江南造山带中段幕阜山地区稀有金属成矿规律及其在找矿中的应用*

2021-09-03李鹏张立平李建康黄志飚周芳春姜鹏飞

矿床地质 2021年4期

李鹏，张立平，李建康**，黄志飚，周芳春，姜鹏飞,3

（1自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室中国地质科学院矿产资源研究所，北京100037；2湖南省核工业地质局311大队，湖南长沙410011；3中国地质大学珠宝学院，北京100083）

江南造山带中段的幕阜山稀有金属矿集区位于中国长江经济带核心部位，区域新兴产业分布密集，该地区高品质稀有金属资源的找矿勘查，可有效解决制约区域新兴产业发展的资源瓶颈（李建康等,2014）。幕阜山复式花岗岩基是中生代以来，江南造山带中段强烈的构造-岩浆-成岩/成矿作用的产物，区域长期持续的多期次岩浆活动叠加，为稀有金属成矿提供了有利的条件，形成了包括断峰山、仁里等大型-超大型矿床在内的超过70处稀有金属矿床/矿点（李鹏等,2017;2019;刘翔等,2019;周芳春等,2019;Li et al.,2020）。作为中国少有的成矿性良好的大型复式岩基，幕阜山复式花岗岩基是典型的由同源联系的多个单一侵入体先后相继侵位构成的“体中体”模式复式岩体，岩体经历了充分的分异演化作用，距岩体超过9 km仍有锂伟晶岩脉出现（李鹏,2017），表明其优越的成矿地质条件和良好的找矿前景。岩基出露面积超过2360 km2，岩浆期次复杂，植被覆盖度极高，科学总结区域稀有金属成矿规律，是进一步总结高效精细勘查技术，进而实现找矿突破的基础。笔者通过对幕阜山岩体时-空-物质演化的研究，以仁里矿床为典型，在总结稀有金属成矿规律的基础上，圈定幕阜山西南缘为重点找矿靶区（李鹏等,2019），进一步结合靶区地质特征，采用针对性的“有限迭代法化探低值异常解读”勘查方法，于黄柏山地区取得初步找矿成果，为稀有金属矿床成矿规律指导找矿应用提供了参考。

1 区域地质背景

江南造山带位于华南扬子地块和华夏地块之间，西起桂北，经黔、湘西、赣、皖南、浙西至浙北，长约1500 km、宽200 km（图1a）。这一中元古代—新元古代造山带主要由前寒武纪基底、上覆新元古代巨厚沉积地层和不同时代的岩浆岩侵入体组成，是扬子地块东南缘与华夏地块西北缘间的中新元古代洋盆闭合所形成的陆陆碰撞造山带（王孝磊等,2017）。江南造山带内分布的元古代地层大体可以分为上下两部分：下部以冷家溪群为主，并以双桥山群、上溪群、溪口岩群和四堡群等为代表，具线性紧闭褶皱；上部以板溪群为主，为连续沉积，具开阔的宽缓褶皱，两套地层的构造差异在野外多处均可看到。冷家溪群、板溪群为较典型的复理石建造和类复理石建造，由一套巨厚的碎屑岩、泥质岩、凝灰岩夹少量碳酸盐岩、碳质岩和溶岩等复杂岩类组成。江南稀有金属成矿带位于造山带的中段至东段（图1b），区域早在加里东运动末期，东西向构造就已具规模；到晚古生代早期，整个区域进入地台阶段，地块下降海侵开始；海西期构造运动对本区的影响是以缓慢升降为主，因而上古生界各时代地层呈整合或假整合接触；到印支晚期，区域上经历过一次大的构造运动—安源运动，在区域内形成一系列南北向的褶皱，并伴随的强烈的岩浆活动，将军庙岩体、玉峰仙岩体先后侵位；至燕山早期，区域内形成一些内陆盆地，晚期主要以北东向的褶皱和断裂为主，形成区域大型的北东向区域性断裂。从印支期到燕山晚期是本区岩浆活动最为强烈的时期，幕阜山、将军庙、玉峰仙等岩体相继侵位。喜马拉雅构造运动致使早期形成的部分断裂重新活动，切割早期花岗岩体和矿体的断层都形成于此期间，并有局部的基性岩脉侵入。喜马拉雅期构造活动后，整个区域构造轮廓基本定型（舒良树等,1995;毛景文等,1998;陈毓川等,2012;2014;孟庆秀,2014;王孝磊等,2003;2006;2017）。

图1 江南造山带地质矿产简图（据Che et al.,2019;Li et al.,2020修改）Fig.1 Geologic sketch map of the Jiangnan orogenic belt(modified after Che et al.,2019;Li et al.,2020)

幕阜山复式花岗岩基位于江南造山带中段（图2a），晋宁运动造成区域强烈褶皱并伴随区域变质作用，奠定区域褶皱基底，之后转入长期隆升剥蚀：震旦纪—三叠纪以垂直升降为主；印支—燕山运动持续南北向挤压应力场，形成研究区近东西向主体构造线；燕山中晚期北北东向构造的强烈活动，在鄂南地区形成大规模的隆起与凹陷，伴随强烈的断裂活动、频繁的酸性及基性岩浆活动，带来大量的稀有金属和内生金属矿源，构造应力场由南北向挤压转为南北向扭动，形成区域北东向主体构造格局（傅昭仁等,1999;柏道远等,2006;Ji et al.,2018）。区域出露地层以新元古界冷家溪群为主，寒武系（Є1—Є3）、奥陶系（O1）、志留系（S1—S2）等古生界分布于北东角（图2b）。区域岩浆岩活动最早始于新元古代，晚侏罗世再次活动达到高峰，直至白垩纪早期结束。区内花岗岩出露面积约2360 km2（图2b），新元古代侵入岩仅分布于幕阜山花岗岩体西南角，出露范围有限，多呈岩株或岩滴状产出，出露面积约5.5 km2。晚侏罗世花岗岩区域分布广泛，构成了幕阜山花岗岩体的主体，由多个活动阶段的侵入体组成（李鹏,2017;张立平等,2020）。

图2 幕阜山区域地质矿产简图(a，据李鹏等，2017修改)及侵入体时代分布直方图(b)1—第四系；2—白垩系上统；3—志留系下统/上统；4—奥陶系下统；5—寒武系下统/上统；6—震旦系；7—新元古界冷家溪群；8—第三/四次侵入体；9—第二次侵入体；10—第一次侵入体；11—燕山早期侵入体；12—新元古代侵入体；13—伟晶岩脉；14—断层；15—稀有金属矿化组合分带；16—铍矿床/矿点；17—铍铌钽矿床/矿点；18—铍铌钽锂矿床/矿点；19—铍铌钽锂铯矿床/矿点；20—成岩/成矿年龄注：[1]据通城县区域地质报告（湖北省地质调查院,2013）；[2]据1∶25万岳阳市幅（湖南省地质局区域地质测量队,1978）；[3]据Ji et al.,2018；[4]据许畅等,2019；[5]据Wang et al.,2014；[6]据李鹏,2017；[7]据陆凡等,2020；[8]据姜鹏飞等,2021；[9]据李鹏等,2017；[10]据Li et al.,2020；[11]李鹏，未发表数据Fig.2 Geologic sketch map(a,modified after Li et al.,2017)and age distribution histogram of intrusions(b)of the Mufushan area1—Quaternary;2—Upper Cretaceous;3—Lower/Upper Silurian;4—Lower Ordovician;5—Lower/Upper Cambrian;6—Sinian;7—NeoproterozoicLengjiaxi Group;8—The third/fourth intrusive body;9—The second intrusive body;10—The first intrusive body;11—Early Yanshanian intrusion;12—Neoproterozoic intrusion;13—Pegmatite vein;14—Fault;15—Rare metal mineralization zoning;16—Be mineral deposit/occurrences;17—Be-Nb-Ta deposit/occurrences;18—Be-Nb-Ta-Li deposit/occurrences;19—Be-Nb-Ta-Li-Cs deposit/occurrences;20—Intrusion/metallogenic age

幕阜山地区侏罗纪花岗岩可分为石英二长岩体、黑云母花岗闪长岩体、黑云母二长花岗岩体、二云母二长花岗岩体及细粒二云母二长花岗岩体，每个岩体均表现出多阶段的分异演化。幕阜山复式岩基燕山早期侵入体主要分布于岩基东北部，燕山晚期侵入体可进一步分为4次侵入体：前两次侵入体（黑云母二长花岗岩、二云母二长花岗岩）为岩基主体，后两次侵入体（二云母二长花岗岩、白云母二长花岗岩）多呈岩枝、岩株状分布于前两次侵入体内部。其中与稀有金属成矿相关的燕山晚期侵入体，早期岩性以花岗闪长岩、石英二长岩和黑云母花岗岩为主，中期以二云母花岗岩为主，晚期为零散分布的白云母花岗岩岩株，总体呈现出较为清晰的演化顺序：花岗闪长岩/黑云母石英二长岩→黑云母二长花岗岩→二云母二长花岗岩→白云母二长花岗岩。

2 幕阜山复式岩基时-空-物质演化规律

2.1 多阶段岩浆活动与成矿作用

区域燕山期岩浆活动自158 Ma起，一直持续到了122 Ma（图3），其中早期黑云母石英二长岩、花岗闪长岩侵入体暂未发现与稀有金属成矿具有直接关系。二长花岗岩作为构成幕阜山岩基的主体，按侵入时间由早到晚呈现出黑云母二长花岗岩→二云母二长花岗岩→白云母二长花岗岩的演化顺序（S1~S3，图3），3个阶段的岩浆活动分别对应了区域主要的3个阶段的稀有金属成矿作用（M1~M3，图3）。

图3 幕阜山地区燕山期主要岩浆活动及稀有金属成矿作用时代分布注：[1]据通城县区域地质报告（湖北省地质调查院,2013）；[2]据1/25万岳阳市幅（湖南省地质局区域地质测量队,1978）；[3]据Ji et al.,2018；[4]据许畅等,2019；[5]据Wang et al.,2014；[6]据李鹏,2017；[7]据陆凡等,2020；[8]据姜鹏飞等,2021；[9]据Li et al.,2020；[10]据未发表数据Fig.3 Age distribution of magmatic intrusion and metallogenetic epoch of main magmatic activities in Yanshanian of the Mufushan area

黑云母二长花岗岩为主的第一阶段岩浆活动发生在154~143 Ma，对应的稀有金属成矿作用发生在146~144 Ma，矿化类型以铍矿化为主，铌钽矿化次之，成矿强度一般。该阶段成矿作用以长庆Be-Nb-Ta伟晶岩密集区为代表（图2），长庆黑云母二长花岗岩锆石U-Pb年龄为（142.9±0.9）Ma（许畅等，2019），岩体内可见出熔成因的含绿柱石伟晶岩，辉钼矿Re-Os年龄为（145.8±1.4）Ma（未发表数据）。此外，一些成矿时代更晚的矿床中，仍保留该成矿阶段形成的铌钽铁矿，如仁里、株树潭等矿床存在少数UPb年龄介于145~144 Ma间的捕获铌钽铁矿（未发表数据），暗示这些矿床于黑云母花岗岩阶段已发生初次成矿事件。

以二云母二长花岗岩为主的第二阶段岩浆活动发生在146~138 Ma，其对应的稀有金属成矿作用主要发生在136~133 Ma，是幕阜山稀有金属成矿的主阶段，矿化种类包括Be-Nb-Ta-Li-Cs，矿化强度高。该阶段成矿作用以仁里矿床、黄泥洞伟晶岩密集区为代表（图2），其铌钽铁矿U-Pb年龄分别为（133.0±2.6）Ma（Li et al.,2020）和（133.3±0.9）Ma（未发表数据）。其中，以仁里为典型的岩浆高度分异演化矿床具稀有金属岩浆-热液两阶段成矿现象（李鹏等，2017）。岩浆阶段先后发生了Be→Nb-Ta→Li矿化，地表形成了由东北至西南分布的铍伟晶岩（绿柱石）→铍铌钽伟晶岩（绿柱石、铌钽铁矿、细晶石）→锂伟晶岩（锂辉石）。岩浆进一步演化导致的热液（富流体）阶段，在内部分带完善的伟晶岩核部发生了Li、Cs等元素的二次富集，形成了锂云母、锂电气石、铯绿柱石、铯石榴石及云母等矿物的富Li-Cs反应边。仁里5号伟晶岩岩脉核部锂云母Ar-Ar年龄为（125.0±1.4）Ma（李鹏等，2019），暗示二云母二长花岗岩岩浆演化流体出溶，导致的稀有金属元素二次富集成矿的时限可能持续至125 Ma。

以白云母二长花岗岩为主的第三阶段岩浆活动发生于125~122 Ma，对应的稀有金属矿化以Be-Nb-Ta为主，白云母花岗岩及其分异的伟晶岩中均可见绿柱石和铌钽铁矿，表明该阶段岩浆活动在花岗岩阶段就已发生成矿。该阶段成矿作用矿化强度一般，以麦埚铍矿床、株树潭铍矿点为代表（图2）。年代学数据表明，株树潭含绿柱石白云母二长花岗岩锆石U-Pb年龄为（122.0±0.4）Ma（李鹏，2017），麦埚含绿柱石伟晶岩锆石U-Pb年龄为（124.9±0.3）Ma（姜鹏飞等，2021），该阶段成岩成矿时间相近，岩浆活动持续时间短、冷却速度过快，故岩浆分异演化不充分，未形成大规模伟晶岩，同时，白云母花岗岩虽为区域内岩浆分异演化程度最高的侵入体，但其规模较小，仅以零星小岩株分布，所以未见大规模矿化。

以上年代学数据表明幕阜山稀有金属成矿时代主要集中在早白垩世，随着岩浆演化程度由低至高，相对应的矿化种类由单一的Be矿化向Be-Nb-Ta-Li-Cs多种元素矿化过渡。146~133 Ma期间的岩浆活动最为活跃，形成了区域广泛分布的二云母二长花岗岩及大规模的稀有金属成矿作用。

2.2 岩浆演化特征及成矿潜力

关于不同岩性侵入体组成的大型复式岩基的成因，主要有2种观点：①由于板块俯冲，地壳熔融形成的深部同源岩浆经历持续的分异演化，随着岩浆组分在演化过程中规律性变化，形成各阶段不同岩性的侵入体（如Černý,1991a;1991b;2012;Li et al.,2020）；②不同岩性组成的复杂基底，经深熔（部分熔融）作用形成不同岩性的侵入体，具“批式熔融成岩作用”的特点（马昌前等,1994;London,2005;Shaw et al.,2016）。由前文所述，幕阜山复式花岗岩基按照侵入顺序，依次分为花岗闪长岩/黑云母石英二长岩、黑云母二长花岗岩、二云母二长花岗岩和白云母二长花岗岩4个阶段，岩性上显示出同源岩浆分异作用导致的演化趋势，但还需地球化学证据进一步验证。

幕阜山复式岩基4个阶段的花岗岩主量、微量、稀土元素含量变化都较大，但总体具有相似的地球化学特征。幕阜山花岗岩微量元素具有较低的亲铜元素和稀有、稀土、挥发分等元素，不相容元素Rb、Th、U含量较高，暗示岩石具过铝质花岗岩特征；同时贫Ba和Nb，显示岩石成分具陆壳物质特点，各阶段侵入体CIPW标准矿物组合中都出现刚玉分子（C），A/CNK值多数大于1.1，显示花岗岩为强过铝质，整体地球化学特征显示出陆壳物质特点（李鹏,2017），暗示幕阜山花岗岩形成于地壳重熔。锆石Hf同位素研究表明，幕阜山各阶段花岗岩和伟晶岩的εHf(t)平均值分别为-7.2和-7.3，表明岩浆源区为陆壳，且二者两阶段Hf模式年龄区间（2.0~1.5 Ga）与冷家溪群模式年龄峰值区间（2.0~1.5 Ga）完全吻合（Li et al.,2019），暗示幕阜山花岗岩可能来自冷家溪群的熔融。综合江南造山带稀有金属成矿相关花岗岩与冷家溪群巨厚地层紧密的空间关系，上述幕阜山花岗岩地球化学显示出的壳源特征，以及其与冷家溪群相似的Hf同位素组成，幕阜山花岗岩为S型花岗岩，形成于冷家溪群巨厚地层熔融。

随着花岗闪长岩/黑云母石英二长岩→黑云母二长花岗岩→二云母二长花岗岩→白云母二长花岗岩的先后侵入顺序，岩浆镁铁质组分减少，酸性程度增大，稀土总量减少，不相容元素含量增多，岩浆向强过铝质花岗岩演化，Fe/Mn、K/Rb、Ta/Nb等指标均指示岩浆演化程度规律性增高。An-Ab-Or图解（图4a）中显示出An端员逐渐减少的演化趋势，投点也从花岗闪长岩至石英二长岩最终落入花岗岩区域。A/NK-A/CNK图解（图4b）中绝大部分投点落入过铝质区域，总体呈现出A/CNK值逐渐增高的演化趋势。K/Rb、Ta/Nb等比值可有效指示岩浆演化程度，在K/Rb对Rb、Cs、Nb、Ta、Sn及Ta/Nb-Rb关系图中（图4c~h），K/Rb比值规律性降低，Ta/Nb比值则规律性升高，不相容元素规律性升高，显示出同源岩浆连续分异演化的地球化学指标特征（Foord et al.,1995;Roda-Robles et al.,1995;2005;2006;2007;2018;Pesquera et al.,1999;Clarke et al.,2003;Černý,2004）。

图4 幕阜山花岗岩各岩性An-Ab-Or（a）、A/NK-A/CNK图解（b）、K/Rb与Rb、Cs、Ta、Nb、Sn及Ta/Nb与Rb（c~h）关系图解（数据来自李鹏,2017;湖北省地质调查院,2013）Fig.4 Diagrams of An-Ab-Or(a),A/NK-A/CNK(b),K/Rb verses Rb,Cs,Ta,Nb,Sn,and Ta/Nb verses Rb(c~h)of Mufushan granites(data from Li P,2017;Hubei Geological Survey Institute,2013)

在N值-A值图解中（图5a），幕阜山花岗闪长岩和石英二长岩全部落入无矿化区域，黑云母花岗岩部分落入REE区，二云母花岗岩全部落入REE区，而白云母花岗岩则全部落入Nb区，总体显示出同源岩浆持续分异的演化规律。在A/CNK-A值图解（图5b）中，幕阜山各岩性侵入体同样显示出演化程度逐渐增高的趋势。本次研究选择了川西马尔康矿田、甲基卡矿床、青海扎乌龙矿床等典型伟晶岩型稀有金属矿床成矿相关岩体进行横向对比（数据源自李兴杰等,2018;李名则等,2018;周玉等,2019;马圣超,2020;侯江龙等,2020）。在N值-A值图解（图5a）和A/CNK-A值图解（图5b）中，幕阜山二云母花岗岩的投点与川西马尔康撒阳二云母花岗岩、可尔因二云母花岗岩投点区域相近，演化程度略低于扎乌龙白云母花岗岩和甲基卡二云母花岗岩，而幕阜山白云母花岗岩由于已发生矿化，其演化程度明显高于其他矿床成矿母岩。以上特征说明，幕阜山演化至二云母花岗岩阶段时，已具有较高的演化程度，与稀有金属矿床成矿母岩接近，显示出良好的成矿条件。但幕阜山白云母花岗岩虽演化程度最高，成矿潜力最大，但规模有限（仅以小岩株形态零星分布），且成岩与成矿时间接近，暗示该阶段岩浆侵入后冷却速率较快，岩浆未经历充分的分异演化形成大规模伟晶岩，稀有金属元素仍分散在岩体中导致岩体稀有金属含量极高，如株树潭白云母花岗岩w(Be)可达(255~511)×10-6（李鹏，2017），却没有产生大规模伟晶岩矿化。

图5 幕阜山花岗岩与国内典型矿床成矿母岩N值-A值图解(a,引自刘义茂等,1973)及A/CNK-A值图解(b,数据来自李鹏,2017;湖北省地质调查院,2013;李兴杰等,2018;李名则等,2018;周玉等,2019;马圣超,2020;侯江龙等,2020）Fig.5 Diagrams of N-A index(a,after Liu et al.,1973)and A/CNK-A index(b,data from Li,2017;Hubei Geological Survey Institute,2013;Li X J et al.,2018;Li M Z et al.,2018;Zhou et al.,2019;Ma,2020;Hou et al.,2020)of Mufushan granites and the metallogenic parent rocks of typical deposits in China

综上所述，幕阜山复式岩基从花岗闪长岩/黑云母石英二长岩→黑云母二长花岗岩→二云母二长花岗岩→白云母二长花岗岩的顺序先后侵入，各阶段侵入体显示出典型的S型花岗岩特征，并具有相似的Hf同位素组成。所有证据均暗示复式岩基形成于造山作用导致的巨厚地层重熔，深部同源岩浆持续分异演化并多阶段上涌，形成了演化程度逐渐升高的各阶段侵入体，至二云母花岗岩阶段时，演化程度最高，且据良好的成矿潜力。

2.3 大岩基“体中体”式稀有金属成矿模型及找矿指示

花岗岩体作为岩浆侵入活动的一种特定地质体，其本身往往不是单一出现，而是多个岩体在空间上紧密共生，从而形成复杂的复式岩体，又称“体中体”。幕阜山岩体岩浆岩活动从晚侏罗世持续到早白垩世，是典型的由同源岩浆连续演化，分批次上涌侵位而形成的空间上共生的复式岩体。李鹏（2017）认为幕阜山复式岩基是由深部同源岩浆支撑的跨地壳岩浆系统，经岩浆多次脉动上涌形成，早期侵位的花岗质岩浆在强刚性地层中（冷家溪群板岩/片岩）呈大型岩基、岩盖形态存在（黑云母花岗岩、二云母花岗岩）；晚期的花岗质岩浆灌入到早期侵位的花岗岩中，多以隐伏岩体或小岩株形式存在（白云母花岗岩）。在长期多次脉动作用下，形成了复杂的，由不同期次、不同岩石类型所构成的大型复式岩基。

前文所讨论的岩浆活动与成矿作用关系表明，区域稀有金属成矿作用相关岩浆活动始于154 Ma,而伴随的成矿作用可持续到122 Ma，经过长期高频率的岩浆脉动上涌运动，该阶段岩浆得到充分演化并分异出大规模伟晶岩。其中主成矿阶段发生在二云母花岗岩阶段，幕阜山岩基中二云母花岗岩分布极为广泛，但区域稀有金属矿床的矿化类型却未显示出围绕岩体由中心至外围同心带状分布的趋势，而呈现出由东北至西南矿化组合由单一至多样，成矿强度由低至高的分布特征：岩基东北部仅存在单一Be矿化矿点；中部以Be-Nb-Ta矿点为主，极少数达到小型矿床规模（麦埚小型Be矿床）；大型-超大型矿床仅分布于岩基北部偏西和西南部，伟晶岩发育较为完善的内部分带，少数伟晶岩核部出现锂云母石英核；锂辉石伟晶岩仅分布于岩基西南外围的冷家溪群中。以上成矿特征主要受控于复式岩基各侵入体的时-空演化分布特征，本文系统地收集整理幕阜山地区年代学数据及地球化学数据（图2a）发现，复式岩基侵入体时空分布不仅表现出燕山早期侵入体分布于东北部、燕山晚期侵入体分布于中部至西南部的特征，还表现出燕山晚期侵入体由东北到西南岩体年龄呈由老至新的趋势（图2b）；侵入体呈现出同阶段侵入体的西北部岩石样品具有更低的K/Rb比值、稀土元素总量、镁铁含量及Fe/Mn比，以及更高的富钠度N值的特点（表1），表明复式岩基由东北到西南岩体年龄由老至新的同时，岩浆演化程度同样呈规律性升高。

表1 幕阜山花岗岩地球化学指数空间分布特征Table 1 Spatial distribution characteristics of geochemi⁃cal index of Mufushan granites

因此，受到岩浆侵入由早到晚，演化程度由低至高的影响，稀有金属矿化组合自东北至西南由单一的Be矿化变为复杂的Be+Nb+Ta+Li+Cs矿化，成矿强度也逐渐变大。根据矿集区矿化组合的分布特征，可将区域稀有金属矿床/矿点分为4个带：

（Ⅰ）Be矿化带。主要位于岩体北东部，以麦市铍矿点聚集区为代表；

（Ⅱ）Be+Nb+Ta矿化带。主要位于岩体中部，以黄泥洞-三岔埚伟晶岩密集区为代表，少数分异程度较高的脉体核部开始出现Li矿化（黄泥洞1号脉），暗示局部区域的深部具有演化程度较高的侵入体；

（Ⅲ）Be+Nb+Ta(+Li)矿化带。主要位于岩体北西与南西部，以断峰山铌钽矿床为代表，Li矿化现象增多（锂云母、锂电气石），多位于大型脉体核部；

（Ⅳ）Be+Nb+Ta+Li(+Cs)矿化带。主要位于岩体西部外围，以仁里矿床为代表，Li矿化程度较高，分异程度较高的脉体核部开始出现Cs矿化（铯绿柱石、铯石榴石,仁里5号脉）。

基于以上成矿规律的总结，除了复式岩基内局部地区的深部高演化侵入体被剥蚀接近地表，导致显示出较好的矿化现象（如黄泥洞铌钽锂云母伟晶岩、麦埚铌钽伟晶岩）外，区域总体来看幕阜山西南缘二云母花岗岩侵入体岩浆演化程度最高，稀有金属矿化组合最完善，具有最理想的稀有金属成矿地质条件，因此，笔者所在团队将该区域作为找矿勘查重点工作区。

3 仁里矿床成矿特征对外围成矿潜力的指示

3.1 伟晶岩带状分布特征

仁里超大型Be-Nb-Ta-Li矿床位于幕阜山复式花岗岩体西南缘（图6），区内出露规模较大的燕山期幕阜山岩体分布于矿区北东部，主要岩性为似斑状黑云母二长花岗岩和二云母二长花岗岩；东北方向出露新元古代中细粒白云母二长花岗岩；矿区南部出露雪峰期二云母斜长花岗岩。矿区北部的幕阜山岩体总体可分2个侵入期次，似斑状黑云母二长花岗岩和二云母二长花岗岩为第1期侵入体，呈大面积岩基状产出。中-细粒二云母二长花岗岩为第2期侵入体，与第1期侵入体界限明显。区内出露地层主要为冷家溪群坪原组及第四系，其中冷家溪群坪原组构成了区域出露地层的主体，主要岩性为二云母片岩。仁里矿床位于区域性北东向九鸡头-苏姑尖压扭性断裂与天宝山-石浆压扭性断裂的夹持部位，区内断裂构造发育，以北东向断裂构造为主，次为北北西向的断裂构造（李鹏,2017;刘翔等,2018;周芳春等,2019）。

图6 仁里矿床地质简图(a，据Li et al.,2020修改)及图切地质剖面图(b)Fig.6 Geologic sketch map(a,modified after Li et al.,2020)and geologic section A-A’(b)of Renli deposit

区域花岗伟晶岩极为发育，西起窄板洞，东至三墩乡，北起秦家坊，南至传梓源46 km2范围内，已查明脉体厚度大于1 m，长度大于50 m的伟晶岩脉超过926条，其中产于花岗岩内带的约712条，产于岩体外带板岩中的有214条。仁里矿床的伟晶岩脉具有水平分布特征，大致可分为4个带：岩体内带及接触带为微斜长石伟晶岩带(Ⅰ)；外带离岩体0.5~1.5 km，为微斜长石-钠长石伟晶岩带(Ⅱ)；离岩体约1.2~2 km为钠长石伟晶岩带(Ⅲ)；最外围为钠长石-锂辉石带(Ⅵ)（图5a、b）。各类型伟晶岩矿物组成、标型特征及矿化组合见表2。离幕阜山岩体由近及远，伟晶岩类型由钾型→钾钠型→钠型→钠-锂型演变，脉体规模由大到小，结构由简单到复杂，稀有金属伟晶岩的矿化种类由单一Be矿化向Be+Nb+Ta+Li演化（李鹏等,2019a;刘翔等,2019;Li J K et al.,2019;Li et al.,2020）。

表2 仁里伟晶岩主要类型及其特征Table 2 Main types and characteristics of Renli pegmatites

3.2 伟晶岩演化特征及与幕阜山岩体成因关系

仁里矿床伟晶岩围绕幕阜山复式岩基呈现出规律性分带，且离岩体越近演化程度越高，主要成矿类型也依次为Be→Nb+Ta→Li，暗示伟晶岩可能分异自花岗岩。仁里矿床北部出露的幕阜山各阶段花岗岩侵入体侵位时代约140~138 Ma（Li et al.,2020），伟晶岩结晶时代为135 Ma（未发表数据），二者时代接近。幕阜山花岗岩与仁里伟晶岩表现出相似的地球化学特征，富碱金属，亏损Ba、Sr、Zr和Ti等元素（李鹏,2017;Xiong et al.,2020）。幕阜山花岗岩与仁里伟晶岩εHf(t)平均值分别为-7.6和-7.3，两阶段Hf模式年龄分别介于1877~1537 Ma和1725~1607 Ma之间，表明二者岩浆源区均为陆壳，并具有相似的岩浆源区性质。综上可知，幕阜山花岗岩与仁里伟晶岩具紧密的成因关系，伟晶岩为幕阜山花岗岩分异结晶形成。

然而幕阜山复式岩基由多阶段侵入体构成，这些侵入体有着极为接近的年龄及地球化学特征，这使仁里矿床稀有金属伟晶岩成矿母岩的确定造成了极大干扰。在复杂的复式岩基中，成矿母岩的辨别是建立区域成矿模型并指导找矿的关键。为了进一步确定成矿母岩，Li等(未发数据)对仁里矿区地表出露的40条各类型伟晶岩进行了系统采样，同时对区内修路和采石场所揭露的新鲜花岗岩共采集了14件样品，涵盖了地表出露的4期侵入体，以及对钻孔揭示深部隐伏花岗岩采集3件样品（采样位置见图6）。由于伟晶岩矿物颗粒粗大，全岩分析易受采样位置影响，此次研究基于野外和镜下观察，选择同一矿物组合“微斜长石+钠长石+石英+白云母”中的原生白云母作为花岗岩-伟晶岩系统的贯穿矿物进行研究。矿物地球化学研究结果表明，仁里矿床自黑云母花岗岩到二云母花岗岩，再到由低到高4类型伟晶岩，K/Rb指数减小，Ta/Nb指数增高，稀有金属元素含量增高，F等挥发分含量也相应增高（图7a~h），显示出岩浆演化程度持续增高的趋势，暗示矿床出露的4期花岗岩、隐伏岩体及4类型伟晶岩均为同源岩浆连续分异演化形成。其中矿区东北部的一期二云母二长花岗岩侵入体演化程度最高（RLG-2，图6），与伟晶岩浆演化程度相近，露头处可见大量与花岗岩呈过渡接触关系的伟晶岩脉体、透镜体，且该侵入体位于地表伟晶岩类型分带的中心位置（RLG-2，图6），故Li等（in press）认为该期侵入体与仁里稀有金属伟晶岩的成因关系最为密切。

图7 仁里矿床白云母K/Rb与w(Cs)（a）、w(Rb)（b）、w(Li)（c）、w(Ta)（d）关系及Ta/Nb与w(Ta)（e）、w(TiO2)（f）、w(Li)（g）、w(F)与w(Li)（h）关系图解(据Li et al.,待发表)Fig 7 Diagrams of K/Rb verses w(Cs)（a）,w(Rb)（b）,w(Li)（c）,w(Ta)（d）and Ta/Nb verses w(Ta)（e）,w(TiO2)（f）,w(Li)（g）and w(F)verses w(Li)（h）(modified after Li et al.,in press)

总体来说，仁里矿床演化程度最高的二云母花岗岩位于东北部，地表伟晶岩显示出由东北至西南分异程度逐渐增高的趋势，主要矿化类型也由Nb+Ta转化为Li，且最远在距岩体9 km处仍有锂辉石伟晶岩产出（李鹏,2017），故仁里矿床西侧、西南侧大范围区域仍具极大的成矿潜力。因此，本文研究团队将仁里矿床西侧、西南侧作为主要找矿勘查方向，以锂伟晶岩为主要目标进行重点勘查，在地表伟晶岩捡块样品中发现富锂白云母和锂辉石等矿化线索，表明区域具找矿潜力。2019年，笔者所在团队在幕阜山西南缘开展了大量野外路线地质调查，并结合探槽工程揭露，最终于仁里矿床以西的黄柏山地区取得初步找矿成果，圈定了11条稀有金属伟晶岩脉（李鹏等,2019b）。

4 黄柏山预测区找矿成果及勘查示范

4.1 初步找矿成果及矿化特征

黄柏山稀有金属伟晶岩密集区位于幕阜山岩体西南舌状凸起部位与梅仙岩体夹持区—岩体外接触片岩带中（图8），所处位置对应仁里矿床锂辉石钠长石带（Ⅳ）西南向延伸。黄柏山地区地层以走向北西、倾向南西的低角度冷家溪群云母片岩为主，有北西向、北东东向、北东向、北北东向4组断裂构造。区内伟晶岩脉十分发育，多顺层或微切片岩层里产出，以北西走向为主，倾向南西，倾角23°~54°，局部倾角＞70°；伟晶岩脉长度不一，最短仅出露20 m，最长可达1700 m，具尖灭再现；其厚度不一，最窄处仅0.1 m，最宽处出露可达32 m，膨胀收缩现象明显。区内铌钽、锂、铍伟晶岩脉均有分布，2019年初步探勘成果显示，已探明的11条花岗伟晶岩脉中含锂（铌钽）伟晶岩脉2条（46、47），含铌钽(铍)脉伟晶岩脉8条（604、606、607、613、617、618、623、624）（图8）。

图8 黄柏山伟晶岩密集区2019年地质简图与化探工程设计Fig.8 Geologic sketch map of pegmatite concentrated area in Huangbaishan and geochemical soil sampling program in 2019

其中最具代表性的47号锂铌钽伟晶岩脉（原603号脉体），地表出露长约1700 m，宽度范围在0.2~32 m之间，走向北西，倾向南西。脉体总体呈脉状斜切层理产出，具膨胀收缩、尖灭再现。脉体总体以锂辉石钠长石及白云母钠长石伟晶岩为主，具一定结构分带（图9a）。其中脉体北西姜源岭地段以白云母钠长石伟晶岩为主，含少量铌钽铁矿、绿柱石等稀有金属矿物。脉体中部为锂辉石伟晶岩+白云母钠长石伟晶岩组合（图9b,图10a），含铌钽铁矿、锂辉石等稀有金属矿物（图10b、c），锂辉石产于脉体膨胀部位的锂辉石伟晶岩中，白色，呈长条状，晶体大小为(5~10)×(1~2)cm，常垂直接触面平行排列，矿物含量可达40%~60%。李鹏等（2019b）对47号脉体中部出露的锂辉石伟晶岩进行了刻槽采样（图9b），5件刻槽样品w(Li2O)为0.81%~1.72%，BSE图像及电子探针测试结果显示，锂辉石新鲜无蚀变，且体积含量可达40%~60%，为高品质锂矿石。

图9 黄柏山47号脉平面结构分带(a)、探槽TC7201(b)和TC6603(c)剖面示意图Fig.9 Plan view of zonation structure of Huangbaishan No.47 pegmatite(a)，cross sections of trench TC7201(b)and trench TC6603(c)

图10 黄柏山47号脉野外及样品照片（b和c引自李鹏等,2019b）Fig.10 Field and sample photos of Huangbaishan No.47 pegmatite(b,c after Li P et al.,2019b)

2010年以来在区域开展进一步勘查工作，结合清理地表植被覆盖、探槽工程布置等手段，将47号脉体原认为的200 m延伸扩大到1700 m延伸，并于脉体南东部位新发现含铌钽铁矿锂辉石-钠长石伟晶岩露头（图9c），地表出露宽度达30多m（图10d），具明显结构分带，从北到南依次可见中粗粒白云母钠长石伟晶岩→钠长岩→中粗粒（片状）钠长石伟晶岩由中（细）粒含石榴子石钠长石伟晶岩→中粒钠长石伟晶岩→锂辉石伟晶岩（图9c）。长柱状锂辉石、针状-细粒状-薄板状铌钽铁矿广泛发育于整个脉体中（图10e、f），靠近脉体上盘见锂辉石伟晶岩。在脉体南东布置探槽TC6603，对其5个内部分带采集5件样品TC6603-H01~TC6603-H05；脉体北西由于缺乏典型内部分带，采集3件捡块样品BT01-H01~BT01-H03。全岩分析由核工业二三〇研究所完成，测试仪器为等离子质谱仪(PE300D)，检测依据为GB/T 14506.30-2010，测试结果显示（表3）。脉体中部探槽TC7201锂辉石钠长石带采集的5件样品HXP-tc1~HXP-tc2地球化学分析结果见李鹏等（2019）。综合3处样品分析结果，47号脉北西部位姜源岭段未见明显矿化，脉体中段w(Li2O)为0.81%~1.72%，而脉体南东段锂辉石伟晶岩（TC6603-H05）的w(Li2O)为2.02%，探槽6件样品的w(Ta2O5)为0.008%~0.016%，均超过边界品位，w(Nb2O5)为0.009%~0.024%，其中，H1、H2、H6三件样品Nb2O5/Ta2O5≈1。以上结果显示，黄柏山47号脉总体从白云母钠长石伟晶岩到锂辉石钠长石伟晶岩，铌钽含量基本不变，锂含量升高；沿走向东南向稀有金属锂、铌、钽含量有变富的趋势。

表3 黄柏山探槽样品稀有金属含量(w(B)/%)Table 3 Rare metal element contents in Huangbaishan trench samples(w(B)/%)

4.2 化探低值异常解译在高覆盖地区伟晶岩型矿床中的应用

2019~2020 年黄柏山地区初步探明的稀有金属伟晶岩显示出良好的含矿性（李鹏等，2019），然而该地区西南侧为坡度较陡的山谷地形，且植被覆盖程度高，伟晶岩地表露头罕见，野外踏勘难以取得成果。土壤地球化学可有效反映稀有金属伟晶岩的分布（李建康等,2014;2017;王学求等,2021），仁里206号锂辉石钠长石伟晶岩脉表层锂辉石具风化，伟晶岩周边土壤及地层中Li含量高（许畅,2019），暗示土壤地球化学可为区域锂等稀有金属勘查提供有效线索。2020~2021年，笔者团队在初勘成果的基础上，在黄柏山外围区域重砂异常晕分布地段开展3.13 km²的土壤化探剖面测量工作（图8），化探样品设置了5%的重复样，样品分析测试在国家地质实验测试中心进行，微量元素测试仪器为等离子质谱仪(PE300D)，检测依据为GB/T 14506.30-2010，分析精度优于3%。结合稀有金属伟晶岩特点及区域地质特征，考虑到迭代法确定的背景值及异常下限往往偏低，为尽量反映区内真实背景及异常，本次化探采用化探低值异常解译方法，即通过有限迭代剔除对明显异常进行剔除，算出背景值，并以背景值加2倍标准离差作为异常下限。通过对化探结果进行低异常解译，圈定了Li异常晕6个，Be异常晕4个，Nb异常晕2个，Ta异常晕2个，元素异常晕总体呈长轴状，走向北西，与区内伟晶岩脉走向基本一致，各异常晕参数统计见表4，异常晕分布见图11a。靶区北东部相对发育铍、铌钽异常，南西相对发育锂异常，这与伟晶岩水平分带特征基本一致；锂异常晕在本区相对发育，相比铌钽等点状异常或低值异常区，锂异常呈连续性，且具一定规模，表明本区具有较好的锂矿找矿潜力。

图11 黄柏山伟晶岩密集区2020年地质简图及土壤化探异常(a)与Li元素异常(b)套合对比Fig.11 Geologic sketch map of Huangbaishan pegmatite concentrated area and correlation between soil geochemical anomalies(a)and Li element anomaly(b)in2020

表4 黄柏山土壤地球化学元素异常晕参数统计表Table 4 Statistics of soil geochemical anomalies of Huangbaishan area

目前，本文团队对部分异常进行了查证，新发现花岗伟晶岩脉8条（619~626），其中已确定具铌钽（铍）矿化现象伟晶岩2条（623、624）（图11a），其余脉体还在开展进一步勘查及样品测试分析。化探工作区伟晶岩分布与Li、Nb、Ta等元素异常晕套合度良好（图11b），表明化探低值异常可有效应用于高植被覆盖区稀有金属伟晶岩的找矿勘查。下一步稀有金属勘查工作将继续以幕阜山西南缘为重点，同时选取岩基内部具良好成矿潜力的黄泥洞、麦埚等地区，结合稀有金属成矿特点，构建花岗岩成矿潜力和伟晶岩含矿性的以岩体地质-标型矿物-地球化学为核心的综合判别指标体系，进一步建立高覆盖地区稀有金属伟晶岩的高效精准勘查方法。