珠峰地區(qū)熱曲鋰輝石偉晶巖的發(fā)現(xiàn)及對喜馬拉雅稀有金屬成礦作用研究的啟示*

劉小馳 吳福元,2 王汝成 劉志超 王佳敏 劉晨 胡方泱 楊雷 何少雄

1.巖石圈演化國家重點實驗室，中國科學院地質與地球物理研究所，北京 100029 2.中國科學院大學地球與行星科學學院，北京 100049 3.內生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室，南京大學地球科學與工程學院，南京 210023 4.中山大學地球科學與工程學院，廣州 510275 5.成都理工大學地球科學學院，成都 610059

印度板塊同歐亞板塊的大陸碰撞是新生代以來地球上發(fā)生的最重要地質事件，它形成了世界上最大最高的高原——青藏高原(Yin and Harrison,2000)。青藏高原南部的岡底斯和雅魯藏布江一帶，是整個高原陸/洋轉換和地體拼貼最復雜、殼/幔物質-能量交換最活躍、巖漿-流體活動最強烈、斷裂網絡系統(tǒng)最發(fā)育的地區(qū)，同時也是大規(guī)模成礦作用最強烈和金屬礦產資源最集中的地帶。最近20年，一批世界級規(guī)模的成礦帶和超大型礦床在青藏高原相繼被發(fā)現(xiàn)(如岡底斯超大型斑巖銅礦)，表明該區(qū)正成為我國最具潛力的戰(zhàn)略性礦產儲備基地(Hou and Cook,2009)。

然而相對而言，青藏高原以南東西延伸超過2500km的喜馬拉雅造山帶卻一直沒有獲得找礦勘探上的重大突破。該地區(qū)的地質體主要是廣布的高喜馬拉雅變質巖系、特提斯喜馬拉雅沉積巖系及與其相伴生的喜馬拉雅淡色花崗巖(圖1)。盡管花崗巖多被認為與金屬成礦作用關系密切，但傳統(tǒng)觀點認為，喜馬拉雅淡色花崗巖為原地-近原地侵位的純地殼來源的低熔花崗巖，這種低溫的低熔花崗巖大多不具有大規(guī)模金屬成礦潛力。但近年來，基于巖石成因學研究，本研究團隊提出，喜馬拉雅造山帶中的淡色花崗巖為高度結晶分異成因，是真正意義上的異地深成侵入體，而并不是原地或半原地的部分熔融體(吳福元等,2015)；而高分異花崗巖同鈮、鉭、鈹、鋰、銣、鍶、鋯、鉿等稀有金屬成礦作用關系密切(吳福元等,2015,2017)。在上述原創(chuàng)性理論突破引導下，我們通過進一步的野外及室內的調查工作，發(fā)現(xiàn)喜馬拉雅淡色花崗巖相關的稀有金屬成礦范圍廣，具有良好的稀有金屬成礦潛力(王汝成等,2017)。到目前為止，我們已完成西藏噶爾至錯那一線33個大型淡色花崗巖巖體的稀有金屬成礦潛力普查工作，普查范圍超過30000km2，已發(fā)現(xiàn)的稀有金屬礦物超過10種，喜馬拉雅完全具備成為我國一個世界級稀有金屬成礦帶的潛力。

根據(jù)稀有金屬礦物種類發(fā)育情況，目前可基本明確，以錯那洞巖體為代表的鈹資源正成為喜馬拉雅帶稀有金屬成礦的重要特色(李光明等,2017)。但相對而言，喜馬拉雅帶鋰資源尋找一直未見重大進展。本文報道本研究團隊近期在珠峰北部的熱曲地區(qū)發(fā)現(xiàn)的鋰輝石偉晶巖，以期對區(qū)內鋰資源的進一步尋找提供基礎理論支持。

1 珠峰地區(qū)區(qū)域地質特征

喜馬拉雅地區(qū)的地層一般可劃分為下部的深變質巖系(高喜馬拉雅)、中部的低級變質的泥質-鈣質巖系和上部的未變質的沉積巖系(特提斯喜馬拉雅)。在珠峰地區(qū)，Wager (1933)將高喜馬拉雅和特提斯喜馬拉雅之間的淺變質巖石稱為Everest巖系，穆恩之等(1973)正式命名為肉切村群。肉切村群不僅變形強烈，而且根據(jù)巖性又可被進一步劃分為下部的北坳組和上部的“黃帶層”(尹集祥和郭師曾,1978)。北坳組以灰黑色黑云母千枚巖、鈣質硅酸巖為主，見少量大理巖；上部“黃帶層”以黃色的含石英大理巖為主，夾少量千枚巖。Burgetal.(1984)提出喜馬拉雅造山帶中淺變質的泥質-鈣質巖系與未變質巖系之間為脆性正斷層，而該斷層之下的喜馬拉雅主逆沖斷層之上巖系，發(fā)生過指向北的韌性正斷層改造。在此基礎上，Burchfieletal.(1992)通過區(qū)域資料總結，正式提出了South Tibetan Detachment System(藏南拆離系)的概念。根據(jù)這一概念，Searle (1999)將珠峰地區(qū)肉切村群上部的脆性斷層命名為珠穆朗瑪斷層(Qomolangma detachment)，下部的韌性斷層命名為洛子斷層(Lhotse detachment)。最近研究進展表明，洛子拆離斷層不具有明顯的變質間斷，事實上并不存在，肉切村群淺變質巖逐漸過渡至高喜馬拉雅高級變質巖(Wateretal.,2019)。然而，無論以何種劃分方式，淺變質的肉切村群即對應著藏南拆離系韌性剪切帶位置，具有高應變特征的肉切村群在珠峰山體出露厚度達到1000～1600m(穆恩之等,1973;Carosietal.,1998)，在珠峰北坡前進溝為300m，查亞山為150m(穆恩之等,1973)。

沿喜馬拉雅造山帶走向，淡色花崗巖可以分為南北兩個帶，總體上呈東西向平行分布(圖1)。南帶主要沿高喜馬拉雅和特提斯喜馬拉雅之間的藏南拆離系分布，稱為高喜馬拉雅淡色花崗巖帶，構成喜馬拉雅山的主體。北帶淡色花崗巖位于特提斯喜馬拉雅單元內，又被稱之為特提斯喜馬拉雅淡色花崗巖帶。高喜馬拉雅的淡色花崗巖多以規(guī)模不等的巖席形式直接侵入到高喜馬拉雅變質巖系之中，并明顯受到藏南拆離斷層構造控制，該伸展構造沿喜馬拉雅造山帶延伸超過1000km，并主要以韌性變形為主(Burchfieletal.,1992;Kellettetal.,2019)。特提斯喜馬拉雅淡色花崗巖主要以獨立侵入體形式侵入于特提斯喜馬拉雅巖系之中，或位于特提斯變質穹窿核部。在后者情況下，穹窿的主體是變質的高喜馬拉雅結晶巖系，外側是特提斯喜馬拉雅變質沉積巖系(Harrisonetal.,1997;Zeng et al,2011;吳福元等,2015)。

圖1 喜馬拉雅造山帶地質簡圖及淡色花崗巖分布(據(jù)吳福元等,2015修改)Fig.1 Simplified geologic map of the Himalayan orogen and distribution of leucogranites (modified after Wu et al.,2015)

本文研究區(qū)一帶的花崗巖屬高喜馬拉雅淡色花崗巖帶。在構造層位上，它主要位于珠穆朗瑪斷層之下、高喜馬拉雅結晶巖系之上的部位(Searle,1999)?；◢弾r類型變化較大，但以白云母花崗巖、電氣石-石榴石花崗巖為主，其中變形較為強烈的白云母花崗巖平行藏南拆離系分布，而變形程度較弱的電氣石-石榴石花崗巖及偉晶巖多呈脈狀出現(xiàn)在早期巖石之中。但需要指出的是，珠峰地區(qū)淡色花崗巖的上部圍巖肉切村群中發(fā)育有指示熱接觸變質的礦物，如符山石、方柱石、透輝石等，暗示存在高溫熔-流體的交代作用(Wageretal.,1965;Hodgesetal.,1992;鄒光富,2008)。

2 珠峰地區(qū)淡色花崗巖相關稀有金屬成礦作用

在Le Fort (1973)正式引入喜馬拉雅淡色花崗巖這一概念之前，國內外學者對珠峰地區(qū)的花崗巖開展過卓有成效的工作。20世紀20年代初，英國探險考察隊曾報道在其采集的珠峰北坡花崗巖樣品中含有綠柱石及鋰電氣石等稀有金屬礦物，但是具體采樣地點不詳(Heron,1922)。Wager (1965)首次報道了珠峰絨布河谷內的淡色花崗巖全巖成分，其中鋰平均含量達到了190×10-6，明顯高于大陸地殼鋰的平均豐度(16×10-6;Rudnick and Gao,2014)和典型的S型花崗巖鋰含量(35.5×10-6～107.5×10-6,Fodenetal.,2015)，說明該區(qū)域有鋰等稀有金屬元素的富集。此后，鋰電氣石等礦物也在珠峰南坡的尼泊爾境內被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)(Ferraraetal.,1983)。我國境內珠峰地區(qū)稀有金屬礦物綠柱石由應思淮(1973)首次報道，發(fā)現(xiàn)地位于珠峰西北方向的加布拉地區(qū)，賦存于電氣石偉晶巖脈之中。Visonà and Zantedeschi (1994)在鄰近加布拉的普士拉(Pusi La)地區(qū)報道有鋰輝石、透鋰長石、錫石等稀有金屬礦物的偉晶巖出現(xiàn)，并后續(xù)對淡色花崗巖和偉晶巖進行過全巖地球化學組成分析(Visonà and Lombardo,2002)。然而上述工作僅是稀有金屬礦物在珠峰地區(qū)的零星報道，前人并未開展詳細的研究工作。Liuetal.(2020)對珠峰西側的普士拉地區(qū)卓莫古、錯熱兩地的淡色花崗巖、偉晶巖開展了詳細的礦物學、巖石學、地球化學以及同位素年代學工作，從而拉開了系統(tǒng)研究喜馬拉雅造山帶含鋰礦物偉晶巖的序幕。

圖2 珠峰-熱曲-普士拉地區(qū)地質圖(據(jù)Liu et al.,2020修改)Fig.2 Simplified geologic map of the Mount Qomolangma region (modified after Liu et al.,2020)

3 熱曲鋰輝石偉晶巖

珠峰北側、距離普士拉NNE方向約20km處的熱曲(Ra Chu)發(fā)育完整的喜馬拉雅地質剖面(圖3)，其GPS坐標為28°21′20″N、86°40′18″E,海拔4825～4860m。剖面頂部為早古生代特提斯喜馬拉雅珠峰組的薄層狀青灰色結晶灰?guī)r，厚度約15～20m；中部為面理化的千枚狀大理巖，厚度約5～8m，屬肉切村群上部黃帶層；下部為強變形的北坳組鈣質硅酸巖，厚度超過20m。因此，該剖面展示了藏南拆離系韌性剪切帶上部層位的基本情況。此外，剖面內的北坳組巖石中還發(fā)育有含電氣石白云母淡色花崗巖，成巖席狀產出，厚度約0.5～2m(圖3b、圖4d)。由于露頭有限，我們未能觀察到該套地層與高喜馬拉雅變質巖的接觸關系。但在剖面所處河谷西側，北坳組千枚巖之下為規(guī)模較大的淡色花崗巖體(圖4e)，成厚層席狀產出，具有糜棱巖化特征(圖4f)，這些巖席侵位于高喜馬拉雅片麻巖當中。Jessup and Cottle (2010)曾對熱曲剖面做過詳細的構造解析研究，結果顯示厚度約30km的高喜馬拉雅結晶巖系在24～16Ma之間沿STDS折返擠出。

圖3 熱曲剖面特征(a-b)及地層剖面圖(c)Fig.3 Field photographs (a-b)and stratigraphic column diagram (c)for the Ra Chu transect

圖4 熱曲剖面“黃帶層”下部大理巖及含鋰輝石偉晶巖(a、b)、鋰輝石野外露頭(c)、北坳組強變形鈣質硅酸巖及侵位的淡色花崗巖(d)及熱曲剖面西淡色花崗巖巖體及其中強變形淡色花崗巖(e、f)Fig.4 Field occurrence and petrological features of the marbles and spodumene-bearing pegmatites of “Yellow Band”(a,b),field photograph of spodumene-bearing pegmatites (c),strongly deformation calc-silicates and intruded leucogranites of the North Col Formation (d)and field occurrence of leucoganites in the west of Ra Chu transect (e,f)

詳細的野外調查發(fā)現(xiàn)，在“黃帶層”大理巖與北坳組鈣質硅酸巖之間的過渡部位，發(fā)育有含鋰輝石的偉晶巖。在面積不大的區(qū)域內，共發(fā)現(xiàn)7處偉晶巖出露點，出露規(guī)模相差較大，長度0.5～3m、厚度0.2～1.5m不等。偉晶巖本身受到拆離斷層的顯著控制，總體為NW-SE向延伸，呈脈狀、透鏡體狀、板狀產出于“黃帶層”下部的大理巖當中，與圍巖接觸界線清晰，部分已同圍巖一起發(fā)生了變形(圖4d)，具有同構造侵位的特征。圍巖大理巖還出現(xiàn)矽卡巖化，矽卡巖厚度約5～10cm。

相對于普士拉卓莫古含鋰輝石偉晶巖，熱曲剖面見及的偉晶巖厚度較薄，未發(fā)現(xiàn)偉晶巖脈礦物自邊緣向中心粒度由細變粗呈同心帶狀對稱分布特征，也未發(fā)現(xiàn)與這些偉晶巖伴生的淡色花崗巖。偉晶巖礦物顆粒粗大，但粒度變化大，手標本可觀察到呈淺灰綠色半自形-自形短柱狀鋰輝石(圖4c)。薄片觀察發(fā)現(xiàn)，偉晶巖的主要礦物組成為鋰輝石、石英、鉀長石、鈉長石、白云母、磷灰石、透鋰長石、綠柱石、錫石、鈮鉭鐵礦，副礦物為鋯石和獨居石。其中鋰輝石含量可達30vol%～40vol%；部分偉晶巖中鋰輝石晶體具有定向性(圖5c)，可能是巖漿在同構造變形中受變形影響所致。部分樣品可以觀察到鋰輝石周圍有透鋰長石生長，這指示出鋰輝石可能是巖漿期壓力較高的環(huán)境，減壓過程中同石英反應生成透鋰長石(London and Burt,1982)。少數(shù)樣品中鋰輝石出現(xiàn)蝕變，成為“腐鋰輝石”(圖5f)(楊岳清等,1995)。我們選擇熱曲剖面及西側山坡的3個電氣石淡色花崗巖和3個含鋰輝石偉晶巖樣品初步進行了全巖地球化學分析，其采樣位置及數(shù)據(jù)結果見表1。全巖、主微量元素含量測試在武漢上譜分析科技公司完成，主量元素利用XRF方法分析，微量元素利用Agilent 7700e ICP-MS分析。

圖5 熱曲剖面鋰輝石偉晶巖鏡下顯微照片特征Pl-斜長石；Kfs-鉀長石；Qtz-石英；Ms-白云母；Spd-鋰輝石Fig.5 Micrographs of the Ra Chu spodumene-bearing pegmatitesPl-plagioclase;Kfs-K-feldspar;Qtz-quartz;Ms-muscovite;Spd-spodumene

表1 熱曲剖面淡色花崗巖及偉晶巖主量(wt%)和微量元素(×10-6)分析結果Table 1 熱曲剖面淡色花崗巖及偉晶巖主量和微量元素

續(xù)表1Continued Table 1

分析結果顯示，熱曲電氣石淡色花崗巖樣品具有較高的Li含量，為69.8×10-6～172×10-6，其他稀有金屬元素含量如Be為14.8×10-6～24.3×10-6，Ta為0.94×10-6～8.75×10-6，Nb為4.55×10-6～11.9×10-6，Sn為14.4～22.3(圖6)，稀土元素總量(∑REE)為25.3×10-6～57.7×10-6(圖7)。鋰輝石偉晶巖樣品中的Li含量明顯高于電氣石淡色花崗巖，變化范圍6023×10-6～9776×10-6，即Li2O含量范圍是1.30%～2.15%，已達到工業(yè)品位。其他稀有金屬元素含量也較高，如Be(58.0×10-6～347×10-6)、Nb(95.8×10-6～130×10-6)、Ta(30.3×10-6～51.8×10-6)和Sn(105×10-6～171×10-6)。稀土元素含量在鋰輝石偉晶巖樣品中極低，∑REE為3.5×10-6～4.5×10-6?，F(xiàn)有分析結果可以看出，熱曲鋰輝石偉晶巖樣品中的Li、Sn含量普遍高于普士拉偉晶巖(圖6a)，反映出熱曲鋰輝石偉晶巖可能具有更高的演化程度。

圖6 熱曲-普士拉地區(qū)淡色花崗巖及偉晶巖微量元素圖解(a)稀有金屬元素Li-Sn圖；(b)Zr/Hf -Nb/Ta圖.普士拉樣品數(shù)據(jù)來自Liu et al. (2020)，喜馬拉雅淡色花崗巖范圍據(jù)吳福元等(2015)Fig.6 Trace element diagrams for the Pusi La and Ra Chu leucogranites and pegmatites(a)Li vs.Sn;(b)Zr/Hf vs.Nb/Ta.The data of Pusi La after Liu et al. (2020)and Himalayan leucogranites after Wu et al. (2015)

圖7 熱曲地區(qū)淡色花崗巖及偉晶巖稀土元素配分模式圖(標準化值據(jù)Sun and McDonough,1989)普士拉樣品數(shù)據(jù)引自Liu et al. (2020);Visonà and Lombardo (2002)Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns for leucoganite and pegmatite samples from the Ra Chu transect (normalization values after Sun and McDonough,1989)The data of Pusi La after Liu et al. (2020);Visonà and Lombardo (2002)

4 對珠峰地區(qū)稀有金屬成礦作用研究的啟示

熱曲剖面鋰輝石偉晶巖的發(fā)現(xiàn)，說明珠峰一帶富鋰礦物出露位置不僅局限于此前報道的加布拉-普士拉地區(qū)。位于珠峰北坡前進溝偉晶巖轉石中存在鋰電氣石和鐵鋰云母-鋰云母，表明該區(qū)域存在鋰的富集(劉晨等,2021)。結合前人已有報道，北至熱曲，南至珠峰南坡尼泊爾境內的昆布冰川、努子峰、洛子峰地區(qū)(Ferraraetal.,1983)，珠峰地區(qū)稀有金屬礦化涵蓋區(qū)域面積超過了700km2，充分說明了喜馬拉雅地區(qū)稀有金屬成礦的巨大潛力。

由于熱曲含鋰輝石偉晶巖在藏南拆離系韌性剪切帶中的位置相對清晰，這為研究喜馬拉雅造山過程、淡色花崗巖巖漿活動以及稀有金屬富集之間的聯(lián)系提供了良好條件。高分異花崗巖主要與后造山事件有關，并常與大型伸展構造伴生，巖漿長時間、長距離的運移侵位是高度結晶分異作用得以進行的重要條件，因此，伸展構造形成的拆離斷層能夠對巖漿的運移、高度分異乃至稀有金屬富集起到關鍵作用(吳福元等,2017;Wuetal.,2020)。

在熱曲剖面，藏南拆離系韌性剪切帶嚴格控制了含鋰輝石偉晶巖的空間分布。含鋰輝石偉晶巖產狀近于平行地發(fā)育在巖性致密的鈣硅酸巖和質地相對較弱的大理巖之間，很可能是肉切村群 “黃帶層”和北坳組間的接觸部位，富鋰熔體-流體在這一位置發(fā)生匯集、結晶以及強烈的交代作用。

而普士拉地區(qū)的鋰輝石偉晶巖也位于肉切村群的內部，出現(xiàn)位置海拔略高于熱曲鋰輝石偉晶巖。藏南拆離系在珠峰地區(qū)傾向為NNE，傾角約10°～20°(Jessup and Cottle,2010)，熱曲鋰輝石偉晶巖很可能是普士拉地區(qū)鋰輝石偉晶巖帶的向北延伸(圖8)。雖然普士拉地區(qū)尚未有詳細的地質剖面工作，但是從該區(qū)域淡色花崗巖及偉晶巖侵位的圍巖巖性差別判斷，肉切村群在該區(qū)域的厚度能達到200～300m。藏南拆離系不僅是高喜馬拉雅折返隆升、淡色花崗巖巖漿的遷移的邊界和通道(Hodgesetal.,1992;Searleetal.,2003)，同時也是熔體聚集、富鋰礦物結晶的重要物理屏障。因此，作為藏南拆離系韌性剪切帶位置的肉切村群，特別是其下部的北坳組同上部“黃帶層”的邊界是尋找偉晶巖型鋰礦床的重要部位。作為巖漿演化的反饋作用，含鋰輝石偉晶巖的出現(xiàn)代表巖漿及熱液中富Li、F、H2O等揮發(fā)份，從而降低巖漿粘度，又能進一步促進拆離斷層的伸展構造活動(Corthoutsetal.,2016)，使得珠穆朗瑪拆離斷層滑移距離超過了34km(Burchfieletal.,1992)，Searleetal.(2003)甚至認為藏南拆離系沿傾向(傾角為5°～10o)滑動距離能達至100～200km，因此，淡色花崗巖有更加足夠的空間距離進行巖漿結晶分異演化。

圖8 珠峰地區(qū)普士拉-熱曲地質剖面示意圖Fig.8 Schematic diagram showing the trancect from Pusi La to Ra Chu,Mount Qomolangma region

因此，未來應系統(tǒng)地對喜馬拉雅造山帶藏南拆離系韌性剪切帶，特別是對珠峰地區(qū)肉切村群開展野外地質、巖相學、礦物學、礦床學和地球化學調查和研究工作，進而加強喜馬拉雅造山帶稀有金屬成礦機制研究和建立合理的勘查模型。

5 結論

通過對喜馬拉雅帶珠峰地區(qū)熱曲鋰輝石偉晶巖的調查，本文得出以下幾點認識：

(1)熱曲含鋰輝石偉晶巖的發(fā)現(xiàn)表明珠峰地區(qū)具有鋰等稀有金屬成礦的巨大潛力；

(2)藏南拆離系韌性剪切帶位置的肉切村群，特別是其下部的北坳組同上部“黃帶層”的邊界是尋找偉晶巖型鋰礦床的重要部位；

(3)喜馬拉雅造山帶鋰元素在淡色花崗巖巖漿中的極度富集可能同伸展構造具有密切關系。

致謝衷心感謝兩位匿名評審人對本文的仔細評審，他們提出的諸多建設性意見使本文的質量得到了很大的提高，并對我們未來的工作具有重要的指導意義。