滇西大石坡超大型红柱石矿床成因：岩浆岩侵位的约束

2021-08-03李新民明添学肖静宇

地质与勘探 2021年4期

李新民，明添学,2，肖静宇，李蓉,2，李伟

(1.云南省地质调查院，云南昆明 650216；2.自然资源部三江成矿作用及资源勘查利用重点实验室，云南昆明 650051；3.云南省地质调查局，云南昆明 650051；4.中国冶金地质总局云南昆明地质勘查院，云南昆明 650203)

0 引言

红柱石是制造高级耐火材料的原料(纪振明等，2010)，广泛应用在冶炼工业、技术陶瓷工业中，在新兴产业、高新技术产业中亦有重要作用，具有重要的经济价值。红柱石纤维和金属-纤维增强陶瓷部件可用于制作超音速飞机和宇宙飞船导向翼，用红柱石生产的硅铝合金强度高、质轻，可用于火车、飞机、汽车、雷达中轻质耐高温部件(张慧敏等，2006)。

高铝矿物原料地质工作在我国开展较晚，工作程度普遍偏低，全国仅勘查评价了十余处蓝晶石矿床，矿床规模多为中小型(段绍辉，2019)；云南省红柱石矿物原料地质工作程度比较低，趋于空白，前人工作发现蓝晶石族矿物在元古代结晶片岩(哀牢山群、高黎贡山群)中广泛分布①，但未进行系统的地质勘查与研究工作。大石坡红柱石矿床是云南省近年地质勘查工作新发现的红柱石矿床，其位于盈江县城北西18 km处,处在我国重要的钨锡成矿带之特提斯成矿域-三江造山带成矿省-腾冲(岩浆弧)Sn-W-Be-Nb-Ta-Rb-Li-Fe-Pb-Zn-Au成矿带内，矿床规模达超大型。该成矿带产有丰富的锡矿、铁矿、铅锌矿、稀土矿等矿产，已开展了大量矿床学研究(李宗玉，1991；王宏等，2013；肖仕银等，2018；张彬等，2018，2019；燕利军等，2020；明添学等，2021)，而红柱石矿为该成矿带内首次发现，研究程度较低。本文在野外地质调查、岩矿鉴定等工作的基础上，总结矿床特征，初步探讨大石坡红柱石矿床成因，以期更好认识该矿床的成矿规律，进而指导区域上同类型矿床的地质勘查找矿预测工作。

1 区域地质特征

大石坡超大型红柱石矿床大地构造位置处于冈底斯-察隅弧盆系之班戈-腾冲岩浆弧(图1a)。区内构造复杂，由弧形、南北向构造体系组成，褶皱、断裂发育。岩浆活动频繁，分布广泛，从华力西期、燕山期至喜马拉雅期持续不断地发生着强烈的岩浆活动，岩石类型复杂，岩性以片麻状花岗岩、二长花岗岩、黑云母花岗岩为主。地层出露相对简单，区域上大面积出露中元古界高黎贡山群变质岩系(图1b)，中新生代地层在腾冲地块东部一带出露。区域上高黎贡山群底部主要以变粒岩、片麻岩、眼球状混合岩为主，顶部主要以片岩为主，其原岩建造为一套富铝泥岩-泥质砂岩与粉砂质泥岩为主的复理石建造，经历了吕梁期、喜马拉雅期等多期变质作用，是区内红柱石矿体的主要赋矿地层。

图1 腾冲地块地质简图(a据燕利军等，2020;b据1∶25万腾冲县幅、潞西县幅②修改)Fig.1 Simplified geological map of Tengchong block(a after Yan et al.,2020;b modified from 1∶250，000 Tengchong Sheet and Luxi County Sheet②)1-新近系-第四系;2-上三叠统;3-中下二叠统;4-下泥盆统;5-上元古界板岩;6-下元古界片岩、片麻岩;7-新生界;8-下白垩统;9-中上侏罗统;10-三叠系;11-古生界;12-寒武系-下元古界;13-古近纪花岗岩;14-晚白垩世花岗岩;15-早白垩世花岗岩;16-侏罗纪花岗岩;17-三叠纪花岗岩;18-奥陶纪花岗岩;19-元古代-早古生代片麻状花岗岩;20-古近纪中性侵入岩;21-白垩纪中性侵入岩;22-三叠纪中性侵入岩;23-断裂/地质界线;24-韧性剪切带;25-国界线;26-研究区1-Neogene-Quaternary;2-Upper Triassic;3-Middle and Lower Permian;4-Lower Devonian;5-Upper Proterozoic slate;6-Lower Proterozoic schist and gneiss;7-Cenozoic;8-Lower Cretaceous;9-Middle and Upper Jurassic;10-Triassic;11-Paleozoic;12-Cambrian-Lower Proterozoic;13-Paleogene granite;14-Late Cretaceous granite;15-Early Cretaceous granite;16-Jurassic granite;17-Triassic granite;18-Ordovician granite;19-Proterozoic-Early Paleozoic gneissic granite;20-Paleogene intermediate intrusive rock;21-Cretaceous intermediate intrusive rock;22-Triassic intermediate intrusive rock;23-fault/geological boundary;24-ductile shear zone;25-national border;26-study area

矿区出露地层主要有中元古界高黎贡山群及第四系(图2a)。构造比较简单，以北东向断裂构造为主。古近纪花岗岩在矿区内大面积出露，岩体呈岩基或岩墙、岩枝产出，侵入于高黎贡山群及二叠纪辉长苏长岩、辉长岩中，使其形成大小不等的捕虏体。岩体同化混染作用强烈，岩石类型复杂，主要有黑云母花岗岩、含角闪黑云闪长岩、黑云角闪闪长岩。黑云母花岗岩呈灰白-浅灰色，细粒花岗结构，块状构造，主要由钾长石、斜长石、石英、黑云母等矿物组成，副矿物见有榍石、锆石和磁铁矿。钾长石半自形-他形，含量50%～60%；斜长石半自形，含量约15%；石英他形，含量约20%；黑云母半自形-他形，含量10%～15%。黑云角闪闪长岩呈灰白-浅灰色，细粒状结构，块状构造-眼球状构造，主要矿物有斜长石、黑云母、角闪石、石英、钾长石等，副矿物见榍石、磁铁矿。斜长石半自形粒状，含量50%～60%；黑云母半自形-他形，含量15%～20%；角闪石半自形-他形，含量约10%；钾长石他形，含量5%～10%；石英他形，含量5%～10%。高黎贡山群变质岩在矿区内大面积分布，以片岩为主，主要有红柱石云母石英片岩、含红柱石云母石英片岩、长石云母石英片岩、云母石英片岩、高岭石长石云母石英片岩等，是区内主要含矿地层；局部出露黑云变粒岩、黑云二长变粒岩、黑云斜长变粒岩、混合片麻岩、眼球状混合岩等。云母石英片岩呈灰-灰黑色，显微片状粒状结构，片状构造，主要成分为石英和云母，二者含量相当，少量白云母、长石及褐铁矿。云母有明显的定向排列，并有交代石英的现象。

图2 滇西大石坡红柱石矿床地质简图Fig.2 Simplified geological map of the Dashipo andalusite deposit in western Yunnan1-第四系;2-高黎贡山群;3-古近纪花岗岩;4-二叠纪辉长辉绿岩;5-片理产状;6-断层及编号;7-工业矿体;8-低品位矿体;9-AB 剖面;10-采样点1-Quaternary;2-Gaoligongshan Group;3-Paleogene granite;4-Permian gabbro-diabase;5-schistosuty occurrence;6-fault and number; 7-industrial ore body;8-low-grade ore body;9-profile AB;10-sampling site

2 矿床地质特征

矿区内目前已发现Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号3个矿段、23个矿体(群)。红柱石矿体主要赋存在高黎贡山群红柱石石英云母片岩、含红柱石云母石英片岩、红柱石长石云母石英片岩中，顶底板岩性为云母石英片岩、白云母石英片岩。主要探矿工程控制Ⅰ、Ⅱ矿段Ⅰ-2矿体(群)、Ⅱ-2矿体(群)、Ⅱ-3矿体(群)、Ⅱ-4矿体(群)，矿床规模达超大型。

2.1 矿体特征

Ⅰ-2矿体(群)由9个工程控制，矿区内出露长2500 m，矿体最大厚度131.24 m，最小厚度17.43 m，矿体平均厚61.88 m；矿体群由4个工业矿与1个低品位矿组成，矿体呈层状、似层状产出，倾向305°，倾角45°～75°。红柱石工业矿品位16.0%，低品位矿品位8.0%，矿体平均品位9.8%；红柱石工业矿伴生云母品位37.4%，低品位矿伴生云母品位37.9%，平均品位37.8%。厚度变化系数为66.0%，品位变化系数为47.4%，厚度较稳定，品位变化较均匀。

Ⅱ-2矿体(群)由13个工程控制，矿区内岀露长3400 m，矿体最大厚度106.77 m，最小厚度2.97 m，矿体平均厚44.37 m；矿体群由3个工业矿与2个低品位矿组成，矿体呈层状、似层状产出，倾向305°，倾角27°～51°。矿体红柱石工业矿品位16.8%，低品位矿品位9.1%，平均品位11.8%；红柱石工业矿伴生云母品位35.2%，低品位矿伴生云母品位36.3%，平均品位35.9%。厚度变化系数为74.7%，品位变化系数为26.5%，厚度不稳定，品位变化均匀。

Ⅱ-3矿体(群)由20个工程控制，矿区内岀露长4300 m，矿体最大厚度368.04 m，最小厚度85.11 m，矿体平均厚192.94 m；矿体群由7个工业矿与5个低品位矿组成(图2b)，矿体呈层状、似层状产出，倾向303°，倾角25°～51°。矿体红柱石工业矿品位18.4%，低品位矿品位8.5%，平均品位12.0%；红柱石工业矿伴生云母品位32.9%，低品位矿伴生云母品位34.7%，平均品位34.0%。厚度变化系数为45.7%，品位变化系数为28.3%，厚度较稳定，品位变化均匀。

Ⅱ-4矿体(群)由11个工程控制，从空间关系上看Ⅱ-4矿体与Ⅰ-2矿体属同一矿体，矿区内岀露长3200 m，矿体最大厚度65.79 m，最小厚度8.93 m，矿体平均厚29.29 m，矿体群由1个工业矿与1个低品位矿组成(图2b)；矿体红柱石工业矿品位17.1%，低品位矿品位7.6%，平均品位8.6%；红柱石工业矿伴生云母品位27.6%，低品位矿伴生云母品位41.8%，平均品位40.4%。

2.2 矿石特征

矿区内红柱石矿体主要是红柱石石英云母片岩，多数呈暗灰、灰黑色，变斑状结构，片状构造。变斑晶为红柱石，粉红色、灰白色、灰黑色，自形长柱状(图3a、3b)，粒径短轴1～2 mm，长轴0.5～1 cm，含量约20%～30%。红柱石中普遍存在黑色碳质物包裹体，在横切面常沿其对角线分布呈十字状，纵切面中则成平行红柱石的条带状产出；此外，在红柱石裂隙内有时也见有石英、黑云母充填。基质为显微粒状片状变晶结构，成分主要有黑云母含量约30%，石英含量15%～20%，绢云母约20%，及少量白云母、绿泥石。黑云母大多为片状、显微板条状的半自形晶，黑云母片有明显的定向性(图3c)。石英呈他形粒状，粒径大多在0.03～0.08 mm，长轴与岩石片理方向一致(图3c)。绢云母为显微鳞片状，在岩石中分布杂乱，局部呈交代红柱石环绕四周产出(图3d)。

图3 大石坡矿床矿石结构构造Fig.3 Ore textures and structures of the Dashipo depositQt-石英;Bt-黑云母;Ad-红柱石;Se-绢云母Qt-quartz;Bt-biotite;Ad-andalusite;Se-sericite

矿石主要构造有片状构造(图3e)、条带状构造(图3f)，结构有长柱状自形晶粒状结构、斑状变晶结构、鳞片变晶结构、交代结构、包含结构及针状、纤维状、束状结构等。矿石中主要矿石矿物为红柱石，少量矽线石；脉石矿物有石英、长石、云母、高岭石、磁铁矿、磁黄铁矿、黄铁矿、褐铁矿等。

2.3 围岩蚀变

受区域动力变质作用、构造活动、岩浆侵位影响，矿区普遍发育硅化、角闪岩化、绢云母化、磁铁矿化、磁黄铁矿化、黄铁矿化、褐铁矿化、高岭土化等。硅化主要表现为石英脉发育，石英脉呈网脉状、脉状、透镜状；角闪岩化主要集中在红柱石成矿带的顶部含斜长石角闪岩、含石英绿帘角闪透辉石片岩地层中，主要矿物为角闪岩、透辉石；绢云母化主要集中在红柱石云母石英片岩中。

3 控矿因素

大石坡红柱石矿赋存于高黎贡山群红柱石石英片岩中，矿床形成受高黎贡山群片岩和燕山晚期侵入岩控制。

3.1 地层

高黎贡山群分布于怒江以西，呈近南北向展布，在缅甸境内称之为Mogok变质岩系，长期以来认为其是腾冲地块结晶基底(云南省地质矿产局，1990)，其时代划分尚存争议，基于高黎贡山群中片麻状花岗岩钕模式年龄认识，不少学者认为其形成时代归属于古元古代，部分学者认为其形成时代为中元古代②(钟大赉，1998)。由于缺乏相关的古生物化石资料和高精度的年代学研究，高黎贡山群沉积时代目前仍未有定论。周美玲(2019)研究认为，高黎贡山群变质砂岩中碎屑锆石最小峰期年龄为539～491 Ma、236～223 Ma和115 Ma三个区间，并存在大量1134～1060 Ma最大峰值年龄；显示高黎贡山群物源来源于不同时代，表明在中元古代沉积后卷入有较新时代的地层。大量的科学研究表明，高黎贡山群中可能存在震旦系、寒武系、三叠系和白垩系等年轻地层(赵成峰，2000；周美玲，2019)，是元古代开始沉积并经历了多个期次岩浆、变质和沉积事件的变质杂岩体(尹福光等，2012；李再会等，2012)。高黎贡山群经历了多期岩浆作用和变质事件的强烈改造，侵入到高黎贡山岩群中的片麻状花岗岩钕模式年龄1900～1150 Ma②(陈福坤等，2006)，显示高黎贡山岩群在古-中元古代之交大面积遭受了构造-热事件的改造，为主变质时期，形成了一套以片岩、变粒岩组合为主的变质岩系，变质强度达角闪岩相，主要变质矿物有石榴石、矽线石、蓝晶石；高黎贡变质带中花岗质糜棱岩、糜棱岩及同构造花岗岩年代学研究表明高黎贡山群在喜马拉雅期(14～11 Ma、24～22 Ma、54～35 Ma)经历了多阶段变形变质事件(季建清等，2000；王丹丹等，2013)。此外，高黎贡山岩群经历加里东期、印支期、燕山期、喜马拉雅期多次岩浆侵入活动(董方浏等，2006；丛峰等，2010；李再会等，2010，2012；邹光富等，2011；高永娟等，2014)，致使高黎贡山岩群叠加低压高温接触变质作用，使岩石中出现红柱石、堇青石等变质矿物。区域地质研究显示，云母片岩-云母石英片岩类为高黎贡山岩群变质岩主要组成岩石之一，主要岩石类型有斜长黑云片岩、黑云片岩、蓝晶矽线黑云片岩、含矽线富长黑云片岩、黑云矽线片岩、含石榴矽线黑云片岩、白云石英片岩、矽线黑云石英片岩。矿物共生组合为石英+斜长石+黑云母，石英+黑云母+矽线石，黑云母+兰晶石+矽线石。1∶25万腾冲县幅、潞西市幅区域地质调查过程中，发现蓝晶矽线黑云母片岩存在于高黎贡山群中②，矽线石集合呈长柱状和黑云母定向分布，与主变质期区域片理方向一致，其原岩是一套富铝泥岩、泥质砂岩与粉砂质泥岩。

X射线衍射分析显示，组成矿区矿石的矿物由红柱石、云母、石英、长石、高岭石、磁铁矿、角闪石及少量矽线石组成。218件红柱石工业矿样品中，有205件不含矽线石，有13件含矽线石，含矽线石红柱石工业矿中，矽线石质量分数为1%～2%有9件，矽线石质量分数为2%～3%有3件，矽线石质量分数为大于3%有1件(图4)；664件红柱石低品位矿样品中，有361件不含矽线石，有303件含矽线石，含矽线石红柱石低品位矿中，矽线石质量分数为0～1%有29件，矽线石质量分数为1%～2%有192件，矽线石质量分数为2%～3%有58件，矽线石质量分数为大于3%有24件(图4)。通过对1877件片岩、石英岩、红柱石矿体样品相关系数分析显示，红柱石与矽线石相关系数为-0.369，说明二者之间呈负相关(图5a)；红柱石与长石呈负相关(图5b)，相关系数为-0.291；红柱石与云母的相关系数分别为0.064，红柱石的形成与主变质期云母的不相关(图5c)；表明大石坡地区红柱石形成与云母、矽线石、长石等矿物不是同一变质时期形成的；而矽线石与云母的相关系数为0.324，显示矽线石形成与主变质期云母形成显著相关(图5d)，表明大石坡地区矽线石是主变质时期在区域变质作用下形成的。同时大石坡红柱石矿体中红柱石杂乱分布，无定向性，与片理产状斜交，佐证了红柱石与矽线石是在不同变质时期形成的，其是后期岩体与高黎贡山群局部富铝质接触部位发生低压高温接触变质作用形成的。主量元素分析显示(表1)，大石坡地区高黎贡山群片岩富铝，Al2O3质量分数高达13.42%～14.28%；片岩→红柱石低品位矿→红柱石工业矿体，SiO2、Na2O质量分数逐渐降低。w(TiO2)-w(SiO2)图解(图6a)显示，片岩、低品位矿位于沉积岩区，而红柱石工业矿样品一个落在火山岩区，一个落在火山岩区和沉积岩区分界附近，一个落在沉积岩区；表明从片岩→红柱石低品位矿→红柱石工业矿体演化过程中，局部加入了火山岩区的物源，富铝的高黎贡山群片岩应是岩浆侵入热接触作用下，Al2O3、TFe2O3、K2O等组分发生重组交代，形成大量的红柱石。在(al+fm)-(c+alk)-Si图解(图6b)中，片岩、红柱石低品位矿和工业矿均落在砂质沉积岩区域，说明片岩→红柱石低品位矿→红柱石工业矿变质原岩均是砂质沉积岩。

图6 大石坡红柱石矿床片岩、矿体w(TiO2) -w(SiO2)图解(a，底图据张雪亭等，2014)和(al+fm)-(c+alk) -Si图解(b)Fig.6 Diagrams of w(TiO2) -w(SiO2)(a，base diagram is after Zhang et al.，2014) and (al+fm)-(c+alk)-Si (b) of schist and ore body in the Dashipo andalusite deposit

表1 大石坡矿区花岗岩、片岩、红柱石矿体主量元素分析结果

图4 红柱石矿体中矽线石含量分布频数Fig.4 Distribution frequency of sillimanite content in andalusite ore bodies

图5 大石坡红柱石矿床红柱石-矽线石(a)、红柱石-长石(b)、红柱石-云母(c)和矽线石-云母(d)相关分析Fig.5 Correlation analysis of andalusite-siliconite (a)，andalusite-feldspar (b)，andalusite-mica (c) and siliconite-mica (d) in the Dashipo andalusite deposit

综上，高黎贡山群富铝片岩为红柱石形成提供了大量的物质组分，在岩浆侵入作用下发生接触交代作用，形成规模巨大的红柱石矿体。

3.2 岩浆作用

大石坡矿区花岗岩位于勐弄岩体西南缘，岩体w(SiO2)为63.45%～74.04%，w(Al2O3)为13.51%～16.24%，w(K2O)为3.25%～6.24%，w(Na2O)为1.02%～3.39%，全碱w(K2O+Na2O)值为5.17%～7.26%，K2O/Na2O值为0.96～6.12，铝饱和指数(A/CNK)值为1.49～2.25，里特曼指数(σ)为1.31～2.13。在w(SiO2)-w(K2O+Na2O)图解(图7)上，样品落在花岗岩、花岗闪长岩区域内；w(SiO2)-w(K2O+Na2O-CaO)图解上，样品落在钙-碱性区域，显示花岗岩体具有“高硅、铝过饱和”的特征，属钙碱性过铝质S型花岗岩。莫雄等(2020)获得大石坡矿区西南部昔马岩体英云闪长岩锆石U-Pb年龄52.39 Ma，东北部勐弄-芒章地区二长花岗岩锆石U-Pb年龄分别为49.72 Ma；盈江东部石岭卡-新泡山地区二长花岗岩锆石U-Pb年龄为41.23～53.37 Ma(燕利军等，2020)，而位于大石坡矿区东北部勐弄花岗岩体锆石U-Pb年龄为52.84 Ma(周淑敏，2019)。矿区周边大量岩体年代学数据显示该区在古近纪经历了大规模岩浆活动，因此笔者倾向认为大石坡矿区花岗岩形成时代为古近纪。

图7 大石坡矿区花岗岩w(SiO2)-w(K2O+Na2O)图解 (a,底图据Middlemost,1994)和w(SiO2)- w(K2O+Na2O- CaO)图解(b,底图据Frost and Frost,2011)(勐弄岩体数据来源周淑敏，2019)Fig.7 Diagrams of w(SiO2)-w(K2O+Na2O) (a,base diagram is after Middlemost (1994)) and w(SiO2)-w(K2O+Na2O-CaO)(b,base diagram is after Frost and Frost (2011) of granite in Daishipo mining area(data of Mengnong rock mass is from Zhou,2019)

红柱石矿体产出受岩体制约较为明显，高黎贡山群被燕山期花岗岩侵位，宛如捕虏体分布于花岗岩体中，多数山地钻探工程揭露矿体与花岗岩密切接触(图2)。

4 矿床成因

上述研究表明，高黎贡山群自古元古代沉积富铝碎屑岩以来，卷入了寒武系、三叠系、白垩系等新地层，并经历了多期岩浆侵入活动。大石坡矿区在古近纪受区域大规模岩浆侵位活动作用，在岩体与高黎贡山群局部富铝质接触部位发生低压高温接触变质作用形成大量红柱石，从而形成罕见的超大型红柱石矿床。

矿床在古元古代沉积来自西澳大利亚的碎屑物(周美玲，2019)，形成一套富铝泥岩-泥质砂岩与粉砂质泥岩；经历古-中元古代构造—热事件，富铝原岩初步形成了含矽线石云母片岩、云母石英片岩；在古近纪遭受大面积的岩浆侵位活动，发生中高温接触变质作用，地层中硅、铝元素发生迁移，促使原矿物之间发生变化，在低压中高温条件下，含羟基的粘土矿物叶腊石发生脱水反应，生成大量的红柱石，从而形成红柱石云母片岩；而后遭受变形变质作用，使红柱石等矿物碎裂化(图8)。大石坡红柱石矿体主要是受古近纪花岗岩侵位发生低压高温接触变质作用而形成的。