大悟县杨新岩铍矿点含铍矿物赋存状态与成因研究

钟石玉，熊意林*，杨 成，李书涛，屠江海，石先滨，胡太平

(1.湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034; 2.湖北省地质局 第六地质大队,湖北 孝感 432000)

大悟县杨新岩铍矿点位于娘娘顶钨铍矿区内,该铍矿点发现较早,1961—1963年期间,湖北省地质局701队对杨新岩铍矿点进行了概略性矿点检查与评价[1]。2013年实施的“湖北广水—大悟地区矿产地质调查”项目对杨新岩铍矿点进行了重点矿产检查,初步估算铍矿体334资源量为BeO 130 t。近年来,湖北省地质局第六地质大队在矿区开展了铍钨多金属矿预普查工作,于杨新岩铍矿点圈出了2个铍矿体,均产于娘娘顶花岗岩体与红安岩群黄麦岭组地层接触界面附近钠化花岗岩石中(图1)。

目前对于杨新岩铍矿体的研究主要集中于矿床(点)地质特征与找矿标志以及找矿方向、含矿岩体成岩年龄等方面,但至今尚未明确铍矿体成因类型。本文运用光薄片岩矿鉴定、电子探针分析、扫描电镜等相结合的手段,对铍矿石样品含铍矿物的赋存状态进行研究,并探讨铍矿的成矿时代，其成果可以用于确定杨新岩铍矿点的成因类型。

1 矿区地质特征

娘娘顶钨铍矿区位于秦岭—大别造山带桐柏段东部,桐柏—红安造山带的结合部位,区域性北西向新(城)—黄(陂)断裂带与北东向澴水断裂带交汇的北西部(图1)[1-2]。矿区出露地层主要为新元古界红安岩群黄麦岭岩组、天台山岩组,岩石类型以白云钠长片麻岩、白云浅粒岩、石榴钠长角闪片岩、钠长角闪片岩及白云石英片岩等为主。在矿区河谷两带、河谷两侧低丘地区分布着少量第四系全新统残坡积层和冲积层。矿区内最主要构造为NE、NW、NNE向断裂破碎带以及发生在破碎带内的次级构造裂隙。北东向与北西向构造带的复合部位是岩体侵位的有利空间,同时这些断裂的次级裂隙中矿化现象明显,与成矿关系密切。矿区侵入岩体主要有王大山岩体、鸡公山岩体和娘娘顶岩体,此外还发育有大量脉岩如花岗斑岩脉、花岗岩脉及石英脉等。

图1 娘娘顶钨铍矿区地质略图[1-2]Fig.1 Geological sketch map of Niangniangding tungsten beryllium deposit 1.第四系冲积物；2.新元古界红安岩群天台山组下段；3.新元古界红安岩群黄麦岭岩组上段；4.新元古界红安岩群黄麦岭岩组下段；5.中细粒斑状二长花岗岩(鸡公山岩体)；6.中细粒二长花岗岩(娘娘顶岩体)；7.变辉长岩(王大山岩体)；8.花岗斑岩脉；9.花岗岩脉；10.石英脉；11.碎裂岩带；12.性质不明断层；13.实测地质界线；14.片理产状；15.采样位置；16.矿体。

2 矿床(点)地质特征

2.1 矿体特征

杨新岩铍矿点共圈出2个矿体,其中Ⅰ号主矿体长约190 m,宽3～8.6 m,形态较为复杂,主要呈透镜状、扁球状等,总体呈向南凸出的扁豆状作弧形展布,走向约307°,BeO品位为0.34%～0.53%；Ⅱ号矿体规模较小,长约10～20 m,宽2 m,整体呈透镜状向南产出。

2.2 矿石特征

由于遭受后期高温气液作用,接触界面处围岩蚀变强烈,主要有钾长石化、钠长石化、云英岩化、绿泥石化、方解石化以及硅化等[1,3]。接触界面附近的娘娘顶花岗岩体强烈风化,钠化程度较深,形成钠化花岗岩。接触界面附近强烈钠化的花岗岩可见日光榴石,Be平均品位约为0.05%。在远离接触界面的地方局部也可见强烈钠化的花岗岩,但Be平均品位<0.01%。铍矿石主要产自钠化带内,矿石类型主要为钠长石化花岗岩型,且富铍矿石往往钠化蚀变程度较深,而钠化程度较弱的花岗岩铍含量相对较小。大部分铍矿石可见皮壳状构造,明显分为内外两个部分。

铍矿石内部为灰白色钠化花岗岩,中粒结构,可见较大颗粒的斜长石及石英,云母含量较少,并含有少量白色不规则粒状的方解石；铍矿石外部为黑褐色铁锌锰质皮壳,为矿石在后期表生风化作用下,褐锰矿、褐铁矿等氧化矿物与钠长石、绿泥石等混合在一起所形成。

铍矿石的矿石矿物为锌日光榴石,脉石矿物主要成分为钠长石、方解石、石英,次要成分为锰铝榴石、绿泥石、白云母、褐锰矿、褐铁矿等。

3 矿物赋存状态

本文用于测试分析的矿石样品分别采自杨新岩铍矿点两个出露的矿体中,采样点位置见图1。

本文对于两件样品YXY-SM-1、YXY-SM-2进行扫描电镜片制片,随后利用AMICS矿物自动分析系统对矿石中矿物组成、粒度及分布特征等参数进行测量。

样品YXY/TZ-1-1磨制电子探针薄片后,先在光学显微镜下观察,然后选取典型矿物进行能谱定量分析测试。

3.1 矿石物质组成

3.1.1化学组成

样品YXY-SM-1的化学组成见表1。由表1可知,矿石中主要元素为Si(27.99%)、O(46.50%)、Al(9.61%)等元素,Be元素含量0.02%。

表1 样品YXY-SM-1化学组成Table 1 Chemical composition of sample YXY-SM-1

YXY-SM-2的化学组成见表2,由表2可知,矿石中主要元素为Si(30.48%)、O(47.56%)、Al(8.62%)等,Be元素含量0.01%。

表2 样品YXY-SM-2化学组成Table 2 Chemical composition of sample YXY-SM-2

3.1.2矿物组成

样品YXY-SM-1矿物组成分析结果见表3,大面积扫描背散射图及矿物分解相图见图2及图3。

表3 样品YXY-SM-1矿物组成表Table 3 Mineral composition of sample YXY-SM-1

图2 样品YXY-SM-1背散射扫描图Fig.2 Backscatter scanning of sample YXY-SM-1

图3 样品YXY-SM-1矿物分解相图Fig.3 Mineral decomposition phase diagram of sample YXY-SM-11.斜长石；2.石英；3.绿泥石；4.方解石；5.白云母；6.钾长石；7.黑云母；8.锆石；9.钛铁矿；10.低计数率；11.锌日光榴石；12.菱猛矿；13.磁铁矿；14.金红石；15.水锌锰矿；16.锰铝榴石；17.独居石。

由表3、图2及图3可知,矿石样品YXY-SM-1主要组成矿物为斜长石,含量81.99%,金属矿物主要为菱锰矿及磁铁矿,含量分别为3.73%及3.29%,含Be矿物为锌日光榴石,含量0.35%。

样品YXY-SM-2矿物组成见表4,大面积扫描背散

射图及矿物分解相图见图4及图5。

由表4、图4及图5可知,矿石样品YXY-SM-2主要组成矿物为斜长石,含量75.02%,石英含量11.59%；金属矿物主要为磁铁矿及铁锌菱锰矿,含量分别为5.06%及1.18%；含Be矿物为锌日光榴石,含量0.13%。

图4 样品YXY-2背散射扫描图Fig.4 Backscatter scanning of sample YXY-2

图5 样品YXY-SM-2矿物分解相图Fig.5 Mineral decomposition phase diagram of sample YXY-SM-21.斜长石；2.石英；3.绿泥石；4.方解石；5.白云母；6.钾长石；7.黑云母；8.锆石；9.钛铁矿；10.低计数率；11.锌日光榴石；12.菱猛矿；13.磁铁矿；14.金红石；15.水锌锰矿；16.锰铝榴石；17.独居石。

表4 样品YXY-SM-2矿物组成表Table 4 Mineral composition of sample YXY-SM-2

锌日光榴石,浅褐色,半透明,表面偶可见黑褐色风化产物,呈他形—半自形粒状,其晶形为四面体,多呈不规则尖角状,并可见三角形断面,颗粒直径0.06～0.5 mm[3]。

3.2 锌日光榴石赋存状态

3.2.1锌日光榴石一般特征

经电子探针能谱定量测试分析,矿石样品YXY/TZ-1中锌日光榴石化学分析结果见图6、表5。而锌日光榴石标准化学式为Zn4(BeSiO4)3S,可知样品锌日光榴石内含有少量铁、锰,以类质同象形式替代了锌。

表5 样品YXY/TZ-1锌日光榴石电子探针能谱定量分析结果Table 5 Quantitative analysis results of sample YXY/TZ-1 zinc garnet by EDS

图6 样品YXY/TZ-1电子探针测试背散射图Fig.6 Electron probe backscatter diagram of sample YXY/TZ-1Gen.锌日光榴石；Pl.斜长石；Py.黄铁矿；Lm.褐铁矿。

样品YXY-SM-1锌日光榴石能谱成分分析结果见表6,背散射图及能谱图见图7。如表6所示：锌日光榴石内Zn元素含量为41.38%～43.63%,平均含量为42.36%,O元素含量为29.48%～30.45%之间,平均值为29.99%,Si元素含量13.10%～14.83%,平均值14.16%,S元素含量5.83%～6.27%,含有少量Mn及Fe,平均含量分别为3.87%及3.55%。另外,由于能谱无法检测到Be元素,Be元素理论含量为4.53%左右,故检测各元素含量比实际值偏高。

图7 样品YXY-SM-1锌日光榴石背散射图及能谱图Fig.7 Backscatter and energy spectra of sample YXY-SM-1Gen.锌日光榴石；Pl.斜长石；Cal.方解石；Mt.磁铁矿。

表6 样品YXY-SM-1锌日光榴石化学成分分析Table 6 Chemical composition analysis of sample YXY-SM-1 zinc garnet

样品YXY-SM-2能谱成分分析结果见表7,背散射图及能谱图见图8。如表7所示：锌日光榴石内Zn元素含量为41.02%～44.71%,平均含量为43.30%,O元素含量为25.23%～28.16%,平均值为26.86%,Si元素含量13.20%～15.74%,平均值14.03%,S元素含量6.01%～6.39%,含有少量Mn及Fe,平均含量分别为4.39%及5.24%。另外,由于能谱无法检测到Be元素,Be元素理论含量为4.53%左右,故检测各元素含量比实际值偏高。

图8 样品YXY-SM-2锌日光榴石背散射图及能谱图Fig.8 Intergrowth relationship of sample YXY-SM-2Gen.锌日光榴石；Pl.斜长石；Py.黄铁矿。

表7 样品YXY-SM-2锌日光榴石化学成分分析Table 7 Chemical constituents of sample YXY-SM-2 zinc garnet

3.2.2锌日光榴石赋存状态

样品YXY-SM-1锌日光榴石连生关系如表8所示。锌日光榴石主要与低计数率部位连生(见图9),占总面积的55.67%。

表8 样品YXY-SM-1锌日光榴石连生关系表Table 8 Backscatter and energy spectra of sample YXY-SM-1

样品YXY-SM-2锌日光榴石连生关系如表9,由表9可知,锌日光榴石主要与低计数率部位连生(见图10),占总面积的61.00%。

表9 样品YXY-SM-2锌日光榴石连生关系表Table 9 Intergrowth relationship of sample YXY-SM-2

低计数率是指岩石裂隙及孔洞部位,两个样品中锌日光榴石均主要与低计数率部位连生,即表明锌日光榴石多赋存于岩石裂隙及孔洞内,推测可能为后期变质成因。

4 娘娘顶岩体年龄

近年来,湖北省地质调查院等研究单位针对娘娘顶黑云母二长花岗岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄测试,取得了(747±11)～(741±11) Ma的成岩年龄数据(杨成等,暂未发表),表明其为南华纪侵入岩。

5 讨论

5.1 铍矿成因

燕山期花岗质岩浆热液在矿区内沿娘娘顶花岗岩体与黄麦岭组地层之间接触面等构造软弱带上侵。在接触面附近围岩中各元素在高温环境下活化,发生交代作用。随着交代作用的进行,岩浆热液温度、压力逐渐下降,发生了钠长石化等围岩蚀变。

在接触界面处高温影响下,地层和娘娘顶花岗岩供应有大量的成矿元素,发生双交代作用,形成了独特的锌日光榴石。由于黄麦岭组地层中硫、锰含量较高,锌日光榴石中硫离子、锰离子主要来自黄麦岭组地层,而铁离子、锌离子的来源可能都有娘娘顶花岗岩和地层的贡献；铍离子则主要来自于燕山晚期岩浆。

矿体被风化破坏、矿石被氧化后形成褐铁矿与大量菱锰矿等矿物,及杨新岩铍矿床中独特的黑褐色皮壳。

5.2 成矿时代

中国花岗岩型稀有金属矿床大多分布在南岭及其邻区,成矿时代基本上都属于燕山期,并且主要集中在103～174 Ma范围内[4]。中国的稀有矿床从元古宙至中生代都有产出,不过燕山期是稀有、稀土矿床的主要成矿时代[5]。燕山期是中国稀有金属矿床爆发式产出的时期,该时期产出的稀有金属矿床不仅矿床数量多，而且矿床类型几乎涵盖了所有的稀有金属矿床类型(花岗岩型、碱性岩及碱性花岗岩型、火山热液型、伟晶岩型等)。杨新岩铍矿点所在区域,燕山晚期花岗岩与钨、钼、铍成矿关系密切[6-8]。因此,笔者有理由认为矿区内铍成矿作用主要发生于燕山期。

娘娘顶黑云母二长花岗岩成岩时间为南华纪,而杨新岩铍矿体产于娘娘顶花岗岩体与黄麦岭组地层接触界面附近,严格受控于钠化、云英岩化等后期高温气液等围岩蚀变。娘娘顶花岗岩很可能仅为赋矿围岩,笔者推测娘娘顶花岗岩体之下很可能存在有隐伏的与Be成矿关系紧密的燕山晚期小花岗岩体,如小岩株等,为铍矿的形成提供了成矿热液与成矿物质。

6 结论

(1) 杨新岩铍矿体产于娘娘顶花岗岩体与黄麦岭组地层接触界面附近,严格受控于钠化、云英岩化等后期高温气液等围岩蚀变。大部分铍矿石外部可见独特的黑褐色铁锌锰质皮壳。矿石中Be平均品位约为0.05%,而经AMICS矿物自动分析系统计算矿石中Be含量为0.01%～0.02%。

(2) 矿石中金属矿物主要为铁锌菱锰矿及磁铁矿,含Be矿物为锌日光榴石,含量为0.13%～0.35%。锌日光榴石内含有少量Fe、Mn。

(3) 锌日光榴石主要与低计数率部位连生,表明锌日光榴石多赋存于岩石裂隙及孔洞内,推测可能为后期变质成因。

(4) 杨新岩铍矿体为花岗质岩浆热液沿娘娘顶花岗岩体与黄麦岭组地层之间接触面上侵,经岩浆气液双交代作用所形成。锌日光榴石中硫离子、锰离子主要来自地层,铁离子、锌离子则娘娘顶花岗岩和地层可能都有贡献；铍离子主要来自燕山晚期岩浆。杨新岩铍矿体成因类型为岩浆热液型,归于交代成因。

(5) 娘娘顶花岗岩成岩时间为南华纪,很可能仅为赋矿围岩。矿区内铍成矿作用主要发生于燕山期。娘娘顶花岗岩体之下很可能存在有隐伏的与Be成矿关系紧密的燕山晚期小花岗岩体,为铍矿的形成提供了成矿热液与成矿物质。