川西甲基卡稀有金屬礦田528號脈接觸變質帶鋰等稀有元素分布特征及賦存狀態

唐屹，黎詩宏，潘蒙，付小方，郝雪峰，梁斌

川西甲基卡稀有金屬礦田528號脈接觸變質帶鋰等稀有元素分布特征及賦存狀態

唐屹1，黎詩宏2，潘蒙1，付小方1，郝雪峰1，梁斌2

（1.四川省地質調查院，成都 610081；2.西南科技大學環境與資源學院，四川 綿陽 621000）

甲基卡偉晶巖型稀有金屬礦田是我國規模最大的稀有金屬礦田，No.528號脈是礦田中最具代表性的鈮鉭礦脈，圍巖接觸變質帶發育較好。本次研究垂直No.528號脈走向布置了1條穿越兩側變質帶及礦體的剖面，采用連續撿塊法采集了8件圍巖蝕變巖石進行了稀有元素分析，并采用LA-ICP-MS對堇青石、白云母、黑云母等主要接觸變質礦物進行了單礦物微區分析。結果表明，接觸變質巖中Li、Cs、Rb等稀有金屬元素含量較高，Li2O平均值達到了伴生稀有金屬綜合利用的邊界品位，可以進行綜合利用。Li等稀有元素主要以類質同象的形成賦存于新生白云母及黑云母之中，是引起接觸變質巖石稀有元素富集的主要原因。

接觸變質巖；稀有金屬礦田；賦存狀態；甲基卡

位于松潘-甘孜造山帶主體東南部，鮮水河斷裂西側的甲基卡偉晶巖型稀有金屬礦田是我國規模最大的稀有金屬礦田，具有Li-Be-Nb-Ta成礦系列，礦田規模大、品位富、礦種多、埋藏淺、選礦性能好、地質特征代表性強，是全國稀有金屬礦的典型代表（付小方等，2015；付小方等，2017；王登紅等，2019）。在甲基卡稀有金屬礦區中，伴隨著偉晶巖型稀有金屬礦床的形成，在其圍巖中發生近脈接觸變質作用，形成規模不等的接觸變質蝕變帶。前人對接觸蝕變巖的研究表明（唐國凡和吳盛先，1984），多數偉晶巖圍巖受接觸變質作用的影響，常常形成Li、Be、B、Sn、Rb、Cs、K異常，其中Li異常最發育。某些規模較大礦體，如X03號（梁斌等，2021）、134號脈（唐國凡和吳盛先，1984）蝕變巖石中Li2O、Cs2O的平均含量已達伴生元素綜合利用的工業指標。稀有金屬資源是支撐新興產業及高科技發展的重要礦產之一（王登紅等，2013；王瑞江等，2015），礦化偉晶巖及其圍巖中伴生資源的綜合利用同樣重要。

前人對甲基卡稀有金屬礦田的研究大多集中于偉晶巖礦床本身，對接觸變質巖中是否存在具有工業意義的稀有元素資源研究較少，而偉晶巖接觸變質帶又常常因氣-熱、流體交代等變質作用富集稀有金屬。因此，接觸變質帶中蝕變巖石Li等稀有金屬的分布特征、賦存狀態的研究，對于伴生稀有元素的綜合利用具有重要的意義。在甲基卡稀有金屬礦體眾多偉晶巖脈（或礦體）中，No.528號脈是礦田中最具代表性的鈮鉭礦脈，雖僅為一小型富鉭的綜合性稀有金屬礦床，但全為富鉭礦石，礦床特征具有代表性，且圍巖接觸變質帶發育較好。本文對No.528號脈接觸變質帶、巖石特征以及鋰等稀有元素的分布、含量、賦存狀態等特征進行了研究，為礦田稀有金屬的綜合開發利用提供依據。

1 礦田及礦體地質特征

甲基卡稀有金屬偉晶巖礦田位于四川西部康定、雅江、道孚三縣的交界處，地理坐標：東經101°15＇35″，北緯30°15＇20″，海拔約4455m。礦田位于造山帶內的雅江構造-巖漿變質熱穹窿中，穹窿由三疊系西康群侏倭組、新都橋組砂、泥巖以及沿穹窿中心侵位的二長花崗巖體組成（圖1），形成于印支末-燕山早期大規?；?推覆造山階段（許志琴等，1992）。圍繞花崗巖侵入體分布有千余條花崗偉晶巖脈，具有一定規模的偉晶巖脈509條，其中含稀有金屬礦（化）脈318條（付小方等，2017）。以花崗巖侵入體為中心，微斜長石型、微斜長石-鈉長石型、鈉長石型、鈉長石-鋰輝石型和鈉長石-鋰(白)云母型偉晶巖脈呈環帶分布，同時形成透輝石帶、十字石帶、紅柱石-十字石帶、紅柱石帶和黑云母帶等5個較完整的漸進變質帶（梁斌等，2016）。

本次研究選取的No.528號脈位于礦田東部邊緣，距二云母花崗巖（馮洋等，2018）2.2km（圖1），該礦脈為鈮鉭礦脈，屬鋰（白）云母型（Ⅴ）偉晶巖脈。礦體地表出露較好，侵位于新都橋組一段灰-深灰色紅柱石二云母石英片巖之中，受倒轉背斜的東翼的扭張性裂隙控制。礦體為不規則脈體，總體走向近南北，平均傾向為262°，傾角41°，長220m，斜深17～57m，平均厚2.57m（圖2）。經初步勘探，探獲Nb2O57.0t，Ta2O58.4t，Li2O 61.4t、BeO 25.0t、Rb2O 53.7t，Cs2O 1.11t，Sn 32.4t，礦脈含礦系數達0.99，基本全脈礦化，為一小型富鉭的綜合性稀有金屬鈮鉭礦床。

礦體接觸變質帶由外向內分為堇青石化帶和電氣石化帶。堇青石化帶位于接觸變質帶外側，寬15.5～18.8m不等，巖性以堇青石化二云母片巖為主，與電氣石化帶界線較為清晰。交代作用以堇青石化為主，還有黑云母化、白云母（絹云母）化等。堇青石一般為淺黃褐至灰綠色變斑晶，形態呈束狀、連晶狀、竹葉狀、斜方六邊形等變斑晶為主，個體較大，一般長1～5cm，含量約5％～10％，風化面呈“疙瘩狀”狀突起，后期常為黑云母、綠泥石、白云母，少數為絹云母、滑石等片狀礦物所交代，從而形成鱗片狀集合體。電氣石化帶緊鄰堇青石代位于接觸變質帶內側，巖性以電氣石微晶片巖、角巖為主，寬1.9～3.7m不等。電氣石常呈自形晶體，顏色呈黑色，形態多為針狀、長柱狀，長1～4mm，個別達10mm，直徑0.1～0.2mm。多沿片理分布，含量少則約10%，多則可達50%。

圖1 甲基卡稀有金屬礦田地質簡圖

1 .二云母花崗巖；2 .微斜長石型偉晶巖；3 .微斜長石鈉長石型偉晶巖；4 .鈉長石型偉晶巖；5 .鈉長石鋰輝石型偉晶巖；6 .鈉長石鋰云母型偉晶巖；7 .類型分帶線；8 .類型分帶編號；9 .研究礦脈；Ⅰ-微斜長石偉晶巖帶；Ⅱ-微斜長石-鈉長石偉晶巖帶；Ⅲ-鈉長石偉晶巖帶；Ⅳ-鋰輝石偉晶巖帶；Ⅴ-鋰（白）云母偉晶巖帶

由于受接觸變質作用的影響，在脈體接觸變質帶中均分布有受重結晶和交代作用影響顆粒使得顆粒變粗的新生變質礦物白云母和黑云母。黑云母呈葉片狀、厚板狀、個體大，多為0.3～1mm，晶體一般較新鮮，可切割片理分布，含量約10%～25%；白云母大小在0.1～0.5 mm左右，含量<5%。

2 No.528號脈接觸變質帶稀有元素分布特征

2.1 稀有元素含量特征

本次研究在No.528號脈上布置了1條剖面，剖面方向垂直脈體的走向，剖面穿過脈體以及其兩側的變質帶，采用連續撿塊的方法法采集了8件接觸變質巖樣品并對Li等稀有元素含量進行了分析。樣品在中國地質科學院國家地質實驗測試中心采用ICP-MS方法測試完成。

圖2 NO528號脈礦體及變質帶特征

接觸變質巖稀有元素分析結果見（表1），不同接觸變質巖稀有元素統計結果見（表2）。

表1 No.528號脈接觸變質巖稀有元素分析結果表

表中19.2～21.8m為No.528號脈。稀有元素的含量單位為×10-6。對于Li2O綜合利用(伴生Li2O)的一般標準是，邊界品位：Li2O=0.05%，伴生Cs2O最低工業品位0.05%～0.06%，伴生Rb2O邊界品位0.04%～0.06%，最低工業品位0.1%～0.2%（含鋰云母礦石的堿性長石花崗巖類與花崗偉晶巖類礦床伴生銣銫綜合回收參考性工業指標）

表2 No.528號脈不同接觸變質巖石中微量元素含量統計表

稀有元素的含量單位為×10-6

No.528號脈接觸蝕變巖石中（表1），Li、Be、Rb、Cs、Ta等稀有金屬元素含量較高，Li2O含量為0.111%～0.211%，平均為0.151%，均大于Li2O綜合利用（伴生Li2O的邊界品位為0.05%）的標準且超出3倍；Cs2O含量為0.014%～0.063%（平均0.035%），Rb2O含量為0.019%～0.040%（平均為0.027%），其中Cs2O有兩件達到了伴生綜合利用最低工業品位0.05%，Rb2O有1件達到了伴生綜合利用邊界品位0.04%。

從電氣石化角巖-堇青石化紅柱石二云母片巖，Li、Be、Rb、Cs等稀有金屬含量呈現一定規律性的變化，總體表現出偉晶巖礦體從外向內堇青石化帶-電氣石化帶有逐步升高的趨勢（表2）。上述結果說明在脈體接觸變質帶中，蝕變巖石中的稀有元素含量顯著地受到偉晶巖侵位過程中氣液作用的影響（黎詩宏，2017）。接觸蝕變巖Li元素平均值已達到Li2O綜合利用的邊界品位，偉晶巖礦體上、下盤寬度為19.2～20.7m，巖層厚度約為13m；Cs2O礦體下盤有2件樣品達到綜合利用最低工業品位，巖層寬度10.7m，厚度約7m。

2.2 稀有金屬的空間變化

從No.528號脈接觸變質帶中稀有元素變化曲線（圖3）可以看出，Li和Cs兩個元素含量變化較大，特別是在電氣石化帶中，呈現出多峰式的變化特點。

Li元素含量整體偏高，而Cs含量則在脈體下盤含量較高。含量不高也不低的元素有Nb和Ta，變化趨勢較為一致，但其中也有含量表現比較高的，尤其是靠近脈體頂板的堇青石紅柱石二云母片巖，其含量最高。含量較低的元素有Be和Rb，含量變化也很小，甚至Be的含量接近于檢出限。與礦化的偉晶巖相比，Li和Cs元素的含量變化大，總體上的含量高于礦化偉晶巖中的含量；而Nb、Ta、Be、Rb等元素的含量則顯著低于礦化偉晶巖中的含量，其富集程度存在顯著差異。

圖3 No.528號脈接觸變質帶中稀有元素變化曲線

（圖上礦體元素含量引自唐國凡等1984）

3 接觸變質帶礦物中Li等元素含量特征及賦存狀態

No.528號脈接觸蝕變巖石中，Li2O平均值達到了伴生Li2O綜合利用最低工業品位，部分樣品的Cs2O和Rb2O也達到了綜合利用最低工業品位和邊界品位，接觸變質巖中的Li、Cs、Rb等稀有元素含量遠高于未經接觸變質的片巖中的含量（黎詩宏，2017），很明顯這主要是因為在接觸變質過程中形成的新生礦物中具有很高的稀有元素含量。

本次研究對接觸變質帶中的主要變質礦物堇青石、白云母、黑云母等采用微區（LA-ICP-MS）分析方法，分析了Li等稀有元素，以在一定程度上揭示接觸變質帶中Li等稀有元素的賦存狀態以及稀有元素富集的原因，為后續綜合利用評價提供依據。

LA-ICP-MS測試在武漢上譜分析科技有限責任公司完成，分析用激光剝蝕系統為GeoLas Pro, 等離子體質譜儀為Agilent7700，激光能量80mJ, 頻率5Hz, 激光束斑直徑44μm。微量元素校正標準樣品為NIST 610、BHVO-2G、BIR-1G、BCR-2G，推薦值據GeoRem（http://georem.mpch-mainz.gwdg.de/）。

No.528號脈接觸變質巖中主要變質礦物中的稀有元素分析結果見（表3）。

表3 No.528號脈接觸變質礦物稀有元素分析結果（×10-6）

接觸蝕變巖石中的堇青石Cs含量（115～1457）×10-6，平均為456×10-6（(Cs2O含量為0.048%），明顯高于接觸蝕變巖中的平均值333.56×10-6（0.035%），其中有2件樣品達到了伴生Cs2O綜合利用最低工業品位0.05%～0.06%。Be含量（0.018～25.2）×10-6（平均7.34×10-6），Rb含量（202～394）×10-6（平均280×10-6），兩者含量略高于接觸蝕變巖石中的平均值7.12×10-6、247.88×10-6。Li含量為（346～701）×10-6（平均539×10-6），Nb含量（3.48～36.6）×10-6（平均12.83×10-6），Ta含量（0.19～2.21）×10-6（平均0.77×10-6），Li、Nb、Ta的含量低于接觸蝕變巖石中的平均值702.63×10-6、17.68×10-6、15.56×10-6。上述結果表明，接觸蝕變巖石中有一定數量的Cs元素賦存于堇青石之中。

No.528號脈接觸變質帶白云母中Li含量為（4858～6782）×10-6（平均5594×10-6）（Li2O平均含量為1.20%），均大于Li2O綜合利用（伴生Li2O的邊界品位：Li2O=0.05%）的標準，甚至達到工業邊界品位（Li2O=0.4%）的3倍。Cs元素含量為（2458～3590）×10-6（平均3030×10-6）（Cs2O平均含量為0.32%），3件樣品均達到了伴生Cs2O綜合利用最低工業品位0.05%～0.06%，且為6倍以上；Rb含量為（2579～3356）×10-6（平均2992.33×10-6），Rb2O含量為0.28%～0.36%，平均值達0.33%，3件樣品均遠超伴生Rb2O邊界品位0.04%～0.06%，甚至能達到最低工業品位（Rb2O=0.1%）的3倍。Nb含量為（45～71）×10-6（平均61.37×10-6），Nb2O5平均值達0.02%；Ta含量為（0.98～2.09）×10-6（平均1.53×10-6），Ta2O5平均值為0.0004%。上述白云母中稀有元素含量遠高于接觸變質巖中的平均含量。

黑云母中Li元素含量為（2268～3696）×10-6（平均2962.43×10-6）（Li2O含量為0.62%），遠高于接觸變質帶中Li2O含量（0.13%），甚至是伴生Li2O的邊界品位0.05%的12倍。Cs元素含量為（149～1593）×10-6（平均882.29×10-6）(Cs2O含量為0.09%)，遠高于接觸變質帶中Cs2O含量（0.03%），14個點位有10個點位達到了伴生Cs2O綜合利用最低工業品位0.05%～0.06%。Rb元素含量為（583～1046）×10-6（平均871.79×10-6）(Rb2O含量為0.09%)，已超過伴生Rb2O邊界品位工業品位0.04%～0.06%。Nb元素含量為（43.5～56.8）×10-6（平均48.4×10-6）；Ta元素含量為（2.58～3.28）×10-6（平均2.84×10-6）。

上述No.528號脈接觸變質帶中主要變質礦物稀有元素含量分析結果表明，Li、Rb、Cs等稀有元素主要以類質同象的形式賦存于黑云母、白云母之中，是引起接觸變質巖石Li、Cs、Rb等稀有元素富集的主要原因。

4 綜合利用及找礦方向

近年來，從云母中提取Li、Rb和Cs等稀有元素的技術迅速發展。張永興等（張永興等，2016）采用焙燒一水浸工藝從云母中提取Rb和Cs元素，在最佳條件下，Rb和Cs浸出率能達到92%。郭春平等（郭春平等，2015）使用硫酸鹽法提取鋰云母中的Li、Rb和Cs稀有元素，采用硫酸鉀、硫酸鈣、硫酸鋇作為混合鹽的條件下，稀有金屬浸出率最高。浸出液凈化后能回收Li、Rb和Cs稀有元素。從云母中提取稀有元素的方法還有要有石灰法（冉建中，1995），熟石灰及聯合法（汪貽水等，1997；王文祥等，2001），硫酸法（湯洪波等，2011；喬玲等，2004），氯氨法（張婉思，2012）。因此，甲基卡稀有金屬偉晶巖脈接觸變質帶中新生云母中的Li、Rb和Cs等稀有元素是可以被提取利用的。

目前在甲基卡礦區約60km2的范圍內，發現了不同規模的花崗偉晶巖脈1千余條，其中具有一定規模（長×寬大于20m2）的偉晶巖脈509條。根據不同偉晶巖的礦化類型及特征共9大類，包括：鋰工業礦化偉晶巖脈（98條）、鋰礦化偉晶巖脈（68條）、鈹工業礦化偉晶巖脈（3條）、鈹礦化偉晶巖脈（110條）、鈮鉭工業礦化偉晶巖脈（16條）、鈮鉭礦化偉晶巖脈（11條）、鋰-鈹混合礦化偉晶巖脈（8條）、鈹-鈮-鉭混合礦化偉晶巖脈（4條）、未礦化偉晶巖脈（191條）（付小方等，2017）。這些類型的偉晶巖脈往往在某個區域集中分布，形成了分布面積相對較大、蝕變程度較高的接觸變質帶，對于這些偉晶巖脈除在地質找礦中注意評價其稀有金屬含礦性外，還應注意對其接觸變質帶中蝕變巖石的Li稀有元素的含量及分布特點進行評價，為以后綜合開發利用提供基礎。

5 結論

（1）No.528號脈接觸變質帶由電氣石化帶和堇青石化帶組成，接觸變質巖中Li、Cs、Rb等稀有金屬元素含量較高，可以進行綜合利用。其中Li元素平均值已達到Li2O綜合利用的邊界品位，偉晶巖礦體上、下盤寬度為19.2～20.7m，巖層厚度約為13m；Cs2O礦體下盤有2件樣品達到綜合利用最低工業品位，巖層寬度為10.7m，厚度約為7m。這表明在偉晶巖接觸變質帶中，蝕變巖石中的稀有元素含量顯著地受到偉晶巖侵位過程中氣液作用的影響。

（2）接觸變質巖中，Li等稀有元素主要以類質同象的形成賦存于新生白云母及黑云母之中，是引起接觸變質巖石稀有元素富集的主要原因。

（3）在甲基卡礦田今后的勘查以及開采過程中，應注意對含礦偉晶巖脈接觸變質帶中蝕變巖石稀有金屬資源的評價，并對其進行綜合利用，從而擴大Li、Cs、Rb等稀有資源儲量以及提高開采利用率。

付小方，袁藺平，王登紅，侯立瑋，潘蒙，郝雪峰，梁斌，唐屹．2015．四川甲基卡礦田新三號稀有金屬礦脈的成礦特征與勘查模型[J]．礦床地質，67(8)：1172-1186.

付小方，侯立偉，梁斌．2017．甲基卡式花崗偉晶巖型鋰礦床成礦模式與三維勘查找礦模型[M]．北京：科學出版社， 2017：1-230.

王登紅，劉善寶，于揚，王成輝，孫艷，代鴻章，李建康，代晶晶，王裕先，趙汀，馬圣鈔，劉麗君．2019．川西大型戰略性新興產業礦產基地勘查進展及其開發利用研究[J]．地質學報，93(6)：1444-1453.

唐國凡，吳盛先．1984．四川省康定縣甲基卡花崗偉晶巖鋰礦床地質研究報告[R]．成都：四川省地質礦產勘查開發局.

梁斌，付小方，黎詩宏，唐屹，潘蒙，郝雪峰．2021．四川甲基卡X03號超大型稀有金屬礦床接觸變質巖中Cs等稀有元素的分布特征及其賦存狀態[J/OL]．中國地質，2021：1-13.

王登紅，王瑞江，李建康，趙芝，于揚，代晶晶，陳鄭輝，李德先，屈文俊，鄧茂春，付小方，孫艷，鄭國棟．2013．中國三稀礦產資源戰略調查研究進展綜述[J]．中國地質，40(2)：361-370.

王瑞江，王登紅，李建康．2015．稀有稀土稀散礦產資源及其開發利用[M]．北京：地質出版社，104-147.

許志琴，侯立瑋，王宗秀．1992．中國松潘-甘孜造山帶的造山過程[M]．北京：地質出版社，1-189.

梁斌，付小方，唐屹，潘蒙，袁藺平，郝雪峰．2016．川西甲基卡稀有金屬礦區花崗巖巖石地球化學特征[J]．桂林理工大學學報．42-49.

馮洋，李名則，秦宇龍．2018．甲基卡花崗巖及偉晶巖脈巖石學特征[J]．四川地質學報，38(01)：59-61.

黎詩宏．2017．甲基卡稀有金屬礦田偉晶巖接觸變質帶銫元素分布特征及賦存狀態[D]．綿陽：西南科技大學，44-65.

張永興，張利珍，譚秀民，伊躍軍，張秀峰．2016．采用焙燒—水浸工藝從某多金屬礦石中提取銣銫[J]．濕法冶金，35(05)：392-394.

郭春平，周健，文小強，普建，王玉香，袁德林．2015．鋰云母硫酸鹽法提取鋰銣銫的研究[J]．有色金屬(冶煉部分)，(12)：31-33.

冉建中．1995．采用鋰云母—石灰石法生產鋰鹽的節能途徑及效果[J]．中國有色冶金．(04)：36-41.

汪貽水，王志雄，沈建忠．1997．六十四種有色金屬[M]．長沙：中南大學出版社，1-390.

王文祥，黃際芬，劉志宏．2001．聯合壓煮法處理宜春鋰云母時鉀的溶出行為[J]．江西冶金．(02)：25-26.

湯洪波，周健，梅光泉．2011．正交法優選鋰云母中提取銫的最佳條件[J]．應用化工．(10)：1704-1705.

喬玲，周本華，姚成．2004．鋰云母中提取鋰的方法初步研究[J]．無機鹽工業．(04)： 30-31.

張婉思．2012．溶膠凝膠法制備光伏增透膜的研究[D]．上海：華東理工大學.

Distribution and Occurrence of Li and Other Rare Elements in the Contact Metamorphic Zone of the 528th Lode in the Jiajika Rare Metal Ore Field, West Sichuan

TANG Yi1LI Shi-hong2PAN Meng1FU Xiao-fang1HAO Xue-feng1LIANG Bin2

(1-Sichuan Institute of Geological Survey, Chengdu 610081; 2-School of Environment and Resources, Southwest University of Science and Technology, Mianyang, Sichuan 621002)

The Jiajika rare metal ore field is the largest rare metal one in China. The 528th lode is the most representive Nb-Ta lode in the ore field and contact metamorphism is well developed in its wallrock. 8 samples of the altered wallrock sampled along a section perpendicular to the strike of the 528th lode are analyzed for rare elements.Micro probe analysis of contact metamorphic minerals such as cordierite, muscovite and biotite is carried out by LA-ICP-MS. The results show that the content of Li, Cs, Rb and other rare metal elements in the contact metamorphic rocks is high, and the average value of Li2O reaches the cut-off grade of comprehensive utilization of associated rare metals. Li and other rare elements mainly occur as isomorphism in muscovite and biotite as neogenic minerals.

contact metamorphic rock; rare metal ore field; occurrence; Jiajika

P588.31+1；P577

A

1006-0995（2021）04-0586-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.04.010

2021-06-01

國家重點研發計劃“鋰能源金屬礦產基地深部探測技術示范”項目“甲基卡及外圍鋰能源金屬礦產基地深部探測技術示范”課題（2017YFC0602702），中國地質調查局“四川三稀資源綜合研究與重點評價”項目（12120112208014），四川科技廳“川西鋰礦大型能源基地成礦關鍵技術研究與示范”重點研發項目（2018SZ0276）聯合資助的成果

唐屹（1989— ），男，四川內江人，碩士，工程師，研究方向：礦產地質研究工作