川西扎乌龙花岗伟晶岩型稀有金属矿床铌钽铁矿族矿物特征及其意义*

2021-09-03熊欣李建康王登红李兴杰王臻张珈铭严清高

矿床地质 2021年4期

熊欣，李建康**，王登红，李兴杰，王臻，张珈铭,2，严清高

（1中国地质科学院矿产资源研究所自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京100037；2中国地质大学，珠宝学院，北京100083）

锂、铍、铌、钽等稀有金属作为国家战略性新兴资源，主要应用于国防、航空、航天等工业领域，近年来备受地质学家的关注。花岗伟晶岩作为稀有金属矿床的重要赋矿岩石之一，其研究不仅具有剖析岩浆热液演化过程的科学意义，更具有重要的经济价值。铌钽铁矿族矿物（[Mn,Fe][Ta,Nb]2O6，Columbite-Tantalite Group Mineral，简称CGM）是花岗伟晶岩脉中最常见，也是最重要的铌钽矿物，贯通于整条伟晶岩脉的各结构带内（Černýet al.,1985a;Lahti,1987;Mulja et al.,1996;Tindle et al.,2000）。同时，铌钽铁矿族矿物内部结构和化学组成复杂，存在不同程度的Fe-Mn和Nb-Ta类质同象，可指示伟晶岩的分异程度，并示踪伟晶岩岩浆演化过程（Černýet al.,1985b;1986;Lahti,1987;Linnen et al.,2012;Beurlen et al.,2014），因此，研究铌钽铁矿族矿物的物理性质、化学组分及共生关系，对于伟晶岩熔体的分异与演化过程、结晶条件及评价稀有金属矿化潜力具有重要的指示意义（Van Lichtervelde et al.,2007；Wu et al.,2018）。

松潘-甘孜造山带内聚集多处超大型和大型伟晶岩型锂矿床（唐国凡等，1984），具有规模大、共伴生矿产多（Be、Nb、Ta、Rb、Cs、Sn）、找矿潜力好的特征，是中国重要的稀有金属成矿区（王登红等，2013；2016；2017）。扎乌龙是松潘-甘孜造山带内的典型大型稀有金属伟晶岩矿床之一，且有望达到超大型规模（李建康等，2014；Li et al.,2015）。前人通过大量的岩石学和同位素地球化学等工作，推测伟晶岩是矿区白云母花岗岩结晶分异的产物（李兴杰等，2018；Yan et al.,2020）。扎乌龙花岗伟晶岩锂成矿流体经历了岩浆向热液的转变，成矿温度为500~580℃（Xiong et al.,2019）。然而，花岗伟晶岩的分异程度与演化过程问题尚未完全解决，特别是缺乏矿物学的证据。铌钽铁矿族矿物产出于扎乌龙伟晶岩脉的各个结构带内，是指示整条伟晶岩脉的分异与演化的理想研究对象。因此，本文拟对扎乌龙典型伟晶岩脉的铌钽铁矿族矿物开展系统的研究工作，以查明矿床的岩浆热液演化过程，并与典型花岗伟晶岩型稀有金属矿床（可可托海等）进行对比，以分析该矿床的成矿条件和成矿潜力。

1 区域地质背景

松潘-甘孜造山带是中国重要的稀有金属成矿带，位于中国的西南部（图1a），横跨四川、青海和新疆。成矿带北侧以阿尼玛卿缝合带与华北-塔里木陆块相隔，南西侧以金沙江缝合带与冈瓦纳大陆外缘的羌塘-昌都陆块毗邻，东南缘以龙门山-锦屏山与扬子陆块相连（李建康等，2007；刘丽君等，2015；2016）。区域出露地层主要为震旦系变质沉积岩和三叠系变质复理石沉积岩系，分别分布于造山带东缘和盆地内部。变质复理石沉积岩系主要由泥质岩发生区域变质作用形成，包括板岩、千枚岩和片岩。

图1 四川扎乌龙矿区地质简图（a）和矿床A-A’剖面示意图（b）（据李兴杰等，2018修改）Fig.1 Simplified geological map(a)and A-A’cross section(b)of the Zhawulong granitic pagmatite deposit(mofidied after Li et al.,2018)

印支晚期中酸性花岗质岩体侵入于三叠系变质沉积岩系构成的近东西向背斜核部，局部突起呈穹隆状构造，如雅江、马尔康、大红柳滩和扎乌龙穹隆（李建康等，2007）。在这些构造穹隆中，围绕二（白）云母花岗岩产出了大量花岗伟晶岩型稀有金属矿床，包括甲基卡、可尔因、大红柳滩和扎乌龙超大型-大型矿床，成矿年龄主要集中在印支晚期（唐国凡等，1984；王登红等，2005；李建康等，2007；2014；郝雪峰等，2015；李兴杰等，2018；Li et al.,2019）。

2 矿床地质特征

扎乌龙锂矿床位于四川省甘孜藏族自治州石渠县西区呷依乡。矿区出露地层为三叠系西康群砂岩、板岩互层，后经区域变质和接触变质作用形成黑云母石英片岩、二云母石英片岩和红柱石-十字石石英片岩等中浅变质岩系（图1a、b）。白云母花岗岩是矿区唯一出露的岩体，位于扎乌龙背斜核部，出露面积为58 km2。白云母花岗岩体与西康群界线截然，在岩体内和边缘局部出现伟晶岩相，常成群出现，尤以岩体的南侧最为集中。

矿区出露伟晶岩脉共计111条，规模不等，大者长2 km、宽80 m，小者长约10 m、宽约0.5 m（李兴杰等，2018；Xiong et al.,2019）。这些伟晶岩脉形状不规则，多呈长条脉状产出，少数呈透镜状，有明显的水平分带现象。根据伟晶岩的主要特征矿物，以岩体为中心由内向外，伟晶岩可划分为5个类型，即：微斜长石型→微斜长石-钠长石型→钠长石型→钠长石-锂辉石型→锂（白）云母型。其中，微斜长石伟晶岩与白云母花岗岩呈过渡关系，主要呈网状、透镜状或块状。微斜长石-钠长石伟晶岩主要由微斜长石、石英、钠长石和电气石组成。钠长石-锂辉石伟晶岩通常内部分带良好，主要由微斜长石、石英、钠长石和锂辉石组成，如下文所述的14号脉（图1b）。锂（白）云母伟晶岩脉出现在最外侧，主要包括石英、白云母、钠长石和锂云母等矿物。

扎乌龙伟晶岩矿床中，钠长石-锂辉石伟晶岩脉最具有经济价值。其中，14号钠长石-锂辉石伟晶岩脉最为典型，其规模最大（长2 km，宽5 m）、品位高（w(Li2O)=1.2%）、储量大（16万t），占整个扎乌龙矿床Li2O储量的60%以上（李兴杰等，2018）。14号脉具有一定的分带性，从脉体边部至中心主要可以分为4个带：云母石英带（Ⅰ带）、斜长石带（Ⅱ带）、钠长石锂辉石带（Ⅲ带）和石英锂辉石带（Ⅳ带）。云母石英带（Ⅰ带）岩石呈灰白色，粗粒伟晶结构，块状构造（图2a），主要矿物成分为石英（85%）、白云母（10%）、钠长石（5%），副矿物有绿柱石、铌钽铁矿、金红石等。斜长石带（Ⅱ带）岩石呈灰白色，粗粒伟晶结构，块状构造（图2b），主要矿物成分为石英（30%~60%）、钠长石（15%~60%）和白云母（5%~15%），副矿物有电气石、石榴子石、绿柱石、铌钽铁矿、金红石等。钠长石锂辉石带（Ⅲ带）岩石主要呈灰色，粗粒伟晶结构，块状构造（图2c），主要矿物成分为石英（30%~45%）、钠长石（40%~45%）、锂辉石（5%~25%）、白云母（1%~5%），副矿物有绿柱石、铌钽铁矿、金红石等。石英锂辉石带（Ⅳ带）岩石为灰色—灰绿色，粗粒伟晶结构，块状构造（图2d），主要矿物成分为锂辉石（40%~75%）、石英（10%~30%）、白云母（3%~5%）、钠长石（1%），副矿物有绿柱石、铌钽铁矿、金红石等。

图2 扎乌龙14号伟晶岩脉不同结构带内代表性岩石照片a.Ⅰ带伟晶岩代表性样品，主要由石英、白云母和钠长石组成；b.Ⅱ带伟晶岩代表性样品，主要由钠长石、石英、电气石和白云母组成；c.Ⅲ带伟晶岩代表性样品，主要由石英、钠长石和锂辉石组成；d.Ⅳ带伟晶岩代表性样品，主要由石英和锂辉石组成Qtz—石英；Ms—白云母；Tur—电气石；Ab—钠长石；Spd—锂辉石Fig.2 Photos of representative rocks from different textural zones of the Zhawulong No.14 pegmatitesa.ZoneⅠcomposed of quartz,muscovite and albite;b.ZoneⅡcomposed of albite,quartz,tourmaline and muscovite;c.ZoneⅢcomposed of quartz,albite and spodumene;d.ZoneⅣcomposed of quartz and spodumene Qtz—Quartz;Ms—Muscovite;Tur—Tourmaline;Ab—Albite;Spd—Spodumene

3 样品采集及分析方法

笔者对上述扎乌龙14号钠长石-锂辉石伟晶岩脉的4个带进行了系统取样，采样位置见图1a。对不同带内的28颗铌钽铁矿族矿物开展了化学成分和内部结构等矿物学研究。

矿物化学成分和背散射图像分析在中国地质科学院矿产资源研究所电子探针实验室完成，仪器型号为JEOL-JXA 8230。仪器加速电压为15 kV，电子束电流10 nA，束斑直径为1~5 μm。测试使用的标准样品为天然样品和人工合成金属氧化物国家标准，分析精度约为0.01%。数据采用ZAF方法校正。

4 分析结果

铌钽铁矿族矿物的一般结构式为AM2O6，其中A=Fe、Mn，M=Nb、Ta，矿物中Mn-Fe和Ta-Nb可分别发生大致完全的类质同象置换（Černýet al.,1985;1989）。铌钽铁矿族矿物（CGMs）包括4个端员：铌铁矿（Columbite-(Fe)）、铌锰矿（Columbite-(Mn)）、钽铁矿（Tantalite-(Fe)）和钽锰矿（Tantalite-(Mn)），可构成铌铁矿-铌锰矿系列和钽铁矿-钽锰矿系列（图3）。扎乌龙14号钠长石-锂辉石伟晶岩脉样品中铌钽铁矿族矿物的代表性电子探针分析结果见表1。

4.1 云母石英带（Ⅰ带）

Ⅰ带内铌钽铁矿族矿物呈半自形板柱状，长度一般大于100 μm，它们大多数位于钠长石、石英、白云母晶间（图4a）。铌钽铁矿族矿物主要有2种内部结构，即均一结构和振荡环带结构（图4a、b）。均一结构表现为背散射亮度均匀且较暗，化学成分变化较小，不存在明显差异。振荡环带结构则表现为背散射亮度呈明暗相间的环带，且从核部到边部亮度总体增高，矿物化学成分上，暗带Nb和Mn含量相对较高，亮带Ta和Fe含量相对较高（图4c）。总体上，同一个矿物颗粒内Fe、Mn含量变化较小，而不同矿物颗粒间Fe、Mn含量变化大（图4c，图5）。

通过电子探针分析，此带内铌钽铁矿族矿物的Mn/（Mn+Fe）和Ta/（Ta+Nb）比值分别为0.29~0.71和0.07~0.24（表1），表明其属于铌铁矿-铌锰矿系列，以铌锰矿为主（图3），其中存在Ta-Nb和Fe-Mn元素的类质同象（图5）。此外，矿物中还存在一定含量的TiO2（0.06%~1.06%）、SnO2（0.06%~0.35%）和WO3（0.04%~1.51%）。

4.2 斜长石带（Ⅱ带）

Ⅱ带铌钽铁矿族矿物呈半自形板柱状，晶体长度约为100~250 μm，通常与石英、白云母、钠长石等造岩矿物共生。Ⅱ带内铌钽铁矿族矿物的内部结构和化学成分与Ⅰ带相似，主要有均一和振荡环带两种结构（图4d、e），其中振荡环带结构的外部较亮环带中Ta和Fe含量增高更明显（图4f）。矿物的Mn/（Mn+Fe）和Ta/（Ta+Nb）比值分别为0.27~0.78和0.05~0.45（表1），表明其属于铌铁矿-铌锰矿系列，以铌锰矿为主，并有少量铌铁矿（图3），矿物内存在Ta-Nb和Fe-Mn元素的类质同象（图4f，图5）。此外，矿物中还存在一定含量的TiO2（0.06%~1.06%）、SnO2（0~0.39%）和WO3（0.51%~2.20%）。

图3 扎乌龙14号伟晶岩脉中铌钽铁矿族矿物分类图（底图据Černýet al.,1985a修改）Fig.3 Quadrilateral diagram for the classification of columbite-tantalite group minerals(CGMs)from the Zhawulong No.14 pegmatite(base map modified afterČernýet al.,1985a)

图5 扎乌龙14号伟晶岩脉Ta-Nb（a）和Mn-Fe（b）图解Fig.5 Plots of Ta versus Nb(a)and Mn versus Fe(b)from Zhawulong No.14 pegmatite

4.3 钠长石锂辉石带（Ⅲ带）

Ⅲ带内的铌钽铁矿族矿物呈半自形-自形板柱状，晶体尺寸变化很大，在10~200 μm，一般位于石英、白云母、钠长石、锂辉石晶间，一些颗粒被白云母包裹（图6a~d）。该带内的铌钽铁矿族矿物具有两阶段生长的特征（图6b、d），早阶段铌钽铁矿族矿物（CGM-1）背散射图像呈现出均一结构，且亮度较暗；晚阶段铌钽铁矿族矿物（CGM-2）背散射图像亮度明显增高，生长于早阶段铌钽铁矿族矿物边缘，或穿切于早阶段铌钽铁矿族矿物内部，存在明显的穿切、交代关系（图6d）。

电子探针分析表明，早阶段铌钽铁矿族矿物的Mn/（Mn+Fe）和Ta/（Ta+Nb）比值分别为0.20~0.57和0.10~0.38（表1），属于铌铁矿-铌锰矿系列，以铌铁矿为主，少数为铌锰矿（图3），化学成分中还存在一定含量的TiO2（0.18%~0.58%）、SnO2（0~0.24%）和WO3（0.44%~2.02%）。晚阶段铌钽铁矿族矿物的Mn/（Mn+Fe）和Ta/（Ta+Nb）比值分别为0.31~0.49和0.48~0.61（表1），显示其大部分为钽铁矿，个别为富钽的铌铁矿（图3），化学成分中还含有TiO2（0.43%~1.86%）、SnO2（0.45%~1.61%）、WO3（0.41%~3.73%）。

4.4 石英锂辉石带（Ⅳ带）

Ⅳ带内铌钽铁矿族矿物呈半自形板柱状，晶体尺寸变化很大，在10~200 μm，一般位于石英、白云母、钠长石、锂辉石晶间，一些颗粒被白云母包裹（图6e）。该带内的铌钽铁矿族矿物也具有两阶段生长的特征（图6f），早阶段铌钽铁矿族矿物（CGM-1）背散射图像呈现出均一结构，且亮度最暗；晚阶段铌钽铁矿族矿物（CGM-2）背散射图像亮度增高，生长于早阶段铌钽铁矿族矿物边缘，并与晶质铀矿共生（图6f）。

图6 扎乌龙14号伟晶岩脉钠长石锂辉石带（Ⅲ带）和石英锂辉石带（Ⅳ带）铌钽铁矿族矿物背散射图像a.Ⅲ带内铌钽铁矿族矿物与锂辉石共生，铌钽铁矿族矿物特征见图4b；b.Ⅲ带内的铌钽铁矿族矿物（CGM-1）存在两阶段生长现象，即在早阶段铌铁矿-铌锰矿系列矿物的边缘发生晚阶段再生长，形成一个相对富钽的钽铁矿外带（CGM-2）；c.Ⅲ带内铌钽铁矿族矿物与锂辉石-石英、白云母共生，铌钽铁矿族矿物特征见图4d；d.Ⅲ带早阶段铌钽铁矿族矿物存在再生长现象，即在早阶段铌铁矿-铌锰矿系列矿物的边缘再生长，形成一个相对富钽的钽铁矿亮边（CGM-2），并在内部被钽铁矿交代穿孔；e.Ⅳ带内的铌钽铁矿族矿物与锂辉石-石英共生，铌钽铁矿族矿物特征见图4f；f.Ⅳ带内的铌钽铁矿族矿物存在两阶段生长现象，即在早阶段铌铁矿-铌锰矿系列矿物的边缘再生长，形成晚阶段相对富钽的亮边（CGM-2），富钽矿物与晶质铀矿共生Ab—钠长石；Spd—锂辉石；CGM—铌钽铁矿族矿物；Ms—白云母；Squi—锂辉石-石英共生体；Qtz—石英；Urn—晶质铀矿Fig.6 BSE images showing various textures of CGM from zoneⅢandⅣin Zhawulong No.14 pegmatitesa.Euhedral CGM from zoneⅢ,coexistent with spodumene,which is magnified in Fig.4b;b.Homogeneous CGM grain overgrowth texture;in the BSE images,relatively darker portions are rich in Nb and Fe,whereas the lighter portions are relatively rich in Ta and Mn;c.Euhedral CGM from zoneⅢ,coexistent with spodumene and muscovite,which is magnified in Fig.4d;d.Primary CGM exhibiting overgrowth in zoneⅡand thus showing a bright edge rich in Ta at the edge of the early one;e.Anhedral homogeneous CGM grain from zoneⅣ,coexistent with uraninite,which is magnified in Fig.4f;f.Primary CGM exhibiting overgrowth in zoneⅡand thus showing a bright edge rich in Ta at the edge of the early one Ab—Albite;Spd—Spodumene;CGM—Columbite-group mineral;Ms—Muscovite;Squi—Spodumene-quartz intergrowth;Qtz—Quartz;Urn—Uraninite

电子探针分析表明，早阶段铌钽铁矿族矿物的Mn/（Mn+Fe）和Ta/（Ta+Nb）比值分别为0.27~0.60和0.08~0.30（表1），属于铌铁矿-铌锰矿系列，多数为铌铁矿，少数为铌锰矿（图3），化学成分中还含有TiO2（0.25%~0.90%）、SnO2（0.01%~0.92%）和WO3（0.05%~1.38%）。晚阶段铌钽铁矿族矿物的Mn/（Mn+Fe）和Ta/（Ta+Nb）比值分别0.32~0.55和0.31~0.58（表1），显示其多数为富钽的铌铁矿，少数为钽铁矿和富钽的铌锰矿（图3），化学成分中还含有TiO2（0.03%~0.45%）、SnO2（0.05%~1.31%）和WO3（0.09%~1.18%）。

表1 扎乌龙14号脉代表性铌钽铁矿族矿物的化学组成Table 1 Chemical compositions of CGMs from the Zhawulong No.14 pegmatites

5 讨论

5.1 两阶段铌钽矿化

实验研究表明，Nb（D流体/熔体=0~0.1）、Ta（D流体/熔体=0.002~0.08）元素流体-熔体分配系数极低，即它们优先保存在花岗岩熔体中，而在热液流体中的溶解度极低，因此铌钽铁矿族矿物主要形成于岩浆阶段（Linnen et al.,1997;2005;Linnen,1998;London et al.,1988;Borodulin et al.,2009;）。均一结构和振荡环带通常是判断铌钽矿物结晶于岩浆阶段的首要依据（Linnen et al.,2005;Van Lichtervelde et al.,2007）。相比之下，流体活动对于铌钽矿化的贡献问题仍存在一定争议（Van Lichtervelde et al.,2007;Rao et al.,2009;Martin et al.,2014;Wu et al.,2018）。近年来，大量的矿物学研究提供了花岗伟晶岩晚期岩浆-热液或热液流体参与钽矿化富集的证据（Rao et al.,2009;Yin et al.,2015;Zhu et al.,2015;Wu et al.,2018），如Rao等（2009）发现南平花岗伟晶岩晚期钽铁矿呈网脉状穿切早期岩浆阶段的铌铁矿和钨铁矿，Yin等（2015）报道了热液流体参与了新疆阿勒泰可可托海1号伟晶岩脉次生钽锰矿的形成。

在扎乌龙14号花岗伟晶岩脉的4个带内，各带均含有早阶段的铌铁矿-铌锰矿系列矿物（CGM-1），产出于石英、白云母、斜长石、钠长石、锂辉石等主要矿物粒间，或包含在白云母颗粒内，背散射图解显示内部具有振荡环带或均一结构，是岩浆结晶分异的产物（Cuney et al.,1992;Van Lichtervelde et al.,2007;Martin et al.,2014）。此外，在脉体中部的Ⅲ带和Ⅳ带内，还含有晚阶段以富钽为特征的铌钽铁矿族矿物（CGM-2），以钽铁矿为主，并有少量富钽的铌铁矿和铌锰矿，沿早阶段铌铁矿-铌锰矿（CGM-1）边缘再生长，局部穿切、交代早阶段铌铁矿-铌锰矿（图4），并与晶质铀矿共生，产出在锂辉石-石英或白云母中，显示了相对富流体、富锂的结晶环境，至少是一种不同于早期伟晶岩浆阶段的环境。由于锂辉石内发育大量原生富子矿物流体包裹体，均一温度大于550℃（Xiong et al.,2019），可以判断晚阶段富钽的铌钽铁矿族矿物形成于岩浆-热液过渡阶段。伟晶岩熔流体中的高浓度锂会增加钽铁矿的溶解度，抑制熔体中钽铁矿的结晶（Linnen et al.,2014)，从而导致后期形成再生长或细脉穿切的钽铁矿（Bartels et al.,2010;Linnen,1998）。

上述表明，扎乌龙14号花岗伟晶岩脉发生了两阶段铌钽矿化，早阶段为岩浆结晶分异主导的伟晶岩阶段铌钽矿化，以富铌为特征；晚阶段为流体出溶主导的岩浆-热液过渡阶段铌钽矿化，以富钽为特征。

5.2 伟晶岩的演化程度

铌钽铁矿族矿物的化学成分变化对伟晶岩的演化具有重要的指示意义（Černýet al.,1985b;1986;Tindle et al.,1998a;1998b;2000;Zhang et al.,2004;Rao et al.,2009）。扎乌龙14号伟晶岩脉内铌钽铁矿族矿物的Ta/（Ta+Nb）比值可作为花岗伟晶岩演化程度的标志，早阶段铌铁矿-铌锰矿系列矿物的Ta/（Ta+Nb）比值在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ带分别为0.07~0.24、0.05~0.45、0.10~0.38、0.08~0.30，总体接近，而Mn/（Mn+Fe）比值在边部的Ⅰ~Ⅱ带比中心部位的Ⅲ~Ⅳ带相对较高，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ带分别为0.29~0.71、0.27~0.78、0.20~0.57、0.27~0.60，表明早阶段伟晶岩脉由边部至中心各带为连续结晶演化的过程。然而，Ⅲ带、Ⅳ带内发生晚阶段富钽矿物的再生长，形成的富钽矿物的Ta/（Ta+Nb）值急剧增高为0.48~0.61和0.31~0.58，表明晚阶段伟晶岩脉的演化程度相对增高，出现了跳跃式不连续演化过程。

总体上，扎乌龙14号伟晶岩脉内铌钽铁矿族矿物的Ta/（Ta+Nb）比值变化范围中等（0.05~0.61），无细晶石和重钽铁矿等高演化铌钽矿物产出，表现出相对中等的Nb-Ta分馏特征。尽管扎乌龙14号伟晶岩脉存在一定的分带性，但相较于具有复杂对称分带的高度分异演化的伟晶岩，如Tanco矿床（Van Lichtervelde et al.,2007）和可可托海3号脉（Zhang et al.,2004;周起凤，2013；Zhou et al.,2015），要简单得多。在Nb/Ta-Ta散点图（图7）内，扎乌龙14号伟晶岩脉与典型钠长石-锂辉石型伟晶岩脉（如南爱尔兰，Kaeter et al.,2018）的演化趋势一致，而比高分异伟晶岩（如Tanco矿床，Van Lichtervelde et al.,2007；可可托海3号脉Zhang et al.,2004）演化程度低，进一步说明扎乌龙14号花岗伟晶岩脉经历了中等程度的分异演化。

图7 扎乌龙14号伟晶岩脉铌钽铁矿族矿物Nb/Ta-Ta散点图图中铌钽铁矿族矿物数据主要引自南爱尔兰伟晶岩型（Kaeter et al.，2018）、中国新疆可可托海三号脉（Zhang et al.,2004;周起凤，2013）Fig.7 Plots of Nb/Ta versus Ta in CGM of No.14 pegmatites in ZhawulongComparative data from southeast Ireland(agter Kaeter et al.,2018)and Koktokay in China(after Zhang et al.,2004;Zhou,2013)

5.3 成矿控制因素

在正常分馏条件下，氧化物矿物中Nb比Ta具有略高的晶体/熔体分配系数，铌钽矿物随着岩浆演化逐渐由铌铁矿向钽锰矿演化（Černýet al.,1985a;González et al.,2017）。扎乌龙14号伟晶岩脉内铌钽铁矿族矿物呈现出由早阶段至晚阶段富集Ta的趋势（图6a），表明结晶分离是控制扎乌龙铌钽铁矿族矿物演化最主要的控制因素。然而早阶段铌铁矿-铌锰矿至晚阶段富钽矿物的跳跃式演化，表明在岩浆演化过程中，熔流体中的挥发组分（如Li、P或B）影响了伟晶岩熔体内锂、铍、铌、钽等稀有金属的溶解度，从而影响了铌钽铁矿族矿物的演化趋势（Černýet al.,1986;Bartels et al.,2010;2011）。扎乌龙花岗伟晶岩熔体中高浓度的Li可增加钽铁矿的溶解度，从而抑制钽铁矿从早阶段熔体中结晶（Linnen et al.,2014）。虽然Li也可以增加铌铁矿的溶解度，但与钽铁矿相比，对铌铁矿的影响较小，铌仍然能够从早阶段富锂熔体中结晶（Linnen,1998;Bartels et al.,2010）。锂矿物（如锂辉石）结晶后，熔体中的锂迅速耗尽，降低了钽铁矿的溶解度，导致晚阶段富钽矿物结晶（CGM-2）（Zhu et al.,2015），使得富钽矿物主要集中于富锂辉石矿物的伟晶岩带（Ⅲ带和Ⅳ带）。

随着Ta/（Ta+Nb）值的增加，扎乌龙铌钽铁矿族矿物Mn/（Mn+Fe）比值呈现出2种不同的变化趋势，趋势1表现为各带内早阶段的铌铁矿-铌锰矿中Mn/（Mn+Fe）值逐渐增加，趋势2表现为Ⅲ带、Ⅳ带内晚阶段的富钽矿物相对于早阶段的铌铁矿-铌锰矿呈现出Mn/（Mn+Fe）值不变的特征（图5）。伟晶岩演化过程中铌钽铁矿族矿物内铁和锰的分馏的解释颇多，可能受到分离结晶、锰和氟的络合物、其他Fe-Mn矿物竞争的控制（Černýet al.,1986;London et al.,1988;Mulja et al.,1996;Beurlen et al.,2008;2014;Bekele et al.,2020）。在结晶早期熔体中铌钽铁矿族矿物的富铁端员较富锰端员具有更高的溶解度，Mn相对于Fe优先分配到早结晶的铌钽铁矿族矿物中，使得脉体边部因结晶较早且Ta与Nb尚未分异而导致铌钽铁矿族矿物中Mn/（Mn+Fe）和Ta/（Ta+Nb）值较高，脉体中部因结晶较晚且Ta与Nb发生分异而导致铌钽铁矿族矿物中Mn/（Mn+Fe）和Ta/（Ta+Nb）值较低，因此，趋势1主要是受岩浆结晶分异控制的结果（Beurlen et al.,2008）。然而，趋势2呈现出Mn/（Mn+Fe）值不变的特征，可能是在熔流体环境下，其他Fe-Mn矿物（如电气石或锰铝榴石等）控制的结果（London et al.,1988）。在熔流体环境下，其他Fe-Mn矿物如白云母、石榴子石和磷灰石等，即使锰含量较低，它们可以与铌钽铁矿族矿物争夺熔体中的铁和锰，从而影响铌钽铁矿族矿物Fe和Mn的含量。这些矿物研究表明，石榴子石等Fe-Mn矿物的结晶可以降低Fe和Mn的活性，从而导致Fe、Mn与Nb、Ta的局部解耦（Bekele et al.,2020）。因此，扎乌龙伟晶岩Ⅰ带和Ⅱ带内发育大量的铁镁电气石、石榴子石等Fe、Mn矿物与铌铁矿-铌锰矿同时结晶，使得早阶段铌钽铁矿族矿物化学成分的演化遵循趋势1（图5），主要受结晶分异控制，这与其他地区锂辉石亚型伟晶岩的趋势一致（Černýet al.,1989;Tindle et al.,1998b;Badanina et al.,2015）。扎乌龙伟晶岩Ⅲ带和Ⅳ带内，由于电气石、石榴子石矿物等Fe、Mn结晶结束，晚阶段的富钽矿物与锂辉石（富Fe矿物）同时结晶，演化遵循趋势2即成分由铌铁矿向钽铁矿演化（González et al.,2017;Bekele et al.,2020）。