桂東北冷源偉晶巖型銣礦成礦地質(zhì)特征及鄰區(qū)找礦潛力研究

王新宇，王酉臣，張潤澤，王 莉，楊金豹，馮 夢，王建輝，蔣松林，付 偉

( 1.桂林理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林 541006；2.廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，廣西 南寧 530023；3.廣西壯族自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究院，廣西 桂林 541003 )

0 引言

銣?zhǔn)且环N具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐高溫等特殊性能的稀有金屬，在戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值。我國銣礦資源豐富，主要分布在江西、新疆、廣東，以及湖南、內(nèi)蒙、四川等地[1]，其成因類型主要分為花崗巖型、偉晶巖型、熱液型、鹽湖鹵水型和油氣田水型等五種[2]。其中，花崗巖型銣礦床分布廣泛，如甘肅國寶山銣礦[3]、六丈山銣礦床[4]，內(nèi)蒙古石灰窯銣多金屬礦[5]，以及湖南省雙峰縣大坪銣礦[6]等。熱液型銣礦床有廣東省蕉嶺縣貴人峰銣礦[7]等；鹽湖鹵水型銣礦床主要分布在青海和西藏，如西藏申扎縣銣礦[8]；而偉晶巖型銣礦床的典型代表有甘肅白頭山銣礦和王稀山銣礦[9]，陜西商丹丹鳳資峪溝銣礦、寧陜縣銣礦[10-11]，新疆阿勒泰市方正銣礦[12-13]和河南嵩縣石門銣礦[14]等。

桂東北地區(qū)是廣西尋找偉晶巖型稀有金屬礦床的重要目標(biāo)區(qū)域之一。迄今為止，在該地區(qū)的貓兒山-越城嶺復(fù)式巖體內(nèi)已發(fā)現(xiàn)超過2000條偉晶巖脈。這些大規(guī)模密集發(fā)育的偉晶巖脈具有良好的稀有金屬成礦潛力，形成了一批Nb-Ta-Be-Rb稀有金屬礦床(點)。其中，冷源銣礦是桂東北地區(qū)目前已知規(guī)模最大的偉晶巖型銣礦床，廣西壯族自治區(qū)第一地質(zhì)隊對礦床進行了詳細勘察，初步查明礦床中氧化銣儲量約為1683 t，但對于礦床的成礦特征及礦床成因并無深入研究。在前人工作基礎(chǔ)上，本文重點解剖冷源偉晶巖型銣礦的成礦地質(zhì)特征，探討礦床成因，并對礦區(qū)周邊的找礦前景做出初步分析。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

桂東北地區(qū)在大地構(gòu)造位置上地處江南造山帶與華南褶皺帶的過渡部位。區(qū)域內(nèi)巖漿巖大面積出露，主體單元是貓兒山-越城嶺復(fù)式巖體(圖1)。該巖體是南嶺西段出露面積最大的花崗巖體，由兩個形似橢圓狀的NNE向巖體組合構(gòu)成。東側(cè)是貓兒山巖體(1633 km2)，西側(cè)是越城嶺巖體(1400 km2)，中間被資新大斷裂分割。貓兒山-越城嶺復(fù)式巖體的主體形成于加里東期(435～400 Ma)和印支期(230～210 Ma)，呈巖基產(chǎn)出[15-17]；另有規(guī)模有限、但為數(shù)眾多的燕山期(153～70 Ma)花崗巖小巖株離散侵入加里東期和印支期巖基內(nèi)[18]。區(qū)域地層主要有元古宇板溪群、震旦系、寒武系、泥盆系、白堊系。其中板溪群、震旦系、寒武系、奧陶系等多與加里東期巖體侵入接觸，之上被中生代地層不整合覆蓋。受多期構(gòu)造運動和巖漿活動影響，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造密集發(fā)育，主要呈NNE和NE向展布，規(guī)模較大的是從湖南省新寧縣延伸至廣西資源縣的資新大斷裂。另外，在越城嶺巖體西側(cè)有與資新大斷裂相平行的韌性剪切帶發(fā)育。區(qū)域內(nèi)復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造背景為礦床發(fā)育提供了良好的成礦條件。在貓兒山-越城嶺復(fù)式巖體內(nèi)部發(fā)育了大量的鈾礦、螢石和稀有金屬等礦產(chǎn)，而在巖體與地層的內(nèi)外接觸帶上則發(fā)育了數(shù)量眾多的鎢錫多金屬礦[19-21]。

圖1 桂東北貓兒山—越城嶺地區(qū)地質(zhì)簡圖(底圖據(jù)文獻[22]修改)Fig.1 Geological sketch map of Maoershan Yuechengling area in Northeast Guangxi[22]1—白堊系砂礫巖 2—震旦系砂巖、頁巖 3—新元古界 4—印支期花崗巖 5—加里東期花崗巖 6—斷層 7—研究區(qū)

在越城嶺巖體西側(cè)的韌性剪切帶內(nèi)，成群發(fā)育偉晶巖脈。這些偉晶巖脈主要侵入了花崗巖體內(nèi)部及新元古板溪群內(nèi)。巖脈走向主要為NNE—NE，少數(shù)呈NW向，傾角介于20°～65°，集中分布在坪水底、咸水洞、銅座、茅庵堂和冷源等地。偉晶巖巖性以花崗偉晶巖為主，鉀長石偉晶巖之次。偉晶巖脈與圍巖界限清楚，形態(tài)復(fù)雜，多呈枝脈狀、透鏡狀和團塊狀，沿走向和傾向分枝、復(fù)合、尖滅、膨脹等現(xiàn)象常見。巖脈走向延伸多為數(shù)米至數(shù)百米，多數(shù)為100～200 m，而寬度多在數(shù)十厘米至數(shù)十米之間不等。偉晶巖中的主要造巖礦物有微斜條紋長石、正長石、石英、鈉長石及白云母，副礦物有鈮鐵礦、褐釔鈮礦、黑稀金礦等，有時可見細晶石、綠柱石、黑鎢礦、白鎢礦等。部分偉晶脈中Rb、Ta、Nb、Be等稀有元素含量高，形成了礦床(點)，如茅庵堂Ta-Nb-Be礦床、冷源Rb礦床和黃皮水Ta-Nb礦床等。

2 冷源礦區(qū)偉晶巖地質(zhì)特征及礦化特征

冷源銣礦床位于越城嶺巖體南段西側(cè)，資源縣東南方向5 km處。礦區(qū)主要出露加里東期花崗巖和燕山早期花崗巖。其中，加里東期花崗巖為淺灰色中粗似斑狀結(jié)構(gòu)黑云母花崗巖，主要礦物成分為他形粒狀石英(30%～40%)、半自形柱板狀斜長石(18%～29%)、粒狀微斜條紋長石(15%～18%)、半自形片狀黑云母(1%～5%)，含鋯石、磷灰石等副礦物。燕山期花崗巖為灰白色中細粒黑云母花崗巖，主要礦物有石英(23%～48%)、微斜條紋長石(24%～42%)、斜長石(10%～30%)和黑云母(1%～7%)。該期花崗巖局部遭受硅化、綠泥石化、絹云母化等圍巖蝕變，由動力變質(zhì)作用形成的壓碎結(jié)構(gòu)也常見。

礦區(qū)內(nèi)主要出露3條大致平行的偉晶巖脈帶(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)，沿NNE向破碎帶侵入加里東期和燕山期花崗巖體內(nèi)(圖2)。巖脈形態(tài)受裂隙、斷裂控制，以脈狀為主，次為透鏡狀，傾向295°～355°，傾角45°～89°。整個脈帶寬約40～100 m，每條礦脈帶含數(shù)條支脈。其中，Ⅰ脈帶位于破碎帶頂部，沿著走向分布有3條礦脈，以分枝少，平均厚度為2.96 m，總體變化不大，以逐漸尖滅為主要特征；Ⅱ脈帶位于破碎帶中下部，平均厚度為5.73 m，帶內(nèi)以Ⅱ-1為主脈，以其他巖脈為分枝，主脈隨著深度的增大厚度變小，具有分枝復(fù)合、局部收縮膨脹頻繁的特點；Ⅲ脈帶位于破碎帶的底部，平均厚度為4.18 m，帶內(nèi)的9條支脈具有相互平行、尖滅再現(xiàn)的關(guān)系。脈體總的分布特征向SW西收斂，向NE撤開。3條礦脈帶匯合被硅化帶所代替，礦脈之間的產(chǎn)出關(guān)系呈尖滅再現(xiàn)、平行分枝復(fù)合的關(guān)系，礦脈的膨脹地段或鉀長石相對富集地段形成含銣礦體。礦體圍巖主要是加里東期黑云母花崗巖，次是燕山早期二云母花崗巖。圍巖蝕變有硅化、綠泥石化、絹云母化、偶見電氣石化。近礦圍巖硅化的強度與圍巖破碎的程度呈正相關(guān)關(guān)系，圍巖越破碎，則硅化越強。綠泥石化、絹云母化是礦區(qū)內(nèi)加里東期花崗巖和燕山期花崗巖的普遍蝕變現(xiàn)象，近礦圍巖蝕變強烈。含礦破碎帶內(nèi)的加里東期云母花崗巖，偶爾可見到小團塊狀電氣石集合體。含銣礦體產(chǎn)于NE—NEE向擠壓破碎帶內(nèi)，礦體與破碎帶產(chǎn)狀一致，呈NE—NEE走向，傾向295°～355°，總體呈脈狀，局部收縮膨肽、分枝復(fù)合明顯，礦石類型為石英正長巖型，以礦化連續(xù)、厚度大、品位相對較高為特征。

圖2 冷源礦區(qū)地質(zhì)圖Fig.2 The geological map of Lengyuan mining area(據(jù)廣西資源縣冷源鉀長石礦區(qū)詳細普查地質(zhì)報告，1986，修改)1—燕山期花崗巖 2—加里東期花崗巖3—礦脈及編號 4—偉晶巖脈帶

對偉晶巖脈進行橫切剖面野外觀察發(fā)現(xiàn)，從脈體中心到邊部具有明顯的對稱分帶現(xiàn)象，依次出現(xiàn)①淺肉紅色硅化鉀長石偉晶巖→② 紫色螢石化鉀長石偉晶巖→③ 綠色絹云母化鉀長石偉晶巖→④ 白色鉀長石偉晶巖(圖3)。其中，巖脈邊部白色鉀長石偉晶巖(圖4a)寬約4 m，粗?！獋ゾЫY(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物為鉀長石(>80%)和石英(<20%)，少見暗色礦物。鉀長石多呈半自形粒狀晶形(圖4b)，受外力作用常被壓碎，裂隙內(nèi)有石英細脈充填。巖脈側(cè)部綠色絹云母化鉀長石偉晶巖(圖4c)寬約7m，粗?！獋ゾЫY(jié)構(gòu)，細脈穿插塊狀構(gòu)造，主要造巖礦物為鉀長石(70%～85%)、絹云母(10%～15%)和石英(5%～10%)。絹云母大多為鱗片狀，呈不規(guī)則脈狀和網(wǎng)脈狀交代鉀長石顆粒或充填于鉀長石顆粒內(nèi)部裂隙中(圖4d)；巖脈中部紫色螢石化鉀長石偉晶巖寬為10～11 m，粗?！獋ゾЫY(jié)構(gòu)，細脈穿插塊狀構(gòu)造，主要礦物為鉀長石(75%～95%)，次要礦物有螢石(3%～15%)和絹云母(2%～10%)。螢石可見單?；驁F包狀、脈狀集合體；巖脈核部淺肉紅色硅化鉀長石偉晶巖寬18～20 m，粗?！獋ゾЫY(jié)構(gòu)，寬脈穿插塊狀構(gòu)造，常見白色石英脈和肉紅色鉀長石互層穿插，主要造巖礦物為石英(30%～40%)和鉀長石(60%～70%)。

圖3 冷源礦區(qū)偉晶巖脈地質(zhì)產(chǎn)狀及內(nèi)部分帶剖面圖Fig.3 Geological occurrence and internal zoning profile of pegmatite vein in Lengyuan mining area① 淺肉紅色硅化鉀長石偉晶巖 ② 紫色螢石化鉀長石偉晶巖 ③ 綠色絹云母化鉀長石偉晶巖 ④ 白色鉀長石偉晶巖1—加里東期花崗巖 2—偉晶巖分帶界線

圖4 冷源礦區(qū)典型偉晶巖手標(biāo)本及顯微鏡下巖相特征Fig.4 Typical pegmatite hand specimens and lithoface characteristics under microscope in Lengyuan mining area(a) 鉀長石化偉晶巖野外照片 (b) 鉀長石化偉晶巖顯微鏡下照片(正交偏光) (c) 絹云母化野外照片(d) 絹云母化帶顯微鏡下照片(正交偏光) Qz—石英 Kfs—鉀長石 Ser—絹云母

3 偉晶巖地球化學(xué)特征

本次研究所取樣品來自桂東北冷源偉晶型銣礦床，筆者在野外對不同偉晶巖帶進行取樣。首先利用光學(xué)顯微鏡對巖石和礦物組合特征有初步認識，而后進一步對樣品進行全巖地球化學(xué)分析。全巖主量元素在廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點實驗室完成，測試采用荷蘭生產(chǎn)的PANalyticalPW2424型X熒光光譜儀測定，微量元素測試采用美國的PerkinElmer Elan9000型電感耦合等離子體發(fā)射質(zhì)譜以及Agilent VISTA型電感耦合等離子體發(fā)射光譜測定，前者分析精度優(yōu)于5%，后者分析精度優(yōu)于10%，分析以GSR-5標(biāo)樣監(jiān)控測試精度，用平行插樣來監(jiān)控其相對精度，分析極度優(yōu)于5%，相對誤差小于10%。測試結(jié)果見表1。

表1 冷源地區(qū)代表性巖體主量元素和微量元素測試結(jié)果Table 1 Analysis data of main and trace element contents of representative rock masses in Lengyuan area

結(jié)果顯示，偉晶巖中的w(SiO2)為63.36%～71.10%，平均66.72%；w(Al2O3)為14.36%～19.94%，平均17.44%；w(K2O)為11.34%～13.68%，平均12.73%；w(Na2O)為0.16%～0.60%，平均0.36%；w(MgO)為0.10%～0.43%，平均0.26%；w(CaO)為0.06%～0.23%，平均0.12%?？傮w上以高硅 [w(SiO2)>63.36% ]、高鋁 [w(Al2O3)>14.36% ] 和富堿 [w(K2O+Na2O)>11.50% ]、貧鎂 [w(MgO)<0.43% ] 和貧鈉 [w(Na2O)<0.60% ] 為主要特征。

在TAS圖中(圖5)分析數(shù)據(jù)大多落入正長巖范圍。巖石里特曼指數(shù)δ(5.5<δ<9.3)平均7.3，屬于堿性系列的巖石；A/CNK指數(shù) [ Al2O3/(Na2O+CaO+K2O)] 為1.12～1.71，屬于過鋁質(zhì)花崗巖，與南嶺地區(qū)含Rb花崗巖的特征類似[23]。

圖5 冷源偉晶巖TAS分類圖解(底圖Morrison，1980)Fig.5 TAS classification diagram of Lengyuan pegmatite

稀有金屬元素分析顯示，w(Li)的范圍為17.7×10-6～39.8×10-6，平均27.5×10-6；w(Be)的范圍為0.98×10-6～2.16×10-6，平均1.59×10-6；w(Nb)的范圍為0.1×10-6～0.6×10-6，平均0.4×10-6；w(Ta)與w(Nb)基本一致，為0.1×10-6；w(Rb)的范圍為1965×10-6～2355×10-6，平均2117×10-6；w(Cs)的范圍為62.1×10-6～80.1×10-6，平均68.4×10-6。其中，樣品中Rb的平均含量超過銣礦工業(yè)品位2倍，且不同礦脈內(nèi)的Rb含量相對穩(wěn)定，構(gòu)成連續(xù)型礦體；而Li、Be、Ni、Cs、Ta等其他稀有金屬元素含量都偏低，低于礦石元素綜合利用的邊界品位。由此可見，冷源銣礦是一種礦種類型相對單一的偉晶巖型礦床，與湖南平江仁里偉晶巖型Li-Ta-Rb-Cs稀有金屬共生礦床[1，24]等有所不同。

4 冷源偉晶巖型銣礦成礦作用及鄰區(qū)找礦前景探討

Rb與K的地球化學(xué)屬性類似，兩者的離子半徑僅有10%的差異(Rb+為1.47?，K+為1.33?)，故Rb在巖石中的賦存狀態(tài)主要以類質(zhì)同象形式賦存于長石、云母等含鉀礦物中[25-27]。如栗木金竹源礦床的Rb賦存在白云母、黑云母、絹云母等多種云母及鉀長石中[28]；天水六丈山中銣礦中60%的Rb賦存在鉀長石中，40%的Rb賦存在黑云母中[4]。

偉晶巖型銣礦的成因模式眾多，主要有巖漿結(jié)晶分異模式[29-30]和巖漿液態(tài)不混溶模式[31]等。巖漿結(jié)晶分異模式是指在母源巖漿在演化過程中經(jīng)歷了強烈地結(jié)晶分異作用，稀有金屬屬元素Rb趨向于在晚期結(jié)晶的偉晶巖相中富集[32]。巖漿液態(tài)不混溶模式是指母源巖漿富含水等揮發(fā)分，導(dǎo)致熔體和流體的分離，流體對稀有金屬具有親和力[33]，并能與稀有金屬組成絡(luò)合物向侵入巖體的頂部運移，因而Rb的富集部位常常出現(xiàn)在巖體的頂部[34]。從冷源銣礦的地質(zhì)產(chǎn)狀特征來看，賦存銣礦的偉晶巖脈中指示揮發(fā)組分含量的標(biāo)志性礦物(如電氣石)并不多見，且銣礦的富集部位并非只集中在偉晶巖脈的頂部，因而采用巖漿液態(tài)不混溶模式來解釋銣礦成因并不太合適。相反，Rb在偉晶巖中的富集相對均勻，是一個典型的偉晶巖全巖礦化的代表，且?guī)r石中Rb元素含量與鉀元素含量高度正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)r= 0.9)(圖6)，指示Rb主要賦存于巖漿結(jié)晶成因的鉀長石中，因而采用巖漿結(jié)晶分異模式解釋冷源銣礦發(fā)育較為匹配。值得注意的是，冷源偉晶巖還遭受了較強烈的后期熱液蝕變，其證據(jù)是鉀長石被熱液交代形成了大量的絹云母細脈，這可能導(dǎo)致了鉀長石中的部分銣被流體活化并轉(zhuǎn)移到了絹云母中，使得絹云母構(gòu)成了Rb元素的次要載體礦物。由此可見，冷源銣礦的成因可以用巖漿結(jié)晶分異疊加熱液交代的復(fù)合模式來解釋。

圖6 冷源偉晶巖中K與Rb的含量變化協(xié)變圖Fig.6 Covariant diagram of K andRb contents in Lengyuan pegmatite

值得注意的是，盡管冷源銣礦是桂東北地區(qū)已確定的唯一一個達到中型以上規(guī)模的偉晶巖型銣礦，但在其鄰區(qū)仍有進一步的找礦潛力。在越城嶺巖體西側(cè)和貓兒山巖體東側(cè)均廣泛發(fā)育有偉晶巖脈，總數(shù)超過2千條以上，并在茅庵堂、瓜里、咸水洞、銅座、同禾等地形成偉晶巖脈密集區(qū)。前人地質(zhì)調(diào)查已發(fā)現(xiàn)，部分偉晶巖中稀有金屬元素Ni、Ta、Be等較為富集，已形成茅庵堂、黃皮水和同禾礦等中(小)型鈮鉭稀有金屬礦床。近年來對這些偉晶巖脈做進一步的調(diào)查工作發(fā)現(xiàn)，許多偉晶巖脈中Rb元素含量也較高，接近或超過銣礦的邊界品位(366×10-6)。如與冷源鄰近的同禾地區(qū)偉晶巖中的Rb含量平均為387×10-6，部分巖脈中w(Rb)達到了銣礦的工業(yè)品位912×10-6；瓜里礦區(qū)偉晶巖中的w(Rb)為325.1×10-6～961.4×10-6，平均416.32×10-6。這些新發(fā)現(xiàn)都指示了在桂東北越城嶺-貓兒山復(fù)式巖體內(nèi)的偉晶巖脈發(fā)育區(qū)具有繼續(xù)尋找銣礦的良好找礦潛力。

5 結(jié)論

1)冷源礦區(qū)的偉晶巖脈發(fā)育在越城嶺西側(cè)韌性剪切帶內(nèi)，從巖脈中心到兩側(cè)具有明顯的巖相對稱分帶現(xiàn)象，巖脈中心為淡肉紅色硅化鉀長石化偉晶巖，向巖脈兩側(cè)依次為紫色螢石化偉晶巖→綠色絹云母化偉晶巖→白色鉀長石化偉晶巖。偉晶巖的主要礦物有鉀長石、石英和絹云母，在地球化學(xué)特征上顯示高硅、高鋁、富堿，歸屬于堿性過鋁質(zhì)花崗巖類。

2)冷源偉晶巖的主要稀有金屬成礦元素為Rb，w(Rb)為1965×10-6～2355×10-6，平均2117×10-6，可達銣工業(yè)品位的2倍。巖脈中Rb元素分布較均勻，Rb元素含量呈隨著K元素含量的增加而同步增大，指示鉀長石和絹云母是Rb的主要載體礦物。冷源偉晶巖脈中銣礦的成因可以采用巖漿結(jié)晶分異作用疊加熱液交代作用的復(fù)合模式來解釋。

3)在與冷源鄰近的瓜里、同禾等礦區(qū)也發(fā)現(xiàn)了規(guī)模較大的偉晶巖脈群，巖脈中Rb含量大多已超過銣礦的邊界品位，甚至部分達到銣礦的工業(yè)品位，指示了在桂東北越城嶺巖體西側(cè)和貓兒山巖體東側(cè)的偉晶巖中具有進一步尋找偉晶巖型銣礦的找礦潛力。