稀有金属作为自然界中储量和分布稀少(一般地壳丰度为100×10^-6以下)的金属，是新兴的关键矿产资源，在新材料、新能源和信息技术等新兴产业中具有不可替代的重大用途。稀有金属被许多国家列为战略关键金属资源(Linnen et al., 2012; Chakhmouradian et al., 2015)，也是我国的关键金属资源。

稀有金属矿床从容矿载体划分，主要有花岗岩型、花岗伟晶岩型、岩浆热液型(包括石英脉型、矽卡岩型、云英岩型等多种矿化形式)、火山岩型、沉积岩型(包括粘土岩与蒸发岩中成矿)及卤水型(王登红等, 1998; 邹天人和李庆昌, 2006; Gruber et al., 2011; 李建康等, 2014, 2017; Benson et al., 2017; 刘丽君等, 2017)。其中花岗伟晶岩型是最重要的稀有金属矿床类型之一，是稀有金属(包括Li、Rb、Cs、Be、Nb、Ta、U、Th、Zr和Hf)的传统来源(Černý, 1991b; Shaw et al., 2016)。如伟晶岩型Li矿床贡献全球一半的Li资源(Jaskula, 2016; Benson et al., 2017)。阿尔金中段地区是我国重要的铁铅锌多金属成矿带(陈柏林等, 2009, 2017; 陈柏林和孟令通, 2018; 余君鹏等, 2012; 乔耿彪等, 2014; 王岩等, 2016; 张辉善等, 2018)。阿尔金地区近年来找矿方面的重要进展之一是在阿尔金东段余石山地区发现与碱性岩有关的铌钽稀有金属矿床(余君鹏等, 2012; 杨再朝等, 2014; 贾志磊, 2016)，但阿尔金中段地区稀有金属矿床研究还处于空白阶段。

近年来新的调查与研究结果显示阿尔金中段吐格曼地区是我国潜在的花岗伟晶岩型稀有金属成矿区。2014~2015年，新疆地矿局第三地质大队承担新疆维吾尔自治区地质勘查基金项目管理中心矿调项目《新疆若羌县塔什萨依一带铅锌、锰矿调查评价》过程中在吐格曼地区发现稀有金属矿化点(新疆地矿局第三地质大队, 2016^①)。2016~2017年，河南地矿局第二地质勘查院在开展《新疆阿尔金北缘拜什托格拉克一带1:5万三幅区域地质矿产调查》项目过程中在瓦石峡南发现稀有金属伟晶岩脉(河南地矿局第二地质勘查院, 2018^②)。2018年，新疆地矿局第三地质大队和中国科学院地质与地球物理研究所在共同承担地勘基金项目《新疆若羌县吐格曼一带伟晶岩型稀有金属矿及红柱石矿、石墨矿调查评价》过程中在吐格曼地区稀有金属矿化点的基础上发现2个稀有金属矿床(新疆地矿局第三地质大队, 2019^③)，同时中国科学院地质与地球物理研究所(2019^④)对新发现的2个矿床及矿区地质进行了综合研究。本文基于新完成的调查与研究结果，并结合ASTER遥感岩性识别与异常提取结果，介绍阿尔金中段吐格曼地区花岗伟晶岩型稀有金属成矿特征并预测潜在的找矿靶区。

① 新疆地矿局第三地质大队. 2016.新疆若羌县塔什萨依一带铅锌、锰矿调查评价报告. 1-240

② 河南地矿局第二地质勘查院. 2018.新疆阿尔金北缘拜什托格拉克一带1:5万三幅区域地质矿产调查报告. 1-200

③ 新疆地矿局第三地质大队. 2019.新疆若羌县吐格曼一带伟晶岩型稀有金属矿及红柱石矿、石墨矿调查评价报告. 1-210

④ 中国科学院地质与地球物理研究所. 2019.新疆若羌县吐格曼一带伟晶岩型稀有金属矿及红柱石矿、石墨矿综合研究报告. 1-203

阿尔金中段吐格曼地区位于新疆若羌县城南侧的阿尔金山，构造上属于阿中地块(图 1)。吐格曼地区出露的地层主要有新太古界米兰岩群(Ar_1-2M)、中元古界阿尔金岩群(Pt₂A)与复理石建造(fw(Pt₂))、长城系贝壳滩组(Chb)与蓟县系金雁山组(Jxj)(图 2)。其中，米兰岩群为一套强烈变形变质的碎屑岩、碳酸盐岩夹火山岩建造，普遍含有蓝晶石、十字石、石榴石、夕线石等变质矿物，局部有透辉石、紫苏辉石等麻粒岩相变质矿物，主要岩石类型包括蓝晶石榴黑云斜长片麻岩、石榴黑云斜长片麻岩、十字夕线蓝晶黑云片岩、石榴斜长角闪岩、大理岩、石英岩与变粒岩等，分布于研究区的东南；阿尔金岩群广泛出露于研究区的中部及西南部，主要为一套由变质碎屑岩、碳酸盐岩和变质火山(碎屑)岩组成的绿片岩相-角闪岩相变质岩系；中元古界复理石建造为英格里克构造蛇绿混杂岩的组成部分，呈北东-南西向分布于研究区中南部，为主要由石榴石十字石二云石英片岩、斜长二云石英片岩、黑云斜长变粒岩与二云母片岩等构成的绿片岩相-角闪岩相变质岩系，其与南北两侧的米兰岩群和阿尔金岩群地层间为断层接触；长城系贝壳滩组由灰白、灰-深灰色中厚层状石英岩、黑云石英岩、变质粗粒长石岩屑砂岩、二云石英片岩与斜长白云母石英片岩等绿片岩相变质岩组成；区内蓟县系金雁山组分布于库木加克沟两侧，大致呈近东西向展布，岩性主要为一套大理岩。

图 1

Fig. 1

图 1 阿尔金中段地区地质简图(据康磊等, 2016修编) Fig. 1 Simplified geographic map of the middle part of Altyn Tagh (after Kang et al., 2016)

图 2

Fig. 2

图 2 阿尔金中段吐格曼地区区域地质图(据广西壮族自治区地质调查研究院, 2003①修编) Fig. 2 Geological map of the Tugeman area in the middle part of Altyn Tagh

① 广西壮族自治区地质调查研究院. 2003. 1:25万瓦石峡幅地质图

吐格曼地区花岗岩发育，岩石类型主要有片麻状黑云二长花岗岩、层状二长花岗岩、黑云二长花岗岩与黑云斜长花岗岩，规模较大的岩体从北向南依次主要分布有库鲁赛、阿亚格、托巴、吐格曼、萨拉姆五个岩体。其中，吐格曼花岗岩是2018年野外地质调查过程新识别的大型层状岩体(简称吐格曼岩体)，岩体产出于中元古界复理石建造中(图 2)，出露面积约30km²；岩体层状构造发育，包括不同矿物组成花岗岩的岩性层及其内部矿物分带而显示的层状构造；岩体岩石类型多样，有黑云母二长(更长+钾长)花岗岩、二云母二长(更长+钾长)花岗岩、二云母钾长花岗岩、白云母碱长(钾长+钠长)花岗岩、白云母钠长花岗岩和电气石石榴子石钠长花岗岩；层状黑云母二长花岗岩分布于岩体的外侧与边缘(图 2)，而其它岩性层构成的淡色层状花岗岩体是岩体的主体；层状淡色花岗岩中发育从二云母二长花岗岩到二云母钾长花岗岩、白云母碱长花岗岩和白云母钠长花岗岩的连续结晶分异与演化的多个韵律组合。白云母钠长花岗岩层顶部可发育电气石与石榴子石相对富集的钠长花岗岩。阿亚格与托巴岩体及附近的3个黑云斜长花岗岩是基于ASTER遥感岩性信息提取(张玉君等, 2006; 耿新霞等, 2008; 姚佛军等, 2012)而识别的，其在遥感图像上表现出与地层截然不同的褐红色(图 3)。这些花岗岩呈北东向平行区域构造线方向展布(图 2)。初步的野外调查显示黑云斜长花岗岩顶部和边部发育石榴子石电气石二云母花岗岩。

图 3

Fig. 3

图 3 吐格曼地区ASTER遥感花岗岩体和伟晶岩脉分布图(a)及不同光谱特征伟晶岩(b-d)与Google Earth卫片伟晶岩(b-1、d-1)特征的对比 (a)中紫色线条勾画的黄色脉体为伟晶岩脉，白色线条圈出的为花岗岩体.(b)与(b-1)分别为吐格曼矿区含绿柱石花岗伟晶岩的ASTER与Google Earth遥感图片; (c)为瓦石峡南矿区含锂辉石花岗伟晶岩的ASTER遥感图片; (d)与(d-1)分别为吐格曼塔什萨依河旁的黑云二长花岗伟晶岩的ASTER与Google Earth遥感图片 Fig. 3 ASTER remote sensing image displaying distribution of granitoid and pegmatite dkyes in the Tugeman area (a) and comparison of pegmatites with different spectral features (b-d) to those in the Google Earth images (b-1, d-1) The yellow veins with purple boundary line are pegmatites, whereas the white lines outline for granite bodies in Fig. 3a. (b) and (b-1) are the ASTER and Google Earth images for beryl-bearing pegmatites in the Tugeman deposit, respectively; (c) is an ASTER image with spodumene-bearing pegmatite in the Washixia south area; (d) and (d-1) are the ASTER and Google Earth images for biotite monzogranitic pegmatites along the Tashisayi river

吐格曼地区花岗伟晶岩的组成矿物多样，主要包括黑云母、白云母、淡绿色含Fe白云母、钾长石(包括微斜长石与条纹长石)、钠长石、石英、电气石与石榴子石等硅酸盐矿物，及绿柱石、锂辉石、铌钽矿、锂云母和金绿宝石等稀有金属矿物。根据矿物组合，吐格曼地区花岗伟晶岩类型多样，主要有黑云二长花岗伟晶岩(图 4a)、(石榴子石)电气石钠长石伟晶岩(图 4b)、电气石钾长石伟晶岩、电气石绿柱石微斜长石石英伟晶岩(图 4c)、锂辉石钠长石英伟晶岩(图 4d)、石英伟晶岩、含金绿宝石石榴子石花岗伟晶岩(图 4e)、及锂云母钠长石英伟晶岩(图 4f)。其中，黑云二长花岗伟晶岩以发育黑云母为特征、内部矿物分带不明显，在黑云二长花岗岩中的黑云二长花岗伟晶岩边部多发育细粒的黑云二长花岗岩(图 4a)，这可能意味着黑云二长花岗伟晶岩是从黑云二长花岗岩中分异结晶的，这种花岗伟晶岩不含稀有金属矿物。其它不同矿物组合的伟晶岩可出现在一些较大规模伟晶岩的不同分带中，通常石英伟晶岩多位于伟晶岩脉的顶部或中心(图 5b)。规模较大的伟晶岩脉其边部多发育有细粒钠长花岗岩带(图 5b)，这与经典花岗伟晶岩的内部矿物分带规律是一致的(Jahns and Burnham, 1969; 邹天人等, 1986; Černý, 1991a; London, 2005, 2008; London and Kontak, 2012; London and Morgan, 2012; Simmons et al., 2012; Zhou et al., 2015a)。含金绿宝石石榴子石花岗伟晶岩中含较多的白云母(图 4e)，发育于研究区中东部的塔什萨依黑云母花岗岩中。锂云母钠长石英伟晶岩脉主要见于瓦石峡南锂矿区，与电气石钠长石英伟晶岩密切伴生。

图 4

Fig. 4

图 4 吐格曼地区花岗伟晶岩部分类型照片 (a)黑云二长花岗岩中的黑云母二长花岗伟晶岩；(b)电气石钠长石伟晶岩；(c)电气石绿柱石钾长石英伟晶岩；(d)锂辉石伟晶岩；(e)白云母金绿宝石石榴子石石英伟晶岩；(f)锂云母钠长石英伟晶岩 Fig. 4 Images of different granitic pegmatite in the Tugeman area (a) biotite monzonitic pegmatite in a biotite monzonite granite; (b) tourmaline-albite-quartz pegmatite; (c) tourmaline-beryl-bearing feldspar-quartz pegmatite; (d) spodumene-bearing pegmatite; (e) muscovite-chrysoberyl-garnet quartz pegmatite; (f) lepidolite-albite-quartz pegmatite

图 5

Fig. 5

图 5 吐格曼岩体北部阿尔金群地层中形态不规则的钠长石石英伟晶岩脉(a)及其内部分带特征(b) Fig. 5 Field images of irregular shaped albite-quartz pegmatite dyke (a) with an enlargement showing inner zone characteristics (b) in the Altyn Group north to the Tugeman granite

吐格曼地区花岗伟晶岩多数沿破裂或断层充填、其形态相对规则，但一些发育于片麻岩地层的伟晶岩脉其形态可呈不规则透镜状或囊状(图 5a)。

基于ASTER遥感岩性识别结果(图 3)和脉状异常与已查证伟晶岩类型的对比，发现研究区不同矿物组成的伟晶岩具可识别的光谱特征：含绿柱石的花岗伟晶岩脉呈浅黄绿色(图 3b)，含锂辉石与锂云母的花岗伟晶岩脉呈淡蓝色(图 3c)，黑云二长花岗伟晶岩呈亮白-粉白色(图 3d, d-1)，而介于浅黄绿色与淡蓝色之间的浅蓝绿色可能为含绿柱石与锂辉石的花岗伟晶岩脉。据此，可识别与圈定不同类型花岗伟晶岩的分布特征(图 2)。其中，含黑云母的花岗伟晶岩主要分布于阿亚格岩体的东北侧和吐格曼岩体西南侧的闪长玢岩中，在阿亚格岩体南缘接触带发育有大量的含锂辉石的花岗伟晶岩脉，在托巴岩体中段发育有含绿柱石与锂辉石的花岗伟晶岩脉，在瓦石峡南锂铍矿区东侧发育一些弱矿化的花岗伟晶岩脉。总之，吐格曼层状淡色花岗岩体内部伟晶岩脉Be(Li)含量较高，吐格曼北锂铍矿床Li较Be元素含量高，瓦石峡南稀有金属矿床主要含Li元素。据此推测岩浆流动中心在吐格曼层状岩体深部。

值得指出的是，对比吐格曼铍锂矿区ASTER遥感光谱异常图与GoogleEarth遥感图并经野外查证，发现一些位于含绿柱石花岗伟晶岩附近的坡积物具有与含绿柱石花岗伟晶岩相似，甚至更强的光谱异常(黄绿色)特征(图 3b, b-1)，这可能意味着这些坡积物中含有较多的、具异常光谱特征的岩屑或矿物(绿柱石)。这种具光谱异常的坡积物的发育是寻找与预测稀有金属花岗伟晶岩或花岗伟晶岩型稀有金属矿的重要依据与标志。

吐格曼地区已发现3个花岗伟晶岩型稀有金属矿床：位于吐格曼淡色花岗岩层状岩体中心一带的吐格曼铍锂矿床、吐格曼层状岩体北接触带的吐格曼北锂铍矿床及吐格曼层状岩体之西25km的瓦石峡南锂矿床。已发现的锂铍矿床在空间上具一定的分带特征，3个矿床分别以发育含绿柱石、锂辉石与锂云母的花岗伟晶岩为特征。下面就吐格曼铍锂金属矿与吐格曼北锂铍矿特征和成矿时代简要介绍。

吐格曼矿区稀有金属花岗伟晶岩发育于吐格曼层状淡色花岗岩中(图 2)。花岗岩主要岩相有二云母二长花岗岩、二云母钾长花岗岩与白云母碱长花岗岩(图 6a)。其中二云母二长花岗岩与二云母钾长花岗岩发育层状构造。

图 6

Fig. 6

图 6 吐格曼铍锂矿区遥感地质图(a)及其局部放大(b)和伟晶岩露头照片(c-e) (a-c)中的白色体为花岗伟晶岩脉. AG-白云母碱长花岗岩；MKG-二云母钾长花岗岩；MMG-二云母二长花岗岩；tγρ1-花岗伟晶岩编号. (c)中五角星及旁侧的编号为测年样品的采样位置与编号 Fig. 6 Remote sensing geological map of the Tugeman Be-Li deposit (a) with enlargements both of remote sensing (b) and outcrop images (c-e) of pegmatite dykes The white colored veins in Fig. 6a-c are the pegmatite dykes. AG-alkali-feldspar granite; MKG-muscovite-biotite K-feldspar granite; MMG-muscovite-biotite monzogranite; tγρ1-the number of pegmatite dyke. The purple pentagram and the Numbers on the side in Fig. 6c showing location and number of the dating sample

矿区内发现伟晶岩脉43条，其中长度大于100m的有24条(图 6a)，最长的脉体tγρ1长度大于1300m；脉体宽1~7m。花岗伟晶岩呈较规则的陡倾脉带产出，矿区东北部与西南部的脉带其脉体呈近东西向展布，而中南部的脉带呈北东向展布。出露较好的中南部脉带部分脉体呈树枝状与雁列式展布(图 6b)。其中脉体tγρ20从北东向南西方向多次分叉，这可能意味着形成伟晶岩的岩浆流体是从其东北方向注入的(Xu et al., 2016)；脉体tγρ15无论是水平方向(图 6b)还是剖面垂向方向(图 6c)均呈雁列式分布的特征，并表现出局部分叉的现象，这意味着这些脉体是沿破裂构造注入的、是在同构造变形过程形成的。

矿区花岗伟晶岩脉其矿物组成类型主要有电气石微斜长石伟晶岩、石英微斜长石伟晶岩、电气石绿柱石微斜长石伟晶岩、微斜长石伟晶岩、白云母电气石微斜长石伟晶岩和石英伟晶岩。一些较长和较宽的伟晶岩脉在侧向、纵向与垂向都表现出一定的分带特征。例如，脉体tγρ1从东往西依次为：电气石二长花岗岩、白云母钠长石带、微斜长石白云母石英带、白云母石英带及绿柱石微斜长石白云母石英带。脉体tγρ16侧向矿物分带明显，从边部向中心依次为电气石钠长花岗岩、电气石钠长石带、电气石微斜长石石英带、微斜长石石英带与绿柱石石英带(图 6d)。脉体tγρ15中tγρ15-1段也表现出明显的分带结构，从边部到中心依次发育细粒电气石钠长花岗岩带→梳状电气石钠长石带→电气石微斜长石带→绿柱石微斜长石石英带；在垂向上tγρ15-4段其中下部为电气石钠长石条纹长石石英伟晶岩，上部为电气石微斜长石伟晶岩。吐格曼矿区稀有金属花岗伟晶以富含绿柱石与微斜长石为特征，绿柱石晶体较大者其长柱长达20cm，绿柱石多发育在钾长石英带(图 6d, e)或电气石钾长石英带(图 4b)，位于钾长石与石英之间。矿区伟晶岩中绿柱石的产状与共生矿物组合与典型的含绿柱石花岗伟晶岩的特征相似(London, 2005; London and Kontak, 2012)。

通过槽探圈定了17条铍矿体、1条锂铍矿体，矿体长55~630m，宽0.5~5.9m，BeO品位0.04%~1.78%、Li₂O品位0.26%~3.66%、伴生Cs、Nb、Ta。初步估算铍锂金属资源量已达中型矿床规模。

吐格曼北锂铍矿位于吐格曼岩体的北接触带(图 2)，产出于黑云二长花岗岩及其北侧的石榴子石十字石云母斜长石英片岩中。区内发现58条花岗伟晶岩脉，长200~1000m，宽1~35m。相对于吐格曼铍锂矿区的花岗伟晶岩具富含电气石、微斜长石与绿柱石的特征，吐格曼北锂铍矿内的伟晶岩以富含青绿色铁白云母、钠长石、条纹长石和青色锂辉石为特征，发育多条锂辉石钠长石石英伟晶岩脉。矿区已圈定了31条锂铍矿体，共生Nb、Ta、Rb、Cs；矿体长50~700m，宽1~23m，Li₂O品位0.57%~6.1%、BeO品位0.04%~2.6%、Nb₂O₅品位0.014%~0.029%、Ta₂O₅品位0.008%~0.078%、Rb₂O品位0.051%~0.27%、Cs₂O品位0.04%~1.96%。初步估算锂铍金属资源量已达中型矿床规模。

为研究与确定吐格曼地区稀有金属成矿时代，我们选择吐格曼铍锂金属矿区的伟晶岩样品开展了锆石U-Pb定年研究。样品采自吐格曼地区铍锂金属矿区脉体tγρ15的tγρ15-4段中部(图 6c)，岩石类型为电气石钠长石英伟晶岩(图 7a)，编号18BAEJ02-5。锆石分选在河北区域地质矿产调查研究所实验室完成；锆石制靶、阴极发光图像及锆石U-Pb同位素定年分析在武汉上谱分析科技有限责任公司完成。利用多接收电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)对锆石U-Pb同位素进行分析，详细的仪器参数和分析流程见Zong et al. (2017)。锆石的LA-ICP-MS U-Pb定年分析结果如表 1，单颗粒锆石的微量元素分析结果如表 2。

图 7

Fig. 7

图 7 吐格曼铍锂金属矿区电气石钠长石石英伟晶岩样品(18BAEJ02-5)的标本照片(a)、锆石阴极发光(CL)图像(b)、锆石U-Pb年龄图(c)、锆石的球粒陨石标准化稀土元素配分图(d, 标准化值据Sun and McDonough, 1989, 岩浆锆石数据据Xu et al., 2014)及锆石Ce/Ce*-(Sm/La)N图解(e, 底图据Hoskin, 2005) Fig. 7 Image of hand specimen (a), Cathodeluminescence (CL) image (b), 207Pb/235U vs. 206Pb/238U diagram (c), chondrite-normalized REE patterns (d, normalized after Sun and McDonough, 1989; data of magma zircon after Xu et al., 2014) and Ce/Ce*-(Sm/La)N diagram (e, base map after Hoskin, 2005) of zircons from tourmaline albite-quartz pegmatite tγρ15-4 (Sample 18BAEJ02-5) in the Tugeman Be-Li deposit

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 吐格曼铍锂金属矿区电气石钠长伟晶岩样品(18BAEJ02-5)的锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果 Table 1 The LA-ICP-MS U-Pb results of zircons from tourmaline albite pegmatite (Sample 18BAEJ02-5) in the Tugeman Be-Li deposit 测点号 含量(×10-6) 同位素比值 年龄(Ma) Th U Pb 207Pb/206Pb σ 207Pb/235U σ 206Pb/238U σ 206Pb/238U σ 1 396 3899 473 0.0658 0.0017 0.6406 0.0154 0.0712 0.0012 443.1 7.1 2 531 4485 563 0.0600 0.0012 0.6102 0.0123 0.0739 0.0010 459.4 5.9 3 376 2571 337 0.0631 0.0014 0.6343 0.0147 0.0727 0.0009 452.6 5.5 4 190 1953 197 0.0551 0.0009 0.5566 0.0100 0.0729 0.0007 453.5 4.4 5 141 1874 182 0.0591 0.0011 0.6096 0.0122 0.0744 0.0008 462.7 4.6 6 312 2346 292 0.0614 0.0011 0.6098 0.0112 0.0717 0.0007 446.4 4 7 422 1706 375 0.0941 0.0038 0.9656 0.0422 0.0732 0.0007 455.5 4.5 8 320 2552 331 0.0636 0.0012 0.6508 0.0119 0.0740 0.0007 460.4 4.4 9 864 3904 537 0.0612 0.0012 0.6272 0.0129 0.0740 0.0008 459.9 4.8 10 480 2755 357 0.0617 0.0012 0.6370 0.0136 0.0743 0.0007 462.1 4.2 11 166 2632 272 0.0646 0.0011 0.6239 0.0111 0.0696 0.0005 433.8 3.3 12 171 2507 241 0.0580 0.0010 0.6007 0.0104 0.0747 0.0006 464.4 3.6 13 67 763 99 0.0646 0.0014 0.6672 0.0130 0.0755 0.0012 469.2 7.1 14 476 3051 371 0.0606 0.0012 0.6351 0.0121 0.0756 0.0008 469.9 4.5 15 112 2468 221 0.0574 0.0012 0.6025 0.0110 0.0763 0.0008 473.7 4.6 16 433 3982 535 0.0668 0.0012 0.6864 0.0120 0.0743 0.0006 462.1 3.5 17 357 4490 414 0.0584 0.0009 0.5797 0.0093 0.0719 0.0006 447.4 3.9 18 284 2950 362 0.0694 0.0016 0.7039 0.0142 0.0741 0.0007 460.6 4.3 19 142 2544 253 0.0620 0.0012 0.6352 0.0133 0.0741 0.0006 460.7 3.9 20 493 4890 586 0.0661 0.0013 0.6765 0.0144 0.0739 0.00078 459.9 4.7

表 1 吐格曼铍锂金属矿区电气石钠长伟晶岩样品(18BAEJ02-5)的锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果 Table 1 The LA-ICP-MS U-Pb results of zircons from tourmaline albite pegmatite (Sample 18BAEJ02-5) in the Tugeman Be-Li deposit

表 2

Table 2

表 2(Table 2)

表 2 吐格曼铍锂金属矿区电气石钠长伟晶岩样品(18BAEJ02-5)的单颗粒锆石微量元素(×10-6)分析结果 Table 2 The LA-ICP-MS trace elemental results (×10-6) of zircons from tourmaline albite pegmatite (Sample 18BAEJ02-5) in the Tugeman Be-Li deposit 测点号 P Ti Y Nb La Ce Pr Nd Sm Ta Hf Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu δEu δCe (La/Sm)N 1 998 14.5 3689 276 12.3 165 9.82 59.6 38.7 437 24574 0.93 88.0 27.8 302 102 539 193 2810 703 0.05 3.4 0.2 2 1587 23.4 3444 140 12.6 92.2 7.99 46.6 39.1 278 26581 0.98 91.7 32.2 355 121 641 223 3201 792 0.05 2.15 0.2 3 1063 12.5 2692 159 18.7 107 8.39 46.9 28.4 289 20909 0.81 68.8 20.2 209 64.6 378 132 2217 573 0.05 2.05 0.41 4 1137 0.63 2520 109 3.47 17.8 0.87 4.30 3.58 308 30317 0.088 24.0 13.6 203 81.1 505 180 2750 705 0.02 2.4 0.61 5 1246 1.62 1907 75.8 0.68 10.2 0.42 2.06 3.32 256 30230 0.056 19.3 11.2 171 69.6 437 154 2285 582 0.02 4.48 0.13 6 1182 6.47 3003 155 8.53 69.6 3.92 20.2 11.8 381 30445 0.48 44.1 18.6 239 88.8 490 171 2477 626 0.06 2.89 0.46 7 1155 981 3027 1259 47.2 217 30.9 180 99.2 603 29424 1.66 154 39.1 326 88.0 424 134 1983 513 0.04 1.32 0.3 8 1226 5.01 3188 191 3.67 46.9 1.57 8.52 7.54 390 26589 0.25 38.6 18.3 229 85.7 479 168 2476 627 0.04 4.7 0.31 9 803 19.1 2531 170 11.4 114 8.66 31.6 22.6 362 30204 0.66 51.5 17.6 195 66.5 354 129 1959 502 0.06 2.62 0.32 10 1793 9.72 4615 169 4.36 47.0 2.96 22.9 36.1 394 27622 0.47 122 42.1 455 151 753 250 3528 857 0.02 3.04 0.08 11 788 7.83 2362 142 8.94 117 5.59 31.8 21.3 274 25717 0.93 50.2 15.6 175 59.1 336 124 2009 547 0.08 3.88 0.26 12 1433 2.78 2396 100 1.01 8.86 0.44 2.45 4.20 329 29247 0.039 25.2 13.4 198 81.2 495 177 2683 683 0.01 3.19 0.15 13 563 4.77 1191 73.0 6.27 48.8 3.31 18.9 9.88 237 31875 0.39 23.2 7.25 78.2 27.5 154 54.8 854 225 0.08 2.55 0.4 14 1316 51.6 2661 141 24.1 84.9 8.05 43.9 33.8 369 24362 1.55 85.2 27.1 285 93.2 481 163 2503 646 0.08 1.46 0.45 15 892 3.20 1252 75.5 2.17 16.7 1.34 6.68 5.15 270 36466 0.072 19.1 9.75 141 54.8 330 127 1947 490 0.02 2.3 0.27 16 1693 22.2 3998 235 12.0 74.9 6.05 31.2 22.9 444 28158 0.86 75.1 30.9 373 132 722 258 3738 907 0.06 2.1 0.33 17 1079 3.05 2406 170 2.81 31.1 1.55 8.98 7.49 476 28698 0.17 35.3 18.3 246 90.9 530 200 3103 788 0.03 3.54 0.24 18 1689 22.1 3253 169 5.06 49.0 4.96 21.7 22.6 268 30251 1.31 75.0 28.2 349 118 645 224 3308 803 0.09 2.13 0.14 19 667 8.85 1392 89.2 4.92 20.7 2.19 10.6 7.07 275 30330 0.23 21.7 8.98 112 41.3 235 86.9 1386 362 0.06 1.86 0.35 20 1309 8.15 2951 120 5.53 38.2 3.84 24.1 29.3 324 30955 0.38 87.9 31.3 332 108 557 182 2575 609 0.04 1.45 0.11 注：δEu代表铕异常系数；δCe代表铈异常系数

表 2 吐格曼铍锂金属矿区电气石钠长伟晶岩样品(18BAEJ02-5)的单颗粒锆石微量元素(×10-6)分析结果 Table 2 The LA-ICP-MS trace elemental results (×10-6) of zircons from tourmaline albite pegmatite (Sample 18BAEJ02-5) in the Tugeman Be-Li deposit

样品18BAEJ02-5锆石长50~140μm、宽30~60μm，长宽比1.1~4.0，以半自形-自形短柱状、不规则六边形为主，少数呈长柱状。锆石多无色、透明，晶形较好，少数锆石具碎裂现象。锆石CL图像呈灰黑色、个别锆石残留隐约环带构造，发育亮白色的斑点(图 7b)。这与伟晶岩中锆石的一般特征相似，锆石经历了强烈的蜕晶化或重结晶(Wang et al., 2007; 任宝琴等, 2011; Zhou et al., 2015b)。

锆石的LA-ICP-MS U-Pb分析结果显示：该伟晶岩锆石U、Th与Pb含量分别为²³⁸U含量763×10^-6~4890×10^-6，²³²Th含量67×10^-6~864×10^-6，²⁰⁶Pb含量99×10^-6~586×10^-6，Th/U比值0.045~0.247。20个锆石的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄在443.1~473.7Ma之间，没有获得谐和年龄，但20个锆石点在误差范围内基本一致、²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为459.9±3.7Ma。数据置信度95%，数据可信度高(表 1、图 7c)。

样品锆石具高的稀土总量(1586×10^-6~6720×10^-6)，平均值为4544×10^-6。球粒陨石标准化稀土元素配分曲线整体呈左倾趋势，重稀土明显富集、轻稀土相对亏损。稀土配分曲线具明显的正Ce异常(Av.=2.48)、明显的负Eu异常(Av.=0.04)(图 7d)。与典型岩浆锆石相比，样品锆石的轻稀土含量升高、曲线左倾趋势变缓(Hoskin and Ireland, 2000; Belousova et al., 2002; Rubatto, 2002; Hoskin and Schaltegger, 2003; Liu and Liou, 2011)。样品锆石具异常高的P(563×10^-6~1793×10^-6)、Y(1191×10^-6~4615×10^-6)、Yb(854×10^-6~3738×10^-6)与Hf(20909×10^-6~36466×10^-6)含量，及低的Ce/Ce^*值与(Sm/La)_N值，显示出典型的热液锆石特征(图 7e, Hoskin, 2005)。这意味着样品锆石为岩浆锆石在伟晶岩热液阶段蜕晶化或重结晶的锆石(杨红等, 2017)，其可代表伟晶岩的形成年龄。

因此，可以认为吐格曼铍锂金属矿区的伟晶岩形成于中奥陶世晚期(460Ma)。前人研究成果显示：吐格曼地区南侧的南阿尔金洋在中奥陶世闭合、柴达木地块与阿中地块发生碰撞，中奥陶世晚期阶段阿尔金中段地区处于后碰撞伸展阶段(康磊等, 2016; 杨文强等, 2012; Wang et al., 2014)，这意味着吐格曼稀有金属花岗伟晶岩及其母岩浆形成于后碰撞伸展阶段，这与世界上许多花岗伟晶岩和淡色花岗岩形成于同碰撞、后碰撞的构造背景是一致的(Pearce et al., 1984; Harris et al., 1986; Pitcher, 1997; Barbarin, 1999; 吴福元等, 2015; 秦克章等, 2017; Ma et al., 2018)。

吐格曼地区ASTER遥感花岗岩与伟晶岩信息提取与识别结果显示，除已发现的3个矿床外，研究区还有一些地区发育大量的稀有金属花岗伟晶岩，其中重要的找矿靶区有两个：托巴稀有金属花岗伟晶岩区与阿亚格岩体南接触带稀有金属花岗伟晶岩带(图 2)。预测的依据包括3个方面：1)遥感显示有大量伟晶岩发育；2)遥感岩性识别异常显示这些伟晶岩可能是含矿的伟晶岩；3)与伟晶岩共生的花岗岩中发育二云母花岗岩，即存在高分异花岗岩与稀有金属富集成矿的动力学背景。

托巴稀有金属花岗伟晶岩区位于托巴岩体中部(图 2)。在ASTER遥感岩性光谱异常图中区内可圈出脉体22条(图 8a)。其中，规模较大的有两条，即位于靶区东侧的bγρ1脉和位于靶区中部的bγρ5脉。bγρ1脉呈近等边三角形状，边长约为600m，面积约为0.18km²，主体浅黄绿色，在西侧边界发育长约60m的浅蓝绿色脉。bγρ5脉体呈蘑菇状，其上部盖体宽450m，主体长150m、高450m，主体呈淡蓝绿色、中心呈黄白色。bγρ5脉周边的bγρ2、bγρ3、bγρ4、bγρ6与bγρ7也呈淡蓝绿色。靶区西部的大部分脉体沿两条北东向断层或其旁侧分布，全部或部分呈淡蓝绿色。除bγρ1脉与bγρ5脉外，靶区其它脉体形态都为规则脉状，长60~1000m、宽10~50m。

图 8

Fig. 8

图 8 托巴花岗伟晶岩区ASTER (a)与Google Earth (b)遥感影像图和地质解译 图中白色线示花岗岩和地层的边界，黄色脉体为推测的花岗伟晶岩. AG-碱长花岗岩；BMG-黑云二长花岗岩；MMG-二云母二长花岗岩. bγρ1-遥感光谱异常体与花岗伟晶岩编号，fw(Pt2)-中元古界复理石建造，Pt2A-阿尔金群(其中蓝色体可能为钙质片岩或大理岩). F1、F2与F3为矿区的3条断层，其中F1为控制托巴岩体北部边界的断层. (c)中白色点线示片状构造 Fig. 8 ASTER (a) and Google Earth (b) images showing distribution of granite and pegmatite dykes in the Tuoba target The white lines in the figure outline the boundary of granite and strata, whereas the yellow lines for granitic pegmatites. AG-Alkali-feldspar granite; BMG-biotite monzogranite; MMG-muscovite-biotite monzogranite. tγρ1-the number of pegmatite dykes; fw(Pt2)-Middle Proterozoic flysch formation; Pt2A-Altyn Group (the blue bodies in Fig. 8a displaying calcareous schist or marble). F1, F2 and F3 are the three faults in the target area, among which F1 is the fault controlling the northern boundary of Tuoba pluton. The white dotted lines in Fig. 8c showing schistoid structure

对比ASTER遥感岩性光谱异常图与Google Earth遥感卫片图，发现三角形状的bγρ1脉实为一坡积扇，该异常脉不是含矿的花岗伟晶岩脉，而其它脉体为花岗伟晶岩脉(图 8b)、且部分脉体的实际大小较光谱异常显示的要大。基于吐格曼地区不同类型含矿伟晶岩在ASTER遥感岩性光谱异常图上的标志特征，推测靶区bγρ2~22脉体为含矿花岗伟晶岩，可能包括含绿柱石花岗伟晶岩(浅黄绿色)与含绿柱石和锂辉石的花岗伟晶岩(浅蓝绿色)。面积较大的、具浅黄绿色异常的三角状bγρ1脉的发育，也意味着靶区附近含有含绿柱石的花岗伟晶岩脉。另外，对比结果还显示靶区内还有在ASTER遥感岩性图上异常不够明显的、宽度窄一点的花岗伟晶岩脉体(如bγρ6脉与bγρ7脉之间的bγρ23脉与bγρ24脉)、并存在一些疑似的脉体(如bγρ25脉)。这些脉体是否为稀有金属伟晶岩脉及其含矿性特征待野外查证后确定。

另外，无论是ASTER遥感岩性图还是Google Earth遥感卫片图，托巴岩体包含不同颜色与类型的花岗岩。基于吐格曼花岗岩体不同岩相在Google Earth遥感卫片中的颜色特征，推测托巴岩体包含黑云二长花岗岩、二云母二长花岗和碱长花岗岩，它们在ASTER遥感岩性图分别表现为深紫色、紫色和粉紫色(图 8a)，在Google Earth遥感卫片中分别表现为蓝灰色、土黄色和白色。高分辨的Google Earth遥感卫片还显示，托巴岩体中的花岗岩片麻状构造发育(图 8c)，可能为片麻状花岗岩。

对于吐格曼地区花岗伟晶岩型稀有金属矿的找矿，实现突破的关键是寻找与发现规模大的含矿伟晶岩脉，托巴稀有金属花岗伟晶岩区可能是实现新的突破的理想靶区。

阿亚格靶区位于阿亚格岩体南接触带(图 2)，脉体整体走向呈北东向，与接触带产状一致。Google Earth遥感卫片上显示阿亚格岩体南接触带阿尔金群地层中发育大量岩脉，图 9展示了3个区块脉体的分布特征。3个区块中长度大于100m的脉体有37条。其中区块a中aγρ6号脉体断续分布，长达575m(图 9a)；区块b中aγρ16号脉体长达297m、宽达30m(图 9b)；区块c中脉体多呈不规则透镜体产出，其中aγρ39号脉体长215m、宽44m(图 9c)。靶区规模较大的脉体在ASTER遥感岩性异常图中有显示，如aγρ16号脉体具淡蓝绿色的光谱特征(图 9d)，推测其为含绿柱石和锂云母的花岗伟晶岩。新疆地矿局第三地质大队魏梦元等2016年曾对aγρ1与aγρ2号脉体检查，认为是石英岩，但指出aγρ1脉中有白云母钾长伟晶岩(新疆地矿局第三地质大队, 2016)；基于aγρ1脉中石英与伟晶岩的关系推测脉体中的石英岩为伟晶岩边部和顶部的石英岩壳。新疆地矿局第三地质大队杨智全等2018年(私人通讯)曾对aγρ16号脉体查证，结果为含绿柱石和锂云母的石榴子石电气石花岗伟晶岩(图 9e)。据此推测，阿亚格片麻状二长花岗岩体南接触带的脉体可能多为花岗伟晶岩脉，其它脉体的含矿性和靶区的成矿潜力待进一步地质调查与评价。

图 9

Fig. 9

图 9 阿亚格花岗岩体南缘接触带3个典型区块Google Earth遥感影像与花岗伟晶岩脉体解译图(a-c) (d)示aγρ16脉体在ASTER遥感岩性图中呈浅蓝绿色的光谱特征; (e)示aγρ16伟晶岩脉的标本照片.图片中红色线条圈出的花岗伟晶岩脉体. aγρ1为花岗伟晶岩脉编号 Fig. 9 Google Earth images with identified the granitic pegmatite dykes of three typical districts at southern margin of the Ayage granite pluton (a-c) The aγρ16 granitic pegmatite has light blue-green spectral characteristics in ASTER image (d) and was mainly composed of muscovite, garnet, tourmaline and albite (e). Pegmatite veins were circled in red in Fig. 9a-c. aγρ1 is the labeled number of granitic pegmatite dyke

另外，塔什萨依黑云母花岗岩中含金绿宝石石榴子石花岗伟晶岩的发现意味着研究区有寻找花岗伟晶岩型金绿宝石矿床的潜力。

新疆阿尔金中段吐格曼地区花岗伟晶岩型铍锂稀有金属成矿条件优越，已发现的矿床包括吐格曼铍锂矿、吐格曼北锂铍矿和瓦石峡南锂铍矿。3个矿床在空间上呈规律性分布，它们分别位于吐格曼花岗岩体的中心与北部接触带及托巴花岗岩体的西侧。吐格曼铍锂金属矿区伟晶岩形成于早古生代中奥陶世晚期(460Ma)南阿尔金洋闭合后阿中地块与柴达木地块碰撞过程的后碰撞阶段。ASTER遥感花岗岩与花岗伟晶岩识别与提取结果显示吐格曼地区仍有大量花岗伟晶岩脉待调查与研究，其中托巴稀有金属花岗伟晶岩区与阿亚格岩体南缘接触带稀有金属花岗伟晶岩带是2个潜在的稀有金属找矿靶区。因此，阿尔金中段吐格曼地区稀有金属找矿潜力大，并有望成为新疆乃至我国新的铍锂稀有金属找矿勘探与战略资源储备基地。

致谢      本成果为中国科学院地质与地球物理研究所和新疆地矿局第三地质大队阿尔金项目的集体成果，参加相关工作的还有任龙飞、余昶庆、邓浪江、刘承、吴楚、张国梁、牛磊、马垠策与刘善科等同志，他们也是成果的共同完成人。本项工作得到中国科学院地质与地球物理研究所、新疆自然资源厅、新疆地矿局和新疆地矿局第三地质大队的大力支持。野外工作过程中得到了若羌县政府有关部门的大力支持，得到了当地玉石矿经理王向河先生的帮助与协助，得到了司机师傅韩伟君与袁国海的鼎力协助。研究过程得到翟明国、侯增谦、吴福元、李献华、秦克章、范宏瑞、李晓峰、刘伟、曾庆栋和李光明等专家的有益建议。在此，向他们一并致以衷心的感谢！