川西甲基卡稀有金属矿田528号脉接触变质带锂等稀有元素分布特征及赋存状态

唐屹，黎诗宏，潘蒙，付小方，郝雪峰，梁斌

川西甲基卡稀有金属矿田528号脉接触变质带锂等稀有元素分布特征及赋存状态

唐屹1，黎诗宏2，潘蒙1，付小方1，郝雪峰1，梁斌2

（1.四川省地质调查院，成都 610081；2.西南科技大学环境与资源学院，四川 绵阳 621000）

甲基卡伟晶岩型稀有金属矿田是我国规模最大的稀有金属矿田，No.528号脉是矿田中最具代表性的铌钽矿脉，围岩接触变质带发育较好。本次研究垂直No.528号脉走向布置了1条穿越两侧变质带及矿体的剖面，采用连续捡块法采集了8件围岩蚀变岩石进行了稀有元素分析，并采用LA-ICP-MS对堇青石、白云母、黑云母等主要接触变质矿物进行了单矿物微区分析。结果表明，接触变质岩中Li、Cs、Rb等稀有金属元素含量较高，Li2O平均值达到了伴生稀有金属综合利用的边界品位，可以进行综合利用。Li等稀有元素主要以类质同象的形成赋存于新生白云母及黑云母之中，是引起接触变质岩石稀有元素富集的主要原因。

接触变质岩；稀有金属矿田；赋存状态；甲基卡

位于松潘-甘孜造山带主体东南部，鲜水河断裂西侧的甲基卡伟晶岩型稀有金属矿田是我国规模最大的稀有金属矿田，具有Li-Be-Nb-Ta成矿系列，矿田规模大、品位富、矿种多、埋藏浅、选矿性能好、地质特征代表性强，是全国稀有金属矿的典型代表（付小方等，2015；付小方等，2017；王登红等，2019）。在甲基卡稀有金属矿区中，伴随着伟晶岩型稀有金属矿床的形成，在其围岩中发生近脉接触变质作用，形成规模不等的接触变质蚀变带。前人对接触蚀变岩的研究表明（唐国凡和吴盛先，1984），多数伟晶岩围岩受接触变质作用的影响，常常形成Li、Be、B、Sn、Rb、Cs、K异常，其中Li异常最发育。某些规模较大矿体，如X03号（梁斌等，2021）、134号脉（唐国凡和吴盛先，1984）蚀变岩石中Li2O、Cs2O的平均含量已达伴生元素综合利用的工业指标。稀有金属资源是支撑新兴产业及高科技发展的重要矿产之一（王登红等，2013；王瑞江等，2015），矿化伟晶岩及其围岩中伴生资源的综合利用同样重要。

前人对甲基卡稀有金属矿田的研究大多集中于伟晶岩矿床本身，对接触变质岩中是否存在具有工业意义的稀有元素资源研究较少，而伟晶岩接触变质带又常常因气-热、流体交代等变质作用富集稀有金属。因此，接触变质带中蚀变岩石Li等稀有金属的分布特征、赋存状态的研究，对于伴生稀有元素的综合利用具有重要的意义。在甲基卡稀有金属矿体众多伟晶岩脉（或矿体）中，No.528号脉是矿田中最具代表性的铌钽矿脉，虽仅为一小型富钽的综合性稀有金属矿床，但全为富钽矿石，矿床特征具有代表性，且围岩接触变质带发育较好。本文对No.528号脉接触变质带、岩石特征以及锂等稀有元素的分布、含量、赋存状态等特征进行了研究，为矿田稀有金属的综合开发利用提供依据。

1 矿田及矿体地质特征

甲基卡稀有金属伟晶岩矿田位于四川西部康定、雅江、道孚三县的交界处，地理坐标：东经101°15＇35″，北纬30°15＇20″，海拔约4455m。矿田位于造山带内的雅江构造-岩浆变质热穹窿中，穹窿由三叠系西康群侏倭组、新都桥组砂、泥岩以及沿穹窿中心侵位的二长花岗岩体组成（图1），形成于印支末-燕山早期大规模滑脱-推覆造山阶段（许志琴等，1992）。围绕花岗岩侵入体分布有千余条花岗伟晶岩脉，具有一定规模的伟晶岩脉509条，其中含稀有金属矿（化）脉318条（付小方等，2017）。以花岗岩侵入体为中心，微斜长石型、微斜长石-钠长石型、钠长石型、钠长石-锂辉石型和钠长石-锂(白)云母型伟晶岩脉呈环带分布，同时形成透辉石带、十字石带、红柱石-十字石带、红柱石带和黑云母带等5个较完整的渐进变质带（梁斌等，2016）。

本次研究选取的No.528号脉位于矿田东部边缘，距二云母花岗岩（冯洋等，2018）2.2km（图1），该矿脉为铌钽矿脉，属锂（白）云母型（Ⅴ）伟晶岩脉。矿体地表出露较好，侵位于新都桥组一段灰-深灰色红柱石二云母石英片岩之中，受倒转背斜的东翼的扭张性裂隙控制。矿体为不规则脉体，总体走向近南北，平均倾向为262°，倾角41°，长220m，斜深17～57m，平均厚2.57m（图2）。经初步勘探，探获Nb2O57.0t，Ta2O58.4t，Li2O 61.4t、BeO 25.0t、Rb2O 53.7t，Cs2O 1.11t，Sn 32.4t，矿脉含矿系数达0.99，基本全脉矿化，为一小型富钽的综合性稀有金属铌钽矿床。

矿体接触变质带由外向内分为堇青石化带和电气石化带。堇青石化带位于接触变质带外侧，宽15.5～18.8m不等，岩性以堇青石化二云母片岩为主，与电气石化带界线较为清晰。交代作用以堇青石化为主，还有黑云母化、白云母（绢云母）化等。堇青石一般为浅黄褐至灰绿色变斑晶，形态呈束状、连晶状、竹叶状、斜方六边形等变斑晶为主，个体较大，一般长1～5cm，含量约5％～10％，风化面呈“疙瘩状”状突起，后期常为黑云母、绿泥石、白云母，少数为绢云母、滑石等片状矿物所交代，从而形成鳞片状集合体。电气石化带紧邻堇青石代位于接触变质带内侧，岩性以电气石微晶片岩、角岩为主，宽1.9～3.7m不等。电气石常呈自形晶体，颜色呈黑色，形态多为针状、长柱状，长1～4mm，个别达10mm，直径0.1～0.2mm。多沿片理分布，含量少则约10%，多则可达50%。

图1 甲基卡稀有金属矿田地质简图

1 .二云母花岗岩；2 .微斜长石型伟晶岩；3 .微斜长石钠长石型伟晶岩；4 .钠长石型伟晶岩；5 .钠长石锂辉石型伟晶岩；6 .钠长石锂云母型伟晶岩；7 .类型分带线；8 .类型分带编号；9 .研究矿脉；Ⅰ-微斜长石伟晶岩带；Ⅱ-微斜长石-钠长石伟晶岩带；Ⅲ-钠长石伟晶岩带；Ⅳ-锂辉石伟晶岩带；Ⅴ-锂（白）云母伟晶岩带

由于受接触变质作用的影响，在脉体接触变质带中均分布有受重结晶和交代作用影响颗粒使得颗粒变粗的新生变质矿物白云母和黑云母。黑云母呈叶片状、厚板状、个体大，多为0.3～1mm，晶体一般较新鲜，可切割片理分布，含量约10%～25%；白云母大小在0.1～0.5 mm左右，含量<5%。

2 No.528号脉接触变质带稀有元素分布特征

2.1 稀有元素含量特征

本次研究在No.528号脉上布置了1条剖面，剖面方向垂直脉体的走向，剖面穿过脉体以及其两侧的变质带，采用连续捡块的方法法采集了8件接触变质岩样品并对Li等稀有元素含量进行了分析。样品在中国地质科学院国家地质实验测试中心采用ICP-MS方法测试完成。

图2 NO528号脉矿体及变质带特征

接触变质岩稀有元素分析结果见（表1），不同接触变质岩稀有元素统计结果见（表2）。

表1 No.528号脉接触变质岩稀有元素分析结果表

表中19.2～21.8m为No.528号脉。稀有元素的含量单位为×10-6。对于Li2O综合利用(伴生Li2O)的一般标准是，边界品位：Li2O=0.05%，伴生Cs2O最低工业品位0.05%～0.06%，伴生Rb2O边界品位0.04%～0.06%，最低工业品位0.1%～0.2%（含锂云母矿石的碱性长石花岗岩类与花岗伟晶岩类矿床伴生铷铯综合回收参考性工业指标）

表2 No.528号脉不同接触变质岩石中微量元素含量统计表

稀有元素的含量单位为×10-6

No.528号脉接触蚀变岩石中（表1），Li、Be、Rb、Cs、Ta等稀有金属元素含量较高，Li2O含量为0.111%～0.211%，平均为0.151%，均大于Li2O综合利用（伴生Li2O的边界品位为0.05%）的标准且超出3倍；Cs2O含量为0.014%～0.063%（平均0.035%），Rb2O含量为0.019%～0.040%（平均为0.027%），其中Cs2O有两件达到了伴生综合利用最低工业品位0.05%，Rb2O有1件达到了伴生综合利用边界品位0.04%。

从电气石化角岩-堇青石化红柱石二云母片岩，Li、Be、Rb、Cs等稀有金属含量呈现一定规律性的变化，总体表现出伟晶岩矿体从外向内堇青石化带-电气石化带有逐步升高的趋势（表2）。上述结果说明在脉体接触变质带中，蚀变岩石中的稀有元素含量显著地受到伟晶岩侵位过程中气液作用的影响（黎诗宏，2017）。接触蚀变岩Li元素平均值已达到Li2O综合利用的边界品位，伟晶岩矿体上、下盘宽度为19.2～20.7m，岩层厚度约为13m；Cs2O矿体下盘有2件样品达到综合利用最低工业品位，岩层宽度10.7m，厚度约7m。

2.2 稀有金属的空间变化

从No.528号脉接触变质带中稀有元素变化曲线（图3）可以看出，Li和Cs两个元素含量变化较大，特别是在电气石化带中，呈现出多峰式的变化特点。

Li元素含量整体偏高，而Cs含量则在脉体下盘含量较高。含量不高也不低的元素有Nb和Ta，变化趋势较为一致，但其中也有含量表现比较高的，尤其是靠近脉体顶板的堇青石红柱石二云母片岩，其含量最高。含量较低的元素有Be和Rb，含量变化也很小，甚至Be的含量接近于检出限。与矿化的伟晶岩相比，Li和Cs元素的含量变化大，总体上的含量高于矿化伟晶岩中的含量；而Nb、Ta、Be、Rb等元素的含量则显著低于矿化伟晶岩中的含量，其富集程度存在显著差异。

图3 No.528号脉接触变质带中稀有元素变化曲线

（图上矿体元素含量引自唐国凡等1984）

3 接触变质带矿物中Li等元素含量特征及赋存状态

No.528号脉接触蚀变岩石中，Li2O平均值达到了伴生Li2O综合利用最低工业品位，部分样品的Cs2O和Rb2O也达到了综合利用最低工业品位和边界品位，接触变质岩中的Li、Cs、Rb等稀有元素含量远高于未经接触变质的片岩中的含量（黎诗宏，2017），很明显这主要是因为在接触变质过程中形成的新生矿物中具有很高的稀有元素含量。

本次研究对接触变质带中的主要变质矿物堇青石、白云母、黑云母等采用微区（LA-ICP-MS）分析方法，分析了Li等稀有元素，以在一定程度上揭示接触变质带中Li等稀有元素的赋存状态以及稀有元素富集的原因，为后续综合利用评价提供依据。

LA-ICP-MS测试在武汉上谱分析科技有限责任公司完成，分析用激光剥蚀系统为GeoLas Pro, 等离子体质谱仪为Agilent7700，激光能量80mJ, 频率5Hz, 激光束斑直径44µm。微量元素校正标准样品为NIST 610、BHVO-2G、BIR-1G、BCR-2G，推荐值据GeoRem（http://georem.mpch-mainz.gwdg.de/）。

No.528号脉接触变质岩中主要变质矿物中的稀有元素分析结果见（表3）。

表3 No.528号脉接触变质矿物稀有元素分析结果（×10-6）

接触蚀变岩石中的堇青石Cs含量（115～1457）×10-6，平均为456×10-6（(Cs2O含量为0.048%），明显高于接触蚀变岩中的平均值333.56×10-6（0.035%），其中有2件样品达到了伴生Cs2O综合利用最低工业品位0.05%～0.06%。Be含量（0.018～25.2）×10-6（平均7.34×10-6），Rb含量（202～394）×10-6（平均280×10-6），两者含量略高于接触蚀变岩石中的平均值7.12×10-6、247.88×10-6。Li含量为（346～701）×10-6（平均539×10-6），Nb含量（3.48～36.6）×10-6（平均12.83×10-6），Ta含量（0.19～2.21）×10-6（平均0.77×10-6），Li、Nb、Ta的含量低于接触蚀变岩石中的平均值702.63×10-6、17.68×10-6、15.56×10-6。上述结果表明，接触蚀变岩石中有一定数量的Cs元素赋存于堇青石之中。

No.528号脉接触变质带白云母中Li含量为（4858～6782）×10-6（平均5594×10-6）（Li2O平均含量为1.20%），均大于Li2O综合利用（伴生Li2O的边界品位：Li2O=0.05%）的标准，甚至达到工业边界品位（Li2O=0.4%）的3倍。Cs元素含量为（2458～3590）×10-6（平均3030×10-6）（Cs2O平均含量为0.32%），3件样品均达到了伴生Cs2O综合利用最低工业品位0.05%～0.06%，且为6倍以上；Rb含量为（2579～3356）×10-6（平均2992.33×10-6），Rb2O含量为0.28%～0.36%，平均值达0.33%，3件样品均远超伴生Rb2O边界品位0.04%～0.06%，甚至能达到最低工业品位（Rb2O=0.1%）的3倍。Nb含量为（45～71）×10-6（平均61.37×10-6），Nb2O5平均值达0.02%；Ta含量为（0.98～2.09）×10-6（平均1.53×10-6），Ta2O5平均值为0.0004%。上述白云母中稀有元素含量远高于接触变质岩中的平均含量。

黑云母中Li元素含量为（2268～3696）×10-6（平均2962.43×10-6）（Li2O含量为0.62%），远高于接触变质带中Li2O含量（0.13%），甚至是伴生Li2O的边界品位0.05%的12倍。Cs元素含量为（149～1593）×10-6（平均882.29×10-6）(Cs2O含量为0.09%)，远高于接触变质带中Cs2O含量（0.03%），14个点位有10个点位达到了伴生Cs2O综合利用最低工业品位0.05%～0.06%。Rb元素含量为（583～1046）×10-6（平均871.79×10-6）(Rb2O含量为0.09%)，已超过伴生Rb2O边界品位工业品位0.04%～0.06%。Nb元素含量为（43.5～56.8）×10-6（平均48.4×10-6）；Ta元素含量为（2.58～3.28）×10-6（平均2.84×10-6）。

上述No.528号脉接触变质带中主要变质矿物稀有元素含量分析结果表明，Li、Rb、Cs等稀有元素主要以类质同象的形式赋存于黑云母、白云母之中，是引起接触变质岩石Li、Cs、Rb等稀有元素富集的主要原因。

4 综合利用及找矿方向

近年来，从云母中提取Li、Rb和Cs等稀有元素的技术迅速发展。张永兴等（张永兴等，2016）采用焙烧一水浸工艺从云母中提取Rb和Cs元素，在最佳条件下，Rb和Cs浸出率能达到92%。郭春平等（郭春平等，2015）使用硫酸盐法提取锂云母中的Li、Rb和Cs稀有元素，采用硫酸钾、硫酸钙、硫酸钡作为混合盐的条件下，稀有金属浸出率最高。浸出液净化后能回收Li、Rb和Cs稀有元素。从云母中提取稀有元素的方法还有要有石灰法（冉建中，1995），熟石灰及联合法（汪贻水等，1997；王文祥等，2001），硫酸法（汤洪波等，2011；乔玲等，2004），氯氨法（张婉思，2012）。因此，甲基卡稀有金属伟晶岩脉接触变质带中新生云母中的Li、Rb和Cs等稀有元素是可以被提取利用的。

目前在甲基卡矿区约60km2的范围内，发现了不同规模的花岗伟晶岩脉1千余条，其中具有一定规模（长×宽大于20m2）的伟晶岩脉509条。根据不同伟晶岩的矿化类型及特征共9大类，包括：锂工业矿化伟晶岩脉（98条）、锂矿化伟晶岩脉（68条）、铍工业矿化伟晶岩脉（3条）、铍矿化伟晶岩脉（110条）、铌钽工业矿化伟晶岩脉（16条）、铌钽矿化伟晶岩脉（11条）、锂-铍混合矿化伟晶岩脉（8条）、铍-铌-钽混合矿化伟晶岩脉（4条）、未矿化伟晶岩脉（191条）（付小方等，2017）。这些类型的伟晶岩脉往往在某个区域集中分布，形成了分布面积相对较大、蚀变程度较高的接触变质带，对于这些伟晶岩脉除在地质找矿中注意评价其稀有金属含矿性外，还应注意对其接触变质带中蚀变岩石的Li稀有元素的含量及分布特点进行评价，为以后综合开发利用提供基础。

5 结论

（1）No.528号脉接触变质带由电气石化带和堇青石化带组成，接触变质岩中Li、Cs、Rb等稀有金属元素含量较高，可以进行综合利用。其中Li元素平均值已达到Li2O综合利用的边界品位，伟晶岩矿体上、下盘宽度为19.2～20.7m，岩层厚度约为13m；Cs2O矿体下盘有2件样品达到综合利用最低工业品位，岩层宽度为10.7m，厚度约为7m。这表明在伟晶岩接触变质带中，蚀变岩石中的稀有元素含量显著地受到伟晶岩侵位过程中气液作用的影响。

（2）接触变质岩中，Li等稀有元素主要以类质同象的形成赋存于新生白云母及黑云母之中，是引起接触变质岩石稀有元素富集的主要原因。

（3）在甲基卡矿田今后的勘查以及开采过程中，应注意对含矿伟晶岩脉接触变质带中蚀变岩石稀有金属资源的评价，并对其进行综合利用，从而扩大Li、Cs、Rb等稀有资源储量以及提高开采利用率。

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Distribution and Occurrence of Li and Other Rare Elements in the Contact Metamorphic Zone of the 528th Lode in the Jiajika Rare Metal Ore Field, West Sichuan

TANG Yi1LI Shi-hong2PAN Meng1FU Xiao-fang1HAO Xue-feng1LIANG Bin2

(1-Sichuan Institute of Geological Survey, Chengdu 610081; 2-School of Environment and Resources, Southwest University of Science and Technology, Mianyang, Sichuan 621002)

The Jiajika rare metal ore field is the largest rare metal one in China. The 528th lode is the most representive Nb-Ta lode in the ore field and contact metamorphism is well developed in its wallrock. 8 samples of the altered wallrock sampled along a section perpendicular to the strike of the 528th lode are analyzed for rare elements.Micro probe analysis of contact metamorphic minerals such as cordierite, muscovite and biotite is carried out by LA-ICP-MS. The results show that the content of Li, Cs, Rb and other rare metal elements in the contact metamorphic rocks is high, and the average value of Li2O reaches the cut-off grade of comprehensive utilization of associated rare metals. Li and other rare elements mainly occur as isomorphism in muscovite and biotite as neogenic minerals.

contact metamorphic rock; rare metal ore field; occurrence; Jiajika

P588.31+1；P577

A

1006-0995（2021）04-0586-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.04.010

2021-06-01

国家重点研发计划“锂能源金属矿产基地深部探测技术示范”项目“甲基卡及外围锂能源金属矿产基地深部探测技术示范”课题（2017YFC0602702），中国地质调查局“四川三稀资源综合研究与重点评价”项目（12120112208014），四川科技厅“川西锂矿大型能源基地成矿关键技术研究与示范”重点研发项目（2018SZ0276）联合资助的成果

唐屹（1989— ），男，四川内江人，硕士，工程师，研究方向：矿产地质研究工作