柴北缘茶卡北山伟晶岩型锂铍矿床铌钽铁矿年代学与地球化学

孙文礼 赵志丹 莫宣学 董国臣 李小伟 袁万明 唐演 王涛

1. 中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室,地球科学与资源学院,北京 100083 2. 北京大学地球与空间科学学院,北京 100871 3. 甘肃工业职业技术学院,天水 741025 4. 青海省地质调查院,西宁 810013

茶卡北山锂铍矿床是柴北缘东段近年新发现的伟晶岩型稀有金属矿床(王秉璋等, 2020)。自2018年发现以来,前人已开展全岩地球化学、年代学、Hf-Nd-B同位素组成等研究并取得显著成果(Liuetal., 2023, 2022a, b; Sunetal., 2023a, b; Panetal., 2021; 陈静等, 2022; 王秉璋等, 2020; 刘承先等, 2021),但茶卡北山伟晶岩成岩成矿时代存在较大争议(240～213Ma),伟晶岩演化过程和区域成矿对比研究等方面存在不足。因此,本文拟开展铌钽铁矿矿物学、矿物化学和年代学系统研究,以期精确厘定伟晶岩形成时代、约束流体贡献和查明区域伟晶岩型锂矿成因关联性,从而为柴北缘东段伟晶岩型稀有金属矿床找矿突破提供理论支持。

1 地质背景

1.1 柴北缘构造带

柴北缘构造带位于青藏高原东北部,夹于祁连地块与柴达木地块之间,呈北西-南东向延伸,其西以阿尔金断裂为界,东接西秦岭造山带(图1a, b; Panetal., 2021; 武亚威, 2022)。以鱼卡-温泉断层为界,柴北缘构造带可分为南、北两个构造单元(图1b)。南构造单元是与原特提斯洋洋壳俯冲有关的早古生代俯冲-碰撞杂岩带,可细分为高压-超高压变质带和滩涧山群浅变质火山-沉积岩带。滩涧山群沿小赛什腾山、赛什腾山、双口山、锡铁山一带展布,主要由中基性火山熔岩(玄武岩、安山岩、英安岩)、侵入岩(辉长岩、辉绿岩等)、火山碎屑岩和少量碳酸盐岩组成(武亚威, 2022; 任云飞, 2017; 张孝攀等, 2015)。高压-超高压变质岩带主要由花岗质片麻岩和泥质片麻岩组成,夹杂块状、透镜状和豆荚状榴辉岩、石榴橄榄岩和镁铁质麻粒岩(张龙, 2016; 刘小驰, 2013)。绿梁山石榴橄榄岩超硅石榴子石(Songetal., 2004),以及都兰、锡铁山、绿梁山和鱼卡地区榴辉岩柯石英、金刚石包裹体(王子璇, 2021),均表明该变质岩带曾俯冲至地幔深部并经历超高压变质作用。北部构造单元是全吉微陆块,又称欧龙布鲁克微陆块,由变质基底和沉积盖层组成(Zhangetal., 2014; Lietal., 2018; Renetal., 2021)。其变质基底主要为古元古代德令哈杂岩、达肯达坂群和中元古代万洞沟群,沉积盖层主要由全吉群及之上地层组成(任云飞, 2017)。

图1 研究区地质简图(a)图1b空间位置示意图;(b)柴北缘构造带及周边构造单元地质简图(据Ren et al., 2021; Li et al., 2018; Chen et al., 2012修改);(c)茶卡北山锂铍矿床伟晶岩集中分布区地质简图(据Sun et al., 2023b修改)Fig.1 Simplified geological maps of study area(a) remote sensing map showing the location of Fig.1b; (b) simplified geological map of the North Qaidam Tectonic Belt and its surrounding tectonic units (modified after Ren et al., 2021; Li et al., 2018; Chen et al., 2012); (c) simplified geological map showing the occurrence of pegmatites in the Chakabeishan Li-Be deposit (modified after Sun et al., 2023b)

1.2 茶卡北山矿床

茶卡北山伟晶岩型锂铍矿床位于柴北缘构造带东段(图1b)。矿区出露地层有古元古代达肯达坂群片岩组,石炭纪-二叠纪甘家组和早-中三叠世隆务河组(陈静等, 2022; 王秉璋等, 2020)。达肯达坂群片岩组以黑云母片岩和二云母片岩为主,主要由石英+黑云母±白云母+长石±石榴子石±绿泥石±十字石组成(Liuetal., 2023)。甘家组主要由灰黑色-灰褐色细粒二云石英片岩和灰白色大理岩组成。隆务河组为一套深灰色粉砂质板岩夹灰绿色厚层状细砂岩。除上述地层外,第四纪松散堆积物沿沟谷及两侧分布。呈北西向带状展布的奥陶纪石英闪长岩是矿区唯一出露岩体(447Ma, 李五福等, 2022)。该岩体形成于岛弧环境,具有高MgO、Cr和Ni特征,为俯冲沉积物熔体与地幔楔橄榄岩反应产物(李五福等, 2022)。矿区断裂较为发育,其主体走向为北西-南东向,与地层走向基本一致(陈静等, 2022)。

该矿区地表已发现伟晶岩脉300余条,深部隐伏伟晶岩脉50余条。茶卡北山锂铍矿床伟晶岩脉走向多为北西向,少数呈南北向和东西向(图1c)。不同于可可托海3号伟晶岩和Wellington Lake伟晶岩,矿区伟晶岩无明显内部矿物分带和结构分带(Sunetal., 2023b)。根据稀有金属富集程度,该矿区伟晶岩可分为锂(铍)矿化、铍矿化和未矿化伟晶岩(图1c、图2a-f)。锂(铍)矿化伟晶岩主要赋存于矿区北部奥陶纪石英闪长岩,长约80～340m,宽约0.5～6.0m,主体倾向和倾角为20°～50°和40°～65°(Liuetal., 2022a)。锂(铍)矿化伟晶岩主要由石英+斜长石+钾长石+锂辉石+电气石+铌钽铁矿±绿柱石±锂云母±云母±石榴子石组成(图2b;Liuetal., 2023; Sunetal., 2023b),其Li2O平均品位0.9%～2.15%,BeO平均品位0.04%～0.08%(刘承先等, 2021)。铍矿化伟晶岩主要赋存于达肯达坂群片岩,少数赋存于奥陶纪石英闪长岩(图1c),长约50～600m,宽约0.3～6.5m,BeO平均品位0.04%～0.11%(刘承先等, 2021)。铍矿化伟晶岩主体倾角和倾向与赋存地层基本一致(图2c)。铍矿化伟晶岩主要由石英+斜长石+钾长石+绿柱石+电气石±铌钽铁矿±云母±石榴子石组成(图2d)。无矿化伟晶岩主要赋存于矿区南部糜棱岩化石英闪长岩(图2e),主要由石英+斜长石+钾长石+电气石±云母±石榴子组成(图2f)。无矿化伟晶岩走向与矿区断层基本一致(图1c)。

图2 茶卡北山锂铍矿床伟晶岩野外和显微照片(a)伟晶岩与石英闪长岩接触带;(b)锂辉石伟晶岩显微照片;(c)赋存于达肯达坂群片岩的伟晶岩;(d)绿柱石电气石伟晶岩;(e)赋存于糜棱岩化石英闪长岩的伟晶岩;(f)电气石伟晶岩显微照片.Sp-锂辉石;Mus-白云母;Pl-斜长石;Q-石英;Tur-电气石;Byl-绿柱石;白色虚线代表伟晶岩与围岩界线Fig.2 Photographs and photomicrographs of pegmatites in the Chakabeishan Li-Be deposit(a) the sharp boundary between pegmatite and quartz diorite; (b) photomicrograph of spodumene pegmatite; (c) pegmatite intruded into the schist of the Dakendaban Group; (d) beryl-tourmaline-bearing pegmatite; (e) pegmatite occurred into the mylonitic quartz diorite; (f) photomicrograph of tourmaline pegmatite. Sp-spodumene; Mus-muscovite; Pl-plagioclase; Q-quartz; Tur-tourmaline; Byl-beryl; the white dash line represents the boundary between pegmatite and host rock

2 样品与测试方法

样品采自茶卡北山锂铍矿床19号铍矿化伟晶岩脉(99°03′25″ E、37°01′23″ N,图1c)。该伟晶岩脉与围岩界线截然,无交代现象。19号伟晶岩脉内部无明显结构分带和矿物组合分带,但矿物分布不均一,由20%～23%石英、25%～30%钠长石、30%～35%钾长石、8%～10%电气石、5%～6%白云母和少量绿柱石、石榴子石、锆石和磷灰石组成。虽然手标本和显微镜下均未观察到铌钽铁矿,但经重选、磁选后在双目镜下成功挑选出众多铌钽铁矿颗粒。挑选出的铌钽铁矿先粘贴于环氧树脂上,待树脂固化后刨磨至大部分颗粒露出,最后在北京锆年领航科技有限公司完成背散射(BSE)图像拍摄。

铌钽铁矿电子探针测试分析在武汉上谱分析科技有限公司完成。采用仪器型号JEOL-JXA-8230,分析束斑直径1μm,加速电压20kV,电子束电流20nA。测试使用标准样品为天然样品和人工合成金属氧化物国家标准。数据采用ZAF方法校正。铌钽铁矿电子探针面扫分析在同一实验室采用同一仪器完成,分析电压和电流分别为20kV和50nA,图像像素格尺寸为1μm×1μm,像素为262×192,驻留时间为50ms。

铌钽铁矿U-Pb定年在中国地质大学(北京)矿物激光微区分析实验室利用仪器Agilent 7900四极杆等离子体质谱仪和ASI RESOlution S155LR高能量准分子激光剥蚀系统完成测试。测试条件为激光剥蚀时间40s,能量密度5J/cm2,束斑直径33μm,频率5Hz。232Th和202Hg驻留时间均为10ms,238U和208Pb为15ms,204Pb和206Pb为20ms,207Pb为30ms。测试过程,Coltan 139和NP-2用以监控仪器状态和校正同位素数据。Iolite软件用于测试数据离线处理,Isoplot 4.15软件用以计算U-Pb加权平均年龄和绘制Tera-Wasserburg图。本次测试Coltan 139加权平均206Pb/238U年龄为505.4±1.3Ma(MSWD=1.01,N=24),与推荐值在误差范围内一致(506±2.3Ma,Cheetal., 2015)。

3 分析结果

3.1 铌钽铁矿结构

根据背散射图像(图3),19号铍矿化伟晶岩脉铌钽铁矿可分为简单型(CGMs-1)和复杂型(CGMs-2)两类。CGMs-1内部结构简单规律,包括同心振荡环带结构和均一不分带结构。同心振荡环带结构CGMs-1只发现1粒,为自形板状,长约230μm,宽约150μm(图3a)。均一不分带结构CGMs-1颗粒数量众多,为他形-半自形板柱状,多数颗粒长约150～240μm,宽约100～180μm,其背散射亮度较暗且均一(图3b)。CGMs-2颗粒众多,多为他形,偶见半自形,多数颗粒长约100～180μm,宽约30～80μm。CGMs-2内部结构复杂多变,通常由不规则交织的背散射亮度较暗(CGMs-2a)和较亮(CGMs-2b)两部分组成,但少数颗粒局部发育不连续明暗交替环带(图3c)。CGMs-2a和CGMs-2b复杂多变关系暗示其为不同地质过程产物(图3d-h)。

图3 茶卡北山锂铍矿床19号伟晶岩脉典型铌钽铁矿背散射图像(a)振荡环带结构CGMs-1;(b)均一不分带结构CGMs-1;(c)不规则条带和局部振荡环带组成的复杂结构CGMs-2;(d)CGMs-2b沿微裂隙穿切CGMs-2a;(e)交代镶边结构:CGMs-2b沿CGMs-2a边缘交代再生长;(f)交代港湾结构:CGMs-2a和CGMs-2b接触界线呈不规则尖角和港湾,尖角指向CGMs-2a;(g)交代蠕虫结构:CGMs-2b呈细小的蠕虫状嵌晶产出于CGMs-2a中;(h)交代残余结构:CGMs-2a被交代为不规则残片,残留于CGMs-2b Fig.3 Representative back-scattered electron images of CGMs from the investigated 19# pegmatite vein in the Chakabeishan Li-Be deposit(a) oscillatory CGMs-1 grain; (b) homogeneous CGMs-1 grain; (c) CGMs-2 grain with irregular patch and local zonation; (d) CGMs-2b cuts CGMs-2a along with microfissure; (e) metasomatic rim texture: CGMs-2b grew along the boundary of CGMs-2a; (f) metasomatic corrosion texture: the contact boundary between CGMs-2a and CGMs-2b shows irregular sharp corners and harbours, with sharp corners pointing towards CGMs-2a; (g) metasomatic myrmekitic texture: CGMs-2b occurred into CGMs-2a as small worm-like crystals; (h) metasomatic relict texture: CGMs-2a was metasomatized as irregular fragments and remained in CGMs-2b

3.2 铌钽铁矿元素成分

铌钽铁矿电子探针点分析结果见表1,面扫结果见图4。振荡环带结构CGMs-1的Nb和Ta含量从核部到边部呈振荡变化,但Fe含量基本保持不变(图4)。CGMs-1振荡变化的背散射亮度与Nb和Ta含量耦合关系显著:暗色环带具高Nb低Ta特征,而亮色环带具低Nb高Ta特征(图4、表1)。均一不分带结构CGMs-1为铌铁矿-铌锰矿,具有高Nb2O5(63.8%～68.3%)、低Ta2O5(10.5%～13.7%)、低Ta/(Nb+Ta)(0.089～0.114)和中等Mn/(Mn+Fe)(0.365～0.701)特征。CGMs-2a和均一不分带结构CGMs-1具有相似的Ta/(Nb+Ta)比值和重叠的Mn/(Mn+Fe)比值(图5a)。不同于CGMs-2a和均一不分带结构CGMs-1,CGMs-2b为铌铁矿-钽铁矿(图5a)。相比于CGMs-2a和CGMs-1,CGMs-2b具有明显升高的Ta2O5含量(23.2%～64.8%,表1)和Ta/(Ta+Nb)比值(0.196～0.686,图5a)。所有CGMs颗粒均表现出Mn-Fe和Nb-Ta负相关性(图5b, c),说明它们存在Mn-Fe和Nb-Ta类质同象(Sunetal., 2023a)。所有铌钽铁矿均具有较低TiO2(<0.784%)、SnO2(<0.587%)和WO3(<0.672%)含量(表1)。

表1 茶卡北山锂铍矿床19号伟晶岩脉铌钽铁矿电子探针分析结果(wt%)

图5 茶卡北山锂铍矿床19号伟晶岩脉铌钽铁矿Ta/(Ta+Nb)-Mn/(Mn+Fe)图解(a,底图据 and Ercit, 1985)、Nb-Ta图解(b)和Mn-Fe图解(c)Fig.5 Diagram of Ta/(Ta+Nb) vs. Mn/(Mn+Fe) (a, base map after and Ercit, 1985), Nb vs. Ta (b) and Mn vs. Fe (c) for the CGMs of the 19# pegmatite vein from the Chakabeishan Li-Be deposit

3.3 铌钽铁矿年代学

铌钽铁矿U-Pb定年结果见表2。均一不分带结构CGMs-1的207Pb/235U、206Pb/238U和207Pb/206Pb比值变化范围分别为0.2430～0.2965、0.0349～0.0352和0.0512～0.0618,其206Pb/238U和207Pb/235U年龄范围为220.9～222.9Ma和214.0～263.3Ma。复杂内部结构CGMs-2背散射较暗部分(CGMs-2a)的207Pb/235U、206Pb/238U和207Pb/206Pb比值分别为0.2440～0.2528、0.0357～0.0367和0.0498～0.0513,其206Pb/238U和207Pb/235U年龄分别为225.9～232.4Ma和218.0～228.8Ma。相比于CGMs-2a,CGMs-2背散射亮度较亮部分(CGMs-2b)具有更大变化范围的207Pb/235U比值(0.2450～0.2890)、206Pb/238U比值(0.0351～0.0374)、207Pb/206Pb(0.0488～0.0591)比值、206Pb/238U年龄(222.1～236.6Ma)和207Pb/235U年龄(217.0～255.0Ma)。如图6所示,CGMs-1和CGMs-2a的Tera-Wasserburg下交点年龄(228.6±2.5Ma, MSWD=1.4)与CGMs-2b的Tera-Wasserburg下交点年龄(229.8±4.9Ma,MSWD=2.4)在误差范围内一致。

表2 茶卡北山锂铍矿区19号伟晶岩脉铌钽铁矿U-Pb分析结果

4 讨论

4.1 铌钽铁矿成因

岩浆成因和交代成因铌钽铁矿在富水花岗质岩浆体系均有发现(Zhaoetal., 2021; Tindle and Breaks, 2000; van Lichterveldeetal., 2007; 熊欣等, 2021)。岩浆成因铌钽铁矿通常与石英、钠长石、钾长石等岩浆阶段结晶矿物呈共生关系或呈包裹体产出,具简单内部结构(如振荡环带、递变条带、均一结构),单个颗粒核部至边部Ta/(Ta+Nb)呈规律变化(振荡或递变)或基本保持不变(Diaoetal., 2022; Zhouetal., 2021a; Zhaoetal., 2021; Gonzálezetal., 2017; Chládeketal., 2020; Wuetal., 2018; Timofeev and Williams-Jones, 2015; Andersonetal., 2013; van Lichterveldeetal., 2007)。交代成因铌钽铁矿常与次生矿物共生(如锡锰矿、细晶石),单颗粒通常由化学成分不同的两部分组成(主要表现为不同Ta/(Ta+Nb)和Mn/(Mn+Fe)比值),具复杂多变内部结构(如补丁结构、港湾结构、次生边结构)(Andersonetal., 2013; van Lichterveldeetal., 2007; Panetal., 2021; Wuetal., 2018; Tindle and Breaks, 2000)。在富水花岗质岩浆体系,岩浆成因铌钽铁矿以铌铁矿-铌锰矿为主,其Ta/(Ta+Nb)比值较小且Nb-Ta分馏不显著;相比于岩浆成因铌钽铁矿,交代成因铌钽铁矿具有更高Ta/(Nb+Ta)比值,以Nb-Ta分馏显著和出现钽铁矿-钽锰矿为特征(Shawetal., 2022; Lleraetal., 2019; 熊欣等, 2021)。

类似于Penouta淡色花岗岩(Gonzálezetal., 2017)、Separation Lake伟晶岩(Tindle and Breaks, 2000)、Tanco Lower伟晶岩(van Lichterveldeetal., 2007)、Jezuitské Lesy伟晶岩(Chudíketal., 2011)、Moose II伟晶岩(Andersonetal., 2013)、可可托海3号伟晶岩脉(Zhangetal., 2004)岩浆成因铌钽铁矿的振荡环带,茶卡北山锂铍矿床19号伟晶岩脉CGMs-1的振荡环带为同心环带、每个环带界线连续、彼此平行且与基本与矿物轮廓协调(图4)。该振荡环带截然不同于热液成因铌钽铁矿不规则、不连续、彼此不平行的振荡环带(Lahti, 1987)。类似于川西扎乌龙伟晶岩(熊欣等, 2021)、大红柳滩伟晶岩(Yanetal., 2018)、可可托海3号伟晶岩脉(Zhangetal., 2004)等全球典型稀有金属矿化伟晶岩均一不分带结构铌钽铁矿,19号伟晶岩脉均一不分带结构CGMs-1背散射亮度较暗且均一(图3b),为铌铁矿-铌锰矿(图5a),Ta/(Nb+Ta)比值(0.089～0.114)基本不变。以上内部结构和化学成分特征表明19号伟晶岩脉振荡结构和均一不分带结构CGMs-1均为岩浆结晶产物。

不同于CGMs-1,19号伟晶岩脉CGMs-2通常由形态不规则的背散射亮度较暗部分CGMs-2a和较亮部分CGMs-2b组成(图3d-h)。清晰可见的交代镶边结构(图3e)、交代港湾结构(图3f)、交代蠕虫结构(图3g)和交代残余结构(图3h)表明CGMs-2为交代成因。CGMs-2内部结构与Big Whopper伟晶岩(Tindle and Break, 2000)、Presqueira伟晶岩(Lleraetal., 2019)、Kamativ伟晶岩(Shawetal., 2022)和南阳山伟晶岩(Yuanetal., 2022)交代成因铌钽铁矿内部结构相一致,进一步说明CGMs-2为交代反应产物而非岩浆结晶产物。因CGMs-2b沿CGMs-2a微裂缝和边缘穿切、交代和再生长(图3d-h),所以CGMs-2b是交代反应新生部分,CGMs-2a为交代残余部分。类似于均一不分带结构CGMs-1,CGMs-2a背散射亮度较暗且均一(图3c-h)。此外,CGMs-2a的Ta/(Nb+Ta)比值(0.089～0.167)和Mn/(Mn+Fe)比值(0.365～0.701)与均一不分带结构CGMs-1重叠(图5a)。相似内部结构和地球化学组成表明CGMs-2a代表CGMs-1被交代的残余部分。

相比于CGMs-2a,CGMs-2b最大特征为Ta/(Nb+Ta)比值显著升高(图5a),表明CGMs-2b为富Ta流体或富Ta熔体交代CGMs-1(富Nb贫Ta)所成(van Lichterveldeetal., 2007; Zhangetal., 2004; Abellaetal., 1995; 熊欣等, 2021)。实验岩石学研究表明Nb、Ta在富F流体相溶解度较高(Timofeevetal., 2017; Timofeev and Williams-Jones, 2015; Zaraiskyetal., 2010),因此伟晶岩体系交代成因铌钽铁矿通常被认为与富F流体交代有关(Shawetal., 2022; Lleraetal., 2019; Tindle and Break, 2000; Zhangetal., 2004; Abellaetal., 1995; 熊欣等, 2021)。现有观察表明富F伟晶岩体系通常发育细晶石-锂云母-萤石-黄玉矿物组合(Cheetal., 2015; Tindle and Breaks, 1998, 2000; 徐遥辰等, 2019)。茶卡北山锂铍矿床19号伟晶岩野外和镜下均未发现上述富F矿物,表明其为贫F体系,即该伟晶岩演化过程出溶富F流体可能性极低。CGMs-2从铌铁矿逐渐向钽铁矿端元演变,而不是向钽锰矿端元演化(图5a),进一步支持19号伟晶岩为贫F体系(Lleraetal., 2019; Tindle and Breaks, 2000)。若CGMs-2b确为富Ta流体交代所成,那么19号伟晶岩应发育细晶石+钽锰矿±钽铁矿±锡锰钽矿+重钽铁矿矿物组合(van Lichterveldeetal., 2007; Zhangetal., 2004)。但在19号伟晶岩脉中并非发现上述含Nb-Ta矿物组合,所以CGMs-2b与富Ta流体交代无关。综上所述,CGMs-2b最可能的形成机制是伟晶岩最后演化阶段富Ta残余熔体交代早期富Nb贫Ta CGMs-1所成,该成因机制与Tanco Lower伟晶岩交代成因铌钽铁矿形成机制相似(van Lichterveldeetal., 2007)。

4.2 伟晶岩成岩成矿时代

前人报道的茶卡北山伟晶岩成岩成矿时代相差约28Myr,包括铌钽铁矿U-Pb年龄240.6±1.5Ma(Panetal., 2021)、230.1±2.6Ma(Sunetal., 2023a)、214.9±1.7Ma、217.0±2.3Ma和215.0±1.5Ma(Liuetal., 2022b);云母40Ar-39Ar年龄216.6±0.9Ma、213.0±1.0Ma、211.7±0.4Ma、211.8±0.3Ma(Liuetal., 2022b)和212.6±0.6Ma(陈静等, 2022);蜕晶化锆石U-Pb年龄217±1.8Ma(王秉璋等, 2020)。茶卡北山伟晶岩复杂年代学数据与伟晶岩体系定年矿物多种成因、后期热液活动和多期次成矿作用等有关(Sunetal., 2023a; 李杭等, 2020)。因此解释矿物年代学数据地质意义应先厘定矿物成因。

茶卡北山19号铍矿化伟晶岩脉CGMs-1为岩浆结晶产物;CGMs-2a为CGMs-1被交代的残余部分,未被富Ta熔体改造,仍保留与CGMs-1相同的内部结构特征和主量元素组成。因此CGMs-1和CGMs-2a的U-Pb年龄代表寄主伟晶岩结晶年龄,即茶卡北山19号铍矿化伟晶岩形成于228.6±2.5Ma(图6a)。交代成因CGMs-2b的U-Pb年龄(229.8±4.9Ma,图6b)与岩浆成因铌钽铁矿结晶年龄在误差范围内一致,说明茶卡北山19号铍矿化伟晶岩在极短时间内固结成岩,这与热力学数值模拟结果相一致(Zhouetal., 2021b; London, 2018; Morgan and London, 1999; Chakoumakos and Lumpkin, 1990)。

与19号铍矿化伟晶岩CGMs-1类似,茶卡北山锂矿化伟晶岩约240Ma和约230Ma铌钽铁矿背散射亮度较暗且均一(Panetal., 2021; Sunetal., 2023a),表明其为岩浆成因。因此,不同伟晶岩脉岩浆成因铌钽铁矿U-Pb年龄表明茶卡北山锂铍矿床伟晶岩群结晶于240～229Ma(图7)。电气石B同位素组成表明茶卡北山伟晶岩为花岗质岩浆结晶分异产物(Sunetal., 2023b)。相差较大成岩成矿时代暗示该伟晶岩群可能是同一岩浆房超长演化产物或不同岩浆房演化产物(Sunetal., 2023a)。现有观察表明活动时间超10Myr岩浆房需要其体积超1000km2(Colemanetal., 2004)。目前茶卡北山矿床周边并未发现如此巨大体积的同时代花岗岩体。相反周边众多255～232Ma花岗岩质岩体(王秉璋等, 2023; Liuetal., 2022b; Huangetal., 2014; Shaoetal., 2017; Panetal., 2021)支持其更可能为不同花岗质岩浆房演化产物。

图7 茶卡北山锂铍矿床伟晶岩不同年代学数据对比铌钽铁矿U-Pb年龄数据(误差2σ)引自Sun et al. (2023a)、Pan et al. (2021)及本文;云母Ar-Ar年龄数据(误差2σ)引自Liu et al. (2022b)和陈静等(2022);锆石U-Pb年龄数据(误差1σ)引自王秉璋等(2020)Fig.7 A compilation of different geochronological data of pegmatites from the Chakabeishan Li-Be deposit The CGMs U-Pb data (2σ) from Sun et al. (2023), Pan et al. (2021) and this study; the muscovite Ar-Ar data (2σ) from Liu et al. (2022b) and Chen et al. (2022); the zircon U-Pb data (1σ) from Wang et al. (2020)

前人研究表明富水花岗质岩浆体系蜕晶化锆石U-Pb年龄记录岩浆锆石蜕晶化后经流体交代及重结晶作用导致的U-Pb体系重置时间,云母40Ar-39Ar年龄因较低封闭温度更多记录晚期叠加改造热事件年龄(李杭等, 2020)。因为伟晶岩熔体在极短时间内固结成岩(Zhouetal., 2021b; London, 2018; Chakoumakos and Lumpkin, 1990),所以蜕晶化锆石U-Pb年龄(约217Ma)和云母40Ar-39Ar年龄(217～212Ma)最可能记录的是亚固相线交代年龄(图7)。已报道的217～215Ma铌钽铁矿部分颗粒背散射亮度较亮,与19号伟晶岩CGMs-2b类似,暗示其为交代成因铌钽铁矿。该铌钽铁矿U-Pb年龄与蜕晶化锆石U-Pb年龄和云母40Ar-39Ar年龄在误差范围内一致(图7),也支持其年代学数据记录亚固相线交代年龄。综上所述,多种矿物年代学数据联合约束限定茶卡北山锂铍矿床伟晶岩群形成于240～229Ma,后于217～212Ma遭受亚固相线交代。

4.3 茶卡北山与区域成矿对比

区域上,茶卡北山锂铍矿床周边发育两条重要伟晶岩型锂成矿带:松潘-甘孜-甜水海伟晶岩锂矿带(SGT)和北秦岭官坡-丹凤伟晶岩锂矿带(NQGD)。上述两条锂矿带发育甲基卡、扎乌龙、白龙山等多个大型-超大型伟晶岩型锂矿(孙文礼等, 2021)。与茶卡北山锂铍矿床相似(Sunetal., 2023b),SGT和NQGD伟晶岩型锂矿均为花岗质岩浆结晶分异成因(Yanetal., 2022; Yuanetal., 2022; Xuetal., 2020; 李贤芳等, 2020; 曾威等, 2023)。虽然空间相近、成因相同,但目前尚不清楚它们是否具有成因关联,可该问题对区域找矿新突破至关重要。因此本文基于年代学和锆石Hf同位素开展区域成矿对比分析。

锆石、铌钽铁矿、锡石等多矿物年代学研究表明NQGD伟晶岩型锂矿床形成于422～384Ma(Yuanetal., 2022; Zhouetal., 2021a; 曾威等, 2023),SGT伟晶岩型锂矿床形成于224～198Ma(Yanetal., 2022, 2018; Lietal., 2019; Wangetal., 2020; Daietal., 2019; Feietal., 2020, 2018; 李五福等, 2023; 张泽等, 2019; 郝雪峰等, 2015),茶卡北山锂铍矿床形成于240～229Ma(图7),即茶卡北山锂铍矿床与SGT和NQGD伟晶岩型锂矿床为不同时代产物。虽然伟晶岩锆石多发生蜕晶化(王秉璋等, 2020; 李杭等, 2020),但Hf同位素组成在其蜕晶化过程基本保持不变,因此可示踪源区(Yuanetal., 2022; 李贤芳等, 2020)。茶卡北山锂铍矿床伟晶岩锆石εHf(t)值和Hf同位素单阶段模式年龄(tDM1)为-15.2～-8.58和1.74～1.30Ga(图8a, b),其虽与SGT(-13.6～-2.4和1.31～0.99Ga;图8c, d)和NQGD(-8.7～-7.0和1.35～1.29Ga;图8e, f)锂矿化伟晶岩有部分重叠,但主体显著不同。形成时代、锆石εHf(t)和tDM1差异表明茶卡北山锂铍矿床不同于SGT和NQGD伟晶岩型锂矿,即其代表青藏高原北缘一个新的伟晶岩型锂矿成矿事件,应引起学者更多关注和重视。

图8 区域稀有金属伟晶岩锆石εHf(t)和tDM1对比(a、b)数据引自王秉璋等(2020)和Liu et al. (2022a);(c、d)数据引自李五福等(2023),王核等(2022),李贤芳等(2020)和Fei et al. (2020);(e、f)数据引自Yuan et al. (2022) 和曾威等(2023).CKBS-P-茶卡北山伟晶岩;SGT-P-松潘-甘孜-甜水海伟晶岩;NQGD-P-北秦岭官坡-丹凤伟晶岩Fig.8 Comparisons of zircon εHf(t) values and tDM1 ages of rare metal pegmatites in the Chakabeishan deposit and adjacent tectonic units The data in (a, b) from Wang et al. (2020) and Liu et al. (2022a); the data in (c, d) from Li et al. (2023), Wang et al. (2022), Li et al. (2020) and Fei et al. (2020); the data in (e, f) from Yuan et al. (2022) and Zeng et al. (2023). CKBS-P-pegmatites from the Chakabeishan deposit; SGT-P-pegmatites from the Songpan-Ganze-Tianshuihai belt; NQGD-P-pegmatites from the North Qinling Guanpo-Danfeng belt

5 结论

柴北缘茶卡北山锂铍矿床19号伟晶岩脉发育岩浆成因和交代成因两类铌钽铁矿。岩浆成因铌钽铁矿具简单内部结构,Nb-Ta基本不分馏,属铌铁矿-铌锰矿。交代成因铌钽铁矿具复杂内部结构,Nb-Ta分馏显著,属铌铁矿-钽铁矿,为伟晶岩演化最后阶段富Ta残余熔体交代早期岩浆成因铌钽铁矿产物。误差范围内一致的岩浆成因和交代成因铌钽铁矿U-Pb年龄(约229Ma)表明寄主伟晶岩脉在极短时间固结。铌钽铁矿、锆石、白云母等多矿物年龄数据联合约束限定茶卡北山锂铍矿床伟晶岩群形成于240～229Ma,后于217～212Ma遭受亚固相线交代。与区域松潘-甘孜-甜水海伟晶岩型锂矿和北秦岭官坡-丹凤伟晶岩型锂矿不同的成岩成矿时代、锆石εHf(t)和tDM1年龄表明茶卡北山锂铍矿床代表青藏高原北缘一个新的伟晶岩锂成矿事件。

致谢样品预处理工作得到中国地质大学(北京)王耀无私帮助;年龄测试工作得到中国地质大学(北京)张亮亮和杨双大力支持;论文撰写和修改过程得到昆明理工大学刘益和编辑部俞良军老师悉心帮助,使文章得以完善;审稿人和文言、赵晓波提出了宝贵建议。在此一并致以诚挚谢意!