江西宜丰地区瓷石矿(含锂)地球化学特征及成因

2022-07-28曾晓建刘建伟曾庆友潘世语张连湘彭蜀涛鲁诗阳

有色金属（矿山部分） 2022年4期

曾晓建，刘建伟，曾庆友，潘世语，张连湘，彭蜀涛，鲁诗阳

(1.江西有色地质矿产勘查开发院，南昌 330001；2.宜春市矿业有限责任公司，江西宜春 336000)

锂(Li)作为自然界最轻的金属，亦是金属活泼性最强的金属，是21世纪极其重要的、新兴的战略能源资源，在高能锂电池、受控热核反应等方面得到了广泛的应用。纵观我国锂矿资源，以硬岩型和卤水型为主，其中硬岩型锂矿的主要含锂矿物常被认为是锂辉石，随着近年来瓷石矿(含锂)地质勘查工作的不断突破，以及锂云母生产碳酸锂工艺的不断提升，锂云母亦被认为是重要的含锂矿物之一。通过系统分析宜丰地区瓷石矿(含锂)地质勘查成果资料，对区内瓷石矿(含锂)的赋矿岩石及围岩开展了岩相学、主微量及稀土元素地球化学综合研究，探讨了含矿岩体的形成背景及成因，旨在为区内下一步地质勘查工作提供一些理论依据。

1 矿床地质特征

研究区成矿区划属扬子成矿省之江南东段成矿带的九岭钨钼锡铜金多金属萤石高岭土成矿亚带[1]，北部为九岭逆冲隆起，中部为萍乐拗陷带，南部为武功山隆起，隆起与坳陷之间的两条区域性深断裂(宜丰—景德镇、萍乡—广丰)控制着区内地层、岩浆岩及矿产的分布。瓷石矿(含锂)以瓷石矿含有益组分Li为特征，并达到碱性长石花岗岩型矿床伴生锂矿综合评价参考指标要求。宜丰地区瓷石矿(含锂)主要分布于宜丰县花桥乡大港—白水洞一带(图1)，区内大面积出露中生代花岗岩，从晚侏罗世至早白垩世均有出露，依次为晚侏罗世甘坊岩体、早白垩世古阳寨岩体和早白垩世白水洞岩体，其中早白垩世白水洞岩体为区内瓷石矿(含锂)的主要赋矿岩体，晚侏罗世甘坊岩体和早白垩世古阳寨岩体为围岩。宜丰地区瓷石矿(含锂)则赋存于早白垩世白水洞岩体的中细粒弱-中-强钠长石化锂云母化白云母(二长)花岗岩内，与白水洞岩体接触部位的中粗粒弱钠长石化锂云母化似斑状二云二长花岗岩偶见被钠长石矿化现象。

1-第四纪联圩组；2-早白垩世白水洞侵入体中细粒白云母(二长)花岗岩；3-早白垩世武堂侵入体细粒二云二长花岗岩；4-早白垩世古阳寨侵入体中细粒-中粒少斑二云母二长花岗岩；5-早白垩世古阳寨侵入体中细粒含斑二云母二长花岗岩；6-早白垩世古阳寨侵入体细粒含斑二云母二长花岗岩；7-晚侏罗世甘坊侵入体中粗粒似斑状二云母二长花岗岩；8-晚侏罗世甘坊侵入体中粒似斑状二云母二长花岗岩；9-晚侏罗世甘坊侵入体中细粒似斑状二云母二长花岗岩；10-新元古代九岭序列中-中粗粒含斑黑云母二长花岗岩；11-新元古代九岭序列中细粒含斑黑云母花岗闪长岩；12-新元古代九岭序列细-中细粒含斑黑云母英云闪长岩；13-酸性岩脉：γ花岗岩、γδ花岗闪长岩、νπ霏细斑岩；14-石英岩脉：q石英脉；15-实测性质不明断层；16-实测正断层及产状；17-实测逆断层及产状；18-瓷石矿床、矿点；19-研究区位置图1 研究区区域地质略图Fig.1 Simplified regional geological map of research area

研究区内的大港—白市化山—白水洞矿区的瓷石矿(含锂)为同一条矿体，走向近EW，长3.5 km，宽0.4～1.25 km，厚21.62～575.36 m，倾向S，倾角10°～50°，Li2O含量由地表至深部呈逐渐降低的趋势，与含矿地质体的蚀变强度相对应，即由浅至深，锂云母化、钠长石化逐渐降低，由地表强钠长石化向深部逐步渐变为弱钠长石化，岩石的颜色随着深度的增加依次渐变为白色-灰白色-肉红色[2-4]。

2 岩石学特征

宜丰地区瓷石矿(含锂)赋矿岩体主要为早白垩世白水洞岩体，岩性为中-细粒白云母(二长)花岗岩(图2)，岩石多具弱-中-强钠长石化、锂云母化等蚀变。岩石呈浅肉红色-灰白色，中-细粒花岗结构，块状构造，主要矿物由斜长石、钾长石、石英、白云母等组成。其中，石英呈它形粒状，粒径2～4 mm，具波状消光，含量约25%；钾长石呈半自形板状，粒径2～3 mm，主要为条纹长石，次为微斜长石及正长石，具弱高岭石化，常见钠长石交代钾长石，含量约25%；斜长石呈自形板状，粒径0.5～1 mm，折射率小于石英，负低突起，见聚片双晶，具弱绢云母化，局部见净边结构，普遍已去钙钠化，常产出萤石小晶粒，经测An：12～15号左右，属更长石或钠-更长石，牌号接近于钠长石，少量钠长石强的已变成钠长石，含量约30%；白云母呈片状，片径0.8～2 mm不等，两端面规则，少部分为黑云母析铁后形成，含量约20%。副矿物为锆石、磷灰石等。

图2 白云母花岗岩标本及显微照片Fig.2 Sample and photomicrographs of muscovite granite

晚侏罗世甘坊岩体主要岩性为中粗粒似斑状二云二长花岗岩(图3)。岩石呈灰黑色，少见灰白色，中粗粒似斑状结构，基质为细粒、中细粒结构，块状构造。斑晶以钾长石为主，少见石英、斜长石等，粒径5～15 mm，含量约15%；基质主要由斜长石、钾长石、石英、黑云母和白云母等组成，矿物粒径一般1.5～2.5mm不等。其中，钾长石呈半自形—它形板状，主要为条纹长石，次为微斜长石及正长石，具弱高岭石化，常见钠长石交代，含量约20%；斜长石呈半自形板状，发育聚片双晶，具弱绢云母化，少量白云母化，常见净边结构，局部见环带，普遍已去钙钠化，常产出萤石小晶粒，含量约20%；石英呈它形粒状，填隙状分布，裂纹发育，波状消光，含量约20%；黑云母呈半自形片状，片径0.4～1.2 mm，浅褐色—红褐色，少数析铁褪色，含量约5%；白云母呈半自形片状，片径0.3～1 mm，含量约5%。

图3 似斑状二云二长花岗岩标本及显微照片Fig.3 Sample and photomicrographs of porphyraceous two-micamonzonitic granite

早白垩世古阳寨岩体主要岩性为中细粒含斑二云二长花岗岩(图4)。岩石呈灰白、浅灰黑色，中细粒似斑状结构，基质为细粒结构，块状构造。斑晶以斜长石为主，少见石英、钾长石等，粒径2～4 mm，含量约5%；基质主要由斜长石、钾长石、石英、黑云母和白云母等组成，矿物粒径一般0.5～1.5 mm不等。其中，钾长石呈半自形板柱状，偶见卡氏双晶，多为正长石，含量约30%；斜长石呈半自形长柱状，发育聚片双晶，偶见弱绢云母化，含量约25%；石英，呈它形粒状，波状消光，偶见钠长石化，含量约30%；黑云母呈半自形片状，片径0.4～1.2 mm，浅褐色—红褐色，少数析铁褪色，含量约5%；白云母呈半自形片状，片径0.3～1 mm，含量约5%。

图4 含斑二云二长花岗岩标本及显微照片Fig.4 Sample and photomicrographs of porphyraceoustwo-micamonzonitic granite

3 地球化学特征

3.1 样品采集及分析测试

本次研究工作采集宜丰地区瓷石矿(含锂)赋矿岩石和围岩样品共计15件，其中白水洞岩体9件、甘坊岩体3件、古阳寨岩体3件，对其主量、微量及稀土元素进行了系统分析测试(表1)，各项分析测试工作均由江西有色地质测试研究院完成。

表1 宜丰地区瓷石矿(含锂)赋矿岩石和围岩的主量元素(×10-2)、微量和稀土元素含量(×10-6)及特征值

3.2 主量元素

由(表1)可知，宜丰地区瓷石矿(含锂)的赋矿岩石—白水洞岩体中细粒白云母(二长)花岗岩的SiO2含量为70.64%～72.74%，Al2O3含量为14.62%～15.85%，Na2O含量为2.46%～3.96%，K2O含量为3.53%～4.20%，Na2O/K2O=0.69～1.08，平均为0.92，CaO含量为0.27%～0.77%，CaO/Na2O=0.08～0.22，MgO含量为0.04%～0.06%，FeO含量为0.91%～1.43%，Fe2O3含量为1.10%～1.64%，TiO2含量为0.01%～0.02%，P2O5含量为0.26%～0.97%；铝饱合指数A/CNK=1.26～1.55，大于1.1，具有过铝质的特征[5]。

围岩—甘坊岩体中粗粒似斑状二云二长花岗岩的SiO2含量为70.01%～70.96%，Al2O3含量为15.17%～15.48%，Na2O含量为2.21%～2.99%，K2O含量为4.29%～4.50%，Na2O/K2O=0.49～0.70，平均为0.61，CaO含量为0.07%～0.38%，CaO/Na2O=0.03～0.13，MgO含量为0.21%～0.24%，FeO含量为1.80%～2.00%，Fe2O3含量为2.13%～2.38%，TiO2含量为0.09%，P2O5含量为0.39%～0.45%；铝饱合指数A/CNK=1.51～1.76，大于1.1，具有过铝质的特征。

围岩—古阳寨岩体中细粒含斑二云二长花岗岩的SiO2含量为71.247%～71.48%，Al2O3含量为14.98%～15.44%，Na2O含量为3.59%～3.76%，K2O含量为3.92%～4.09%，Na2O/K2O=0.88～0.96，平均为0.92，CaO含量为0.30%～0.43%，CaO/Na2O=0.08～0.11，MgO含量为0.11%～0.16%，FeO含量为1.20%～1.83%，Fe2O3含量为1.52%～2.09%，TiO2含量为0.04%～0.06%，P2O5含量为0.39%～0.48%；铝饱合指数A/CNK=1.26～1.55，大于1.1，具有过铝质的特征。

在花岗岩主量元素TAS图解中(图5)，所有样品均落入花岗岩区；在SiO2-K2O图解中(图6)，样品均落入高钾钙碱性花岗岩区，此说明宜丰地区瓷石矿(含锂)的赋矿岩石及围岩应属于高钾钙碱性花岗岩系列。

图5 宜丰地区瓷石矿(含锂)赋矿岩石和围岩的TAS图解[6]Fig.5 The TAS diagram of the ore-bearing rocks and country rocks of the lithium-bearing proclain stone in Yifeng area

图6 宜丰地区瓷石矿(含锂)赋矿岩石和围岩的SiO2-K2O图解[6]Fig.6 The SiO2-K2O diagram of the ore-bearing rocks and country rocks of the lithium-bearing proclain stone in Yifeng area

3.3 微量元素

微量元素特征见表1，在微量元素原始地幔标准化蛛网图中(图7)，样品微量元素曲线呈锯齿状分布，多表现出富Cs、Rb、Ta、P等元素，亏损Ba、Nb、Ti等元素的特征，与宜丰大港、狮子岭矿区的赋矿花岗岩体相似。

图7 宜丰地区瓷石矿(含锂)赋矿岩石和围岩的微量元素原始地幔标准化蛛网图[7]Fig.7 Primitive mantle-normalized trace element patterns of the ore-bearing rocks and country rocks of the lithium-bearing proclain stone in the Yifeng area

3.4 稀土元素

稀土元素特征见表1，宜丰地区瓷石矿(含锂)赋矿岩石和围岩的稀土元素总量低，∑REE=3.30×10-6～39.41×10-6，LREE总量=1.39×10-6～34.91×10-6，HREE总量=0.41×10-6～4.50×10-6，LREE/HREE=1.78～9.29，平均为4.55，说明轻、重稀土分馏不明显，且(La/Sm)N=0.88～3.54，(Gd/Yb)N=1.38～3.73，说明轻、重稀土内部分馏亦不明显；δEu=0.08～0.54，均小于0.6[8-9]，说明岩石具有强烈的Eu负异常，说明在岩浆演化的过程中可能存在斜长石的分离结晶；稀土元素球粒陨石标准化配分型式呈微右倾型(图8)，由晚侏罗世甘坊岩体、早白垩世古阳寨岩体至早白垩世白水洞岩体，配分曲线呈平行下移的趋势。

图8 宜丰地区瓷石矿(含锂)赋矿岩石和围岩的稀土元素球粒陨石标准化配分曲线[10]Fig.8 Chondrite-normalized REE patterns of the ore-bearing rocks and country rocks of the lithium-bearing proclain stone in the Yifeng area

4 讨论

4.1 形成背景

自三叠世以来，江西省已然结束了南北分离的大地构造桥架，进入了滨特提斯被动陆缘发展阶段；晚三叠世地壳裂陷，形成沼泽海盆，海水沿钦杭结合带浸入；晚三叠世末沿钦杭结合带地壳出现抬升，花岗质岩浆活动初显；早中侏罗世钦杭结合带及其周缘地区进入大陆活化造山阶段，地壳抬升，至晚侏罗世地壳抬升加剧，导致钦杭结合带内缺失晚侏罗世沉积；晚侏罗至早白垩世，岩浆活动加剧，形成以钦杭结合带为中心向周缘幅射的大规模燕山期S型南岭花岗岩，以及稀有金属矿的巨量产出。据《中国区域地质志·江西志》，宜丰地区中生代花岗岩体多形成于晚侏罗-早白垩世，其中，晚侏罗世甘坊岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄为(153.6±2 Ma)、早白垩世古阳寨岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄为(141.8±1.6)Ma和早白垩世白水洞岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄为(144.2±1.3)Ma，恰处于区内强烈陆内碰撞造山，地壳加厚、抬升期。

过铝质花岗岩的形成条件众说纷纭，主要分为两种：一种认为形成于大陆碰撞造山的挤压环境下[11-12]；另一种认为形成于陆-陆碰撞造山之后的伸展环境之下[13-16]。

宜丰地区处于燕山早期核心造山区，地壳大面积上隆，硅铝层增厚，加厚的硅铝层的多次熔融利于同造山S型花岗岩的形成，亦是江西省稀有金属矿床的重要诱因之一。在Nb-Y花岗岩构造环境判别图解中(图9)，样品全部落入火山弧和同碰撞区内；在Rb-(Nb+Y)判别图解中(图10)，样品全部落入同碰撞区内。综上所述，宜丰地区瓷石矿(含锂)的赋矿岩石和围岩均形成于同碰撞的构造环境下。

图9 宜丰地区瓷石矿(含锂)赋矿岩石和围岩的Nb-Y图解[11]Fig.9 Nb-Y diagram of the ore-bearing rocks and country rocks of the lithium-bearing proclain stone in the Yifeng area

图10 宜丰地区瓷石矿(含锂)赋矿岩石和围岩的Rb-Y+Nb图解[11]Fig.10 Rb-Y+Nb diagram of the ore-bearing rocks and country rocks of the lithium-bearing proclain stone in Yifeng area

4.2 成因分析

花岗岩按其成因分类，可分为I型、S型、A型和M型等[17-19]，可按花岗岩的岩石地球化学特征进行判别。宜丰地区瓷石矿(含锂)的赋矿岩石和围岩的A/CNK值均大于1.1，属于过铝质花岗岩，在A/CNK-A/NK图解中(图11)，样品均落入过铝质S型花岗岩区，SiO2-P2O5无明显相关性，亦不同于华南地区A型花岗岩P2O5随SiO2增加而减少的特征[20]，10000×Ga/Al=1.71～2.81，多低于华南地区典型的铝质A型花岗岩[21]；CaO/Na2O=0.08～0.22、Rb/Sr=4.94～296.49、Rb/Ba=6.27～740.02，显示了低CaO/Na2O、高Rb/Sr、Rb/Ba的特征，与来源于泥质沉积岩的典型S型花岗岩相似[22-23]，其中高Rb/Sr比亦说明了岩浆起源于较为成熟的地壳；在ACF图解中(图12)，样品多落入S型花岗岩区内。

图11 宜丰地区瓷石矿(含锂)赋矿岩石和围岩的A/CNK-A/NK图解[24]Fig.11 A/CNK-A/NK diagram of the ore-bearing rocks and country rocks of the lithium-bearing proclain stone in Yifeng area