西藏仁布念扎金矿区煌斑岩成因：磷灰石U-Pb年代学和岩石地球化学制约

Apatite U-Pb Dating and Petrogeochemical Constraints on the Genesis of Lamprophyres in the Nianzha Gold Deposit in Renbu County， Tibet

摘要

仁布念扎金矿床是近年来在西藏地区新发现的大型独立岩金矿床，矿区内发育有众多煌斑岩脉，但其成因尚不清楚。基于野外地质调查，对矿区代表性煌斑岩样品进行岩相学、磷灰石U-Pb同位素测年和岩石地球化学研究，探讨了煌斑岩的岩石成因。岩相学研究表明，煌斑岩主要造岩矿物包括黑云母、斜长石和少量单斜辉石等，其中斑晶矿物主要为黑云母，基质为斜长石和少量单斜辉石，据此判断其为云斜煌斑岩。岩石TAS分类和K/（K+Na）-K/Al图解表明，岩石属钙碱性钾质系列，富集大离子亲石元素和轻稀土元素，亏损高场强元素和重稀土元素，轻重稀土分馏明显。煌斑岩磷灰石U-Pb定年下交点年龄为（19.9±1.2）Ma，显示其形成于早中新世，综合分析认为，念扎金矿区内的煌斑岩形成于早中新世印度—欧亚大陆碰撞后伸展环境，是具有大洋沉积物性质的流体交代亚洲岩石圈地幔发生部分熔融后沿区域深大断裂上涌而成，其成岩年龄明显晚于金成矿时间。

Abstract

The Renbu Nianzha gold deposit，recently identified in Tibet，represents a significant independent rock gold deposit.Numerous lamprophyre veins have been identified within the mining area.However，their origin remains ambiguous.Consequently，this study undertook a comprehensive field investigation，collecting representative lamprophyre samples from the site to explore their petrogenesis through petrographic analysis，apatite U-Pb isotope dating，and geochemical characterization.Petrographic analysis reveals that the primary rock-forming minerals in the lamprophyres are biotite，plagioclase feldspar，and minor monoclinic pyroxene.The porphyritic minerals pre dominantly consist of biotite，while the matrix is composed of plagioclase feldspar and minor monoclinic pyroxene，classifying the rocks as mica-plagioclase lamprophyres.The TAS classification and K/（K+Na）-K/Al diagram indicate that these rocks belong to the calc-alkaline potassic series.They are characterized by an enrichment in large ion lithophile elements and light rare earth elements，a deficiency in high field strength elements and heavy rare earth elements，and a pronounced fractionation between light and heavy rare earth elements.The U-Pb dating of apatite within the lamprophyres yields an age of（19.9±1.2）Ma，sug-gesting formation during the early Miocene epoch.A comprehensive analysis indicates that the lamprophyre veins in the Nianzha gold mine area originated in a post-collisional extensional setting associated with the India-Eurasia continental interaction.These lamprophyres are hypothesized to have formed through partial melting of the Asian lithospheric mantle，which had been metasomatized by fluids bearing oceanic sediment charac-teristics，and subsequently ascended along regional deep-seated faults.Notably，the diagenetic age of the lamprophyres is significantly younger than the period of gold mineralization.

Graphical abstract

关键词

煌斑岩 / 磷灰石U-Pb年代学 / 岩石地球化学 / 念扎金矿 / 西藏

Key words

lamprophyre / apatite U-Pb chronology / rock geochemistry / Nianzha gold deposit / Tibet

煌斑岩为一系列富含水、二氧化碳等挥发分的具斑状结构的暗色超基性—中性浅成岩类，常以岩墙形式产出。目前，部分煌斑岩因含金刚石或与中低温热液型金成矿联系密切（Wyman et al.，2006；Müller et al.，2018）而备受关注。此外，煌斑岩对大陆岩石圈和软流圈地幔地球化学性质以及地球深部动力学过程研究具有重要的科学意义（Guo et al.，2004；Tappe et al.，2006；Abdelfadil et al.，2013；Ulrych et al.，2014；Pandey et al.，2017），已成为大陆岩石圈和软流圈地幔地球化学性质以及地球深部动力学演化追踪的重要“探针”（刘秉翔等，2021）。

西藏念扎金矿位于日喀则市仁布县境内，为雅鲁藏布江结合带新发现的大型独立岩金矿床，矿区内产出众多煌斑岩和花岗岩脉，且煌斑岩常出露于矿化蚀变带内或其附近（张雄等，2018，2019；赵晓燕等，2021）。然而，目前关于该矿床岩石成因及其与金成矿的关系尚不清楚。为此，本研究以念扎金矿区出露的煌斑岩作为重点研究对象，通过岩相学、磷灰石U-Pb同位素测年和岩石地球化学研究，对其成岩时代、源区特征、岩浆演化过程和成因进行探讨。

1 地质背景

西藏念扎金矿区位于雅鲁藏布蛇绿混杂岩带中段仁布构造混杂岩带北亚带（雄如—勇拉蛇绿构造混杂岩带）［图1（a）］。区内出露地层较简单，主要包括三叠系宋热组第一岩性段（T₃s¹），其次为下白垩统比马组（K₁b）和第四系（Q）。其中，三叠系宋热组分布于矿区南部，面积约为35 km²，岩性以细砂和粉砂质板岩为主，偶见绢云母板岩和炭质板岩。下白垩统比马组呈残留体状分布于矿区北侧，出露不全，岩石普遍受到区域变质作用的影响，厚度变化较大，岩性主要包括生物碎屑灰岩、大理岩化灰岩、大理岩和变砂岩等。岩浆岩主要分布于矿区北部，以大面积的灰白色中—细粒石英闪长岩为主，局部可见辉绿岩和辉长岩，并发育有石英、花岗岩和煌斑岩等岩墙。其中，靠近超基性岩片的闪长岩由于遭受强烈的热液蚀变，已成为主要的含矿岩石。区内变质岩以浅变质砂岩、板岩、千枚岩和结晶灰岩等低级变质岩系为主，其原岩主要为砂岩、泥岩沉积建造，少部分为斜长角闪岩。

区内构造线主要为近EW向，且SN、NW和NE向次级构造发育［图1（b）］。其中，NW向断层破碎带为主要含矿构造（F₁、F₂、F₃和F₄），而NE向为主要破矿构造（F₆、F₇、F₈、F₉），SN向构造（F₁₀、F₁₁、F₁₂）具弱蚀变特征，偶见矿化显示。矿区南部构造活动强烈，三叠系中可见蛇纹石化辉橄岩片，具褪色蚀变和强烈的片理化特征，南部岩片则主要表现为蛇纹石化，未见明显的褪色蚀变和片理化现象。

2 样品采集与分析

本研究在念扎金矿区北侧闪长岩体内采集到适量具代表性的煌斑岩样品，其中4件样品（编号：NZ1、NZ2-1、NZ2-2和NZD07）用于岩石地球化学分析，1件样品（编号：NZ24-3）用于磷灰石U-Pb同位素测年。

岩石地球化学分析工作在中国地质调查局军民融合地质调查中心分析测试实验室完成。利用PW440/40型X-荧光分光光度计（XRF）和 PQMSICP-MS分别测定煌斑岩的主量元素、微量元素和稀土元素含量，2种方法的准确度均优于5%。煌斑岩中磷灰石单矿物的挑选和制靶工作在北京加里东能源技术开发有限公司完成，样品经过粉碎后，由人工挑选透明、晶型完好的矿物颗粒，随后制成靶。磷灰石矿物阴极发光（CL）显微图像和U-Pb同位素测试在中国地质大学（武汉）紧缺矿产资源勘查协同创新中心完成。测试过程采用美国产的ESL193nm激光剥蚀系统联合Agilent 7900型ICP-MS，采用激光剥蚀系统的激光束斑直径为50 μm，频率为10 Hz，能量密度为2 J/cm²，在流速为0.55 L/min的氦气环境下，对样品进行烧蚀，烧蚀产生的气溶胶在样品室外与流速为0.75 L/min的氩气进行混合后进入ICP-MS系统进行元素测定。使用Madagascar磷灰石标样校正²⁰⁷Pb/²³⁵U 和²⁰⁶Pb/²³⁸U（Thomson et al.，2009），SRM NIST 612磷灰石标样校正²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb，Otter Lake磷灰石标样作为监控样（Chew et al.，2011）。本研究采用the VizualAge DRS 程序还原U-Pb同位素年代学数据，绘制年龄谐和图（具体方法详见Petrus et al.，2012；Chew et al.，2014）。

3 结果分析

3.1 岩石学特征

矿区内煌斑岩呈NW（250°~300°）向脉状产出，宽度为0.2~1.6 m，呈灰色，具有斑状结构和块状构造。根据煌斑岩分布特征，可划分为3类：第1类煌斑岩分布于超基性岩片边部；第2类煌斑岩脉分布于三叠系中，呈顺层和穿层分布；第3类煌斑岩分布于闪长岩侵入体。由于第1类和第2类煌斑岩分布于矿区南侧，受构造蚀变影响明显，故本研究样品均采自闪长岩体内的第3类煌斑岩脉［图2（a）、2（b）］。

煌斑岩具有明显的斑状结构，斑晶含量为10%~15%，主要为黑云母，全自形—自形结构，黑云母斑晶长度为1.0~3.0 mm，少量黑云母呈散状分布，长度为0.5~1.0 mm。在正交偏光镜下可见波状消光，发育一组完全节理，可见节理弯曲。基质含量为85%~90%，主要为斜长石、单斜辉石和黑云母，斜长石长度一般为0.1~0.2 mm，多数为0.03~0.10 mm，少数杂乱分布长度为0.2~0.3 mm。斜长石呈半自形板状，单斜辉石呈半自形柱状［图2（c）~2（f）］。

3.2 岩石地球化学特征

3件煌斑岩样品的烧失量（LOI）为3.84%~4.96%，小于5%，1件样品（NZD07）的烧失量较大（8.09%）（表1）。煌斑岩的SiO₂含量为51.14%~52.21%（平均值为51.75%），Na₂O+K₂O含量为7.64%~8.18%（平均值为 8.03%），MgO含量为7.88%~8.20%（平均值为8.05%），Al₂O₃含量为10.84%~13.16%（平均值为12.43%），TiO₂含量为1.10%~1.26%（平均值为1.20%），Mg^#值变化范围为69~74（平均值为71）（表1）。在TAS图解［图3（a）］中，研究区煌斑岩样品主体落在钙碱性（CAL）区域内，与区域上仁布县以南煌斑岩墙相似，属钙碱性煌斑岩系列。在nK/n（K+Na）-nK/nAl相关图解［图3（b）］中，所有样品均落于钾质煌斑岩范围，因此区内煌斑岩属钙碱性钾质岩系。

煌斑岩的ΣREE含量为601×10^-6~986×10^-6、LREE/HREE比值为23.0~25.2、δCe为1.04~1.12、δEu为0.44~0.57、（La/Yb）比值为46.19~56.92。所有煌斑岩样品的球粒陨石标准化稀土元素配分曲线分布形态一致，均向右倾斜［图4（a）］，显示轻稀土元素分馏明显。所有煌斑岩样品的原始地幔标准化微量元素曲线具有一致的分布形态，整体向右倾斜，富集大离子亲石元素（如：Rb含量为376×10^-6~470×10^-6、Ba含量为2 636×10^-6~2 798×10^-6、Th含量为105×10^-6~163×10^-6、U含量为10.4×10^-6~16.6×10^-6），亏损高场强元素（如：Nb含量为18.5×10^-6~23.3×10^-6、Ta含量为1.20×10^-6~1.38×10^-6、Ti含量为6 593×10^-6~7 312×10^-6、Zr含量为520×10^-6~540×10^-6、Hf含量为11.8×10^-6~13.4×10^-6）的地球化学特征。总体上，本研究的样品与区域上已报道的甲村、仁布县南和然巴地区出露的煌斑岩具有相似的稀土、微量元素配分特征，配分曲线位于拉萨地块超钾质岩分布区内［图4（b）］。

3.3 磷灰石的U-Pb定年

（1）磷灰石形态及阴极发光结构。念扎金矿区内煌斑岩样品中磷灰石矿物形态以柱状为主，柱体长70~150 μm，宽33~38 μm，磷灰石晶体晶质较均匀（图5）。在CL阴极发光图像上，颗粒没有明显的分带，表明其为岩浆成因的磷灰石，磷灰石的U含量（1.08×10^-6~247.61×10^-6）、Th含量（0.15×10^-6~183.70×10^-6）和Pb含量（6.43×10^-6~99.79×10^-6）相对较高，能够提供可靠的磷灰石结晶年龄。

（2）磷灰石年龄。磷灰石谐和年龄数据（图5）显示，本次所获得的磷灰石年龄数据点较集中（表2），年龄跨度较小，表明磷灰石的来源和成因较单一，获取的21颗磷灰石测点的下交点年龄为（19.9±1.2）Ma，其代表了煌斑岩的结晶年龄，表明煌斑岩岩脉形成于中新世，明显晚于念扎金矿的成矿时代［（43.7±0.5）Ma］（张雄等，2018）。

4 讨论

4.1 岩浆源区的性质

研究表明，大陆地壳中K₂O含量平均值为3.4%，Na₂O平均值为3.9%，据此可知K₂O/Na₂O比值为0.872（Taylor et al.，1985）。念扎金矿区内的煌斑岩属钾质类岩石，K₂O含量为5.76%~6.63%，平均值为6.13%，Na₂O含量为1.01%~2.42%，平均值为1.9%。K₂O/Na₂O比值为1.57~4.33，平均值为2.45，远高于大陆地壳的K₂O/Na₂O比值，指示区内煌斑岩的地幔源区可能以富钾（含金云母或角闪石）矿物为主。前人研究结果显示，根据煌斑岩样品中Rb、Ba、Sr相对含量和元素间比值，可判断其母岩浆地幔源区中是否存在角闪石或金云母（Furman et al.，1999）。这是因为这些元素在金云母和角闪石矿物相中具有不同的地球化学性质， Rb和Ba元素在金云母矿物相中的分配系数均大于1.0，分别为2.48和3.68，表现为相容性（Adam et al.， 1993； LaTourrette et al.，1995），而Rb、Sr和Ba元素在角闪石矿物相中的分配系数均小于1.0，分别为0.2、0.298和0.16，表现为较低的相容性（Adam et al.，1993；LaTourrette et al.，1995）。也就是说，与含金云母相地幔源区平衡的岩浆熔体通常具有相对低的Ba含量和Ba/Rb值，而源自含角闪石相地幔源区的熔体具有相对高的Ba含量和Ba/Rb比值。如：非洲大裂谷西支的基伍火山岩、中国辽东白云金矿煌斑岩和桂中都安—马上煌斑岩等，均源自含金云母相的岩石圈地幔（Furman et al.，1999；贾宏翔等，2020；唐远兰等，2021），这些基性岩类的Rb/Sr比值均大于0.1，Ba/Rb比值均小于20。同时，实验岩石学研究证实金云母和角闪石等挥发性矿物只能存在于岩石圈地幔中（Olafsson et al.，1983）。在本次研究中，念扎金矿区内煌斑岩具有较高的Rb/Sr比值和低Ba/Rb比值，其中Rb/Sr比值为0.41~0.45，大于0.1，Ba/Rb比值为3.49~4.74，小于20［图6（a）］，与源自含金云母相岩石圈地幔的煌斑岩相应微量元素比值相似，表明矿区内煌斑岩的母岩浆源自含金云母矿物相岩石圈地幔部分熔融。

在岩石圈地幔发生部分熔融形成岩浆熔体过程中，重稀土元素Yb在橄榄石、斜方辉石、单斜辉石和尖晶石矿物相的分配系数分别为0.023、0.1、0.4和0.0045，均小于1，而在石榴石矿物相中的分配系数为6.6，表现出截然不同的地球化学特性（Johnson，1998），因此地幔中石榴石矿物对岩浆熔体中Yb含量影响较大。通常，含石榴石相地幔部分熔融生成的岩浆熔体Dy/Yb比值在2.5以上，而含尖晶石相地幔部分熔融形成的岩浆熔体Dy/Yb比值几乎保持在1.5以下（Thirlwall et al.，1994；Miller et al.，1999；贾宏翔等，2020）。

本次获得的念扎金矿区内煌斑岩样品的La/Yb比值为46.19~56.92，Dy/Yb比值为3.17~4.10，整体变化范围较小。如图6（b）所示，样品落在石榴石二辉橄榄岩相地幔部分熔融曲线范围附近，与区域上仁布以南、甲村地区煌斑岩具有相似的地幔源区，指示念扎金矿区内煌斑岩的原始母岩浆由石榴石二辉橄榄岩相地幔低程度部分熔融形成。此外，由含石榴石相地幔源区形成的熔体，其重稀土球粒陨石标准化配分曲线较陡，而来自尖晶石相地幔源区的熔体，其重稀土球粒陨石标准化配分曲线相对平坦，而轻重稀土分馏相对较弱（Miller et al.，1999）。对照研究区煌斑岩稀土配分曲线［图4（a）］呈现陡倾斜形态，且轻重稀土元素分异程度中等，据此推测，其原始岩浆源区为含金云母的石榴石相二辉橄榄岩岩石圈地幔。

4.2 地壳混染

岩石圈地幔发生部分熔融形成的初始母岩浆，沿着深大断裂上升或侵位到地壳的过程中往往会受到地壳物质的同化混染（Mohr，1987），导致岩浆主量元素组成显著改变，而本次获得的念扎金矿区内煌斑岩样品中SiO₂、Al₂O₃、K₂O和Na₂O等主量元素含量值相对集中，并未显示出很大的变化范围，说明区内煌斑岩母岩浆上升侵位过程中，并未遭受强烈的地壳混染作用。已有研究表明，原始地幔的Nb/Ta比值平均为17.8，Zr/Hf比值为36.3（Mc-Donough et al.，1995），而地壳Nb/Ta比值为12~13，Zr/Hf比值为11（Taylor et al.，1985）。本次获得念扎金矿区内煌斑岩Nb/Ta比值为16.81~17.50（均值为17.11），Zr/Hf比值为40.30~55.72（均值为47.64），与原始地幔相应元素比值接近。研究表明，煌斑岩中微量元素Nb/U比值可用于区分地壳物质对岩浆的混染作用（柴凤梅等，2007；贾丽琼等，2013；贾宏翔等，2020），其中，大洋中脊玄武岩（MORB）和洋岛玄武岩（OIB）具有一致的Nb/U比值，平均值为47±10（Hofmann et al.，1986）。上地壳中Nb元素含量为25×10^-6， U元素含量为2.8×10^-6，Nb/U比值约为8.9（Taylor et al.，1985）。全球大洋俯冲带沉积物中Nb元素平均值为8.94×10^-6，U元素含量平均值为1.68，Nb/U比值约为5.32（Plank et al.，1998），俯冲带流体具有相对较低的Nb/U比值（0.22）（Ayers，1998）。本次获得的念扎金矿区煌斑岩Nb/U比值为1.15~2.22，该Nb/U值位于俯冲带流体和全球大洋俯冲带沉积物的Nb/U比值之间，远小于上地壳的Nb/U比值，指示地壳混染作用并不强烈，可能存在俯冲带流体的加入。

4.3 流体交代

一般由于俯冲带流体交代作用，岩石圈地幔发生部分熔融形成岩浆熔体，该岩浆熔体通常富集大离子亲石元素和轻稀土元素，亏损高场强元素，同时Ta-Nb-Ti元素呈现明显的负异常特征，因此不相容元素Ta-Nb-Ti负异常可指示具有俯冲带特征的构造背景（Rock，1991），

研究区煌斑岩样品稀土元素配分图中元素Nb-Ta曲线形态呈槽型， Ti元素曲线形态呈谷型，Nb、Ta和Ti均表现为相对亏损，具有典型的Ta-Nb-Ti负异常特征［图4（b）］，暗示其岩浆源区受俯冲带流体或俯冲带沉积物熔体交代作用，即在地壳混染作用不显著的情况下，流体交代作用引起岩石圈地幔中大离子亲石元素和轻稀土元素的富集。

4.4 构造环境与成岩机制

印度—欧亚大陆自始新世开始碰撞造山，先后经历了主碰撞、同碰撞和后碰撞伸展作用（侯增谦等，2006），在后碰撞伸展作用下，雅鲁藏布缝合带南北两侧形成大量的中新世后碰撞岩浆岩，形成时代为25~10 Ma。念扎矿区南部喜马拉雅地区中新世岩浆岩脉体年龄多集中在~10 Ma。如然巴地区超钾质煌斑岩形成于~13 Ma（⁴⁰Ar-³⁹Ar法）（Liu et al.，2021），仁布以南煌斑岩墙群形成于15~11 Ma（锆石U-Pb法）（孙敏佳等，2024），甲村煌斑岩脉形成于（13.1±0.1）Ma（Jarquin et al.，2024）。本次获得的念扎金矿区煌斑岩脉形成年龄为19.9 Ma，明显早于南部喜马拉雅地区的中新世脉体形成时代，但其与雅鲁藏布江缝合带北侧中新世后碰撞岩浆岩时代相近。

关于中新世后碰撞伸展背景的机制，目前主要有3种动力学模型：一是加厚岩石圈地幔的拆沉或对流减薄（Liu et al.，2014，2017）；二是俯冲的印度大陆岩石圈板片断离或回转（Guo et al.，2019；Kelly et al.，2020）；三是印度岩石圈的撕裂或侧向拆离（Chen et al.，2015；Li et al.，2018；Bian et al.，2020；Liu et al.，2020）。以上动力学模型均可促使大陆岩石圈地幔发生部分熔融。喜马拉雅地区然巴超钾质煌斑岩和仁布以南煌斑岩群的岩浆源区为富集的印度岩石圈地幔（Liu et al.，2021；孙敏佳等，2024），而雅鲁藏布江缝合带内及其北侧的后碰撞超钾质岩类源自中—南拉萨地块岩石圈地幔（Liu et al.，2021；Jarquin et al.，2024），即印度板块的断离或回卷，软流圈上涌导致亚洲岩石圈地幔熔融。结合煌斑岩年龄和地球化学特征，认为念扎金矿区煌斑岩岩浆源区源自亚洲岩石圈地幔熔融。

综上所述，念扎金矿区煌斑岩形成于早中新世（~19.9 Ma）印度—欧亚大陆碰撞后伸展环境，是具有大洋沉积物性质的流体交代亚洲岩石圈地幔（含金云母的石榴石相二辉橄榄岩），形成富集大离子亲石元素和轻稀土元素的岩浆，沿着区内深大断裂上涌形成。

5 结论

（1）西藏仁布念扎金矿区煌斑岩脉主要由黑云母、斜长石和少量单斜辉石等矿物组成，其中黑云母为主要斑晶矿物，斜长石和少量单斜辉石为基质矿物，据此判断念扎金矿煌斑岩脉为云斜煌斑岩，岩石地球化学表明其为钙碱性钾质煌斑岩系。

（2）通过LA-ICP-MS原位测试获得煌斑岩磷灰石U-Pb下交点年龄为（19.9±1.2）Ma，证实区内煌斑岩形成于早中新世，为金成矿后的基性岩浆活动产物。

（3）念扎金矿区内煌斑岩形成于早中新世后碰撞伸展环境，其成岩母岩浆为具有大洋沉积物性质的流体交代亚洲岩石圈地幔形成。

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基金资助

中国地质调查局地质调查项目“冈底斯—藏南成矿带金矿资源潜力动态评价”(DD20220977)

西藏自治区科技计划项目“西藏特提斯演化及其能源资源效应研究”(XZ202401YD0006)