河南盧氏南陽(yáng)山地區(qū)稀有金屬礦床礦物學(xué)特征及礦化類型

張彥鋒，張杰，陶世旭，鄭廣明，李書文，田曉敏，賈寶川，裴滿意，莫家琛，張璜，范云峰

（1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第四地質(zhì)勘查院，河南 鄭州 450001；2.河南省地質(zhì)調(diào)查院，河南 鄭州 450001；3.三門峽金渠集團(tuán)有限公司，河南 三門峽 472000）

0 引言

稀有金屬礦床是重要的戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源。其中我國(guó)鋰礦資源豐富，以硬巖型為主，其中又以花崗偉晶巖型鋰礦分布最為廣泛。東秦嶺地區(qū)是我國(guó)重要的稀有金屬成礦區(qū)（圖1）（郭繼春等，1994；盧欣祥等，2010；王登紅等，2013），發(fā)育多個(gè)花崗偉晶巖脈密集區(qū)（圖1）。其中在官坡花崗偉晶巖脈密集區(qū)，稀有金屬元素明顯富集，產(chǎn)出數(shù)千條花崗偉晶巖脈，南陽(yáng)山鋰礦區(qū)在該密集區(qū)內(nèi)，位于官坡鎮(zhèn)南陽(yáng)山-百花溝一帶。

圖1 東秦嶺地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖（據(jù)陳西京等，1982修改）

礦區(qū)所在的官坡花崗偉晶巖密集區(qū)，先后有陜西省第三地質(zhì)隊(duì)、成都地質(zhì)學(xué)院第七教研室秦東科團(tuán)隊(duì)、河南省豫07地質(zhì)隊(duì)等單位和科研人員進(jìn)行過(guò)勘查和綜合研究工作。其中，1970年7月陜西省第三地質(zhì)隊(duì)對(duì)南陽(yáng)鋰礦區(qū)做了詳細(xì)的野外工作和綜合研究，提交了《河南省盧氏縣202（南）礦區(qū)稀有金屬礦床工業(yè)報(bào)告》。盧欣祥等（2010）認(rèn)為東秦嶺花崗偉晶巖具有明顯分異作用，稀有金屬礦化普遍且明顯，且具有鈉長(zhǎng)石化、鋰云母化等交代蝕變作用，稀有金屬富集程度與鈉長(zhǎng)石化密切相關(guān)，同時(shí)認(rèn)為該區(qū)偉晶巖與花崗巖同源，花崗偉晶巖形成及其礦化均為加里東期；陳金鐸等（2014）認(rèn)為，盧氏地區(qū)的偉晶巖在時(shí)空分布上具有連續(xù)演化特征，巖石類型包括黑云母型花崗偉晶巖、二云母型花崗偉晶巖、白云母型花崗偉晶巖和含稀有金屬礦物型花崗偉晶巖，偉晶巖形態(tài)多呈脈狀，具有明顯的分枝、膨大收縮等現(xiàn)象。

綜上，前人對(duì)該區(qū)研究主要集中在偉晶巖成礦特征、礦床地質(zhì)特征、鋰輝石礦物學(xué)等方面（陳西京，1982；張國(guó)偉，2001；白峰等，2011；李建康等，2014；王盤喜等，2017；周起鳳等，2019；秦克章等，2019），但是針對(duì)其他稀有金屬礦物特征研究較為欠缺。本文根據(jù)作者在該區(qū)多年的勘查和研究工作，結(jié)合前人工作成果，對(duì)南陽(yáng)山地區(qū)稀有金屬礦物學(xué)特征進(jìn)行研究，并系統(tǒng)劃分了該地區(qū)不同的礦化類型，為該區(qū)鋰和其他稀有金屬的開(kāi)發(fā)利用提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于華北地臺(tái)南緣秦嶺褶皺系，隸屬北秦嶺分區(qū)商南小區(qū)，在瓦穴子斷裂帶與商丹斷裂帶之間（張盼盼等，2017），由北至南出露寬坪（二郎坪）弧后盆地及北秦嶺基底雜巖，地層主要為古元古界秦嶺巖群郭莊組、雁嶺溝組，中新元古界峽河巖群和寬坪巖群，下古生界二郎坪群，中生界三疊系五里川組。秦嶺巖群經(jīng)歷了多期次的變質(zhì)變形作用，為一套中深變質(zhì)的基性火山巖-碎屑巖-碳酸鹽巖組合，下部為麻粒巖-片麻巖變質(zhì)建造，上部為鈣質(zhì)片巖-大理巖變質(zhì)建造（李建康，2012；張盼盼等，2017）。

研究區(qū)域構(gòu)造表現(xiàn)為疊瓦狀斷裂系統(tǒng)，由北至南至少發(fā)育有4條超巖石圈斷裂帶，各斷裂帶總體走向110°，各斷裂帶間發(fā)育至少5條褶斷帶（林德松和張玲，2004；徐新光等，2010）。

研究區(qū)區(qū)域上出露花崗巖體主要有灰池子巖體（356～388 Ma）、桃坪巖體（450 Ma）、漂池巖體（411 Ma）、蟒嶺巖體（173 Ma），南陽(yáng)山地區(qū)的花崗偉晶巖ρ363、ρ305脈取樣顯示年齡為396 Ma與410 Ma（成都地質(zhì)學(xué)院第九教研室，1973）。礦區(qū)內(nèi)偉晶巖的母巖為距離較遠(yuǎn)的桃坪巖體而非距離較近灰池子巖體及蟒嶺巖體，研究區(qū)內(nèi)與成礦有關(guān)的花崗巖時(shí)代為加里東晚期—海西期（成都地質(zhì)學(xué)院第九教研室，1973；陳西京，1982；周振華等，2016）。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 花崗偉晶巖特征

研究區(qū)內(nèi)花崗偉晶巖脈分布較為廣泛，一般多呈平行脈組產(chǎn)出，與圍巖界線清楚?；◢弬ゾr脈總體沿區(qū)域構(gòu)造格架產(chǎn)出，局部脈體與區(qū)域地層構(gòu)造線斜交或直交。礦脈形態(tài)有脈狀、透鏡狀、餅狀及不規(guī)則狀，具膨脹、收縮、分枝復(fù)合、尖滅側(cè)現(xiàn)等特征。規(guī)模大小不一，長(zhǎng)度一般為10～1000 m，厚度0.55～235 m。礦區(qū)共發(fā)育200余條礦脈，主要礦脈33條，按空間構(gòu)造規(guī)律和密集狀況，自西向東劃分9個(gè)礦段，各礦段巖（礦）脈密集發(fā)育，全區(qū)巖（礦）脈產(chǎn)狀基本各異。脈巖圍巖為一套透輝石大理巖、斜長(zhǎng)角閃片巖夾黑云鈣質(zhì)片巖，傾向20°～40°，傾角60°～75°，多為一套單斜地層（陳西京，1976；王令全等，2011；陳金鐸等，2014）。

2.2 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石結(jié)構(gòu)主要以自形—半自形板柱狀中粗粒狀偉晶結(jié)構(gòu)（圖2a）、碎裂結(jié)構(gòu)（圖2b）、交代結(jié)構(gòu)、殘余結(jié)構(gòu)為主，次為蠕蟲結(jié)構(gòu)（圖2c）、葉片結(jié)構(gòu)（圖2d）、隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)、細(xì)粒結(jié)構(gòu)。

依據(jù)礦石中礦石礦物鋰輝石的集合體特征，礦石常呈塊狀構(gòu)造、礦物定向構(gòu)造（圖2d）、團(tuán)塊狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造。

圖2 南陽(yáng)山地區(qū)稀有金屬礦礦石結(jié)構(gòu)特征

2.3 礦石化學(xué)成分

通過(guò)對(duì)南陽(yáng)山地區(qū)不同脈礦體（主要是ρ312、ρ314、ρ366脈）組合取樣并進(jìn)行了礦石化學(xué)全分析（表1）。由表可知礦樣中主要有用元素為鋰，Li2O 含 量1.05%，Ta2O5品 位0.0138%，Nb2O5品 位0.0123%，Rb2O品位0.252%，Cs2O品位0.089%，達(dá)到了花崗偉晶巖類礦床伴生礦參考性工業(yè)指標(biāo)含量的要求。

表1 礦石化學(xué)成分分析表

3 礦石礦物學(xué)特征

3.1 礦物成分

礦石礦物主要為鋰輝石，次為含鋰白云母，另有少量磷鋰鋁石、腐鋰輝石（鋰綠泥石）、鋰電氣石；鈮鉭鐵礦主要為鈮錳礦和鉭錳礦，偶見(jiàn)鈮鉭鈾礦；其他礦石礦物見(jiàn)錫石、錳鋰礦、鋰閃石、錳鈮礦、曲晶石、綠柱石等。脈石礦物以石英、微斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石為主，次為黑電氣石、方解石、白云石、磷灰石、高嶺石、綠簾石、金云母、赤鐵礦、磁鐵礦、褐鐵礦、磷鐵錳礦、黃鐵礦、毒砂、石榴子石、榍石、透輝石、透閃石、綠柱石、鋯石等。其礦物組成及相對(duì)含量見(jiàn)表2。

表2 礦石的礦物組成及相對(duì)含量

3.2 主要礦物嵌布特征

（1）鋰輝石：主要產(chǎn)于礦體中石英微斜長(zhǎng)石和石英鋰輝石帶中，次為石英鈉長(zhǎng)石交代體中。鋰輝石常以長(zhǎng)柱狀產(chǎn)出，呈自形—半自形晶，顏色以白色為主，少量為淺綠色或淺褐色，內(nèi)部解理、裂理發(fā)育，常與主要脈石礦物石英、鈉長(zhǎng)石及白云母呈較均勻嵌生(圖3a,b)，有時(shí)可見(jiàn)鋰輝石被白云母沿其邊緣或者裂隙交代；有時(shí)可見(jiàn)鋰輝石局部蝕變成腐鋰輝石（鋰綠泥石）（圖3c）；有時(shí)可見(jiàn)鋰輝石內(nèi)包裹有鈉長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石等礦物呈嵌晶結(jié)構(gòu)（圖3d）；有時(shí)可見(jiàn)鋰輝石與電氣石緊密鑲嵌在一起。產(chǎn)于石英微斜長(zhǎng)石鋰輝石帶中的鋰輝石晶體粒度變化大，直徑一般0.1～20 mm，長(zhǎng)1～40 mm；產(chǎn)于石英鋰輝石帶的鋰輝石晶體粗大，長(zhǎng)1～40 cm，直徑 2～5 cm。

圖3 鋰輝石礦物特征及鏡下嵌生特征

（2）鋰綠泥石：常為鋰輝石蝕變而來(lái)，故又稱為腐鋰輝石，淡綠色—藍(lán)灰色。鋰綠泥石常呈鱗片狀集合體產(chǎn)出，在鋰綠泥石內(nèi)有時(shí)能見(jiàn)到鋰輝石殘余體（圖4），鋰綠泥石中絹云母化、高嶺石化發(fā)育，常與石英、鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石及方解石鑲嵌在一起（圖5）。

圖4 鋰輝石被鋰綠泥石交代呈殘余結(jié)構(gòu)背散射電子及能譜圖

圖5 鋰綠泥石與方解石、鈉長(zhǎng)石、石英鑲嵌背散射電子及能譜圖

（3）鋰磷鋁石：鋰磷鋁石為含鋰的磷酸鹽礦物，其中Li2O的理論含量為10.16%。鋰磷鋁石主要呈自形—半自形粒狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部常分布有磷灰石，主要與鋰輝石、鈉長(zhǎng)石、電氣石、白云母等共生在一起。由于Li為輕元素，能譜及波譜均無(wú)法定量測(cè)得其含量，分析結(jié)果僅得到Al2O3、P2O5、F等元素的分析數(shù)據(jù)，成分較穩(wěn)定。

（4）鋰電氣石：粉玫瑰紅色，半自形—自形晶，柱狀，直徑一般為2～52 mm（多數(shù)為5～22 mm），較大晶體中包裹有長(zhǎng)英質(zhì)碎粒，零散分布于近圍巖偉晶巖質(zhì)碎斑巖帶中。通過(guò)對(duì)鋰電氣石進(jìn)行單礦物提純，再通過(guò)礦物定量確定其中礦物組成為鋰電氣石（80%）和石英（20%），化學(xué)分析測(cè)得其中的Li2O含量為0.45%。電氣石裂理非常發(fā)育，常呈自形柱狀嵌布于鈉長(zhǎng)石、石英、鋰云母等脈石礦物中（圖6a～b）。

圖6 鋰電氣石礦物特征及鏡下嵌生特征

（5）綠柱石：綠柱石是礦石中最主要的含Be礦物，其中BeO的理論含量為14.1%。主要產(chǎn)于粗粒石英-微斜長(zhǎng)石帶中，與石英、鉀長(zhǎng)石及鈉長(zhǎng)石緊密鑲嵌在一起，淡綠色—黃色（圖7a），產(chǎn)于交代體中的綠柱石多為白色、淡黃色晶體，自形—半自形結(jié)構(gòu)，呈柱狀或者粒狀零星分布，晶體較完整的長(zhǎng)約2～10 mm，但多被溶蝕交代，在石英溶穴中出現(xiàn)硅鈹石（圖7b），其粒度主要分布于0.05～0.50 mm 之間。

圖7 綠柱石礦物特征及背散射電子圖

（6）含鋰白云母（鋰云母）：紫紅色—銀白色，常呈片狀或者鱗片狀集合體，自形—半自形結(jié)構(gòu)，含鋰白云母常嵌布于鈉長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石及石英等礦物中（圖8a）；有時(shí)可見(jiàn)白云母呈細(xì)粒鱗片狀沿鋰輝石邊緣及裂隙交代呈殘余結(jié)構(gòu)（圖8b）；有時(shí)可見(jiàn)鉀長(zhǎng)石局部蝕變成細(xì)粒的白云母。集合體呈脈狀和團(tuán)塊狀產(chǎn)出。呈脈狀者，脈寬0.5～9 cm，長(zhǎng)數(shù)十厘米至一米余，鋰云母平行脈壁產(chǎn)出，呈團(tuán)塊狀者鋰云母集合體常沿板、塊狀鈉長(zhǎng)石和石英間隙充填。

圖8 鋰云母礦物特征及鏡下特征

（7）鈮鉭錳（鐵）礦：產(chǎn)于石英微斜長(zhǎng)石原生帶中者多為黑色板狀，與石英、微斜長(zhǎng)石嵌生（圖9a），粒度0.1～5 mm；產(chǎn)于石英白云母和石英鈉長(zhǎng)石交代體中的鈮鉭鐵礦一般呈針狀或板狀，晶體長(zhǎng)約0.05～1 mm，與石英和鈉長(zhǎng)石嵌生或呈包裹體（圖9b）。有時(shí)在高嶺土集合體、高嶺土-石英集合體中見(jiàn)到鈮鐵礦交代現(xiàn)象，還可看到鈮鐵礦與錫石連生或生于白云母節(jié)理之中。

圖9 鈮鉭錳（鐵）礦礦物特征及鏡下特征

（8）鈉長(zhǎng)石：鈉長(zhǎng)石是礦石中含量較高的礦物，多呈（0.2～0.6）mm×1 mm左右的半自形板柱狀集合體產(chǎn)出，常不均勻分布在石英集合體中，是鈉質(zhì)交代產(chǎn)物，鈉長(zhǎng)石多發(fā)育有聚片雙晶（圖10b），常與鉀長(zhǎng)石、石英、白云母及鋰輝石鑲嵌在一起（圖10a），其中有部分粗粒鈉長(zhǎng)石內(nèi)部包裹有鉀長(zhǎng)石、石英及白云母顆粒（圖10c）；有時(shí)可見(jiàn)鈉長(zhǎng)石邊緣及裂隙被絹云母交代（圖10d）。

圖10 鈉長(zhǎng)石礦礦物特征及鏡下特征

（9）鉀長(zhǎng)石（多為微斜長(zhǎng)石）：礦石中的鉀長(zhǎng)石常呈淺灰黃色—淺紅色，部分因含有銣銫成分呈綠色（天河石），長(zhǎng)柱狀或者厚板狀，自形—半自形結(jié)構(gòu)，常發(fā)育有卡氏雙晶。鉀長(zhǎng)石常與鈉長(zhǎng)石、石英等礦物緊密共生在一塊，其中有少量鉀長(zhǎng)石以單晶形式包裹于鈉長(zhǎng)石中（圖11a）。有時(shí)可見(jiàn)鉀長(zhǎng)石蝕變成絹云母，主要表現(xiàn)為絹云母呈星點(diǎn)狀或者微脈狀分布于鉀長(zhǎng)石中（圖11d）。鉀長(zhǎng)石的粒度較粗，粒度多在0.15 mm以上。

（10）石英：石英含量較多，在礦石中多呈他形粒狀，粒度0.05～10 mm大小不等，多以齒狀邊緣相緊密接觸，常和板柱狀鈉長(zhǎng)石集合體不均勻混雜一起分布。可見(jiàn)兩期石英，早期石英，他形粒狀，包裹于鉀長(zhǎng)石、電氣石晶體中（圖11c）。晚期石英，他形變晶粒狀，沿破碎的長(zhǎng)石、鋰云母、電氣石間空隙充填，與鈉長(zhǎng)石、鋰云母、電氣石接觸處呈櫛殼狀生長(zhǎng)。

（11）石榴子石（部分為銫榴石）：粒狀，常呈紅褐色（圖11b），粒徑在0.8～3 mm，多數(shù)晶體被后期碳酸鹽礦物交代，只有少量殘留，但其粒狀晶型保留，散布在晚期石英中。石榴子石常呈條帶狀或浸染狀分布在偉晶巖中，局部脈中有銫榴石出現(xiàn)，但含量很少，為銫的獨(dú)立礦物；也呈他形粒狀產(chǎn)出，粒度較細(xì)，主要分布于0.05 mm以下，主要與鋰輝石共生在一起，有時(shí)可見(jiàn)其嵌布于石英及鉀長(zhǎng)石中。

圖11 鉀長(zhǎng)石、石榴子石和石英等礦物特征及鏡下特征

3.3 鋰、鈮、鉭、鈹、銣、銫在礦石礦物中賦存特征

礦石中的鋰主要賦存在鋰輝石中，其占有率為62.78%，其次為含鋰白云母和鋰磷鋁石，鋰在二者中的占有率為22.72%和11.39%，另有少量鋰賦存在鋰綠泥石和鋰電氣石中（表3）。礦石中的銣基本上以分散形式賦存于白云母和鉀長(zhǎng)石中；銫主要以分散形式分布于白云母和鉀長(zhǎng)石中，但也有少量以獨(dú)立礦物銫榴石的形式存在（表4～5）。鉭、鈮主要賦存在獨(dú)立礦物鈮鉭鐵礦中，微量的分布在鈮鉭鈾礦中。鈹主要賦存在獨(dú)立礦物綠柱石中。

表3 鋰在不同礦物中的平衡配分

表4 銣在不同礦物中的平衡配分

表5 銫在不同礦物中的平衡配分

4 礦化類型

4.1 礦化類型劃分

根據(jù)南陽(yáng)山地區(qū)不同花崗偉晶巖的礦物學(xué)特征、分異交代作用及含礦性，其礦化類型可劃分為四類：（Ⅰ）黑電氣石微斜長(zhǎng)石型（圖12a），（Ⅱ）含黑電氣石鈉長(zhǎng)石型（圖12b），（Ⅲ）白云母鋰輝石鈉長(zhǎng)石型（圖12c），（Ⅳ）鋰云母鈉長(zhǎng)石型（圖12d）；依次對(duì)應(yīng)的礦石工業(yè)類型為非礦化型、含鈮鉭稀有金屬礦石、含鋰鈮鉭銣銫稀有金屬礦石、含鋰鈮鉭鈹銣銫稀有金屬礦石。

圖12 南陽(yáng)山地區(qū)花崗偉晶巖的礦石類型

4.2 不同礦化類型分布規(guī)律

（1）Ⅰ-Ⅳ不同礦化類型的花崗偉晶巖脈在平面展布上由南至北、由西至東結(jié)晶分異程度逐漸增強(qiáng)，交代作用逐漸增強(qiáng)，甚至第Ⅳ類型中出現(xiàn)鋰云母交代鋰輝石但還保留了鋰輝石的原始晶型，可以說(shuō)交代作用是巖漿結(jié)晶分異的高級(jí)階段和延續(xù)（劉麗君等，2017）。

（2）平面上由南至北、由西至東偉晶巖脈結(jié)構(gòu)分帶增強(qiáng)，在礦脈延伸上深部減弱。

（3）稀有元素（尤其Li、Ta、Cs）和揮發(fā)組分含量顯著升高，K2O/Na2O比值減小。

（4）從指示性不同礦化類型的礦物來(lái)看，非礦化偉晶巖型—含鈮鉭礦石型—多種稀有金屬礦石型，典型指示性礦物也在變化，由黑電氣石—藍(lán)（綠）色電氣石—紅色電氣石，由白云母—含鋰白云母—鋰云母，磷灰石及螢石含量由少到多。

5 結(jié)論

（1）鋰礦石中主要元素為鋰、鉭、鈮，鈹、銣、銫達(dá)到了伴生含量要求。

（2）礦石中的含鋰礦物主要為鋰輝石，其次為含鋰白云母。鉭鈮礦物絕大部分為鈮鉭鐵礦（主要為鈮錳礦和鉭錳礦）。其他礦物主要為石英，其次為鈉長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石，另有少量的高嶺石、方解石、磷灰石、鋰磷鋁石、鋰電氣石、鋰綠泥石、赤鐵礦、磁鐵礦、磷鐵錳礦、綠柱石等。其中鋰和鉭鈮都以獨(dú)立礦物的形式存在，可以單獨(dú)生產(chǎn)鋰精礦和鉭鈮精礦，鈹主要賦存在綠柱石中；銣、銫主要賦存在白云母和長(zhǎng)石中。

（3）南陽(yáng)山地區(qū)不同花崗偉晶巖可劃分為四個(gè)礦化類型：（Ⅰ）黑電氣石微斜長(zhǎng)石型，（Ⅱ）含黑電氣石鈉長(zhǎng)石型，（Ⅲ）白云母鋰輝石鈉長(zhǎng)石型，（Ⅳ）鋰云母鈉長(zhǎng)石型；依次對(duì)應(yīng)的礦石工業(yè)類型為非礦化型、含鈮鉭稀有金屬礦石、含鋰鈮鉭銣銫稀有金屬礦石、含鋰鈮鉭鈹銣銫稀有金屬礦石。