喜马拉雅东段库曲岩体锂、铍和铌钽稀有金属矿物研究及指示意义

稀有金属矿物记录了花岗伟晶岩成岩成矿的重要信息。喜马拉雅是全球著名的淡色花岗岩带,库曲岩体位于喜马拉雅东段的特提斯喜马拉雅岩系中。本文调查了库曲岩体的二云母花岗岩、白云母花岗岩、电气石花岗岩和花岗伟晶岩,其中,花岗伟晶岩涉及花岗岩的伟晶岩相和独立伟晶岩脉。库曲岩体产出的稀有金属矿物包括锂辉石、锂绿泥石、绿柱石、铌铁矿-钽铁矿、钇铀钽烧绿石和细晶石,它们主要赋存于似文象伟晶岩、石英-钠长石-白云母伟晶岩、块体长石-钠质细晶岩、块体长石-电气石钠质细晶岩、锂辉石-块体长石-细晶岩、白云母花岗岩的伟晶岩相以及电气石花岗岩内。显微镜观察、电子探针和LA-ICP-MS测试结果显示锂辉石具有四种产状,包括粗粒锂辉石自形-半自形晶、细粒锂辉石-石英镶嵌晶、中细粒锂辉石-钾长石-钠长石-云母镶嵌晶以及发育锂绿泥石的粗粒锂辉石,揭示了其形成时复杂的熔流体动荡结晶环境。绿柱石背散射电子图像（BSE）下呈均一结构和不均一结构（蚀变边、不规则分带和补丁分带）,元素替代机制包括通道-八面体替代、通道-四面体替代以及通道中碱金属阳离子间的置换。铌铁矿族矿物包括原生、蚀变边和不规则分带结构,部分被钇铀钽烧绿石和细晶石交代。与原生铌铁矿相比,蚀变边和不规则分带铌铁矿族矿物总体上富钽贫锰,显示了结晶分异、过冷却引起的过饱和以及流体作用。根据稀有金属矿物揭示的成因信息,独立伟晶岩脉（似文象伟晶岩）、白云母花岗岩的伟晶岩相和电气石花岗岩在岩浆分异程度、经历的演化过程、以及流体活动方面存在差异,很可能是不同期次岩浆活动的产物。库曲岩体绿柱石的Rb和Zn含量、以及铌铁矿族矿物的Sc₂O₃、SiO₂和PbO含量,与已有指示标志存在相关性,作为潜在指示标志仍需开展更多的研究工作。综合含锂辉石伟晶岩的产出、岩浆分异演化程度、多期花岗质岩浆活动、复杂的流体作用以及所属锂丰度高值区等因素,库曲岩体是喜马拉雅东段找锂的有利地段。

     

花岗伟晶岩分异演化与含矿性评价——从造岩矿物组构视角

高演化稀有金属伟晶岩的成矿过程是复杂和苛刻的,涉及到岩浆- 热液过程热历史、岩浆迁移路径与成矿空间、侵位环境的过冷程度以及岩浆组分中稀有金属元素的初始富集等条件。而伟晶岩的分带特征是其形成过程的一种综合体现,不论是伟晶岩区域分带还是伟晶岩内部结构分带,都反映了伟晶岩岩浆结晶分异过程中岩浆的性质与形成环境,而这同时也赋予了造岩矿物在组构上的特殊性,形成遗传代码,对其进行解密,从而能够用于示踪与评估花岗伟晶岩的演化程度与成矿潜力。对于区域伟晶岩群的成矿潜力评估,由于含矿熔体在组分上的跨度较大,随着远离母体花岗岩体距离的增大,伟晶岩群演化程度增加,熔体中铁镁质组分以及Ca、Ba、Sr等碱土金属含量迅速降低,而挥发分、助熔剂组分、碱金属含量在残余熔体中逐渐增加,长石、云母与石英在类别和组构上产生显著变化;其中长石向钾- 钠端元演化,且钠长石相对钾长石占据主导地位,云母由黑云母向白云母以及锂白云母转变,石英阴极发光特征与晶体结构及微量元素成分也表现出规律性的变化。受矿物晶格的限制,长石的K/Rb、K/Cs以及云母的K/Rb、K/Cs、Nb/Ta等比值特征能有效区分不同矿化潜力的伟晶岩群。石英的阴极发光特征能够揭示其生长环境与历史,石英的Li、Al、Ti、Ge等微量元素组成可以用来区分不同类型的伟晶岩矿床,并提供关于岩浆演化和成矿过程的重要线索。伟晶岩内部分带的形成主要受成矿熔体规模、过冷度以及成矿空间的封闭性等因素的控制,但在初始熔体成分上可以具有较大的变化。其中强分带型稀有金属伟晶岩记录了完整的岩浆- 热液演化过程,不同阶段石英、长石和云母在晶体形态、微观结构以及微量元素组成上都具有显著变化。弱分带型稀有金属伟晶岩(钠长石- 锂辉石伟晶岩)的造岩矿物组分在伟晶岩内部变化不大,其受构造控制明显,在空间上与贫矿伟晶岩之间可具有较大的矿物组成差异,表明二者之间存在流动分异过程。而长距离(以更厚的地壳或大型拆离断层为标志)的熔体迁移正是形成超大型伟晶岩稀有金属矿床的有利要素。     

喜马拉雅东段库曲锂辉石伟晶岩锡石研究及指示意义

锡石是花岗伟晶岩中重要的含锡矿物。喜马拉雅淡色花岗岩带中多个花岗岩-伟晶岩系统均产出锡石。富锂伟晶岩中锡石的显微结构与化学组成及其对岩浆分异演化的指示意义尚不清楚, 亟待开展相关研究。本文调查了喜马拉雅东段库曲岩体西侧产出的多条含锂辉石伟晶岩脉, 其规模不等, 岩相分带简单, 主要岩相带为锂辉石-石英-钠长石带或锂辉石-块体长石-石英-(白云母)带, 也见钠质细晶岩。选取3处含锂辉石伟晶岩脉中的锡石开展阴极发光(CL)和原位微区分析测试(EPMA和LA-ICP-MS)研究。锡石的元素替代机制以2(Nb, Ta)⁵⁺+Fe²⁺→3Sn⁴⁺和同价置换(Ti⁴⁺, Zr⁴⁺, Hf⁴⁺, U⁴⁺)→Sn⁴⁺为主, 部分锂辉石伟晶岩中的锡石出现Fe对Sn和Nb的置换。锡石呈现4种阴极发光特征(黑色、灰色、振荡环带以及白色): 黑色区域具有明显高的Nb、Ta、Fe、Zr、U和Ga含量, 相对高的Hf含量, 以及较大的Ti含量变化范围; 灰色区域和振荡环带区域的化学组成相近, 振荡环带具有略高的Nb、Ta和Fe含量, 相对低的U含量; 白色区域具有相对低的Nb、Ta、Fe、Zr、U和Ga含量, 以及略低的Hf含量。锡石阴极发光特征与化学组成密切相关, Zr、U、Ga、Hf含量与锡石阴极发光特征具有一定联系。锡石的阴极发光结构(CL结构)主要为均一结构和不均一结构(核-边正环带、补丁以及核-边反环带), 包括黑色晶体、灰色晶体、振荡环带晶体, 黑色核+振荡环带/灰色边及补丁、灰色核+振荡环带/灰色边及补丁、振荡环带/黑色区域+白色丝带状边/棉絮状补丁、以及振荡环带/灰色/黑色核+黑色边。锡石CL结构的演化序列自内向外表现为黑色核部/晶体→灰色或振荡环带区域/晶体→(白色/黑色区域), 向亏损Nb、Ta、Fe、U、Ga, 弱亏损Zr、Hf、Y、Ti元素, 以及高Ta/(Nb+Ta)值和低Zr/Hf值的方向演化, 晚期可出现Fe的富集。锡石的CL结构和化学组成对比发现: 同一伟晶岩脉中的含锂辉石伟晶岩的分异演化程度低于锂辉石伟晶岩, 共存矿物的结晶分异可能产生富Nb和富Ta两组锡石, 不同含锂辉石伟晶岩脉在岩浆化学特征和演化过程具有明显差异。锡石CL结构与化学组成能够揭示锂辉石伟晶岩的化学特征与形成过程。

     

喜马拉雅东段库曲锂辉石伟晶岩铌钽矿物特征及指示意义

铌钽矿物是花岗伟晶岩中重要的稀有金属矿物,记录了伟晶岩岩浆分异演化过程。喜马拉雅中段和东段新近取得伟晶岩型锂矿重要找矿发现。本文针对东段库曲岩体中三处含锂辉石伟晶岩脉和白云母花岗岩产出的铌钽矿物（铌铁矿族矿物和细晶石）进行内部结构和化学组成研究。含锂辉石伟晶岩脉中的铌铁矿族矿物（CGM）为铌锰矿- 钽锰矿,产出均一、核- 边、补丁、不规则分带、振荡环带和复合结构,分为三个形成世代（CGM- I、CGM- II、CGM- III）,由CGM- I至CGM- II,铌铁矿族矿物向富Ta、Fe和略贫Y方向演化,体系经历了含Nb、Mn和Y矿物的结晶分异作用,形成了富Ta和Fe的富挥发分熔体或流体,由CGM- II至CGM- III,铌铁矿族矿物Ta/(Nb+Ta)和Mn/(Fe+Mn)值变化不一,反映了复杂的矿物- 流体相互作用。含锂辉石伟晶岩脉和白云母花岗岩中的细晶石产出均一、核- 边和不规则分带结构,分别揭示了富Ta和Ca流体作用、边界层效应或富Nb流体交代、以及动荡结晶环境下流体扰动。细晶石的TiO2、UO2、F含量以及Ta/(Nb+Ta)值可作为岩浆分异演化程度的潜在指示标志,但需考虑晚期热液流体对细晶石化学组成的影响。铌钽矿物研究揭示了库曲不同含锂辉石伟晶岩脉的岩浆特征与分异演化过程。1号含锂辉石伟晶岩脉岩浆相对富Fe,依次经历了含Fe矿物、含Nb和含Mn矿物、以及含Ta和含Mn矿物的结晶作用,局部伴随边界层效应或含Fe矿物结晶,晚期存在富Ta和Ca流体活动,并受边界层效应影响。2号含锂辉石伟晶岩脉岩浆就位后首先经历了含Nb和含Fe矿物结晶,之后经历了含Mn和含Y矿物结晶以及含Nb和含Ta矿物结晶耦合作用,晚期发育富Ta和Ca流体活动,随后发生富Nb流体作用。3号含锂辉石伟晶岩脉岩浆相对富挥发分,就位后经历了含Nb、Mn和Y矿物的结晶作用,以及复杂的矿物- 液相介质相互作用,体系晚期存在富Ta和Ca流体活动。库曲含锂辉石伟晶岩脉经历了熔体、富稀有金属和挥发分熔体至复杂流体（富Ta和Ca流体和富Nb流体等）的演化过程。铌钽矿物的内部结构分带和化学组成特征揭示了库曲岩体中淡色花岗岩和伟晶岩脉经历的岩浆分异演化过程以及晚期复杂的流体活动。     

喜马拉雅淡色花岗岩带伟晶岩的富铍成矿特点及向更高处找锂

喜马拉雅淡色花岗岩作为新识别的稀有金属成矿区带,已发现以Be-Nb-Ta(Sn-W)组合为主矿化且已形成大型矿床,如错那洞,但仅在为数不多的几处伟晶岩见到锂辉石,尚未发现工业锂矿床。因此,有必要剖析该区伟晶岩成矿(尤其Be同Li的对比)特点、条件及可能潜力,并与国内其他稀有金属矿带进行对比分析,从而推动喜马拉雅伟晶岩稀有金属矿床尤其是锂矿的发现。该区伟晶岩母体淡色花岗岩与华南稀有金属矿化花岗岩类似,显示高的分异程度但较窄的演化区间,并且熔体具有高的Li浓度。在印亚大陆碰撞带复杂的构造-变质-深熔作用下产生了多期次的岩浆活动,尤其新喜马拉雅期巨量的岩浆可为伟晶岩的形成、远距离迁移分异及成矿提供有利的热和物质基础。基于含Li伟晶岩形成于"远"母体、"高"海拔的特点,提出区域构造层位的上部或更高海拔地区以及淡色花岗岩岩体外侧远端的围岩内将可能是含锂伟晶岩的就位空间与找矿重点地段。     

石榴子石中的“水”揭示喜马拉雅错热锂辉石伟晶岩快速形成

东西向延伸近2500km的高喜马拉雅淡色花岗岩带不仅是新生代印度-欧亚板块碰撞的产物, 同时也与多种稀有金属矿床密切相关。近期, 在高喜马拉雅中部的错热地区发现了多条锂辉石伟晶岩脉, 为研究该地区岩浆分异演化过程、探索错热地区锂辉石伟晶岩成岩成矿时限提供了新材料。本文对该地区各类型淡色花岗岩及锂辉石伟晶岩中的石榴子石进行电子探针和傅里叶变换红外光谱分析, 研究表明: 错热地区花岗岩-伟晶岩体系中石榴子石属于岩浆成因的铁铝榴石-锰铝榴石系列, 且可能存在多种OH取代机制; 石榴子石主量元素及水含量记录了岩浆演化历程, 水含量受Si、Fe、Ca、Mn影响; 伴随岩性从石榴子石白云母花岗岩向锂辉石伟晶岩分异演化, 石榴子石逐渐富锰、富水; 在伟晶岩侵位后, 还可能与围岩发生了混染并发生了流体丢失, 导致石榴子石边部贫锰、贫水。此外, 石榴子石氢扩散模拟可用于限定伟晶岩形成时限, 热模拟结果显示2.5m宽的错热锂辉石伟晶岩脉自720℃侵位温度冷却至岩体中心温度低于450℃仅需24天, 表明错热锂辉石伟晶岩冷却迅速, 具有快速的形成速率。另外, 石榴子石水含量与MnO/(MnO+FeO)值呈正相关关系, 高水含量(>0.04%) 的锰铝榴石可能是喜马拉雅伟晶岩Li-Be矿化的潜在指示标志。