福建省建宁东坑矿区铷矿地质特征和应用前景分析

2020-11-10李校斌

资源信息与工程 2020年5期

李校斌

(福建省闽西地质大队，福建三明 365000)

我国铷资源丰富，其储量名列前茅，且类型齐全，分布全国。据自然资源部信息中心数据显示，主要在福建、甘肃、广西、河南、湖北、湖南、江西、内蒙古、青海、陕西、四川、西藏、新疆等13个省(区)探明有铷矿资源，探明储量逐年增长。

近年来随着科技发展，铷等特殊稀有金属广泛应用于一些新的领域，特别是在一些高科技领域中，铷显示出了越来越重要的作用。铷在电子器件、催化剂、特种玻璃、生物化学及医药等传统应用领域中，近10年来有较大的发展；而在磁流体发电、热离子转化发电、离子推进发动机、激光能转换电能装置、云通讯等新应用领域中，铷也显示了强劲的生命力。

福建省铷矿资源较为丰富，20世纪90年代已对建宁地区预测勘查，但地质工作程度低，矿床成因不清。本次通过对东坑矿区矿床特征分析以及对岩体成分、矿体矿物成分等基本特征的研究，综合多年勘查成果，对铷矿地质特征和矿床成因进行分析，对闽西北寻找东坑型铷矿床具一定的借鉴意义。

1 地质背景

矿区位于闽西北隆起带南西部，崇安—石城深断裂带南西段的北西侧，光泽—武平断裂带中段的北西侧。处于武夷山成矿带内，是福建省重要的钨锡多金属矿成矿远景区之一。

区内地层较简单，主要为天井坪组上段(Pt1t2)、天井坪组下段(Pt1t1)，下段岩性总体为中厚层变粒岩类与片岩类互层，上段总体呈厚-巨厚层状产出，以变粒岩类居多，并发育斜长角闪岩；第四系主要出露于河床中。

区内北东向断裂发育，断裂构造与铷锡矿化、金矿化关系密切；南部变质岩分布区韧性断层也较发育。

区内侵入岩主要为加里东晚期中细粒黑云母二长花岗岩(ηγS)、白云母化中细粒花岗岩(γS)，其次为变石英闪长岩(ΓоPt1)，局部零星出露燕山期石英斑岩、花岗斑岩、混合花岗岩、花岗质伟晶岩、基性岩脉等。

区域上天井坪组地层大面积出露，岩浆活动频繁，构造发育，为不同成因类型的金属矿床提供了良好的成矿地质条件。目前已发现的有排上金矿点、邱家排—芦田离子吸附型稀土矿、东坑—下杉溪铷锡矿点、东坑金矿化点、东坑黑钨矿化点等矿(化)点[1]。

2 矿区地质

2.1 地层

区内出露地层仅为天井坪组下段(Pt1t1)，分布于矿区南东角，岩性为黑云斜长变粒岩与(矽线)二云片岩互层。

2.2 构造

区内脆性断裂发育，编号分别为F1、F2、F3(图1)。

(1)F1分布在矿区的西北部，为本区的控矿构造，长度大于2 400 m，宽度1～31 m，走向北东，倾向北西，局部倾向南东，倾角变化较大，在32～48线附近为65°～83°，在24～15线一带为80°～88°。构造带内由石英斑岩、构造角砾岩、蚀变花岗岩组成。岩石具硅化、绢云母化、绿泥石化、褐铁矿化、黄铁矿化、黄铜矿化、萤石矿化、铷锡矿化等。断层性质为正断层。Ⅰ号铷矿化带受该断层控制。

(2)F2分布在矿区的中北部，为本区的控矿构造，长度大于2 600 m，宽度2～65 m，走向北东，倾向北西，倾角55°～78°。构造带内由碎斑岩、石英斑岩、构造蚀变岩组成。岩石具硅化、绢云母化、绿泥石化、褐铁矿化、黄铁矿化等。断层性质为正断层。Ⅲ号铷矿化带受该断层控制[2]。

图1 福建省建宁县东坑矿区铷矿地质简图

(3)F3分布在矿区的南东部，贯穿全区，长度大于1 400 m，宽度2～7 m，走向北东，倾向北西，倾角50°～70°。构造带由碎斑岩、碎裂岩、石英斑岩组成。岩石具硅化、绢云母化、绿泥石化、褐铁矿化、黄铁矿化等，该断层性质为正断层。北东部连接出现分叉。

2.3 侵入岩

区内出露的加里东晚期中细粒二长花岗岩(ηγ33b1)是付坊岩体的一部分，主要见有燕山晚期石英斑岩脉(λoπ53-1d)、花岗斑岩等侵入。主要容矿岩石为燕山晚期石英斑岩脉(λoπ53-1d)和花岗斑岩。

2.3.1 石英斑岩(λoπ53-1d)

分布于矿区北西部、中部，赋存于F1、F2断裂带中及其附近，大小不一，呈脉状、似层状产出，规模较大的两条脉长度分别为1 800 m、2 500 m，走向北东，总体倾向北西，沿走向、倾向均呈“S”形态，厚度分别为1～31 m、2～65 m，围岩主要为中细粒黑云母二长花岗岩。岩石具斑状结构，块状构造。斑晶约占5%，成分为石英，局部可见少量斜长石，粒径为0.1～4.364 mm，一般均被熔蚀成圆粒状、港湾状，局部为少量长石，已被绢云母交代。基质具鳞片粒状变晶结构，主要成分为长英质。长石全部被鳞片状绢云母和不规则状石英集合体交代，含少量黄铁矿、绿泥石、绿帘石、萤石、锆石等。普遍发育绢云母化、绢英岩化、黄铁矿化及黄玉化[3]。岩石化学成分具有高硅、钾，铝饱和，贫钙、镁、铁，富含挥发份等特点。岩石普遍具铷锡矿化，为区内铷锡矿的主要容矿岩石，其岩石化学成分见表1。

表1 石英斑岩化学成分表

2.3.2 花岗斑岩(γπ)

主要分布于F1、F2断裂带中，深部钻孔中常见与石英斑岩同时出现，二者呈渐变过渡，无明显界线，在石英斑岩与花岗岩接触带附近可见长石含量明显增多。岩石呈灰黄、灰绿色，斑状结构，块状构造。由斑晶与基质组成。斑晶大小为0.299～4.738 mm，成分为石英、斜长石和钾长石，少量黑云母。石英自形熔蚀状，具波状消光。斜长石自形板状，已被绢云母交代呈交代假象，面上见萤石化。钾长石半自形板状，无双晶，泥化，常被绢云母、石英交代。基质具显微球粒结构，由直径为0.02～0.374 mm的球粒组成。基质具绢云母化、萤石化，绢云母显微鳞片状，萤石粒状。岩石中金属矿化明显，具锡石矿化、黄铁矿化、黄铜矿化、铷矿化、闪锌矿化、方铅矿化。

3 矿体地质

3.1 矿体特征

3.1.1 矿化带特征

区内铷矿体产于北东向石英斑岩及其两侧构造蚀变岩中，部分赋存于花岗斑岩、花岗岩中。共圈定了2条铷矿化带，编号分别为Ⅰ、Ⅲ。

Ⅰ号铷矿化带规模较大，分布于矿区北西部，往北东端延伸，南东端呈尖灭状，产于F1断裂带中及其两侧，明显受F1断裂控制。矿化带长度大于1 500 m，宽度为0.54～82 m，矿化带走向北东，总体倾向北西，局部倾向南东，倾角为65°～88°，在走向和倾向上均呈“S”形态，矿化带以铷矿化为主。

Ⅲ号矿化带分布于矿区中部，往两端延伸出图，受F2断裂控制，长度大于2 500 m，宽度为1～70 m，矿化带走向北东，总体倾向北西，倾角为48°～79°，矿化带中主要为铷矿化，局部伴生铅锌矿化。

3.1.2 矿体地质特征

区内圈定铷矿体9个，低品位铷矿体22个。其中Ⅰ号矿体为本区主矿体，其特征为：Ⅰ铷矿体产于Ⅰ号矿化带中，分布于23～48线，由19个钻探工程和11条槽探工程控制；矿体呈似层状、大透镜状，局部膨胀缩小，受F1断裂控制，其形态、产状随F1断裂面起伏变化而变化；矿体长度大于1.5 km，控制最大斜深450 m，总体倾向北西，倾角64°～88°；Rb2O品位一般为0.10%～0.14%，平均为0.15%，Rb2O品位变化系数为102.66%，属较均匀类型；矿体厚度为0.55～27.06 m，平均为5.33 m，厚度变化系数为107.26%，属较稳定类型；矿体两侧为低品位矿体或蚀变中细粒黑云母二长花岗岩。

据研究，Ⅰ号铷主矿体在600～700 m标高，矿体倾向北西，倾角大，近直立；在500～600 m标高，矿体倾向南东；在300～500 m标高，矿体倾向北西，倾角较陡，总体呈“S”形态。

3.2 矿石质量特征

3.2.1 矿石物质组分

(1)矿物成分。矿石中主要矿物成分为钾长石、斜长石、石英、黑云母、绢云母等，其中铷主要赋存于长石和云母中。

钾长石，主要分布于花岗岩型、花岗斑岩型矿石中，呈肉红色，他形板状，粒径0.2～5 mm不等，无双晶，具泥化、绢云母化，交代斜长石。局部在应力作用和热液蚀变作用的双重影响下，被绢云母交代殆尽，晶形基本消失。

斜长石，主要分布于花岗岩型、花岗斑岩型、石英斑岩型、闪长玢岩型矿石中，呈灰白色，半自形板状，粒径0.2～4 mm不等，具聚片双晶、卡钠复合双晶，绢云母化呈交代残余或具轻微钾长石化。局部在应力作用和热液蚀变作用的双重影响下，被绢云母交代殆尽，晶形基本消失[4]。

石英，主要分布于花岗岩型、石英斑岩型、花岗斑岩型矿石中，呈灰白色，不规则粒状，自形熔蚀状，无色透明，粒径为0.02～4 mm不等，裂纹发育，少数晶体破碎分离但仍显示一致消光现象，沿晶体边缘亦见被绢云母交代显现，晶体中含较多的汽液包裹体和熔离包裹体，后期石英呈不规则圆团块状细粒镶嵌交代石英。

黑云母，主要分布于花岗岩型矿石中，呈灰褐色，鳞片状，片径0.2～4 mm不等，白云母化后叠加绢云母化，或直接被高岭石交代，晶体中包含锆石和次生绿帘石颗粒。花岗斑岩中黑云母晶体中可见包含较多的微粒锡石颗粒。

绢云母，区内容矿岩石中均有见及，以交代矿石中矿物成分出现，呈灰绿色，显微鳞片-鳞片状，片径大小不一，少数被地开石交代。

(2)化学成分。从区内采集的2件化学全分析样品中可以看出，区内岩石化学组分主要为SiO2、Al2O3、K2O，少量CaF2、Zn、FeO、Fe2O3、Li2O、Rb2O、Sn、烧失量、CaO、MgO、Na2O，微量P2O5、WO3、Cu、Pb、Cd、Sb、Nb2O5、Ta2O5、Cs2O、ZrO2、Ag。岩石具有高硅、钾，铝饱和，贫钙、镁、铁，富含挥发份等特点，铷矿化、锌矿化、锂矿化较明显。

3.2.2 矿石结构、构造

(1)矿石结构。矿石结构有他形-自形粒状结构、角砾结构等，以他形-自形粒状结构为主。

他形-自形粒状结构：主要分布于石英斑岩、花岗斑岩、闪长玢岩和断裂带两侧中细粒黑云母二长花岗岩中，钾长石、斜长石、黑云母、石英、绢云母、黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、黄铜矿、锡石等呈他形-自形粒状结构，矿物粒径一般为0.02～4.364 mm不等。

角砾状结构：主要分布于构造角砾岩中，角砾成分主要为闪长岩、闪长玢岩、片麻状花岗岩以及花岗岩，呈次棱角-次圆状，角砾与角砾之间被粒径小于2 mm的长石、石英破碎物充填，角砾具绢云母化现象，角砾大小不一，一般为2.494～25 mm。磨碎物已重结为绢云母以及绿泥石矿物。

(2)矿石构造主要有浸染状构造、稠密浸染状构造等。浸染状构造:为区内矿石主要构造类型，绢云母多呈稀疏星散状较均匀分布在石英斑岩、中细粒黑云母二长花岗岩、花岗斑岩、构造角砾岩、闪长玢岩中，绢云母含量一般为10%～30%。

稠密浸染状构造：为区内矿石主要构造类型，绢云母多呈稀疏星散状较均匀分布在石英斑岩、中细粒黑云母二长花岗岩、花岗斑岩中，绢云母含量一般为30%～85%。

3.2.3 矿石类型

(1)自然类型。区内矿体经槽探揭露，均有出露到地表，地表矿石多已氧化，局部可见褐铁矿，氧化带深度距地表0～10 m，一般为0.5～5 m，混合带不明显，氧化带下部多数为原生矿石，由钻孔控制。矿区氧化深度总体较浅，氧化矿石规模小，资源储量占比较少，空间上不能成带分布，故未能圈定氧化矿、混合矿。

根据容矿岩石的不同，区内铷矿石分为石英斑岩型、花岗岩型、闪长玢岩型和构造角砾岩型。

石英斑岩型铷矿石容矿岩石为石英斑岩，矿化主要以铷矿化为主，伴生锡矿化，Rb2O品位为0.03%～0.18%，主要分布在F1、F2构造破碎带中及其附近次级裂隙中。

花岗岩型铷矿石容矿岩石为花岗岩，主要以铷矿化为主，局部伴生锡矿化，Rb2O品位为0.033%～0.18%，主要分布在F1、F2构造破碎带两侧及其附近次级裂隙引起的绢云母化花岗岩中。

(2)工业类型。根据区内矿石中有用组分的分布含量，区内矿石工业类型可划分为铷矿石、铷锡矿石。

铷矿石主要为Rb2O品位达到工业品位要求，Rb2O主要赋存于长石、云母中。根据相关化工企业经验，通过选矿技术，可以将矿石中的云母富集，提取铷化合物。

铷锡矿石主要为Rb2O或Sn品位达到工业品位要求，可以将矿石中的云母及锡石通过选矿技术回收。

4 成矿条件分析与找矿方向

4.1 成矿条件分析

成矿热液主要来源于燕山晚期岩浆或岩浆期后的气水热液。燕山期的构造岩浆活动，导致铷、锡元素从初始矿源层中析出。岩浆期后的气水热液沿构造裂隙运移，流体运移过程中与围岩发生交代蚀变，不断地从天井坪(岩)组中及加里东期花岗岩等矿源层中萃取Rb等成矿元素。岩浆热液的运移过程也是成矿溶液不断集中富集的过程。随着温度、压力的降低，pH值的变化以及水解作用，金属溶液难以运移，矿质在导矿构造旁侧的次级或配套的断裂裂隙中聚集成矿，形成脉状铷矿。初步认为区内铷矿(化)体产于断裂带中及内外接触带附近，受多期构造热液蚀变作用，与断裂带内蚀变关系密切。成因类型为热液交代型铷矿床。

4.2 找矿方向

综合分析，矿(化)体主要受北东向断裂控制的石英斑岩脉、花岗斑岩中控制的，因此在周边，乃至闽西北等地东坑型铷矿矿床找矿方向为断裂控制的石英斑岩脉、花岗斑岩脉等地段，具有一定找矿潜力。

5 矿床开发应用意义

铷金属及其各种化合物由于具有其他物质不可替代的极为优异的光电效应和特殊性能，使它在很多领域中有着不可替代的用途。铷的应用可大致分为传统领域和前沿高科技领域。

传统领域包括：(1)电子器件；(2)特种玻璃；(3)医药；(4)电解质。

前沿高科技领域包括：(1)磁流体发电；(2)激光转换电能装置；(3)热离子转换发电；(4)卫星通讯；(5)铷原子钟；(6)战略性新兴材料。

在电子应用领域，由于铷原子失去电子很容易，普通可见光及光电磁辐射即可使铷原子释放出自由电子，因此铷具备良好的光电特性。人们最先发现铷的重要性质,也正是由于铷具有这样优异的光电性能，是“长眼睛”的金属。如今，铷应用于电子器件，仍然是当前主要应用领域之一。

为了缓解世界能源紧缺和寻找新能源，各国都在寻求新的能源转换方法，以提高转化率，节约燃料，减少污染。由于铷具有易离子化的特点，目前，其在磁流体发电、热离子发电、离子推进等方面都具有极其重要的应用和发展。美国80%的铷(Rb)均用于这些领域的研究和开发。

铷是重要的稀有金属，其氢化物和硼化物可作为高能固体燃料，是战略性新兴材料。铷及其化合物所具有的独特特性，如辐射频率的高稳定性，易离子化，优良的光电特性和强烈的化学活性等，已在国防工业、航天航空工业、生物工程、医学及能源工业等高新技术领域显现出广阔的应用前景和市场需求，特别是在能源领域中的应用更具巨大潜力和想像力[5]。