五臺地區(qū)鐵瓦殿巖體中鈮鉭礦物的成因礦物學(xué)研究

李麗嬋，黃思瑩，李金勇，王琳萱，梁 賢，張聚全

河北地質(zhì)大學(xué)，河北 石家莊 050031

0 引言

稀有金屬是在地殼中含量較少，分布稀散或難以從原料中提取的金屬。鉭、鈮、鋰、鈹?shù)认∮薪饘僮鳛橹匾膽?zhàn)略資源，在冶金、機(jī)械、化工、陶瓷、玻璃建材等行業(yè)都有極其廣泛的應(yīng)用，特別是在導(dǎo)彈火箭、核武器、電子技術(shù)、航空航天、原子能等諸多領(lǐng)域[1]。隨著高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展“三稀元素(稀有、稀土和稀散元素)”元素在全球的需求量激增，目前世界各國根據(jù)其實際情況進(jìn)行了相關(guān)的礦產(chǎn)資源勘查、開發(fā)、利用研究[2]。山西省是礦產(chǎn)資源大省，但是對近幾年的熱點礦產(chǎn)稀有金屬礦的工作程度卻較低，尤其是賦存在鐵瓦殿巖體中的稀有金屬礦物，到目前為止研究較少。論文主要以詳細(xì)的巖相學(xué)研究為基礎(chǔ)，通過電子探針和X光能譜分析的方法，查明五臺地區(qū)稀有金屬礦物類型、成因及賦存狀態(tài)。補(bǔ)充和完善稀有金屬成因與成礦的研究，并為五臺地區(qū)的稀有金屬礦床找礦勘探提供理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鐵瓦殿巖體分布和出露于五臺地區(qū)與太行山北段，五臺山區(qū)主要的出露地層為太古界阜平系與元古界五臺系、滹沱系[3]。區(qū)域構(gòu)造以呈“之”字型展布的多期次疊加的褶皺為主，有兩組NE、NW 向斷裂帶，同時發(fā)育更低級別的斷層。五臺山區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育褶皺，并具備多期次運(yùn)動疊加的特點，與成礦關(guān)系極為密切[4]。區(qū)內(nèi)巖漿巖發(fā)育較廣泛，巖漿活動以燕山期與前震旦紀(jì)為主[5]。火山巖種類較多，形態(tài)不一，基性、超基性、中酸性火山巖均有產(chǎn)出，且均呈巖株狀產(chǎn)出，小型巖體局部呈巖帶展布，但一般出露規(guī)模均較小。大多數(shù)巖石已遭受中—深度變質(zhì)，糜棱巖化較為嚴(yán)重。

五臺山區(qū)巖石巖性主要為玄武巖、變輝綠巖、變閃長巖、花崗巖、石英斑巖、花崗斑巖、花崗偉晶巖等[6]。其中黑云母花崗巖集中分布于五臺山東部，該類巖體種類繁多共計15個，鐵瓦殿巖體在較大的4個巖體(黑崖、盤鐵、鐵瓦殿和古花巖)中最具有代表性。鐵瓦殿巖體總體出露面積約6 km2，位于五臺縣廟兒溝、下莊、鐵瓦殿一帶(圖1)。鐵瓦殿花崗巖超單元屬于殼源型中深成花崗巖系列[2]，主要由花崗閃長巖、二長花崗巖、中細(xì)粒黑云母花崗巖、粗粒黑云母花崗巖和斑狀黑云母花崗巖等組成的巖石組合而形成[7]。大多為單階段深成侵入形成的獨立巖體，一般規(guī)模較大但巖性單一。

1-滹沱超群；2-五臺超群；3-細(xì)粒斑狀花崗巖；4-粗粒黑云花崗巖；5-中粒黑云花崗巖；6-巖相分界線；取樣位置為星號標(biāo)記處

2 巖相學(xué)特征

五臺山鐵瓦殿花崗巖巖體呈巖株狀分布[8]，因為受到來自北西到南東方向產(chǎn)生的斷裂的影響，只有東半段露出地表，西半段被段落隱伏于地表以下。形成的圍巖主要是五臺片麻花崗巖和五臺超群黑云變粒巖[9]。鐵瓦殿花崗巖體按結(jié)構(gòu)可大致分中心相粗粒花崗巖、過渡相中?；◢弾r和邊緣相細(xì)?；◢弾r三個巖帶。相帶間界線不明顯，呈現(xiàn)出不規(guī)則狀分布，表明該巖體并不是典型的中心式侵入的巖體[10]。

從顯微鏡下觀測可知礦物成分主要是：板柱狀斜長石，半自形、它形厚板狀正長石，具不規(guī)則裂紋的片狀石英，一些片狀黑云母等(圖2)。顯微鏡下薄片觀察，柱狀斜長石出溶于鉀長石中，含量多于正長石，形狀為不規(guī)則—半自形板狀。石英呈它形粒狀而且邊緣粗糙，有時包含在鈉長石中。黑云母呈片狀，定向平行分布。里邊的副礦物主要為鋯石、螢石榍石類，和獨居石等，它們彼此不規(guī)則地分散在巖石之中，巖石中也普遍含有稀釷、鈮鉭礦物。并夾雜少量磁鐵礦、不規(guī)則的褐鐵礦、鈦鐵礦等。

(a-b)背散射下的鈮鉭礦物；(c)反射光下的稀土金屬礦物；(d)中粒花崗巖，正交偏光；(e)中細(xì)粒花崗巖，單偏光；(f)中粗?；◢弾r，正交偏光

3 測試方法

鐵瓦殿巖體各種巖石中主要礦物成分分析在河北地質(zhì)大學(xué)完成，機(jī)器型號JEOLJXA-8230，測試時的加速電壓為15 KV，樣品電流為20 nA，束斑直徑5 um。實驗數(shù)據(jù)結(jié)果見下表。

4 討論

本次共研究了兩個標(biāo)本的20個點。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，鈮鉭礦物中鈮的含量較高在65%～70%之間，鐵的含量在15%～17%之間，鉭的含量較少在2%～10%之間。樣本中含有少量的黑鎢礦，鎢的含量約為30%。該巖石富集鈮，鈦，鈾，釔和稀土元素，并且少有高含量的鉭，相對富含鐵和硅，而貧鋁和磷，并含有不同含量的P，B等組分(圖3)。產(chǎn)于五臺山鐵瓦殿花崗巖體的鈮鉭鐵礦，根據(jù)數(shù)據(jù)(表1)計算得礦物的化學(xué)式[(Nb1.7065Ti0.007Cr0.004W0.087Mg0.0005Ta0.108Si0.01Al0.002)(Fe0.739Mn0.261)2O6.000]。Nb主要以含鈮的單礦物形式出現(xiàn)，其他如 Ta、W、Sn、V多以類質(zhì)同相的方式進(jìn)入鈮鉭礦物中，部分稀有金屬礦物中其WO3，Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)很高，并伴有Bi。

表1 五臺山鐵瓦殿巖體巖石電子探針數(shù)據(jù)表

圖3 鐵瓦殿巖體稀有元素氧化物含量曲線圖

鐵瓦殿花崗巖樣品條紋堿性長石很常見，不透明礦物主要是磁鐵礦，少部分含鈦，副礦物螢石特別常見。這是A型花崗巖所具有的十分顯著的特征[11]，由此得出此次研究的花崗巖是屬于A型花崗巖。鈮鉭主要分散在由鈦、鋯、鐵等組成的礦物中(圖4)，所以花崗巖尤其是A型花崗巖中普遍會有較高的鈮、鉭含量。鈮鉭的富集主要是白云母化和鈉長石化的結(jié)果。從上世紀(jì)50年代開始，人們對花崗巖中稀有金屬成礦的成因做出了很多研究，大多數(shù)人認(rèn)為存在于花崗巖中的稀土金屬是形成于含礦熱液的交代花崗巖中，但有些人認(rèn)為其中某些物質(zhì)是從巖漿中結(jié)晶出來的，屬于巖漿礦床[12]。而鐵瓦殿花崗巖體鈮鉭等稀土元素含量異常偏高，富集高場強(qiáng)元素，這說明類似于鐵瓦殿的這一類花崗巖是鈮、鉭、稀土等金屬的主要礦床類型，該礦床應(yīng)屬于堿性巖漿鈮鉭礦床。

圖4 釷石能譜圖

自然界云母和花崗巖中鈮鉭含量都高也可以是鈮鉭只在云母中含量高，但在花崗巖中含量低[13]。這可能是由于花崗巖形成條件的不同造成的，也可能是受花崗巖和云母中鈮鉭含量關(guān)系的影響或者是鈮鉭的賦存形式在性質(zhì)和數(shù)量上的不同，使它們之間的關(guān)系產(chǎn)生了不同[14]。一般情況下云母與花崗巖在鈮和鉭含量上存在著復(fù)雜的關(guān)系。云母中鈮的含量不僅取決于花崗巖中鈮的含量，還取決于花崗巖中鉭的含量[15]。

5 結(jié)論

鐵瓦殿巖體中的稀有金屬礦物為鈮鉭鐵礦，且鈮鉭鐵礦主要賦存在磁鐵礦和鋯石中，鈮鉭礦物中鈮的含量較高在65%～70%之間，鐵的含量在15%～17%之間，鉭的含量較少在2%～10%之間。Nb主要以含鈮的單礦物形式出現(xiàn)，其他如Ta、W、Sn、V多以類質(zhì)同相的方式進(jìn)入鈮鉭礦物中。計算得鈮鉭鐵礦的化學(xué)式為[(Nb1.7065Ti0.007Cr0.004W0.087Mg0.0005Ta0.108Si0.01Al0.002)(Fe0.739Mn0.261)2O6.000]。

【致謝：感謝河北地質(zhì)大學(xué)電子探針實驗室魏浩老師在測試過程中提供的幫助以及審稿專家的寶貴意見?！?/p>