川西九龙地区两期伟晶岩型稀有金属成矿作用

2022-03-30谭洪旗朱志敏周雄胡军亮

矿产综合利用 2022年1期

谭洪旗，朱志敏，周雄，胡军亮 ,2

（1. 中国地质科学院矿产综合利用研究所, 中国地质调查局稀土资源应用技术创新中心,四川成都 610041；2. 成都理工大学地球科学学院, 四川成都 610059）

花岗岩（泛指“花岗质岩石”）是陆壳岩石的重要组成部分之一，在内生金属矿床成因研究方面具有重要的科学意义[1]。研究认为，花岗岩与岩浆-热液矿床（如斑岩型铜钼矿床、伟晶岩型稀有金属矿床、矽卡岩型铜铁和钨矿床等）在时间、空间上密切相关，其中伟晶岩型稀有金属矿床是我国硬岩型锂、铍等稀有金属的重要成矿类型[2-7]。

最常用的花岗岩成因分类方案为M、I、S和A型，其中I型花岗岩的源来自于火成岩，S型来自沉积岩，M型来自幔源。而A型花岗岩以高硅、富碱、低钙为特征，具碱性、贫水、非造山和铝质特点，以碱性长石和石英为其主要矿物，次要矿物以含有霓石、钠铁闪石等碱性暗色镁铁矿物为特征[8]。A型花岗岩形成于伸展的构造背景中，主要与锡、锆、铪、铌、钽及稀土矿产有关[9]。

London等[10]认为伟晶岩主要由花岗质岩浆形成的火成岩，传统上伟晶岩被认为是花岗质岩浆分异演化晚期固结的产物。研究发现，伟晶岩通常与母质岩浆具有密切的时空关系，可以靠近母质花岗岩的部位，也可以赋存于变质沉积围岩中，但不少也与母岩浆无成因关系[11]。与母质花岗岩浆无关的伟晶岩主要由地壳物质部分熔融或深熔，并沿深部岩石圈断裂带的熔体循环而成[12]。

伟晶岩型稀有金属矿床可分为LCT型（Li-Cs-Ta）、NYF型（Nb-Y-F）及复合型，其中NYF型与A型花岗岩有关，LCT型（Li-Cs-Ta）则与S型和少量I型花岗岩有关[13]。LCT型伟晶岩主要形成于伸展背景下的晚造山和造山后阶段[14]，同造山阶段形成的LCT型稀有金属伟晶岩矿化规模较小。LCT型伟晶岩岩浆的源区主要来自未亏损LCT元素的中-上地壳的变沉积岩或变火成岩的深熔作用[13]和基底（变）火成岩的低程度部分熔融作用[15]。LCT伟晶岩型锂矿床成因存在争论，主流观点认为花岗质岩浆高度结晶分异作用可导致LCT伟晶岩形成，少数学者认为地壳岩石部分熔融可直接形成伟晶岩岩浆[16]。LCT伟晶岩型稀有金属成矿机制主要有分离结晶作用、岩浆不混溶、超临界流体和组成带状纯化[17]。

川西地区发现了甲基卡、扎乌龙、九龙地区和可尔因四大稀有金属矿集区[18-19]，主要以锂、铍矿为主。与锂矿有关的甲基卡马颈子花岗岩（约223 Ma）、马尔康的可尔因花岗岩（226～211 Ma）为S型花岗岩，而马尔康太阳河岩体为I型闪长岩。甲基卡和可尔因矿集区目前已探明李家沟、党坝、业隆沟、甲基卡等多个大型和超大型矿床[18-19]。

四川九龙地区与花岗岩有关的稀有金属矿床（点）大多处于勘查阶段，主要有打枪沟锂铍矿床、洛莫铍矿床、白台铍铌钽矿床、若登铍矿点、盐水塘铍铷矿点、上基拱铍矿点[18-19]。本文总结了九龙地区花岗岩成岩成矿时代，发现与稀有金属有关的花岗岩-伟晶岩形成时代为165～150 Ma、200～180 Ma，与川西甲基卡、可尔因、石渠地区在成矿时代上完全不同。九龙地区与锂铍等稀有金属有关的岩石为A型花岗岩，非传统认为的LCT型与I型和S型花岗岩有关，并在此基础上讨论了九龙地区稀有金属成矿作用，为九龙河流域及其周缘的稀有金属找矿勘探工作提供指导依据。

1 区域地质背景

松潘—甘孜地块西侧以金沙江缝合带与青藏高原毗邻，东南缘以龙门山-锦屏山逆冲构造带与扬子地块西缘相连，东北部与华北地块以秦岭造山带相连接。松潘-甘孜地块为特提斯-喜马拉雅造山系中重要组成部分之一，曾经历古特提斯和新特提斯两大连续造山事件，总体呈倒三角形。松潘-甘孜地块的主要特征是“双向”造山极性和变形构造体制。造山带内部由甘孜-理塘缝合带、后龙门山断裂和木里前缘逆冲带分割成义敦岛弧碰撞带、造山带主体和造山带前陆三部分（图1）。川西九龙花岗岩-伟晶岩位于扬子地块西缘与松潘-甘孜造山带的结合部位，有印支期（220～205 Ma）I型花岗岩（兰尼巴岩体、羊房沟岩体、三岩龙-放马坪岩体、嘎啦子岩体等）和燕山早期（165～160 Ma）A型花岗岩（新火山岩体、乌拉溪岩体及桥棚子岩体）。岩体内部及其周边发育节理（断裂）、石英脉、伟晶岩脉等，其周缘分布三叠纪西康群地层、花岗岩脉及其伟晶岩脉，多以复向斜和复背斜出现。该区变质作用较弱，早期以印支期区域变质作用（低绿片岩相）为主，后期围绕岩体周边发育接触交代变质作用。仅江浪穹隆发育巴罗式变质作用，变质程度为高绿片岩相-低角闪岩相[19]。

图1 川西九龙及其邻区地质略图 [20-25]Fig.1 Geological sketch map of the Jiulong region and its adjacent areas in western Sichuan

2 主要稀有金属矿床特征

川西九龙地区以伟晶岩型铍（锂）矿床为主，主要有打枪沟锂铍矿床、洛莫铍矿床、若登铍矿、埃今铍矿、上基拱铍矿等中小型矿床（点）。

2.1 打枪沟锂铍矿床

打枪沟锂铍矿床，又称三岔河矿床[19]，该矿床氧化锂资源量3.3万t，氧化铍资源量5946 t，达到中型规模。打枪沟锂铍矿床位于洋房沟岩体的南缘，距离桥棚子岩体约5～7 km，主要产于西康群的片岩节理及燕山早期石英闪长岩（锆石UPb为200 Ma）内北东向和近东西向节理中，受燕山期花岗伟晶岩脉控制，产状与伟晶岩脉基本一致，呈板状、楔状、透镜状，赋存于钠长石-锂辉石伟晶岩脉和钠长石伟晶岩脉中，成群产出。打枪沟锂铍矿床中锂矿化分布在海拔3600～4100 m，铍矿化则分布在4100～4600 m。这些伟晶岩脉中产出锂、铍矿体14条，其中锂铍矿体1条，锂矿体5条，铍矿体8条；为硅化、云英岩化、碳酸盐化、绿泥石化以及褐铁矿化等围岩蚀变。矿石具文象结构、细粒结构、半自形-自形粒状结构、交代结构等；以块状构造为主，少部分具有斑杂状构造。金属矿物主要有锂辉石、褐铁矿、赤铁矿、磁赤铁矿、磁铁矿、铌钽铁矿、锂云母、锂霞石、绿柱石等（图2）；非金属矿物主要有石英、斜长石、钾长石、白云母、高岭石、磷灰石等。研究表明，Li2O主要赋存在锂辉石中，少量分布于锂云母、锂霞石、腐锂辉石、锂电气石、云母、长石、石英中；BeO主要赋存于绿柱石中[20]。图2（a）伟晶岩脉中铌钽铁矿和锡石UPb定年，其年龄分别为163 Ma、157 Ma，暗示打枪沟矿床成矿时代限制为燕山早期。

图2 九龙地区打枪沟、白台及盐水沟伟晶岩型稀有金属露头Fig.2 Pegmatite type rare metal outcrops at Daqianggou，Baitai and Yanshuitang in Jiulong area

2.2 白台铍铌钽矿床

白台铍铌钽矿床位于八窝龙花岗岩岩体边部，围岩为马场二长花岗岩。矿物内有115条伟晶岩脉，其中含铍矿化伟晶岩脉有13条。区内伟晶岩钠长石含量＞10%，微斜长石含量＞15%，应属微斜长石-钠长石型。本区伟晶岩分异分带较好，可划分五个结构带，以中粗粒带及块状带最发育。

（1）细粒边缘带（包括细粒石英钠长石带）：于脉壁及顶部断续出现，厚几厘米至几十厘米。主要由石英（30%～40%）、微斜长石（20%～30%）、钠-奥长石（20%～25%）、白云母（5%～10%）及少量石榴石组成，偶见细晶绿柱石、针状铌-钽铁矿。

（2）中粒石英微斜长石钠长石带：分布于上下盘或占据整个脉体，带厚0.2～3 m。由石英（30%）、钠长石（35%～45%）、微斜长石（20%～25%）、白云母(5%)等组成，偶见黑云母、绿泥石。稀有矿物以细晶绿柱石为主，次为薄片状、针状铌-钽铁矿。

（3）中粗粒石英微斜长石钠长石带：为脉上下盘的主要结构带，厚一至数米。矿物成分为石英（25%～35%）、钠长石（25%～40%）、微斜长石（15%～35%）、白云母（5%～10%），偶见黑云母。副矿物有石榴石、磷灰石、锆石、闪锌矿、褐铁矿等。稀有矿物常见细中粒绿柱石和针状、薄片状铌-钽铁矿。

（4）粗粒石英微斜长石带：成带性差，常于脉中心、顶部或尖灭端代替块状带。矿物成分为石英（30%）、微斜长石（40%～60%）、钠长石（10%～20%）、少量白云母。副矿物有少量石榴石，偶见褐铁矿、黄铁矿。稀有矿物主要是粗晶绿柱石，偶见板状、板柱状、粒状铌-钽铁矿。

（5）块状石英微斜长石带（包括块状微斜长石带及块状石英带）：主要分布在脉体中心。矿物成分为石英（20%～80%）、微斜长石（15%～70%）、钠长石（5%～10%）、白云母（3%～5%）。副矿物见石榴石、磷灰石、辉钼矿等。稀有矿物主要为粗、巨晶绿柱石（0.01%～5.12%），还见少量板状、短柱状、粒状铌-钽铁矿。

二长花岗岩LA-ICP-MS 锆石U-Pb年龄为213.4±0.9 Ma，铌钽铁矿U-Pb年龄为188.9±1.6 Ma。铍铌钽成矿年龄较二长花岗岩成岩年龄年轻近25 Ma，与川西甲基卡地区成岩成矿年龄基本一致，暗示稀有金属成矿与岩浆-热液的晚期阶段有关。

2.3 洛莫铍矿床

洛莫铍矿床位于桥棚子二云母花岗岩体的外接触带中，该矿床远景储量为534 t，达到中型铍矿床规模。洛莫铍矿床有50条伟晶岩脉，其中具矿化的脉体为30条。伟晶岩脉长为40～600 m，以100～150 m为主，厚为80～1 m，一般在4 m左右。其中，两条脉体具有工业价值，101号脉为227 m，厚3.25 m，平均含BeO为0.326%；102号脉长120 m，厚3.95 m，平均含BeO为0.233%。围岩主要为西康群云母石英片岩，呈眼球状或条带状构造，局部具不同程度的角岩化。岩体的外接触带中有大量的花岗伟晶岩脉分布，从洛莫-长草坪一带分布伟晶岩脉55条。产于外接触带围岩中的岩脉多沿片理裂隙产出，与片理斜交或垂直者甚少，脉长而厚，呈膨胀脉状，而在内接触带或岩体内的脉短而窄，呈规则板状。岩脉的蚀变和交代作用主要呈钠长石化，与矿化关系密切。其次是白云母化，云英岩化，与矿化也有一定关系。矿化脉中主要产绿柱石，主要富集在中粒带、粗粒带和块体带中。与矿有成因联系的二云母二长花岗岩，其锆石U-Pb年龄为168 Ma。

2.4 上基拱铍矿点

上基拱铍矿点位于三岩龙断层的西侧，产于区内二长花岗岩的接触带上，围岩主要为三叠系西康群的变质砂岩、粉砂岩及石英片岩中，在接触带附近分布有50余条伟晶岩脉。这些伟晶岩脉一般长5～150 m，厚1～5 m，多为石英微斜条纹长石型、石英白云钠长石型，分异性差，分带现象不明，以中粗粒结构为主，局部呈块状结构。蚀变交代作用以钠长石化为主，次为白云母化和云英岩化。初步调查，有11条具铍矿化，1条铍铌矿化，2条铌矿化[21]。二长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为214～216 Ma。该地区绿柱石的SiO2含量为64.25%～67.19%（平均65.82%），Al2O3含量为16.71%～18.54%（平均17.40%），BeO含量为14.97%～16.46%（平均15.67%），富含Li、S、Zn、Se、Cs等微量元素。

2.5 若登矿点

若登岩体位于九龙县八窝龙公社北东22°，平距约17.5 km。产于区内二长花岗岩的接触带上，围岩主要为三叠系西康群的变质砂岩、粉砂岩及石英片岩中，在接触带附近分布有40余条伟晶岩脉。按矿物共生组合，可分石英微斜条纹长石型（石英20%～30%+微斜长石50%～60%+白云母5%）及石英白云钠长石型（石英20%～30%+白云母5%～10%+叶片状钠长石60%～70%）。二长花岗岩LA-ICP-MS 锆石U-Pb年龄为214 Ma。若登地区的绿柱石主要为六方短柱的板状晶体，呈淡蓝色和无色透明晶体两种，以后者为主。绿柱石中富BeO为12.76%～13.60%（平均13.14%）。

2.6 盐水塘铍钽铷矿点

盐水塘位于上团乡附近，已发现伟晶岩脉体30余条，分带性差，大多为钠长石伟晶岩。该地区发现含铍钽铷伟晶岩脉1条（BeO品位0.052%～0.063%）。花岗伟晶岩为灰白色，细—粗粒伟晶结构、文象、交代结构，块状、带状构造。矿物成分为斜（钠）长石5%～50%；碱性长石10%～45%，以微斜长石为主；石英20%～55%，白云母5%～15%，铁质及金属矿物1%～5%。另外，含少量堇青石，微量的绿柱石、石榴石等其他矿物。根据长石类型、含量不同可划分为微斜长石伟晶岩、微斜长石-钠长石伟晶岩、钠长石伟晶岩三类。其中铍、铷矿体主要赋存于微斜长石-钠长石伟晶岩、钠长石伟晶岩中。伟晶岩常见蚀变为硅化、钠长石化、白云母化、钾长石化及高岭土化和碳酸盐化。No.19脉体中发现辉钼矿化，其辉钼矿Re-Os年龄为197.3±2.8 Ma。周边花岗岩年龄为208～211 Ma，暗示研究区约197 Ma钼矿化事件，可能为岩浆热液演化的产物。

图3 九龙洛莫、上基拱及若登地区伟晶岩及其绿柱石Fig.3 Pegmatite and its beryl from Luomo, Shangjigong and Ruodeng in Jiulong area

3 花岗岩的成岩成矿时代综述

通过收集川西地区的各花岗岩体的成岩年龄，川西地区中新生代花岗岩主要分为四期：230～200 Ma、170～150 Ma、～100 Ma、18～14 Ma（图4）。其中，第一高峰期锆石U-Pb年龄为230～200Ma，主要分布在藏东江达、义敦岛弧带、康定松林口-塔公、马尔康、九龙放马坪-三岩龙等地[23-28]，大多数为I型花岗岩和S型花岗岩，仅年保玉则为A型花岗岩[29]；第二期为九龙乌拉溪、新火山及桥棚子花岗岩（170～150 Ma）[21-23]；第三期为川西德格雀儿山地区（～100Ma）[30]；第四期为喜马拉雅期（18～14 Ma），主要以折多山为主的新生代花岗岩体[31]。其中，与锂矿有关的甲基卡马颈子花岗岩（约223 Ma）、马尔康的可尔因花岗岩（211～226 Ma）为S型花岗岩[32]，马尔康太阳河岩体为I型闪长岩[33]。

九龙地区花岗岩年龄主要有三期：225～200 Ma、～190 Ma、170～140 Ma（图4）。九龙放马坪-三岩龙-嘎啦子、顶天柱、日鲁库、兰尼巴、羊房沟岩体锆石U-Pb年龄为225～206 Ma[24]，为I型花岗岩，部分还具埃达克岩性质；铁厂河、新火山、桥棚子岩体为168～150 Ma[21-23]，具有高SiO2、Na2O和K2O含量，高FeOt/MgO、Ga/Al比值，以及低TiO2、CaO和MgO含量特征，为铝质A型花岗岩[22]。因此，九龙地区以I型花岗岩为主，其次是A型花岗岩（图1）。与打枪沟锂铍矿床有关的桥棚子花岗岩为过铝质、钙碱性-高钾钙碱性系列，温度为732～819℃（平均767℃），明显高于S型和I型花岗岩，其成岩年龄为（168.2±1.0） Ma，具有A型花岗岩特征，代表当时松潘—甘孜地块南缘岩石圈处于伸展构造时期，形成于碰撞造山后环境。

图4 川西地区花岗岩与稀有金属成矿时代对比Fig.4 Comparison map of granite and rare metal metallogenic ages in western Sichuan area

4 稀有金属成矿时代

川西稀有金属成矿带中党坝锂矿成矿年龄为199 ～208 Ma[34]，李家沟锂矿成矿年龄约为211 Ma[27]，甲基卡134号脉、308号脉锡石U-Pb年龄分别为203.7 ± 4.6 Ma[35]、210.9±4.6 Ma[36]。甲基卡、可尔因稀有金属矿集区，成矿年龄限制在215～195 Ma[2,19]，且成矿与S型或I型花岗岩有关，普遍晚于花岗岩成岩年龄约5～25 Ma（图4）。

九龙打枪沟NO.01号含锂铍伟晶岩脉体中锡石和铌钽铁矿U-Pb年龄为163、157 Ma；王伟等[37]获得另一条伟晶岩型稀有金属矿床中铌钽铁矿U-Pb同位素年龄为157.1±2.1 Ma。赋矿岩体羊房沟花岗闪长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄205.3±1.3～209.4±3.3 Ma，明显早于伟晶岩型稀有金属约40 Ma，年龄跨度大，从年代学上证实与锂铍等稀有金属成矿无直接关系。因此，我们认为九龙打枪沟锂铍成矿主要与燕山早期（约160 Ma）的岩浆活动有关，成矿时代上明显不同于甲基卡、扎乌龙、可尔因稀有金属矿集区。另外，八窝龙白台地区的铌钽铁矿U-Pb年龄为188.9±1.6 Ma，较母岩二长花岗岩（LA-ICP-MS 锆石U-Pb 213.4 Ma）年轻约25 Ma。因此，九龙地区以～190 Ma、165～150 Ma的稀有金属矿化年龄为主，具二期稀有金属成矿作用（图4）。

结合区域地质背景，打枪沟与洛莫矿区已证实与桥棚子A型花岗岩有关。因此，川西九龙地区发现与锂矿有关的燕山早期A型花岗岩，而甲基卡、可尔因地区锂铍成矿则与印支晚期S型、I型花岗岩有关。这一发现挑战了LCT（锂铍）成矿与S型及少量I型花岗岩的认识，丰富了花岗岩与稀有金属的成矿理论。

5 深切割对稀有金属保存的制约

野外调查发现，桥棚子岩体缺失白云母花岗岩，打枪沟部分伟晶岩产于羊房沟花岗闪长岩体中（图5）。从已有含锂铍伟晶岩矿化分带分布来看，洛莫矿区具有缺失锂，富铍的矿化特征（图5）[38-39]。前人研究认为，稀有金属在垂向上为Be、Be-Nb-Ta、Li-Be-Nb-Ta、Li-Cs- Be-Nb-Ta的分布形式，是S型花岗质岩浆高度的结晶分异的产物[39]。打枪沟矿床3600～4100 m以锂为主，4100～4600 m以铍为主，上“铍”下“锂”恰与高温花岗岩-伟晶岩锂铍成矿系统组构类型矿化分带相反（图5）[38-39]。结合洛莫矿区与打枪沟矿区所处的构造环境来看，洛莫至打枪沟为背斜向向斜过渡的环境，又因洛莫以铍矿为主，缺失锂，暗示洛莫矿区遭受强烈剥蚀而使锂消失不在；打枪沟上“铍”下“锂”，暗示了锂铍成矿可能在褶皱构造之前，或者打枪沟下部蕴含有与桥棚子岩体相似的另一花岗岩体。

图5 九龙地区伟晶岩型稀有金属分布模式Fig.5 Distribution pattern of pegmatite rare metals in Jiulong area

从垂向和矿化分带来看，川西九龙地区分布有白台铍铌钽矿床、洛莫铍矿床、打枪沟锂铍矿床、上基拱铍矿床、若登铍矿床等稀有金属矿床（点），正好与矿化分带相对应（图5），暗示含锂矿床可能因该区隆升和强烈剥蚀不复存在。前人一般采用构造-热年代学来研究山脉、高原隆升和剥蚀是较为有效的方法[40]，特别是通过磷灰石、锆石的裂变径迹、云母和长石40Ar/39Ar数据相结合[25]，成为重建100-300℃浅-中地壳热历史和研究地壳表层与构造有关的热演化的有效手段[40]。初步研究表明，羊房沟岩体锆石裂变径迹为65～78 Ma；打枪沟中型矿床1号矿体和羊房沟岩体的磷灰石裂变径迹分别为23～18 Ma，明显不同于洛莫地区烂碉花岗岩中磷灰石裂变径迹年龄（11～8.2 Ma）。因此，锂铍矿体的隆升剥蚀开始时间为65～78 Ma，且打枪沟矿床出露时间要早于洛莫地区，但未开展细致的裂变径迹研究，无法定量评估岩（矿）体隆升高度或剥蚀的深度。通过上述分析，与九龙地区同处雅江盆地的甲基卡，因其剥蚀程度低，暗示甲基卡深部可能以赋存铍铌钽矿体为主。