内蒙古正镶白旗都比稀有金属花岗岩体的形成时代及其找矿意义

王梓，蒋职权，孙彦彬，柴社立

1.吉林大学 地球科学学院，长春 130061；2.内蒙古自治区第二水文地质与工程地质勘查院；内蒙古 鄂尔多斯 017000；3.吉林大学 材料科学与工程学院，长春 130022；4.吉林大学 地球探测科学与技术学院，长春 130026

0 引言

花岗岩型稀有金属矿床是稀有矿床的重要类型[1--2]，同时，也是战略性关键金属如Nb、Ta、Li、Rb、Cs和稀土元素(REE)等的潜在重要来源[3--4]。此类矿床的主要特点是：稀有金属矿化大多产于强分异花岗岩体晚期的边缘相中，或产于晚期高分异的花岗岩株、花岗伟晶岩脉中；同时，花岗岩或花岗伟晶岩本身也是矿化的一部分，矿体的边界要通过稀有金属的品位来圈定。因此，开展稀有金属花岗岩的形成时代及其地球化学的研究，对提高花岗岩型稀有金属矿成矿规律、成矿作用等方面的认识以及区域地质找矿的工作部署等具有十分重要的意义。

近年来，通过地质矿产调查和科研工作，在内蒙古境内从中部的武川县到东部的扎鲁特旗，沿着华北克拉通北缘中段—华北克拉通北侧兴蒙造山带，先后发现了武川县赵井沟花岗岩型Nb--Ta矿[5--6]、镶黄旗花岗岩型加不斯Nb--Ta--Rb矿[7]、正镶白旗花岗岩型稀有金属矿[8]、锡林浩特市石灰窑花岗岩型Nb--Ta--Rb矿[6,9]和扎鲁特旗巴尔哲花岗岩型REE--Zr--Nb--Ta--Be矿[10]，显示出在内蒙古武川县—镶黄旗—正镶白旗—锡林浩特市—扎鲁特旗一带，具有寻找花岗岩型稀有金属矿床的巨大潜力。

都比花岗岩型稀有金属矿是正镶白旗境内首次发现的稀有金属矿床，其发现为正镶白旗的地质找矿提供了新的方向。都比稀有金属矿赋存于一隐伏的花岗岩株中，前期虽开展过该岩体地质地球化学特征的初步研究[8]，但由于缺乏精确的岩体年代学数据，严重影响到对都比花岗岩型稀有金属矿形成时代、矿床成因和成矿机理等的正确认识。为此，笔者利用已有钻孔岩芯样品，进行了都比稀有金属花岗岩体的锆石U--Pb测年，确定了该岩体的成岩成矿时代，探讨了其找矿意义，为都比花岗岩型稀有金属矿的成因研究以及正镶白旗境内的地质找矿工作部署提供依据。

1 区域地质与矿区地质特征

研究区位于华北克拉通北侧兴蒙造山带白乃庙弧内(图1a)[11]。区域上出露的地层主要为古生界下二叠统的三面井组(长石细砂岩夹粉砂岩、板岩、硬砂岩、硅质条带生物灰岩--砂砾岩)、额里图组(绿泥石化、绿帘石化安山岩、安山质凝灰熔岩--安山质岩屑晶屑凝灰岩)、中生界上侏罗统的玛尼吐组(安山质火山角砾岩、安山质岩屑晶屑凝灰岩、安山岩--粗安岩)、白音高老组(含角砾流纹质玻屑岩屑晶屑凝灰岩、流纹质熔结凝灰岩)、新生界新近系宝格达乌拉组和第四系。区域上出露的侵入体可分为三期：加里东期奥陶纪的侵入岩仅零星分布，分布面积小，岩体主要为新民岩体[12]，岩性为二长花岗岩；海西期二叠纪的侵入岩分布面积也较小，岩体主要为前呼和陶勒盖岩体[13]，岩性为黑云母花岗岩；燕山期白垩纪侵入岩分布面积相对较大，岩体主要为那仁乌拉岩体(黑云母石英闪长岩、黑云母花岗岩)、白旗岩体(黑云母石英斑岩、花岗斑岩和黑云花岗岩)[14]。上述地表出露的侵入岩体均不含稀有稀土矿化。

在研究区(图1b)，地表出露的地层主要为第四系、上侏罗统玛尼吐组，其中属于玛尼吐组的粗安质角砾岩主要产于火山机构中。地表出露的侵入岩体主要为NW、EW向展布的二长斑岩、石英斑岩和闪长玢岩等脉岩。磁铁矿化蚀变带分布于玛尼吐组的构造破碎带中，前人曾将该破碎带中的磁铁矿化作为Pb、Zn、Cu矿的找矿标志[7]。在含磁铁矿化的蚀变岩中，金属矿物主要为磁铁矿、赤铁矿，脉石矿物主要为石英、斜长石、绿帘石和绿泥石等。笔者对1件磁铁矿化蚀变岩样品进行了分析测试，其中的Fe2O3含量为82.02%，Cu、Pb、Be、W、Sn含量分别为565×10-6、176×10-6、69×10-6、40.8×10-6、35.7×10-6，这些元素含量明显高于围岩。地表的磁铁矿化蚀变带与隐伏的花岗岩型稀有金属矿化有何关系，目前尚不明确。

1. 第四系；2. 玛尼吐组；3. 额里图组；4. 都比稀有金属花岗岩；5. 二长斑岩；6. 石英斑岩；7. 闪长玢岩；8. 粗安质角砾岩；9. 磁铁矿化蚀变带；10. 未取样钻孔；11. 取样钻孔；12. 钻孔倾角及深度；13. 居民点。图1 内蒙古中部大地构造位置(a)[11]、研究区地质简图(b)和A--B勘探线地质剖面图(c)Fig.1 Tectonic location of middle part of Inner Mongolia (a)，geological sketch of study area (b) and geological profile along A--B exploration line (c)

2 岩体地质特征

都比稀有金属花岗岩体呈隐伏的花岗岩株侵入到额里图组中(图1c)。该岩体的主要岩石类型为灰白色细粒--中细粒碱长花岗岩(图2a，b)、肉红色细粒--中细粒(图2c，d)--斑状中细粒碱长花岗岩(图2e，f)，并见有少量的花岗伟晶岩。从钻孔岩芯看，灰白色细粒--中细粒碱长花岗岩的形成相对较早，而肉红色细粒--中细粒--中粗粒碱长花岗岩形成相对较晚；花岗岩伟晶岩主要呈脉状、团块状出现于肉红色中细粒--中粗粒碱长花岗岩中，其形成相对更晚一些。灰白色细粒--中细粒碱长花岗岩、肉红色细粒--中细粒--斑状中细粒碱长花岗岩均含有稀有金属矿化，但肉红色细粒--中细粒--斑状中细粒碱长花岗岩中Rb、Nb、Y等含量相对较高[8]，其中Rb、Nb达到碱性花岗岩型Rb、Nb矿的边界品位[15]。笔者采集斑状肉红色中粒碱长花岗岩(图2e)用于U--Pb定年，该岩石具中细粒花岗结构、似斑状结构，块状构造，造岩矿物主要为碱性长石(40%～55%)、石英(～30%)、斜长石(5%～10%)和黑云母(3%～5%)。碱性长石主要为正条纹长石、微斜长石，其中呈半自形板柱状，粒径为0.5～7 mm，一级灰白干涉色，正条纹长石具卡氏双晶；石英呈他形、粒状，粒径0.5～3 mm，一级黄白干涉色；斜长石呈半自形板柱状，粒径0.5～3 mm，一级灰白干涉色；黑云母为片状，粒径0.5～2 mm，多色性明显。副矿物主要为萤石、锆石、金红石、锡石、氟碳铈矿和氟碳钙铈矿等，这些副矿物主要呈浸染状包裹在造岩矿物中，或赋存于造岩矿物的颗粒之间。萤石、氟碳铈矿和氟碳钙铈矿等的出现，表明都比稀有金属花岗岩体中氟的含量相对较高。都比稀有金属花岗岩体的蚀变普遍较弱，主要为绿帘石化、绿泥石化、绢云母化、碳酸盐化和高岭土化等，未见明显的钠长石化、云英岩化和白云母化等热液蚀变。

a、b. 灰白色细粒碱长花岗岩；c、d. 肉红色细粒碱长花岗岩；e、f. 肉红色斑状中细粒碱长花岗岩；Q. 石英；Pe. 条纹长石；Bi. 黑云母；Pl. 斜长石。图2 都比稀有金属花岗岩体的手标本及显微照片Fig.2 Hand specimens and photomicrographs of Doubi rare-metal granite intrusion

3 样品分析测试

岩石样品破碎与分选、锆石制靶与阴极发光照相等由北京天和信矿业技术开发有限公司完成。LA--ICP--MS锆石U--Pb 测年在吉林大学东北亚矿产资源评价国土资源部重点实验室完成。具体实验测试过程见Yuan et al.[16]。测试和数据处理的主要流程及仪器主要技术参数为：激光剥蚀系统为德国COMPEx公司生产的GeoLasPro型193 nm ArF准分子激光器，与激光器联用的是Agilent 7900型ICP--MS仪器；采用He 作为剥蚀物质的载气，仪器最佳化采用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NIST610，采用91500标准锆石外部校正法进行锆石原位U--Pb分析；采用直径为32 μm、频率为7 Hz的激光束斑进行样品分析；用GLITTER 软件计算同位素比值、年龄值和误差；采用Andersen[17]的方法对结果进行普通铅校正；采用Isoplot程序计算其年龄和协和图的绘制。

4 U--Pb锆石测年结果

都比稀有金属花岗岩体中肉红色斑状中细粒碱长花岗岩(图2e)的LA--ICP--MS锆石U--Pb测年结果见表1。样品中锆石多呈长柱状--短柱状，自形--半自形，锆石大小为100～300 μm，长宽比为(1∶1)～(3∶1)。从锆石阴极发光图像(图3)可看出，锆石可分为两类：浅色锆石，具有清晰可见的振荡环带，锆石中U、Th含量分别为(216.5～3 907.4)× 10-6、(133.9～887.8)×10-6，Th /U平均值为0.43，变化范围为0.20～0.76，此类锆石为典型的岩浆成因锆石，其206Pb/238U年龄介于131～134 Ma之间；暗色锆石，其振荡环带不明显或具有一定的振荡环带，锆石中U、Th含量分别为(3 184.5～15 924.9)× 10-6、(568.7～3 200.9) ×10-6，Th/U平均值为0.24，变化范围为0.18～0.44，此类锆石的晶形完整，与岩浆--热液作用下形成的变生锆石、热液重结晶锆石明显不同[18]，说明此类锆石也为岩浆成因锆石，其206Pb/238U年龄介于122～138 Ma之间。在U--Pb年龄协和图解上，15粒锆石的测年结果均位于协和线上或附近(图4)。206Pb /238U 加权平均年龄为(131±2)Ma(MSWD=2.0，n= 20)，表明都比稀有金属花岗岩体的成岩时代为早白垩世。

图3 肉红色斑状中细粒碱长花岗岩的锆石阴极发光(CL)图像Fig.3 CL images of zircons from red porphyritic alkali-feldspar granite with fine-medium grain size

图4 肉红色斑状中细粒碱长花岗岩的锆石U--Pb年龄谐和图Fig.4 U--Pb concordia plot of zircons from red porphyritic alkali-feldspar granite with fine-medium grain size

4 讨论

4.1 成岩成矿时代

花岗岩型稀有金属矿的最大特点是：稀有金属矿产于强分异的花岗岩体中，花岗岩体本身也是稀有金属矿化的一部分，因此，花岗岩的年龄可近似代表稀有金属矿化的年龄，反之，与稀有金属矿有关的蚀变岩及蚀变矿物的形成年龄也可对花岗岩的形成时代形成制约。都比稀有金属矿的赋矿岩石为灰白色细粒--中细粒碱长花岗岩、肉红色细粒--中细粒--中粗粒碱长花岗岩，其中肉红色斑状中细粒碱长花岗岩的锆石206Pb/238U平均年龄为(131±2) Ma，表明该岩体的成岩成矿时代为早白垩世。在内蒙古中--东部地区，其他典型稀有金属花岗岩体的地质及年代学特点分别为：武川县赵井沟Nb--Ta矿位于华北克拉通北缘中段，赋矿岩石主要为黑云母钾长花岗岩体、含天河石钠长石花岗岩脉、花岗细晶岩脉和天河石花岗伟晶岩脉[19--20]，其中黑云母钾长花岗岩的锆石206Pb/238U平均年龄为(125±1)Ma[20]，花岗伟晶岩脉的白云母的40Ar/39Ar等时线年龄为(124±2)Ma[21]，钠长花岗岩脉的锆石206Pb/238U平均年龄为(125±1)Ma[19]，独居石的206Pb/238U平均年龄为121～124 Ma[19]；镶黄旗花岗岩型加不斯Nb--Ta--Rb矿位于华北克拉通北侧兴蒙造山带中，赋矿岩石为钠长石化细粒花岗岩，其锆石的206Pb/238U平均年龄为(144.37±0.72)Ma[19]；锡林浩特市石灰窑花岗岩型Nb--Ta--Rb矿位于华北克拉通北侧兴蒙造山带中，赋矿岩石为云英岩化、钠长石化的碱性花岗岩，其中云英岩化花岗岩中白云母的40Ar/39Ar等时线年龄为(143.3±1.4)Ma[22]，伟晶岩中白云母的40Ar/39Ar等时线年龄为(143.9±1.5)Ma[22]；扎鲁特旗巴尔哲花岗岩型REE--Zr--Nb--Ta--Be 矿位于华北克拉通北侧兴蒙造山带中，赋矿岩石为碱性花岗岩，其锆石的206Pb/238U平均年龄为(122.7±1.8)Ma[10]。综合上述稀有金属花岗岩的测年结果，得出燕山晚期早白垩世是内蒙古中--东部地区重要的稀有金属成矿期，而都比稀有金属花岗岩的发现证明了正镶白旗也具有很好的稀有金属矿找矿前景。

4.2 找矿意义

在都比花岗岩型稀有金属矿发现以前，正镶白旗境内的找矿重点以寻找Fe、Ag、Pb、Zn热液型矿床为主[23]，而都比花岗岩型稀有金属矿的发现，为正镶白旗境内的地质找矿提供了新的方向。都比稀有金属花岗岩体的形成时代为(131±2)Ma，明显晚于研究区外围不含稀有金属矿化的新民岩体(420～460 Ma)[12]、前呼和陶勒盖岩体(276.4±1.5 Ma)[13]，但与不含稀有金属矿化的那仁乌拉岩体(144.9±1.3 Ma)[14]、白旗岩体(134.6±1.1 Ma)[14]的形成年龄比较接近，说明研究区及外围早白垩世花岗岩体的稀有金属成矿潜力具有明显的差异。与呈岩基状产出的早白垩世那仁乌拉岩体、白旗岩体相比[14]，都比稀有金属花岗岩体呈隐伏的小岩株产出，该岩株中Rb、Nb、Ta、U、Th、Y等不相容元素明显富集[8]，其含量分别为(421～930)×10-6、(38.8～141.5)×10-6、(5～16.95)×10-6、(10.8～40.3) ×10-6、( 66～109) ×10-6和(57.8～123.5) ×10-6；与此同时，该岩株具有明显的负铕异常(δEu为0.01～0.05)和高的Rb/Sr比值(Rb/Sr为18～181)[8]，表明都比稀有金属花岗岩体经历了强烈的分异演化。由此可见，早白垩世呈小岩株产出的花岗岩体，具Rb、Nb、Ta、U、Th、Y等不相容元素显著富集和高分异的特征时，其形成稀有金属矿的潜力较大。因此，在正镶白旗今后的地质找矿中，应对形成时代与都比稀有金属花岗岩接近(～131 Ma)，呈岩株或岩脉产出，具有强分异演化特点的小侵入体给予高度的重视。

5 结论

(1)都比稀有金属花岗岩体中，肉红色斑状中细粒碱长花岗岩的锆石U--Pb年龄为(131±2)Ma，表明都比稀有金属花岗的成岩成矿时代为早白垩世。

(2)燕山晚期早白垩世是内蒙古中--东部地区重要的稀有金属成矿期，正镶白旗也具有很好的稀有金属矿找矿前景。早白垩世呈小岩株产出的花岗岩体，具Rb、Nb、Ta、U、Th、Y等明显富集和强分异演化的特征时，其形成稀有金属矿的潜力较大。在正镶白旗今后的地质找矿中，对形成时代在131 Ma±、呈小岩株或岩脉产出的花岗岩体等给予高度关注。