桂东北冷源伟晶岩型铷矿成矿地质特征及邻区找矿潜力研究

王新宇，王酉臣，张润泽，王 莉，杨金豹，冯 梦，王建辉，蒋松林，付 伟

( 1.桂林理工大学 地球科学学院，广西 桂林 541006；2.广西壮族自治区地质矿产勘查开发局，广西 南宁 530023；3.广西壮族自治区区域地质调查研究院，广西 桂林 541003 )

0 引言

铷是一种具有导电、导热、耐高温等特殊性能的稀有金属，在战略性新兴产业领域具有重要应用价值。我国铷矿资源丰富，主要分布在江西、新疆、广东，以及湖南、内蒙、四川等地[1]，其成因类型主要分为花岗岩型、伟晶岩型、热液型、盐湖卤水型和油气田水型等五种[2]。其中，花岗岩型铷矿床分布广泛，如甘肃国宝山铷矿[3]、六丈山铷矿床[4]，内蒙古石灰窑铷多金属矿[5]，以及湖南省双峰县大坪铷矿[6]等。热液型铷矿床有广东省蕉岭县贵人峰铷矿[7]等；盐湖卤水型铷矿床主要分布在青海和西藏，如西藏申扎县铷矿[8]；而伟晶岩型铷矿床的典型代表有甘肃白头山铷矿和王稀山铷矿[9]，陕西商丹丹凤资峪沟铷矿、宁陕县铷矿[10-11]，新疆阿勒泰市方正铷矿[12-13]和河南嵩县石门铷矿[14]等。

桂东北地区是广西寻找伟晶岩型稀有金属矿床的重要目标区域之一。迄今为止，在该地区的猫儿山-越城岭复式岩体内已发现超过2000条伟晶岩脉。这些大规模密集发育的伟晶岩脉具有良好的稀有金属成矿潜力，形成了一批Nb-Ta-Be-Rb稀有金属矿床(点)。其中，冷源铷矿是桂东北地区目前已知规模最大的伟晶岩型铷矿床，广西壮族自治区第一地质队对矿床进行了详细勘察，初步查明矿床中氧化铷储量约为1683 t，但对于矿床的成矿特征及矿床成因并无深入研究。在前人工作基础上，本文重点解剖冷源伟晶岩型铷矿的成矿地质特征，探讨矿床成因，并对矿区周边的找矿前景做出初步分析。

1 区域地质背景

桂东北地区在大地构造位置上地处江南造山带与华南褶皱带的过渡部位。区域内岩浆岩大面积出露，主体单元是猫儿山-越城岭复式岩体(图1)。该岩体是南岭西段出露面积最大的花岗岩体，由两个形似椭圆状的NNE向岩体组合构成。东侧是猫儿山岩体(1633 km2)，西侧是越城岭岩体(1400 km2)，中间被资新大断裂分割。猫儿山-越城岭复式岩体的主体形成于加里东期(435～400 Ma)和印支期(230～210 Ma)，呈岩基产出[15-17]；另有规模有限、但为数众多的燕山期(153～70 Ma)花岗岩小岩株离散侵入加里东期和印支期岩基内[18]。区域地层主要有元古宇板溪群、震旦系、寒武系、泥盆系、白垩系。其中板溪群、震旦系、寒武系、奥陶系等多与加里东期岩体侵入接触，之上被中生代地层不整合覆盖。受多期构造运动和岩浆活动影响，区内断裂构造密集发育，主要呈NNE和NE向展布，规模较大的是从湖南省新宁县延伸至广西资源县的资新大断裂。另外，在越城岭岩体西侧有与资新大断裂相平行的韧性剪切带发育。区域内复杂的地质构造背景为矿床发育提供了良好的成矿条件。在猫儿山-越城岭复式岩体内部发育了大量的铀矿、萤石和稀有金属等矿产，而在岩体与地层的内外接触带上则发育了数量众多的钨锡多金属矿[19-21]。

图1 桂东北猫儿山—越城岭地区地质简图(底图据文献[22]修改)Fig.1 Geological sketch map of Maoershan Yuechengling area in Northeast Guangxi[22]1—白垩系砂砾岩 2—震旦系砂岩、页岩 3—新元古界 4—印支期花岗岩 5—加里东期花岗岩 6—断层 7—研究区

在越城岭岩体西侧的韧性剪切带内，成群发育伟晶岩脉。这些伟晶岩脉主要侵入了花岗岩体内部及新元古板溪群内。岩脉走向主要为NNE—NE，少数呈NW向，倾角介于20°～65°，集中分布在坪水底、咸水洞、铜座、茅庵堂和冷源等地。伟晶岩岩性以花岗伟晶岩为主，钾长石伟晶岩之次。伟晶岩脉与围岩界限清楚，形态复杂，多呈枝脉状、透镜状和团块状，沿走向和倾向分枝、复合、尖灭、膨胀等现象常见。岩脉走向延伸多为数米至数百米，多数为100～200 m，而宽度多在数十厘米至数十米之间不等。伟晶岩中的主要造岩矿物有微斜条纹长石、正长石、石英、钠长石及白云母，副矿物有铌铁矿、褐钇铌矿、黑稀金矿等，有时可见细晶石、绿柱石、黑钨矿、白钨矿等。部分伟晶脉中Rb、Ta、Nb、Be等稀有元素含量高，形成了矿床(点)，如茅庵堂Ta-Nb-Be矿床、冷源Rb矿床和黄皮水Ta-Nb矿床等。

2 冷源矿区伟晶岩地质特征及矿化特征

冷源铷矿床位于越城岭岩体南段西侧，资源县东南方向5 km处。矿区主要出露加里东期花岗岩和燕山早期花岗岩。其中，加里东期花岗岩为浅灰色中粗似斑状结构黑云母花岗岩，主要矿物成分为他形粒状石英(30%～40%)、半自形柱板状斜长石(18%～29%)、粒状微斜条纹长石(15%～18%)、半自形片状黑云母(1%～5%)，含锆石、磷灰石等副矿物。燕山期花岗岩为灰白色中细粒黑云母花岗岩，主要矿物有石英(23%～48%)、微斜条纹长石(24%～42%)、斜长石(10%～30%)和黑云母(1%～7%)。该期花岗岩局部遭受硅化、绿泥石化、绢云母化等围岩蚀变，由动力变质作用形成的压碎结构也常见。

矿区内主要出露3条大致平行的伟晶岩脉带(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)，沿NNE向破碎带侵入加里东期和燕山期花岗岩体内(图2)。岩脉形态受裂隙、断裂控制，以脉状为主，次为透镜状，倾向295°～355°，倾角45°～89°。整个脉带宽约40～100 m，每条矿脉带含数条支脉。其中，Ⅰ脉带位于破碎带顶部，沿着走向分布有3条矿脉，以分枝少，平均厚度为2.96 m，总体变化不大，以逐渐尖灭为主要特征；Ⅱ脉带位于破碎带中下部，平均厚度为5.73 m，带内以Ⅱ-1为主脉，以其他岩脉为分枝，主脉随着深度的增大厚度变小，具有分枝复合、局部收缩膨胀频繁的特点；Ⅲ脉带位于破碎带的底部，平均厚度为4.18 m，带内的9条支脉具有相互平行、尖灭再现的关系。脉体总的分布特征向SW西收敛，向NE撤开。3条矿脉带汇合被硅化带所代替，矿脉之间的产出关系呈尖灭再现、平行分枝复合的关系，矿脉的膨胀地段或钾长石相对富集地段形成含铷矿体。矿体围岩主要是加里东期黑云母花岗岩，次是燕山早期二云母花岗岩。围岩蚀变有硅化、绿泥石化、绢云母化、偶见电气石化。近矿围岩硅化的强度与围岩破碎的程度呈正相关关系，围岩越破碎，则硅化越强。绿泥石化、绢云母化是矿区内加里东期花岗岩和燕山期花岗岩的普遍蚀变现象，近矿围岩蚀变强烈。含矿破碎带内的加里东期云母花岗岩，偶尔可见到小团块状电气石集合体。含铷矿体产于NE—NEE向挤压破碎带内，矿体与破碎带产状一致，呈NE—NEE走向，倾向295°～355°，总体呈脉状，局部收缩膨肽、分枝复合明显，矿石类型为石英正长岩型，以矿化连续、厚度大、品位相对较高为特征。

图2 冷源矿区地质图Fig.2 The geological map of Lengyuan mining area(据广西资源县冷源钾长石矿区详细普查地质报告，1986，修改)1—燕山期花岗岩 2—加里东期花岗岩3—矿脉及编号 4—伟晶岩脉带

对伟晶岩脉进行横切剖面野外观察发现，从脉体中心到边部具有明显的对称分带现象，依次出现①浅肉红色硅化钾长石伟晶岩→② 紫色萤石化钾长石伟晶岩→③ 绿色绢云母化钾长石伟晶岩→④ 白色钾长石伟晶岩(图3)。其中，岩脉边部白色钾长石伟晶岩(图4a)宽约4 m，粗粒—伟晶结构，块状构造，主要矿物为钾长石(>80%)和石英(<20%)，少见暗色矿物。钾长石多呈半自形粒状晶形(图4b)，受外力作用常被压碎，裂隙内有石英细脉充填。岩脉侧部绿色绢云母化钾长石伟晶岩(图4c)宽约7m，粗粒—伟晶结构，细脉穿插块状构造，主要造岩矿物为钾长石(70%～85%)、绢云母(10%～15%)和石英(5%～10%)。绢云母大多为鳞片状，呈不规则脉状和网脉状交代钾长石颗粒或充填于钾长石颗粒内部裂隙中(图4d)；岩脉中部紫色萤石化钾长石伟晶岩宽为10～11 m，粗粒—伟晶结构，细脉穿插块状构造，主要矿物为钾长石(75%～95%)，次要矿物有萤石(3%～15%)和绢云母(2%～10%)。萤石可见单粒或团包状、脉状集合体；岩脉核部浅肉红色硅化钾长石伟晶岩宽18～20 m，粗粒—伟晶结构，宽脉穿插块状构造，常见白色石英脉和肉红色钾长石互层穿插，主要造岩矿物为石英(30%～40%)和钾长石(60%～70%)。

图3 冷源矿区伟晶岩脉地质产状及内部分带剖面图Fig.3 Geological occurrence and internal zoning profile of pegmatite vein in Lengyuan mining area① 浅肉红色硅化钾长石伟晶岩 ② 紫色萤石化钾长石伟晶岩 ③ 绿色绢云母化钾长石伟晶岩 ④ 白色钾长石伟晶岩1—加里东期花岗岩 2—伟晶岩分带界线

图4 冷源矿区典型伟晶岩手标本及显微镜下岩相特征Fig.4 Typical pegmatite hand specimens and lithoface characteristics under microscope in Lengyuan mining area(a) 钾长石化伟晶岩野外照片 (b) 钾长石化伟晶岩显微镜下照片(正交偏光) (c) 绢云母化野外照片(d) 绢云母化带显微镜下照片(正交偏光) Qz—石英 Kfs—钾长石 Ser—绢云母

3 伟晶岩地球化学特征

本次研究所取样品来自桂东北冷源伟晶型铷矿床，笔者在野外对不同伟晶岩带进行取样。首先利用光学显微镜对岩石和矿物组合特征有初步认识，而后进一步对样品进行全岩地球化学分析。全岩主量元素在广西隐伏金属矿产勘查重点实验室完成，测试采用荷兰生产的PANalyticalPW2424型X荧光光谱仪测定，微量元素测试采用美国的PerkinElmer Elan9000型电感耦合等离子体发射质谱以及Agilent VISTA型电感耦合等离子体发射光谱测定，前者分析精度优于5%，后者分析精度优于10%，分析以GSR-5标样监控测试精度，用平行插样来监控其相对精度，分析极度优于5%，相对误差小于10%。测试结果见表1。

表1 冷源地区代表性岩体主量元素和微量元素测试结果Table 1 Analysis data of main and trace element contents of representative rock masses in Lengyuan area

结果显示，伟晶岩中的w(SiO2)为63.36%～71.10%，平均66.72%；w(Al2O3)为14.36%～19.94%，平均17.44%；w(K2O)为11.34%～13.68%，平均12.73%；w(Na2O)为0.16%～0.60%，平均0.36%；w(MgO)为0.10%～0.43%，平均0.26%；w(CaO)为0.06%～0.23%，平均0.12%。总体上以高硅 [w(SiO2)>63.36% ]、高铝 [w(Al2O3)>14.36% ] 和富碱 [w(K2O+Na2O)>11.50% ]、贫镁 [w(MgO)<0.43% ] 和贫钠 [w(Na2O)<0.60% ] 为主要特征。

在TAS图中(图5)分析数据大多落入正长岩范围。岩石里特曼指数δ(5.5<δ<9.3)平均7.3，属于碱性系列的岩石；A/CNK指数 [ Al2O3/(Na2O+CaO+K2O)] 为1.12～1.71，属于过铝质花岗岩，与南岭地区含Rb花岗岩的特征类似[23]。

图5 冷源伟晶岩TAS分类图解(底图Morrison，1980)Fig.5 TAS classification diagram of Lengyuan pegmatite

稀有金属元素分析显示，w(Li)的范围为17.7×10-6～39.8×10-6，平均27.5×10-6；w(Be)的范围为0.98×10-6～2.16×10-6，平均1.59×10-6；w(Nb)的范围为0.1×10-6～0.6×10-6，平均0.4×10-6；w(Ta)与w(Nb)基本一致，为0.1×10-6；w(Rb)的范围为1965×10-6～2355×10-6，平均2117×10-6；w(Cs)的范围为62.1×10-6～80.1×10-6，平均68.4×10-6。其中，样品中Rb的平均含量超过铷矿工业品位2倍，且不同矿脉内的Rb含量相对稳定，构成连续型矿体；而Li、Be、Ni、Cs、Ta等其他稀有金属元素含量都偏低，低于矿石元素综合利用的边界品位。由此可见，冷源铷矿是一种矿种类型相对单一的伟晶岩型矿床，与湖南平江仁里伟晶岩型Li-Ta-Rb-Cs稀有金属共生矿床[1，24]等有所不同。

4 冷源伟晶岩型铷矿成矿作用及邻区找矿前景探讨

Rb与K的地球化学属性类似，两者的离子半径仅有10%的差异(Rb+为1.47Å，K+为1.33Å)，故Rb在岩石中的赋存状态主要以类质同象形式赋存于长石、云母等含钾矿物中[25-27]。如栗木金竹源矿床的Rb赋存在白云母、黑云母、绢云母等多种云母及钾长石中[28]；天水六丈山中铷矿中60%的Rb赋存在钾长石中，40%的Rb赋存在黑云母中[4]。

伟晶岩型铷矿的成因模式众多，主要有岩浆结晶分异模式[29-30]和岩浆液态不混溶模式[31]等。岩浆结晶分异模式是指在母源岩浆在演化过程中经历了强烈地结晶分异作用，稀有金属属元素Rb趋向于在晚期结晶的伟晶岩相中富集[32]。岩浆液态不混溶模式是指母源岩浆富含水等挥发分，导致熔体和流体的分离，流体对稀有金属具有亲和力[33]，并能与稀有金属组成络合物向侵入岩体的顶部运移，因而Rb的富集部位常常出现在岩体的顶部[34]。从冷源铷矿的地质产状特征来看，赋存铷矿的伟晶岩脉中指示挥发组分含量的标志性矿物(如电气石)并不多见，且铷矿的富集部位并非只集中在伟晶岩脉的顶部，因而采用岩浆液态不混溶模式来解释铷矿成因并不太合适。相反，Rb在伟晶岩中的富集相对均匀，是一个典型的伟晶岩全岩矿化的代表，且岩石中Rb元素含量与钾元素含量高度正相关(相关系数r= 0.9)(图6)，指示Rb主要赋存于岩浆结晶成因的钾长石中，因而采用岩浆结晶分异模式解释冷源铷矿发育较为匹配。值得注意的是，冷源伟晶岩还遭受了较强烈的后期热液蚀变，其证据是钾长石被热液交代形成了大量的绢云母细脉，这可能导致了钾长石中的部分铷被流体活化并转移到了绢云母中，使得绢云母构成了Rb元素的次要载体矿物。由此可见，冷源铷矿的成因可以用岩浆结晶分异叠加热液交代的复合模式来解释。

图6 冷源伟晶岩中K与Rb的含量变化协变图Fig.6 Covariant diagram of K andRb contents in Lengyuan pegmatite

值得注意的是，尽管冷源铷矿是桂东北地区已确定的唯一一个达到中型以上规模的伟晶岩型铷矿，但在其邻区仍有进一步的找矿潜力。在越城岭岩体西侧和猫儿山岩体东侧均广泛发育有伟晶岩脉，总数超过2千条以上，并在茅庵堂、瓜里、咸水洞、铜座、同禾等地形成伟晶岩脉密集区。前人地质调查已发现，部分伟晶岩中稀有金属元素Ni、Ta、Be等较为富集，已形成茅庵堂、黄皮水和同禾矿等中(小)型铌钽稀有金属矿床。近年来对这些伟晶岩脉做进一步的调查工作发现，许多伟晶岩脉中Rb元素含量也较高，接近或超过铷矿的边界品位(366×10-6)。如与冷源邻近的同禾地区伟晶岩中的Rb含量平均为387×10-6，部分岩脉中w(Rb)达到了铷矿的工业品位912×10-6；瓜里矿区伟晶岩中的w(Rb)为325.1×10-6～961.4×10-6，平均416.32×10-6。这些新发现都指示了在桂东北越城岭-猫儿山复式岩体内的伟晶岩脉发育区具有继续寻找铷矿的良好找矿潜力。

5 结论

1)冷源矿区的伟晶岩脉发育在越城岭西侧韧性剪切带内，从岩脉中心到两侧具有明显的岩相对称分带现象，岩脉中心为淡肉红色硅化钾长石化伟晶岩，向岩脉两侧依次为紫色萤石化伟晶岩→绿色绢云母化伟晶岩→白色钾长石化伟晶岩。伟晶岩的主要矿物有钾长石、石英和绢云母，在地球化学特征上显示高硅、高铝、富碱，归属于碱性过铝质花岗岩类。

2)冷源伟晶岩的主要稀有金属成矿元素为Rb，w(Rb)为1965×10-6～2355×10-6，平均2117×10-6，可达铷工业品位的2倍。岩脉中Rb元素分布较均匀，Rb元素含量呈随着K元素含量的增加而同步增大，指示钾长石和绢云母是Rb的主要载体矿物。冷源伟晶岩脉中铷矿的成因可以采用岩浆结晶分异作用叠加热液交代作用的复合模式来解释。

3)在与冷源邻近的瓜里、同禾等矿区也发现了规模较大的伟晶岩脉群，岩脉中Rb含量大多已超过铷矿的边界品位，甚至部分达到铷矿的工业品位，指示了在桂东北越城岭岩体西侧和猫儿山岩体东侧的伟晶岩中具有进一步寻找伟晶岩型铷矿的找矿潜力。