幕阜山花岗岩地区稀有金属成矿规律初探

冷双梁, 谭 超, 黄景孟, 周 豹

(湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034)

位于湘鄂赣三省交界的幕阜山花岗岩体以大规模的花岗岩岩浆作用及稀有金属成矿作用而闻名。前人曾于20世纪50-70年代做过部分工作,距今已有40余年。近年来,随着稀有金属在新能源、军工以及新材料等领域的广泛应用,其找矿工作和矿床研究工作方兴未艾。本文旨在梳理前人资料的基础上,结合稀有金属找矿的新进展与新认识,对区内的稀有金属矿产进行分类:①岩体内与云英岩化二云母花岗岩有关的铍矿床;②岩体内与伟晶岩脉有关的锂铍铌钽多金属矿床;③板岩中与伟晶岩脉有关的锂铍铌钽多金属矿床。并介绍了相应典型矿床的地质特征。初步总结稀有金属成矿规律,评价断峰山地区找矿潜力,为下一步找矿工作提供参考。

1 幕阜山花岗岩体地质特征及与成矿的关系

幕阜山花岗岩体位于三省交界处,大地构造上位于扬子与华夏板块的交接部位江南隆起带中段的幕阜山—九岭构造岩浆带。区内地层跨下扬子地层分区和江南地层分区,出露地层有元古界待建系—长城系,新元古界青白口系,下古生界寒武系、奥陶系、志留系,新生界白垩—古近系、第四系。

区内主要构造为燕山中晚期北北东向构造,在鄂南地区形成大规模的隆起与凹陷。中酸性岩浆岩的侵位,伴随强烈的断裂活动、频繁的酸性及基性岩浆活动,带来大量的稀有金属和内生金属成矿物质。

区域岩浆岩活动在晚侏罗世达到高峰,至白垩纪早期结束。区内花岗岩出露面积约2 360 km2。出露于地表的岩石以中深成、中—中浅成侵入岩为主,岩性主要是中酸性—酸性花岗岩类及基性、中酸性、酸性脉岩类,一般呈较大的岩基或岩株产出。岩体侵入于青白口系冷家溪群浅变质岩石之中,侵入界线清晰,局部岩层受岩体侵位影响产状变缓。燕山早期(晚侏罗世)花岗岩区域分布广泛,构成了幕阜山花岗岩体的主体,由多个活动阶段的侵入体组成,总体包括石英二长岩体、黑云母花岗闪长岩体、黑云母二长花岗岩体及二云母二长花岗岩体。燕山晚期(早白垩世)花岗岩主要分布于五里镇、通城县西、盘石、板江—冬塔乡一带,侵入体以小岩株形态侵入到中生代侏罗纪侵入岩中,主要岩体包括细粒花岗闪长岩体和白云母二长花岗岩体[1](图1)。

锂铍铌钽等稀有金属元素作为典型的亲石元素,易于富集在晚期的岩浆中。参考1∶5万区调资料和《幕阜山花岗岩区稀有金属矿产普查报告》,统计数据见表1。可见花岗岩体由老到新,其Nb、Ta、Cs、Rb等稀有元素丰度值明显有一个升高的趋势,说明随着岩浆的不断演化,稀有金属元素趋向富集在晚期的岩体之中。

图1 幕阜山地区地质简图[1]Fig.1 Geological map of Fufu Mountain area1.第四次侵入体;2.第三次侵入体;3第二次侵入体;4.第一次侵入体;5.第二次侵入体;6第一次侵入体;7.新元古代侵入体;8.时代未知侵入体;9.冷家溪群;10.伟晶岩脉;11.逆/正断层及产状;12.平推断层;13.省界;14.地名及地理要素;15.铌钽矿床/矿点;16.铍矿床/矿点;17.锂矿床/矿点;18.铯矿点;19.白垩系上统;20.志留系下统/上统;21.奥陶系下统;22.寒武系下统/上统;23.震旦系。

岩性侵位期次代号CsRbNbTa备注花岗闪长岩黑云母二长花岗岩二云母二长花岗岩细粒花岗闪长岩白云母二长花岗岩伟晶岩脉维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资料来源于1∶5万通城幅区调[1]和幕阜山花岗岩区稀有金属矿产普查报告[2]

注:维氏值为维诺格拉多夫花岗岩平均值(1962)。

2 幕阜山花岗岩体矿点分布及典型矿床

该区稀有金属矿产分布总体呈现出“北铌钽、东铍、南锂铍铌钽、中铌钽锂、西部尚未见明显矿化”的分布规律(图2):北部以断峰山铌钽矿床为代表,稀有金属矿物主要为铌钽铁矿,次要为绿柱石;东部为麦市、盆形山、簸箕窝等铍矿点聚集区,稀有金属矿物主要为绿柱石;南部以仁里—传梓源锂铍铌钽矿床为代表,稀有金属矿物主要为锂辉石、铌钽铁矿,次要为绿柱石;中部产出凤凰翅、三岔埚等十多个稀有金属矿(化)点,稀有金属矿物主要为铌钽铁矿、细晶石,次要矿物为透锂长石、锂云母、锂辉石、绿柱石等。整体上表现出,东部以单一的铍矿化为主,至中部锂铍铌钽多种元素矿化,北部和南部产出大型稀有金属矿床,反映出稀有金属成矿具一定的分异性[3]。

2.1 岩体内与云英岩化二云母花岗岩有关的铍矿床(点)

典型矿床为麦市铍矿点(5)❶此括号中的数字代表图2中的矿体编号。文中其他位置类似的数字也同样。。

图2 幕阜山花岗岩体稀有金属矿点分布简图Fig.2 Distribution of rare metal ore points in the Fufu Mountain granite body1.二云母花岗岩;2.断层;3.伟晶岩带及其编号;4.铌钽矿床及其编号;5.铍矿床及其编号;6.锂矿床及其编号。

麦市铍矿点位于麦市镇株树一带。

目前可见两种不同成因类型的铍矿:

第一类为花岗岩型铍矿。含矿围岩主要为含绿柱石云英岩化花岗岩,中粒花岗结构,主要组成矿物为白云母、斜长石、石英、少量的黑云母和绿柱石。铍矿物主要赋存于绿柱石之中。该岩体中普遍可见绿柱石,绿柱石呈无色—浅蓝色,晶型一般,依稀可分辨出六方柱形,大小不一,大者可达1～1.5 cm,一般0.2～0.5 cm(图3-A)。

第二类为伟晶岩型铍矿。赋矿围岩为含绿柱石白云钠长伟晶岩。伟晶岩脉多与云英岩化花岗岩一起分布于二云母花岗岩和斑状二长花岗岩接触带附近。脉体形态主要为板脉状,次为分叉脉状、透镜体状、细脉状等。主要成分为白云母、石英、钠长石、少量的石榴子石以及绿柱石。绿柱石呈浅绿色,晶型整体较好,呈规则的六方柱形,大小不一,与伟晶岩脉规模呈正相关。伟晶岩脉壁与围岩呈突变接触,接触面清晰,成平直状。伟晶岩脉体规模总体较小,分带性不明显(图3-B)。

其他铍矿点地质特征见表2。

图3 麦市花岗岩型铍矿野外地质特征Fig.3 Field geological characteristics of granite type beryllium in Mai City

2.2 岩体内与伟晶岩脉有关的锂铍铌钽多金属矿床(点)

典型矿床为凤凰翅锂钽矿点(9)。

凤凰翅锂钽矿点位于通城县黄龙乡凤凰翅一带。

矿区内花岗岩主要为燕山早期第二次侵入体,岩性分别为二云母花岗岩和斑状黑云二长花岗岩。两种岩性接触界面附近为成矿有利部位。区内伟晶岩发育,多呈脉状产出,大小不一,大多宽0.5～3 m,长数十米。

锂钽矿体主要产出于一宽约10余米的伟晶岩脉中,岩脉分带性较好。由外向内依次为白云母钠长石带—含石榴石粗粒钠长石带—石榴白云母钠长石带—粗粒钠长石带—锂云母石英带(图4)。

锂钽矿体为伟晶岩脉核心部位的锂云母石英带(图5)。矿体真厚0.38 m,经分析Ta2O5品位为0.029%,Li2O品位为0.99%,Rb2O5品位为0.24%,Cs2O5品位为0.17%。

区内其他矿点地质特征见表3。

2.3 板岩中与伟晶岩脉有关的锂铍铌钽多金属矿床

典型矿床为平江仁里铌钽矿床(19)、传梓源锂辉石矿床(20)和断峰山铌钽矿床(2)。以下简要介绍平江仁里铌钽矿床、传梓源锂辉石矿床。

2.3.1 仁里—传梓源稀有金属矿床

该矿床位于湖南省平江县三墩乡与梅仙镇之间,距平江县城约30 km。

湖南省平江县仁里矿床为近年新发现的一处特大型Nb-Ta-Be-Li矿床,与南部的传梓源中型锂矿床,构成一个完整的特大型锂铍铌钽矿床,是华南少见的特大型高品位稀有金属矿床。截至2017年10月,仁里矿区初步估算(333+334)资源量:Rb2O516 357 t、Nb2O513 171 t、Ta2O59 306 t。矿床平均厚度2.85 m,平均品位Ta2O50.033%、Nb2O50.046%、Rb2O50.06%,铌钽品位在目前世界上所发现同类矿山中领先。

表2 花岗岩内与云英岩化二云母花岗岩有关的铍矿床[2]Table 2 Beryllium deposits related to two mica granites in Granitoids

图4 凤凰翅锂钽矿点探槽素描图Fig.4 Sketch map of lithium-tantalum point probe of Fenghuangci1.侏罗纪黑云斜长花岗岩;2.伟晶岩脉;3.细粒二云母花岗岩;4.粗粒二云母花岗岩;5.白云母钠长伟晶岩;6.石榴子石钠长伟晶岩;7.钠长伟晶岩;8.锂云母石英伟晶岩;9.产状;10.矿体;11.刻槽样位置及编号。

图5 凤凰翅锂钽矿点野外地质特征Fig.5 Field geological characteristics of lithium-tantalumpoint of Fenghuangci

该稀有金属矿床位于幕阜山复式花岗岩体西南缘(图2),属花岗岩与冷家溪群内外接触带伟晶岩密集区。区内出露地层主要为冷家溪群坪原组及第四系,其中冷家溪群坪原组构成了区域出露地层的主体,在工作区中南部广泛出露,主要岩性为板岩。幕阜山复式花岗岩体的外接触带由内到外依次分布了混合岩—片岩—千枚岩—板岩,具有较规律的分带性,其中片岩分布较广。花岗岩接触带往外,依次为含石榴石片岩—含十字石二云片岩—绢云母片岩带。

断裂构造发育,以北东向断裂构造为主,次为北北西向的断裂构造。岩浆活动强烈,规模较大的幕阜山岩体分布于矿区北东部,北面主要出露片麻状/似斑状粗中粒黑云母二长花岗岩,东北方向出露中细粒白云母二长花岗岩。

表3 幕阜山岩体内伟晶岩脉带及其含矿性一览表[2]Table 3 List of pegmatite vein belts and their ore bearing characteristics in Mufu mountain rocks mass

区域脉岩主要有花岗伟晶岩脉、石英脉,以花岗伟晶岩脉最为发育,规模大小不等。根据《湖南省平江县传梓源铌钽矿初勘报告》,在西起窄板洞,东至三墩乡,北起秦家坊,南至传梓源46 km2范围内,已查明脉体厚度>1 m、长度>50 m的伟晶岩脉超过926条,其中产于花岗岩内带的约712条,产于岩体外带板岩中的有214条。

矿区的伟晶岩脉具有水平分布特征,大致可分为4个带:岩体内带及接触带为微斜长石伟晶岩带;外带离岩体0.5～1.5 km,为微斜长石—钠长石伟晶岩带,仁里矿段多处于此带;离岩体约1.2～2 km为钠长石伟晶岩带,永享矿段多位于此带;最外围为钠长石—锂辉石带,梭墩矿段、传梓源矿段、朱子洞矿段多位于此带中。距离接触线由近及远,伟晶岩类型由钾型→钾钠型→钠型→钠—锂型演变,脉体规模由大到小,结构由简单到复杂,交代作用的现象也由弱到强,稀有金属伟晶岩的矿化种类由单一向复杂演化[4]。

矿区内稀有金属矿物比较丰富,主要为铌钽铁矿、细晶石、绿柱石、锂辉石、锂电气石、锂蒙脱石、铯绿柱石等。

2.3.2 断峰山铌钽矿床(2)

含矿伟晶岩主要分布于岩体与板溪群变质岩的外接触带中。围岩为粉砂质板岩,岩脉两侧小范围内往往有不同程度的白云母化、电气石化、黑云母化。稀有金属矿化随伟晶岩与二云二长花岗岩距离增大而加强。伟晶岩脉沿围岩片理贯入,其倾向南东,倾角一般60°左右,个别80°～90°。另一组斜交片理者倾向34°～20°,倾角变化较大。

矿区伟晶岩虽普遍含矿,能圈出矿体的仅是一小部分岩脉,矿体也只是脉中的一部分或大部分。所有矿脉走向均为北东,倾向绝大部分为北西。斜交片理产出,倾向南东。

矿体均为脉状体,长300～1 000 m,最长达1 410 m,厚一般2～6 m,最厚10.52 m。矿体不论在走向或者倾向上都有一定的波状起伏,厚度也有一定变化。但基本上还属稳定,多数矿脉具有分支复合现象。

稀有金属矿物以锰铌—钽铁矿、绿柱石为主,次为细晶石、铌钇矿、硅铍石、磷钇矿、黑稀金矿、复稀金矿、易解石、铌钛铁铀矿。

综上可见,湖北断峰山铌钽矿床与湖南仁里—传梓源铌钽锂矿床成矿条件较为类似,其共同点总结如下:

(1) 赋矿围岩为产于板岩中规模大的伟晶岩脉;

(2) 伟晶岩脉中主要矿物组合为白云母、钠长石;

(3) 稀有金属矿物组合为绿柱石、锂云母、铌钽铁矿、锂电气石。

目前仁里铌钽矿储量粗略计算已达万余吨,而断峰山铌钽矿目前其储量仅千余吨。因此笔者认为具有较好的找矿潜力。

3 稀有金属成矿规律

从目前幕阜山花岗岩区稀有金属矿床(点)空间分布情况来看,规律性比较明显。可大致分为三个矿带(图6)。

3.1 Ⅰ——Be

主要为铍矿化,矿床类型为云英岩化二云母花岗岩型铍矿,代表矿床为簸箕窝铍矿床、盆形山铍矿床以及麦市铍矿点。成矿规律如下:

(1) 云英岩化二云母花岗岩集中分布于母岩体转折端外侧凸出部位。

(2) 局部晚期强交代地质体和脉状充填物的存在才可能出现较富的矿体,成矿须有富Be、F、Si、Al、K的气水热液和裂隙构造。

(3) 矿化往往集中于岩体顶部特别是凸起处,也赋存于岩体缓倾斜边部特别是拐弯等死角处,构成10～20 m的富矿带,向岩体内部骤然减弱。

(4) 除了云英岩化之外,强微斜长石化也是重要的找矿标志。

图6 幕阜山花岗岩体稀有金属成矿模式简图[3]Fig.6 Sketch map of rare metal metallogenic model inMufu mountain granite body1.二云母花岗岩;2.断层;3.伟晶岩带及其编号;4.铌钽矿床及其编号;5.铍矿床及其编号;6.锂矿床及其编号。

3.2 Ⅱ——Nb、Ta、Be

主要表现为铌、钽、铍矿化,含矿母岩为伟晶岩脉,矿床类型为伟晶岩型。代表矿床为凤凰翅锂钽矿点。成矿规律如下:

(1) 伟晶岩脉的形态以脉状为主,规模大小不一,一般长50～500 m,宽1～5 m。

(2) 伟晶岩的原生分异作用,根据与矿化的相关性,由外向内可分为花岗细晶岩带、文象—变文象带、中粗粒带、块体带,有时包括石英核结构带。

(3) 伟晶岩中与矿化有关的矿物组合有两种,即一为块状粒状钠长石组合,二为细粒石英—白云母(云英岩化)—锂云母(锂云母化)组合[2]。

(4) 铍矿(绿柱石)矿化特征。铍矿赋存于绿柱石之中,根据成因和产状,绿柱石可进一步分为原生绿柱石和交代型绿柱石两种。

原生粗晶绿柱石一般产于分异伟晶岩原生结构中的中粗粒带和块体带中,尤以中粗粒带与块体带、块体带与石英核接触部位最为富集,分布极不均匀,多呈矿巢、矿囊出现。原生绿柱石多呈黄绿色—深绿色,不透明。

交代型细粒绿柱石,呈细粒浸染状产于钠长石交代带。以叶钠长石—粒状钠长石组合中最富集。绿柱石呈翠绿色—浅蓝色,不透明—半透明,粒径0.5～2 cm或者更小。含锂绿柱石呈天蓝色、玫瑰色、白色、无色,半透明—透明。

(5) 铌钽铁矿(细晶石)矿化特征。根据成因与产状可分为原生与交代两种。原生铌钽铁矿产于伟晶岩脉中粗粒带、块体带、块体带与石英核之间、石英核中。以块体带中最富集,呈厚板状、板状、柱状及放射状集合体。嵌生于微斜长石、石英中及两者界面上。铌钽铁矿粒径一般1～3 cm,最大者达20～30 cm以上。矿化极不均匀,常呈矿巢产出。

交代型细粒铌钽铁矿通常呈针状、柱状、薄板状、箭状,粒径约1 mm,聚集在粒状、糖晶状、叶片状钠长石交代组合中。

3.3 Ⅲ——Li、Nb、Ta、Be

主要表现为锂、铌、钽、铍矿化,含矿母岩为伟晶岩脉,围岩为板溪群板岩,矿床类型为伟晶岩型。代表矿床为仁里铌钽矿床(19)、传梓源锂辉石矿床(20)、断峰山铌钽矿床(2)。成矿规律如下:

(1) 成矿规模较大,目前已经发现两个大型矿床,一个中型矿床。

(2) 较岩体内伟晶岩脉,板岩内脉体规模更大、延伸更稳定,例如仁里矿床的含矿伟晶岩脉延深达到1 km。

(3) 围岩板溪群板岩的板理作为薄弱面是晚期伟晶岩的侵位,并形成大规模的伟晶岩脉群的有利条件,为稀有金属的富集成矿提供了稳定的成矿空间。

(4) 矿物组合更为丰富,主要有铌钽铁矿、细晶石、绿柱石、铯绿柱石、锂云母、锂电气石、锂蒙脱石、锂辉石,其中锂辉石在岩体内的Ⅰ带和Ⅱ带尚未发现。

从幕阜山岩体东部早期小规模铍矿点,到岩体内部的铌钽矿化,再到岩体外围晚期的大型稀有金属矿床,矿物组合逐渐增多,伟晶岩分带性趋于完善,矿床规模越来越大,矿种由单一(Be)向综合演化(Nb-Ta-Be-Li)。BeO析出最早,延续的时间最长。铌从粒状钠长石阶段才开始析出,钽从糖粒状钠长石开始析出,到叶钠长石阶段析出富钽的铌钽铁矿。锂是比较活泼的元素,故延续到最后的锂云母阶段才全部析出,它的沉淀标志着整个岩浆演化的终止。幕阜山稀有金属成矿带矿床(点)的空间分布不仅反映了岩浆多期次活动及分异演化程度逐渐增高的过程,同时也反映了稀有金属元素逐渐富集,并最终形成大型特大型稀有金属矿床的过程。

4 结论

(1) 稀有金属元素富集于岩浆分异晚期,幕阜山地区稀有金属成矿与云英岩化花岗岩和伟晶岩脉关系密切。

(2) 从稀有金属矿床的空间分布来看,稀有金属成矿的先后顺序可能依次为铍—铌钽—锂。

(3) 成矿规模的大小、富集程度与围岩关系密切。初步认为板理作为薄弱面是晚期伟晶岩的侵位并形成大规模的伟晶岩脉群的有利条件,为稀有金属的富集成矿提供了稳定的成矿空间。

(4) 湖北省断峰山铌钽矿与湖南省平江仁里铌钽矿成矿地质条件极为类似,笔者认为其具有较好的找矿潜力,有希望取得找矿突破。