川西甲基卡区域伟晶岩分异演化及锂成矿过程：来自白云母矿物学的约束.pdf

书书书 （）：岩石学报 ：韩志辉，熊欣，李建康等 川西甲基卡区域伟晶岩分异演化及锂成矿过程：来自白云母矿物学的约束 岩石学报，（）：，：川西甲基卡区域伟晶岩分异演化及锂成矿过程：来自白云母矿物学的约束韩志辉，熊欣 李建康严清高姜鹏飞，自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室，中国地质科学院矿产资源研究所，北京 中国地质大学，北京 昆明理工大学，昆明 ，收稿，改回 ，（）：，：，（），（），（），（）（）（），：，（）；摘要甲基卡位于松潘 甘孜造山带内，为我国超大型伟晶岩型锂矿床之一，具有较大的经济价值。甲基卡伟晶岩在空间上具有良好的分带，以二云母花岗岩为中心，向外依次为微斜长石伟晶岩带（带）微斜长石 钠长石伟晶岩带（带）钠长石伟晶岩带（带）锂辉石伟晶岩带（带）白云母伟晶岩带（带）。为了研究甲基卡区域伟晶岩脉空间演化和稀有金属富集规律，本文对各分带伟晶岩的白云母进行了主量、微量元素研究。根据矿物内部结构和化学成分，区域伟晶岩存在两阶段演化：早阶段在带至带形成均一结构的原生白云母；晚阶段带形成具有成分分带的白云母，二者在成分上 、本文受国家自然科学基金重点项目（）、面上项目（）和国家重点研发计划项目（）联合资助 第一作者简介：韩志辉，男，年生，博士生，矿床学专业，：通讯作者：熊欣，女，年生，副研究员，主要从事稀有金属矿床研究，：、含量和 、比值呈现明显差异，表明演化程度明显加大，流体组分比例升高，表明体系由以熔体为主的阶段进入以熔流体为主相对不稳定的阶段。从带至带，原生白云母的 、比值降低有限，微量元素 、含量总体略微升高，表明甲基卡区域伟晶岩脉经历了中等程度的结晶分异演化。带云母的主微量成分呈振荡变化，该现象主要受熔体不混溶过程的控制。总体上，原生白云母均有具有高 、含量的特征，表明初始熔体极具成矿潜力。白云母中 比值小于等于 或 含量大于等于 可以作为评价 （）伟晶岩发生锂辉石矿化的指标。关键词伟晶岩；白云母；化学成分；区域分带；甲基卡；结晶分异程度中图法分类号 ；随着近年来全球锂资源需求大幅度增加，伟晶岩型矿床作为锂资源的重要来源，其矿床成因及找矿勘探研究具有重要的经济意义（，；李建康等，；王登红等，）。伟晶岩往往具有一定的分带性，具体可以表现为：（）单个伟晶岩脉的矿物组分和结构变化的内部分带；（）区域上距离花岗岩存在化学分馏和矿物分带的伟晶岩脉（，）。区域伟晶岩分带通常被认为是初始伟晶岩岩浆结晶分异控制的结果（，）。白云母是伟晶岩中常见的造岩矿物之一，它往往贯穿于区域伟晶岩的各个分带内。它的矿物结构和化学成分如 、比值对结晶介质化学条件反应灵敏，通常可以示踪伟晶岩空间分带分异演化关系（，；，；，；，；，；，）。同时，白云母可以赋存多种稀有金属元素（、等），往往可作为评价锂辉石矿化乃至锂矿化潜力的重要指标（，；，）。松潘 甘孜造山带内发育甲基卡、可尔因、扎乌龙等超大型、大型伟晶岩型稀有金属矿床，是我国重要的锂铍铌钽成矿带（李建康等，；熊欣等，）。其中，甲基卡是松潘 甘孜造山带内的典型超大型伟晶岩型锂矿床之一，具有规模大、共 伴生矿产多（、）、找矿潜力好的特征。甲基卡内围绕二云母花岗岩体发育近 条伟晶岩脉，在空间上呈现良好的区域分带。然而，前人对甲基卡的研究工作主要局限于单条锂辉石伟晶岩脉的年代学（，；，；，）、同位素地球化学（，；，）、矿物学（，；，）和流体包裹体（，；熊欣等，）研究，缺乏区域伟晶岩脉系统的矿物学证据。因此，本文选取原生白云母为研究对象，研究其在甲基卡区域伟晶岩脉的矿物结构和成分演化特征，以查明甲基卡区域伟晶岩的演化过程与分异演化程度。在此基础上，与其他典型伟晶岩型锂矿床对比，揭示甲基卡锂矿床的成矿条件和成矿潜力。区域地质背景松潘 甘孜造山带沿青藏高原北部绵延 ，向西延伸至新疆西昆仑地区，东部主体位于四川省，整体夹持于东昆仑 阿尼玛卿造山缝合带、金沙江 哀牢山缝合带和东部的龙门山断裂带之间，呈现出独特的东西向延伸、东宽西窄的“倒三角”状几何形态（图 ）。其形成于中 晚三叠世古特提斯洋闭合，北部的东昆仑 阿尼玛卿缝合带和南部的金沙江 哀牢山缝合带的俯冲背景下（，）。区域地层主要由零星分布在东部地区的新元古代 古生代变质结晶基底、三叠纪西康群巨厚复理石沉积建造和少量第四系组成。三叠纪西康群为一套三叠纪古特提斯洋闭合过程中的浊积岩组成（，），厚度约 ，主体岩性为砂板岩、板岩、千枚岩以及变质砂岩等，其中的黏土矿物和白云母是该套地层的主要载锂矿物（李建康等，）。由于柴达木地块、羌塘地块和扬子地块的汇聚作用，松潘 甘孜造山带在晚三叠世至早侏罗世期间经历了广泛的变质变形作用，形成了大量北西和北西西向近直立褶皱构造和北东向走滑断裂构造。区内岩浆岩主要为形成于 期间的不同成因的长英质侵入岩，与伟晶岩矿化相关的通常为 型花岗岩。受大规模岩浆作用的影响，在侵入体周围常形成具中高温、中低压巴罗式变质分带特征的变质穹隆，代表的有甲基卡、马尔康、雅江等。区域伟晶岩常与二云母或白云母花岗岩紧密共生，多呈脉状产于花岗岩体内外接触带，从而形成具伟晶岩区域分带的花岗 伟晶岩系统（李建康等，）。矿床地质特征甲基卡稀有金属伟晶岩矿床位于青藏高原东缘四川省甘孜州境内，大地构造位置处于松潘 甘孜造山带中部的雅江褶皱逆冲 推覆带，平均海拔约 ，矿区面积接近 （图 ）。矿区出露地层主要为三叠纪西康群的侏倭组、新都桥组和少量第四系。侏倭组主要分布在矿区西北部，岩性以钙质细砂岩、钙质粉砂岩和泥质粉砂岩为主。新都桥组主要分布在矿区中南部，是矿区内分布面积最广的地层，岩性以泥质粉砂岩和粉砂质泥岩。矿区内地层受岩体侵位热源影响，以二云母花岗岩为中心形成了一套巴罗式热接触变质带，向外发育十字石、十字石 红柱石、红柱石和黑云母变质带，变质程度向外逐渐递减。甲基卡复式背斜控制了矿区花岗岩和伟晶岩的展布，近南北向的背斜轴部控制了二云母花岗岩的侵位和产出，而背斜轴附近的纵向张裂隙和两翼的共轭扭裂群控制了伟晶岩脉的产出（图 ）。岩石学报 ，（）：图 甲基伟晶岩型矿床大地构造位置（）和矿床地质简图（）（据 ，修改）二云母花岗岩；微斜长石型伟晶岩；微斜长石 钠长石型伟晶岩；钠长石型伟晶岩；锂辉石型伟晶岩；白（锂）云母型伟晶岩；伟晶岩脉编号；类型分带线；类型分带编号：微斜长石带；微斜长石 钠长石带；钠长石带；锂辉石带；白（锂）云母带；采样位置 （）（）（，）；（）；：；（）；二云母花岗岩是矿区内唯一出露的花岗质岩体，出露面积约 ，呈镰刀状分布在矿区中南部，形成时代为晚三叠世（锆石 年龄为 ；郝雪峰等，）。二云母花岗岩呈灰白色，中细粒结构，块状构造，局部见电气石团簇，野外可见局部分异出伟晶岩脉（图 ）。矿区内伟晶岩脉极其发育，地表出露面积大于 的脉体已超过 余条，整体环绕二云母花岗岩呈环状发育。地质年代学结果显示伟晶岩铌钽铁矿 年龄为 （，；郝雪峰等，；，）。伟晶岩脉大多侵位于三叠纪变质沉积地层中，少部分位于岩体顶部，与岩体接触部分见有似伟晶岩壳，产状多样，主要为似层状、透镜状、分支复合状和脉状产出。伟晶岩的造岩矿物主要为微斜长石、钠长石、石英和白云母。稀有金属矿物包括绿柱石、铌钽铁矿和锂辉石，其中锂辉石呈微晶毛发状、细晶粒状以及韩志辉等：川西甲基卡区域伟晶岩分异演化及锂成矿过程：来自白云母矿物学的约束图 甲基卡区域伟晶岩样品代表性手标本照片 电气石；微斜长石；白云母；绿柱石；石榴石；锂辉石 ；中粗粒梳状结构。副矿物有磷灰石、石榴石、电气石、锡石、锆石和黄玉等。除少数脉体外，出露在地表的伟晶岩脉体内部结构分带大多缺失或不完整，但根据其矿物组成伟晶岩在空间上呈现出良好的分带性，自岩体向外可大致分为（表）：微斜长石伟晶岩带（）、微斜长石 钠长石型伟晶岩带（）、钠长石型伟晶岩带（）、锂辉石型伟晶岩带（）和白（锂）云母型伟晶岩带（）。带主要产于二云母花岗岩体内，最远距离约 ，主要由微斜长石、钠长石、石英、白云母组成（图 ）。带多距母岩体 ，主要由微斜长石、钠长石、石英、白云母和绿柱石组成，是绿柱石产出最主要的伟晶岩类型（图 ）。带距母岩 ，主要由微斜长石、钠长石、石英、白云母、绿柱石和锂辉石组成，和 矿化达到工业品位（图 ）。带距母岩 ，主要由钠长石、锂辉石、石英和白云母组成，副矿物见有磷灰石、铌铁矿、绿柱石，偶见锰铝榴石，为锂矿化的主要伟晶岩类型（图 ，）。带距母岩 ，主要由石英、白云母和钠长石组成（图 ，）。在空间上，稀有成矿元素由中心向外，呈现出 （型至型）（型）（型）（型）的分带特征。样品采集及分析方法本次研究以甲基卡区域伟晶岩为研究对象，选取代表性伟晶岩脉系统取样即带（号伟晶岩脉）、带（号、号伟晶岩脉）、带（、号伟晶岩脉）、带（、号伟晶岩脉）和带（号伟晶岩脉）（图 ）。在此基础上，选取代表性手标本制成薄片，结合显微镜和背散射图像特征，选择具有不同的产状和结构原生白云母矿物进行原 岩石学报 ，（）：图 甲基卡区域伟晶岩背散射图像 钠长石；石英；磷灰石；铌铁矿；黄玉；锡石 ；表 甲基卡区域伟晶岩脉类型划分标准和主要矿物组成 伟晶岩类型微斜长石型微斜长石 钠长石型钠长石型锂辉石型白（锂）云母型定量指标微斜长石 微斜长石 ，钠长石 钠长石 锂辉石 白云母 或锂云母 主要矿物（）微斜长石 钠长石 石英 白云母 锂辉石 特征碱性元素、位主、微量元素分析测试。白云母主量元素分析和背散射图像拍摄在中国地质科学院矿产资源所电子探针实验室完成，测试仪器为日本电子 场发射电子探针。电子探针实验测试条件为加速电压 ，束流 ，束斑直径为 。样品采用天然矿物或合成金属氧化物国家标准，包括有石英（）、斜长石（）、硬玉（）、赤铁矿（）、金红石（）、氧化锰（）、镁橄榄石（）、磷灰石（）、钾长石（）、金云母（）和石盐（）。和 元素的特征峰的测定时间为 ，其他元素为 。所有数据由 程序校正，大多数元素检出限为 。云母类矿物晶体化学式中的 和 分别依据 （，）和 （）公式进行计算。以每个单位晶胞 个氧原子计算为标准。白云母微量元素原位 分析测试分析在中国地质科学院国家地质实验测试中心完成。实验采用美国应用光谱公司 激光剥蚀系统与德国 电感耦合等离子质谱仪联机完成。实验条件为激光剥蚀斑直径为 ，输出频率为 ，能量密度 。空白背景值和信号采集时间分别设置为 和 。硅酸盐标准样品为 和 ，每分析 个样品点后测试 组标准样品以监控仪器状态。数据处理采用 软件完成（，）。分析结果 矿物结构甲基卡区域伟晶岩脉白云母大多呈自形 半自形，与钠长石、微斜长石、绿柱石、锂辉石等共生（图 ）。带伟晶岩脉内，白云母背散射图像均呈现下均一结构的特征（图 ），韩志辉等：川西甲基卡区域伟晶岩分异演化及锂成矿过程：来自白云母矿物学的约束表 甲基卡区域伟晶岩中白云母的电子探针分析结果（）（）样品性质微斜长石伟晶岩微斜长石钠长石伟晶岩钠长石伟晶岩锂辉石伟晶岩白（锂）云母伟晶岩测试数量 ，注：为计算值未观察到明显的蚀变现象。带伟晶岩脉内，白云母背散射图像呈现均一结构（图 ）和成分分带（图 ）两种结构特征。成分分带的白云母表现为核部相对较亮，富 、的特征，平均含量分别为 和 ，而相对较暗的部分平均 含量为 ，含量则低于检测限。主量元素特征甲基卡各分带伟晶岩白云母主量元素测试结果和结构图 甲基卡区域伟晶岩白云母 与 判别图解（据 ，）（，）式平均值数据见表 ，完整数据参考电子版附表 。白云母主量元素主要包括 、和 。至带内云母在（）（）分类图解内均属于白云母范围（图 ）。各分带伟晶岩的白云母主量元素的替代机制均主要包括 （为 ）（图 ）和 （图 ），这是由于 取代八面体位置上的 ，从而也导致了四面体位置上的 和 的补偿取代所导致。至带伟晶岩脉白云母 （）、（）和 （）含量接近。带 内 成 分 环 带 的 白 云 母 呈 现 （）、（）含 量 增 高 和 （）的特征。微量元素特征白云母微量元素测试分析数据范围见表 ，完整数据参照电子版附表 。大部分稀土元素如 、等均低于检测限。微量元素主要包括 、和 。含量呈现由至带（、）逐渐增高，带（）和带（）略微降低的特征。在各个分带伟晶岩之间变化不大。由带至带，白云母呈现出 、和 、呈上升，然而至带则发生明显的下降的特征（图 ）。然而，由带至带，含量呈现持续增加的特征（图 ），范围分别为 、。总体上白云母 比值呈现相对下降的趋势，范围为 、。岩石学报 ，（）：图 甲基卡伟晶岩白云母替代机制图解 表 甲基卡区域伟晶岩中白云母的 测试结果（）（）样品性质微斜长石伟晶岩微斜长石钠长石伟晶岩钠长石伟晶岩锂辉石伟晶岩白（锂）云母伟晶岩 讨论 区域伟晶岩脉的两阶段演化甲基卡区域伟晶岩脉（带）均发育均一结构的原生白云母，呈自形状与伟晶岩的主要造岩矿物如微斜长石、钠长石、锂辉石等共生。由带至带，它们呈现 、含量逐渐升高，和 比值逐渐降低的特征（图 ，），不相容元素 、和 等含量逐渐增加的特征，这表明结晶分离是控制甲基卡 带白云母矿物成分演化最主要的控制因素，即 带均一结构的原生白云母为岩浆阶段的产物。然而，明显不同于 带，带内白云母矿物呈现成分分带的特征，化学组分发生明显变化，即呈现出 含量明韩志辉等：川西甲基卡区域伟晶岩分异演化及锂成矿过程：来自白云母矿物学的约束图 甲基卡伟晶岩白云母代表性微量元素箱线图上下横线分别代表最大值和最小值，矩形上下边缘为第一四分位数和第三四分位数，黑色圆圈代表平均值 ，显增高，、和 等明显降低的特征（图）。白云母这种矿物结构和化学组分的变化，可能受到：（）外界熔体或流体的注入；（）竞争矿物结晶导致体系组分不平衡；和（）体系中熔体发生不混溶导致使得体系组分发生改变，进而导致同种矿物含量发生变化（周起凤等，）。考虑到甲基卡伟晶岩结晶过程中无明显外来物质的加入且围岩蚀变有限（，），因此，排除外界熔体或流体的注入导致各结构带云母振荡变化的可能性。同时，竞争矿物通常仅仅影响尺度较小的同一矿物颗粒主微量成分的变化，但不是带伟晶岩脉整体的白云母微量成分变化。因此，熔体不混溶是控制带内云母主微量组分振荡变化的主要机制，表明体系已由以熔体为主的阶段进入以熔流体为主相对不稳定的阶段。类似的结构现象在新疆可可托海（周起凤等，）和赣西狮子岭（刘泽等，）等地已有报道，它们是液相不混溶而形成的成分分带（周起凤等，）。上述表明，甲基卡区域伟晶岩脉发生了两阶段演化，带为岩浆结晶分异主导的岩浆阶段，而带为流体出溶主导的岩浆 热液过渡阶段。区域伟晶岩分异演化程度与锂矿化的潜在标志甲基卡早期伟晶岩脉白云母 含量为 岩石学报 ，（）：图 甲基卡区域伟晶岩脉白云母矿物 （）和 （）散点图 （）（）图 甲基卡伟晶岩与其他 伟晶岩白云母 演化图解 ：仁里伟晶岩（，）；：可可托海 号伟晶岩脉（周起凤等，）；：加拿大 伟晶岩（，）；：西班牙 伟晶岩（，）；：加拿大 伟晶岩（，）；：加拿大 伟晶岩（加拿大矿物学会数据库未发布数据）：，（，）；：，；：，；：，（，）；：，（，）；：，（，），它已经达到大部分富锂伟晶岩脉的 的矿化含量下限，如美国 锂辉石伟晶岩（；，），表明甲基卡伟晶岩熔体锂含量较高。同时，甲基卡早期伟晶岩脉中白云母中 的浓度为 ，所有伟晶岩中的平均值为 ，高于幕阜山地区伟晶岩（；，）和爱尔兰 伟晶岩（；，）。同时考虑到在至带内伟晶岩内发育电气石，表明初始熔体内极富 。因此，甲基卡伟晶岩初始熔体具有极高的挥发分如 和 ，就位时即是富集稀有金属的伟晶岩熔体。这与前人在甲基卡早期伟晶岩脉中实测熔体包裹体 含量超过了 的现象相符（，），表明初始熔体远高于 成矿的预富集条件（；，）。白云母矿物的微量元素含量（如 、）及特定比值（如 、）往往被用于反映伟晶岩的演化趋势和分异演化程度，即伴随演化程度加大，云母 、含量升高，、比值降低（，；，；，；，；，）。考虑到甲基卡区域伟晶岩脉各结构带（带）原生白云母 比值（）和 含量（）变化范围中等（图 ），远低于高分异程度的加拿大 矿床即 比值接近 ，含量 （图）。总体上，在 散点图内（图 ），甲基卡区域伟晶岩脉分异程度远不及其他高分异锂辉石伟晶岩，如仁里（，）、可可托海 号脉（周起凤等，）、加拿大 伟晶岩（，）、西班牙 伟晶岩（，）、加拿大 伟晶岩（，）和加拿大 伟晶岩（加拿大矿物学会数据库未发布数据）。同时，矿床内无细晶石、重钽铁矿和铯榴石等高演化矿物产出（，），表明了甲基卡区域伟晶岩脉仅经历了中等程度的结晶分异就形成锂矿床。因此，白云母 与 的关系，往往可以作为指示岩浆分异演化程度的潜在指示标志。本次统计国内外典型锂辉石型伟晶岩白云母 和 数据，总结了锂辉石伟晶岩脉 含量和 分馏指数之间的关系，从而评估潜在的锂矿化（图 ）。和 散点图表明，锂辉石型伟晶岩脉白云母 比值一般低于 ，明显低于深熔成因伟晶岩的白云母 （，）。锂辉石伟晶岩脉主要经历了中等或高等程度的岩浆演化过程。的含量尽管在含 和贫 伟晶岩中的分布有一定的重叠，但在 以下的白云母寄主伟晶岩一韩志辉等：川西甲基卡区域伟晶岩分异演化及锂成矿过程：来自白云母矿物学的约束般贫 ，而高于 的情况下则很可能伴随 矿化的出现。可以作为区分含 伟晶岩和贫 伟晶岩的参考值，低于这一比值的伟晶岩往往伴有不同程度锂矿化。结论本文通过对甲基卡矿床区域伟晶岩中白云母特征的精细分析，得出以下认识：（）甲基卡矿床区域伟晶岩脉发育两阶段演化，早阶段在 带内形成有均一结构的原生白云母，指示矿物演化受岩浆结晶分异控制；在带内形成具有成分分带的白云母，成分演化受结晶分异和液相不混溶共同控制，即岩浆 热液过渡阶段的产物。（）甲基卡矿床区域伟晶岩脉初始熔体挥发分（、）含量极高，伟晶岩岩浆就位时是高度分异演化的稀有金属伟晶岩岩浆。白云母中相对较低的 含量和 、比值，表明甲基卡岩浆就位后经历了中等程度的结晶分异。（）白云母中 含量和 比值可作为伟晶岩分异演化程度的潜在指示标志。当 含量 或 时，可以作为判断矿化形成锂辉石的地球化学指标。，（）：，（）：，（）：，：，：，（）：，（）：，（）：（），（）：，：，：，：，（），：，（）：，（）：，：，：，：，：，：，（），：，（）：，：，：，（）：（），：（），（）：，：，：，（）：，（）：（），：，（），：，：，岩石学报 ，（）：（，），：，（）：，：，：，：，（）：，：，（）：，（）：，（，），（）：，（）：（），：，（）：，：，（）：（），：，：，：，：，：，（）：（），：，：附中文参考文献郝雪峰，付小方，梁斌，袁蔺平，潘蒙，唐屹 川西甲基卡花岗岩和新三号矿脉的形成时代及意义矿床地质，（）：李建康，王登红，张德会，付小方 川西伟晶岩型矿床的形成机制及大陆动力学背景北京：原子能出版社，李建康，李鹏，严清高，刘强，熊欣 中国花岗伟晶岩的研究历程及发展态势地质学报，（）：李建康，李鹏，严清高，王登红，任广利，丁欣 松潘 甘孜 西昆仑花岗伟晶岩型稀有金属成矿带成矿规律中国科学（地球科学），（）：刘泽，陈振宇，王成辉 赣西北狮子岭花岗岩型锂 钽矿床的矿物学特征及成矿机制岩石学报，（）：王登红，代鸿章，刘善宝，李建康，王成辉，娄德波，杨岳清，李鹏 中国锂矿十年来勘查实践和理论研究的十个方面新进展新趋势地质力学学报，（）：熊欣，丁欣，李建康，李鹏，邓静仪，张珈铭 川西甲基卡花岗伟晶岩的锂铍成矿作用过程 来自 号脉流体包裹体的约束岩石学报，（）：周起凤，秦克章，唐冬梅，丁建刚，郭正林 阿尔泰可可托海号脉伟晶岩型稀有金属矿床云母和长石的矿物学研究及意义岩石学报，（）：韩志辉等：川西甲基卡区域伟晶岩分异演化及锂成矿过程：来自白云母矿物学的约束