TIMA 分析在四川西部黨壩鋰輝石礦床巖礦鑒定中的應用

譚華，蔡云華，陳金香，朱匯派

（1.四川省地質礦產勘查開發局化探隊，四川 德陽 618000；2.成都理工大學地球科學學院，自然資源部構造成礦成藏重點實驗室，成都 610059）

鋰、錫、鉭、鈮和鈹等稀有金屬廣泛應用于航天航空、新材料、新能源、信息技術以及國防等領域，被譽為新興關鍵戰略金屬，而花崗偉晶巖是稀有金屬的重要來源（李建康等，2014，2019；王登紅，2019)。四川西部松潘-甘孜造山帶是我國著名的稀有金屬成礦帶（郝雪峰等，2015；鄧運等，2018；許志琴等，2018；費光春等，2020），發現和評價了多個大型和超大型稀有金屬鋰多金屬礦床（付小方等，2015，2021；Fei et al.，2020，2021）。松潘-甘孜造山帶的花崗偉晶巖型鋰多金屬礦石（以下簡稱礦石）除了富鋰以外，還伴生有鈮、鉭、錫、鈹、銫等元素。前人對礦石的工藝礦物學和賦存狀態的研究主要集中于鋰，少量涉及鈮、鉭、鈹等元素（趙開樂等，2014；潘蒙等，2017；周雄等，2018；徐鶯等，2019；唐屹等，2021），而工藝礦物學、賦存狀態和綜合利用研究的基礎是稀有金屬礦物的鑒定與識別。尤其是近年來研究發現，甲基卡X03 號脈的接觸變質帶圍巖中的Li 和Cs 含量達到了伴生金屬元素綜合利用的邊界品位或者工業品位（梁斌等，2022）。以松潘-甘孜造山帶中部可爾因礦田的黨壩超大型花崗偉晶巖型鋰礦石礦床為研究對象，在傳統顯微鏡觀察的基礎上，運用礦物自動定量分析系統（TIMA）開展礦石和圍巖樣品的巖礦鑒定，為后續選礦工藝方法的選擇和稀有金屬的開發利用提供理論依據。

1 礦床地質概況

可爾因礦田位于青藏高原東緣松潘-甘孜造山帶的腹心地帶，夾在羌塘－昌都板塊、華北板塊和揚子板塊之間（許志琴等，2018）。區域內中酸性巖漿活動強烈，成巖時期以印支晚期-燕山早期為主，沿穹隆核部分布有太陽河石英閃長巖體和可爾因復式巖體。以可爾因復式巖體為代表，呈不規則三叉狀巖基狀產出，面積約188 km2（古成會等，2014）。圍繞穹隆體分布有近千條花崗偉晶巖脈，是尋找偉晶巖型稀有金屬礦床有利地區。區域礦產以鋰鈹等稀有金屬為主，在穹隆幔部周緣已發現鋰鈹稀有金屬礦產地20 余處，是我國著名的偉晶巖型稀有金屬礦集區。礦床規模達大型—超大型的主要有金川縣李家溝鋰礦床、金川縣業隆溝鋰礦床和馬爾康市黨壩鋰礦床等。區域鋰礦床受穹隆體控制明顯，在距可爾因巖體1 500～5 000 m 范圍內含礦花崗偉晶巖脈群密集程度相對較高。

黨壩鋰輝石礦床位于可爾因礦田的東南部，礦區內出露的地層包括三疊系上統雜谷腦組（T3z）、上統侏倭組（T3zw）以及第四系（Q）（圖1）。雜谷腦組巖性主要為灰—深灰色薄層與中層條帶狀變質長石石英細砂巖，含少量厚層與巨厚層條帶狀變質長石石英細砂巖、深灰色粉砂質、鈣質絹云板巖、鈣質含巖屑長石石英砂巖與粉砂巖呈互層，由下至上，板巖逐漸增多。侏倭組是含礦偉晶巖主要的賦礦層位，原巖巖性為灰色厚中層—薄層狀變質長石石英砂巖、長石巖屑砂巖與粉砂質板巖、板巖韻律式互層，局部可見厚層砂巖夾板巖與板巖段，而砂板巖韻律式互層是本組獨有的特征。侏倭組地層在區域淺變質和熱接觸變質作用下，巖性發生了變化，主要為灰色中—厚層狀陽起長英角巖、黑云長英角巖、角巖化的絹云板巖、透輝長英角巖、角閃石英角巖夾灰色角巖化絹云板巖、黑云長英角巖夾炭質絹云板巖等，板巖類熱接觸變質礦物紅柱石、堇青石等較為普遍。

圖1 黨壩礦區地質圖

礦區位于根扎背斜北東翼，主體為單斜構造。地層總體向北東緩傾，至地拉秋溝南坡轉向南東緩傾。發育于地層不同巖性層之間次級變形構造強烈，反映出淺層次順層滑脫、穹隆構造等伸展體制下的變形特征。礦區內僅見一條斷層（圖1，編號F1），位于礦區北部，呈北東—南西向展布，長約1 200 m，斷層面向南東陡傾，傾向145°～148°，傾角85°～89°，呈現脆性變形的特征。在地層中發育的張節理、剪張節理是區內以花崗偉晶巖為主的脈巖充填就位場所，也是鋰礦體的賦存空間。成礦前節理有NW、NE 以及EW 向，成礦后節理有NEE 和NWW 向。

黨壩礦區共圈定了22 條含礦偉晶巖（礦體）出露地表15 條，隱伏7 條，含礦偉晶巖規模大，以脈狀或者大脈狀為主。無礦偉晶巖62 條，規模較小，一般呈單脈產出。偉晶巖主要受產出部位主節理裂隙控制，規模較大的脈體往往受控于兩組以上的節理裂隙。根據偉晶巖類型及分布的空間位置，從北向南依次分為北帶、中帶和南帶（圖1）。其中北帶的含礦偉晶巖規模最大，以VIII 號礦體為代表，主要沿著北西—南東方向展布。礦床中帶含礦偉晶巖包括VI、XIV 和XV 號礦體，主要以脈狀為主，呈北西—南東方向展布。南帶位于地拉秋中帶以南至地拉秋溝口，包括I和V 號礦體，其中Ⅰ號礦體呈北西-南東向展布，而Ⅴ號礦體呈北東—南西向展布，礦體規模普遍較小。鋰輝石是黨壩礦床的主要的礦石礦物，同時含有少量鋰云母、鈮鉭鐵礦和錫石；脈石礦物包括石英、微斜長石、鈉長石及少量白云母。

表1 樣品PD3900 的礦物質量組成

2 樣品采集及分析測試方法

樣品采集自黨壩鋰礦床的北帶圍巖，中帶VI 號礦體地表露頭。顯微鏡下觀察鑒定拍照在成都理工大學地球科學學院綜合巖礦鑒定實驗室完成，探針片礦物綜合礦物分析（TIMA）在河北廊坊市誠譜檢測地質服務公司完成，儀器為捷克泰思肯電鏡公司（TESCAN）生產。TIMA 實驗加速電壓HV 為25 KV，工作距離為15 mm，電流大小為5 nA。

礦石顏色為灰白色，部分為淺灰黃綠色，偶見灰黑色或者棕黑色物質嵌布。礦石主要以塊狀構造產出，少部分具有斑雜狀構造，中粗粒偉晶結構。肉眼及顯微鏡下觀察，礦石由鋰輝石、石英、鈉長石、白云母等主要礦物組成（圖2）。圍巖樣品為黑云石英角巖，深灰黑色，塊狀構造，鏡下觀察主要的礦物為黑云母、石英、輝石、電氣石等（圖2）。

圖2 黨壩礦區礦石、圍巖手標本和鏡下照片

3 TIMA 掃描鑒定結果

采集的圍巖樣品來自礦區北帶的PD3900 以及11 號勘探線的圍巖ZK110b1，兩塊樣品Li2O 含量分別為0.11%和0.5%，達到了綜合利用（伴生Li2O 的邊界品位：Li2O=0.05%；塊段平均品位Li2O=0.08%）的標準。而礦石樣品采集來自礦區中帶的VI 號礦體。

3.1 圍巖PD3900 樣品鑒定

經鏡下初步觀察，PD3900 探針片的左下角和右上角與黑云母和石英鑲嵌共生的礦物難以辨認（長石以及其它疑似輝石的礦物），且含量較高，是黑云母蝕變的產物還是其它礦物尚不清楚。首先對這兩個區域開展了背散射拍照，顏色具有明顯的差異，說明礦物成分不同；然后開展礦物成分掃描，識別出石英、單斜輝石、斜長石、鈣長石、方解石、榍石、黑云母、磷灰石、鋯石、磁鐵礦、陽起石、磁黃鐵礦、鐵白云石、螢石等礦物（圖3）。為進一步確定該輝石的種屬，對該礦物的Ca、Mg、ΣFe 等離子含量進行標準化后，投點于Wo-En-Fs 三角圖解上時，數據點將位于Ca2Si2O6端員的50%含量線之上，富Ca（圖4）。因此，該樣品中的輝石屬于單斜輝石（Clinopyroxene）的富鈣輝石。

圖3 樣品PD3900 的TIMA 礦物相圖

圖4 輝石Ca2SiO6(Wo)-Mg2Si2O6(En)-Fe2Si2O6(Fs)分類圖解

與黑云母鑲嵌共生的礦物為單斜輝石和長石類礦物，其中單斜輝石是前人尚未識別出的礦物。礦物組成的質量百分比顯示（表1），石英最高（43.74%），其次為單斜輝石（21.77%）和斜長石（13.23%），黑云母最低（1.40%）。元素組成方面，O、Si、Ca、Al、Fe、Mg、Na 含量較高（表2）。

表2 樣品PD3900 的元素組成

3.2 圍巖ZK110b1 樣品鑒定

ZK110b1 樣品中也發育與黑云母和石英鑲嵌共生的礦物，難以辨認。TIMA 掃描礦物相圖見圖5。結果顯示，與黑云母和石英鑲嵌共生的主要是長石類礦物以及部分磷灰石，整體上主要礦物及含量與PD3900樣品基本相似，但黑云母（12.60%）和磷灰石（3.43%）含量相對較高（表3）；因輝石類礦物含量較少，Ca 元素相對較低，元素組成特征與PD3900 相似（表4）。

表4 樣品ZK110b1 的元素組成

圖5 樣品ZK110b1 的TIMA 礦物相圖

3.3 礦石中的鈮鉭礦物鑒定

對采集自黨壩礦區中帶的礦石中挑選的鈮鉭礦物開展TIMA 掃描。鈮鉭礦物整體呈現自形—半自形，少量不規則狀，長約100～250 μm，寬約60～180 μm。背散射圖像顯示其內部結構較簡單，環帶不發育，呈現灰黑色和灰白色兩種顏色，少量礦物顏色亮暗相間（圖6，編號09）。TIMA 掃描則顯示礦石中的鈮鉭礦物包括鈮錳礦、鈮鐵礦和鉭鐵礦三種類型（圖6），以鈮錳礦為主，次為鈮鐵礦。

圖6 黨壩礦床礦石中鈮鉭礦物的BSE 圖像和TIMA 掃描結果

4 討論

前人對川西地區偉晶巖的圍巖地層含礦性的初步研究表明，侏倭組地層中鋰的含量與黑云母有關（袁彥偉等，2022；梁斌等，2022）。鋰在黑云母與熔體之間的分配系數較高，黑云母是鋰的重要儲庫，沉積巖中黑云母Li2O 含量最高可達2.17%（Icenhower J and London D.1995；王汝成等，2019；徐興旺等，2020）。而川西甲基卡X03 號脈接觸變質巖中富含較多黑云母，鋰、銣和銫等稀有元素含量較高（梁斌等，2022）。根據切片鏡下觀察以及化學分析，圍巖樣品中黑云母含量高，樣品中Li2O 含量高，二者之間呈正相關關系。TIMA 分析結果表明，圍巖樣品中黑云母含量很高，體積占比介于28%～40%。同時，根據黑云母單礦物的LA-ICP-MS 分析，黑云母中的Li 的含量高，介于4 334×10-6～12 256×10-6。由此得出，黨壩礦床圍巖中稀有金屬含量的高低與黑云母含量呈正相關。對樣品PD3900 和樣品ZK110b1 進行鏡下觀察及TIMA 掃描，結果顯示，樣品PD3900 黑云母含量較低，全巖Li2O 含量為0.11%；而樣品ZK110b1 黑云母含量較高，全巖Li2O 含量為0.5%。因此，圍巖樣品，尤其是靠近含礦偉晶巖的圍巖，其黑云母含量的高低，可以作為圍巖樣品中稀有金屬含量能否綜合利用的標志。

根據原礦綜合樣的AMICS 分析結果，鈮鉭礦物在原礦中的含量極其低（0.01%）。根據鏡下觀察以及挑選的單礦物分析，鈮鉭礦物呈不規則粒狀、板柱狀，不透明，粒徑小，主要介于0.06～0.18 mm，鈮鉭礦物粒度與原礦中主要礦物鋰輝石（粗粒長徑一般10～50 mm，橫斷面0.5～5 mm，個別達到6～12 mm；細粒一般粒度0.1～2 mm）、長石（長徑0.1～6 mm，短徑0.02～1 mm）、石英（0.1～7mm）、云母（0.15～10 mm）等礦物粒度差異較大，但具有磁性，可利用這一物理性質差異，進行富集綜合利用。鈮鉭礦物主要以粒間分布以及包裹體分布兩種嵌布形式分布于礦石中，鈮和鉭元素以獨立礦物的形式富集在鈮鉭礦物中。TIMA 對鈮鉭礦物的掃描顯示，鈮錳礦主要以獨立礦物（粒間分布）存在，少量鈮鐵礦以包裹體的形成存在于鈮錳礦中（圖5，編號07），也有少量鈮錳礦和鈮鐵礦鑲嵌共邊。編號09 礦物BSE 圖像雖然明亮相間，但是其成分相對均一。同時，TIMA 分析為鈮鉭礦物的嵌布特征、鈮鉭元素的賦存狀態研究和選擇點位進行鈮鉭礦U-Pb 定年提供了重要參考。

5 結論

（1）對礦物自動定量分析系統（TIMA）掃描分析顯示，黨壩鋰礦床的圍巖樣品中主要含有石英、長石、黑云母、單斜輝石、方解石、磷灰石、榍石等礦物。黑云母含量的高低，可以作為圍巖樣品中稀有金屬含量能否綜合利用的標志。

（2）在鏡下觀察的基礎上，TIMA 分析可以有效的確定與已知礦物嵌布的未知礦物，除可以獲得掃描礦物的質量百分數外，還可以得出元素比，為礦物的綜合鑒定以及綜合利用提供了便利。

（3）黨壩礦床的礦石中的鈮鉭礦物主要有三種類型，以鈮錳礦為主。TIMA 分析可以確定單礦物嵌布特征，為元素的賦存狀態研究和鈮鉭礦U-Pb 定年提供了重要參考。