湖南仁里—传梓源伟晶岩型稀有金属矿床云母地球化学特征及其指示意义

穆尚涛，邵拥军，宋泽友，周厚祥，刘清泉，熊伊曲

(1.中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室，湖南长沙，410083；2.中南大学地球科学与信息物理学院，湖南长沙，410083；3.湖南省自然资源事务中心，湖南长沙，410004)

花岗伟晶岩通常被认为是由高度分异、富含挥发分的残余花岗岩浆形成，因含有Li，Be，Nb，Ta，Rb，Cs，W和Sn等多种稀有金属而具有重要的经济意义[1−2]。幕阜山矿集区位于湘赣鄂三省交界处，以大规模的岩浆作用及花岗伟晶岩型稀有金属成矿作用而著称，是研究岩浆活动对稀有金属成矿制约关系的天然实验室。湖南仁里铌钽矿床位于幕阜山岩体南缘，是幕阜山地区稀有金属矿化的浓集中心，其与南部的传梓源锂矿床构成完整的超大型Li−Be−Nb−Ta 稀有金属矿床，是幕阜山地区已发现的最大的伟晶岩型稀有金属成矿区。仁里矿床已探明Ta2O5资源量为10 791 t，平均品位为0.036%；Nb2O5资源量为14 057 t，平均品位为0.047%，Rb2O 资源量为17 299 t，平均品位为0.06%；传梓源矿床已探明(Nb 和Ta)2O5资源量为1 315.84 t，平均品位为0.017 9%；Li2O 资源量为11 276.13 t[3]。

前人对矿区地质特征、伟晶岩特征、找矿标志、成岩成矿年龄、地球化学特征等进行了研究[4−12]，但在成矿流体演化、矿化富集机制等方面的研究较少。云母是伟晶岩的造岩矿物，贯通于伟晶岩各个成岩阶段。云母的晶体结构为硅氧四面体片(T)与八面体片(O)以TOT方式相间连接构成结构单元，层间或八面体位置上可容纳Li，Be，Rb，Cs，Sn，Nb和Ta等稀有金属[13]，在伟晶岩演化过程中，云母既可形成于岩浆阶段，也可形成于热液阶段。上述特征元素在各类花岗岩及伟晶岩演化的不同阶段形成的云母中的质量分数存在差异，通过对这些特征元素质量分数差异进行研究，可以得出伟晶岩的演化特征、稀有金属矿化规律，同时，也可以结合年龄探讨各类花岗岩与稀有金属伟晶岩的关系。王臻等[14]通过电子探针(EPMA)对仁里5 号脉中各类云母主量元素进行分析，探讨了云母演化对稀有金属成矿的指示效果。本文运用电子探针(EPMA)对仁里、传梓源地区各类伟晶岩和花岗岩中的云母主量元素进行测试，通过激光剥蚀电感耦合等离子质谱(LA−ICP−MS)对Li，Be，Rb，Cs，Sn，Nb 和Ta 等微量元素进行测试分析，以此研究各类云母结构和成分特征、演化规律，探讨伟晶岩形成过程中的岩浆热液演化，总结稀有金属的富集矿化规律。

1 区域地质背景

湘东北地区位于钦杭成矿带湖南段北东端，构造部位处于扬子地块与华夏地块的交接地带(图1(a))[15]。区内广泛分布新元古界冷家溪群及白垩系、古近系地层，零星分布有南华系、震旦系、寒武系、奥陶系、志留系及第四系等地层(图1(b))。冷家溪群为本区基底岩石，分布广，厚度大，为一套浅变质板岩、砂质板岩、粉砂质板岩和条带状板岩，在岩体外接触带则形成环带状分布的片岩、千枚岩带。区域经历从武陵期至喜山期的多期次构造运动，断裂褶皱发育，构造行迹复杂。武陵运动使湘东北地区隆升为陆，在南北挤压应力下，区内新元古界冷家溪群地层褶皱造山，形成褶皱基底，并发生区域变质作用；褶皱基底发生复杂变形，形成一系列斜歪倒转—同斜倒转的连续褶皱，在褶皱翼部常伴有纵向逆断层以及剪切面理带纵向构造置换；加里东期，在华夏陆块和扬子陆块碰撞造山作用影响下，区内形成以近东西向构造为主的基本构造特征；由于印支期和燕山期挤压和逆冲走滑为主的造山运动改造，区内地层普遍发生褶皱变形，形成北北东向盖层褶皱及一系列纵向逆冲推覆构造，地形上表现为穹隆−盆地构造；燕山期后，湘东北地区受太平洋板块板块向欧亚板块的斜向俯冲以及华南华北板块汇聚作用等的影响，区内基本构造格架以从之前的东西向构造逐渐转变为北北东向构造为主，由此本区的基本构造格架定型。构造运动使湘东北地区形成3 条北北东向深大断裂(汨罗—新宁断裂、长沙—平江断裂和醴陵—衡东断裂)控制的“两隆三盆”(汨罗—湘阴断陷盆地、幕阜山—望湘断隆、长沙—平江断陷盆地、浏阳—衡东断隆以及醴陵—攸县断陷盆地)构造框架[16−18]。区内发育慈利—临湘、仙池界—连云山和安化—浏阳这3 条近东西向的韧性剪切带。区域岩浆活动频繁，从武陵期到燕山期都有发生，其中燕山期岩浆活动最强烈。岩浆作用以侵入为主，侵入新元古代浅变质岩系中，岩性主要为中酸性—酸性侵入岩，基性—超基性侵入岩发育规模小。

图1 湘东北地区大地构造位置及区域地质图(据文献[15]修改)Fig.1 Tectonic location and regional geological map in northeastern Hunan(Revised by Ref.[15])

湘东北地区矿产丰富，已知矿床(点)100多处，产出金、银、铜、铅、锌、铁、锰、稀有金属、石煤、萤石等20 多种矿产，具有代表性的矿床有仁里、传梓源、白沙窝等锂铍铌钽稀有金属矿床，万古、黄金洞、雁林寺等金矿床，七宝山铜多金属矿床、桃林和栗山铅锌萤石矿床等。

2 矿床地质特征

矿区出露地层简单，主要为冷家溪群坪原组及第四系(图2)[19]。受幕阜山岩体影响，坪原组岩性具分带性，从岩体和伟晶岩接触带向外，依次出现混合岩、石榴石片岩、含石榴石二云母片岩、绢云母片岩、千枚岩、板岩。岩层总体倾向南西，倾角为22°～70°。区内构造以断裂和次级裂隙为主，发育的区域断裂主要为北北东向的天宝山—石浆压扭性断裂(总体走向为20°～35°，倾向南东，倾角为35°～82°)以及北东东向的枫林—浆市压扭性断裂(总体走向为60°～75°，倾向南东，倾角为50°～70°)和张古冲—三墩压扭性断裂(总体走向为70°～80°，倾向南南东，倾角为55°～85°)，这些断裂构成了矿区“入”字型的整体构造格局。区内部分稀有金属伟晶岩脉受构造控制，赋存于断裂或两侧次级裂隙中。区内岩浆岩发育，位于三墩岩体西南部的梅仙岩体形成于雪峰期，北部幕阜山岩体形成于燕山期。幕阜山岩体整体呈岩基状产出，为多期次岩浆活动形成的以燕山期侵入岩为主的大型复式岩体，岩性主要包括花岗闪长岩、石英二长岩、黑云母二长花岗岩、二云母二长花岗岩以及白云母二长花岗岩。

图2 仁里—传梓源矿区地质简图(据文献[19]修改)Fig.2 Geological map of Renli—Chuanziyuan mining area(Revised by Ref.[19])

矿区伟晶岩脉十分发育，主要产出于北部幕阜山岩体及冷家溪群地层中。位于岩体中的伟晶岩通常规模较小(宽1～3 m)，多呈脉状或网脉状产出(图3(g))，产状不一，形状不规则，走向受岩体内断裂构造控制，多呈北北东和近南北向，与岩体接触界限明显。产出于岩体南侧冷家溪群片岩中的伟晶岩脉一般规模较大(最长达4 000 m)，受矿区断裂构造控制，呈北西走向，似层状近平行分布，是矿区主要的矿体(图3(d)、(e)和(i))。按矿物组合，自幕阜山岩体向南，分别为微斜长石型伟晶岩(图4(a))、微斜长石−钠长石型伟晶岩(图4(b))、钠长石型伟晶岩(图4(c)和4(d))以及锂辉石−钠长石型伟晶岩(图4(e))。这4 种类型伟晶岩构成了矿区内自北东向南西呈雁列式近平行排列的伟晶岩区域分带，且离幕阜山岩体由近至远，不同类型的伟晶岩脉脉体规模逐渐变小，结构构造渐趋复杂，交代作用逐渐强烈。

图3 仁里—传梓源矿区不同伟晶岩脉产出特征Fig.3 Output characteristics of different pegmatite veins in Renli—Chuanziyuan mining area

3 岩相学特征

岩体在矿区出露二云母二长花岗岩(图3(a))和白云母二长花岗岩(图3(b)和(c))，另见基性岩脉，宽0.5～5.0 m。二云母二长花岗岩呈灰色，粗—中粒似斑状结构，常具片麻状构造，主要成分为斜长石(35%，质量分数，下同)、钾长石30%)、石英(20%)、黑云母(12%)、白云母(约3%)，局部长石呈旋转残斑，石英呈多晶条带状分布，黑云母呈片状围绕残斑分布，岩体呈岩基状分布，局部风化强烈。白云母二长花岗岩呈灰色，细粒结构，块状构造，主要成分为斜长石(35%)、钾长石(30%)、石英(25%)、白云母(10%)，副矿物主要为磷灰石、石榴子石、独居石等，岩体呈不规则岩株或岩脉状，与伟晶岩混合产出，接触部位发育较多石榴子石。

云母矿物贯通于整个伟晶岩分带中。在微斜长石伟晶岩中白云母呈团簇零星分布(图4(a))；在微斜长石−钠长石伟晶岩白云母质量分数逐步增加(5%～10%)，无色透明，多呈叠片状集合体分布，另可见羽毛状，自形—半自形结构，与钠长石和石英共生，片径不一，200 μm 至3 cm 不等，在镜下及BSE下显示成分均一(图4(b)和(g))；钠长石伟晶岩中的云母质量分数为15%左右，呈团块状和叠片集合体分布，可见无色透明的白云母(图4(c)和(h))及淡紫色或淡绿色的含锂云母(图4(d))。BSE显示微斜长石−钠长石伟晶岩和钠长石伟晶岩中部分云母结构发生变化，白云母变形扭曲(图4(h)和(i))，其解理缝隙填充有次生的富锂白云母、富F锂云母、铋铌矿或含铁氧化物(图5(c)和(g))，大颗粒白云母边部被锂云母交代(图5(e)和(f))。锂辉石−钠长石伟晶岩中白云母质量分数约5%，片径为100～400 μm，半自形—它形结构(图4(j))。钠长石伟晶岩和锂辉石−钠长石伟晶岩中常发育较多的副矿物，如铌钽铁矿、绿柱石、独居石、磷灰石、电气石、锂辉石及含铀、钍矿物(图4(d)、4(e)、4(k)、4(l)～5(d)、5(f)和4(h))。

图4 仁里—传梓源矿区各类伟晶岩矿石及矿物学特征图Fig.4 Ore and mineralogical characteristics of various pegmatites in Renli—Chuanziyuan mining area

图5 仁里—传梓源矿区各类云母及其他矿物BSE图片Fig.5 BSE pictures of various micas and other minerals in Renli—Chuanziyuan mining area

4 样品采集分析

选取矿区各类伟晶岩、花岗岩新鲜岩矿石标本共计15 件，其中，微斜长石伟晶岩2 件，微斜长石钠长石伟晶岩2件，钠长石伟晶岩6件，锂辉石钠长石伟晶岩2件，黑云母二长花岗岩1件，白云母二长花岗岩2件，覆盖了与稀有金属成矿相关的各类伟晶岩及花岗岩。

云母的电子探针成分分析在中南大学地球科学与信息物理学院有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室完成。样品测试之前均匀镀上约20 nm 厚碳膜。电子探针型号为EPMA−1720H(日本岛津公司)，测试条件如下：加速电压为15 kV，电流为20 nA，光斑直径为1 μm。测试数据采用ZAF 校正法处理。所使用的标样为钠长石(Na)、钾长石(K)、黑云母(Ti，Mg 和Fe)、萤石(F)、蔷薇辉石(Mn)、锂辉石(Si)、钇铝榴石(Al)、透辉石(Ca)。通过实验分析矿区各类伟晶岩和花岗岩中云母主量元素质量分数。

云母的原位微区微量元素质量分数分析在广州市拓岩检测技术有限公司利用LA−ICP−MS 完成。实验室采用NWR193UC 激光剥蚀系统，该系统由NWR 193 nm ArF准分子激光器和光学系统组成，ICP−MS型号为iCAP RQ。激光剥蚀系统配置有信号平滑装置，激光剥蚀过程中采用氦气作载气，通过1个“Y”型接口，与氩气混合，进入电感耦合等离子质谱仪中采集原始信号。本次分析的激光束斑直径、能量和频率分别为50µm，5 J/cm2和8 Hz。单矿物微量元素含量处理中采用玻璃标准物质(NIST−610，NIST−612 和BHVO−2G)进行多外标单内标校正。每个时间分辨分析数据包括50 s空白信号和40 s样品信号。原始数据的离线处理(包括信号背景选择、样品有效区间选择、仪器灵敏度校正、元素含量的计算)利用ICPMSDataCal完成。

5 实验结果

仁里—传梓源矿区各类主、微量元素测试结果见表1。从表1可见：在主量成分上，各类云母除具有相似的K2O质量分数(8.36%～10.77%)外，其他元素成分变化都具有一定的规律性。微斜长石带和微斜−钠长石带白云母SiO2，Al2O3，FeO，MnO，MgO，TiO2和F 质量分数分别为43.76%～48.38%，31.99%～38.15%，1.60%～4.42%，0～0.15%，0.18%～1.52%，0.01%～0.92%和0～1.35%；钠长石带白云母中Al2O3，MgO，TiO2分别为32.07%～37.07%，0%～0.52% 和 0～0.32%，SiO2，FeO，MnO 和F 质量分数较高，分别为45.14%～47.38%，0.03%～4.81%，0.09%～0.58%和0.98%～3.85%；而在钠长石带的锂云母具有更低的Al2O3(20.23%～29.80%)，MgO(0～0.14%)，TiO2(0～0.06%)和更高的 SiO2(49.44%～53.84%)，FeO(0～5.24%)，MnO(0.39%～1.59%)和F(7.10%～11.33%)；锂辉石钠长石带白云母中SiO2质量分数为45.19%～49.57%，Al2O3为36.97%～39.61%，MgO 为0～0.3%，TiO2为0～0.11%，FeO 为0.61%～1.40%，MnO 为0.11%～0.38%，F(0.05%～0.49%)；与伟晶岩关系密切的白云母二长花岗岩中，白云母SiO2质量分数为44.70%～47.56%)，Al2O3为33.20%～35.06%，FeO为2.85%～3.93%，MnO 为0.07%～0.14%，MgO 为0.40%～0.58%，TiO2为0.08%～0.30%，F 为0.98%～1.39%；与之相比，二云母二长花岗岩中白云母具有较低质量分数的Al2O3(32.05%～33.47%)，MnO(0～0.05%)和F(0.05%～0.27%)，以及较高质量分数的FeO(3.67%～4.10%)，MgO(0.99%～1.19%)和TiO2(1.40%～1.58%)。

微量元素组成方面，云母中的Rb，Cs，Li，B和Be 等元素质量分数呈现出一定的规律特征，其变化范围分别为(2 407～6 160)×10−6，(103～4 245)×10−6，(1 990～17 987)×10−6，(41～312)×10−6和(22～35)×10−6，大都表现出从伟晶岩微斜长石带到钠长石带逐渐增加，在钠长石带锂云母边激增的趋势。矿区含矿伟晶岩中云母Nb 和Ta 质量分数分别为(49～371)×10−6和(19～98)×10−6，高于矿区其他伟晶岩中云母的Nb和Ta的质量分数。矿区两类花岗岩中，白云母二长花岗岩的云母Rb 质量分数为(1 834～2 298)×10−6，Cs 为(121～246)×10−6，Li 为(1 574～3 210)×10−6，B 为(47～66)×10−6，Be 为(19～24)×10−6，Nb 为(121～246)×10−6，Ta 为(10～144)×10−6；二云母二长花岗岩中，云母Rb 质量分数为(817～944)×10−6，Cs 为(26～52)×10−6，Li 为(275～306)×10−6，B 为(17～28)×10−6，Be 为(1.6～3.1)×10−6，Nb 为(35～62)×10−6，Ta 为(1～3)×10−6。白云母与二云母相比，白云母二长花岗岩中云母在成分特征上与伟晶岩云母更加接近。

根据云母成分端元分类图解[20]，矿区微斜长石伟晶岩和微斜长石−钠长石伟晶岩中云母为白云母和多硅白云母，从钠长石伟晶岩开始，云母向富锂白云母和富锂多硅白云母过渡，而钠长石伟晶岩中富锂白云母边部的亮带(图5(e)和5(f))则投在锂云母区域，锂辉石−钠长石伟晶岩中云母多为白云母。这2类花岗岩中的云母皆为白云母和多硅白云母，白云母二长花岗岩相比二云母二长花岗岩更具富锂特征。结合矿区伟晶岩演化特征，云母表现出从多硅白云母−白云母→富锂白云母−富锂多硅白云母→锂云母→白云母的演化趋势。根据云母主、微量元素特征，结合伟晶岩分带、云母岩相学特征，将伟晶岩中云母划分为4种类型：

1)MS1产自微斜长石伟晶岩和钠长石伟晶岩，无色透明，自形—半自形，为白云母和多硅白云母；

2)MS2产自钠长石伟晶岩，这类云母片径变大，多为富锂白云母和富锂多硅白云母，相比MS1具较低质量分数的Al2O3，MgO 和TiO2，较高质量分数的SiO2，FeO，MnO和F；

3)MS3亦产自钠长石伟晶岩，多为富F 锂云母，呈不规则状填充大颗粒白云母裂隙解理或交代其边部，具有较高质量分数的SiO2，F 和Li 为特征；

4)MS4产自锂辉−石钠长石伟晶岩，多为白云母，这类云母片径较小，为半自形—它形结构，以具有高质量分数的SiO2，较低质量分数的FeO，F和Li为特征。

6 讨论

6.1 云母演化特征

云母的类质同像相当普遍，由于其化学成分复杂多变，容易随着外部条件的变化而与流体、熔体以及其他矿物相发生成分置换，对F等挥发分较敏感[20−24]。白云母的化学通式为AB2[C4O10](OH)2，其中，[A]代表充填云母结构层之间12次配位位置的大半径阳离子K+，Na+，Ca+，Ba2+，Rb+和Cs+等；[B]代表配位八面体层六次配位的阳离子，主要为Al3+，Fe3+，Fe2+，Mg2+，Mn2+，Ti4+和Li+等；[C]代表硅四面体层的Si4+和Al4+；附加阴离子OH−可被F−和Cl−替代[25]。随着岩浆演化程度增加，云母中的F，Rb 和Li 等质量分数增加，具体替换方式为[21,26−28]：F−置换OH−，Rb+占据大阳离子K+和Na+等位置，Li++AlVI置换Fe2++Mg2+。本文研究的云母中，从MS1到MS4，八面体位置[B]的元素Mg，Ti与Mn 交换明显，Mg 和Ti 质量分数逐渐降低(图6)，与此同时，Mn 质量分数逐渐增高。MS3Si 质量分数高，Al 质量分数低，Fe 和Li 质量分数异常，其原因可归于[B]和[C]的交换：VIAl+IVAl→VIFe2++IVSi；VIFe2++IVAl→VILi+IVSi[29]。

图6 仁里—传梓源矿区伟晶岩中云母主量元素质量分数变化箱型图Fig.6 Box plots of major element change of mica in pegmatite in Renli—Chuanziyuan mining area

F质量分数的变化机制为F-替代云母中附加阴离子OH−，F 从MS1到MS2逐渐增加，在MS3剧增到最大值，这一阶段为稀有金属成矿重要阶段，除F 外，云母中Li，Rb，Cs，B 和Be 等质量分数都达到最大值(图7)。

图7 仁里—传梓源矿区伟晶岩中云母微量元素变化箱型图Fig.7 Box plot of trace element change of mica in pegmatite in Renli—Chuanziyuan mining area

6.2 对伟晶岩演化的指示

离子半径和电荷彼此相似的元素分馏对岩浆分异过程中熔体的变化敏感一致，元素K 和Rb 具有相似负电性(都为0.8)和离子电位(分别为4.34 和4.18)，Rb+的离子半径(1.47×10−10)比K+的略大，K—O键能比Rb—O的键能大；随着岩浆演化分异程度增加，Rb优先分馏到残余熔体中[30]，在高度演化的岩浆系统中，K与Rb质量分数之比w(K)/w(Rb)降低到50 以下[31]。在云母中，w(K)/w(Rb)及F，Rb，Li 和Cs 等元素质量分数可反映岩浆−热液分异演化趋势及演化程度，随着岩浆分异演化程度逐渐增加，F，Rb，Li 和Cs 质量分数随之升高，w(K)/w(Rb)则随之降低[4,32−35]。

本文对伟晶岩中的云母进行研究，其w(K)/w(Rb)变化范围为9.4～34.26，总体表现出岩浆高度分异演化阶段的特点；Li，Rb，Cs，Nb和Ta等元素质量分数或比值具有规律性的变化特征，能指示岩浆的分异演化，见图8。从图8可见：从MS1至MS4，w(K)/w(Rb)逐渐变小，指示岩浆演化程度不断增高，且随着w(K)/w(Rb)降低，云母中主量元素MgO 和TiO2质量分数总体呈现出逐渐降低、MnO 逐渐增高的趋势；从MS1至MS2，Li，Rb，Cs，B，Be 和Nb 质量分数逐渐升高，指示岩浆演化逐步增高，此时，对应的伟晶岩演化类型为微斜长石伟晶岩→微斜长石−钠长石伟晶岩→钠长石伟晶岩。前人研究认为仁里5号脉从外部至内部经历了岩浆−热液的演化过程，石榴子石的大量产出可能为岩浆开始向热液过渡的标志[14]。本文研究中，云母MS3中Li，Rb，Cs，B 和Be 元素质量分数激增达到最高值，F 质量分数也从0.10%～3.85%跃增至7.10%～11.33%，Nb质量分数开始下降，指示此时岩浆演化已达到极高的程度；在云母类型上这一类型的云母多为富氟铯锂云母，交代结构明显，具次生特点；在矿石类型上为钠长石型伟晶岩，局部石榴子石富集，且绿柱石、电气石、磷灰石、铌铋矿和铌钽铁矿等副矿物增多，其产出位置多靠近或位于伟晶岩脉核部。在岩浆向热液演化过程中，流体相的产生促进了Nb和Ta的矿化，含MS3类型的矿石中形成较多的绿柱石、铌钽铁矿等稀有金属矿物，使云母中Nb质量分数开始降低[28]；Li，Rb，Cs，B和Be等元素进一步富集，交代大颗粒云母边部形成富氟铯锂云母，因此，MS3类型形成于极富流体的热液环境。在MS4中，伟晶岩演化到锂辉石−钠长石型阶段，云母w(K)/w(Rb)达到最低，指示此时伟晶岩演化到达最后阶段；MS4中，Li和F质量分数降至最低，Be，B和Cs质量分数相比，MS3类型较低但比前2 个类型的略高，F和Li质量分数降低可能与锂辉石的形成及富F流体的出溶有关，在伟晶岩从钠长石型向锂辉石钠长石型演化过程中，大量锂辉石的结晶使流体中Li 质量分数降低，F 元素则扩散、迁移至浅地表，形成萤石类矿物。前人在周围发现的岩浆热液相关的富萤石矿床为此提供了证据[35]。

图8 仁里—传梓源各类型云母w(K)/w(Rb)与特征元素质量分数的协变图解Fig.8 Covariant diagram of w(K)/w(Rb)and quality score of characteristic elements in various types of mica in Renli—Chuanziyuan mining area

6.3 花岗岩与成矿的关系

幕阜山复式岩体历经燕山期多次岩浆侵入活动，按岩性依次有闪长岩、黑云母二长花岗岩、二云母二长花岗岩及白云母二长花岗岩等。二云母二长花岗岩分布广，出露面积大，具中粒—细粒花岗结构，块状构造，局部片麻岩化；白云母二长花岗岩出露面积小，多为岩株，具细粒花岗结构，与围岩界线清晰。矿区南部的三墩岩体虽然在空间上与稀有金属伟晶岩位置接近，但其形成于雪峰期，在成因上与稀有金属成矿无关。

对二云母二长花岗岩和白云母二长花岗岩中白云母进行主−微量元素分析，并与稀有金属伟晶岩中白云母元素特征进行对比(图9)，发现在云母的主量元素TiO2，FeO，MnO，MgO和F以及微量元素Li，Be，B，Zn，Rb，In，Sn，Cs，Ta，W和Nb等中，白云母二长花岗岩质量分数与稀有金属伟晶岩的更接近；除上述元素外，二云母二长花岗岩的白云母中Sc，V，Ni，Cu，Sr 和Ba 质量分数比白云母二长花岗岩和稀有金属伟晶岩中云母的质量分数高1个数量级以上；另外，二云母二长花岗岩白云母w(K)/w(Rb)为81.42～99.97，远比白云母二长花岗岩(35.53～43.56)和伟晶岩(9.4～34.26)中白云母的高，相比后两者，二云母二长花岗岩处于较早的岩浆演化阶段；前人对幕阜山花岗岩成岩时代开展了一系列年代学研究，本文收集了二云母二长花岗岩、白云母二长花岗岩和伟晶岩最新的年龄，见表2。表2显示白云母二长花岗岩在年龄上与伟晶岩的年龄更接近；此外，野外调查显示，矿化密集的伟晶岩脉附近往往出现白云母二长花岗岩株。因此，本文认为，白云母二长花岗岩与稀有金属伟晶岩具有连续的分异演化关系和密切的时空耦合关系，可能为成矿母岩。

图9 仁里—传梓源矿区两类花岗岩与稀有金属伟晶岩云母中各类特征元素质量分数对比Fig.9 Mass fraction comparison of characteristic elements between two kinds of granite and rare metal pegmatite mica in Renli—Chuanziyuan mining area

表2 仁里—传梓源矿区年龄数据Table 2 Age data of Renli—Zhuanziyuan mining area

6.4 对稀有金属成矿的指示

岩浆体系中，Nb和Ta属于强不相容元素，其分配系数在大多数矿物中都很低，只赋存于金红石、铌钽铁矿、锡石等副矿物及富钛矿物相中[40]。在幕阜山岩体长期演化过程中，Nb和Ta保留在熔体相中并随着岩浆分异演化逐步富集，这为研究区岩浆分异演化最晚期的伟晶岩型稀有金属成矿提供了先决条件。在岩浆演化过程中，Li和F等元素逐步富集，一方面降低了体系的黏度和固相线温度，另一方面使熔体的非氧桥(NBO)质量分数增加[41]。前人研究认为熔体中的NBO 增加将有助于提高Nb和Ta等金属阳离子在硅酸盐熔体中的溶解度[20]。研究发现，随着岩浆演化程度不断增加，云母中Li和F质量分数逐步增加，铌钽铁矿从MS2类型开始在伟晶岩零星中出现，并随着岩浆演化逐渐增多。岩浆演化使成矿元素富集，但大规模的稀有金属成矿需要热液流体的参与[42−45]。MS3类型Li 和F 质量分数突增，形成于极富流体的热液环境，在不混溶作用下产生流体相，熔体中Nb和Ta达到饱和开始沉淀，铌钽铁矿、绿柱石、磷灰石、铌铋矿等副矿物大量出现，形成以铌钽矿化为主的钠长石型稀有金属伟晶岩。从MS3到MS4，残余熔体和富含Li 和F 的流体继续向南迁移至三墩岩体处，在传梓源地区形成锂−铌钽矿化为主的钠长石−锂辉石型伟晶岩。

Ta5+的离子半径(0.73×10−10)略大于Nb5+的离子半径(0.70×10−10)，Ta5+将与O 形成相对更强的共价键，更易于争夺到熔体中的非桥氧，故Ta5+相较于Nb5+更易保留在熔体中[41]。对铌钽铁矿的研究表明，Nb比Ta更容易进入矿物相中，因此，在岩浆演化过程中Nb 先进入矿物相，而Ta 相对Nb 更趋向于岩浆演化后期富集成矿[27]。本研究显示，云母中Nb质量分数对岩浆−热液演化反应灵敏，在MS1和MS2中，Nb 质量分数质量分数略微增高(图7)，表明Nb 随着岩浆演化逐渐在熔体中富集；从MS3到MS4，Nb质量分数逐渐降低，指示进入熔−流体系后Nb 开始沉淀进入绿柱石、铌铁矿等矿物相中；Ta 质量分数在云母各世代变化不大(图8)，这可能是因为在体系演化过程中Ta相较Nb不容易进入云母相中；云母w(Nb)/w(Ta)在MS1和MS2中增高，可能是这一阶段铌钽在熔体中还处于富集阶段，并无矿物相生成，w(Nb)/w(Ta)在岩浆分异演化过程中整体表现出逐渐降低的趋势，Ta 富集成矿相较Nb富集成矿处于熔−流体系演化的更晚期。

7 结论

1)自北部幕阜山岩体向南至传梓源，伟晶岩依矿物组合划分为4个类型：微斜长石伟晶岩；微斜长石−钠长石伟晶岩；钠长石伟晶岩；锂辉石−钠长石伟晶岩。伟晶岩中云母具有白云母−多硅白云母(MS1)→富锂白云母−富锂多硅白云母(MS2)→富氟铯锂云母(MS3)→白云母(MS4)的演化趋势。云母的演化趋势与伟晶岩演化趋势相匹配，微斜长石带和微斜长石钠长石带多为MS1；钠长石伟晶岩带多发育MS2和MS3，其中MS3为交代MS2边部而成的富氟铯锂云母边，形成于富流体的热液环境；锂辉石钠长石带发育MS4，其Li和F质量分数降低与锂辉石的结晶和富F流体的出溶有关。云母演化过程中发生以下元素置换：八面体位置[B]的元素Mg和Ti与Mn置换；MS2到MS3发生[B]和[C]的交换(VIAl+IVAl→VIFe2++IVSi，VIFe2++IVAl→VILi+IVSi)；F−替代云母中附加阴离子OH−。

2)从MS1→MS4过程中，云母中Li，Be，B，Rb，Cs和Mn质量分数总体增高，Mg和Ti质量分数及w(K)/w(Rb)降低，指示从微斜长石带到锂辉石钠长石带形成伟晶岩的熔−流体系演化程度依次增高。体系开始为单一的岩浆演化，至钠长石伟晶岩带产出MS3，此时，体系发生不混溶作用产生超临界流体，从岩浆过渡到岩浆−热液阶段；锂辉石−钠长石伟晶岩中MS4的Li 和F 质量分数低，指示岩浆−流体演化进入最后阶段，Li大量结晶进入锂辉石中，F 则扩散迁移至浅地表形成萤石等矿物。

3)相比二云母二长花岗岩，白云母二长花岗岩在主−微量元素特征、成岩年龄、产出空间等方面与稀有金属伟晶岩关系更加密切，认为白云母花岗岩可能成为矿母岩。

4)在岩浆演化过程中，体系中Li 和F 逐步富集，降低了熔体的黏度和固相线，增加了熔体的NBO 数，使倾向进入熔体的Nb 和Ta 进一步富集，而超临界流体的产生使Nb 和Ta 发生大规模沉淀，使钠长石伟晶岩和锂辉石−钠长石伟晶岩成矿阶段成为主要的成矿阶段。随着岩浆热液流体演化，Nb 可能先沉淀成矿，Ta 的富集成矿相较Nb 处于熔−流体系演化的更晚期。