阿尔金卡尔恰尔超大型萤石矿带成因：来自年代学、稀土元素和Sr-Nd同位素的约束
赵辛敏1，高永宝1,2，燕洲泉1，张江伟1，王博3，金谋顺1
1 自然资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室，中国地质调查局西安地质调查中心
2 中国地质调查局西安矿产资源调查中心
3 中化地质矿山总局地质研究院
作者简介：赵辛敏，工程师，从事矿床学与区域成矿规律研究。
近年来，新疆阿尔金卡尔恰尔一带不断取得萤石找矿重大突破，先后发现了卡尔恰尔、小白河沟、库木塔什、拉依旦北、盖吉克、皮亚孜达坂等多处大中型规模以上矿床，形成一条超大型萤石成矿带，其中卡尔恰尔萤石矿的矿物量（CaF2）达到2249万t，为超大型规模。改变了中国萤石矿的分布格局，已初步形成西部最重要的萤石矿产资源基地。该成矿带的矿床特征与成因引起业界高度关注！
本文以带内卡尔恰尔、小白河沟、库木塔什3处典型萤石矿床为代表，总结了矿床地质特征，开展了同位素年代学、微量元素、流体包裹体等研究。研究认为，矿带内萤石矿与肉红色碱长花岗岩关系密切，矿化主要赋存于岩体内外接触带附近，赋矿围岩主要为阿尔金岩群中的黑云斜长片麻岩、碳酸盐岩等富钙质岩系，矿体明显受北东向断裂构造控制，矿石类型主要有脉状、角砾状、块状、条带状矿石，矿物组成主要是萤石、方解石，矿床成因类型属于热液充填型。卡尔恰尔超大型萤石矿与成矿有关的碱长花岗岩成岩年龄为（455.8±2）Ma。
研究认为，该萤石矿带形成于加里东期中—晚奥陶世，为挤压造山转变成伸展构造背景下岩浆活动的产物。各矿床萤石均为热液成因，表现出同源同期成矿流体的特征，成矿环境为还原条件下的中低温环境。萤石Sr-Nd同位素组成均显示成矿物质来源于地壳，初步认为Ca可能主要来源于岩浆热液对地层的淋滤萃取，而F可能主要来源于成矿岩体碱长花岗岩。
萤石，其主要成分是氟化钙（CaF2），是重要的基础性、战略性非金属矿产资源。高端含氟材料在新能源、新材料、新一代信息技术和航空航天等领域的重要性日益凸显，中国、美国、日本、欧盟等国家都将其列为“战略性矿产”或“关键矿产”。萤石矿在中国属于优势矿产资源，大中型萤石矿床集中于东部沿海、华中和内蒙古中东部。通过近年地质工作，在中国西部新疆若羌县阿尔金地区卡尔恰尔一带萤石找矿取得重大新发现，已发现卡尔恰尔、小白河沟、库木塔什、拉依旦北、盖吉克、皮亚孜达坂等多处（超）大-中型萤石矿床，改变了中国萤石矿的分布格局，已初步形成西部最重要的萤石矿产资源基地。近年来，阿尔金高压-超高压变质带、蛇绿构造混杂岩带和岩浆岩等基础地质研究方面取得了重要进展，但与萤石矿有关的研究才刚刚起步，主要对地质特征、控矿因素、花岗岩年龄与元素地球化学特征及流体包裹体等方面做了一定研究，总体研究程度较低。目前，卡尔恰尔超大型萤石矿区花岗岩成岩时代还未见报道，成矿流体与物质来源的研究还很薄弱，制约了矿床成因的研究和下一步找矿勘查。
稀土元素的地球化学性质具有一定特殊性，如化学性质稳定，高度均一化，不易受变质作用影响等，是示踪成矿流体来源和反演热液成矿作用过程的有效手段之一。萤石是富稀土矿物，萤石中的Ca2+与稀土离子半径相似，可容纳大量稀土元素，且继承了成矿热液流体中的稀土元素配分型式，在示踪成矿流体来源与演化及矿床成因机理等方面已得到广泛应用。笔者选择阿尔金卡尔恰尔超大型萤石矿带中的卡尔恰尔、小白河沟、库木塔什3处典型萤石矿床为研究对象，简要总结其成矿特征，利用LA-ICP-MS锆石U-Pb测年确定卡尔恰尔矿区碱长花岗岩与片麻状钾长花岗岩的形成时代，通过萤石、方解石的稀土元素地球化学及萤石Sr-Nd同位素等研究，探讨成矿流体特征与成矿物质来源，为区域矿床成因研究和指导找矿提供理论依据。
研究区位于青藏高原北部边缘，地处柴达木地块与塔里木地块接合部位，大地构造位置主要处于阿尔金造山带（图1a、图1b）。区域出露地层以元古界为主，新太古界至新元古界遭受程度不一的变形变质作用改造，以中深变质岩为主（图1c）。新太古界—古元古界阿尔金岩群出露广泛，总体上呈北东向展布，该岩组岩石类型复杂，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变质岩系，主要岩性为黑云斜长片麻岩、斜长或二长变粒岩、石榴矽线黑云片麻岩、二长石英片岩夹石英岩、白云质大理岩、斜长角闪岩透镜体等。中元古界巴什库尔干岩群为一套云母石英片岩、片麻岩、变粒岩、长石石英岩夹变质中基性火山岩、火山碎屑岩的变质岩系。中元古界蓟县纪塔昔达坂岩群可分为下部碎屑岩（木孜萨依组）和上部碳酸盐岩（金雁山组）。新元古界索尔库里群为一套轻变质的碳酸盐岩、碎屑岩夹少量火山碎屑岩地层序列。另外，阿尔金西南缘发育由陆壳深俯冲形成的高压-超高压变质带，岩石的原岩形成时代多为1000～800Ma，与区域广泛分布的新元古代花岗片麻岩形成时代基本相同，均与Rodinia超大陆事件引发的全球性岩浆活动相关，而变质时代集中在504～486Ma之间，代表在～500Ma发生陆壳深俯冲-碰撞事件。
区域构造活动频繁，经历了前寒武纪多期变形变质作用的强烈改造和构造置换，以及显生宙以来多期韧性、脆性构造的相互叠加，构造形迹十分复杂。区内构造主要为断裂，褶皱因受到岩浆侵位及断裂构造的破坏，形态极不完整。区域性大断裂由北至南有卡尔恰尔-阔什断裂、盖吉勒断裂、约马克其-库兰勒格断裂、阿尔金南缘断裂（图1c）。围绕区域深大断裂广泛分布次级断裂，主要以北东-近东西向为主。卡尔恰尔-阔什断裂呈北东东向，东西向延伸大于70km，呈明显带状，是一个长期活动的断裂，该断裂不仅是早期地质构造单元（阿尔金杂岩和中新元古界隆起带）之间的分界线，还对早古生代中酸性侵入岩体的分布有控制作用，卡尔恰尔超大型萤石矿、小白河沟萤石矿即与该断裂及其派生的众多次级断裂关系密切。盖吉勒断裂呈北东向，为一南倾的逆断层，与库木塔什、拉依旦北等萤石矿床的形成密切相关。约马克其-库兰勒格断裂总体为北东东向，出露长约为10km，在研究区与布拉克北、皮亚孜达坂等萤石矿床的形成关系密切。阿尔金南缘断裂呈北东东向横贯阿尔金南部，长度大于几千公里，构成阿中地块与阿南缘蛇绿混杂岩带的边界。
区域经历了多期次岩浆活动，新元古代、早古生代、中生代等均有规模不等的中酸性岩浆侵入，多沿阿尔金山呈北东向带状展布，岩石类型复杂，充分反映了造山带花岗岩类型丰富的特点（图1c）。新元古代侵入岩以花岗质片麻岩、花岗闪长质片麻岩为主，主要出露于研究区东部。早古生代侵入岩分布最为广泛，主要岩性有碱长花岗岩、二长花岗岩、黑云母花岗岩、花岗闪长岩等。区域脉岩极为发育，脉岩类型以碱长花岗岩脉、花岗伟晶岩脉为主，呈北东-北东东走向。其中碱长花岗岩脉主要分布于卡尔恰尔深大断裂南侧，在阿尔金岩群和新元古代花岗质片麻岩中尤为发育，受断裂控制明显，出露宽度普遍较窄，该脉岩与萤石矿关系密切（图1c）。花岗伟晶岩脉主要分布于卡尔恰尔深大断裂北侧，主要就位于阿尔金岩群和新元古代花岗质片麻岩中，脉体中矿物以长石和石英为主，个别含矿伟晶岩脉发育有锂辉石、绿柱石、锂云母、铌钽铁矿等稀有金属矿物。
图1 阿尔金造山带卡尔恰尔一带地质矿产图
卡尔恰尔超大型萤石矿区出露地层主要为古元古界阿尔金岩群（Pt1A），为一套角闪岩相的中深变质岩系，萤石矿化主要分布于黑云母斜长片麻岩中，矿脉延伸方向与岩层走向基本一致。矿床位于卡尔恰尔-阔什断裂南侧，该区域深大断裂派生的次一级断裂系统对萤石矿产分布有明显的控制作用，断裂呈北东-近东西向展布，沿构造裂隙大量充填萤石-方解石脉，构成区内重要的赋矿构造。矿区岩浆岩类型主要为碱长花岗岩、片麻状钾长花岗岩，岩体与围岩地层接触界限明显（图2a、图2i）。萤石矿化在空间上与碱长花岗岩关系密切，与围岩地层接触关系较明显（图2a～图2c）。矿区圈出31条萤石矿体，由众多萤石-方解石细脉构成，多为复脉型矿脉，北东-近东西向带状展布，长度为1710～4580m，平均厚度为2.36～4.68m，最大厚度为23.5m，矿体延伸稳定，连续性好，钻探验证矿脉有收敛增厚趋势，沿倾向控制最大斜深907m。矿石中矿物成分较为简单，主要是萤石、方解石，少量石英（图2d～图2h），萤石呈2阶段成矿，早阶段萤石呈白色、淡绿色，晚阶段萤石呈紫色、紫黑色，可见紫色萤石矿脉穿插白色萤石矿脉，或紫色萤石矿脉发育于白色萤石矿脉边部（图2a、图2c）。矿石呈巨晶-粗晶结构、自形-半自形-他形粒状结构、碎裂结构、糜棱结构，矿石自然类型主要有脉状、条带状、角砾状矿石（图2d～图2f）。围岩蚀变主要为碳酸盐化、钾化、硅化、高岭土化、绢云母化、绿帘石化等。矿床成因类型属于热液充填型，矿石工业类型主要是CaF2-CaCO3型，CaF2平均品位为33.9%，探明+控制+推断萤石矿石量为6631万t，矿物量（CaF2）为2249万t，达超大型规模。
a～c.萤石矿化与碱长花岗岩关系密切，与围岩界线较清晰，紫色萤石矿脉穿插或发育于白色萤石矿脉边部；d～e.脉状萤石矿化；f.角砾状萤石矿化；g～h.钻孔中萤石矿化；i.片麻状钾长花岗岩侵入于阿尔金岩群黑云斜长片麻岩中；Cal.方解石；Fl.萤石
库木塔什萤石矿区出露地层为古元古界阿尔金岩群，岩性主要是黑云斜长片麻岩，其次为大理岩。矿区断裂主要呈北北东向、北东向、近东西向，多为平移断层，并发育韧性-脆性剪切带，北东向及近东西向断裂控制着区内岩脉的发育和展布。矿区内出露的侵入岩主要有碱长花岗岩、片麻状钾长花岗岩，碱长花岗岩脉与萤石矿脉关系十分密切（图3a、图3b），脉岩和矿脉均受断裂控制明显。矿区共圈出14条萤石矿化体，多呈北东向，倾向北北西，倾角为40°～70°，地表出露长为50～980m，宽为0.3～3.6m。矿石自然类型主要有脉状、角砾状（图3c～图3i），矿石中矿物成分较为简单，主要是萤石、方解石，另发育较多磷灰石，包括绿色柱状氟磷灰石和草黄色粒状铈磷灰石（图3e）。矿石具粗晶结构、自形-半自形-他形粒状结构、碎裂结构。矿石工业类型主要为CaF2-CaCO3型，CaF2平均品位为25%。围岩蚀变较为发育，主要为碳酸盐化、钾化、绢云母化、高岭土化等。矿床成因属热液充填型。
a～b.萤石矿化与碱长花岗岩关系密切；c～f.脉状萤石矿化及其矿物组成；g～i.角砾状萤石矿化及其矿物组成；Cal.方解石；Fl.萤石；Ap.磷灰石
小白河沟萤石矿区出露地层为古元古界阿尔金岩群，萤石矿化赋存在黑云斜长片麻岩中。矿区出露的侵入岩主要为碱长花岗岩，其与萤石矿脉关系密切（图4a～图4b）。矿区构造以近东西向为主。矿区圈定两条萤石矿化带，南侧矿化带长约为2.5km，宽约为0.4km，走向北东东；北侧矿化带宽约0.4为km，长约为1.7km，走向近东西。萤石矿体走向近东西，倾向北，倾角为30°～40°，该矿床特点是发育高品位矿石，CaF2品位大于50%，局部可达90%以上。矿石类型主要为块状矿石、纹层状矿石（图4c～图4f），矿石中矿物主要为萤石，局部发育方解石和少量石英；萤石呈白色、绿色、紫色、紫黑色等。矿石具粗晶结构、自形-半自形-他形粒状结构。矿石工业类型主要是CaF2型、CaF2-CaCO3型。围岩蚀变主要为碳酸盐化、钾化、绢云母化、高岭土化等。
a～b.萤石矿化与碱长花岗岩关系密切；c.纹层状萤石矿石；d～f.块状萤石矿石
用于锆石U-Pb年龄测试的样品经人工破碎后分选出锆石单矿物，制靶后进行阴极发光及透反射照相，根据图像选测试点位并进行合理数据解释。锆石U-Pb测年在自然资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室进行。激光剥蚀系统为GeoLasPro，ICP-MS为Agilent7700x，每时间分析数据包括大约40s的样品信号和10s的空白信号，激光剥蚀采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度。数据分析采用软件Glitter4.4完成，详细测试过程和仪器参数可参考李艳广等（2015）。锆石U-Pb年龄谐和图采用Isoplot/Ex_ver3软件绘制。
包含萤石、方解石矿物的矿石样品经过人工破碎后在双目镜下挑纯，挑纯出的小颗粒放入玛瑙研钵中，充分研磨至200目以下呈粉末状用于稀土元素实验测试分析。测试实验在自然资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室完成，萤石、方解石的稀土元素分析测试采用ICP-MS电感耦合等离子体质谱法，检测下限n×10-13～n×10-12，检测误差小于10%。
Rb-Sr、Sm-Nd同位素组成测试在自然资源部中南矿产资源监督检测中心完成。采用热电离质谱仪TRITON分析Rb、Sr、Sm、Nd同位素组成，同位素稀释法计算Rb、Sr、Sm、Nd含量及Sr同位素比值。Nd、Sr同位素比值分析中质量分馏分别采用146Nd/144Nd=0.7219，88Sr/86Sr=8.37521进行幂定律校正。整个分析过程用GBW04411、GBW04419、BCR-2和NBS987、GSW标准物质分别对全流程和仪器进行质量监控。NBS987的87Sr/86Sr测定值为0.71028±1，GBW04411测定值分别为Rb=249.8×10-6、Sr=159.3×10-6和87Sr/86Sr=0.76005±2，与其推荐值在误差范围内一致。全流程Nd、Sm、Sr、Rb空白分别小于9×10-10g、3×10-10g、3×10-9g和4×10-10g。
卡尔恰尔矿区与成矿相关的碱长花岗岩样品中锆石以自形粒状为主，粒径多为50～150µm，阴极发光图像揭示大部分锆石具有清晰的岩浆韵律环带（图5a）。锆石U含量为233×10-6～1095×10-6，Th含量为100×10-6～462×10-6，Th/U值为0.2～0.62，平均为0.45，显示出岩浆锆石的特点（表1）。22个分析点投影于谐和线上及附近，206Pb/238U加权平均年龄为（455.8±2）Ma，代表了岩浆结晶年龄，表明其形成于中—晚奥陶世（图5b）。
表1 卡尔恰尔萤石矿区碱长花岗岩的锆石LA-ICP-MSU-Pb分析结果表
图5 卡尔恰尔萤石矿区碱长花岗岩的锆石CL图（a）和U-Pb年龄图（b）
卡尔恰尔矿区片麻状钾长花岗岩样品中锆石以自形粒状为主，颗粒较大，粒径多为60～200µm，阴极发光图像揭示大部分锆石具有清晰的岩浆韵律环带（图6a）。片麻状钾长花岗岩中锆石的U含量为90×10-6～765×10-6，Th含量为24×10-6～270×10-6，Th/U值为0.33～1.76，平均为0.27，显示出岩浆锆石的特点（表2）。16个分析点投影于谐和线上及附近，206Pb/238U加权平均年龄为（914.5±4.1）Ma，代表了岩浆结晶年龄，表明其形成于新元古代早期（图6b）。
表2 卡尔恰尔萤石矿区片麻状钾长花岗岩的锆石LA-ICP-MSU-Pb分析结果表
图6 卡尔恰尔萤石矿区片麻状钾长花岗岩的锆石CL图（a）和U-Pb年龄图（b）
卡尔恰尔矿床萤石的ΣREE值为39.4×10-6～57.19×10-6，LREE/HREE值为3.20～3.91，（La/Yb）N值为2.97～4.41，δEu值为0.39～0.42。小白河沟矿床萤石ΣREE值为44.73×10-6～65.79×10-6，LREE/HREE值为2.99～3.61，（La/Yb）N值为2.57～3.59，δEu值为0.38～0.44。库木塔什矿床萤石ΣREE值为41.5×10-6～81.01×10-6，LREE/HREE值为6.5～8.53，（La/Yb）N值为11.6～13.55，δEu值为0.46～0.55（表3）。
卡尔恰尔矿床方解石ΣREE值为365×10-6～490×10-6，LREE/HREE值为8.48～10.49，（La/Yb）N值为6.93～9.68，δEu值为0.4。小白河沟矿床方解石ΣREE值为451×10-6～822×10-6，LREE/HREE值为8.89～10.88，（La/Yb）N值为7.59～9.86，δEu值为0.37～0.39。库木塔什矿床方解石ΣREE值为354×10-6～368×10-6，LREE/HREE值为9.49～11.04，（La/Yb）N值为8.62～11.35，δEu值为0.35～0.38（表3）。
表3卡尔恰尔（KE）、小白河沟（XB）、库木塔什（KM）矿床的萤石、方解石稀土元素组成表（10-6）
卡尔恰尔矿区6件萤石的Rb含量为0.03×10-6～0.06×10-6，Sr含量为340×10-6～343×10-6，Sm含量为1.77×10-6～1.83×10-6，Nd含量为6.40×10-6～6.82×10-6，87Rb/86Sr值为0.00029～0.00046，87Sr/86Sr值为0.71005～0.71009，147Sm/144Nd值为0.1626～0.1682，143Nd/144Nd值为0.511917～0.512040（表4）。
表4 卡尔恰尔（KE）、小白河沟（XB）、库木塔什（KM）矿床的萤石Sr-Nd同位素组成表
小白河沟矿区5件萤石的Rb含量为0.13×10-6～0.26×10-6，Sr含量为264×10-6～399×10-6，Sm含量为2.60×10-6～3.94×10-6，Nd含量为9.36×10-6～14.15×10-6，87Rb/86Sr值为0.00118～0.00287，87Sr/86Sr值为0.71015～0.71036，147Sm/144Nd值为0.1659～0.1696，143Nd/144Nd值为0.511919～0.512062（表4）。
库木塔什矿区3件萤石的Rb含量为0.02×10-6～1.3×10-6，Sr含量为199×10-6～261×10-6，Sm含量为1.29×10-6～1.32×10-6，Nd含量为3.88×10-6～3.94×10-6，87Rb/86Sr值为0.00025～0.01878，87Sr/86Sr值为0.70950～0.70955，147Sm/144Nd值为0.2002～0.2044，143Nd/144Nd值为0.512044～0.512071（表4）。
本次研究工作对卡尔恰尔超大型萤石矿区碱长花岗岩进行LA-ICP-MS锆石U-Pb定年，获得成岩年龄为（455.8±2）Ma，表明其形成于中—晚奥陶世。一般岩浆热液型萤石矿的成矿时代稍晚于成矿岩体形成时代，卡尔恰尔一带各萤石矿区均见发育有肉红色碱长花岗岩脉体，萤石矿化主要赋存于岩体内外接触带附近，常见萤石-方解石细脉穿插于碱长花岗岩脉体中，碱长花岗岩因强烈热液活动而发育碳酸盐化、萤石化、硅化、绢云母化等矿化蚀变。同时库木塔什萤石矿的研究显示，该矿区碱长花岗岩体属高氟岩体[w（F）＞0.1%]，成岩年龄为（450±2.7）Ma（高永宝等，2021），与萤石共生的磷灰石LA-ICP-MSU-Pb年龄为（448±27）Ma（待见刊），均表明该区碱长花岗岩与萤石成矿具有密切的时空、成因关系。
区域上，阿尔金西南缘发育大规模早古生代岩浆岩，均为阿中地块与柴达木地块之间洋-陆转换过程中岩浆活动的产物。区域超高压变质岩研究表明，峰期变质时代集中于504～486Ma，退变质作用时代为～450Ma。卡尔恰尔周边邻近的花岗岩研究显示，帕夏拉依档沟一带二长花岗岩锆石U-Pb年龄为（460±4）Ma、正长花岗岩锆石U-Pb年龄为（455±3.6）Ma，形成于挤压体制向拉张体制转换的构造环境，清水泉一带花岗质岩石锆石U-Pb年龄为（451±4）Ma，形成于伸展构造背景，而镁铁-超镁铁质侵入体（465Ma）暗示此时碰撞造山已转入伸展阶段。上述研究均表明，中—晚奥陶世阿中地块和柴达木地块由挤压造山转变成伸展构造背景，卡尔恰尔超大型萤石矿带正是该时期岩浆活动的产物。另外，区域上发育大规模形成于早—中奥陶世碰撞造山阶段的伟晶岩脉群，如吐格曼锂铍稀有金属矿床的成矿黑云母二长花岗岩锆石U-Pb年龄为475～482Ma，含矿伟晶岩脉中铌钽铁矿U-Pb年龄为（472±8）Ma、锡石U-Pb年龄为（468±8.7）Ma。综上，早古生代加里东期是区域萤石矿、锂铍稀有金属矿的重要成矿期，萤石成矿稍晚于锂铍稀有金属矿。
卡尔恰尔超大型萤石矿区片麻状钾长花岗岩获得LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为（914.5±4.1）Ma，表明其形成于新元古代早期。区域上，阿尔金西南缘已发现多处新元古代花岗（片麻）岩，可能与～900MaRodinia超大陆事件引发的全球性岩浆活动相关，在空间分布上自西向东有江尕勒萨依、库如克萨依、清水泉、肖鲁布拉克、亚干布阳等地区花岗（片麻）岩呈带状分布，构成了一条与Rodinia超大陆汇聚相关的花岗岩带，正是这次构造事件使阿中地块和柴达木地块固结，该类同碰撞型花岗质片麻岩年龄大多为870～945Ma，卡尔恰尔萤石矿区的片麻状钾长花岗岩即为Rodinia超大陆汇聚引发的岩浆活动的产物。
卡尔恰尔、小白河沟、库木塔什矿床萤石、方解石稀土元素特征表明，萤石、方解石的稀土元素配分曲线特征与碱长花岗岩、地层变质杂岩（黑云斜长片麻岩）较相似，均表现为右倾的LREE富集型，具有明显的负Eu异常特征（图7），表明萤石、方解石的稀土可能继承了岩体、地层的稀土配分模式。相比较，库木塔什矿区的萤石矿物具有更高的轻重稀土分馏程度。研究表明，萤石形成过程中REE含量的分布与结晶作用所处阶段有关，一般结晶早阶段的萤石富集LREE，而结晶晚阶段萤石富集HREE，卡尔恰尔、小白河沟、库木塔什矿床中萤石均表现为明显的LREE富集型，可知其均形成于结晶作用的早阶段。
碱长花岗岩与黑云母斜长片麻岩数据引自高永宝等（2021）与吴益平等（2021）
Moller等（1976）在全球150多个萤石矿床研究基础上提出Tb/La-Tb/Ca双变量关系图解，用以判别萤石的成因类型，Tb/La原子数比值可反映成矿流体中稀土元素的分馏程度，Tb/Ca原子数比值可代表萤石结晶时的化学环境，具成因指示意义；卡尔恰尔、小白河沟、库木塔什矿床的萤石样品点均落在热液成因区域（图8a），表明该区萤石矿均为岩浆热液作用的产物。Y、Ho元素由于半径、电价相近，具有相似的地球化学性质，故Y/Ho值常作为一种重要参数来示踪成矿流体作用过程，在富含F的成矿流体体系中，Y相对于Ho元素含量会较富集，两者比值一般大于28。Bau等（1995）在研究欧洲数个萤石矿床后提出La/Ho-Y/Ho关系图，可有效判别成矿流体来源，同源同期结晶的萤石Y/Ho值不变而在图上表现为直线，而不同来源的萤石Y/Ho值变化较大。卡尔恰尔、小白河沟、库木塔什矿床萤石样品在La/Ho-Y/Ho图中呈水平直线展布（图8b），且萤石样品Y/Ho值（68～105）均远大于28，表明该区萤石矿为同源同期流体成矿，成矿流体是具有相同物化性质的富含F的成矿流体。前已述及，不同矿区萤石、方解石的稀土元素配分模式具有一致性，同样是同源同期流体的反映。同时，图8中可看出卡尔恰尔、小白河沟矿床的萤石矿物Tb/La、La/Ho值相近，且与库木塔什矿床有明显区别，表明同处于卡尔恰尔断裂的卡尔恰尔、小白河沟矿床萤石的稀土分馏程度相近，而处于盖吉勒断裂的库木塔什萤石矿具有相对更高的轻重稀土分馏程度，可能反映同一成矿流体体系下不同断裂处分布的萤石矿床成矿环境略有差异。
图8 卡尔恰尔一带萤石Tb/Ca-Tb/La图与La/Ho-Y/Ho图
计算Tb/Ca原子数比采用CaF2中Ca的理论值（51.3328%）
δEu特征能记录成矿流体的氧化还原条件及温度，还原条件下形成的萤石因Eu2+具较大离子半径而不利于取代Ca2+进入到晶格中，导致Eu2+与稀土体系分离而形成Eu负异常，氧化条件下形成的萤石通常呈Eu正异常。同时强烈的Eu负异常指示沉淀时成矿流体处于中低温环境（＜250℃），而当温度超过250℃时则表现出正Eu异常。卡尔恰尔、小白河沟、库木塔什矿床中萤石、方解石的δEu＜0，表示沉淀时成矿流体处于还原条件下中低温环境。
在反映成矿物质来源的La/Yb-ΣREE关系图中（图9a），不同矿区的萤石样品均落在沉积岩、钙质泥岩区及其附近，说明成矿物质可能一部分来自围岩。在（Y+La）-Y/La关系图（图9b）中，样品均落在钙碱性花岗岩区域内，说明萤石矿在成因上确实与花岗岩的侵入有密切关系。显然，元素图解不仅展示了围岩地层对成矿物质的影响，还显示了岩浆热液对成矿作用的影响，且该区成矿碱长花岗岩体属高氟岩体[w（F）＞0.1%]，可为萤石成矿提供氟物质，萤石赋矿地层具有一定选择性，主要为阿尔金岩群中的黑云斜长片麻岩、碳酸盐岩等富钙质岩系。因此，初步认为成矿主要物质之一的Ca元素可能主要是由岩浆热液对地层的淋滤萃取而来，而F元素则可能主要来源于成矿岩体碱长花岗岩。
图9 卡尔恰尔一带萤石的La/Yb-ΣREE与（Y+La）-Y/La图解
萤石一般具有较低的Rb含量和较高的Sr含量，此次Sr、Nd同位素测试结果显示，卡尔恰尔一带萤石具有较低的Rb/Sr值，使得萤石的87Sr/86Sr组成可以直接代表成矿流体的87Sr/86Sr初始比值。卡尔恰尔矿区萤石的87Sr/86Sr值为0.71005～0.71009，小白河沟矿区萤石的87Sr/86Sr值为0.71015～0.71036，库木塔什矿区萤石的87Sr/86Sr值为0.70950～0.70955，可看出各矿区成矿流体的87Sr/86Sr值基本一致，反映了成矿流体中Sr可能同源。卡尔恰尔矿区萤石的143Nd/144Nd值为0.511917～0.512040，小白河沟矿区萤石的143Nd/144Nd值为0.511919～0.512062，库木塔什矿区萤石的143Nd/144Nd值为0.512044～0.512071，均介于上、下地壳143Nd/144Nd值（0.50071～0.51212）之间。在87Sr/86Sr-143Nd/144Nd图解中（图10），萤石样品点均落于上、下地壳之间区域，说明萤石成矿物质来源于地壳。
图10 卡尔恰尔一带萤石的87Sr/86Sr-143Nd/144Nd图解
（1）阿尔金卡尔恰尔超大型萤石矿带成矿与碱长花岗岩关系密切，萤石矿化主要赋存于岩体内外接触带附近，赋矿围岩主要为阿尔金岩群中的黑云斜长片麻岩、碳酸盐岩等富钙质岩系，矿体明显受北东向断裂构造控制，矿石类型主要有脉状、角砾状、块状、条带状矿石，矿物组成主要是萤石、方解石。
（2）卡尔恰尔超大型萤石矿区与成矿有关的碱长花岗岩成岩年龄为（455.8±2）Ma，结合前人研究，认为该萤石矿带形成于加里东期中—晚奥陶世，为挤压造山转变成伸展构造背景下岩浆活动的的产物。矿区片麻状钾长花岗岩成岩年龄为（914.5±4.1）Ma，形成于新元古代早期，与Rodinia超大陆汇聚事件有关。
（3）稀土元素特征显示，卡尔恰尔、小白河沟、库木塔什3个矿床的萤石、方解石稀土元素配分模式均为右倾的LREE富集型，具有明显负Eu异常，与成矿岩体、围岩地层十分相似，表明萤石、方解石的稀土可能继承了岩体、地层的稀土配分模式。各矿床萤石均为热液成因，表现出同源同期成矿流体的特征，成矿环境为还原条件下的中低温环境。
（4）各矿区萤石Sr-Nd同位素组成显示成矿物质来源于地壳，结合成矿特征，初步认为Ca可能主要来自于岩浆热液对地层的淋滤萃取，而F可能主要来源于成矿岩体碱长花岗岩。
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文章版权声明：本文来源 ：《西北地质》2023年第1期P31-47页 《覆盖区找矿》，版权归原作者所有，本文不代表阳光创译立场，并对文中观点保持中立，仅供各位阅读者交流参考之目的。本号所转载内容没有任何商业宣传目的，仅供交流，如有侵权，请联系主编删除（主编微信：suntrans2008），另外图片版权归原作者所有，如有侵权请联系我们，我们将会立刻删除！给您带来的不便，尽请谅解！
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