幕阜山花崗巖地區稀有金屬成礦規律初探

冷雙梁, 譚 超, 黃景孟, 周 豹

(湖北省地質調查院,湖北 武漢 430034)

位于湘鄂贛三省交界的幕阜山花崗巖體以大規模的花崗巖巖漿作用及稀有金屬成礦作用而聞名。前人曾于20世紀50-70年代做過部分工作,距今已有40余年。近年來,隨著稀有金屬在新能源、軍工以及新材料等領域的廣泛應用,其找礦工作和礦床研究工作方興未艾。本文旨在梳理前人資料的基礎上,結合稀有金屬找礦的新進展與新認識,對區內的稀有金屬礦產進行分類:①巖體內與云英巖化二云母花崗巖有關的鈹礦床;②巖體內與偉晶巖脈有關的鋰鈹鈮鉭多金屬礦床;③板巖中與偉晶巖脈有關的鋰鈹鈮鉭多金屬礦床。并介紹了相應典型礦床的地質特征。初步總結稀有金屬成礦規律,評價斷峰山地區找礦潛力,為下一步找礦工作提供參考。

1 幕阜山花崗巖體地質特征及與成礦的關系

幕阜山花崗巖體位于三省交界處,大地構造上位于揚子與華夏板塊的交接部位江南隆起帶中段的幕阜山—九嶺構造巖漿帶。區內地層跨下揚子地層分區和江南地層分區,出露地層有元古界待建系—長城系,新元古界青白口系,下古生界寒武系、奧陶系、志留系,新生界白堊—古近系、第四系。

區內主要構造為燕山中晚期北北東向構造,在鄂南地區形成大規模的隆起與凹陷。中酸性巖漿巖的侵位,伴隨強烈的斷裂活動、頻繁的酸性及基性巖漿活動,帶來大量的稀有金屬和內生金屬成礦物質。

區域巖漿巖活動在晚侏羅世達到高峰,至白堊紀早期結束。區內花崗巖出露面積約2 360 km2。出露于地表的巖石以中深成、中—中淺成侵入巖為主,巖性主要是中酸性—酸性花崗巖類及基性、中酸性、酸性脈巖類,一般呈較大的巖基或巖株產出。巖體侵入于青白口系冷家溪群淺變質巖石之中,侵入界線清晰,局部巖層受巖體侵位影響產狀變緩。燕山早期(晚侏羅世)花崗巖區域分布廣泛,構成了幕阜山花崗巖體的主體,由多個活動階段的侵入體組成,總體包括石英二長巖體、黑云母花崗閃長巖體、黑云母二長花崗巖體及二云母二長花崗巖體。燕山晚期(早白堊世)花崗巖主要分布于五里鎮、通城縣西、盤石、板江—冬塔鄉一帶,侵入體以小巖株形態侵入到中生代侏羅紀侵入巖中,主要巖體包括細?；◢忛W長巖體和白云母二長花崗巖體[1](圖1)。

鋰鈹鈮鉭等稀有金屬元素作為典型的親石元素,易于富集在晚期的巖漿中。參考1∶5萬區調資料和《幕阜山花崗巖區稀有金屬礦產普查報告》,統計數據見表1?？梢娀◢弾r體由老到新,其Nb、Ta、Cs、Rb等稀有元素豐度值明顯有一個升高的趨勢,說明隨著巖漿的不斷演化,稀有金屬元素趨向富集在晚期的巖體之中。

圖1 幕阜山地區地質簡圖[1]Fig.1 Geological map of Fufu Mountain area1.第四次侵入體;2.第三次侵入體;3第二次侵入體;4.第一次侵入體;5.第二次侵入體;6第一次侵入體;7.新元古代侵入體;8.時代未知侵入體;9.冷家溪群;10.偉晶巖脈;11.逆/正斷層及產狀;12.平推斷層;13.省界;14.地名及地理要素;15.鈮鉭礦床/礦點;16.鈹礦床/礦點;17.鋰礦床/礦點;18.銫礦點;19.白堊系上統;20.志留系下統/上統;21.奧陶系下統;22.寒武系下統/上統;23.震旦系。

巖性侵位期次代號CsRbNbTa備注花崗閃長巖黑云母二長花崗巖二云母二長花崗巖細?；◢忛W長巖白云母二長花崗巖偉晶巖脈維氏值燕山早期第一次第二次燕山晚期第一次第二次第三次第四次—γδJ137.84153.819.890.72γδJ2314.28144.139.060.89γδJ3325.00168.5014.512.23γδK114.70125.0015.901.00ηγK2194.17425.2314.854.50γρ——19.1114.55200203.5資料來源于1∶5萬通城幅區調[1]和幕阜山花崗巖區稀有金屬礦產普查報告[2]

注:維氏值為維諾格拉多夫花崗巖平均值(1962)。

2 幕阜山花崗巖體礦點分布及典型礦床

該區稀有金屬礦產分布總體呈現出“北鈮鉭、東鈹、南鋰鈹鈮鉭、中鈮鉭鋰、西部尚未見明顯礦化”的分布規律(圖2):北部以斷峰山鈮鉭礦床為代表,稀有金屬礦物主要為鈮鉭鐵礦,次要為綠柱石;東部為麥市、盆形山、簸箕窩等鈹礦點聚集區,稀有金屬礦物主要為綠柱石;南部以仁里—傳梓源鋰鈹鈮鉭礦床為代表,稀有金屬礦物主要為鋰輝石、鈮鉭鐵礦,次要為綠柱石;中部產出鳳凰翅、三岔堝等十多個稀有金屬礦(化)點,稀有金屬礦物主要為鈮鉭鐵礦、細晶石,次要礦物為透鋰長石、鋰云母、鋰輝石、綠柱石等。整體上表現出,東部以單一的鈹礦化為主,至中部鋰鈹鈮鉭多種元素礦化,北部和南部產出大型稀有金屬礦床,反映出稀有金屬成礦具一定的分異性[3]。

2.1 巖體內與云英巖化二云母花崗巖有關的鈹礦床(點)

典型礦床為麥市鈹礦點(5)?此括號中的數字代表圖2中的礦體編號。文中其他位置類似的數字也同樣。。

圖2 幕阜山花崗巖體稀有金屬礦點分布簡圖Fig.2 Distribution of rare metal ore points in the Fufu Mountain granite body1.二云母花崗巖;2.斷層;3.偉晶巖帶及其編號;4.鈮鉭礦床及其編號;5.鈹礦床及其編號;6.鋰礦床及其編號。

麥市鈹礦點位于麥市鎮株樹一帶。

目前可見兩種不同成因類型的鈹礦:

第一類為花崗巖型鈹礦。含礦圍巖主要為含綠柱石云英巖化花崗巖,中?；◢徑Y構,主要組成礦物為白云母、斜長石、石英、少量的黑云母和綠柱石。鈹礦物主要賦存于綠柱石之中。該巖體中普遍可見綠柱石,綠柱石呈無色—淺藍色,晶型一般,依稀可分辨出六方柱形,大小不一,大者可達1～1.5 cm,一般0.2～0.5 cm(圖3-A)。

第二類為偉晶巖型鈹礦。賦礦圍巖為含綠柱石白云鈉長偉晶巖。偉晶巖脈多與云英巖化花崗巖一起分布于二云母花崗巖和斑狀二長花崗巖接觸帶附近。脈體形態主要為板脈狀,次為分叉脈狀、透鏡體狀、細脈狀等。主要成分為白云母、石英、鈉長石、少量的石榴子石以及綠柱石。綠柱石呈淺綠色,晶型整體較好,呈規則的六方柱形,大小不一,與偉晶巖脈規模呈正相關。偉晶巖脈壁與圍巖呈突變接觸,接觸面清晰,成平直狀。偉晶巖脈體規?？傮w較小,分帶性不明顯(圖3-B)。

其他鈹礦點地質特征見表2。

圖3 麥市花崗巖型鈹礦野外地質特征Fig.3 Field geological characteristics of granite type beryllium in Mai City

2.2 巖體內與偉晶巖脈有關的鋰鈹鈮鉭多金屬礦床(點)

典型礦床為鳳凰翅鋰鉭礦點(9)。

鳳凰翅鋰鉭礦點位于通城縣黃龍鄉鳳凰翅一帶。

礦區內花崗巖主要為燕山早期第二次侵入體,巖性分別為二云母花崗巖和斑狀黑云二長花崗巖。兩種巖性接觸界面附近為成礦有利部位。區內偉晶巖發育,多呈脈狀產出,大小不一,大多寬0.5～3 m,長數十米。

鋰鉭礦體主要產出于一寬約10余米的偉晶巖脈中,巖脈分帶性較好。由外向內依次為白云母鈉長石帶—含石榴石粗粒鈉長石帶—石榴白云母鈉長石帶—粗粒鈉長石帶—鋰云母石英帶(圖4)。

鋰鉭礦體為偉晶巖脈核心部位的鋰云母石英帶(圖5)。礦體真厚0.38 m,經分析Ta2O5品位為0.029%,Li2O品位為0.99%,Rb2O5品位為0.24%,Cs2O5品位為0.17%。

區內其他礦點地質特征見表3。

2.3 板巖中與偉晶巖脈有關的鋰鈹鈮鉭多金屬礦床

典型礦床為平江仁里鈮鉭礦床(19)、傳梓源鋰輝石礦床(20)和斷峰山鈮鉭礦床(2)。以下簡要介紹平江仁里鈮鉭礦床、傳梓源鋰輝石礦床。

2.3.1 仁里—傳梓源稀有金屬礦床

該礦床位于湖南省平江縣三墩鄉與梅仙鎮之間,距平江縣城約30 km。

湖南省平江縣仁里礦床為近年新發現的一處特大型Nb-Ta-Be-Li礦床,與南部的傳梓源中型鋰礦床,構成一個完整的特大型鋰鈹鈮鉭礦床,是華南少見的特大型高品位稀有金屬礦床。截至2017年10月,仁里礦區初步估算(333+334)資源量:Rb2O516 357 t、Nb2O513 171 t、Ta2O59 306 t。礦床平均厚度2.85 m,平均品位Ta2O50.033%、Nb2O50.046%、Rb2O50.06%,鈮鉭品位在目前世界上所發現同類礦山中領先。

表2 花崗巖內與云英巖化二云母花崗巖有關的鈹礦床[2]Table 2 Beryllium deposits related to two mica granites in Granitoids

圖4 鳳凰翅鋰鉭礦點探槽素描圖Fig.4 Sketch map of lithium-tantalum point probe of Fenghuangci1.侏羅紀黑云斜長花崗巖;2.偉晶巖脈;3.細粒二云母花崗巖;4.粗粒二云母花崗巖;5.白云母鈉長偉晶巖;6.石榴子石鈉長偉晶巖;7.鈉長偉晶巖;8.鋰云母石英偉晶巖;9.產狀;10.礦體;11.刻槽樣位置及編號。

圖5 鳳凰翅鋰鉭礦點野外地質特征Fig.5 Field geological characteristics of lithium-tantalumpoint of Fenghuangci

該稀有金屬礦床位于幕阜山復式花崗巖體西南緣(圖2),屬花崗巖與冷家溪群內外接觸帶偉晶巖密集區。區內出露地層主要為冷家溪群坪原組及第四系,其中冷家溪群坪原組構成了區域出露地層的主體,在工作區中南部廣泛出露,主要巖性為板巖。幕阜山復式花崗巖體的外接觸帶由內到外依次分布了混合巖—片巖—千枚巖—板巖,具有較規律的分帶性,其中片巖分布較廣?；◢弾r接觸帶往外,依次為含石榴石片巖—含十字石二云片巖—絹云母片巖帶。

斷裂構造發育,以北東向斷裂構造為主,次為北北西向的斷裂構造。巖漿活動強烈,規模較大的幕阜山巖體分布于礦區北東部,北面主要出露片麻狀/似斑狀粗中粒黑云母二長花崗巖,東北方向出露中細粒白云母二長花崗巖。

表3 幕阜山巖體內偉晶巖脈帶及其含礦性一覽表[2]Table 3 List of pegmatite vein belts and their ore bearing characteristics in Mufu mountain rocks mass

區域脈巖主要有花崗偉晶巖脈、石英脈,以花崗偉晶巖脈最為發育,規模大小不等。根據《湖南省平江縣傳梓源鈮鉭礦初勘報告》,在西起窄板洞,東至三墩鄉,北起秦家坊,南至傳梓源46 km2范圍內,已查明脈體厚度>1 m、長度>50 m的偉晶巖脈超過926條,其中產于花崗巖內帶的約712條,產于巖體外帶板巖中的有214條。

礦區的偉晶巖脈具有水平分布特征,大致可分為4個帶:巖體內帶及接觸帶為微斜長石偉晶巖帶;外帶離巖體0.5～1.5 km,為微斜長石—鈉長石偉晶巖帶,仁里礦段多處于此帶;離巖體約1.2～2 km為鈉長石偉晶巖帶,永享礦段多位于此帶;最外圍為鈉長石—鋰輝石帶,梭墩礦段、傳梓源礦段、朱子洞礦段多位于此帶中。距離接觸線由近及遠,偉晶巖類型由鉀型→鉀鈉型→鈉型→鈉—鋰型演變,脈體規模由大到小,結構由簡單到復雜,交代作用的現象也由弱到強,稀有金屬偉晶巖的礦化種類由單一向復雜演化[4]。

礦區內稀有金屬礦物比較豐富,主要為鈮鉭鐵礦、細晶石、綠柱石、鋰輝石、鋰電氣石、鋰蒙脫石、銫綠柱石等。

2.3.2 斷峰山鈮鉭礦床(2)

含礦偉晶巖主要分布于巖體與板溪群變質巖的外接觸帶中。圍巖為粉砂質板巖,巖脈兩側小范圍內往往有不同程度的白云母化、電氣石化、黑云母化。稀有金屬礦化隨偉晶巖與二云二長花崗巖距離增大而加強。偉晶巖脈沿圍巖片理貫入,其傾向南東,傾角一般60°左右,個別80°～90°。另一組斜交片理者傾向34°～20°,傾角變化較大。

礦區偉晶巖雖普遍含礦,能圈出礦體的僅是一小部分巖脈,礦體也只是脈中的一部分或大部分。所有礦脈走向均為北東,傾向絕大部分為北西。斜交片理產出,傾向南東。

礦體均為脈狀體,長300～1 000 m,最長達1 410 m,厚一般2～6 m,最厚10.52 m。礦體不論在走向或者傾向上都有一定的波狀起伏,厚度也有一定變化。但基本上還屬穩定,多數礦脈具有分支復合現象。

稀有金屬礦物以錳鈮—鉭鐵礦、綠柱石為主,次為細晶石、鈮釔礦、硅鈹石、磷釔礦、黑稀金礦、復稀金礦、易解石、鈮鈦鐵鈾礦。

綜上可見,湖北斷峰山鈮鉭礦床與湖南仁里—傳梓源鈮鉭鋰礦床成礦條件較為類似,其共同點總結如下:

(1) 賦礦圍巖為產于板巖中規模大的偉晶巖脈;

(2) 偉晶巖脈中主要礦物組合為白云母、鈉長石;

(3) 稀有金屬礦物組合為綠柱石、鋰云母、鈮鉭鐵礦、鋰電氣石。

目前仁里鈮鉭礦儲量粗略計算已達萬余噸,而斷峰山鈮鉭礦目前其儲量僅千余噸。因此筆者認為具有較好的找礦潛力。

3 稀有金屬成礦規律

從目前幕阜山花崗巖區稀有金屬礦床(點)空間分布情況來看,規律性比較明顯?？纱笾路譃槿齻€礦帶(圖6)。

3.1 Ⅰ——Be

主要為鈹礦化,礦床類型為云英巖化二云母花崗巖型鈹礦,代表礦床為簸箕窩鈹礦床、盆形山鈹礦床以及麥市鈹礦點。成礦規律如下:

(1) 云英巖化二云母花崗巖集中分布于母巖體轉折端外側凸出部位。

(2) 局部晚期強交代地質體和脈狀充填物的存在才可能出現較富的礦體,成礦須有富Be、F、Si、Al、K的氣水熱液和裂隙構造。

(3) 礦化往往集中于巖體頂部特別是凸起處,也賦存于巖體緩傾斜邊部特別是拐彎等死角處,構成10～20 m的富礦帶,向巖體內部驟然減弱。

(4) 除了云英巖化之外,強微斜長石化也是重要的找礦標志。

圖6 幕阜山花崗巖體稀有金屬成礦模式簡圖[3]Fig.6 Sketch map of rare metal metallogenic model inMufu mountain granite body1.二云母花崗巖;2.斷層;3.偉晶巖帶及其編號;4.鈮鉭礦床及其編號;5.鈹礦床及其編號;6.鋰礦床及其編號。

3.2 Ⅱ——Nb、Ta、Be

主要表現為鈮、鉭、鈹礦化,含礦母巖為偉晶巖脈,礦床類型為偉晶巖型。代表礦床為鳳凰翅鋰鉭礦點。成礦規律如下:

(1) 偉晶巖脈的形態以脈狀為主,規模大小不一,一般長50～500 m,寬1～5 m。

(2) 偉晶巖的原生分異作用,根據與礦化的相關性,由外向內可分為花崗細晶巖帶、文象—變文象帶、中粗粒帶、塊體帶,有時包括石英核結構帶。

(3) 偉晶巖中與礦化有關的礦物組合有兩種,即一為塊狀粒狀鈉長石組合,二為細粒石英—白云母(云英巖化)—鋰云母(鋰云母化)組合[2]。

(4) 鈹礦(綠柱石)礦化特征。鈹礦賦存于綠柱石之中,根據成因和產狀,綠柱石可進一步分為原生綠柱石和交代型綠柱石兩種。

原生粗晶綠柱石一般產于分異偉晶巖原生結構中的中粗粒帶和塊體帶中,尤以中粗粒帶與塊體帶、塊體帶與石英核接觸部位最為富集,分布極不均勻,多呈礦巢、礦囊出現。原生綠柱石多呈黃綠色—深綠色,不透明。

交代型細粒綠柱石,呈細粒浸染狀產于鈉長石交代帶。以葉鈉長石—粒狀鈉長石組合中最富集。綠柱石呈翠綠色—淺藍色,不透明—半透明,粒徑0.5～2 cm或者更小。含鋰綠柱石呈天藍色、玫瑰色、白色、無色,半透明—透明。

(5) 鈮鉭鐵礦(細晶石)礦化特征。根據成因與產狀可分為原生與交代兩種。原生鈮鉭鐵礦產于偉晶巖脈中粗粒帶、塊體帶、塊體帶與石英核之間、石英核中。以塊體帶中最富集,呈厚板狀、板狀、柱狀及放射狀集合體。嵌生于微斜長石、石英中及兩者界面上。鈮鉭鐵礦粒徑一般1～3 cm,最大者達20～30 cm以上。礦化極不均勻,常呈礦巢產出。

交代型細粒鈮鉭鐵礦通常呈針狀、柱狀、薄板狀、箭狀,粒徑約1 mm,聚集在粒狀、糖晶狀、葉片狀鈉長石交代組合中。

3.3 Ⅲ——Li、Nb、Ta、Be

主要表現為鋰、鈮、鉭、鈹礦化,含礦母巖為偉晶巖脈,圍巖為板溪群板巖,礦床類型為偉晶巖型。代表礦床為仁里鈮鉭礦床(19)、傳梓源鋰輝石礦床(20)、斷峰山鈮鉭礦床(2)。成礦規律如下:

(1) 成礦規模較大,目前已經發現兩個大型礦床,一個中型礦床。

(2) 較巖體內偉晶巖脈,板巖內脈體規模更大、延伸更穩定,例如仁里礦床的含礦偉晶巖脈延深達到1 km。

(3) 圍巖板溪群板巖的板理作為薄弱面是晚期偉晶巖的侵位,并形成大規模的偉晶巖脈群的有利條件,為稀有金屬的富集成礦提供了穩定的成礦空間。

(4) 礦物組合更為豐富,主要有鈮鉭鐵礦、細晶石、綠柱石、銫綠柱石、鋰云母、鋰電氣石、鋰蒙脫石、鋰輝石,其中鋰輝石在巖體內的Ⅰ帶和Ⅱ帶尚未發現。

從幕阜山巖體東部早期小規模鈹礦點,到巖體內部的鈮鉭礦化,再到巖體外圍晚期的大型稀有金屬礦床,礦物組合逐漸增多,偉晶巖分帶性趨于完善,礦床規模越來越大,礦種由單一(Be)向綜合演化(Nb-Ta-Be-Li)。BeO析出最早,延續的時間最長。鈮從粒狀鈉長石階段才開始析出,鉭從糖粒狀鈉長石開始析出,到葉鈉長石階段析出富鉭的鈮鉭鐵礦。鋰是比較活潑的元素,故延續到最后的鋰云母階段才全部析出,它的沉淀標志著整個巖漿演化的終止。幕阜山稀有金屬成礦帶礦床(點)的空間分布不僅反映了巖漿多期次活動及分異演化程度逐漸增高的過程,同時也反映了稀有金屬元素逐漸富集,并最終形成大型特大型稀有金屬礦床的過程。

4 結論

(1) 稀有金屬元素富集于巖漿分異晚期,幕阜山地區稀有金屬成礦與云英巖化花崗巖和偉晶巖脈關系密切。

(2) 從稀有金屬礦床的空間分布來看,稀有金屬成礦的先后順序可能依次為鈹—鈮鉭—鋰。

(3) 成礦規模的大小、富集程度與圍巖關系密切。初步認為板理作為薄弱面是晚期偉晶巖的侵位并形成大規模的偉晶巖脈群的有利條件,為稀有金屬的富集成礦提供了穩定的成礦空間。

(4) 湖北省斷峰山鈮鉭礦與湖南省平江仁里鈮鉭礦成礦地質條件極為類似,筆者認為其具有較好的找礦潛力,有希望取得找礦突破。