新疆卡鲁安硬岩型锂矿床花岗岩与伟晶岩成因关系:锆石U-Pb定年、Hf-O同位素和全岩地球化学证据

卡鲁安锂矿床位于新疆阿尔泰造山带,是中国主要的稀有金属矿床产地之一,但前人工作程度较低、研究工作较少,其岩石成因和成矿机制有待于深入系统研究。文章系统研究了新疆卡鲁安含矿伟晶岩、无矿伟晶岩、外围花岗岩、外围伟晶岩、角岩、片岩、板岩等全岩样品的主量元素、稀土微量元素、Pb-Sr-Nd同位素以及锆石U-Pb定年和Hf-O同位素,旨在揭示卡鲁安矿区花岗岩与伟晶岩形成时代、岩浆起源及其演化过程,进而探讨两者之间的成因联系。年代学数据显示,卡鲁安矿区外围黑云母花岗岩、含矿伟晶岩和外围伟晶岩锆石SIMS U-Pb年龄分别为407.9±2.3Ma(n=25,MSWD=1.4)、205.0±12.0Ma(n=6,MSWD=2.2)和205.0 Ma。外围黑云母花岗岩以高SiO2(71.16%~75.39%)、高CaO(1.15%~1.85%)、低Fe2O3/FeO(<0.4)、过铝质(A/CNK=1.04~1.09)和富碱性暗色矿物(>8%)等为特征。在稀土微量元素组成方面,具有弱分异的Zr/Hf(25~55)和Nb/Ta(5.4~8.8)比值,相对富集Rb、Th、U、Pb、Hf和LREEs,亏损Ba、Nb、Sr、P、Ti等元素,为典型的弱分异S型花岗岩,其源岩可能为一套变质沉积岩。在Hf-O同位素组成方面,含矿伟晶岩(ε(Hf)(t)=-0.2~2.0,δ^18O=7.88‰~10.87‰)和外围伟晶岩(ε(Hf)(t)=-0.7~8.1,δ^18O=6.87‰~9.48‰)与外围黑云母花岗岩(ε(Hf)(t)=1.3~7.4,δ^18O=8.62‰~10.08‰)具有一致性,指示含矿伟晶岩和外围伟晶岩与外围黑云母花岗岩可能具有相同的物质源区。黑云母花岗岩与片岩、板岩具有类似的稀土微量元素配分模式、类似的Pb-Sr-Nd同位素组成和Nd同位素模式年龄,指示由片岩、板岩部分熔融产生的;同时,含矿伟晶岩和无矿伟晶岩也展现出类似的稀土元素和微量元素配分模式,但其∑REE含量明显低于外围黑云母花岗岩,表明这些伟晶岩可能与外围黑云母花岗岩具有成因关系。但黑云母花岗岩比伟晶岩成岩时代早近200 Ma,所以伟晶岩不是外围黑云母花岗岩结晶分异的产物。值得关注的是2件含矿伟晶岩与片岩、板岩具有类似的稀土微量元素配分模式、类似的Pb-Sr-Nd同位素组成和Nd同位素模式年龄,表明伟晶岩也与片岩、板岩部分熔融有关。外围伟晶岩、含矿伟晶岩和无矿伟晶岩的CaO/Na2O比值(0.01~0.19)指示其物源是以泥质岩为主;而黑云母花岗岩CaO/Na2O比值(0.36~0.51)指示源区以砂屑岩为主。综上所述,本文认为黑云母花岗岩与伟晶岩是由相同源岩的不同岩性(贫黏土的碎屑岩与富黏土的泥质岩)经不同时代构造演化的产物,其源岩均来自库鲁木提群(S(2-3)KL)的片岩和板岩,具有密切的亲缘关系。

川西甲基卡锂矿床花岗岩与伟晶岩成因关系:U-Pb定年、Hf-O同位素和地球化学证据

稀有金属矿产对现代工业和科技发展至关重要,硬岩型锂矿床作为稀有金属矿产的主要来源,其岩石成因和成矿机制有待于深入系统研究。文章系统研究了四川甲基卡二云母花岗岩、含矿伟晶岩、无矿伟晶岩、细晶岩、角岩、片岩、板岩等全岩样品的主微量元素、稀土元素、Pb-Sr-Nd同位素以及锆石U-Pb年龄和Hf-O同位素,以探讨花岗岩与伟晶岩的岩浆起源及其演化过程。二云母花岗岩形成时代为206.0 Ma,伟晶岩形成时代为186.7Ma,为印支旋回强烈造山运动之后相对宁静阶段的产物。二云母花岗岩具有高w(Si O_2)(73.20%~77.85%)、w(Al_2O_3)(13.9%~15.22%)、w(Na_2O)(3.08%~4.89%)和w(K_2O)(2.01%~5.13%),低w(Ca O)(0.32%~0.75%)、w(P_2O_5)(0.09%~0.31%)、w(Ti O_2)(0.02%~0.06%)和w(Mg O)(0.12%~0.26%)的特点,铝饱和指数为1.09~1.19,稀土元素总量较低,δEu=0.52,具明显的稀土元素四分组效应(TE_(1,3)=1.09~1.19),ε_(Nd)(t)=-3.9^-2.3,ε_(Hf)(t)=-35.1~2.9,δ^(18)O=5.69‰~15.01‰,这些地球化学特征表明甲基卡二云母花岗岩为高分异S型花岗岩。二云母花岗岩与片岩、板岩具有类似的稀土元素和微量元素配分模式、类似的Pb-Nd同位素组成和Nd同位素模式年龄,是由片岩、板岩部分熔融产生的。含矿伟晶岩与无矿伟晶岩具有一致的Hf-O同位素组成,且位于二云母花岗岩的Hf-O同位素组成范围内。含矿伟晶岩、无矿伟晶岩和细晶岩具有类似的稀土元素和微量元素配分模式,但其∑REE丰度明显低于二云母花岗岩体,表明这些岩石与二云母花岗岩具有成因关系,是二云母花岗岩高度结晶分异的产物。在此基础上,详细刻画了川西甲基卡硬岩型锂矿床的成矿过程。