湖南仁里5号伟晶岩脉铌钽矿物特征与岩浆热液成因的探讨*

杨晗，陈振宇**，李建康，李鹏，王臻，周芳春

（1中国地质科学院矿产资源研究所自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室,北京100037；2湖南省核工业地质局311大队，湖南长沙410011）

锂、铍、铌、钽等稀有金属在军事、国防和民用等诸多领域有广泛用途，在导弹火箭、核武器、芯片和新能源等当中具有关键作用（李建康等，2019；王登红等，2019）。锂在锂电池方面的广泛应用被称为“能源金属”，既是高科技新兴产业所必需的高端材料，也成为老百姓日常生活所必需的常规材料（王登红等，2016；2019）；铍主要以铍铜合金和铍金属的形式广泛用于航空、航天和核反应堆等领域（王登红等，2019）。铌、钽是电子、原子能、宇航、钢铁、化工等工业的重要原料（王登红等，2019）。稀有金属元素在地壳中的含量比稀土还低，但也可以“超常富集”到大型、超大型矿床的规模，如新疆的可可托海、四川的甲基卡等（王登红，2020），于此同时，近年来新发现的超大型花岗伟晶岩型铌钽多金属矿床——湖南仁里铌钽矿床，为一个缓倾斜产状的伟晶岩—细晶岩复合型钽铌矿，值得重视（王登红等，2017）。仁里铌钽储量高，品位富，其Ta2O5资源量10791 t，Nb2O5资源量14057 t，w（Ta2O5）（0.036%）、w（Nb2O5）（0.047%）（刘翔等，2018；周芳春等，2019a），有望提高中国钽资源品质（李建康等，2019）。目前，前人对仁里铌钽矿床的成矿特征及找矿标志（陈虎等，2018；刘翔等，2018;2019；周芳春等，2019a；2019b）、成矿时代（李鹏等，2017），成矿模型（周芳春等，2019a），岩浆热液成矿环境和包裹体（Li J K et al.,2019；Li P et al.,2019）以及地球化学（贺转利等，2004；文春华等，2016，文春华，2017；黄志飚等，2018）等方面做了研究工作，取得不少研究成果，但在稀有金属矿物学（李乐广等，2018；杨晗等，2019a；2019b；王臻等，2019a；2019b）方面的研究较少，尤其缺少对铌钽矿物内部结构的详细研究。

铌钽矿物一般都是铌、钽系列矿物，常见的铌钽矿物有铌铁矿族矿物及重钽铁矿系列、烧绿石-细晶石系列等（王汝成等，2020）。铌铁矿-钽铁矿族矿物属AB2X6型化合物：A组阳离子主要由Fe、Mn占据，B组阳离子主要由Nb、Ta、Ti及少量W、Sn、Zr等占据，X为氧，其中，Fe-Mn间和Nb-Ta间为完全类质同象替代。铌铁矿族矿物是稀有金属花岗岩和花岗伟晶岩中最重要的铌钽矿物（潘兆橹等，1994），它们可以很好地指示稀有金属花岗岩和花岗伟晶岩的结晶演化历史和演化程度（张爱铖等，2004），而细晶石往往富集于伟晶岩演化的晚期阶段（王贤觉等，1981）。

本文旨在通过电子探针成分和图像分析对仁里5号脉各带中铌钽矿物的成分和内部结构特征进行分析，总结铌钽矿物类型、赋存状态及成因；通过其结晶环境和演化规律，探讨仁里稀有金属伟晶岩的岩浆-热液演化过程，指示仁里稀有金属矿床Nb、Ta元素的富集规律，为仁里地区的稀有金属矿床找矿勘探提供理论依据。

1 地质特征

仁里铌钽矿床位于湖南省平江县东北部，燕山期幕阜山复式花岗岩体南缘与冷家溪群内外接触带伟晶岩密集区内。大地构造上处于扬子陆块与华夏陆块的过渡部位（图1a、b）（束正祥等，2015；王小敏等，2017；周芳春等，2019a）。出露地层为冷家溪群坪原组片岩及第四系。矿区构造格架呈“入”字型，以北北东向的天宝山-石浆压扭性断裂及其次级构造为主。区内岩浆活动强烈，矿区北东方向分布规模较大的燕山期幕阜山岩体，出露中细粒二云母二长花岗岩、细粒二云母二长花岗岩及细粒花岗闪长岩；北部出露片麻状粗中粒斑状黑云母二长花岗岩、粗中粒斑状黑云母二长花岗岩；东南部出露中细粒黑云母斜长花岗岩（图2）。区域脉岩为花岗伟晶岩脉、石英脉，花岗伟晶岩脉最为发育。据湖南省平江县传梓源铌钽矿初勘报告，区域已查明脉体厚度大于1 m，长度大于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约214条。伟晶岩水平向具有良好的分带性，仁里铌钽矿床位于离岩体0.5~1.5 km的微斜长石-钠长石伟晶岩型带（Ⅱ）内（图2）。矿区花岗伟晶岩脉分布较密集，地表伟晶岩露头约140条，伟晶岩脉的产状、规模和形态不一。目前稀有金属矿化较好的伟晶岩脉为1、2、3、5、6等5条矿脉，近北西走向，倾向西南。

图1 幕阜山大地构造位置（a）及地质矿产简图（b）（据李鹏等，2017）Fig.1 Simplified tectonic setting(a)and simplified geological and mineral resources map(b)of the Mufushan area(after Li et al.,2017)

图2 仁里矿床地质简图（据李鹏等，2017）1—第四系；2—冷家溪群；3—细粒花岗闪长岩；4—中粒二云母二长花岗岩；5—粗中粒片麻状黑云母二长花岗岩；6—粗中粒似斑状黑云母二长花岗岩；7—新元古代二云母斜长花岗岩；8—伟晶岩脉及其编号；9—主要断裂；10—伟晶岩类型分带界线及分带类型：Ⅰ—微斜长石型；Ⅱ—微斜长石-钠长石型；Ⅲ—钠长石型；Ⅳ—钠长石锂辉石型；11—采样位置Fig.2 Simplified geologic map of the Renli deposit(after Li et al.,2017)1—Quaternary;2—Lengjiaxi Group;3—Fine-grained granodiorite;4—Medium-grained two-mica monzogranite;5—Medium to coarse-grained gneissic biotite monzogranite;6—Medium to coarse-grained porphyritic biotite monzogranite;7—Neoproterozoic two-mica plagioclase granite;8—Pegmatite vein(numbered);9—Major faults;10—Boundary between pegmatite zones and number:Ⅰ—Microcline type;Ⅱ—Microcline-albite type;Ⅲ—Albite type;Ⅳ—Albite-spodumene type;11—Sample location

仁里5号伟晶岩脉矿脉总长度约4040 m，岩脉北端NW走向，南端为NNW走向，地表出露长度超过2200 m，是矿区分带性最好、规模最大的1条伟晶岩脉（李鹏等，2017）。矿床主要由3个矿体组成，其中主矿体5-2长2040 m，平均厚度3.04 m，厚度变化系数56.51%，平均品位w（Ta2O5）：0.040%、w（Nb2O5）：0.054%、w（Rb2O）：0.05%，品位变化系数（Ta2O5）178.62%（陈虎等，2018）。根据矿物学特征，5号脉划分为以下几个结构带：文象伟晶岩带（Ⅰ）、微斜长石钠长石伟晶岩带（Ⅱ）、白云母钠长石伟晶岩带（Ⅲ）、细粒含石榴子石钠长石伟晶岩带（Ⅳ）、锂云母石英核带（Ⅴ）（图3）。

图3 仁里5号伟晶岩剖面图及矿物演变序列（据李鹏，2017）Fig.3 Cross section through the Renli No.5 Pegmatite vein and sequence of mineral evolution(after Li,2017)

文象伟晶岩，灰白色，石英，钠长石，少量片状白云母（图4a），矿物共生组合为石英+微斜长石+钠长石；

微斜长石伟晶岩，灰白色，粒状钠长石（~45%），石英（~45%），片状白云母（~10%）（图4b），矿物共生组合为条纹长石+钠长石+石英+白云母；

图4 仁里5号伟晶岩脉代表性岩石手标本照片a.文象结构带；b.微斜长石钠长石伟晶岩带；c、f.白云母钠长石伟晶岩带；d.细粒含石榴子石钠长石伟晶岩带；e.锂云母石英核Mus—白云母；Ab—钠长石；Grt—石榴子石；Qtz—石英；Mic—细晶石Fig.4 Photographs of representative rocks from the Renli No.5 pegmatitea.Graphic pegmatite zone(zoneⅠ);b.Microcline-albite pegmatite zone(zoneⅡ);c、f.Muscovite-albite pegmatite zone(zoneⅢ);d.Fine-grained garnet-bearing muscovite-albite pegmatite zone(zoneⅣ);e.Lepidolite-quartz core Mus—Muscovite;Ab—Albite;Grt—Garnet;Qtz—Quartz;Mic—Microlite

白云母钠长石伟晶岩，灰白色，块状钠长石（~40%），石英（~35%），片状白云母集合体（~25%）（图4c、f），矿物共生组合为钠长石+石英+白云母；

石榴子石钠长石伟晶岩，灰白色，细粒钠长石（~40%），石英（~30%），石榴子石（~25%），石榴子石均匀分布，少量片状白云母（~5%）（图4d），矿物共生组合为钠长石+石英+石榴子石；

锂云母石英核，灰白色，钠长石（~5%），石英（~70%），锂云母（~15%）片状白云母集合体（~15%）（图4e），矿物共生组合为锂云母＋石英＋钠长石＋微斜长石＋锂电气石。铌钽矿化主要发生在白云母钠长石带（Ⅲ）和锂云母石英核中（Ⅴ）（李鹏，2017）。从外部带到内部带钠长石增加微斜长石减少。

2 分析测试方法

本次工作以5号脉地表采场5个伟晶岩带中的样品和仁里科学钻探ZK708钻孔成矿带内（Ⅲ带）样品作为研究对象，对其进行了岩相学观察，并利用电子探针对其主要铌钽矿物进行了背散射电子（BSE）图像分析、微区成分测定和元素面扫描（mapping）分析。测试工作在中国地质科学院矿产资源研究所自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室完成，仪器型号为JXA-8230，加速电压15 kV，电流20 nA，束斑直径5 μm或1 μm，使用天然矿物或人工晶体作为标样，主量元素分析精度约为0.01%。数据采用ZAF方法校正。

3 分析结果

3.1 铌钽铁矿赋存状态

5号脉铌铁矿族矿物呈零散颗粒状分布于岩脉的Ⅰ至Ⅴ带，不同的结构带中，铌铁矿族矿物在形态、产状、矿物共生组合存在较大差异。背散射电子图像（图5）观察表明，矿区铌铁矿族矿物具有明显的成分不均一性。当矿物成分变化较大时，环带结构则变得相对复杂，形成韵律环带结构或者交代结构。

Ⅰ带铌钽矿物为规则的韵律环带结构，韵律环带在Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ带广泛分布，半自形-自形。环带边部较平直，平行于晶体的结晶生长面。在1个韵律序列中亮暗相间，亮带相对较宽，暗带相对较窄，而且内带较亮，外带较暗。核部为铌铁矿，边缘为钽铁矿（图5a、b）。元素面分析显示对应于背散射电子图像中亮度的变化主要体现为Nb和Ta的变化，从颗粒的核部到边缘，Nb呈降低趋势，而Ta呈升高趋势，而Fe、Mn变化比较小(图6a~a4、b~b4)，表明亮的部分相对富Ta，暗的部分相对富Nb。不同韵律序列之间的元素含量也有一定的差异，后一个序列比前一个序列更富Ta元素（图5b，图6b~b4）。

Ⅱ至Ⅲ带背散射电子图像中的韵律环带结构较Ⅰ带更为复杂，铌钽矿物具核部相对较暗，向边缘逐渐变亮，没有明显平直的晶体生长面（图5d、f）。Nb、Ta、Fe和Mn元素面分析（图6c~c4）结果表明，对应于背散射电子图像的亮度变化，同样韵律环带结构的较亮区域相对富Ta，较暗的区域相对富Nb，Fe、Mn的含量没有明显变化。

Ⅲ带部分铌铁矿族矿物颗粒较小，自形，分布于白云母和石英晶间（图5e）；Nb、Ta、Fe和Mn元素面分析表明（图6d~d4），Fe/Mn和Nb/Ta的变化具有一致性，但Mn的变化量较Ⅰ带、Ⅱ带大。

Ⅳ带除少量韵律环带结构外，大多为较亮的复杂交代结构，电子探针成分分析显示较亮的部分相对于较暗得部分更富Ta。铌钽矿物颗粒为半自形-他形，颗粒中的亮暗部分无规则的接触边缘，也没有很好的自对称性（图5g）。笔者在Ⅳ带铌钽氧化物内部发现一种典型的交代现象——富Ta细脉（图6e~e4），结合Nb、Ta、Fe和Mn元素面分析，除富Ta细脉外，外部较内部更富集Ta、Fe，这可能是由于交代流体沿晶体边缘对早期铌钽矿物交代，形成富Ta边缘或者是交代流体沿晶体中的裂隙等薄弱区交代，从而使颗粒内部某处出现相对富Ta而外部也富Ta的特征。

Ⅴ带铌钽矿物Nb、Ta、Fe和Mn元素面分析表明Fe的变化较小，Mn的变化较大，边部更富Mn，富Nb，Nb变化较小，内部出现富Ta环带且不规则（图6f~f4）；成分上与前四带明显不同，铌钽矿物以铌锰矿为主，半自形-他形（图5h）。Ⅳ带、Ⅴ带中出现的不规则边界很可能是由于晚期残余熔体或流体作用，铌钽矿物是交代形成的，同时可能代表着岩浆作用的结束。

图5 仁里矿床矿石矿物背散射图像a.铌铁矿、钽铁矿、钽锰矿环带（Ⅰ带）；b.具环带结构的铌钽铁矿（Ⅰ带）；c.铌锰矿（Ⅱ带）；d.铌铁矿和钽铁矿（Ⅱ带）；e.铌铁矿与石英白云母共生（钻孔Ⅲ带）；f.铌铁矿、钽铁矿和钽锰矿（Ⅲ带）；g.铌铁矿和钽铁矿（Ⅳ带）；h.钽锰矿和铌锰矿（Ⅴ带）Fcl—铌铁矿；Mcl—铌锰矿；Ftn—钽铁矿；Mtn—钽锰矿；Qtz—石英；Mus—白云母Fig.5 Backscattered electron images of ore minerals from Reli deposita.Ferrocolumbite,ferrotantalite and manganotantalite zonation(zoneⅠ);b.Columbite-tantalite with zoning texture(zoneⅠ);c.Mangancolumbite(zoneⅡ);d.Ferrocolumbite and ferrotantalite（zoneⅡ);e.Ferrocolumbite associated with quartz and muscovite（drill hole in zoneⅢ);f.Ferrocolumbite,ferrotantalite and manganotantalite(zoneⅢ);g.Ferrocolumbite and ferrotantalite（zoneⅣ)；h.Ferrocolumbite and ferrocolumbite(zoneⅤ)Fcl—Ferrocolumbite;Mcl—Mangancolumbite;Ftn—Ferrotantalite;Mtn—Manganotantalite;Quartz;Mus—Muscovite

图6 仁里5号花岗伟晶岩脉铌钽矿物的环带结构（a~a4、b~b4）铌铁矿BSE图像与Ta、Nb、Fe和Mn的面分析（Ⅰ带）；（c~c4）铌铁矿BSE图像与Ta、Nb、Fe和Mn的面分析（Ⅱ带）；（d~d4）铌铁矿BSE图像与Ta、Nb、Fe和Mn的面分析（Ⅲ带）；（e~e4）钽铁矿BSE图像与Ta、Nb、Fe和Mn的面分析（Ⅳ带）；（f~f4）铌锰矿BSE图像与Ta、Nb、Fe和Mn的面分析（Ⅴ带）Fig.6 The zoning texture of columbite-tantalite minerals in the Renli 5 granitic pegmatite vein（a4,b~b4）BSE images of niobite and surface analysis of Ta,Nb,Fe and Mn（zoneⅠ）;（c~c4）BSE images of niobite and surface analysis of Ta,Nb,Fe and Mn（zoneⅡ）;（d~d4）BSE images of niobite and surface analysis of Ta,Nb,Fe and Mn（zoneⅢ）;（e~e4）BSE images of mangancolumbite and surface analysis of Ta,Nb,Fe and Mn（zoneⅣ）;（f~f4）BSE images of ferrotantalite and surface analysis of Ta,Nb,Fe and Mn（zoneⅤ）

3.2 铌钽铁矿成分特征

电子探针成分分析表明，铌铁矿族矿物的化学成分变化范围较大，其化学成分代表性结果见表1、表2。

在Ⅰ带中铌铁矿族矿物w（Nb2O5）介于19.28%~65.40%之间，平均值为52.09%，w（Ta2O5）为8.32%~65.80%，平 均 值 为28.05%，w（FeO）为7.68%~14.86%，平 均 值 为12.35%，w（MnO）为4.50%~13.03%，平均值为6.58%。

Ⅱ带中铌铁矿族矿物w（Nb2O5）=24.87%~64.96%，平 均 值 为45.37%，w（Ta2O5）=15.32%~55.92%，平均值为35.58%，w（FeO）=4.84%~14.55%，平均值为12.32%，w（MnO）=4.58%~12.71%，平均值为6.07%。

Ⅲ带中铌铁矿族矿物w（Nb2O5）=17.85%~59.63%，平 均 值 为43.95%，w（Ta2O5）=21.95%~65.96%，平均值为38.21%，w（FeO）=5.02%~13.17%，平均值为10.70%，w（MnO）=6.01%~13.20%，平均值为7.48%。

Ⅳ带中铌铁矿族矿物w（Nb2O5）=30.71%~48.91%，平 均 值 为42.47%，w（Ta2O5）=14.23%~49.16%，平均值为37.83%，w（FeO）=6.67%~13.78%，平均值为11.52%，w（MnO）=4.33%~11.92%，平均值为6.66%。

Ⅴ带中铌铁矿族矿物w（Nb2O5）=59.40%~63.85%，平 均 值 为61.72%，w（Ta2O5）=17.06%~21.84%，平均值为19.13%，w（FeO）=2.49%~10.78%，平均值为7.47%，w（MnO）=9.26%~16.68%，平均值为12.28%。

从元素平均值的变化来看（图7），从Ⅰ带到Ⅳ带，w(FeO)和w(MnO)变化不大，w（Nb2O5）呈下降趋势，w(Ta2O5)呈升高趋势，而在Ⅴ带，w(MnO)和w(Nb2O5)突变呈上升趋势，而w(FeO)、w(Ta2O5)呈下降趋势。

根据电子探针分析结果（表1、表2）对仁里5号伟晶岩脉中铌铁矿族矿物进行成分分类，所测得的数据投影到铌铁矿-钽铁矿四方图解上（图8），5号伟晶岩脉中铌钽铁矿物不同结构带的元素平均变化趋势如图7。结果显示：Ⅰ带铌铁矿族矿物为铌锰矿和铌铁矿，少量钽锰矿，铌铁矿居多。Mn/（Fe+Mn）比值在0.27~0.68之间，Ta/（Nb+Ta）比值在0.06~0.67之间变化，背散射电子图像显示Ⅰ带铌铁矿晶体具有明显的环带结构。

图7 仁里5号伟晶岩脉中铌钽铁矿物不同结构带的元素平均变化趋势图Fig.7 Element average content variation trend chart of different texturezones of columbite-tantalite in Renli No.5 pegmatite vein

图8 铌钽矿物成分分类图（虚线间为成分不共溶区）（据Cermy等.,1985）Fig.8 Composition classification diagram of columbite-tantalite minerals(the area between the dashed lines is the insoluble area of composition)(after Cermy et al.,1985)

表1 仁里5号伟晶岩脉中铌钽铁矿物主量成分Table 1 Major element contents of columbite-tantalite in Renli No.5 pegmatite vein

表2 仁里5号伟晶岩脉中铌钽铁矿物不同结构带的元素变化及比值范围Table 2 Element variation and ratio range of different texture zones of columbite-tantalite in Renli No.5 pegmatite vein

Ⅱ带铌铁矿族矿物为铌铁矿和钽铁矿，铌铁矿和钽铁矿共生，铌铁矿在核部，钽铁矿在边部，少量钽锰矿，Mn/（Fe+Mn）比值在0.27~0.72之间，Ta/（Nb+Ta）比值在0.12~0.53之间变化。

Ⅲ带铌铁矿族矿物主要为铌铁矿和钽铁矿，少量铌锰矿和钽锰矿，Mn/（Fe+Mn）比值在0.10~0.73之间，Ta/（Nb+Ta）比值在0.18~0.69之间变化。钽锰矿具有明显的环带（图5f），环带宽度较均匀，环带与环带之间的界线清晰。颗粒中心环带较暗，靠近边缘的环带较亮，主要体现Nb和Ta的变化，从颗粒的核部到边缘，Nb呈降低趋势，而Ta呈升高趋势（图6d1~d2）。

Ⅳ带铌铁矿族矿物为铌铁矿和钽铁矿，部分为铌锰矿，Mn/（Fe+Mn）比值在0.25~0.64之间，Ta/(Nb+Ta)比值在0.18~0.49之间变化。

Ⅴ带铌铁矿族矿物为钽锰矿、铌锰矿和铌铁矿。Mn/（Fe+Mn）比值在0.47~0.87之间，Ta/(Nb+Ta)比值在0.14~0.18之间变化。与其他类型伟晶岩脉中的铌钽族矿物相比，5号脉中该类系列矿物的成分相对富Mn、贫Fe。Ⅰ带到Ⅳ带铌钽铁矿-铌钽锰矿系列逐渐由铌铁矿、钽铁矿端员向铌锰矿、钽锰矿端员演化，呈现出Fe、Nb含量减少，而Mn、Ta含量增加的趋势。Ⅴ带由于铌锰矿的突增，Nb含量增加，Ta含量出现下降趋势。

3.3 细晶石赋存状态和成分特征

细晶石主要发现于5号伟晶岩脉V带的地表样品中，细晶石一般赋存在钠长石晶间，他形，粒度为20~30 μm，表面成分分布不均，细晶石中较亮的点为晶质铀矿（图9）。

图9 仁里矿石矿物背散射图像（Ⅴ带）a、b.半自形细晶石赋存在钠长石晶间Mic—细晶石Fig.9 Backscatter images of ore minerals(Ⅴzone)from Reli deposita,b.Hypautomorphic microlite occurred in albite Mic—Microlite

Ⅴ带细晶石电子探针成分代表性结果见表3。细晶石的标准化学式为：（Na，Ca）6（Ta，Nb，Ti）2O6（OH，F，O），细晶石B位置主要由Ta占据，w（Ta2O5）为69.10%~73.67%，而w（Nb2O5）为5.60%~7.74%，同时还含少量的Pb，细晶石的A位置主要含有Ca、Na和U元 素，其 中，w（CaO）为10.52%~11.67%，w（Na2O）为4.95%~6.09%。w（F）为2.89%~3.90%。

表3 仁里5号伟晶岩脉中细晶石主量成分Table 3 Major element contents of microlite in Renli No.5 pegmatite vein

4 讨论

4.1 仁里铌钽矿床铌钽铁矿物的富集与成矿

仁里5号伟晶岩脉中发育的稀有金属Nb-Ta矿物主要包括铌铁矿、铌锰矿、钽铁矿和钽锰矿等铌铁矿—钽铁矿族矿物和细晶石。总体而言，仁里5号脉中的铌钽矿物自外部带到核部带（Ⅰ至Ⅴ带），种类上具有如下变化规律：

由图8可以看出，Ⅰ带主要矿物以铌铁矿为主，少量投影点落在钽铁矿的区域内，这些钽铁矿的形成很可能是早期铌铁矿受后期富Ta流体交代的结果。Ⅱ带中铌铁矿族矿物为钽铁矿，明显较Ⅰ带增多，部分为铌铁矿；Ⅲ带中铌铁矿族矿物为铌铁矿和钽铁矿，少量铌锰矿和钽锰矿；Ⅳ带铌铁矿族矿物为铌铁矿和钽铁矿，部分铌锰矿；Ⅴ带中铌铁矿族矿物为铌锰矿，部分铌铁矿。综上锰的富集是仁里5号脉中铌钽铁矿的一个重要特征（图8）。铌铁矿常在早期较高温(450~600℃)、贫Mn的条件下率先结晶（赵斌等，1977）。随后，Abella等（1995）和Selway等（2005）提出铌铁矿族矿物在岩浆结晶分异的过程中总是向富Mn，富Ta的方向演化。这与仁里5号脉中早期（Ⅰ—Ⅱ带）铌铁矿自形程度较高而后（钽）铌锰矿（Ⅲ—Ⅳ带）多呈半自形-他形的现象一致，仁里5号脉中的铌铁矿族矿物也是以铌铁矿、铌锰矿、（钽）铌锰矿的顺序依次发育的。ZK708钻孔的铌钽成矿带（Ⅲ带）广泛存在萤石等具挥发分物质的矿物（图10），表明挥发分（如F）有效促进了稀有金属元素的迁移和富集，为伟晶岩中稀有金属矿物的形成提供了有利的物质基础。

图10 仁里Ⅲ带萤石背散射图像a、d.萤石与钾长石共生；b.萤石与钠长石共生；c.萤石与钠长石共生CaF—萤石；Mus—白云母；Kfs—钾长石；Ab—钠长石Fig.10 Backscatter image of fluorite inⅢzone from Renlia,d.Fluorite intergrown with potassium feldspar;b.Fluorite intergrown with albite;c.Fluorite intergrown with albite CaF—Fluorite;Mus—Muscovite;Kfs—K-feldspar;Ab—Albite

Ⅳ带除韵律环带结构外开始出现复杂的交代结构-铌铁矿中的富钽细脉（图5g，图7i、j），这种交代结构是岩浆演化后期流体参与结晶的特征之一（Zhang et al.,2004），说明有大量热液流体存在，反映了钽在热液流体中较高的活动性。钽一般在花岗岩晚期富集，如加拿大的Tacon伟晶岩（Linnen et al.,2005;Van Lichtervelde et al.,2007）。但钽在热液中溶解度低且稳定（Cuney et al.,1992;Chevychelov et al.,2005），分配系数也很低（0.002~0.08，Chevychelov et al.,2004）。出现这种现象说明，钽能够在晚期热液流体中富集，与热液流体的特殊性有关。Linnen（1998）和Linnen等（2005）的实验证明热液流体中碱金属元素和挥发分含量的增加将促进钽在热液中的溶解，尤其是F对钽的溶解度有很大影响，因此钽会沿着矿物裂隙充填。与南平31号伟晶岩中晚期铌铁矿与锡锰钽矿中的富钽细脉现象相似（饶灿，2009），仁里5号脉晚期铌钽元素的富集可能与这种热液流体特殊的性质密切相关—即热液流体具富钠等碱金属元素和富F等挥发分的性质，正是这种特殊性质促进了仁里铌钽元素的富集。热液演化阶段中的流体作用很可能是仁里稀有金属矿床铌钽富集的原因（王臻等，2019）

4.2 铌钽矿物对仁里5号脉演化趋势的指示

铌铁矿族矿物的成分变化可以指示稀有金属花岗岩和花岗伟晶岩的结晶演化过程（Mulja et al.,1996；Tindle et al.,2000；Novák et al.,2003；张爱铖等，2004），可以作为伟晶岩结晶演化程度的标志。成分演化主要体现在Mn/（Fe+Mn）和Ta/（Nb+Ta）比值变化上，演化程度越高，比值越大（Tindle et al.,1998;2000；Van Lichtervelde et al.,2007）。从外部带至内部带，仁里5号脉花岗伟晶岩铌铁矿族矿物的成分演化以Mn/（Fe+Mn）比值升高为特征，即Mn含量逐渐增加，指示岩浆演化过程中发生了较强的分异作用。在铌铁矿—钽锰矿四方图解上（图8）表现为水平成分演化趋势，指示伟晶岩演化程度的增加。

在Ⅰ—Ⅱ带铌钽氧化物铌铁矿为主，Ⅲ—Ⅳ带铌钽氧化物钽锰矿和铌锰矿增多，Ⅴ带出现铌锰矿和富钽细晶石，表明随着岩浆演化的进行，铌钽氧化物向富锰富钽端演化。核部结构带（Ⅴ带）中铌锰矿族矿物主要为铌锰矿，部分具有环带结构，同时出现富Ta矿物细晶石等，指示以热液为主的环境。从Ⅳ带到Ⅴ带，铌钽矿物中部分化学元素含量发生突变，如Nb含量出现突增，Ta含量出现突减（图7），Ⅳ—Ⅴ带与Ⅰ—Ⅳ带的变化规律明显不同，这表明在5号脉的分异演化过程中，伟晶岩浆可能在Ⅳ—Ⅴ带发生了变化。

此外，具内部环带结构的铌铁矿族矿物结构的变化也是稀有金属花岗岩和花岗伟晶岩演化晚期的重要内部特征之一（Lathi,1987;Tindle et al.,2000;Sarbajna et al.,2000;Zhang et al.,2004），可以反映热液流体参与的振荡结晶环境（饶灿，2009）。在稀有金属伟晶岩和花岗伟晶岩结晶分馏过程中，流体相会越来越富集，因此岩浆向热液演化的过程常发生在伟晶岩的内部结构带，晚期流体可以形成具有复杂环带的矿物（Van Lichtervelde et al.,2007）。环带结构的形成主要是其中Nb—Ta和Fe—Mn之间元素置换的结果（张爱铖等，2004），本区铌钽矿物背散射电子图像（图5）表明，Ⅰ—Ⅴ带仁里5号伟晶岩脉中铌铁矿族矿物均具有环带结构，Ⅰ—Ⅲ带表现为中心多富集Nb元素，边缘多富集Ta元素的韵律环带结构，韵律环带结构指从矿物核部到边部成分呈周期性变化分布（张爱铖等，2004），这种韵律生长环带是矿物在岩浆期结晶的结果，反映结晶介质化学条件振荡变化（Linnen et al.,2005）。Ⅳ带铌铁矿中的富钽细脉（图5g、7i、j），表明了不同伟晶岩带结晶条件的变化，说明Ⅳ带中有大量流体热液存在，反映了伟晶岩演化晚期强烈的热液流体作用。在花岗岩或者花岗伟晶岩中，细晶石常形成于伟晶岩演化的晚期，通常为热液蚀变的产物（Wise et al.,1990），仁里5号伟晶岩脉Ⅴ带中的细晶石，晚期的富钽细脉表明岩体中存在大量流体，说明细晶石是在富流体的环境中结晶。因此，5号伟晶岩脉在Ⅴ带已经进入以流体作用为主的热液阶段，而Ⅳ带可能是岩浆热液阶段的过渡。

综上所述，仁里5号伟晶岩脉的形成过程是较为复杂的，因为它涉及到岩浆作用、岩浆-热液作用以及热液作用，并且三者的界线是不明确的。笔者认为Ⅰ—Ⅲ带应该为岩浆阶段的产物，Ⅳ带很可能是岩浆-热液阶段过渡的产物，Ⅴ带是在热液作用下形成的。5号伟晶岩脉从外部结构带到核部结构带经历了岩浆-热液的演化过程。

4.3 仁里5号脉与新疆可可托海3号脉的特征对比

仁里5号花岗伟晶岩与阿尔泰可可托海3号伟晶岩都是中国稀有金属伟晶岩，阿尔泰是中国最重要的金及有色金属成矿带之一（陈毓川等，1996；王登红等，1998a；1998b；2001），尤其可可托海3号伟晶岩最为典型，内部分带十分明显，由外向内可以依次划分出9个共生结构带（Zhang et al.,2004），带内具有强烈的不均一性（周起凤，2013）。而仁里5号伟晶岩脉也具有较高的分异程度，共有5个完整的分带，在许多方面具有相似性，同时也具有一定差异。

仁里5号伟晶岩脉的矿物学研究结果，如云母的K/Rb值和K/Cs值、Li、Rb、Cs、F含量、微斜长石的K/Rb值、细晶石、铌钽矿、重钽铁矿的产出等，表明5号脉是分异演化程度较高的伟晶岩脉，且由外向内，演化程度加大。可可托海3号脉的矿物学特征，除有上述特征外，绿柱石Na/Li值和Na/Cs值、重钽铁矿的产出、边缘带石榴子石REE四分组效应等（周起凤，2013）。

仁里5号伟晶岩脉的造岩矿物主要为石英、钠长石、白云母、微斜长石等，而阿尔泰可可托海3号伟晶岩中主要的造岩矿物为块状微斜长石、钠长石、石英、白云母、锂辉石等。稀有金属矿物主要有铌铁矿族矿物、重钽铁矿、铀细晶石，铌铁矿族矿物主要由铌铁矿、钽铁矿向铌锰矿、钽锰矿演化。在可可托海3号伟晶岩中，除了上述矿物外，还有铯沸石、绿柱石、锂云母、锆石等，铌铁矿族矿物铌锰矿向钽锰矿演化，内部结构带中钽锰矿有较明显的交代现象（张爱铖等，2004）。

通过对比仁里5号花岗伟晶岩和阿尔泰可可托海3号伟晶岩研究，它们具有相似的矿物学特征。稀有金属矿物的成分演化、内部结构构造及其共生组合等特征表明，仁里5号花岗伟晶岩和阿尔泰可可托海3号伟晶岩都经历了岩浆-热液演化过程，均具有较高的分异演化程度。

5 结论

（1）仁里5号花岗伟晶岩脉中Ⅰ带至Ⅴ带铌铁矿族矿物的成分演化以Mn/(Fe+Mn)比值升高为主要特征，呈现出Fe含量减少，而Mn含量增加的趋势，并在Ⅳ带发生了铌钽元素的突变，指示了岩浆演化过程中较强烈的分异作用以及向热液阶段的转变。

（2）根据铌钽矿物学特征研究可以把5号岩脉的岩浆热液演化过程简单的划分为3个阶段（图3），即：岩浆阶段、岩浆-热液过渡阶段和热液阶段，分别对应Ⅰ—Ⅲ带、Ⅳ带和Ⅴ带。

（3）从外部带到内部带，铌钽氧化物成分变化范围较大，铌钽矿物的演化序列为：铌铁矿→铌锰矿。铌铁矿族矿物具有成分环带结构，外部结构带中环带结构较少，且简单，为岩浆结晶阶段；内部结构带中环带结构明显且复杂，晚期的富钽细脉、细晶石等，证明岩体中存在大量热液流体。

（4）仁里5号脉伟晶岩脉自外部带到内部带钠长石增加微斜长石减少，Ⅲ带F元素含量不断增高，铌钽矿化主要发生在白云母钠长石带（Ⅲ）和锂云母石英核中（Ⅴ），表明挥发分（如F）有效促进了稀有金属元素的迁移和富集，同时晚期富钠等碱金属的流体促进了仁里铌钽的富集。