北秦岭高耀—官坡地区锡及稀有金属伟晶岩年代学、地球化学特征及地质意义
doi: 10.19762/j.cnki.dizhixuebao.2023086
蔡文春1,2 ， 高峰1,2 ， 杨宗永3 ， 张小明1,2 ， 吴应忠1,2 ， 鲁麟1,2 ， 王天毅1,2 ， 张炳林1,2 ， 姚肖博1,2 ， 田科1,2
1. 陕西省矿产地质调查中心，陕西西安， 710068
2. 陕西省地质调查院，陕西西安， 710054
3. 中国科学院地球化学研究所，贵州贵阳， 550081
基金项目: 本文为陕西省公益性地质调查项目(编号202104，202301，202401) ； 陕西省自然科学基础研究计划——一般项目（青年项目）（编号2022JQ-276）联合资助的成果
Cassiterite U-Pb age, geochemistry and their geological implications of Sn-rare metal pegmatites in Gaoyao-Guanpo area, northern Qinling tectonic belt
CAI Wenchun1,2 ， GAO Feng1,2 ， YANG Zongyong3 ， ZHANG Xiaoming1,2 ， WU Yingzhong1,2 ， LU Lin1,2 ， WANG Tianyi1,2 ， ZHANG Binglin1,2 ， YAO Xiaobo1,2 ， TIAN Ke1,2
1. Shaanxi Mineral Resources and Geological Survey, Xi'an, Shaanxi 710068 , China
2. Shaanxi Institute of Geological Survey, Xi'an, Shaanxi 710054 , China
3. Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guiyang, Guizhou 550081 , China
摘要
北秦岭豫陕交界地区是我国重要的伟晶岩型铀和稀有金属成矿区，近年来在该区域相继发现了火炎沟锡铌钽矿和大东沟锡锂钽多金属矿，指示这一地区具有一定的锡及稀有金属成矿潜力。本文对火炎沟和大东沟矿化伟晶岩开展岩相学、岩石地球化学，以及锡石LA-ICP-MS U-Pb年代学研究，探讨含矿伟晶岩的成矿时代、源区性质和构造背景。含矿花岗伟晶岩的锡石U-Pb年龄分别为410.4±3.1 Ma和428.8±8.3 Ma，其形成于晚志留世—早泥盆世。含矿花岗伟晶岩富含白云母等富铝矿物，CIPW标准矿物中刚玉含量高（平均4.24%），铝饱和指数（A/CNK）平均值为1.35，具强过铝质特征；富集Li、Rb、Cs、Ta，Nb/Ta比值较低（平均5.43），Y与Rb呈负相关趋势，具S型花岗岩特征；低钙（CaO平均0.36%）、低LREE含量（平均9.02×10-6）和Zr/Hf值（平均9.44），CaO/Na2O＜0.3，富集Rb、Ta，亏损Ba、Th、Sr，源于下地壳变质泥岩脱水熔融。伟晶岩中出现电气石、锂辉石、磷灰石等富含挥发分岩浆特征矿物和锡石、铌钽矿、绿柱石等高分异花岗岩特征矿物，分异指数（DI）高（平均93.15），强烈富集Rb、Cs，亏损Ba，经历了高程度结晶分异。根据地球化学特征，结合区域构造演化，表明其形成于造山后相对稳定的构造环境，与黄龙庙、骡子坪等晚志留世花岗岩体具岩浆演化关系，是源于下地壳变质泥岩脱水熔融形成的过铝质花岗岩浆高程度分异演化的产物。
Abstract
The junction area between Henan and Shaanxi provinces in the northern Qinling tectonic belt is a significant region for pegmatitic uranium and rare metal mineralization in China. Recent discoveries of the Huoyangou Sn-Nb-Ta deposit and the Dadonggou Sn-Li-Ta polymetallic deposit highlight the area's substantial potential for Sn and rare metal mineralization. This study investigates the petrographic, geochemical, and cassiterite LA-ICP-MS U-Pb dating characteristics of mineralized pegmatites from Huoyangou and Dadonggou to determine the metallogenic age, source characteristics, and tectonic setting of these ore-bearing pegmatites. Cassiterite U-Pb dating reveals ages of 410.4±3.1 Ma and 428.8±8.3 Ma for the ore-bearing granitic pegmatites, indicating formation during the Late Silurian and Early Devonian. These pegmatites are characterized by enrichment in aluminum minerals such as muscovite, with a high corundum content in CIPW standard minerals (averaging 4.24%) and an aluminum saturation index (A/CNK) value of 1.35, displaying strong peraluminous characteristics. The pegmatites are enriched in Li, Rb, Cs, and Ta, with a low Nb/Ta ratio (averaging 5.43), and exhibit a negative correlation between Y and Rb, indicating characteristics of S-type granite. Low CaO content (averaging 0.36%), low LREE content (9.02×10-6 on average), and Zr/Hf value (9.44 on average), along with CaO/Na2O＜0.3, enrichment in Rb and Ta, and depletion in Ba, Th, and Sr, suggest an origin from the dehydration and melting of lower crustal metamorphic mudstone. The pegmatites contain volatile-rich magmatic characteristic minerals such as tourmaline, lithium pyroxene, and apatite, as well as highly differentiated granitic characteristic minerals such as cassiterite, niobium-tantalite, and beryl. The high differentiation index (DI) (averaging 93.15), enrichment in Rb and Cs, and depletion in Ba indicate a high degree of crystalline differentiation. Integrating these geochemical characteristics with regional tectonic evolution, we propose that these pegmatites formed in a post-orogenic, relatively stable tectonic environment. They exhibit a magmatic evolution relationship with Late Silurian granite bodies such as Huanglongmiao and Luoziping, representing the highly differentiated and evolved peraluminous granite magma derived from the dehydration and melting of metamorphic mudstone in the lower crust.
花岗伟晶岩是关键战略金属资源的重要赋矿岩石之一。东秦岭地区是我国重要的伟晶岩分布区，形成了峦庄、官坡、龙泉坪、商南和丹凤等伟晶岩密集区（卢欣祥等，2010；周起凤等，2021），是我国重要的伟晶岩型铀矿和稀有金属成矿区（Yuan Feng et al.，2018b；曾威等，2023）。以往，在该区域发现了南阳山锂矿、七里沟锂矿、蔡家沟锂铍矿、凤凰寨锂矿、街子沟铍矿和资峪沟铷矿等伟晶岩型稀有金属矿床（宋公社等，2018；陈雷等，2023），以及光石沟、纸房沟和陈家庄等伟晶岩型铀矿（左文乾等，2010；Yuan Feng et al.，2020；陈雷等，2023）。近年来，该区域取得了锡及稀有金属矿找矿突破，相继在河南省龙潭沟—火炎沟与陕西省大东沟一带发现了伟晶岩型锡及稀有金属矿，表明该区域具有一定的锡及稀有金属成矿潜力。本文通过岩相学、岩石地球化学及锡石同位素年代学研究，厘定新发现的伟晶岩型锡及稀有金属矿形成时代，探讨含矿伟晶岩源区性质和形成的构造背景，为东秦岭伟晶岩型锡及稀有金属成矿机制研究提供参考信息，为该区锡及稀有金属地质找矿提供理论指导。
1 区域地质背景
秦岭造山带是一个复合型大陆碰撞造山带（Dong Yunpeng et al.，2016），其东部自北向南分为华北陆块南缘、北秦岭构造带、南秦岭地体以及华南陆块北缘。北秦岭构造带呈条带状分布于洛南-栾川断裂带和商丹缝合带之间，是秦岭造山带中物质组成和构造演化最复杂，变质变形最强烈的地段，自北向南依次细分为宽坪单元、二郎坪单元、北秦岭单元和商丹单元，各单元之间为断裂带或剪切带分隔。
宽坪单元主要由宽坪岩群变质基性火山岩、变质碎屑岩及变质碳酸盐岩建造组成。二郎坪单元主要由下古生界二郎坪岩群变质酸性火山-碎屑岩夹基性—酸性火山岩建造、海相碎屑岩-碳酸盐岩建造和上古生界粉笔沟组海相碎屑岩建造，以及早古生代中酸性侵入岩组成，上叠有三叠系五里川组陆相碎屑岩。北秦岭单元主要由古元古界秦岭岩群、中—新元古界峡河岩群中深变质结晶基底杂岩系和侵入其中的古生代花岗岩及花岗伟晶岩组成，结晶基底杂岩系主要为片麻岩、斜长角闪岩、钙硅酸盐岩及大理岩等，发育强烈的深熔混合岩化作用，原岩为陆缘碎屑岩、碳酸盐岩夹少量基性火山岩，变质程度普遍达角闪岩相、局部麻粒岩相。商丹单元由中—新元古代松树沟古洋壳蛇绿岩残片和古生代商丹蛇绿构造混杂岩带组成，商丹蛇绿构造混杂岩带由超镁铁质岩、变辉长岩、变玄武岩和放射虫硅质岩等岩块及云母片岩基质组成（曾威等，2023）。
秦岭造山带岩浆作用十分强烈，主要有新元古代、古生代和中生代构造岩浆热事件。古生代，沿商丹带和二郎坪一线发生俯冲增生及碰撞造山，构造岩浆热事件集中于北秦岭构造带（张成立等，2013；Dong Yunpeng et al.，2015），形成了大量花岗岩和花岗伟晶岩。北秦岭构造带古生代花岗质岩石大致划分为三个阶段（张成立等，2013）：第一阶段（500 Ma）主要发育于北秦岭东段，侵位于秦岭岩群、峡河岩群、二郎坪岩群和丹凤岩群中，代表性岩体有漂池岩体、西庄河岩体等，岩石组合主要为S型，主要岩石类型为二长花岗岩，发育片麻理、伴有深熔花岗岩脉；第二阶段（450 Ma）是秦岭古生代花岗质岩石的主体，侵位于秦岭岩群、峡河岩群、二郎坪岩群和丹凤岩群中，代表性岩体有留仙坪、宽坪、枣园、灰池子、商南和四棵树等岩体，岩石组合为I型、I-S型，岩石类型有二长花岗岩、花岗闪长岩和少量黑云母花岗岩，部分岩体发育一定的片麻理；第三阶段（420 Ma）主要发育于北秦岭中段，代表性岩体有黄龙庙岩体、骡子坪岩体、桃坪岩体和安吉坪岩体，岩石类型主要为块状淡色花岗岩，岩石组合以S型花岗岩为主。
北秦岭构造带不仅发育古生代花岗质岩体，同时发育大量古生代花岗伟晶岩脉（6000余条），伟晶岩脉成群分布、分段集中，形成了峦庄、官坡、龙泉坪、商南和丹凤等伟晶岩密集区（周起凤等，2021）。伟晶岩呈脉状、囊状侵入于秦岭岩群片麻岩和峡河岩群片岩中，脉体产状大多与区域性构造面理一致或小角度斜切，部分大角度斜切。区域上已发现陈家庄、纸坊沟、光石沟等伟晶岩型铀矿和南阳山锂钽矿、蔡家沟锂钽矿、街子沟铍钽矿、火炎沟锡铌钽矿、大东沟锡锂钽矿等伟晶岩型稀有金属矿（图1），形成了我国重要的伟晶岩型铀矿（卢欣祥等，2010；李建康等，2019；Zhou Qifeng et al.，2021）和稀有金属矿集区（王江波，2020；林锐华等，2021）。伟晶岩型铀矿主要分布于北秦岭构造带南部丹凤—商南一带，赋存于黑云母花岗伟晶岩脉中；锡锂钽等稀有金属矿主要分布于北秦岭构造带中北部高耀—官坡一带，赋存于白云母花岗伟晶岩脉中。
2 矿区地质特征
2.1 火炎沟锡铌钽矿区地质特征
火炎沟锡铌钽矿床位于北秦岭构造带北部的官坡伟晶岩密集区，矿区内出露的地层主要为古元古界秦岭岩群郭庄岩组、中—新元古界峡河岩群寨根岩组和界牌岩组，郭庄岩组岩性主要为石榴黑云斜长片麻岩、斜长角闪片岩，寨根岩组岩性主要为黑云石英片岩、含榴二云石英片岩和斜长角闪片岩，界牌岩组岩性主要为斜长角闪片岩、二云石英片岩和大理岩（图2）。矿区断裂、褶皱构造发育，断裂构造主要为北西向逆断层；褶皱主要为磨沟口背形，呈北西—南东走向，轴部裂隙发育。伟晶岩脉在背形轴部密集发育，规模较大，两翼脉体相对稀疏。矿区共发现具有一定规模的伟晶岩脉263条，火炎沟矿段发现锡及稀有金属矿化伟晶岩脉26条，矿脉长度40~1360 m，宽度0.8~118 m，多呈单脉产出，脉体走向与地层走向一致，呈北西西向；脉体呈弱分带，多数仅有细粒带和中粒带，主要矿物成分为微斜长石、钠长石、斜长石、石英、电气石和白云母；围岩主要为斜长角闪片岩。火炎沟共圈定锡矿体20条，长度37~490 m，厚度0.84~3.91 m；Sn品位0.10%~2.74%，平均品位0.32%。赋矿岩性为含电气石白云母花岗伟晶岩（图3a），矿石矿物主要为锡石（图3b、c）和铌钽铁矿，脉石矿物主要为微斜长石、钠长石、斜长石、石英、电气石和白云母等（图3b）。锡石呈黑褐色，他形粒状（图3e）、半自形双锥状，粒径1~5 mm，大者可达15 mm，不均匀分布，部分锡石可见明显生长环带（图3f）。
图1北秦岭花岗伟晶岩及伟晶岩型矿产分布图（据秦克章等，2019；曾威等，2023修改）
Fig.1Distribution map of granite pegmatite and pegmatite type mineral resources in northern Qinling tectonic belt （modified after Qin Kezhang et al., 2019; Zeng Wei et al., 2023）
图2高耀—官坡地区大东沟锡锂钽多金属矿及火炎沟锡铌钽矿地质简图（据陈雷等，2023修改）
Fig.2Geological diagram of Dadonggou Sn-Li-Ta deposit and Huoyangou Sn-Nb-Ta deposit in Gaoyao-Guanpo area (modified after Chen Lei et al., 2023）
2.2 大东沟锡锂钽多金属矿区地质特征
大东沟锡锂钽多金属矿位于火炎沟锡铌钽矿西部的洛南县高耀镇会仙村，两者直线距离约8 km，均位于官坡伟晶岩密集区。矿区内出露地层主要为中—新元古界峡河岩群寨根岩组（图2），岩性主要为二云石英片岩、黑云石英片岩夹斜长角闪片岩和少量大理岩。矿区地层呈单斜构造，区域构造线方向为北西西向，发育小型北西西向展布的逆断层。区内分布有伟晶岩脉20余条，脉长100~1200 m，宽0.4~10 m，北西西向展布；其中，矿化伟晶岩脉9条，长度100~1200 m，宽度0.3~5.4 m，发育分枝复合（图4a），具膨缩现象。共圈定锡及稀有金属矿体6条，主矿体长度540 m，厚度0.84~3.58 m；Sn品位0.11%~0.2%，Ta2O5品位0.0032%~0.0185%，Li2O品位0.55%~0.91%，BeO品位0.041%~0.058%。赋矿岩石为白云母花岗伟晶岩（图4b、c），矿石矿物主要为锡石、铌钽铁矿、锂辉石和绿柱石；锡石呈黑褐色（图4c），他形粒状、半自形柱状、双锥状（图4c、f），粒径2~10 mm，星点状分布；铌钽铁矿呈长柱状（图4d），粒径约0.01~0.12 mm，零星分布；锂辉石呈半自形—自形柱状（图4e）、交代残余状，较破碎，粒径约0.25~9.6 mm，镜下呈浅褐色、浅紫色，辉石式解里发育，具聚片双晶，部分边缘被交代具文象结构，显微裂隙中充填石英、钾长石、白云母等。脉石矿物主要为微斜长石、斜长石、石英和白云母。
图3火炎沟锡锂钽矿化花岗伟晶岩露头及显微照片
Fig.3Field and microscopic photos of Sn-Nb-Ta mineralized granite pegmatite in Huoyangou
（a）—矿化伟晶岩脉照片；（b）—含锡石电气石白云母花岗伟晶岩；（c）—含锡石花岗伟晶岩岩芯照片；（d）、（e）—含锡石花岗伟晶岩显微照片；（f）—锡石显微照片；图3d为正交偏光，图3e、f为单偏光；Qtz—石英；Pl—斜长石；Cst—锡石；Tur—电气石
（a）—photographs of mineralized pegmatite veins; （b）—photographs of cassiterite-bearing tourmaline muscovite granite pegmatite; （c）—photographs of cassiteritic-bearing granite-pegmatite core; （d）, （e）—microscopic photos of cassiterite-bearing granite pegmatite; （f）—microscopic photos of cassiterite; Fig.3d is cross-polarized, Fig.3e and Fig.3f are plane-polarized images; Qtz—quartz; Pl—plagioclase; Cst—cassiterite; Tur—tourmaline
3 样品采集和分析方法
本文选取火炎沟锡铌钽矿化花岗伟晶岩脉和大东沟锡锂钽矿化花岗伟晶岩脉新鲜露头取样，为保证伟晶岩样品分析结果的代表性，采样选择成分均匀处进行取样，并将每件样品的采样重量加大至5 kg以上。火炎沟3件样品取自2条脉体，采样位置见图2，编号分别为HYG1、HYG2和HYG3，岩性均为中细粒电气石白云母钠长石伟晶岩；大东沟6件样品取自3条脉体，采样位置见图2，编号分别为DDG1、DDG2、DDG3、DDG4、DDG5和DDG6，岩性均为中细粒白云母花岗伟晶岩。本次采集的9件样品均进行了全岩主、微量元素分析，并从HYG1和DDG1样品中分别挑选了锡石进行同位素年代学研究。
全岩主量元素和微量元素分析均在自然资源部西安矿产资源监督检测中心完成。主量元素采用原子吸收分光光度计（日立Z-2300）、紫外可见分光光度计（TU-1810PC）和酸式滴定管进行测试，元素分析误差＜1%；微量元素采用美国Thermo Fisher制造的XSERIESⅡ型ICP-MS进行分析，分析精度优于5%。
图4大东沟锡锂钽矿化花岗伟晶岩野外及显微照片
Fig.4Field and microscopic photos of Sn-Li-Ta mineralized granite pegmatite in Dadonggou
（a）—矿化伟晶岩脉照片；（b）—含锂辉石白云母花岗伟晶岩照片；（c）—含锡石白云母花岗伟晶岩照片；（d）—铌钽铁矿显微照片；（e）—含锂辉石花岗伟晶岩显微照片；（f）—含锡石花岗伟晶岩显微照片；图4d为反射光，图4e、f为正交偏光；Qtz（Qz）—石英；Pl—斜长石；Ms—白云母；Cst—锡石；Col—铌钽铁矿；Spd—锂辉石
（a）—photographs of mineralized pegmatite veins; (b) —photographs of spodumene-bearing muscovite granite pegmatite; (c) —photographs of cassiterite-bearing muscovite granite pegmatite; (d) —microscopic photos of columbite; (e) —microscopic photos of spodumene-bearing granite pegmatite; (f) —microscopic photos of cassiterite-bearing granite pegmatite; Fig.4d is plane-polarized, Fig.4e and Fig.4f are cross-polarized images; Qtz（Qz）—quartz; Pl—plagioclase; Ms—muscovite; Cst—cassiterite; Col—columbite; Spd—spodumene
锡石挑选、样品制靶和BSE图像在西安兆年矿物测试技术有限公司完成，锡石LA-ICP-MS U-Pb同位素测年在中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室完成。U-Pb同位素测年所使用的仪器为 Agilent 7900 ICP-MS和193 nm激光剥蚀系统。锡石测年选取的激光斑束直径为60 μm，激光能量密度为4 J/cm2，频率为6 Hz，采用AY-4锡石样品（ID-TIMS 206Pb/238U年龄为158.2±0.4 Ma）作为外标对分析数据进行校正（Yuan Shunda et al.，2011）。数据处理和制图采用 ICPMSDataCal程序（Liu Yongsheng et al.，2010）和 Isoplot3.0程序（Ludwig，2003）完成，通过固定普通Pb（Pb校正），用Isoplot计算并绘制 T-W图，获得下交点年龄（Tang Yanwen et al.，2022）。
4 分析结果
4.1 锡石测年结果
大东沟锡锂钽矿化花岗伟晶岩（样品编号DDG1）和火炎沟锡铌钽矿化花岗伟晶岩（样品编号HYG1）锡石U-Pb同位素分析数据见表1。大东沟锡锂钽矿化花岗伟晶岩中锡石呈深褐色、半透明、半自形—他形粒状，粒径50~400 μm，见少量矿物包裹体，背散射图像显示内部结构简单，裂纹较发育，环带不发育（图5a）。大东沟DDG1样品中30个锡石颗粒206Pb/238U比值为0.0586~0.1058，207Pb/235U比值为0.2222~1.9912，207Pb/206U比值为0.0285~0.1260。普通Pb校正后，大东沟DDG1样品获得28个测试点的下交点年龄为428.8±8.3 Ma（MSWD=2.3，n=28）（图5b），2个测点偏离构成交点年龄的群体，可能是分析过程中激光剥蚀到微小裂隙。火炎沟锡铌钽矿化花岗伟晶岩中锡石颗粒粗大，一般1~5 mm，个别达10 mm，透反射图像显示锡石内部结构简单，裂纹发育，含少量矿物包裹体（图6a），在透射光下呈深褐色—红褐色、半透明、自形—半自形（图6b、c），生长环带发育（图3f）。选择火炎沟HYG1样品中5个锡石颗粒的30个点位进行了U-Pb同位素分析（图6a），206Pb/238U比值为0.0643~0.0764，207Pb/235U比值为0.4379~1.9630，207Pb/206U比值为0.0475~0.1843。普通Pb校正后，火炎沟HYG1样品获得25个测试点的下交点年龄为410.4±3.1 Ma（MSWD=1.8，n=25）（图6d），5个测点偏离构成交点年龄的群体，可能是铅丢失或者分析过程中激光剥蚀到微小裂隙。
表1高耀—官坡地区锡及稀有金属矿化伟晶岩锡石LA-ICP-MS分析数据
Table1LA-ICP-MS cassiterite U-Pb analytical results of the Sn and rare metal mineralized granite pegmatite in Gaoyao-Guanpo area
图5大东沟锡锂钽矿化花岗伟晶岩锡石BSE图像（a）和U-Pb Tera-Wasserburg年龄图（b）
Fig.5Back-scattered electron image （a） and U-Pb Tera-Wasserburg concordia plots （b） of cassiterite in the Dadonggou Sn-Li-Ta deposit
图6火炎沟锡铌钽矿化花岗伟晶岩锡石透反射图像（a~c）和U-Pb Tera-Wasserburg年龄图（d）
Fig.6Microphotograph （a~c） and U-Pb Tera-Wasserburg concordia plots （d） of cassiterite in the Huoyangou Sn-Nb-Ta deposit
表2高耀—官坡地区锡及稀有金属矿化伟晶岩主量微量分析结果（%）
Table2Major elements contents （%） of the Sn and rare metal mineralized granite pegmatite in Gaoyao-Guanpo area
表3高耀—官坡地区锡及稀有金属矿化伟晶岩微量元素分析结果（×10-6）
Table3Trace element contents (×10-6) of the Sn and rare metal mineralized granite pegmatite in Gaoyao-Guanpo area
4.2 主微量元素分析结果
锡及稀有金属矿化花岗伟晶岩样品主量元素分析结果见表2，文中涉及的主量元素含量、比值及特征参数均为扣除烧失量后100%归一化值。高耀—官坡一带锡及稀有金属矿化花岗伟晶岩SiO2含量为70.10%~78.37%，Al2O3含量为13.20%~19.20%，CaO含量0.16%~0.62%，MgO含量为0.07%~0.36%，全碱（K2O+Na2O）含量为6.34%~8.77%，Fe2O3+FeO为0.56%~0.95%，分异指数（DI）为88.53~96.11（平均93.15），总体表现为高硅、强过铝、富碱、低钙、低镁、低铁的特点。在K2O-SiO2图上，大东沟样品主要落于高钾钙碱性系列区内，少量落于钙碱性系列（图7a），而火炎沟样品均落于钙碱性系列（图7a）。岩石铝饱和指数（A/CNK）值为1.08~1.87，在A/NK-A/CNK图解中均落于过铝质区域（图7b），岩石具明显的过铝质特征，CIPW标准矿物中刚玉含量较高（1.14%~9.24%，平均4.24%）。
锡及稀有金属矿化花岗伟晶岩样品微量元素分析结果见表3。大东沟锡锂钽矿化伟晶岩与火炎沟锡铌钽矿化伟晶岩稀土元素总量较低，介于2.56×10-6~33.02×10-6之间，平均11.06×10-6；轻稀土总量为1.66×10-6~28.33×10-6（平均9.02×10-6），重稀土总量为0.90×10-6~4.69×10-6（平均2.04×10-6），LREE/HREE为1.84~8.28（平均4.47），（La/Yb）N为1.75~25.75（平均7.19），轻稀土元素相对重稀土元素富集。火炎沟三件样品均具有明显的Eu负异常特征，δEu值为0.04~0.33；而大东沟既有Eu负异常（δEu=0.59~0.78），又有Eu正异常特征（δEu=1.03~1.77）。稀土配分曲线（图8a）总体向右缓倾斜，轻重稀土分馏不明显，大部分样品具有Eu负异常，个别样品具弱Eu正异常的特征。火炎沟矿化伟晶岩稀土TE3，4值为1.39~1.46，均大于1.1，显示稀土四分组效应（Masuda et al.，1978；Irber，1999）；大东沟矿化伟晶岩稀土TE3，4值为1.02~1.18，6件样品中2件TE3，4值大于1.1，具稀土四分组效应。在原始地幔标准化的微量元素蜘蛛图（图8b）上，大东沟锡锂钽矿化伟晶岩与火炎沟锡铌钽矿化伟晶岩具有相似的配分曲线，富集Rb、Cs、Ta、P、Zr等元素，相对亏损Ba、Th、U、Sr、Nd、Ti及稀土元素。
5 讨论
5.1 成岩成矿时代
区域上伟晶岩型锡锂钽等稀有金属成矿年龄为422~410 Ma和399~384 Ma（Zhou Qifeng et al.，2021），伟晶岩型铀矿成矿年龄为420~405 Ma（赵如意等，2014；王江波等，2020；Yuan Feng et al.，2020）。本文分别挑选火炎沟和大东沟矿化花岗伟晶岩中的锡石进行U-Pb定年，锡石多呈半自形—自形粒状分布于微斜长石、石英、钠长石、白云母等造岩矿物间，未见交代造岩矿物或脉状分布特征，为岩浆结晶锡石。获得火炎沟锡铌钽矿化花岗伟晶岩25个测试点的下交点年龄为410.4±3.1 Ma（MSWD=1.8），与前人获得的官坡地区龙潭沟-火炎沟锡矿床含锡花岗伟晶岩锡石U-Pb年龄（408.1±1.5 Ma）基本一致（刘新星等，2023）。获得大东沟锡锂钽矿化花岗伟晶岩28个测试点的下交点年龄为428.8±8.3 Ma（MSWD=2.3），与前人获得的火炎沟伟晶岩型锡铌钽矿床的成岩成矿时代（424~420 Ma）基本一致（陈雷等，2023）。上述结果表明高耀—官坡地区伟晶岩型锡及稀有金属矿的成岩成矿时代为晚志留世—早泥盆世，与黄龙庙、骡子坪、桃坪等岩体形成时代基本一致（赵如意等，2014），官坡—丹凤地区存在两期伟晶岩型锡锂钽等稀有金属成矿作用，分别为428~410 Ma和399~384 Ma，且早期伟晶岩型稀有金属矿与伟晶岩型铀矿形成时代基本一致。
图7高耀—官坡地区锡及稀有金属矿化伟晶岩A/NK-A/CNK图（a，据Maniar et al.，1989）和 K2O-SiO2图（b，据Peccerillo et al.，1976）
Fig.7A/NK-A/CNK (a, after Maniar et al., 1989) and K2O-SiO2 (b, after Peccerillo et al., 1976） diagrams for the Sn and rare metal mineralized granite pegmatite in Gaoyao-Guanpo area
图8高耀—官坡地区锡及稀有金属矿化伟晶岩稀土元素球粒陨石标准化（a）及微量元素原始地幔标准化配分模式图（b）（标准化数据据Sun et al.，1989）
Fig.8Chondrite normalized REE patterns （a） and primitive mantle normalized trace element patterns （b） of the Sn and rare metal mineralized granite pegmatite in Gaoyao-Guanpo area （normalization values after Sun et al., 1989）
5.2 伟晶岩源区和成因
区域上花岗伟晶岩脉围绕灰池子、黄龙庙、骡子坪、桃坪等古生代花岗岩大致呈环带状分布。灰池子岩体属于I型花岗岩，形成年龄为445.6±6.1 Ma（雷敏，2010），εHf（t）值为3.4~8.4（Yuan Feng et al.，2018a），明显不同于火炎沟伟晶岩中锆石的εHf（420 Ma）值（平均-7.4）（曾威等，2023），灰池子岩体可能与伟晶岩脉无直接成因联系。研究区花岗伟晶岩脉围绕黄龙庙、骡子坪、桃坪等花岗岩体呈环带状分布，平面上大东沟矿化伟晶岩脉距离黄龙庙岩体边缘最近为6.3 km，火炎沟矿化伟晶岩脉距离黄龙庙岩体最近为10.8 km。前人通过锆石U-Pb测年，获得黄龙庙花岗岩和骡子坪花岗岩锆石U-Pb 年龄分别为414.2±3.9 Ma和430.7±9.3 Ma（王江波，2020），花岗伟晶岩与黄龙庙、骡子坪等花岗岩体形成年龄基本一致。黄龙庙、骡子坪、桃坪等岩体为高钾钙碱性系列S型花岗岩（王江波，2020），具高分异花岗岩特征（张成立等，2013）。研究区花岗伟晶岩富含白云母等富铝矿物，CIPW标准矿物中刚玉含量高（平均4.24%）；铝饱和指数（A/CNK）值为1.08~1.87，平均1.35，具强过铝质特征；富集Li、Rb、Cs、Ta，Nb/Ta比值较低（0.28~12.62，平均5.42），Y与Rb呈负相关趋势（图9a），与黄龙庙二长花岗岩地球化学特征相似。上述特征指示，研究区花岗伟晶岩与黄龙庙二长花岗岩具同源岩浆演化关系。
黄龙庙二长花岗岩地球化学及Nd同位素特征指示其源于秦岭岩群片麻岩部分熔融（秦拯纬，2016）；火炎沟花岗伟晶岩中锆石的εHf（t）平均值为-7.4，二阶段Hf模式年龄（tDM2）为2.45~2.52 Ga（曾威等，2023），也说明花岗伟晶岩的源区为古老的地壳物质。综上，认为研究区花岗伟晶岩源区物质来源于地壳。
在花岗质岩石源区组分判别图上，黄龙庙二长花岗岩与花岗伟晶岩样品均落入变质泥岩和变杂砂岩熔体范围（图9b、c）。杂砂岩熔融形成的强过铝质花岗岩CaO/Na2O＞0.3，泥质岩熔融形成的强过铝质花岗岩CaO/Na2O＜0.3（Sylvester，1998），黄龙庙二长花岗岩样品和花岗伟晶岩样品落于泥质岩源区以及碎屑岩源区与泥质岩源区分界线附近（图9d），其源区岩浆主要来自泥质岩的熔融。地壳物质的深熔作用主要有脱水熔融和注水熔融两种类型（Patiño et al.1995，1998; Prince et al.，2001; Gao Lie et al.，2017; 曾令森等，2017）。注水熔融较脱水熔融形成的熔体具有Ca、Sr、Ba、Zr、Hf、Th、LREE含量和Zr/Hf 值较高，Ta、Nb、Rb、U含量和εHf（t）、87Sr/86Sr、Rb/Sr值较低的地球化学特点（Gao Lie et al.，2017）。研究区样品具有低钙（CaO平均0.36%）、低LREE含量（平均9.02×10-6）和Zr/Hf值（平均9.44），富集Rb、Ta，亏损Ba、Th、Sr的地球化学特征，因此推断其岩浆体系为下地壳变质泥岩脱水熔融形成。
全岩Nb/Ta值和Zr/Hf值可做为花岗岩浆结晶分异程度的辨别标志（吴福元等，2017），球粒陨石Nb/Ta值和Zr/Hf值分别为19.9±0.6和34.3±0.3（Münker et al.，2003），大陆地壳Nb/Ta值和Zr/Hf值平均为11.43和36.7（Rudnick et al.，2004）。研究区9件样品剔除1个Zr/Hf异常值（2569）后，Nb/Ta 值和Zr/Hf 值分别为0.28~12.62（平均5.43）和3.79~16.97（平均9.44），低于球粒陨石和大陆地壳，表明发生过分异作用。研究区花岗伟晶岩中出现电气石、锂辉石、磷灰石等富含挥发分岩浆的特征矿物和锡石、铌钽矿、绿柱石等高分异花岗岩特征矿物，且分异指数（DI）高（平均93.15），指示其经历了高程度结晶分异。在岩浆演化过程中Rb、Cs易进入残余岩浆或岩浆晚期热液中，Ba易占据早期含K矿物中K的位置（曾威等，2023），黄龙庙二长花岗岩及研究区花岗伟晶岩强烈富集Rb、Cs，亏损Ba，指示岩浆经历了高程度的结晶分异作用，在Rb-Ba-Sr三角图解（图10a）和SiO2-K/Rb图解（图10b）中样品均落入高分异花岗岩及其附近区域。
图9北秦岭高耀—官坡一带花岗岩及花岗伟晶岩Rb-Y图解（a，据Chappell，1999）和源区组成判别图（b，据Altherr et al.，2002; Kaygusuz et al.，2008; c，据Stern et al.，1996；d，据Sylvester，1998；花岗岩数据来源于王江波，2020）
Fig.9Rb-Y diagram (a, after Chappel, 1999) and source composition discrimination diagram of the granite and granite pegmatite (b, after Altherr et al., 2002; Kaygusuz et al., 2008; c, after Stern et al., 1996; d, after Sylvester, 1998; granite data from Wang Jiangbo, 2020) in Gaoyao-Guanpo area, northern Qinling tectonic belt
综上，高耀—官坡一带锡及稀有金属矿化花岗伟晶岩是由源于下地壳变质泥岩脱水熔融形成花岗质岩浆，经过高度结晶分异演化，形成黄龙庙、骡子坪等花岗岩体后，产生富含挥发分的残余岩浆结晶形成。
5.3 地球动力学背景
花岗伟晶岩常出现在造山运动后相对宁静的时期，大多数为造山后地壳伸展的产物（王登红等，2004；李善平等，2021）。研究区含矿花岗伟晶岩与黄龙庙等晚志留世花岗岩体具岩浆演化关系，黄龙庙岩体二长花岗岩样品在R1-R2图解（图11a）上，主要落于晚造山区域，少量分布于非造山及造山后区域的边界附近；在Rb-（Y+Nb）图解（图11b）上，主要落于后碰撞花岗岩区内，少量落于板内花岗岩区；在SiO2-（K2O+Na2O）图解（图11c）上，主要落于伸展型花岗岩区内；以上特征指示高耀—官坡一带矿化花岗伟晶岩形成于造山后相对稳定的构造环境。
秦岭造山带区域构造演化研究认为，新元古代末（600 Ma）在华北陆块与一个外来地块之间形成了以商丹蛇绿岩为代表的古特提斯洋（商丹洋），于早古生代早期开始向北俯冲消减（董云鹏等，2022），早古生代北秦岭发生大陆碰撞及造山过程，大致分为早、中、晚三期（张成立，2013；陈丹玲等，2019）。早期（507~470 Ma），南秦岭微陆块向北秦岭之下发生深俯冲，发生部分熔融，形成壳源花岗质岩浆（漂池S型花岗岩等）。中期（455~443 Ma），持续俯冲汇聚，陆壳增厚，俯冲板片断离、地幔楔物质发生部分熔融，形成了以富水杂岩为代表的基性岩；软流圈垂向对流加热诱发陆壳物质部分熔融，在幔源岩浆参与下形成花岗质岩浆作用。晚期（434~400 Ma），北秦岭开始进入相对稳定的造山后构造演化阶段，陆壳进一步抬升并向伸展转化，陆壳物质部分熔融形成的花岗质岩浆得以充分演化分异，形成了骡子坪、桃坪等高分异花岗岩。
图10北秦岭高耀—官坡一带花岗岩及花岗伟晶岩Rb-Ba-Sr图解（a，据Bouseily et al.，1975）和SiO2-K/Rb图解 （b，据Blevin，2004）（花岗岩数据来源于王江波，2020）
Fig.10SiO2-K/Rb diagram (a, after Bouseily et al., 1975） and source composition discrimination diagram of the granite and granite pegmatite (b, after Blevin, 2004） (granite data from Wang Jiangbo, 2020） in Gaoyao-Guanpo area, northern Qinling tectonic belt
图11北秦岭高耀—官坡一带花岗岩构造环境判别图（a，据Batchelor et al.，1985; b，据 Pearce et al.，1984; c，据 Brown，1982；花岗岩数据来源于赵如意等，2014）
Fig.11Tectonic discrimination diagrams of the granite (a, after Batchelor et al., 1985; b, after Pearce et al., 1984; c, after Brown，1982； granite data from Zhao Ruyi et al., 2014) in Gaoyao-Guanpo area, northern Qinling tectonic belt
综上分析，官坡—高耀锡及稀有金属矿化花岗伟晶岩形成于相对稳定的造山后构造环境。结合区域构造演化特征，提出花岗伟晶岩成岩成矿动力学机制：晚志留世—早泥盆世，古特提斯洋（商丹洋）闭合，南秦岭微陆块和北秦岭构造带拼合，进入造山后构造演化阶段，挤压汇聚作用减弱，陆壳进一步抬升并向伸展转化；下地壳变质泥岩脱水熔融，Sn、Li、Be、Nb、Ta、Rb、U等成矿元素进入熔体，形成花岗质岩浆；在相对稳定的环境下，花岗质岩浆充分演化分异，形成了富含锡及稀有金属的过铝质S型高分异花岗质岩浆；岩浆沿构造断裂通道上升，侵位形成黄龙庙、骡子坪等花岗岩体，而锡及稀有金属大部分富集于富含挥发分的残余岩浆中；残余岩浆进一步演化，在断裂、裂隙等部位就位，最终形成含矿花岗伟晶岩脉。
6 结论
（1）大东沟锡锂钽多金属矿赋矿伟晶岩锡石LA-ICP-MS U-Pb年龄为428.8±8.3 Ma，火炎沟锡铌钽矿赋矿伟晶岩锡石LA-ICP-MS U-Pb年龄为410.4±3.1 Ma，东秦岭地区高耀—官坡一带伟晶岩和锡及稀有金属矿形成时代为晚志留世—早泥盆世。
（2）高耀—官坡一带锡及稀有金属矿化花岗伟晶岩属高分异过铝质S型花岗岩，是源于下地壳变质泥岩脱水熔融形成的过铝质花岗岩浆高程度分异演化的产物，与黄龙庙、骡子坪等晚志留世花岗岩体具岩浆演化关系。
（3）高耀—官坡一带伟晶岩型锡及稀有金属矿形成于造山后相对稳定的构造环境，晚志留世—早泥盆世，北秦岭造山带为原特提斯演化的造山后构造阶段。
图1北秦岭花岗伟晶岩及伟晶岩型矿产分布图（据秦克章等，2019；曾威等，2023修改）
Fig.1Distribution map of granite pegmatite and pegmatite type mineral resources in northern Qinling tectonic belt （modified after Qin Kezhang et al., 2019; Zeng Wei et al., 2023）
图2高耀—官坡地区大东沟锡锂钽多金属矿及火炎沟锡铌钽矿地质简图（据陈雷等，2023修改）
Fig.2Geological diagram of Dadonggou Sn-Li-Ta deposit and Huoyangou Sn-Nb-Ta deposit in Gaoyao-Guanpo area (modified after Chen Lei et al., 2023）
图3火炎沟锡锂钽矿化花岗伟晶岩露头及显微照片
Fig.3Field and microscopic photos of Sn-Nb-Ta mineralized granite pegmatite in Huoyangou
图4大东沟锡锂钽矿化花岗伟晶岩野外及显微照片
Fig.4Field and microscopic photos of Sn-Li-Ta mineralized granite pegmatite in Dadonggou
图5大东沟锡锂钽矿化花岗伟晶岩锡石BSE图像（a）和U-Pb Tera-Wasserburg年龄图（b）
Fig.5Back-scattered electron image （a） and U-Pb Tera-Wasserburg concordia plots （b） of cassiterite in the Dadonggou Sn-Li-Ta deposit
图6火炎沟锡铌钽矿化花岗伟晶岩锡石透反射图像（a~c）和U-Pb Tera-Wasserburg年龄图（d）
Fig.6Microphotograph （a~c） and U-Pb Tera-Wasserburg concordia plots （d） of cassiterite in the Huoyangou Sn-Nb-Ta deposit
图7高耀—官坡地区锡及稀有金属矿化伟晶岩A/NK-A/CNK图（a，据Maniar et al.，1989）和 K2O-SiO2图（b，据Peccerillo et al.，1976）
Fig.7A/NK-A/CNK (a, after Maniar et al., 1989) and K2O-SiO2 (b, after Peccerillo et al., 1976） diagrams for the Sn and rare metal mineralized granite pegmatite in Gaoyao-Guanpo area
图8高耀—官坡地区锡及稀有金属矿化伟晶岩稀土元素球粒陨石标准化（a）及微量元素原始地幔标准化配分模式图（b）（标准化数据据Sun et al.，1989）
Fig.8Chondrite normalized REE patterns （a） and primitive mantle normalized trace element patterns （b） of the Sn and rare metal mineralized granite pegmatite in Gaoyao-Guanpo area （normalization values after Sun et al., 1989）
图9北秦岭高耀—官坡一带花岗岩及花岗伟晶岩Rb-Y图解（a，据Chappell，1999）和源区组成判别图（b，据Altherr et al.，2002; Kaygusuz et al.，2008; c，据Stern et al.，1996；d，据Sylvester，1998；花岗岩数据来源于王江波，2020）
Fig.9Rb-Y diagram (a, after Chappel, 1999) and source composition discrimination diagram of the granite and granite pegmatite (b, after Altherr et al., 2002; Kaygusuz et al., 2008; c, after Stern et al., 1996; d, after Sylvester, 1998; granite data from Wang Jiangbo, 2020) in Gaoyao-Guanpo area, northern Qinling tectonic belt
图10北秦岭高耀—官坡一带花岗岩及花岗伟晶岩Rb-Ba-Sr图解（a，据Bouseily et al.，1975）和SiO2-K/Rb图解 （b，据Blevin，2004）（花岗岩数据来源于王江波，2020）
Fig.10SiO2-K/Rb diagram (a, after Bouseily et al., 1975） and source composition discrimination diagram of the granite and granite pegmatite (b, after Blevin, 2004） (granite data from Wang Jiangbo, 2020） in Gaoyao-Guanpo area, northern Qinling tectonic belt
图11北秦岭高耀—官坡一带花岗岩构造环境判别图（a，据Batchelor et al.，1985; b，据 Pearce et al.，1984; c，据 Brown，1982；花岗岩数据来源于赵如意等，2014）
Fig.11Tectonic discrimination diagrams of the granite (a, after Batchelor et al., 1985; b, after Pearce et al., 1984; c, after Brown，1982； granite data from Zhao Ruyi et al., 2014) in Gaoyao-Guanpo area, northern Qinling tectonic belt
表1高耀—官坡地区锡及稀有金属矿化伟晶岩锡石LA-ICP-MS分析数据
Table1LA-ICP-MS cassiterite U-Pb analytical results of the Sn and rare metal mineralized granite pegmatite in Gaoyao-Guanpo area
表2高耀—官坡地区锡及稀有金属矿化伟晶岩主量微量分析结果（%）
Table2Major elements contents （%） of the Sn and rare metal mineralized granite pegmatite in Gaoyao-Guanpo area
表3高耀—官坡地区锡及稀有金属矿化伟晶岩微量元素分析结果（×10-6）
Table3Trace element contents (×10-6) of the Sn and rare metal mineralized granite pegmatite in Gaoyao-Guanpo area
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