东秦岭宽坪花岗岩体及其附近含铷伟晶岩的成矿机理*

宋公社 杨文博 许 锋 吴 鹏

(陕西省地质调查中心)

花岗岩体与花岗伟晶岩均属于岩浆岩范畴，花岗伟晶岩是富含挥发分岩浆缓慢结晶的产物，常形成于地壳较深层位，是一种较为特殊的岩浆岩，以其矿物晶体粗大，并具有特殊的矿物组合及含有丰富的稀有金属矿物原料为特征[1]。秦岭造山带是我国花岗岩及花岗伟晶岩较为发育的地区之一，以陕西境内最为发育，西起宝鸡太白，经秦岭腹地城固—佛坪—宁陕一带，向东到达丹凤—商南进入河南卢氏均为岩浆岩发育区，以上地区构成了秦巴地区主要的三大花岗伟晶岩地区[2]。其中，丹凤—商南至河南卢氏一带是秦岭地区伟晶岩脉最为发育的地区，伟晶岩脉分布广且数量居多。岩浆型伟晶岩脉稀有金属矿化发育相对较好，以铷、铌、钽为主，局部富集锂、铍等矿产。以往对东秦岭花岗伟晶岩评价中，对华北板块南缘活动陆缘弧内的花岗岩体以其与之有关的花岗伟晶岩脉的研究程度相对较高，在此过程中发现了一些稀有金属矿产地，如凤凰寨—大苇园锂矿点、峦庄铌钽、铍矿点，对于两大板块碰撞地带内的碰撞型花岗岩体，尤其是伟晶岩脉的研究程度则相对较低。本研究通过对东秦岭商丹地区宽坪花岗岩体及其附近伟晶岩脉的分布特征及含矿性进行调查和评价，并对岩体及伟晶岩脉的成矿机理进行探讨，供该区后续找矿工作借鉴。

1 区域地质背景

东秦岭商丹地区位于商丹地壳对接带的商丹蛇绿混杂岩带内，夹持于分水岭断裂和商丹断裂之间(图1)，呈NWW—SEE向狭长状展布，东西长约150 km，南北宽约30 km。区内地层由新元古界丹凤岩群为主体的蛇绿混杂岩与大量造山期花岗岩组成，丹凤岩群是从秦岭岩群中解体出来的一套绿片岩相—低角闪岩相变质火山—沉积岩系，是商丹蛇绿杂岩带最主要的组成部分，包括了中基性—酸性岛弧火山岩，具有浊积岩特征的沉积岩(杂砂岩、深水碳酸盐岩)，超镁铁质岩、枕状玄武岩、放射虫硅质岩等E-MORB型蛇绿岩以及秦岭岩群古老残块等大小不一的构造卷入的块体[3]。混杂岩带内岩浆岩较为发育，由东向西依次为中酸性刘家台岩体、宽坪岩体、铁峪铺岩体及高山寺岩体，中基性岩体发育于该区南部。其中，宽坪岩体在区内发育规模最大，岩体附近形成的伟晶岩脉最为发育。

图1 东秦岭商丹地区地质特征

2 岩体特征

2.1 岩体地质特征

2.1.1 宽坪岩体

宽坪花岗岩体呈一狭长透镜状沿NWW—SEE向展布，与断层构造线方向基本一致，长约45 km，宽度为0.5～3 km，岩体与围岩呈侵入接触关系，在岩体接触带内常见发育数十米长的围岩变质杂岩体，外接触带花岗岩呈宽度不等的脉状体贯入丹凤岩群中，显现了浅源深位原地或半原地侵位的同构造花岗岩特征[4]，属挤压环境下的主动侵位。

宽坪花岗岩体岩性以片麻状中细粒黑云母二长花岗岩为主，通过多阳离子R1-R2图解(图2)，发现岩体落入二长花岗岩和正长花岗岩范围内[5]。岩石呈浅肉红色—灰白色，中细粒花岗结构，块状、片麻状构造，主要由斜长石、钾长石、石英、黑云母组成。其中，黑云母含量一般为5%～10%，局部富集地段黑云母含量可达15%以上，呈片状，片径为0.5～0.8 mm；斜长石含量约40%，以半自形为主，粒径为1～2 mm，双晶以钠长石双晶为主，双晶纹细密；钾长石含量约25%，以他形晶为主，格子双晶发育；石英含量约20%，呈他形粒状，粒径为0.1～1.0 mm，多波状消光；磷灰石、锆石为粒状自形晶，锆石放射性晕发育。岩体蠕英结构较发育，岩体内部及边缘发育强烈的面状组构，糜棱岩化作用强烈。岩体内部多分布有丹凤岩群变质岩残留体及定向展布的暗色闪长质包体[6]。

宽坪花岗岩体相变不明显，以片麻状构造为主，部分地段可见似斑状构造，靠近地层附近，呈细粒状二长花岗岩。岩体中节理、裂隙发育，裂隙产状与区域断裂基本一致，走向110°～290°，沿裂隙可见后期穿插的长英质脉和花岗伟晶岩脉，岩脉多呈细脉状、团块状，其中伟晶岩脉以肉红色微斜长石花岗伟晶岩脉为主。通过对宽坪岩体进行锆石w(206U)/w(238U)测年，可知年龄为(442±2.9)Ma[7-8]，与张宗清[7]利用不一致线上交点获得的(426± 59)Ma年龄值基本一致，是东秦岭早古生代晚期形成的花岗岩体之一。

图2 岩石分区R1-R2图解

2.1.2 花岗伟晶岩脉

在宽坪花岗岩体内部及其南北两侧地层中均见有不同规模的花岗伟晶岩脉出露，岩脉展布与岩体方向基本一致，受商丹断裂构造线控制，岩脉与围岩界线清晰，未见明显的烘烤边和蚀变现象，脉体在走向上和倾向上连续性较好，岩脉长度一般为数十米至上千米不等，最长可达7 350 m，脉体宽度为数米到十几米不等，最宽可达25.9 m。伟晶岩脉岩性以微斜长石花岗伟晶岩、云英岩化微斜长石花岗伟晶岩为主，见有少量的富石榴石微斜长石伟晶岩，云英岩化富石榴石微斜长石伟晶岩，硅化微斜长石伟晶岩，高岭土化微斜长石伟晶岩，绿泥石化微斜长石伟晶岩，绿泥石化、碳酸盐化微斜长石伟晶岩，硅化、绿泥石化微斜长石伟晶岩以及碳酸盐化微斜长石伟晶岩。本研究虽然对该区花岗伟晶岩进行了锆石年龄测试，一方面由于该区伟晶岩中锆石普遍遭受后期热液交代作用，锆石中往往含有较高的U及其他微量元素，给测年工作带来了挑战；另一方面，伟晶岩作为花岗岩质岩浆的产物，在岩浆上升过程中往往捕获老地壳中的锆石(即捕获锆石)，故而最终未得到伟晶岩脉的真实年龄。伟晶岩脉在岩体南侧较为发育，本研究在岩体南侧的丹凤县资峪沟15 km范围内共圈出了20多条伟晶岩脉(图3)。

2.2 岩体地球化学特征

宽坪岩体与资峪沟花岗伟晶岩脉的岩石化学成分测试结果见表1。

图3 丹凤县资峪沟铷矿区地质特征

由表1可知：宽坪花岗岩体与其附近的伟晶岩脉中Si含量相对较高，w(SiO2)>70%，属硅过饱和岩石，岩体及其附近伟晶岩脉以富碱(w(Na2O+K2O) 为6%～11%)、铝(w(Al2O3)>13.67%)，贫Fe(w(TFe2O3)为0.25%～1.03%，平均为0.49%)、Mg及Ti为主要特征。岩体中长石w(K)/w(Na)为0.53，以斜长石为主，含有一定量的钾长石，伟晶岩中w(K)/w(Na)大于1，说明伟晶岩脉中的长石矿物主要为含钾(微斜)长石。经过计算，岩体σ(岩石碱度组合指数)为1.79～3.15(<3.3)，表明宽坪岩体及伟晶岩均属于钙碱性花岗岩类岩石。

表1 宽坪花岗岩体及其主要类型花岗伟晶岩岩石化学成分

注：岩体为侵位于岩体中的伟晶岩；围岩为侵位于地层中的伟晶岩。

结合岩体各类地质数据，利用A/CNK-A/NK判别图解(图4)进行了岩体划分，除1件含绿泥石化、碳酸盐化微斜长石伟晶岩样品外，岩体及伟晶岩脉的所有样品均位于过铝质岩石范围中，表明该区伟晶岩可能由过铝质岩浆结晶而来，与野外观察结果较吻合。宽坪岩体以黑云母作为主要的富铝矿物，伟晶岩中出现了往往指示过铝质岩浆成因的石榴石，两者地球化学性质一致，与典型的S型花岗岩具有相似特征。

图4 岩体A/CNK-A/NK图解

2.3 岩体构造成因

对宽坪花岗岩体及其附近的伟晶岩进行采样分析，根据样品微量元素分析结果，在微量元素R1-R2构造环境判别图上(图5)，宽坪花岗岩体以及多数伟晶岩样品均位于同碰撞至后造山范围中，可见其形成的构造环境主要为同碰撞造山环境，与典型S型花岗岩形成的构造环境一致，但有若干样品(花岗伟晶岩样品)沿着非造山趋势线分布，说明宽坪岩体与多数伟晶岩同处于碰撞花岗岩范围，部分伟晶岩脉属非造山期岩浆分异后期的产物。

图5 微量元素R1-R2构造环境判别图解

根据宽坪花岗岩体与伟晶岩的地球化学特征以及构造环境判别图(图4)，并结合野外钻探工作所反映出的地质现象，本研究分析认为宽坪花岗岩体与该区伟晶岩的形成与秦岭造山带的造山作用密不可分，其地球化学特征指示了该类岩体形成的构造环境是以同碰撞环境为主但逐渐往非造山转换，在成因上具有一定的继承性。

3 成矿机理

3.1 宽坪花岗岩体及伟晶岩含矿性

通过对宽坪花岗岩体及其附近主要类型伟晶岩脉进行微量元素分析(表2)，并利用岩石中稀有元素含量与中国花岗岩类岩石中的稀有元素平均含量进行对比，发现宽坪岩体内含有一定量的稀有元素，其中Li、Be、Nb、Ta、Cs等含量略高于中国花岗岩类的平均含量，但受岩体成因、元素化学特征及成矿条件制约，以上元素在该区未形成明显的富集区和矿化现象。伟晶岩脉的形成是岩浆后期含挥发分的岩浆沿一定的空间(商丹带次级构造)缓慢结晶而成，有足够的成岩时间，使得某些元素发生了富集、沉淀[8]。宽坪花岗岩体附近的伟晶岩脉以含有丰富的微斜长石为主要特征，后期虽有轻微的热液蚀变，但蚀变较弱，发生于岩体局部地段，以云英岩化为主。表2中不同类型伟晶岩中的Rb含量远远高于花岗岩体中的Rb含量，Nb、Ta含量也相对较高，具有明显的富集现象，其他稀有元素含量总体较低。

表2 宽坪花岗岩体及其附近主要花岗伟晶岩稀有元素含量

3.2 含铷伟晶岩稀有元素矿化特征

东秦岭商丹地区伟晶岩脉以富含微斜长石(微斜(条纹)长石)矿物为主要特征，未见强烈的后期岩浆热液蚀变和交代作用，仅在局部地区出现较强的云英岩化现象，形成了以白云母和石英为主的矿物。通过前期研究，发现微斜长石及后期云英岩化中白云母的形成，为岩脉内Rb富集提供了可能，Rb以类质同像形式替代含钾矿物(微斜长石+白云母)中的Ka进入含钾矿物中[8]。

为进一步分析含矿伟晶岩矿石中的化学成分，了解矿石的元素富集及含矿性，本研究对该区不同类型的含矿伟晶岩采集了17件矿石样品，对区内常见的微斜长石-微斜(条纹)长石型花岗伟晶岩进行了多元素分析和光谱半定量分析，结果分别见表3、表4。由表3、表4可知：矿石中稀有元素Rb含量相对富集，Rb2O含量均在《矿产资源工业要求手册》中综合回收伴生边界品位指标以上，部分样品(14-16-22样品)达到了综合回收伴生工业品位指标，w(Rb2O)为0.05%～0.21%，含量相对较高。

表3 花岗伟晶岩型铷矿石多元素分析 %

注：带“*”成分单位为(×10-6)；Au、Ag单位为(×10-9)。

根据矿石光谱半定量分析结果(表4)，对微斜长石-微斜(条纹)长石花岗伟晶岩中检测出的稀有元素铷、锂的含量与矿石中的钾、纳含量进行了对比分析，可知：氧化铷的富集与氧化钾关系密切，在该类花岗伟晶岩型矿石中两者具有明显的正相关关系，与氧化钠的关系不密切，氧化锂在该类伟晶岩型矿石中的富集现象不明显，与矿石中的钾、纳无明显的相关性。

表4 花岗伟晶岩型铷矿石光谱半定量分析 %

4 结 论

(1)宽坪花岗岩体是加里东晚期浅源深位原地或半原地侵位的同构造期花岗岩，属挤压环境下的主动侵位形成的岩体。岩体附近形成的花岗伟晶岩脉与宽坪岩体具有一定的继承性，是宽坪岩体岩浆后期热液岩浆形成的产物。

(2)宽坪花岗岩体及其附近伟晶岩的含矿性与“我国三稀资源战略调查研究”项目的相关研究成果[9-10]基本一致，稀有元素Li、Be、Ta、Nb、Rb主要与钙碱性花岗岩有关，形成于褶皱造山系，属陆内挤压环境的产物。

(3)宽坪花岗岩体附近形成的伟晶岩以微斜长石-微斜(条纹)长石花岗伟晶岩为主，其次为云英岩化花岗伟晶岩，少量的石榴石、硅化、绿泥石化及碳酸盐化微斜长石花岗伟晶岩等。岩脉中的稀有元素铷具有明显的富集现象，氧化铷含量达到了综合回收伴生的工业指标，铷的富集与矿石中钾的含量具有明显的正相关性。矿石中的含钾矿物以微斜长石、白云母为主，为该地区寻找伟晶岩型铷矿提供了方向。