中国阿尔泰可可托海稀有金属伟晶岩群折返历史：来自3号伟晶岩与阿勒尔S型花岗岩基低温热年代学的启示

本综述基于低温热年代学技术（包括锆石/磷灰石(U-Th)/He、裂变径迹及磷灰石U-Pb测年），系统揭示了中国阿尔泰可可托海稀有金属伟晶岩群在中生代的多阶段折返过程。研究表明白垩纪（150–65 Ma）存在中–快速冷却阶段（1.53–1.06 °C/Ma），并识别出三叠纪–侏罗纪（200–180 Ma）与中–晚侏罗纪（176–150 Ma）两期加速冷却事件。结合区域构造演化，提出该区经历了强烈剥蚀作用，对稀有金属伟晶岩矿体的保存具有重要指示意义，为伟晶岩型矿床勘探提供关键理论依据。

　　

1 引言

稀有金属矿床的保存是成矿系统研究的重要组成部分。经济矿产的形成不仅需要成矿作用过程，还需后续的折返事件使矿体达到可开采深度。低温热年代学技术能够有效限定地质体在450–45°C温度区间的热历史，为揭示矿床保存机制提供关键约束。伟晶岩作为重要的稀有金属赋存载体，其空间分布具有明显分带性：微斜长石伟晶岩集中于岩群中部，而含钽、锂、铷、铯矿物的伟晶岩则趋向外围分布。因此，厘定伟晶岩群的保存状态与剥蚀厚度对隐伏矿体勘探具有重要意义。

位于中亚造山带西段的中国阿尔泰地区是全球重要的稀有金属成矿带，其中可可托海伟晶岩群以盛产铍、铌、钽、锂等稀有金属而闻名。以往研究多聚焦于该区的年代学、地球动力学过程及成矿作用，对其成矿后演化历史（特别是折返与保存过程）的关注较少。本研究通过综合应用磷灰石U-Pb、锆石裂变径迹（ZFT）、锆石(U-Th)/He（ZHe）、磷灰石裂变径迹（AFT）和磷灰石(U-Th)/He（AHe）等中–低温热年代学技术，结合热历史反演模拟，重建可可托海伟晶岩群自晚三叠世形成以来的冷却/保存历史。

1.1 地质背景

阿尔泰造山带作为中亚造山带的重要组成部分，由岛弧、增生楔、海山和微陆块等多种地质体于寒武纪–石炭纪拼贴而成。晚石炭世，阿尔泰与准噶尔地体沿额尔齐斯剪切带发生拼合。三叠纪期间，塔里木克拉通与西伯利亚克拉通碰撞，导致阿尔泰地区发生高达20 km的折返，并伴随大量后造山稀有金属伟晶岩的形成。

可可托海伟晶岩区位于中国阿尔泰中部，已发现超过3,000条伟晶岩脉，其中稀有金属矿化伟晶岩占比不足2%。最具代表性的3号伟晶岩具有10个内部带状结构，富含铍–铌–钽–锂资源。岩体围岩为408±6 Ma的变辉长岩，其成矿时代为晚三叠世–早侏罗世（220–190 Ma），与周缘火成岩无成因联系。阿勒尔花岗岩基出露面积超过1,400 km2，岩性主要为中细粒黑云母花岗岩和斑状黑云母花岗岩，锆石U-Pb定年显示其形成于晚三叠世（210–219 Ma）。

2 研究方法

2.1 样品制备

样品采集自3号伟晶岩的文象结构带（带Ⅰ）与阿勒尔斑状黑云母花岗岩。伟晶岩中锆石因高U、Th含量常发生辐射损伤，故本研究主要采用磷灰石进行AFT、AHe和U-Pb分析。花岗岩样品则通过破碎、浮选和磁选分离出完整锆石与磷灰石颗粒。

2.2 裂变径迹热年代学

实验采用外探测器法，使用CN2（磷灰石）和CN5（锆石）铀剂量仪玻璃标样。锆石蚀刻采用NaOH/KOH（1:1）共晶蚀刻剂（210°C，20–35 h），磷灰石采用5.5 N HNO₃（21°C，20 s）。年龄计算采用IUGS推荐的zeta值校准法，加权平均zeta值为：磷灰石391±17.8 a/cm²，锆石88.2±2.9 a/cm²。

2.3 (U-Th)/He热年代学

在贵阳地化所SKLODG实验室完成。样品在铂（磷灰石）或铌（锆石）胶囊中加热脱气（磷灰石900°C/5 min，锆石1,300°C/15 min）。⁴He含量通过³He稀释法测定，U、Th、Sm含量通过ICP-MS分析。

2.4 磷灰石U-Pb定年

采用193 nm准分子激光剥蚀系统耦合ICP-MS进行分析。以OD306为外标，QH磷灰石标准品（～150 Ma）验证分析精度，获得加权平均²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄为156±4.7 Ma。

2.5 热历史模拟

使用HeFTy软件（v 2.0.0）进行蒙特卡洛反演模拟。模型以磷灰石U-Pb和ZFT年龄及其封闭温度为初始约束，结合辐射损伤累积与氦扩散模型，限定现今地表温度为20°C±10°C。

3 结果

3.1 裂变径迹分析

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  AFT数据：样品KT3、A102和A103的中央年龄分别为68.78±7.22 Ma、60.69±8.08 Ma和48.13±5.73 Ma。平均径迹长度较短（11.29–13.08 μm），显示较强的热退火作用。平均蚀刻直径（D_par）值为1.426–1.714 μm，低于Durango磷灰石标准（～1.75 μm），表明抗退火能力较弱。

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  ZFT数据：样品A102和A103的锆石裂变径迹中央年龄分别为150.73±11.56 Ma和145.89±8.52 Ma，平均径迹长度接近初始值（9.97–9.88 μm），表明未经历显著退火重置。

3.2 (U-Th)/He分析

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  AHe年龄：伟晶岩样品KT3的加权平均AHe年龄为83.9±4.5 Ma，花岗岩样品A102为56.5±3.2 Ma。

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  ZHe年龄：样品A102和A103的加权平均ZHe年龄分别为65.1±3.3 Ma和64.8±3.3 Ma。

3.3 磷灰石U-Pb数据

KT3磷灰石Tera-Wasserburg下交点年龄为176±11 Ma（n=14，MSWD=0.41）。稀土元素配分模式显示明显负Eu异常（Eu/Eu* = 0.16–0.04），具显著M型四分组效应，指示其结晶于伟晶岩岩浆阶段。

3.4 热历史模拟

所有样品均获得可接受（GOF > 0.3）或良好（GOF > 0.7）的热历史模型。结果显示三阶段冷却过程：早白垩世（～170–120 Ma）快速冷却（>3 °C/Ma），中–晚白垩世（～120–60 Ma）中速冷却（～1.5 °C/Ma），及新生代缓慢冷却（<0.5 °C/Ma）。

4 讨论

4.1 可可托海地区冷却历史

4.1.1 中侏罗世–白垩纪（～170–120 Ma）快速冷却

该期冷却事件与整个阿尔泰地区的区域性冷却一致，可能受华北–欧亚碰撞或蒙古–鄂霍茨克洋闭合的远程效应驱动。同时，可可托海地区广泛的 hydrothermal 事件（持续至～150 Ma）对稀有金属伟晶岩的保存产生不利影响。

4.1.2 中–晚白垩世（～120–66 Ma）中速折返

该阶段冷却速率与区域研究一致，反映伟晶岩已完全固化且无热液活动干扰。喀拉先格尔断裂的活动（晚白垩世）导致断裂东、西侧剥蚀差异，东侧记录快速折返而西侧显示缓慢冷却。该期折返可能与蒙古–鄂霍茨克造山带垮塌或特提斯洋板片后撤等远场构造事件相关。

4.1.3 新生代缓慢折返过程

尽管印度–亚洲碰撞导致阿尔泰地区应力增强，但低温热年代学记录显示新生代快速冷却仅局限于高海拔区域。晚白垩世以来，准噶尔盆地干旱化加剧，限制了剥蚀作用，有利于伟晶岩群的保存。

4.2 可可托海稀有金属伟晶岩群折返估算

假设地温梯度为30±2°C/km，计算表明自～150 Ma以来总剥蚀厚度达4.43±0.81 km，其中白垩纪剥蚀占主导（3.6±0.65 km）。这一结果与流体包裹体限定的成岩深度（6.8–11.4 km）存在差异，原因在于未计算晚三叠世–早白垩世的折返量。强烈剥蚀作用对伟晶岩群保存不利，尤其对分布于岩群外围的锂–铷–铯矿化伟晶岩破坏显著，这与当前勘探结果（铍矿规模大而锂铯矿规模小）相符。

5 结论

本研究通过综合低温热年代学分析，揭示可可托海稀有金属伟晶岩群经历了两期主要快速冷却事件：中侏罗世–早白垩世和中–晚白垩世。早期事件与区域热液活动耦合，对伟晶岩保存不利；晚期事件受喀拉先格尔断裂活动及远场构造事件控制。自～150 Ma以来总剥蚀厚度达4.43±0.81 km，强烈的剥蚀作用不利于稀有金属伟晶岩矿体的保存，对后续勘探策略具有重要指导意义。