滇西晚白垩世-始新世花岗伟晶岩型稀有金属成矿事件：来自铌钽铁矿、独居石、锆石U-Pb年代学的约束*

何小虎 游亚元 明添学 杨斯琦 闫庆贺 陈会 刘梦帆

1. 云南大学地球科学学院,昆明 650500

2. 云南省关键矿产资源国际联合实验室,昆明 650500

3. 云南省地质调查院(地质科学研究院),昆明 650051

4. 昆明理工大学材料科学与工程学院,昆明 650093

稀有金属是指在地壳中含量较少、分布稀散或难以从原料中提取的金属,包括锂(Li)、铍(Be)、铷(Rb)、铯(Cs)、锶(Sr)、铌(Nb)、钽(Ta)、锆(Zr)、铪(Hf)等(秦克章等, 2019; 王登红等, 2019; 翟明国等, 2019; 王汝成等, 2021; 李晓峰等, 2021, 2022)。由于这些稀有金属元素具备特殊的物理化学性质,被广泛运用在新材料、新能源、耐火材料、电子工业、信息技术、核工业等国民经济建设和国防科技等领域,被国家列为战略性关键矿产资源(翟明国等, 2019; 李晓峰等, 2021, 2022; 李建康等, 2023)。特别是锂金属,在未来洁净能源产业中具有不可低估的战略作用(李建康等, 2014; 李晓峰等, 2021, 2022; 张辉等, 2021)。然而我国稀有金属矿产现有探明资源量有限,需求长期依赖进口。如我国锂资源对外依存度达80%,铍资源对外依存度达70%,铌、钽资源对外依存度甚至高达90%以上(Gulleyetal., 2018; 吕正航等, 2023; 王核等, 2023)。已有研究表明,伟晶岩型稀有金属矿床是我国最主要的锂、铍、铌、钽资源类型,其成矿时代主要集中在早古生代和中生代,新生代以来稀有金属成矿的报道较少。本文通过对滇西地区花岗伟晶岩中铌钽铁矿、独居石、锆石等富U副矿物开展LA-ICP-MS U-Pb定年,在该地区识别出了晚白垩世-始新世稀有金属矿床成矿事件。

滇西是云南省花岗伟晶岩型稀有金属矿产主要的富集区,近年来,在滇西地区稀有金属找矿方面取得了一些进展,地质调查发现该区域发育大量与花岗伟晶岩相关的稀有金属矿床/矿化点,如黄连沟、黄草坝、那俄、杞木寨、麻栗脑、禾波、黑妈等,稀有金属矿化以Be为主,兼有Li、Rb、Nb、Ta等(燕利军等, 2021; 张传昱等, 2021; 余勇等, 2022; 施玉北等, 2023)。地球化学填图亦显示该区域Li、Be等稀有金属异常较为显著,显示该区域有形成铍、铷、铌、钽等稀有金属矿产资源基地的潜能。但滇西地区伟晶岩型稀有金属成矿时代研究较为薄弱,根据极少的年代学资料,多数学者认为滇西地区稀有金属花岗伟晶岩的主要成岩成矿时代为喜山期(张传昱等, 2021; 余勇等, 2022)。例如,陶琰等(2015)获得高黎贡山变质带龙陵县黄连沟伟晶岩锆石U-Pb年龄为59.9Ma,而李建康等(2019)采用白云母Ar-Ar法获得黄连沟年龄为28Ma,表明仅有的年龄存在较大的差异,与前人对其他地区伟晶岩型稀有金属矿床成矿年代学的观察较为一致(王登红等, 2005; Zhuetal., 2006; 冉明佳等, 2011; 钟龙等, 2011; 陶琰等, 2015; 李建康等, 2017, 2019; 马骏等, 2020; Fengetal., 2020),制约了对区域稀有金属成矿规律的认识。通过云南省新一轮找矿突破战略行动项目,我们利用LA-ICP-MS对滇西地区黄连沟、黄草坝、那俄、杞木寨、麻栗脑、禾波、黑妈等花岗伟晶岩型稀有金属矿床/点开展铌钽铁矿、独居石、锆石U-Pb测年,以期限定该区域稀有金属成矿时代,揭示稀有金属矿床成因和成矿规律,进而有效指导区域找矿勘探部署和资源开发利用,保障国家战略资源安全。

1 区域地质背景及矿床特征

图1 滇西地区地质图及花岗伟晶岩型稀有金属矿床分布图(据施玉北等, 2023修改)Fig.1 The distribution of rare-metal deposits and geological map of western Yunnan (modified after Shi et al., 2023)

滇西地区在大地构造位置上处于欧亚板块和印度板块结合部位,属于特提斯构造域东段“三江”构造域西南缘(黄汲清和陈炳蔚, 1987),经历了特提斯构造域的复杂地质演化历史(邓军等, 2016; 王登红等, 2017; Heetal., 2020, 2021)。新生代以来,印度板块与欧亚板块发生碰撞挤压以及扬子板块的阻挡,导致该区域地壳被挤压缩短,同时形成大规模的逆冲推覆、韧性剪切走滑和拆离、滑脱构造活动,并伴随强烈的构造岩浆活动和成矿作用(侯增谦等, 2006; 邓军等, 2012; 邹光富等, 2017)。滇西地区岩浆活动强烈且复杂,广泛出露海西期、海西-印支期、燕山期和喜马拉雅期花岗岩类岩石(图1;陈福坤等, 2006; 董美玲, 2016),主要集中于高黎贡山-腾冲-梁河和昌宁-勐海地区。本文研究区主要在怒江以西,属于高黎贡山-腾冲-梁河岩浆岩区,岩浆活动以北东向芒市断裂为界分为南北两个岩浆岩带。南区以早泥盆世平河复式花岗岩基(478～476Ma;明添学等, 2020)为主体,被后期燕山期(80～65Ma; Chenetal., 2015; Xieetal., 2016)和喜山期(64～40Ma; Heetal., 2021)花岗岩侵入其中。北区可进一步分为腾冲地块及高黎贡岩浆岩区,腾冲地块广泛发育印支期-喜山期(135～20Ma; 曹华文, 2015; 董美玲, 2016; Qietal., 2019; Heetal., 2020, 2021)的中酸性岩浆岩。高黎贡地区以印支期(234～213Ma; 邹光富等, 2011; 丛峰等, 2010)岩浆岩为主体,被后期燕山期(132～69Ma; 杨启军等, 2006; 董美玲, 2016)、喜山期(65～20Ma; 唐渊等, 2016; Maetal., 2014; Heetal., 2021及其中参考文献)花岗岩侵入。高黎贡韧性剪切带是区域发育的主要断裂带,将腾冲地块和保山地块分开,并在18～13Ma发生活动(40Ar/39Ar年龄; Linetal., 2009; Xieetal., 2016; Caoetal., 2019)。中元古代高黎贡山群(Pt1)被认为是区域最古老的变质结晶基底,主要由角闪岩、片岩、石英岩、蓝片岩、大理岩和板岩组成(Zhaoetal., 2016b)。在腾冲地块,结晶基地之上还发育有古生代冰川-海洋相混杂岩、砂岩和灰岩等沉积序列(明添学等, 2020)。区域上,花岗伟晶岩主要沿区域构造带成群成带分布,部分花岗伟晶岩中Be、Li、Nb、Ta等稀有金属矿化较好。土壤地球化学填图显示滇西地区Li、Be富集明显(图2a, b),是花岗伟晶岩型稀有金属矿床主要的找矿靶区。

黄连沟Be-Nb-Ta稀有金属矿床位于龙陵县龙新乡,《云南省龙陵县黄连沟矿区含铍花岗伟晶岩矿床普查勘探工作报告》(云南省地质局第二十地质队, 1964(1)云南省地质局第二十地质队. 1964. 云南省龙陵县黄连沟矿区含铍花岗伟晶岩矿床普查勘探工作报告)显示氧化铍资源储量7649t,BeO平均品位0.05%,达到中型铍矿床规模,Nb2O5储量773.58t,Ta2O5储量185.16t。花岗伟晶岩主要侵入到龙陵花岗杂岩体中(图3a1),伟晶岩脉共计2390余条,呈长条状、凸镜状、不规则瘤状、囊状等形态,几乎均有不同程度的矿化,达到工业品位的伟晶岩矿脉50余条。伟晶岩内部结构单一,无明显的分带性,偶见文象和准文象结构。伟晶岩脉的矿物成分主要有微斜长石(20%～25%)、石英(20%～30%)、钠长石(35%～45%)和白云母(～5%)(图3a2),主要的矿石矿物为绿柱石和铌钽铁矿(图3a3)。黄草坝Be-Nb-Ta稀有金属矿化点与黄连沟距离较近,位于龙陵县城北东14km处,含矿伟晶岩脉与黄连沟地区伟晶岩产状相似,铍矿化较弱,发育109余条含矿伟晶岩脉,BeO品位0.01%～0.04%,少数大于0.04%;Ta2O5平均品位0.002%,Nb2O5平均品位0.0034%,未达到工业品位。

图2 滇西地区Li地球化学异常图(a,据陈元坤等, 2015)和Be地球化学异常图(b,据陈元坤等, 2015)Fig.2 Lithium geochemical anomaly map (a, after Chen et al., 2015) and beryllium geochemical anomaly map (b, after Chen et al., 2015) of the western Yunnan

杞木寨Be-Nb-Ta稀有金属矿床位于梁河县芒东镇北部,含绿柱石花岗伟晶岩中共/伴生铌钽铷等稀有金属矿产,BeO平均品位为0.163%,(Ta, Nb)2O5平均品位0.022%,Rb2O平均品位0.161%。花岗伟晶岩主要侵入到花岗质片麻岩中(图3b1),含矿花岗伟晶岩脉70余条,长30～1100m、宽0.3～3.7m。主要的矿石矿物为绿柱石、铌钽铁矿,脉石矿物多为石英(20%～30%)、钠长石(35%～45%)、白云母(～10%)、石榴子石(～5%)等(图3b2, b3)。伟晶岩脉内部分为：长英岩带(边缘带)、准文象结构伟晶岩带、块状体石英-微斜长石带(富含绿柱石)及为块体状石英-微斜长石所包围的核心。

那俄Be-Nb-Ta稀有金属矿床位于梁河县芒东镇那俄村一带,地质调查评价圈定岩脉70余条,含绿柱石花岗伟晶岩脉18条,达到工业品位矿体15条。经估算,铍矿石量9.6万t,平均品位0.188%,共/伴生钽矿石量为9.6万t,铷矿石量3.2万t。含矿花岗伟晶岩侵入到早白垩世花岗(80Ma)黑云二长花岗岩中(图3c1),主要矿物为石英(15%～20%)、白云母(5%～10%)、电气石(～5%)、钠长石(20%～25%)等,矿石矿物主要为绿柱石(～0.5%)、铌钽铁矿(～1%)(图3c2, c3)。麻栗脑Be稀有金属矿床位于陇川县北部护国乡和勐养镇之间麻栗脑村一带,位于那俄Be-Nb-Ta稀有金属矿床西南缘,两者距离较近。 产出于王子树-南京里倒转背斜北东段近轴部地带,具有工业价值的伟晶岩脉有2条,分别长为320m和491m,平均厚度5m左右,麻栗脑花岗伟晶岩中主要矿物为微斜长石(50%～55%)、石英(30%～35%)、白云母(5%～10%),次要矿物为石榴子石、绿柱石、铌钽铁矿、榍石、独居石等。铍矿品位较低,品位为0.01%～0.05%,极个别达到0.1%,普查表明绿柱石资源量14.617t,属小型铍多金属矿床。

禾波Li稀有金属矿点位于贡山县东南10km处,花岗伟晶岩脉沿片理侵入到石英角闪石片岩中(图3d1),含锂矿物主要为铁锂云母。花岗伟晶岩中主要的矿物有钠长石(25%～35%)、富Li云母(～20%)和石英(20%～30%),次要矿物为铌钽铁矿(图3d2, d3)。锂云母矿物存在明显的溶蚀交代现象(图2d3),可能经历了后期热液改造。黑妈Li稀有金属矿床位于贡山县东南8km处,矿区内共发现伟晶岩脉30余条,伟晶岩一般长200～500m,厚2～30m,偶见透镜状小型伟晶岩脉,由于勘查程度较低,没有对达到工业价值伟晶岩脉和矿床的规模进行评价。岩脉沿片理侵入到云母片岩中(图3e1),岩脉内部分异较差,主要矿物有斜长石(25%～30%)、石英(20%～30%)、白云母(～20%),次要矿物为电气石、绿柱石、磷灰石、榍石等(图3e2, e3)。与禾波花岗伟晶岩矿物组合类似,黑妈花岗伟晶岩中云母矿物存在明显的溶蚀交代现象,可能经历了后期热液改造作用。黑妈伟晶岩脉群分布区发现高锂异常区和锂云母伟晶岩带。花岗伟晶岩中Li2O品位1.57%～3.45%,平均2.97%,高于最低工业品位0.80%(云南省地质调查局, 2016(2)云南省地质调查局. 2016. 云南省稀土稀有分散元素矿产);棕红色铁锂云母中Li2O含量达4.03%～4.36%,属优质锂云母型锂资源,具有较大的经济利用价值(云南省地质调查局, 2016; 李建康等, 2017)。

图3 滇西含稀有金属矿化花岗伟晶岩野外、手标本和显微镜下照片

2 样品采集和分析方法

本文在滇西地区黄连沟、黄草坝、那俄、杞木寨、麻栗脑、禾波、黑妈等处的花岗伟晶岩脉中采集新鲜无明显蚀变的花岗伟晶岩样品7件(23HLG-7-2、23HCB-2、23NE-2、23QMZ-1、23MLN-1、23HB-2、23HM-1),从中挑选出铌钽铁矿、锡石、独居石和锆石开展年代学研究。

单矿物挑选工作在河北廊坊尚艺岩矿有限公司完成。样品经过人工破碎后,将粉末用清水淘洗,得到重砂部分,再经过重选和电磁选分离出铌钽铁矿、独居石和锆石,在双目镜下挑选出颗粒完整的铌钽铁矿、独居石和锆石。然后将铌钽铁矿、独居石和锆石粘于环氧树脂表面,固化后打磨抛光至露出一个光洁平面用于开展透反射、阴极发光(CL)和背散射电子(BSE)照相,结合图像选择适宜的测试点位开展年龄分析测试。花岗伟晶岩中铌钽铁矿、锆石和独居石样品靶,用脱脂棉蘸取酒精擦拭样品,去除灰尘油渍;放到镀膜仪里面,镀金导电层,镀膜完毕放入样品盒;把样品靶粘到样品台上,用铜导电胶固定;放入扫描电镜,调整仪器参数为加速电压8kV、工作距离15mm、斑束强度为17、吸收电流1.5nA、光斑大小26nm;利用扫描电镜TESCAN MIRA3拍摄样品的CL和BSE图像。本文从龙陵县黄连沟稀有金属矿床、黄草坝稀有金属矿点各1件花岗伟晶岩样品中挑选出铌钽铁矿,梁河县杞木寨铍矿床1件花岗伟晶岩样品中挑选出铌钽铁矿和独居石,梁河县那俄铍多金属矿床中挑选出独居石1件,陇川县麻栗脑铍多金属矿床中挑选出独居石和锆石各1件,贡山县禾波锂稀有金属矿点和黑妈锂稀有金属矿床各1件花岗伟晶岩样品中挑选出锆石,分别开展LA-ICP-MS U-Pb测年工作。

铌钽铁矿的原位微区U-Pb年龄和微量元素测定在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室完成。采用RESOlution S-155 193nm ArF准分子激光器(澳大利亚科学仪器公司ASI生产)连接iCAP Q四极杆等离子体质谱仪(美国Thermo Fisher Scientific公司生产)使用开展LA-ICP-MS分析测试,详细的测试步骤见文献(Cheetal., 2015)。原位分析激光剥蚀束斑的直径为43μm, 能量密度为～4J/cm2,频率为4Hz。每个样品点分析时间为90s,其中背景信号收集20s,样品信号收集50s和清洗时间20s。232Th和238U分析驻留时间为10ms,204Pb、206Pb和208Pb分析驻留时间为15ms,207Pb分析驻留时间为30ms,其他元素分析驻留时间均为6ms。每分析8个未知样品点,插入分析2个铌铁矿标样Coltan139、2个标准玻璃NIST-610、1个GSE-1G和1个BCR-2G,使用铌铁矿标样Coltan139(ID-TIMS年龄为506±2.3Ma,Melcheretal., 2008)来校正U、Pb同位素分馏,NIST-610用来校正未知样品的微量元素。离线数据分馏和校正处理采用ICPMSData程序(Liuetal., 2008),使用Isoplot V4.15软件(Ludwig, 2011)完成谐和图的绘制和加权平均年龄的计算。

图4 滇西龙陵县黄连沟花岗伟晶岩(23HLG-7-2)中代表性铌钽铁矿背散射(BSE)图像(a)和U-Pb年龄图(b)Fig.4 BSE images (a) and LA-ICP-MS U-Pb dating diagram (b) of representative columbite-tantalite group minerals from the Huangliangou granitic pegmatite (23HLG-7-2) in Longling County, western Yunnan

独居石U-Pb同位素测年在四川创源微谱科技有限公司利用由RESOlution LR 193nm ArF准分子激光剥蚀系统和Thermo iCAP TQ联合组成LA-ICP-MS完成。具体流程如下：样品测试前,用超纯水在超声波清洗仪中清洗样品靶。清洗结束后,将样品放置烘箱内45～60℃烘干,后将样品放置于剥蚀池中开展测试。激光剥蚀过程中采用高纯氦气氮气作载气(5mL/min)以调节灵敏度,用NIST-612进行调谐优化仪器灵敏度。调谐参数设置为50μm、3J/cm2、10Hz,速度为3μm/s。优化实验参数,将氧化物产率调节至0.5%以下(232Th16O/232Th,在本实验中小于0.2%),238U的灵敏度为大于400k·cps。ICP冷却气流速度为14L/min,等离子体功率为1550W,辅助气流速为0.8L/min,雾化气流速为0.90L/min。本次独居石分析的激光剥蚀过程中氦气流速为350mL/min,斑束为20μm;频率6Hz;能量密度2.5J/cm2。每个样品表面剥蚀5下用于清洗表面Pb污染,然后吹扫7s,本底收集15s,剥蚀时间设置为20s,最后吹扫5s。独居石U-Pb同位素定年采用独居石标样44069(Aleinikoffetal., 2006)和玻璃标准物质NIST-612作外标分别进行同位素和微量元素校正。U-Pb同位素比值利用IOLITE(Patonetal., 2011) 完成计算。

锆石U-Pb同位素测年和微量元素含量测试在四川创源微谱科技有限公司完成。分析测试所用仪器为搭载S155样品池的RESOlution LR 193nm ArF准分子激光剥蚀系统与Thermo iCAP TQ连接组成的LA-ICP-MS,最多可实现20个直径为一英尺靶的同时测试。样品测试前,用超纯水在超声波清洗仪中清洗。清洗结束后,将样品放置烘箱内在45～60℃烘干。详细实验测试过程可参考侯可军等(2009)。仪器灵敏度使用NIST-612进行调谐优化,调谐参数设置为50μm、3J/cm2、10Hz,速度为3μm/s。为优化实验参数,将氧化物产率调节至0.5%以下(232Th16O/232Th,在本实验中小于0.2%),238U的灵敏度为大于400k·cps。本次分析ICP冷却气流速为14L/min,等离子体功率为1550W,辅助气流速为0.8L/min,雾化气流速为0.83L/min。激光剥蚀过程中通入少量高纯氮气(5mL/min)以增强灵敏度。激光斑束为20μm,频率8Hz,能量密度3J/cm2。测试过程中,每个样品表面剥蚀5s用于清洗表面Pb污染,然后吹扫7s,本底收集10s,剥蚀时间设置为20s,最后吹扫5s。锆石U-Pb同位素定年和微量元素含量处理中采用锆石标样91500(Wiedenbecketal., 1995)和玻璃标准物质NIST-612作外标分别进行同位素和微量元素校正, 以Tanz 锆石(566.16±0.77Ma, Huetal., 2021)为盲样,检验定年数据质量,测定值为566.6±1.6Ma,在误差范围内结果一致,表明分析测试数据结果比较可靠。U-Pb同位素比值利用IOLITE(Patonetal., 2011)完成计算。

3 结果

3.1 铌钽铁矿BSE图像和U-Pb年龄

龙陵县黄连沟花岗伟晶岩(23HLG-7-2)中铌钽铁矿颗粒大小为100～200μm左右,呈黑色、半透明,晶体呈自形-半自形,背散射图像显示其内部结构较简单,环带不发育,无热液交代特征,为岩浆成因(图4a)。黄连沟花岗伟晶岩中铌钽铁矿206Pb/238U的比值变化范围为0.0091～0.0097,207Pb/235U的比值变化范围为0.0591～0.0683,铌钽铁矿颗粒大部分具有较低的U含量(386×10-6～708×10-6)、较低的Th含量(1.76×10-6～4.58×10-6),Th/U的范围为0.0033～0.0084(表1)。黄连沟铌钽铁矿14个测点获得206Pb/238U加权平均年龄为60.1±0.6Ma(图4b,MSWD=1.01,n=14),数据谐和度均大于90%,具有较高的可信度,代表黄连沟花岗伟晶岩中稀有金属的成矿时代。

龙陵县黄草坝花岗伟晶岩(23HCB-2)中铌钽铁矿颗粒大小为100～200μm左右,呈黑色、半透明,晶体呈自形-半自形,背散射图像显示其内部结构较简单,环带不发育,无热液交代特征,为岩浆成因(图5a)。黄草坝花岗伟晶岩中铌钽铁矿206Pb/238U的比值变化范围为0.0082～0.0102,207Pb/235U的比值变化范围为0.0525～0.0689,铌钽铁矿U含量变化较大(110×10-6～1221×10-6,平均值为279×10-6)、Th含量较低(0.252×10-6～6.17×10-6),Th/U的范围为0.0014～0.0142(表1)。黄草坝铌钽铁矿25个测点(图5a)获得三组U-Pb谐和年龄(图5b),分别为54.5±0.4Ma(图5c,MSWD=0.54,n=11)、60.2±0.4Ma(图5d,MSWD=0.025,n=10)、64.7±0.7Ma(图5e,MSWD=0.00113,n=4)。206Pb/238U加权平均年龄分别为54.4±0.6Ma(图5c,MSWD=1.9,n=11)、60.2±0.8Ma(图5d,MSWD=2.6,n=10)、64.7±0.7Ma(图5e,MSWD=1.14,n=4),与上述三组谐和年龄基本一致,数据谐和度均大于90%,表明数据具有较高的可信度,这些年龄数据可能代表了黄草坝花岗伟晶岩内部不同分带的形成年龄,对应不同演化阶段的铌钽铁矿化,因此这些年龄可以代表黄草坝花岗伟晶岩中稀有金属的成矿时代。

表1 滇西地区花岗伟晶岩中铌钽铁矿U-Pb定年结果

续表1

图5 滇西龙陵县黄草坝花岗伟晶岩(23HCB-2)中代表性铌钽铁矿背散射(BSE)图像(a)和U-Pb年龄图(b-e)Fig.5 BSE images (a) and LA-ICP-MS U-Pb dating diagrams (b-e) of representative columbite-tantalite group minerals from the Huangcaoba granitic pegmatite (23HCB-2) in Longling County, western Yunnan

梁河县杞木寨花岗伟晶岩(23QMZ-1)中铌钽铁矿颗粒大小为80～180μm左右,呈黑色、半透明,晶体呈自形-半自形,背散射图像显示其内部结构较简单,环带不发育,无热液交代特征,应为岩浆成因(图6a)。杞木寨花岗伟晶岩中铌钽铁矿206Pb/238U的比值变化范围为0.0062～0.0074,207Pb/235U的比值变化范围为0.0385～0.0485,铌钽铁矿U含量变化较大(322×10-6～1865×10-6,平均值为621×10-6)、Th含量变化也较大(2.23×10-6～42.9×10-6),Th/U的范围为0.0081～0.0371(表1)。杞木寨铌钽铁矿21个测点(图6a)获得三组U-Pb谐和年龄(图6b),分别为40.5±0.4Ma(图6c,MSWD=0.95,n=9)、42.9±0.6Ma(图6d,MSWD=2.6,n=8)、47.1±0.5Ma(图6e,MSWD=0.28,n=4)。206Pb/238U加权平均年龄分别为40.5±0.3Ma(图6c,MSWD=0.53,n=9)、42.9±0.3Ma(图6d,MSWD=0.96,n=8)、47.1±1.0Ma(图6e,MSWD=1.6,n=4),与上述三组谐和年龄基本一致,数据谐和度均大于90%,表明数据具有较高的可信度,这些年龄数据可能代表了杞木寨花岗伟晶岩内部不同分带的形成年龄,对应不同演化阶段的铌钽铁矿化,因此这些年龄可以代表杞木寨花岗伟晶岩中稀有金属的成矿时代。

图6 滇西梁河县杞木寨花岗伟晶岩(23QMZ-1)中代表性铌钽铁矿背散射(BSE)图像(a)和U-Pb年龄图(b-e)Fig.6 BSE images (a) and LA-ICP-MS U-Pb dating diagrams (b-e) of representative columbite-tantalite group minerals from the Qimuzhai granitic pegmatite (23QMZ-1) in Lianghe County, western Yunnan

3.2 独居石BSE图像和U-Pb年龄

梁河县杞木寨花岗伟晶岩(23QMZ-1)中独居石呈无色至浅黄色,粒径约80～210μm。独居石晶体呈自形-半自形,背散射(BSE)图像显示,呈浅灰色,内部结构均匀,无明显分带现象(图7a),具有明显的岩浆成因的内部结构特征(Itanoetal., 2018)。LA-ICP-MS对独居石开展U-Pb测年,17个测点获得206Pb/238U加权平均年为42.4±0.5Ma(图7b1,MSWD=0.33,n=17)。杞木寨花岗伟晶岩中独居石206Pb/238U的比值变化范围为0.0064～0.0068,207Pb/235U的比值变化范围为0.0416～0.0463,U含量较高(10187×10-6～19612×10-6,平均值为15033×10-6)、Th含量非常高(88739×10-6～210127×10-6),Th/U的范围为5.99～15.6(表2)。考虑到230Th形成的206Pb可能导致206Pb/238U年龄偏大(Schärer, 1984; Parrish, 1990),我们同时做了208Pb/232Th加权平均年龄41.5±0.3Ma(图7b2,MSWD=0.33,n=17),与206Pb/238U加权平均年龄42.4±0.5Ma在误差范围内结果一致,暗示这些年龄数据较可靠。考虑到独居石中异常高的Th含量,我们认为208Pb/232Th加权平均年龄41.5±0.3Ma更能代表杞木寨花岗伟晶岩的形成年龄。

图7 滇西梁河县杞木寨花岗伟晶岩(23QMZ-1)中代表性独居石背散射(BSE)图像(a)及U-Pb和Th-Pb年龄图(b)Fig.7 BSE images (a) and LA-ICP-MS U-Pb, Th-Pb dating diagrams (b) of representative monazites from the Qimuzhai granitic pegmatite (23QMZ-1) in Lianghe County, western Yunnan

梁河县那俄花岗伟晶岩(23NE-2)中独居石开展U-Pb年代学研究,独居石呈无色至浅黄色,粒径约100～220μm。独居石晶体呈自形-半自形,背散射(BSE)图像显示,呈浅灰色,内部结构均匀,无明显分带现象(图8a),具有明显的岩浆成因的内部结构特征(赵振华, 2010; Itanoetal., 2018)。LA-ICP-MS对独居石开展U-Pb测年,25个测点获得206Pb/238U年龄为49.2±0.8Ma(MSWD=0.59,n=25,图8b1)。那俄花岗伟晶岩中独居石206Pb/238U的比值变化范围为0.0072～0.0079,207Pb/235U的比值变化范围为0.0475～0.0538,U含量较高(2700×10-6～16139×10-6)、Th含量非常高(60515×10-6～223675×10-6),Th/U的范围为9.63～29.8(表2)。考虑到230Th形成的206Pb可能导致206Pb/238U年龄偏大(Schärer, 1984; Parrish, 1990),我们同时做了208Pb/232Th加权平均年龄45.8±0.4Ma(MSWD=0.44,n=25,图8b2),比206Pb/238U加权平均年龄49.2±0.8Ma偏小,我们认为208Pb/232Th加权平均年龄45.8±0.4Ma更能代表那俄花岗伟晶岩的形成年龄。

图8 滇西梁河县那俄花岗伟晶岩(23NE-2)中代表性独居石背散射(BSE)图像(a)及U-Pb和Th-Pb年龄图(b)Fig.8 BSE images (a) and LA-ICP-MS U-Pb, Th-Pb dating diagrams (b) of representative monazites from the Na’e granitic pegmatite (23NE-2) in Lianghe County, western Yunnan

陇川县麻栗脑花岗伟晶岩(23MLN-1)中独居石开展U-Pb年代学研究,独居石呈无色至浅黄色,粒径约80～260μm。独居石晶体呈自形-半自形,背散射(BSE)图像显示,呈浅灰色,内部结构均匀,无明显分带现象(图9a),具有明显的岩浆成因的内部结构特征(赵振华, 2010; Itanoetal., 2018)。对麻栗脑花岗伟晶岩中独居石开展LA-ICP-MS U-Pb测年,14个测点获得206Pb/238U年龄为48.1±0.9Ma(MSWD=3.5,n=14,图9b1)。独居石206Pb/238U的比值变化范围为0.0072～0.0079,207Pb/235U的比值变化范围为0.0457～0.0530,U含量较低(618×10-6～2793×10-6)、Th含量较高(16762×10-6～84438×10-6),Th/U值异常高,范围为10.3～28.5(表2)。考虑到230Th形成的206Pb可能导致206Pb/238U年龄偏大(Schärer, 1984; Parrish, 1990),我们做了208Pb/232Th加权平均年龄43.7±0.2Ma(MSWD=0.53,n=14,图9b2),小于206Pb/238U加权平均年龄48.1±0.6Ma,我们认为208Pb/232Th加权平均年龄43.7±0.2Ma更能代表麻栗脑花岗伟晶岩的形成年龄。

3.3 锆石CL图像和U-Pb年龄

陇川县麻栗脑花岗伟晶岩(23MLN-1)中锆石颗粒50～120μm,多为短柱状晶体,部分长柱状,长宽比为1：1～1.5：1(图9c)。LA-ICP-MS U-Pb同位素结果和阴极发光(CL)图像显示锆石自形程度较高,颜色较浅呈灰色,U含量较高(6500×10-6～44026×10-6)(表3),多数锆石具有清晰振荡环带和弱生长环带,Th/U比值(0.0162～0.0392)均小于0.1,部分锆石内部出现海绵状和云团状结构,显示出典型伟晶岩锆石的特征(Schitteetal., 1988)。在LA-ICP-MS测点过程中,通过透射光、反射光和CL照片,选择不含包体、无裂缝和环带结构明显的区域开展打点。9个测点获得206Pb/238U加权平均年龄为44.9±0.3Ma(图9d,MSWD=0.67,n=9),代表了禾波花岗伟晶岩结晶的年龄。

贡山县禾波花岗伟晶岩(23HB-2)中锆石颗粒50～250μm,多为长柱状晶体,部分短柱状,长宽比为1.5：1～3：1(图10a)。LA-ICP-MS U-Pb同位素结果和阴极发光(CL)图像显示锆石分为两类：一类是自形程度较高,颜色较深呈暗黑色,U含量较高(1963×10-6～15372×10-6),多数锆石具有清晰振荡环带和弱生长环带,Th/U比值(0.0044～0.0280)均小于0.1(表3),部分锆石内部出现海绵状和云团状结构,显示出典型伟晶岩锆石的特征(Schitteetal., 1988)。在LA-ICP-MS测点过程中,通过透射光、反射光和CL照片,选择不含包体、无裂缝和环带结构明显的区域开展打点。19个测点获得两组206Pb/238U加权平均年龄(图10b),分别为69.4±0.9Ma(图10c,MSWD=1.6,n=9)和63.9±0.9Ma(图10d,MSWD=3.4,n=11),这些年龄代表了禾波花岗伟晶岩演化的时间。另一类锆石颜色较浅呈暗灰色,U含量较上述一类锆石低(524×10-6～3442×10-6),未见典型的环带结构、海绵状和云团状结构,部分锆石显示出明显的继承核部特征,Th/U比值(0.0986～1.4984)明显大于0.1,206Pb/238U年龄主要集中3442～523Ma,与伟晶岩非同时形成的锆石,表现出典型继承锆石的特征(Wuetal., 2020)。

表3 滇西地区花岗伟晶岩中锆石U-Pb定年结果

图9 滇西陇川县麻栗脑花岗伟晶岩(23MLN-1)中代表性独居石背散射(BSE)图像(a)和U-Pb、Th-Pb年龄图(b)及锆石阴极发光(CL)图像(c)和U-Pb年龄图(d)Fig.9 BSE images (a) and LA-ICP-MS U-Pb, Th-Pb dating diagram of representative monazites (b), and CL images (c) and LA-ICP-MS U-Pb dating diagram (d) of zircons from the Malinao granitic pegmatite (23MLN-1) in Longchuan County, western Yunnan

图10 贡山县禾波花岗伟晶岩(23HB-2)中代表性锆石阴极发光(CL)图像(a)和锆石U-Pb年龄图(b-d)Fig.10 BSE images (a) and LA-ICP-MS U-Pb dating diagram (b-d) of representative zircons from the Hebo granitic pegmatite (23HB-2) in Gongshan County, western Yunnan

贡山县黑妈花岗伟晶岩(23HM-1)中锆石颗粒50～250μm,多为长柱状晶体,部分短柱状,长宽比为1.5：1～3：1(图11a)。LA-ICP-MS U-Pb同位素结果和阴极发光(CL)图像显示锆石颜色较深呈暗黑色,U含量较高(5949×10-6～28726×10-6),多数锆石具有清晰振荡环带和弱生长环带,Th/U比值(0.0026～0.0077)均小于0.1(表3),显示出典型岩浆岩锆石的特征(Schitteetal., 1988)。22个测点获得两组206Pb/238U加权平均年龄为70.0±0.6Ma(图11b,MSWD=4.7,n=22),这些年龄代表了黑妈花岗伟晶岩结晶的年龄。

图11 滇西贡山县黑妈花岗伟晶岩(23HM-1)中代表性锆石阴极发光(CL)图像(a)和锆石U-Pb年龄图(b)Fig.11 CL images (a) and LA-ICP-MS U-Pb dating diagram (b) of representative zircons from the Heima granitic pegmatite (23HM-1) in Gongshan County, western Yunnan

图12 中国花岗伟晶岩型稀有金属矿床成矿时代分布(a)及滇西晚白垩世-始新世岩浆岩时代分布(b)和滇西稀有金属花岗伟晶岩成矿时代分布(c)中国花岗伟晶岩型稀有金属矿床成矿时代数据来源于表4,滇西地区岩浆岩年代学数据来源于Xu et al. (2012); Qi et al. (2015); Chen et al. (2015); Ma et al. (2014); 林木森等(2014); Wang et al. (2014, 2015); Xie et al. (2016); Zhao et al. (2016a, b, 2017, 2019); 赵少伟等(2017); Cao et al. (2018, 2019); Yang et al. (2018); Zou et al. (2019); He et al. (2021);含稀有金属花岗伟晶岩年龄数据来源于本文、李再会等(2014); 陶琰等(2015)Fig.12 Age distribution histogram of granitic pegmatite-type rare-metal deposits in China (a), age distribution histogram of Late-Cretaceous-Eocene igneous rocks (b) and age distribution histogram of rare-metal-bearing granitic pegmatite (c) in the western YunnanAge data of granitic pegmatite-type rare-metal deposits in China from Table 4, age data of igneous rocks in the western Yunnan from Xu et al. (2012); Qi et al. (2015); Chen et al. (2015); Ma et al. (2014); Mu et al. (2014); Wang et al. (2014, 2015); Xie et al. (2016); Zhao et al. (2016a, b, 2017, 2019); Zhao et al., 2017; Cao et al. (2018, 2019); Yang et al. (2018); Zou et al. (2019); He et al. (2021); Age date of rare-metal-bearing granitic pegmatites in the western Yunnan from Li et al. (2014); Tao et al. (2015) and this study

4 讨论

4.1 滇西花岗伟晶岩型稀有金属矿床形成时代

龙陵县黄连沟花岗伟晶岩中铌钽铁矿LA-ICP-MS U-Pb年代学结果表明黄连沟花岗伟晶岩中稀有金属矿床成矿时代为新生代古近纪(60.1±0.6Ma,图4b),与陶琰等(2015)测得的年龄较为一致。黄草坝花岗伟晶岩中铌钽铁矿LA-ICP-MS U-Pb年代学结果表明稀有金属矿床成矿时代为新生代古近纪(54.4～64.7Ma,图5),可能与黄草坝花岗伟晶岩不同演化阶段存在铌钽铁矿矿化有关,反映了成矿持续时间约10Myr,这与许多伟晶岩结晶时间持续20～10Myr的特征较为一致(Chenetal., 2000; Wangetal., 2007; Lüetal., 2012; Zhouetal., 2015)。梁河县杞木寨铌钽铁矿LA-ICP-MS U-Pb年龄为40.5±0.4Ma～47.1±0.5Ma(图6c-e),同一样品3个不同的年龄可能代表杞木寨花岗伟晶岩不同结构带中铌钽铁矿化时间。独居石LA-ICP-MS U-Pb年龄为41.5±0.3Ma(图7b2)与最早期的铌钽铁矿年龄40.5±0.4Ma(图6c)较为一致,表明杞木寨花岗伟晶岩初始结晶时间为～40Ma。稀有金属成矿时代从40.5±0.4Ma开始,成矿持续时间约7Myr,为新生代始新世成矿;与区域上那俄东部何家寨含绿柱石花岗伟晶岩年龄(48～40Ma)相似(李再会等, 2014)。梁河县那俄独居石LA-ICP-MS U-Pb年龄表明其稀有金属成矿时代为始新世(45.8±0.4Ma,图8b1),与云南省梁河县那俄铍矿调查评价报告(云南省地质调查院,2021(3)云南省地质调查院. 2021. 云南省梁河县那俄铍矿调查评价报告)报道的年龄较为一致。陇川县麻栗脑花岗伟晶岩(23MLN-1)中独居石和锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄(48.1±0.6Ma～43.7±0.2Ma,图9b, d)表明其稀有金属成矿时代为始新世。LA-ICP-MS U-Pb年代学结果显示,贡山县禾波花岗伟晶岩中存在大量前寒武纪继承锆石,年龄分布在523～3442Ma之间,可能暗示禾波花岗伟晶岩来源于沉积岩源区。锆石U-Pb年龄分别为69.4±0.9Ma(图10c)和63.9±0.9Ma(图10d),表明禾波花岗伟晶岩形成于白垩纪晚期到古近纪(63.9±0.9Ma～69.4±0.9Ma),可能存在多阶段成矿事件,这与前人研究其他地区的伟晶岩存在相同结果(李杭等, 2022)。贡山县黑妈花岗伟晶岩中的锆石U-Pb年代学结果(70.0±0.6Ma,图11b)表明其形成于晚白垩世。

表4 中国主要花岗伟晶岩型稀有金属矿床成矿年龄统计表

续表4Continued Table 4区域矿床名称矿种组合定年方法年龄(Ma)数据来源祁连-秦岭-大别河南卢氏龙潭沟Sn-Nb-Ta-Li锡石U-Pb408.1±1.5刘新星等, 2023河南卢氏龙潭沟Sn-Nb-Ta-Li铌钽铁矿U-Pb391.5±2.0刘新星等, 2023河南卢氏龙潭沟Sn-Nb-Ta-Li磷灰石U-Pb387.0±2.1刘新星等, 2023陕西商南县大河Ta-Nb-Li铌钽铁矿U-Pb363±4Che et al., 2015陕西商南县大河Ta-Nb-Li铌钽铁矿U-Pb357±5Che et al., 2015中亚造山带新疆蒙库喀拉苏Li-Be-Nb-Ta白云母Ar-Ar268±4邹天人和李庆昌, 2006新疆蒙库喀拉苏Li-Be-Nb-Ta白云母Ar-Ar252±5邹天人和李庆昌, 2006新疆蒙库喀拉苏Li-Be-Nb-Ta铌钽铁矿U-Pb239.6±3.8Zhou et al., 2018新疆镜儿泉Li-Be-Nb-Ta白云母Ar-Ar243±2陈郑辉等, 2006新疆阿斯喀尔特Be-Nb-Mo辉钼矿Re-Os221.6±9.9李尚等, 2018新疆阿斯喀尔特Be-Nb-Mo辉钼矿Re-Os218.6±1.3王春龙等, 2015新疆阿斯喀尔特Be-Nb-Mo锆石U-Pb218. 2 ± 3.9王春龙等, 2015新疆柯鲁木特Li-Be-Nb-TaK-Ar220±4地质部矿床地质研究所, 1981新疆可可托海Li-Be-Nb-Ta铌钽铁矿U-Pb218±2Che et al., 2015新疆镜儿泉Li-Be-Nb-Ta锆石U-Pb218.0±1.8李寄邦等, 2020新疆可可托海Li-Be-Nb-Ta锆石U-Pb210.7±6.3Zhou et al., 2015新疆可可托海Li-Be-Nb-Ta辉钼矿Re-Os208.8±2.4刘锋等,2012新疆可可托海Li-Be-Nb-Ta锆石U-Pb193.3±6.4Zhou et al., 2015新疆可可托海Li-Be-Nb-Ta锆石U-Pb187.4±2.7Zhou et al., 2015新疆可可托海Li-Be-Nb-Ta锆石U-Pb186.5±2.0Zhou et al., 2015新疆可可托海Li-Be-Nb-Ta白云母Ar-Ar182.1±1.0Zhou et al., 2015新疆可可托海Li-Be-Nb-Ta白云母Ar-Ar182±3王登红等, 2002新疆可可托海Li-Be-Nb-Ta白云母Ar-Ar181.8±1.1Zhou et al., 2015新疆可可托海Li-Be-Nb-Ta白云母Ar-Ar179.7±1.1Zhou et al., 2015新疆可可托海Li-Be-Nb-Ta白云母Ar-Ar178±2王登红等, 2002新疆可可托海Li-Be-Nb-Ta锆石U-Pb198.5±4.2Zhou et al., 2015新疆柯鲁木特Li-Be-Nb-TaK-Ar198±2地质部矿床地质研究所, 1981昆仑-松潘-甘孜新疆大红柳滩Li-Be-Nb-Ta铌钽铁矿U-Pb212±2Yan et al., 2018新疆大红柳滩Li-Be-Nb-Ta白云母ArAr192±3李华芹和陈富文, 2004新疆大红柳滩Li-Be-Nb-Ta白云母ArAr189±1Li et al., 2019新疆大红柳滩Li-Be-Nb-Ta白云母ArAr187±1Li et al., 2019四川甲基卡Li-Be-Nb-Ta铌钽铁矿U-Pb214±2郝雪峰等, 2015四川甲基卡Li-Be-Nb-Ta花岗岩锆石U-Pb212.9±5.9李贤芳等, 2020四川甲基卡Li-Be-Nb-Ta花岗岩锆石U-Pb211.7±1.0李名则等, 2020.四川甲基卡Li-Be-Nb-Ta花岗岩锆石U-Pb208.4±3.9Li et al., 2013四川甲基卡Li-Be-Nb-Ta花岗岩锆石U-Pb206.7±3.2李贤芳等, 2020四川甲基卡Li-Be-Nb-Ta锡石U-Pb203.7±4.6周雄等, 2021四川甲基卡Li-Be-Nb-Ta白云母Ar-Ar199±0.1王登红等, 2005四川甲基卡Li-Be-Nb-Ta白云母Ar-Ar196±0.1王登红等, 2005四川甲基卡Li-Be-Nb-Ta白云母Ar-Ar182.9±1.7Li et al., 2013四川可尔因Li-Be-Nb-Ta铌钽铁矿U-Pb213.5±1.2朱汇派等, 2023四川可尔因Li-Be-Nb-Ta锡石U-Pb211.4±3.3许家斌等, 2020四川可尔因Li-Be-Nb-Ta花岗岩锆石U-Pb207±1Zhao et al., 2019四川可尔因Li-Be-Nb-Ta花岗岩锆石U-Pb205±4岳相元等, 2018四川可尔因Li-Be-Nb-Ta花岗岩锆石U-Pb205±4李建康等, 2007b四川可尔因Li-Be-Nb-Ta花岗岩锆石U-Pb198±3Fei et al., 2018四川可尔因Li-Be-Nb-Ta白云母Ar-Ar159±1Li et al., 2019四川可尔因Li-Be-Nb-Ta白云母Ar-Ar176.25±0.14李建康等, 2006四川马尔康县党坝Nb-Ta-Be-Rb-Sn白云母Ar-Ar152.3±0.6李建康, 2006四川马尔康县党坝Nb-Ta-Be-Rb-Sn铌钽铁矿U-Pb213.5±1.2朱汇派等, 2023

综合本文获得的花岗伟晶岩U-Pb年龄数据,表明滇西地区含稀有金属花岗伟晶岩主要形成于晚白垩世-始新世(70～40Ma),在同一花岗伟晶岩中存在多期次的铌钽铁矿化,表明在同一稀有金属矿床中可能存在多阶段的矿化或者是伟晶岩演化不同阶段的产物。总结中国花岗伟晶岩型稀有金属矿床发现,我国花岗伟晶岩型稀有金属矿床主要形成于加里东期、印支期和燕山期(图12a、表4),除了青藏高原南部有新生代(～20Ma)稀有金属矿化的报道外,其他地区均未有晚白垩世-始新世稀有金属矿化年龄的报道。滇西地区晚白垩世-始新世含稀有金属花岗伟晶岩的发现,表明该地区可能是我国晚白垩世-始新世重要的花岗伟晶岩型稀有金属成矿区域,具有较大的找矿潜力。

4.2 滇西晚白垩世-始新世岩浆作用与花岗伟晶岩型稀有金属成矿事件

5 结论

(1)铌钽铁矿、独居石和锆石U-Pb年代学结果表明,滇西地区花岗伟晶岩型稀有金属矿床/点主要形成于晚白垩世-始新世(70～40Ma),是我国一个新的稀有金属矿化时代和区域。

(2)滇西地区稀有金属矿化事件是对新特提斯洋俯冲、闭合和印度-欧亚板块碰撞构造背景下地壳物质熔融的响应。建立该地区花岗岩-伟晶岩稀有金属成矿模型,深入开展伟晶岩演化与稀有金属成矿机制关系的研究是未来工作的方向。

致谢感谢两位匿名审稿专家和编辑提出的宝贵意见,对论文质量的提升起到了关键作用。感谢南京大学胡欢副教授在实验过程中提供的指导和帮助。感谢昆明理工大学张世涛教授、薛传东教授和中国地质调查局成都地质调查中心丁俊教授级高工在项目执行过程中给予的指导和帮助。