青海茶卡北山锂稀有多金属矿床白云母40Ar-39Ar定年及其地质意义

陈静，韩杰，余福承，王秉璋，李五福

(1.青海师范大学地理科学学院，西宁 810016；2.青海省地质调查院，西宁 810012)

0 引言

宗务隆(山)构造带地处青藏高原东北缘(图1)，在其南侧形成了具有规模的海西-印支期岩浆岩带，与“马尔康-雅江-喀喇昆仑巨型锂矿带”[1]的成矿环境有很大的相似性[2]。茶卡北山锂多金属矿是宗务隆构造带中首个被证实的锂稀有多金属矿床，该矿床的发现可推断宗务隆构造带东段可能是青藏高原北部一条新的、重要的锂、铍矿成矿带[2]。

图1 青藏高原东北缘地质构造分区略图(据潘桂棠等[3]，修改)Fig.1 Tectonic division map of northeast margin of the Qianghai-Tibet plateau

茶卡北山锂多金属矿床为近两年的新发现，目前仅有王秉璋等[2]对其成矿地质特征、成岩时代以及成矿环境进行过初步探讨，认为含矿伟晶岩形成时代为217.0 Ma±1.8 Ma—235.9 Ma±2.3 Ma，是变质基底达肯大坂岩群重熔形成的高分异花岗岩，形成于宗务隆构造带晚三叠世碰撞或后碰撞构造阶段。由于文献[2]得出的含矿伟晶岩形成时代跨度较大(约18 Ma)，并不能约束该矿床的成矿时代，因此，本文将通过对含绿柱石白云母伟晶岩中的白云母进行40Ar-39Ar热年代学研究，以限定茶卡北山伟晶岩型锂多金属矿床的形成时代，这对在该区进一步开展稀有金属矿床找矿研究具有重要意义。

1 成矿地质背景及伟晶岩特征

茶卡北山地区位于宗务隆构造带东段(图1)，出露地层主要有中新元古界达肯大坂岩群，由片麻岩、片岩和大理岩组成，其次分布有石炭-二叠系甘家组砂岩—灰岩组及早中三叠统隆务河组碎屑岩相浊积岩。区内断裂主体为NW-SE向，与地层走向基本一致(图2a)。侵入岩主要为奥陶纪辉长岩-闪长岩组合、印支期花岗岩及广泛发育的伟晶岩脉。矿区内伟晶岩脉分布于元古代达肯大坂岩群片岩和奥陶纪石英闪长岩之中(图2b)。

目前在茶卡北山矿区内已发现356余条伟晶岩脉，脉体规模大小不等，脉宽一般为0.2～20 m，最宽者超过40 m，长50～400 m，呈透镜状、巢状、囊状、条带状等形态，多为NW向展布，部分为EW向、NE向等，矿体倾角一般在40～65°，整体倾向NE。根据围岩岩性的不同，可将其划分为3条伟晶岩带，与区域构造线走向一致，均为NW向产出。

Ⅰ号伟晶岩带围岩为石英闪长岩，Ⅱ号带围岩为中粒二云石英片岩，Ⅲ号带围岩为糜棱岩化石英闪长岩。伟晶岩脉的岩性主要有6种：灰白色含锂辉石花岗伟晶岩、浅肉红色含绿柱石花岗伟晶岩、灰白色含绿柱石白云母花岗伟晶岩、灰白色含针状电气石细纹象结构花岗伟晶岩、灰白色粗纹象结构花岗伟晶岩、灰白色含粗粒电气石花岗伟晶岩。这些伟晶岩结晶年龄主要集中在晚三叠世晚期，均具有低且负的εHf(t)值和古老的tDM2模式年龄。王秉璋等[2]认为，变质基底达肯大坂岩岩群为茶卡北山伟晶岩源岩，与宗务隆构造带内大面积出露的晚二叠世—早三叠世花岗岩并无成因上的联系。

2 围岩蚀变与矿化特征

茶卡北山锂多金属矿围岩蚀变主要沿构造破碎带、石英脉、伟晶岩脉、岩体和围岩的接触边缘，蚀变类型主要为钾化、碳酸盐化、绿帘石化、高岭土化、白云母化等。其中，白云母化和钾化与成矿关系密切，目前发现的铍矿化体均产于伟晶岩中，尤其是钾化、白云母化较强的伟晶岩中，即使未见绿柱石仍有铍矿化。含矿岩石较为单一，均为花岗伟晶岩，岩性主要为灰白色含锂辉石花岗伟晶岩和灰白色含绿柱石白云母花岗伟晶岩。含锂辉石花岗伟晶岩矿石矿物主要有锂辉石、绿柱石、锂云母、铌钽铁矿等，脉石矿物主要有钾长石、斜长石、石英、白云母以及少量黑云母、磷灰石和锆石；含绿柱石白云母花岗伟晶岩矿石矿物为绿柱石(多数含量≤1%，少数可达6%)，脉石矿物主要有钠长石、石英、钾长石、白云母、绢云母、黑云母、电气石、石榴子石等。

3 样品采集及分析测试结果

3.1 样品采集及矿物学特征

本次40Ar-39Ar同位素测年挑选的白云母采自茶卡北山锂稀有多金属矿区东部含绿柱石白云母伟晶岩，采样位置见图2b所示。

伟晶岩样品呈灰白色，伟晶结构，块状构造(图3a)，主要成分为钠长石(约占45%)、钾长石(约20%)、石英(约26%)、白云母-锂云母(约4%)、绿柱石(3%)、电气石-石榴石(约1%)、微量锆石+磷灰石及不透明金属矿物(约1%)(图3b)。手标本和镜下特征观察，白云母样品新鲜，未受到后期蚀变影响。

图3 青海茶卡北山锂稀有多金属矿床白云母伟晶岩特征Fig.3 Features of muscovite granitic pegmatite in Chaka Beisan Li-poly metallic deposita.含绿柱石白云母伟晶岩(手标本)；b—d.伟晶岩薄片显微特征(+)Ab.钠长石；Qz.石英；Kf.钾长石；Lpd.锂云母；Mu.白云母；Pl.斜长石；Ber.绿柱石；Tur.电气石

3.2 分析方法和测试结果

(1)分析测试方法

白云母40Ar-39Ar同位素测年在澳大利亚墨尔本大学完成。将新鲜未蚀变的岩石样品清洁并粗碎至40目，经人工挑取合适颗粒，用酸进行处理(斜长石处理：超声波水浴(约50 ℃)中使用3.5 mol/L HCl 60 min，后7% HF 5 min，最后使用1 mol/L HNO360 min，并置于去离子水和丙酮中清洗；角闪石的处理方式：超声波水浴(约50 ℃)中使用1 mol/L HNO360 min，后置于去离子水和丙酮中清洗)。处理完的样品称重，并装入铝制的小包装，样品包装袋与标样(Fish Canyon tuff sanidine，年龄=28.1260 Ma±0.0093 Ma (1σ)；Phillips等.2017)交错放置于硅酸盐玻璃管内(玻璃管型号UM#84)。后放置于美国地质调查局(USGS)的TRIGA反应堆中照射(40 MWhr)。经反应堆照射后，将矿物分离物从包装中取出。

40Ar-39Ar同位素使用Thermofisher ARGUSVI多接收质谱仪进行激光分段升温分析，样品在450 ℃下放气2 h，之后在500～1350 ℃逐渐加热。达到所需温度需要大约3 min，每个加热步骤的持续时间为20 min。在样品被送入VG3600质谱仪之前萃取气体，先由多台SAES锆-铝(Zr-Al)吸气剂净化清洗。

通过对标准空气体积的分析来检查质量歧视效应和仪器校准。修正干扰反应系数，数据集中显示了通过辐射测定的型号UM#84玻璃管中的高纯度K玻璃和Ca盐。发布的数据已经修正系统背景、质量歧视效应、梯度影响和大气污染。除非另有说明，与年龄测定相关的误差不包括J值的不确定性、标样年龄误差影响和衰减常数[4]。实验数据使用ISOPLOT程序计算坪年龄及正、反等时线[5]，坪年龄误差以2σ给出。

(2)测试结果

白云母40Ar-39Ar测试数据结果见表1，样品激光加热分为12个阶段(图4)。

表1 青海茶卡北山锂稀有多金属矿床白云母40Ar-39Ar分析结果Table 1 Analysis of 40Ar-39Ar of muscovite from Chaka Beishan Li-rare poly metallic deposit

从图4可以看出，第2阶段到第11阶段随着温度从750 ℃逐渐升到1100 ℃，其年龄值基本差别不大(210.4 Ma—212.7 Ma)，年龄坪非常平坦。39Ar释放量高于50%是检验形成的年龄坪真实性的主要依据[6]。本次测试中10个温阶积累的39Ar释放量为56.7%，表明坪年龄真实可靠。因此，本次对茶卡北山伟晶岩型锂多金属矿床含绿柱石白云母伟晶岩进行白云母40Ar-39Ar测年的坪年龄为212.60 Ma±0.64 Ma。

图4 茶卡北山锂伟晶岩型稀有多金属矿白云母伟晶岩白云母40Ar-39Ar坪年龄图Fig.4 40Ar-39Ar plateau age of muscovite from muscovite granitic pegmatite in Chaka Beishan Li-rare poly metallic deposit

4 结果讨论及地质意义

云母不仅是伟晶岩整个岩浆阶段的结晶产物，也是热液过程的参与者。作为层状硅酸盐矿物，层间或八面体位置上可容纳锂、铷铯、锡、铌钽等稀有金属[7]。因此，云母可以成为稀有金属重要的载体矿物，从而为研究花岗岩或伟晶岩中稀有金属成矿作用发挥重要作用。

茶卡北山伟晶岩型锂稀有多金属矿床伟晶岩结晶过程首先经历K(Na)阶段，晶出文象、变文象伟晶岩，随着大量含K矿物的晶出，Na浓度增高，引起Na取代K的作用，由于水解作用，钾长石被白云母-石英所交代(图3c)；当伟晶岩熔体原始成分中Li含量很高时Na-Li阶段形成，即在K(Na)、Na(K)阶段之后，大量锂辉石结晶，形成灰白色含锂辉石花岗伟晶岩。在晚期Na(K)阶段大量的钠长石晶出，在钠长石晶出晚期，有相当数量的白云母充填于钠长石板条状晶体间隙中结晶，当白云母特别富集时形成为白云母集合体；在伟晶岩晚期阶段表现为Li-Cs阶段，Li在溶液中再一次富集，可能伴随有Cs的富集，该阶段以大量锂云母的晶出为特征，Li赋存于白云母层间或八面体上，并呈典型的玫瑰紫自形-半自形楔状集合体产出(图3d)，常伴有绿色及多色电气石晶出(图3a)。锂云母不仅是高分异花岗岩最重要的造岩矿物学标志之一[8]，也是稀有金属成矿作用中重要的锂矿物，如世界著名稀有金属矿床可可托海三号伟晶岩晚期阶段也出现大量锂云母[9]。

白云母的封闭温度在中等冷却速率下约为350 ℃[10]，而在压力增大、快速冷却、矿物颗粒增大等情况下封闭温度会增高[11-12]。本文所测白云母样品取自含绿柱石白云母伟晶岩的白云母集合体(图3a)，具有较大的矿物颗粒，其封闭温度应大于350 ℃，可能达到400 ℃。由于晚三叠世晚期青藏高原东北部处于造山后伸展阶段，具有较低的热历史，该样品40Ar-39Ar体系受到后期热事件影响的可能性较低。因此，伟晶岩中白云母40Ar-39Ar 年龄可以代表伟晶岩结晶晚期阶段大量白云母富集及锂成矿(锂云母形成)时间。

王秉璋等[2]对两类含矿伟晶岩——含锂辉石花岗伟晶岩和含绿柱石白云母花岗伟晶岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb测试，得到其形成时代分别为217.0 Ma±1.8 Ma和235.9 Ma±2.3 Ma，表明伟晶岩形成至少有2期，而本次所获得的白云母40Ar-39Ar年龄与晚期伟晶岩年龄相近，基本限定了成矿年龄为晚三叠世晚期。

5 结语

茶卡北山伟晶岩型锂稀有多金属矿床的发现证实宗务隆构造带南侧是青藏高原北部一条新的、重要的锂、铍矿成矿带。对该矿床含绿柱石白云母伟晶岩进行白云母40Ar-39Ar测年获得40Ar-39Ar坪年龄为212.60 Ma±0.64 Ma，与晚期伟晶岩结晶年龄相近，基本限定茶卡北山伟晶岩型锂稀有多金属矿床的成矿年龄为晚三叠世晚期。