湖南高分异花岗岩与锂铌钽稀有金属成矿

郑义 郭春丽 许以明 唐菊兴

［编者按］“新一轮找矿突破战略行动”是新时代党中央、国务院的重大战略部署，事关国家能源资源安全，事关地方经济社会发展，事关产业链、供应链的整体布局，意义重大。矿产资源是经济社会发展的重要物质基础，矿产资源勘查开发事关国计民生和国家安全。我国既是矿产资源生产大国，也是矿产资源消费大国，但矿产资源的供应结构性矛盾突出，战略性矿产资源勘探开发力度不够，尤其是锂、镍、钴等新能源矿产对外依存度较高。与此同时，国内矿产勘查市场不振、矿产勘查开发活力不足是矿产资源管理领域的堵点难点，矿产勘查开发管理政策创新与科技支撑亦有待进一步加强。

湖南省作为我国矿产资源最为丰富的省份之一，经过多年的矿业发展及矿政改革，矿业经济曾一度高速发展。近年来因地勘行业低迷，投入减少导致找矿成果不显著，矿业经济发展遇到阶段性的瓶颈，面临找矿空间缩小、找矿难度加大、市场主体不活跃、外部环境有待优化等问题。为此本期“新一轮找矿突破战略行动”专栏特别邀请唐菊兴院士等国内知名专家从战略性矿产资源的找矿潜力与方向、基础地质支撑、政策保障等方面推出5篇文章，希望能为湖南省实施新一轮找矿突破战略行动发挥积极的指导作用，更好地服务全省经济社会高质量发展。

本期专栏负责人简介：

胡能勇（1964—），男，全日制构造地质学理学硕士、在职地质矿产普查与勘探工学博士，湖南省政府特殊津贴获得者，二级正高级工程师，自然资源部“首席科学传播专家”；长期从事地质矿产研究、地学旅游与地质公园规划建设、期刊编辑与管理、博物馆管理与研究；湖南省自然资源事务中心原副主任、湖南省地质博物馆原馆长；出版专著5部，公开发表学术论文26篇。

引用格式：郑义，郭春丽，许以明，唐菊兴.湖南高分异花岗岩与锂铌钽稀有金属成矿[J].国土资源导刊，2023，20（04）：1-9.

Reference format：Zheng Yi，Guo Chunli，Xu Yiming，Tang Juxing.Highly fractionated granite and Li-Nb-Ta rare metal mineralization in Hunan province[J].Land & Resources Herald，2023，20（04）：1-9.

摘 要：锂铌钽（Li-Nb-Ta）稀有金属是国际上重要的战略性资源，也是中国的紧缺矿种。基于此本文对湖南境内七个重要的锂铌钽（Li-Nb-Ta）多金属矿床进行系统总结，发现其形成与高分异花岗岩密切相关，集中于晚侏罗世和晚白垩世，因此本文认为未来可在储量评价、精细矿物学和成矿机制方面进一步开展工作，从而带动找矿突破。

关键词：锂铌钽矿床；稀有金属；高分异花岗岩；晚中生代；湖南省

中图分类号：P618.6           文献标志码：A           文章编号：1672-5603（2023）04-01-09

Highly Fractionated Granite and Li-Nb-Ta Rare Metal Mineralization in Hunan Province

Zheng Yi1，2，Guo Chunli1，2，Xu Yiming3，Tang Juxing1，2

（1.MNR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment， Beijing 100037;

2.Institute of Mineral Resources， Chinese Academy of Geological Sciences， Beijing 100037;

3.Mineral Resources Investigation Institute of Hunan Province， Chenzhou Hunan 423000）

Abstract： Lithium-Niobium-Tantalum （Li-Nb-Ta） rare metals are significant strategic resources in the world， and is the scarce minerals in China. Based on this， seven important Li-Nb-Ta polymetallic deposits located in Hunan province were summarized systematically in this paper. They are closely related to highly fractionated granites and formed in the late Jurassic and late Cretaceous. The future work about the reserves evaluation， elaborate mineral study， and mineralization mechanism can be carried out in order to drive the break-through in mineral exploration.

Keywords： Li-Nb-Ta deposit; rare metal; highly fractionated granite; late Mesozoic; Hunan province

0 引言

礦产资源作为社会发展的重要物质基础，其安全供给关系着国计民生和国家安全。中国作为全球矿产生产第一大国的同时也是矿产消费大国，其中2021年中国Li、Nb、Ta矿产资源消费量为7.4×104 t、2.6×104 t、750×104 t，分别占据全球消费排名的第一名、第三名和第三名，但是截止目前除了已探明Li资源量为150×104 t，中国Nb、Ta资源量均为未知[1]。虽然我国Li资源含量位居世界第四，但是受制于锂矿床资源的开采、提锂技术等方面的原因，目前仍需要大量进口锂矿，其对外依存度达到60%[1]，因此对于梳理我国Li-Nb-Ta多金属矿床的成矿规律迫在眉睫。湖南作为我国稀有金属的重要产地之一，主要有七个Li-Nb-Ta矿床，分别是正冲、尖峰岭、金竹垄、界牌岭、长城岭、上堡和小江。基于已公开发表文献，本文对上述七个矿床的地质特征、时空分布、全岩地球化学和矿化特征进行了全面梳理和系统总结，以期有助于Li-Nb-Ta找矿突破战略行动。

1 时空分布

湖南省境内有七个重要的Li-Nb-Ta多金属矿床（表1），可划分为三种类型：（1）花岗岩型包括金竹垄、上堡和小江矿床，（2）花岗斑岩型包括界牌岭和长城岭矿床，（3）云英岩型包括正冲和尖峰岭矿床。上述七个矿床均集中在湘东南地区，形成于晚中生代（图1），其中六个矿床位于南岭成矿带，一个矿床位于江南隆起东段（图1a）。已有成岩成矿年龄显示界牌岭和上堡矿床形成于早白垩世（94—86 Ma，图1b），而其他五个矿床主要形成于晚侏罗世（161—148 Ma，图1b）。

2 典型矿床成矿特征

湖南Li-Nb-Ta矿床在以往勘查过程中以Nb、Ta、Sn为重要矿种。本次选取金竹垄花岗岩型Li-Nb-Ta矿床、界牌岭花岗斑岩型Li-Nb-Ta-Sn-Be-F矿床、尖峰岭云英岩型Li-Nb-Ta-Sn矿床进行重点介绍，以概括三种类型矿床的主要特征。

2.1 花岗岩型

花岗岩型稀有金属矿床，又称稀有金属花岗岩，是指稀有金属矿物在岩石中呈浸染状或均匀分布，稀有元素达到一定富集程度的花岗岩[2]。

金竹垄Li-Nb-Ta矿床位于茶陵县邓阜仙花岗岩体东南部，以富含Nb-Ta为主要特征。其中Ta资源量为2 153 t（平均品位0.012%），Nb资源量为1 852 t（平均品位0.01%），Li以伴生的形式赋存于含钾矿物中[3]。矿区内主要以NEE向和NW向断裂为主，其中NW向为主要的控矿构造；地层主要以寒武系浅变质砂岩和泥盆系—白垩系陆源碎屑岩为主[3]。含矿岩性主要为钠长石花岗岩，其上部覆盖厚大似伟晶岩壳，下部逐渐过渡为钾长石花岗岩[3-5]。前人通过铌钽矿物、白云母定年，获得矿床成矿年龄为157.9—148.3 Ma[3，5]，显示成矿作用持续时间较长；通过锆石、锡石定年获得含矿岩浆作用时间为156—151 Ma[4，6]，为晚侏罗世大规模岩浆活动的产物。金竹垄矿床中铌钽元素主要呈两种形式存在：（1）以独立矿物形式分布于钠长石花岗岩中，如铌钽锰矿、富锰钽铌铁矿、铌铁矿、钽铁矿、细晶石等。（2）以类质同象方式赋存于硅酸盐矿物中（云母、榍石、霓石等）[5]。

2.2 花岗斑岩型

花岗斑岩型稀有金属矿床，稀有金属矿物以半自形—自形斑晶抑或基质两种方式存在，由深部地壳中早期形成的高温岩浆快速上侵并迅速冷却而形成的含矿斑岩 [9]。

界牌岭Li-Nb-Ta-Sn-Be-F矿床已探明的Sn资源量为69 300 t（平均品位0.85%），萤石矿物量15.4 Mt（平均品位39.2%）[7]。矿区主要发育NE向、NW向、EW向三组断裂，其中NE向断裂与成矿关系密切；出露地层以石炭系沉积岩为主[10]。前人根据含矿花岗斑岩岩性与成矿关系将其划分为三期，第一期为巨斑状花岗斑岩，第二期为中粒花岗斑岩，第三期为中细粒花岗斑岩[11]。矿床中Li-Nb-Ta矿物主要为铁锂云母、铌铁矿、铌锰矿、金红石等[8，9]。花岗斑岩下部的隐伏岩体从上至下，依次为厚大的云英岩、铁锂云母花岗岩、黄玉花岗岩[9]。该矿床形成与晚白垩世岩浆活动有关，成矿年龄集中于93.9—85.7 Ma[7，9，12]，成岩年龄集中于92—86 Ma[12-15]。

2.3 云英岩型

云英岩型稀有金属矿床，是指以独立矿物或类质同象方式主要赋存于云英岩或云英化花岗岩中，位于岩体顶部的云英岩层厚大且富含稀有元素[16]。

尖峰岭Li-Nb-Ta-Sn矿床矿石矿物包括铁锂云母、锂云母、铌钽铁矿、铌铁矿、锡石、黑钨矿。矿区地层以泥盆系碳酸盐岩为主，花岗质岩浆沿北东向断裂侵入其中[17]，花岗岩体岩性垂直分带现象明显，自上而下可分为云英岩带、强云英岩化钠化钾化花岗岩带、云英岩化钠化钾化花岗岩带、强钠化弱云英岩化钾化花岗岩带、强钠化钾化花岗岩带、钠化钾化花岗岩带、钾化黑云母花岗岩带[18]。铌钽金属储量Nb2O5+Ta2O5为7 478 t，平均品位为0.026%[16]，其中云英岩带Ta2O5平均品位0.032%、Nb2O5平均品位0.027%、LiO2平均品位0.82%；强云英岩化钠化钾化花岗岩Ta2O5平均品位0.021%、Nb2O5平均品位0.015%、LiO2平均品位0.37%；云英岩化钠化钾化花岗岩带矿化程度最好，Ta2O5平均品位为0.014%、Nb2O5平均品位0.012%、LiO2平均品位0.13%[17]。该矿床的成岩成矿年龄范围157—161 Ma[6，19，20]，其形成与中晚侏罗世岩浆活动具有密切成因联系。

3 花岗岩地球化学

三种类型Li-Nb-Ta矿床均与花岗质岩浆的形成和演化有关，含矿岩浆经历了高度的结晶分异作用才能导致稀有金属元素在岩浆中逐步富集，最终赋存于岩石中。本段对岩石的全岩地球化学数据进行对比以判别其分异程度。

3.1 花岗岩型

本文共收集到花岗岩型Li-Nb-Ta矿床24个样品的数据，其中小江10个、上堡7个和金竹垄7个。全岩SiO2含量为68.64%～78.28%（平均74.23%），平均值远高于中国花岗岩71.63%[22]；Al2O3含量为12.03%～14.66%，铝饱和指数（A/CNK）为1.00～1.19，呈过铝质特征（图2a）；K2O含量（3.61%～6.24%）高于Na2O含量（0.08%～4.83%），显示高钾钙碱性特征（图2b）；由于花岗岩分异程度高而导致全岩Fe2O3（0.01%～0.41%）、MnO（0.02%～0.1%）、P2O5（0.01%～0.19%）和TiO2（0.02%～0.53%）的含量維持在较低水平。

花岗岩微量元素蛛网图（图3a）显示花岗岩富集大离子亲石元素Rb（204～1 695 ppm）、Th（10.9～83.8 ppm）和U（4.1～56.6 ppm），亏损高场强元素Ba（5～564 ppm）、Sr（1.9～125 ppm）和Zr（36.6～209 ppm）。球粒陨石标准化稀土配分图解（图3d）显示金竹垄、上堡、小江花岗岩均具有Eu的负异常，其中金竹垄花岗岩LREE/HREE值为2.8～8.3，（La/Yb）N为8.0～34.7，轻稀土较重稀土含量高；小江花岗岩与上堡花岗岩呈更加平坦的REE模式，其中小江LREE/HREE为0.25～2.67，（La/Yb）N为0.4～8.1；上堡花岗岩LREE/HREE为1.07～1.72，（La/Yb）N为2.0～2.7。三个矿床的花岗岩的稀土元素均具有明显的M型四分组效应，显示出高度的分异演化，又以上堡花岗岩具有最高分异程度为特征。

3.2 花岗斑岩型

本文共搜集花岗斑岩型矿床31个岩石样品数据，包括界牌岭10个样品和长城岭21个样品。相对于花岗岩矿床，花岗斑岩具有较低的SiO2含量（61.87%～76.48%，平均71.3%），较高的Al2O3含量（12.02%～22.74%，平均15.3%）。铝饱和指数（A/CNK值）范围跨度很大，介于0.76～2.85之间，数据点绝大多数落入强过铝质区域，仅有两个样品落入准铝质区域（图2a）。SiO2–K2O相关图（图2b）显示花岗斑岩大多数属高钾钙碱性系列，只有少部分投在钾玄岩和钙碱性岩区域。与花岗岩型矿床相似，花岗斑岩同样贫Fe2O3（0.07%～1.90%，平均0.69%）、MnO（0.03%～0.52%，平均0.14%）、P2O5（0.01%～0.21%，平均0.09%）和TiO2（0.01%～0.26%，平均0.06%）。在微量元素组成特征上，花岗斑岩普遍富Th（7.5～57.6）、U（5～32.6）、Rb（383～3 480）大离子亲石元素以及Ta（3.6～114.3）、Nb（42.0～87.2）稀有金属元素，强烈亏损Ba、Sr、La、Ce、Zr、Hf等（图3c）。在稀土配分图解上，界牌岭和长城岭花岗斑岩均具有强烈的Eu负异常，总体上呈现出显著的四分组效应（图3e），表明岩浆在喷出地表之前，于地壳中岩浆房内经历了一定程度的分异演化。

3.3 云英岩型

本文共搜集7个云英岩样品数据，包括正冲云英岩6个样品，尖峰岭1个样品。相对于花岗岩型和花岗斑岩型矿床，云英岩型矿床具有更高的全岩SiO2含量（73.7%～84.9%，平均76.9%），显示出岩浆经历了更高程度的分异。Al2O3含量低至中等（9.4%～14.1%，平均12.1%），A/CNK值为1.74～5.06，具有更强的过铝质特征（图2a）。K2O含量变化范围较大（1.46%～6.43%，图2b），呈两组不同区间分布，如尖峰岭云英岩与正冲云英岩II期K2O含量较低（1.46%～3.18%），而正冲云英岩I期含量较高（5.42%～6.43%）[19]。云英岩中MgO、P2O5、TiO2含量普遍低，均不超过0.12%。微量元素组成上（图3b），云英岩显示出Rb和U的高度富集及Nb、Th、Hf的中等程度富集，强烈亏损大离子亲石元素Ba和Sr。Rb和Li含量远高于花岗岩型和花岗岩型矿床的岩石，分别达到了1 183～2 985 ppm（平均2 308 ppm）、1 645～4 698 ppm （平均3 748 ppm）。稀土元素配分图（图3f）显示正冲云英岩与尖峰岭云英岩均具有明显的负Eu异常，其中正冲云英岩的LREE值介于82～118 ppm，HREE值介于143～236 ppm，LREE/HREE比值介于0.5～0.7，（La/Yb）N为0.8～1.4；尖峰岭云英岩LREE值为106 ppm，HREE值为9.3 ppm，LREE/HREE比值为11.5，（La/Yb）N为12.6，显示出岩浆经历了高度的结晶分异过程，导致稀土元素呈现明显的四分组效应特征。

4 矿床矿化特征

4.1 花岗岩型

花岗岩型稀有金属矿床最重要的特征是岩体即矿体，并且岩体具有典型的垂直分带现象，一般来说自下而上可清晰地划分为黑云母花岗岩、二云母花岗岩、白云母花岗岩、铁锂云母花岗岩（含黄玉铁锂云母花岗岩）、钠长石花岗岩、云英岩、似伟晶岩[29，33]。湖南花岗岩型矿床中Li、Nb、Ta含量均达到工业品位，最高含量分别可以达到1 310 ppm、122 ppm、50.5 ppm[33]；含矿岩体的Nb/Ta和Zr/Hf比值可以作为判别岩浆分异程度的有效指标，Nb/Ta–Zr/Hf相关性（图4）显示湖南花岗岩型矿床中的高分异花岗岩均投在“稀有金属花岗岩”区间，表明三个矿区花岗岩均达到了成矿阶段，其中上堡花岗岩矿化程度最高，Nb和Ta含量最高可达120 ppm和51 ppm，远远高于金竹垄花岗岩与小江花岗岩。其原因可能是由于上堡花岗岩中Li含量较高，Li作为一类挥发分会导致花岗质岩浆的固相线温度降低，从而使含矿岩浆得以更加充分的分异，使包括Li在内的稀有金属元素逐步富集在高分异花岗岩中成矿[33]。

4.2 花岗斑岩型

斑岩型矿床主要是铜、金、钼矿的主要来源[24]，具有埋藏浅、品位低、易开采、储量大的特征[34]。一般来说，我国Li-Nb-Ta主要来自于碱性岩型、花岗岩型、花岗伟晶岩型矿床[25]，与花岗斑岩相关的Li-Nb-Ta矿床较少，除了本文中湖南两个花岗斑岩型矿床（界牌岭和长城岭），最近刘永超等[26]在福建发现了永定大坪花岗斑岩Nb-Ta矿床。越来越多的发现表明花岗斑岩形成稀有金属矿化的可能性。湖南花岗斑岩型Li、Nb、Ta含量分别最高可达2 120 ppm、87.2 ppm、114.3 ppm，相应的Li2O品位可以达到0.454%，Nb2O5+Ta2O5品位可以达到0.016%，可供工业开采[27-28]。铁锂云母是最主要的含Li、Nb、Ta造岩矿物，其Li含量范围介于2.43%～4%（平均为2.92%）。主要的含铌钽矿物有铌锰矿、铌铁矿、锡石和金红石，其中铌铁矿的Nb2O5含量（51.6%～70.1%）高于铌锰矿（54.9%～59.7%），而Ta2O5含量差别不大（5.26%～16.33%）[8-9]。

4.3 云英巖型

云英岩型Li-Nb-Ta矿床往往很少形成独立矿床，一般形成于高分异花岗岩体的顶部，与花岗岩型矿床紧密共生[29]。目前，对于高分异花岗岩体上覆云英岩形成的观点主要有两种：热液交代成因[30] 和岩浆成因[31]。湖南的两个云英岩型矿床的特征显示其属于岩浆成因：在花岗质岩浆结晶分异过程中，Li-Nb-Ta等稀有元素随着岩浆分异程度升高不断富集，最终成矿于岩浆房顶部的钠长石花岗岩与云英岩中[29，32]。湖南云英岩型Li含量最高可达4 698 ppm，远高于花岗岩型和花岗斑岩型矿床中的Li含量。含锂矿物为铁锂云母，其Li2O含量介于3.125～4.07%[16]。含铌钽矿物主要为铌铁矿，多见于黄玉铁锂云母花岗岩与铁锂云母花岗岩，其中黄玉铁锂云母花岗岩中铌铁矿Nb2O5（24.35～64.24%）含量稍逊于铁锂云母花岗岩铌铁矿Nb2O5（41.515～63.85%）。因此，相对于其他两类矿床，含矿云英岩是更具开采价值的Li-Nb-Ta稀有金属矿床类型。

5 问题与展望

目前，已经基本查明湖南省Li-Nb-Ta矿床的基本特征，但是部分矿床的研究尚处于起步阶段，主要存在以下几个问题：

（1）Li、Nb、Ta的储量评价工作尚且薄弱。目前仅有半数矿床已探明资源储量（正冲、尖峰岭、金竹垄、上堡），其他三个矿床储量皆为空白，资源储量都亟需进一步开展工作。

（2）对于湖南Li-Nb-Ta矿床研究程度较低。小江、上堡、金竹垄矿床仅有部分地球化学与成矿年龄数据，尚缺乏精细的矿物学研究工作，如利用高精度的电子探针、等离子质谱、原子探针等技术手段研究元素富集过程。

（3）成矿机制认识不足。应当加强方法理论研究，完善湖南Li-Nb-Ta矿床在源、运、储等精细方面的研究，形成一个完整的理论体系，通过理论结合实践，从而进一步带动找矿突破。

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