鄂南地區(qū)花崗巖—偉晶巖型稀有金屬礦(Li-Be-Nb-Ta)找礦潛力分析

張麗雅，張文勝，李國福

(湖北省地質(zhì)局 第四地質(zhì)大隊(duì)，湖北 咸寧 437100)

稀有金屬是戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)，其在國防軍工、航空航天、冶金、機(jī)械電子等高新技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用，近年來愈發(fā)得到世界各國的重視[1]。加大稀有金屬找礦工作力度，不斷夯實(shí)稀有金屬資源“家底”顯得十分重要。幕阜山地區(qū)位于江南隆起成巖成礦帶，是中國重要的稀有金屬礦集區(qū)，近年來多家地勘單位在該區(qū)投入大量地質(zhì)找礦工作，取得了重要的找礦成果，例如2017年在幕阜山復(fù)式花崗巖體南緣發(fā)現(xiàn)的湖南仁里超大型偉晶巖型鈮鉭多金屬礦床為該區(qū)稀有金屬找礦工作提供了關(guān)鍵線索[2]。幕阜山復(fù)式花崗巖體北緣與其南緣具有相似的成礦地質(zhì)條件，具備尋找花崗巖—偉晶巖型稀有金屬礦的潛力，但該區(qū)除了斷峰山鈮鉭礦床投入普查工作外，其余多以礦點(diǎn)檢查為主，而且對區(qū)內(nèi)的成礦地質(zhì)條件和找礦潛力沒有進(jìn)行系統(tǒng)性的分析和總結(jié)，在一定程度上限制了該區(qū)實(shí)現(xiàn)更多稀有金屬礦找礦突破。

本文選取位于幕阜山復(fù)式花崗巖體北緣的斷峰山礦區(qū)和南緣的仁里礦區(qū)為研究對象，通過對比分析成礦地質(zhì)條件、控礦因素及成礦規(guī)律，淺析鄂南地區(qū)花崗巖—偉晶巖型稀有金屬礦(Li-Be-Nb-Ta)找礦潛力，以期為鄂南地區(qū)稀有金屬礦產(chǎn)勘查工作提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

幕阜山復(fù)式花崗巖體位于湘鄂贛三省交界處，處于揚(yáng)子陸塊與華夏陸塊的過渡地帶，經(jīng)歷了強(qiáng)烈的構(gòu)造—巖漿—成巖/成礦作用而形成。區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，自加里東期到燕山晚期先后經(jīng)歷了拼合→俯沖匯聚→匯聚走滑→離散走滑的構(gòu)造發(fā)展過程[3]。區(qū)域巖漿活動(dòng)最早始于新元古代，晚侏羅世再次活動(dòng)達(dá)到高峰，直至白堊紀(jì)早期結(jié)束，而幕阜山復(fù)式巖體大致具有三個(gè)成巖期次：新元古代(～816 Ma)，晚侏羅世—早白堊世初期(154～139 Ma)，早白堊世(132～127 Ma)[3]。新元古代巖相主要為片麻狀花崗閃長巖和二云母二長花崗巖，晚侏羅世—早白堊世初期巖相主要為閃長巖、花崗閃長巖及黑云母二長花崗巖，早白堊世巖相主要為二云母二長花崗巖、白云母二長花崗巖和白云母花崗巖等。在幕阜山復(fù)式巖體內(nèi)部和外緣圍巖接觸帶內(nèi)均發(fā)育有大量花崗偉晶巖脈，部分巖脈富含Li、Be、Nb、Ta等元素并形成稀有金屬礦床[4]，最為典型為巖體北緣的斷峰山大型鈮鉭礦床和南緣的仁里超大型稀有金屬礦床(圖1)。

圖1 幕阜山地區(qū)大地構(gòu)造位置(a)及地質(zhì)礦產(chǎn)簡圖(b)(底圖據(jù)參考文獻(xiàn)[3])

2 典型礦床地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)特征

斷峰山鈮鉭礦床位于幕阜山礦集區(qū)北緣，是規(guī)模較大的花崗巖—偉晶巖型稀有金屬礦床，分布于幕阜山巖體花崗巖與冷家溪群片巖內(nèi)外接觸帶的偉晶巖密集區(qū)[5](圖2)。礦區(qū)南部巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，由燕山旋回中晚期同源多次侵入體組成，巖性以灰白色中細(xì)粒黑云母二長花崗巖為主，與圍巖呈侵入接觸關(guān)系。礦區(qū)及外圍除零星分布一些第四系松散沉積物外，全為新元古界冷家溪群淺變質(zhì)巖[6]。

礦區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，主要以壓性和壓扭性斷裂為主，NE-NNW西向帚狀破裂構(gòu)造最為發(fā)育(為花崗偉晶巖脈晶脈所充填)，次為NWW向、NW向及近EW向斷裂。規(guī)模較大的何家堰斷裂和汀家畈斷裂活動(dòng)時(shí)間長，為成礦后熱液所充填，并形成有價(jià)值的鉛鋅礦床。斷峰山礦區(qū)鐵豎尖斷裂(F1)可能屬區(qū)域性NNE向大斷裂所派生的次級斷裂，對脈體起到了一定的破壞作用[7]。

2.2 偉晶巖特征

區(qū)內(nèi)地表出露大量偉晶巖脈，為稀有金屬礦的主要含礦地質(zhì)體，以花崗偉晶巖脈最為發(fā)育。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，本區(qū)偉晶巖脈共有266條，多呈不規(guī)則脈狀分布，常具分支復(fù)合、膨脹狹縮現(xiàn)象，脈體規(guī)模大小不一，一般長50～500 m，寬0.5～5 m，脈體與圍巖(二云片巖)呈侵入接觸關(guān)系(圖2)。國內(nèi)學(xué)者認(rèn)為云母類礦物常常是稀有元素礦物的特征指示性礦物，并據(jù)此把偉晶巖分為黑云母型、二云母型和白云母型[8-10]。本次研究根據(jù)微斜長石和鈉長石含量劃分大類，根據(jù)結(jié)構(gòu)特征劃分亞類，據(jù)此將礦區(qū)偉晶巖脈分為微斜長石型(Ⅱ)、微斜長石—鈉長石型(Ⅲ)、鈉長石型(Ⅳ)3個(gè)大類和文象變文象微斜長石型(Ⅱ-1)、中粗粒微斜長石型(Ⅱ-2)、塊體微斜長石型(Ⅱ-3)、文象變文象微斜長石—鈉長石型(Ⅲ-1)、中粗粒微斜長石—鈉長石型(Ⅲ-2)、塊體微斜長石型—鈉長石型(Ⅲ-3)、粒狀鈉長石型(Ⅳ-1)、小片狀鈉長石型(Ⅳ-2)等8個(gè)亞類，其中微斜長石—鈉長石型(Ⅲ類)偉晶巖脈最多，次為鈉長石型(Ⅳ類)偉晶巖，再次為微斜長石型(Ⅱ類)偉晶巖。

圖2 斷峰山稀有金屬礦區(qū)地質(zhì)略圖

2.3 礦體特征

區(qū)內(nèi)266條偉晶巖脈中能圈出礦體的有26條，其中江家垅段487、407號偉晶巖脈構(gòu)成長1 300 m、寬400 m的密集礦段，礦體間距20～50 m，有的甚至互相連接；曹家?guī)X段620、640號為主的偉晶巖脈構(gòu)成長2 500 m、寬200 m的密集礦段，礦(脈)體間距5～80 m。礦體均為脈狀體，走向均為NE向，一般以60°左右為主，絕大多數(shù)礦脈傾向NW，傾角28°～70°不等，僅493、494兩條礦脈傾向SE，傾角60°～80°。

區(qū)內(nèi)偉晶巖脈主要發(fā)育鈮鉭礦化，次為鈹?shù)V化、銣礦化。鈮鉭礦化分布較廣，Nb、Ta主要共生在錳鈮鉭鐵礦中，礦體平均品位為：Nb2O50.0129%、Ta2O50.006%，Ta/Nb比值為0.47，同一礦段的(NbTa)2O5品位在走向上由東至西逐漸變貧，在傾向上自上而下逐漸變貧。鈹?shù)V化僅在江家垅段和白沖屋段有發(fā)現(xiàn)，礦化不均勻，BeO含量一般為0.03%左右，最高為1.90%，主要含礦礦物綠柱石分布在石英塊體周圍或微斜長石塊體中。在江家垅段發(fā)現(xiàn)銣礦體11處，Rb2O最大含量為0.15%，平均含量為0.06%；在白沖屋—江家壟一帶發(fā)現(xiàn)銣礦體10處，Rb2O含量為0.02%～0.09%，平均為0.07%，最高為0.15%。

礦石類型主要有粗粒微斜長石—鈉長石鈮鉭礦石、塊狀微斜長石—鈉長石鈮鉭礦石、粒狀鈉長石鈮鉭礦石和片狀鈉長石鈮鉭礦石。礦石結(jié)構(gòu)以文象結(jié)構(gòu)、中粗粒石英微斜長石結(jié)構(gòu)、小塊體微斜長石結(jié)構(gòu)、塊體石英—微斜長石結(jié)構(gòu)為主，礦石構(gòu)造主要為塊體構(gòu)造。

3 稀有金屬礦成礦規(guī)律

選取位于幕阜山巖體北緣的斷峰山礦區(qū)和南緣的仁里礦區(qū)進(jìn)行對比分析，總結(jié)鄂南地區(qū)花崗巖—偉晶巖型稀有金屬礦成礦規(guī)律。

3.1 成礦時(shí)代對比

幕阜山復(fù)式巖體存在多期次多階段的巖漿活動(dòng)，巖體主要形成于晚侏羅世—早白堊世，形成時(shí)間主要集中于158～127 Ma，其中晚侏羅世花崗閃長巖、黑云母二長花崗巖(158～152 Ma)和早白堊世二云母二長花崗巖(145～130 Ma)是最主要的兩期巖漿活動(dòng)[3]。前人研究表明斷峰山鈮鉭礦床和仁里鈮鉭礦床與白云母二長花崗巖密切相關(guān)，且均存在兩期成礦事件，其中斷峰山鈮鉭礦成礦期為142～140 Ma和133～125 Ma，仁里鈮鉭礦成礦期為140 Ma和130 Ma[11-12]。這種多期次成礦活動(dòng)恰恰佐證了前人提出的幕阜山巖體“體中體”模式，即多期次活動(dòng)使同源的多個(gè)單一侵入體相繼侵位構(gòu)成“體中體”，且每次巖漿侵位都伴隨礦化出現(xiàn)，即“共(源)巖漿補(bǔ)余分異成礦”；巖漿活動(dòng)越頻繁，共補(bǔ)余巖漿分異效應(yīng)越強(qiáng)，成礦規(guī)模越大，且隨著巖漿演化的持續(xù)，成礦往往在中晚期時(shí)更加富集。仁里鈮鉭礦床和斷峰山鈮鉭礦床均是大巖基多期次多階段巖漿演化的共(源)巖漿補(bǔ)余分異的結(jié)果。

3.2 偉晶巖特征對比

仁里礦區(qū)和斷峰山礦區(qū)均位于幕阜山巖體外緣，礦區(qū)內(nèi)偉晶巖十分發(fā)育，且規(guī)模較大，稀有金屬礦化范圍較廣。筆者通過對兩個(gè)礦區(qū)偉晶巖的類型、礦物組合、礦體品位、分帶性等進(jìn)行對比(表1)，發(fā)現(xiàn)兩礦區(qū)偉晶巖特征大致一致，可將仁里鈮鉭礦床作為鄂南地區(qū)偉晶巖研究的類比對象。

表1 斷峰山礦區(qū)和仁里礦區(qū)偉晶巖特征對比表

3.3 地球化學(xué)特征對比

幕阜山巖體南緣和北緣的燕山期花崗巖、仁里地區(qū)偉晶巖、斷峰山地區(qū)偉晶巖均屬硅酸鹽過飽和和過鋁質(zhì)的S型花崗巖(圖3)，分異指數(shù)>80，固結(jié)指數(shù)<10，巖漿分異指數(shù)較高，屬陸殼改造型[13]。

圖3 斷峰山、仁里地區(qū)花崗巖與偉晶巖A/CNK-A/NK圖解(仁里地區(qū)數(shù)據(jù)據(jù)參考文獻(xiàn)[14])

對兩礦區(qū)的花崗巖、偉晶巖的微量元素配分特征進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)兩礦區(qū)偉晶巖中Li、Rb、Cs、Be、Ga、Sn相對富集，無礦偉晶巖中Nb/Ta值為3.3～13.5，含礦偉晶巖中Nb/Ta值接近1.0。兩礦區(qū)稀土元素稀土配分曲線均整體向右傾斜，具負(fù)Eu異常，顯示為輕稀土富集型(圖4)。

圖4 斷峰山、仁里地區(qū)花崗巖與偉晶巖微量(稀土)元素對比圖(仁里地區(qū)數(shù)據(jù)據(jù)參考文獻(xiàn)[11])

3.4 成礦規(guī)律對比

幕阜山地區(qū)稀有金屬成礦時(shí)代晚于該區(qū)最晚期花崗巖體成巖時(shí)代，因而推斷幕阜山地區(qū)與成礦有關(guān)的巖體可能是最晚期侵入的小規(guī)模巖株，也可能是隱伏的晚期花崗巖侵入體。雖不能確認(rèn)具體成礦巖體，但可以確定成礦經(jīng)歷了巖漿多期次的分異演化，巖漿熱液中含有的Li、Rb、Nb、Ta等稀有元素向上遷移，與偉晶巖中的揮發(fā)分形成了各類絡(luò)合物，這些絡(luò)合物攜帶成礦元素遷移并逐漸富集于巖體頂部而逐漸成礦[4](圖5)。

圖5 幕阜山地區(qū)偉晶巖化學(xué)演化模式[4]

隨著對幕阜山巖體和稀有金屬礦化的深入研究，發(fā)現(xiàn)幕阜山巖體巖漿分異和稀有金屬礦化在空間上具有明顯的分帶性[3](圖6)。巖漿自東向西分異程度逐漸增高，稀有金屬元素逐漸富集，礦化組合從單一的Be礦化逐漸演化為豐富的Be-Nb-Ta-Li-Cs礦化，大體分為四個(gè)成礦區(qū)帶，其中斷峰山礦區(qū)的偉晶巖脈主要為Be-Nb-Ta礦化，仁里礦區(qū)的偉晶巖脈主要為Li-Be-Nb-Ta礦化。前人對斷峰山礦床的研究側(cè)重于鈮鉭礦，對于Li、Rb、Cs等稀有金屬礦研究較少，但隨著研究程度的逐漸提高，普遍認(rèn)為斷峰山地區(qū)偉晶巖也具有富集鋰礦的潛力[4]。近期在斷峰山地區(qū)芋頭坡一帶發(fā)現(xiàn)了大量的鋰銣礦化，從芋頭坡礦段→白沖屋礦段→江家壟礦段Li等多金屬元素含量呈增高趨勢，且存在明顯的分帶現(xiàn)象，使上述觀點(diǎn)逐步得到了印證。

圖6 幕阜山巖體巖漿分異及稀有金屬礦化組合分帶概略圖(底圖據(jù)參考文獻(xiàn)[3])

4 稀有金屬礦找礦方向

(1)仁里礦區(qū)的礦體控制深度為200～1 000 m，而斷峰山礦區(qū)的礦體控制深度僅為200 m以淺，對比認(rèn)為斷峰山礦區(qū)深部仍有一定找礦潛力。有學(xué)者繪制了仁里礦區(qū)典型礦脈的Nb2O5、Ta2O5品位與標(biāo)高變化曲線圖[14]，發(fā)現(xiàn)Nb2O5、Ta2O5品位在標(biāo)高411 m區(qū)段達(dá)到峰值后，往深部逐漸趨于平穩(wěn)且有上升的趨勢。因此下一步應(yīng)加大斷峰山地區(qū)深部找礦，并注意評價(jià)地表露頭品位較低的偉晶巖脈，加大對礦體的擴(kuò)邊、攻深力度。

(2)斷峰山地區(qū)晚期鈉長石偉晶巖中的石榴子石端元成分與仁里地區(qū)傳梓源礦區(qū)鈉長石—鋰輝石偉晶巖中的石榴子石相似，推斷斷峰山地區(qū)存在鋰礦找礦潛力，下一步應(yīng)注意尋找鈉長石型和鈉長石—鋰輝石型偉晶巖,尋找鋰礦脈。

(3)幕阜山南段巖漿來源的含礦熱液由北往南運(yùn)移過程中被新元古代三墩巖體阻隔，導(dǎo)致在仁里地區(qū)傳梓源礦區(qū)形成鋰礦。下一步應(yīng)注意在斷峰山北部冷家溪群地層中尋找類似的“阻擋層”。

(4)由于含Nb、Ta、Be等稀有金屬礦物性質(zhì)相對穩(wěn)定，在水系沉積物或土壤遷移中大多形成重砂礦物，因而水系沉積物異常和土壤異?？梢宰鳛橹匾恼业V標(biāo)志。仁里礦區(qū)的發(fā)現(xiàn)正是利用了主要鈮鉭礦脈與Nb、Ta、Be重砂異常暈圈長軸方向相吻合這一找礦標(biāo)志。1∶20萬水系沉積物測量在斷峰山礦區(qū)及北部冷家溪群地層中發(fā)現(xiàn)了多處Be、Nb、Ta異常，應(yīng)加強(qiáng)重視，開展進(jìn)一步的異常查證工作。

(5)幕阜山巖體巖漿分異和稀有金屬礦化具有明顯分帶性，鋰礦化往往出現(xiàn)在鈮鉭礦外圍，下一步應(yīng)注意在斷峰山礦區(qū)外圍尋找含鋰輝石偉晶巖脈。

5 結(jié)論

對比分析認(rèn)為，斷峰山礦區(qū)和仁里礦區(qū)分別位于幕阜山巖體北緣和南緣，具有相似的成礦地質(zhì)背景，均廣泛發(fā)育偉晶巖且偉晶巖地球化學(xué)特征十分相似，礦體均由兩期巖漿活動(dòng)演化而成。目前斷峰山地區(qū)勘查程度較低，下一步應(yīng)加大稀有金屬礦找礦力度，充分利用偉晶巖礦化分帶性尋找有利礦化信息，并加強(qiáng)對斷峰山地區(qū)北部與幕阜山巖體間“隔擋層”的尋找和研究。