆应来自被交代的岩石圈地幔。依据野外接触关系，碳酸岩和正长岩可能是由岩浆不混溶导致的不同性质岩浆在同一构造背景下就位的。这表明在新生代，印度板块与欧亚板块汇聚后，印度板块继续向北移动导致的远程走滑(包括局部的伸展)效应，在帕米尔地区启动的时间为19 Ma，并持续到现今。19～10 Ma期间形成的碳酸岩及碱性岩带，具有异常高的稀土和稀有金属含量，且在碳酸岩中发现的氟碳铈矿，表明发育有稀土金属矿化，但对该地区稀土元素成矿前景，还需要进一步的地质工作。

在塔县地区发育的早中生代晚期的伟晶岩，普遍见到绿柱石矿化，结合该地区稀有金属的地球化学异常情况，表明该区具有重要的Be、Nb—Ta找矿前景。尤其重要的是，我们在帕米尔地区识别出中生代晚期含绿柱石伟晶岩，形成时代与大红柳滩超大型稀有金属矿田的形成时代完全一致(200 ～180 Ma)(柯珊等，2006；Zhang Chuanlin et al.，2019)。向西北延伸进入木吉乡境内，发育了这一时期的伟晶岩型锂矿点，且稀有金属锂、铍、铌、钽的异常在空间上连续分布，表明沿大红柳滩经甜水海地块到塔县及木吉一带，形成了早中生代晚期的巨型稀有金属成矿带。

6 结论

依据本文获得新资料，结合前人的工作，对帕米尔地区以及西昆仑—喀喇昆仑地区稀有金属成矿作用总结如下：

(1)西昆仑—喀喇昆仑发育两期稀有(稀土)金属成矿事件，分别是早中生代晚期200～180 Ma和新生代19 ～10 Ma；

(2)早中生代晚期的伟晶岩，以锂、铍、铌、钽稀有金属成矿作用为典型特征，而新生代发育的伟晶岩和碳酸岩，以稀土矿化为主；

(3)分布在西昆仑—喀喇昆仑稀有金属矿床(点)在时—空上密切联系，在空间上延伸超过600 km，具有重大的找矿潜力。

致谢：野外工作中得到王核研究员和刘晓强博士后的帮助；审稿专家对本文提出了宝贵意见；在此一并致谢。

参 考 文 献／References

(The literature whose publishing year followed by a “&” is in Chinese with English abstract; The literature whose publishing year followed by a “#” is in Chinese without English abstract)

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