河南省盧氏縣蔡家花崗偉晶巖型鋰礦地質特征及礦床成因分析

張 杰，張彥鋒，田曉敏，劉恩法，鄭廣明，韓金生，馮建濤，王玉鋒，衛江旗，張宏濤，賈志超，李 敏

(1.河南省地質礦產勘查開發局第四地質勘查院，河南鄭州 450001；2.河南省地質調查院，河南鄭州 450001；3.中國科學院廣州地球化學研究所 礦物學與成礦學重點實驗室，廣東廣州 510640；4.河南省金屬礦產成礦地質過程與資源利用重點實驗室，河南鄭州 450001)

0 引言

鋰礦是重要的戰略性礦產資源，全球已有20多個國家發現了鋰礦床。我國鋰礦資源豐富，主要有硬巖型和鹵水型兩大類型(張玲和林德松,2004;許志琴等,2018)，以硬巖型為主，其中又以花崗偉晶巖型鋰礦分布最為廣泛，主要鋰礦成礦帶為新疆阿爾泰成礦帶和川西松潘-甘孜成礦帶，兩者典型礦床分別為新疆可可托海鋰鈹鈮鉭銣礦床和川西甲基卡鋰鈹鈮鉭銣礦床(李建康等,2014；劉麗君等,2017)。

東秦嶺地區是我國一個重要的與花崗偉晶巖有關的稀有金屬礦產地，形成了商南、巒莊、官坡、龍泉坪4個大的花崗偉晶巖脈密集區(圖1)。其中在官坡花崗偉晶巖脈密集區，稀有金屬元素明顯富集，主要有Li、Nb、Ta、Be、Rb、Cs等(戎嘉樹,1997;盧欣祥等,2010)。

圖1 東秦嶺地區區域地質簡圖(據陳西京等，1993，略改)

自20世紀60年代以來，陜西省第三地質隊、成都地質學院第七教研室秦東科研隊、河南省豫07地質隊等單位科研人員對東秦嶺花崗偉晶巖區進行過勘查和綜合研究工作。其中，1970年7月陜西省第三地質隊對蔡家花崗偉晶巖型鋰礦床做了詳細的野外和研究工作，達到了地質普查程度，提交了《河南盧氏202(蔡)礦區花崗偉晶巖型稀有金屬礦床工業報告》；2011年開始，河南省地礦局地勘一院對獅子坪-瓦窯溝一帶進行了稀有金屬普查工作，發現火炎溝鋰鈮鉭礦區。盧欣祥等(2010)和陳西京(1993)認為東秦嶺花崗偉晶巖具有明顯分異作用，稀有金屬礦化普遍且明顯，且具有鈉長石化、鋰云母化等交代作用，稀有金屬富集程度與鈉長石化密切相關；同時認為該區偉晶巖與花崗巖同源，花崗偉晶巖形成及其礦化均為加里東期。陳金鐸等(2014)進一步認為，盧氏地區分布的偉晶巖時空分布上具有連續巖石類型演化序列，巖石類型包括黑云母型花崗偉晶巖、二云母型花崗偉晶巖、白云母型花崗偉晶巖和含稀有金屬礦物型花崗偉晶巖，形態多呈脈狀，具有明顯的分枝、膨大收縮等現象。王盤喜等(2017)對官坡花崗偉晶巖脈研究認為，其具有高硅、富堿、過鋁質及低鐵、鎂、鈣和鈦的特點，在成因上可能與灰池子花崗巖具有親緣性，推測是該花崗巖高度演化后的產物。白峰等(2011)和劉姣(2011)針對蔡家鋰礦進行了鋰輝石的礦物學特征研究，發現鋰輝石稀土元素出現一定程度的銪負異常，說明偉晶巖形成過程中鋰輝石在斜長石之后結晶；周起鳳等(2019)研究表明東秦嶺稀有金屬偉晶巖主要為過鋁質LCT 型偉晶巖，蔡家溝礦區鋰礦化偉晶巖巖漿就位時是高度分異演化的稀有金屬偉晶巖巖漿，而且就位后未經歷明顯分異演化過程；秦克章等(2019)認為東秦嶺稀有金屬偉晶巖形成于晚造山和造山后階段，具有多期疊加特征，其成礦機制是結晶分異和液相不混溶。綜上，東秦嶺花崗偉晶巖密集區不僅進行了較廣泛的野外調查和勘查工作，對成礦規律、分異演化程度和成因分析方面也有廣泛的研究(郭旭吉和馬占龍,2015；周振華等,2016)。但是針對官坡花崗偉晶密集區鋰礦的系統性地質特征及礦床成因的研究尚需深入。

近年來，筆者在官坡一帶進行勘查工作，進行了大量的野外工作、施工了大量的鉆孔，控制了偉晶巖脈的形態和空間展布，并進行了系統的巖石學和地球化學分析，在深部發現了較好的花崗偉晶巖型鋰礦體。本文在上述大量的勘查資料及前人研究成果的基礎上，分析蔡家花崗偉晶巖型鋰礦床的地質特征和礦床成因，以期為進一步勘查工作提供指導意義，也對尋找同類礦床具有重要指示意義。

1 區域地質背景

研究區位于北秦嶺造山帶朱陽關-夏館斷裂與商州-丹鳳斷裂之間(盧欣祥等,2010)，區域構造線為北西走向，表現為復式背向斜和韌性剪切帶。

區域地層主要為古元古界秦嶺巖群、中新元古界峽河巖群和新元古代至早古生代丹鳳巖群。秦嶺巖群為一套中深變質的碎屑巖-基性火山巖-碳酸鹽巖組合，包括郭莊巖組和雁嶺溝巖組，郭莊巖組為麻粒巖-片麻巖變質建造，雁嶺溝巖組為鈣質片巖-大理巖變質建造。峽河巖群分布于秦嶺巖群以北，兩者以韌性剪切帶接觸，包括寨根巖組和界牌巖組，寨根巖組為變碎屑巖-斜長角閃巖變質建造，界牌巖組為鈣質片巖-大理巖變質建造。丹鳳巖群分布于秦嶺巖群以南，主要為基性火山巖構成的蛇綠巖，分布在商丹斷裂北側(盧欣祥等,2010;陳金鐸等,2014;張健等,2019)。

巖漿巖主要為加里東期的酸性巖，包括灰池子、漂池、桃坪、騾子坪、黃柏岔等巖體。其中，灰池子、桃坪花崗巖與花崗偉晶巖關系密切，研究表明這兩個巖體是東秦嶺花崗偉晶巖的母巖，其中桃坪花崗巖年齡為450 Ma，灰池子和商南花崗巖年齡為370～380 Ma(成都地質學院第九教研室,1973)。

區內偉晶巖脈延伸方向多平行于區域構造線，與圍巖呈明顯的侵入接觸關系，圍巖遭受到一定程度的熱液蝕變作用，主要沿區域背斜軸部、區域斷裂和次級斷裂侵位。偉晶巖的侵位與構造演化階段密切相關，隨構造演化偉晶巖呈多期次、脈動式發展，區域上具有明顯的水平分帶特征(陳西京,1993；張國偉,2001；王濤等,2009;王令全等,2011;王登紅等,2013;王盤喜等,2017;張盼盼等,2017)。受韌性剪切帶的影響，偉晶巖內礦物發育定向變形，可見長石、鋰輝石呈定向排列(陳金鐸等,2014；李建康等,2014)。

2 礦床地質特征

2.1 礦脈特征

蔡家鋰礦位于盧氏縣官坡鎮蔡家溝村大西溝-三道溝一帶，其北部為雙槐樹斷裂，南部緊鄰獅子坪斷裂帶，處于桃坪-瓦窯溝復式大背斜北翼的龍潭溝背斜北翼(圖1)。其礦脈的規模、形態、產狀等受花崗偉晶巖脈的控制，礦體規模不一，形態有脈狀、透鏡狀、餅狀及不規則狀，具膨脹收縮、分枝復合、尖滅側現等特征(圖2)。

圖2 蔡家鋰礦礦脈分布簡圖

礦區共計查明20余條礦脈，自西而東依次分為大小西溝、程家院、三道溝3個礦段(圖2)。各礦段的礦脈平行密集排列，產狀基本一致。成礦后的橫向小斷層普遍發育，斷距較小，僅數厘米至數米，對礦體破壞甚微(圖3a)。空間上，每一礦段從南東向北西方向，鋰交代作用由弱到強；各段礦脈均自北東而南西側伏。

圖3 礦區礦石礦物特征

礦區主要礦體為V4-1、V3-1、V2-1、V1-1、V6-1、V12-1、V30-1、V2S-1。礦體呈分支脈狀、板狀，走向長178～638 m，最大斜深268～358 m，產狀290°～353°∠51°～77°。礦體厚度0.72～9.40 m，平均厚度4.87 m，厚度穩定。礦體內部結構簡單，礦體中礦石類型以鋰輝石-鈉長石型和鋰云母-鈉長石型為主，少量為含鋰云母的鋰輝石-鈉長石型。礦體頂底板圍巖為斜長角閃片巖及斜長角閃片巖夾大理巖，侵入接觸界線清晰(圖4)。

圖4 礦區大小西溝礦段09勘查線剖面

礦區估算稀有金屬礦石量274.09萬噸，其中Li2O 19766.9噸，Nb2O5262.3噸，Ta2O5392.3噸，BeO 1251.6噸，Rb2O 6558.1噸，Cs2O 1563.2噸；礦床平均品位Li2O：0.72%，Nb2O5：0.010%，Ta2O5：0.014%，BeO：0.046%，Rb2O：0.239%，Cs2O：0.057%，為一處大型稀有金屬礦床。

2.2 礦物學特征

根據礦石的礦物成分和組構，將研究區鋰礦石劃分為三類：(1)微斜長石-鈉長石型，主要礦物為鈉長石、微斜長石；(2)鋰輝石-鈉長石型，礦石礦物主要為鋰輝石，為該型的標型礦物，肉眼主要呈白色，綠色和紫色者較少，晶體呈自形-半自形板狀(圖3c、e)，大小一般為1～1.5 cm，常呈定向排列(圖3e)，還可見少量鈮鉭鐵礦、磷鋰鋁石、綠柱石等；(3)鋰云母-鈉長石型，礦石礦物主要為鋰云母，為該型的標型礦物，主要呈紫色—銀白色(圖3d)，顯微鏡下呈細小鱗片狀(圖3g)，有時可見磷鋰鋁石(圖3h)。

脈石礦物主要以鈉長石，石英，微斜長石為主，少量白云母、磷灰石、鐵電氣石、螢石。

3 地球化學特征

3.1 主量元素

本次研究采集含鋰的花崗偉晶巖樣品9個，均為坑道和鉆孔中的新鮮巖礦樣品(表1)。通過地球化學數據分析，花崗偉晶巖SiO2含量為63.02%～73.52%，平均含量為69.73%；Al2O3的含量為15.4%～21.65%，平均含量為16.6%；TFe2O3含量為0.26%～1.35%，平均含量為0.56%；MgO含量為0.02%～0.68%,平均含量為0.22%；CaO含量為0.38%～2.75%,平均含量為1.29%；TiO2含量為0～0.10%，平均含量為0.03%(表1)。

表1 礦脈主量元素分析結果

研究區花崗偉晶巖Al2O3的含量較高，A/NK(Al2O3/(Na2O+K2O))為1.37～2.06；鋁飽和指數A/CNK(Al2O3/(CaO+Na2O+K2O))為1.04～1.85，為過鋁質巖石；全堿(K2O+Na2O)質量分數為6.05%～8.54%，平均為7.02%；K2O/Na2O為0.46～1.35，平均為0.75，SiO2-K2O巖石系列判別圖解顯示(黃定堂,2003；張亞輝和張世濤,2011;張正平等,2016;王盤喜等,2017;劉漢糧等,2018)(圖5)，為鈣堿性巖石，顯示了S型花崗巖的地球化學特征，推斷花崗偉晶巖的巖漿來源于殼源S型花崗質熔漿(Maniar and Piccoli,1989)。

圖5 礦脈A/CNK-A/NK(a)和SiO2-K2O(b)圖解

3.2 微量元素

本次研究區的微量元素地球化學特征分析借鑒同屬于官坡偉晶巖密集區的南陽山鋰礦區。王盤喜等(2017)通過對南陽山鋰礦區進行微量元素分析，認為鋰輝石-鋰云母型花崗偉晶巖礦脈總體上輕稀土富集，Eu負異常不明顯。其中Sr含量為64×10-6～136×10-6，平均107×10-6<300×10-6，Yb含量為0.029×10-6～0.044×10-6，平均0.038×10-6<1×10-6，分布在Sr-Yb圖低Sr低Yb區，表現出較明顯S型花崗巖特征。Yb含量較低，反映出花崗偉晶巖形成就位的深度較大(張旗等，2006)，也印證了花崗偉晶巖是地殼深部過程的記錄和區域侵蝕深度較大的標志。另外礦脈微量元素結果顯示，其富集大離子親石元素，且Pb正異常顯著，表明巖漿原巖可能是以殼源物質為主(張旗等，2006)。

根據稀土元素分析結果，可知鋰輝石-鋰云母型花崗偉晶巖的∑REE 為1.66×10-6～2.37×10-6，平均2.01×10-6，稀土元素總含量低；ω(LREE)/ω(HREE)的比值范圍為1.89～2.79,平均為2.32，可見輕重稀土分餾作用不明顯。(La/Sm)N為2.43～3.78，平均為2.96；(La/Yb)N為5.82～9.29，平均為7.58；(Gd/Yb)N為0.83～1.19，平均為1.07，表明輕稀土比重稀土分餾程度高(王盤喜等，2017)。

4 礦床成因分析

4.1 母巖來源

多數研究者認為，加里東期的灰池子、桃坪花崗巖與花崗偉晶巖關系密切,是東秦嶺花崗偉晶巖的母巖(盧欣祥等,2010),而且兩者是同源的，受同一板塊俯沖碰撞構造體系的影響，花崗偉晶巖系花崗巖母巖漿分異、演化的結果(鄒天人和徐建國,1975;袁忠信等,1987)。

根據測年數據，東秦嶺花崗偉晶巖大致可分為東西兩區，西區地質年齡為400～440 Ma；東區地質年齡為370～380 Ma。桃坪花崗巖呈疊合巖鞍狀產于巒莊-桃坪短軸背斜的核部(圖1)，位于西區，地質年齡為450 Ma，桃坪花崗巖鋁飽和指數A/CNK=1.11>1.1，K2O/Na2O=1.57≈1.5，加之其花崗巖中多見石榴石、矽線石等他生礦物，屬于殼源S型花崗巖。研究區也位于西區，根據前述地球化學分析，花崗偉晶巖巖漿屬于殼源S型花崗質熔漿，所以，推測研究區花崗偉晶巖脈母巖為桃坪花崗巖(陳西京,1976；王崇禮和張澤軍,1983)。

4.2 花崗偉晶巖密集區的形成機理

研究區位于北秦嶺造山帶復背斜的次級構造內，構造形成的裂隙控制著偉晶巖的產出部位。在區域上，加里東早期花崗巖漿沿桃坪-瓦窯溝復式大背斜軸部向上侵入之后，地殼繼續活動，背斜軸部發育成脆韌性剪切帶，成為偉晶巖漿上升的主要通道，伴隨著遞進變形，在主剪切帶的北側剪切裂隙張開，富含揮發分和稀有元素的偉晶巖漿充填其中，且從花崗偉晶巖密集區的內帶向外帶(亦即從南部向北部)，花崗偉晶巖類型發生規律性的變化，形成具有明顯特征的水平分帶，一般表現為從黑云母-微斜長石偉晶巖到鋰云母-鈉長石偉晶巖的連續演化系列。

研究區所屬的官坡花崗偉晶巖密集區正是位于水平分帶的外帶，發育形成了蔡家花崗偉晶巖型鋰礦，其礦脈類型為鋰輝石-鈉長石型、鋰云母-鈉長石型，屬于高級分異的產物(陳西京,1993；李建康,2012)。蔡家鋰礦區鋰礦化花崗偉晶巖巖漿在就位時即是富集稀有金屬的礦化偉晶巖巖漿，具有較高的分異演化程度，并且就位后未經歷明顯分異演化過程(周起鳳等,2019)。

5 結論

(1)蔡家鋰礦床成因類型屬于花崗偉晶巖型，其礦石類型為微斜長石-鈉長石型、鋰輝石-鈉長石型、鋰云母-鈉長石型。礦石礦物以鋰輝石、鋰云母為主，其次為磷鋰鋁石、鈮錳礦、鉭錳礦、鈮鉭鐵礦、綠柱石等。

(2)研究區花崗偉晶巖型鋰礦脈位于官坡偉晶巖密集區，母巖漿屬于殼源S型花崗質熔漿，母巖為桃坪花崗巖體，是受同一板塊俯沖碰撞構造體系的影響，系花崗巖母巖漿分異、演化的結果。

(3)含稀有金屬的花崗偉晶巖型礦脈賦存于背斜帶次級構造內，處于高級分異階段。受獅子坪斷裂影響，導致斷裂面附近地層和礦脈埋深較深。

致謝：感謝野外工作中李書文、柴世剛等專家的具體指導與熱情幫助，感謝評審專家提出的寶貴意見和建議！