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冀东麻地岩体铷等稀有金属元素赋存特征

来源：花匠小妙招时间：2024-12-06 19:17

冀东麻地岩体铷等稀有金属元素赋存特征

O 引言

稀有矿产应用领域广，日益受到重视（朱京占等，2013；徐颖和孟万涛，2019）。20世纪中叶以来，世界各地发现了众多具有稀有元素矿化的花岗岩，该类型矿床稀有元素储量巨大，经济价值可观。河北省地矿局第八地质大队近年来在河北省兴隆县花市探获的特大型铷等稀有金属矿床，共估算Rb20矿石量99570万t,Rb20金属量为1809683 t，Rb20平均品位0.18%，伴生Li2O金属量为1155014 t． Nb205金属量为199140 t，Cs20金属量为79656 t。工作区位于河北省兴隆县与天津市蓟县交界处，地处燕山山脉中段，属中低山区，地势东北高，西南低，行政区划隶属河北省兴隆县茅山镇花市村，西距蓟（县）兴（隆）公路约8 km，工作区地理坐标E117°32′05″、N40°16′00″，面积4.92 km2。为了查明花市稀有金属元素赋存特征，依据区域地质资料，通过野外地质调查、采样测试分析和室内综合研究，圈定麻地岩体地表出露形态、范围，查明稀有金属元素赋矿岩石的组构特征与矿物特征，分析了稀有金属元素的赋存状态，探讨了稀有金属元素富集机理。为下一步地质勘查提供理论基础和施工依据，指出进一步找矿方向。

1 区域地质背景

研究区位于华北地台北部燕山中生代板内造山带东段的燕山台褶带（马君，2009），地层发育齐全，基底为太古宇褶皱变质岩系，上覆轻微变质的地台型海相中新元古界、海相寒武系与奥陶系和中石炭世以后开始的海陆交互相至陆相沉积。区域构造十分复杂，褶皱、断裂及韧性剪切带均较发育。东西向的马兰峪复背斜是区内最重要的褶皱构造。断裂构造以近东西向和北东—北北东向断裂为主，其次是北西向及近南北向断裂（张长厚等，2004）。区内岩浆活动强烈，以燕山期中酸性—酸性侵入岩为主（杨付领等，2015），主要受近东西向、北东向及近南北向构造的复合控制，伴随大规模的岩浆活动，区内有大量的基性一中酸性岩脉沿北北东和北西向两组断裂分布。岩体规模差别甚大，小岩体含矿性普遍较好。麻地岩体是主要单元，麻地岩体内肉红色碱长花岗岩、灰白色碱长花岗岩、含天河石碱长花岗岩和含铁锰质碱长花岗岩4种岩石类型为主要赋矿岩石。

2 麻地岩体特征

2.1岩体的产状、形态、规模

麻地稀有金属矿化花岗岩体位于华北地台燕山台褶带马兰峪复式背斜西部倾伏端(苗群峰，2018)，为早期肉红色碱长花岗岩(γ52a)和晚期灰白色碱长花岗岩(γ52a)两次侵入活动形成的复式小岩体。形态近似椭圆状，岩体北西向展布，长轴呈 NW40°方向，长约4200 m，宽800- 2000 m，出露面积约5. 35 km2。Rb-Sr全岩法测定麻地岩体的年龄值为(166. 0±5. 0) Ma，侵入时代为燕山早期（麻坤等．2019）。岩体产状大部分倾向围岩，与围岩界线清晰。围岩岩性主要为角闪斜长片麻岩，岩体东部和中部，部分被第四系崩积物覆盖。岩体靠近岩接触带部位普遍含有团块状、细脉状伟晶岩，大从几厘米至几十厘米不等，主要由钾长石、石英和锂云母组成，其中铁锂云母多呈鳞片状集合体分布大小从几毫米至几厘米不等。岩体和围岩的接触蚀变作用很弱。

2.2岩石结构构造

麻地岩体整体上是一种富硅、富钠、贫基性组分的岩石（苗群峰等，2018；谢吾等，2019），岩体内肉红色碱长花岗岩、灰白色碱长花岗岩、含天河石碱长花岗岩和含铁锰质碱长花岗岩四种岩石类型为主要赋矿岩石。岩石结构主要为花岗结构和似斑状结构，还见包含结构和交代结构，少见自形—他形晶粒状结构等；构造主要为块状构造，少见斑杂构造。

(1)岩石中见斜长石自形程度相对较高，钾长石次之，石英呈他形，构成花岗结构。长石和石英粒径多为0.5—3 mm，为中细粒；部分岩石中矿物粒径相对差别不大，构成等粒花岗结构，部分岩石中矿物粒径差别较大，构成不等粒花岗结构。岩石中见少量长石和石英粒径相对大，约4～5 mm，为斑晶，其余长英质矿物粒径相对较小，粒径约为0.5—3 mm，为基质，整体构成似斑状结构。岩石中可见大颗粒钾长石或石英、云母中包含有小颗粒长英质矿物微粒或锆石、磷灰石等副矿物的包含结构。岩石中见大颗粒石英、钾长石等矿物边部被小颗粒长英质矿物交代，接触边界呈锯齿状。岩石中金属矿物磁铁矿、黄铁矿见被褐铁矿交代，交代程度不一。岩石中见少量金属矿物（如磁铁矿等）呈自形、半自形或他形晶粒状。

(2)组成岩石的矿物和结构构造都显示均一性的特点。花岗岩中长石和石英颗粒彼此镶嵌，较均匀分布，构成块状构造。岩石的不同部位，其矿物成分、结构构造差别很大，因此整个岩石呈现不均一性。含铁锰质团块碱长花岗岩中铁锰质矿物集合体呈大小不一的团块，分布在长英质矿物间，构成斑杂构造。

2.3矿物特征

岩石中主要矿物成分简单，为钾长石、斜长石和石英，含少量铁锂云母，微量黄玉、萤石、磁铁矿和褐锰矿，偶见锆石、磷灰石、石榴子石、独居石、铌钽铁矿、黄铁矿、褐铁矿等。

钾长石：含量约26%- 31%，钾长石多呈半自形板状或不规则粒状，粒径为0.2—3 mm，少数颗粒在3-4 mm，负低突起，部分颗粒见卡式双晶、格子双晶（微斜长石）或条纹结构（条纹长石，部分为补片状条纹长石），在单偏光下见表面常因蚀变而呈混浊的浅红褐色尘点，蚀变程度不一，含天河石碱长花岗岩中蚀变相对较弱，浅红褐色尘点相对其他3类少点。部分钾长石（尤其是粒径相对较大的钾长石）中包含有斜长石、石英等微粒，微粒大小不等。部分较大颗粒钾长石边部见被小颗粒长英质矿物交代，接触边界呈杂乱锯齿状，局部见钾长石交代斜长石。

铁锂云母：含量约4%-5%，多呈半自形一他形片状，粒径为0.2—2 mm．多色性较弱，显无色—浅褐色，少见颗粒局部颜色较深，光轴角较小—中等，部分颗粒中包含有少量长英质矿物微粒或锆石、磷灰石等副矿物，部分颗粒边缘见被长英质矿物交代。包含的副矿物边部多见浅红褐色色晕。

铌钽铁矿：偶见，多呈自形一半自形板状或粒状，粒径为0. 05-0.15 mm，灰微带褐色调，强非均，偏光色为黄灰—蓝灰，局部显褐红色内反射，呈单颗粒分布在岩石中。

斜长石：含量约35%— 38%，多呈自形一半自形板状，粒径为(0. 05—1.2)mm×0.7 mm，表面相对较干净，少见弱粘土化和绢云母化，多见聚片双晶和卡钠复合双晶，突起有正有负，据牌号(<5)和突起特征，定为钠长石。斜长石颗粒中相对较干净，少见分布有其他矿物微粒，局部见与石英一起交代大颗粒石英、钾长石和云母。根据钾长石、斜长石（钠长石）和石英含量，按APQ分类，认为该岩石应为碱长花岗岩。

石英：含量约24%— 30%，石英多呈他形粒状或不规则状，少见较自形，粒径多为0. 05—5 mm，部分粒径相对较大，可与大颗粒钾长石一起做斑晶，部分粒径相对较小，多与斜长石等一起分布。部分大颗粒石英包含长石、云母等形成雪球构造(李富春等，2000)，部分颗粒边缘见被小颗粒长英质矿物交代。

黄玉、萤石：微量。黄玉，无色，呈粒状或柱状，正中突起，二轴晶正光性，多分布在长英质矿物粒间，少见与云母分布在一起，在灰白色碱长花岗岩中含量相对多点，粒径也相对大点，可达0.8 mm。萤石，多呈无色，局部见紫色斑点，负中一高突起，均质，呈粒状或集合体分布在长英质矿物粒间或环绕长英质矿物颗粒，多分布在含天河石碱长花岗岩中。

锆石、磷灰石、石榴子石、独居石：都为偶见。锆石，无色，多呈自形柱状微粒，多分布在长英质矿物间或颗粒中，少见分布在云母中。磷灰石，无色粒状或柱状微粒，正中突起，一级灰干涉色，一轴晶负光性，多不均匀分布长英质矿物粒间或颗粒中，少见分布在云母中。石榴子石，浅黄褐色，呈微粒状，正高突起，均质，多不均匀分布长英质矿物粒间或颗粒中，少见分布在云母中。独居石，浅黄色，粒状或板状微粒，正高一极高突起，三级至高级白干涉色，偶见分布长英质矿物粒间，或见分布在云母中。

磁铁矿、黄铁矿、褐铁矿：磁铁矿，微量，多呈半自形—他形晶粒状，灰微带棕色调，均质，大小多为0. 03-0.15 mm．呈单颗粒分布在非金属矿物间，局部见被褐铁矿交代。黄铁矿，偶见，多呈他形微粒，浅黄色，均质，粒径约0. 01 mm，偶见1粒大颗粒，粒径约1mm，呈单颗粒分布在非金属矿物间，大颗粒黄铁矿沿裂隙和边部见被褐铁矿交代。

褐锰矿+铁锰质：只出现在含铁锰质碱长花岗岩中，多呈不规则粒状，粒径多为0. 005—0.04 mm．棕灰色，弱非均，显暗土黄一暗黄棕偏光色，偶见红色内反射，多较聚集在一起不均匀分布。含铁锰质碱长花岗岩中的黑色团块，主要为铁锰质质点，镜下未见固定矿物形态，但在正交偏光下透出褐或棕褐色，少量为有固定形态的褐锰矿。整体上褐锰矿和铁锰质分布在破碎裂隙周围，或直接填隙在裂隙中。

3 稀有金属元素赋存状态

选取麻地岩体中赋矿的肉红色碱长花岗岩、灰白色碱长花岗岩、含天河石碱长花岗岩和含铁锰质碱长花岗岩等四种类型岩石分别磨制探针片，在探针片上选取矿物进行测试，综合镜下鉴定结果和探针结果可知，稀有元素Rb、Cs、Li、Nb、Ta的赋存状态如下。

铷无独立矿物，以离子状态分布在钾长石和铁锂云母中。铷离子半径与钾离子半径相近，易发生类质同象替换，铷自由替换钾，铷以类质同象的形式赋存于钾长石和铁锂云母中。铯无独立矿物，以类质同象替换钾离子，分布在钾长石和铁锂云母中。

锂主要以铁锂云母形式存在，铁锂云母在四种类型岩石中都存在，含量大体相同，约4% —5%。铌钽主要以独立矿物铌钽铁矿形式存在，铌和钽呈完全类质同象，铌钽铁矿在四种类型岩石中都有存在，但都非常少，粒径大小多为0. 05-0.15 mm。

根据探针分析数据，综合化学分析结果，可知铷、铯、锂、铌、钽的分布特征如下。

铷(Rb)：分布在钾长石和铁锂云母中，在铁锂云母中含量相对较高。肉红色碱长花岗岩的钾长石中Rb2O O．36%-0.53%，平均0.43%，铁锂云母中 Rb20 0.82%—0.98%，平均0.90%；灰白色碱长花岗岩的钾长石中Rb20 0.54%—0.79%，平均0. 65%，铁锂云母中Rb20 1.27%—1.41%，平均1.33%；含天河石碱长花岗岩的钾长石中Rb20 0. 32%—0.79%，平均0.56%，铁锂云母中Rb20 1. 13%—1. 58%，平均1.35%：含铁锰质碱长花岗岩的钾长石中Rb20 0.42%—0.55%，平均0.47%，铁锂云母中Rb20 0.87%—1.07%，平均0.96%。

铯(Cs)：分布在钾长石和铁锂云母中，整体上在钾长石中含量很少，在铁锂云母中相对多点，且主要分布在含天河石碱长花岗岩的钾长石和铁锂云母中。肉红色碱长花岗岩的钾长石中Cs20几乎为0，铁锂云母中Cs20 0—0.03%，平均0.02%：灰白色碱长花岗岩的钾长石中Cs20 0—0.03%．平均0.01%，铁锂云母中Cs20 0.07%—0.19%，平均0.12%；含天河石碱长花岗岩的钾长石中Cs20 0—0.03%，平均0. 02%，铁锂云母中Cs20 0.02%-1.32%，平均0.37%；含铁锰质碱长花岗岩的钾长石中Cs20 0～0. 03 %，平均0.01%，铁锂云母中Cs20 0.02%—0. 07%，平均0.05%。

锂(Li)：因电子探针分析不能测出，故采用化学分析数据，得知其几乎全部分布在铁锂云母中。测得含天河石碱长花岗岩的云母单矿物中Li20为2. 85%。

铌( Nb)、钽(Ta)：主要以铌钽铁矿形式存在，在四种类型岩石中都有，但含量不同。肉红色碱长花岗岩的铌钽铁矿中Nb2O5 68. 67%— 70. 45%，平均69. 77%，Ta205 4.25%—4.87%，平均4.55%；灰白色碱长花岗岩的铌钽铁矿中Nb205 65. 08%— 67. 25%，平均66.17%，Ta205 7.29%一7.91%，平均7.60%；含天河石碱长花岗岩的铌钽铁矿中Nb205 14. 69%～63. 11%，平均41. 10%,Ta205 4.80%—47. 68%，平均25. 17%：含铁锰质碱长花岗岩的铌钽铁矿中 Nb205 63.35%一57.25%，平均60. 30%，Ta205,13. 54%— 17. 84%．平均15. 69%。

4 麻地岩体稀有金属元素富集机理

麻地岩体为起源较深的花岗岩浆经过较充分的分异演化晚阶段的产物，岩浆成分向着富钠富稀碱元素富挥发分的方向有规律地分异演化，导致Rb、 Nb、Li等稀有元素富集和矿化，含铷的造岩矿物钾长石、铁锂云母以及稀有金属高分异花岗岩是本类矿床的直接找矿标志，最晚形成的位于岩体上部的含天河石碱长花岗岩是富矿的发育部位。造岩矿物中的稀有金属元素含量从早期至晚期基本呈递增趋势。上述特征都指示了花岗岩演化到高分异阶段，暗示麻地岩体可能形成于熔体—流体共存体系中的高程度分离结晶与富挥发分流体交代复合作用( Jahn et a1．，2001)。

麻地岩体中稀有金属元素成矿是多种有利因素耦合的结果（叶松等，2015；李胜虎，2015）。小岩浆体充当了含矿流体有利的运移载体（罗照华，2012；汤中立2015）；变质结晶基底的构造薄弱地带为含矿流体自深部向浅部的运移提供良好通道空间：上覆常州沟组和变质结晶基底间的不整合界面为岩矿体就位提供有利场所：在熔体一流体相互作用下（罗照华，2011，2017；卢欣祥等，2017）．岩浆固相线温度下降，岩浆高度分异演化(杨泽黎等，2014)，挥发分充分富集，稀有金属元素在岩体顶部富集成矿。

5 结论

(1)麻地岩体碱长花岗岩富集铷(Rb)、铯(Cs)、锂(Li)、铌(Nb)、钽(Ta)稀有元素，铷(Rb)分布在钾长石和铁锂云母中，在铁锂云母中含量相对较高。铯( Cs)主要分布在含天河石碱长花岗岩的钾长石和铁锂云母中。锂( Li)几乎全部分布在铁锂云母中。铌( Nb)、钽(Ta)：主要以铌钽铁矿形式存在，在4种类型岩石中都有，但含量不同。

(2)随着高度分异演化，岩浆成分更加富钠富稀碱元素富挥发分，稀有金属元素偏向于在岩浆演化的晚期富集。云母容纳稀有金属元素的能力强于钾长石，但钾长石的含量远大于云母，故岩体中钾长石的稀有元素总量高于云母。

摘自《矿产勘查》2020年第8期