鄂南地区花岗岩—伟晶岩型稀有金属矿(Li-Be-Nb-Ta)找矿潜力分析

张丽雅，张文胜，李国福

(湖北省地质局 第四地质大队，湖北 咸宁 437100)

稀有金属是战略性关键矿产，其在国防军工、航空航天、冶金、机械电子等高新技术领域发挥着不可替代的作用，近年来愈发得到世界各国的重视[1]。加大稀有金属找矿工作力度，不断夯实稀有金属资源“家底”显得十分重要。幕阜山地区位于江南隆起成岩成矿带，是中国重要的稀有金属矿集区，近年来多家地勘单位在该区投入大量地质找矿工作，取得了重要的找矿成果，例如2017年在幕阜山复式花岗岩体南缘发现的湖南仁里超大型伟晶岩型铌钽多金属矿床为该区稀有金属找矿工作提供了关键线索[2]。幕阜山复式花岗岩体北缘与其南缘具有相似的成矿地质条件，具备寻找花岗岩—伟晶岩型稀有金属矿的潜力，但该区除了断峰山铌钽矿床投入普查工作外，其余多以矿点检查为主，而且对区内的成矿地质条件和找矿潜力没有进行系统性的分析和总结，在一定程度上限制了该区实现更多稀有金属矿找矿突破。

本文选取位于幕阜山复式花岗岩体北缘的断峰山矿区和南缘的仁里矿区为研究对象，通过对比分析成矿地质条件、控矿因素及成矿规律，浅析鄂南地区花岗岩—伟晶岩型稀有金属矿(Li-Be-Nb-Ta)找矿潜力，以期为鄂南地区稀有金属矿产勘查工作提供依据。

1 区域地质背景

幕阜山复式花岗岩体位于湘鄂赣三省交界处，处于扬子陆块与华夏陆块的过渡地带，经历了强烈的构造—岩浆—成岩/成矿作用而形成。区域构造活动强烈，自加里东期到燕山晚期先后经历了拼合→俯冲汇聚→汇聚走滑→离散走滑的构造发展过程[3]。区域岩浆活动最早始于新元古代，晚侏罗世再次活动达到高峰，直至白垩纪早期结束，而幕阜山复式岩体大致具有三个成岩期次：新元古代(～816 Ma)，晚侏罗世—早白垩世初期(154～139 Ma)，早白垩世(132～127 Ma)[3]。新元古代岩相主要为片麻状花岗闪长岩和二云母二长花岗岩，晚侏罗世—早白垩世初期岩相主要为闪长岩、花岗闪长岩及黑云母二长花岗岩，早白垩世岩相主要为二云母二长花岗岩、白云母二长花岗岩和白云母花岗岩等。在幕阜山复式岩体内部和外缘围岩接触带内均发育有大量花岗伟晶岩脉，部分岩脉富含Li、Be、Nb、Ta等元素并形成稀有金属矿床[4]，最为典型为岩体北缘的断峰山大型铌钽矿床和南缘的仁里超大型稀有金属矿床(图1)。

图1 幕阜山地区大地构造位置(a)及地质矿产简图(b)(底图据参考文献[3])

2 典型矿床地质特征

2.1 矿区地质特征

断峰山铌钽矿床位于幕阜山矿集区北缘，是规模较大的花岗岩—伟晶岩型稀有金属矿床，分布于幕阜山岩体花岗岩与冷家溪群片岩内外接触带的伟晶岩密集区[5](图2)。矿区南部岩浆活动强烈，由燕山旋回中晚期同源多次侵入体组成，岩性以灰白色中细粒黑云母二长花岗岩为主，与围岩呈侵入接触关系。矿区及外围除零星分布一些第四系松散沉积物外，全为新元古界冷家溪群浅变质岩[6]。

矿区构造复杂，主要以压性和压扭性断裂为主，NE-NNW西向帚状破裂构造最为发育(为花岗伟晶岩脉晶脉所充填)，次为NWW向、NW向及近EW向断裂。规模较大的何家堰断裂和汀家畈断裂活动时间长，为成矿后热液所充填，并形成有价值的铅锌矿床。断峰山矿区铁竖尖断裂(F1)可能属区域性NNE向大断裂所派生的次级断裂，对脉体起到了一定的破坏作用[7]。

2.2 伟晶岩特征

区内地表出露大量伟晶岩脉，为稀有金属矿的主要含矿地质体，以花岗伟晶岩脉最为发育。经统计，本区伟晶岩脉共有266条，多呈不规则脉状分布，常具分支复合、膨胀狭缩现象，脉体规模大小不一，一般长50～500 m，宽0.5～5 m，脉体与围岩(二云片岩)呈侵入接触关系(图2)。国内学者认为云母类矿物常常是稀有元素矿物的特征指示性矿物，并据此把伟晶岩分为黑云母型、二云母型和白云母型[8-10]。本次研究根据微斜长石和钠长石含量划分大类，根据结构特征划分亚类，据此将矿区伟晶岩脉分为微斜长石型(Ⅱ)、微斜长石—钠长石型(Ⅲ)、钠长石型(Ⅳ)3个大类和文象变文象微斜长石型(Ⅱ-1)、中粗粒微斜长石型(Ⅱ-2)、块体微斜长石型(Ⅱ-3)、文象变文象微斜长石—钠长石型(Ⅲ-1)、中粗粒微斜长石—钠长石型(Ⅲ-2)、块体微斜长石型—钠长石型(Ⅲ-3)、粒状钠长石型(Ⅳ-1)、小片状钠长石型(Ⅳ-2)等8个亚类，其中微斜长石—钠长石型(Ⅲ类)伟晶岩脉最多，次为钠长石型(Ⅳ类)伟晶岩，再次为微斜长石型(Ⅱ类)伟晶岩。

图2 断峰山稀有金属矿区地质略图

2.3 矿体特征

区内266条伟晶岩脉中能圈出矿体的有26条，其中江家垅段487、407号伟晶岩脉构成长1 300 m、宽400 m的密集矿段，矿体间距20～50 m，有的甚至互相连接；曹家岭段620、640号为主的伟晶岩脉构成长2 500 m、宽200 m的密集矿段，矿(脉)体间距5～80 m。矿体均为脉状体，走向均为NE向，一般以60°左右为主，绝大多数矿脉倾向NW，倾角28°～70°不等，仅493、494两条矿脉倾向SE，倾角60°～80°。

区内伟晶岩脉主要发育铌钽矿化，次为铍矿化、铷矿化。铌钽矿化分布较广，Nb、Ta主要共生在锰铌钽铁矿中，矿体平均品位为：Nb2O50.0129%、Ta2O50.006%，Ta/Nb比值为0.47，同一矿段的(NbTa)2O5品位在走向上由东至西逐渐变贫，在倾向上自上而下逐渐变贫。铍矿化仅在江家垅段和白冲屋段有发现，矿化不均匀，BeO含量一般为0.03%左右，最高为1.90%，主要含矿矿物绿柱石分布在石英块体周围或微斜长石块体中。在江家垅段发现铷矿体11处，Rb2O最大含量为0.15%，平均含量为0.06%；在白冲屋—江家垄一带发现铷矿体10处，Rb2O含量为0.02%～0.09%，平均为0.07%，最高为0.15%。

矿石类型主要有粗粒微斜长石—钠长石铌钽矿石、块状微斜长石—钠长石铌钽矿石、粒状钠长石铌钽矿石和片状钠长石铌钽矿石。矿石结构以文象结构、中粗粒石英微斜长石结构、小块体微斜长石结构、块体石英—微斜长石结构为主，矿石构造主要为块体构造。

3 稀有金属矿成矿规律

选取位于幕阜山岩体北缘的断峰山矿区和南缘的仁里矿区进行对比分析，总结鄂南地区花岗岩—伟晶岩型稀有金属矿成矿规律。

3.1 成矿时代对比

幕阜山复式岩体存在多期次多阶段的岩浆活动，岩体主要形成于晚侏罗世—早白垩世，形成时间主要集中于158～127 Ma，其中晚侏罗世花岗闪长岩、黑云母二长花岗岩(158～152 Ma)和早白垩世二云母二长花岗岩(145～130 Ma)是最主要的两期岩浆活动[3]。前人研究表明断峰山铌钽矿床和仁里铌钽矿床与白云母二长花岗岩密切相关，且均存在两期成矿事件，其中断峰山铌钽矿成矿期为142～140 Ma和133～125 Ma，仁里铌钽矿成矿期为140 Ma和130 Ma[11-12]。这种多期次成矿活动恰恰佐证了前人提出的幕阜山岩体“体中体”模式，即多期次活动使同源的多个单一侵入体相继侵位构成“体中体”，且每次岩浆侵位都伴随矿化出现，即“共(源)岩浆补余分异成矿”；岩浆活动越频繁，共补余岩浆分异效应越强，成矿规模越大，且随着岩浆演化的持续，成矿往往在中晚期时更加富集。仁里铌钽矿床和断峰山铌钽矿床均是大岩基多期次多阶段岩浆演化的共(源)岩浆补余分异的结果。

3.2 伟晶岩特征对比

仁里矿区和断峰山矿区均位于幕阜山岩体外缘，矿区内伟晶岩十分发育，且规模较大，稀有金属矿化范围较广。笔者通过对两个矿区伟晶岩的类型、矿物组合、矿体品位、分带性等进行对比(表1)，发现两矿区伟晶岩特征大致一致，可将仁里铌钽矿床作为鄂南地区伟晶岩研究的类比对象。

表1 断峰山矿区和仁里矿区伟晶岩特征对比表

3.3 地球化学特征对比

幕阜山岩体南缘和北缘的燕山期花岗岩、仁里地区伟晶岩、断峰山地区伟晶岩均属硅酸盐过饱和和过铝质的S型花岗岩(图3)，分异指数>80，固结指数<10，岩浆分异指数较高，属陆壳改造型[13]。

图3 断峰山、仁里地区花岗岩与伟晶岩A/CNK-A/NK图解(仁里地区数据据参考文献[14])

对两矿区的花岗岩、伟晶岩的微量元素配分特征进行对比，发现两矿区伟晶岩中Li、Rb、Cs、Be、Ga、Sn相对富集，无矿伟晶岩中Nb/Ta值为3.3～13.5，含矿伟晶岩中Nb/Ta值接近1.0。两矿区稀土元素稀土配分曲线均整体向右倾斜，具负Eu异常，显示为轻稀土富集型(图4)。

图4 断峰山、仁里地区花岗岩与伟晶岩微量(稀土)元素对比图(仁里地区数据据参考文献[11])

3.4 成矿规律对比

幕阜山地区稀有金属成矿时代晚于该区最晚期花岗岩体成岩时代，因而推断幕阜山地区与成矿有关的岩体可能是最晚期侵入的小规模岩株，也可能是隐伏的晚期花岗岩侵入体。虽不能确认具体成矿岩体，但可以确定成矿经历了岩浆多期次的分异演化，岩浆热液中含有的Li、Rb、Nb、Ta等稀有元素向上迁移，与伟晶岩中的挥发分形成了各类络合物，这些络合物携带成矿元素迁移并逐渐富集于岩体顶部而逐渐成矿[4](图5)。

图5 幕阜山地区伟晶岩化学演化模式[4]

随着对幕阜山岩体和稀有金属矿化的深入研究，发现幕阜山岩体岩浆分异和稀有金属矿化在空间上具有明显的分带性[3](图6)。岩浆自东向西分异程度逐渐增高，稀有金属元素逐渐富集，矿化组合从单一的Be矿化逐渐演化为丰富的Be-Nb-Ta-Li-Cs矿化，大体分为四个成矿区带，其中断峰山矿区的伟晶岩脉主要为Be-Nb-Ta矿化，仁里矿区的伟晶岩脉主要为Li-Be-Nb-Ta矿化。前人对断峰山矿床的研究侧重于铌钽矿，对于Li、Rb、Cs等稀有金属矿研究较少，但随着研究程度的逐渐提高，普遍认为断峰山地区伟晶岩也具有富集锂矿的潜力[4]。近期在断峰山地区芋头坡一带发现了大量的锂铷矿化，从芋头坡矿段→白冲屋矿段→江家垄矿段Li等多金属元素含量呈增高趋势，且存在明显的分带现象，使上述观点逐步得到了印证。

图6 幕阜山岩体岩浆分异及稀有金属矿化组合分带概略图(底图据参考文献[3])

4 稀有金属矿找矿方向

(1)仁里矿区的矿体控制深度为200～1 000 m，而断峰山矿区的矿体控制深度仅为200 m以浅，对比认为断峰山矿区深部仍有一定找矿潜力。有学者绘制了仁里矿区典型矿脉的Nb2O5、Ta2O5品位与标高变化曲线图[14]，发现Nb2O5、Ta2O5品位在标高411 m区段达到峰值后，往深部逐渐趋于平稳且有上升的趋势。因此下一步应加大断峰山地区深部找矿，并注意评价地表露头品位较低的伟晶岩脉，加大对矿体的扩边、攻深力度。

(2)断峰山地区晚期钠长石伟晶岩中的石榴子石端元成分与仁里地区传梓源矿区钠长石—锂辉石伟晶岩中的石榴子石相似，推断断峰山地区存在锂矿找矿潜力，下一步应注意寻找钠长石型和钠长石—锂辉石型伟晶岩,寻找锂矿脉。

(3)幕阜山南段岩浆来源的含矿热液由北往南运移过程中被新元古代三墩岩体阻隔，导致在仁里地区传梓源矿区形成锂矿。下一步应注意在断峰山北部冷家溪群地层中寻找类似的“阻挡层”。

(4)由于含Nb、Ta、Be等稀有金属矿物性质相对稳定，在水系沉积物或土壤迁移中大多形成重砂矿物，因而水系沉积物异常和土壤异常可以作为重要的找矿标志。仁里矿区的发现正是利用了主要铌钽矿脉与Nb、Ta、Be重砂异常晕圈长轴方向相吻合这一找矿标志。1∶20万水系沉积物测量在断峰山矿区及北部冷家溪群地层中发现了多处Be、Nb、Ta异常，应加强重视，开展进一步的异常查证工作。

(5)幕阜山岩体岩浆分异和稀有金属矿化具有明显分带性，锂矿化往往出现在铌钽矿外围，下一步应注意在断峰山矿区外围寻找含锂辉石伟晶岩脉。

5 结论

对比分析认为，断峰山矿区和仁里矿区分别位于幕阜山岩体北缘和南缘，具有相似的成矿地质背景，均广泛发育伟晶岩且伟晶岩地球化学特征十分相似，矿体均由两期岩浆活动演化而成。目前断峰山地区勘查程度较低，下一步应加大稀有金属矿找矿力度，充分利用伟晶岩矿化分带性寻找有利矿化信息，并加强对断峰山地区北部与幕阜山岩体间“隔挡层”的寻找和研究。