大悟縣楊新巖鈹?shù)V點含鈹?shù)V物賦存狀態(tài)與成因研究

鐘石玉，熊意林*，楊 成，李書濤，屠江海，石先濱，胡太平

(1.湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢 430034; 2.湖北省地質(zhì)局 第六地質(zhì)大隊,湖北 孝感 432000)

大悟縣楊新巖鈹?shù)V點位于娘娘頂鎢鈹?shù)V區(qū)內(nèi),該鈹?shù)V點發(fā)現(xiàn)較早,1961—1963年期間,湖北省地質(zhì)局701隊對楊新巖鈹?shù)V點進(jìn)行了概略性礦點檢查與評價[1]。2013年實施的“湖北廣水—大悟地區(qū)礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查”項目對楊新巖鈹?shù)V點進(jìn)行了重點礦產(chǎn)檢查,初步估算鈹?shù)V體334資源量為BeO 130 t。近年來,湖北省地質(zhì)局第六地質(zhì)大隊在礦區(qū)開展了鈹鎢多金屬礦預(yù)普查工作,于楊新巖鈹?shù)V點圈出了2個鈹?shù)V體,均產(chǎn)于娘娘頂花崗巖體與紅安巖群黃麥嶺組地層接觸界面附近鈉化花崗巖石中(圖1)。

目前對于楊新巖鈹?shù)V體的研究主要集中于礦床(點)地質(zhì)特征與找礦標(biāo)志以及找礦方向、含礦巖體成巖年齡等方面,但至今尚未明確鈹?shù)V體成因類型。本文運用光薄片巖礦鑒定、電子探針分析、掃描電鏡等相結(jié)合的手段,對鈹?shù)V石樣品含鈹?shù)V物的賦存狀態(tài)進(jìn)行研究,并探討鈹?shù)V的成礦時代，其成果可以用于確定楊新巖鈹?shù)V點的成因類型。

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

娘娘頂鎢鈹?shù)V區(qū)位于秦嶺—大別造山帶桐柏段東部,桐柏—紅安造山帶的結(jié)合部位,區(qū)域性北西向新(城)—黃(陂)斷裂帶與北東向澴水?dāng)嗔褞Ы粎R的北西部(圖1)[1-2]。礦區(qū)出露地層主要為新元古界紅安巖群黃麥嶺巖組、天臺山巖組,巖石類型以白云鈉長片麻巖、白云淺粒巖、石榴鈉長角閃片巖、鈉長角閃片巖及白云石英片巖等為主。在礦區(qū)河谷兩帶、河谷兩側(cè)低丘地區(qū)分布著少量第四系全新統(tǒng)殘坡積層和沖積層。礦區(qū)內(nèi)最主要構(gòu)造為NE、NW、NNE向斷裂破碎帶以及發(fā)生在破碎帶內(nèi)的次級構(gòu)造裂隙。北東向與北西向構(gòu)造帶的復(fù)合部位是巖體侵位的有利空間,同時這些斷裂的次級裂隙中礦化現(xiàn)象明顯,與成礦關(guān)系密切。礦區(qū)侵入巖體主要有王大山巖體、雞公山巖體和娘娘頂巖體,此外還發(fā)育有大量脈巖如花崗斑巖脈、花崗巖脈及石英脈等。

圖1 娘娘頂鎢鈹?shù)V區(qū)地質(zhì)略圖[1-2]Fig.1 Geological sketch map of Niangniangding tungsten beryllium deposit 1.第四系沖積物；2.新元古界紅安巖群天臺山組下段；3.新元古界紅安巖群黃麥嶺巖組上段；4.新元古界紅安巖群黃麥嶺巖組下段；5.中細(xì)粒斑狀二長花崗巖(雞公山巖體)；6.中細(xì)粒二長花崗巖(娘娘頂巖體)；7.變輝長巖(王大山巖體)；8.花崗斑巖脈；9.花崗巖脈；10.石英脈；11.碎裂巖帶；12.性質(zhì)不明斷層；13.實測地質(zhì)界線；14.片理產(chǎn)狀；15.采樣位置；16.礦體。

2 礦床(點)地質(zhì)特征

2.1 礦體特征

楊新巖鈹?shù)V點共圈出2個礦體,其中Ⅰ號主礦體長約190 m,寬3～8.6 m,形態(tài)較為復(fù)雜,主要呈透鏡狀、扁球狀等,總體呈向南凸出的扁豆?fàn)钭骰⌒握共?走向約307°,BeO品位為0.34%～0.53%；Ⅱ號礦體規(guī)模較小,長約10～20 m,寬2 m,整體呈透鏡狀向南產(chǎn)出。

2.2 礦石特征

由于遭受后期高溫氣液作用,接觸界面處圍巖蝕變強烈,主要有鉀長石化、鈉長石化、云英巖化、綠泥石化、方解石化以及硅化等[1,3]。接觸界面附近的娘娘頂花崗巖體強烈風(fēng)化,鈉化程度較深,形成鈉化花崗巖。接觸界面附近強烈鈉化的花崗巖可見日光榴石,Be平均品位約為0.05%。在遠(yuǎn)離接觸界面的地方局部也可見強烈鈉化的花崗巖,但Be平均品位<0.01%。鈹?shù)V石主要產(chǎn)自鈉化帶內(nèi),礦石類型主要為鈉長石化花崗巖型,且富鈹?shù)V石往往鈉化蝕變程度較深,而鈉化程度較弱的花崗巖鈹含量相對較小。大部分鈹?shù)V石可見皮殼狀構(gòu)造,明顯分為內(nèi)外兩個部分。

鈹?shù)V石內(nèi)部為灰白色鈉化花崗巖,中粒結(jié)構(gòu),可見較大顆粒的斜長石及石英,云母含量較少,并含有少量白色不規(guī)則粒狀的方解石；鈹?shù)V石外部為黑褐色鐵鋅錳質(zhì)皮殼,為礦石在后期表生風(fēng)化作用下,褐錳礦、褐鐵礦等氧化礦物與鈉長石、綠泥石等混合在一起所形成。

鈹?shù)V石的礦石礦物為鋅日光榴石,脈石礦物主要成分為鈉長石、方解石、石英,次要成分為錳鋁榴石、綠泥石、白云母、褐錳礦、褐鐵礦等。

3 礦物賦存狀態(tài)

本文用于測試分析的礦石樣品分別采自楊新巖鈹?shù)V點兩個出露的礦體中,采樣點位置見圖1。

本文對于兩件樣品YXY-SM-1、YXY-SM-2進(jìn)行掃描電鏡片制片,隨后利用AMICS礦物自動分析系統(tǒng)對礦石中礦物組成、粒度及分布特征等參數(shù)進(jìn)行測量。

樣品YXY/TZ-1-1磨制電子探針薄片后,先在光學(xué)顯微鏡下觀察,然后選取典型礦物進(jìn)行能譜定量分析測試。

3.1 礦石物質(zhì)組成

3.1.1化學(xué)組成

樣品YXY-SM-1的化學(xué)組成見表1。由表1可知,礦石中主要元素為Si(27.99%)、O(46.50%)、Al(9.61%)等元素,Be元素含量0.02%。

表1 樣品YXY-SM-1化學(xué)組成Table 1 Chemical composition of sample YXY-SM-1

YXY-SM-2的化學(xué)組成見表2,由表2可知,礦石中主要元素為Si(30.48%)、O(47.56%)、Al(8.62%)等,Be元素含量0.01%。

表2 樣品YXY-SM-2化學(xué)組成Table 2 Chemical composition of sample YXY-SM-2

3.1.2礦物組成

樣品YXY-SM-1礦物組成分析結(jié)果見表3,大面積掃描背散射圖及礦物分解相圖見圖2及圖3。

表3 樣品YXY-SM-1礦物組成表Table 3 Mineral composition of sample YXY-SM-1

圖2 樣品YXY-SM-1背散射掃描圖Fig.2 Backscatter scanning of sample YXY-SM-1

圖3 樣品YXY-SM-1礦物分解相圖Fig.3 Mineral decomposition phase diagram of sample YXY-SM-11.斜長石；2.石英；3.綠泥石；4.方解石；5.白云母；6.鉀長石；7.黑云母；8.鋯石；9.鈦鐵礦；10.低計數(shù)率；11.鋅日光榴石；12.菱猛礦；13.磁鐵礦；14.金紅石；15.水鋅錳礦；16.錳鋁榴石；17.獨居石。

由表3、圖2及圖3可知,礦石樣品YXY-SM-1主要組成礦物為斜長石,含量81.99%,金屬礦物主要為菱錳礦及磁鐵礦,含量分別為3.73%及3.29%,含Be礦物為鋅日光榴石,含量0.35%。

樣品YXY-SM-2礦物組成見表4,大面積掃描背散

射圖及礦物分解相圖見圖4及圖5。

由表4、圖4及圖5可知,礦石樣品YXY-SM-2主要組成礦物為斜長石,含量75.02%,石英含量11.59%；金屬礦物主要為磁鐵礦及鐵鋅菱錳礦,含量分別為5.06%及1.18%；含Be礦物為鋅日光榴石,含量0.13%。

圖4 樣品YXY-2背散射掃描圖Fig.4 Backscatter scanning of sample YXY-2

圖5 樣品YXY-SM-2礦物分解相圖Fig.5 Mineral decomposition phase diagram of sample YXY-SM-21.斜長石；2.石英；3.綠泥石；4.方解石；5.白云母；6.鉀長石；7.黑云母；8.鋯石；9.鈦鐵礦；10.低計數(shù)率；11.鋅日光榴石；12.菱猛礦；13.磁鐵礦；14.金紅石；15.水鋅錳礦；16.錳鋁榴石；17.獨居石。

表4 樣品YXY-SM-2礦物組成表Table 4 Mineral composition of sample YXY-SM-2

鋅日光榴石,淺褐色,半透明,表面偶可見黑褐色風(fēng)化產(chǎn)物,呈他形—半自形粒狀,其晶形為四面體,多呈不規(guī)則尖角狀,并可見三角形斷面,顆粒直徑0.06～0.5 mm[3]。

3.2 鋅日光榴石賦存狀態(tài)

3.2.1鋅日光榴石一般特征

經(jīng)電子探針能譜定量測試分析,礦石樣品YXY/TZ-1中鋅日光榴石化學(xué)分析結(jié)果見圖6、表5。而鋅日光榴石標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)式為Zn4(BeSiO4)3S,可知樣品鋅日光榴石內(nèi)含有少量鐵、錳,以類質(zhì)同象形式替代了鋅。

表5 樣品YXY/TZ-1鋅日光榴石電子探針能譜定量分析結(jié)果Table 5 Quantitative analysis results of sample YXY/TZ-1 zinc garnet by EDS

圖6 樣品YXY/TZ-1電子探針測試背散射圖Fig.6 Electron probe backscatter diagram of sample YXY/TZ-1Gen.鋅日光榴石；Pl.斜長石；Py.黃鐵礦；Lm.褐鐵礦。

樣品YXY-SM-1鋅日光榴石能譜成分分析結(jié)果見表6,背散射圖及能譜圖見圖7。如表6所示：鋅日光榴石內(nèi)Zn元素含量為41.38%～43.63%,平均含量為42.36%,O元素含量為29.48%～30.45%之間,平均值為29.99%,Si元素含量13.10%～14.83%,平均值14.16%,S元素含量5.83%～6.27%,含有少量Mn及Fe,平均含量分別為3.87%及3.55%。另外,由于能譜無法檢測到Be元素,Be元素理論含量為4.53%左右,故檢測各元素含量比實際值偏高。

圖7 樣品YXY-SM-1鋅日光榴石背散射圖及能譜圖Fig.7 Backscatter and energy spectra of sample YXY-SM-1Gen.鋅日光榴石；Pl.斜長石；Cal.方解石；Mt.磁鐵礦。

表6 樣品YXY-SM-1鋅日光榴石化學(xué)成分分析Table 6 Chemical composition analysis of sample YXY-SM-1 zinc garnet

樣品YXY-SM-2能譜成分分析結(jié)果見表7,背散射圖及能譜圖見圖8。如表7所示：鋅日光榴石內(nèi)Zn元素含量為41.02%～44.71%,平均含量為43.30%,O元素含量為25.23%～28.16%,平均值為26.86%,Si元素含量13.20%～15.74%,平均值14.03%,S元素含量6.01%～6.39%,含有少量Mn及Fe,平均含量分別為4.39%及5.24%。另外,由于能譜無法檢測到Be元素,Be元素理論含量為4.53%左右,故檢測各元素含量比實際值偏高。

圖8 樣品YXY-SM-2鋅日光榴石背散射圖及能譜圖Fig.8 Intergrowth relationship of sample YXY-SM-2Gen.鋅日光榴石；Pl.斜長石；Py.黃鐵礦。

表7 樣品YXY-SM-2鋅日光榴石化學(xué)成分分析Table 7 Chemical constituents of sample YXY-SM-2 zinc garnet

3.2.2鋅日光榴石賦存狀態(tài)

樣品YXY-SM-1鋅日光榴石連生關(guān)系如表8所示。鋅日光榴石主要與低計數(shù)率部位連生(見圖9),占總面積的55.67%。

表8 樣品YXY-SM-1鋅日光榴石連生關(guān)系表Table 8 Backscatter and energy spectra of sample YXY-SM-1

樣品YXY-SM-2鋅日光榴石連生關(guān)系如表9,由表9可知,鋅日光榴石主要與低計數(shù)率部位連生(見圖10),占總面積的61.00%。

表9 樣品YXY-SM-2鋅日光榴石連生關(guān)系表Table 9 Intergrowth relationship of sample YXY-SM-2

低計數(shù)率是指巖石裂隙及孔洞部位,兩個樣品中鋅日光榴石均主要與低計數(shù)率部位連生,即表明鋅日光榴石多賦存于巖石裂隙及孔洞內(nèi),推測可能為后期變質(zhì)成因。

4 娘娘頂巖體年齡

近年來,湖北省地質(zhì)調(diào)查院等研究單位針對娘娘頂黑云母二長花崗巖進(jìn)行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素年齡測試,取得了(747±11)～(741±11) Ma的成巖年齡數(shù)據(jù)(楊成等,暫未發(fā)表),表明其為南華紀(jì)侵入巖。

5 討論

5.1 鈹?shù)V成因

燕山期花崗質(zhì)巖漿熱液在礦區(qū)內(nèi)沿娘娘頂花崗巖體與黃麥嶺組地層之間接觸面等構(gòu)造軟弱帶上侵。在接觸面附近圍巖中各元素在高溫環(huán)境下活化,發(fā)生交代作用。隨著交代作用的進(jìn)行,巖漿熱液溫度、壓力逐漸下降,發(fā)生了鈉長石化等圍巖蝕變。

在接觸界面處高溫影響下,地層和娘娘頂花崗巖供應(yīng)有大量的成礦元素,發(fā)生雙交代作用,形成了獨特的鋅日光榴石。由于黃麥嶺組地層中硫、錳含量較高,鋅日光榴石中硫離子、錳離子主要來自黃麥嶺組地層,而鐵離子、鋅離子的來源可能都有娘娘頂花崗巖和地層的貢獻(xiàn)；鈹離子則主要來自于燕山晚期巖漿。

礦體被風(fēng)化破壞、礦石被氧化后形成褐鐵礦與大量菱錳礦等礦物,及楊新巖鈹?shù)V床中獨特的黑褐色皮殼。

5.2 成礦時代

中國花崗巖型稀有金屬礦床大多分布在南嶺及其鄰區(qū),成礦時代基本上都屬于燕山期,并且主要集中在103～174 Ma范圍內(nèi)[4]。中國的稀有礦床從元古宙至中生代都有產(chǎn)出,不過燕山期是稀有、稀土礦床的主要成礦時代[5]。燕山期是中國稀有金屬礦床爆發(fā)式產(chǎn)出的時期,該時期產(chǎn)出的稀有金屬礦床不僅礦床數(shù)量多，而且礦床類型幾乎涵蓋了所有的稀有金屬礦床類型(花崗巖型、堿性巖及堿性花崗巖型、火山熱液型、偉晶巖型等)。楊新巖鈹?shù)V點所在區(qū)域,燕山晚期花崗巖與鎢、鉬、鈹成礦關(guān)系密切[6-8]。因此,筆者有理由認(rèn)為礦區(qū)內(nèi)鈹成礦作用主要發(fā)生于燕山期。

娘娘頂黑云母二長花崗巖成巖時間為南華紀(jì),而楊新巖鈹?shù)V體產(chǎn)于娘娘頂花崗巖體與黃麥嶺組地層接觸界面附近,嚴(yán)格受控于鈉化、云英巖化等后期高溫氣液等圍巖蝕變。娘娘頂花崗巖很可能僅為賦礦圍巖,筆者推測娘娘頂花崗巖體之下很可能存在有隱伏的與Be成礦關(guān)系緊密的燕山晚期小花崗巖體,如小巖株等,為鈹?shù)V的形成提供了成礦熱液與成礦物質(zhì)。

6 結(jié)論

(1) 楊新巖鈹?shù)V體產(chǎn)于娘娘頂花崗巖體與黃麥嶺組地層接觸界面附近,嚴(yán)格受控于鈉化、云英巖化等后期高溫氣液等圍巖蝕變。大部分鈹?shù)V石外部可見獨特的黑褐色鐵鋅錳質(zhì)皮殼。礦石中Be平均品位約為0.05%,而經(jīng)AMICS礦物自動分析系統(tǒng)計算礦石中Be含量為0.01%～0.02%。

(2) 礦石中金屬礦物主要為鐵鋅菱錳礦及磁鐵礦,含Be礦物為鋅日光榴石,含量為0.13%～0.35%。鋅日光榴石內(nèi)含有少量Fe、Mn。

(3) 鋅日光榴石主要與低計數(shù)率部位連生,表明鋅日光榴石多賦存于巖石裂隙及孔洞內(nèi),推測可能為后期變質(zhì)成因。

(4) 楊新巖鈹?shù)V體為花崗質(zhì)巖漿熱液沿娘娘頂花崗巖體與黃麥嶺組地層之間接觸面上侵,經(jīng)巖漿氣液雙交代作用所形成。鋅日光榴石中硫離子、錳離子主要來自地層,鐵離子、鋅離子則娘娘頂花崗巖和地層可能都有貢獻(xiàn)；鈹離子主要來自燕山晚期巖漿。楊新巖鈹?shù)V體成因類型為巖漿熱液型,歸于交代成因。

(5) 娘娘頂花崗巖成巖時間為南華紀(jì),很可能僅為賦礦圍巖。礦區(qū)內(nèi)鈹成礦作用主要發(fā)生于燕山期。娘娘頂花崗巖體之下很可能存在有隱伏的與Be成礦關(guān)系緊密的燕山晚期小花崗巖體,為鈹?shù)V的形成提供了成礦熱液與成礦物質(zhì)。