王豐翔 , 李曉明, 陳 超 董國明, 崔 偉, 王云靜 張福祥

1. 河北省戰(zhàn)略性關鍵礦產資源重點實驗室 河北地質大學地球科學學院, 河北 石家莊 050031; 2. 內蒙古自治區(qū)巖漿活動成礦與找礦重點實驗室 內蒙古自治區(qū)地質調查院, 內蒙古 呼和浩特 010020; 3. 中國地質科學院礦產資源研究所 自然資源部成礦作用與資源評價重點實驗室, 北京 100037; 4. 河北省地質環(huán)境監(jiān)測院, 河北 石家莊050021; 5. 河北省地礦局第二地質大隊, 河北 唐山 063000

關鍵礦產或關鍵金屬是國際上最近提出的資源概念, 指的是現(xiàn)今社會必需、 但安全供應存在較高風險的一類礦產的總稱, 主要包括稀有金屬 (Li、 Be、Rb、 Cs、 Nb、 Ta、 Zr、 Hf、 W、 Sn)、 稀土金屬、 稀散金屬(Ga、 Ge、 Se、 Cd、 In、 Te、 Re、 Tl) 和部分稀貴金屬(PGEs、 Co 等)。 關鍵金屬因其稀缺性和優(yōu)良的物化性質, 具有重要性、 戰(zhàn)略性、 稀缺性和動態(tài)性等特征, 出于資源、 經濟、 環(huán)境、 技術等原因而導致供應上可能存在一定障礙和風險, 因此全球對戰(zhàn)略性礦產的競爭日趨激烈[1-4]。 Be-Rb 礦是我國重要的戰(zhàn)略性緊缺礦產, 是航空航天、 原子科學、 生物醫(yī)學、 光纖通訊和綠色新型材料不可或缺的原料, 被譽為“尖端金屬”、 “核子堆保護神” 和“長眼睛” 金屬[5-6]。 因此, Be-Rb 礦的安全供應將成為我國尖端科學、 戰(zhàn)略性新興產業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)。 就礦產成因而言, 大中型的 Be 礦主要分為偉晶巖型、 花崗巖型、 石英脈型、 矽卡巖型、 云英巖型等多個礦化類型[5-6]; Rb 礦主要賦存在花崗偉晶巖、 鹵水和鉀鹽礦產[5-6]。 就伴生礦物而言, 內生Be-Rb 礦主要與Li、Nb、 Ta、 LREE 伴生, 主要集中在華南(宜春414 花崗巖型Be-Rb 礦)、 興蒙造山帶(石灰窯Rb 礦)、 新疆阿爾泰—天山—昆侖山(白楊河火山巖型Be-Rb 礦、可可托海Rb 礦)、 川西—松潘造山帶(李家溝Be 礦、扎烏龍花崗偉晶巖型Be 礦、 甲基卡花崗巖型Rb 礦)等重要成礦區(qū)帶。 需要指出的是, 冀東彭莊礦是我國北方地區(qū)發(fā)現(xiàn)為數(shù)不多的角礫巖型Be-Rb 礦床。 因此,作者基于成礦環(huán)境和礦床地質的系統(tǒng)研究, 對成因機制進行初步討論, 旨在提高我們北方地區(qū)Be-Rb 礦的理論研究水平, 推動找礦勘查工作進一步突破。

1 產出環(huán)境

研究區(qū)位于河北省遷西縣城北約12 km 處, 隸屬遷西縣三屯營鎮(zhèn)。 就大地構造而言, 其位于華北克拉通北段東緣, 在空間分布上與冀東幔枝構造軸部的韌性剪切帶和巖漿活動關系密切, 以產出有大量的堿性巖以及與堿性巖有關的金礦床而備受人們關注(圖1)[7-8]。 礦區(qū)構造受NE 向韌性剪切帶控制明顯,被認為冀東幔枝構造軸部韌性剪切帶的組成部分[8]。就展布方向而言, 區(qū)域斷層或斷裂主要呈左行或右行剪切活動, 總體呈近橢圓狀的環(huán)形構造[9-10]。

圖1 彭莊Be-Rb 礦床礦區(qū)地質圖(河北地質礦產局, 1987)[10]Fig.1 Geological map of Pengzhuang Be-Rb deposit (Geological Brigade of Hebei Bureau of Geology and mineral, 1987)

研究區(qū)地層產出有太古界遷西群和遵化群高級變質巖系, 典型巖性為紫蘇斜長麻粒巖、 斜角閃斜長片麻巖和斜長角閃巖, 也是賦礦角礫巖筒的寄宿地層。此外, 區(qū)域零星分布有侏羅世東嶺臺組火山巖。 區(qū)域巖漿活動貫穿于從前寒武紀經古生代到中生代地殼演化的全部過程, 以鐵鎂質和花崗質巖漿侵入活動為主。 其中, 前寒武紀的代表性巖體主要有太古代中基性侵入巖(成巖時代～2.5 Ga), 巖石類型由紫蘇花崗閃長巖、 輝石閃長巖、 角閃輝石巖和閃長巖組成, 呈巖株、 巖脈和巖墻產出。 古生代以來的巖漿侵入主要受E-W 向構造控制, 主要表現(xiàn)為印支—燕山期多期次的堿性-偏堿性花崗質巖體(圖1), 主要呈巖基形式產出, 巖石類型有正長閃長巖、 花崗閃長巖、 正長巖、 花崗巖、 正長花崗巖和次流紋斑巖組成, 年齡數(shù)據集中分布在245 ～199 Ma 和193 ～153 Ma 兩個階段[11-14]。 長英質脈、 基性巖脈和磁鐵石英巖脈主要圍繞著研究區(qū)呈環(huán)狀展布(圖1)。

2 礦床地質

角礫巖筒與圍巖呈突變關系, 在平面上呈不規(guī)則橢圓形, 近N-S 向延伸360 m, 寬60～200 m。 在剖面上, 角礫巖筒呈“V” 字型展布, 延深＞ 250 m (未見底), 總體傾向NEE, 傾角60°～80° (圖2)。 角礫巖主要呈灰白-綠灰色, 角礫狀結構, 主要由角礫和膠結物組成。 角礫多呈棱角狀-次棱角狀, 大小不一(0.1～10 m), 成分復雜, 含量70%～95%, 可見角閃斜長片麻巖、 花崗偉晶巖和煌斑巖; 膠結物(5%～30%) 主要有長英質和碳酸鹽巖等氣成熱液礦物。 長英質和碳酸鹽巖礦物(主要為石英、 鉀長石、 方解石) 主要呈細脈狀、 網脈狀(1 ～10 cm) 或團塊狀不規(guī)則鑲嵌。 以膠結物含量為依據, 可將角礫巖劃分為富膠結物角礫巖(20%～30%)、 一般角礫巖(5%～20%) 和貧膠結物角礫巖(＜5%)[15-16]。

就礦化而言, Be 礦化與富膠結物角礫巖有緊密聯(lián)系, 主要呈脈狀、 透鏡狀分布在角礫巖筒中部, 礦體最大厚度1.7 m, BeO 平均品位0.102%。 Rb 礦化分布范圍較廣, 形態(tài)呈筒狀, 具分支復合現(xiàn)象。 此外,Be-Rb 礦化局部伴生有LREE、 Sr、 W 和Ag 礦化。 就礦化-蝕變分帶而言, 礦化自上而下可分為: (1) Be-Rb-W 礦化帶, 對應的蝕變礦物主要為石英+鉀長石+碳酸鹽巖+綠柱石+自形黃鐵礦+赤鐵礦+磁鐵礦+黑鎢礦; (2) Rb-LREEs 礦化帶, 對應的礦化為白云母+黃鐵礦+石英+鈉長石+綠泥石; (3) Rb-Sr-Ti 礦化帶,對應的蝕變礦物天青石+金紅石+白云母+黃鐵礦+石英+鈉長石(圖2 和圖3)。

圖2 典型勘探線剖面圖Fig.2 The figure showing the typical exploration profile

圖3 角礫巖的組成和典型礦物Fig.3 Composition and typical minerals of breccia

3 礦床地球化學及指示意義

根據掃描電鏡、 電子探針和LA-ICP-MS 原點微量測試, Be 元素主要賦存在綠柱石中(圖4), LA-ICPMS 原點微量的平均含量為4.77% (圖5a; 200 測試點平均值)。 綠柱石主要呈三種形態(tài): (1) 具有核邊結構的長-短柱狀; (2) 具有增生環(huán)帶長柱狀; (3)晶簇。 綠柱石內有磁鐵礦、 金紅石等包體, 指示其高氧逸度特征(圖4)。

圖4 典型礦物組成Fig.4 Typical mineral association

Rb 元素主要賦存在綠柱石、 鉀長石和白云母之內, 少量也分布在鈦鐵礦中(圖5a, b)。 總體而言,礦化與膠結物含量呈正比, 尤其與鉀長石化和黃鐵絹云巖化具有成因聯(lián)系。 Ti 元素主要寄宿在金紅石、 鈦鐵礦和鈦角閃石中, 其中以金紅石和鈦鐵礦為主(圖5c, d)。

Sr 元素主要賦存在重晶石(圖5e) 和天青石礦物內, 后者主要呈針狀或長柱狀。 此外, 角礫巖中可見富LREEs 礦物, 主要為獨居石(圖5f) 和磷鈣石。Be-Rb 礦化受斷裂或斷層控制, 主要呈脈狀-透鏡狀產出, 發(fā)育有絹云母、 鈉長石、 鉀長石、 含錳碳酸鹽巖和石英等中低溫熱液礦物。 此外, 膠結物常伴生有磁鐵礦、 金紅石和獨居石等礦物, 表明成礦熱液具有高氧逸度的特征。

圖5 Be-Rb-Ti-Sr-LREE 元素寄宿礦物Fig.5 Host minerals of Be-Rb-Ti-Sr-LREE elements

賦礦角礫巖中石英和方解石中包裹體較為發(fā)育,原生包裹體主要成群或成帶分布。 包裹體類型主要為灰黑色氣相包裹體 (VCO2型)、 氣液兩相包裹體(VCO2- LCO2型) 和氣液三相包裹體(VCO2-LCO2-LH2O型), 整體以CO2廣泛發(fā)育為特征(圖6)。 包體均一溫度188℃～331℃, 主要集中在240℃～280℃, 流體鹽度w(NaCleq) 呈現(xiàn)出兩種不同鹽度: 低鹽度3.71‰～77.31‰和中高鹽度9.41‰～16.53‰, 對應的成礦壓力253 ～347 MPa。 兩種不同鹽度流體共生,可能是由于流體沸騰所致, 指示著沸騰可能為成礦的重要的機制。

圖6 流體包裹體照片F(xiàn)ig.6 Micro-photos of fluid inclusions

4 成因討論及勘查意義

根據成因類型, 硬巖型Be 礦主要分為過鋁性、偏鋁性和堿性成礦系統(tǒng)[6,17]。 硬巖型Rb 礦則主要有花崗巖型、 花崗偉晶巖型、 云英巖型、 巖漿熱液型[5,18]。 根據彭莊Be-Rb 礦產出環(huán)境, Be-Rb 礦化可能與區(qū)域印支—燕山期堿性巖漿具有成因聯(lián)系, 可能與區(qū)域金礦化是一個成礦系統(tǒng)或成礦系列, 動力機制可能與冀東幔枝構造演化有關。

根據其典型礦物組合、 礦物化學和流體包裹體數(shù)據, Be-Rb 礦化主要呈現(xiàn)巖漿熱液型特征, 為巖漿熱液隱爆產生的角礫巖型礦床。 這一成因類型在國內外均有產出, 代表型礦床主要有江西上坪巖漿熱液型W-Be-Rb-Cs 礦、 內蒙巴爾哲Ag-Rb 多金屬礦化、 湖南東坑巖漿熱液型Rb 礦和加拿大Strange Lake 和Thor Lake Be 礦、 尖峰嶺Ta-Nb-Rb 礦[19-22]。 上述典型礦化均呈現(xiàn)出多金屬礦化特征, 伴生礦化主要為Li、 Nb、Ta、 LREE、 Cs、 W、 Mo、 Ag 和Au 等多金屬礦化。 因此, 在彭莊Be-Rb 礦區(qū)要注重REE、 Cs 等礦化體的勘查, 在其外圍也可能存在與堿性巖漿有關的多金屬礦化, 最為可能的是熱液型W-Mo、 淺成低溫型Cu-Au、Ag-Pb-Zn 多金屬礦化。 與此同時, 在該區(qū)域尋找與堿性巖漿有關的Be-Rb 礦化具有一定勘查意義。

5 結論

(1) 冀東彭莊Be-Rb 礦是我國北方地區(qū)發(fā)現(xiàn)為數(shù)不多的角礫巖型礦床, 其與區(qū)域韌性斷裂和堿性巖漿巖具有密切的時空分布關系。 礦床呈現(xiàn)出Be-Rb-WREE-Sr-Ag-Ti 多元素礦化組合。

(2) 根據掃描電鏡和電子探針測試結果, Be 元素主要賦存在綠柱石內; Rb 寄宿礦物為鉀長石、 天河石和白云母; Sr 元素主要賦存在天青石內。 此外,角礫巖中可見富LREE 礦物, 主要為獨居石和磷鈣石。

(3) 成礦熱液中富含磁鐵礦、 金紅石、 獨居石等特征礦化, 指示其具有高氧逸度的特征。 部分方解石為錳方解石, 指示其淺成低溫的特征。 根據流體包裹體特征, 成礦溫度主要集中在240℃～280℃, 對應的成礦壓力為253～347 MPa。 成礦熱液流體呈現(xiàn)出兩種不同鹽度的流體, 可能為流體沸騰所致。