新疆阿爾泰造山帶海西期花崗偉晶巖地球化學特征、年代學及地質意義

韓瓊　趙同陽　鄭加行　靳劉圓　孫耀鋒

摘? ?要：阿爾泰是我國也是世界上最重要的偉晶巖分布區，偉晶巖作為一種獨立的礦床類型，在礦床學研究中具有重要意義。本次研究選擇阿爾泰造山帶西段布爾津冬格列偉晶巖和青河北偉晶巖為研究對象，獲得LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為（343.7±1.7） Ma，為早石炭世海西期運動產物。地球化學特征顯示，偉晶巖具富硅、過鋁質、中堿、中鈣等特征，具低鉀系列向高鉀鈣堿性系列過渡的特征。微量元素具有Ba，Ta，Nb，Sr，Zr，Ti相對負異常，Rb，K，Nb，P，Hf，Y相對正異常特征，接近原始地幔。分布曲線為“海鷗型”分布型式，具 “四重效應”特征。稀土含量較低，輕重稀土分餾中等，輕稀土分餾明顯，重稀土分餾不明顯，分布曲線為右傾型，呈“V”型谷狀。成因類型為分異變質成因偉晶巖，為NYF型。形成于俯沖增生階段，處于擠壓環境，構造活動強烈，不利于流動性很強的熔體-流體穩定，不易形成稀有金屬偉晶巖礦床。

關鍵詞：海西期；NYF型偉晶巖；阿爾泰造山帶；俯沖碰撞

阿爾泰造山帶是中亞造山帶（CAOB）的重要組成部分，阿爾泰是我國也是世界上最重要的偉晶巖分布地區，有編號的偉晶巖脈達數萬條之多。偉晶巖作為一種獨立的礦床類型，在礦床學研究方面地位顯著[1]。吳柏青等根據微晶巖脈空間分布、造巖礦物組合、礦化特征、副礦物類型及與圍巖接觸關系等，將區內偉晶巖分為變質分異偉晶巖、混合交代偉晶巖及重熔巖漿分異偉晶巖等3種不同類型[2]。據阿爾泰偉晶巖含礦性差別可分為不同類型，各類型可能形成于造山過程不同階段，其中礦化強度大、結晶分異程度高、礦物分帶性良好的偉晶巖脈可能形成于海西期造山運動后期或之后[3]。任寶琴等運用LA-ICP-MS技術對阿爾泰造山帶19條偉晶巖進行U-Pb年代學研究，將阿爾泰偉晶巖劃分為4個主要成礦時期：加里東期（約476 Ma）、海西晚期（260～280 Ma）、印支期（205～250 Ma）和燕山期（180～200 Ma），其中以二疊紀、三疊—侏羅紀為主[4]。Gerny將富含Li，Rb，Cs，Be，Ga，Sn，Nb小于Ta，B，P，F等元素的偉晶巖稱為LCT型偉晶巖，認為LCT型偉晶巖通常與同造山、造山晚期過鋁質“S”型花崗巖密切相關[5-6]。但研究重點主要聚焦于成礦偉晶巖方面，對不成礦的偉晶巖研究相對欠缺，偉晶巖及相關礦床可作為構造演化，尤其是造山過程的示蹤標志[1]，在研究大地構造演化過程中同樣具有重要意義。本次研究選擇阿爾泰造山帶海西期花崗偉晶巖為研究對象，結合前人對稀有金屬偉晶巖年代學的研究，探討阿爾泰造山帶含礦偉晶巖和無礦化偉晶巖的形成時代及期次，同時探討其形成的大地構造背景及對阿爾泰造山帶構造演化的約束。

1? 地質背景

中國阿爾泰造山帶位于中亞造山帶西南部（圖1-a），北鄰西薩彥嶺古島弧帶，南側額尓齊斯斷裂與準噶爾地塊接壤，向南東與蒙古國戈壁阿爾泰連接，向西北可延伸至哈薩克斯坦礦區阿爾泰和俄羅斯的山區阿爾泰[4]。區域上以紅山嘴-諾爾特斷裂和阿巴宮-庫爾提斷裂為界線，由北向南依次為北阿爾泰、中阿爾泰和南阿爾泰3個塊體（圖1-b）。北阿爾泰主要由晚泥盆—早石炭世火山沉積巖綠片巖相變質巖組成[7]；中阿爾泰主要由震旦—泥盆紀深變質巖系及大面積花崗巖組成，可能存在前寒武紀基底[8-9]；南阿爾泰主要由下泥盆統康布鐵堡組和中泥盆統阿勒泰鎮組的變質火山-沉積巖系組成。阿爾泰造山帶巖漿活動較強烈，侵入巖較發育，占全區面積的40%以上。研究顯示，阿爾泰造山帶巖漿活動大致分為514～430 Ma、416～365 Ma、360～318 Ma、310～252 Ma和212～180 Ma等5個階段[10]，與大地構造環境對應寒武—志留紀俯沖-碰撞、石炭紀后碰撞、二疊紀陸內拉張-剪切和中生代陸內演化5個階段。二疊紀偉晶巖主要分布于中阿爾泰。

2? 樣品特征及分析測試

2.1? 樣品特征

本次共采集同位素測年樣1件，采樣地理坐標90°20′14.26″、E46°41′44.54″。薄片樣3件，全巖分析樣8件，巖性為偉晶巖。布爾偉晶巖出露于冬格列克北一帶，多以穩定板狀或彎曲板狀產出（圖2-a），巖性為灰白色偉晶巖，巖石風化程度中等，全晶質結構，塊狀構造，主要礦物為斜長石、石英、白云母及少量電氣石，石英粒徑為3～5 mm，部分巖石中含較大石英團塊，輕微褐鐵礦化、綠泥石化。侵入一套片麻巖巖石組合，主要巖性為黑云斜長片麻巖、二云母片麻巖等。在接觸帶上發生鈉長石化，該現象表現在重結晶、白云巖化、電氣石化、石英化，偶發生角閃石化或圍巖被偉晶巖交代。青河縣北偉晶巖呈巨厚穩定板狀產出，具成群、成帶、近似等間距展布特征，侵入于一套片巖建造（圖2-c），主要巖性為含紅柱石黑云母石英片巖、二云母石英片巖等（圖2-d）。偉晶巖主要由斜長石、石英組成，次為少量白云母、個別電氣石（圖2-b），微晶結構，塊狀構造；斜長石呈半自形-自形板狀，粒度0.6～7.2 mm，含量約77%，具泥化、輕微絹云母化。斜長石之間不均勻分布他形粒狀石英及半自形葉片狀白云母。電氣石呈自形錐柱狀，多分布在斜長石中。

2.2? 分析測試

為保證樣品測試需要，鋯石分選在河北省區域地質礦產調查研究所實驗室完成。用鹽酸擦拭樣品后破碎，采用常規重力和磁選方法分選出鋯石，在雙目鏡下挑純。樣品靶制和顯微照相拍攝在重慶宇勁科技有限公司完成，對制成的樣品靶上的鋯石進行光學顯微鏡下的透射光、反射光和電子顯微鏡下的陰極發光照相，在進行測定時作為選取分析部位依據，及在測定完成后進行合乎邏輯的數據解釋。全巖測試分析在國土資源部烏魯木齊礦產資源監督檢測中心完成。

測年在南京聚譜檢測科技有限公司實驗室完成，測試使用與New Wave 213 nm激光取樣系統連接起來的Agilent 7 500 a ICP-MS完成。分析過程中，激光束斑直徑采用20～30 μm，頻率5 Hz。樣品經剝蝕后，由He氣作為載氣，再和Ar氣混合后進入ICP-MS進行分析。U-Pb年齡和U，Th，Pb的計算由GLITTER軟件（ver. 4.4）獲得，普通Pb校正和及諧和圖的繪制運用Isoplot完成[11]。

3? 巖石地球化學特征

3.1? 主量元素特征

主量元素測試結果見表1，SiO2含量73.7%～80.42%，平均76.36%。Al2O3含量14.98%～80.42%，平均14.13%。全堿性（K2O+Na2O）為4.7%～8.24%，平均6.6。CaO含量0.36%～1.29%，平均0.70%。K2O/Na2O多小于1，具鈉相對鉀總體上富集特征。全鐵（Fe2O3+FeO）為0.4%～1.33%，平均0.9%。P2O5為0.19%～0.25%，平均0.21%。CIPW標準礦物出現石英、鉀長石、鈉長石、鈣長石、紫蘇輝石及副礦物磷灰石、磁鐵礦、鈦鐵礦、剛玉等（表2）。上述特征說明，本次采集的偉晶巖具有富硅、富鋁、中堿、中鈣、低鐵、低磷特征。在SiO2-K2O圖解中（圖3），顯示較好相關關系，具低鉀系列向高鉀鈣堿性系列過渡特征。在AR-SiO2圖解（圖4），樣品基本落入“堿性”區內，顯示巖石具堿性特征，薄片鑒定顯示鉀長石分別為74%、77%，反映堿性巖石特征。DI為97.64，顯示巖石分異演化程度高。鋁飽和指數A/CNK為1.147～1.609，平均1.3，大于1.1，屬過鋁質巖石。在偉晶巖A/CNK-A/NK圖解中（圖5），所有樣品均落入“過鋁質”區內，顯示過鋁質特征。

3.2? 微量和稀土元素特征

測試數據見表3。高場強元素（HFSE）含量較高，Th含量0.35×10-6～1×10-6、U含量0.38×10-6～1.46×10-6、Zr含量20.98×10-6～63.96×10-6、Hf含量0.6×10-6～2.41×10-6、Y含量3.9×10-6～10.4×10-6，含量中等。Nb含量2.94×10-6～8.3×10-6、Ta含量0.2×10-6～1.04×10-6，變化較大。Nb/Ta為3.35～38.15，變化較大。大粒子親石元素（LILE）Rb，Ba，Sr含量變化較大，Rb含量為18.54×10-6～79.3×10-6、Ba含量為6.01×10-6～122×10-6、Sr含量為13.42×10-6～69.28×10-6，明顯低于地殼豐度。在微量元素蛛網圖中（圖6），顯示Ba，Ta，Nb，Sr，Zr，Ti相對負異常，Rb，K，Nb，P，Hf，Y的相對正異常，接近于原始地幔。樣品微量元素分布模式一致，具“海鷗型”分布形式，顯示“四重效應”特征[12-13]。推測其是由沉積的泥質巖深熔形成。泥質巖，尤其是與蒸發巖有關的粘土巖類，是最富集電氣石的，可提供大量B[14-15]，由Na，K，Li，Cl，F，P，Fe，Mn等組成[16]。

ΣREE為9.27×10-6～17.82×10-6，總量較低，LREE為8.19×10-6～13.75×10-6，HREE為2.45×10-6～4.07×10-6，輕稀土含量高于重稀土。LREE/HREE為2.30～4.57，LaN/SmN為5.43～6.27，GdN/YbN為0.30～0.58。反映輕重稀土分餾中等，稀土內部分餾不均，輕稀土分餾明顯，重稀土分餾不明顯。從圖中可看出（圖7），所有樣品曲線均呈輕稀土弱富集、分餾較明顯，重稀土平緩、分餾不明顯的右傾型REE分布模式，δEu為0.14～1.35，由于較明顯的負銪異常，呈“V”型谷狀。

4? 年代學特征

從圖中可看出（圖8），鋯石形態不規則，多呈柱狀或近柱狀，部分鋯石具有熱液蝕變邊，個別鋯石具有裂紋，說明構造受到后期熱液活動影響。為獲得其結晶年齡，選擇在不受熱液蝕變、避免在包體和裂紋且環帶清晰的點位進行同位素測年。

從圖中可看出（圖9），測點全部落在諧和線上，呈成群集中分布特點，給出一致的206Pb/238U，年齡集中在327～363 Ma（表4），獲得206Pb/238U加權平均年齡為（343.7±1.7） Ma（MSDW=0.82，n=20），結合巖漿型鋯石特點，將該加權平均年齡解釋為偉晶巖脈的結晶年齡，說明其為早石炭世巖漿侵入活動產物。綜上，將青河北偉晶巖的年齡定位為早石炭世，為海西期構造運動產物。

5? 討論

5.1? 偉晶巖形成時代

阿爾泰造山帶偉晶巖劃分為4個主要形成時期：①加里東期形成年齡約為476 Ma；②海西晚期形成時代主要為260～280 Ma；③印支期形成時代主要為205～250 Ma；④燕山期形成時代主要為180～200 Ma。

本次采集的偉晶巖樣品均位于中阿爾泰。在布爾津縣冬格列一帶，侵入一套中深變質巖相的巖石組合，主要巖性為黑云斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖。通過同位素測年及區域對比，確定形成時代為中寒武—晚奧陶世，區域上侵入巖漿活動較發育，形成時代集中在奧陶—泥盆紀。該偉晶巖不含礦，未獲得同位素年齡，通過其與侵入巖之間的接觸關系，推斷為海西期偉晶巖。在青河北一帶侵入一套低綠片巖相巖石組合，主要巖性為二云母石英片巖、含紅柱石石英片巖。對該套巖石的形成時代，存在較大分歧，由于測年時代跨度較大，未獲得確定時代。本次采集的偉晶巖樣品侵入于該套巖石中，且不含礦。運用LA-ICP-MS同位素測年獲得青河北偉晶巖結晶年齡為（343.7±1.7） Ma，為海西中期偉晶巖。在阿爾泰造山帶報道中，該時期偉晶巖較少，被認為是海西期造山運動產物。但造山過程中構造活躍，不利于流動性很強的熔體-流體穩定，難以保證能提供形成結晶粗大、分帶性良好、稀有金屬富集的含礦偉晶巖脈的封閉環境[17]。

5.2? 稀有金屬偉晶巖形成時代

對阿爾泰稀有金屬偉晶巖的形成時代，獲得一大批測試數據（表5）。阿爾泰3號偉晶巖脈的形成時代方面，運用SHRIMP鋯石U-Pb定年獲得Ⅰ、Ⅴ、Ⅶ號帶的形成年齡分別為（220±9） Ma、（198±7） Ma、（213±6） Ma[18]，邊緣帶Rb-Sr等時線年齡為（218±5.8）Ma，文象變文象偉晶巖帶中白云母40Ar-39Ar等時線年齡為（178±1.8） Ma，葉鈉長石-鋰輝石中白云母的40Ar-39Ar等時線年齡為（109±3.0） Ma，核部帶微斜長石40Ar-39Ar平均年齡為（148±1.0） Ma[19]；大、小喀拉蘇偉晶巖形成時代方面，Ar-Ar平均年齡為（248.4±2.1）Ma、（233.8±0.4） Ma[17]；阿祖拜偉晶巖中白云母Ar-Ar平均年齡為（154.1±0.1） Ma，等時線年齡為（154.1±2.0） Ma[20]。在阿爾泰其余偉晶巖形成時代方面，亦獲得大量同位素測年數據，阿爾泰西北部也留曼偉晶巖田中獲得微晶巖脈的206Pb-238U加權平均年齡為（476±12） Ma，為加里東期。阿爾泰中部的可可托海、柯魯木特及大喀拉蘇等偉晶巖礦田中18條偉晶巖形于180～280 Ma范圍內，為晚二疊世之后[4]。阿爾泰稀有金屬偉晶巖的形成時代統計結果顯示：成礦時代主要集中在印支期（圖10），其他時期成礦較少。以往稀有金屬偉晶巖年代學研究表明，阿爾泰稀有金屬成礦期主要集中于印支期—燕山早期。研究顯示，阿爾泰造山帶構造格架在早石炭世基本形成[21-22]，之后處于相對穩定的環境，有利于成礦流體的富集成礦，為稀有金屬礦床的形成創造優越環境。

5.3? 偉晶巖成因及大地構造環境

阿爾泰偉晶巖可分為殼源和幔源兩類[23]，其中殼源型又可分為變質分異、混合交代和重熔巖漿分異3類偉晶巖。按成因和礦化，變質分異偉晶巖由變質分異和重結晶作用形成，與混合巖化花崗巖和片麻巖類巖石有關，成分簡單多無礦化；混合交代作用偉晶巖除變質分異就地重結晶和交代作用外，可能有來自深部物質-漿汁或熱液流體混合形成白云母礦化的偉晶巖；重熔型巖漿分異偉晶巖，由重熔花崗巖巖漿分離出來的一種“氣化”或“沸騰”的殘余巖漿所形成的偉晶巖，常圍繞母體花崗巖形成以陶瓷長石→偉晶巖→工業白云母偉晶巖→稀有金屬偉晶巖→寶石→水晶偉晶巖的帶狀分布，是稀有金屬礦床成礦的重要偉晶巖。幔源偉晶巖分為超基性和堿性超基性兩個系列，超基性主要屬分異正長巖序列的偉晶巖，可在內外接觸帶形成Nb-REE-Zr礦化，堿性超基性巖分異形成的偉晶巖主要形成金云母-REE-Nb-Zr礦化[27]。本次采集的偉晶巖樣品地球化學特征顯示具高硅、過鋁質特征，為殼源型偉晶巖。其侵入變質巖中，無礦化，成因上與混合巖化的片麻巖關系密切，據此判斷其為變質分異偉晶巖。

基于巖石地球化學特征，Cerny提出偉晶巖巖石成因分類，將偉晶巖分為LCT型（富集Li，Cs，Ta，Be，Ga，Sn等）、NYF型（富集Nb，Y，F，Zr，Th，U及REE）與NYF+LCT復合型。本次采集的偉晶巖樣品具U，Th，Nb，Y，Hf富集，較低稀土總量特征，與LCT或NYF+LCT復合型地球化學特征不同，判斷可能為NYF型偉晶巖。研究表明，全球LCT型偉晶巖多產于造山帶，形成時代對應于全球造山帶演化及超大陸聚合的時間[28-29]，通常與后碰撞構造背景下加厚地殼重熔形成的過鋁質花崗巖有關[30]。LCT型偉晶巖是典型的過鋁質巖漿體系分異演化的產物，其主要形成于后碰撞構造環境，形成于造山作用導致的地殼增厚之后的減壓過程。從圖中可看出（圖11），所有樣品均落入“VAG”區內；在Yb-Ta圖解中（圖12），青河偉晶樣品均落在“VAG”區內，布爾津偉晶巖樣品落入“VAG”和“syn-COLG”，具“VAG”向“syn-COLG”演化的趨勢。反映形成于火山弧環境。本次獲得偉晶巖的形成時代為（343.7±1.7） Ma，為早石炭世侵入巖。認為早石炭世阿爾泰地區處于俯沖-碰撞環境，為擠壓環境，構造運動強烈，并非不利于稀有金屬礦床的形成。

結合區域上的研究，我們認為阿爾泰地區早古生代為俯沖增生階段，為擠壓構造環境，形成的偉晶巖多為NYF型偉晶巖，一般無礦化或不易成礦。晚古生代晚期至中生代早期已演化至造山后階段，出現擠壓-伸展-走滑的構造格局，之后進入后造山板內演化階段，構造體系由擠壓轉換為伸展，導致加厚地殼物質減壓，形成稀有金屬偉晶巖[1，17，31]，亦能反映印支期-燕山為阿爾泰造山帶偉晶巖礦床的黃金成礦期。

6? 結論

（1） 青河北偉晶巖結晶年齡為（343.7±1.7） Ma，為早石炭世偉晶巖，是海西期運動的產物。

（2） 阿爾泰地區海西中期偉晶巖為分異變質成因，可能為NYF型偉晶巖。

（3） 阿爾泰地區早古生代為俯沖增生階段，處于擠壓環境，造山過程中構造活躍，不利于流動性很強的熔體-流體穩定下來，不易形成稀有金屬偉晶巖礦床。

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（1.Xinjiang Institute of Geological Survey，Urumqi，Xinjiang，830000，China;

2.China University of Mining and Technology，Xuzhou，Jiangsu，221000，China）

Abstract： Altai is the most important pegmatite distribution area in my country and the world. As an independent deposit type， pegmatite is of great significance in the study of mineral deposits. In this study， the Burjin donggelei pegmatite and Qinghebei pegmatite in the western part of the Altai orogenic belt were selected as the research objects， and the LA-ICP-MS zircon U-Pb age was obtained as （343.7±1.7） Ma， which is the Early Carboniferous Pegmatites are the products of the Hercynian movement.Geochemical characteristics show that pegmatites are characterized by rich silicon， peraluminum， medium alkali and medium calcium. It has the characteristics of transition from low-potassium series to high-potassium calcium-alkaline series.The trace elements have relatively negative anomalies of Ba， Ta， Nb， Sr， Zr， and Ti， and relatively positive anomalies of Rb， K， Nb， P， Hf， and Y， which are close to the original mantle. The distribution curve is in the form of a “seagull” distribution， showing the characteristics of a “quadruple effect”. The content of rare earth is low， the fractionation of light and heavy rare earth is medium， the fractionation of light rare earth is obvious， and the fractionation of heavy rare earth is not obvious. The distribution pattern is right-leaning. Showing a “V” shaped valley.Its genetic type is differential metamorphic pegmatite， which is NYF type.Formed in the subduction and accretion stage， it is in an extrusion environment， and the tectonic activity is strong， which is not conducive to the stabilization of the melt-fluid with strong fluidity， and it is not easy to form rare metal pegmatite deposits.

Key words： Hercynian epoch; NYF pegmatite; Altai orogenic belt; Subduction collision

項目資助：新疆維吾爾自治區自然科學基金資助項目（2022D01A288）、新疆維吾爾自治區系列地質圖件數據處理與洋板塊地質研究（DD1913）和新疆維吾爾自治區“天山英才”計劃聯合資助

收稿日期：2023-11-29；修訂日期：2024-01-02

第一作者簡介：韓瓊（1986-），男，甘肅古浪人，高級工程師，中國礦業大學地質資源與地質工程專業在讀博士，主要從事地質礦產綜合研究及區域地質礦產調查工作；E-mail： hanqiong0413@126.com