江西宜豐地區(qū)瓷石礦(含鋰)地球化學(xué)特征及成因

曾曉建，劉建偉，曾慶友，潘世語，張連湘，彭蜀濤，魯詩陽

(1.江西有色地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院，南昌 330001；2.宜春市礦業(yè)有限責(zé)任公司，江西 宜春 336000)

鋰(Li)作為自然界最輕的金屬，亦是金屬活潑性最強(qiáng)的金屬，是21世紀(jì)極其重要的、新興的戰(zhàn)略能源資源，在高能鋰電池、受控?zé)岷朔磻?yīng)等方面得到了廣泛的應(yīng)用?？v觀我國鋰礦資源，以硬巖型和鹵水型為主，其中硬巖型鋰礦的主要含鋰礦物常被認(rèn)為是鋰輝石，隨著近年來瓷石礦(含鋰)地質(zhì)勘查工作的不斷突破，以及鋰云母生產(chǎn)碳酸鋰工藝的不斷提升，鋰云母亦被認(rèn)為是重要的含鋰礦物之一。通過系統(tǒng)分析宜豐地區(qū)瓷石礦(含鋰)地質(zhì)勘查成果資料，對區(qū)內(nèi)瓷石礦(含鋰)的賦礦巖石及圍巖開展了巖相學(xué)、主微量及稀土元素地球化學(xué)綜合研究，探討了含礦巖體的形成背景及成因，旨在為區(qū)內(nèi)下一步地質(zhì)勘查工作提供一些理論依據(jù)。

1 礦床地質(zhì)特征

研究區(qū)成礦區(qū)劃屬揚(yáng)子成礦省之江南東段成礦帶的九嶺鎢鉬錫銅金多金屬螢石高嶺土成礦亞帶[1]，北部為九嶺逆沖隆起，中部為萍樂拗陷帶，南部為武功山隆起，隆起與坳陷之間的兩條區(qū)域性深斷裂(宜豐—景德鎮(zhèn)、萍鄉(xiāng)—廣豐)控制著區(qū)內(nèi)地層、巖漿巖及礦產(chǎn)的分布。瓷石礦(含鋰)以瓷石礦含有益組分Li為特征，并達(dá)到堿性長石花崗巖型礦床伴生鋰礦綜合評價參考指標(biāo)要求。宜豐地區(qū)瓷石礦(含鋰)主要分布于宜豐縣花橋鄉(xiāng)大港—白水洞一帶(圖1)，區(qū)內(nèi)大面積出露中生代花崗巖，從晚侏羅世至早白堊世均有出露，依次為晚侏羅世甘坊巖體、早白堊世古陽寨巖體和早白堊世白水洞巖體，其中早白堊世白水洞巖體為區(qū)內(nèi)瓷石礦(含鋰)的主要賦礦巖體，晚侏羅世甘坊巖體和早白堊世古陽寨巖體為圍巖。宜豐地區(qū)瓷石礦(含鋰)則賦存于早白堊世白水洞巖體的中細(xì)粒弱-中-強(qiáng)鈉長石化鋰云母化白云母(二長)花崗巖內(nèi)，與白水洞巖體接觸部位的中粗粒弱鈉長石化鋰云母化似斑狀二云二長花崗巖偶見被鈉長石礦化現(xiàn)象。

1-第四紀(jì)聯(lián)圩組；2-早白堊世白水洞侵入體中細(xì)粒白云母(二長)花崗巖；3-早白堊世武堂侵入體細(xì)粒二云二長花崗巖；4-早白堊世古陽寨侵入體中細(xì)粒-中粒少斑二云母二長花崗巖；5-早白堊世古陽寨侵入體中細(xì)粒含斑二云母二長花崗巖；6-早白堊世古陽寨侵入體細(xì)粒含斑二云母二長花崗巖；7-晚侏羅世甘坊侵入體中粗粒似斑狀二云母二長花崗巖；8-晚侏羅世甘坊侵入體中粒似斑狀二云母二長花崗巖；9-晚侏羅世甘坊侵入體中細(xì)粒似斑狀二云母二長花崗巖；10-新元古代九嶺序列中-中粗粒含斑黑云母二長花崗巖；11-新元古代九嶺序列中細(xì)粒含斑黑云母花崗閃長巖；12-新元古代九嶺序列細(xì)-中細(xì)粒含斑黑云母英云閃長巖；13-酸性巖脈：γ花崗巖、γδ花崗閃長巖、νπ霏細(xì)斑巖；14-石英巖脈：q石英脈；15-實(shí)測性質(zhì)不明斷層；16-實(shí)測正斷層及產(chǎn)狀；17-實(shí)測逆斷層及產(chǎn)狀；18-瓷石礦床、礦點(diǎn)；19-研究區(qū)位置圖1 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)略圖Fig.1 Simplified regional geological map of research area

研究區(qū)內(nèi)的大港—白市化山—白水洞礦區(qū)的瓷石礦(含鋰)為同一條礦體，走向近EW，長3.5 km，寬0.4～1.25 km，厚21.62～575.36 m，傾向S，傾角10°～50°，Li2O含量由地表至深部呈逐漸降低的趨勢，與含礦地質(zhì)體的蝕變強(qiáng)度相對應(yīng)，即由淺至深，鋰云母化、鈉長石化逐漸降低，由地表強(qiáng)鈉長石化向深部逐步漸變?yōu)槿踱c長石化，巖石的顏色隨著深度的增加依次漸變?yōu)榘咨?灰白色-肉紅色[2-4]。

2 巖石學(xué)特征

宜豐地區(qū)瓷石礦(含鋰)賦礦巖體主要為早白堊世白水洞巖體，巖性為中-細(xì)粒白云母(二長)花崗巖(圖2)，巖石多具弱-中-強(qiáng)鈉長石化、鋰云母化等蝕變。巖石呈淺肉紅色-灰白色，中-細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物由斜長石、鉀長石、石英、白云母等組成。其中，石英呈它形粒狀，粒徑2～4 mm，具波狀消光，含量約25%；鉀長石呈半自形板狀，粒徑2～3 mm，主要為條紋長石，次為微斜長石及正長石，具弱高嶺石化，常見鈉長石交代鉀長石，含量約25%；斜長石呈自形板狀，粒徑0.5～1 mm，折射率小于石英，負(fù)低突起，見聚片雙晶，具弱絹云母化，局部見凈邊結(jié)構(gòu)，普遍已去鈣鈉化，常產(chǎn)出螢石小晶粒，經(jīng)測An：12～15號左右，屬更長石或鈉-更長石，牌號接近于鈉長石，少量鈉長石強(qiáng)的已變成鈉長石，含量約30%；白云母呈片狀，片徑0.8～2 mm不等，兩端面規(guī)則，少部分為黑云母析鐵后形成，含量約20%。副礦物為鋯石、磷灰石等。

圖2 白云母花崗巖標(biāo)本及顯微照片F(xiàn)ig.2 Sample and photomicrographs of muscovite granite

晚侏羅世甘坊巖體主要巖性為中粗粒似斑狀二云二長花崗巖(圖3)。巖石呈灰黑色，少見灰白色，中粗粒似斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為細(xì)粒、中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶以鉀長石為主，少見石英、斜長石等，粒徑5～15 mm，含量約15%；基質(zhì)主要由斜長石、鉀長石、石英、黑云母和白云母等組成，礦物粒徑一般1.5～2.5mm不等。其中，鉀長石呈半自形—它形板狀，主要為條紋長石，次為微斜長石及正長石，具弱高嶺石化，常見鈉長石交代，含量約20%；斜長石呈半自形板狀，發(fā)育聚片雙晶，具弱絹云母化，少量白云母化，常見凈邊結(jié)構(gòu)，局部見環(huán)帶，普遍已去鈣鈉化，常產(chǎn)出螢石小晶粒，含量約20%；石英呈它形粒狀，填隙狀分布，裂紋發(fā)育，波狀消光，含量約20%；黑云母呈半自形片狀，片徑0.4～1.2 mm，淺褐色—紅褐色，少數(shù)析鐵褪色，含量約5%；白云母呈半自形片狀，片徑0.3～1 mm，含量約5%。

圖3 似斑狀二云二長花崗巖標(biāo)本及顯微照片F(xiàn)ig.3 Sample and photomicrographs of porphyraceous two-micamonzonitic granite

早白堊世古陽寨巖體主要巖性為中細(xì)粒含斑二云二長花崗巖(圖4)。巖石呈灰白、淺灰黑色，中細(xì)粒似斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶以斜長石為主，少見石英、鉀長石等，粒徑2～4 mm，含量約5%；基質(zhì)主要由斜長石、鉀長石、石英、黑云母和白云母等組成，礦物粒徑一般0.5～1.5 mm不等。其中，鉀長石呈半自形板柱狀，偶見卡氏雙晶，多為正長石，含量約30%；斜長石呈半自形長柱狀，發(fā)育聚片雙晶，偶見弱絹云母化，含量約25%；石英，呈它形粒狀，波狀消光，偶見鈉長石化，含量約30%；黑云母呈半自形片狀，片徑0.4～1.2 mm，淺褐色—紅褐色，少數(shù)析鐵褪色，含量約5%；白云母呈半自形片狀，片徑0.3～1 mm，含量約5%。

圖4 含斑二云二長花崗巖標(biāo)本及顯微照片F(xiàn)ig.4 Sample and photomicrographs of porphyraceoustwo-micamonzonitic granite

3 地球化學(xué)特征

3.1 樣品采集及分析測試

本次研究工作采集宜豐地區(qū)瓷石礦(含鋰)賦礦巖石和圍巖樣品共計(jì)15件，其中白水洞巖體9件、甘坊巖體3件、古陽寨巖體3件，對其主量、微量及稀土元素進(jìn)行了系統(tǒng)分析測試(表1)，各項(xiàng)分析測試工作均由江西有色地質(zhì)測試研究院完成。

表1 宜豐地區(qū)瓷石礦(含鋰)賦礦巖石和圍巖的主量元素(×10-2)、微量和稀土元素含量(×10-6)及特征值

3.2 主量元素

由(表1)可知，宜豐地區(qū)瓷石礦(含鋰)的賦礦巖石—白水洞巖體中細(xì)粒白云母(二長)花崗巖的SiO2含量為70.64%～72.74%，Al2O3含量為14.62%～15.85%，Na2O含量為2.46%～3.96%，K2O含量為3.53%～4.20%，Na2O/K2O=0.69～1.08，平均為0.92，CaO含量為0.27%～0.77%，CaO/Na2O=0.08～0.22，MgO含量為0.04%～0.06%，F(xiàn)eO含量為0.91%～1.43%，F(xiàn)e2O3含量為1.10%～1.64%，TiO2含量為0.01%～0.02%，P2O5含量為0.26%～0.97%；鋁飽合指數(shù)A/CNK=1.26～1.55，大于1.1，具有過鋁質(zhì)的特征[5]。

圍巖—甘坊巖體中粗粒似斑狀二云二長花崗巖的SiO2含量為70.01%～70.96%，Al2O3含量為15.17%～15.48%，Na2O含量為2.21%～2.99%，K2O含量為4.29%～4.50%，Na2O/K2O=0.49～0.70，平均為0.61，CaO含量為0.07%～0.38%，CaO/Na2O=0.03～0.13，MgO含量為0.21%～0.24%，F(xiàn)eO含量為1.80%～2.00%，F(xiàn)e2O3含量為2.13%～2.38%，TiO2含量為0.09%，P2O5含量為0.39%～0.45%；鋁飽合指數(shù)A/CNK=1.51～1.76，大于1.1，具有過鋁質(zhì)的特征。

圍巖—古陽寨巖體中細(xì)粒含斑二云二長花崗巖的SiO2含量為71.247%～71.48%，Al2O3含量為14.98%～15.44%，Na2O含量為3.59%～3.76%，K2O含量為3.92%～4.09%，Na2O/K2O=0.88～0.96，平均為0.92，CaO含量為0.30%～0.43%，CaO/Na2O=0.08～0.11，MgO含量為0.11%～0.16%，F(xiàn)eO含量為1.20%～1.83%，F(xiàn)e2O3含量為1.52%～2.09%，TiO2含量為0.04%～0.06%，P2O5含量為0.39%～0.48%；鋁飽合指數(shù)A/CNK=1.26～1.55，大于1.1，具有過鋁質(zhì)的特征。

在花崗巖主量元素TAS圖解中(圖5)，所有樣品均落入花崗巖區(qū)；在SiO2-K2O圖解中(圖6)，樣品均落入高鉀鈣堿性花崗巖區(qū)，此說明宜豐地區(qū)瓷石礦(含鋰)的賦礦巖石及圍巖應(yīng)屬于高鉀鈣堿性花崗巖系列。

圖5 宜豐地區(qū)瓷石礦(含鋰)賦礦巖石和圍巖的TAS圖解[6]Fig.5 The TAS diagram of the ore-bearing rocks and country rocks of the lithium-bearing proclain stone in Yifeng area

圖6 宜豐地區(qū)瓷石礦(含鋰)賦礦巖石和圍巖的SiO2-K2O圖解[6]Fig.6 The SiO2-K2O diagram of the ore-bearing rocks and country rocks of the lithium-bearing proclain stone in Yifeng area

3.3 微量元素

微量元素特征見表1，在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中(圖7)，樣品微量元素曲線呈鋸齒狀分布，多表現(xiàn)出富Cs、Rb、Ta、P等元素，虧損Ba、Nb、Ti等元素的特征，與宜豐大港、獅子嶺礦區(qū)的賦礦花崗巖體相似。

圖7 宜豐地區(qū)瓷石礦(含鋰)賦礦巖石和圍巖的微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖[7]Fig.7 Primitive mantle-normalized trace element patterns of the ore-bearing rocks and country rocks of the lithium-bearing proclain stone in the Yifeng area

3.4 稀土元素

稀土元素特征見表1，宜豐地區(qū)瓷石礦(含鋰)賦礦巖石和圍巖的稀土元素總量低，∑REE=3.30×10-6～39.41×10-6，LREE總量=1.39×10-6～34.91×10-6，HREE總量=0.41×10-6～4.50×10-6，LREE/HREE=1.78～9.29，平均為4.55，說明輕、重稀土分餾不明顯，且(La/Sm)N=0.88～3.54，(Gd/Yb)N=1.38～3.73，說明輕、重稀土內(nèi)部分餾亦不明顯；δEu=0.08～0.54，均小于0.6[8-9]，說明巖石具有強(qiáng)烈的Eu負(fù)異常，說明在巖漿演化的過程中可能存在斜長石的分離結(jié)晶；稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分型式呈微右傾型(圖8)，由晚侏羅世甘坊巖體、早白堊世古陽寨巖體至早白堊世白水洞巖體，配分曲線呈平行下移的趨勢。

圖8 宜豐地區(qū)瓷石礦(含鋰)賦礦巖石和圍巖的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線[10]Fig.8 Chondrite-normalized REE patterns of the ore-bearing rocks and country rocks of the lithium-bearing proclain stone in the Yifeng area

4 討論

4.1 形成背景

自三疊世以來，江西省已然結(jié)束了南北分離的大地構(gòu)造橋架，進(jìn)入了濱特提斯被動陸緣發(fā)展階段；晚三疊世地殼裂陷，形成沼澤海盆，海水沿欽杭結(jié)合帶浸入；晚三疊世末沿欽杭結(jié)合帶地殼出現(xiàn)抬升，花崗質(zhì)巖漿活動初顯；早中侏羅世欽杭結(jié)合帶及其周緣地區(qū)進(jìn)入大陸活化造山階段，地殼抬升，至晚侏羅世地殼抬升加劇，導(dǎo)致欽杭結(jié)合帶內(nèi)缺失晚侏羅世沉積；晚侏羅至早白堊世，巖漿活動加劇，形成以欽杭結(jié)合帶為中心向周緣幅射的大規(guī)模燕山期S型南嶺花崗巖，以及稀有金屬礦的巨量產(chǎn)出。據(jù)《中國區(qū)域地質(zhì)志·江西志》，宜豐地區(qū)中生代花崗巖體多形成于晚侏羅-早白堊世，其中，晚侏羅世甘坊巖體LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素年齡為(153.6±2 Ma)、早白堊世古陽寨巖體LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素年齡為(141.8±1.6)Ma和早白堊世白水洞巖體LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素年齡為(144.2±1.3)Ma，恰處于區(qū)內(nèi)強(qiáng)烈陸內(nèi)碰撞造山，地殼加厚、抬升期。

過鋁質(zhì)花崗巖的形成條件眾說紛紜，主要分為兩種：一種認(rèn)為形成于大陸碰撞造山的擠壓環(huán)境下[11-12]；另一種認(rèn)為形成于陸-陸碰撞造山之后的伸展環(huán)境之下[13-16]。

宜豐地區(qū)處于燕山早期核心造山區(qū)，地殼大面積上隆，硅鋁層增厚，加厚的硅鋁層的多次熔融利于同造山S型花崗巖的形成，亦是江西省稀有金屬礦床的重要誘因之一。在Nb-Y花崗巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解中(圖9)，樣品全部落入火山弧和同碰撞區(qū)內(nèi)；在Rb-(Nb+Y)判別圖解中(圖10)，樣品全部落入同碰撞區(qū)內(nèi)。綜上所述，宜豐地區(qū)瓷石礦(含鋰)的賦礦巖石和圍巖均形成于同碰撞的構(gòu)造環(huán)境下。

圖9 宜豐地區(qū)瓷石礦(含鋰)賦礦巖石和圍巖的Nb-Y圖解[11]Fig.9 Nb-Y diagram of the ore-bearing rocks and country rocks of the lithium-bearing proclain stone in the Yifeng area

圖10 宜豐地區(qū)瓷石礦(含鋰)賦礦巖石和圍巖的Rb-Y+Nb圖解[11]Fig.10 Rb-Y+Nb diagram of the ore-bearing rocks and country rocks of the lithium-bearing proclain stone in Yifeng area

4.2 成因分析

花崗巖按其成因分類，可分為I型、S型、A型和M型等[17-19]，可按花崗巖的巖石地球化學(xué)特征進(jìn)行判別。宜豐地區(qū)瓷石礦(含鋰)的賦礦巖石和圍巖的A/CNK值均大于1.1，屬于過鋁質(zhì)花崗巖，在A/CNK-A/NK圖解中(圖11)，樣品均落入過鋁質(zhì)S型花崗巖區(qū)，SiO2-P2O5無明顯相關(guān)性，亦不同于華南地區(qū)A型花崗巖P2O5隨SiO2增加而減少的特征[20]，10000×Ga/Al=1.71～2.81，多低于華南地區(qū)典型的鋁質(zhì)A型花崗巖[21]；CaO/Na2O=0.08～0.22、Rb/Sr=4.94～296.49、Rb/Ba=6.27～740.02，顯示了低CaO/Na2O、高Rb/Sr、Rb/Ba的特征，與來源于泥質(zhì)沉積巖的典型S型花崗巖相似[22-23]，其中高Rb/Sr比亦說明了巖漿起源于較為成熟的地殼；在ACF圖解中(圖12)，樣品多落入S型花崗巖區(qū)內(nèi)。

圖11 宜豐地區(qū)瓷石礦(含鋰)賦礦巖石和圍巖的A/CNK-A/NK圖解[24]Fig.11 A/CNK-A/NK diagram of the ore-bearing rocks and country rocks of the lithium-bearing proclain stone in Yifeng area

圖12 宜豐地區(qū)瓷石礦(含鋰)賦礦巖石和圍巖的ACF圖解[24]Fig.12 ACF diagram of the ore-bearing rocks and country rocks of the lithium-bearing proclain stone in Yifeng area

綜合上述特征，宜豐地區(qū)瓷石礦(含鋰)的賦礦巖石和圍巖應(yīng)屬于過鋁質(zhì)S型花崗巖，是成熟地殼的泥質(zhì)沉積巖部分熔融的產(chǎn)物，同時經(jīng)歷了高度的結(jié)晶分異過程。

5 結(jié)論

1)宜豐地區(qū)瓷石礦(含鋰)的賦礦巖石及圍巖均為高鉀鈣堿性高分異S型強(qiáng)過鋁質(zhì)花崗巖，由晚侏羅世甘坊巖體→早白堊世古陽寨巖體→早白堊世白水洞巖體，具同源演化之特征。

2)宜豐地區(qū)瓷石礦(含鋰)的賦礦巖石及圍巖應(yīng)形成于陸陸碰撞造山、陸殼抬升的環(huán)境下，由成熟地殼富泥質(zhì)部分的部分熔融而來。