柴北緣查查香卡鈾-鈮-稀土礦區閃長巖年代學、地球化學特征及其地質意義

榮驍，胡永興，陳擎，康利剛，王繼斌，葉雷剛，陳斌，張勝龍

（1.核工業二〇三研究所，陜西 西安 712000；2.甘肅省地質調查院，甘肅 蘭州 730000）

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

查查香卡鈾-鈮-稀土（U-Nb-REE）礦床發現于20世紀60年代末，是在1∶2.5萬伽馬普查中發現的小型礦點（324）發展而來的。近幾年，在中國核工業地質局和青海省地勘基金項目資助下，筆者及團隊在搜集整理前人資料的基礎上，總結成礦規律和控礦要素，開展相應槽探和鉆探揭露，將其擴大為一個中型規模的U-Nb-REE多金屬礦床。該礦床內發育大量閃長質巖石。盡管前人研究表明該礦床為一個與鈉長巖相關的巖漿-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，本文在詳細野外地質工作的基礎上，歸納總結了礦床地質特征，并重點針對礦區閃長巖開展了巖石學、巖相學、地球化學和同位素年代學研究，并與成礦鈉長巖開展了地球化學對比，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系，為下一步找礦方向提供約束。

1 區域地質背景

查查香卡U-Nb-REE 礦區位于柴達木盆地東北緣，大地構造位置上處在柴達木-阿爾金超高壓變質雜巖帶東端（圖1a）。區域構造線以北西-南東向展布為主，脆性、韌性、脆韌性斷裂成為各群和地質單元間的界線。區域上早古生代經歷了洋陸俯沖—弧陸/陸陸碰撞—超高壓折返等多旋回復雜構造作用過程，產生了強烈的巖漿-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-柴達木造山帶主要構造單元簡圖（a）和查查香卡礦區地質圖（b）（據文獻［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 礦區地質

礦區地質單元較為簡單，主要地層包括古元古代達肯達坂巖群和奧陶-志留紀灘澗山群（圖1 b）。達肯達坂巖群是區內最早的變質結晶基底，為一套片麻巖、石英片巖和斜長角閃片巖等巖石組合，前人定年結果表明其主要形成于古元古代［8-9］。奧陶-志留紀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斷續產出，不同地段的形成時代略有差異，礦區及周邊出露者形成于奧陶紀，其主體變質時間為志留紀［10-12］。礦區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肯大坂群之中。閃長巖西南側和西北側以斷裂與灘澗山群相接，東北側可見二者呈侵入接觸關系。F4韌-脆性斷裂是礦區的主要控礦斷裂，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。斷裂帶內正長花崗巖脈、長英質脈體、石英脈和碳酸鹽脈較為發育，它們的圍巖發生了強烈的礦化蝕變（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、構造角礫巖、碎裂巖。U-Nb-REE礦化與鈉長石化的關系最為密切，礦石礦物主要有含鈾燒綠石、晶質鈾礦、含鈾方釷石和含釷晶質鈾礦等［13-16］。鐘軍等（2018）根據其特殊的礦物組合特征，結合礦物學、巖/礦石地球化學等特征，將該礦床定義為一類與巖漿-熱液成因相關的鈉長巖型鈾-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-他形粒狀結構，塊狀構造，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，聚片雙晶發育；角閃石多呈半自形-他形柱狀，呈黃色、綠色，多色性顯著，發育兩組菱形解理；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有限公司完成了鋯石的挑選、制靶、陰極發光圖像采集工作，鋯石挑選流程為對樣品進行機械破碎，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，選擇具代表性的結晶鋯石粘在環氧樹脂表面，固化后拋光至出現光潔平面，然后對其進行透、反射和陰極發光（CL）照相。在中國地質科學院礦產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。測試中設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 軟件完成數據分析處理工作。

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 礦區北部（圖1b）。陰極發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，發育清晰震蕩環帶，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%，所有分析數據皆可用，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 顆鋯石的年齡數據比較集中，206Pb/238U 年齡介于453.3～439.8 Ma 之間（表1，圖6），其加權平均年齡為（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二〇三研究所完成，采用等離子體質譜儀（ICP-MS）測定，檢測限低于0.5×10-9，相對標準偏差小于5%。表2和表3為閃長巖主量元素和微量元素分析結果及相關參數。

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）

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，數據集中分布在閃長巖范圍內（圖7a），與野外和鏡下定名相符；數據在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，數據集中分布在準鋁質區域內（圖7c）。

圖7 閃長巖地球化學分類圖解（底圖據文獻［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。

在球粒隕石標準化稀土元素配分模式圖上，曲線呈現向右傾斜的趨勢（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；樣品具有微弱銪負異常，暗示巖漿源區斜長石結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。從原始地幔標準化微量元素蛛網圖上可以看出，閃長巖的微量元素含量相對虧損Nb、Ta、Hf 等高場強元素，相對富集Rb、Th、U等大離子親石元素，其中Nb 和Ce 表現為顯著的負異常（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特征，閃長巖可能只是礦區圍巖，未給礦床形成提供物質來源。

圖9 閃長巖微量元素原始地幔配分圖解模式圖（原始地幔值據文獻［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 等高場強元素和LREE/HREE 值偏低的中基性巖不同。研究區樣品均具有較高的Rb/Y 和Th/Zr 值，在La/Yb-Nb/Y 和Ba/La-Th/Yb 判別圖解中（圖10），閃長質巖石呈現流體交代富集的趨勢，結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元素的特征，可以推斷其巖漿演化過程經歷了流體交代作用。

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

6.2 構造意義

巖石的地球化學成分還可以用于探討巖石的構造背景［22］，比如其中的高場強元素（Nb、Ta、Zr、Hf 和Ti 等）不受后期熱液等變質作用影響［23-24］，因此可用來有效判別巖漿巖的構造背景。根據區內閃長質巖石的地球化學特征，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?。▓D11、12），即活動大陸邊緣構造背景區域。這也再次支持該閃長質巖石可能形成于活動大陸邊緣環境的推論。

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形成于洋殼俯沖晚期陸緣弧構造環境，這也與該套巖石的地球化學特征結果一致。

圖12 閃長巖R1-R2 構造環境判別圖（底圖據文獻［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，礦化多與鈉長巖細脈關系密切，脈體發育越密集礦化強度越高［2-3］。礦床位于祁連造山帶內，經歷了復雜的洋陸俯沖—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烈且普遍，與礦化有關的鈉長巖及其相關鈾釷-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。

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；表明閃長巖與礦區成礦鈉長巖具有完全不同的地球化學性質，只是礦區的一種圍巖。

綜上所述，查查香卡U-Nb-REE 礦區閃長巖與區內礦化不具有成因聯系，閃長巖可能只是礦區一種圍巖，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礦區屬于巖漿熱液成礦系統，其深部及外圍往往有較好的礦化連續性，其深部礦化體的延續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，在本區外圍隱伏區也有可能有同一成礦系統的不同礦脈或礦層產出。礦床深部和外圍仍具有較大的成礦潛力。

7 結論

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

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

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

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