冀东彭庄角砾岩型Be-Rb 矿床的发现及意义

王丰翔 , 李晓明, 陈 超 董国明, 崔 伟, 王云静 张福祥

1. 河北省战略性关键矿产资源重点实验室 河北地质大学地球科学学院, 河北 石家庄 050031; 2. 内蒙古自治区岩浆活动成矿与找矿重点实验室 内蒙古自治区地质调查院, 内蒙古 呼和浩特 010020; 3. 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; 4. 河北省地质环境监测院, 河北 石家庄050021; 5. 河北省地矿局第二地质大队, 河北 唐山 063000

关键矿产或关键金属是国际上最近提出的资源概念, 指的是现今社会必需、 但安全供应存在较高风险的一类矿产的总称, 主要包括稀有金属 (Li、 Be、Rb、 Cs、 Nb、 Ta、 Zr、 Hf、 W、 Sn)、 稀土金属、 稀散金属(Ga、 Ge、 Se、 Cd、 In、 Te、 Re、 Tl) 和部分稀贵金属(PGEs、 Co 等)。 关键金属因其稀缺性和优良的物化性质, 具有重要性、 战略性、 稀缺性和动态性等特征, 出于资源、 经济、 环境、 技术等原因而导致供应上可能存在一定障碍和风险, 因此全球对战略性矿产的竞争日趋激烈[1-4]。 Be-Rb 矿是我国重要的战略性紧缺矿产, 是航空航天、 原子科学、 生物医学、 光纤通讯和绿色新型材料不可或缺的原料, 被誉为“尖端金属”、 “核子堆保护神” 和“长眼睛” 金属[5-6]。 因此, Be-Rb 矿的安全供应将成为我国尖端科学、 战略性新兴产业可持续发展的关键环节。 就矿产成因而言, 大中型的 Be 矿主要分为伟晶岩型、 花岗岩型、 石英脉型、 矽卡岩型、 云英岩型等多个矿化类型[5-6]; Rb 矿主要赋存在花岗伟晶岩、 卤水和钾盐矿产[5-6]。 就伴生矿物而言, 内生Be-Rb 矿主要与Li、Nb、 Ta、 LREE 伴生, 主要集中在华南(宜春414 花岗岩型Be-Rb 矿)、 兴蒙造山带(石灰窑Rb 矿)、 新疆阿尔泰—天山—昆仑山(白杨河火山岩型Be-Rb 矿、可可托海Rb 矿)、 川西—松潘造山带(李家沟Be 矿、扎乌龙花岗伟晶岩型Be 矿、 甲基卡花岗岩型Rb 矿)等重要成矿区带。 需要指出的是, 冀东彭庄矿是我国北方地区发现为数不多的角砾岩型Be-Rb 矿床。 因此,作者基于成矿环境和矿床地质的系统研究, 对成因机制进行初步讨论, 旨在提高我们北方地区Be-Rb 矿的理论研究水平, 推动找矿勘查工作进一步突破。

1 产出环境

研究区位于河北省迁西县城北约12 km 处, 隶属迁西县三屯营镇。 就大地构造而言, 其位于华北克拉通北段东缘, 在空间分布上与冀东幔枝构造轴部的韧性剪切带和岩浆活动关系密切, 以产出有大量的碱性岩以及与碱性岩有关的金矿床而备受人们关注(图1)[7-8]。 矿区构造受NE 向韧性剪切带控制明显,被认为冀东幔枝构造轴部韧性剪切带的组成部分[8]。就展布方向而言, 区域断层或断裂主要呈左行或右行剪切活动, 总体呈近椭圆状的环形构造[9-10]。

图1 彭庄Be-Rb 矿床矿区地质图(河北地质矿产局, 1987)[10]Fig.1 Geological map of Pengzhuang Be-Rb deposit (Geological Brigade of Hebei Bureau of Geology and mineral, 1987)

研究区地层产出有太古界迁西群和遵化群高级变质岩系, 典型岩性为紫苏斜长麻粒岩、 斜角闪斜长片麻岩和斜长角闪岩, 也是赋矿角砾岩筒的寄宿地层。此外, 区域零星分布有侏罗世东岭台组火山岩。 区域岩浆活动贯穿于从前寒武纪经古生代到中生代地壳演化的全部过程, 以铁镁质和花岗质岩浆侵入活动为主。 其中, 前寒武纪的代表性岩体主要有太古代中基性侵入岩(成岩时代～2.5 Ga), 岩石类型由紫苏花岗闪长岩、 辉石闪长岩、 角闪辉石岩和闪长岩组成, 呈岩株、 岩脉和岩墙产出。 古生代以来的岩浆侵入主要受E-W 向构造控制, 主要表现为印支—燕山期多期次的碱性-偏碱性花岗质岩体(图1), 主要呈岩基形式产出, 岩石类型有正长闪长岩、 花岗闪长岩、 正长岩、 花岗岩、 正长花岗岩和次流纹斑岩组成, 年龄数据集中分布在245 ～199 Ma 和193 ～153 Ma 两个阶段[11-14]。 长英质脉、 基性岩脉和磁铁石英岩脉主要围绕着研究区呈环状展布(图1)。

2 矿床地质

角砾岩筒与围岩呈突变关系, 在平面上呈不规则椭圆形, 近N-S 向延伸360 m, 宽60～200 m。 在剖面上, 角砾岩筒呈“V” 字型展布, 延深＞ 250 m (未见底), 总体倾向NEE, 倾角60°～80° (图2)。 角砾岩主要呈灰白-绿灰色, 角砾状结构, 主要由角砾和胶结物组成。 角砾多呈棱角状-次棱角状, 大小不一(0.1～10 m), 成分复杂, 含量70%～95%, 可见角闪斜长片麻岩、 花岗伟晶岩和煌斑岩; 胶结物(5%～30%) 主要有长英质和碳酸盐岩等气成热液矿物。 长英质和碳酸盐岩矿物(主要为石英、 钾长石、 方解石) 主要呈细脉状、 网脉状(1 ～10 cm) 或团块状不规则镶嵌。 以胶结物含量为依据, 可将角砾岩划分为富胶结物角砾岩(20%～30%)、 一般角砾岩(5%～20%) 和贫胶结物角砾岩(＜5%)[15-16]。

就矿化而言, Be 矿化与富胶结物角砾岩有紧密联系, 主要呈脉状、 透镜状分布在角砾岩筒中部, 矿体最大厚度1.7 m, BeO 平均品位0.102%。 Rb 矿化分布范围较广, 形态呈筒状, 具分支复合现象。 此外,Be-Rb 矿化局部伴生有LREE、 Sr、 W 和Ag 矿化。 就矿化-蚀变分带而言, 矿化自上而下可分为: (1) Be-Rb-W 矿化带, 对应的蚀变矿物主要为石英+钾长石+碳酸盐岩+绿柱石+自形黄铁矿+赤铁矿+磁铁矿+黑钨矿; (2) Rb-LREEs 矿化带, 对应的矿化为白云母+黄铁矿+石英+钠长石+绿泥石; (3) Rb-Sr-Ti 矿化带,对应的蚀变矿物天青石+金红石+白云母+黄铁矿+石英+钠长石(图2 和图3)。

图2 典型勘探线剖面图Fig.2 The figure showing the typical exploration profile

图3 角砾岩的组成和典型矿物Fig.3 Composition and typical minerals of breccia

3 矿床地球化学及指示意义

根据扫描电镜、 电子探针和LA-ICP-MS 原点微量测试, Be 元素主要赋存在绿柱石中(图4), LA-ICPMS 原点微量的平均含量为4.77% (图5a; 200 测试点平均值)。 绿柱石主要呈三种形态: (1) 具有核边结构的长-短柱状; (2) 具有增生环带长柱状; (3)晶簇。 绿柱石内有磁铁矿、 金红石等包体, 指示其高氧逸度特征(图4)。

图4 典型矿物组成Fig.4 Typical mineral association

Rb 元素主要赋存在绿柱石、 钾长石和白云母之内, 少量也分布在钛铁矿中(图5a, b)。 总体而言,矿化与胶结物含量呈正比, 尤其与钾长石化和黄铁绢云岩化具有成因联系。 Ti 元素主要寄宿在金红石、 钛铁矿和钛角闪石中, 其中以金红石和钛铁矿为主(图5c, d)。

Sr 元素主要赋存在重晶石(图5e) 和天青石矿物内, 后者主要呈针状或长柱状。 此外, 角砾岩中可见富LREEs 矿物, 主要为独居石(图5f) 和磷钙石。Be-Rb 矿化受断裂或断层控制, 主要呈脉状-透镜状产出, 发育有绢云母、 钠长石、 钾长石、 含锰碳酸盐岩和石英等中低温热液矿物。 此外, 胶结物常伴生有磁铁矿、 金红石和独居石等矿物, 表明成矿热液具有高氧逸度的特征。

图5 Be-Rb-Ti-Sr-LREE 元素寄宿矿物Fig.5 Host minerals of Be-Rb-Ti-Sr-LREE elements

赋矿角砾岩中石英和方解石中包裹体较为发育,原生包裹体主要成群或成带分布。 包裹体类型主要为灰黑色气相包裹体 (VCO2型)、 气液两相包裹体(VCO2- LCO2型) 和气液三相包裹体(VCO2-LCO2-LH2O型), 整体以CO2广泛发育为特征(图6)。 包体均一温度188℃～331℃, 主要集中在240℃～280℃, 流体盐度w(NaCleq) 呈现出两种不同盐度: 低盐度3.71‰～77.31‰和中高盐度9.41‰～16.53‰, 对应的成矿压力253 ～347 MPa。 两种不同盐度流体共生,可能是由于流体沸腾所致, 指示着沸腾可能为成矿的重要的机制。

图6 流体包裹体照片Fig.6 Micro-photos of fluid inclusions

4 成因讨论及勘查意义

根据成因类型, 硬岩型Be 矿主要分为过铝性、偏铝性和碱性成矿系统[6,17]。 硬岩型Rb 矿则主要有花岗岩型、 花岗伟晶岩型、 云英岩型、 岩浆热液型[5,18]。 根据彭庄Be-Rb 矿产出环境, Be-Rb 矿化可能与区域印支—燕山期碱性岩浆具有成因联系, 可能与区域金矿化是一个成矿系统或成矿系列, 动力机制可能与冀东幔枝构造演化有关。

根据其典型矿物组合、 矿物化学和流体包裹体数据, Be-Rb 矿化主要呈现岩浆热液型特征, 为岩浆热液隐爆产生的角砾岩型矿床。 这一成因类型在国内外均有产出, 代表型矿床主要有江西上坪岩浆热液型W-Be-Rb-Cs 矿、 内蒙巴尔哲Ag-Rb 多金属矿化、 湖南东坑岩浆热液型Rb 矿和加拿大Strange Lake 和Thor Lake Be 矿、 尖峰岭Ta-Nb-Rb 矿[19-22]。 上述典型矿化均呈现出多金属矿化特征, 伴生矿化主要为Li、 Nb、Ta、 LREE、 Cs、 W、 Mo、 Ag 和Au 等多金属矿化。 因此, 在彭庄Be-Rb 矿区要注重REE、 Cs 等矿化体的勘查, 在其外围也可能存在与碱性岩浆有关的多金属矿化, 最为可能的是热液型W-Mo、 浅成低温型Cu-Au、Ag-Pb-Zn 多金属矿化。 与此同时, 在该区域寻找与碱性岩浆有关的Be-Rb 矿化具有一定勘查意义。

5 结论

(1) 冀东彭庄Be-Rb 矿是我国北方地区发现为数不多的角砾岩型矿床, 其与区域韧性断裂和碱性岩浆岩具有密切的时空分布关系。 矿床呈现出Be-Rb-WREE-Sr-Ag-Ti 多元素矿化组合。

(2) 根据扫描电镜和电子探针测试结果, Be 元素主要赋存在绿柱石内; Rb 寄宿矿物为钾长石、 天河石和白云母; Sr 元素主要赋存在天青石内。 此外,角砾岩中可见富LREE 矿物, 主要为独居石和磷钙石。

(3) 成矿热液中富含磁铁矿、 金红石、 独居石等特征矿化, 指示其具有高氧逸度的特征。 部分方解石为锰方解石, 指示其浅成低温的特征。 根据流体包裹体特征, 成矿温度主要集中在240℃～280℃, 对应的成矿压力为253～347 MPa。 成矿热液流体呈现出两种不同盐度的流体, 可能为流体沸腾所致。