陈 威, 曹晓峰, 吕新彪, 杨 文, 卢友月, 李通国, 吴义布
甘肃余石山铌钽矿化变粒岩原岩成岩年龄及构造背景
陈 威1, 2, 曹晓峰2*, 吕新彪2, 杨 文2, 卢友月1, 李通国3, 吴义布3
(1. 中国地质调查局 武汉地质调查中心, 湖北 武汉 430205; 2. 中国地质大学(武汉) 资源学院, 湖北 武汉 430074; 3. 甘肃省地质调查院, 甘肃 兰州 730020)
与已报道的岩浆型和沉积型铌钽矿床含矿岩石特征不同, 甘肃余石山铌钽矿化体呈层状产在熬油沟组变粒岩中, 为探讨该铌钽矿化变粒岩的原岩岩性、原岩成岩年龄及形成构造背景, 本文运用矿物学、岩石学、矿床学、地质年代学及岩石地球化学等手段进行研究。镜下观察及EDS元素分析结果显示, 矿化变粒岩和浅粒岩中含铌钽的独立矿物主要为铌铁矿、褐钇铌矿、烧绿石、铌钽金红石、铌钇矿及锆英石等。不活动元素指标和图解显示变粒岩和浅粒岩原岩为中酸性火成岩, 结合变粒岩的变余火山碎屑结构, 指示变粒岩和浅粒岩原岩为粗面岩或碱流岩。微量和稀土元素分析结果显示变粒岩与浅粒岩都富集Th、U、Rb等大离子亲石元素, 亏损Ba和Sr; 富集Nb、Ta、Zr、Hf等高场强元素, 亏损P和Ti。变粒岩和浅粒岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄分别为812±5 Ma和814±3 Ma, 指示变粒岩原岩形成年龄为812～814 Ma。在构造环境判别图解中, 变粒岩和浅粒岩样品都投在板内构造花岗岩区域, 结合前人对该区域构造背景的研究, 推测变粒岩原岩应喷发于陆内裂谷环境, 其形成与Rodinia超大陆的裂解有关。
余石山; 变粒岩; 铌钽矿化; 地球化学; 地质年代学
世界上的铌钽矿床主要分布在加拿大、澳大利亚、巴西、刚果及尼日利亚等地, 国内主要分布在华南地区(王汾连等, 2012)。已报道的内蒙古白云鄂博REE-Fe-Nb矿床(刘淑春等, 1999; 刘健等, 2009)、江西宜春Nb-Ta矿床(Lin et al., 1995; Belkasmi et al., 2000)、广西栗木黄玉‒锂云母‒钠长石花岗岩Ta矿床(甘晓春等, 1992; Zhu et al., 2001)、福建南坪西坑伟晶岩Nb-Ta矿床(陈宝泉, 2008)、新疆可可托海伟晶岩Ta矿床(朱金初等, 2000; 冷成彪等, 2007)及湖南平江县仁里伟晶岩Nb-Ta多金属矿床(刘翔等, 2018)等都为大型铌钽矿床。近些年来, 国内外学者对铌钽矿开展了大量的研究, 在铌钽富集机制等方面取得一系列成果(Kovalenko et al., 1995; Kempe et al., 1999; Belkasmi et al., 2000; Zhu et al., 2001; Pal et al., 2007)。Dill (2010)根据含矿岩石类型将铌钽矿床划分为岩浆型和沉积型两种, 其中岩浆型包括钙碱性和碱性富含Ta-Nb-Sn的花岗岩和伟晶岩、碱性的富铌岩体及碳酸岩3类。王汾连等(2012)将岩浆型铌钽矿床划分为伟晶岩型、花岗岩型、碱性岩型及碳酸岩型, 并认为沉积型铌钽矿床主要产于残余风化壳及沉积层中。铌和钽大多以含铌钽的独立矿物(如: 铌铁矿、钽铁矿及烧绿石等)呈浸染状分布于含矿岩石中, 也有部分以类质同象的形式分布于云母、锆石、榍石、霓石、金红石和钛铁矿等矿物中。
余石山铌钽矿化变粒岩是甘肃省地质调查院在2011年实施甘肃1∶5万莫坝尔等六幅区域调查项目过程中发现的, 目前已圈定20个铌钽矿化体, 初步估算Nb2O5资源量达20万吨, 达大型以上(余君鹏等, 2012, 2015; 谢燮和杨合群, 2014)。与已报道的岩浆型和沉积型铌钽矿床含矿岩石特征不同的是, 余石山铌钽矿化体呈层状产在熬油沟组变粒岩中。杨再朝等(2014)报道了切穿余石山铌钽矿化体的霓辉正长岩形成年龄为778 Ma; 贾志磊等(2016)对矿化变粒岩进行了原岩恢复, 但还未对铌钽矿化变粒岩开展全面而细致的研究。本文综合余石山矿化区普查资料和已发表的研究成果, 在详细的野外地质调查基础上, 对余石山矿化变粒岩和浅粒岩开展了锆石U-Pb年代学和全岩地球化学分析, 并探讨了其原岩的性质和构造背景, 为后期探讨余石山铌钽矿化变粒岩成因及铌钽矿化规律提供了线索, 指导进一步找矿与勘查。
甘肃余石山地区大地构造位置位于塔里木板块与柴达木板块的交接地带, 以阿尔金山断裂系为界, 北为塔里木板块东缘敦煌地块, 南为中祁连‒柴达木板块北缘褶皱带, 东与中南祁连地块相交接。前人通过对蛇绿岩、高压变质岩和相关花岗岩的研究认为该区为早古生代缝合带(崔军文等, 1999; 陈能松等, 2007; 高晓峰等, 2012), 主要经历了前加里东期、加里东期以及喜马拉雅期以来的多旋回造山作用, 在长期的地质演化过程中, 不同成因、不同时代及不同构造环境的地质体彼此以岩片、断块的形式拼合在一起, 形成现今复杂的构造格局和丰富的矿产资源(Liu et al., 2000; 郝杰等, 2006; 贾群子等, 2007; 刘良等, 2007; 刘永顺等, 2009)。
区域内出露的地层主要为古元古界达肯达坂岩群、长城系熬油沟组、蓟县系‒青白口系冰沟南组、寒武系‒奥陶系拉配泉组及石炭系羊虎沟组(图1)。其中熬油沟组与余石山铌钽矿化关系最密切, 该地层总体呈NW向展布, 南侧与古元古界达肯大坂岩群呈断层接触, 北侧与石炭系‒二叠系因格布拉克组呈断层接触, 南西与寒武系‒奥陶系拉配泉岩群呈断层接触, 为一套变中基性火山岩夹碳酸盐岩及变质砂泥质碎屑岩组合。区域内岩浆活动具有多期性, 以加里东期为主, 华里西期和燕山期次之, 多为岩株或岩脉产出的中酸性岩。
1. 第四系; 2. 石炭系‒二叠系杨虎沟组; 3. 寒武系‒奥陶系拉配泉群; 4. 蓟县系‒青白口系冰沟南组; 5. 长城系熬油沟组二段; 6. 长城系熬油沟组五段; 7. 长城系熬油沟组六段; 8. 奥陶纪辉长岩体; 9. 二长花岗岩; 10. 石英闪长岩; 11. 断层及产状; 12. 余石山铌钽矿。
2.1 矿化区地质特征
余石山铌钽矿化区出露的地层主要为熬油沟组, 地层整体呈NWW-NEE向展布, 受构造强烈改造, 呈无序状出露。该地层岩性组合从北至南大致为斜长角闪岩→变粒岩→大理岩(图2), 整体为变中基性火山岩夹碳酸盐岩及变质砂泥质碎屑岩。矿化区内断裂构造发育, 整体以近EW向为主, NE向和NW向断裂次之, 断裂受到早期韧性变形和晚期逆冲推覆构造的叠加改造。矿化区外主要出露呈岩株产出的二长花岗岩和闪长岩, 区内主要出露脉状霓辉正长岩、辉长岩、正长岩、花岗斑岩、花岗岩、角闪石岩及少量花岗伟晶岩, 其中部分花岗岩脉和石英正长岩脉呈顺层或切层侵入到铌钽矿化变粒岩体中。
2.2 铌钽矿化变粒岩特征
余石山铌钽矿化体产状受区内断裂带控制明显, 整体近平行产出, 略具向东发散、向西收敛的趋势。就单矿化体而言, 矿化体大多呈透镜状和层状, 走向近东西, 倾向北(图2)。矿化体的产出严格受到NWW-EW-NEE向舒缓波状逆冲推覆构造、变粒岩层及不含矿大理岩透镜体的控制, 其中无铌钽矿化大理岩可作为铌钽矿化体的顶底板(图3)。
变粒岩为最主要的含矿岩性, 分为变粒岩型(图4a、d、e、f)和浅粒岩型(图4b、c、g、h、i), 主要由石英和长石组成, 为细粒状变晶结构(图4j、k、l)。铌钽矿化变粒岩主要发育条带状(图4a、g)和浸染状(图4e、f、h、i)构造, 少量发育细脉浸染状构造(图4b)。本次研究在变粒岩和糜棱岩化变粒岩中发现了变余火山碎屑结构(图5), 据此判断变粒岩原岩应为火山岩。矿化变粒岩普遍发育云英岩化、钠长石化、钾化、绿帘石化、绿泥石化及蛇纹石化等, 其中钾化与铌钽矿化关系最密切, 一般钾化越强, 铌钽含量越高。
矿化变粒岩中含铌钽矿物主要呈半自形单矿物(图6、7)和它形星点状分布(图8), 少量呈定向排列。镜下观察及EDS(energy dispersive spectrometer)元素分析结果显示含铌钽的独立矿物主要为铌铁矿(图6)、铌钇矿(图7、9)、褐钇铌矿(图8)及烧绿石等, 但也有以类质同象的形式分布在锆石、金红石、含钛磁铁矿及钛铁矿中(图9)。含铌钽独立矿物大多被石英或长石包裹, 少量呈脉状和粒状分布于长石及石英颗粒间隙中, 大小约5～120 μm; 而含铌钽的星点状矿物多呈半自形‒它形粒状集合体与磁铁矿、钛铁矿和锆石共生(图8)。铌钇矿、褐钇铌矿及氟碳钙铈矿主要呈不规则粒状或星点状分布在磁铁矿、锆石颗粒边缘及裂隙中(图8), 少量分布在独居石、金红石颗粒周围, 该特征与Timofeev and Williams-Jones (2015)报道的含铌钽矿物特征极为类似, 应为热液成因。
本次研究共选取了7个浅粒岩和2个变粒岩样品在澳实分析检测(广州)有限公司进行主量和微量元素分析, 结果见表1。为查明变粒岩原岩性质, 本次研究采用尼格里四面体图解、(al-alk)-c图解和TiO2-SiO2图解(图10)判别原岩性质, 所有样品点都投在火成岩区域, 说明变粒岩及浅粒岩原岩应为火成岩。贾志磊等(2016)通过岩石地球化学方法对余石山变粒岩进行了原岩恢复, 认为变粒岩原岩为中酸性岩浆岩。此外, 在野外地质调查工作中发现了变粒岩的变余火山碎屑结构及气孔构造(图5), 也说明变粒岩及浅粒岩原岩应为火成岩。
图2 甘肃余石山铌钽矿化区地质简图(据余君鹏等, 2015修改)
图3 铌钽矿化体与大理岩野外接触关系照片
3.1 主量元素特征
变粒岩SiO2含量为62.97%～64.75%, 属中性岩; 浅粒岩的SiO2含量较高为72.56%～75.48%, 属酸性岩。变粒岩及浅粒岩的K2O含量明显高于Na2O, 为富钾系列。在火山岩TAS分类图(图11)中, 变粒岩样品全投在粗面岩/粗面安山岩区域, 浅粒岩样品全投在流纹岩区域。变粒岩及浅粒岩的Al2O3含量较高, 为9.68%～17.53%, 铝饱和指数A/CNK值为0.98～1.73。在A/NK-A/CNK判别图解中(图12b), 变粒岩及浅粒岩样品全投在过铝质区域, 指示为过铝质系列岩石。在SiO2-AR图解中(图12a), 样品点全投在碱性岩区域, 指示为碱性系列岩石。综上所述, 变粒岩为中性过铝质碱性系列岩石, 浅粒岩为酸性过铝质碱性系列岩石。
3.2 稀土及微量元素特征
变粒岩及浅粒岩样品都具有稀土元素明显富集的特征, 变粒岩的稀土元素总量(∑REE)为539～ 824 μg/g; 浅粒岩的∑REE比变粒岩高, 为925～ 3458 μg/g。变粒岩和浅粒岩的稀土元素配分曲线都显示LREE富集和HREE亏损的特征(图13a), (La/Yb)N值为13.14～47.70, 具有明显的Eu负异常(δEu=0.05～0.22)。
在SiO2-Zr/TiO2和SiO2-Nb/Y图解中(图14), 变粒岩样品全投在粗面岩区域, 而浅粒岩样品全投在碱流岩区域, 与在火山岩TAS分类图中的投点结果一致。在La/Yb-∑REE图解中(图15), 变粒岩及浅粒岩样品全投在花岗岩区域。不活动元素指标和岩石类型判别图解都指示所有的变粒岩和浅粒岩样品都是中酸性火成岩, 结合野外地质调查发现变粒岩中的变余火山碎屑结构, 本文认为变粒岩及浅粒岩原岩应为粗面岩或碱流岩。
与浅粒岩相比, 变粒岩颜色较深, SiO2和∑REE含量相对低, 两种岩性岩石只在矿物成分含量上存在差异。野外地质调查及钻孔岩心揭露发现矿区变粒岩和浅粒岩两种岩性并无明显的界线且交替互层(图3)。两种岩性原岩的成岩年龄一致、主量和微量元素组成相似, 也说明它们应来自同一岩浆的演化。变粒岩及浅粒岩都相对富集Th、U和Rb等大离子亲石元素, 但亏损Ba和Sr; 明显富集Nb、Ta、Zr和Hf等高场强元素, 但亏损P和Ti(图13b), 反映了其原岩应来自地壳。
4.1 原岩形成年龄
对矿化变粒岩(TC01-1)和浅粒岩(TC01-2)进行LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测试, 探讨其原岩的成岩年龄。锆石颗粒挑选是在广州拓岩检测技术有限公司及武汉上谱分析检测有限责任公司完成, 锆石阴极发光(CL)照相和LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及稀土元素分析分别在武汉上谱分析检测有限责任公司和中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验完成。其中锆石U-Pb年龄数据见表2, 锆石稀土元素含量见表3。
矿化变粒岩TC01-1中锆石为无色透明的半自形‒它形晶体, 粒径长达200 μm, 长宽比多为1∶1～ 2∶1。CL图像显示大部分锆石为具有振荡环带或条带状分带的岩浆锆石, 部分锆石为具有熔蚀、斑杂或团块状分带的变质和热液锆石(图16a)。对10颗岩浆锆石进行分析, 其206Pb/238U年龄为806～821 Ma,加权平均值为812±5 Ma(MSWD=0.35,=10)(图17a)。这些锆石的U、Th含量分别为142～890 μg/g、103～693 μg/g, Th/U值为0.33～1.05。球粒陨石标准化稀土元素配分曲线显示具有明显Ce的正异常和Eu的负异常, 为岩浆锆石的特征(图17b)。
矿化浅粒岩TC01-2中锆石大部分为岩浆锆石, 并含有部分变质和热液锆石(图16b)。对具有振荡环带或条带状分带的13颗岩浆锆石进行分析, 其206Pb/238U年龄为791～833 Ma, 加权平均值为814±3 Ma (MSWD=0.67,=13)(图17c)。这些锆石的U、Th含量分别为138～407 μg/g、77～238 μg/g, Th/U值为0.15～0.95。球粒陨石标准化稀土元素配分曲线也显示明显Ce正异常和Eu负异常, 为岩浆锆石的特征(图17d)。
此外, 对变粒岩和浅粒岩中大量变质锆石也进行了LA-ICP-MS U-Pb年龄分析,206Pb/238U年龄值变化范围较大, 为472～770 Ma, 这些变质或热液锆石应是变粒岩原岩形成后期经过多期热变质或热液作用形成的。矿化变粒岩及浅粒岩原岩结晶年龄在误差范围内基本一致, 指示余石山矿化变粒岩原岩喷发年龄约为812～814 Ma。
(a) 条带状矿化变粒岩, 发育磁铁矿细脉和云母; (b) 细脉浸染状矿化浅粒岩, 发育硅化脉; (c) 浸染状矿化浅粒岩, 发育钾化和硅化; (d) 浸染状矿化变粒岩; (e) 浸染状矿化变粒岩, 发育钾化和绿泥石化; (f) 浸染状矿化变粒岩, 发育云英岩化; (g) 条带状矿化浅粒岩; (h) 浸染状矿化浅粒岩, 发育钾化和绿泥石化; (i) 浸染状矿化浅粒岩, 发育磁铁矿化, 出现气孔构造; (j) 变粒岩镜下照片, 细粒变晶结构, 主要由石英(Q)和长石(Pl)组成, 还有一些白云母(Ms)和磁铁矿(Mt)等副矿物; (k) 变粒岩镜下照片, 斜长石和钾长石(Kfs)还保留部分晶形; (l) 浅粒岩镜下照片, 细粒变晶结构。
图5 熬油沟组变粒岩中变余火山碎屑
图6 铌铁矿BSE照片及EDS元素分析结果
图7 铌钇矿BSE照片及EDS元素分析结果
矿物代号: Q. 石英; Mt. 磁铁矿; Kfs. 钾长石; Zrn. 锆石; Ferg. 褐钇铌矿; Bast. 氟碳钙铈矿。
4.2 原岩形成构造背景分析
LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄结果显示变粒岩和浅粒岩原岩的形成年龄约为812～814 Ma, 为新元古代。前人将祁连山一带新元古代到早古生代的构造演化模式分为: 新元古代早期汇聚(940～900 Ma)→Rodinia超大陆裂谷化和裂解及洋盆开启扩张(约880～550 Ma)→大洋俯冲和岛弧、弧后盆地的发育(约630～446 Ma)→洋盆闭合、大陆深俯冲(约445～420 Ma)→造山期后伸展剥蚀(<400 Ma) (Wan et al., 2000; 郭进京等, 2000; Tung et al., 2013; 夏林圻等, 2016)。祁连地块新元古代中‒晚期火山岩主要分布在祁连陆块的西北部(夏林圻等, 2016), 包括多若诺二群火山岩和朱龙关群火山岩(Mao et al., 1998; Xia et al., 1999; 夏林圻和夏祖春, 2000; 夏林圻等, 2001; 夏小洪等, 2012), 也有少量的火山岩分布于祁连陆块的东部和南部, 分别为兴隆山群(徐学义等, 2008)和全吉群(李怀坤等, 2003)。新元古代中‒晚期火山岩主要由玄武岩和玄武安山岩组成, 也有少量的火山碎屑岩, 其中大陆裂谷(和大陆溢流)玄武岩在熬油沟地区出露最完整。前人研究显示, 这些大陆裂解或溢流玄武岩是Rodinia超大陆裂解的产物(Xia et al., 1999; 夏林圻等, 2001, 2016; 夏小洪等, 2012)。李怀坤等(2003)在祁连全吉群底部发现了冰积砾岩, 获得火山岩锆石U-Pb年龄约为800 Ma,并结合岩石地球化学特征, 认为全吉群沉积序列是Rodinia超大陆在新元古代早期解体阶段的产物。Tung et al. (2013)认为祁连山存在约850 Ma和800 Ma (751～815 Ma)的岩浆作用高峰期, 分别代表裂谷、同裂谷阶段。近年来祁连地区大量的锆石U-Pb年龄数据显示祁连地块在新元古代(790～900 Ma)具有明显的热事件信息, 研究认为该期构造热事件与Rodinia超大陆的裂解有关(Wu et al., 2006; Zhang et al., 2006)。
图9 高钛铌磁铁矿、铌钇矿及含铌锆石BSE照片及EDS能谱元素扫面照片
表1 余石山变粒岩(YSSB)与浅粒岩(YSSQ)全岩主量(%)和微量元素(μg/g)地球化学组成
续表1:
变粒岩及浅粒岩为细粒粒状变晶结构(图4j、k、l), 主要由石英和长石组成, 还含有少量的磁铁矿、白云母等副矿物(图4k), 可见大量的石英和长石颗粒因变质作用而呈它形(图4j、l)。变粒岩和浅粒岩原岩整体受变质应力作用而强烈变形, 组成岩石的矿物粒度整体变小变细, 但成分并没有发生明显的改变。在构造背景判别图解中(图18), 样品投点在板内构造环境区域。变粒岩及浅粒岩的主量元素都显示富硅、碱, 贫钙、镁的特征; 微量元素具有高的Rb、Th、Nb、Ta、Zr、Hf、Ga、Y含量和低Sr、Ba含量的特征; 具有高的Ga/Al、K2O/Na2O及FeOT/MgO值特征, 与A型花岗岩相似(Loiselle and Wones, 1979; Collins et al., 1982; Whalen et al., 1987)。A型花岗岩最初被定义为形成于“非造山”的张性环境(Loiselle and Wones, 1979), 后来研究表明其可形成于多种构造环境(Whalen et al., 1987; Eby, 1990, 1992), 不同程度的拉张背景可以产生不同类型的A型花岗岩。因此, 本文认为余石山熬油沟组的变粒岩和浅粒岩原岩应喷发于陆内裂谷环境, 其形成应与Rodinia超大陆的裂解有关。
我国的铌钽矿床主要为花岗岩型、伟晶岩型、碱性岩型和碳酸岩型, 碱性系统的铌钽成矿带主要有塔里木‒华北北缘、秦岭和扬子西缘成矿带(李建康等, 2019), 余石山铌钽矿化(矿化原岩为碱性火山岩)应属于塔里木‒华北北缘成矿带。近年来, 沿此断裂带附近甘肃北山‒内蒙古阿拉善地区及柴达木盆地周缘已发现多个碱性岩型铌‒稀土矿床或矿化点(李建康等, 2019; 赵海超等, 2019), 如交通社西北山铌钽矿化点、沙柳泉伟晶岩型铌钽矿床、生格伟晶岩型铌钽矿床及内蒙古额齐纳旗的石灰山矿床等(李善平等, 2016; 李建康等, 2019; 潘鑫等, 2019)。沿塔里木‒华北北缘深断裂带及其两侧出露大量的碱性岩体及碱性伟晶岩脉(邹天人等, 2000), 塔里木‒华北北缘深断裂曾发生多次拉张活动, 导致深源岩浆多次侵入或喷发, 该断裂带中的碱性岩形成时代主要集中在新元古代(931～683 Ma)、早‒中石炭世、早二叠世和晚二叠世, 其中与碱性岩有关的铌钽成矿作用主要发生在二叠纪(邹天人和李庆昌, 2006; 李建康等, 2019)。近年来, 柴达木盆地周缘地区已发现沙柳泉、交通社、大红山、生格、交勒萨依及八龙沟等多处铌钽矿床或矿化点(杨树清, 2009; 余君鹏等, 2012; 周小玲, 2014; 李善平等, 2016; 杜发等, 2018; 乔建峰, 2018; 潘鑫等, 2019)。这些矿床或矿化点类型为伟晶岩型、碱性岩型和碱长花岗岩型, 但成矿时间或矿化岩石年龄基本为前寒武纪, 如交通社铌钽矿化点(潘鑫等, 2019)。已发表的年龄数据显示这些矿床或矿化点中与成矿相关岩体(包括含矿岩体)具有明显的两期矿化, 为776～820 Ma和450～500 Ma(杨再朝等, 2014; 乔建峰等, 2019), 说明该区域应具有新元古代和早古生代两次重要的构造热事件和铌钽矿化作用。本次研究获得的余石山变粒岩原岩成岩年龄为812～814 Ma, 其原岩为一套中酸性火山岩, 表明早期余石山铌钽矿化应形成于新元古代陆内裂谷环境下的火山喷发作用。有的铌钽矿物以独立矿物的形式产在石英和长石颗粒内部(图6、7), 也有的以不规则粒状或星点状集合体形式分布在磁铁矿、金红石及锆石颗粒边缘和裂隙中(图8、9), 而该特征与Timofeev and Williams-Jones (2015)报道的含铌钽矿物特征极为类似, 应为热液成因。变粒岩中大量472～770 Ma的变质和热液锆石, 表明该矿床可能受到了早古生代热事件叠加作用, 区域上新元古代大陆裂谷环境下的岩浆活动应为该区重要的一次构造热事件及铌钽矿化作用。但以交通社及余石山铌钽矿化点为代表的新元古代铌钽矿化多为Nb高Ta低, 铌钽独立矿物过少过小, 大部分以分散状态赋存, 导致采选冶困难, 不能称为成型的前寒武纪铌钽矿床, 柴达木盆地周缘地区新元古代应存在与碱性岩相关的铌钽矿化作用。
图10 余石山变粒岩及浅粒岩尼格里四面体图解(a; 据Niggli, 1954修改)、(al-alk)-c图解(b; 底图据王仁民等, 1987)和TiO2-SiO2图解(c; 底图据赵振华, 1997)
图11 余石山变粒岩及浅粒岩样品在火山岩TAS分类图中的图解(底图据Le Maitre, 2002)
图12 余石山变粒岩及浅粒岩SiO2-AR (a)和A/NK-A/CNK (b)图解(底图据Maniar and Piccoli, 1989)
图13 余石山变粒岩及浅粒岩球粒陨石标准化稀土元素配分模型图(a)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b)(球粒陨石和原始地幔标准化值据Sun and McDonough, 1989)
图14 余石山变粒岩及浅粒岩SiO2-Zr/TiO2(a)和SiO2-Nb/Y(b)图解(底图据Winchester and Floyd, 1977)
图15 余石山变粒岩及浅粒岩La/Yb-∑REE图解(底图据Allègre and Minster, 1978)
表2 余石山含矿变粒岩及浅粒岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄数据
续表2:
表3 余石山含矿变粒岩及浅粒岩中锆石的稀土元素(μg/g)含量
图16 余石山矿化变粒岩及浅粒岩锆石阴极发光图像
syn-COLG. 同碰撞花岗岩; WPG. 板内花岗岩; VAG. 火山弧花岗岩; ORG. 洋脊花岗岩。
(1) 余石山铌钽矿化呈层状或透镜状产在熬油沟组变粒岩中, 其中变粒岩可分为变粒岩型和浅粒岩型, 原岩为中酸性火山岩, 可能为粗面岩或碱流岩。
(2) 余石山铌钽矿化变粒岩中含铌钽的独立矿物主要有铌铁矿、褐钇铌矿、烧绿石、铌钽金红石、铌钇矿及锆英石等, 矿物颗粒大小约5～120 μm, 这些矿物多呈不规则粒状或星点状集合体形式分布在磁铁矿、金红石和锆石颗粒边缘及裂隙中。
(3) 变粒岩和浅粒岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄分别为812±5 Ma和814±3 Ma, 指示变粒岩原岩喷发时代为新元古代。
(4) 岩石地球化学组成显示变粒岩为中性过铝质碱性系列岩石, 浅粒岩为酸性过铝质碱性系列岩石。变粒岩与浅粒岩都具有REE明显富集和LREE高度富集、HREE亏损的特征, 都富集Th、U和Rb等大离子亲石元素, 亏损Ba和Sr; 富集Nb、Ta、Zr和Hf等高场强元素, 亏损P和Ti, 表明其为同一岩浆演化的产物。
(5) 余石山变粒岩原岩喷发于陆内裂谷环境, 其形成与Rodinia超大陆的裂解有关, 柴达木盆地周缘地区新元古代碱性岩浆活动伴随着一次重要的铌钽矿化作用。
致谢:中国科学院地质与地球物理研究所李晓峰研究员和匿名审稿专家对稿件中存在的问题提出了富有建设性和宝贵的修改意见, 作者谨此表示最诚挚的感谢！
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Genetic Age and Tectonic Setting of Parent Rocks of Nb-Ta Mineralized Leptynites in Yushishan, Gansu Province
CHEN Wei1, 2, Cao Xiaofeng2*, Lü Xinbiao2, Yang Wen2, LU Youyue1, Li Tongguo3, Wu Yibu3
(1. Wuhan Center, China Geological Survey, Wuhan 430205, Hubei, China; 2. School of Earth Resources, China University of Geosciences (Wuhan), Wuhan 430074, Hubei, China; 3. Geological Survey of Gansu Province, Lanzhou 730020, Gansu, China)
The Yushishan Nb-Ta mineralized bodies are strata-like, hosted in the leptynites of the Aoyougou Formation which are different from the ore-bearing rocks of the known magmatic and sedimentary Nb-Ta deposits. In order to delineate the lithology, genetic age and tectonic setting of the primary rocks of the Yushishan Nb-Ta mineralized leptynites, we carried out petrological, mineralogical, geochronological, and geochemical analyses of the ore-bearing leptynites. The results of microscopic observation and EDS analysis show that the niobium and tantalum bearing minerals in the Yushishan letynites are mainly columbite, fergusonite, pyrochlorite, Nb-Ta rutile, samarskite, and zircon. Inactive element indicators indicate that the leptynites were originally intermediate-acid igneous rocks. Combined with the metamorphic residual pyroclastic structure of the leptynites, it is likely that the leptynites derived from trachyte or pantellerite. The trace element results show that the leptynites are rich in REE, especially LREE. The primitive mantle-normalized spider diagrams show that the leptynites are enriched in large iron lithophile elements (LILE) such as Th, U and Rb and depleted in Ba and Sr, enriched in high field strength element (HFSE) like Nb, Ta, Zr and Hf, but depleted in P and Ti. LA-ICP-MS U-Pb dating of magmatic zircon from two leptynite samples provided weighted mean206Pb/238U ages of 812±5 Ma and 814±3 Ma, indicating the parent rocks of the leptynites were crystallized at ca. 812 – 814 Ma. In the tectonic discrimination diagrams, the leptynite samples all fall in the within-plate granite field. Combined with the previous research results, the parent rocks of the Yushishan leptynites were likely formed in a rift setting, possibly related to the break-up of the Rodinia supercontinent.
Yushishan; leptynite; Nb-Ta mineralization; geochemistry; geochronology
P595; P612
A
1001-1552(2022)04-0755-018
2020-10-19;
2021-05-14
国家重点研发计划项目(2017YFC0602404)和中国地质调查局地质调查项目(DD20190154、DD20221689)联合资助。
陈威(1992–), 男, 博士, 从事矿物学、岩石学及矿床学研究工作。E-mail: weichen@cug.edu.cn
曹晓峰(1985–), 男, 副教授, 从事矿床成因及成矿规律相关教学和研究工作。E-mail: Cao079@qq.com
10.16539/j.ddgzyckx.2022.04.005
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