大悟縣楊新巖鈹礦點含鈹礦物賦存狀態與成因研究

鐘石玉，熊意林*，楊 成，李書濤，屠江海，石先濱，胡太平

(1.湖北省地質調查院,湖北 武漢 430034; 2.湖北省地質局 第六地質大隊,湖北 孝感 432000)

大悟縣楊新巖鈹礦點位于娘娘頂鎢鈹礦區內,該鈹礦點發現較早,1961—1963年期間,湖北省地質局701隊對楊新巖鈹礦點進行了概略性礦點檢查與評價[1]。2013年實施的“湖北廣水—大悟地區礦產地質調查”項目對楊新巖鈹礦點進行了重點礦產檢查,初步估算鈹礦體334資源量為BeO 130 t。近年來,湖北省地質局第六地質大隊在礦區開展了鈹鎢多金屬礦預普查工作,于楊新巖鈹礦點圈出了2個鈹礦體,均產于娘娘頂花崗巖體與紅安巖群黃麥嶺組地層接觸界面附近鈉化花崗巖石中(圖1)。

目前對于楊新巖鈹礦體的研究主要集中于礦床(點)地質特征與找礦標志以及找礦方向、含礦巖體成巖年齡等方面,但至今尚未明確鈹礦體成因類型。本文運用光薄片巖礦鑒定、電子探針分析、掃描電鏡等相結合的手段,對鈹礦石樣品含鈹礦物的賦存狀態進行研究,并探討鈹礦的成礦時代，其成果可以用于確定楊新巖鈹礦點的成因類型。

1 礦區地質特征

娘娘頂鎢鈹礦區位于秦嶺—大別造山帶桐柏段東部,桐柏—紅安造山帶的結合部位,區域性北西向新(城)—黃(陂)斷裂帶與北東向澴水斷裂帶交匯的北西部(圖1)[1-2]。礦區出露地層主要為新元古界紅安巖群黃麥嶺巖組、天臺山巖組,巖石類型以白云鈉長片麻巖、白云淺粒巖、石榴鈉長角閃片巖、鈉長角閃片巖及白云石英片巖等為主。在礦區河谷兩帶、河谷兩側低丘地區分布著少量第四系全新統殘坡積層和沖積層。礦區內最主要構造為NE、NW、NNE向斷裂破碎帶以及發生在破碎帶內的次級構造裂隙。北東向與北西向構造帶的復合部位是巖體侵位的有利空間,同時這些斷裂的次級裂隙中礦化現象明顯,與成礦關系密切。礦區侵入巖體主要有王大山巖體、雞公山巖體和娘娘頂巖體,此外還發育有大量脈巖如花崗斑巖脈、花崗巖脈及石英脈等。

圖1 娘娘頂鎢鈹礦區地質略圖[1-2]Fig.1 Geological sketch map of Niangniangding tungsten beryllium deposit 1.第四系沖積物；2.新元古界紅安巖群天臺山組下段；3.新元古界紅安巖群黃麥嶺巖組上段；4.新元古界紅安巖群黃麥嶺巖組下段；5.中細粒斑狀二長花崗巖(雞公山巖體)；6.中細粒二長花崗巖(娘娘頂巖體)；7.變輝長巖(王大山巖體)；8.花崗斑巖脈；9.花崗巖脈；10.石英脈；11.碎裂巖帶；12.性質不明斷層；13.實測地質界線；14.片理產狀；15.采樣位置；16.礦體。

2 礦床(點)地質特征

2.1 礦體特征

楊新巖鈹礦點共圈出2個礦體,其中Ⅰ號主礦體長約190 m,寬3～8.6 m,形態較為復雜,主要呈透鏡狀、扁球狀等,總體呈向南凸出的扁豆狀作弧形展布,走向約307°,BeO品位為0.34%～0.53%；Ⅱ號礦體規模較小,長約10～20 m,寬2 m,整體呈透鏡狀向南產出。

2.2 礦石特征

由于遭受后期高溫氣液作用,接觸界面處圍巖蝕變強烈,主要有鉀長石化、鈉長石化、云英巖化、綠泥石化、方解石化以及硅化等[1,3]。接觸界面附近的娘娘頂花崗巖體強烈風化,鈉化程度較深,形成鈉化花崗巖。接觸界面附近強烈鈉化的花崗巖可見日光榴石,Be平均品位約為0.05%。在遠離接觸界面的地方局部也可見強烈鈉化的花崗巖,但Be平均品位<0.01%。鈹礦石主要產自鈉化帶內,礦石類型主要為鈉長石化花崗巖型,且富鈹礦石往往鈉化蝕變程度較深,而鈉化程度較弱的花崗巖鈹含量相對較小。大部分鈹礦石可見皮殼狀構造,明顯分為內外兩個部分。

鈹礦石內部為灰白色鈉化花崗巖,中粒結構,可見較大顆粒的斜長石及石英,云母含量較少,并含有少量白色不規則粒狀的方解石；鈹礦石外部為黑褐色鐵鋅錳質皮殼,為礦石在后期表生風化作用下,褐錳礦、褐鐵礦等氧化礦物與鈉長石、綠泥石等混合在一起所形成。

鈹礦石的礦石礦物為鋅日光榴石,脈石礦物主要成分為鈉長石、方解石、石英,次要成分為錳鋁榴石、綠泥石、白云母、褐錳礦、褐鐵礦等。

3 礦物賦存狀態

本文用于測試分析的礦石樣品分別采自楊新巖鈹礦點兩個出露的礦體中,采樣點位置見圖1。

本文對于兩件樣品YXY-SM-1、YXY-SM-2進行掃描電鏡片制片,隨后利用AMICS礦物自動分析系統對礦石中礦物組成、粒度及分布特征等參數進行測量。

樣品YXY/TZ-1-1磨制電子探針薄片后,先在光學顯微鏡下觀察,然后選取典型礦物進行能譜定量分析測試。

3.1 礦石物質組成

3.1.1化學組成

樣品YXY-SM-1的化學組成見表1。由表1可知,礦石中主要元素為Si(27.99%)、O(46.50%)、Al(9.61%)等元素,Be元素含量0.02%。

表1 樣品YXY-SM-1化學組成Table 1 Chemical composition of sample YXY-SM-1

YXY-SM-2的化學組成見表2,由表2可知,礦石中主要元素為Si(30.48%)、O(47.56%)、Al(8.62%)等,Be元素含量0.01%。

表2 樣品YXY-SM-2化學組成Table 2 Chemical composition of sample YXY-SM-2

3.1.2礦物組成

樣品YXY-SM-1礦物組成分析結果見表3,大面積掃描背散射圖及礦物分解相圖見圖2及圖3。

表3 樣品YXY-SM-1礦物組成表Table 3 Mineral composition of sample YXY-SM-1

圖2 樣品YXY-SM-1背散射掃描圖Fig.2 Backscatter scanning of sample YXY-SM-1

圖3 樣品YXY-SM-1礦物分解相圖Fig.3 Mineral decomposition phase diagram of sample YXY-SM-11.斜長石；2.石英；3.綠泥石；4.方解石；5.白云母；6.鉀長石；7.黑云母；8.鋯石；9.鈦鐵礦；10.低計數率；11.鋅日光榴石；12.菱猛礦；13.磁鐵礦；14.金紅石；15.水鋅錳礦；16.錳鋁榴石；17.獨居石。

由表3、圖2及圖3可知,礦石樣品YXY-SM-1主要組成礦物為斜長石,含量81.99%,金屬礦物主要為菱錳礦及磁鐵礦,含量分別為3.73%及3.29%,含Be礦物為鋅日光榴石,含量0.35%。

樣品YXY-SM-2礦物組成見表4,大面積掃描背散

射圖及礦物分解相圖見圖4及圖5。

由表4、圖4及圖5可知,礦石樣品YXY-SM-2主要組成礦物為斜長石,含量75.02%,石英含量11.59%；金屬礦物主要為磁鐵礦及鐵鋅菱錳礦,含量分別為5.06%及1.18%；含Be礦物為鋅日光榴石,含量0.13%。

圖4 樣品YXY-2背散射掃描圖Fig.4 Backscatter scanning of sample YXY-2

圖5 樣品YXY-SM-2礦物分解相圖Fig.5 Mineral decomposition phase diagram of sample YXY-SM-21.斜長石；2.石英；3.綠泥石；4.方解石；5.白云母；6.鉀長石；7.黑云母；8.鋯石；9.鈦鐵礦；10.低計數率；11.鋅日光榴石；12.菱猛礦；13.磁鐵礦；14.金紅石；15.水鋅錳礦；16.錳鋁榴石；17.獨居石。

表4 樣品YXY-SM-2礦物組成表Table 4 Mineral composition of sample YXY-SM-2

鋅日光榴石,淺褐色,半透明,表面偶可見黑褐色風化產物,呈他形—半自形粒狀,其晶形為四面體,多呈不規則尖角狀,并可見三角形斷面,顆粒直徑0.06～0.5 mm[3]。

3.2 鋅日光榴石賦存狀態

3.2.1鋅日光榴石一般特征

經電子探針能譜定量測試分析,礦石樣品YXY/TZ-1中鋅日光榴石化學分析結果見圖6、表5。而鋅日光榴石標準化學式為Zn4(BeSiO4)3S,可知樣品鋅日光榴石內含有少量鐵、錳,以類質同象形式替代了鋅。

表5 樣品YXY/TZ-1鋅日光榴石電子探針能譜定量分析結果Table 5 Quantitative analysis results of sample YXY/TZ-1 zinc garnet by EDS

圖6 樣品YXY/TZ-1電子探針測試背散射圖Fig.6 Electron probe backscatter diagram of sample YXY/TZ-1Gen.鋅日光榴石；Pl.斜長石；Py.黃鐵礦；Lm.褐鐵礦。

樣品YXY-SM-1鋅日光榴石能譜成分分析結果見表6,背散射圖及能譜圖見圖7。如表6所示：鋅日光榴石內Zn元素含量為41.38%～43.63%,平均含量為42.36%,O元素含量為29.48%～30.45%之間,平均值為29.99%,Si元素含量13.10%～14.83%,平均值14.16%,S元素含量5.83%～6.27%,含有少量Mn及Fe,平均含量分別為3.87%及3.55%。另外,由于能譜無法檢測到Be元素,Be元素理論含量為4.53%左右,故檢測各元素含量比實際值偏高。

圖7 樣品YXY-SM-1鋅日光榴石背散射圖及能譜圖Fig.7 Backscatter and energy spectra of sample YXY-SM-1Gen.鋅日光榴石；Pl.斜長石；Cal.方解石；Mt.磁鐵礦。

表6 樣品YXY-SM-1鋅日光榴石化學成分分析Table 6 Chemical composition analysis of sample YXY-SM-1 zinc garnet

樣品YXY-SM-2能譜成分分析結果見表7,背散射圖及能譜圖見圖8。如表7所示：鋅日光榴石內Zn元素含量為41.02%～44.71%,平均含量為43.30%,O元素含量為25.23%～28.16%,平均值為26.86%,Si元素含量13.20%～15.74%,平均值14.03%,S元素含量6.01%～6.39%,含有少量Mn及Fe,平均含量分別為4.39%及5.24%。另外,由于能譜無法檢測到Be元素,Be元素理論含量為4.53%左右,故檢測各元素含量比實際值偏高。

圖8 樣品YXY-SM-2鋅日光榴石背散射圖及能譜圖Fig.8 Intergrowth relationship of sample YXY-SM-2Gen.鋅日光榴石；Pl.斜長石；Py.黃鐵礦。

表7 樣品YXY-SM-2鋅日光榴石化學成分分析Table 7 Chemical constituents of sample YXY-SM-2 zinc garnet

3.2.2鋅日光榴石賦存狀態

樣品YXY-SM-1鋅日光榴石連生關系如表8所示。鋅日光榴石主要與低計數率部位連生(見圖9),占總面積的55.67%。

表8 樣品YXY-SM-1鋅日光榴石連生關系表Table 8 Backscatter and energy spectra of sample YXY-SM-1

樣品YXY-SM-2鋅日光榴石連生關系如表9,由表9可知,鋅日光榴石主要與低計數率部位連生(見圖10),占總面積的61.00%。

表9 樣品YXY-SM-2鋅日光榴石連生關系表Table 9 Intergrowth relationship of sample YXY-SM-2

低計數率是指巖石裂隙及孔洞部位,兩個樣品中鋅日光榴石均主要與低計數率部位連生,即表明鋅日光榴石多賦存于巖石裂隙及孔洞內,推測可能為后期變質成因。

4 娘娘頂巖體年齡

近年來,湖北省地質調查院等研究單位針對娘娘頂黑云母二長花崗巖進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素年齡測試,取得了(747±11)～(741±11) Ma的成巖年齡數據(楊成等,暫未發表),表明其為南華紀侵入巖。

5 討論

5.1 鈹礦成因

燕山期花崗質巖漿熱液在礦區內沿娘娘頂花崗巖體與黃麥嶺組地層之間接觸面等構造軟弱帶上侵。在接觸面附近圍巖中各元素在高溫環境下活化,發生交代作用。隨著交代作用的進行,巖漿熱液溫度、壓力逐漸下降,發生了鈉長石化等圍巖蝕變。

在接觸界面處高溫影響下,地層和娘娘頂花崗巖供應有大量的成礦元素,發生雙交代作用,形成了獨特的鋅日光榴石。由于黃麥嶺組地層中硫、錳含量較高,鋅日光榴石中硫離子、錳離子主要來自黃麥嶺組地層,而鐵離子、鋅離子的來源可能都有娘娘頂花崗巖和地層的貢獻；鈹離子則主要來自于燕山晚期巖漿。

礦體被風化破壞、礦石被氧化后形成褐鐵礦與大量菱錳礦等礦物,及楊新巖鈹礦床中獨特的黑褐色皮殼。

5.2 成礦時代

中國花崗巖型稀有金屬礦床大多分布在南嶺及其鄰區,成礦時代基本上都屬于燕山期,并且主要集中在103～174 Ma范圍內[4]。中國的稀有礦床從元古宙至中生代都有產出,不過燕山期是稀有、稀土礦床的主要成礦時代[5]。燕山期是中國稀有金屬礦床爆發式產出的時期,該時期產出的稀有金屬礦床不僅礦床數量多，而且礦床類型幾乎涵蓋了所有的稀有金屬礦床類型(花崗巖型、堿性巖及堿性花崗巖型、火山熱液型、偉晶巖型等)。楊新巖鈹礦點所在區域,燕山晚期花崗巖與鎢、鉬、鈹成礦關系密切[6-8]。因此,筆者有理由認為礦區內鈹成礦作用主要發生于燕山期。

娘娘頂黑云母二長花崗巖成巖時間為南華紀,而楊新巖鈹礦體產于娘娘頂花崗巖體與黃麥嶺組地層接觸界面附近,嚴格受控于鈉化、云英巖化等后期高溫氣液等圍巖蝕變。娘娘頂花崗巖很可能僅為賦礦圍巖,筆者推測娘娘頂花崗巖體之下很可能存在有隱伏的與Be成礦關系緊密的燕山晚期小花崗巖體,如小巖株等,為鈹礦的形成提供了成礦熱液與成礦物質。

6 結論

(1) 楊新巖鈹礦體產于娘娘頂花崗巖體與黃麥嶺組地層接觸界面附近,嚴格受控于鈉化、云英巖化等后期高溫氣液等圍巖蝕變。大部分鈹礦石外部可見獨特的黑褐色鐵鋅錳質皮殼。礦石中Be平均品位約為0.05%,而經AMICS礦物自動分析系統計算礦石中Be含量為0.01%～0.02%。

(2) 礦石中金屬礦物主要為鐵鋅菱錳礦及磁鐵礦,含Be礦物為鋅日光榴石,含量為0.13%～0.35%。鋅日光榴石內含有少量Fe、Mn。

(3) 鋅日光榴石主要與低計數率部位連生,表明鋅日光榴石多賦存于巖石裂隙及孔洞內,推測可能為后期變質成因。

(4) 楊新巖鈹礦體為花崗質巖漿熱液沿娘娘頂花崗巖體與黃麥嶺組地層之間接觸面上侵,經巖漿氣液雙交代作用所形成。鋅日光榴石中硫離子、錳離子主要來自地層,鐵離子、鋅離子則娘娘頂花崗巖和地層可能都有貢獻；鈹離子主要來自燕山晚期巖漿。楊新巖鈹礦體成因類型為巖漿熱液型,歸于交代成因。

(5) 娘娘頂花崗巖成巖時間為南華紀,很可能僅為賦礦圍巖。礦區內鈹成礦作用主要發生于燕山期。娘娘頂花崗巖體之下很可能存在有隱伏的與Be成礦關系緊密的燕山晚期小花崗巖體,為鈹礦的形成提供了成礦熱液與成礦物質。