李雪 王可勇 孫國(guó)勝** 孫九達(dá) 劉根驛 張紀(jì)田 韓雷 王廣偉

1. 吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長(zhǎng)春 1300612. 遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院有限責(zé)任公司，沈陽(yáng) 110032

鈮(Nb)、鉭(Ta)是地殼產(chǎn)出的稀有金屬元素，由于具有優(yōu)良物理和化學(xué)性質(zhì)，而被廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)基礎(chǔ)工業(yè)以及高新科技產(chǎn)業(yè)，乃至原子能、核武器等國(guó)防軍工尖端技術(shù)。國(guó)內(nèi)的鈮鉭礦床主要集中在廣東、湖南、江西、福建等華南地區(qū)，其次零星分布在新疆北部、內(nèi)蒙古中部及攀西地區(qū)(劉春明, 2018; 王盤喜和包民偉, 2015; 張景平和王海崗, 2013; 張隨安等, 2017)。雖然我國(guó)鈮鉭金屬礦床星羅云布，但是多為共伴生礦床，且存在鈮鉭礦體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，礦石嵌布粒度細(xì)而分散、選冶難度大、回收率低等問題(李勝虎, 2015; 李志丹等, 2017; 時(shí)皓等, 2016; 王盤喜和包民偉, 2015)，國(guó)內(nèi)鈮鉭自給產(chǎn)量不足，鈮進(jìn)口對(duì)外依存度達(dá)95%以上，鉭進(jìn)口對(duì)外依存度達(dá)84%。因此，“十三五”期間我國(guó)把找礦的重點(diǎn)放在了具有國(guó)家戰(zhàn)略意義的“三稀”元素等礦種上(劉春明, 2018; 王盤喜和包民偉, 2015)。內(nèi)蒙古趙井溝鈮鉭多金屬礦床，其鈮鉭氧化物儲(chǔ)量達(dá)到工業(yè)開采標(biāo)準(zhǔn)，且鉭氧化物儲(chǔ)量>50%，為一大型鈮鉭礦床。前人已經(jīng)對(duì)研究區(qū)復(fù)雜的構(gòu)造演化歷史進(jìn)行了詳細(xì)的分析和研究。聶鳳軍等(2013)對(duì)含礦侵入雜巖體中的堿性花崗巖類進(jìn)行系統(tǒng)的U-Pb年代學(xué)研究，推測(cè)趙井溝含礦侵入雜巖體是海西期富鈉、鋁、鈮、鉭和銣的中酸性巖漿強(qiáng)烈分異的結(jié)果；李志丹等(2017, 2019)對(duì)趙井溝鈮鉭礦主要成礦礦物獨(dú)居石和黑云母分別進(jìn)行了U-Pb和40Ar/39Ar年齡測(cè)定，結(jié)合其成礦動(dòng)力學(xué)背景，認(rèn)為趙井溝鈮鉭礦為燕山期板內(nèi)伸展體制下構(gòu)造巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物；高允等(2017)對(duì)礦床中白云母進(jìn)行40Ar/39Ar同位素年齡測(cè)定，討論并認(rèn)為該區(qū)在燕山晚期存在一次重要的稀有金屬成礦作用；張超等(2019)對(duì)趙井溝鉀長(zhǎng)花崗巖進(jìn)行鋯石U-Pb定年，指示巖漿侵位于早白堊世。吳歡歡(2020)對(duì)趙井溝礦化巖脈和周邊的虎頭山巖體進(jìn)行鋯石U-Pb定年，認(rèn)為兩者的巖漿來源是同一期次。對(duì)于該礦床的研究大多限于礦床的地質(zhì)特征、成礦時(shí)代及巖漿作用等(柴華和武景龍, 2013; 黃從俊等, 2013; 李志丹等, 2017; 聶鳳軍等, 2013; 辛杰等, 2016)，且成礦時(shí)代存在爭(zhēng)議，而對(duì)巖漿源區(qū)具體性質(zhì)及巖漿作用與成礦作用二者之間的內(nèi)在聯(lián)系，尚缺少詳盡的討論。本文在前人工作基礎(chǔ)上，以和成礦密切相關(guān)的天河石化花崗巖、鈉長(zhǎng)石化花崗巖為研究對(duì)象，通過對(duì)其巖石學(xué)、地球化學(xué)、LA-ICP-MS U-Pb年代學(xué)和Lu-Hf同位素特征進(jìn)行研究，探討了趙井溝鉭鈮多金屬礦床成巖、成礦年代、巖漿源區(qū)屬性、構(gòu)造背景以及成巖成礦機(jī)制，對(duì)該類礦產(chǎn)的找礦勘探提供理論依據(jù)及基礎(chǔ)資料。

1 區(qū)域及礦區(qū)地質(zhì)概況

趙井溝鉭鈮多金屬礦床在區(qū)域構(gòu)造上位于華北克拉通北緣隆起帶(內(nèi)蒙古地軸)西部，陰山斷隆大青山北翼(柴華和武景龍等, 2013; 高允等, 2017; 黃從俊等, 2013; 李志丹等, 2017; 聶鳳軍等, 2013; 辛杰等, 2016)。該礦床地理位置位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市武川縣哈樂鎮(zhèn)，成礦區(qū)帶屬于濱太平洋成礦域、華北陸塊北緣東段成礦帶(圖1)。區(qū)內(nèi)主要出露有中上太古界烏拉山(巖)群(Ar2wl)，該群為一套受混合巖化作用，變質(zhì)程度達(dá)角閃巖相的高級(jí)區(qū)域變質(zhì)巖。與下伏興和巖群、集寧巖群為斷層接觸；上與古元古界二道凹群呈角度不整合覆蓋，烏拉山(巖)群為本區(qū)主要的金賦礦層位(鄭翻身等，2005 )；古元古界二道凹群(Pt1er)，該群為一套片巖、大理巖、變質(zhì)礫巖及變粒巖、石英巖等中、低級(jí)區(qū)域變質(zhì)巖組合， 巖性組合特征分為兩個(gè)巖性組，第一巖組以片巖、片麻巖為主，第二巖組為大理巖，二者之間多為斷層接觸。在該套地層內(nèi)發(fā)現(xiàn)多處金礦(化)點(diǎn)和金礦床，規(guī)模較大，品位較高(金巍等, 1991)，反映出該套地層的含礦性，其成礦類型主要為熱液型，與后期韌脆性構(gòu)造及熱液活動(dòng)關(guān)系密切；中元古界馬家店群(Pt2mj)千枚巖、板巖、變質(zhì)砂巖和大理巖；上石炭統(tǒng)栓馬樁組(C2sh)黑灰色片理化輕變質(zhì)礫巖、雜色輕變質(zhì)長(zhǎng)石砂巖，被華力西期石英閃長(zhǎng)質(zhì)及花崗質(zhì)巖體侵入；下白堊統(tǒng)李三溝組(K1ls)砂礫巖夾泥巖；下白堊統(tǒng)固陽(yáng)組(K1g)砂礫巖以及第四系(Qh)沖洪積物(圖1、圖2a)。

圖1 內(nèi)蒙古烏拉山-大青山一帶地質(zhì)礦產(chǎn)簡(jiǎn)圖(據(jù)聶鳳軍等, 2013; 李志丹等, 2019)1-太古代變質(zhì)巖；2-元古代變質(zhì)火山-沉積巖；3-中生代地層；4-太古代巖漿巖；5-元古代巖漿巖；6-早古生代巖漿巖；7-晚古生代變質(zhì)巖；8-中生代巖漿巖；9-第四系；10-斷裂；11-金礦床(點(diǎn))；12-鉭鈮礦床(點(diǎn))；13-國(guó)界線；14-城市(縣城)深大斷裂：①-烏拉特前旗-呼和浩特?cái)嗔眩虎?察右中旗-固陽(yáng)斷裂；③-土默特左旗-固陽(yáng)斷裂.鉭鈮礦床(點(diǎn))：(1)-趙井溝鉭鈮礦床；(2)-潘家溝鉭鈮礦點(diǎn).金礦床(點(diǎn))：(1)-東伙房金礦床；(2)-牌樓金礦點(diǎn)；(3)-鹿場(chǎng)金礦床；(4)-摩天嶺金礦床；(5)-哈拉沁金礦點(diǎn)；(6)-卯獨(dú)慶金礦床；(7)-新地溝金礦床；(8)-大汗青金礦點(diǎn)Fig.1 Simplified geological map of the Wulashan-Daqingshan region, Inner Mongolia (after Nie et al., 2013; Li et al., 2019)

圖2 內(nèi)蒙古趙井溝鉭鈮礦區(qū)域(a)及礦區(qū)地質(zhì)圖(b)(據(jù)李志丹等, 2019; 張超等, 2019)Fig.2 Regional (a) and mining area (b) geological maps of Zhaojinggou Ta-Nb deposit, Inner Mongolia (after Li et al., 2019; Zhang et al., 2019)

研究區(qū)斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，其中烏拉特前旗-呼和浩特、察右中旗-固陽(yáng)和土默特左旗-固陽(yáng)三條深大斷裂構(gòu)成了研究區(qū)的菱形構(gòu)造格架(內(nèi)蒙古自治區(qū)第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院, 1972(1)內(nèi)蒙古自治區(qū)第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院. 1972. 內(nèi)蒙古自治區(qū)武川縣趙井溝鈮鉭多金屬礦普查地質(zhì)報(bào)告. 呼和浩特: 內(nèi)蒙古自治區(qū)第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院; 聶鳳軍等, 2013; 鄭翻身等, 2005)(圖1)。區(qū)域性深大斷裂所派生的次一級(jí)以近東西向?yàn)橹鞯摹⒈睎|和北西向韌性-韌脆性斷裂，為巖漿的上侵提供了良好的運(yùn)輸通道，同時(shí)也為成礦提供了良好的生長(zhǎng)空間。強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)致使巖漿活動(dòng)十分頻繁，侵入巖整體上由南向北有逐漸變新的趨勢(shì)，時(shí)間上呈跳躍式延續(xù)，從太古代到中生代均有出露，具有明顯的期次性和旋回性(熊煜, 2015)。太古代以大規(guī)模黑云斜長(zhǎng)片麻巖、角閃斜長(zhǎng)片麻巖發(fā)育為標(biāo)志；元古代巖漿活動(dòng)規(guī)模較小，發(fā)育較小規(guī)模的片麻狀花崗巖、閃長(zhǎng)巖，呈帶狀分布，受構(gòu)造控制明顯；古生代巖漿活動(dòng)集中在晚二疊世，在研究區(qū)發(fā)育了大量的碰撞期二長(zhǎng)花崗巖(熊煜, 2015)；中生代侏羅-白堊世巖漿活動(dòng)十分強(qiáng)烈，構(gòu)成顯生宙以來重要的巖漿活動(dòng)期，以細(xì)粒鉀長(zhǎng)花崗巖為主。

礦區(qū)的地層主要發(fā)育有中元古界渣爾泰山群、石炭系拴馬樁組和第四系(圖2b)。在礦區(qū)南部出露有東西向的渣爾泰山群，巖性以變質(zhì)砂巖，千枚巖為主，還可見石英巖，灰?guī)r；拴馬樁組出露在礦區(qū)的中部和北部，巖性有變質(zhì)粉砂巖、變質(zhì)粗砂巖和變質(zhì)礫巖。在礦區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)5條脆性斷層，侵入巖的產(chǎn)出明顯受區(qū)域構(gòu)造的控制，整體以北東向?yàn)橹鳌⒕植勘蔽飨?。巖漿巖主要為古元古代閃長(zhǎng)巖、二疊紀(jì)中粗?；◢弾r和白堊紀(jì)正長(zhǎng)花崗巖，其中白堊紀(jì)正長(zhǎng)花崗巖分布于礦區(qū)南東部，分布面積最大。區(qū)內(nèi)脈巖分布廣泛，種類較多，有石英脈、含鎢石英脈、花崗巖脈、花崗細(xì)晶巖脈、含天河石鈉長(zhǎng)石花崗巖脈和閃長(zhǎng)巖脈等，除中新生代地層未見脈巖出露、其它各時(shí)代地層、巖體中均有不同程度發(fā)育。研究區(qū)經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造變動(dòng)和巖漿活動(dòng)，為該區(qū)成礦提供了良好的成礦地質(zhì)條件。大青山推覆構(gòu)造體系中的大青山成礦帶，沿該斷裂帶分布著大量的熱液礦，形成了一系列金和稀有金屬為主的礦床，除了趙井溝鉭鈮多金屬礦床外，在其周圍還分布有潘家溝、虎頭山鈮鉭礦點(diǎn)，卯獨(dú)慶，東伙房，摩天嶺，鹿場(chǎng)等金礦床(柴華和武景龍, 2013; 高允等, 2017; 聶鳳軍等, 2013)(圖1)。另外在區(qū)域上，研究區(qū)北西方向150km處白云鄂博礦床，是我國(guó)目前發(fā)現(xiàn)的最大的REE-Nb-Fe礦床。該地區(qū)的地質(zhì)背景和成礦條件等前人已經(jīng)進(jìn)行了詳細(xì)的研究(劉志剛, 2000; 趙存祥, 1994; 鐘長(zhǎng)汀等, 2005)，均顯示出巨大的成礦潛力和良好的找礦前景。

2 樣品描述

研究樣品采集自含天河石鈉長(zhǎng)花崗巖體，該巖體是主要含鈮鉭礦化體，沿北北東向侵入栓馬莊組地層的斷裂構(gòu)造中，為一比較規(guī)則的脈狀體，地表出露總長(zhǎng)100～150m，寬25～45m。根據(jù)巖石礦物組分及不同的蝕變類型，將該含礦巖體劃分為鈉長(zhǎng)石化花崗巖、天河石化(鈉長(zhǎng)石化)花崗巖，各類型礦化巖脈的巖石，呈現(xiàn)過渡漸變關(guān)系，之間無(wú)明顯的分帶現(xiàn)象，局部可見有天河石鈉長(zhǎng)偉晶巖，由于粒度顯著差異與其它巖石之間時(shí)而見有清晰的界線。

天河石化花崗巖新鮮面顏色為淺綠-淺褐色，中-粗?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造(圖3a)。巖石由石英(35%～40%)、天河石(25%～30%)、斜長(zhǎng)石(20%～25%)、鈉長(zhǎng)石(5%～10%)和副礦物(<5%)組成(圖3b, c)。石英粒徑在0.3～0.6mm之間，他形粒狀結(jié)構(gòu)，波狀消光；天河石粒徑在0.3～0.5mm之間，發(fā)育典型的格子狀雙晶；斜長(zhǎng)石粒徑在0.2～0.5mm之間，呈自形-半自形板狀，聚片雙晶發(fā)育；鈉長(zhǎng)石粒徑相對(duì)較小，0.1～0.3mm；副礦物可見磁鐵礦、磷灰石和鋯石等。

圖3 內(nèi)蒙古趙井溝鉭鈮礦床樣品手標(biāo)本及顯微照片(a-c)天河石化花崗巖；(d-f)鈉長(zhǎng)石化花崗巖.Amz-天河石；Ab-鈉長(zhǎng)石；Pl-斜長(zhǎng)石；Qz-石英Fig.3 Sample photographs and microphotographs in the Zhaojinggou Ta-Nb deposit, Inner Mongolia(a-c) amazonitization granite; (d-f) albitization granite. Amz-amazonite; Ab-albite; Pl-plagioclase; Qz-quartz

鈉長(zhǎng)石化花崗巖新鮮面顏色為淡黃色-白色，中-細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造(圖3d)。巖石由石英(35%～40%)、鈉長(zhǎng)石(30%～35%)、斜長(zhǎng)石(25%～30%)和副礦物(<5%)組成(圖3e, f)。石英粒徑在0.2～0.5mm之間，粒狀結(jié)構(gòu)，波狀消光；鈉長(zhǎng)石粒徑在0.2～0.3mm之間，呈板狀體到長(zhǎng)柱體，鈉長(zhǎng)雙晶發(fā)育不明顯；斜長(zhǎng)石粒徑在0.2～0.3mm之間，呈自形-半自形板狀，發(fā)育明顯的聚片雙晶；副礦物可見磁鐵礦、鋯石等。交代結(jié)構(gòu)在巖石中發(fā)育，在石英顆粒內(nèi)部及其周圍可見有數(shù)粒半自形-他形鈉長(zhǎng)石，鈉長(zhǎng)石還交代了早期形成的斜長(zhǎng)石。含鈮、鉭的主要礦物為鈮鉭鐵礦，次為鉭錫石，此外尚有細(xì)晶石。鈮鉭鐵礦呈板狀、長(zhǎng)條狀、粒狀和不規(guī)則粒狀，主要以長(zhǎng)條狀形態(tài)為主，其次是不規(guī)則粒狀。鈮鉭鐵礦嵌布形式以被石英、鈉長(zhǎng)石等礦物包裹為主，也有分布在這些礦物顆粒之間的，粒徑主要集中在0.05～0.08mm之間，本次工作鈮鉭鐵礦粒度偏小，可能與樣品均采自地表有關(guān)，向礦體的深部，礦物的粒級(jí)有增大的可能。

3 樣品測(cè)試

測(cè)年鋯石通過常規(guī)重力和磁選方法分選，并在雙目鏡下挑選晶型較好的鋯石顆粒和標(biāo)樣，同時(shí)置于無(wú)色透明的環(huán)氧樹脂中制成靶，固化后拋光至鋯石中心部位暴露出來；選擇晶形良好的鋯石在英國(guó) Gatan 公司生產(chǎn)的 Mono CL4+陰極發(fā)光裝置系統(tǒng)上進(jìn)行陰極發(fā)光(CL)照相，CL照相在廊坊市宇能(宇恒)礦巖技術(shù)服務(wù)有限公司完成；鋯石LA-ICP-MS測(cè)年分析在北京燕都中實(shí)測(cè)試技術(shù)有限公司完成，分析儀器為美國(guó)New Wave公司生產(chǎn)的193nm激光剝蝕進(jìn)樣系統(tǒng)(UP 193SS)和美國(guó)AGILENT科技有限公司生產(chǎn)的Aglient7500a型四級(jí)桿等離子體質(zhì)譜儀聯(lián)合構(gòu)成的激光等離子質(zhì)譜儀(LA-ICP-MS)。實(shí)驗(yàn)中激光器工作頻率為10Hz，測(cè)試點(diǎn)的束斑直徑為30μm，預(yù)剝蝕時(shí)間為5s，剝蝕時(shí)間為45s，載氣流采用高純度He氣剝蝕物質(zhì)(流速為0.88L/min)，以標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500為外標(biāo)進(jìn)行同位素比值校正,標(biāo)準(zhǔn)鋯石TEMORA和Qinghu為監(jiān)控盲樣。年齡計(jì)算采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)程序Isoplot，鋯石U-Pb同位素比值由ICP-MS測(cè)定，比值采用Glitter程序。鋯石元素含量以國(guó)際標(biāo)樣NIST610為外標(biāo)，Si為內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，NIST612和NIST614為監(jiān)控盲樣。單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)誤差全為1σ，加權(quán)平均值誤差為2σ，平均年齡值選用206Pb/238U年齡進(jìn)行計(jì)算。

本研究主要采用隨機(jī)抽樣的方法，選取寧夏回族自治區(qū)N縣鄉(xiāng)村初中作為研究場(chǎng)域，共抽取210位教師作為研究對(duì)象。調(diào)查共發(fā)放210份問卷，最后統(tǒng)計(jì)回收問卷180份，回收率為85.7%，其中有效問卷155份，有效率為86.1%，符合統(tǒng)計(jì)處理的有效性原則。

主量、微量元素分析在吉林大學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心完成。選擇新鮮巖石樣品用瑪瑙研缽碎至200目以下，將樣品熔制成玻璃餅，采用XRF-1500X線熒光光譜儀進(jìn)行主量元素測(cè)定，分析精度高于1%；稱取40mg樣品置于Teflon罐中，然后加入HF和HNO3對(duì)其充分溶解，用體積分?jǐn)?shù)為l%的HNO3稀釋后，通過Finnigan-MAT公司生產(chǎn)的雙聚焦電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)ELEMENT測(cè)定微量和稀土元素，分析精度高于5%。

鋯石Hf同位素分析在北京燕都中實(shí)測(cè)試技術(shù)有限公司完成。所用分析儀器型號(hào)為Neptun ePlus；原位微區(qū)Hf同位素測(cè)試是利用Neptune型多接收等離子體質(zhì)譜儀和Geolas Pro型激光剝蝕系統(tǒng)聯(lián)用的方法完成。測(cè)試豎斑直徑為32μm，激光剝蝕的樣品氣溶膠由氦氣作為載氣輸送到質(zhì)譜儀中進(jìn)行測(cè)試，為了調(diào)節(jié)和提高儀器靈敏度，氣路中間引入了氬氣和少量氮?dú)?。所有測(cè)試位置與U-Pb定年點(diǎn)位相同或靠近。采用GJ1和Plesovice國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鋯石作為參考物質(zhì)，每分析10個(gè)樣品測(cè)點(diǎn)分析一次鋯石標(biāo)準(zhǔn)GJ-1作為監(jiān)控，本次實(shí)驗(yàn)GJ-1的測(cè)試精準(zhǔn)度為0.282030±40(2SE)。

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb年代學(xué)

趙井溝鉭鈮多金屬礦區(qū)的天河石化花崗巖(圖4a)和鈉長(zhǎng)石化花崗巖(圖4c)樣品的鋯石在陰極發(fā)光圖像中顏色為暗棕色，自形程度從自形至他形均可見到，大多數(shù)鋯石顆粒呈短柱狀，部分晶棱、晶錐不夠完整和顯著的鋯石顆粒，而呈次圓狀及不規(guī)則的粒狀。鋯石顆粒長(zhǎng)寬比為1:1～1:3，前者粒徑約為80～120μm，后者粒徑約為160～240μm，兩者鋯石多數(shù)具有模糊不清的環(huán)帶，部分鋯石甚至無(wú)環(huán)帶，也有鋯石發(fā)育有明顯的巖漿震蕩生長(zhǎng)環(huán)帶。天河石化花崗巖鋯石中放射性元素Th含量為636.5×10-6～1912×10-6，均值為1267×10-6(表1)；U含量為2885×10-6～7675×10-6，均值為4689×10-6，Th/U比值介于0.11～0.47之間，均值為0.30；鈉長(zhǎng)石化花崗巖鋯石中放射性元素Th含量為261.6×10-6～1418×10-6，均值為544.1×10-6；U含量為1647×10-6～3358×10-6，均值為2346×10-6，含量都較高，Th/U比值介于0.11～0.58之間，均值為0.25；兩者鋯石Th/U比值均處于0.1～1的范圍內(nèi)，Th、U含量極高，且含有普通Pb，以上特征反映鋯石主要為熱液成因(雷瑋琰等, 2013)，偶見巖漿結(jié)晶鋯石。天河石化花崗巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb測(cè)年數(shù)據(jù)(表1)顯示，206Pb/238U加權(quán)平均年齡介于110～116Ma之間，在鋯石U-Pb測(cè)年諧和圖中(圖4b)，樣品測(cè)年數(shù)據(jù)點(diǎn)基本都位于諧和線上，諧和性較好，1粒巖漿鋯石的年齡是116±2Ma，6粒熱液鋯石加權(quán)平均年齡為112.8±2.2Ma(MSWD=2.3，n=6)。鈉長(zhǎng)石化花崗巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb測(cè)年數(shù)據(jù)(表1)顯示，206Pb/238U表面年齡介于115～123Ma之間，在鋯石U-Pb測(cè)年諧和圖中(圖4d)，樣品點(diǎn)集中分布，均位于諧和線上或其附近，諧和性較好，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為118.9±1.8Ma(MSWD=1.19，n=13)。對(duì)比鋯石CL圖像及測(cè)年數(shù)據(jù)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相對(duì)來說，具有清晰或者是模糊不清環(huán)帶的鋯石總是比無(wú)環(huán)帶的鋯石年齡更老。鋯石U-Pb數(shù)據(jù)顯示，熱液鋯石與巖漿鋯石的年齡沒有太大的區(qū)別，說明熱液鋯石是在巖漿演化最后的熔體-流體相互作用階段形成的。綜上認(rèn)為，趙井溝鉭鈮多金屬礦區(qū)的天河石化花崗巖和鈉長(zhǎng)石化花崗巖巖漿上升侵位和成礦熱液流體活動(dòng)均是發(fā)生在早白堊世。

圖4 趙井溝鉭鈮礦床天河石化花崗巖、鈉長(zhǎng)石化花崗巖鋯石CL圖像(a、c)與U-Pb諧和年齡圖(b、d)Fig.4 CL images of zircons (a, c) and U-Pb concrodia diagrams (b, d) for zircons from amazonitization granite and albitization granite in the Zhaojinggou Ta-Nb deposit

表1 趙井溝鉭鈮礦床天河石化花崗巖與鈉長(zhǎng)石化花崗巖鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果

4.2 地球化學(xué)特征

本文對(duì)采自趙井溝鉭鈮多金屬礦區(qū)的天河石化花崗巖和鈉長(zhǎng)石化花崗巖進(jìn)行了主量元素和微量元素的測(cè)試分析。分析結(jié)果(表2)顯示：天河石化花崗巖具高的SiO2含量(73.69%～74.53%，平均值為74.20%)，含量差異較小。全堿K2O+Na2O(9.94%～10.21%，平均值為10.11%)含量較高，且鈉含量略高于鉀含量(K2O/Na2O值為0.67～0.72，<1)，表明巖石具有富硅、富堿的特征。Al2O3的含量較高(14.23%～14.60%，平均值為14.43%)，鋁飽和指數(shù)A/CNK(Al2O3/(CaO+Na2O+K2O))介于0.99～1.01之間，均小于1.10。巖石具有較低的MgO(0.04%～0.05%)、CaO(0.03%～0.04%)、FeOT(0.53%～0.61%)、TiO2(0.01%)、P2O5(0.01%)。里特曼指數(shù)(σ)均值為3.28，小于3.30，屬于鈣堿性巖系。相比之下，鈉長(zhǎng)石化花崗巖(表2)具有相對(duì)來說更高的硅含量(74.69%～75.60%，平均值為75.06%)。全堿K2O+Na2O(9.71%～9.91%，平均值為9.83%)含量較高，鈉含量高于鉀含量(K2O/Na2O值為0.56～0.59，<1)，以上特征仍表明該巖石富硅和堿。Al2O3的含量較高(13.93%～14.16%，平均值為14.08%)，鋁飽和指數(shù)A/CNK介于0.99～1.00之間，均小于1.1。巖石同樣具有較低的MgO(0.04%～0.05%)、CaO(0.04%～0.05%)、FeOT(0.45%～0.53%)、TiO2(0.01%)和P2O5(0.02%)含量。里特曼指數(shù)(σ)均值為3.01，同樣屬于鈣堿性巖系。以上特征表明趙井溝天河石化花崗巖和鈉長(zhǎng)石化花崗巖均具有富硅、堿(以鈉為主)和鋁，貧鎂、鈣、鐵、鈦和磷的特征。

兩種巖石共計(jì)12個(gè)樣品投點(diǎn)分布比較集中。在SiO2-(K2O+Na2O)侵入巖分類圖解(TAS)(圖5)中，所有樣品投點(diǎn)均落在花崗巖區(qū)域；在A/CNK-A/NK判別圖解(圖6a)中，可以看到樣品投點(diǎn)集中在準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)巖石區(qū)域。在SiO2-K2O圖解(圖6b)上，樣品投點(diǎn)落入高鉀鈣堿性巖系列范圍。天河石化花崗巖分異指數(shù)(DI)平均值為98.54，鈉長(zhǎng)石化花崗巖(DI)平均值為98.78，高于世界花崗巖分異指數(shù)(DI)83.93，說明趙井溝鉭鈮礦花崗質(zhì)巖漿演化徹底(劉春明, 2018)。

圖5 趙井溝鉭鈮礦床天河石化花崗巖和鈉長(zhǎng)石化花崗巖SiO2-(Na2O+K2O)圖解(據(jù)Middlemost, 1994)Ir-Irvine分界線，上方為堿性，下方為亞堿性Fig.5 Diagram of SiO2 vs. (Na2O+K2O) for amazonitization granite and albitization granite in the Zhaojinggou Ta-Nb deposit (after Middlemost, 1994)Ir-Irvine, the dividing line is alkaline above and subalkaline below

圖6 趙井溝鉭鈮礦床天河石化花崗巖、鈉長(zhǎng)石化花崗巖A/CNK-A/NK(a,據(jù)Maniar and Piccoli, 1989)和SiO2-K2O(b,據(jù)Rickwood, 1989)圖解Fig.6 Diagrams of A/CNK vs. A/NK (a, after Maniar and Piccoli, 1989) and SiO2 vs. K2O (b, after Rickwood, 1989) for amazonitization granite and albitization granite in the Zhaojinggou Ta-Nb deposit

天河石化花崗巖樣品稀土元素總量(∑REE)介于28.06×10-6～53.14×10-6之間，均值為39.32×10-6，含量較低且變化范圍不大(表2)。總體表現(xiàn)為輕稀土(18.26×10-6～40.60×10-6)富集，重稀土(8.87×10-6～20.12×10-6)虧損，(La/Yb)N值介于在0.69～1.87之間，輕、重稀土分餾(LREE/HREE=1.64～4.58)不明顯。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線上(圖7a)，具有明顯“V”字形銪負(fù)異常(δEu=0.02～0.12)，δCe為1.10～3.59，大于1，具有鈰正異常。鈉長(zhǎng)石化花崗巖樣品稀土元素總量(∑REE)介于28.41×10-6～94.72×10-6之間，均值為71.72×10-6(表2)，略高于天河石化花崗巖稀土元素總量。同樣顯示出輕稀土(15.58×10-6～61.32×10-6)富集，重稀土(11.10×10-6～33.40×10-6)虧損，(La/Yb)N值介于在0.16～1.98之間，輕、重稀土分餾(LREE/HREE=1.21～2.78)不明顯。稀土配分曲線樣式相近，總體表現(xiàn)為輕稀土和重稀土相對(duì)于中稀土的富集，且呈現(xiàn)出似M型的“四分組效應(yīng)”。δEu=0.02～0.10， 小于1， 從球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素曲線中可以看出(圖7a)，具有強(qiáng)烈的銪負(fù)異常，δCe為1.16～1.89，大于1，具有鈰正異常。銪負(fù)異常，暗示巖漿演化早期具有斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶或者源區(qū)殘留有斜長(zhǎng)石(晁溫馨等, 2017)。鈰正異常，表明成巖過程中具有較強(qiáng)的氧化環(huán)境或?qū)υ磪^(qū)高Ce含量的繼承(Sunetal., 2019)。

表2 趙井溝鉭鈮礦床天河石化花崗巖、鈉長(zhǎng)石化花崗巖地球化學(xué)分析結(jié)果(主量元素：wt%；微量和稀土元素：×10-6)

圖7 趙井溝鉭鈮礦床天河石化花崗巖和鈉長(zhǎng)石化花崗巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布型式圖(a)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)Fig.7 Chondrite-normalized REE distribution patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element spidergrams (b) of amazonitization granite and albitization granite in the Zhaojinggou Ta-Nb deposit (normalization values after Sun and McDonough, 1989)

內(nèi)蒙古趙井溝多金屬礦床，富含鈮、鉭、銣等多種稀有元素(孫艷, 2013)。在微量元素蛛網(wǎng)圖(圖7b)中可以看出，天河石化花崗巖和鈉長(zhǎng)石化花崗巖均富集Rb、Th、U、Nb、Ta、Hf；強(qiáng)烈虧損大離子親石元素(LILE)Ba、Sr和高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)P、Ti，以上地球化學(xué)數(shù)據(jù)顯示了典型的地殼特征(吳歡歡, 2020)。Sr虧損表明巖漿可能經(jīng)歷過長(zhǎng)石的分離結(jié)晶，Ti與P的虧損表明可能發(fā)生過磷灰石和鈦鐵礦的分離結(jié)晶(魯顯松等, 2019; 喬建峰, 2018)。天河石化花崗巖Nb、Ta原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值NbN=142.4～191.3、TaN=601.2～758.5；鈉長(zhǎng)石化花崗巖Nb、Ta原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值NbN=114.8～142.5、TaN=702.4～835.6；Nb、Ta均顯著富集，為高Nb-Ta富堿花崗巖。天河石化花崗巖Nb2O5+Ta2O5含量在0.035%～0.047%之間，鈉長(zhǎng)石化花崗巖Nb2O5+Ta2O5含量在0.030%～0.037%之間，已經(jīng)達(dá)到了中國(guó)鈮鉭礦的0.020%的工業(yè)品位。天河石化花崗巖基性相容組分Co(0.12×10-6～0.17×10-6)、Ni(0.88×10-6～1.20×10-6)、Cr(2.22×10-6～2.83×10-6)和鈉長(zhǎng)石化花崗巖基性相容組分Co(0.24×10-6～0.31×10-6)、Ni(1.19×10-6～1.45×10-6)、Cr(2.83×10-6～3.47×10-6)含量都比較低。

4.3 Lu-Hf同位素特征

鋯石具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，很高的Hf同位素封閉溫度，即使經(jīng)歷了麻粒巖相等高級(jí)變質(zhì)作用也能很好地保留初始Hf同位素組成，因此鋯石中的Lu-Hf同位素非常適合于巖石成因研究。本文在鋯石U-Pb測(cè)年的基礎(chǔ)上，參照CL圖像，對(duì)天河石化花崗巖和鈉長(zhǎng)石化花崗巖鋯石進(jìn)行了微區(qū)Lu-Hf同位素測(cè)試分析，分析結(jié)果如表3所示。前者176Yb/177Hf值范圍為0.077501～0.233621、176Lu/177Hf值范圍為0.002186～0.006035、176Hf/177Hf值范圍為0.282419～0.282501；后者176Yb/177Hf值范圍為0.036839～0.140813、176Lu/177Hf值范圍為0.001096～0.003356、176Hf/177Hf值范圍為0.282417～0.282464。兩者的εHf(t)值分別介于-10.91～-8.17和-10.98～-9.19之間，在εHf(t)-t圖解(圖8)上，數(shù)據(jù)點(diǎn)均投影在球粒隕石演化線下方區(qū)域，εHf(t)值為負(fù)值，表明巖漿源區(qū)為下地殼。εHf(t)數(shù)據(jù)部分位于1.8Ga地殼演化線上方，表明有少量幔源組分的加入，但仍以殼源組分為主(賴小東, 2013; 吳歡歡, 2020)。fLu/Hf值分別介于-0.93～-0.82和-0.97～-0.90之間，均小于鎂鐵質(zhì)下地殼fLu/Hf=-0.34值和硅鋁質(zhì)地殼fLu/Hf=-0.72值(Amelinetal., 1999)，因此兩階段模式年齡更能反映源區(qū)物質(zhì)在地殼中的存留年齡。天河石化花崗巖和鈉長(zhǎng)石化花崗巖巖漿鋯石的兩階段模式年齡tDM2分別為1689～1867Ma、1762～1871Ma，遠(yuǎn)大于其結(jié)晶年齡，表明該區(qū)在古元古代-中元古代時(shí)期發(fā)生過強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，致使下地殼發(fā)生部分熔融而形成巖漿。

表3 趙井溝鉭鈮礦床天河石化花崗巖與鈉長(zhǎng)石化花崗巖鋯石Lu-Hf同位素分析計(jì)算結(jié)果

圖8 趙井溝鉭鈮礦床天河石化花崗巖和鈉長(zhǎng)石化花崗巖εHf(t)-t圖解(據(jù)Yang et al., 2006)Fig.8 Diagram of εHf(t) vs. t of amazonitization granite and albitization granite in the Zhaojinggou Ta-Nb deposit (after Yang et al., 2006)

5 討論

5.1 成巖時(shí)代

5.2 巖漿源區(qū)

趙井溝天河石化花崗巖與鈉長(zhǎng)石化花崗巖常量元素富硅、堿，貧Ca、Mg；微量元素富Rb、Th、U、Nb、Ta、Hf，貧Ba、Sr、P、Ti等，REE球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線呈“V”字形分布，負(fù)Eu異常明顯。在花崗巖ACF(圖9a)和Ce-Rb(圖9b)圖解中，樣品點(diǎn)具有S型花崗巖變化趨勢(shì)。研究區(qū)兩種巖石的Nb/Ta值分別為4.12～4.57、2.84～3.01，遠(yuǎn)低于原始地幔比值(Nb/Ta=17.5)(Jochumetal., 1997; McDonough and Sun, 1995)，相對(duì)來說，更接近大陸地殼Nb/Ta(Nb/Ta=10～14)(Taylor and McLennan, 1985)比值。巖石的Rb/Sr(82.41～315.2；90.21～113.9)比值較高，均顯示Ba的負(fù)異常，暗示其源巖應(yīng)為陸殼物質(zhì)(Sunetal., 2019)。固結(jié)指數(shù)(SI：0.37～0.47；0.38～0.48)遠(yuǎn)小于幔源巖漿物質(zhì)的固結(jié)指數(shù)(SI：40)(李勝虎, 2015)，同樣表明了趙井溝鉭鈮稀有金屬花崗巖的成巖成礦物質(zhì)主要來源于地殼。

圖9 趙井溝鉭鈮礦床天河石化花崗巖和鈉長(zhǎng)石化花崗巖ACF圖解(a,據(jù)Nakada and Takahashi, 1979)和Ce-Rb圖解(b,據(jù)Grebennikov, 2014)Fig.9 Diagrams of ACF (a, after Nakada and Takahashi, 1979) and Ce vs. Rb (b, after Grebennikov, 2014) of amazonitization granite and albitization granite in the Zhaojinggou Ta-Nb deposit

趙井溝天河石化花崗巖(Nb：101.5×10-6～136.4×10-6；Ta：24.65×10-6～31.10×10-6)與鈉長(zhǎng)石化花崗巖(Nb：81.86×10-6～101.6×10-6；Ta：28.80×10-6～34.26×10-6)鈮鉭含量明顯高于地殼鈮鉭豐度(Nb：20.00×10-6；Ta：2.40×10-6)(毛朝霞等, 2016)。天河石化花崗巖和鈉長(zhǎng)石化花崗巖鋯石的兩階段模式年齡tDM2分別為1689～1867Ma和1762～1871Ma，為中元古代-古元古代，該時(shí)期研究區(qū)的地層主要發(fā)育有渣爾泰山群，前人對(duì)渣爾泰山群的各組巖性進(jìn)行了微量元素的分析，結(jié)果顯示劉鴻灣組中二云母石英片巖的Nb含量最高可達(dá)20.6×10-6，Ta含量最高可達(dá)5.42×10-6(趙帥, 2010)。S型花崗巖的源區(qū)通常為變沉積巖，在以實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)為基礎(chǔ)建立的判別源區(qū)巖性性質(zhì)的(K2O+Na2O)/FeO+MgO+TiO2-K2O+Na2O+FeO+MgO+TiO2(圖10)圖解中，巖石樣品點(diǎn)均位于長(zhǎng)英質(zhì)泥巖區(qū)域，因此推測(cè)趙井溝鉭鈮礦的源區(qū)可能是長(zhǎng)英質(zhì)泥巖經(jīng)變質(zhì)作用而形成的渣爾泰山群(劉鴻灣組二云母石英片巖)。趙井溝鉭鈮礦床與其北西方向150km左右的著名的白云鄂博REE-Nb-Fe礦床，兩者在中元古代時(shí)期都是賦存在華北陸邊緣的裂陷槽內(nèi)。該時(shí)期，白云鄂博REE-Nb-Fe礦床在區(qū)域上出露的地層主要為白云鄂博群和渣爾泰山群，裂陷槽發(fā)育中期，在寬溝水下隆起北側(cè)盆地形成了與海相化學(xué)沉積有關(guān)的赤鐵礦體(北礦)，寬溝水下隆起南側(cè)受同生斷裂控制的次級(jí)盆地內(nèi)發(fā)生了強(qiáng)烈的堿性火山噴發(fā)，于1683～1692Ma形成熱水沉積的白云巖型鐵-稀土礦體(層)(邵和明和張履橋, 2001; 賴小東, 2013)。由于研究區(qū)距離白云鄂博REE-Nb-Fe礦床較近，據(jù)此推測(cè)，成礦巖漿源區(qū)有高鈮鉭等成礦物質(zhì)的白云鄂博群的參與。

圖10 趙井溝鉭鈮礦床天河石化花崗巖和鈉長(zhǎng)石化花崗巖(Na2O+K2O)/(FeO+MgO+TiO2)-(Na2O+K2O+FeO+MgO+TiO2)圖解(據(jù)Patio Douce, 1999)Fig.10 Diagram of (Na2O+K2O)/(FeO+MgO+TiO2) vs. (Na2O+K2O+FeO+MgO+TiO2) of amazonitization granite and albitization granite in the Zhaojinggou Ta-Nb deposit (after Patio Douce, 1999)

趙振華等(2008)對(duì)鉭鈮的地球化學(xué)問題進(jìn)行研究表明，高演化花崗巖，其Nb/Ta比值明顯低于球粒隕石(<10)，易形成鉭鈮礦床。趙井溝天河石化花崗巖與鈉長(zhǎng)石化花崗巖分異指數(shù)(DI：98.29～98.70；98.61～99.02)、Rb/Sr(82.41～315.2；90.21～113.9)和Rb/Ba(109.7～242.8；28.80～35.52)的值較高，而固結(jié)指數(shù)(SI：0.37～0.47；0.38～0.48)、Nb/Ta(4.12～4.57；2.84～3.01)和Zr/Hf(5.75～6.16；7.25～7.58)的值較低，證明了其巖漿經(jīng)歷了強(qiáng)烈的分異演化。研究區(qū)在元古代發(fā)生過地殼增生(吳福元等, 1999; Yangetal., 2006)；古生代時(shí)期，研究區(qū)受到亞洲洋殼向華北克拉通北緣多期次俯沖作用(聶鳳軍等, 2013)和中生代的板內(nèi)造山作用、多期次伸展變形作用以及玄武質(zhì)巖漿高位底侵(陳志廣等, 2012)的影響，使得白云鄂博群和渣爾泰山群地層發(fā)生部分熔融，產(chǎn)生含鉭鈮的酸性巖漿，巖漿侵入構(gòu)造裂隙時(shí)經(jīng)過分異演化形成不同規(guī)模的花崗巖類侵入體，這一階段鉭鈮礦化較弱，不能夠形成具有工業(yè)開采價(jià)值的礦體(聶鳳軍等, 2013; 吳歡歡, 2020)；吳歡歡(2002)認(rèn)為趙井溝鉭鈮礦成礦的直接巖漿來源是虎頭山巖體的母巖漿，其巖體中似偉晶巖殼的鉭鈮含量是堿長(zhǎng)花崗巖的2～4倍，這就說明在巖漿結(jié)晶的晚期熔體的粘度發(fā)生了明顯的降低，而影響熔體粘度的主要因素有熔體本身、壓力、溫度和揮發(fā)組分。由于趙井溝天河石化花崗巖與鈉長(zhǎng)石化花崗巖具有較高的Si含量，并且在巖漿上升侵位的過程中，溫度和壓力是不斷降低的，均不利于降低巖漿的粘度，因此揮發(fā)組分則作為影響熔體粘度的最主要因素。隨著殘余巖漿向上繼續(xù)運(yùn)移，結(jié)晶分異作用能夠使不相容的鉭和鈮、鈉質(zhì)、揮發(fā)組分(Li、F元素等)和H2O含量等不斷增加。F、Li等元素和H2O含量的增加能夠降低花崗質(zhì)巖漿體系的固相線溫度，延長(zhǎng)結(jié)晶的時(shí)間(Manning, 1981)；同時(shí)，能夠降低巖漿粘稠度，提升鉭和鈮等稀有金屬元素的絡(luò)合作用(李勝虎, 2015; Thomas and Davidson, 2013; Xiongetal., 1999)；另外，F(xiàn)和Li等元素在巖漿分異演化的晚期可以增加體系中的非橋氧數(shù)(Horngetal., 1999)，進(jìn)一步使鉭、鈮等元素的金屬陽(yáng)離子在硅酸鹽熔體中的溶解度增大(Van Lichterveldeetal., 2010)；上覆圍巖所形成的封閉環(huán)境阻止了揮發(fā)組分和成礦元素的散失，為巖漿的高度分異演化提供了更有利的條件，于是在近地表的淺成環(huán)境中形成了花崗巖巖體或巖脈，含F(xiàn)元素的礦物(如云母等)的沉淀能夠使巖石發(fā)生鈉長(zhǎng)石化(Pollard, 1989)，花崗巖巖體或巖脈后經(jīng)以鈉長(zhǎng)石化為主各種蝕變作用，破壞了鉭鈮絡(luò)合物，從而使鉭鈮及其它稀有元素富集成礦(柴華和武景龍, 2013)。

5.3 構(gòu)造背景

華北克拉通北緣的烏拉山-大青山成礦帶，是燕山-陰山板內(nèi)造山帶的重要組成部分。作為世界上最為古老的克拉通之一，華北克拉通有著復(fù)雜的地質(zhì)演化歷史。華北克拉通在太古代末期經(jīng)歷了克拉通化(李江海等, 2000; 劉建忠等, 1998; 錢祥麟, 1996)，以太古宙的微陸塊拼合在一起形成華北古陸(白瑾和戴鳳巖, 1994)和隨后的變質(zhì)作用、殼熔花崗巖、蓋層沉積為標(biāo)志(翟明國(guó), 2011)。第一期克拉通化基本完成后，在古元古代發(fā)生了高級(jí)變質(zhì)作用(劉正宏等, 2017; 翟明國(guó), 2011)，以麻粒巖相-高級(jí)角閃巖相的結(jié)晶基底巖石和陸內(nèi)裂谷盆地、裂陷槽以及伴生的斜長(zhǎng)巖-奧長(zhǎng)環(huán)斑花崗巖等非造山巖漿組合的發(fā)現(xiàn)為標(biāo)志(Zhaietal., 2003; 趙太平等, 2004a, b)，最終完成了克拉通化，并形成了現(xiàn)今的基本構(gòu)造格局(翟明國(guó), 2011)。中元古代后，華北進(jìn)入板塊的演化階段(翟明國(guó), 2006, 2008)。古生代時(shí)期，研究區(qū)經(jīng)歷了古亞洲洋的演化過程(趙越等, 2010)，古生代末，華北克拉通與蒙古島弧體沿著索倫縫合帶碰撞拼合(Wang and Mo, 1995; Yin and Nie, 1996)，其北緣由匯聚板塊邊緣轉(zhuǎn)變?yōu)榘鍍?nèi)環(huán)境(Davis, 2001)。自中生代以來，研究區(qū)形成了構(gòu)造樣式十分復(fù)雜的板內(nèi)造山帶，其地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)可分為印支期地殼構(gòu)造變形(劉正宏, 2003a; 閻國(guó)翰等, 2000)和燕山期地殼構(gòu)造變形兩期(徐仲元等, 2001; 劉江等, 2014)。印支-燕山期擠壓逆沖變形作用是由于研究區(qū)處于西伯利亞板塊向南不斷地運(yùn)移的大地構(gòu)造背景下形成的(王瑜, 1994)。隨著地殼在逆沖推覆擠壓作用下不斷地加厚和隆升，早白堊世末期，地殼在重力的作用下由南北向的擠壓變形體制轉(zhuǎn)變?yōu)槟媳毕虻纳煺棺冃误w制,形成呼和浩特變質(zhì)核雜巖(王新社等, 2002)。南部構(gòu)造帶發(fā)生由北向南的伸展變形，早白堊世的呼包盆地(呼和浩特-包頭拉伸斷陷盆地)就是該階段構(gòu)造作用的結(jié)果。北部構(gòu)造帶發(fā)生由南向北的伸展變形，形成了早白堊世的固陽(yáng)盆地和一些大型的伸展滑覆斷層(劉正宏等, 2002)。另外，在中國(guó)東部和蒙古中東部廣泛發(fā)育的晚中生代伸展穹隆構(gòu)造體制、伸展盆地和變質(zhì)核雜巖(林偉等, 2013)，表明研究區(qū)的伸展作用可能也受到了中國(guó)東部伸展構(gòu)造背景的影響。一些學(xué)者對(duì)研究區(qū)晚中生代的構(gòu)造變形時(shí)間的限定進(jìn)行了大量的年代學(xué)的分析測(cè)試，Guoetal.(2012a, b)對(duì)韌性剪切帶中不同變形程度的花崗巖進(jìn)行了鋯石 U-Pb定年，提出伸展構(gòu)造于148～140Ma啟動(dòng)，并且獲得未發(fā)生韌性變形花崗巖的年齡為132Ma，表明在此之后主要以脆韌性變形為主；Mengetal.(2014) 對(duì)呼和浩特以北花崗巖年代學(xué)的研究中，認(rèn)為140～132Ma期間大青山地區(qū)地殼由擠壓變形體制向伸展變形體制轉(zhuǎn)變；Davis and Darby (2010)在蘑菇窯子附近測(cè)得逆沖推覆構(gòu)造最年輕玄武巖的40Ar/39Ar年齡為132.6±2.35Ma，暗示在此之前大青山逆沖推覆構(gòu)造處于活動(dòng)狀態(tài)；同時(shí)對(duì)伸展剪切帶和上部盆地中的變質(zhì)核雜巖進(jìn)行單礦物40Ar/39Ar定年(Davisetal., 2002; Davis and Darby, 2010)，認(rèn)為127～120Ma為大青山地殼伸展階段。Wangetal.(2012)對(duì)大青山地區(qū)變質(zhì)核雜巖進(jìn)行鋯石U-Pb數(shù)據(jù)測(cè)試，結(jié)果顯示地殼伸展的峰值時(shí)間為130～120Ma。綜上所述，大青山地區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈的拉張伸展作用的時(shí)間大致為130Ma之后。本次工作測(cè)定的天河石化花崗巖、鈉長(zhǎng)石化花崗巖的巖漿和熱液鋯石U-Pb年齡略滯后于前人所厘定的地殼伸展時(shí)間，說明地殼發(fā)生伸展作用是巖漿的侵入活動(dòng)開始的主要原因。

趙井溝鉭鈮礦床成礦年齡(鈉長(zhǎng)石化花崗巖中熱液鋯石加權(quán)平均年齡為118.9±1.8Ma；天河石化花崗巖巖漿鋯石年齡為116±2Ma，熱液鋯石加權(quán)平均年齡結(jié)果為112.8±2.2Ma)為早白堊世末期。高分異的花崗巖雖然受到了后期巖漿-熱液的改造，但兩種巖石10000Ga/Al比值介于4.27～5.80之間，均高于A型花崗巖質(zhì)巖石的下限值2.6，與非造山板內(nèi)伸展的構(gòu)造環(huán)境相吻合。在Rb-(Y+Nb)(圖11a)和Ta-Yb(圖11b)構(gòu)造環(huán)境判別圖解中，本次研究的所有樣品點(diǎn)均落入板內(nèi)環(huán)境中，這與中生代時(shí)期研究區(qū)遠(yuǎn)離各大板塊邊緣，具有板內(nèi)變形的特征相符合(杜菊民等, 2009)；在R1-R2圖解(圖12)中，所有樣品點(diǎn)集中分布在非造山的花崗巖區(qū)域，符合研究區(qū)的花崗巖形成于非造山的板內(nèi)拉張伸展的構(gòu)造環(huán)境。

圖11 趙井溝鉭鈮礦床天河石化花崗巖和鈉長(zhǎng)石化花崗巖Rb-(Y+Nb)(a)和Ta-Yb(b)圖解(據(jù)Pearce et al., 1984)Fig.11 Diagrams of Rb vs. (Y+Nb) (a) and Ta vs. Yb (b) of amazonitization granite and albitization granite in the Zhaojinggou Ta-Nb deposit (after Pearce et al., 1984)

圖12 趙井溝鉭鈮礦床天河石化花崗巖和鈉長(zhǎng)石化花崗巖R1-R2圖解(據(jù)Batchelor and Bowden, 1985)Fig.12 Diagram of R1 vs. R2 of amazonitization granite and albitization granite in the Zhaojinggou Ta-Nb deposit (after Batchelor and Bowden, 1985)

5.4 成礦作用

有關(guān)稀有金屬鉭鈮元素的富集機(jī)制及其礦床的成因一直以來存在著較大的爭(zhēng)議，概括起來可分為巖漿結(jié)晶分異學(xué)說(Raimbaultetal., 1995; Kovalenkoetal., 1995; Zhuetal., 2001)、熱液交代作用學(xué)說(Beusetal., 1962; Kempeetal., 1999)和混合成因?qū)W說(王汾連等, 2012; Sheardetal., 2012)。聶鳳軍等(2013)認(rèn)為趙井溝鈮鉭礦床是伸展構(gòu)造背景下與海西期構(gòu)造巖漿活動(dòng)相關(guān)的富鈉質(zhì)鈣-堿性巖漿經(jīng)多階段結(jié)晶分異作用而形成的，為過鋁質(zhì)花崗巖型稀有金屬礦床；柴華和武景龍(2013)認(rèn)為趙井溝鈮鉭礦體是由殼源巖漿直接分異演化，后經(jīng)各種蝕變作用而形成的；黃從俊等(2013)認(rèn)為趙井溝賦礦圍巖和燕山期高鉀鈣堿性I型含礦花崗巖漿為礦床提供了基本的成礦物質(zhì)基礎(chǔ)，從地層、巖漿巖和構(gòu)造多方面將其成因類型歸結(jié)為中低溫巖漿熱液脈型鈮鉭礦床；李志丹等(2019)對(duì)趙井溝鈮鉭礦的主要成礦礦物獨(dú)居石和造巖礦物黑云母分別進(jìn)行U-Pb和40Ar/39Ar定年，認(rèn)為趙井溝鈮鉭礦未受到晚期熱液的影響，為燕山期構(gòu)造-巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物；吳歡歡(2020)對(duì)趙井溝巖脈和虎頭山巖體進(jìn)行研究，結(jié)果認(rèn)為其具有同源巖漿，且趙井溝鈮鉭礦床的富集與成礦主要發(fā)生在巖漿階段，同時(shí)受巖漿期后熱液的作用發(fā)生了進(jìn)一步蝕變和礦化。Weietal.(2020)認(rèn)為趙井溝礦床中的鈮鐵礦是由高度演化的過鋁質(zhì)花崗巖漿結(jié)晶而成，鈮鐵礦中鉭的富集歸因于巖漿-熱液過渡階段富鉭富氟硅酸鹽熔體對(duì)鈮鐵礦的置換。

趙井溝鉭鈮礦含礦巖石地球化學(xué)特征既表現(xiàn)出巖漿結(jié)晶分異的特征，同時(shí)又具有熱液交代的證據(jù)。據(jù)Mn、Nb和Ta等礦物特殊的性質(zhì)，趙井溝地區(qū)似偉晶巖殼-含天河石鈉長(zhǎng)花崗巖-天河石化花崗偉晶巖，鈮鉭鐵礦的Mn/(Mn+Fe)比值和Ta/(Ta+Nb)比值是逐漸升高的(吳歡歡, 2020)，表明鈮鉭礦化符合巖漿結(jié)晶分異演化；天河石化花崗巖和鈉長(zhǎng)石化花崗巖稀土元素都呈現(xiàn)出似M型的“四分組效應(yīng)”，說明巖漿上升侵位時(shí)或侵位后遭受過熱液流體的作用(趙振華等, 1992)；大量數(shù)據(jù)顯示與流體相互作用的花崗巖樣品的鈮鉭比值小于5，因此將鈮鉭比值接近5作為過鋁質(zhì)花崗巖巖漿-熱液轉(zhuǎn)變的標(biāo)志(Ballouardetal., 2016)。天河石化花崗巖、鈉長(zhǎng)石化花崗巖Nb/Ta值分別介于4.12～4.57、2.84～3.01之間，反映該礦化巖體經(jīng)歷了巖漿-熱液的轉(zhuǎn)換階段。

趙井溝鉭鈮礦礦區(qū)內(nèi)發(fā)育鈉長(zhǎng)石化花崗巖、天河石化花崗巖及天河石化偉晶巖；礦化呈浸染狀和條帶狀分布在礦化巖體內(nèi)，并構(gòu)成囊狀、透鏡狀、脈狀和似層狀礦體，并未觀察到巖體和礦體之間有明顯的界限。礦化巖體均存在不同程度的蝕變，蝕變作用主要為鈉長(zhǎng)石化和天河石化。其中鈉長(zhǎng)石化作用較強(qiáng)烈，分布范圍較廣，多呈帶狀、面狀；天河石化多呈帶狀，形成含天河石鈉長(zhǎng)花崗巖或天河石化花崗偉晶巖。

根據(jù)上述趙井溝鈮鉭礦野外地質(zhì)特征及巖石地球化學(xué)特征，推測(cè)其成礦作用如下。在早白堊世晚期，地殼在重力的作用下由南北向的擠壓變形體制轉(zhuǎn)變?yōu)槟媳毕虻纳煺棺冃误w制，研究區(qū)伸展地殼較薄，地幔上涌導(dǎo)致玄武質(zhì)巖漿高位底侵，使中元古代富含鈮鉭的渣爾泰山群和白云鄂博群部分熔融，由于其中的灰?guī)r等海相地層富含Li、F、Cl、H2O等，因此巖漿中揮發(fā)組分含量較高。巖漿中富含揮發(fā)分降低了巖漿的粘度，使巖漿發(fā)生多階段結(jié)晶分異作用。由于受在巖漿中的空間位置、溫度和壓力等多因素影響，巖漿中揮發(fā)組分呈不均一分布，導(dǎo)致巖漿結(jié)晶時(shí)間的不一致性。礦區(qū)內(nèi)結(jié)晶較早的為虎頭山堿長(zhǎng)花崗巖(126±1Ma)(吳歡歡, 2020)；在局部揮發(fā)組分較高的區(qū)域，由于溫度的降低，形成固液混合狀態(tài)，即早期結(jié)晶的礦物-熔體-汽水熱液共存狀態(tài)，并發(fā)生了巖漿自交代作用—鈉長(zhǎng)石化，形成鈉長(zhǎng)石化花崗巖(118.9±1.8Ma)，伴隨有鈮鉭礦化。由于鈉長(zhǎng)石化改變了流體的成分，進(jìn)而使鈮鉭等礦物在鈉長(zhǎng)石化之處沉淀析出(王汾連等, 2012)，因此鈉長(zhǎng)石化的強(qiáng)弱與Nb、Ta元素的富集呈正比例關(guān)系，所以鈉長(zhǎng)石化可作為尋找鈮鉭等稀有金屬礦床的可靠的直接標(biāo)志；在巖漿演化的晚期階段，富含Nb、Ta和Rb的熱液在局部進(jìn)一步富集，并發(fā)生了第二次巖漿自交代作用—天河石化，形成條帶狀天河石化花崗巖及天河石化偉晶巖(112.8±2.2Ma)。天河石化可作為鈮鉭等稀有金屬礦床的重要找礦標(biāo)志(柴華和武景龍, 2013; 黃從俊等, 2013)。天河石化花崗巖、鈉長(zhǎng)石化花崗巖的Rb2O平均含量分別為0.14%和0.06%，已達(dá)到Rb2O邊界品位；且天河石化花崗巖(Rb：614.0×10-6～665.0×10-6)比鈉長(zhǎng)石化花崗巖(Rb：258.0×10-6～295.0×10-6)的Rb含量明顯的高，其對(duì)應(yīng)的(Nb+Ta)含量遵循正比例的變化規(guī)律。綜上，較高的Rb含量其本身一方面可作為銣礦進(jìn)行綜合利用，另一方面也可以指示巖體 Nb、Ta的含礦潛力。

綜上，在燕山晚期板內(nèi)伸展的構(gòu)造背景下，地殼減壓及玄武質(zhì)巖漿的高位底侵渣爾泰山群、白云鄂博群部分熔融而形成的富含鈮鉭巖漿，巖漿在F、Cl等揮發(fā)組分的作用下發(fā)生結(jié)晶分異作用使鈮、鉭等成礦物質(zhì)初步富集，并在巖漿晚期先后發(fā)生了以鈉長(zhǎng)石化、天河石化為代表的兩期自交代作用及Nb、Ta的礦化作用下而形成趙井溝鉭鈮多金屬稀有礦床，該礦床為巖漿結(jié)晶分異-熱液自交代作用混合成因。

6 結(jié)論

(1)對(duì)天河石化花崗巖和鈉長(zhǎng)石化花崗巖的巖漿鋯石、熱液鋯石進(jìn)行U-Pb定年結(jié)果顯示，鈉長(zhǎng)石化花崗巖中熱液鋯石加權(quán)平均年齡為118.9±1.8Ma；天河石化花崗巖巖漿鋯石年齡為116±2Ma，熱液鋯石加權(quán)平均年齡結(jié)果為112.8±2.2Ma；熱液鋯石年齡略晚于巖漿鋯石，說明熱液鋯石是在巖漿演化最后的熔體-流體相互作用階段中結(jié)晶的，巖漿上升侵位和熱液流體活動(dòng)均是發(fā)生在燕山晚期(早白堊世晚期)。

(2)巖石地球化學(xué)特征顯示巖石富硅、堿(以鈉為主)和鋁，貧鎂、鈣、鐵、鈦和磷，微量元素均富集Rb、Th、U、Nb、Ta、Hf；強(qiáng)烈虧損大離子親石元素(LILE)Ba、Sr和高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)P、Ti，相對(duì)富集輕稀土元素，虧損重稀土元素，且具有強(qiáng)烈的Eu負(fù)異常的特征，為S型花崗巖。稀土元素呈現(xiàn)似M型“四分組”效應(yīng)，Nb/Ta小于5，礦化巖體中發(fā)育以鈉長(zhǎng)石化、天河石化為主的蝕變，表明礦化巖體經(jīng)歷了巖漿-熱液的轉(zhuǎn)換階段，并發(fā)生了以鈉長(zhǎng)石化、天河石化蝕變?yōu)榇淼膸r漿自交代作用。

(3)趙井溝天河石化花崗巖和鈉長(zhǎng)石化花崗巖tDM2分別介于1689～1867Ma和1762～1871Ma之間，暗示富含Nb、Ta的中元古代渣爾泰山群、白云鄂博群為其巖漿源巖或提供了成礦物質(zhì)。

(4)趙井溝鉭鈮多金屬稀有礦床是在燕山晚期伸展的構(gòu)造背景下，玄武質(zhì)巖漿高位底侵富鈮鉭地殼造成減壓部分熔融而形成巖漿，巖漿在F、Cl等揮發(fā)組分的作用下發(fā)生結(jié)晶分異作用使鈮、鉭等成礦物質(zhì)初步富集，并在巖漿晚期氣熱溶液自交代作用進(jìn)一步富集成礦，礦床為巖漿結(jié)晶分異-熱液自交代作用混合成因。

致謝感謝北京燕都中實(shí)測(cè)試技術(shù)有限公司、廊坊市宇能(宇恒)礦巖技術(shù)服務(wù)有限公司和吉林大學(xué)自然資源部東北亞礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在測(cè)試過程中提供的幫助。感謝內(nèi)蒙古地質(zhì)調(diào)查研究院在野外地質(zhì)調(diào)查與采樣過程中提供的支持。感謝匿名審稿專家和本刊編輯對(duì)本文提出的建設(shè)性建議。