安徽伏岭岩体富铷长石矿物学特征及其地质意义.pdf

2023 年 8 月Aug.,2023doi：10.3969/j.issn.1672-9943.2023.04.047安徽伏岭岩体富铷长石矿物学特征及其地质意义（1.安徽省勘查技术院，安徽 合肥 230031；2.合肥工业大学，安徽 合肥 230002）摘要 铷是稀有金属中重要的战略资源之一，主要富集在云母和长石中。为查明伏岭岩体铷的富集机制，同时为高分异花岗岩中铷的研究提供理论基础，选取伏岭岩体作为研究对象，在野外地质观察、薄片显微鉴定的基础上，对伏岭岩体富铷长石进行 LA-ICP-MS 原位分析工作，通过研究铷在碱性长石中的富集机制，认为伏岭岩体岩浆的分离结晶是铷主要的富集机制，岩浆演化晚期流体的参与是铷异常富集的重要因素，岩浆的分离结晶和晚期流体的相互作用共同导致了伏岭岩体铷的异常富集。寻找和开发长石类型的铷资源具有重要的意义，本次研究工作在查明安徽省铷资源这一方面具有一定的理论意义。关键词 富铷长石；LA-ICP-MS；高分异花岗岩；伏岭岩体中图分类号P588.1文献标识码B文章编号1672蛳 9943（2023）04蛳 0147蛳 030引言“三稀”属于国家“十二五”规划培育发展的战略型新兴产业，铷作为具有优秀物理、化学性能的稀有金属，被广泛应用于国防、高精尖科技领域。铷主要赋存在花岗岩和花岗伟晶岩中，占比高达 65%，我国已经查明的资源量约 195.8 万 t，其中硬岩型Rb2O 约 190.4 万 t，占全国 Rb2O 资源量的 97%咱1暂。虽然我国资源总量大，但大部分铷主要赋存在花岗岩中的天河石和铁锂云母中，与其他稀有金属元素相伴生，选矿和利用难度大。同时，由于开发利用率较低，寻找可利用开发的铷资源成为了迫在眉睫的工作。但铷一般与其他类型稀有金属共生，发生锂、铌钽矿化的稀有金属矿床也存在铷的矿化，这为找矿提供了方向。伏岭岩体作为皖南地区典型的高分异花岗岩体，前人研究主要集中在年龄咱2暂、岩石成因咱3暂方面，对于伏岭岩体矿物学方面和铷的富集机制方面研究较少。因此，开展伏岭高分异花岗岩体的矿物学研究，对认识高分异花岗岩及其铷富集机制具有重要的意义。1区域地质特征江南造山带位于中国大陆中南部，长江中下游南岸，在构造上位于扬子地块和华夏地块之间，主要由一套中、新元古代浅变质强烈变形的厚沉积-火山岩和同期侵入岩组成咱4暂。江南造山带发育下古生界和上古生界地层，包括四堡群、丹洲群、梵净山群、下江群、冷家溪群、板溪群、溪口群、历口群等等。该地层主要由灰黑色、黑色泥岩、结核状灰岩、条带状灰岩、硅质岩组成，发育毫米级水平层理，富含菊石等古生物化石。江南造山带在新元古代和中生代有大量的岩浆活动，形成了井谭组的英安岩、凝灰岩和双桥山组的火山碎屑凝灰岩等，侵入岩体包括旌、榔、刘村、姚村、杨溪和伏岭等花岗岩体。本研究区域位于江南造山带东段，在扬子板块东南方向，其伏岭岩体地质图如图 1 所示。图 1伏岭岩体地质图研究区基底地层为中元古代蓟县系-长城系和新元古代青白口系，前者主要出露上溪群，上溪群是由动力变质作用形成的一套板岩-千枚岩系，伏岭花岗岩脉花岗岩体寒武纪地层震旦纪地层上溪群侏罗纪地层第四纪沉积物能 源 技 术 与 管 理Energy Technology and Management2023 年第 48 卷第 4 期Vol.48 No.41472023 年 8 月Aug.,2023岩体最早盖层为上溪群西村组一段（Pt2X1）、西村组二段（Pt2X2）和西村组三段（Pt2X3），随后是井谭组，震旦纪的休宁组、雷公坞组、蓝田组和皮园村组，寒武纪的荷塘组、大陈岭组、杨柳岗组、华严寺组和西阳山组，侏罗纪的劳村组和黄尖组，徽州组有少量出露。伏岭岩体周围的许村、休宁等晋宁花岗闪长岩侵入上溪群，与休宁组呈角度不整合面接。2岩体特征伏岭岩体在平面上呈东北西南方向长条状分布，呈岩墙状，岩浆侵入关系明显，倾角为 40毅60毅。伏岭岩体主体岩性为中粗粒正长花岗岩、细粒正长花岗岩和似斑状正长花岗岩，具有高硅、富铝、富碱、富铷和低 Sr、Ba 等特点。通过 K-Ar 定年得出伏岭岩体年龄为 120 Ma，锆石 U-Pb 年龄在129.95133.9 Ma 之间，可以代表早白垩纪岩浆活动的时间。3富铷长石矿物学特征伏岭岩体不同阶段岩浆的分异演化导致在岩石样品粒度、矿物形态特征等方面都具有明显的不同，同时，人们根据不同形态的碱性长石可以反演不同的岩浆演化阶段。其中低演化阶段主要为中粗粒的正长花岗岩，高演化阶段主要为中细粒的正长花岗岩。低演化阶段的正长花岗岩石手标本为肉红色，块状构造，矿物颗粒粗大，斑晶主要为肉红色粗粒正长石。碱性长石呈半自形至它形，晶型粗大，主要类型为条纹长石，条纹明显，主晶为钾长石，客晶为钠长石，明暗相间，充填在石英和斜长石中间，相邻钾长石颗粒缝隙充填有细小颗粒石英，明显斜长石英结晶早于钾长石，石英结晶要晚于钾长石的结晶过程。中演化阶段的正长花岗岩手标本粒度较细，暗色矿物较多，主要由石英、斜长石、钾长石、云母等矿物组成，斜长石具有较为明显的蚀变。碱性长石主要呈半自形至它形，主要类型为条纹长石，主晶为钾长石，客晶较为不明显，充填在石英、斜长石、云母等矿物中间。高演化阶段的正长花岗岩手标本粒度较细，颜色为棕肉红色，斑晶主要为钾长石、斜长石和石英，暗色矿物主要为云母。碱性长石主要为正长石，呈半自形至它形，碱性长石和石英呈有规则的连生，石英在碱性长石中呈定向排列，并且同一碱性长石颗粒的石英嵌晶在正交偏光下同时消光，呈现显微文象结构，并且认为这种结构是由高温出溶的流体与结晶矿物相互作用产生的结果。4富铷长石地球化学特征本次研究采集了伏岭岩体不同单元的花岗岩样品，进行制作探针片，在合肥工业大学原位分析实验室对碱性长石进行了 LA-ICP-MS 主微量分析。本文根据岩体分异演化程度将岩体分为高演化阶段、中演化阶段和低演化阶段。伏岭岩体分异演化程度对主量元素并没有明显的影响，SiO2含量在 64.48%69.66%之间，平均含量为 67.36%；Al2O3含量在 13.28%19.26%之间，平均含量为 17.43%；CaO 含量在 0.01%3.24%之间，平均含量为 0.33%；Na2O 含量在 0.69%5.75%之间，平均含量为 1.75%；K2O 含量在 9.87%14.68%，平均含量为 12.32%。岩体的分异演化程度主要对碱性长石的微量元素有较大的影响，K/Rb、K/Cs 和 Rb/Sr 比值也一定程度上反映岩浆的分异演化过程。碱性长石是铷的典型赋存矿物，伏岭岩体中铷主要赋存在高演化阶段的碱性长石中，高演化阶段碱性长石中 Rb的含量在 947.6210-61 658.7410-6之间，平均1 346.910-6；低演化阶段碱性长石中 Rb 的含量在 353.0710-6392.1310-6之间，平均含量为311.6510-6。高演化阶段的 Rb2O 含量最高可达0.18%，高于硬岩型铷资源的最低工业品位（0.1%0.2%）。高演化阶段 Sr 的含量在 0.6110-64.4510-6之间，而低演化阶段 Sr 的含量在 44.9710-6180.1910-6之间，呈现逐渐降低的趋势。高演化阶段 Ba 含量在 07.1310-6之间，而低演化阶段 Ba的含量在 54.8810-6662.7210-6之间。虽然较高的 Ba 含量可能受到了副矿物含量的影响，但是并不影响从高演化到低演化 Ba 含量逐渐降低的趋势。高演化阶段 Cs 的含量在 5.610-623.1310-6之间，低演化阶段 Cs 的含量在 0.810-611.0110-6之间。从低演化阶段到高演化阶段 Cs 的含量也是在逐渐增加，则岩浆分异程度越高。5瑞利分离结晶对岩浆演化的指示在花岗伟晶岩系统中，钾长石中 K/Rb 和 K/Cs的变化可以作为伟晶岩分异的指标。从高演化阶段到低演化阶段 K/Rb 比值逐渐降低，符合瑞利分馏等“幂律”过程。根据瑞利公式建立岩浆分离结晶模式，相关公陶耐，等安徽伏岭岩体富铷长石矿物学特征及其地质意义1482023 年 8 月Aug.,2023式可以表示为：CiLiq=C0，iLiq（1-F）（Di-1），CijSol=Kd，ijC0，iLiq（1-F）（Di-1）。式中：Kd，ij=CijSol/CiLiq为元素 i 熔体分配系数；C0，iLiq为母熔体中元素 i 的初始浓度；CiLiq为残余熔体中元素 i 的浓度；F 为结晶程度（0F1）；Di为元素 i 全岩分配系数，Di=移jXjKd，ij；Xj为结晶矿物组合中矿物 j 质量分数，移jXj=1。前人建立了适合于单一矿物的瑞利分离结晶模型，本文利用碱性长石的 K 和 Rb 的浓度作为矿物“j”的浓度，建立了 log（K/Rb）和 log（Rb）的关系。一般形式为：Log（CKSol/CRbSol）=Alog（RbSol）+B，A=（DK-DRb）/（DRb-1），A=（DK-DCs）/（DCs-1），B=log（C0，KLiqKd，K/C0，RbLiqKd，Rb）-Alog（C0，RbLiqKd，Rb）。经过模拟计算，富铷碱性长石具有显著的线性趋势，线性拟合良好，与公式计算出的斜率 A 和截距 B 值相差不大，满足建立瑞利分离结晶模型的条件。因此，以结晶度（F）为变量，模拟初始熔体结晶度从 1%到 99%（F=0.010.99）的变化过程，利用该公式计算了碱性长石中 K 和 Rb 的理论含量，建立了碱性长石中大离子亲石元素瑞利分数结晶正演模型。选取演化程度最低伏岭花岗岩的主量元素和微量元素作为演化的初始值（K=41 987.2310-6，Rb=253.910-6）（未发表数据）。根据瑞利分馏律，熔体由 28%石英+31%钾长石+33%斜长石+8%黑云母组成，K/Rb 与 Rb 的二元关系如图 2 所示。低演化花岗岩结晶介于 F=0.010.84 之间，高演化阶段花岗岩为 F0.98 阶段的分离结晶产物。所以，理论上分析，伏岭岩体铷的富集需要较高的分离结晶程度。（a）log Rb 与 log（K/Rb）的关系（b）Rb 与 K/Rb 的关系图 2伏岭岩体正长花岗岩瑞利分离结晶判别图解6铷的富集机制及其地质意义伏岭岩体正长花岗岩碱性长石微量元素图解如图 3 所示。（a）Rb与 K/Rb 关系（b）Cs 与 K/Rb 关系图 3伏岭岩体正长花岗岩碱性长石微量元素图解铷主要富集在碱性长石和云母矿物中，根据LA-ICP-MS 测试分析结果表明，碱性长石中 Rb 含量最高可达 0.19%，达到了典型的工业品位，所以碱性长石也是一种重要的 Rb 来源。随着花岗岩高度分离结晶的不断进行，相对于 K 来说 Rb 更加倾向于富集在残余熔体中，高演化阶段碱性长石拥有更低 K/Rb 值，更高的 Rb、Cs 含量，K/Rb 与 Rb、Cs 呈现负相关关系。此外，碱性长石的 log（K/Rb）和 log（Rb）具有非常好的线性趋势。所以，分离结晶主要还是岩浆演化的驱动力，但是分离结晶可能达不到 F=98 非常高演化程度，而岩相学也残留下来流体的证据。因此，在晚期由出溶的（下转第 178 页）Log（K/Rb）1.82.02.22.42.62.83.43.23.02.82.62.42.2计算线性趋势y=-0.949 72 x+4.924 41计算线性趋势y=-1.220 62 x+5.496 707高演化中演化低演化高演化中演化低演化F=0.98K/Rb2 0001 6001 20080040000F=0.84100200300400500600F=0高演化中演化低演化1 5001 00050000100200300400K/RbK/Rb201510500100200300400高演化中演化低演化能 源 技 术 与 管 理Energy Technology and Management2023 年第 48 卷第 4 期Vol.48 No.41492023 年 8 月Aug.,2023（上接第 149 页）流体和分离结晶作用共同导致了铷的异常富集。7结论（1）伏岭岩体主要富铷矿物主要为碱性长石，碱性长石中铷含量可达 0.18%，达到了工业最低品位，具有一定的开采研究价值。（2）碱性长石中铷含量随着岩浆结晶分异逐渐增加，K/Rb 比值逐渐降低。根据瑞利分馏模拟，从低演化阶段到演化阶段，分离结晶程度 F逐渐升高，当分离结晶程度达到 F=98 时候铷富集程度最高，而且晚期高演化阶段具有显微文象结构。这说明伏岭岩体铷的富集岩浆的分离结晶为主要富集机制，但是到后期流体对铷的富集也起到了重要的作用，所以伏岭岩体铷的异常富集是由岩浆结晶分异和流体共同作用导致的。参考文献1孙艳，王瑞江，亓锋，等.世界铷资源现状及我国铷开发利用建议 J.中国矿业，2013，22（9）：11-13.2陈芳，王登红，杜建国，等.安徽绩溪伏岭花岗岩 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 年龄的精确测定及其地质意义 J.岩矿测试，2013，32（6）：970-977.3张虹，戴圣潜，管运财，等.皖南绩溪伏岭岩体岩石地球化学特征 J.中国地质，2005（3）：411-416.4薛怀民，马芳，宋永勤，等.江南造山带东段新元古代花岗岩组合的年代学和地球化学：对扬子与华夏地块拼合时间与过程的约束 J.岩石学报，2010，26（11）：3215-3244.作者简介陶耐（1987-），男，工程师，毕业于长安大学资源勘查工程专业，长期从事地球化学勘查、地质矿产调查研究工作。收稿日期：2023-03-03经过规范要求时间抽水后，停止抽水，前 1 h 水位加密观测，取得完整的恢复水位观测记录，可按照非稳定流水位恢复法粗算导水系数及渗透系数。另外，对达到稳定后的恢复水位与静止水位加以分析比较，以便更精确地确定含水层静止水位。4资料整理阶段4.1现场整理利用公式 q=Q/S，计算出 q 值，绘制涌水量和单位涌水量与水位降深关系的 Q-S 曲线和 q-S 曲线。其目的在于了解含水层的水力特征、钻孔出水能力，计算钻孔的最大涌水量与单位涌水量。检验抽水试验成果是否正确的计算公式如下：波动相对误差=最大或最小值-平均值平均值100%4.2室内整理抽水试验结束后，应将野外所得到的原始数据进行详细检查与校对，然后进行室内系统整理。其主要内容为计算水文地质参数（渗透系数 K、影响半径 R、单位涌水量 q）。承压水完整井计算公式如下：Q=2.73KMS/（LgR-Lgr）（1）R=10S运姨（2）式中：Q 为水量，m3/d；K 为渗透系数，m/d；M 为含水层厚度，m；S 为水位降深，m；R 为影响半径，m；r 为钻孔半径，m。最后绘制水位、流量与时间曲线图；Q=f（s）、q=f（s）曲线图；水位恢复曲线图；钻孔结构图等。5结论本文阐述了单孔稳定流抽水试验的过程；分析了抽水试验过程中每一个阶段采取各种方法的优缺点及适用范围。通过对单孔稳定流抽水试验过程的浅析，可为单孔稳定流抽水试验提供一定的思路与依据。稳定流抽水试验在相关工程水文地质工作中尤其重要，可通过抽水试验获得相关含水层水文地质参数，其手段比较便捷，便于操作，获得的参数可靠。另外，可通过数字化思维了解与评价地下空间水体特性，从而达到正确认识与利用地下水资源的目的。参考文献1国家安全生产监督管理总局.煤矿床水文地质、工程地质及环境地质勘查评价标准：MT/T1091-2008 S.北京：煤炭工业出版社，2010.2国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会.矿区水文地质工程地质勘查规范：GB12719-2021 S.北京：中国标准出版社，2021.3国家安全生产监督管理总局.煤矿床水文地质勘查工程质量标准：MT/T1163-2011 S.北京：煤炭工业出版社，2011：6-7.作者简介沈静（1978-），女，工程师，毕业于安徽理工大学地质工程专业，长期从事水文地质报告方面的编制工作。收稿日期：2022-11-14能 源 技 术 与 管 理Energy Technology and Management2023 年第 48 卷第 4 期Vol.48 No.4178