穆尚濤，邵擁軍，宋澤友，周厚祥，劉清泉，熊伊曲

(1.中南大學(xué)有色金屬成礦預(yù)測與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測教育部重點實驗室，湖南長沙，410083；2.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南長沙，410083；3.湖南省自然資源事務(wù)中心，湖南長沙，410004)

花崗偉晶巖通常被認(rèn)為是由高度分異、富含揮發(fā)分的殘余花崗巖漿形成，因含有Li，Be，Nb，Ta，Rb，Cs，W和Sn等多種稀有金屬而具有重要的經(jīng)濟意義[1?2]。幕阜山礦集區(qū)位于湘贛鄂三省交界處，以大規(guī)模的巖漿作用及花崗偉晶巖型稀有金屬成礦作用而著稱，是研究巖漿活動對稀有金屬成礦制約關(guān)系的天然實驗室。湖南仁里鈮鉭礦床位于幕阜山巖體南緣，是幕阜山地區(qū)稀有金屬礦化的濃集中心，其與南部的傳梓源鋰礦床構(gòu)成完整的超大型Li?Be?Nb?Ta 稀有金屬礦床，是幕阜山地區(qū)已發(fā)現(xiàn)的最大的偉晶巖型稀有金屬成礦區(qū)。仁里礦床已探明Ta2O5資源量為10 791 t，平均品位為0.036%；Nb2O5資源量為14 057 t，平均品位為0.047%，Rb2O 資源量為17 299 t，平均品位為0.06%；傳梓源礦床已探明(Nb 和Ta)2O5資源量為1 315.84 t，平均品位為0.017 9%；Li2O 資源量為11 276.13 t[3]。

前人對礦區(qū)地質(zhì)特征、偉晶巖特征、找礦標(biāo)志、成巖成礦年齡、地球化學(xué)特征等進行了研究[4?12]，但在成礦流體演化、礦化富集機制等方面的研究較少。云母是偉晶巖的造巖礦物，貫通于偉晶巖各個成巖階段。云母的晶體結(jié)構(gòu)為硅氧四面體片(T)與八面體片(O)以TOT方式相間連接構(gòu)成結(jié)構(gòu)單元，層間或八面體位置上可容納Li，Be，Rb，Cs，Sn，Nb和Ta等稀有金屬[13]，在偉晶巖演化過程中，云母既可形成于巖漿階段，也可形成于熱液階段。上述特征元素在各類花崗巖及偉晶巖演化的不同階段形成的云母中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在差異，通過對這些特征元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異進行研究，可以得出偉晶巖的演化特征、稀有金屬礦化規(guī)律，同時，也可以結(jié)合年齡探討各類花崗巖與稀有金屬偉晶巖的關(guān)系。王臻等[14]通過電子探針(EPMA)對仁里5 號脈中各類云母主量元素進行分析，探討了云母演化對稀有金屬成礦的指示效果。本文運用電子探針(EPMA)對仁里、傳梓源地區(qū)各類偉晶巖和花崗巖中的云母主量元素進行測試，通過激光剝蝕電感耦合等離子質(zhì)譜(LA?ICP?MS)對Li，Be，Rb，Cs，Sn，Nb 和Ta 等微量元素進行測試分析，以此研究各類云母結(jié)構(gòu)和成分特征、演化規(guī)律，探討偉晶巖形成過程中的巖漿熱液演化，總結(jié)稀有金屬的富集礦化規(guī)律。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

湘東北地區(qū)位于欽杭成礦帶湖南段北東端，構(gòu)造部位處于揚子地塊與華夏地塊的交接地帶(圖1(a))[15]。區(qū)內(nèi)廣泛分布新元古界冷家溪群及白堊系、古近系地層，零星分布有南華系、震旦系、寒武系、奧陶系、志留系及第四系等地層(圖1(b))。冷家溪群為本區(qū)基底巖石，分布廣，厚度大，為一套淺變質(zhì)板巖、砂質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖和條帶狀板巖，在巖體外接觸帶則形成環(huán)帶狀分布的片巖、千枚巖帶。區(qū)域經(jīng)歷從武陵期至喜山期的多期次構(gòu)造運動，斷裂褶皺發(fā)育，構(gòu)造行跡復(fù)雜。武陵運動使湘東北地區(qū)隆升為陸，在南北擠壓應(yīng)力下，區(qū)內(nèi)新元古界冷家溪群地層褶皺造山，形成褶皺基底，并發(fā)生區(qū)域變質(zhì)作用；褶皺基底發(fā)生復(fù)雜變形，形成一系列斜歪倒轉(zhuǎn)—同斜倒轉(zhuǎn)的連續(xù)褶皺，在褶皺翼部常伴有縱向逆斷層以及剪切面理帶縱向構(gòu)造置換；加里東期，在華夏陸塊和揚子陸塊碰撞造山作用影響下，區(qū)內(nèi)形成以近東西向構(gòu)造為主的基本構(gòu)造特征；由于印支期和燕山期擠壓和逆沖走滑為主的造山運動改造，區(qū)內(nèi)地層普遍發(fā)生褶皺變形，形成北北東向蓋層褶皺及一系列縱向逆沖推覆構(gòu)造，地形上表現(xiàn)為穹隆?盆地構(gòu)造；燕山期后，湘東北地區(qū)受太平洋板塊板塊向歐亞板塊的斜向俯沖以及華南華北板塊匯聚作用等的影響，區(qū)內(nèi)基本構(gòu)造格架以從之前的東西向構(gòu)造逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楸北睎|向構(gòu)造為主，由此本區(qū)的基本構(gòu)造格架定型。構(gòu)造運動使湘東北地區(qū)形成3 條北北東向深大斷裂(汨羅—新寧斷裂、長沙—平江斷裂和醴陵—衡東斷裂)控制的“兩隆三盆”(汨羅—湘陰斷陷盆地、幕阜山—望湘斷隆、長沙—平江斷陷盆地、瀏陽—衡東斷隆以及醴陵—攸縣斷陷盆地)構(gòu)造框架[16?18]。區(qū)內(nèi)發(fā)育慈利—臨湘、仙池界—連云山和安化—瀏陽這3 條近東西向的韌性剪切帶。區(qū)域巖漿活動頻繁，從武陵期到燕山期都有發(fā)生，其中燕山期巖漿活動最強烈。巖漿作用以侵入為主，侵入新元古代淺變質(zhì)巖系中，巖性主要為中酸性—酸性侵入巖，基性—超基性侵入巖發(fā)育規(guī)模小。

圖1 湘東北地區(qū)大地構(gòu)造位置及區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)文獻[15]修改)Fig.1 Tectonic location and regional geological map in northeastern Hunan(Revised by Ref.[15])

湘東北地區(qū)礦產(chǎn)豐富，已知礦床(點)100多處，產(chǎn)出金、銀、銅、鉛、鋅、鐵、錳、稀有金屬、石煤、螢石等20 多種礦產(chǎn)，具有代表性的礦床有仁里、傳梓源、白沙窩等鋰鈹鈮鉭稀有金屬礦床，萬古、黃金洞、雁林寺等金礦床，七寶山銅多金屬礦床、桃林和栗山鉛鋅螢石礦床等。

2 礦床地質(zhì)特征

礦區(qū)出露地層簡單，主要為冷家溪群坪原組及第四系(圖2)[19]。受幕阜山巖體影響，坪原組巖性具分帶性，從巖體和偉晶巖接觸帶向外，依次出現(xiàn)混合巖、石榴石片巖、含石榴石二云母片巖、絹云母片巖、千枚巖、板巖。巖層總體傾向南西，傾角為22°～70°。區(qū)內(nèi)構(gòu)造以斷裂和次級裂隙為主，發(fā)育的區(qū)域斷裂主要為北北東向的天寶山—石漿壓扭性斷裂(總體走向為20°～35°，傾向南東，傾角為35°～82°)以及北東東向的楓林—漿市壓扭性斷裂(總體走向為60°～75°，傾向南東，傾角為50°～70°)和張古沖—三墩壓扭性斷裂(總體走向為70°～80°，傾向南南東，傾角為55°～85°)，這些斷裂構(gòu)成了礦區(qū)“入”字型的整體構(gòu)造格局。區(qū)內(nèi)部分稀有金屬偉晶巖脈受構(gòu)造控制，賦存于斷裂或兩側(cè)次級裂隙中。區(qū)內(nèi)巖漿巖發(fā)育，位于三墩巖體西南部的梅仙巖體形成于雪峰期，北部幕阜山巖體形成于燕山期。幕阜山巖體整體呈巖基狀產(chǎn)出，為多期次巖漿活動形成的以燕山期侵入巖為主的大型復(fù)式巖體，巖性主要包括花崗閃長巖、石英二長巖、黑云母二長花崗巖、二云母二長花崗巖以及白云母二長花崗巖。

圖2 仁里—傳梓源礦區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)文獻[19]修改)Fig.2 Geological map of Renli—Chuanziyuan mining area(Revised by Ref.[19])

礦區(qū)偉晶巖脈十分發(fā)育，主要產(chǎn)出于北部幕阜山巖體及冷家溪群地層中。位于巖體中的偉晶巖通常規(guī)模較小(寬1～3 m)，多呈脈狀或網(wǎng)脈狀產(chǎn)出(圖3(g))，產(chǎn)狀不一，形狀不規(guī)則，走向受巖體內(nèi)斷裂構(gòu)造控制，多呈北北東和近南北向，與巖體接觸界限明顯。產(chǎn)出于巖體南側(cè)冷家溪群片巖中的偉晶巖脈一般規(guī)模較大(最長達4 000 m)，受礦區(qū)斷裂構(gòu)造控制，呈北西走向，似層狀近平行分布，是礦區(qū)主要的礦體(圖3(d)、(e)和(i))。按礦物組合，自幕阜山巖體向南，分別為微斜長石型偉晶巖(圖4(a))、微斜長石?鈉長石型偉晶巖(圖4(b))、鈉長石型偉晶巖(圖4(c)和4(d))以及鋰輝石?鈉長石型偉晶巖(圖4(e))。這4 種類型偉晶巖構(gòu)成了礦區(qū)內(nèi)自北東向南西呈雁列式近平行排列的偉晶巖區(qū)域分帶，且離幕阜山巖體由近至遠，不同類型的偉晶巖脈脈體規(guī)模逐漸變小，結(jié)構(gòu)構(gòu)造漸趨復(fù)雜，交代作用逐漸強烈。

圖3 仁里—傳梓源礦區(qū)不同偉晶巖脈產(chǎn)出特征Fig.3 Output characteristics of different pegmatite veins in Renli—Chuanziyuan mining area

3 巖相學(xué)特征

巖體在礦區(qū)出露二云母二長花崗巖(圖3(a))和白云母二長花崗巖(圖3(b)和(c))，另見基性巖脈，寬0.5～5.0 m。二云母二長花崗巖呈灰色，粗—中粒似斑狀結(jié)構(gòu)，常具片麻狀構(gòu)造，主要成分為斜長石(35%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)、鉀長石30%)、石英(20%)、黑云母(12%)、白云母(約3%)，局部長石呈旋轉(zhuǎn)殘斑，石英呈多晶條帶狀分布，黑云母呈片狀圍繞殘斑分布，巖體呈巖基狀分布，局部風(fēng)化強烈。白云母二長花崗巖呈灰色，細粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要成分為斜長石(35%)、鉀長石(30%)、石英(25%)、白云母(10%)，副礦物主要為磷灰石、石榴子石、獨居石等，巖體呈不規(guī)則巖株或巖脈狀，與偉晶巖混合產(chǎn)出，接觸部位發(fā)育較多石榴子石。

云母礦物貫通于整個偉晶巖分帶中。在微斜長石偉晶巖中白云母呈團簇零星分布(圖4(a))；在微斜長石?鈉長石偉晶巖白云母質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐步增加(5%～10%)，無色透明，多呈疊片狀集合體分布，另可見羽毛狀，自形—半自形結(jié)構(gòu)，與鈉長石和石英共生，片徑不一，200 μm 至3 cm 不等，在鏡下及BSE下顯示成分均一(圖4(b)和(g))；鈉長石偉晶巖中的云母質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%左右，呈團塊狀和疊片集合體分布，可見無色透明的白云母(圖4(c)和(h))及淡紫色或淡綠色的含鋰云母(圖4(d))。BSE顯示微斜長石?鈉長石偉晶巖和鈉長石偉晶巖中部分云母結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，白云母變形扭曲(圖4(h)和(i))，其解理縫隙填充有次生的富鋰白云母、富F鋰云母、鉍鈮礦或含鐵氧化物(圖5(c)和(g))，大顆粒白云母邊部被鋰云母交代(圖5(e)和(f))。鋰輝石?鈉長石偉晶巖中白云母質(zhì)量分?jǐn)?shù)約5%，片徑為100～400 μm，半自形—它形結(jié)構(gòu)(圖4(j))。鈉長石偉晶巖和鋰輝石?鈉長石偉晶巖中常發(fā)育較多的副礦物，如鈮鉭鐵礦、綠柱石、獨居石、磷灰石、電氣石、鋰輝石及含鈾、釷礦物(圖4(d)、4(e)、4(k)、4(l)～5(d)、5(f)和4(h))。

圖4 仁里—傳梓源礦區(qū)各類偉晶巖礦石及礦物學(xué)特征圖Fig.4 Ore and mineralogical characteristics of various pegmatites in Renli—Chuanziyuan mining area

圖5 仁里—傳梓源礦區(qū)各類云母及其他礦物BSE圖片F(xiàn)ig.5 BSE pictures of various micas and other minerals in Renli—Chuanziyuan mining area

4 樣品采集分析

選取礦區(qū)各類偉晶巖、花崗巖新鮮巖礦石標(biāo)本共計15 件，其中，微斜長石偉晶巖2 件，微斜長石鈉長石偉晶巖2件，鈉長石偉晶巖6件，鋰輝石鈉長石偉晶巖2件，黑云母二長花崗巖1件，白云母二長花崗巖2件，覆蓋了與稀有金屬成礦相關(guān)的各類偉晶巖及花崗巖。

云母的電子探針成分分析在中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院有色金屬成礦預(yù)測與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測教育部重點實驗室完成。樣品測試之前均勻鍍上約20 nm 厚碳膜。電子探針型號為EPMA?1720H(日本島津公司)，測試條件如下：加速電壓為15 kV，電流為20 nA，光斑直徑為1 μm。測試數(shù)據(jù)采用ZAF 校正法處理。所使用的標(biāo)樣為鈉長石(Na)、鉀長石(K)、黑云母(Ti，Mg 和Fe)、螢石(F)、薔薇輝石(Mn)、鋰輝石(Si)、釔鋁榴石(Al)、透輝石(Ca)。通過實驗分析礦區(qū)各類偉晶巖和花崗巖中云母主量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

云母的原位微區(qū)微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析在廣州市拓巖檢測技術(shù)有限公司利用LA?ICP?MS 完成。實驗室采用NWR193UC 激光剝蝕系統(tǒng)，該系統(tǒng)由NWR 193 nm ArF準(zhǔn)分子激光器和光學(xué)系統(tǒng)組成，ICP?MS型號為iCAP RQ。激光剝蝕系統(tǒng)配置有信號平滑裝置，激光剝蝕過程中采用氦氣作載氣，通過1個“Y”型接口，與氬氣混合，進入電感耦合等離子質(zhì)譜儀中采集原始信號。本次分析的激光束斑直徑、能量和頻率分別為50μm，5 J/cm2和8 Hz。單礦物微量元素含量處理中采用玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(NIST?610，NIST?612 和BHVO?2G)進行多外標(biāo)單內(nèi)標(biāo)校正。每個時間分辨分析數(shù)據(jù)包括50 s空白信號和40 s樣品信號。原始數(shù)據(jù)的離線處理(包括信號背景選擇、樣品有效區(qū)間選擇、儀器靈敏度校正、元素含量的計算)利用ICPMSDataCal完成。

5 實驗結(jié)果

仁里—傳梓源礦區(qū)各類主、微量元素測試結(jié)果見表1。從表1可見：在主量成分上，各類云母除具有相似的K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)(8.36%～10.77%)外，其他元素成分變化都具有一定的規(guī)律性。微斜長石帶和微斜?鈉長石帶白云母SiO2，Al2O3，F(xiàn)eO，MnO，MgO，TiO2和F 質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為43.76%～48.38%，31.99%～38.15%，1.60%～4.42%，0～0.15%，0.18%～1.52%，0.01%～0.92%和0～1.35%；鈉長石帶白云母中Al2O3，MgO，TiO2分別為32.07%～37.07%，0%～0.52% 和 0～0.32%，SiO2，F(xiàn)eO，MnO 和F 質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，分別為45.14%～47.38%，0.03%～4.81%，0.09%～0.58%和0.98%～3.85%；而在鈉長石帶的鋰云母具有更低的Al2O3(20.23%～29.80%)，MgO(0～0.14%)，TiO2(0～0.06%)和更高的 SiO2(49.44%～53.84%)，F(xiàn)eO(0～5.24%)，MnO(0.39%～1.59%)和F(7.10%～11.33%)；鋰輝石鈉長石帶白云母中SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45.19%～49.57%，Al2O3為36.97%～39.61%，MgO 為0～0.3%，TiO2為0～0.11%，F(xiàn)eO 為0.61%～1.40%，MnO 為0.11%～0.38%，F(xiàn)(0.05%～0.49%)；與偉晶巖關(guān)系密切的白云母二長花崗巖中，白云母SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為44.70%～47.56%)，Al2O3為33.20%～35.06%，F(xiàn)eO為2.85%～3.93%，MnO 為0.07%～0.14%，MgO 為0.40%～0.58%，TiO2為0.08%～0.30%，F(xiàn) 為0.98%～1.39%；與之相比，二云母二長花崗巖中白云母具有較低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Al2O3(32.05%～33.47%)，MnO(0～0.05%)和F(0.05%～0.27%)，以及較高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的FeO(3.67%～4.10%)，MgO(0.99%～1.19%)和TiO2(1.40%～1.58%)。

微量元素組成方面，云母中的Rb，Cs，Li，B和Be 等元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)出一定的規(guī)律特征，其變化范圍分別為(2 407～6 160)×10?6，(103～4 245)×10?6，(1 990～17 987)×10?6，(41～312)×10?6和(22～35)×10?6，大都表現(xiàn)出從偉晶巖微斜長石帶到鈉長石帶逐漸增加，在鈉長石帶鋰云母邊激增的趨勢。礦區(qū)含礦偉晶巖中云母Nb 和Ta 質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為(49～371)×10?6和(19～98)×10?6，高于礦區(qū)其他偉晶巖中云母的Nb和Ta的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。礦區(qū)兩類花崗巖中，白云母二長花崗巖的云母Rb 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(1 834～2 298)×10?6，Cs 為(121～246)×10?6，Li 為(1 574～3 210)×10?6，B 為(47～66)×10?6，Be 為(19～24)×10?6，Nb 為(121～246)×10?6，Ta 為(10～144)×10?6；二云母二長花崗巖中，云母Rb 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(817～944)×10?6，Cs 為(26～52)×10?6，Li 為(275～306)×10?6，B 為(17～28)×10?6，Be 為(1.6～3.1)×10?6，Nb 為(35～62)×10?6，Ta 為(1～3)×10?6。白云母與二云母相比，白云母二長花崗巖中云母在成分特征上與偉晶巖云母更加接近。

根據(jù)云母成分端元分類圖解[20]，礦區(qū)微斜長石偉晶巖和微斜長石?鈉長石偉晶巖中云母為白云母和多硅白云母，從鈉長石偉晶巖開始，云母向富鋰白云母和富鋰多硅白云母過渡，而鈉長石偉晶巖中富鋰白云母邊部的亮帶(圖5(e)和5(f))則投在鋰云母區(qū)域，鋰輝石?鈉長石偉晶巖中云母多為白云母。這2類花崗巖中的云母皆為白云母和多硅白云母，白云母二長花崗巖相比二云母二長花崗巖更具富鋰特征。結(jié)合礦區(qū)偉晶巖演化特征，云母表現(xiàn)出從多硅白云母?白云母→富鋰白云母?富鋰多硅白云母→鋰云母→白云母的演化趨勢。根據(jù)云母主、微量元素特征，結(jié)合偉晶巖分帶、云母巖相學(xué)特征，將偉晶巖中云母劃分為4種類型：

1)MS1產(chǎn)自微斜長石偉晶巖和鈉長石偉晶巖，無色透明，自形—半自形，為白云母和多硅白云母；

2)MS2產(chǎn)自鈉長石偉晶巖，這類云母片徑變大，多為富鋰白云母和富鋰多硅白云母，相比MS1具較低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Al2O3，MgO 和TiO2，較高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的SiO2，F(xiàn)eO，MnO和F；

3)MS3亦產(chǎn)自鈉長石偉晶巖，多為富F 鋰云母，呈不規(guī)則狀填充大顆粒白云母裂隙解理或交代其邊部，具有較高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的SiO2，F(xiàn) 和Li 為特征；

4)MS4產(chǎn)自鋰輝?石鈉長石偉晶巖，多為白云母，這類云母片徑較小，為半自形—它形結(jié)構(gòu)，以具有高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的SiO2，較低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的FeO，F(xiàn)和Li為特征。

6 討論

6.1 云母演化特征

云母的類質(zhì)同像相當(dāng)普遍，由于其化學(xué)成分復(fù)雜多變，容易隨著外部條件的變化而與流體、熔體以及其他礦物相發(fā)生成分置換，對F等揮發(fā)分較敏感[20?24]。白云母的化學(xué)通式為AB2[C4O10](OH)2，其中，[A]代表充填云母結(jié)構(gòu)層之間12次配位位置的大半徑陽離子K+，Na+，Ca+，Ba2+，Rb+和Cs+等；[B]代表配位八面體層六次配位的陽離子，主要為Al3+，F(xiàn)e3+，F(xiàn)e2+，Mg2+，Mn2+，Ti4+和Li+等；[C]代表硅四面體層的Si4+和Al4+；附加陰離子OH?可被F?和Cl?替代[25]。隨著巖漿演化程度增加，云母中的F，Rb 和Li 等質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，具體替換方式為[21,26?28]：F?置換OH?，Rb+占據(jù)大陽離子K+和Na+等位置，Li++AlVI置換Fe2++Mg2+。本文研究的云母中，從MS1到MS4，八面體位置[B]的元素Mg，Ti與Mn 交換明顯，Mg 和Ti 質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸降低(圖6)，與此同時，Mn 質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增高。MS3Si 質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，Al 質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，F(xiàn)e 和Li 質(zhì)量分?jǐn)?shù)異常，其原因可歸于[B]和[C]的交換：VIAl+IVAl→VIFe2++IVSi；VIFe2++IVAl→VILi+IVSi[29]。

圖6 仁里—傳梓源礦區(qū)偉晶巖中云母主量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化箱型圖Fig.6 Box plots of major element change of mica in pegmatite in Renli—Chuanziyuan mining area

F質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化機制為F-替代云母中附加陰離子OH?，F(xiàn) 從MS1到MS2逐漸增加，在MS3劇增到最大值，這一階段為稀有金屬成礦重要階段，除F 外，云母中Li，Rb，Cs，B 和Be 等質(zhì)量分?jǐn)?shù)都達到最大值(圖7)。

圖7 仁里—傳梓源礦區(qū)偉晶巖中云母微量元素變化箱型圖Fig.7 Box plot of trace element change of mica in pegmatite in Renli—Chuanziyuan mining area

6.2 對偉晶巖演化的指示

離子半徑和電荷彼此相似的元素分餾對巖漿分異過程中熔體的變化敏感一致，元素K 和Rb 具有相似負(fù)電性(都為0.8)和離子電位(分別為4.34 和4.18)，Rb+的離子半徑(1.47×10?10)比K+的略大，K—O鍵能比Rb—O的鍵能大；隨著巖漿演化分異程度增加，Rb優(yōu)先分餾到殘余熔體中[30]，在高度演化的巖漿系統(tǒng)中，K與Rb質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比w(K)/w(Rb)降低到50 以下[31]。在云母中，w(K)/w(Rb)及F，Rb，Li 和Cs 等元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)可反映巖漿?熱液分異演化趨勢及演化程度，隨著巖漿分異演化程度逐漸增加，F(xiàn)，Rb，Li 和Cs 質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨之升高，w(K)/w(Rb)則隨之降低[4,32?35]。

本文對偉晶巖中的云母進行研究，其w(K)/w(Rb)變化范圍為9.4～34.26，總體表現(xiàn)出巖漿高度分異演化階段的特點；Li，Rb，Cs，Nb和Ta等元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)或比值具有規(guī)律性的變化特征，能指示巖漿的分異演化，見圖8。從圖8可見：從MS1至MS4，w(K)/w(Rb)逐漸變小，指示巖漿演化程度不斷增高，且隨著w(K)/w(Rb)降低，云母中主量元素MgO 和TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體呈現(xiàn)出逐漸降低、MnO 逐漸增高的趨勢；從MS1至MS2，Li，Rb，Cs，B，Be 和Nb 質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸升高，指示巖漿演化逐步增高，此時，對應(yīng)的偉晶巖演化類型為微斜長石偉晶巖→微斜長石?鈉長石偉晶巖→鈉長石偉晶巖。前人研究認(rèn)為仁里5號脈從外部至內(nèi)部經(jīng)歷了巖漿?熱液的演化過程，石榴子石的大量產(chǎn)出可能為巖漿開始向熱液過渡的標(biāo)志[14]。本文研究中，云母MS3中Li，Rb，Cs，B 和Be 元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)激增達到最高值，F(xiàn) 質(zhì)量分?jǐn)?shù)也從0.10%～3.85%躍增至7.10%～11.33%，Nb質(zhì)量分?jǐn)?shù)開始下降，指示此時巖漿演化已達到極高的程度；在云母類型上這一類型的云母多為富氟銫鋰云母，交代結(jié)構(gòu)明顯，具次生特點；在礦石類型上為鈉長石型偉晶巖，局部石榴子石富集，且綠柱石、電氣石、磷灰石、鈮鉍礦和鈮鉭鐵礦等副礦物增多，其產(chǎn)出位置多靠近或位于偉晶巖脈核部。在巖漿向熱液演化過程中，流體相的產(chǎn)生促進了Nb和Ta的礦化，含MS3類型的礦石中形成較多的綠柱石、鈮鉭鐵礦等稀有金屬礦物，使云母中Nb質(zhì)量分?jǐn)?shù)開始降低[28]；Li，Rb，Cs，B和Be等元素進一步富集，交代大顆粒云母邊部形成富氟銫鋰云母，因此，MS3類型形成于極富流體的熱液環(huán)境。在MS4中，偉晶巖演化到鋰輝石?鈉長石型階段，云母w(K)/w(Rb)達到最低，指示此時偉晶巖演化到達最后階段；MS4中，Li和F質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至最低，Be，B和Cs質(zhì)量分?jǐn)?shù)相比，MS3類型較低但比前2 個類型的略高，F(xiàn)和Li質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低可能與鋰輝石的形成及富F流體的出溶有關(guān)，在偉晶巖從鈉長石型向鋰輝石鈉長石型演化過程中，大量鋰輝石的結(jié)晶使流體中Li 質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，F(xiàn) 元素則擴散、遷移至淺地表，形成螢石類礦物。前人在周圍發(fā)現(xiàn)的巖漿熱液相關(guān)的富螢石礦床為此提供了證據(jù)[35]。

圖8 仁里—傳梓源各類型云母w(K)/w(Rb)與特征元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的協(xié)變圖解Fig.8 Covariant diagram of w(K)/w(Rb)and quality score of characteristic elements in various types of mica in Renli—Chuanziyuan mining area

6.3 花崗巖與成礦的關(guān)系

幕阜山復(fù)式巖體歷經(jīng)燕山期多次巖漿侵入活動，按巖性依次有閃長巖、黑云母二長花崗巖、二云母二長花崗巖及白云母二長花崗巖等。二云母二長花崗巖分布廣，出露面積大，具中?！毩；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，局部片麻巖化；白云母二長花崗巖出露面積小，多為巖株，具細粒花崗結(jié)構(gòu)，與圍巖界線清晰。礦區(qū)南部的三墩巖體雖然在空間上與稀有金屬偉晶巖位置接近，但其形成于雪峰期，在成因上與稀有金屬成礦無關(guān)。

對二云母二長花崗巖和白云母二長花崗巖中白云母進行主?微量元素分析，并與稀有金屬偉晶巖中白云母元素特征進行對比(圖9)，發(fā)現(xiàn)在云母的主量元素TiO2，F(xiàn)eO，MnO，MgO和F以及微量元素Li，Be，B，Zn，Rb，In，Sn，Cs，Ta，W和Nb等中，白云母二長花崗巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)與稀有金屬偉晶巖的更接近；除上述元素外，二云母二長花崗巖的白云母中Sc，V，Ni，Cu，Sr 和Ba 質(zhì)量分?jǐn)?shù)比白云母二長花崗巖和稀有金屬偉晶巖中云母的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高1個數(shù)量級以上；另外，二云母二長花崗巖白云母w(K)/w(Rb)為81.42～99.97，遠比白云母二長花崗巖(35.53～43.56)和偉晶巖(9.4～34.26)中白云母的高，相比后兩者，二云母二長花崗巖處于較早的巖漿演化階段；前人對幕阜山花崗巖成巖時代開展了一系列年代學(xué)研究，本文收集了二云母二長花崗巖、白云母二長花崗巖和偉晶巖最新的年齡，見表2。表2顯示白云母二長花崗巖在年齡上與偉晶巖的年齡更接近；此外，野外調(diào)查顯示，礦化密集的偉晶巖脈附近往往出現(xiàn)白云母二長花崗巖株。因此，本文認(rèn)為，白云母二長花崗巖與稀有金屬偉晶巖具有連續(xù)的分異演化關(guān)系和密切的時空耦合關(guān)系，可能為成礦母巖。

圖9 仁里—傳梓源礦區(qū)兩類花崗巖與稀有金屬偉晶巖云母中各類特征元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)對比Fig.9 Mass fraction comparison of characteristic elements between two kinds of granite and rare metal pegmatite mica in Renli—Chuanziyuan mining area

表2 仁里—傳梓源礦區(qū)年齡數(shù)據(jù)Table 2 Age data of Renli—Zhuanziyuan mining area

6.4 對稀有金屬成礦的指示

巖漿體系中，Nb和Ta屬于強不相容元素，其分配系數(shù)在大多數(shù)礦物中都很低，只賦存于金紅石、鈮鉭鐵礦、錫石等副礦物及富鈦礦物相中[40]。在幕阜山巖體長期演化過程中，Nb和Ta保留在熔體相中并隨著巖漿分異演化逐步富集，這為研究區(qū)巖漿分異演化最晚期的偉晶巖型稀有金屬成礦提供了先決條件。在巖漿演化過程中，Li和F等元素逐步富集，一方面降低了體系的黏度和固相線溫度，另一方面使熔體的非氧橋(NBO)質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加[41]。前人研究認(rèn)為熔體中的NBO 增加將有助于提高Nb和Ta等金屬陽離子在硅酸鹽熔體中的溶解度[20]。研究發(fā)現(xiàn)，隨著巖漿演化程度不斷增加，云母中Li和F質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐步增加，鈮鉭鐵礦從MS2類型開始在偉晶巖零星中出現(xiàn)，并隨著巖漿演化逐漸增多。巖漿演化使成礦元素富集，但大規(guī)模的稀有金屬成礦需要熱液流體的參與[42?45]。MS3類型Li 和F 質(zhì)量分?jǐn)?shù)突增，形成于極富流體的熱液環(huán)境，在不混溶作用下產(chǎn)生流體相，熔體中Nb和Ta達到飽和開始沉淀，鈮鉭鐵礦、綠柱石、磷灰石、鈮鉍礦等副礦物大量出現(xiàn)，形成以鈮鉭礦化為主的鈉長石型稀有金屬偉晶巖。從MS3到MS4，殘余熔體和富含Li 和F 的流體繼續(xù)向南遷移至三墩巖體處，在傳梓源地區(qū)形成鋰?鈮鉭礦化為主的鈉長石?鋰輝石型偉晶巖。

Ta5+的離子半徑(0.73×10?10)略大于Nb5+的離子半徑(0.70×10?10)，Ta5+將與O 形成相對更強的共價鍵，更易于爭奪到熔體中的非橋氧，故Ta5+相較于Nb5+更易保留在熔體中[41]。對鈮鉭鐵礦的研究表明，Nb比Ta更容易進入礦物相中，因此，在巖漿演化過程中Nb 先進入礦物相，而Ta 相對Nb 更趨向于巖漿演化后期富集成礦[27]。本研究顯示，云母中Nb質(zhì)量分?jǐn)?shù)對巖漿?熱液演化反應(yīng)靈敏，在MS1和MS2中，Nb 質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)略微增高(圖7)，表明Nb 隨著巖漿演化逐漸在熔體中富集；從MS3到MS4，Nb質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸降低，指示進入熔?流體系后Nb 開始沉淀進入綠柱石、鈮鐵礦等礦物相中；Ta 質(zhì)量分?jǐn)?shù)在云母各世代變化不大(圖8)，這可能是因為在體系演化過程中Ta相較Nb不容易進入云母相中；云母w(Nb)/w(Ta)在MS1和MS2中增高，可能是這一階段鈮鉭在熔體中還處于富集階段，并無礦物相生成，w(Nb)/w(Ta)在巖漿分異演化過程中整體表現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，Ta 富集成礦相較Nb富集成礦處于熔?流體系演化的更晚期。

7 結(jié)論

1)自北部幕阜山巖體向南至傳梓源，偉晶巖依礦物組合劃分為4個類型：微斜長石偉晶巖；微斜長石?鈉長石偉晶巖；鈉長石偉晶巖；鋰輝石?鈉長石偉晶巖。偉晶巖中云母具有白云母?多硅白云母(MS1)→富鋰白云母?富鋰多硅白云母(MS2)→富氟銫鋰云母(MS3)→白云母(MS4)的演化趨勢。云母的演化趨勢與偉晶巖演化趨勢相匹配，微斜長石帶和微斜長石鈉長石帶多為MS1；鈉長石偉晶巖帶多發(fā)育MS2和MS3，其中MS3為交代MS2邊部而成的富氟銫鋰云母邊，形成于富流體的熱液環(huán)境；鋰輝石鈉長石帶發(fā)育MS4，其Li和F質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低與鋰輝石的結(jié)晶和富F流體的出溶有關(guān)。云母演化過程中發(fā)生以下元素置換：八面體位置[B]的元素Mg和Ti與Mn置換；MS2到MS3發(fā)生[B]和[C]的交換(VIAl+IVAl→VIFe2++IVSi，VIFe2++IVAl→VILi+IVSi)；F?替代云母中附加陰離子OH?。

2)從MS1→MS4過程中，云母中Li，Be，B，Rb，Cs和Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體增高，Mg和Ti質(zhì)量分?jǐn)?shù)及w(K)/w(Rb)降低，指示從微斜長石帶到鋰輝石鈉長石帶形成偉晶巖的熔?流體系演化程度依次增高。體系開始為單一的巖漿演化，至鈉長石偉晶巖帶產(chǎn)出MS3，此時，體系發(fā)生不混溶作用產(chǎn)生超臨界流體，從巖漿過渡到巖漿?熱液階段；鋰輝石?鈉長石偉晶巖中MS4的Li 和F 質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，指示巖漿?流體演化進入最后階段，Li大量結(jié)晶進入鋰輝石中，F(xiàn) 則擴散遷移至淺地表形成螢石等礦物。

3)相比二云母二長花崗巖，白云母二長花崗巖在主?微量元素特征、成巖年齡、產(chǎn)出空間等方面與稀有金屬偉晶巖關(guān)系更加密切，認(rèn)為白云母花崗巖可能成為礦母巖。

4)在巖漿演化過程中，體系中Li 和F 逐步富集，降低了熔體的黏度和固相線，增加了熔體的NBO 數(shù)，使傾向進入熔體的Nb 和Ta 進一步富集，而超臨界流體的產(chǎn)生使Nb 和Ta 發(fā)生大規(guī)模沉淀，使鈉長石偉晶巖和鋰輝石?鈉長石偉晶巖成礦階段成為主要的成礦階段。隨著巖漿熱液流體演化，Nb 可能先沉淀成礦，Ta 的富集成礦相較Nb 處于熔?流體系演化的更晚期。