尹維青,劉成忠,董 菁
(江西有色地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院,江西 南昌 330030)
鋰具有低熔點(diǎn)、高沸點(diǎn)、輕質(zhì)量和負(fù)電位等特征,被廣泛應(yīng)用于新能源汽車、航空、核工業(yè)、醫(yī)療、玻璃、陶瓷、光電和冶金等行業(yè)領(lǐng)域中[1-3]。我國已發(fā)現(xiàn)的鋰礦床主要分布于西部地區(qū),其次為中東部地區(qū)[4-8]。鋰礦分為鹽湖型鋰礦和硬巖型鋰礦,硬巖型鋰礦約占我國鋰礦資源總量的18%,其中鋰輝石占11%,鋰云母占7%[9]。
甘坊礦田位于的江西省宜春市,是我國少數(shù)幾個硬巖型鋰礦勘查基地之一。區(qū)內(nèi)鋰礦資源豐富,主要類型為花崗巖型含鋰瓷石礦和蝕變細(xì)晶巖脈型含鋰瓷石礦,雖然鋰品位偏低,但資源量巨大,是“亞洲鋰都”宜春市重要的鋰礦資源保障基地[10-16]。
1980—2003年,江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局在區(qū)內(nèi)開展區(qū)域地質(zhì)調(diào)查,全面系統(tǒng)地總結(jié)區(qū)內(nèi)花崗巖侵入期次和定位機(jī)制,發(fā)現(xiàn)鋰、鈮、鉭、銣、銫等稀有金屬礦化現(xiàn)象,未進(jìn)行深入細(xì)致工作。2003—2016年,江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局在區(qū)內(nèi)開展區(qū)域礦產(chǎn)資源調(diào)查評價,基本上查清鋰、鈮、鉭、銣、銫等稀有金屬礦的分布和資源找礦潛力,因品位偏低,未進(jìn)行系統(tǒng)的勘查評價,對鋰礦床成礦規(guī)律和成因研究甚少[17]。近年來在該地區(qū)開展大規(guī)模的鋰礦地質(zhì)勘查工作,現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)或查明的鋰礦床(點(diǎn))共計39處,發(fā)現(xiàn)或探明的保有資源量達(dá)100萬t以上。
為查明該地區(qū)鋰礦資源儲量,推動該區(qū)鋰礦“增儲上產(chǎn)”,本文在研究典型礦床地質(zhì)地球化學(xué)特征的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)分析和總結(jié)礦床地質(zhì)特征、成礦規(guī)律、控礦因素和找礦標(biāo)志,提出“區(qū)域構(gòu)造+花崗巖侵入+圍巖封閉+熱液交代+化探異?!钡幕◢弾r型鋰礦床“五位一體”找礦模型,并通過勘查工作在坪頭嶺地區(qū)發(fā)現(xiàn)1處大型鋰礦床,在洞上地區(qū)發(fā)現(xiàn)1處中型鋰礦床。期望通過以上成果能對該地區(qū)尋找花崗巖型鋰礦的下一步勘查工作具有指導(dǎo)意義。
甘坊礦田位于揚(yáng)子地塊南緣,即揚(yáng)子陸塊下?lián)P子地塊江南造山帶中段的三級構(gòu)造單元江南造山帶中段九嶺逆沖隆起帶南部,九嶺稀有金屬成礦帶內(nèi)[18-24](圖1)。
圖1 區(qū)域構(gòu)造與巖漿巖分布圖[19]
該地區(qū)地層有缺失,結(jié)晶基底主要為青白口紀(jì)安樂林組(Pt2al),溝系零星出露第四系聯(lián)圩組(Ql)。
該地區(qū)歷經(jīng)了多旋回構(gòu)造運(yùn)動,斷裂構(gòu)造極為發(fā)育,按其變形特點(diǎn)分為脆性斷裂和韌性剪切帶兩類。宜豐—杭州深大斷裂貫通地幔與地殼的聯(lián)系,并與淺部的褶皺、滑脫構(gòu)造以及脆性斷裂組成巖漿上侵定位空間和含礦熱液循環(huán)通道,為區(qū)內(nèi)稀有金屬成礦提供充足的物源、熱源及賦礦場所。
該地區(qū)經(jīng)歷長期多旋回巖漿活動,在新元古代—早白堊世受到多期次、多階段巖漿侵入,形成廣泛分布的花崗巖系列(圖1)。主要巖體有甘坊復(fù)式花崗巖體(新元古代早期)、石花尖巖體(新元古代晚期)、甘坊復(fù)式巖體(晚侏羅世)、古陽寨巖體、武堂巖體、白水洞巖體和藍(lán)家店巖體(早白堊世),與這些巖漿侵入相關(guān)的脈巖也廣泛分布。
該地區(qū)是鋰、鈮、鉭、銣、銫等成礦元素的高背景區(qū),區(qū)域的地球化學(xué)場受區(qū)域構(gòu)造—巖漿巖帶控制,呈NEE向展布。巖漿巖中鋰、鉭、鈮、錫、銣、銫、硼、氟、磷元素的平均含量明顯高于地殼豐度,成礦元素富集系數(shù)在1.6~9.7之間,表明該地區(qū)對稀有金屬元素的成礦極其有利[25]。
區(qū)域內(nèi)礦產(chǎn)豐富,金屬礦產(chǎn)主要有鋰、鈮、鉭、銣、銫、錫、鎢等,其中鋰、鉭、鈮礦是區(qū)內(nèi)有較高的經(jīng)濟(jì)價值的礦種。
該地區(qū)鋰礦床類型主要有花崗巖型鋰礦床和細(xì)晶巖脈型鋰礦床2種。
花崗巖型鋰礦床以宜豐縣石家里鋰礦為代表。該礦床產(chǎn)于燕山期鈉長石化、鋰云母化白云母花崗巖中,形態(tài)較簡單,礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出,連續(xù)性好,具上富下貧的特征,Li2O平均含量0.513%,Rb2O平均含量0.299%,Cs平均含量0.093%,伴生有鈮、鉭、鈹?shù)认∮薪饘?屬巖漿晚期熱液交代礦床。雖然該類型礦床品位偏低,但有數(shù)量多、分布廣、規(guī)模大的特點(diǎn),是甘坊礦田最重要的鋰礦床類型。
礦體圍巖主要是新元古代九嶺系列英云閃長巖、花崗閃長巖和二云母二長花崗巖等。巖石呈粒狀結(jié)構(gòu),致密塊狀構(gòu)造,裂隙不發(fā)育,透水透氣性差,具良好的密閉隔擋性能。礦石中的礦物成分主要為斜長石、鈉長石、石英及淺色云母,次要礦物為黑云母、綠泥石等。含鋰礦物主要為鋰(白)云母和磷鋰鋁石,鋰云母在礦石中呈單晶六方片狀,其片徑一般在0.1~1.5 mm。鋰云母單礦物中氧化鋰含量為2.56%~4.67%。礦石結(jié)構(gòu)主要有花崗結(jié)構(gòu)、變余花崗結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)、鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)等;礦石構(gòu)造主要有塊狀構(gòu)造、斑狀或似斑狀構(gòu)造、雪球或半雪球狀構(gòu)造等。
細(xì)晶巖脈型鋰礦床以宜豐同安鋰礦為代表。該礦床產(chǎn)于燕山晚期鈉長石化、鋰云母化細(xì)晶巖脈中,礦體嚴(yán)格受NNE向斷裂控制,呈脈狀分布,長為400~1 800 m,最長2 700 m,平均寬4.47 m,延深小于等于250 m,Li2O平均含量0.851%,Rb2O平均含量0.236%,Cs平均含量0.072%,伴生有鈮、鉭、鈹?shù)认∮薪饘?屬巖漿晚期熱液交代礦床。細(xì)晶巖脈型鋰礦床分布數(shù)量少,規(guī)模小,但品位較高。
礦體圍巖主要是燕山晚期黑云母花崗巖。巖石呈粒狀結(jié)構(gòu),致密塊狀構(gòu)造,裂隙不發(fā)育,透水透氣性差,具良好的密閉隔擋性能。礦石即霏細(xì)巖脈、細(xì)晶(斑)巖,其主要礦物成分有:石英20%~40%,淺色云母(白云母、鋰云母、帶云母)3%~15%,長石20%~60%;次要礦物成分有:白云母、黃玉、鋰云母、高嶺石等。含鋰礦物主要為鋰(白)云母和磷鋰鋁石。
甘坊礦田鋰礦的成礦過程較為復(fù)雜,起主導(dǎo)作用的是燕山晚期花崗巖漿侵入、分異演化和巖漿晚期熱液交代作用,其中巖漿晚期熱液交代作用是關(guān)鍵。
區(qū)內(nèi)NE向、NNE向、近EW向3組,斷裂構(gòu)造既控巖又控礦,大多數(shù)鋰礦床(點(diǎn))沿著斷裂帶分布。斷裂構(gòu)造控巖控礦主要表現(xiàn)在成礦巖體和礦床(點(diǎn))均位于不同方向斷裂的交叉處、主要斷裂與次級斷裂的交叉處和斷裂產(chǎn)狀突變處。
3.2.1 花崗巖系列
甘坊復(fù)式巖體位于九嶺復(fù)式花崗巖基的中部,出露面積約400 km2,東西長30 km以上,南北最寬16 km,大體呈東西向延伸(圖2),巖體侵入時代為燕山期晚侏羅世早期[26-29],巖性變化總趨勢為黑云母花崗巖→二云母二長花崗巖→白(鋰)云母二長花崗巖→鈉長石化鋰云母二長花崗巖。甘坊復(fù)式巖體巖性較復(fù)雜,為一個多期次、多階段巖漿侵入形成的復(fù)式巖體(表1)。
圖2 甘坊礦田地質(zhì)簡圖[26]
表1 甘坊復(fù)式巖體花崗巖特征
3.2.2 花崗巖地球化學(xué)特征
區(qū)內(nèi)花崗巖中SiO2含量為72.38%~76.25%,平均含量為74.74%;Al2O3含量為14.26%~17.00%,平均含量為15.37%;TFe2O3含量為0.61%~1.25%,平均含量為0.96%;MgO含量為0.06%~0.30%,平均含量為0.15%;CaO含量為0.25%~0.85%,平均含量為0.62%;Na2O含量為2.55%~3.77%,平均含量為3.33%;K2O含量為2.96%~4.17%,平均含量為3.46%。鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為1.42~1.65,平均值為1.50;堿度率AR為2.03~2.42,平均值為2.33;里特曼指數(shù)σ為1.29~1.86,平均含量為1.49;花崗巖分異指數(shù)(DI)為89.77~90.74,平均值為90.18,表明該巖體是巖漿高度分異的產(chǎn)物(表2)。
在(Na2O+K2O)—SiO2判別圖解(圖3)上,樣品投點(diǎn)主要落于花崗巖中(圖3a);在K2O—SiO2判別圖解上,樣品屬于高鉀鈣堿性系列和鈣堿性系列(圖3b);在A/NK—A/CNK圖解中,均落于過鋁質(zhì)區(qū)域,具有過鋁質(zhì)—強(qiáng)過鋁質(zhì)特征(圖3c);在SiO2—AR(堿度率)圖解上(圖3d),均落于鈣堿性區(qū)域。因此,該地區(qū)花崗巖具有富硅、富鋁和富堿的特征,屬于強(qiáng)過鋁質(zhì)鈣堿性花崗巖。通過礦區(qū)主要氧化物Harker圖解顯示(圖3e-j):SiO2與Al2O3、Na2O、K2O具有明顯的相關(guān),表明經(jīng)歷母巖漿的分離結(jié)晶作用。
3.2.3 花崗巖稀有元素地球化學(xué)特征
燕山期晚侏羅世—早白堊世是甘坊礦田稀有金屬礦床形成的主要成礦期。甘坊復(fù)式巖體內(nèi)稀有金屬的成礦過程與巖漿的侵入、定位、演化和巖漿熱液聚集、交代等因素密切相關(guān)。多期次多階段的巖漿侵入和演化階段導(dǎo)致稀有元素不斷富集形成礦床(表3,圖4)。
表2 甘坊礦田花崗巖中主量元素(wB/%)分析結(jié)果
圖3 礦區(qū)花崗巖主量元素圖解
從表3可以看出,自晚侏羅世,鋰、錫、鈮、鈹?shù)仍亻_始出現(xiàn)逐步富集;在早白堊世第一階段早期逐漸增多,直至早白堊世第一階段中晚期出現(xiàn)第一次富集高峰,主要在蝕變花崗巖中富集成礦;至早白堊世第一階段早期回落,但在早白堊世第二階段晚期出現(xiàn)第二次富集高峰,在巖漿晚期脈巖中富集成礦。
區(qū)內(nèi)Li、Sn、Nb、Be的富集與巖漿晚期的熱液交代作用密切相關(guān),在晚侏羅世—早白堊世出現(xiàn)的兩次富集高峰也是兩個最重要的成礦階段(圖4)。
表3 甘坊礦田花崗巖中稀有元素含量及鋰的富集系數(shù)
圖4 晚侏羅世—早白堊世巖漿演化與鋰富集規(guī)律
新元古代九嶺復(fù)式花崗巖基華力西期石花尖花崗巖復(fù)式巖體的形成時代在822 Ma,加里東期甘坊花崗巖復(fù)式巖體的形成時代在445 Ma,燕山期古陽寨、武堂、白水洞、藍(lán)家店花崗巖體的形成時代在110~150 Ma[26-28]。從接觸關(guān)系來看,甘坊復(fù)式巖體侵入于新元古代九嶺復(fù)式花崗巖基的核部,甘坊復(fù)式巖體代表晚侏羅世早期巖漿活動,后受到早期白堊世花崗巖的侵入。區(qū)內(nèi)鋰礦床成礦主要發(fā)生在晚侏羅世和早白堊世[29]。
區(qū)內(nèi)晚侏羅世-早白堊世花崗巖大面積分布,經(jīng)歷多期次侵入事件。這些花崗巖來源于地殼熔融巖漿,具富硅、富鋁和富堿的特征。在巖漿演化晚期,巖漿熱液逐步富集、自交代作用增強(qiáng)。在晚侏羅世-早白堊世的二云母二長花崗巖中廣泛發(fā)育鈉長石化、云英巖化、鋰(白)云母化、黃玉化、硅化和螢石化等蝕變。這些過程導(dǎo)致稀有元素在巖漿晚期熱液中大規(guī)模富集,并隨巖漿侵位上升至花崗巖體頂部或周邊裂隙中,與花崗巖或細(xì)晶巖脈交代形成鋰礦床(含鋰瓷石礦床),該礦床成因類型屬巖漿晚期熱液交代礦床。
區(qū)域內(nèi)巖漿巖的礦化受多方面影響,包括巖體所處的構(gòu)造位置、剝蝕深度及圍巖條件的制約[30-32]。區(qū)域控巖控礦斷裂制約了成礦巖體的侵入和定位。在花崗巖體的頂部及邊部,由于巖漿侵入時的機(jī)械沖頂和巖漿凝固時體積的收縮,在巖體頂部及邊部發(fā)育裂隙,有利于巖漿晚期富含成礦元素?zé)嵋旱倪\(yùn)移和交代。因此,巖體的內(nèi)外接觸帶及巖體的頂部通常礦化作用較強(qiáng)烈(圖5),如白水洞巖體頂部及出現(xiàn)邊部、鈉長石化、鋰云母化、云英巖特征,其中強(qiáng)烈富集鋰、鈮、鉭、銣、銫等礦化元素。隨著深度的增加,往深部礦化逐漸減弱。
圖5 巖漿交代充填礦床成礦模式圖[32]
(1)區(qū)域斷裂控制含礦花崗巖的侵入和定位
區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造的形成具有長期性、多期次活動的特點(diǎn),表現(xiàn)形式為早期韌性變形疊后期壓扭性斷層特征。主斷裂面較平直,下盤具分帶性,依次為構(gòu)造角礫巖帶→碎裂巖帶→構(gòu)造裂隙帶。斷裂構(gòu)造控制晚侏羅世—早白堊世含礦花崗巖體的侵入和定位。
(2)巖漿演化致稀有元素初步富集
區(qū)內(nèi)含鋰花崗巖屬典型的過鋁質(zhì)S型花崗巖?;◢弾r漿經(jīng)過高度演化,演化晚期中?!屑?xì)粒蝕變花崗巖中顯著富集鋰、鉭、鈮、銣、銫、鈹、氟、磷等元素。稀有元素進(jìn)入云母類礦物中,導(dǎo)致富集成礦。富鋰云母主要包括鐵鋰云母、鋰白云母、鋰云母等,它們主要在巖漿演化晚期結(jié)晶析出。隨著巖漿的分異演化程度不斷提高,花崗巖中云母類礦物種屬也發(fā)生了相應(yīng)變化,即從巖漿分異的早期至晚期,云母礦物種類有黑云母→白云母→鐵鋰云母→白(鋰)白云母→鋰云母的變化規(guī)律,表明花崗巖是鋰、鉭、鈮、銣、銫、鈹?shù)认∮薪饘俚闹饕獊碓础?/p>
(3)巖漿晚期熱液交代是稀有金屬成礦的關(guān)鍵
區(qū)內(nèi)花崗巖中鋰富集程度的高低,主要受2個方面的影響:源漿體系中鋰、鉭、鈮、銣、銫、鈹、氟、磷等稀有元素豐度;礦體圍巖主要有新元古代九嶺系列英云閃長巖、花崗閃長巖和二長花崗巖,這些巖石形成了相對密閉的環(huán)境,阻止揮發(fā)分和成礦熱液的散失。在巖漿演化過程中,受元素分配系數(shù)的制約,不相容元素如鋰、鉭、鈮、銣、銫、鈹?shù)认∮性卦趲r漿晚期熱液中富集。隨著這些富集稀有元素的巖漿熱液上升至花崗巖漿體的頂部,交代花崗巖形成鋰礦床。
(1)構(gòu)造標(biāo)志:北東向和北西向、近東向斷裂構(gòu)造復(fù)合部位是控制巖漿上升的通道,也是深部巖漿上侵定位的主要場所,斷裂復(fù)合部位是本區(qū)重要找礦標(biāo)志之一。
(2)巖漿巖標(biāo)志:晚侏羅世—早白堊世中?!屑?xì)粒蝕變花崗巖是本區(qū)鋰礦的賦存巖體,其巖石化學(xué)特點(diǎn)為貧鐵、鈦而富鈉、鉀、鋁,鈉長石化蝕變花崗巖是本區(qū)直接找礦標(biāo)志之一。
(3)蝕變標(biāo)志:含礦花崗巖普遍發(fā)育鈉長石化、白(鋰)云母化、硅化、螢石化等蝕變,云母類礦物由黑云母→白云母→鋰白云母的演化規(guī)律,是鋰含量由低到高逐步富集的標(biāo)志,圍巖蝕變是本區(qū)直接找礦標(biāo)志之一。
(4)地球化學(xué)異常標(biāo)志:區(qū)內(nèi)水系沉積物和土壤地球化學(xué)異常元素組合以Li、Ta、Nb、Rb、Cs、F、B、P為主,組合宜春以Li、Ta、Nb異常含量高、面積大、稀有元素組合齊全為特征。當(dāng)w(Li)≥800×10-6范圍內(nèi)則可認(rèn)定為鋰礦體賦存區(qū)。因此,鋰多元素組合異常是本區(qū)直接找礦標(biāo)志之一。
(5)重砂異常標(biāo)志:鈮鉭鐵礦、鋯石、錫石、細(xì)晶石、黑鎢礦、獨(dú)居石等金屬重礦物異常,這些金屬重礦物來源于含鋰花崗巖的副礦物,重砂異常是本區(qū)直接找礦標(biāo)志之一。
該地區(qū)鋰礦的成礦主要受區(qū)域構(gòu)造、花崗巖侵入與定位、圍巖封閉條件和巖漿晚期熱液交代作用的制約,并在礦化空間內(nèi)形成明顯的地球化學(xué)異常。在系統(tǒng)分析總結(jié)花崗巖型鋰礦床的成礦地質(zhì)背景、礦床地質(zhì)特征、巖漿演化規(guī)律、礦床成因、控礦因素和找礦標(biāo)志基礎(chǔ)上,提出花崗巖型鋰礦床“五位一體”找礦模型(圖6,表4)。
4.5.1 模型預(yù)測
在今后的找礦實踐中,要從找礦模型中構(gòu)造分布規(guī)律、花崗巖的巖性、成巖時代、巖漿巖分異演化程度、蝕變礦物組合、地球化學(xué)異常特征和副礦物特點(diǎn)等多方面開展分析研究,進(jìn)行綜合預(yù)測和評價,從而開辟新的找礦空間。在模型應(yīng)中,重點(diǎn)研究以下幾個方面:
(1)多組構(gòu)造復(fù)合位置是含礦花崗巖有利的定位空間。
(2)白云母花崗巖、二云母花崗巖是鋰礦最重要的含礦母巖。
(3)晚侏羅世和早白堊世花崗巖是鋰成礦最重要的2個成礦期。
(4)富硅、富鋁和富堿的高分異花崗巖是鋰成礦最重要的成礦物質(zhì)來源。
(5)鈉長石化、白云母化、鐵鋰云母化和鋰云母化蝕變帶可能是鋰礦賦存區(qū)。
(6)鋰、鉭、鈮、銣、銫、鈹、氟、磷元素組合異常區(qū),特別是w(Li)≥800×10-6異常范圍可認(rèn)定為鋰礦體賦存區(qū)。
(7)鉭鈮鐵礦、錫石、磷釔礦重砂礦物異常區(qū)是重要的找礦遠(yuǎn)景區(qū)。
區(qū)域內(nèi)鋰礦床不是孤立單一的礦床類型,而是花崗巖型鋰礦床和蝕變細(xì)晶巖脈型鋰礦床在時間上、空間上和物質(zhì)組成上的有機(jī)統(tǒng)一。鋰的成礦也是區(qū)域構(gòu)造、花崗巖體的侵入、巖漿巖分異程度、交代蝕變等多種因素綜合作用的結(jié)果。找礦模型的提出是該地區(qū)鋰礦找礦的重要創(chuàng)新性成果,便于在找礦預(yù)測和資源潛力評價時,可利用“五位一體”找礦模型綜合預(yù)測和評價其找礦前景。
4.5.2 應(yīng)用效果
花崗巖型鋰礦“五位一體”找礦模型建立后,按模型要素的要求,系統(tǒng)總結(jié)區(qū)域構(gòu)造分布規(guī)律、花崗巖體的巖性、成巖時代、巖漿巖分異程度、蝕變礦物組合、地球化學(xué)異常和重砂礦物異常等特征,提出在西部洞上和東部坪頭嶺地區(qū)是有利的找礦靶區(qū)。后經(jīng)找礦勘查工作證實,在坪頭嶺地區(qū)發(fā)現(xiàn)一大型鋰礦床,在洞上地區(qū)發(fā)現(xiàn)一中型鋰礦床,找礦預(yù)測效果良好。
通過對宜春地區(qū)花崗巖型鋰礦床地質(zhì)特征、成礦規(guī)律和找礦模型的歸納總結(jié),獲得以下認(rèn)識:
(1)礦床主要成礦時代集中在燕山期的晚侏羅世和早白堊世。
(2)區(qū)域構(gòu)造控制花崗巖型鋰礦床的分布,燕山期花崗巖侵入、分異演化、巖漿晚期熱液交代作用是鋰成礦的關(guān)鍵。
(3)提出“區(qū)域構(gòu)造+花崗巖侵入+圍巖封閉+熱液交代+化探異常”的花崗巖型鋰礦床“五位一體”找礦模型,經(jīng)應(yīng)用實踐證明預(yù)測效果良好。
花崗巖型鋰礦“五位一體”找礦模型提出后,雖然取得良好的找礦預(yù)測效果,但還有需要深入研究和完善的地方,主要有:
(1)含礦花崗巖中富硅、富鋁和富堿程度的量化指標(biāo);
(2)含礦花崗巖中白云巖化、鐵鋰云母化和鋰云母化的量化指標(biāo);
(3)含礦花崗巖中鈉長石化的量化指標(biāo);
(4)含礦花崗巖中鉭鈮鐵礦、錫石、磷釔礦重砂異常的量化指標(biāo)。