新疆西昆仑大红柳滩花岗伟晶岩型锂矿叠加改造成矿特征：来自矿石构造、3D成像技术与年代学的约束*

洪涛 胡明曦 唐俊林 蒋泽立 张璋 高俊, 4, 5 徐兴旺, 4, 5

1. 中山大学地球科学与工程学院,广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室,广州 510275

2. 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海),珠海 519000

3. 中国科学院地质与地球物理研究所,中国科学院矿产资源研究重点实验室,北京 100029

4. 中国科学院大学,北京 100049

5. 中国科学院地球科学研究院,北京 100029

新疆西昆仑大红柳滩地区普遍发育中生代花岗伟晶岩,是中国近几年新发现的最为重要的稀有金属伟晶岩成矿带之一(王核等,2020,2021)。该成矿带长350～450km,宽70～120km,近年来新发现了多处具有大型-特大型找矿前景的伟晶岩型锂铍等稀有金属矿床(点),如大红柳滩(阿克塔斯)锂矿、喀拉卡锂矿、509道班西锂矿、507锂矿、505锂矿、俘虏沟南1号锂矿点、俘虏沟南2号锂矿点、龙门山锂矿和大红柳滩南(阿克塔斯南)锂矿点等(王核等,2020,2021;唐俊林等,2022;孔会磊等,2023),其资源潜力可观。整个矿带被康西瓦断裂和大红柳滩-郭扎错断裂夹持在东南向延伸的大红柳滩岩体的边部,保存了非常完整的伟晶岩早期形成和叠加改造成矿过程的完整剖面。近些年针对这个矿带的研究主要集中在成岩-成矿年代学(Yanetal., 2018, 2022; Gaoetal., 2020; Wangetal., 2020;谭克彬等,2021; 李永等,2022;唐俊林等,2022;王威等,2022; Caoetal., 2023)、同位素示踪成矿过程(Fanetal., 2020)、遥感解析成矿过程(高一航等,2023)等方面,亟需加强其叠加改造成矿过程方面的相关理论攻关。

伟晶岩中云母族矿物对叠加改造成矿过程记录较完整,前人通过白云母的Ar-Ar定年获得了大红柳滩伟晶岩矿集区含锂辉石伟晶岩脉中变形较强的白云母显示矿物结晶年龄为189Ma (王威等, 2022),比区域上已经研究和发表的大红柳滩岩体的成岩年龄(220～205Ma)和成矿年龄(210～195Ma) 明显要晚, 也佐证了叠加改造成矿作用的存在。据此,我们通过野外的考察系统收集了记录叠加改造作用的样品,系统开展矿石构造、3D成像技术(CT扫描可以提供岩石内部结构的详细信息、提供内部组成矿物的空间分布特征)、云母原位Rb-Sr定年(已经被有效应用在测定包含云母的岩石的年龄、变质作用中云母的形成时代等)、铌钽铁矿U-Pb定年研究,进而解析伟晶岩矿床的叠加改造成矿过程,为后续区域找矿勘查和预测提供理论依据。

表1 新疆西昆仑大红柳滩地区主要锂矿一览表

1 区域地质与矿床地质背景

大红柳滩矿集区位于新疆南部的西昆仑和喀拉昆仑结合部位,处于西藏-三江造山系巴颜喀拉地块康西瓦-泉水沟前陆盆地,属于马尔康-雅江-喀喇昆仑巨型锂矿成矿带的西段(Yanetal., 2018, 2022;许志琴等,2018)。该区域的南北范围由大红柳滩-郭扎错断裂和康西瓦-泉水沟断裂夹持(图1),呈NW向带状展布,长约270km,宽20～30km(冯京等,2021)。同时,该区域位于康西瓦古特提斯缝合带南侧的甜水海地体中,位于康西瓦断裂与大红柳滩-郭扎错断裂之间(李文渊等,2022;孔会磊等,2023)。大红柳滩矿集区出露地层主要有古元古界康西瓦岩群(为一套深变质、强变形地层,由黑云石英片岩、片麻岩、大理岩等组成)、二叠系黄羊岭群(细碎屑岩夹少量碳酸盐岩及中基性火山岩)及三叠系巴颜喀拉山群,呈NW向带状展布(冯京等,2021;唐俊林等,2022;王威等,2022;孔会磊等,2023)。区域岩浆活动强烈,侵入岩及伟晶岩脉十分发育,其中最主要的大红柳滩岩体为中生代花岗质复式岩体,其主体为高钾钙碱性系列S型花岗岩;东部主要为含有石榴石(电气石)黑云母二长花岗岩;西南部则由二云母花岗岩、黑云母花岗岩和花岗闪长岩组成(图2)。前人研究表明,这些复合岩体形成的年代在220～208Ma之间(乔耿彪等,2015;魏小鹏等,2017;Wangetal.,2020;丁坤等,2020; Zhouetal.,2021;Yanetal.,2022)。该区域有近千条伟晶岩岩脉出露,在横向大比例尺的剖面中伟晶岩岩脉主要以顺片理或以小角度截切片理产出(图1d)。

大红柳滩矿集区主要赋存伟晶岩的地层为三叠系巴颜喀拉山群,以含碳砂泥岩和细碎屑岩为主,次为粗碎屑岩夹少量碳酸盐岩,经变质作用形成黑云母石英片岩、二云母石英片岩等。与甲基卡伟晶型锂矿的围岩相似,巴颜喀拉山群的岩石单元里含十字石、红柱石、蓝晶石和夕线石等矿物,显示了相似的变质类型(Xuetal., 2020; 冯京等,2021)。大红柳滩矿集区区内脉岩十分发育,其中花岗伟晶岩脉主要为分布在大红柳滩岩体周围,少量辉长岩、辉绿岩脉分布在大红柳滩-郭札错断裂以南(唐俊林等,2022)。

矿集区内稀有金属矿产主要以锂、铍为主,伴生有铷,部分矿床有钽、铌的独立矿体(如509道班西)。典型矿床为阿克塔斯、509道班西、喀拉卡、龙门山花岗伟晶岩型锂铍矿。矿床分布于大红柳滩岩体与三叠系巴颜喀拉山群外接触带中,含矿伟晶岩脉围绕大红柳滩岩体呈群带状分布,深部钻探已控制含锂铍巨粗伟晶岩岩脉(图3、图4)。矿集区内主要矿床的Li2O储量和平均品位见表1(周兵等,2011;王核等,2017,2023;彭海练等,2018;李侃等,2019;王核等,2020;冯京等,2021),目前该地区氧化锂资源已经在开采利用,有望成为我国硬岩型锂矿资源基地。

图1 西昆仑区域地质简图(据乔耿彪等,2015;魏小鹏等,2017;丁坤等,2020;Wang et al.,2020;Zhou et al.,2021;Yan et al.,2022)(a)大地构造位置图;(b)西昆仑地质简图;(c)大红柳滩区域地质简图;(d)典型剖面示意图. TST-甜水海地体;SKT-南昆仑地体;NKT-北昆仑地体;KKT-喀拉昆仑地体Fig.1 Geological map of the Western Kunlun region (after Qiao et al., 2015; Wei et al., 2017; Ding et al., 2020; Wang et al., 2020; Zhou et al., 2021; Yan et al., 2022)(a) tectonic location map; (b) simplified geological map of West Kunlun; (c) simplified geological map of Dahongliutan area; (d) regional schematic profile. TST-Tianshuihai terrane;SKT-South Kunlun terrane;NKT-North Kunlun terrane;KKT-Karakorum terrane

图2 大红柳滩岩体侵入岩照片(a)俘虏沟南岸二云母二长花岗岩宏观特征; (b)二云母二长花岗岩手标本照片; (c)龙门山矿区黑云母花岗岩宏观特征; (d)黑云母花岗岩手标本照片(表面有轻微蚀变)Fig.2 Photographs of intrusive rocks in the Dahongliutan pluton(a) macroscopic characteristics of two mica granite on the south bank of Fulugou; (b) hand specimen photograph of two mica granite; (c) macroscopic characteristics of biotite granite at the Longmenshan mining area; (d) hand specimen photograph of biotite granite

图3 大红柳滩伟晶岩矿集区矿区地质图(据金谋顺等,2019)1-盐湖;2-全新统湖积物;3、4、5-三叠系巴颜喀拉山群上组、中组、下组;6、7、8-二叠系黄羊岭群上组、中组、下组;9-长城系甜水海岩群;10-三叠纪二长花岗岩;11-地质界线;12-断层;13-伟晶岩型锂矿;14-伟晶岩脉Fig.3 Geological map of the Dahongliutan pegmatite ore deposit (after Jin et al., 2019)1-salt lake; 2-Holocene lacustrine deposits; 3, 4, 5-Upper, Middle, Lower formations of Triassic Bayankala Group; 6, 7, 8-Upper, Middle Lower formations of Permian Huangyanling Group; 9-Changcheng System Tianshuihai Rock Group; 10-Triassic biotite granite; 11-geological boundary; 12-fault; 13-pegmatite-type lithium ore deposit; 14-pegmatite vein

图4 大红柳滩伟晶岩矿集区典型伟晶岩矿床矿体空间分布图(据唐俊林,2022)Fig.4 Spatial distribution of typical pegmatite orebodies in the Dahongliutan area (after Tan et al., 2022)

矿集区内的LCT伟晶岩型矿床中伟晶岩脉群分带性较明显。王核等(2020,2021)厘定出509道班西矿区南部至龙门山矿区西北部的伟晶岩脉群由北向南可分为石英脉、含矿伟晶岩脉群、石英-钠长石白云母伟晶岩脉群、块体长石伟晶岩脉群和含黑色电气石伟晶岩脉群,这些脉群对称分布于黑云母花岗岩两侧。结合本研究对典型矿区进行的野外调查,本文认为整个西昆仑伟晶岩区域分带性存在以下特点：(1)含稀有金属伟晶岩分布在大红柳滩岩体的外接触带0～2300m范围内,岩体内出露的伟晶岩脉不含矿;(2)岩体边部的伟晶岩脉不含锂辉石,含有一定量的黑色电气石和白云母,以电气石数量较多为特征,少数含有绿柱石;(3)含锂辉石的伟晶岩脉一般在距离岩体特定的范围出现,多为岩体外接触带400～2300m范围内(图4)。结合钻孔的资料,总结发现矿集区伟晶岩岩脉的分布呈现一定的规律：发育典型的电气石花岗伟晶岩脉带→白云母长石石英伟晶岩脉带→石英钠长石伟晶岩脉带→锂辉石花岗伟晶岩脉带→石英钠长石伟晶岩脉带→锂辉石花岗伟晶岩脉带→石英钠长石伟晶岩脉带。其中后4个带在岩体周围交替出现。Ⅰ脉群中脉体产状由于受与岩层层理垂直的节理控制,向南西缓倾,这与其他矿区脉体产状差别较大。

2 矿石结构、构造与叠加改造成矿特征

锂辉石伟晶岩中矿石矿物主要有锂辉石、锂白云母、磷锂铝石、磷铁锂矿、绿柱石、铌钽铁矿、钽铌铁矿;脉石矿物主要由微斜长石、电气石、钠长石、石英、钾长石、白云母、锡石、氧化锰铁、纤铁矿、锆石和磷灰石等组成(Yanetal., 2018, 2022; 李永等,2022; Gaoetal., 2020; Wangetal., 2020; Caoetal., 2023;谭克彬等,2021;唐俊林等,2022;王威等,2022)。矿石的结构主要有：(1)细粒结构,锂辉石矿物粒径0.5～1cm,多呈半自形柱状;(2)中粗粒结构,锂辉石矿物粒径1～10cm,多呈半自形,为含锂辉石伟晶岩的重要结构;(3)巨晶结构,锂辉石矿物粒径0.1～1.0m,部分可达1.5m,主要为长石、石英、锂辉石和少量绿柱石;(4)充填结构,钽铌矿物呈细小的滴状沿钠长石带中的裂隙或孔隙分布。矿石构造较简单,最常见的构造为：条带状构造,锂辉石、电气石等呈条带状分布于花岗伟晶岩中;块状构造,锂辉石、铌钽矿物、锡石等颗粒分布于斜长石或钾长石颗粒间或夹杂少量细粒石英、长石充填分布于岩石的裂隙中。

叠加改造成矿特征 大红柳滩伟晶岩矿集区典型叠加改造锂辉石矿石(图5a-c)中第一期的锂辉石伟晶岩主要受到脆性破裂为主,主体以锂辉石、石英和钠长石为主,块状构造,部分颗粒大的锂辉石和钠长石颗粒有明显的断裂面并形成平行、交叉或者放射状的裂隙或断裂带,很少含韧性变形形成的S-C组构、云母鱼等;第二期叠加成矿作用以锂辉石伟晶岩+细晶岩截切第一期的粗粒锂辉石为特征(图5a-c),可观察到韧性变形的锂云母-重结晶石英流动带(图5b)、细粒化的锂辉石(图5c)。镜下可见左行剪切作用形成的锂云母“云母鱼”(图5d, e)。

3 样品及分析方法

3.1 矿石三维3D成像技术与矿物全自动分析技术

MicroCT (Micro Computed Tomography,微计算机断层扫描技术),也称为显微CT。本次测试分析是在上海布鲁克公司合作测试完成。使用的kyScan 1273仪器的扫描电压为130kV,电流为80μA,扫描分辨率为30μm,,扫描单张像素3072×1944px,设置系统以0.15°为间隔对样品进行360°持续扫描,扫描时间为2h。对每个样品扫描获得2400张图片;然后利用CT Scan NRecon (Bruker 公司,版本1.7.5.1)软件对CT 扫描原始图像进行三维重构,获得一系列横截面格式为8-bit BMP的重构虚拟图像,分辨率为3000×3000px。图像分割与表型指标计算,具体步骤如下：(1)岩石结构提取;使用CTan的“阈值分割-thresholding”这个功能将岩石的内部结构进行提取,提取完内部结构后使用“despeckle”去除一部分噪点使图像更加平滑,再利用“morphological operations”对提取的岩石结构进行优化,最后使用“2D-analysis”和“3D-analysis”进行一些数据分析得到孔隙相关数据;(2)使用CTvox这个软件渲染岩石的内部结构的颜色为红色背景颜色为黑色。

岩石薄片样品表面经喷碳处理之后,采用场发射扫描电子显微镜Quattro进行成像和矿物含量分析,该电镜配备了二次电子探测器、背散射电子探测器、布鲁克XFlash 6 系列能量色散x射线能谱仪,并集成了Maps Mineralogy自动矿物分析软件。Maps Mineralogy自动矿物分析软件是基于Maps、MLA和QEMSCAN,专为细粒矿物、更复杂物相分析推出的更新一代矿物分析软件系统,其专利的Mixel(混合像素识别算法)技术不仅可以针对包含微细粒矿物、边界相矿物、火山岩微晶基质、隐晶质岩石、微小包裹体等的试样进行自动矿物分析,而且可以精确识别和量化固溶体体系中的矿物亚种、成分环带、微量元素或次要元素的取代现象。

3.2 叠加改造变形的云母原位Rb-Sr定年

LA-ICP-MS/MS 矿物原位Rb-Sr定年测试在广州市拓岩检测技术有限公司完成。采用NWR 193nm ArF准分子激光烧蚀系统与iCAP TQ 00108多重四级杆质谱仪联用,进行了强烈变形的锂辉石-锂云母伟晶岩中锂云母的Rb-Sr原位测年。

烧蚀在高纯度的He气体环境中进行,然后与Ar气体混合,然后将样品引入ICP-MS测试。 反应气体N2O被用来抑制荷质比相同的元素干扰：N2O是一种高效的反应气体,能够与Sr+反应生成SrO+离子,但与Rb+不反应(Hogmalmetal.,2017)。在烧蚀BHVO-2G和Mica-Mg的同时,通过增加反应池中N2O的流速和监测Sr+和SrO+的灵敏度来优化反应速率。在25%～27%的流量(0.25～0.27mL·min-1的N2O)下,SrO+信号在Rb+信号中无显著损失而达到最大。

在测量样品之前,将N2O连接到iCAP TQ中的第4质量流量控制器,并以25%的流量(0.25mL·min-1的N2O)清洗管线2h以保持稳定。这一过程冲洗气体杂质并使系统饱和,最大限度地减少由于反应速率变化引起的漂移。然后通过线扫描方式烧蚀NIST SRM 610(光斑尺寸30μm;脉冲重复频率10hz;能量密度～3.5J·cm-2)。 每次分析包括30s背景采集,然后120s烧蚀和30s冲洗。停留时间为50ms,用于分析Sr的质量和质量偏移同位素(86Sr、87Sr和88Sr,86Sr16O、87Sr16O和88Sr16O)和85Rb。分析样品时典型的激光设置为光斑尺寸110μm、～3.5J·cm-2和8Hz脉冲重复。测试过程中采用金伯利岩样品WKL01 (20.5±1.3Ma; Wangetal., 2022)和天然黑云母粉饼Mica-Fe (87Rb/86Sr=1815±246,87Sr/86Sr=7.99±1.02; Jegaletal., 2022)为监控样,用以评估U-Pb定年数据质量。本次实验获得WKL01的等时线年龄为 20.3±6.54Ma (MSWD=0.98, n=5),与前人参考值在误差范围内一致。详细的仪器和分析条件按照Gorojovsky and Alard (2020)和Wangetal. (2022)中描述的方法设置。原始数据离线导出,整个数据处理过程使用内部Excel宏程序进行,数据见表2。

3.3 叠加改造变形伟晶岩中铌钽铁矿的U-Pb定年

本次铌铁矿-钽铁矿族矿物的原位微区U-Pb 年龄和微量元素测定在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室完成。采用的激光剥蚀进样系统为澳大利亚科学仪器公司ASI 的RESOlution S-155 193nm ArF准分子激光器,与之联用的为美国Thermo Fisher Scientific公司的iCAP Q四极杆等离子体质谱仪,详细的分析步骤参见Cheetal. (2015)。

表2 大红柳滩地区强韧性变形锂辉石伟晶岩中云母的原位Rb-Sr定年数据结果

图5 大红柳滩伟晶岩矿集区典型叠加改造锂辉石矿石的手标本与显微照片特征Fig.5 Hand specimen and microscopic characteristics of typical superimposed modified spodumene ore in the Dahongliutan pegmatite ore cluster area

铌钽矿族矿物原位U-Pb同位素定年和微量元素分析激光剥蚀的束斑直径为43μm, 能量密度为～4J/cm2,频率为4Hz。分析元素的驻留时间分别是：232Th和238U为10ms,204Pb、206Pb和208Pb为15ms,207Pb为30ms,其他元素均为6ms。铌钽矿族矿物分析中每个样品点分析时间均为90s,其中背景信号收集20s, 样品信号收集50s和清洗时间20s。每一轮分析包括未知样品点8个,铌铁矿标样Coltan139两个,标准玻璃NIST 610两个,GSE-1G和BCR-2G各1个,其中铌铁矿标样Coltan139(ID-TIMS年龄为506±2.3Ma,Romer and Lehmann, 1995)来校正U-Pb同位素分馏,NIST 610 用来校正微量元素。

铌钽矿族矿物离线数据分馏和校正处理采用ICPMSData程序(Liuetal., 2008),分析结果谐和图的绘制和加权平均年龄的计算用IsoplotR V5.2软件完成(Vermeesch,2018),数据见表3。

4 分析结果

4.1 叠加变形改造后的锂辉石矿体的3D成像特征

我们在岩芯中选取了一块韧性变形较强的锂辉石样品进行了二维和三维的成像扫描(图6),数据结果显示：整个区域密度与锂辉石的变形强度成正比,密度大的区域与强变形的锂辉石区域重叠;岩芯内部的裂隙、孔隙多分布在上侧韧性变形区域。

4.2 矿物自动分析数据结果

除了对韧性变形的锂辉石伟晶岩岩芯进行了CT扫描,我们选取岩芯中韧性变形较强的锂辉石区域磨制了探针片,并对薄片进行矿物全自动分析,结果显示：韧性变形的锂辉石伟晶岩主要由石英(约40%)、钠长石(约10%)、锂辉石(约40%)和白云母(5%)组成(图7)。锂辉石在明显的左行剪切的作用下,排列成“书斜”结构(图5d);部分石英发生韧性变形和明显的细粒重结晶作用(图5d),并沿着锂辉石的破裂面以“细粒石英流动带”的形式充填“”形状的钠长石和锂辉石旋转斑晶(图5d、图7);云母则以“云母鱼”的形态充填在韧性变形产生的流动带里(图5c、图7)。矿物自动分析的结果显示的矿物变形特征也十分显著,对碎裂成细粒的锂辉石的识别很有效(图7)。

表3 大红柳滩地区强韧性变形锂辉石伟晶岩中铌钽铁矿的U-Pb定年数据结果

图6 典型叠加改造锂辉石矿石的3D成像特征Fig.6 Three-dimensional (3D) imaging features of typical superimposed modified spodumene ore

图7 典型叠加改造锂辉石伟晶岩样品的矿物自动分析数据结果Fig.7 Automated mineral analysis data results of typical superimposed modified spodumene pegmatite sample

4.3 云母原位Rb-Sr定年结果

本次进行测试的云母原位Rb-Sr定年样品(B34)重点是对发生强烈变形的云母开展原位的测试,大部分变形较强的云母以“云母鱼”的形态充填在韧性变形带中,这部分云母的原位Rb-Sr等时线年龄为187.7±5.71Ma (n=62; MSWD=1.7)(图8、表2)。

图8 典型叠加改造锂辉石中云母原位Rb-Sr定年等时线图Fig.8 In situ Rb-Sr dating of mica in typical spodumene pegmatite sample

4.4 铌钽铁矿的U-Pb定年结果

对大红柳滩509道班西矿床中强韧性变形的锂辉石伟晶岩样品(23BLS10)中铌钽铁矿开展了U-Pb原位定年。14个测点的206Pb/238U年龄变化于188～197Ma之间,加权平均年龄为192.6±0.89Ma (1σ,MSWD=0.64)(图9、表3),与T-W图解中的下交点年龄192.6±0.84Ma (MSWD=0.27)在误差范围内一致。

5 讨论

5.1 大红柳滩的叠加成矿作用

西昆仑大红柳滩地区的伟晶岩成矿可能经历了岩浆作用、变形作用、变质作用和成矿作用四个综合过程。根据前人发表的年代学结果和大红流滩片麻岩穹隆的新年代学资料,我们确认大红柳滩花岗岩的结晶时间为220～200Ma,伟晶岩脉的侵位时间为212～206Ma,成矿发生在212～206Ma和193Ma。

图9 典型叠加改造锂辉石矿石中铌钽铁矿的U-Pb年龄图Fig.9 U-Pb age of niobium-tantalum minerals in typical spodumene pegmatite sample

大红柳滩岩体是218Ma形成的S型花岗岩,花岗岩中锆石含高δ18O(10.5‰～11.6‰;Zhangetal., 2019),这也侧面说明岩体主体源自碰撞后期或造山后导致地壳的部分熔融(Sylvester,1998)。整个区域上大红柳滩岩体的侵入过程对围岩有明显的高温/低压的变质改造,围岩经变质作用形成黑云母石英片岩、二云母石英片岩,并且在巴颜喀拉山群的岩石单元里可见十字石、红柱石、蓝晶石和夕线石等变质矿物。

稀有金属成矿时代 钽铌矿族矿物通常作为稀有金属花岗岩矿床的副矿物,其U-Pb体系的定年结果能够为稀有元素伟晶岩矿床提供重要的年代约束(Selwayetal., 2005; Yanetal., 2018; Legrosetal., 2019)。前人对大红柳滩产出的伟晶岩矿床开展了大量铌钽铁矿U-Pb定年分析,结果显示大部分针对大颗粒锂辉石伟晶岩定年范围集中在212～206Ma(表4、图10;Yanetal., 2018, 2022)。本文重点对后期受到强烈韧性变形的锂辉石矿体开展定年工作,韧性变形的锂辉石伟晶岩中挑选出的铌钽铁矿U-Pb定年结果显示矿区同时存在193Ma左右(图9)的稀有金属叠加改造成矿事件。

变形作用 云母的Ar-Ar定年和独居石的U-Pb定年结果能够约束变形作用的时代。丁坤等(2020)、乔耿彪等(2020)、王威等(2022)报道了含矿且变形较强的伟晶岩中云母的Ar-Ar坪年龄分别为144±7.6Ma、152±1.6Ma、171±1.9Ma、172±1.7Ma、179±1.8Ma、182±1.9Ma、183±1.9Ma、185±1Ma、185±1.8Ma、188±1.9Ma、188±1.9Ma、189±1.9Ma和197±1Ma;Yanetal. (2022)还同时报道了207Ma的变形伟晶岩中副矿物独居石的U-Pb年龄。这些年龄数据中144±7.6Ma和152±1.6Ma的Ar-Ar数据可能代表了最晚期的蚀变作用,207Ma对应的是变质-变形作用的开始,190～170Ma的Ar-Ar年龄可能代表了晚阶段叠加改造成矿作用。为了约束叠加改造过程发生的韧性变形作用时间,我们对韧性变形的“云母鱼”同步开展了原位的Rb-Sr定年,数据显示～195Ma的等时线年龄,也论证了195Ma的叠加改造成矿事件的存在。87Sr在云母中的封闭温度在300～350℃ (Del Moroetal., 1982) 而40Ar在云母的封闭温度在280～350℃ (Harrisonetal., 1985),因此,云母的Rb-Sr比云母更能更早记录变形过程中的成矿响应。云母的Ar-Ar和Rb-Sr年龄可以共同约束：叠加改造时间的起始点大概发生在195Ma,叠加改造持续的时间越长越有利于形成大矿,这也和170Ma的数据主要来自锂矿规模最大的509道班西伟晶岩锂矿相吻合。

表4 大红柳滩稀有金属伟晶岩矿集区岩体与成矿年龄数据统计表

表5 西昆仑区域地层中岩石里锂铍含量(据核工业二一六大队, 2019(1)核工业二一六大队. 2019.新疆I44C001001(岔路口幅)1/25万区域地球化学调查报告. 1-249)

图10 大红柳滩地区伟晶岩矿床成矿年龄统计图Fig.10 Statistical figure of metallogenic ages in the Dahongliutan area

5.2 叠加成矿过程及意义

翟裕生等(2009)提出叠加成矿作用常发生在大陆边缘构造带、复合造山带、构造体系的叠加带和转换带等构造活动复杂的区域。并且叠加改造成矿作用在多期叠合构造运动的背景下最显著,早期形成的矿体易受后期岩浆、构造、变质等地质作用影响,使得矿床自身发生叠加变形。后期的构造事件不仅可以将原有矿体再活化,还能够带来新的成矿物质,进而发生新一期成矿作用。例如索青宇等(2023)系统约束了位于中亚造山带东段的多宝山铜(钼)矿床多期叠加成矿过程(480～475Ma、440Ma),类似的叠加改造作用也发生在玉勒肯-哈拉苏Cu矿(薛春纪等, 2010;相鹏等, 2012)和铜矿峪Cu-Mo矿(Mengetal., 2020)。

有关伟晶岩矿床的叠加成矿过程报道较少,但是考虑到世界上大部分的超大型-大型伟晶岩锂矿床大部分与造山后伸展背景密切相关,Xuetal. (2020)提出甲基卡和大红柳滩伟晶岩型的锂矿床为代表的锂矿带的形成,与具有时空上相关联的印支造山期花岗岩浆作用,局部熔融的花岗伟晶脉侵位以及三叠纪复理石地层的高温巴罗式变质作用的“片麻岩穹窿”构造有关。在甲基卡和马尔康保存了与“片麻岩穹窿“构造形成的晚阶段的韧性变形叠加成矿作用。Yanetal. (2022)和李建康等(2023)提出马尔康-雅江-喀喇昆仑巨型锂矿带存在类似的成矿岩浆-成矿时代,据此,我们推测在位于喀喇昆仑-西昆仑中的大红柳滩稀有金属伟晶岩矿集区可能也存在叠加改造成矿过程。结合野外观察到的晚期韧性变形明显切割早期的锂辉石伟晶岩的证据、并通过约束强变形锂辉石伟晶岩中“云母鱼”的原位Rb-Sr年龄(约187Ma)、铌钽铁矿的U-Pb (193Ma),可以推测在新疆西昆仑大红柳滩伟晶岩型锂矿集区存在叠加改造成矿事件,即晚期韧性变形叠加在早阶段的脆性破裂的锂辉石伟晶岩,可以为区域上的后续找矿部署提供新的思路。

5.3 叠加改造成矿作用的意义

研究区伟晶岩矿床位于大红柳滩-郭札错断裂和奇台达坂断裂之间,这些地质断裂和次生构造对地层产生了广泛影响,主要表现为断层、地层内褶皱、节理以及韧性剪切带。区域内多期次的构造应力对矿区产生了影响,导致节理的高度发育,为锂和铍伟晶岩脉的生成提供了形成空间。

根据花岗伟晶岩脉的填充和展布特征,以及它们之间的相互关系,可以将这些构造分为早期和晚期两组：(1)早期节理主要由早期岩浆活动形成,以及远程效应下的次级节理,是主要的矿化控制构造。岩浆活动形成的节理主要控制了已探明矿体的分布,一般沿着主构造线延伸,向南西倾斜,而远程效应下的次级节理通常与地层走向一致。(2)晚期岩浆穹窿造成的拆离断层是早期岩浆活动形成的节理的二次韧性变形活化,它截断了锂辉石花岗伟晶岩脉中的锂辉石,使大部分锂辉石颗粒发生韧性变形,同时产生了顺层侵入锂辉石花岗岩脉的二次活化,形成了破碎带。这些晚期构造的应力可能是由大红柳滩断裂的二次活化所造成的远程影响。

此外,研究区域出露地层单元较多,且与锂铍稀有金属直接相关的地层为三叠系巴颜喀拉山群,是产出锂、铍伟晶岩的主要围岩地层,三叠系巴颜喀拉山群中的锂的含量显著高于其他时代的地层(表5)。区域上韧性变形较强的锂辉石伟晶岩可能在叠加改造过程重熔和萃取了部分围岩里的锂稀有金属元素,这也和区域上观察到更大和更富锂辉石的颗粒大部分受到剪切变形或者剪切流动变形的观察结果一致。韧性变形的锂辉石可能也是非常好的勘查指示之一。剪切过程形成的流动变形带是很好的流体的通道,有利于运移和沉淀锂元素。

6 结论

(1)矿石构造、3D成像技术显示强韧性变形的锂辉石伟晶岩中比脆性破裂的锂辉石伟晶岩含更高的锂辉石;

(2)西昆仑大红柳滩伟晶岩矿集区中存在叠加改造成矿作用,从强韧性变形的锂辉石伟晶岩中挑选出的铌钽铁矿U-Pb定年结果和韧性变形的“云母鱼”的原位Rb-Sr定年结果联合约束叠加改造成矿的峰期年龄约在193～187Ma,且与晚期岩浆穹窿形成的拆离断层密切相关。

致谢研究过程得到了王汝成、范宏瑞、Wolfgang Siebel、祝禧艳、赵太平、申萍、黄河以及新疆昆仑蓝钻李明宇总经理等教授和专家们的建议与启示。感谢主编及两位审稿人对本文提出的宝贵意见。马靖和焦鹏利协助了部分图件的整理和编制。