柴北緣查查香卡鈾-鈮-稀土礦區(qū)閃長巖年代學(xué)、地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

榮驍，胡永興，陳擎，康利剛，王繼斌，葉雷剛，陳斌，張勝龍

（1.核工業(yè)二〇三研究所，陜西 西安 712000；2.甘肅省地質(zhì)調(diào)查院，甘肅 蘭州 730000）

當(dāng)今國際競爭的核心是高新科技領(lǐng)域的比拼，尤其是關(guān)鍵礦產(chǎn)制約的新興產(chǎn)業(yè)成為了高新科技競爭的制高點，所以關(guān)鍵礦產(chǎn)日益具有越來越重要的戰(zhàn)略意義。U、Nb 和REE 等8 個大類41個礦種（組）是我國當(dāng)前和今后一段時間內(nèi)的關(guān)鍵礦產(chǎn)［1］，相關(guān)礦床具有重要的研究意義。

查查香卡鈾-鈮-稀土（U-Nb-REE）礦床發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)60年代末，是在1∶2.5萬伽馬普查中發(fā)現(xiàn)的小型礦點（324）發(fā)展而來的。近幾年，在中國核工業(yè)地質(zhì)局和青海省地勘基金項目資助下，筆者及團(tuán)隊在搜集整理前人資料的基礎(chǔ)上，總結(jié)成礦規(guī)律和控礦要素，開展相應(yīng)槽探和鉆探揭露，將其擴(kuò)大為一個中型規(guī)模的U-Nb-REE多金屬礦床。該礦床內(nèi)發(fā)育大量閃長質(zhì)巖石。盡管前人研究表明該礦床為一個與鈉長巖相關(guān)的巖漿-熱液型多金屬礦床［2-3］，但該礦床是否與閃長巖體具有成因聯(lián)系尚不明確，這制約了對該礦床成礦過程的深入理解，也不利于下一步找礦工作的開展。有鑒于此，本文在詳細(xì)野外地質(zhì)工作的基礎(chǔ)上，歸納總結(jié)了礦床地質(zhì)特征，并重點針對礦區(qū)閃長巖開展了巖石學(xué)、巖相學(xué)、地球化學(xué)和同位素年代學(xué)研究，并與成礦鈉長巖開展了地球化學(xué)對比，以查清巖石成因及形成背景，探討閃長巖體與成礦之間的關(guān)系，為下一步找礦方向提供約束。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

查查香卡U-Nb-REE 礦區(qū)位于柴達(dá)木盆地東北緣，大地構(gòu)造位置上處在柴達(dá)木-阿爾金超高壓變質(zhì)雜巖帶東端（圖1a）。區(qū)域構(gòu)造線以北西-南東向展布為主，脆性、韌性、脆韌性斷裂成為各群和地質(zhì)單元間的界線。區(qū)域上早古生代經(jīng)歷了洋陸俯沖—弧陸/陸陸碰撞—超高壓折返等多旋回復(fù)雜構(gòu)造作用過程，產(chǎn)生了強(qiáng)烈的巖漿-流體及金、銅、鈾和稀有金屬等多元素成礦作用［4-7］。

圖1 祁連-柴達(dá)木造山帶主要構(gòu)造單元簡圖（a）和查查香卡礦區(qū)地質(zhì)圖（b）（據(jù)文獻(xiàn)［2］修改）Fig.1 Tectonic unit division of Qilian-Qaidam orogenic belt（a）and geological map of Chachaxiangka mining area（b）（modified after reference［2］）

2 礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)地質(zhì)單元較為簡單，主要地層包括古元古代達(dá)肯達(dá)坂巖群和奧陶-志留紀(jì)灘澗山群（圖1 b）。達(dá)肯達(dá)坂巖群是區(qū)內(nèi)最早的變質(zhì)結(jié)晶基底，為一套片麻巖、石英片巖和斜長角閃片巖等巖石組合，前人定年結(jié)果表明其主要形成于古元古代［8-9］。奧陶-志留紀(jì)灘澗山群是查查香卡UNb-REE 礦床的賦礦圍巖，為一套綠片巖相變質(zhì)火山-沉積巖，巖性主要為綠泥石綠簾石片巖，少量斜長角閃片巖和部分變余中基性-基性火山巖。灘澗山群在柴北緣地區(qū)斷續(xù)產(chǎn)出，不同地段的形成時代略有差異，礦區(qū)及周邊出露者形成于奧陶紀(jì)，其主體變質(zhì)時間為志留紀(jì)［10-12］。礦區(qū)北部大面積出露閃長巖，另有花崗閃長巖、黑云母花崗巖和正長花崗巖呈巖脈狀侵入于灘澗山群和達(dá)肯大坂群之中。閃長巖西南側(cè)和西北側(cè)以斷裂與灘澗山群相接，東北側(cè)可見二者呈侵入接觸關(guān)系。F4韌-脆性斷裂是礦區(qū)的主要控礦斷裂，其早期為韌性，后疊加脆性，形成了由糜棱巖、碎裂巖、斷層泥組成的斷裂帶。該斷裂帶呈北西向展布，傾向北東，傾角為45°～50°，寬65～245 m，長度貫穿整個礦區(qū)。斷裂帶內(nèi)正長花崗巖脈、長英質(zhì)脈體、石英脈和碳酸鹽脈較為發(fā)育，它們的圍巖發(fā)生了強(qiáng)烈的礦化蝕變（圖2），主要有鈉長石化、赤鐵礦化、綠泥石化、綠簾石化、硅化、黃鐵礦化和晚期疊加的褐鐵礦化。已控制的11 個UNb-REE 礦體（圖3），長度為123～400 m，厚度為0.88～20.07 m，鈾品位為0.035%～0.251%，賦礦巖石為糜棱巖化斜長角閃片巖、構(gòu)造角礫巖、碎裂巖。U-Nb-REE礦化與鈉長石化的關(guān)系最為密切，礦石礦物主要有含鈾燒綠石、晶質(zhì)鈾礦、含鈾方釷石和含釷晶質(zhì)鈾礦等［13-16］。鐘軍等（2018）根據(jù)其特殊的礦物組合特征，結(jié)合礦物學(xué)、巖/礦石地球化學(xué)等特征，將該礦床定義為一類與巖漿-熱液成因相關(guān)的鈉長巖型鈾-鈮-稀土多金屬礦床［2］。

圖2 查查香卡礦床鈾礦石蝕變特征Fig.2 Alteration characteristics of uranium ores in the Chachaxiangka deposit

3 樣品采集及閃長巖巖石學(xué)特征

本次采集的樣品為閃長巖邊緣相帶中新鮮的閃長巖，呈灰白色，半自形-他形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由斜長石、角閃石、石英等組成，其中斜長石多呈自形-半自形板柱狀，長0.8～5 mm，聚片雙晶發(fā)育；角閃石多呈半自形-他形柱狀，呈黃色、綠色，多色性顯著，發(fā)育兩組菱形解理；石英多呈半自形-他形粒狀分布于斜長石顆粒之間，粒徑為0.2～2 mm（圖4）。

圖4 閃長巖鏡下微觀特征（a）和手標(biāo)本特征（b）Fig.4 Microscopic characteristics（a）and hand specimen（b）of diorite

4 閃長巖鋯石U-Pb 年齡

4.1 樣品分析方法

在廊坊市拓軒巖礦檢測服務(wù)有限公司完成了鋯石的挑選、制靶、陰極發(fā)光圖像采集工作，鋯石挑選流程為對樣品進(jìn)行機(jī)械破碎，再將破碎的樣品淘洗、磁選和重液分選，最后在雙目鏡下人工挑選出單顆粒鋯石，選擇具代表性的結(jié)晶鋯石粘在環(huán)氧樹脂表面，固化后拋光至出現(xiàn)光潔平面，然后對其進(jìn)行透、反射和陰極發(fā)光（CL）照相。在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源所國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室利用LA-ICP-MS 完成了鋯石U-Pb 同位素定年工作，鋯石U-Pb 定年分析儀器為Finnigann Neptune 型ICP-MS 和Newwave UP213 激光剝蝕系統(tǒng)。測試中設(shè)定激光剝蝕斑束的直徑為25μm，頻率為10 Hz，能量密度為2.5 J/cm2，以He 為載氣。通過Glitter 4.4 及Isoplot3.0 軟件完成數(shù)據(jù)分析處理工作。

4.2 鋯石U-Pb 定年

用于鋯石U-Pb定年的Dn01號閃長巖樣品采自查查香卡U-Nb-REE 礦區(qū)北部（圖1b）。陰極發(fā)光圖像顯示所測定鋯石顆粒晶形較好，均呈自形-半自形，長寬比為1.5∶1～2∶1，發(fā)育清晰震蕩環(huán)帶，具有巖漿鋯石特征（圖5）。閃長巖中鋯石的U含量為（62.1～183.2）×10-6，Th含量為（60.3～110.6）×10-6，Th/U 值為0.48～1.28（表1），平均值為1.01，大于0.4，也表明該樣品中的鋯石為巖漿鋯石。

圖5 閃長巖鋯石U-Pb CL 圖像、測點位置及對應(yīng)年齡/MaFig.5 U-Pb CL image of zircon in diorite，location of measuring points and corresponding age（Ma）

本次的鋯石U-Pb定年分析結(jié)果見表1。20個測點的U-Pb年齡諧和度均大于95%，所有分析數(shù)據(jù)皆可用，所有鋯石顆粒年齡均小于1 000 Ma，適于采用206Pb/238U 年齡。在諧和圖中，20 顆鋯石的年齡數(shù)據(jù)比較集中，206Pb/238U 年齡介于453.3～439.8 Ma 之間（表1，圖6），其加權(quán)平均年齡為（446.5±3.5）Ma（MSWD＝0.22，n＝20），可視為該閃長巖的形成年齡。

圖6 閃長巖LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 諧和圖Fig.6 The LA-ICP-MS zircon U-Pb harmonic diagram of diorite

5 閃長巖地球化學(xué)特征

硅酸鹽全分析、稀土元素及微量元素的測試分析由核工業(yè)二〇三研究所完成，采用等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）測定，檢測限低于0.5×10-9，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5%。表2和表3為閃長巖主量元素和微量元素分析結(jié)果及相關(guān)參數(shù)。

表2 閃長巖的主量元素/%組成Table 2 Main elements (%)composition of diorite

表3 閃長巖的微量及稀土元素/10-6組成Table 3 Trace and rare earth elements (10-6)composition of diorite

表3 （續(xù)）

5.1 主量元素

表2 顯示5 個閃長巖樣品主量元素組成較為一致，SiO2含量為59.61%～61.09%，平均值為60.17%；Al2O3含量為15.85%～16.82%，平均值為16.08%；K2O 含量較低，在0.45%～0.78%之間，平均值為0.60%；K2O＋Na2O 為3.71%～5.02%，平均值為4.25%，而K2O/Na2O 為0.13～0.19，平均值為0.16。CaO、Fe2O3、FeO、MnO、TiO2含量平均值分別為6.20%、3.03%、4.36%、0.14%、0.59%。A/NK平均值為2.45，A/CNK 平均值為0.90。在全堿-硅圖解（TAS）中，數(shù)據(jù)集中分布在閃長巖范圍內(nèi)（圖7a），與野外和鏡下定名相符；數(shù)據(jù)在K2O-SiO2圖中落入低鉀（拉斑）系列范圍（圖7b），表明巖石鉀含量較低；在A/NK-A/CNK 判別圖中，數(shù)據(jù)集中分布在準(zhǔn)鋁質(zhì)區(qū)域內(nèi)（圖7c）。

圖7 閃長巖地球化學(xué)分類圖解（底圖據(jù)文獻(xiàn)［17-19］）Fig.7 Geochemical classification of diorite（base map after reference［17-19］）

5.2 稀土元素

閃長巖稀土元素含量較低（表3），其中稀土元素總含量ΣREE 范圍為（83.40～109.23）×10-6，平均值為93.64×10-6，LREE/HREE 值為5.05～7.10，（La/Yb）N介于4.94～7.17（平均值為6.05），（La/Sm）N介于1.95～3.16（平均值為2.68），而（Gd/Yb）N介于1.36～1.64（平均值為1.44），說明該閃長巖體具有中等的輕重稀土分餾；Eu 異常（δEu）為0.72～1.09，顯示Eu 微弱虧損。

在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖上，曲線呈現(xiàn)向右傾斜的趨勢（圖8），表明巖石相對富集輕稀土元素而虧損重稀土元素，反映出輕重稀土元素具微弱分餾；樣品具有微弱銪負(fù)異常，暗示巖漿源區(qū)斜長石結(jié)晶分異作用可能有限。

5.3 微量元素

本次分析的樣品微量元素含量具體見表3。從原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖上可以看出，閃長巖的微量元素含量相對虧損Nb、Ta、Hf 等高場強(qiáng)元素，相對富集Rb、Th、U等大離子親石元素，其中Nb 和Ce 表現(xiàn)為顯著的負(fù)異常（圖9），這與查查香卡鈾礦石中富集Nb 和REE 相反，說明閃長巖與鈾礦石具有完全不同的地球化學(xué)特征，閃長巖可能只是礦區(qū)圍巖，未給礦床形成提供物質(zhì)來源。

圖9 閃長巖微量元素原始地幔配分圖解模式圖（原始地幔值據(jù)文獻(xiàn)［20］）Fig.9 Primitive mantle-normalized trace elements of diorite（standardized data from reference［20］）

6 討論

6.1 巖石成因

研究區(qū)閃長巖明顯富集Rb、Th、U 等大離子親石元素和虧損Nb、Ta、Ti、Y 等高場強(qiáng)元素，具有明顯的大陸邊緣弧或島弧巖漿的特點。Nb、Ta、Ti元素的虧損指示了巖石可能為俯沖帶幔源巖石成因［21］。

通過閃長巖稀土元素分析，Nb 含量不僅較低（6.13×10-6～7.99×10-6）而且虧損，輕稀土含量較高，重稀土含量較低，這與熔體交代作用形成的具有較高的P2O5、TiO2含量、富集Nb、Zr 等高場強(qiáng)元素和LREE/HREE 值偏低的中基性巖不同。研究區(qū)樣品均具有較高的Rb/Y 和Th/Zr 值，在La/Yb-Nb/Y 和Ba/La-Th/Yb 判別圖解中（圖10），閃長質(zhì)巖石呈現(xiàn)流體交代富集的趨勢，結(jié)合其富集輕稀土元素和大離子親石元素、虧損重稀土元素和高場強(qiáng)元素的特征，可以推斷其巖漿演化過程經(jīng)歷了流體交代作用。

圖10 閃長巖La/Yb-Nb/Y 圖解和Ba/La-Th/Yb 圖解（底圖據(jù)文獻(xiàn)［25-26］）Fig.10 La/Yb-Nb/Y and Ba/La-Th/Yb diagrams of diorite（base map after reference［25-26］）

6.2 構(gòu)造意義

巖石的地球化學(xué)成分還可以用于探討巖石的構(gòu)造背景［22］，比如其中的高場強(qiáng)元素（Nb、Ta、Zr、Hf 和Ti 等）不受后期熱液等變質(zhì)作用影響［23-24］，因此可用來有效判別巖漿巖的構(gòu)造背景。根據(jù)區(qū)內(nèi)閃長質(zhì)巖石的地球化學(xué)特征，所有樣品均顯示出活動大陸邊緣的地化屬性，在Ta/Yb-Th/Yb 圖解和R1-R2 判別圖解中，均落入陸緣弧（圖11、12），即活動大陸邊緣構(gòu)造背景區(qū)域。這也再次支持該閃長質(zhì)巖石可能形成于活動大陸邊緣環(huán)境的推論。

本次獲得了閃長巖同位素年齡為446 Ma，前人研究本區(qū)溝-弧-盆體系的形成年齡不晚于480 Ma，同碰撞花崗巖帶的年齡為439～430 Ma，因此從時間順序上來看，480～440 Ma 階段的巖漿活動也應(yīng)形成于洋殼俯沖晚期陸緣弧構(gòu)造環(huán)境，這也與該套巖石的地球化學(xué)特征結(jié)果一致。

圖12 閃長巖R1-R2 構(gòu)造環(huán)境判別圖（底圖據(jù)文獻(xiàn)［30］）Fig.12 R1-R2 tectonic discrimination diagrams of diorite（base map after reference［30］）

6.3 閃長巖與鈾-鈮-稀土礦化之間的成因關(guān)系

查查香卡礦床是一個堿性巖漿-熱液型U-Nb-REE 礦床，目前控制的礦化以熱液型礦化為主，礦化多與鈉長巖細(xì)脈關(guān)系密切，脈體發(fā)育越密集礦化強(qiáng)度越高［2-3］。礦床位于祁連造山帶內(nèi)，經(jīng)歷了復(fù)雜的洋陸俯沖—陸陸碰撞—陸殼折返等完整的造山作用過程，其下覆巖石圈或軟流圈地幔的交代富集作用強(qiáng)烈且普遍，與礦化有關(guān)的鈉長巖及其相關(guān)鈾釷-稀土-鈮礦化的富集可能源于地幔的部分熔融。

閃長巖在空間上與查查香卡礦床平行分布，在勘查工作中認(rèn)為是閃長巖為礦床的形成提供了成礦流體，但閃長巖與賦礦圍巖灘澗山群變質(zhì)巖呈犬牙交錯接觸，接觸面非常新鮮、沒有任何蝕變，表明與熱液流體無關(guān)。

閃長巖中平均U 含量為3×10-6、Nb 含量為7.2×10-6、輕稀土元素總量為80.38×10-6，整體含量比較低，而與礦化關(guān)系密切的鈉長巖脈中U含量為（92.5～103）×10-6、Nb含量為（464～774）×10-6、輕稀土元素總量為（345～2 692）×10-6，明顯高于賦礦圍巖［2-3］；閃長巖輕稀土分異不明顯、相對虧損Nb，而鈉長巖脈中輕稀土分異明顯、相對富集Nb、Th、U、Ta、LREE；表明閃長巖與礦區(qū)成礦鈉長巖具有完全不同的地球化學(xué)性質(zhì)，只是礦區(qū)的一種圍巖。

綜上所述，查查香卡U-Nb-REE 礦區(qū)閃長巖與區(qū)內(nèi)礦化不具有成因聯(lián)系，閃長巖可能只是礦區(qū)一種圍巖，并不能為成礦提供成礦流體。所以，前期勘查工作中圍繞閃長巖外接觸帶開展工作，在思路上是具有局限性的。查查香卡U-Nb-REE礦區(qū)屬于巖漿熱液成礦系統(tǒng)，其深部及外圍往往有較好的礦化連續(xù)性，其深部礦化體的延續(xù)已得到鉆探施工工作的證實。另外，除礦體本身的深部延伸外，在本區(qū)外圍隱伏區(qū)也有可能有同一成礦系統(tǒng)的不同礦脈或礦層產(chǎn)出。礦床深部和外圍仍具有較大的成礦潛力。

7 結(jié)論

1）查查香卡U-Nb-REE 礦區(qū)閃長質(zhì)巖石的206Pb/238U 加權(quán)年齡為（446.5±3.5）Ma，說明其形成于加里東期（中奧陶世），并非前人認(rèn)為的華力西期。

2）礦區(qū)閃長巖屬于低鉀（拉斑）系列，相對富集大離子親石元素（LILE）和輕稀土元素（LREE），虧損高場強(qiáng)元素（HFSE）和重稀土元素（HREE）。

3）巖石地球化學(xué)分析表明，閃長巖產(chǎn)出于活動大陸邊緣環(huán)境，巖漿源區(qū)可能是受俯沖流體交代作用的地幔楔。

4）查查香卡U-Nb-REE 礦區(qū)的閃長巖與礦區(qū)成礦鈉長巖具有完全不同的地球化學(xué)性質(zhì)，只是礦區(qū)的一種圍巖，非前期勘查工作中認(rèn)識的成礦原巖，亦不能為區(qū)內(nèi)成礦作用提供成礦流體。