阿爾泰青河偉晶巖中電氣石成分和硼同位素對(duì)偉晶巖體系演化及其與圍巖相互作用的示蹤*

鄭貝琪 陳斌 孫楊

1. 南方科技大學(xué)地球與空間科學(xué)系，深圳 518055 2. 韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院，韶關(guān) 512005

然而，盡管隨著偉晶巖的演化，H2O在熔體中富集是必然趨勢(shì)，但卻未必發(fā)生流體出溶現(xiàn)象，因而偉晶巖與圍巖的結(jié)合處并不總是發(fā)育蝕變帶。蝕變帶通常發(fā)育在演化程度較高的偉晶巖邊緣(London，1996)，偉晶巖的圍巖蝕變帶通常僅幾米寬(Trueman and Cerny，1982)。蝕變帶的性質(zhì)取決于圍巖和偉晶巖體系的相互作用，所以偉晶巖蝕變帶直接反映了出溶流體的性質(zhì)和規(guī)模。研究表明，不同巖石類(lèi)型的圍巖影響流體遷移的速率(如流體在角閃巖中的遷移速度比在云母片巖中慢)。巖漿演化到后期流體富集不相容元素Li、Rb、Cs、B、Nb、Ta，當(dāng)流體與圍巖反應(yīng)時(shí)，可能會(huì)顯著改變圍巖礦物的某些元素組成，比如白云母的Nb/Ta(Morteani and Gaupp，1989)和黑云母K/Rb、Mg/Fe比值(Sheareretal.，1986)。在遠(yuǎn)離偉晶巖脈的方向，圍巖中黑云母、電氣石和綠泥石的Fe#均有不同程度的降低(Sheareretal.，1986)，同時(shí)白云母的Nb/Ta也逐漸降低(Morteani and Gaupp，1989)。此外，Sheareretal.(1984)發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)離偉晶巖的蝕變圍巖全巖組分中堿金屬(Li、Cs、Rb、K)和Ba顯著遞減。Nabelek(2021)通過(guò)研究美國(guó)Black Hills偉晶巖及其蝕變圍巖發(fā)現(xiàn)，含高活動(dòng)性B的出溶流體與片巖中長(zhǎng)石、黑云母、白云母和石英可以發(fā)生徹底的交代反應(yīng)，形成次生電氣石。Fuertes-Fuenteetal.(2019)通過(guò)對(duì)比研究Central Galicia地區(qū)的貧瘠型偉晶巖和Li-Sn-Ta礦化偉晶巖，發(fā)現(xiàn)二者蝕變圍巖的礦物組合具有一定的相似性(石英、黑云母和白云母)，但礦化偉晶巖蝕變帶上發(fā)育了電氣石、金紅石和富錳的鈦鐵礦?？梢?jiàn)，礦化偉晶巖和無(wú)礦偉晶巖二者的礦物組合、甚至同一種礦物的化學(xué)成分均有所不同。

偉晶巖體系流體出溶過(guò)程的硼同位素變化引起不少學(xué)者的注意(Matthewsetal.，2003; Trumbulletal., 2013; Zhouetal., 2019; Zhengetal., 2022)。作為水溶性元素，B在流體出溶過(guò)程中分異明顯，在制約流體出溶規(guī)模方面具有巨大的潛力(Trumbulletal.，2013)。電氣石是偉晶巖中常見(jiàn)的副礦物，它含B2O3高達(dá)10%，對(duì)偉晶巖體系B及其同位素行為起著決定性影響。實(shí)驗(yàn)研究表明，[B]流體/[B]電氣石=9且硼同位素在流體和電氣石之間分餾大小受控于溫度(Meyeretal.，2008)。因此，一旦獲知體系溫度，可通過(guò)電氣石硼同位素變化特征定量計(jì)算出溶流體的規(guī)模。再者，電氣石因性質(zhì)穩(wěn)定，具有豐富的元素組成，其晶格對(duì)微量元素(Li、Ta、Cs等)的容納無(wú)選擇性，僅被動(dòng)反映體系這些元素含量，故而也被廣泛應(yīng)用于示蹤巖漿-熱液演化過(guò)程(van Hinsbergetal.，2011)。如Zhaoetal.(2021a)通過(guò)研究中國(guó)華南地區(qū)一洞礦床識(shí)別出從巖漿到熱液演化5個(gè)階段的電氣石，認(rèn)為最后階段熱液與圍巖反應(yīng)促使錫石沉淀成礦。中國(guó)南嶺花崗巖型Nb-Ta礦床則發(fā)育了巖漿階段、巖漿-熱液過(guò)渡階段和熱液階段三類(lèi)電氣石，其中巖漿-熱液過(guò)渡階段中高Ta電氣石的發(fā)育表明這一階段對(duì)礦化起到了至關(guān)重要的作用(Zhaoetal.，2021c)。類(lèi)似地，電氣石特定金屬元素Li、Be、Rb、Sn含量隨巖漿演化富集，而與圍巖物質(zhì)交換無(wú)關(guān)(Hu and Jiang，2020)?？梢?jiàn)，電氣石成分可為偉晶巖演化提供有用信息。一方面，偉晶巖巖漿侵位后早期巖漿電氣石的成分直接反映了各類(lèi)元素的演化規(guī)律，而演化晚期含硼流體與圍巖相互作用產(chǎn)生電氣石化，因此蝕變帶電氣石可反映偉晶巖演化后期的關(guān)鍵信息。另一方面，通過(guò)對(duì)比研究偉晶巖及其圍巖蝕變帶的化學(xué)變化，尤其是電氣石硼同位素變化，對(duì)偉晶巖體系的出溶流體的性質(zhì)和流體出溶的規(guī)模將提供獨(dú)特的限制。

此外，偉晶巖的源區(qū)性質(zhì)和成因也是長(zhǎng)期以來(lái)爭(zhēng)論的重要科學(xué)問(wèn)題，縱觀前人研究，主要有兩種成因模型：其一，認(rèn)為偉晶巖代表花崗質(zhì)巖漿高度分異演化晚期的產(chǎn)物(Jahns and Burnham，1969；Barnesetal.，2012；Roda-Roblesetal.，2012；Hulsboschetal.，2014；London，2014)；其二，認(rèn)為偉晶巖形成于造山帶演化過(guò)程中變沉積巖低程度部分熔融作用(Henderson and Ihlen，2004；Shawetal.，2016；Fuchslochetal.，2018；Chenetal.，2020；Lvetal.，2021；Zhaoetal.，2022)。其中，多數(shù)學(xué)者基于花崗巖和偉晶巖密切的時(shí)空關(guān)系，認(rèn)為花崗巖高度結(jié)晶分異作用是形成偉晶巖的主要模式，如LCT型偉晶巖通常分布于距母體花崗巖10～15km半徑范圍以內(nèi)。但越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)，許多偉晶巖并沒(méi)有與之具有成因聯(lián)系的花崗巖相伴，如加拿大Tanco偉晶巖(Stillingetal.，2006)。此外，中國(guó)阿爾泰造山帶內(nèi)發(fā)育的可可托海3號(hào)脈超大型Li-Be-Nb-Ta-Cs-Rb-Hf礦化偉晶巖，因其形成年齡(218±2Ma；Cheetal.，2015)與鄰近阿拉爾花崗巖相似(鋯石年齡為211.4±0.8Ma；Liuetal.，2014)，最初被認(rèn)為是與阿拉爾花崗巖具有成因聯(lián)系的，但后續(xù)研究則否定了這一觀點(diǎn)。首先，二者Nd同位素組成截然不同：阿拉爾花崗巖εNd為-1.24～-0.68(Liu and Han，2019)，而3號(hào)脈偉晶巖為-3.04～-2.75(Zhuetal.，2006)；再者，通過(guò)微量元素瑞利分餾模擬計(jì)算，阿拉爾花崗巖需經(jīng)過(guò)>99%的分離結(jié)晶作用才可能形成3號(hào)脈(劉宏，2013)。近年來(lái)，更有學(xué)者通過(guò)Hf、Nd等同位素研究，先后證明了阿爾泰偉晶巖是由哈巴河群變質(zhì)沉積巖低程度部分熔融的產(chǎn)物(Chenetal.，2020；Lvetal.，2021)。但也有學(xué)者對(duì)Hf同位素鋯石載體的來(lái)源提出了質(zhì)疑，如蔣少涌等(2021)認(rèn)為已報(bào)道的某些偉晶巖鋯石蛻晶化十分明顯，并不能確定為偉晶巖巖漿鋯石，他們對(duì)柯魯木特-吉得克偉晶巖采用了鈮鉭鐵礦重新厘定其與礦區(qū)內(nèi)二云母花崗巖的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)二者具有完全一致的年齡及Hf同位素組成，并據(jù)此認(rèn)為花崗巖依然是偉晶巖的母體(王春龍等，2016)。所以，阿爾泰偉晶巖的源區(qū)和成因模型至今未有定論。由于以上兩種成因模型中，偉晶巖的源區(qū)和形成溫度壓力條件具有很大差別，偉晶巖體系的微量元素(尤其是REE)地球化學(xué)特征可能會(huì)顯著不同。因此，利用偉晶巖中某些特征礦物如電氣石的微量元素特征，可能會(huì)對(duì)偉晶巖的源區(qū)和形成條件提供重要限制(Zhengetal.，2022)。

本研究通過(guò)對(duì)阿爾泰造山帶青河偉晶巖原生電氣石，偉晶巖和圍巖水巖產(chǎn)物蝕變電氣石的主、微量元素和硼同位素特征的研究，旨在探討以下三方面問(wèn)題：(1)偉晶巖演化及其晚期出溶流體的性質(zhì)和流體出溶規(guī)模；(2)蝕變產(chǎn)物的特征及其對(duì)偉晶巖體系出溶流體的指示意義；(3)電氣石微量元素對(duì)偉晶巖源區(qū)和成因的指示意義。

1 地質(zhì)背景

阿爾泰造山帶位于中亞造山帶的西段(圖1a)，根據(jù)變質(zhì)變形作用、構(gòu)造類(lèi)型和地層將其劃分為北阿爾泰、中阿爾泰、瓊庫(kù)爾和南阿爾泰四個(gè)地體(圖1b)。其中，北阿爾泰地體位于紅山嘴-諾爾特?cái)嗔岩员保赡嗯柘岛褪肯底兓鹕綆r和變沉積巖組成；中阿爾泰地體位于紅山嘴-諾爾特?cái)嗔岩阅虾桶蛯m-庫(kù)爾提斷裂以北，由志留系-奧陶系哈巴河群厚濁積層序和火山層序、上奧陶統(tǒng)火山磨礫層和陸源碎屑層以及中-上志留統(tǒng)變質(zhì)砂巖共同組成；瓊庫(kù)爾地體位于阿巴宮-庫(kù)爾提斷裂以南，特斯巴汗斷裂以北，由泥盆系變火山巖組成；南阿爾泰地體位于特斯巴汗斷裂以南和額爾齊斯斷裂以北，由泥盆系和石炭系沉積巖組成。

圖1 中亞造山帶(CAOB)簡(jiǎn)圖(a)、阿爾泰造山帶簡(jiǎn)圖(b，據(jù)Windley et al.，2002；Yuan et al.，2007；Lv et al.，2018)及青河地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(c)I-北阿爾泰地體；II-中阿爾泰地體；III-瓊庫(kù)爾地體；IV-南阿爾泰地體. A-哈龍-青河偉晶巖稀有金屬成礦亞帶；B-加曼哈巴-大喀拉蘇偉晶巖稀有金屬成礦亞帶Fig.1 Sketch geological maps of the Central Asia Orogenic Belt (CAOB) (a), the Altay orogen(b, modified after Windley et al.，2002；Yuan et al. 2007； Lv et al.，2018)and the Qinghe (c)I-North Altay domain；II-Central Altay domain；III-Qiongkuer domain；IV-South Altay domain. A-Halong-Qinghe rare metal metallogenic subbelt; B-Jiamanhaba-Xiaokalasu rare metal metallogenic subbelt

區(qū)內(nèi)出露的地層主要為哈巴河群，為一套濱-淺海相碎屑巖建造(新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局，1993)。前人對(duì)哈巴河群片巖碎屑鋯石的U-Pb定年為470Ma，表明其沉積時(shí)代為中奧陶世-早泥盆世(袁超等，2007)。伴隨著構(gòu)造巖漿活動(dòng)，哈巴河群經(jīng)歷了不同程度的變質(zhì)作用，形成了一套復(fù)雜的變質(zhì)巖系，巖性主要為片巖、片麻巖和混合巖(Dongetal.，2018)。據(jù)前人研究，阿爾泰地區(qū)區(qū)域變質(zhì)時(shí)代大致可分為兩段：377～391Ma(Longetal.，2007；Jiangetal.，2010)和244～292Ma(Briggsetal.，2007；Wangetal.，2009；Lietal.，2014)。青河地區(qū)由南至北分布紅柱石十字石片巖、含石榴石黑云母石英片巖(張輝等，2019)，這些變質(zhì)沉積巖的變質(zhì)時(shí)代為383±9Ma(Dongetal.，2018)。此外，哈巴河群西部和中部的原巖建造中還發(fā)育黏土巖和碳酸鹽巖(Lvetal.，2021)。這些變質(zhì)巖系中發(fā)育大量古生代花崗巖。年代學(xué)結(jié)果表明，花崗巖的侵位年代主要為早-中古生代(370～463Ma)，廣泛分布于阿爾泰地區(qū)(Wangetal.，2007，2009；Caietal.，2011；Tongetal.，2012；Liuetal.，2019)。但近年來(lái)有不少晚古生代-中生代花崗巖(318～210Ma)被報(bào)道(Wangetal.，2007；Yuanetal.，2007；任寶琴等，2011；Zhangetal.，2021b)。

阿爾泰造山帶發(fā)育大約十萬(wàn)條偉晶巖脈，集中分布在中阿爾泰和瓊庫(kù)爾地體中(Lvetal.，2018)。區(qū)域內(nèi)90%以上的偉晶巖集中分布在哈龍-青河、加曼哈巴-大喀拉蘇兩個(gè)偉晶巖稀有金屬成礦亞帶(張輝等，2019)。受區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、巖漿活動(dòng)和變質(zhì)類(lèi)型影響，兩個(gè)偉晶巖成礦亞帶內(nèi)偉晶巖類(lèi)型、礦化特征和形成年代并不一致。哈龍-青河偉晶巖稀有金屬成礦亞帶位于中阿爾泰地體，青格里復(fù)背斜傾覆端，包括青河、庫(kù)威-結(jié)別特、可可托海、柯魯木特-吉得克和喀拉額爾齊斯五個(gè)偉晶巖礦田。該帶偉晶巖走向以NW310°～320°為主，NE向的次之，另有少量近EW、SN向的偉晶巖脈。偉晶巖長(zhǎng)軸與區(qū)域主構(gòu)造線方向一致，可見(jiàn)其展布明顯受區(qū)域斷裂和褶皺構(gòu)造控制。大多數(shù)偉晶巖以較大傾角(>40°)侵入到片巖或斷裂帶中(Chenetal.，2020)。

圖2 青河偉晶巖與蝕變圍巖產(chǎn)狀及對(duì)應(yīng)手標(biāo)本照片(a)偉晶巖與蝕變圍巖接觸關(guān)系及(b)蝕變圍巖分帶示意圖；偉晶巖邊緣帶(c)、過(guò)渡帶(d)和核部帶(e)；偉晶巖與圍巖接觸帶中帶狀蝕變圍巖(f)、細(xì)粒蝕變圍巖(g)和粗粒蝕變圍巖(h). Pl-斜長(zhǎng)石；Kfs-鉀長(zhǎng)石；Qtz-石英；Tur-電氣石；Ms-白云母；Bt-黑云母Fig.2 Occurences and hand specimen photographs of Qinghe pegmatite and altered wallrocks(a)photograph and(b)simplified sketch of the pegmatite and altered wallrocks； the border zone(c)； intermediate zone(d)； core zone (e)of the pegmatite dyke; andbanded altered rock(f), fine-grained altered rock(g) and coarse-grained altered rock(h)in contect belt of pegmatite and altered wall rock. Pl-plagioclase；Kfs-K-feldspar；Qtz-quartz；Tur-tourmaline；Ms-muscovite；Bt-biotite

青河偉晶巖礦田內(nèi)發(fā)育約8000條偉晶巖脈，主要形成于二疊紀(jì)-三疊紀(jì)(275.5±4.2Ma,任寶琴等，2011)，少數(shù)形成于古生代(333～385.9Ma,Lvetal.，2018)。可見(jiàn)，青河偉晶巖的形成時(shí)間顯著晚于花崗巖的侵入峰期(462.5～457.8Ma：Liuetal.，2019；350Ma：Tongetal.，2012)，但與阿爾泰造山帶的印支期變質(zhì)作用時(shí)間相吻合(Lvetal.，2018)。青河偉晶巖脈主要侵位于哈巴河群綠片巖-角閃巖相為主的變質(zhì)火山-沉積巖和部分花崗巖中。偉晶巖的侵位明顯受構(gòu)造控制，常呈透鏡狀或板狀、脈狀侵入到哈巴河群變質(zhì)沉積巖中，產(chǎn)狀多與變質(zhì)片理、大型斷裂和逆沖構(gòu)造等區(qū)域構(gòu)造線一致。青河偉晶巖主要為具有簡(jiǎn)單內(nèi)部分帶的微斜長(zhǎng)石型偉晶巖，稀有金屬礦化比較少，僅在塔拉提、拜城和阿木拉宮產(chǎn)出小型Li-Be-Nb-Ta礦床(張輝等， 2019)。

2 偉晶巖和蝕變圍巖的分帶特征

本文研究的偉晶巖脈位于新疆青河縣境內(nèi)，距青河縣城西北側(cè)15km (46°50′33.3″N、90°18′7.92″E，圖1c)。偉晶巖脈以透鏡狀侵入哈巴河群黑云母石英片巖，片巖的礦物組成為黑云母(30%～40%)、白云母(20%～25%)、石英(35%～40%)及少量原生電氣石和石榴子石(<5%)。該偉晶巖脈沒(méi)有礦化，為斜長(zhǎng)石弱分異型偉晶巖(張輝等，2019)。偉晶巖脈長(zhǎng)度約20m，最大寬度10m，走向NW305°，傾角45°，偉晶巖脈內(nèi)部有一定分帶。根據(jù)偉晶巖內(nèi)部礦物組成和結(jié)構(gòu)特征，分成邊緣帶、過(guò)渡帶和核部帶等三個(gè)帶(圖2a)，礦物組合和結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征描述如下：(1)邊緣帶(圖2c)：礦物組合電氣石(35%～40%)+石英(20%～25%)+斜長(zhǎng)石(20%～25%)+白云母(5%～10%)，礦物自形-半自形，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，見(jiàn)弱文象結(jié)構(gòu)；(2)過(guò)渡帶(圖2d)：礦物組合電氣石(25%～30%)+石英(20%～25%)+斜長(zhǎng)石(35%～40%)+白云母(5%～10%)，半自形，細(xì)-中粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；(3)核部帶(圖2e)：礦物組合電氣石(35%～40%)+石英(20%～25%)+斜長(zhǎng)石(25%～30%)+鉀長(zhǎng)石(<5%)+白云母(5%～10%)，半自形-自形，中-粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。從邊緣到核部斜長(zhǎng)石和石英增加，電氣石先減少再增加，各分帶白云母比例接近。

圖3 青河偉晶巖(a-c)和蝕變圍巖(d-g)微觀特征(a)邊緣帶；(b)過(guò)渡帶；(c)核部帶；(d)帶狀蝕變圍巖；(e)BSE圖像下帶狀蝕變圍巖；(f)細(xì)粒蝕變圍巖；(g)粗粒蝕變圍巖. AP-磷灰石Fig.3 Microphotographs of tourmalines in Qinghe pegmatite (a-c) and altered country rocks (d-g)(a)border zone；(b)intermediate zone；(c)core zone；(d)banded altered rock；(e)BSE image of banded altered rock；(f)fine-grained altered rock；(g)coarse-grained altered rock. AP-apatite

偉晶巖的圍巖蝕變帶寬約30～50cm，蝕變帶上可觀察到云母加大現(xiàn)象和大量電氣石的形成。根據(jù)蝕變圍巖礦物組成和結(jié)構(gòu)構(gòu)造不同，從偉晶巖脈體向外依次出現(xiàn)帶狀蝕變圍巖(圖2f)、細(xì)粒蝕變圍巖(圖2g)和粗粒蝕變圍巖(圖2h)。三種蝕變圍巖的礦物組合和結(jié)構(gòu)構(gòu)造描述如下：(1)帶狀蝕變圍巖礦物組合為電氣石(20%～25%)+石英(40%～45%)+鈉長(zhǎng)石(10%～15%)+白云母(10%～15%)，具條帶狀構(gòu)造，可見(jiàn)交代變質(zhì)作用后加大結(jié)構(gòu)；(2)細(xì)粒蝕變圍巖礦物組合為電氣石(5%～10%)+石英(15%～20%)+鈉長(zhǎng)石(5%～10%)+黑云母(25%～30%)+白云母(25%～30%)，細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造；(3)粗粒蝕變圍巖礦物組合為電氣石(25%～30%)+石英(20%～25%)+鈉長(zhǎng)石(10%～15%)+黑云母(20%～25%)+白云母(<5%)，不等粒變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造。

3 樣品采集和巖相學(xué)特征

野外對(duì)偉晶巖和蝕變圍巖的不同分帶中的電氣石進(jìn)行了系統(tǒng)采樣。其中，偉晶巖電氣石樣品包括邊緣帶、過(guò)渡帶和核部帶中的電氣石，蝕變圍巖樣品包括帶狀蝕變圍巖、細(xì)粒蝕變圍巖和粗粒蝕變圍巖中的電氣石。所有電氣石均為黑電氣石，各類(lèi)電氣石在單偏光下具不同的顏色和形貌特征。

3.1 偉晶巖中電氣石特征

邊緣帶電氣石 半自形-自形，具特征的核-邊結(jié)構(gòu)，核部淺黃-黃綠色，邊部淺綠-深墨綠色，大部分電氣石與石英直接接觸，少數(shù)電氣石邊緣生長(zhǎng)白云母或斜長(zhǎng)石(圖3a)。

過(guò)渡帶電氣石 半自形-自形，發(fā)育環(huán)帶結(jié)構(gòu)，單偏光下核部為藍(lán)色-深藍(lán)色，向外變?yōu)辄S褐色-深黃褐色，粒徑5～15mm。主要與斜長(zhǎng)石共生，細(xì)粒白云母充填在斜長(zhǎng)石與電氣石晶粒間(圖3b)。

核部帶電氣石 半自形-自形，發(fā)育較復(fù)雜環(huán)帶結(jié)構(gòu)，單偏光下核部為淡藍(lán)色-深藍(lán)色，幔部和邊部為黃-黃綠色，粒徑>15mm，主要與斜長(zhǎng)石共生，少數(shù)斜長(zhǎng)石和白云母充填在電氣石晶粒間(圖3c)。

3.2 蝕變圍巖中電氣石特征

帶狀蝕變圍巖的電氣石 條帶狀，條帶寬約為2～3mm，他形，棕色，無(wú)多色性，沿圍巖片理分布(圖3d)。大多數(shù)電氣石與石英共生，少數(shù)與白云母共生。此類(lèi)蝕變圍巖中可見(jiàn)磷灰石與電氣石共生(圖3e)，為偉晶巖出溶流體在偉晶巖與圍巖交界處相互作用的產(chǎn)物。

細(xì)粒蝕變圍巖的電氣石 自形粒狀，粒徑1～2mm，棕色-黑色，分散分布于黑云母和白云母間，為偉晶巖出溶流體脫離偉晶巖邊界進(jìn)入圍巖后的初次產(chǎn)物(圖3f)。

粗粒蝕變圍巖的電氣石 半自形-他形，粒徑變化大，由1～2mm至>10mm不等，普遍發(fā)育環(huán)帶結(jié)構(gòu)，電氣石內(nèi)部為淺黃白-黃棕色，外部為淺棕-深棕色。與黑云母、石英、長(zhǎng)石平衡共生，可見(jiàn)云母次生加大現(xiàn)象，為偉晶巖出溶流體進(jìn)入圍巖后持續(xù)作用的產(chǎn)物(圖3g)。

4 分析方法

4.1 電氣石主量元素測(cè)試

4.1.1 電子探針微區(qū)原位主量元素測(cè)試

電子探針成分分析在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)配備有4道波譜儀的JEOL JXA-8100電子探針下完成，詳細(xì)的分析測(cè)試流程見(jiàn)文獻(xiàn)(Yangetal.，2022)。工作條件為：加速電壓15kV，加速電流20nA，束斑直徑10μm。所有測(cè)試數(shù)據(jù)均進(jìn)行了ZAF校正處理，分析準(zhǔn)確度為1%～5%。Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Fe、F元素特征峰的測(cè)量時(shí)間為10s，Ti和Mn元素特征峰的測(cè)量時(shí)間為20s，上下背景的測(cè)量時(shí)間分別是峰測(cè)量時(shí)間的一半。所使用的標(biāo)樣如下：微斜長(zhǎng)石(K)、鎂鋁榴石(Fe和Al)、透輝石(Ca和Mg)、硬玉(Na)、薔薇輝石(Mn)、橄欖石(Si)、金紅石(Ti)、氟化鋇(F)。

4.1.2 電子探針面掃描成分分析

電子探針X射線顯微面掃描成分分析在武漢微束檢測(cè)科技有限公司顯微學(xué)與顯微分析實(shí)驗(yàn)室配備有5道波譜儀的JEOL JXA-8230電子探針下完成。選取偉晶巖邊緣帶具有核-邊結(jié)構(gòu)電氣石和磷灰石共生區(qū)域進(jìn)行面掃描成分分析，樣品圖像采集的加速電壓為15kV，加速電流50nA，束斑直徑1μm。每一點(diǎn)的駐留時(shí)間10ms。

4.2 電氣石微區(qū)原位微量元素測(cè)試

電氣石微量元素測(cè)試是采用合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院的LA-ICP-MS完成。Agilent 7900激光剝蝕系統(tǒng)由HE 193-nm ARF準(zhǔn)分子激光器，采用氬氣作為剝蝕物質(zhì)的載氣，在進(jìn)入ICP-MS之前先通過(guò)一個(gè)T型接頭與載氣混合。本次測(cè)試的剝蝕孔徑30μm，剝蝕時(shí)間40s，激光脈沖重復(fù)頻率8Hz，脈沖能量為4J/cm3。每輪(RUN)測(cè)試分析19個(gè)點(diǎn)，其中15個(gè)分析點(diǎn)，開(kāi)始和結(jié)束分別測(cè)試2組標(biāo)樣。儀器工作參數(shù)為：每次LA-ICP-MS分析包含了30%的背景采集(氣態(tài)空白)，然后從樣本中獲得了60%的數(shù)據(jù)。每10次現(xiàn)場(chǎng)分析之后，測(cè)試NIST SRM610標(biāo)樣，以糾正ICP-MS的靈敏度和質(zhì)量鑒別的時(shí)間依賴漂移。以美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局生產(chǎn)的玄武質(zhì)玻璃作為外部測(cè)試標(biāo)樣：NIST610、NIST612和BCR-2G。標(biāo)準(zhǔn)樣品元素含量采用GeoReM的推薦值(https://georem.mpch-mainz.gwdg.de/)。每測(cè)試10～15個(gè)未知樣品后測(cè)試一組標(biāo)準(zhǔn)樣品。在每個(gè)測(cè)試點(diǎn)中均計(jì)算其檢測(cè)限，以保證實(shí)驗(yàn)精確性。

原始數(shù)據(jù)采用ICP-MS DataCal軟件進(jìn)行離線校正，使用96.5%標(biāo)準(zhǔn)化方法(假設(shè)電氣石含3.5%的水)而不使用內(nèi)部標(biāo)樣(Liuetal.，2008)。外部標(biāo)樣MPI-DING 玻璃KL2-G、ML3B-G(由德國(guó)的普朗克應(yīng)用化學(xué)學(xué)院提供)用以數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。測(cè)試值與參考標(biāo)樣的誤差為主量元素小于5%，微量元素小于10%。

4.3 硼同位素測(cè)試

電氣石LA-MC-ICP-MS原位微區(qū)硼同位素分析在北京科薈測(cè)試技術(shù)有限公司完成。分析所用儀器為T(mén)hermo Scientific公司生產(chǎn)的Neptune Plus多接收等離子體質(zhì)譜儀和RESOlution SE 193nm準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)。檢測(cè)環(huán)境溫度要求18～22℃，相對(duì)濕度<65%。根據(jù)樣品掃描后的照片選擇合適區(qū)域，利用激光剝蝕系統(tǒng)對(duì)電氣石進(jìn)行剝蝕。剝蝕采用點(diǎn)剝蝕，剝蝕直徑一般為50μm，能量密度為7～8J/cm2，頻率為8Hz。10B和11B用法拉第杯靜態(tài)同時(shí)接收。采用高純He作為載氣，吹出剝蝕產(chǎn)生的氣溶膠，送入MC-ICP-MS進(jìn)行質(zhì)譜測(cè)試。測(cè)試前，以電氣石硼同位素標(biāo)樣IAEA B4對(duì)儀器參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，分析過(guò)程以IAEA B4為標(biāo)樣，每個(gè)樣品點(diǎn)前后測(cè)試2個(gè)標(biāo)樣點(diǎn)。采用標(biāo)準(zhǔn)-樣品-標(biāo)準(zhǔn)法(SSB)對(duì)儀器質(zhì)量歧視和同位素分餾進(jìn)行校正。以電氣石標(biāo)樣IMR RB1作為監(jiān)控標(biāo)樣，本實(shí)驗(yàn)中IMR RB1分析點(diǎn)給出的δ11B結(jié)果(-13.77±0.13‰; 2σ)，與Houetal.(2010)報(bào)道的數(shù)據(jù)(-12.96±0.97‰)在誤差范圍內(nèi)一致。

5 分析結(jié)果

電氣石的主量和微量元素測(cè)試結(jié)果分別列于電子版附表1和附表2。根據(jù)Henry and Dutrow(1996)的電氣石分類(lèi)方法，以電氣石XY3Z6T6O18(BO3)3V3W為基礎(chǔ)(即X=Na、Ca、K、空位，Y=Fe、Mg、Mn、Ti、Al，Z=Al、Mg，T=Si、Al，V+W=OH、F、O)對(duì)電氣石結(jié)構(gòu)四面體和八面體配位(T+Z+Y)進(jìn)行15個(gè)陽(yáng)離子標(biāo)準(zhǔn)化后得到電氣石結(jié)構(gòu)式。

偉晶巖中電氣石的SiO2為34.80%～36.43%、TiO2為0.16%～1.65%、Al2O3為30.25%～34.36%、FeO為6.82%～11.91%、MnO為0.03%～0.20%、MgO為2.69%～6.91%、CaO為0%～0.34%、Na2O為1.92%～2.71%、K2O為0.02%～0.06%、F為0.03%～0.69%。

蝕變圍巖中電氣石的SiO2為34.60%～36.43%、TiO2為0.12%～1.24%、Al2O3為28.72%～35.46%、FeO為5.88%～14.85%、MnO為0%～0.14%、MgO為2.79%～7.26%、CaO為0%～0.80%、Na2O為1.66%～2.59%、K2O為0.01%～0.06%、F為0%～0.53%。

偉晶巖和蝕變圍巖中電氣石的Si、Ti、Al、Mn、Ca、Na、K、F元素差異不大，而Fe和Mg具有較大差異。

從圖4a可見(jiàn)，依照X位上Ca2+、(Na++K+)和空位占位情況，本文分析的電氣石都屬于堿性電氣石。進(jìn)一步根據(jù)Mg/(Mg+Fe)-Na/(Na+Ca)和Mg/(Mg+Fe)-Xvac/(Na+Xvac)(圖4b，c)進(jìn)行劃分，所有的電氣石均為鎂電氣石-鐵電氣石固溶體系列，其中大多數(shù)偉晶巖邊緣帶電氣石和少數(shù)過(guò)渡帶電氣石為鎂電氣石，其余的過(guò)渡帶和所有的核部帶電氣石都是鐵電氣石。帶狀蝕變圍巖電氣石的成分變化較大，從鐵電氣石延伸到鎂電氣石。細(xì)粒蝕變圍巖和粗粒蝕變圍巖中的電氣石均為鎂電氣石。在電氣石主量元素相關(guān)圖中(圖5)，與細(xì)粒和粗粒蝕變圍巖中的電氣石相比，偉晶巖中電氣石具有較高的Na、K含量和較低的Ca含量(雖然兩者有一定的重疊)(圖5a，b)。帶狀蝕變圍巖中電氣石成分變化較大，但基本介于上述偉晶巖電氣石和細(xì)粒-粗粒蝕變圍巖中的電氣石之間(圖5a，b)。從圖5c，d可見(jiàn)，電氣石R2位置上具有明顯的FeMg-1，MnMg-1替代關(guān)系。

圖4 青河偉晶巖和蝕變圍巖中電氣石分類(lèi)圖解(a)基于X位占位分類(lèi)圖解(Henry et al.，2011)；(b)根據(jù)Mg/(Mg+Fe)-Na/(Na+Ca)對(duì)堿性電氣石族分類(lèi)；(c)根據(jù)Mg/(Mg+Fe)-Xvac/(Na+Xvac)對(duì)堿性電氣石族分類(lèi)Fig.4 Classification diagrams for tourmalines based on X-site occupancy(a, Henry et al.，2011), Mg/(Mg+Fe)vs. Na/(Na+Ca)(b) and Mg/(Mg+Fe)vs. Xvac/(Na+Xvac)(c)from the Qinghe pegmatite dyke and altered wallrocks

圖5 青河偉晶巖和蝕變圍巖中電氣石主量元素圖解(a)CaO-K2O；(b)Na2O-K2O；(c)Mg-Fe；(d)Mg-MnFig.5 Plots for major elements of tourmalines from the Qinghe pegmatite dyke and altered wallrocks

圖6 青河偉晶巖和蝕變圍巖中電氣石的元素替代關(guān)系Fig.6 Characteristics of compositions of tourmalines from the Qinghe pegmatite dyke and altered wallrocks

為了進(jìn)一步揭示青河電氣石復(fù)雜的元素替代關(guān)系，我們構(gòu)建了圖6。根據(jù)(R1+R2)-R3圖解(R1=Na++K++2Ca2+，R2=Fetotal+Mg2++Mn2+，R3=Al3++4/3Ti4+)，各種類(lèi)型電氣石幾乎都遵循(R1+Al)(Na+R2)-1元素替代(圖6a)。Al-(Fe+Mg)圖解顯示(圖6b)，所有電氣石都遵循(Al+O)(R+OH)-1替代。從Al-Xvac圖解(圖6c)可見(jiàn)，電氣石大致遵循(Na+Mg)(Al+Xvac)-1發(fā)生成分演化。在(Na+Mg)-(Al+Xvac)協(xié)變圖上，偉晶巖電氣石沿同一演化方向，而帶狀蝕變圍巖、細(xì)粒-粗粒蝕變圍巖的電氣石則沿不同方向發(fā)生成分演化(圖6d)。蝕變圍巖和偉晶巖電氣石在Ca-Xvac圖解(圖6e)變現(xiàn)出了截然不同的演化趨勢(shì)：偉晶巖電氣石遵循(XvacAl)(NaR2+)-1替代，但蝕變圍巖中電氣石轉(zhuǎn)變?yōu)?CaR2+O2-)(XvacAlOH-)-1替代。蝕變帶電氣石和偉晶巖邊緣帶大部分電氣石具有Fe3+與Al3+的負(fù)相關(guān)性，但偉晶巖過(guò)渡帶和核部帶電氣石，以及少數(shù)邊緣帶電氣石卻具有Fe3+與Al3+的正相關(guān)性(圖6f)。

偉晶巖及蝕變圍巖中電氣石的微量元素測(cè)試結(jié)果表明：(1)大部分微量元素含量<10×10-6，但也有一些具有較高含量的元素，它們包括：Li(14.25×10-6～860.5×10-6)、V(0.03×10-6～423.1×10-6)、Cr(0×10-6～783.5×10-6)、Co(0.79×10-6～59.34×10-6)、Ni(0×10-6～392.2×10-6)、Zn(76.54×10-6～4374×10-6)、Ga(24.85×10-6～1192×10-6)、Sr(0.02×10-6～356.5×10-6)、Pb(0.58×10-6～694.3×10-6)，這些高含量元素往往具有較大的變化范圍；(2)在V-Sc圖上(圖7a)，偉晶巖和蝕變圍巖中電氣石有很大重疊，且Sc和V表現(xiàn)出明顯的正相關(guān)性，總體上偉晶巖電氣石比細(xì)粒和粗粒蝕變圍巖中電氣石具有較低的Sc和V，但帶狀蝕變圍巖中電氣石的成分變化很大，覆蓋了上述電氣石的范圍；(3)與蝕變圍巖電氣石相比，偉晶巖電氣石的Sr和Pb含量明顯較低(圖7b)，但后者的Li、Ga、Zn顯著較高(圖7c，d)；(4)偉晶巖邊緣帶電氣石的Cr和Ni含量顯著高于過(guò)渡帶和核部帶電氣石(圖7f)。此外，從圖7可見(jiàn)，偉晶巖體系內(nèi)部隨巖漿演化Ga升高，而Li、V、Cr、Ni、Pb、Sr降低(圖7a-e)；帶狀蝕變圍巖電氣石微量元素含量較寬，在Pb-Sr(圖7b)、Li-Zn(圖7c)、Li-Ga(圖7d)圖上基本分布在偉晶巖和細(xì)粒-粗粒蝕變圍巖之間。

圖7 青河偉晶巖和蝕變圍巖電氣石微量元素成分特征圖(e)用以區(qū)分巖漿成因和變質(zhì)成因電氣石(據(jù)Harlaux et al.， 2020)Fig.7 Characteristics of trace elements of tourmalines from the Qinghe pegmatite and altered wallrocksDiscrimination of magmatic and metamorphic tourmaline in Fig.7e(after Harlaux et al.，2020)

電氣石硼同位素分析結(jié)果見(jiàn)附表3。偉晶巖和蝕變圍巖中電氣石的硼同位素組成(δ11B)變化較大，其中偉晶巖的電氣石δ11B=-15.4‰～-13.0‰，蝕變圍巖的電氣石δ11B=-15.6‰～-11.6‰(圖8)。偉晶巖邊緣帶電氣石δ11B值為 -15.4‰～-13.0‰，過(guò)渡帶為-15.3‰～-13.8‰，核部帶為-15.4‰～-13.5‰。偉晶巖各個(gè)分帶電氣石δ11B值相近，過(guò)渡帶和核部帶電氣石的硼同位素組成略輕于邊緣帶電氣石。蝕變圍巖電氣石具有比偉晶巖電氣石略重的硼同位素組成，其中帶狀蝕變圍巖電氣石δ11B值為-15.6‰～-11.6‰，細(xì)粒蝕變圍巖為-12.5‰～-11.9‰，粗粒蝕變圍巖為-13.7‰～-13.3‰，細(xì)粒蝕變圍巖電氣石比粗粒蝕變圍巖電氣石具有更重的硼同位素組成。

圖8 青河偉晶巖及各類(lèi)蝕變圍巖電氣石硼同位素組成Fig.8 Histograms of boron isotope compositions of tourmalines from the Qinghe pegmatite and altered wallrocks

6 討論

6.1 電氣石組分示蹤偉晶巖巖漿成分演化

本文所研究的偉晶巖脈的邊緣帶電氣石具有較高的Mg含量，兼有鐵電氣石和鎂電氣石的組分，但以鎂電氣石為主，而過(guò)渡帶和核部帶電氣石成分為鐵電氣石(圖4b，c)。進(jìn)一步對(duì)邊緣帶電氣石組分進(jìn)行面掃描分析(圖9a)，發(fā)現(xiàn)邊緣帶電氣石核部高M(jìn)g低Fe(圖9b，c)。我們對(duì)其中一顆成分環(huán)帶顯著的電氣石顆粒(圖9d)進(jìn)行原位電子探針測(cè)試，發(fā)現(xiàn)邊部(點(diǎn)26～29，34～35)Mg#低于0.5，為鐵電氣石組分，核部(點(diǎn)30～33)Mg#高于0.5，為鎂電氣石組分。由此可見(jiàn)偉晶巖初始巖漿最早結(jié)晶鎂電氣石，后轉(zhuǎn)為鐵電氣石。然而，大多數(shù)研究表明，早期偉晶巖巖漿晶出的往往是鐵電氣石(Trumbull and Chaussidon，1999；Longfellow and Swanson，2011；Siegeletal.，2016；Hazarikaetal.，2017)，這與實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)數(shù)據(jù)一致。實(shí)驗(yàn)表明，在一定的溫度、壓力和含H2O條件下，鎂電氣石比鐵電氣石更加穩(wěn)定(Benardetal.，1985 ；von Goerneetal.，1999；Acosta-Vigiletal.，2003)，所以在部分熔融過(guò)程中鎂電氣石組分主要?dú)埩粼谠磪^(qū)的固相殘留物中。

圖9 青河偉晶巖及蝕變圍巖電氣石電子探針?lè)治鼋Y(jié)果(a)偉晶巖邊緣帶環(huán)帶電氣石BSE 圖像及其區(qū)域Fe元素(b)和Mg元素(c)成分分布；(d)一顆環(huán)帶發(fā)育良好的邊緣帶電氣石邊-核Mg元素含量及Mg指數(shù)分布；(e)帶狀蝕變圍巖電氣石BSE圖像及其區(qū)域Ca元素(f)成和F元素(g)成分分布Fig.9 EPMA analysis of tourmaline from the Qinghe pegmatite and altered wallrocks(a)BSE image of tourmaline from the border zone of pegmatite and its mapping of Fe distribution(b) and mapping of Mg distribution (c)；(d)Mg and Mg# trend in a sector zoning tourmaline；(e)BSE image of tourmaline from the banded altered rocks and its mapping of Ca distribution (f) and mapping of F distribution (g)

我們認(rèn)為青河偉晶巖的邊緣帶早期結(jié)晶出鎂電氣石的原因，可能與偉晶巖漿與圍巖相互作用有關(guān)，即由于圍巖鎂質(zhì)組分的混染，導(dǎo)致偉晶巖邊部富鎂，這得到以下證據(jù)支持：(1)偉晶巖脈的細(xì)粒和粗粒蝕變圍巖中電氣石均為鎂電氣石，說(shuō)明圍巖比較富鎂；(2)介于偉晶巖脈和圍巖之間的帶狀蝕變圍巖中的電氣石成分變化最大(圖4b，c)，兼具鐵電氣石和鎂電氣石組分，表明它是偉晶巖巖漿-熱液與圍巖相互作用的產(chǎn)物，這與其主量元素(圖5)和微量元素的特征一致(圖7a-d)。前人對(duì)其它造山帶偉晶巖的研究也有類(lèi)似的報(bào)道(Ertletal.，2010；Gadasetal.，2012；Nováketal.，2012；侯江龍等，2017)，認(rèn)為鎂電氣石先結(jié)晶可能是偉晶巖漿侵位過(guò)程中被云母片巖或鎂質(zhì)大理巖等混染所致。綜上，我們認(rèn)為青河偉晶巖侵位時(shí)，由于巖漿溫度較高，混染了圍巖的鎂質(zhì)組分而先結(jié)晶出鎂電氣石。

電氣石是該偉晶巖脈主要的鐵鎂礦物，它控制了巖漿鐵鎂演化，隨著偉晶巖邊緣帶大量鎂電氣石的結(jié)晶，偉晶巖體系鎂迅速虧損，導(dǎo)致由富鎂巖漿向富鐵巖漿轉(zhuǎn)變，因此形成過(guò)渡帶和核部帶的鐵電氣石。電氣石R2位置上FeMg-1、MnMg-1元素置換關(guān)系(圖5c，d)，表明隨著偉晶巖Mg含量的下降，偉晶巖中Fe、Mn逐漸富集。偉晶巖電氣石均出現(xiàn)(R1+Al)(Na+R2)-1和(Al+O)(R+OH)-1元素替代、(Na+Mg)(Al+Xvac)-1元素替代(圖6a-d)，表明隨著偉晶巖漿的演化，晚期逐漸富集Al而貧Na。在電氣石Ca和X空位圖解中(圖6e)，偉晶巖各類(lèi)型電氣石具有較低的CaO含量，并遵循(XvacAl)(NaR2+)-1替代，但在帶狀蝕變圍巖和細(xì)粒-粗粒蝕變圍巖中，電氣石沿(CaR2+O2-)(XvacAlOH-)-1演化導(dǎo)致Ca含量增加。本文偉晶巖電氣石的低Ca含量可能與偉晶巖漿本身貧Ca有關(guān)，而蝕變帶中電氣石的相對(duì)富Ca與泥質(zhì)片巖的較高CaO含量有關(guān)(CaO為1.38%～3.23%；Chenetal.，2020)。

偉晶巖電氣石微量元素?cái)?shù)據(jù)表明，隨著偉晶巖漿的演化，Ga逐漸富集，而Cr、Ni、V、Sc、Pb、Sr和Li均不斷降低。其中V的降低與電氣石結(jié)晶導(dǎo)致體系Mg降低有關(guān)(圖10d)。Sr和Pb的虧損可能與偉晶巖演化晚期長(zhǎng)石比例增加，與電氣石爭(zhēng)奪這兩種元素有關(guān)。Cr、Ni和Sc含量降低的原因不明朗，推測(cè)可能與共生的云母成分變化有關(guān)(Klemmeetal.，2011)。偉晶巖邊緣帶電氣石具有高含量Li(>1000×10-6)(圖10c)和Zn(>5000×10-6)(圖10e)。Li由于其不相容性地球化學(xué)性質(zhì)，往往在晚期巖漿中高度富集(London，2018)。然而，本文研究的偉晶巖脈的核部帶電氣石Li含量較低，而過(guò)渡帶和邊緣帶電氣石都具有較高Li含量(圖7c, d)。本文高Li含量的邊緣帶、過(guò)渡帶電氣石的大量結(jié)晶可能是導(dǎo)致核部帶巖漿虧損Li的原因。

圖10 青河偉晶巖及蝕變圍巖電氣石代表性主微量元素圖解(a)青河偉晶巖電氣石與其它造山帶花崗巖電氣石的∑REE-(La/Yb)N對(duì)比圖(數(shù)據(jù)來(lái)源：黃小勇等，2008；Shabani et al.，2013；Yang et al.，2015；Zhao et al.，2019, 2021a, c；Duan et al.，2020；Han et al.，2020；Hu and Jiang，2020； 吳明鍇等，2021；Zhang et al.，2021a)；青河偉晶巖電氣石與蝕變圍巖中電氣石∑REE-Mg/(Mg+Fe)(b)、Mg/(Mg+Fe)-Li(c)、Mg/(Mg+Fe-V)(d)、MgO-Zn(e)及 Mg/(Mg+Fe)-(La/Yb)N(f)對(duì)比圖Fig.10 Representative major and trace element relationships of tourmaline from the Qinghe pegmatite and altered wallrocks(a)plot of ∑REE vs. (La/Yb)N for tourmalines from the Qinghe pegmatite and granites of other orogenic belts (data sources: Huang et al.，2008；Shabani et al.，2013；Yang et al.，2015；Zhao et al.，2019, 2021a, c；Duan et al.，2020；Han et al.，2020；Hu and Jiang，2020；Wu et al.，2021；Zhang et al.，2021a)； plots of ∑REE and Mg/(Mg+Fe)(b), Mg/(Mg+Fe)vs. Li(c), Mg/(Mg+Fe)vs. V(d), MgO vs. Zn(e) and Mg/(Mg+Fe)vs. (La/Yb)N(f)for tourmalines from the Qinghe pegmatite and altered metapelitic rocks

蝕變圍巖中電氣石的主、微量元素組成和變化趨勢(shì)與偉晶巖中電氣石有明顯不同，表明兩者來(lái)自不同的源區(qū)，并具有不同的形成條件。與偉晶巖電氣石相比，細(xì)粒和粗粒蝕變圍巖中電氣石具有高CaO、MgO、V、Sc、Sr、Pb，低Na2O、K2O、Li、Zn、Ga等特征(圖5、圖7)。在Li-Li/Sr圖解中(圖7e)，各類(lèi)蝕變圍巖電氣石位于變質(zhì)成因電氣石區(qū)域，而偉晶巖過(guò)渡帶和核部帶電氣石位于巖漿成因區(qū)域，偉晶巖邊緣帶電氣石位于變質(zhì)成因和巖漿成因電氣石的結(jié)合帶，可能與偉晶巖邊緣帶電氣石成分受?chē)鷰r混染影響較大有關(guān)。蝕變帶電氣石的成分特征表明，這些電氣石的成分主要受片巖本身性質(zhì)控制。帶狀蝕變圍巖電氣石的成分變化較大，但多數(shù)介于偉晶巖電氣石和細(xì)粒-粗粒蝕變圍巖電氣石之間(圖5、圖7)，表明該帶狀蝕變圍巖電氣石的成分與偉晶巖漿和圍巖相互作用有關(guān)。這與該蝕變帶在空間上位于偉晶巖和細(xì)粒-粗粒蝕變圍巖之間是一致的。

此外，根據(jù)Zhaoetal.(2019)對(duì)江南造山帶三防花崗巖和偉晶巖電氣石的研究表明，電氣石的微量元素成分可能受與其共生的其他副礦物的影響，但電氣石的主量元素是否受到影響尚不清楚。我們利用電子探針面掃描研究與磷灰石共生的電氣石的主量元素含量變化(圖9e)，發(fā)現(xiàn)與磷灰石直接接觸的電氣石顯著貧F和Ca元素，而遠(yuǎn)離磷灰石的電氣石呈現(xiàn)Ca含量振蕩變化(高→低→高)(圖9f，g)，表明共生礦物會(huì)顯著影響電氣石的主量元素組成，且會(huì)一定程度干擾電氣石記錄的成巖信息。由于偉晶巖礦物組合具有分帶性，在小尺度范圍可能出現(xiàn)共生礦物變化，因此利用單顆電氣石成分討論偉晶巖的主量成分演化需要謹(jǐn)慎。

6.2 電氣石示蹤偉晶巖漿的氧逸度變化

電氣石成分可反映介質(zhì)的氧逸度變化(Choo，2003；Da Costaetal.，2021)。偉晶巖核部帶和過(guò)渡帶電氣石的Fe-Al呈正相關(guān)，而邊緣帶電氣石Fe-Al則為負(fù)相關(guān)。此外，圍巖中的帶狀蝕變圍巖、細(xì)粒蝕變圍巖和粗粒蝕變圍巖電氣石也具有Fe-Al負(fù)相關(guān)特征。電氣石Fe-Al負(fù)相關(guān)關(guān)系通常由其Fe3+和Al3+的替代引起，表明這些電氣石比較富集Fe3+，是較高氧逸度的體現(xiàn)，而Fe-Al正相關(guān)則與介質(zhì)氧逸度較低有關(guān)。前人已發(fā)表的數(shù)據(jù)也都表明電氣石的Fe3+/Fe2+可反映介質(zhì)氧逸度的變化(Fuchsetal.，1998；Watenphuletal.，2016)，即高Fe3+/Fe2+指示高氧逸度。因此，偉晶巖邊緣帶和蝕變圍巖中電氣石Fe-Al的負(fù)相關(guān)特征，都指示其介質(zhì)氧逸度較高，而偉晶巖核部和過(guò)渡帶電氣石的Fe-Al正相關(guān)則可能表明其氧逸度較低。該推論得到電氣石中微量元素特征的支持，具體如下：

電氣石的微量元素被證實(shí)可以示蹤介質(zhì)微量元素組成(Duchoslavetal.，2017；Zhaoetal.，2021a，b)。由于V是變價(jià)元素，在偉晶巖巖漿不同的氧逸度環(huán)境中以V3+、V4+和V5+等形式存在(Li and Lee, 2004; Leeetal., 2005)，而電氣石晶格更偏好V5+(Marlksetal., 2013)，因此電氣石的V含量可以反演體系氧逸度的變化。從圖7a和圖10d可見(jiàn)，偉晶巖核部帶電氣石(平均V=21.4×10-6)和過(guò)渡帶電氣石(平均V=49.7×10-6)的V含量較低，而邊緣帶電氣石V含量較高(平均V=144.9×10-6)，反映偉晶巖邊緣帶氧逸度顯著高于核部帶和過(guò)渡帶。蝕變圍巖的電氣石都具有高V含量(帶狀蝕變圍巖VAve.=117.3×10-6，細(xì)粒蝕變圍巖VAve.=311.4×10-6，粗粒蝕變圍巖VAve.=262.6×10-6)，表明圍巖中氧逸度較高。這與電氣石Fe3+/Fe2+記錄的氧逸度信息一致。我們認(rèn)為這種較高氧逸度是圍巖的固有特征，與偉晶巖流體交代無(wú)關(guān)，因?yàn)樵谖次g變圍巖中的電氣石同樣具有較高的V含量(V=265×10-6～366×10-6；Zhengetal.，2022)。所以，偉晶巖核部和過(guò)渡帶的低氧逸度可能代表原始偉晶巖漿的特征，而偉晶巖脈邊緣帶的較高氧逸度可能與偉晶巖漿與圍巖相互作用有關(guān)。這與青河偉晶巖礦田其他偉晶巖脈中電氣石的低V含量(0～9.92×10-6；Zhengetal.，2022)相一致，也與全球造山帶中大多數(shù)S型花崗巖電氣石的V含量特征吻合(Sunetal.，2018；dos Santos Diasetal.，2019；Nguyenetal.，2019)。

6.3 電氣石對(duì)偉晶巖源區(qū)性質(zhì)的指示意義

6.3.1 電氣石主微量元素對(duì)源區(qū)的限制

Kontaketal.(2002)通過(guò)對(duì)比起源于花崗巖分離結(jié)晶和變質(zhì)沉積巖直接熔融形成的偉晶巖電氣石樣品后發(fā)現(xiàn)，后者往往具有更低REE總量和(La/Yb)N比值：起源于花崗巖分離結(jié)晶的電氣石REE總量為70×10-6～150×10-6，(La/Yb)N為350～420；而起源于變質(zhì)沉積巖直接熔融的偉晶巖中電氣石的 REE總量為3×10-6～4×10-6，(La/Yb)N為1.2～1.8。造成這一差別的原因可能與巖漿形成溫度不同有關(guān)。Ayres and Harris(1997)根據(jù)喜馬拉雅結(jié)晶片巖的部分熔融模擬計(jì)算表明，喜馬拉雅山淡色花崗巖的稀土元素(REE)不是由貧REE的主要反應(yīng)物(如長(zhǎng)石、石英和云母等)控制，而是由富含REE的副礦物(如磷灰石、獨(dú)居石、鋯石等)的分解控制，而且隨著熔融溫度的增加，會(huì)有更多的獨(dú)居石和磷灰石等副礦物分解進(jìn)入熔體，從而導(dǎo)致熔體的REE總量和LREE/HREE比值越來(lái)越高。如圖10a所示，與其它造山帶花崗巖中電氣石相比，本文的偉晶巖電氣石多展示低REE 總量(<3×10-6)和低(La/Yb)N(<10)(圖10b，f)。所以，青河偉晶巖并非來(lái)自于高度演化的花崗巖巖漿，而是來(lái)自變質(zhì)沉積巖的直接部分熔融作用，這與Chenetal.(2020)對(duì)青河偉晶巖的全巖地球化學(xué)和Li-Nd同位素示蹤研究結(jié)論一致。另外，偉晶巖中電氣石與蝕變泥質(zhì)片巖中電氣石相比，也具有顯著較低的REE總量(圖10b)，表明泥質(zhì)片巖發(fā)生部分熔融形成偉晶巖漿的溫度較低，多數(shù)富含REE的副礦物(磷灰石和獨(dú)居石等)在部分熔融過(guò)程中相對(duì)穩(wěn)定。這也得到青河偉晶巖電氣石微量元素特征的支持，如圖7所示，具有較強(qiáng)不相容性的Li、Zn、Ga在偉晶巖中含量遠(yuǎn)高于蝕變圍巖，可能與圍巖部分熔融過(guò)程中這些微量元素的在熔體中富集有關(guān)。因此，偉晶巖電氣石的微量元素特征(尤其是REE)表明其來(lái)自變質(zhì)沉積巖在較低溫度下部分熔融而形成，而與花崗巖體系的分離結(jié)晶(London，2018)無(wú)關(guān)。

6.3.2 電氣石硼同位素對(duì)流體出溶規(guī)模和偉晶巖源區(qū)性質(zhì)
的限制

從圖8可見(jiàn)，本文研究的偉晶巖脈的核部和過(guò)渡帶電氣石硼同位素組成基本相同(δ11B=-15.4‰～-13.5‰)，邊緣帶電氣石硼同位素組成變化范圍較大(δ11B=-15.4‰～-12.9‰)且總體偏重?？紤]到偉晶巖邊緣帶受到圍巖的影響(見(jiàn)前述邊緣帶電氣石在微量元素和氧逸度上與內(nèi)部電氣石的差別)，我們認(rèn)為其硼同位素的上述特征可能與圍巖的相互作用有關(guān)。

青河地區(qū)未蝕變?cè)颇钙瑤r中電氣石δ11B=-13.1‰～-12.2‰ (Zhengetal., 2022)，細(xì)粒蝕變圍巖電氣石δ11B=-12.5‰～-12.0‰，即圍巖電氣石硼同位素顯著重于偉晶巖電氣石。所以，可以認(rèn)為偉晶巖內(nèi)部(過(guò)渡帶和核部帶)電氣石的硼同位素組成可能更接近原始偉晶巖漿的硼同位素特征。這與帶狀蝕變圍巖的電氣石硼同位素組成變化范圍大(δ11B=-15.6‰～-11.6‰)是一致的，后者可以合理地解釋為偉晶巖出溶流體與圍巖相互作用的結(jié)果(帶狀蝕變圍巖的電氣石主微量元素成分多介于偉晶巖電氣石和細(xì)粒-粗粒蝕變圍巖電氣石之間；圖5、圖7)。青河偉晶巖各分帶電氣石的δ11B相差不大，主要變化范圍為-14.8‰～-14.4‰，明顯輕于哈巴河群云母片巖電氣石硼同位素組成(δ11B=～-13.1‰～-12.2‰；Zhengetal.，2022)，二者硼同位素分餾差>1.5‰，其原因可能有兩個(gè)，具體如下：

(1)偉晶巖漿演化晚期發(fā)生流體出溶。實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)結(jié)果表明，重硼同位素(11B)更傾向于進(jìn)入流體相(Meyeretal.，2008)，當(dāng)巖漿體系發(fā)生流體出溶，殘余巖漿將虧損重硼同位素。黃永勝等(2016)對(duì)青河偉晶巖中的包裹體測(cè)溫結(jié)果顯示巖漿-熱液階段溫度介于391～445℃范圍。基于該研究結(jié)果，Zhengetal.(2022)建立了400℃時(shí)偉晶巖硼同位素瑞利分餾模型。若通過(guò)流體出溶產(chǎn)生大于1.5‰的分餾差，則需要將接近30% B從熔體相轉(zhuǎn)移到流體相(即發(fā)生流體出溶規(guī)模達(dá)到30%)。這顯然與地質(zhì)事實(shí)相違背——細(xì)粒蝕變圍巖是流體出溶后初次產(chǎn)物，它的硼同位素特征直接反映了流體出溶規(guī)模。然而，細(xì)粒蝕變圍巖電氣石的硼同位素(-12.5‰～-12.0‰)只是稍重于青河地區(qū)未蝕變?cè)颇钙瑤r中的電氣石(δ11B=-13.1‰～-12.2‰；Zhengetal.，2022)，表明偉晶巖漿侵位之后的流體出溶規(guī)模較小，只是輕微地提高了蝕變圍巖硼同位素比值(提高約0.5‰)。因此，偉晶巖與云母片巖之間顯著的硼同位素差別可能不是流體出溶所導(dǎo)致。至于粗粒蝕變圍巖電氣石的硼同位素(δ11B=-13.7‰～13.3‰)顯著輕于細(xì)粒蝕變圍巖的原因(圖8)，可能是具較重硼同位素組成的細(xì)粒蝕變圍巖電氣石的結(jié)晶導(dǎo)致殘余流體相對(duì)虧損重硼同位素，因此導(dǎo)致外側(cè)的粗粒蝕變圍巖電氣石具有較低的δ11B值。

(2)偉晶巖的源區(qū)可能有黏土巖存在。從電氣石的主量和微量元素含量數(shù)據(jù)可以確定，偉晶巖不可能是花崗巖高度分離結(jié)晶的結(jié)果，而應(yīng)該是變質(zhì)沉積巖直接部分熔融形成的熔體。變質(zhì)泥質(zhì)巖部分熔融實(shí)驗(yàn)研究表明(Whiteetal.，2007)，偉晶巖熔體主要是在角閃巖相條件下通過(guò)白云母脫水熔融而成。如果不考慮部分熔融過(guò)程中硼同位素的分餾，則原始偉晶巖熔體的硼同位素組成應(yīng)該與區(qū)內(nèi)哈巴河群云母片巖類(lèi)似，這與本文偉晶巖硼同位素組成顯著輕于哈巴河群云母片巖的事實(shí)不符。所以，我們推測(cè)云母片巖可能不是偉晶巖的唯一源區(qū)，即偉晶巖的源區(qū)可能有相當(dāng)比例的黏土巖。因?yàn)轲ね翈r在變質(zhì)過(guò)程中，吸附B和層間B(相對(duì)富集重11B)在部分熔融發(fā)生前逐漸丟失，黏土巖最終主要轉(zhuǎn)變成富含白云母的片巖，而白云母(結(jié)構(gòu)B為主)具有富集輕硼同位素的特征(-18.8±0.8‰；Williamsetal.，2001)。所以，偉晶巖源區(qū)一定含量黏土巖的存在，可能是導(dǎo)致偉晶巖硼同位素顯著輕于云母片巖的原因。該成因模型與Zhaoetal. (2022)對(duì)川西甲基卡偉晶巖的鍶同位素研究一致，后者發(fā)現(xiàn)甲基卡偉晶巖的鍶同位素比值顯著高于區(qū)內(nèi)云母片巖，說(shuō)明云母片巖不是偉晶巖的唯一源區(qū)，而源區(qū)黏土巖(具有高Rb/Sr比值和高放射成因Sr；Linetal.，2020)的存在可合理解釋偉晶巖的鍶同位素特征。

青河偉晶巖僅發(fā)育較小規(guī)模的蝕變圍巖(寬度30～50cm)，這與西昆侖大紅柳灘和川西甲基卡鋰礦化偉晶巖的圍巖都發(fā)生強(qiáng)烈蝕變形成鮮明對(duì)比(周兵等，2011；付小方等，2014)，圍巖強(qiáng)烈蝕變表明含礦偉晶巖演化晚期有大量H2O流體出溶。類(lèi)似的例子如Kings Mountain鋰輝石偉晶巖圍巖發(fā)生強(qiáng)烈的蝕變(Kesleretal.，2012)。所以，礦化偉晶巖體系可能含大量H2O流體，并對(duì)鋰礦化起重要作用，而貧瘠偉晶巖通常含水較少。這與含鋰輝石的偉晶巖通常具有很強(qiáng)的REE四分組效應(yīng)和強(qiáng)烈的Eu負(fù)異常，而沒(méi)有礦化的偉晶巖具有不顯著的REE四分組效應(yīng)的現(xiàn)象一致(Barnesetal.，2012)，因?yàn)檠芯勘砻鱎EE四分組效應(yīng)和Eu負(fù)異常與熔體-流體相互作用有關(guān)(Liu and Zhang，2005；Chenetal.，2018)。

7 結(jié)論

(1)青河偉晶巖及蝕變圍巖電氣石均屬于堿性電氣石中鐵電氣石-鎂電氣石固溶體序列，其中偉晶巖邊緣帶電氣石多為鎂電氣石，過(guò)渡帶和核部帶電氣石多為鐵電氣石，這可能是偉晶巖巖漿侵位時(shí)混染了圍巖組分所致。粗粒蝕變圍巖和細(xì)粒蝕變圍巖電氣石均為鎂電氣石，帶狀蝕變圍巖兼具鐵電氣石-鎂電氣石組分。電氣石R2位置上具有FeMg-1和MnMg-1替代關(guān)系，絕大部分電氣石遵循(R1+Al)(Na+R2)-1和(Al+O)(R+OH)-1元素替代，并遵循(Na+Mg)(Al+Xvac)-1發(fā)生成分演化。隨著巖漿演化，偉晶巖漿的主量元素Mg、Na含量下降，F(xiàn)e、Mn、Al逐漸富集，微量元素Ga逐漸富集，而Cr、Ni、V、Sc、Pb、Sr和Li均不斷降低。這可能與電氣石不斷結(jié)晶、晚期長(zhǎng)石增加有關(guān)。

(2)偉晶巖電氣石的主微量元素可反映偉晶巖體系的氧逸度變化。結(jié)合偉晶巖各帶和蝕變巖各帶的電氣石V含量和Fe3+-Al相關(guān)性，認(rèn)為偉晶巖核部和過(guò)渡帶的低氧逸度可能代表原始偉晶巖漿的特征，而偉晶巖脈邊緣帶的較高氧逸度可能與偉晶巖漿與圍巖相互作用有關(guān)。越靠近圍巖的偉晶巖受到圍巖影響越大，氧逸度越高。

(3)青河偉晶巖電氣石與高分異花崗巖電氣石相比，具有很低的REE總量和低(La/Yb)N比值，表明偉晶巖漿并非花崗巖體系高度分離結(jié)晶的產(chǎn)物，而可能是變質(zhì)沉積巖在較低溫度的角閃巖相條件下(花崗巖的源區(qū)熔融是在麻粒巖相條件)發(fā)生低程度部分熔融而形成。

(4)通過(guò)偉晶巖電氣石和蝕變圍巖電氣石的硼同位素對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，青河偉晶巖演化晚期的流體出溶規(guī)模很小(不超過(guò)10%)。這與青河偉晶巖很少有明顯圍巖蝕變一致，很可能是無(wú)礦化偉晶巖的一般特征。由于偉晶巖的硼同位素組成明顯輕于圍巖(云母片巖)，推測(cè)云母片巖并非偉晶巖的唯一源區(qū)，還可能存在一定量的黏土巖。

謹(jǐn)以此文祝賀周新華老師八十華誕暨從事地球科學(xué)研究六十周年，感謝周老師在第一作者讀博期間和科研工作中給予的教導(dǎo)和幫助。

致謝感謝黃超在野外工作的協(xié)助和汪方躍在礦物微區(qū)分析實(shí)驗(yàn)方面的幫助。感謝兩位審稿專家對(duì)本文的審閱及所提的寶貴修改意見(jiàn)。