湖南仁里5號(hào)偉晶巖脈鈮鉭礦物特征與巖漿熱液成因的探討*

楊晗，陳振宇**，李建康，李鵬，王臻，周芳春

（1中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所自然資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100037；2湖南省核工業(yè)地質(zhì)局311大隊(duì)，湖南長(zhǎng)沙410011）

鋰、鈹、鈮、鉭等稀有金屬在軍事、國(guó)防和民用等諸多領(lǐng)域有廣泛用途，在導(dǎo)彈火箭、核武器、芯片和新能源等當(dāng)中具有關(guān)鍵作用（李建康等，2019；王登紅等，2019）。鋰在鋰電池方面的廣泛應(yīng)用被稱為“能源金屬”，既是高科技新興產(chǎn)業(yè)所必需的高端材料，也成為老百姓日常生活所必需的常規(guī)材料（王登紅等，2016；2019）；鈹主要以鈹銅合金和鈹金屬的形式廣泛用于航空、航天和核反應(yīng)堆等領(lǐng)域（王登紅等，2019）。鈮、鉭是電子、原子能、宇航、鋼鐵、化工等工業(yè)的重要原料（王登紅等，2019）。稀有金屬元素在地殼中的含量比稀土還低，但也可以“超常富集”到大型、超大型礦床的規(guī)模，如新疆的可可托海、四川的甲基卡等（王登紅，2020），于此同時(shí)，近年來(lái)新發(fā)現(xiàn)的超大型花崗偉晶巖型鈮鉭多金屬礦床——湖南仁里鈮鉭礦床，為一個(gè)緩傾斜產(chǎn)狀的偉晶巖—細(xì)晶巖復(fù)合型鉭鈮礦，值得重視（王登紅等，2017）。仁里鈮鉭儲(chǔ)量高，品位富，其Ta2O5資源量10791 t，Nb2O5資源量14057 t，w（Ta2O5）（0.036%）、w（Nb2O5）（0.047%）（劉翔等，2018；周芳春等，2019a），有望提高中國(guó)鉭資源品質(zhì)（李建康等，2019）。目前，前人對(duì)仁里鈮鉭礦床的成礦特征及找礦標(biāo)志（陳虎等，2018；劉翔等，2018;2019；周芳春等，2019a；2019b）、成礦時(shí)代（李鵬等，2017），成礦模型（周芳春等，2019a），巖漿熱液成礦環(huán)境和包裹體（Li J K et al.,2019；Li P et al.,2019）以及地球化學(xué)（賀轉(zhuǎn)利等，2004；文春華等，2016，文春華，2017；黃志飚等，2018）等方面做了研究工作，取得不少研究成果，但在稀有金屬礦物學(xué)（李樂廣等，2018；楊晗等，2019a；2019b；王臻等，2019a；2019b）方面的研究較少，尤其缺少對(duì)鈮鉭礦物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的詳細(xì)研究。

鈮鉭礦物一般都是鈮、鉭系列礦物，常見的鈮鉭礦物有鈮鐵礦族礦物及重鉭鐵礦系列、燒綠石-細(xì)晶石系列等（王汝成等，2020）。鈮鐵礦-鉭鐵礦族礦物屬AB2X6型化合物：A組陽(yáng)離子主要由Fe、Mn占據(jù)，B組陽(yáng)離子主要由Nb、Ta、Ti及少量W、Sn、Zr等占據(jù)，X為氧，其中，F(xiàn)e-Mn間和Nb-Ta間為完全類質(zhì)同象替代。鈮鐵礦族礦物是稀有金屬花崗巖和花崗偉晶巖中最重要的鈮鉭礦物（潘兆櫓等，1994），它們可以很好地指示稀有金屬花崗巖和花崗偉晶巖的結(jié)晶演化歷史和演化程度（張愛鋮等，2004），而細(xì)晶石往往富集于偉晶巖演化的晚期階段（王賢覺等，1981）。

本文旨在通過電子探針成分和圖像分析對(duì)仁里5號(hào)脈各帶中鈮鉭礦物的成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析，總結(jié)鈮鉭礦物類型、賦存狀態(tài)及成因；通過其結(jié)晶環(huán)境和演化規(guī)律，探討仁里稀有金屬偉晶巖的巖漿-熱液演化過程，指示仁里稀有金屬礦床Nb、Ta元素的富集規(guī)律，為仁里地區(qū)的稀有金屬礦床找礦勘探提供理論依據(jù)。

1 地質(zhì)特征

仁里鈮鉭礦床位于湖南省平江縣東北部，燕山期幕阜山復(fù)式花崗巖體南緣與冷家溪群內(nèi)外接觸帶偉晶巖密集區(qū)內(nèi)。大地構(gòu)造上處于揚(yáng)子陸塊與華夏陸塊的過渡部位（圖1a、b）（束正祥等，2015；王小敏等，2017；周芳春等，2019a）。出露地層為冷家溪群坪原組片巖及第四系。礦區(qū)構(gòu)造格架呈“入”字型，以北北東向的天寶山-石漿壓扭性斷裂及其次級(jí)構(gòu)造為主。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，礦區(qū)北東方向分布規(guī)模較大的燕山期幕阜山巖體，出露中細(xì)粒二云母二長(zhǎng)花崗巖、細(xì)粒二云母二長(zhǎng)花崗巖及細(xì)粒花崗閃長(zhǎng)巖；北部出露片麻狀粗中粒斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖、粗中粒斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖；東南部出露中細(xì)粒黑云母斜長(zhǎng)花崗巖（圖2）。區(qū)域脈巖為花崗偉晶巖脈、石英脈，花崗偉晶巖脈最為發(fā)育。據(jù)湖南省平江縣傳梓源鈮鉭礦初勘報(bào)告，區(qū)域已查明脈體厚度大于1 m，長(zhǎng)度大于50 m的偉晶巖脈超過926條，其中，產(chǎn)于花崗巖內(nèi)帶的約712條，產(chǎn)于巖體外帶板巖中的約214條。偉晶巖水平向具有良好的分帶性，仁里鈮鉭礦床位于離巖體0.5~1.5 km的微斜長(zhǎng)石-鈉長(zhǎng)石偉晶巖型帶（Ⅱ）內(nèi)（圖2）。礦區(qū)花崗偉晶巖脈分布較密集，地表偉晶巖露頭約140條，偉晶巖脈的產(chǎn)狀、規(guī)模和形態(tài)不一。目前稀有金屬礦化較好的偉晶巖脈為1、2、3、5、6等5條礦脈，近北西走向，傾向西南。

圖1 幕阜山大地構(gòu)造位置（a）及地質(zhì)礦產(chǎn)簡(jiǎn)圖（b）（據(jù)李鵬等，2017）Fig.1 Simplified tectonic setting(a)and simplified geological and mineral resources map(b)of the Mufushan area(after Li et al.,2017)

圖2 仁里礦床地質(zhì)簡(jiǎn)圖（據(jù)李鵬等，2017）1—第四系；2—冷家溪群；3—細(xì)粒花崗閃長(zhǎng)巖；4—中粒二云母二長(zhǎng)花崗巖；5—粗中粒片麻狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖；6—粗中粒似斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖；7—新元古代二云母斜長(zhǎng)花崗巖；8—偉晶巖脈及其編號(hào)；9—主要斷裂；10—偉晶巖類型分帶界線及分帶類型：Ⅰ—微斜長(zhǎng)石型；Ⅱ—微斜長(zhǎng)石-鈉長(zhǎng)石型；Ⅲ—鈉長(zhǎng)石型；Ⅳ—鈉長(zhǎng)石鋰輝石型；11—采樣位置Fig.2 Simplified geologic map of the Renli deposit(after Li et al.,2017)1—Quaternary;2—Lengjiaxi Group;3—Fine-grained granodiorite;4—Medium-grained two-mica monzogranite;5—Medium to coarse-grained gneissic biotite monzogranite;6—Medium to coarse-grained porphyritic biotite monzogranite;7—Neoproterozoic two-mica plagioclase granite;8—Pegmatite vein(numbered);9—Major faults;10—Boundary between pegmatite zones and number:Ⅰ—Microcline type;Ⅱ—Microcline-albite type;Ⅲ—Albite type;Ⅳ—Albite-spodumene type;11—Sample location

仁里5號(hào)偉晶巖脈礦脈總長(zhǎng)度約4040 m，巖脈北端NW走向，南端為NNW走向，地表出露長(zhǎng)度超過2200 m，是礦區(qū)分帶性最好、規(guī)模最大的1條偉晶巖脈（李鵬等，2017）。礦床主要由3個(gè)礦體組成，其中主礦體5-2長(zhǎng)2040 m，平均厚度3.04 m，厚度變化系數(shù)56.51%，平均品位w（Ta2O5）：0.040%、w（Nb2O5）：0.054%、w（Rb2O）：0.05%，品位變化系數(shù)（Ta2O5）178.62%（陳虎等，2018）。根據(jù)礦物學(xué)特征，5號(hào)脈劃分為以下幾個(gè)結(jié)構(gòu)帶：文象偉晶巖帶（Ⅰ）、微斜長(zhǎng)石鈉長(zhǎng)石偉晶巖帶（Ⅱ）、白云母鈉長(zhǎng)石偉晶巖帶（Ⅲ）、細(xì)粒含石榴子石鈉長(zhǎng)石偉晶巖帶（Ⅳ）、鋰云母石英核帶（Ⅴ）（圖3）。

圖3 仁里5號(hào)偉晶巖剖面圖及礦物演變序列（據(jù)李鵬，2017）Fig.3 Cross section through the Renli No.5 Pegmatite vein and sequence of mineral evolution(after Li,2017)

文象偉晶巖，灰白色，石英，鈉長(zhǎng)石，少量片狀白云母（圖4a），礦物共生組合為石英+微斜長(zhǎng)石+鈉長(zhǎng)石；

微斜長(zhǎng)石偉晶巖，灰白色，粒狀鈉長(zhǎng)石（~45%），石英（~45%），片狀白云母（~10%）（圖4b），礦物共生組合為條紋長(zhǎng)石+鈉長(zhǎng)石+石英+白云母；

圖4 仁里5號(hào)偉晶巖脈代表性巖石手標(biāo)本照片a.文象結(jié)構(gòu)帶；b.微斜長(zhǎng)石鈉長(zhǎng)石偉晶巖帶；c、f.白云母鈉長(zhǎng)石偉晶巖帶；d.細(xì)粒含石榴子石鈉長(zhǎng)石偉晶巖帶；e.鋰云母石英核Mus—白云母；Ab—鈉長(zhǎng)石；Grt—石榴子石；Qtz—石英；Mic—細(xì)晶石Fig.4 Photographs of representative rocks from the Renli No.5 pegmatitea.Graphic pegmatite zone(zoneⅠ);b.Microcline-albite pegmatite zone(zoneⅡ);c、f.Muscovite-albite pegmatite zone(zoneⅢ);d.Fine-grained garnet-bearing muscovite-albite pegmatite zone(zoneⅣ);e.Lepidolite-quartz core Mus—Muscovite;Ab—Albite;Grt—Garnet;Qtz—Quartz;Mic—Microlite

白云母鈉長(zhǎng)石偉晶巖，灰白色，塊狀鈉長(zhǎng)石（~40%），石英（~35%），片狀白云母集合體（~25%）（圖4c、f），礦物共生組合為鈉長(zhǎng)石+石英+白云母；

石榴子石鈉長(zhǎng)石偉晶巖，灰白色，細(xì)粒鈉長(zhǎng)石（~40%），石英（~30%），石榴子石（~25%），石榴子石均勻分布，少量片狀白云母（~5%）（圖4d），礦物共生組合為鈉長(zhǎng)石+石英+石榴子石；

鋰云母石英核，灰白色，鈉長(zhǎng)石（~5%），石英（~70%），鋰云母（~15%）片狀白云母集合體（~15%）（圖4e），礦物共生組合為鋰云母＋石英＋鈉長(zhǎng)石＋微斜長(zhǎng)石＋鋰電氣石。鈮鉭礦化主要發(fā)生在白云母鈉長(zhǎng)石帶（Ⅲ）和鋰云母石英核中（Ⅴ）（李鵬，2017）。從外部帶到內(nèi)部帶鈉長(zhǎng)石增加微斜長(zhǎng)石減少。

2 分析測(cè)試方法

本次工作以5號(hào)脈地表采場(chǎng)5個(gè)偉晶巖帶中的樣品和仁里科學(xué)鉆探ZK708鉆孔成礦帶內(nèi)（Ⅲ帶）樣品作為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行了巖相學(xué)觀察，并利用電子探針對(duì)其主要鈮鉭礦物進(jìn)行了背散射電子（BSE）圖像分析、微區(qū)成分測(cè)定和元素面掃描（mapping）分析。測(cè)試工作在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所自然資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，儀器型號(hào)為JXA-8230，加速電壓15 kV，電流20 nA，束斑直徑5 μm或1 μm，使用天然礦物或人工晶體作為標(biāo)樣，主量元素分析精度約為0.01%。數(shù)據(jù)采用ZAF方法校正。

3 分析結(jié)果

3.1 鈮鉭鐵礦賦存狀態(tài)

5號(hào)脈鈮鐵礦族礦物呈零散顆粒狀分布于巖脈的Ⅰ至Ⅴ帶，不同的結(jié)構(gòu)帶中，鈮鐵礦族礦物在形態(tài)、產(chǎn)狀、礦物共生組合存在較大差異。背散射電子圖像（圖5）觀察表明，礦區(qū)鈮鐵礦族礦物具有明顯的成分不均一性。當(dāng)?shù)V物成分變化較大時(shí)，環(huán)帶結(jié)構(gòu)則變得相對(duì)復(fù)雜，形成韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)或者交代結(jié)構(gòu)。

Ⅰ帶鈮鉭礦物為規(guī)則的韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)，韻律環(huán)帶在Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ帶廣泛分布，半自形-自形。環(huán)帶邊部較平直，平行于晶體的結(jié)晶生長(zhǎng)面。在1個(gè)韻律序列中亮暗相間，亮帶相對(duì)較寬，暗帶相對(duì)較窄，而且內(nèi)帶較亮，外帶較暗。核部為鈮鐵礦，邊緣為鉭鐵礦（圖5a、b）。元素面分析顯示對(duì)應(yīng)于背散射電子圖像中亮度的變化主要體現(xiàn)為Nb和Ta的變化，從顆粒的核部到邊緣，Nb呈降低趨勢(shì)，而Ta呈升高趨勢(shì)，而Fe、Mn變化比較小(圖6a~a4、b~b4)，表明亮的部分相對(duì)富Ta，暗的部分相對(duì)富Nb。不同韻律序列之間的元素含量也有一定的差異，后一個(gè)序列比前一個(gè)序列更富Ta元素（圖5b，圖6b~b4）。

Ⅱ至Ⅲ帶背散射電子圖像中的韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)較Ⅰ帶更為復(fù)雜，鈮鉭礦物具核部相對(duì)較暗，向邊緣逐漸變亮，沒有明顯平直的晶體生長(zhǎng)面（圖5d、f）。Nb、Ta、Fe和Mn元素面分析（圖6c~c4）結(jié)果表明，對(duì)應(yīng)于背散射電子圖像的亮度變化，同樣韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)的較亮區(qū)域相對(duì)富Ta，較暗的區(qū)域相對(duì)富Nb，F(xiàn)e、Mn的含量沒有明顯變化。

Ⅲ帶部分鈮鐵礦族礦物顆粒較小，自形，分布于白云母和石英晶間（圖5e）；Nb、Ta、Fe和Mn元素面分析表明（圖6d~d4），F(xiàn)e/Mn和Nb/Ta的變化具有一致性，但Mn的變化量較Ⅰ帶、Ⅱ帶大。

Ⅳ帶除少量韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)外，大多為較亮的復(fù)雜交代結(jié)構(gòu)，電子探針成分分析顯示較亮的部分相對(duì)于較暗得部分更富Ta。鈮鉭礦物顆粒為半自形-他形，顆粒中的亮暗部分無(wú)規(guī)則的接觸邊緣，也沒有很好的自對(duì)稱性（圖5g）。筆者在Ⅳ帶鈮鉭氧化物內(nèi)部發(fā)現(xiàn)一種典型的交代現(xiàn)象——富Ta細(xì)脈（圖6e~e4），結(jié)合Nb、Ta、Fe和Mn元素面分析，除富Ta細(xì)脈外，外部較內(nèi)部更富集Ta、Fe，這可能是由于交代流體沿晶體邊緣對(duì)早期鈮鉭礦物交代，形成富Ta邊緣或者是交代流體沿晶體中的裂隙等薄弱區(qū)交代，從而使顆粒內(nèi)部某處出現(xiàn)相對(duì)富Ta而外部也富Ta的特征。

Ⅴ帶鈮鉭礦物Nb、Ta、Fe和Mn元素面分析表明Fe的變化較小，Mn的變化較大，邊部更富Mn，富Nb，Nb變化較小，內(nèi)部出現(xiàn)富Ta環(huán)帶且不規(guī)則（圖6f~f4）；成分上與前四帶明顯不同，鈮鉭礦物以鈮錳礦為主，半自形-他形（圖5h）。Ⅳ帶、Ⅴ帶中出現(xiàn)的不規(guī)則邊界很可能是由于晚期殘余熔體或流體作用，鈮鉭礦物是交代形成的，同時(shí)可能代表著巖漿作用的結(jié)束。

圖5 仁里礦床礦石礦物背散射圖像a.鈮鐵礦、鉭鐵礦、鉭錳礦環(huán)帶（Ⅰ帶）；b.具環(huán)帶結(jié)構(gòu)的鈮鉭鐵礦（Ⅰ帶）；c.鈮錳礦（Ⅱ帶）；d.鈮鐵礦和鉭鐵礦（Ⅱ帶）；e.鈮鐵礦與石英白云母共生（鉆孔Ⅲ帶）；f.鈮鐵礦、鉭鐵礦和鉭錳礦（Ⅲ帶）；g.鈮鐵礦和鉭鐵礦（Ⅳ帶）；h.鉭錳礦和鈮錳礦（Ⅴ帶）Fcl—鈮鐵礦；Mcl—鈮錳礦；Ftn—鉭鐵礦；Mtn—鉭錳礦；Qtz—石英；Mus—白云母Fig.5 Backscattered electron images of ore minerals from Reli deposita.Ferrocolumbite,ferrotantalite and manganotantalite zonation(zoneⅠ);b.Columbite-tantalite with zoning texture(zoneⅠ);c.Mangancolumbite(zoneⅡ);d.Ferrocolumbite and ferrotantalite（zoneⅡ);e.Ferrocolumbite associated with quartz and muscovite（drill hole in zoneⅢ);f.Ferrocolumbite,ferrotantalite and manganotantalite(zoneⅢ);g.Ferrocolumbite and ferrotantalite（zoneⅣ)；h.Ferrocolumbite and ferrocolumbite(zoneⅤ)Fcl—Ferrocolumbite;Mcl—Mangancolumbite;Ftn—Ferrotantalite;Mtn—Manganotantalite;Quartz;Mus—Muscovite

圖6 仁里5號(hào)花崗偉晶巖脈鈮鉭礦物的環(huán)帶結(jié)構(gòu)（a~a4、b~b4）鈮鐵礦BSE圖像與Ta、Nb、Fe和Mn的面分析（Ⅰ帶）；（c~c4）鈮鐵礦BSE圖像與Ta、Nb、Fe和Mn的面分析（Ⅱ帶）；（d~d4）鈮鐵礦BSE圖像與Ta、Nb、Fe和Mn的面分析（Ⅲ帶）；（e~e4）鉭鐵礦BSE圖像與Ta、Nb、Fe和Mn的面分析（Ⅳ帶）；（f~f4）鈮錳礦BSE圖像與Ta、Nb、Fe和Mn的面分析（Ⅴ帶）Fig.6 The zoning texture of columbite-tantalite minerals in the Renli 5 granitic pegmatite vein（a4,b~b4）BSE images of niobite and surface analysis of Ta,Nb,Fe and Mn（zoneⅠ）;（c~c4）BSE images of niobite and surface analysis of Ta,Nb,Fe and Mn（zoneⅡ）;（d~d4）BSE images of niobite and surface analysis of Ta,Nb,Fe and Mn（zoneⅢ）;（e~e4）BSE images of mangancolumbite and surface analysis of Ta,Nb,Fe and Mn（zoneⅣ）;（f~f4）BSE images of ferrotantalite and surface analysis of Ta,Nb,Fe and Mn（zoneⅤ）

3.2 鈮鉭鐵礦成分特征

電子探針成分分析表明，鈮鐵礦族礦物的化學(xué)成分變化范圍較大，其化學(xué)成分代表性結(jié)果見表1、表2。

在Ⅰ帶中鈮鐵礦族礦物w（Nb2O5）介于19.28%~65.40%之間，平均值為52.09%，w（Ta2O5）為8.32%~65.80%，平 均 值 為28.05%，w（FeO）為7.68%~14.86%，平 均 值 為12.35%，w（MnO）為4.50%~13.03%，平均值為6.58%。

Ⅱ帶中鈮鐵礦族礦物w（Nb2O5）=24.87%~64.96%，平 均 值 為45.37%，w（Ta2O5）=15.32%~55.92%，平均值為35.58%，w（FeO）=4.84%~14.55%，平均值為12.32%，w（MnO）=4.58%~12.71%，平均值為6.07%。

Ⅲ帶中鈮鐵礦族礦物w（Nb2O5）=17.85%~59.63%，平 均 值 為43.95%，w（Ta2O5）=21.95%~65.96%，平均值為38.21%，w（FeO）=5.02%~13.17%，平均值為10.70%，w（MnO）=6.01%~13.20%，平均值為7.48%。

Ⅳ帶中鈮鐵礦族礦物w（Nb2O5）=30.71%~48.91%，平 均 值 為42.47%，w（Ta2O5）=14.23%~49.16%，平均值為37.83%，w（FeO）=6.67%~13.78%，平均值為11.52%，w（MnO）=4.33%~11.92%，平均值為6.66%。

Ⅴ帶中鈮鐵礦族礦物w（Nb2O5）=59.40%~63.85%，平 均 值 為61.72%，w（Ta2O5）=17.06%~21.84%，平均值為19.13%，w（FeO）=2.49%~10.78%，平均值為7.47%，w（MnO）=9.26%~16.68%，平均值為12.28%。

從元素平均值的變化來(lái)看（圖7），從Ⅰ帶到Ⅳ帶，w(FeO)和w(MnO)變化不大，w（Nb2O5）呈下降趨勢(shì)，w(Ta2O5)呈升高趨勢(shì)，而在Ⅴ帶，w(MnO)和w(Nb2O5)突變呈上升趨勢(shì)，而w(FeO)、w(Ta2O5)呈下降趨勢(shì)。

根據(jù)電子探針分析結(jié)果（表1、表2）對(duì)仁里5號(hào)偉晶巖脈中鈮鐵礦族礦物進(jìn)行成分分類，所測(cè)得的數(shù)據(jù)投影到鈮鐵礦-鉭鐵礦四方圖解上（圖8），5號(hào)偉晶巖脈中鈮鉭鐵礦物不同結(jié)構(gòu)帶的元素平均變化趨勢(shì)如圖7。結(jié)果顯示：Ⅰ帶鈮鐵礦族礦物為鈮錳礦和鈮鐵礦，少量鉭錳礦，鈮鐵礦居多。Mn/（Fe+Mn）比值在0.27~0.68之間，Ta/（Nb+Ta）比值在0.06~0.67之間變化，背散射電子圖像顯示Ⅰ帶鈮鐵礦晶體具有明顯的環(huán)帶結(jié)構(gòu)。

圖7 仁里5號(hào)偉晶巖脈中鈮鉭鐵礦物不同結(jié)構(gòu)帶的元素平均變化趨勢(shì)圖Fig.7 Element average content variation trend chart of different texturezones of columbite-tantalite in Renli No.5 pegmatite vein

圖8 鈮鉭礦物成分分類圖（虛線間為成分不共溶區(qū)）（據(jù)Cermy等.,1985）Fig.8 Composition classification diagram of columbite-tantalite minerals(the area between the dashed lines is the insoluble area of composition)(after Cermy et al.,1985)

表1 仁里5號(hào)偉晶巖脈中鈮鉭鐵礦物主量成分Table 1 Major element contents of columbite-tantalite in Renli No.5 pegmatite vein

表2 仁里5號(hào)偉晶巖脈中鈮鉭鐵礦物不同結(jié)構(gòu)帶的元素變化及比值范圍Table 2 Element variation and ratio range of different texture zones of columbite-tantalite in Renli No.5 pegmatite vein

Ⅱ帶鈮鐵礦族礦物為鈮鐵礦和鉭鐵礦，鈮鐵礦和鉭鐵礦共生，鈮鐵礦在核部，鉭鐵礦在邊部，少量鉭錳礦，Mn/（Fe+Mn）比值在0.27~0.72之間，Ta/（Nb+Ta）比值在0.12~0.53之間變化。

Ⅲ帶鈮鐵礦族礦物主要為鈮鐵礦和鉭鐵礦，少量鈮錳礦和鉭錳礦，Mn/（Fe+Mn）比值在0.10~0.73之間，Ta/（Nb+Ta）比值在0.18~0.69之間變化。鉭錳礦具有明顯的環(huán)帶（圖5f），環(huán)帶寬度較均勻，環(huán)帶與環(huán)帶之間的界線清晰。顆粒中心環(huán)帶較暗，靠近邊緣的環(huán)帶較亮，主要體現(xiàn)Nb和Ta的變化，從顆粒的核部到邊緣，Nb呈降低趨勢(shì)，而Ta呈升高趨勢(shì)（圖6d1~d2）。

Ⅳ帶鈮鐵礦族礦物為鈮鐵礦和鉭鐵礦，部分為鈮錳礦，Mn/（Fe+Mn）比值在0.25~0.64之間，Ta/(Nb+Ta)比值在0.18~0.49之間變化。

Ⅴ帶鈮鐵礦族礦物為鉭錳礦、鈮錳礦和鈮鐵礦。Mn/（Fe+Mn）比值在0.47~0.87之間，Ta/(Nb+Ta)比值在0.14~0.18之間變化。與其他類型偉晶巖脈中的鈮鉭族礦物相比，5號(hào)脈中該類系列礦物的成分相對(duì)富Mn、貧Fe。Ⅰ帶到Ⅳ帶鈮鉭鐵礦-鈮鉭錳礦系列逐漸由鈮鐵礦、鉭鐵礦端員向鈮錳礦、鉭錳礦端員演化，呈現(xiàn)出Fe、Nb含量減少，而Mn、Ta含量增加的趨勢(shì)。Ⅴ帶由于鈮錳礦的突增，Nb含量增加，Ta含量出現(xiàn)下降趨勢(shì)。

3.3 細(xì)晶石賦存狀態(tài)和成分特征

細(xì)晶石主要發(fā)現(xiàn)于5號(hào)偉晶巖脈V帶的地表樣品中，細(xì)晶石一般賦存在鈉長(zhǎng)石晶間，他形，粒度為20~30 μm，表面成分分布不均，細(xì)晶石中較亮的點(diǎn)為晶質(zhì)鈾礦（圖9）。

圖9 仁里礦石礦物背散射圖像（Ⅴ帶）a、b.半自形細(xì)晶石賦存在鈉長(zhǎng)石晶間Mic—細(xì)晶石Fig.9 Backscatter images of ore minerals(Ⅴzone)from Reli deposita,b.Hypautomorphic microlite occurred in albite Mic—Microlite

Ⅴ帶細(xì)晶石電子探針成分代表性結(jié)果見表3。細(xì)晶石的標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)式為：（Na，Ca）6（Ta，Nb，Ti）2O6（OH，F(xiàn)，O），細(xì)晶石B位置主要由Ta占據(jù)，w（Ta2O5）為69.10%~73.67%，而w（Nb2O5）為5.60%~7.74%，同時(shí)還含少量的Pb，細(xì)晶石的A位置主要含有Ca、Na和U元 素，其 中，w（CaO）為10.52%~11.67%，w（Na2O）為4.95%~6.09%。w（F）為2.89%~3.90%。

表3 仁里5號(hào)偉晶巖脈中細(xì)晶石主量成分Table 3 Major element contents of microlite in Renli No.5 pegmatite vein

4 討論

4.1 仁里鈮鉭礦床鈮鉭鐵礦物的富集與成礦

仁里5號(hào)偉晶巖脈中發(fā)育的稀有金屬Nb-Ta礦物主要包括鈮鐵礦、鈮錳礦、鉭鐵礦和鉭錳礦等鈮鐵礦—鉭鐵礦族礦物和細(xì)晶石。總體而言，仁里5號(hào)脈中的鈮鉭礦物自外部帶到核部帶（Ⅰ至Ⅴ帶），種類上具有如下變化規(guī)律：

由圖8可以看出，Ⅰ帶主要礦物以鈮鐵礦為主，少量投影點(diǎn)落在鉭鐵礦的區(qū)域內(nèi)，這些鉭鐵礦的形成很可能是早期鈮鐵礦受后期富Ta流體交代的結(jié)果。Ⅱ帶中鈮鐵礦族礦物為鉭鐵礦，明顯較Ⅰ帶增多，部分為鈮鐵礦；Ⅲ帶中鈮鐵礦族礦物為鈮鐵礦和鉭鐵礦，少量鈮錳礦和鉭錳礦；Ⅳ帶鈮鐵礦族礦物為鈮鐵礦和鉭鐵礦，部分鈮錳礦；Ⅴ帶中鈮鐵礦族礦物為鈮錳礦，部分鈮鐵礦。綜上錳的富集是仁里5號(hào)脈中鈮鉭鐵礦的一個(gè)重要特征（圖8）。鈮鐵礦常在早期較高溫(450~600℃)、貧Mn的條件下率先結(jié)晶（趙斌等，1977）。隨后，Abella等（1995）和Selway等（2005）提出鈮鐵礦族礦物在巖漿結(jié)晶分異的過程中總是向富Mn，富Ta的方向演化。這與仁里5號(hào)脈中早期（Ⅰ—Ⅱ帶）鈮鐵礦自形程度較高而后（鉭）鈮錳礦（Ⅲ—Ⅳ帶）多呈半自形-他形的現(xiàn)象一致，仁里5號(hào)脈中的鈮鐵礦族礦物也是以鈮鐵礦、鈮錳礦、（鉭）鈮錳礦的順序依次發(fā)育的。ZK708鉆孔的鈮鉭成礦帶（Ⅲ帶）廣泛存在螢石等具揮發(fā)分物質(zhì)的礦物（圖10），表明揮發(fā)分（如F）有效促進(jìn)了稀有金屬元素的遷移和富集，為偉晶巖中稀有金屬礦物的形成提供了有利的物質(zhì)基礎(chǔ)。

圖10 仁里Ⅲ帶螢石背散射圖像a、d.螢石與鉀長(zhǎng)石共生；b.螢石與鈉長(zhǎng)石共生；c.螢石與鈉長(zhǎng)石共生CaF—螢石；Mus—白云母；Kfs—鉀長(zhǎng)石；Ab—鈉長(zhǎng)石Fig.10 Backscatter image of fluorite inⅢzone from Renlia,d.Fluorite intergrown with potassium feldspar;b.Fluorite intergrown with albite;c.Fluorite intergrown with albite CaF—Fluorite;Mus—Muscovite;Kfs—K-feldspar;Ab—Albite

Ⅳ帶除韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)外開始出現(xiàn)復(fù)雜的交代結(jié)構(gòu)-鈮鐵礦中的富鉭細(xì)脈（圖5g，圖7i、j），這種交代結(jié)構(gòu)是巖漿演化后期流體參與結(jié)晶的特征之一（Zhang et al.,2004），說明有大量熱液流體存在，反映了鉭在熱液流體中較高的活動(dòng)性。鉭一般在花崗巖晚期富集，如加拿大的Tacon偉晶巖（Linnen et al.,2005;Van Lichtervelde et al.,2007）。但鉭在熱液中溶解度低且穩(wěn)定（Cuney et al.,1992;Chevychelov et al.,2005），分配系數(shù)也很低（0.002~0.08，Chevychelov et al.,2004）。出現(xiàn)這種現(xiàn)象說明，鉭能夠在晚期熱液流體中富集，與熱液流體的特殊性有關(guān)。Linnen（1998）和Linnen等（2005）的實(shí)驗(yàn)證明熱液流體中堿金屬元素和揮發(fā)分含量的增加將促進(jìn)鉭在熱液中的溶解，尤其是F對(duì)鉭的溶解度有很大影響，因此鉭會(huì)沿著礦物裂隙充填。與南平31號(hào)偉晶巖中晚期鈮鐵礦與錫錳鉭礦中的富鉭細(xì)脈現(xiàn)象相似（饒燦，2009），仁里5號(hào)脈晚期鈮鉭元素的富集可能與這種熱液流體特殊的性質(zhì)密切相關(guān)—即熱液流體具富鈉等堿金屬元素和富F等揮發(fā)分的性質(zhì)，正是這種特殊性質(zhì)促進(jìn)了仁里鈮鉭元素的富集。熱液演化階段中的流體作用很可能是仁里稀有金屬礦床鈮鉭富集的原因（王臻等，2019）

4.2 鈮鉭礦物對(duì)仁里5號(hào)脈演化趨勢(shì)的指示

鈮鐵礦族礦物的成分變化可以指示稀有金屬花崗巖和花崗偉晶巖的結(jié)晶演化過程（Mulja et al.,1996；Tindle et al.,2000；Novák et al.,2003；張愛鋮等，2004），可以作為偉晶巖結(jié)晶演化程度的標(biāo)志。成分演化主要體現(xiàn)在Mn/（Fe+Mn）和Ta/（Nb+Ta）比值變化上，演化程度越高，比值越大（Tindle et al.,1998;2000；Van Lichtervelde et al.,2007）。從外部帶至內(nèi)部帶，仁里5號(hào)脈花崗偉晶巖鈮鐵礦族礦物的成分演化以Mn/（Fe+Mn）比值升高為特征，即Mn含量逐漸增加，指示巖漿演化過程中發(fā)生了較強(qiáng)的分異作用。在鈮鐵礦—鉭錳礦四方圖解上（圖8）表現(xiàn)為水平成分演化趨勢(shì)，指示偉晶巖演化程度的增加。

在Ⅰ—Ⅱ帶鈮鉭氧化物鈮鐵礦為主，Ⅲ—Ⅳ帶鈮鉭氧化物鉭錳礦和鈮錳礦增多，Ⅴ帶出現(xiàn)鈮錳礦和富鉭細(xì)晶石，表明隨著巖漿演化的進(jìn)行，鈮鉭氧化物向富錳富鉭端演化。核部結(jié)構(gòu)帶（Ⅴ帶）中鈮錳礦族礦物主要為鈮錳礦，部分具有環(huán)帶結(jié)構(gòu)，同時(shí)出現(xiàn)富Ta礦物細(xì)晶石等，指示以熱液為主的環(huán)境。從Ⅳ帶到Ⅴ帶，鈮鉭礦物中部分化學(xué)元素含量發(fā)生突變，如Nb含量出現(xiàn)突增，Ta含量出現(xiàn)突減（圖7），Ⅳ—Ⅴ帶與Ⅰ—Ⅳ帶的變化規(guī)律明顯不同，這表明在5號(hào)脈的分異演化過程中，偉晶巖漿可能在Ⅳ—Ⅴ帶發(fā)生了變化。

此外，具內(nèi)部環(huán)帶結(jié)構(gòu)的鈮鐵礦族礦物結(jié)構(gòu)的變化也是稀有金屬花崗巖和花崗偉晶巖演化晚期的重要內(nèi)部特征之一（Lathi,1987;Tindle et al.,2000;Sarbajna et al.,2000;Zhang et al.,2004），可以反映熱液流體參與的振蕩結(jié)晶環(huán)境（饒燦，2009）。在稀有金屬偉晶巖和花崗偉晶巖結(jié)晶分餾過程中，流體相會(huì)越來(lái)越富集，因此巖漿向熱液演化的過程常發(fā)生在偉晶巖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)帶，晚期流體可以形成具有復(fù)雜環(huán)帶的礦物（Van Lichtervelde et al.,2007）。環(huán)帶結(jié)構(gòu)的形成主要是其中Nb—Ta和Fe—Mn之間元素置換的結(jié)果（張愛鋮等，2004），本區(qū)鈮鉭礦物背散射電子圖像（圖5）表明，Ⅰ—Ⅴ帶仁里5號(hào)偉晶巖脈中鈮鐵礦族礦物均具有環(huán)帶結(jié)構(gòu)，Ⅰ—Ⅲ帶表現(xiàn)為中心多富集Nb元素，邊緣多富集Ta元素的韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)，韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)指從礦物核部到邊部成分呈周期性變化分布（張愛鋮等，2004），這種韻律生長(zhǎng)環(huán)帶是礦物在巖漿期結(jié)晶的結(jié)果，反映結(jié)晶介質(zhì)化學(xué)條件振蕩變化（Linnen et al.,2005）。Ⅳ帶鈮鐵礦中的富鉭細(xì)脈（圖5g、7i、j），表明了不同偉晶巖帶結(jié)晶條件的變化，說明Ⅳ帶中有大量流體熱液存在，反映了偉晶巖演化晚期強(qiáng)烈的熱液流體作用。在花崗巖或者花崗偉晶巖中，細(xì)晶石常形成于偉晶巖演化的晚期，通常為熱液蝕變的產(chǎn)物（Wise et al.,1990），仁里5號(hào)偉晶巖脈Ⅴ帶中的細(xì)晶石，晚期的富鉭細(xì)脈表明巖體中存在大量流體，說明細(xì)晶石是在富流體的環(huán)境中結(jié)晶。因此，5號(hào)偉晶巖脈在Ⅴ帶已經(jīng)進(jìn)入以流體作用為主的熱液階段，而Ⅳ帶可能是巖漿熱液階段的過渡。

綜上所述，仁里5號(hào)偉晶巖脈的形成過程是較為復(fù)雜的，因?yàn)樗婕暗綆r漿作用、巖漿-熱液作用以及熱液作用，并且三者的界線是不明確的。筆者認(rèn)為Ⅰ—Ⅲ帶應(yīng)該為巖漿階段的產(chǎn)物，Ⅳ帶很可能是巖漿-熱液階段過渡的產(chǎn)物，Ⅴ帶是在熱液作用下形成的。5號(hào)偉晶巖脈從外部結(jié)構(gòu)帶到核部結(jié)構(gòu)帶經(jīng)歷了巖漿-熱液的演化過程。

4.3 仁里5號(hào)脈與新疆可可托海3號(hào)脈的特征對(duì)比

仁里5號(hào)花崗偉晶巖與阿爾泰可可托海3號(hào)偉晶巖都是中國(guó)稀有金屬偉晶巖，阿爾泰是中國(guó)最重要的金及有色金屬成礦帶之一（陳毓川等，1996；王登紅等，1998a；1998b；2001），尤其可可托海3號(hào)偉晶巖最為典型，內(nèi)部分帶十分明顯，由外向內(nèi)可以依次劃分出9個(gè)共生結(jié)構(gòu)帶（Zhang et al.,2004），帶內(nèi)具有強(qiáng)烈的不均一性（周起鳳，2013）。而仁里5號(hào)偉晶巖脈也具有較高的分異程度，共有5個(gè)完整的分帶，在許多方面具有相似性，同時(shí)也具有一定差異。

仁里5號(hào)偉晶巖脈的礦物學(xué)研究結(jié)果，如云母的K/Rb值和K/Cs值、Li、Rb、Cs、F含量、微斜長(zhǎng)石的K/Rb值、細(xì)晶石、鈮鉭礦、重鉭鐵礦的產(chǎn)出等，表明5號(hào)脈是分異演化程度較高的偉晶巖脈，且由外向內(nèi)，演化程度加大。可可托海3號(hào)脈的礦物學(xué)特征，除有上述特征外，綠柱石Na/Li值和Na/Cs值、重鉭鐵礦的產(chǎn)出、邊緣帶石榴子石REE四分組效應(yīng)等（周起鳳，2013）。

仁里5號(hào)偉晶巖脈的造巖礦物主要為石英、鈉長(zhǎng)石、白云母、微斜長(zhǎng)石等，而阿爾泰可可托海3號(hào)偉晶巖中主要的造巖礦物為塊狀微斜長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石、石英、白云母、鋰輝石等。稀有金屬礦物主要有鈮鐵礦族礦物、重鉭鐵礦、鈾細(xì)晶石，鈮鐵礦族礦物主要由鈮鐵礦、鉭鐵礦向鈮錳礦、鉭錳礦演化。在可可托海3號(hào)偉晶巖中，除了上述礦物外，還有銫沸石、綠柱石、鋰云母、鋯石等，鈮鐵礦族礦物鈮錳礦向鉭錳礦演化，內(nèi)部結(jié)構(gòu)帶中鉭錳礦有較明顯的交代現(xiàn)象（張愛鋮等，2004）。

通過對(duì)比仁里5號(hào)花崗偉晶巖和阿爾泰可可托海3號(hào)偉晶巖研究，它們具有相似的礦物學(xué)特征。稀有金屬礦物的成分演化、內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)造及其共生組合等特征表明，仁里5號(hào)花崗偉晶巖和阿爾泰可可托海3號(hào)偉晶巖都經(jīng)歷了巖漿-熱液演化過程，均具有較高的分異演化程度。

5 結(jié)論

（1）仁里5號(hào)花崗偉晶巖脈中Ⅰ帶至Ⅴ帶鈮鐵礦族礦物的成分演化以Mn/(Fe+Mn)比值升高為主要特征，呈現(xiàn)出Fe含量減少，而Mn含量增加的趨勢(shì)，并在Ⅳ帶發(fā)生了鈮鉭元素的突變，指示了巖漿演化過程中較強(qiáng)烈的分異作用以及向熱液階段的轉(zhuǎn)變。

（2）根據(jù)鈮鉭礦物學(xué)特征研究可以把5號(hào)巖脈的巖漿熱液演化過程簡(jiǎn)單的劃分為3個(gè)階段（圖3），即：巖漿階段、巖漿-熱液過渡階段和熱液階段，分別對(duì)應(yīng)Ⅰ—Ⅲ帶、Ⅳ帶和Ⅴ帶。

（3）從外部帶到內(nèi)部帶，鈮鉭氧化物成分變化范圍較大，鈮鉭礦物的演化序列為：鈮鐵礦→鈮錳礦。鈮鐵礦族礦物具有成分環(huán)帶結(jié)構(gòu)，外部結(jié)構(gòu)帶中環(huán)帶結(jié)構(gòu)較少，且簡(jiǎn)單，為巖漿結(jié)晶階段；內(nèi)部結(jié)構(gòu)帶中環(huán)帶結(jié)構(gòu)明顯且復(fù)雜，晚期的富鉭細(xì)脈、細(xì)晶石等，證明巖體中存在大量熱液流體。

（4）仁里5號(hào)脈偉晶巖脈自外部帶到內(nèi)部帶鈉長(zhǎng)石增加微斜長(zhǎng)石減少，Ⅲ帶F元素含量不斷增高，鈮鉭礦化主要發(fā)生在白云母鈉長(zhǎng)石帶（Ⅲ）和鋰云母石英核中（Ⅴ），表明揮發(fā)分（如F）有效促進(jìn)了稀有金屬元素的遷移和富集，同時(shí)晚期富鈉等堿金屬的流體促進(jìn)了仁里鈮鉭的富集。