西昆仑笔架山铷矿地质特征及找矿方向

2021-08-09徐仕琪薛春纪冯京田江涛朱志新李平范磊善

新疆地质 2021年2期

徐仕琪薛春纪冯京田江涛朱志新李平范磊善

摘要：铷是重要的稀有金属和战略性新兴矿产。我国铷矿主要类型为花岗岩型和花岗伟晶岩型。近期新疆地质调查院在西昆仑大红柳滩东笔架山发现一处花岗斑岩容矿铷矿床。据野外调查笔架山含铷岩体由二个侵入体组成，长1.9 km，宽0.85 km，比高约390 m。岩石薄片鉴定岩性为正长花岗斑岩，与区域地质调查成果资料一致。岩石具典型斑状结构，块状构造。岩石中斑晶含量高，以透长石为主。基质粒径较细，主要矿物为长石和石英，多呈它形粒状，发育次生白云母。基质中长石具较明显粘土化，具超浅成岩或次火山岩特征。据主量、微量元素分析，岩石中里特曼指数σ=2.34～2.55，为碱性岩，据Na2O-K2O图解属“A”型花岗岩类。通过对100余件化学样品分析，样品铷品位大于0.1%，获得Rb2O平均品位0.13%～0.26%，伴生Li2O品位0.07%～0.16%，显示该花岗斑岩具全岩铷矿化特征。据对地表含矿岩体控制，初步估算Rb2O潜在资源量33.8×104 t，伴生Li2O潜在资源量17.0×104 t，具超大型铷矿规模远景，西昆仑稀有金属矿找矿线索进一步扩大。

关键词：西昆仑成矿带;铷矿;花岗斑岩;地质特征;找矿方向

稀有金属、稀土金属、稀散金属（简称“三稀”）是发展战略性新兴产业所需关键材料。在众多稀有金属资源中，铷除应用于军工领域外，还应用于众多民用领域。前人研究认为，我国花岗岩型铷矿多形成于中生代，花岗岩中含钾矿物是铷的主要富集和载体矿物。已知矿床发现铷主要赋存于云母、锂云母、天河石中。资料显示，新疆铷矿查明资源量位居全国第二，矿床类型主要为伟晶岩型和花岗岩型。本文初步总结了西昆仑笔架山铷矿床地质特征，对铷矿资源潜力进行分析，通过与国内大型铷矿床对比，明确其异同点，旨在为西昆仑大红柳滩成矿带寻找新的稀有金属矿提供参考，为西昆仑稀有金属找矿指明新方向。

1 区域地质特征

笔架山含铷岩体位于西昆仑大红柳滩镇东南约90 km，泉水沟东40 km处（图1），隶属西藏-三江造山系-巴颜喀拉地块-康西瓦-泉水沟前陆盆地。区域中部出露少量古生界（图1），包括长城系赛图拉岩群、寒武系甜水湖组、红山湖组、黄羊岭群、巴颜喀拉山群、阿克萨依湖组、泉水沟组等，巴颜喀拉山群分布范围最广。区内以泉水沟-郭扎错断裂带为主，呈NWW向展布，向西延伸至康西瓦断裂。侵入岩主要为二长花岗岩、花岗斑岩，零星出露于大红柳滩-泉水沟-郭札错断裂带北部。侵入岩以小岩株状侵入于二叠系黄羊岭群及巴颜喀拉山群砂岩、砂板岩中。据1∶25万阿克萨依湖幅区调成果资料，该断裂带以新生代岩浆活动为主，包括玉龙喀什河上游似斑状二长花岗岩岩体、泉水沟花岗斑岩岩体;次为中生代玉龙喀什河、甜水海北、弓形冰川二长花岗岩，及昆仑冰川西、甜水海北石英闪长岩，具多类型、多期次特点。

据区域地质资料和前人研究成果，该地区岩体时代为喜山期，在泉水沟火山岩中获全岩Rb-Sr等时线年龄为（8±0.1） Ma;同地层单元相距不远的玉龙喀什河上游似斑状二长花岗岩中获（10.02±0.06） Ma的锆石U-Pb（206Pb/238U）年龄加权平均值（天津地质矿产研究所），形成时代为新近纪;区域新生代构造岩浆岩带（高原隆升期侵入岩）为小岩株状，单个侵入体面积1～5 km2，出露于大红柳滩-泉水沟断裂两侧，受断裂控制明显;侵入体围岩为二叠系黄羊岭群及三叠系巴颜喀拉山群砂岩、砂板岩。各岩体岩性较简单。

本次调查的笔架山含铷岩体，呈岩枝状产出，由二个呈双峰-椭球状孤立侵入体组成，长1.9 km，宽0.85 km，出露面积1.6 km2，岩性为花岗斑岩。1∶5万地形图显示，海拔5 350～5 740 m，比高约390 m。岩体出露于大红柳滩-泉水沟断裂带南侧，受断裂控制明显。与该岩体同处于大红柳滩地层单元的玉龙喀什河上游似斑状二长花岗岩、泉水沟火山岩形成时代为10.02～8 Ma，推测笔架山花岗斑岩形成时代为新近纪（中新—上新世）。

2 铷矿地质特征

笔架山含铷花岗斑岩位于大红柳滩-泉水沟断裂南部，郭札错断裂带北部，阿克萨依湖东北。由二个孤立侵入体组成，岩体呈岩株状产出，形态为近NS向椭圆体，出露面积1.6 km2。从区调成果资料看，岩体侵位于三叠系巴颜喀拉山群（图1），岩体周围为第四系冲积-洪积物，与围岩呈侵入接触，接触界面清晰。区域发现的泉水沟花岗斑岩体与本次发现的岩体具相似性，空间上处于同一构造带，显示该岩体侵位深度较浅，为浅成侵人岩。

笔架山花岗斑岩内部组构均一，岩性简单（图2），呈斑状结构，块状构造。透长石斑晶含量17%～185%图2-b），可见自形板状，切面形态多样，长度或粒径为0.7～1.5 mm，二轴晶，负光性，光轴角小，可见卡式雙晶。石英斑晶约7%～8%（图2-c），切面呈多边形，粒径0.5～1 mm，干涉色相对高，一轴晶，正光性。斜长石斑晶约1%（图2-b，c），呈包体状分布于透长石中，板状，聚片双晶较发育。黑云母斑晶约1%（图2-e），边部常具白云母或绢云母化，形成次变边结构。

基质具微粒结构，主要矿物成分为长石和石英，长石和石英多为它形粒状，少量长石具板状形态，粒径0.03～0.05 mm，少量晶体粒径0.05～0.1 mm。发育部分次生白云母。副矿物可见锆石（图2-f）。基质中长石具较明显粘土化。岩石中斑晶含量高，以透长石为主，发育聚斑状结构，基质粒径较细，具超浅成岩或次火山岩特征。

2.1 容矿花岗斑岩主量元素特征

笔架山花岗斑岩岩石化学成分含量及特征值见表1。由表1可知，笔架山花岗斑岩SiO2含量73.93×10-2，为酸性岩。与世界酸性岩平均值（维氏）比较，岩体SiO2、Na2O含量略高于酸性岩均值，其余成分含量与世界酸性岩均值大致接近。花岗斑岩中总碱（Na2O+K2O）含量较高，为8.75×10-2～8.95×10-2，（Na2O）n/（K2O）n值为0.79～0.97，（Na2O）n小于（K2O）n，岩石里特曼指数σ=2.34～2.55。在AR-SiO2与碱度关系图上落入碱性岩区（图3），在Na2O-K2O图解上落入“A”型区（图4）。岩体（Al2O3）n大于（Na2O+K2O）n，属过渡非典型“A”型花岗岩类。

2.2 容矿花岗斑岩微量元素特征

笔架山花岗斑岩岩石微量元素含量及特征值见表1。笔架山花岗斑岩微量元素均值与世界酸性岩平均值（维氏）比较，相容元素Cu，Zn，Cr，Ni，Co，Au，Ag含量低于平均值，表现为亏损。世界酸性岩微量元素平均值为花岗斑岩的3～15倍，Pb，Li，W，U元素高于酸性岩平均值，其中花岗斑岩中Li，W元素含量为世界酸性岩平均值的8～12倍，富集程度较高，说明其对Li，W的成矿有利。大离子亲石元素表现较复杂，其中Rb，Sb高于世界酸性岩平均值，表现为富集，是世界酸性岩平均值的2～7倍，Sr，B表现亏损，世界酸性岩微量元素平均值是花岗斑巖的5～11倍。高场强元素Sc，Nb，Ta，Th表现为不同程度富集。花岗斑岩相容元素、大离子亲石元素、高场强元素含量总体表现较复杂，Cr，Ni，Co含量较低，亏损程度较大，反映其源于下地壳。大离子亲石元素、高场强元素特征说明，其受浅部地壳岩石强烈混染。

从笔架山花岗斑岩微量元素球粒陨石标准化蜘蛛图解可知（图5），不相容元素除P，Zr与其相近外，其余元素均显示不同程度富集，相容元素Ni，Cr含量偏低，表现为亏损。笔架山花岗斑岩稀土元素含量及特征值见表1，稀土元素球粒陨石标准化分布模式曲线见图6。从表1、图6可知，花岗斑岩稀土元素总量（REE）、轻稀土元素总量（LREE）中等，轻稀土元素总量/重稀土元素总量比值（LREE/HREE）较高，LREE=169.11×10-6～211.37×10-6、REE=160.19×10-6～223.62×10-6、LREE/HREE=17.25～40.55，花岗斑岩稀土元素球粒陨石标准化分布模式曲线右倾，（La/Lu）n=13.46～103.35，为轻稀土元素富集型，δEu值为0.12～0.72，Eu具较明显负异常。花岗斑岩稀土元素总量中等，Eu具较明显负异常，为轻稀土元素富集型，稀土元素特征与地壳同熔型花岗岩稀土元素特征相似。

2.3 矿物学分析

2.3.1 化学分析

所用设备为 X 荧光光谱仪、全谱直读等离子体光谱仪 iCAP6500、原子吸收AA6800 等。原矿多元素分析结果见表2。

2.3.2 矿物定量及粒度测定

岩石具典型斑状结构，块状构造，岩石中斑晶含量高，以透长石为主，次为石英、斜长石、黑云母。基质粒径较细，主要矿物为长石和石英，多为它形粒状，发育部分次生白云母，副矿物可见磷灰石。基质中长石具较明显粘土化，具超浅成岩或次火山岩特征。矿物含量及粒度测定是通过显微镜下压线法测定，斑晶中主要见斜长石，含量8%～15%，粒度0.5～3 mm，石英含量10%～12%，粒度0.5～3 mm;黑云母含量1%～3%，粒度0.4～1 mm。

2.3.3 电子探针分析

透长石、斜长石、石英、黑云母、重矿物富集后压制砂光片，采用EPM-810Q型电子探针随机进行定量分析（表3）。从表3看出，铷主要赋存于钾长石、黑云母中，少量赋存于钠长石，铷在矿物中呈不均匀分布。同一矿体中钾长石含铷较钠长石高出近5倍。钾离子半径（K+）1.33，与铷离子半径（Rb+）1.47相近，更适合类质同象替换。钾长石、黑云母中含钾，铷可自由替换钾，推断铷主要以类质同象形式赋存于钾长石、黑云母中。

3 讨论

3.1 成矿时代与构造环境

笔架山岩体总碱（Na2O+K2O）含量较高，为碱性岩，（Na2O）n>（K2O）n，为过渡型的“A”型花岗岩。稀土元素总量中等，Eu具较明显负异常，岩体属与大陆抬升有关的花岗岩类，为造山带花岗岩。说明其为源于造山带加厚的下地壳，形成于中新世。微量元素组合特征显示为大陆同碰撞花岗岩，形成与碰撞带密切相关，为陆壳重熔形成钙碱性系列的岩浆侵位于老地层中冷凝后形成的产物。该岩体是一个相对成熟的大陆环境下局部熔融产生的岩体，具形成稀有金属矿产的基本条件。

对比该岩体粒度变化可知，主岩浆期以粗粒、中粗粒结构（主期结构）为主，补充期以中细粒斑状结构为主，末期花岗岩（脉）为中粒-细粒结构。从主岩浆期→补充期→末期结构组成一个完整的岩浆结构演化序列，从早到晚岩石类型由粗粒二长花岗岩→粗粒钾长花岗岩→中细粒钾长花岗岩→中细粒二长花岗岩-细粒二长花岗岩—花岗斑岩过渡。因此该岩体由几个期次的岩浆形成。

3.2 侵位深度及剥蚀程度

笔架山花岗斑岩岩体为岩柱状，细-微晶结构，斑状结构，块状构造。花岗斑岩中Fe2O3/（Fe2O3+FeO）比值较高，为0.68～0.88，说明笔架山岩体组构、成分特征侵位较浅，为浅成侵入岩，剥蚀程度中等。从围岩来说，笔架山岩体北部主要出露二叠系，南部为三叠系巴颜喀拉群及少量古近系砂岩。赵波采用锆石U-Pb测年法确定西昆仑甜水海地区新近纪侵入岩细粒似斑状黑云母二长花岗岩岩体的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为（8.09±0.16）Ma，表明该岩体形成于晚中新世，岩体侵入不深，剥蚀程度中等。

4 找矿方向

4.1 铷矿化类型

4.1.1 新疆铷矿类型

据全国2018年矿产资源储量通报，新疆查明Rb2O保有资源储量64.73×104 t（其中基础储量177.00 t;资源量64.71×104 t），居全国第二。探获资源储量以超大型为主，占97.50%，大型、中型、小型占比较低。新疆铷矿产出具两大特点：一是规模大，已发现的矿床以大型、超大型为主，达超大型规模的有两处：拜城县波孜果尔铌钽矿和阿勒泰市将军山（方正）铷矿;二是以伴生矿产为主，以铷为主的独立矿床较少，11处矿产地中仅有哈密市白石头泉铷矿、哈密市星星峡南西铷矿、哈密市沙东铷矿是以铷为主。

矿床类型新疆铷矿可划分为两类：伟晶岩型矿床、岩浆型矿床;3个亚类：花岗伟晶岩型、中-酸性（花岗）岩型、碱性岩型（表4）。

花岗伟晶岩型铷矿形成于造山带岩浆弧后碰撞阶段晚期，成矿时代多为石炭—三叠纪，主要受构造和花岗岩控制。伟晶岩中交代作用与稀有金属成矿关系密切，交代作用越发育，稀有金属矿化的可能性越大。铷全部分散于含钾矿物中。该类矿床具较好的Li，Be化探异常和锂辉石重砂异常。以白石头泉铍铷矿为代表。

碱性岩型铷矿主要赋存于碱性岩带二叠纪碱性花岗岩侵入岩体内，其形成与上地幔来源的碱性岩浆有关，时代为二叠纪。岩体中共伴生稀有稀土成份较多，一般为全岩矿化，以波孜果尔铌钽矿为代表，本次新发现的笔架山铷矿属此类型。

中-酸性（花岗）岩型含矿岩石与高氟、高铷的浅色碱性花岗岩体密切相关。铷矿主要以共伴生产出，矿石类型随主矿种而变，如白石头泉矿床的稀有金属型和沙东矿床白钨矿型。矿石矿物主要为锂云母、天河石、黄玉及白钨矿等。

4.1.2 笔架山铷矿化特征

笔架山铷矿赋存于正长花岗斑岩中，肉眼很难分辨岩体是否含铷，只能通过X荧光仪快速检测，证实该岩体为全岩矿化，100余件化学样成果亦证明这一特点。野外地质观察发现，该斑岩体可分为灰白色细粒花岗斑岩、灰白色中粒花岗斑岩（图1）。细粒花岗斑岩含氧化铷品位略高，大于0.2%，中粒花岗斑岩略低。主要矿化类型为钠长石化，见于岩体外接触带。研究认为，容矿花岗斑岩即为含铷主要载体。区域对比认为，笔架山铷矿成矿时代为燕山期，与国内超大型铷矿相似。本次研究仅对地表容矿岩体进行初步调查，通过捡块样分析及快速分析仪测试，认为主要控矿要素就是地表出露的花岗斑岩，尚未发现其它控矿因素;花岗斑岩体通过快速分析仪测试得知为全岩矿化。限于目前工作程度，对铷矿化特征尚不能进行深入分析，有待进一步研究。

4.1.3 与国内矿床对比

我国铷矿划分为花岗岩型、花岗伟晶岩型、云英岩型、岩浆热液型、盐湖型、地下卤水型6类。铷资源主要集中于花岗岩型、花岗伟晶岩型和盐湖型。按地区排名，江西省查明Rb2O资源量居全国第一，占比34%;次为新疆，占全国查明铷资源量33%。广东因天堂铷矿的发现，查明Rb2O资源量跃居全国第三。其次是湖南、内蒙、四川、青海、湖北。铷的地球化学特征具特殊性，目前尚未发现独立铷矿物。从成矿时代看，花岗岩型铷矿多形成于中生代。本次研究的笔架山铷矿，含矿围岩成岩时代为8.0～10.0 Ma，属新近纪，比国内其它矿床成矿时代更新。铷主要赋存于云母、锂云母、天河石中，从伴生矿种看，铷常与Li，Be，Nb，Ta等其它稀有金属矿种共（伴）生（表5）。笔架山铷矿属具伴生锂矿的特点。

4.2 找矿方向

我国铷资源多与锂铍铌钽等其它稀有金属共伴生，因此，铷的找矿方向与锂铌钽等找矿方向基本一致。西昆仑笔架山铷矿属首次在该地区发现，且伴生锂矿。通过对该区花岗岩130件捡块样品分析，氧化铷品位均大于0.1%，说明具全岩矿化特点。限于本次工作程度，结合国内大型铷矿特点，以容矿花岗斑岩为主要含矿地质体，据地质草测控制岩体规模形态，对等高线5 350～5 740 m岩体进行铷矿资源潜力估算（图7-b），Rb2O品位0.13%～0.26%，平均0.177%，伴生Li2O品位0.07%～0.16%，平均0.089%，初步估算Rb2O资源量达135×104 t。伴生Li2O资源量达67.9×104 t。按25%的可信度估算，其Rb2O潜在资源量为33.8×104 t（大于2 000 t为大型），伴生Li2O潜在资源量17.0×104 t（大于10×104 t为大型），表明其具超大型铷矿矿规模远景（表6）。

5 结论

（1）铷矿划分为花岗岩型、花岗伟晶岩型、云英岩型、岩浆热液型、盐湖型、地下卤水型6类。铷资源主要集中于花岗岩型、花岗伟晶岩型和盐湖型。新疆铷矿分为花岗岩型、花岗伟晶岩型，本次发现的笔架山铷矿为花岗岩型。

（2）通过与全国大型铷矿床对比，铷主要赋存于云母、锂云母、天河石中。从伴生矿种看，铷常与Li，Be，Nb，Ta等稀有金属矿种共（伴）生。本次新发现的西昆仑笔架山铷矿（伴生锂矿），主要容矿岩性为正长花岗斑岩，与国内典型铷矿以云母为主要赋铷矿物明显不同，有待进行深入研究。

（3）铷成矿作用发生时间跨度大，从古元古代到新生代均有。总体上铷成矿作用以中生代为主，燕山期最发育。超大型、大型矿床多与燕山期岩浆构造活动有关。研究认为笔架山铷矿成矿时代为喜马拉雅期，与四川新歧超大型铷矿类似。

（4）花岗岩中含钾矿物是铷的主要富集和载体矿物。铷的分布和钾密切相关。本次研究认为，笔架山铷矿容矿岩性为正长花岗斑岩，透长石、斜长石、黑云母的含铷机理有待进一步研究。据130件捡块样品分析，氧化铷品位均大于0.1%，说明具全岩矿化特点。据地表含矿岩体控制，初步估算Rb2O潜在资源量为33.8×104 t，伴生Li2O潜在资源量17.0×104 t，具超大型铷矿规模远景，扩大了西昆仑寻找稀有金属矿线索。

致谢：野外地质调查时得到新疆地质调查院、新疆地矿局第三地质大队技术人员的支持和帮助，岩矿测试分析得到新疆地矿局实验室、吉林大学岩矿鉴定实验室的帮助，成文过程中得到匿名审稿人给予本文宝贵的修改意见与建议，在此一并表示衷心感谢！

参考文献

[1] 赵波，李有波，陈思尧，等西昆仑甜水海地区新近纪侵入岩地球化学特征及锆石U-Pb年龄[J].新疆地质，2020，38（3）：319-324.

[2] 田江濤，徐仕琪，唐毅，等.喀喇昆仑中生代铅锌矿控矿因素及成矿演化模式分析[J].新疆地质，2020，38（1）：48-54.

[3] 舍建忠，朱志新，贾健，等.新疆主要断裂的分布及其特征[J].新疆地质，2020，38（1）：9-20.

[4] 魏永峰，肖渊甫，冯昌荣，等.西昆仑团结峰地区基性-超基性岩的发现及大地构造意义[J].新疆地质，2018，36（2）：202-208.

[5] 周能武，陈邦学，朱彦菲，等.西昆仑岔路口西花岗岩地球化学特征及构造意义[J].新疆地质，2016，34（4）：437-445.

[6] 董连慧，冯京，刘德权，唐延龄，等.新疆成矿单元划分方案研究[J]. 新疆地质，2010，28（1）：1-15.

[7] 肖文交，方爱民，李继亮，等.西昆仑造山带复式增生楔的构造特征与演化[J].新疆地质，2003（1）：31-36.

[8] 康磊，校培喜，高晓峰，等.西昆仑西段晚古生代—中生代花岗质岩浆作用及构造演化过程[J].中国地质，2015，42（3）：533-552.

[9] 周军，任燕.新疆西昆仑岔路口—甜水海地区铅锌资源地球化学定量预测[J].物探与化探，2014，38（2）：220-226.

[10] 孙宝德.广东省蕉岭县作壁坑矿区钾长石、黑云母花岗岩型铷矿矿床成因及控矿因素研究[J].西部探矿工程，2020，32（11）：162- 165+168.