河南卢氏南阳山地区稀有金属矿床矿物学特征及矿化类型

张彦锋，张杰，陶世旭，郑广明，李书文，田晓敏，贾宝川，裴满意，莫家琛，张璜，范云峰

（1.河南省地质矿产勘查开发局第四地质勘查院，河南 郑州 450001；2.河南省地质调查院，河南 郑州 450001；3.三门峡金渠集团有限公司，河南 三门峡 472000）

0 引言

稀有金属矿床是重要的战略性矿产资源。其中我国锂矿资源丰富，以硬岩型为主，其中又以花岗伟晶岩型锂矿分布最为广泛。东秦岭地区是我国重要的稀有金属成矿区（图1）（郭继春等，1994；卢欣祥等，2010；王登红等，2013），发育多个花岗伟晶岩脉密集区（图1）。其中在官坡花岗伟晶岩脉密集区，稀有金属元素明显富集，产出数千条花岗伟晶岩脉，南阳山锂矿区在该密集区内，位于官坡镇南阳山-百花沟一带。

图1 东秦岭地区区域地质简图（据陈西京等，1982修改）

矿区所在的官坡花岗伟晶岩密集区，先后有陕西省第三地质队、成都地质学院第七教研室秦东科团队、河南省豫07地质队等单位和科研人员进行过勘查和综合研究工作。其中，1970年7月陕西省第三地质队对南阳锂矿区做了详细的野外工作和综合研究，提交了《河南省卢氏县202（南）矿区稀有金属矿床工业报告》。卢欣祥等（2010）认为东秦岭花岗伟晶岩具有明显分异作用，稀有金属矿化普遍且明显，且具有钠长石化、锂云母化等交代蚀变作用，稀有金属富集程度与钠长石化密切相关，同时认为该区伟晶岩与花岗岩同源，花岗伟晶岩形成及其矿化均为加里东期；陈金铎等（2014）认为，卢氏地区的伟晶岩在时空分布上具有连续演化特征，岩石类型包括黑云母型花岗伟晶岩、二云母型花岗伟晶岩、白云母型花岗伟晶岩和含稀有金属矿物型花岗伟晶岩，伟晶岩形态多呈脉状，具有明显的分枝、膨大收缩等现象。

综上，前人对该区研究主要集中在伟晶岩成矿特征、矿床地质特征、锂辉石矿物学等方面（陈西京，1982；张国伟，2001；白峰等，2011；李建康等，2014；王盘喜等，2017；周起凤等，2019；秦克章等，2019），但是针对其他稀有金属矿物特征研究较为欠缺。本文根据作者在该区多年的勘查和研究工作，结合前人工作成果，对南阳山地区稀有金属矿物学特征进行研究，并系统划分了该地区不同的矿化类型，为该区锂和其他稀有金属的开发利用提供依据。

1 区域地质背景

研究区位于华北地台南缘秦岭褶皱系，隶属北秦岭分区商南小区，在瓦穴子断裂带与商丹断裂带之间（张盼盼等，2017），由北至南出露宽坪（二郎坪）弧后盆地及北秦岭基底杂岩，地层主要为古元古界秦岭岩群郭庄组、雁岭沟组，中新元古界峡河岩群和宽坪岩群，下古生界二郎坪群，中生界三叠系五里川组。秦岭岩群经历了多期次的变质变形作用，为一套中深变质的基性火山岩-碎屑岩-碳酸盐岩组合，下部为麻粒岩-片麻岩变质建造，上部为钙质片岩-大理岩变质建造（李建康，2012；张盼盼等，2017）。

研究区域构造表现为叠瓦状断裂系统，由北至南至少发育有4条超岩石圈断裂带，各断裂带总体走向110°，各断裂带间发育至少5条褶断带（林德松和张玲，2004；徐新光等，2010）。

研究区区域上出露花岗岩体主要有灰池子岩体（356～388 Ma）、桃坪岩体（450 Ma）、漂池岩体（411 Ma）、蟒岭岩体（173 Ma），南阳山地区的花岗伟晶岩ρ363、ρ305脉取样显示年龄为396 Ma与410 Ma（成都地质学院第九教研室，1973）。矿区内伟晶岩的母岩为距离较远的桃坪岩体而非距离较近灰池子岩体及蟒岭岩体，研究区内与成矿有关的花岗岩时代为加里东晚期—海西期（成都地质学院第九教研室，1973；陈西京，1982；周振华等，2016）。

2 矿床地质特征

2.1 花岗伟晶岩特征

研究区内花岗伟晶岩脉分布较为广泛，一般多呈平行脉组产出，与围岩界线清楚。花岗伟晶岩脉总体沿区域构造格架产出，局部脉体与区域地层构造线斜交或直交。矿脉形态有脉状、透镜状、饼状及不规则状，具膨胀、收缩、分枝复合、尖灭侧现等特征。规模大小不一，长度一般为10～1000 m，厚度0.55～235 m。矿区共发育200余条矿脉，主要矿脉33条，按空间构造规律和密集状况，自西向东划分9个矿段，各矿段岩（矿）脉密集发育，全区岩（矿）脉产状基本各异。脉岩围岩为一套透辉石大理岩、斜长角闪片岩夹黑云钙质片岩，倾向20°～40°，倾角60°～75°，多为一套单斜地层（陈西京，1976；王令全等，2011；陈金铎等，2014）。

2.2 矿石结构构造

矿石结构主要以自形—半自形板柱状中粗粒状伟晶结构（图2a）、碎裂结构（图2b）、交代结构、残余结构为主，次为蠕虫结构（图2c）、叶片结构（图2d）、隐晶质结构、细粒结构。

依据矿石中矿石矿物锂辉石的集合体特征，矿石常呈块状构造、矿物定向构造（图2d）、团块状构造、条带状构造。

图2 南阳山地区稀有金属矿矿石结构特征

2.3 矿石化学成分

通过对南阳山地区不同脉矿体（主要是ρ312、ρ314、ρ366脉）组合取样并进行了矿石化学全分析（表1）。由表可知矿样中主要有用元素为锂，Li2O 含 量1.05%，Ta2O5品 位0.0138%，Nb2O5品 位0.0123%，Rb2O品位0.252%，Cs2O品位0.089%，达到了花岗伟晶岩类矿床伴生矿参考性工业指标含量的要求。

表1 矿石化学成分分析表

3 矿石矿物学特征

3.1 矿物成分

矿石矿物主要为锂辉石，次为含锂白云母，另有少量磷锂铝石、腐锂辉石（锂绿泥石）、锂电气石；铌钽铁矿主要为铌锰矿和钽锰矿，偶见铌钽铀矿；其他矿石矿物见锡石、锰锂矿、锂闪石、锰铌矿、曲晶石、绿柱石等。脉石矿物以石英、微斜长石、钾长石、钠长石为主，次为黑电气石、方解石、白云石、磷灰石、高岭石、绿帘石、金云母、赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿、磷铁锰矿、黄铁矿、毒砂、石榴子石、榍石、透辉石、透闪石、绿柱石、锆石等。其矿物组成及相对含量见表2。

表2 矿石的矿物组成及相对含量

3.2 主要矿物嵌布特征

（1）锂辉石：主要产于矿体中石英微斜长石和石英锂辉石带中，次为石英钠长石交代体中。锂辉石常以长柱状产出，呈自形—半自形晶，颜色以白色为主，少量为浅绿色或浅褐色，内部解理、裂理发育，常与主要脉石矿物石英、钠长石及白云母呈较均匀嵌生(图3a,b)，有时可见锂辉石被白云母沿其边缘或者裂隙交代；有时可见锂辉石局部蚀变成腐锂辉石（锂绿泥石）（图3c）；有时可见锂辉石内包裹有钠长石、钾长石等矿物呈嵌晶结构（图3d）；有时可见锂辉石与电气石紧密镶嵌在一起。产于石英微斜长石锂辉石带中的锂辉石晶体粒度变化大，直径一般0.1～20 mm，长1～40 mm；产于石英锂辉石带的锂辉石晶体粗大，长1～40 cm，直径 2～5 cm。

图3 锂辉石矿物特征及镜下嵌生特征

（2）锂绿泥石：常为锂辉石蚀变而来，故又称为腐锂辉石，淡绿色—蓝灰色。锂绿泥石常呈鳞片状集合体产出，在锂绿泥石内有时能见到锂辉石残余体（图4），锂绿泥石中绢云母化、高岭石化发育，常与石英、钾长石、钠长石及方解石镶嵌在一起（图5）。

图4 锂辉石被锂绿泥石交代呈残余结构背散射电子及能谱图

图5 锂绿泥石与方解石、钠长石、石英镶嵌背散射电子及能谱图

（3）锂磷铝石：锂磷铝石为含锂的磷酸盐矿物，其中Li2O的理论含量为10.16%。锂磷铝石主要呈自形—半自形粒状结构，其内部常分布有磷灰石，主要与锂辉石、钠长石、电气石、白云母等共生在一起。由于Li为轻元素，能谱及波谱均无法定量测得其含量，分析结果仅得到Al2O3、P2O5、F等元素的分析数据，成分较稳定。

（4）锂电气石：粉玫瑰红色，半自形—自形晶，柱状，直径一般为2～52 mm（多数为5～22 mm），较大晶体中包裹有长英质碎粒，零散分布于近围岩伟晶岩质碎斑岩带中。通过对锂电气石进行单矿物提纯，再通过矿物定量确定其中矿物组成为锂电气石（80%）和石英（20%），化学分析测得其中的Li2O含量为0.45%。电气石裂理非常发育，常呈自形柱状嵌布于钠长石、石英、锂云母等脉石矿物中（图6a～b）。

图6 锂电气石矿物特征及镜下嵌生特征

（5）绿柱石：绿柱石是矿石中最主要的含Be矿物，其中BeO的理论含量为14.1%。主要产于粗粒石英-微斜长石带中，与石英、钾长石及钠长石紧密镶嵌在一起，淡绿色—黄色（图7a），产于交代体中的绿柱石多为白色、淡黄色晶体，自形—半自形结构，呈柱状或者粒状零星分布，晶体较完整的长约2～10 mm，但多被溶蚀交代，在石英溶穴中出现硅铍石（图7b），其粒度主要分布于0.05～0.50 mm 之间。

图7 绿柱石矿物特征及背散射电子图

（6）含锂白云母（锂云母）：紫红色—银白色，常呈片状或者鳞片状集合体，自形—半自形结构，含锂白云母常嵌布于钠长石、钾长石及石英等矿物中（图8a）；有时可见白云母呈细粒鳞片状沿锂辉石边缘及裂隙交代呈残余结构（图8b）；有时可见钾长石局部蚀变成细粒的白云母。集合体呈脉状和团块状产出。呈脉状者，脉宽0.5～9 cm，长数十厘米至一米余，锂云母平行脉壁产出，呈团块状者锂云母集合体常沿板、块状钠长石和石英间隙充填。

图8 锂云母矿物特征及镜下特征

（7）铌钽锰（铁）矿：产于石英微斜长石原生带中者多为黑色板状，与石英、微斜长石嵌生（图9a），粒度0.1～5 mm；产于石英白云母和石英钠长石交代体中的铌钽铁矿一般呈针状或板状，晶体长约0.05～1 mm，与石英和钠长石嵌生或呈包裹体（图9b）。有时在高岭土集合体、高岭土-石英集合体中见到铌铁矿交代现象，还可看到铌铁矿与锡石连生或生于白云母节理之中。

图9 铌钽锰（铁）矿矿物特征及镜下特征

（8）钠长石：钠长石是矿石中含量较高的矿物，多呈（0.2～0.6）mm×1 mm左右的半自形板柱状集合体产出，常不均匀分布在石英集合体中，是钠质交代产物，钠长石多发育有聚片双晶（图10b），常与钾长石、石英、白云母及锂辉石镶嵌在一起（图10a），其中有部分粗粒钠长石内部包裹有钾长石、石英及白云母颗粒（图10c）；有时可见钠长石边缘及裂隙被绢云母交代（图10d）。

图10 钠长石矿矿物特征及镜下特征

（9）钾长石（多为微斜长石）：矿石中的钾长石常呈浅灰黄色—浅红色，部分因含有铷铯成分呈绿色（天河石），长柱状或者厚板状，自形—半自形结构，常发育有卡氏双晶。钾长石常与钠长石、石英等矿物紧密共生在一块，其中有少量钾长石以单晶形式包裹于钠长石中（图11a）。有时可见钾长石蚀变成绢云母，主要表现为绢云母呈星点状或者微脉状分布于钾长石中（图11d）。钾长石的粒度较粗，粒度多在0.15 mm以上。

（10）石英：石英含量较多，在矿石中多呈他形粒状，粒度0.05～10 mm大小不等，多以齿状边缘相紧密接触，常和板柱状钠长石集合体不均匀混杂一起分布。可见两期石英，早期石英，他形粒状，包裹于钾长石、电气石晶体中（图11c）。晚期石英，他形变晶粒状，沿破碎的长石、锂云母、电气石间空隙充填，与钠长石、锂云母、电气石接触处呈栉壳状生长。

（11）石榴子石（部分为铯榴石）：粒状，常呈红褐色（图11b），粒径在0.8～3 mm，多数晶体被后期碳酸盐矿物交代，只有少量残留，但其粒状晶型保留，散布在晚期石英中。石榴子石常呈条带状或浸染状分布在伟晶岩中，局部脉中有铯榴石出现，但含量很少，为铯的独立矿物；也呈他形粒状产出，粒度较细，主要分布于0.05 mm以下，主要与锂辉石共生在一起，有时可见其嵌布于石英及钾长石中。

图11 钾长石、石榴子石和石英等矿物特征及镜下特征

3.3 锂、铌、钽、铍、铷、铯在矿石矿物中赋存特征

矿石中的锂主要赋存在锂辉石中，其占有率为62.78%，其次为含锂白云母和锂磷铝石，锂在二者中的占有率为22.72%和11.39%，另有少量锂赋存在锂绿泥石和锂电气石中（表3）。矿石中的铷基本上以分散形式赋存于白云母和钾长石中；铯主要以分散形式分布于白云母和钾长石中，但也有少量以独立矿物铯榴石的形式存在（表4～5）。钽、铌主要赋存在独立矿物铌钽铁矿中，微量的分布在铌钽铀矿中。铍主要赋存在独立矿物绿柱石中。

表3 锂在不同矿物中的平衡配分

表4 铷在不同矿物中的平衡配分

表5 铯在不同矿物中的平衡配分

4 矿化类型

4.1 矿化类型划分

根据南阳山地区不同花岗伟晶岩的矿物学特征、分异交代作用及含矿性，其矿化类型可划分为四类：（Ⅰ）黑电气石微斜长石型（图12a），（Ⅱ）含黑电气石钠长石型（图12b），（Ⅲ）白云母锂辉石钠长石型（图12c），（Ⅳ）锂云母钠长石型（图12d）；依次对应的矿石工业类型为非矿化型、含铌钽稀有金属矿石、含锂铌钽铷铯稀有金属矿石、含锂铌钽铍铷铯稀有金属矿石。

图12 南阳山地区花岗伟晶岩的矿石类型

4.2 不同矿化类型分布规律

（1）Ⅰ-Ⅳ不同矿化类型的花岗伟晶岩脉在平面展布上由南至北、由西至东结晶分异程度逐渐增强，交代作用逐渐增强，甚至第Ⅳ类型中出现锂云母交代锂辉石但还保留了锂辉石的原始晶型，可以说交代作用是岩浆结晶分异的高级阶段和延续（刘丽君等，2017）。

（2）平面上由南至北、由西至东伟晶岩脉结构分带增强，在矿脉延伸上深部减弱。

（3）稀有元素（尤其Li、Ta、Cs）和挥发组分含量显著升高，K2O/Na2O比值减小。

（4）从指示性不同矿化类型的矿物来看，非矿化伟晶岩型—含铌钽矿石型—多种稀有金属矿石型，典型指示性矿物也在变化，由黑电气石—蓝（绿）色电气石—红色电气石，由白云母—含锂白云母—锂云母，磷灰石及萤石含量由少到多。

5 结论

（1）锂矿石中主要元素为锂、钽、铌，铍、铷、铯达到了伴生含量要求。

（2）矿石中的含锂矿物主要为锂辉石，其次为含锂白云母。钽铌矿物绝大部分为铌钽铁矿（主要为铌锰矿和钽锰矿）。其他矿物主要为石英，其次为钠长石、钾长石，另有少量的高岭石、方解石、磷灰石、锂磷铝石、锂电气石、锂绿泥石、赤铁矿、磁铁矿、磷铁锰矿、绿柱石等。其中锂和钽铌都以独立矿物的形式存在，可以单独生产锂精矿和钽铌精矿，铍主要赋存在绿柱石中；铷、铯主要赋存在白云母和长石中。

（3）南阳山地区不同花岗伟晶岩可划分为四个矿化类型：（Ⅰ）黑电气石微斜长石型，（Ⅱ）含黑电气石钠长石型，（Ⅲ）白云母锂辉石钠长石型，（Ⅳ）锂云母钠长石型；依次对应的矿石工业类型为非矿化型、含铌钽稀有金属矿石、含锂铌钽铷铯稀有金属矿石、含锂铌钽铍铷铯稀有金属矿石。