刘永超,李建康,邹天人,江善元,胡明月,陈振宇.2017.福建永定大坪花岗斑岩体的铌钽富集特征研究[J].矿床地质,36(1):143~157LIU YongChao,LI JianKang,ZOU TianRen,JIANG ShanYuan,HU MingYue,CHEN Zhen Yu.2017.Enrichment characteristics of Nb and Ta of Daping granite porphyry in Yongding, Fujian Province[J].Mineral Deposits36(1):143~157
DOi:10.16111/j.0258_7106.2017.01.009
福建永定大坪花岗斑岩体的铌钽富集特征研究
（1 中国地质科学院矿产资源研究所， 北京100037； 2 中国冶金地质总局第二地质勘察 院， 福建 莆田351111；
第一作者简介刘永超， 男， 1992年生， 硕士研究生， 矿床学专业。 Email: geoliuyc @qq.com
**通讯作者李建康， 男， 1976年生， 博士， 教授级高工， 主要从事矿床学研究。 Em ail: Li9968@126.com
收稿日期2015-05-19
本文得到国家重点研发项目（编号： 2016YFC0600204），国家自然科学基金项目（编号： 41372088）， 中央级公益性科研院所基本科研业务费专项基金（编号： K1409），中国地质调查局地质调 查项目（编号： DD20160056，DD20160055）联合资助
摘要:福建大坪花岗斑岩体位于永定县城南部的大石凹—蓝地火山喷发盆地 ，具斑状结构， 基质呈霏细结构、细_微粒结构。文章运用电子探针（EMPA）和激光剥蚀电感耦合等离子体 质谱仪（LA-ICP-MS）等技术，对大坪岩体ZK10001钻孔中不同深度的岩石样品进行了矿物 和 岩石化学分析。分析结果表明，大坪岩体岩性为黑鳞云母碱长花岗斑岩，属于过铝质钙碱性 花岗岩，具有较高的分异演化程度，Nb2O5和Ta2O5含量达到了花岗岩型稀有金属矿 床的工业 品位。铌钽矿物主要与黄玉、萤石的集合体呈稀疏浸染状、星点状产于基质间隙 内，其次以星点状存在于石英和长石斑晶中。矿石矿物赋存特征与宜春钽铌矿床类似，可能 具有一定的可选性和经济价值。大坪岩体的铌钽富集特征不同于斑岩型铜、钼矿床，与花岗 岩型铌钽矿床也存在较大的差别，铌钽的富集过程经历了深部斑晶阶段和浅部基质阶段两阶 段岩浆结晶分异作用，F等挥发分促进了铌钽在结晶残余岩浆中富集，在基质间隙间沉淀。 大坪矿化岩体的发现暗示斑岩型铌钽矿床存在的可能性。
关键词:
关键词：地质学；矿物学；岩石化学；花岗斑岩；铌钽；福建永定
文章编号： 0258_7106 (2017) 01_0143_15 中图分类号： P618.79; P618.86 文献标志码：A
Enrichment characteristics of Nb and Ta of Daping granite porphyry in
Yongding , Fujian Province
Yongding , Fujian Province
(1 Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beij ing 100037, China; 2 No.2 Geoexploration Institute
2015-05-19
Abstract:The Daping granite porphyry intrusion with Nb_Ta mineralization is located in Da shiao_Landi volcanic basin in the south of Yongding, Fujian Province. The intrus ion is characterized by porphyritic texture, felsitic texture and micro_fine gra nular texture in the matrix. The mineralogical and petrochemical characteristics of the rock samples from different depths of drill hole ZK10001 were investigat ed by means of electron microprobe analysis and laser ablation inductively coupl ed plasma mass spectrometry. The result indicates that the rock is protolithioni te alkali_feldspar granite porphyry and belongs to peraluminous calc_alkaline se ries with a high degree of evolution, whose Nb2O5 and Ta2O5 values reach industr ial grades of granitic Nb_Ta deposit. The ores mainly exhibit disseminated and f ine_grained disseminated structure, in which ore minerals mostly occur in voids of matrix as mineral aggregates of topaz, fluorite and niobium_tantalum minerals , while a fraction occurs in phenocrysts. The occurrence characteristics of ore minerals are similar to those of the Yichun Ta_Nb deposit, which may meet the de mand of ore dressing and smelting and may have certain economic value. The enric hment characteristics of Nb and Ta of Daping intrusion indicate that the enrichm ent process can be divided into two stages: Phenocrysts formation in deep proces s and matrix formation in shadow process, which is different from features of po rphyry Cu_Mo deposits and granitic Nb_Ta deposits. Nb and Ta tended to enter res idual melt and were concentrated in voids of the matrix under the role of volati les (for example, F). The mineralization characteristics of Daping intrusion imp ly the possible existence of porphyry Nb_Ta deposit.
Key words:
geology, mineralogy, petrochemistry, granite porphyry, Nb_Ta , Yongding County in Fujian Province
铌钽具有熔点高、延性好、蒸汽压低、耐蚀性强和热导率高等优良特性，是具有战略意义的 稀有金属矿产资源，也是中国产业转型和新兴产业发展的支撑资源。目前，世界上的铌钽资 源，特别是钽资源主要来自与花岗岩有关的矿床，如花岗伟晶岩型、花岗岩型、碱性岩_ 碳酸岩型矿床等（Fetherston, 2004；蔡肖等，2014），但缺乏花岗斑岩型铌钽矿床的报道 和研究。斑岩型矿床具有大吨位、低品位和埋藏浅的特点，是找矿勘查的主要目标（ Cooke et al., 2005），主要包括斑岩铜矿、斑岩钼矿和斑岩钨锡矿等（John et al., 201 0; Seedorff et al., 2005）。袁忠信等（1981）曾尝试把花岗岩型稀有金属矿床（如宜春 414矿床）归为花岗斑岩型稀有金属矿床，但其成矿岩体不是花岗斑岩，成矿特征与已知的 斑岩型矿床也存在明显差异，不应归为花岗斑岩型矿床（陈德潜等，1982）。福建省永定县 大坪岩体是近年来发现的一个具铌钽矿化的花岗斑岩体，铌钽含量达到花岗岩型铌钽矿床的 最低工业品位，但其研究程度相对较低。本文拟研究该岩体的矿物和岩石学特征，分析岩体 中铌钽的富集过程，以指示花岗斑岩型铌钽矿床形成的可能性。
区域地层除缺失志留纪及早泥盆世外，其他时代地层均有发育。根据地层岩性、岩相、成岩 环境的差异可将其划分为3大岩系：前泥盆纪基底岩系、晚古生代—中三叠世以海相沉积为 主的盖层岩系和中新生代陆相碎屑_火山岩系（毛建仁等，2001）。区内侵入岩分布广泛， 主要以酸性、中酸性花岗岩为主，可划分为加里东期、海西期—印支期、燕山期3个侵入期 （张振杰等 ，2015）。其中，燕山期酸性_中酸性侵入岩体规模最大，岩浆多期活动，早期主要为多期 次花岗岩或花岗闪长岩，组成规模较大的复式岩体；晚期为超浅成岩体或次火山岩体，侵入 于早期复式岩体中，岩性主要为花岗闪长斑岩、花岗斑岩、石英斑岩等（吴承健，2002）。
镜下观察用蔡司Scope.A1显微镜完成，矿物电子探针分析在中国地质科学院矿产资源研究所 电子探针实验室完成，仪器型号为JXA_8230，测试加速电压15 kV，束电流20 nA，束斑直径 5 μm，标样采用天然矿物或合成氧化物国家标准，分析误差小于0.01%。矿物LA-ICP-MS 分析在国家地质实验测试中心完成， 使用仪器为Thermo Element II等离子质谱仪， 激光 剥蚀系统为New Wave UP_213， 实验采用He作为剥蚀物质的载气，激光波长213 nm，束斑 40 μm，脉冲10 Hz，能量0.176 mJ，密度23～25 J/cm2。测试过程中首 先遮挡激 光束，进行空白背景采集15 s， 然后进行样品连续剥蚀采集45 s，停止剥蚀后继续清扫15 s清洗进样系统， 单点测试分析时间75 s。全岩岩石化学测试在国家地质实验测试中心完成，所采用的仪器 设备有等离子质谱仪（X_series）、X射线荧光光谱仪（2100）、X射线荧光光谱仪（PW4400 ）和离子选择性电极。
大坪矿化岩体中的铌铁矿物组成更接近铌铁矿 端员（图6），主要包括铌铁矿、钽铌铁矿、钽铌锰矿、重钽铁矿、锡铁钽矿、硅_铌铁矿、铀细晶石等稀有的铌钽矿物（表2和图4）。 在斑岩体的基质中，铌钽矿物常与黄玉、萤石等富F矿物组成矿物集合体产在基质矿物的间 隙中，铌钽矿物集合体中还包含氟碳铈矿、磷钇矿、铁锂云母、独居石、铁钍石、铀钍石等 矿物（图4）。基质中的铌钽矿物以长柱状、板状为主，粒度主要集中在50～200 μm，长 宽比一般为4∶1～7∶1。此外，少量铌钽矿物被包裹在斑晶内（图4a） ， 自形程度高，大小约30 μm。
大坪花岗斑岩体的岩石化学分析结果（表4）表明，岩体的SiO2含量较高，w(SiO 2)=72.81% ～ 76.44%，平均为74.41%；镁、铁含量较低，w(MgO)=0.07% ～ 0.19%，平均为0.11%，w(TFeO)=0.74% ～ 2.33%，平均为1.33%；全碱含量 较高，w(Na2O+K2O)=6.02% ～ 10.03%，平均为8.33%， w(K2O)= 4.11% ～ 5.87%，平均为4.62%，w(Na2O)=0.15% ～ 5.92%，平均为3.71% ；里特曼指数σ43=1.15 ～ 3.37，平均为2.28，属于钙碱性岩系。Al2O3含量较高 ，w(Al2O3)=12.27% ～ 15.38%，平均为14.18%，Al2O3>K2O+Na2O +CaO，铝饱和指数A/CNK=1.056 ～ 1.848，属于过铝质岩石。分异指数DI=87.30 ～ 96 .15，平均值为93.39。大坪岩体的ΣREE为56.18×10-6 ～ 218.83×10-6 ，LREE/HREE=2.01 ～ 5.62，LaN/YbN=0.85 ～ 2.15，表明岩体轻重 稀土元素分馏不明显。δEu=0.04 ～ 0.29，具有明显的Eu负异常，δCe=0.75 ～ 1.27 ，无明显Ce异常，具有M型四分组效应（图7a）。大坪岩体微量元素蛛网图整体呈现右倾的 趋势，其中高场强元素Th、U、Ta、Nb、Hf等相对富集，大离子亲石元素Ba、Sr等相对亏损 ，Rb等元素相对富集（图7b）。
国内外很多碱长花岗岩常伴有锡、钨、铌、钽矿化，如中国南岭地区的众多花岗岩型稀有 金 属矿床（祝新友等，2012）、法国Beauvior黄玉钠长石花岗岩的锡_锂_钽_铌_铍矿化（Cune y et al., 1992）、 芬兰Eurajoki Rapakivi 与黄玉钠长石花岗岩有关锡矿床（Haapala, 1997） 、巴西北部的Pitinga锡矿床（Costi et al., 2009）、美国Texas Cave Peak斑岩型钼(铌) 矿床（Audetat, 2010）、California Pine Creek钨矿（Brown et al., 1985）、 澳大利 亚Poimena锡矿床（Mackenzie et al., 1988），等等。另一方面，黑鳞云 母是许多稀有金属矿化花岗岩的特征性矿物。稀有
金属矿化花岗岩的主体通常为含氟黑鳞云母花岗岩，顶部 为具有稀有元素矿化的富氟钠长石花岗岩（熊小林等，2002; Breiter et al., 2005; Boua bsa et al., 2010; Li et al., 2015）。因而，黑鳞云母花岗岩是许多钠长石花岗岩型铌 钽矿床的母岩体，这暗示大坪岩体具有较好的成矿条件。
由岩石化学分析结果（表4）可知，大坪岩体的w(Nb)范围在84.10×10-6～ 116.00×10-6，w(Ta)集中在70.90×10-6～106.00×10-6 ，对应的w(Nb2O5)和w(Ta2O5)分别为0.012%～0.017%和0.0 09%～0.013%，w(Nb2O5+Ta2O5)变化在0.021%～0.030%，达到了花 岗岩 型铌钽矿床 的最低工业品位（何季麟等，2005）。大坪矿化岩体与江西宜春钽铌矿床有相似的铌钽矿物 组合。宜春矿床的矿体主要赋存在锂云母钠长石花岗岩中，铌钽矿物主要为铌钽铁矿、细晶 石、含钽锡石等（彭永华等，2008），呈细粒浸染状产出。大坪岩体中的铌钽矿物粒度（集 中在0.05～0.2 mm）也与宜春矿床的铌钽矿物粒度（一般为0.1～0.3 mm）（章晋 叔，19 87）接近。所以，大坪矿化岩体铌钽矿物可能具有一定的可选冶性和经济价值（根据邹天人 研究员的多年工作经验）。
大坪矿化岩体与斑岩型铜、钼矿床具有一定的相近之处：与矿化有关的岩体是花岗斑岩；具 有品位低的特点；矿化岩体发育典型的浸染状构造。但大坪矿化岩体又与典型的斑岩型铜、 钼矿床有所区别，主要表现在：细脉状构造不发育，也未见爆破角砾岩；没有明显的晚期热 液蚀变现象，围岩蚀变较弱，没有明显的蚀变分带；F等元素，而不是S，与矿化关系密切， 铌钽矿物常与黄玉和萤石共生。这些差异主要由稀有金属元素地球化学行为决定的，因为Nb 、Ta等稀有金属元素易于富集在岩浆阶段，而不是热液阶段（刘英俊等，1987；朱金初等， 2002 a）。另一方面，大坪矿化岩体中发育雪球结构（图3e、f），矿石矿物主要呈浸染状 分布，且具有被造岩矿物所包裹的特征，这是其从岩浆中直接结晶出来的重要证据（朱金初 等，2002a；2002b），因而一定程度上与花岗岩型铌钽矿床相近，如宜春414矿床。但是大 坪矿化岩体不存在宜春414矿床表现出的矿化分带，且由矿石矿物的产出特征可知，大坪岩 体的铌钽富集过程可以分为2个阶段：在较早的阶段，即石英等斑晶结晶阶段，一些铌钽铁 矿也随之结晶；大规模的矿化发生在岩浆分异的晚期，表现为富黄玉、萤石、铌钽铁矿矿物 集合体在基质间隙内结晶。
如前文所述，大坪岩体的铌钽富集过程经历了斑晶和基质结晶阶段，反映岩体经历了两阶段 的分异过程。岩体中斑晶和基质颗粒差异是岩浆中H2O含量高低的反映（Nabelek et al., 2 010）。由此，根据大坪岩体的矿物组合和结构构造特征，以及铌钽的地球化学性质，推测 大坪岩体铌钽的富集过程如下：当富铌钽的花岗岩浆在深部结晶时，在相对富H2O的环境 中 结晶出颗粒较大的石英、长石等斑晶矿物。在结晶分异过程中，少量溶解度饱和的铌钽矿物 与斑晶一起结晶，并被斑晶包裹；而后在岩浆上升到浅部时，岩浆出溶出呈气泡状散布的气 液流体，致使岩浆中H2O含量降低，结晶出颗粒细小的基质矿物；气液的出溶造成残余 熔 体中的F含量进一步提高，F含量的增高又致使熔体中铌钽矿物溶解度增高和熔体粘度降低（ Keppler，1993）；最终，这些低粘度富F熔体和气液流体不断在结晶基质间聚集；残余熔体 的高含量F扩大了石英和铌钽矿物的稳定范围，使石英、黄玉和铌钽矿物一起结晶，形成矿 物集合体（图9）。
综上所述，在一定的地质条件下，富铌钽的花岗岩浆在上升到浅部，经过充分的结晶分异作 用，可以形成富集铌钽的斑岩体。当具备一定的可选冶性时，可称为斑岩型铌钽矿床。一些 小规模次火山岩岩墙的存在也证明了该论断，如南岭骑田岭岩体内部的富锡黄玉流纹斑岩墙 （Xie et al., 2013），香花岭矿区的431号钽_铌_锂_铷矿脉（朱金初等，1993；Huang et al., 2015）。
（2） 大坪矿化斑岩体铌钽矿物存在两个世代：主要以稀疏浸染状_星点状产于基质间隙内 ， 以黄玉、萤石、铌钽矿物的集合体存在；其次以星点状存在于石英和长石斑晶中，铌钽含量 达到了花岗岩型铌钽矿床的最低工业品位。大坪岩体矿石矿物赋存特征与宜春钽铌矿床类似 ，可能具有一定的可选性和经济价值。
（3） 大坪岩体的铌钽富集特征不同于斑岩型铜、钼矿床，与花岗岩型铌钽矿床也存在较大 的差别。铌钽的富集过程是富铌钽花岗岩浆经历深部斑晶阶段和浅部基质阶段两阶段结晶分 异过程的结果，F等挥发分促进了铌钽在结晶残余熔体中富集，并在基质间隙中沉淀。大坪 矿化岩体的存在指示出斑岩型铌钽矿床存在的可能性。
1区域地质背景
大坪花岗斑岩体位于福建永定县城南部10 km处，构造上处于政和—大埔北东向断裂、上杭 —云霄北西向断裂及闽江口—永定北东东向断裂的交汇部位。政和—大埔断裂控制了区域早 （ 中）侏罗世与晚侏罗世火山活动的边界，其东南侧晚侏罗世火山岩以火山喷发带形式产出， 其西北侧早（中）侏罗世火山岩则以火山喷发盆地的形式产出，包括永定东北部的湖雷火山 喷发盆地、永定东部的五湖火山喷发盆地及永定南部的大石凹—蓝地火山喷发盆地（许美辉 ，1993）。区域地层除缺失志留纪及早泥盆世外，其他时代地层均有发育。根据地层岩性、岩相、成岩 环境的差异可将其划分为3大岩系：前泥盆纪基底岩系、晚古生代—中三叠世以海相沉积为 主的盖层岩系和中新生代陆相碎屑_火山岩系（毛建仁等，2001）。区内侵入岩分布广泛， 主要以酸性、中酸性花岗岩为主，可划分为加里东期、海西期—印支期、燕山期3个侵入期 （张振杰等 ，2015）。其中，燕山期酸性_中酸性侵入岩体规模最大，岩浆多期活动，早期主要为多期 次花岗岩或花岗闪长岩，组成规模较大的复式岩体；晚期为超浅成岩体或次火山岩体，侵入 于早期复式岩体中，岩性主要为花岗闪长斑岩、花岗斑岩、石英斑岩等（吴承健，2002）。
2大坪岩体的地质特征
大坪斑岩体位于永定南部的大石凹_蓝地火山喷发盆地。火山盆地主要出露三叠系藩坑组双 峰式火山岩，下部为溢流相玄武岩，上部为流纹岩（马金清等，1998；周金城等，2005）（ 图1）。大坪花岗斑岩体（γπJ1）侵入到藩坑组中，岩体上部的铌钽含量达到花岗岩型 铌 钽矿床的工业品位，该富铌钽部分呈巨厚似层状产出（图2）。花岗斑岩呈斑状结构，颜色 较浅，暗色矿物主要为云母类矿物（含量不及5%）。岩石的斑晶主要为石英、钾长石等矿物 （图3a～d），斑晶大小一般为3～4 mm，斑晶自形程度高，晶形完整，可见石英斑晶包裹 细 粒钠长石形成雪球结构（图3e、f）。基质呈霏细结构、细_微粒结构，粒度主要集中在 20～250 μm。
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图 1福建永定大坪斑岩体的构造位置图（据广东省地质局， 1971a; 1971b） 1—第四系； 2—侏罗系下统藩坑组流纹岩； 3—侏罗系下统金鸡群石英砂岩； 4—三叠系 上统小坪组粉砂质页岩； 5—前寒武系变质砂岩； 6—燕山期花岗斑岩； 7—燕山 晚期细 粒花岗岩； 8—燕山期花岗闪长岩； 9—燕山期黑云母花岗岩； 10—矿化岩体； 11—断裂 Fig. 1Geotectonic map of the Daping granite porphyry in Yongding, Fujian (mo dified after Guangdong Geological Bureau, 1971a; 1971b ) 1—Quartenary; 2—Lower Jurassic Fankeng Formation rhyolite; 3—Lower Jurassic J inji Group quartz sandstone; 4—Upper Triassic Xiaoping Formation silty shale; 5 —Precambrian metasandstone; 6—Yanshanian granite porphyry; 7—Late Yanshanian fine_grained granite; 8—Yanshanian granodiorite; 9—Yanshanian biotite granite; 10—Mineralized rock；11—Fault |
3样品采集和测试方法
鉴于大坪岩体的风化程度较高，本次研究样品 主要采自ZK10001钻孔（图2）中不同深度的岩石， 采样深度分别为地表、43 m、178 m、319 m和416 m。将所采的新鲜样品磨制成电子探 针薄片，并在显微镜下观察的基础上，进行矿物微区分析和岩石化学测试。 镜下观察用蔡司Scope.A1显微镜完成，矿物电子探针分析在中国地质科学院矿产资源研究所 电子探针实验室完成，仪器型号为JXA_8230，测试加速电压15 kV，束电流20 nA，束斑直径 5 μm，标样采用天然矿物或合成氧化物国家标准，分析误差小于0.01%。矿物LA-ICP-MS 分析在国家地质实验测试中心完成， 使用仪器为Thermo Element II等离子质谱仪， 激光 剥蚀系统为New Wave UP_213， 实验采用He作为剥蚀物质的载气，激光波长213 nm，束斑 40 μm，脉冲10 Hz，能量0.176 mJ，密度23～25 J/cm2。测试过程中首 先遮挡激 光束，进行空白背景采集15 s， 然后进行样品连续剥蚀采集45 s，停止剥蚀后继续清扫15 s清洗进样系统， 单点测试分析时间75 s。全岩岩石化学测试在国家地质实验测试中心完成，所采用的仪器 设备有等离子质谱仪（X_series）、X射线荧光光谱仪（2100）、X射线荧光光谱仪（PW4400 ）和离子选择性电极。
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图 2福建永定大坪铌钽矿化体地质简图 （据江善元等，2014） 1—侏罗系藩坑组； 2—侏罗纪花岗岩； 3—闪长玢岩脉； 4—辉长岩脉； 5—铌钽矿化 体； 6—钻孔位置 Fig. 2Geological map of the Daping Nb_Ta mineralized body in Yongding, Fuj ian Province (after Jiang et al., 2014) 1—Jurassic Fankeng Formation; 2—Jurassic granite; 3—Diorite porphyrit e vein ; 4—Gabbro vein; 5—Nb-Ta mineralized body; 6—Drilling hole location |
4分析结果
本次研究对大坪岩体中的造岩矿物长石、云母及矿石矿物铌钽铁矿等和部分副矿物进行了显 微镜下观察，显微照片如图4所示。对采自不同深度的长石和铌钽矿物进行了电子探针分析 ，结果见表1、2；同样，对不同深度的云母类矿物进行了LA-ICP-MS分析，得出主量元素 和微量元素的含量（表3），并对大坪岩体的全岩化学组成进行了分析，测试结果见表4。
5讨论
5.1大坪岩体的矿物岩石学特征
测试结果表明，大坪岩体中的长石主要为钠长石和钾长石，属于碱性长石，云母类矿物主要 为黑鳞云母，少量为富锂多硅白云母和多硅白云母（表3，图4b、c和图5）。与宜春414钽铌 矿床的黑鳞云母相比（胡受奚等，1983），大坪岩体中的黑鳞云母相对富Li和Rb，Ba的含量 较低，Nb、Ta含量变化大，Nb/Ta比值多小于1，这些特征与414矿床上部钠长石花岗岩中的 锂云母比较一致（Li et al., 2015），反映了大坪岩体具有较高的演化程度。大坪矿化岩体中的铌铁矿物组成更接近铌铁矿 端员（图6），主要包括铌铁矿、钽铌铁矿、钽铌锰矿、重钽铁矿、锡铁钽矿、硅_铌铁矿、铀细晶石等稀有的铌钽矿物（表2和图4）。 在斑岩体的基质中，铌钽矿物常与黄玉、萤石等富F矿物组成矿物集合体产在基质矿物的间 隙中，铌钽矿物集合体中还包含氟碳铈矿、磷钇矿、铁锂云母、独居石、铁钍石、铀钍石等 矿物（图4）。基质中的铌钽矿物以长柱状、板状为主，粒度主要集中在50～200 μm，长 宽比一般为4∶1～7∶1。此外，少量铌钽矿物被包裹在斑晶内（图4a） ， 自形程度高，大小约30 μm。
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表 1大坪岩体中长石电子探针成分分析结果 Table 1Electric microprobe analyses of feldspars from the Daping intrusion |
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图 3大坪岩体代表性岩石手标本及镜下照片 a、b. 大坪岩体的手标本照片； c、d. 石英和钾长石斑晶的镜下照片； e、f. 石英斑晶和 雪球结构镜下照片 Fig. 3Photographs and microphotographs of representative rocks from the Daping intrusion a, b. Photos of specimens from the Daping intrusion; c, d. Microphotographs of p henocrysts of quartz and feldspar; e, f. Microphotographs of phenocrysts of qu artz and snowball texture |
大坪花岗斑岩体的岩石化学分析结果（表4）表明，岩体的SiO2含量较高，w(SiO 2)=72.81% ～ 76.44%，平均为74.41%；镁、铁含量较低，w(MgO)=0.07% ～ 0.19%，平均为0.11%，w(TFeO)=0.74% ～ 2.33%，平均为1.33%；全碱含量 较高，w(Na2O+K2O)=6.02% ～ 10.03%，平均为8.33%， w(K2O)= 4.11% ～ 5.87%，平均为4.62%，w(Na2O)=0.15% ～ 5.92%，平均为3.71% ；里特曼指数σ43=1.15 ～ 3.37，平均为2.28，属于钙碱性岩系。Al2O3含量较高 ，w(Al2O3)=12.27% ～ 15.38%，平均为14.18%，Al2O3>K2O+Na2O +CaO，铝饱和指数A/CNK=1.056 ～ 1.848，属于过铝质岩石。分异指数DI=87.30 ～ 96 .15，平均值为93.39。大坪岩体的ΣREE为56.18×10-6 ～ 218.83×10-6 ，LREE/HREE=2.01 ～ 5.62，LaN/YbN=0.85 ～ 2.15，表明岩体轻重 稀土元素分馏不明显。δEu=0.04 ～ 0.29，具有明显的Eu负异常，δCe=0.75 ～ 1.27 ，无明显Ce异常，具有M型四分组效应（图7a）。大坪岩体微量元素蛛网图整体呈现右倾的 趋势，其中高场强元素Th、U、Ta、Nb、Hf等相对富集，大离子亲石元素Ba、Sr等相对亏损 ，Rb等元素相对富集（图7b）。
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表 4大坪岩体的岩石样品主量（w(B)/%）、微量和稀土元素含量 （w(B)/10-6） Table 4Major （w(B)/%）, trace and rare earth elements （w(B)/10-6 ) of samples from the Daping intrusion |
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图 4福建永定大坪岩体中的矿石矿物 a. 包裹在石英斑晶内的铌钽铁矿； b、c. 基质中的黑鳞云母和铌铁矿物； d、e. 基质中 的铌钽矿物、黄玉和萤石等矿物集合体； f、g、h. 基质中 的氟碳铈矿、磷钇矿、铁锂云母和铀细晶石等矿物 Fig. 4Microphotographs of ore minerals from the Daping intrusiona. Niobite_tantalite in phenocrysts; b, c. Protolithionite and niobium_tantalum minerals in matrix; d,e. Mineral aggregates of niobium_tantalum minerals, topa z and fluorite in matrix; f, g, h. Bastnaesite, xenotime, zinnwaldite and uranmi crolite in matrix |
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图 5大坪岩体的云母分类图 （据Tischendorf et al., 1997） Fig. 5The nomenclature of micas from the Daping intrusion (after Tischendorf et al., 1997) |
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图 6大坪岩体的铌铁矿族矿物成分分类图 （矿物分类图据孙延绵，1964） Fig. 6Discrimination diagram of columbite_group minerals from the Daping int rusion (after Sun, 1964) |
5.2大坪岩体的矿化特征
如前文所述，大坪花岗斑岩体属于过铝质钙碱 性岩系。在造岩矿物中，长石类矿物主要为钠长石 和钾长石，云母类矿物主要为黑鳞云母，其次为富锂多硅白云母、白云母。以岩石化学 数据CIPW计算出的矿物含量（表4），参考岩矿鉴定和电子探针的分 析结果（表1），根据QA P图解确定大坪岩体的岩性和名称为碱长花岗岩（图8）。大坪岩体具有斑状结构，以岩石中 所含特征矿物黑鳞云母为前缀（国标GB/T 17412.1_1998），本文将大坪岩体的岩性定为黑 鳞云母碱长花岗斑岩。国内外很多碱长花岗岩常伴有锡、钨、铌、钽矿化，如中国南岭地区的众多花岗岩型稀有 金 属矿床（祝新友等，2012）、法国Beauvior黄玉钠长石花岗岩的锡_锂_钽_铌_铍矿化（Cune y et al., 1992）、 芬兰Eurajoki Rapakivi 与黄玉钠长石花岗岩有关锡矿床（Haapala, 1997） 、巴西北部的Pitinga锡矿床（Costi et al., 2009）、美国Texas Cave Peak斑岩型钼(铌) 矿床（Audetat, 2010）、California Pine Creek钨矿（Brown et al., 1985）、 澳大利 亚Poimena锡矿床（Mackenzie et al., 1988），等等。另一方面，黑鳞云 母是许多稀有金属矿化花岗岩的特征性矿物。稀有
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图 7大坪岩体稀土元素球粒陨石标准化图(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)（标准 值据Sun et al., 1989） Fig. 7Chondrite normalized REE patterns (a) and primitive mantle normalized tr ace element spider diagrams (b) of the Daping intrusion (normalization values afte r Sun et al., 1989) |
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图 8大坪岩体的QAP图解（据国标 GB/T 17412.1_1998） 1—石英岩； 2—富石英花岗岩类； 3—碱长花岗岩； 4—花岗岩； 4a—正长花岗岩； 4b —二长花岗岩； 5—花岗闪长岩； 6—英云闪长岩； 7—石英碱长正长岩； 8—石英正长岩 ； 9—石英二长岩； 10—石英二长闪长岩； 11—石英闪长岩； 12—碱长正长岩 ； 13—正长岩； 14—二长岩； 15—二长闪长岩； 16—闪长岩 Fig. 8QAP diagram of the Daping intrusion (after National Standard of China GB/T 17412.1_1998) 1—Quartzolite; 2—Quartz_rich granitoid; 3—Alkali_feldspar granite; 4—G ranite; 4a—Syenogranite; 4b—Monzogranite; 5—Granodiorite; 6—Tonalite ; 7—Alk ali_feldspar quartz syenite; 8—Quartz syenite; 9—Quartz monzonite; 10 —Quartz monzodiorite; 11—Quartz diorite; 12—Alkali_feldspar syenite; 13—Sy enite; 14 —Monzonite; 15—Monzodiorite; 16—Diorite |
由岩石化学分析结果（表4）可知，大坪岩体的w(Nb)范围在84.10×10-6～ 116.00×10-6，w(Ta)集中在70.90×10-6～106.00×10-6 ，对应的w(Nb2O5)和w(Ta2O5)分别为0.012%～0.017%和0.0 09%～0.013%，w(Nb2O5+Ta2O5)变化在0.021%～0.030%，达到了花 岗岩 型铌钽矿床 的最低工业品位（何季麟等，2005）。大坪矿化岩体与江西宜春钽铌矿床有相似的铌钽矿物 组合。宜春矿床的矿体主要赋存在锂云母钠长石花岗岩中，铌钽矿物主要为铌钽铁矿、细晶 石、含钽锡石等（彭永华等，2008），呈细粒浸染状产出。大坪岩体中的铌钽矿物粒度（集 中在0.05～0.2 mm）也与宜春矿床的铌钽矿物粒度（一般为0.1～0.3 mm）（章晋 叔，19 87）接近。所以，大坪矿化岩体铌钽矿物可能具有一定的可选冶性和经济价值（根据邹天人 研究员的多年工作经验）。
大坪矿化岩体与斑岩型铜、钼矿床具有一定的相近之处：与矿化有关的岩体是花岗斑岩；具 有品位低的特点；矿化岩体发育典型的浸染状构造。但大坪矿化岩体又与典型的斑岩型铜、 钼矿床有所区别，主要表现在：细脉状构造不发育，也未见爆破角砾岩；没有明显的晚期热 液蚀变现象，围岩蚀变较弱，没有明显的蚀变分带；F等元素，而不是S，与矿化关系密切， 铌钽矿物常与黄玉和萤石共生。这些差异主要由稀有金属元素地球化学行为决定的，因为Nb 、Ta等稀有金属元素易于富集在岩浆阶段，而不是热液阶段（刘英俊等，1987；朱金初等， 2002 a）。另一方面，大坪矿化岩体中发育雪球结构（图3e、f），矿石矿物主要呈浸染状 分布，且具有被造岩矿物所包裹的特征，这是其从岩浆中直接结晶出来的重要证据（朱金初 等，2002a；2002b），因而一定程度上与花岗岩型铌钽矿床相近，如宜春414矿床。但是大 坪矿化岩体不存在宜春414矿床表现出的矿化分带，且由矿石矿物的产出特征可知，大坪岩 体的铌钽富集过程可以分为2个阶段：在较早的阶段，即石英等斑晶结晶阶段，一些铌钽铁 矿也随之结晶；大规模的矿化发生在岩浆分异的晚期，表现为富黄玉、萤石、铌钽铁矿矿物 集合体在基质间隙内结晶。
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图 9大坪岩体的铌钽富集过程示意图 Fig. 9Conceptual model of formation of the Daping Nb_Ta mineralized body |
5.3大坪岩体的铌钽富集过程分析
大坪岩体的高硅含量和高分异指数，表明岩浆的分异程度较高。同时，大坪岩体的稀土元素 分布曲线具有M型四分组效应以及明显的Eu负异常（图7a），这是稀有金属矿化花岗岩的标 志之一（赵振华等，1992； Wu et al., 2004），反映了高分异岩浆在 演化晚期经历了熔体_ 流体的相互作用（Irber, 1999; Jahn et al., 2001），促进残余熔体中高度富集H2O、F 、 Cl、B、P等挥发分和Na、K，及Nb、Ta、Zr、Be等成矿元素（赵振华等，1999；陈骏等，200 8）。大坪岩体微量元素蛛网图整体上呈右倾的趋势（图7b），其中高场强元素Th、U、Ta、 Nb、Hf等相对富集，大离子亲石元素Ba、Sr等相对亏损，Rb等元素相对富集，也指示出岩体 经历了高度的分异作用。因此，大坪岩体的铌钽富集过程经历了岩浆的高度分异作用以及演 化晚期的熔体_流体相互作用。如前文所述，大坪岩体的铌钽富集过程经历了斑晶和基质结晶阶段，反映岩体经历了两阶段 的分异过程。岩体中斑晶和基质颗粒差异是岩浆中H2O含量高低的反映（Nabelek et al., 2 010）。由此，根据大坪岩体的矿物组合和结构构造特征，以及铌钽的地球化学性质，推测 大坪岩体铌钽的富集过程如下：当富铌钽的花岗岩浆在深部结晶时，在相对富H2O的环境 中 结晶出颗粒较大的石英、长石等斑晶矿物。在结晶分异过程中，少量溶解度饱和的铌钽矿物 与斑晶一起结晶，并被斑晶包裹；而后在岩浆上升到浅部时，岩浆出溶出呈气泡状散布的气 液流体，致使岩浆中H2O含量降低，结晶出颗粒细小的基质矿物；气液的出溶造成残余 熔 体中的F含量进一步提高，F含量的增高又致使熔体中铌钽矿物溶解度增高和熔体粘度降低（ Keppler，1993）；最终，这些低粘度富F熔体和气液流体不断在结晶基质间聚集；残余熔体 的高含量F扩大了石英和铌钽矿物的稳定范围，使石英、黄玉和铌钽矿物一起结晶，形成矿 物集合体（图9）。
综上所述，在一定的地质条件下，富铌钽的花岗岩浆在上升到浅部，经过充分的结晶分异作 用，可以形成富集铌钽的斑岩体。当具备一定的可选冶性时，可称为斑岩型铌钽矿床。一些 小规模次火山岩岩墙的存在也证明了该论断，如南岭骑田岭岩体内部的富锡黄玉流纹斑岩墙 （Xie et al., 2013），香花岭矿区的431号钽_铌_锂_铷矿脉（朱金初等，1993；Huang et al., 2015）。
6结论
（1） 福建永定大坪花岗斑岩体的岩性为黑鳞云母碱长花岗斑岩，由长石、石英斑晶和具有 霏细结构、细_微粒结构的基质组成，属于铝过饱和、钙碱性花岗岩，具有较高的分异演化 程度。（2） 大坪矿化斑岩体铌钽矿物存在两个世代：主要以稀疏浸染状_星点状产于基质间隙内 ， 以黄玉、萤石、铌钽矿物的集合体存在；其次以星点状存在于石英和长石斑晶中，铌钽含量 达到了花岗岩型铌钽矿床的最低工业品位。大坪岩体矿石矿物赋存特征与宜春钽铌矿床类似 ，可能具有一定的可选性和经济价值。
（3） 大坪岩体的铌钽富集特征不同于斑岩型铜、钼矿床，与花岗岩型铌钽矿床也存在较大 的差别。铌钽的富集过程是富铌钽花岗岩浆经历深部斑晶阶段和浅部基质阶段两阶段结晶分 异过程的结果，F等挥发分促进了铌钽在结晶残余熔体中富集，并在基质间隙中沉淀。大坪 矿化岩体的存在指示出斑岩型铌钽矿床存在的可能性。
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