四川容须卡伟晶岩型锂多金属矿床地球化学特征及成矿地质条件

徐云峰， 秦宇龙， 王显锋， 李名则， 周 雄， 詹涵钰， 武文辉

(1.稀有稀土战略资源评价与利用四川省重点实验室，成都 610081； 2.四川省地质调查院，成都 610081； 3.中国地质科学院矿产综合利用研究所，成都 610041)

0 引言

21世纪以来，我国石化能源出现了前所未有的危机，新能源需求迫切，作为新时代“白色石油”的锂矿勘探工作得到了高度重视[1]。作为国家新兴能源基地和中国最大的伟晶岩型锂多金属矿床[2]，甲基卡锂辉石整装勘查区相继开展了以锂辉石为主的稀有金属资源调查及评价工作，取得了重大进展，仅X03号含锂伟晶岩矿脉新增氧化锂资源量就达88万t，甲基卡氧化锂资源量跃居中国乃至亚洲第一位[3]。四川省地质局川西402地质队[4]、四川省地质局川西404地质队[5]及四川省地质调查院[6]在容须卡地区开展了以锂(铍)为主的地质找矿工作。此外，一些学者先后研究了该区红柱石远景储量[7]、典型伟晶岩型矿床的形成机理及大陆动力学背景[8]、锂辉石矿床地质特征及成因[9]、红柱石化学成分及谱学特征[10]、稀有金属伟晶岩原生晕特征[11]、稀有金属找矿前景[12]及锆石年代学[13]等，认为: 容须卡岩体原始岩浆的初始结晶时代为晚三叠世，源区可能来自黑云母的脱水熔融，伟晶岩脉成岩晚于花岗岩； 区内稀有金属锂找矿前景较好，伟晶岩脉均产于岩体外接触变质带富Si和Al的泥质岩系中，接触变质带外一般无伟晶岩产出； 容须卡地区红柱石储藏量巨大，可能成为我国最大的红柱石矿床或世界级大矿。以上研究在矿产储量探查、矿床地质特征和成岩年龄等方面获得了一定成果，但对容须卡地区中酸性侵入岩及伟晶岩的地球化学特征及成矿地质条件缺乏系统研究。

本文对容须卡地区中酸性侵入岩及伟晶岩进行野外地质调查及室内综合研究，结合前人相关成果，对该区中酸性侵入岩与伟晶岩的地球化学特征进行研究，探讨该矿床的成矿地质条件及松潘—甘孜造山带造山作用对该区成岩成矿作用的影响。

1 地质概况

研究区位于松潘—甘孜造山带东部巴颜喀拉地块雅江残余盆地，地层区划属巴颜喀拉地层区玛多—马尔康地层分区的雅江小区，成矿区带属于石渠—雅江Li-Be-Au-Pb-Zn-Sn Ⅳ级成矿带[14]。区内主要出露晚三叠世侏倭组、新都桥组及少量第四系(图1)，其中侏倭组主要为变质细砂岩，新都桥组主要为石榴石十字石红柱石二云母片岩及含细砂条带粉砂质绢云母板岩。该区岩浆岩属雅江—九龙花岗岩带[16]，主要出露石英闪长岩，发育花岗闪长岩、石英闪长岩、伟晶岩、细晶岩及石英脉等中酸性岩脉。伟晶岩为研究区稀有金属矿的赋矿岩脉，可分为5种类型，分别为Ⅰ-微斜长石型、Ⅱ-微斜长石钠长石型、Ⅲ-钠长石型、Ⅳ-锂辉石型和V-锂(白)云母型，其中Ⅳ-锂辉石型和V-锂(白)云母型伟晶岩为稀有金属矿的主要赋矿岩脉[17]。

1.逆冲推覆带； 2.滑脱带； 3.构造穹隆； 4.平移断层； 5.前震旦纪变质杂岩； 6.变质核杂岩； 7.岩浆核杂岩； 8.中—新生代花岗岩； 9.第四系沼泽； 10.晚三叠世侏倭组； 11.晚三叠世新都桥组一段； 12.晚三叠世新都桥组二段； 13.石英闪长岩； 14.花岗闪长岩； 15.伟晶岩； 16.石英脉； 17.十字石带； 18.红柱石带； 19.石榴石带； 20.黑云母带； 21.堇青石带； 22.采样位置及样品编号

研究区构造主要为容须卡构造-岩浆热穹隆，呈浑圆状，东西宽约10 km，南北长约11 km。核部主要出露晚三叠世侏倭组变质细砂岩，四周出露新都桥组一段和二段，一段主要为石榴石十字石红柱石二云母片岩，二段主要为含细砂条带粉砂质绢云母板岩。核部倾角缓，往四周倾角逐渐变陡倾，推测该穹隆深部可能有隐伏岩体。穹隆周围发育呈环带状分布的渐进变质带，由核部向外依次为十字石带、红柱石带、石榴石带、黑云母带和绢云母-绿泥石带，变质相由角闪岩相、高绿片岩相逐渐过渡至低绿片岩相。区内节理和裂隙发育，其中NE向裂隙为含矿热液的充填及成矿元素的富集提供了有利空间。

研究区伟晶岩型锂多金属矿主要赋存于晚三叠世新都桥组一段，共发现伟晶岩脉体79条，其中含矿伟晶岩27条，主要分布在容须卡、惹一卡和格拉基地区。含矿脉体规模不等，长90～560 m，厚2～9 m，最厚可达20 m，多呈雁列式分布。矿石结构主要为中-粗粒结构，少数为细粒结构、交代结构及熔蚀结构； 矿石构造主要为块状构造，其次为似斑状、条带状及浸染状构造。矿石中Li2O品位为0.4%～3.85%，Rb2O品位为0.04%～0.1%。

2 岩石地球化学特征

2.1 测试方法及结果

在容须卡岩浆热穹隆中心及外围共采集花岗闪长岩、石英闪长岩及伟晶岩样品6件(图1)，送至中国地质科学院矿产综合利用研究所完成主量、微量及稀土元素测试。主量元素采用定量分析，参照硅酸盐岩石化学分析方法，应用熔片X-射线荧光光谱法及等离子体光电直读光谱分析法； 稀土和微量元素采用等离子质谱法测定，Cr、Ga、Zr同时采用压片法和X-射线荧光光谱法，As、Bi、Sb采用原子荧光光谱法，Ag、B、Sn采用发射光谱法。容须卡中酸性侵入岩及伟晶岩主量、微量及稀土元素分析结果如表1所示。

2.2 主量元素

由表1可知，容须卡中酸性侵入岩的SiO2含量为61.99%～71.26%，平均值为66.75%； 全碱含量为3.33%～4.7%，平均值为4.19%； K2O/Na2O为0.74～2.1，平均值为1.14，具有富钾特征。里特曼指数σ为0.392～1.09，均<3.3，具有钙碱性系列岩石特征。在TAS分类图解(图2)中，中酸性侵入岩3个样品位于花岗闪长岩范围内，1个样品位于石英闪长岩范围内。在SiO2-K2O图解(图3)中，中酸性侵入岩位于钙碱性系列岩石区。此外，中酸性侵入岩的Al2O3含量为9.82%～16.28%，平均值为13.09%，A/CNK为0.48～1.15，总体<1.1，具有准铝质岩石特征。因此，容须卡地区中酸性侵入岩属钙碱性准铝质岩石，岩石源区壳源成分较高。

图2 中酸性侵入岩及伟晶岩TAS分类图解[18]Fig.2 TAS classification of intermediate acid- acid intrusive rocks and pegmatites[18]

图3 中酸性侵入岩及伟晶岩SiO2-K2O图解[19-20]Fig.3 SiO2-K2O diagram for intermediate acid- acid intrusive rocks and pegmatites[19-20]

伟晶岩的SiO2含量为72.18%～77.07%，平均值为74.14%； 全碱含量为4.11%～8.32%，平均值为6.34%； K2O/Na2O为0.18～0.8，平均值为0.52。里特曼指数σ为0.496～2.372，均<3.3，具有钙碱性系列岩石特征。在TAS分类图解(图2)中，伟晶岩均位于花岗岩区。在SiO2-K2O图解(图3)中，伟晶岩基本位于钙碱性系列岩石区。此外，伟晶岩的Al2O3含量为17.18%～17.68%，平均值为17.44%，A/CNK为1.28～2.85，平均值为1.98，总体>1.1，具有强过铝质岩石特征。因此，容须卡地区伟晶岩属钙碱性强过铝质岩石。

2.3 稀土元素

相对于中国大陆岩石圈[21]，容须卡中酸性侵入岩及伟晶岩Li、Nb、Rb、Cs均富集。中酸性侵入岩的稀土元素总量(∑REE含量)为(127.2～204.4)×10-6，LREE/HREE为1.79～2.98，δEu为0.65～0.91，Sm/Nd为0.16～0.23，平均值为0.19； 伟晶岩的稀土元素总量为(1.41～5.40)×10-6，LREE/HREE为1.23～2.48，伟晶岩R3HQ1、R2HQ8、48HQ1的δEu为0.23～0.36，铕负异常较强，伟晶岩HQ4的δEu值为1.37，表现为铕正异常，Sm/Nd为0.39～0.61，平均值为0.44(表1)。球粒陨石标准化稀土元素配分曲线图(图4)显示，中酸性侵入岩与伟晶岩的稀土元素特征曲线形态相似，但也有差异。伟晶岩稀土元素明显亏损，Eu亏损强烈。总体看，二者轻、重稀土元素分异较明显，均表现为重稀土元素亏损，轻稀土元素富集，与藏南、华南及国外浅成型、重熔型及浅色花岗岩特征相近，与幔源型及交代型花岗岩特征不同[7]，说明容须卡中酸性侵入岩和伟晶岩可能为同源岩浆演化的产物。

图4 中酸性侵入岩及伟晶岩球粒陨石标 准化稀土元素配分曲线图[22]Fig.4 Chondrite-normalized REE patterns for intermediate acid-acid intrusive rocks and pegmatites[22]

2.4 微量元素

根据原始地幔标准化微量元素蛛网图(图5)，容须卡中酸性侵入岩中Nb、P、Hf及Ti具明显负异常，伟晶岩中相应元素不具该特征或具正异常。相对于中酸性侵入岩，伟晶岩中的Ba、Th、La、Ce、Sr、Nd、Sm、Ti、Y 、Yb 及Lu均表现出显著亏损， Rb、U、Nb及Hf则相对富集，P无明显差异。中酸性侵入岩与伟晶岩微量元素特征总体上差异明显。

图5 中酸性侵入岩及伟晶岩原始地 幔标准化微量元素蛛网图[22]Fig.5 Primitive mantle-normalized spider diagram for intermediate acid-acid intrusive rocks and pegmatites[22]

付俊杰[9]将容须卡中酸性侵入岩与华南及国外不同类型花岗岩的微量元素数据进行对比，发现其与华南改造型重熔花岗岩和奥夫奇尼科夫分类中的壳源重熔型花岗岩相近。周雄等[13]的研究表明，该岩浆可能起源于壳-幔混熔或下地壳物质的部分熔融，属下地壳重熔的I型高钾钙碱性花岗岩系列岩石，形成于松潘—甘孜造山带碰撞后构造背景。

3 成矿地质条件

3.1 地层

研究区晚三叠世新都桥组一段是容须卡伟晶岩型锂多金属矿床的容矿围岩，岩性主要为石榴石十字石红柱石二云母片岩，由泥质岩经变质作用形成，受应力作用后形成一定规模的节理及裂隙，为含矿热液的充填及成矿元素的富集提供了有利场所。泥质岩因渗透率较小，具有良好的屏蔽作用，一定程度上减弱了热量的扩散及成矿有利物质的流失，形成矿体的顶、底板。

3.2 构造

3.2.1 成岩构造

在花岗岩构造环境判别图解(图6)中，中酸性侵入岩落入后碰撞构造环境区。岩石主量元素特征表明，容须卡地区中酸性侵入岩属钙碱性准铝质岩石，岩石源区壳源成分较高，属Ⅰ型花岗岩系列，其形成与松潘—甘孜造山带碰撞后构造环境有关，其物质来源应为地壳物质的部分熔融，可能混入了少量幔源物质。

(a) Rb-(Nb+Y)图解 (b) Rb-(Yb+Ta)图解

3.2.2 成矿构造

容须卡岩浆热穹隆主要分布在鲜水河断裂带与雅江残余盆地交接复合部位。印支末期，造山运动结束了雅江盆地及鲜水河裂谷的海侵历史，地层受NNE向逆冲推覆构造影响，形成了NNW向平卧褶皱及倒转紧闭褶皱(局部为直立紧闭褶皱)。燕山早期，NNE向挤压应力转变为近EW向褶皱挤压应力，NNW向褶皱受近EW向褶皱挤压，形成容须卡穹隆，同时导致钙碱性岩浆侵位于穹隆虚脱部位，形成了较大规模的花岗岩基。部分岩浆沿构造裂隙侵位于晚三叠世侏倭组和新都桥组，形成了呈岩株产出的二长花岗岩体(K-Ar年龄为163 Ma)[25]及闪长岩体。由于穹隆封闭性较好，隐伏花岗岩基顶部形成了面积较大且呈面状分布的热接触变质带。燕山晚期，残余岩浆沿穹隆核部侵位，形成了伟晶岩及细粒花岗岩脉，部分伟晶岩产出含锂、铍、铌、钽等稀有金属矿床。脉体空间展布明显受构造-岩浆热穹隆动热变质作用过程中形成的十字石和红柱石变质带控制。因此，研究区热接触变质带是寻找伟晶岩型稀有金属隐伏矿体的重要标志之一。

3.3 岩浆岩

容须卡中酸性侵入岩与伟晶岩之间无明显的岩浆结晶分异关系，可能与岩浆形成后因液态不混溶作用分异出的中酸性岩浆和伟晶岩熔体有关，主要依据如下。

(1)容须卡侵入岩侵位于背斜轴部，上覆地层新都桥组厚4.7 km，围岩为砂岩和板岩。在相对封闭的构造环境中，岩浆易发生液态分离。陈毓川等[26]研究表明，发生岩浆液态分离作用的岩体均侵入于具良好屏蔽作用的围岩中。

(2)容须卡矿区伟晶岩围绕中酸性侵入岩呈离心式带状分布，带宽约2～3 km。二者产于同一地质构造单元和同一渐进变质带中，说明其存在密切的关系。但相对于闪长岩类，伟晶岩主量元素Si、Al、Na含量明显偏高，而Fe、Mg、Ca含量明显偏低； 微量元素Ba、Th、La、Ce、Sr、Nd、Sm、Ti、Y 、Yb 及Lu均表现出显著亏损， Rb、U及Hf则相对富集。二者稀土配分曲线型式虽然相似，但伟晶岩稀土元素含量明显低于中酸性侵入岩。容须卡中酸性侵入岩与伟晶岩若为结晶分异关系，中酸性侵入岩结晶后形成的残余岩浆在侵位过程中发生结晶分异，形成带状分布的伟晶岩，则伟晶岩与中酸性侵入岩中相应化学组分及其结晶分异指数应表现为线性演化关系，而分析结果却显示出一定的突变性，王联魁等认为这种突变性岩浆发生液态不混溶的现象之一[27]。因此，容须卡地区伟晶岩与中酸性侵入岩可能为岩浆形成后发生了液态不混溶作用，分异出中酸性岩浆和伟晶岩熔体所形成。伟晶岩熔体侵入围岩后，按不同的地球化学阶段发生交代演化和结晶作用，从而形成了不同类型的伟晶岩。其中富挥发分及稀有金属的熔体就位于相对稳定的环境中，形成了含矿伟晶岩。

4 结论

(1)容须卡地区中酸性侵入岩为钙碱性准铝质岩石，属Ⅰ型花岗岩系列； 伟晶岩属钙碱性强过铝质岩石。

(2)伟晶岩与中酸性侵入岩可能为同源岩浆分异演化的产物，岩浆形成后发生液态不混溶作用，分异出中酸性岩浆和伟晶岩熔体。

(3)区域性推覆造山运动形成的褶皱、断层及穹隆构造为含矿热液的充填、成矿元素富集提供了有利的空间。岩浆形成后发生了液态不混溶作用，分异出中酸性岩浆和伟晶岩熔体。富含挥发分及稀有金属的熔体侵位于围岩，渗透率较小的泥质岩一定程度限制了热量的扩散及成矿有利物质的流逝，熔体缓慢固结形成了含锂辉石伟晶岩。

致谢： 参加野外地质调查工作的还有四川省地质调查院李峥工程师，在此致以衷心感谢！