摘要
西南天山分布着一条重要的碱性侵入岩与稀有稀散金属成矿带，带内岩体的研究程度不高。本文以喀拉多维岩体为例，通过锆石 U-Pb年代学和元素地球化学研究等方法，揭示了区内碱性岩地质特征、成岩时代、岩石成因、形成环境及其地质意义。同时，本文对区内稀有稀土以及有色金属矿勘探也有一定的借鉴意义。研究结果表明，喀拉多维岩体为碱质不饱和的富碱性酸性侵入岩，总稀土元素含量较高，∑REE为 164.14×10-6 ~483.23×10-6 ，平均值为283.05×10-6 ；高场强元素（HFSE）相对于大离子亲石元素（LILE）具有明显的富集，显著亏损Sr、P、Ti元素，具有明显的负Eu异常。稀土元素球粒陨石标准化图解呈现轻微右倾的海鸥式形态，轻稀土较重稀土元素富集。岩体是源区物质在部分熔融过程中，具有特定微量元素组成的岩浆经过分异形成的。岩体的LA-ICP-MS U-Pb同位素年龄为（277±1.6） Ma，这一时期，西南天山地区发生大规模岩浆事件；该岩体应属于塔里木大火成岩省（TLIP）晚期岩浆作用产物。从其产生的构造背景来看，其属于同碰撞阶段后造山阶段的过渡性产物，且发育于板内环境。岩体与围岩接触带的矽卡岩 Nb、 Ce、W、Sn、Au相对富集，在南疆地区两大板块缝合带，寻找这种与基性—超基性岩和碱性岩组合相关的稀有稀土及Au多金属矿具有较好的前景。
Abstract
There is an important alkaline intrusive rock and REE metallogenic belt distributed in the southwestern Tianshan. The research of the plutons in the belt is weak. Taking the Karadovi pluton as an example, this paper reveals the geological characteristics, diagenetic age, petrogenesis, formation environment and geological significance of the alkaline rocks in the area through methods such as zircon U-Pb geochronology and elemental geochemistry research. At the same time, this paper also has certain reference significance for the exploration of rare earth and non-ferrous metal minerals in the area. The research results show that the Karadovi pluton is an alkali-unsaturated alkaline-rich acidic intrusive rock. The total rare earth element content is relatively high, with ∑REE ranging from 164.14×10-6 to 483.23×10-6 , and the average value is 283.05×10-6 . High-field-strength elements (HFSE) are significantly enriched relative to large-ion lithophile elements (LILE), with significant depletion of Sr, P, and Ti elements, and obvious negative Eu anomalies. The chondrite-normalized REE diagram shows a slightly right-inclined seagull-like shape, with light rare earth elements more enriched than heavy rare earth elements. The pluton was formed by the differentiation of magma with specific trace-element compositions formed during the partial melting of source-area materials. The LA-ICP-MS U-Pb isotopic age of the pluton is (277±1.6) Ma. During this period, large-scale magmatic events occurred in the Southwestern Tianshan region; this pluton should belong to the product of the late magmatic activity of the Tarim Large Igneous Province (TLIP). From the perspective of its tectonic setting, it is a transitional product of the post-syn-collision stage to the orogenic stage and develops in an intra-plate environment. The skarn in the contact zone between the pluton and the surrounding rocks is relatively enriched in Nb, Ce, W, Sn, and Au. In the suture zone of the two major plates in southern Xinjiang, there is good prospecting potential for finding rare earth and Au polymetallic minerals related to the combination of mafic-ultramafic rocks and alkaline rocks.
Keywords
0 引言
塔里木盆地北缘和南天山板块南缘所夹持的西南天山地区近年来的找矿成果多体现在以火烧云（余元军等，2023；肖鸿等，2024）、乌拉根（刘增仁等，2014；方维萱等，2020）和萨热克（方维萱等， 2018；贾润幸和方维萱，2024）等为代表的砂岩型铅锌铜矿以及以波孜果尔（刘春花等，2014；孙政浩等，2021）、巴什苏洪（蔡厚安等，2021，2022）为代表的铌钽稀有金属矿床的发现。虽取得一定的突破，但相对于东天山地区，其进展和成果略显不足。究其原因，基础地质认识水平和找矿方向的选择成为找矿突破的瓶颈。中国西北塔里木盆地晚古生代以来经历了强烈的岩浆作用和成矿作用（黄河， 2013；邹思远，2016），具有代表性的岩浆活动是塔里木大火成岩省（TLIP）的形成，形成年代为晚石炭世 — 早二叠世（徐义刚等，2013，2017；Xu et al.， 2014）。研究晚古生代岩浆活动的性质及其构造背景具有重要的理论和现实意义。波孜果尔、巴什苏洪稀有稀土矿的发现（刘春花等，2014；孙政浩等， 2021；蔡厚安等，2021，2022；王寿成等，2023），为南疆地区岩石-构造格架的重新认识和找矿方向的转变提供了基础和依据。
本文对喀拉多维岩体的研究为进一步了解区域上碱性岩带特征、成因及形成地质环境提供依据，对区内稀有稀土以及有色金属矿勘探有一定的借鉴意义。
1 地质背景
中亚造山带南缘（图1a）的天山造山带内分布着一条碱性岩带，是中国重要的稀有稀土矿产地 （邹天人和李庆昌，2006）。区域上，由阿图什北沿乌恰大断裂往东至阿合奇、乌什、拜城一线，存在着一条深大断裂，这条断裂带也大体为西南天山造山带和塔里木板块北缘边缘断坳带的分界线。这为起源于地球深部的碱性岩浆上升提供了通道，同时也可以解释，碱性岩带在空间上呈带状展布，并和深大断裂保持一致。喀拉多维岩体就位于该碱性岩带内（图1b），地处克州哈拉峻乡谢依提村北东约 30 km。从大地构造背景来看，喀拉多维岩体位于西南天山造山带与塔里木地块的结合部位（图1b），从元古代至今经历了一系列复杂的演化（董连慧等，2010）。喀拉多维岩体的就位体现了晚古生代时期的独特大地构造背景。
岩体接触地层主要为下二叠统巴立克立克组 （P1b）灰岩、泥岩和砂岩，多为侵入接触，接触带多发生矽卡岩化和角岩化。接触变质带向东延伸（图1c），暗示其深部可能有变大且和塔木岩体连片的趋势。研究区内构造以北东向、近东西向断裂为主，均为喀拉铁克断裂带的次级断裂，其中近东西向断裂的形成早于北东向断裂。区内岩体主要为花岗斑岩、石英斑岩，北部侵入于二叠系巴立克立克组 （P1b）中。喀拉多维岩体岩性单一，以钾长花岗岩为主（图2），未见明显的后期脉体穿插。岩体节理发育，局部可见暗色细脉体（蔡厚安等，2022）。
图1中亚造山带构造示意图与西天山造山带位置（a，据Yakubchuk，2004修改），西天山造山带地质图（b，据Gao et al.，2011 修改）和喀拉多维地区侵入岩分布图（c，据Huang et al.，2012修改）
1—前寒武纪地层；2—早古生代地层；3—晚古生代地层；4—中生代地层；5—古近系—新近系；6—第四系；7—超镁铁质—镁铁质侵入体；8— 蛇绿混杂岩；9—蛇纹岩；10—榴辉岩；11—辉长岩/辉绿岩；12—花岗岩类；13—高温低压岩石；14—绿片岩和蓝片岩；15—榴辉岩/蓝片岩；16— 大理岩；17—雪峰；18—走滑断层；19—逆冲推覆构造；20—产状；21—寒武系；22—奥陶系；23—志留系；24—泥盆系；25—石炭系；26—二叠系；27—碱长花岗岩；28—基性—超基性杂岩体；29—新生代沉积物；30—断层；31—年龄样采样位置
图2喀拉多维地区综合地质图（a）和P6勘探线剖面图（b）
1—全新统洪冲积物；2—上更新统西域组砾岩、砂砾岩；3—苏维依组砾岩、砂砾岩；4—下二叠统巴立克立克组灰岩、泥灰质粉砂岩；5—闪长玢岩；6—黑云母花岗岩；7—石英正长斑岩；8—石英正长斑岩脉；9—整合接触界线；10—角度不整合接触界线；11—断层；12—原生晕综合异常； 13—钻孔；14—勘探线及编号；15—Nb2O5矿体；16—断层破碎带；17—矽卡岩化；18—逆断层；19—年龄样采样位置
2 岩体地质特征
研究区内出露的岩体主要为一套黑云母花岗岩、花岗斑岩和石英正长斑岩岩性组合，喀拉多维岩体主体为一套石英正长斑岩，北部侵入于二叠系巴立克立克组（P1b）中，南部被全新统洪冲积物覆盖 （图2），出露面积约 2 km2，呈不规则椭圆状展布，长轴近东西向，展布规律可能受区域近东西向深大断裂构造控制（图1c）。
岩石肉红色，块状构造，似斑状结构，斑晶以 0.8 mm 居多，基质颗粒以 0.1~0.2 mm 居多。主要矿物为石英（55%），长石（20%），其次为白云母（5%），斜长石和角闪石少见或未见（图3）。副矿物种类较多，如锆石、磷灰石、独居石、褐帘石、锐钛矿等稀有稀土矿物和褐铁矿、黄铁矿、钛铁矿等金属矿物以及少量代表挥发分的萤石都在重砂成果中有所体现。
岩石中的碱质含量较高，长石主要为微斜长石至条纹长石（图3），以钾钠长石为主，其中钾长石更多。岩石中石英含量较高，表面岩石的酸性程度较高，代表其较高的分异程度。岩石在成岩后经历了较为明显的蚀变。长石大多遭受后期蚀变，表面发暗或者中间出现一些灰色的暗点，部分长石已经蚀变为云母和黏土矿物，未见或少见黑云母，多已蚀变为白云母。
图3喀拉多维花岗斑岩手标本照片（a、b）和显微镜下照片（c、d正交偏光；e、f单偏光）
Mic—微斜长石；Pth—条纹长石；Ms—白云母；Q—石英
3 样品采集与分析方法
研究区内采集了 1 件花岗斑岩同位素年龄样品，分离锆石矿物后进行制靶和抛光处理。样品制备完毕，再进行透反射镜下观察照相和阴极发光照相，镜下显示锆石常多为 80~120 μm，宽多为 80 μm （图4a），部分包含基底核，暗示在岩浆形成过程中重熔了以往形成的火成岩。最后再避开裂缝、矿物包裹体等不利因素，选择韵律环带结构清晰、代表岩浆结晶的锆石点位在西北大学大陆动力学实验室开展了LA-ICP-MSU-Pb同位素定年工作。
激光剥蚀系统为 GeoLas200M。激光剥蚀采用的斑束直径为20 μm，频率为10 Hz。采样方式为单点剥蚀，采用He作为剥蚀物质的载气。数据采集选用一个质量峰一点的跳峰方式，单点停留时间分别设定 15 ms（204Pb，206Pb，207Pb 和208Pb）和 10 ms（Th 和 U）。每测定5个样品点测定一个锆石91500和一个 NIST610。每个样品点的气体背景采集时间为 30 s，信号采集时间为 40 s。数据处理采用 GLITTER （ver 4.0）程序，年龄计算时以 91500作外标，元素含量计算时以NIST SRM 610为外标，Si作内标。各样品的加权平均年龄计算及谐和图的绘制采用Isoplot （ver 2.49）。
4 分析结果
4.1 锆石U-Pb同位素年龄
结果显示岩体侵位年龄为（277±1.6） Ma（表1，图4b），为晚古生代早二叠世。这和西南天山地区碱性岩带中的杂岩体侵位年龄 316~270 Ma 较为一致（Konopelko et al.，2007；王超等，2007；Long et al.， 2008；Gao et al.，2009；Han et al.，2010；Seltmann et al.，2011；刘博等，2013）。
图4锆石阴极发光照片（a）及谐和年龄图（b）
表1喀拉多维花岗斑岩中锆石U-Pb同位素年龄数据
4.2 主量元素
喀拉多维岩体的SiO2含量比较集中，在73.15%~74.26%变动（图5a）；Al2O3含量在12.38%~12.81%变动；Fe2O3（全铁）含量在 1.59%~2.53% 变动；（Na2O+ K2O）（全碱）含量在8.14%~8.50%变动，其中Na2O含量在 2.96%~3.48% 变化，平均值为 3.23%，K2O 含量在5.02%~5.33%变化，平均值为5.15%。
图5TAS图解（a，底图据Irvine and Baragar，1971；Middlemost，1994）、岩石系列SiO2-K2O图解（b，底图据Peccerillo and Taylor，1976；Middlemost，1985）、ACNK-ANK图解（c，底图据Maniar and Piccali，1989）和常量元素（R1-R2）判别图解（d，底图据Batchelor and Bowden，1985）
4.3 微量和稀土元素
从微量元素蛛网图可知（图6），大离子亲石元素的Ba、Sr出现了明显亏损，部分高场强元素如P也出现了明显亏损；Ti 元素也出现了明显的亏损；其余高场强元素如 Th、Nb、Ta、Zr、Hf 相对富集。样品 Nb 含量为 47×10-6~54.6×10-6，Ta 含量为 4.95×10-6~5.96×10-6，都远高于地球中 Nb、Ta 丰度值（黎彤， 1976）。Nb/Ta值在8.53~9.68变化，已经接近地壳中的Nb/Ta比值。
岩体的稀土总量为 164.139×10-6~483.23×10-6，平均值为 283.05×10-6，稀土元素含量较高。稀土配分曲线显示出明显的右倾特征，富集轻稀土，亏损重稀土。（La/Yb）N 在 4.21~12.73 变化，平均值为 7.97，显示出轻重稀土分馏；δEu 在 0.186~0.266 变化，平均值为0.243，显示出明显的负Eu异常（图6）。
5 讨论
5.1 岩石成因
从岩体的 SiO2含量来看，其属于酸性程度较高的花岗岩；然而其 8.14%~8.5% 的全碱值表明其碱度并不太高（图5a），尚未进入碱性岩石系列，属于亚碱性岩石的范畴，或者说广义的富碱性岩石系列。从 ACNK-ANK 图解来看（图5c），喀拉多维岩体的岩石属于过铝质系列，暗示其或者是起源自地壳物质熔融，或者在形成过程中存在大量的地壳物质混染或加入。
从岩体的K2O-SiO2图解来看（图5b），该岩体与区域上其他岩体（如霍什布拉克）存在钾含量的区别（杨富全等，2001），已经不再是高钾钙碱性系列，而是划分到钾玄岩系列中，其K含量偏高，究竟是由于岩浆源区差异，还是分异演化过程中造成的差别，尚未可知。
从微量和稀土元素特征来看，喀拉多维岩体具有高Si、富K花岗岩特征，富集大离子亲石元素和轻稀土元素，亏损高场强元素，与源区为古老变质沉积岩或长英质片麻岩等物质在部分熔融条件下的理论预期相符。源区中含钾矿物和轻稀土元素相对容易进入熔体，而高场强元素留在残余固相，这与部分熔融理论中矿物的选择性熔融机制一致。随着岩浆分异，早期结晶的镁铁质矿物带走部分高场强元素，使得残余岩浆中Si、K以及大离子亲石元素相对富集，这与高Si、富K花岗岩的元素组成特征一致。Sr 的亏损与岩浆结晶分异过程中大量基性斜长石的晶出有关，而 Ba 的相对 Rb 弱亏损可能与岩浆岩的高度演化有关；Ti的亏损则与岩体自身结晶分异过程中富铁矿物的较早晶出有关。La、Ce相对 Y、Yb、Lu 的富集同样显示岩浆分异演化过程中石榴石相、辉石相和角闪石相等的析出带走了大量的重稀土元素，留下轻稀土元素，从而导致轻重稀土的差异。同时，负Eu异常的存在也支持了岩浆在演化过程中经历了斜长石结晶分异的部分熔融理论，因为斜长石的结晶是导致负 Eu 异常的关键因素。
综上，喀拉多维岩体是源区物质在部分熔融过程中，形成了具有特定微量元素组成的岩浆，随后经过岩浆分异形成的。
5.2 成岩构造环境
研究区位于喀拉铁热克断裂—阿合奇断裂之间木兹都克构造过渡带。带内包含一系列断裂构造，断裂带的活动时间较长，其中以晚二叠世为活动高峰期。深大断裂的活动，使得超基性—基性岩浆以及碱性岩浆发生活动，从而引发成岩-成矿事件。研究区邻近塔北缘断裂带，区内岩体属板内型碱性岩。主要控岩控矿构造为板内深断裂带和活动陆缘拉张深断裂带。板内深断裂带为岩浆上升通道。岩浆上升后与深断裂有关的一些次一级断裂则是岩浆冷凝结晶的容矿构造。
根据花岗岩构造背景判别图（花岗岩 R1-R2系列）（图5d），喀拉多维岩体的投点集中于同碰撞花岗岩至后造山带之间的区域，表明花岗岩形成的大地构造背景属于同碰撞之后，板块拼合形成了稳定板内环境，并处于向碰撞后构造应力松弛环境的转换阶段；在构造背景判别图解上，喀拉多维花岗岩的投点都集中在板内环境（图7）。研究区位于南天山与塔里木盆地的界线处，构造位置特殊，经历了一系列演化阶段，演化后期进入板内环境，其岩浆作用与塔里木盆地二叠纪大火成岩省（TLIP）有关 （邹思远，2016），构造环境为陆内裂谷体系。
5.3 地球化学异常及矿化特征
研究区开展了 1∶2.5 万沟系次生晕化探工作，结果显示研究区 Zn、Cu、W、Sn、Nb 异常，各元素异常具三级异常浓集中心，元素异常强度大、峰值高、衬和好，异常浓集中心可作为未来勘探工作的有利地段。经异常检查，圈定3个异常带（图2a），面积最大的Ⅲ号带约 3 km2。规模最大的异常元素为 Nb，其次为Mo、Sn、W、As等。研究区内的异常元素组合包括（Be、Y）-La-（Nb、Ta）-（As、Sb）-Sn-W 和（Pb、 Ag）-（Cu、Zn）-Mo 两组，分别具有高温稀有金属和热液多金属矿组合特征；与研究区内稀有和有色多金属成矿类型相对应（蔡厚安等，2022）。
研究区 Nb、W、Sn 的赋矿地质体为岩体与围岩的接触带。勘探工作中圈定1条Nb、Ce矽卡岩矿化体和 2 条金矿化体。其中 Nb、Ce 矿化体延长超过 500 m，厚度变化较大，为8~55.83 m，Nb2O5平均品位 0.043%；Ce平均品位为364.6×10-6；金矿化体延长超过 300 m，厚 2 m 左右，品位 0.24×10-6~0.30×10-6，产于矽卡岩与凝灰岩破碎带。
5.4 地质意义
在塔里木板块北缘和南天山板块南缘夹持的木兹都克过渡带（邹天人和李庆昌，2006；董连慧等，2010），在一个东西向超过 400 km 的范围内，特殊的地质背景、有利的岩石组合、浓集的异常组合等线索，都预示着区内寻找这种与碱性岩有关的稀有稀土矿床是未来勘探工作的重点之一（蔡厚安等，2022）。
首先，研究区所属的板块缝合带中，存在一套北东东向大规模的构造组合，由深大断裂结合一系列次级小型构造组成（邹天人和李庆昌，2006；董连慧等，2010）。在该构造组合中，都出现了由北向南大规模的逆冲推覆构造，将南天山板块的古生代地层推覆到塔里木板块北缘的中新生代地层之上，推覆的规模动辄达数十千米，甚至上百千米，这些都说明了深大断裂的存在。
其次，带内特有岩石组合以及与之对应的多金属矿床的出现（赵仁夫等，2002），都表明在木兹都克过渡带曾发生过区域大规模热/成矿事件，将幔源物质通过深大断裂带到过渡带，构成本区基性—超基性岩，或碱性岩岩石组合（图1a），进而形成与这套岩石组合相关的稀有稀土及多金属矿化形式。
第三，源区性质对于判断稀有金属成矿潜力十分关键。喀拉多维岩体稀土元素配分模式显示轻稀土相对富集、重稀土相对亏损，且具有明显的负 Eu异常，这可能暗示源区物质在部分熔融过程中经历了斜长石的分离结晶作用，而这种源区性质和部分熔融过程有利于稀土多金属矿化元素的富集和成矿。
最后，喀拉多维岩体为晚石炭世—早二叠世之间的产物。从西南天山岩石圈演化可知，碱性岩带所处的位置即西南天山造山带和塔里木板块北缘边缘断坳带的接触转化带处，这一部位在早二叠世正处于碰撞期后的应力松弛阶段，并发生陆内裂谷作用，有利于稀有以及有色金属矿的就位。
综上，巴什苏洪、喀拉多维、霍什布拉克、古尔拉勒的稀有稀土矿化的发现，表明在南疆地区两大板块缝合带，寻找这种与基性—超基性岩、碱性岩组合相关的稀有稀土矿，是具有广阔前景的；盆山转化地段中，在两大板块夹持的过渡位置，寻找与碱性岩相关的稀有及多金属矿床潜力较大。
6 结论
（1）喀拉多维岩体的主要岩性为花岗岩，其表现为一种经历了较高程度分异演化的花岗岩；岩石中全碱含量较高，但尚未达到严格意义上碱性岩的范畴，是一种碱质不饱和的富碱性酸性侵入岩。
（2）喀拉多维岩体地球化学特征为稀土元素和 HFSE 富集；负 Ba、Sr、P、Ti和 Eu 异常。稀土元素整体表现平缓、轻微右倾、呈海鸥式分布模式，轻稀土较重稀土元素轻微富集。岩体是源区物质在部分熔融过程中，形成的具有特定微量元素组成的岩浆经过分异形成的。
（3）岩体LA-ICP-MS U-Pb同位素年龄为（277± 1.6） Ma，属于 TLIP 晚期岩浆作用产物；从其产生的构造背景来看，属于同碰撞阶段后造山阶段的过渡性产物，发育于板内环境，属于软流圈物质上涌所诱发的陆内裂谷体系。
（4）岩体与围岩接触带的矽卡岩Nb、Ce、W、Sn、 Au 相对富集，在南疆地区两大板块缝合带，寻找与基性—超基性岩或碱性岩组合相关的稀有及 Au多金属矿具有较好的前景。
致谢 感谢两位匿名审稿老师对文章提出的建设性意见。谨将此文献给北京矿产地质研究院成立70周年。
