江西九岭南缘古阳寨地区铍矿化伟晶岩独居石U-Pb定年及其地质意义

徐 喆, 张福神, 张芳荣, 张 勇, 周 渝,徐 进, 黄成伟, 贺 彬, 龙立学

(1.东华理工大学 核资源与环境国家重点实验室,江西 南昌 330013;2.江西省地质调查勘查院 基础地质调查所,江西 南昌 330030)

铍是一种重要的金属元素,是卫星通信和航空航天等领域不可或缺的材料(毛景文等,2019;翟明国等,2019)。目前,世界上开采利用的铍矿物主要有绿柱石和羟硅铍石(李建康等,2017)。铍矿是重要的关键矿产,花岗伟晶岩型是重要的铍矿床类型,世界一半以上的铍矿物来自该类型矿床,且铍常与锂等稀有金属共生(文春华,2017;秦克章等,2019,2021a,2021b;胡军亮等,2020;徐兴旺等,2020;谭克彬,2021;余勇等,2022)。中国的铍资源主要分布在阿尔泰、川西、华南等铍成矿带(李建康等,2017)。幕阜山地区地处湘鄂赣三省交界处,位于江南造山带中段的幕阜山—九岭构造岩浆带,属华南铍成矿带。近年来,幕阜山地区在伟晶岩型锂铍铌钽矿取得了重大找矿突破,发现传梓源(锂铌钽矿)、仁里(钽铌矿)和虎形山(钨铍矿)等大型稀有金属矿床(李鹏等,2017,2020;刘翔等,2018;石威科等,2020)。

九岭南缘位于幕阜山地区南侧,近年来该地区低品位蚀变花岗岩型锂矿取得重大找矿突破,发现了大港特大型和白水洞、茜坑大型锂矿床(吴学敏等,2016;李仁泽等,2020;聂晓亮等,2022)。区域内还分布党田大型花岗细晶岩型锂铌钽矿(吴学敏等,2016)以及众多花岗伟晶岩型铍矿点,共同组成了一个稀有金属矿田。前人对该地区蚀变花岗岩型锂矿成矿地质条件、成矿岩浆岩、成矿作用、矿石物质组成、成岩成矿时代等方面开展了研究(周建廷等, 2011;吴学敏等,2016;王迪,2017;王成辉等,2019;Xie et al.,2019;李仁泽等,2020;聂晓亮等,2022),取得了较为丰硕的成果,但对该地区铍矿化伟晶岩形成时代缺乏精确厘定,一定程度上制约了区域找矿突破。笔者通过野外地质调查,初步了解了九岭南缘古阳寨地区花岗伟晶岩地质特征,选取了规模较大的藏龙洞铍矿化伟晶岩脉为研究对象,通过LA-ICP-MS测定独居石U-Pb年龄,精确厘定铍矿化伟晶岩形成时代,为了解区域稀有金属成矿规律,指导下一步找矿勘查工作提供参考。

1 地质概况

九岭南缘古阳寨地区位于江西省西北部,处于扬子地块和华夏地块之间的江南造山带中段(图1a),属于江南东段成矿带九岭钨钼锡铜金多金属萤石高岭土成矿亚带。区域上出露地层主要为新元古代青白口系宜丰岩组和安乐林组。研究区内岩浆活动强烈,主要发育晋宁期花岗岩和燕山期花岗岩。

晋宁期花岗岩为一复式岩基,呈北东东向展布,出露面积约3 680 km2(图1b)。其分为两个阶段:第一阶段代表性岩体为九岭岩体,呈岩基、岩株状产出,岩性有英云闪长岩、花岗闪长岩和二长花岗岩,形成时代为835.6～817.0 Ma,属新元古代(钟玉芳等,2005;段政等,2017,2019;孙克克等,2017;张福神等,2020;张志辉等,2021);第二阶段代表性岩体为石花尖、九仙汤、北坑等岩体,主要由细粒黑云母英云闪长岩、花岗闪长岩和二长花岗岩组成,形成于824.3～814.2 Ma(王迪,2017)。

燕山期花岗岩主要分布于潭山—上富地区,主要由中细-中粗粒斑状二云母二长花岗岩、中细粒含斑(少斑)二云母二长花岗岩、细粒二云母二长花岗岩和中细粒白云母二长花岗岩构成,对应的代表性岩体分别为甘坊岩体、古阳寨岩体、武堂岩体、白水洞岩体。整体上,燕山期花岗岩呈近东西向分布,出露面积为316 km2(图1b)。

此外,区域内还发育有细晶岩、霏细岩、伟晶岩等酸性岩脉,与锂铍等稀有金属矿化密切。其中,铍矿化伟晶岩主要见于古阳寨地区。研究区断裂呈东西向、北东向和北西向,其中东西向断裂形成时间较早,北东向稍晚,分布最为广泛,具长期性与多期次活动的特征,两者也是燕山期花岗岩体的控岩断裂。北西向断裂形成最晚,切割早期形成的北东向和近东西向断裂。

2 伟晶岩地质特征

古阳寨地区的伟晶岩脉主要分布于九岭南缘宜丰县潭山镇至同安乡一带,西起东庄,东至茜槽约4 km2范围内,出露伟晶岩脉30余条。伟晶岩主要为灰白色、浅肉红色,形态上主要呈脉状、不规则状、透镜体状,变化大,常见分叉复合现象,接触边界清晰(图2a)。伟晶岩脉主要为NE、NNE和NW走向,倾向北西或南东,倾角较缓,为15°～25°,规模大小不等,长度一般为10～ 20 m,宽度一般为30 ～ 100 cm,局部规模较大者长度大于 100 m,宽度大于10 m。对古阳寨地区出露的部分矿化伟晶岩刻槽取样分析,获得 Li2O含量为0.08%～0.12%, BeO 含量为0.05%～0.13%,Rb2O含量为0.08%～0.14%(1)张福神, 徐进, 贺彬, 等, 2021. 江西省九岭地区和雩山地区稀有金属矿产资源调查评价成果报告[R].江西省地质调查研究院:15-122.。伟晶岩矿物主要为钾长石(55%～65%)、石英(25%～35%)和白云母(3%～5%)等。钾长石呈肉红色、白色,自形-半自形粒柱状,粒径为1～6 cm,部分已高岭土化。石英呈它形粒状,粒径为1.0～3.5 cm。白云母呈自形片状,片径为0.3～3.0 cm。

图2 伟晶岩岩石学特征Fig.2 Petrological characteristics of pegmatites

伟晶岩脉的围岩为灰色、灰白色中细粒含斑二云母二长花岗岩,岩石具似斑状结构,块状构造。主要矿物为钾长石(25%～30%)、斜长石(30%～35%)、石英(25%～30%)、白云母(6%左右)和黑云母(4%左右),副矿物有锆石、磷灰石、榍石等。其中,钾长石为半自形-自形板柱状,主要为条纹长石,次为正长石,普遍高岭石化,大小为1～10 mm,其中粒径大于5 mm者为似斑晶,似斑晶含量小于5%。斜长石呈半自形板状,镜下见聚片双晶、卡钠复合双晶等,主要为更长石,次为中长石。石英呈它形粒状,粒径为1.5～2.5 mm。

前人已在古阳寨地区发现藏龙洞、黄沙铍铷矿点、潭山乡杨毛洞铍矿点等多处伟晶岩矿(化)点,铍矿物主要为绿柱石。其中,黄沙铍铷矿点还含有铌钽铁矿,伴生矿物有钙铀云母、锂云母、铜铀云母。宜丰县潭山镇茜槽村一带的伟晶岩脉规模最大,出露两期伟晶岩。早期伟晶岩脉与岩体间发育细粒边,呈渐变过渡,晚期伟晶岩沿裂隙贯入,脉体平直,铍矿化主要与晚期伟晶岩脉相关。藏龙洞伟晶岩脉延伸长度大于100 m,宽度大于10 m,走向北北东,倾向北西西,从外到内大致可分为边缘带、外部带和中间带,各分带之间渐变过渡,未见明显界线。

边缘带(图2b):宽度为0.6 m,岩石呈细粒伟晶结构,具文象结构,矿物粒径大小为0.8～2.0 mm,主要矿物有钾长石(55%)、石英(35%)及云母(8%)等。钾长石呈灰白色、白色,自形、半自形,不透明,部分有高龄土化,钠长石化。石英呈烟灰色,半透明,它形粒状。云母有黑云母及少量白云母。伟晶岩与围岩接触面平直,接触面产状为310°∠30°。

外部带(图2c):宽度为1.0～1.2 m,岩石呈中粒-粗中、巨粒结构、文象结构,矿物颗粒大小为2～8 cm,矿物组成有长石(主要为钾长石,含量约60%)、石英(30%)及云母(5%～8%,图2d)。其中钾长石呈灰白色,板柱状。石英呈烟灰色,它形粒状。云母集合体呈板片状,主要为黑云母,片径达6～15 mm。

中间带(图2e):宽度为2～3 m,矿物主要为粗粒-巨晶的长石(65%)、石英(30%)和云母(5%)等,矿物粒度大小以10～30 cm为主,少量长石、石英晶体达40～50 cm。长石呈乳白色,自形,内部包裹石英颗粒(粒径大小为2～5 mm,图2f),局部也镶嵌有黑云母。

对藏龙洞伟晶岩进行了系统刻槽取样并测试,获得BeO含量为0.002%～0.099%,Rb2O含量为0.005%～0.098%①。整体上铍含量偏低,因绿柱石易肉眼识别,露头上绿柱石已基本被采捡一空,在地表碎石堆中偶见绿柱石晶体(图2g,h,i)。

3 样品采集与分析方法

本次研究主要采集了古阳寨地区藏龙洞铍矿化伟晶岩脉外部带中长石石英云母伟晶岩样品。独居石单矿物挑选工作由北京锆年领航科技有限公司完成。独居石U-Pb定年在东华理工大学核资源与环境国家重点实验室LA-ICP-MS仪器上完成,所采用的激光剥蚀系统为Coherent公司生产的GeoLasHD 193 nm准分子激光器,电感耦合等离子体质谱仪为安捷伦公司生产的7900 ICP-MS。测试过程中采用氦气为载气,氩气为补偿气,两者通过一个T型玻璃接口混合进入质谱仪,T型玻璃接口与激光剥蚀系统之间配置信号平滑装置(Hu et al., 2015),以得到平滑的分析信号。激光剥蚀频率和束斑分布为3 Hz和16 μm,激光能量密度为3 J/cm2,以国际独居石标样TS-Mnz(Budzyń et al., 2021)为外标校正分析过程中U-Pb同位素分馏,以国际独居石标样Bananeira(Gonçalves et al., 2016)监控分析质量,以玻璃标准物质NIST610作外标校正微量元素分馏。每个分析数据点包括大约20 s背景信号和40 s样品剥蚀信号的采集,对分析数据的离线处理(包括样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年龄计算)采用软件ICPMSDataCal 11.0 (Liu et al., 2008,2010)完成。样品的U-Pb年龄谐和图绘制和年龄加权平均计算采用Isoplot 4.15完成。

4 分析结果

伟晶岩样品(22CLD1)独居石主要呈透明状,部分呈浅黄色,为半自形-自形短柱状、部分呈粒状,大小为50～360 μm,长宽比为1∶1～3∶1。背散射(BSE)图像中独居石内部结构均匀,部分颗粒有裂隙,个别有孔洞,部分边部存在熔蚀现象,呈港湾状结构,独居石颗粒整体成分均匀,无明显环带(图3)。伟晶岩独居石U-Pb同位素测定结果见表1。对24颗独居石进行U-Pb同位素测年共获得24个有效点,206Pb/238U年龄值均分布于谐和曲线上或附近,故优先选取206Pb/238U加权平均年龄(138.57±0.78) Ma(MSWD=0.64,n=24;图4)。

图3 古阳寨地区铍矿化伟晶岩中独居石背散射图像Fig.3 Backscattered electron (BSE) images of monazites in beryllium mineralized pegmatites in the Guyangzhai area

图4 古阳寨地区铍矿化伟晶岩独居石U-Pb谐和图(a)和加权平均年龄图(b)Fig.4 Monazite U-Pb concordia diagram(a) and weighted average age diagram(b) of beryllium mineralized pegmatites in the Guyangzhai area

5 讨论

5.1 伟晶岩的形成时代

独居石是中酸性花岗岩及伟晶岩中常见的副矿物,也是稀土元素的重要赋存矿物。独居石U-Th-Pb体系封闭温度约700 ℃(Parrish,1990;Suzuki et al.,1994),矿物中Th、U含量高,普通铅含量较低,对高分异花岗岩、伟晶岩的测年可以获得较好的结果(万渝生等,2004;Williams et al.,2007;叶海敏等,2016;吴黎光等,2020;张雅等,2021;蒋少涌等,2021;吴浩然等,2022)。前人研究表明,伟晶岩的独居石年龄可以代表伟晶岩脉的成岩和成矿时代(黄勇等,2019;蒋少涌等,2021;王威等,2021;赵俊兴等,2021;武勇等,2022)。本次获得的铍矿化伟晶岩脉独居石U-Pb年龄为(138.57±0.78) Ma,表明九岭南缘古阳寨地区铍矿化伟晶岩成岩成矿时代属早白垩世。

九岭南缘古阳寨地区发育的铍矿化伟晶岩脉,侵入于古阳寨中细粒含斑二云母二长花岗岩体内部,年龄为(138.57±0.78) Ma,成岩时代略晚于古阳寨岩体中细粒含斑二云母二长花岗岩LA-ICP-MS 锆石U-Pb年龄(147.0±2.0) Ma、(146.0±1.2) Ma(Wang et al.,2017)。这种与寄主岩体空间、时间紧密共生的伟晶岩,符合岩浆结晶分异成因的特征(蒋少涌等,2021),应为寄主岩体——古阳寨岩体二云母二长花岗岩结晶分异而成。

5.2 对区域找矿的启示

古阳寨地区二云母二长花岗岩体内部发现了数量众多的铍矿化伟晶岩脉,为九岭南缘寻找伟晶岩型铍矿提供了重要线索。铍矿化伟晶岩形成时代的精确厘定对认识区域成矿规律和指导该区域找矿勘查部署具有重要意义。研究表明,古阳寨岩体内部和外接触带0～5 km范围内具有寻找伟晶岩型铍矿的潜力,建议在下一步的找矿勘查活动中予以重视。

6 结论

(1)九岭南缘古阳寨地区发育铍矿化伟晶岩脉, 侵入于九岭南缘燕山期古阳寨中细粒含斑二云母二长花岗岩体内部,含铍矿物为绿柱石。

(2)测定九岭南缘铍矿化伟晶岩脉中独居石LA-ICP-MS U-Pb年龄为(138.57±0.78) Ma,代表九岭南缘铍矿化伟晶岩成岩成矿时代属早白垩世。

(3)九岭南缘铍矿化伟晶岩与该区域分布的燕山期古阳寨岩体二云母二长花岗岩具有密切的时空联系和成因关系,推测铍矿化伟晶岩为二云母二长花岗岩结晶分异而成。古阳寨岩体内部和外接触带0～5 km范围内具有良好的伟晶岩型铍矿的找矿潜力。

致谢:感谢东华理工大学潘家永教授在野外调查和论文编写过程中给予的指导,感谢孙超完成本文部分插图的绘制!衷心感谢审稿专家和编辑老师的悉心指导和辛勤付出!