柴达木盆地北缘位于青藏高原东北部,地处古亚洲构造域与特提斯构造域结合部位的多旋回弧盆造山系,主要经历了前寒武纪古陆形成、早古生代造山、晚古生代-早中生代造山及中新生代叠覆造山4个构造旋回,岩浆活动强烈,为稀有金属成矿作用提供了优越的成矿条件。随着近年来对锂铍等关键金属的需求逐渐增大,诸多学者对柴达木盆地北缘地区伟晶岩型稀有金属的关注也日益增加。本文聚焦“柴达木盆地北缘伟晶岩型稀有金属矿床成矿作用”,选择茶卡北山伟晶岩型锂铍矿床、俄当岗伟晶岩型锂铍矿床和沙柳泉伟晶岩型铌钽矿床为典型矿床,在详尽的野外调研基础上,通过LA-ICP-MS锆石U-Pb测年、LA-ICP-MS铌钽铁矿U-Pb测年、全岩主微量元素分析、单矿物主量元素和原位微区微量元素分析、锂同位素分析、原位微区硼同位素分析等测试方法,对典型矿床开展地质特征、地质年代学、岩石地球化学和矿物地球化学特征研究,分析成矿物质源区,明确矿床成因类型,综合分析其成矿机制,取得主要认识如下: 1.通过LA-ICP-MS锆石U-Pb测年、电子探针和微量元素分析等手段,对典型矿床附近花岗岩的年代学特征和地球化学特征进行研究,对其成岩时代和岩石成因进行分析,并讨论其构造背景,进一步反演柴达木盆地北缘地区的地球动力学演化历史。尕日登似斑状二长花岗岩具有过铝质特征,属于I型花岗岩,成岩时代为中奥陶世(锆石U-Pb年龄为468±4Ma和468±38Ma),可能来源于相对深的新生镁铁质下地壳部分熔融;贡卡休玛二长花岗岩也具有过铝质特征,属于A₂型花岗岩,成岩时代为早志留世(锆石U-Pb年龄为444±3Ma),可能来源于古-中元古代麻粒岩基底的部分熔融;那荣花岗斑岩同样具有过铝质的特征,属于I型花岗岩,成岩时代为中三叠世(锆石U-Pb年龄为245±4Ma),可能来源于相对浅的新生镁铁质下地壳部分熔融。结合区域构造背景,综合认为中奥陶世尕日登似斑状二长花岗岩为南祁连洋板块向北俯冲过程中,岛弧岩浆作用的产物;早志留世贡卡休玛二长花岗岩为南祁连洋板块与全吉地块碰撞闭合的产物;而中三叠世那荣花岗斑岩则是宗务隆洋板块南向俯冲环境下形成的; 2.利用铌钽铁矿LA-ICP-MS U-Pb测年、电子探针和微量元素分析等测试方法,对茶卡北山和沙柳泉伟晶岩中铌钽铁矿进行了岩相学、年代学和地球化学分析,根据背散射电子图像,识别出茶卡北山中发育有两期铌钽铁矿,分别为岩浆期和热液期铌钽铁矿;根据LA-ICP-MS U-Pb测年,获得茶卡北山伟晶岩的岩浆期铌钽铁矿加权平均年龄为240.6±1.5Ma,热液期年龄仅有一个数据为211±4.7Ma;结合已报道的年代学数据,综合认为柴北缘茶卡北山一带伟晶岩型稀有金属矿床的成矿年龄约为241~228.6Ma(早-中三叠世),热液期年龄约为222~211Ma(晚三叠世)。结合地球动力学背景研究,茶卡北山伟晶岩型锂铍矿床的成矿时代与那荣花岗斑岩的成岩时代相近,因此认为茶卡北山伟晶岩型锂铍矿床的成矿动力学背景应为宗务隆洋板块的南向俯冲和碰撞背景。沙柳泉伟晶岩中铌钽铁矿测年年龄为1855±32Ma,但是数据不够谐和,前人已报道的数据也基本集中在1848~1831.2Ma,与本文获得的铌钽铁矿U-Pb年龄相接近,认为沙柳泉伟晶岩型铌钽矿可能形成于古元古代,但是仍需进一步工作以确定沙柳泉伟晶岩的具体成矿时代。 3.通过对茶卡北山和沙柳泉伟晶岩的石英中流体包裹体的岩相学特征和显微测温工作,结合其他学者在茶卡北山和沙柳泉伟晶岩的其他矿物中流体包裹体的测温数据,确定其成矿流体的物理化学条件,其中茶卡北山伟晶岩的石英中流体包裹体的冰点为-6.5℃~-0.6℃,平均冰点温度为-2.15℃,盐度为1.06~9.86wt.%Na Cl equiv,均一温度为117.2~207.5℃,平均均一温度为171℃;沙柳泉伟晶岩中流体包裹体的冰点为-4.8℃~-0.7℃,平均冰点温度为-2.26℃,盐度为1.23~7.29wt.%Na Cl equiv,均一温度为175.5~204.7℃,平均均一温度为192.7℃。结合前人已报道的流体包裹体测温数据,认为茶卡北山和沙柳泉伟晶岩型稀有金属矿床成矿流体均具有为中低温、低盐度和低密度的特征。 4.通过对茶卡北山、俄当岗和沙柳泉伟晶岩全岩主量和微量元素分析,确定了茶卡北山、俄当岗和沙柳泉伟晶岩均为过铝质花岗伟晶岩,且具有大致相似的微量元素蛛网图和稀土元素配分模式,表明本文所研究的典型矿床具有同源性,成矿物质均来自于中下地壳。对茶卡北山、俄当岗和沙柳泉伟晶岩中电气石进行电子探针、原位微区微量元素和原位硼同位素组成分析,结果显示这些电气石均属于碱族铁电气石,并且与贫锂伟晶岩相关;在Y占位上,均表现出∑(Mg+Fe)值小于3apfu而含有过量的Al的特征(茶卡北山:0.04~0.89apfu,平均值0.61;俄当岗0.487~0.732apfu,平均值0.638;沙柳泉0.065~0.851apfu,平均值0.564),表明这些电气石为岩浆成因;基于茶卡北山伟晶岩中锂辉石存在与电气石的共生关系,因此认为茶卡北山伟晶岩型锂矿的主要含锂矿物(锂辉石)与电气石应该均属于岩浆期晚期形成的矿物,说明茶卡北山伟晶岩型锂矿的主成矿期为岩浆期。茶卡北山和俄当岗伟晶岩中电气石的原位微区微量元素分析显示出富集轻稀土元素,亏损重稀土元素的特征,硼同位素组成(茶卡北山:δ¹¹B=-13.86‰~-12.46‰,平均值-13.14‰;俄当岗:δ¹¹B=-14.13‰~-10.40‰,平均值-12.16‰)表明伟晶岩可能来自于S型花岗质母岩或者达肯大坂群云母片岩基底。基于茶卡北山和俄当岗伟晶岩中含锂矿物的锂同位素组成特征(茶卡北山含锂矿物:δ⁷Li=1~5.53‰,平均值2.64‰;俄当岗含锂矿物:δ⁷Li=1.47~2.72‰,平均值2.26‰;茶卡北山全岩:δ⁷Li=0.32~4.29‰,平均值1.73‰;俄当岗全岩:δ⁷Li=2.63~3.31‰,平均值3.03‰),认为锂辉石的形成晚于伟晶岩其他造岩矿物,进一步确定锂辉石的主要形成时期为岩浆晚期。综上,茶卡北山和俄当岗伟晶岩型锂矿成矿物质来源于中下地壳的S型花岗质母岩或者达肯大坂群云母片岩基底,主要成矿期为岩浆期晚期。 5.基于俄当岗-茶卡北山-锲墨格山周边花岗质岩体的成岩时代和地球化学特征分析,其中尕日登和贡卡休玛花岗岩体的成岩时代与典型矿床的成矿时代相差很大,不太可能是伟晶岩的花岗母岩;而那荣花岗岩体虽然与茶卡北山伟晶岩年龄相近,但是那荣花岗岩体表现出过铝质的特征,而普遍认为伟晶岩的花岗质母岩主要为强过铝质,且硼同位素表明茶卡北山和俄当岗伟晶岩与I型花岗岩中的B组成相差较大;此外,基于其他学者的研究资料,与茶卡北山伟晶岩接近的阿斯合塔I型花岗岩岩体也不是富锂伟晶岩的母岩。因此茶卡北山、俄当岗和沙柳泉伟晶岩型稀有金属矿床的成因类型很大可能是深熔成因,即中下地壳达肯大坂群云母片岩基底的低程度部分熔融形成富含稀有金属元素的伟晶质岩浆,在一系列次生断裂中冷却形成的伟晶岩,在岩浆演化过程的晚期,这些次生断裂内发生了锂矿化。