柴北緣超高壓變質(zhì)帶折返過程對金紅石成礦的制約：

?コ脈?+鄭有業(yè)+許榮科+國顯正+王會敏+蔡鵬捷

摘要：魚卡和鐵石觀西榴輝巖均位于柴北緣超高壓變質(zhì)帶，近期在魚卡地區(qū)發(fā)現(xiàn)了大型以上的榴輝巖型金紅石礦床，但在鐵石觀西地區(qū)僅發(fā)現(xiàn)鈦礦化，兩區(qū)成礦前景不同。在對兩區(qū)進(jìn)行詳細(xì)野外地質(zhì)觀測、鏡下觀察及電子探針分析的基礎(chǔ)上，通過LAICPMS系統(tǒng)研究了榴輝巖中石榴石的主、微量元素特征等。結(jié)果表明：魚卡和鐵石觀西榴輝巖雖然產(chǎn)狀基本一致，但魚卡榴輝巖基本無退變，石榴石較自形，含較多的包裹體，石榴石中的主、微量元素成分呈環(huán)帶分布，幔邊部富集稀土元素，而鐵石觀西榴輝巖退變較強(qiáng)，礦物他形，石榴石包裹體數(shù)量較少，部分石榴石單礦物主量元素環(huán)帶已經(jīng)被均一化，核幔部相對邊部更富集稀土元素。結(jié)合年代學(xué)等證據(jù)，魚卡榴輝巖的形成經(jīng)歷了相對快速俯沖和折返的動力學(xué)過程，鈦成礦作用中金紅石很少轉(zhuǎn)變?yōu)殁佽F礦，而鐵石觀西榴輝巖經(jīng)歷了一個快速俯沖而折返速率較緩慢的動力學(xué)過程，鈦成礦作用中金紅石大多轉(zhuǎn)變成了鈦鐵礦。揭示魚卡和鐵石觀西鈦物相、動力學(xué)過程等差異的原因及標(biāo)志，為柴北緣超高壓變質(zhì)帶內(nèi)進(jìn)一步尋找榴輝巖型金紅石礦床提供了依據(jù)與方向。

關(guān)鍵詞：石榴石；主量元素；微量元素；金紅石礦床；榴輝巖；超高壓變質(zhì)帶；柴達(dá)木盆地

中圖分類號：P588.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Exhumation Processes of UHP Metamorphic Belt in the Northern Qaidam and

Their Constraints to Rutile Mineralization： Evidences from Compositional

Zoning of Garnets in Yuqia and West Tieshiguan Areas

CHEN Xin1， ZHENG Youye1，2，3， XU Rongke2， GUO Xianzheng2， WANG Huimin1， CAI Pengjie2， DU Wenyang2， LIN Chenggui3， FANG Changtan3， LU Rui2， FAN Xianbin3

（1. Faculty of Earth Resources， China University of Geosciences， Wuhan 430074， Hubei， China；

2. Institute of Geological Survey， China University of Geosciences， Wuhan 430074， Hubei， China；

3. College of Earth Sciences and Resources， China University of Geosciences， Beijing 100083， China）

Abstract： The oreforming prospect of eclogitetype rutile in Yuqia is different from that in West Tieshiguan， located in the northern Qaidam ultrahighpressure（UHP） metamorphic belt. Recently， the large eclogitetype rutile ore deposit in Yuqia is found， but only titanium mineralization in West Tieshiguan is found. Based on detailed field geological and microscopic observation， the major elements were analyzed by electron probe； moreover， the insitu trace element contents in garnet collected from the deposits were performed by LAICPMS. The results show that the occurrences of Yuqia and West Tieshiguan eclogites are basically identical. Yuqia eclogite degenerates weakly with mineral idiomorphic granular， and garnets contain more inclusions. Major and trace earth elements have welldeveloped zoning characteristic， and the mantle and rim enrich rare earth element in garnets. Relatively， the degeneration of West Tieshiguan eclogite is strong and mineral xenomorphicgranular. Some garnets of eclogites contain less inclusions and the zoning of major element has been homogenized， rare earth elements of the core and mantle are more than the side. Combining the chronology evidences， Yuqia eclogite undergoes rapid subduction and exhumation of the dynamic process， and the rutiles barely turn into ilmenites. West Tieshiguan eclogite undergoes an evolution history with a rapid burial and slow uplift， and the rutiles nearly turn into ilmenites， which reveal the differences between the dynamics process and the occurrence state of rutile. These characters provide directions for the study area to further find eclogitetype rutile deposits in the northern Qaidam UHP metamorphic belt.

Key words： garnet； major element； trace element； rutile deposit； eclogite； UHP metamorphic belt； Qaidam Basin

0引言

柴達(dá)木盆地北緣（簡稱“柴北緣”）是近年來發(fā)現(xiàn)并確立的一條超高壓變質(zhì)帶，位于祁連地塊與柴達(dá)木地塊之間，從青海省都蘭縣沙柳河—野馬灘朝西北方向延伸到錫鐵山、綠梁山、鐵石觀西、魚卡一帶，長約400 km，是典型的早古生代大陸型俯沖碰撞帶[17]。其中，柯石英包裹體首先發(fā)現(xiàn)于都蘭北帶泥質(zhì)片麻巖的鋯石中[8]，之后在都蘭和魚卡榴輝巖薄片以及都蘭和錫鐵山榴輝巖鋯石中有新的柯石英包裹體被發(fā)現(xiàn)[911]。綠梁山石榴橄欖巖鋯石中發(fā)現(xiàn)有金剛石包裹體[12]，使阿爾金—柴北緣地區(qū)成為繼大別—蘇魯?shù)貐^(qū)之后，在中國發(fā)現(xiàn)的又一條被巨型走滑斷裂所切割的高壓—超高壓變質(zhì)帶，引起了中外學(xué)者的普遍關(guān)注[1314]。鄭有業(yè)團(tuán)隊在開展綠梁山—雙口山礦產(chǎn)調(diào)查工作中，在成礦系列理論的指導(dǎo)下，通過與大別—蘇魯超高壓變質(zhì)帶類比，提出了在大柴旦一帶的超高壓變質(zhì)帶內(nèi)有找到大—中型榴輝巖型金紅石礦床的遠(yuǎn)景，并最終在魚卡—鐵石觀西一帶找到了榴輝巖型鈦礦床，從而實現(xiàn)了在柴北緣一帶鈦礦床找礦突破[15]。經(jīng)過2012～2015年的不懈努力，魚卡鈦資源量已經(jīng)達(dá)到大型以上規(guī)模，鈦礦物主要為金紅石，具有很好的工業(yè)利用價值；而鐵石觀西榴輝巖中TiO2含量較高，采集的大部分榴輝巖樣品TiO2含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）在2%以上，但鈦物相主要以鈦鐵礦為主，工業(yè)價值不大。在區(qū)域上，魚卡、鐵石觀西都屬于魚卡—綠梁山超高壓變質(zhì)地塊[16]，鈦物相存在較大差異的原因需要進(jìn)一步研究，以便更好地服務(wù)于其他超高壓變質(zhì)地塊中榴輝巖型金紅石礦床的尋找。

本文在詳細(xì)野外地質(zhì)填圖、鏡下觀察以及電子探針分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合石榴石環(huán)帶特征，利用LAICPMS技術(shù)分析魚卡和鐵石觀西榴輝巖中石榴石主、微量元素特點(diǎn)，揭示魚卡和鐵石觀西鈦礦物存在差異的原因，為柴北緣超高壓變質(zhì)帶內(nèi)進(jìn)一步尋找榴輝巖型金紅石礦床提供依據(jù)與方向。

1區(qū)域地質(zhì)背景

NQL為北祁連俯沖雜巖帶；NAT為北阿爾金俯沖雜巖帶；CAB為中阿爾金地塊；QLB為祁連地塊；SAT為南阿爾金俯沖碰撞雜巖帶；NQD為柴北緣俯沖碰撞雜巖帶；圖件引自文獻(xiàn)[23]，有所修改

柴北緣超高壓變質(zhì)帶位于青海省境內(nèi)，呈NWW—SEE向展布，北側(cè)是祁連地塊，南側(cè)為柴達(dá)木地塊，東接秦嶺造山帶（圖1），西端被阿爾金斷裂所切[4，17]，是一個形成于早古生代的典型大陸型俯沖碰撞構(gòu)造帶[1821]，從東南到西北共分為都蘭、錫鐵山、綠梁山—鐵石觀西、魚卡4個超高壓變質(zhì)體，魚卡、鐵石觀西超高壓變質(zhì)體位于其中西段（圖1）[19，2122]。超高壓變質(zhì)帶主要出露地層為中元古界魚卡河巖群、古生界灘間山群、泥盆紀(jì)耗牛山組砂礫巖和火山碎屑巖以及城墻溝組生物碎屑灰?guī)r、中—上新統(tǒng)油砂山組和獅子溝組以及較大面積分布的不同成因類型的第四紀(jì)堆積物（圖2）。區(qū)內(nèi)NW向斷裂構(gòu)造發(fā)育，榴輝巖、片巖和片麻巖都受到強(qiáng)烈的韌性剪切。巖漿活動頻繁，從元古代到晚古生代巖漿活動都有不同程度地保留，尤其是中—新元古代、早古生代巖漿活動最為強(qiáng)烈[5]。

前人對魚卡地區(qū)的榴輝巖進(jìn)行了大量研究。陳丹玲等認(rèn)為該地區(qū)榴輝巖中的石榴石經(jīng)歷了前榴輝巖相、榴輝巖相及后榴輝巖相3個主要變質(zhì)演化階段，榴輝巖中進(jìn)變質(zhì)礦物組合和生長環(huán)帶的保存說明榴輝巖的形成經(jīng)歷了相對快速俯沖和折返的動力學(xué)過程[13]。陳丹玲等在該地區(qū)得到粗粒多硅白云母榴輝巖和細(xì)粒塊狀榴輝巖近乎一致的變質(zhì)年齡和原巖年齡，分別為（436±3）Ma和（431±4）Ma 以及783～793 Ma和748～759 Ma[2]；Zhang等使用含柯石英榴輝巖進(jìn)行溫壓測定，得到峰期榴輝巖相溫度（T）和壓力（P）條件為P=2.7～3.4 GPa，T=610 ℃～700 ℃[24]。Song等研究了該地區(qū)高鈦榴輝巖和低鈦榴輝巖，認(rèn)為高鈦部分具有洋島玄武巖的特點(diǎn)， 巖石稀土元素總含量高，輕稀土元素表現(xiàn)為強(qiáng)富集型，而低鈦類具洋中脊玄武巖的特點(diǎn)；同時，結(jié)合Nd同位素和UPb年代學(xué)的證據(jù)，認(rèn)為榴輝巖的原巖是850 Ma左右的大陸溢流玄武巖[4]。陳鑫等認(rèn)為鐵石觀西退變榴輝巖保留有超高壓變質(zhì)峰期礦物組合（石榴石+綠輝石+多硅白云母+金紅石），大部分石榴石保留有明顯的生長環(huán)帶，通過用WatersMartin GtOmpPhe壓力計[25]和Ravna GtOmp Fe2+Mg交換溫度計[26]獲得變質(zhì)峰期溫度范圍為694 ℃～791 ℃，壓力范圍為25～26 GPa，表明其經(jīng)歷了高壓變質(zhì)作用[27]。宋述光等在與鐵石觀西相距超過20 km的綠梁山地區(qū)石榴橄欖巖金剛石包裹體和石榴石中發(fā)現(xiàn)兩種輝石、金紅石和鈉質(zhì)閃石出溶片晶等，證明柴北緣超高壓變質(zhì)帶部分巖石經(jīng)歷了100～200 km地幔深度的超高壓變質(zhì)作用[5，1218，22]。張建新等在綠梁山發(fā)現(xiàn)了基性麻粒巖，通過傳統(tǒng)溫壓計計算得到其形成的溫壓條件為：P=0.96～1.35 GPa，T=730 ℃～870 ℃；根據(jù)石榴石中殘留的綠輝石，推斷該基性麻粒巖是榴輝巖退變而來[16]。盡管不少學(xué)者在綠梁山地區(qū)進(jìn)行了大量研究工作，但是否存在榴輝巖，迄今沒有相關(guān)報道。

圖2魚卡—綠梁山地區(qū)地質(zhì)簡圖

Fig.2Geological Sketch Map of YuqiaLuliangshan Area

2礦床地質(zhì)特征

魚卡金紅石礦區(qū)出露的地層主要為魚卡河巖群，巖性主要為云母石英片巖、大理巖、榴輝巖等，片巖、大理巖、榴輝巖在空間上整合接觸，產(chǎn)狀基本一致（圖3），其中與榴輝巖接觸的大理巖和片巖局部具有石榴石化。礦區(qū)構(gòu)造線為NW走向，斷層較為發(fā)育，鉆孔中能夠看到糜棱巖化的榴輝巖等斷層破碎帶，沒有發(fā)現(xiàn)大型褶皺構(gòu)造。礦區(qū)巖漿巖分布廣泛。榴輝巖呈NW—SE走向，主要呈極灰黑—灰綠色，多呈透鏡狀或條帶狀及似層狀產(chǎn)于云母石英片巖、英云閃長質(zhì)片麻巖、大理巖之中，整體相連，斷續(xù)分布（圖3）。其中，出露規(guī)模較大的主要分布在魚卡河北岸，寬度為30～80 m，其中4號礦體斷續(xù)相連長達(dá)2 000 m，TiO2平均品位在25%以上。