新疆阿泰勒地区稀有金属矿床成矿作用研究

2020-03-09纪子伟王谷易

中国金属通报 2020年22期

纪子伟，王谷易

（新疆地矿局第二区调大队，新疆昌吉 831100）

阿勒泰地区位于新疆陆源活动中部，其中赋存大量的稀有金属，属于我国最大的稀有金属矿床之一，也是当地矿产勘查部门重点研究区域。目前，我国已在该区域的稀有金属矿成矿及地质特征勘查方面取得了较高的集成，并基础掌握了区域地质成矿规律与不同岩层的特性。但由于部分稀有金属矿的赋存，缺少因果关系支撑，导致研究成果一直止步不前。为了深入挖掘区域地质成矿规律，有关单位对稀有金属进行了分析[1]。在研究中发现，稀有金属的种类繁多，且不同类型的稀有金属属性不同，其中不仅保留锂、铍、铯等独立金属，还包括锶、锆等氧化类金属物质。其每种金属均具有独特的物理特征。当下我国对于这些稀有金属的开发与利用已取得了阶段性的成绩，并实现了将这些金属物质广泛的应用到国防科技等多个领域，已成为了我国在地质勘查研究中的储备性资源。这些稀有金属在矿区内既可以形成独立的矿带，又可以依附在一起形成多矿种组合矿床，尽管其成矿规律已较为显著，但其成矿的作用尚未得到诠释。因此，本文将以新疆阿泰勒地区为例，结合区域地质特征，开展稀有金属矿床成矿作用的研究，为区域找矿提供借鉴与参考。

1 新疆阿泰勒地区稀有金属矿床成矿作用

1.1 稀有金属矿床成矿流体条件

通过对新疆阿泰勒地区稀有金属矿床流体包裹体进行分析得出，该矿床区域内含有三种不同的流体包裹成分组成，分别为二氧化碳—氯化钠—水流体包裹体、氯化钠—水流体包裹体和富子晶流体包裹体。根据其演化过程，又可分为三个不同阶段，分别为：455°C～560°温度环境下，2.8～7.6wt%NaCl盐度，0.75g/cm3密度的流体包裹体；205°C～315°C温度环境下，1.2～14.6 wt%NaCl盐度，0.86 g/cm3密度的流体包裹体；175°C～295°C温度环境下，1.2～12.5 wt%NaCl盐度，0.98 g/cm3密度的流体包裹体。图1为新疆阿泰勒地区稀有金属矿床温度与压力条件变化情况。

图1 稀有金属矿床温度与压力条件变化

图1 中Spd 表示为锂辉石；Tanco 表示为锂霞石；Pet 表示为透锂长石；Qtz 表示为石英石。根据图1 中的数据可以得出，新疆阿泰勒地区稀有金属矿床成矿的流体条件包括：首先，矿床应当具备上述三种流体包裹体；其次，矿床产生的子矿物基本相同；最后，具有相似的富挥发性成分。在新疆阿泰勒地区稀有金属矿床的流体包裹体当中还包含刚石、石英以及钠长石等组成成分，说明该矿床成矿流体当中还富含了丰富的稀有金属元素，包括Li、Rb、Cs 等，其中几乎在所有包裹体当中均含有少量的Cs（1.2～2.3wt/%）。

1.2 稀有金属矿床成矿物质来源

新疆阿泰勒地区稀有金属矿床矿物质来源主要集中在该区域的伟晶岩当中，通常涉及到较高等级的变质地体改造或裸露在外的深部大陆地壳。该矿床区域中，大部分的伟晶岩中均富集了大量的锂金属、锆金属等稀有金属元素，除此之外，也富集锡金属、硼元素、铌金属、铈金属等。这些元素通常在矿床河流周围的沉积物当中富集，并且大量的稀有碱性元素会随着矿床的运动加入到粘土当中，并逐渐随着时间演变为白云母和黑云母

[2]。同时，来自于河流当中的硼元素会被吸附并包含在邻近的热液蚀变过程当中，并进一步形成片状的硅酸盐。同时，大部分的硼元素被结合在更加稳定的高编制级别电气石当中。但仍然含有少部分保留在云母当中。在矿床花岗岩当中含磷量较多的区域会逐渐形成沉积物，并逐渐形成生物磷灰石，其表现特征在伟晶岩当中会变现出磷灰石的形式产生。同时，区域当中与伟晶岩相关的锡元素和钽元素的富集化，也会从海相当中产生。因此，在新疆阿泰勒地区稀有金属矿床构造作用过程中，这些类型的砂岩均可能与混在沉积物熔融，从而形成稀有金属矿床中的矿物组成部分。

1.3 稀有金属矿床成矿伟晶岩成岩方式

新疆阿泰勒地区稀有金属矿床成矿中的伟晶岩形成方式主要包括两种，一种为花岗岩岩浆的分离作用，一种为地壳部分熔融。图2 为新疆阿泰勒地区稀有金属矿床在花岗岩岩浆的分离作用形成的伟晶岩过程示意图。

图2 伟晶岩成岩过程示意图

随着伟晶岩成岩厚度不断增加，其分异程度、挥发分含量、分带复杂性以及稀有金属的矿化强度都会随之增加。同时，在成岩过程中，残留在分异花岗质熔体当中通常还会将各个组成成分集中在岩体顶部，并逐渐延入到围岩中的裂缝当中，进一步形成伟晶岩脉。在这种情况下，形成的伟晶岩通常会分布在新疆阿泰勒地区稀有金属矿床中以稀有金属花岗岩母岩中心的15km 半径以内。新疆阿泰勒地区稀有金属矿床伟晶岩群与临近花岗岩侵入空间均具有明显的一致性以及化学相似性，但其与成矿之间的联系并不紧密。相反，伟晶岩与花岗岩的侵位之间还可能会存在较大的年龄差异[3]。而在矿床深成岩体没有密切联系的稀有金属伟晶岩当中可能缺少锂金属，其形成主要取决于熔融源岩当中的锂元素丰度。

1.4 稀有金属元素富集机制

新疆阿泰勒地区稀有金属矿床的稀有金属元素富集成矿机制主要包括：流体不混溶作用、富助熔组分花岗岩结晶分异、热液交代作用。

流体不混溶作用机制是通过对新疆阿泰勒地区稀有金属矿床熔体结构和流体包裹体结构进行分析得出，稀有金属元素的富集过程中，伟晶岩的铝硅酸盐熔体会具备一定的低粘度，因此能够更容易地将微量元素以及其他元素富集，从而使得磷元素、氟元素和硼元素在伟晶岩当中逐渐富集。这些高浓度的助溶剂均能够通过增加元素组成的形式提升其扩散速率以及晶体的生长速率，从而进一步促进稀有金属矿床的成矿。同时，在成矿的过程中，矿床内含有较高浓度的碱性元素也能够在一定程度上增加各类元素的溶解度。稀有金属矿床成矿的初始状态下还需要具有较高的温度条件，通常在850°C～750°C 范围内，在高温环境下，超临界流体会具有极低的密度以及表面张力，同时随着其扩散性、反应性以及流动性的不断提高，均有有助于新疆阿泰勒地区稀有金属矿床的成矿。同时，在矿床当中含有两种不同包裹体，而其密度以及粘度均表现出不同的程度。由于氟元素、水、磷元素以及二氧化碳等物质的挥发，对于新疆阿泰勒地区稀有金属的亲和力有着促进的作用，因此能够与之形成不同络合物和化合物，并随着时间演变逐渐迁移和富集。

富助熔组分花岗岩结晶分异机制主要针对矿床内不相容元素的边界层流体富集，只要矿床当中含有体积较大的熔体，就会被相容成矿组分的溶剂不断稀释。同时，随着其晶体的不断产生，熔体边界层当中的晶体会沿着结晶前沿向内进行溶蚀，由于氢元素、硼元素和磷元素具有一定的助溶剂作用，因此在熔体不断积累的过程中会形成大量不相容的组分。

热液交代作用机制主要针对新疆阿泰勒地区稀有金属矿床伟晶岩和同变质变形花岗伟晶岩的形成过程，在大部分的伟晶岩当中，均含有大量的高硅成分，由于受到流体包裹体与核部矿物元素的支撑，逐渐成矿。当新疆阿泰勒地区稀有金属矿床发生了较强的岩浆演变作用，则在岩浆到热液的过渡阶段均会产生较为强烈的流体作用，随着去作用强度的不断增加，稀有金属的质量分数也会逐渐增加，从而形成完整的矿体结构。