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摘要 青藏高原东北缘的松潘-甘孜造山带是我国最重要的锂矿成矿带,其中部地区的可尔因锂铍稀有金属矿田是最重要的伟晶岩型锂矿资源基地之一。本文在已开展的地质矿产调查及勘查工作的基础上, 系统总结了矿田内典型矿床地质特征、矿床地球化学特征、成岩成矿时代,完善了可尔因锂矿田成矿模型, 并进一步指出了区域找矿方向, 对提升区域伟晶岩型锂矿成矿规律及指导深部找矿意义重大。矿田内矿床类型均为花岗伟晶岩型稀有金属矿床, 矿石矿物主要为锂辉石。花岗岩-伟晶岩与西康群变沉积岩具有近一致的 Sr-Nd-Hf 同位素组成,指示成岩成矿物质来源于西康群。自花岗岩至伟晶岩,原生矿物和全岩 δ7 Li 值均升高,指示伟晶岩形成于花岗岩浆分异;自钠长石伟晶岩至钠长石锂辉石伟晶岩,原生矿物 δ7 Li 值升高,而全岩δ7 Li 值降低,指示伟晶岩浆演化过程中的分离结晶和出熔流体富集。可尔因复式岩体与伟晶岩具有相重叠的同位素年龄,为同期造山作用的产物,形成于印支造山晚期构造体制由挤压转为伸展的造山阶段。基于以上特征, 对前人提出的可尔因矿田成岩成矿模式进行了完善,认为富锂的源区、适宜的构造背景、充分且强烈的岩浆结晶分异协同富水流体的富集共同促进了可尔因锂矿田的形成。此外,总结了可尔因锂矿田的找矿标志,并预测了找矿方向。
关键词 松潘-甘孜造山带;可尔因锂矿田;伟晶岩;成矿规律;成矿预测
锂是重要的战略性矿产资源, 被誉为“绿色能源”、 “能源金属”和“白色石油”, 在国民经济中占有特殊的地位。花岗伟晶岩型锂矿由于规模大、品位高、 易开发而成为主要的锂金属来源之一。四川阿坝可!因锂矿田位于著名的川西松潘-甘孜造山带( 又称松潘-甘孜成锂带) 东部, 矿田内发育多个大型-超大型伟晶岩型锂矿床。自 20 世纪 60 年代至今, 前人通过地质、物化探等手段在可尔因地区取得了丰硕的锂矿找矿成果。近年来, 随着矿产地质调查与勘查工作的深入, 可尔因矿田内锂矿找矿工作取得了重大突破:李家沟矿床探获Li 2 O 储量 51. 22 万 t, 党坝矿床探获 Li2 O 储量约 107. 82 万 t,业隆沟矿床探获 Li2 O 储量约 11. 15 万 t ;2019 年由中国地质科学院矿产资源研究所领衔团队及项目新发现的加达锂矿床探获 Li2O潜在矿产资源超 22 万 t, 并具有进一步扩储空间。目前, 可尔因矿田预测 Li2 O 资源量超 400 万 t, 已经成为“ 川西大型锂资源基地”的重要组成部分。然而矿田内矿产调查与勘查工作程度与甲基卡等锂矿田相比仍显薄弱, 以矿产地质调查为例, 中大比例尺( 大于 1 : 5 万) 矿产地质调查工作仍未覆盖全区, 找矿空间和资源潜力巨大。2023 年四川阿坝两处锂探矿权金川县李家沟北锂矿、马尔康市加达锂矿勘查探矿权分别以 10. 1 亿元、42. 06 亿元的价格竞拍成功, 溢价比分别达到了 1772. 23 和 1318. 43, 公益性成果得到重大转化, 对推动可尔因矿田锂矿勘查起到了极大的推动作用。
可尔因矿田花岗质岩浆活动强烈、 锂矿化密集, 是研究花岗岩-伟晶岩锂成矿系统优越的对象。对可尔因矿田展开剖析对于指导该地区锂矿调查评价、深部探测以及完善区域锂等稀有金属成矿规律和成矿机制意义重大。前人对可尔因矿田区域及矿床地质特征、岩石地球化学特征、同位素地球化学特征、成岩成矿时代等进行过一系列研究, 取得了一定的成果。本文通过总结已掌握的矿产地质调查资料及已发表的研究资料, 完善了可尔因锂矿田成矿模型, 并基于此对该地区锂矿找矿前景进行了预测, 指出下一步找矿方向, 供研究者及地质工作者参考。
1 区域地质特征
松潘-甘孜造山带位于青藏高原东部, 占青藏高原约五分之一部分, 是由古特提斯闭合从扬子板块西侧被动大陆边缘发展而来的增生造山带。松潘-甘孜造山带北接东昆仑-柴达木-祁连-秦岭地块, 西接羌塘-昌都地块, 东连扬子板块, 分别被东昆仑-阿尼玛卿缝合带、金沙江缝合带和龙门山褶皱逆冲带所分割( 图 1 a) 。新元古代基底( 结晶杂岩,1. 0 ~ 1. 5Ga) 少量出露于松潘-甘孜造山带东部, 被认为具有扬子板块基底的属性。构成松潘-甘孜沉积盖层主体的是西康群地层, 为一套形成于多个沉积中心的中-上三叠统复理石沉积岩系。西康群主要由经历区域变质作用的灰黑色变质长英质砂岩、变质粉砂岩、板岩、千枚岩、片岩和少量大理岩组成。在 印 支 造 山 晚 期 ( < ca. 230Ma) , 古特提斯洋沿东昆仑-阿尼玛卿缝合带和金沙江缝合带的双向俯冲形成了松潘-甘孜增生造山楔。与此同时,西康群经历了显著的增厚( 5 ~ 15km) 、变形与变质, 形成了一系列北西向和和北西西向的“西康式”褶皱。花岗质岩石在这一造山过程中大量侵位, 年龄介于 227 ~ 196Ma;岩石地球化学研究表明这些花岗质岩石成分各异, 包括钙碱性 I 型花岗岩、 过铝质 S 型花岗岩和碱性 A 型花岗岩, 物源涵盖新元古代变质基底及中生代变质沉积岩石, 同时部分具有地幔物质加入。与伟晶岩具有密切联系的花岗质侵入体通常为过铝质 S 型, 并常与变质沉积地层组成片麻岩穹隆的构造样式, 例如甲基卡、长征、容须卡和马尔康穹隆, 伟晶岩型锂矿床常产出于穹隆的幔部地层中。近年来, 随着在松潘-甘孜构造带内锂矿勘探不断取得重要发现, 特别是在东部川西甲基卡、可尔因和西部大红柳滩地区取得了重大突破( 图 1 a) , 使得松潘-甘孜构造带已经成为我国大陆硬岩型锂矿最大的聚集区。
图1 松潘-甘孜造山带构造格架及可尔因锂矿田地质简图
1 -三叠系西康群复理石沉积;2-扬子地块西缘新元古代-古生代地层;3 -伟晶岩型锂矿田;4-缝合带;5-逆冲断层;6-走滑断层 . NCB-华北板块;NQLT-北祁连断裂;EKL-QDM-QL-东昆仑-柴达木-祁连地块;QT-CD-羌塘-昌都地块;WKL-西昆仑地块;LMST-龙门山断裂;YZB-扬子板块;EKL-ANMQS-东昆仑-阿尼玛卿缝合带;JSSZ-金沙江缝合带;SGOB-松潘-甘孜造山带;XSHF-鲜水河断裂
可尔因矿田中出露的地层主体为西康群, 包括中三叠统杂谷脑组( T2z) 、上三叠统侏倭组( T3 zh) 、上三叠统新都桥组( T3 xd) 和上三叠统罗空松多组( T3 lk) ( 图 1 b) 。上述地层经历了绿片岩相区域变质作用和热接触变质作用, 其中区域变质作用表现为黑云母、绿泥石及石榴子石的广泛发育, 热接触变质作用表现为以可尔因岩体为中心向外夕线石-蓝晶石带、石榴石-十字石带、黑云母-红柱石带的发育以及近伟晶岩脉堇青石化、白云母化和电气石化的发育。可尔因复式岩体沿可尔因背斜轴部侵入于三叠系沉积地层中, 以不规则三角形产出, 出露面积约 250km2。可尔因岩体包含多个岩相( 图 1 b) :黑云母钾长花岗岩[ Qtz + Kfs + Bi ± Pl ± Ms ± Tur] 、二云母二长花岗岩[ Qtz + Kfs + Pl + Bi + Ms ± Tur ± Grt ± Chl] 、白云母钠长花岗岩 [ Qtz + Pl ( Ab) + Ms ± Tur ± Grt] 。二云母二长花岗岩为可尔因复式岩体的主岩相, 依据矿物成分及粒度大小可进一步区分为细粒相与中粒相( 图 1 b) , 其中中粒相较细粒相含有更多的白云母、更少的黑云母, 并在地球化学组成上具有更高的分异程度。白云母钠长花岗岩仅局部出露于矿田东南部,未在其他部位发现。此外, 在可尔因岩体西南部不足千米的范围内出露有石英闪长岩和黑云母二长花岗岩组成的太阳河复式岩体( 图 1 b) , 该复式岩体被证实具有与可尔因复式岩体不同的岩浆来源。依据主要造岩矿物与稀有金属矿物组成, 前人将可尔因矿田内伟晶岩大致分为 5 种类型, 在矿田尺度上,不同类型伟晶岩形成大致的区域环带, 由可尔因岩体向外,在距离岩体 < 5km 的范围内, 依次发育:微斜长石型伟晶岩[ Mc + Qtz + Ms ± Ab ± Bi ± Tur] 、 微斜长石钠长石型伟晶岩[ Mc + Ab + Qtz + Ms ± Tur] ( MAP) 、 钠长石型伟晶岩[ Ab + Qtz + Ms ± Mc ± Spd ± Tur] 、钠长石锂辉石型伟晶岩[ Ab + Qtz + Spd + Ms ± Mc ± Tur] 和钠长石锂云母型伟晶岩[ Ab + Qtz + Lpd ± Spd ± Mc ± Ms] , 其中钠长石锂辉石型伟晶岩是可尔因矿田最主要的工业矿体( 图 2) 。矿田内伟晶岩脉形态多呈脉状、透镜状, 长度几十米到几百米, 极少数连续延长上千米;多数脉体切割三叠系地层产出, 少数顺层产出;除区域分带, 矿田内伟晶岩多具成群分布特征, 在钠长石锂辉石伟晶岩成群出露的部位形成了党坝、李家沟、集沐、业隆沟、观音桥以及新发现的加达、 斯则木足等锂矿床( 图 1 b) 。
图2 可尔因矿田典型矿床钠长石锂辉石伟晶岩矿石照片
( a) 李家沟矿床伟晶岩矿石手标本照片;( b) 观音桥矿床伟晶岩矿石手标本照片;( c) 党坝矿床伟晶岩矿石手标本照片;( d-h) 加达矿床伟晶岩矿石手标本照片( d 为花岗伟晶结构, e 为花岗中晶结构, f 为花岗细晶结构;d-f 为块状构造, g 为条带状构造, h 为斑杂状构造) , ( i) 李家沟矿床伟晶岩矿石镜下照片;( j) 观音桥矿床伟晶岩矿石镜下照片;( k) 党坝矿床伟晶岩矿石镜下照片;( l-p) 加达矿床伟晶岩矿石镜下照片( l 显示粗晶板柱状锂辉石, m 显示中晶梳状锂辉石, n 显示粗晶板状状锂辉石和细晶粒状锂辉石共存, o 显示细晶粒状锂辉石, p 显示微晶毛发状锂辉石) . Ms-白云母;Ab-钠长石;Qtz-石英;Spd-锂辉石
2 典型矿床地质特征
可尔因矿田的锂矿床主要赋存于伟晶岩脉中, 经过数十年的地质勘查工作, 已探明李家沟、党坝超大型伟晶岩型锂矿床, 斯则木足、集沐、业隆沟、加达、观音桥等大-中-小型锂矿床。本文选择了李家沟、观音桥、党坝及加达四个典型矿床, 对其地质特征、矿石特征及矿体特征做简要描述。
2. 1 金川县李家沟锂辉石矿床
2. 1. 1 矿床地质特征
矿区出露的地层主要是上三叠统侏倭组( T3zh) , 其次为少量的第四系( Q) 残积物和堆积物( 图 3) 。侏倭组是一套滨海-浅海相沉积岩, 包含碳泥质岩、长石石英细砂岩、杂砂岩、粉砂岩 等, 并 且 显 示 韵 律 式 互 层 的 基 本 特 征 。矿体 主 要 位 于 侏 倭 组 第 二 段 ( T3zh2 ) 和 第 三 段( T3 zh3 ) 地层中。矿区内地层总体走向为近东西向, 倾角为20° ~ 40°。矿区构造如褶皱和断层不是很发育, 节理裂隙十分发育。矿区内花岗岩未出露于地表, 仅有岩脉出露, 如细晶岩脉、花岗伟晶岩脉和石英脉。岩脉特征如下:
花岗细晶岩脉 花岗细晶岩脉呈脉状在矿区出露, 总体沿顺层裂隙产出, 在区内出露较少, 仅有 5 条。该类脉岩的形成较早于花岗伟晶岩脉及石英脉。
图3 李家沟矿区地质简图
花岗伟晶岩脉 区内花岗伟晶岩脉距可尔因二云母花岗岩体 1. 5 ~ 3. 2km, 处于岩体的外接触带上, 切穿早期形成的花岗细晶岩脉, 因花岗伟晶岩脉普遍具锂、铍、铌、钽等稀有金属矿( 化) , 是地质勘查找矿的主要对象。在矿区范围内总共发现 85 条伟晶岩脉, 其中锂矿化脉 54 条( 地表 25 条,隐伏 29 条) , 具有工业价值的含矿伟晶岩脉 24 条。长一般 220 ~ 500m, 最长 2200m, 厚一般为 5. 0 ~ 10. 0m, 最厚 127. 12m。形态以脉状为主, 次为透镜状。伟晶岩脉受控于两组以上的节理裂隙, 主要产于倾向南南西-北北东向的节理裂隙中, 脉体间相互平行产出, 倾角一般 40° ~ 60°。Ⅰ 号脉体周围区域是本矿区的伟晶岩脉密集区, 脉体间距 10 ~ 60m 不等。
石英脉 区内石英脉的数量较多, 但规模一般较小, 呈透镜状、细脉状及网脉状。
2. 1. 2 矿体特征
李家沟矿区内锂辉石矿体均赋存于矿化花岗伟晶岩脉中, 共发现 39 个矿体, 一共圈定 15 条矿体, 主要矿体的规模较大, 长一般 220 ~ 500m, 最长达到 2060m;厚一般为 15 ~ 30m, 最厚达到 124. 15m。形态上主要为规则的脉状、 大脉状, 次为透镜状、似层状;部分脉体局部地段出现分支现象。脉状矿体多赋存于大型伟晶岩脉中, 如Ⅰ 号和Ⅺ-3 矿体, 延续稳定, 矿体厚度较脉体厚度略小, 矿化富集、Li2 O 品位多在1 % 以上。而透镜状矿体主要赋存于长度中等、局部厚度较大的花岗伟晶脉膨大部位中部, 矿体厚度和脉体膨大部位的厚度成正比。富矿体、贫矿体及脉石之间往往呈渐变过渡关系。含锂辉石伟晶岩脉中的矿体, 一般延深很大, 常达 150m以上, 深部矿体厚度往往和脉体厚度近于一致;含锂云母伟晶岩脉中的工业矿体, 延深仅 15 ~ 20m, 且厚度迅速变小。
Ⅰ 号矿体是李家沟矿床规模最大的矿体, 占整个矿床稀有金属资源量的 70% 。矿体位于矿区中心, 由西向东横穿整个矿区( 图 3) , 形态为大脉状, 地表出露长度 2060m, 出露高程 3665m( 最东端) ~ 4040m( 最西端) , 相对高差 375m, 地表未在布置工程之间出现分支复合, 深部则在布置工程之间出现分支矿体( 图 4) 。矿体总体走向 240° ~ 60°, 总体倾向330°, 走向上向两端自然尖灭, 沿倾向上则自见矿工程外推60m 尖灭。矿体在走向和倾向上产状变化总体呈舒缓波状,厚度总体而言中间厚, 两边薄, 延伸较大。
图4 李家沟矿床 P07 号勘探线剖面图
2. 1. 3 矿石特征
李家沟锂矿床矿石结构包含花岗微( 细-中) 晶结构、花岗伟晶结构( 图 2a, i) 、互晶结构和压碎结构。矿石构造主要为块状构造( 图 2a) 、条带状构造及斑杂状构造。矿石矿物以锂辉石、 锂云母为主, 次为绿柱石, 另外含微量铌钽铁矿。脉石矿物主要为石英, 微斜长石、 钠-更长石, 白云母。副矿物有锡石、磁铁矿、金红石、锆石等。矿石有用成分主要为氧化锂, Li2 O 品位为 1. 00% ~ 1. 52% , 平均 1. 34% , 伴生组分为:Nb2O5 0. 009% 、 Ta2 O5 0. 004% 、 BeO 0. 04% 、 Rb2 O 0. 11 % 、Sn 0. 04% 。矿石经单矿物挑选出的锂辉石矿物样化学分析结果:Li2O 7. 33 % 、Nb2 O5 0. 0114% 、Ta2 O5 0. 0088% 、Rb 2 O 0. 0216% 、SnO2 0. 027% 、WO3 0. 0417% 、SiO266. 42% 、Al 2 O3 22. 54% 、 Fe2 O3 0. 260% 、 MnO 0. 09145% 、 K2 O 0. 2965% 、Na2 O 0. 352% 、 CaO 0. 502% 、 MgO 0. 0487% 、 P2 O5 0. 0301 % 、TiO2 0. 06195% 。矿石矿物的自然类型为钠长锂辉石花岗伟晶岩型, 工业类型为钠长锂辉石花岗伟晶岩, 属低铁锂辉石型矿石。
2. 2 金川县观音桥锂辉石矿床
2. 2. 1 矿床地质特征
矿区出露地层简单, 主要为中三叠统杂谷脑组上段( T2z2) 、上三叠统侏倭组( T3 zh) , 以侏倭组分布最广, 岩石类型为砂岩、板岩、片岩、变质角岩, 属浅海-滨海相的类复理石碎屑岩建造( 图 5) 。区内构造主要为褶皱及断层。花岗岩未出露于矿区地表, 仅见花岗岩伟晶岩出露, 多呈脉状、透镜状产出。
2. 2. 2 矿体特征
中国地质科学院矿产资源研究所“ 三稀室” 团队于 2017 ~ 2018 年度在该地区开展了专项矿产调查。通过面上开展1: 5 万地质路线调查, 寻找矿化线索, 对矿化露头进行槽探揭露, 对隐伏矿体开展物探高密度电法测量, 结合地面 γ总量剖面测量, 后期对找矿潜力较大的地段进行 1 : 1 万地质测量。通过 2017 ~ 2018 年度的调查工作, 在靶区内已发现 26条伟晶岩脉, 其中含锂辉石脉体 15 条, 圈定了找矿靶区, 靶区面积 46. 11 km2, 共估算(334) Li2 O 资源量 2. 40 万 t。矿区范围内主要矿体为 1、3、5、12、13、22、23 号矿体, 其中 12、13号矿体分布在矿区北东侧,1、3、5 号矿体分布在矿区南西侧, 22、23 号矿体分布在矿区南东侧;12、13 号矿体均出露在中三叠统杂谷脑组上段第一亚段( T2z2-1 ) 和第二亚段( T2z2-2) ,其余矿体出露在上三叠统侏倭组( T3 zh) ( 图 5) 。现有 1、3、5、12、13、22、23 号矿体受工程控制。其主要特征如下:
1 号矿体 矿体赋存的地层为上三叠统侏倭组。矿体长度由探槽 TC02、TC03 揭露控制, 控制长度为 320m。矿体走向 220°, 倾角 60° ~ 85°, 矿体真厚度最小 6. 85m, 最大7. 91 m, 平均真厚度 7. 39m。矿体单工程品位最大 1. 99% , 最小 1. 46% , 平均品位 1. 72% 。
3 号矿体 矿体赋存地层为上三叠统侏倭组。矿体由探槽 TC04 揭露, 但周围覆盖较厚故长度不明, 推测长度160m。矿体走向 60°, 倾角 65° ~ 77°, 与围岩呈切层接触。矿体真厚度 8. 81 m。矿体单样品品位最小 0. 887% , 最大1. 94% , 平均品位为 1. 44% 。
5 号矿体 矿体赋存的地层为上三叠统侏倭组。矿体长度由探槽 TC01、TC07 揭露控制, 控制长度为 240m, 矿体走向 165°, 倾角 70° ~ 75°, 与围岩呈切层接触。矿体真厚度最小 3. 91 m, 最大 7. 83 m, 平均真厚度 5. 87m。矿体单工程品位最小 1. 48% , 最大 1. 84% , 平均品位 1. 66% 。
12 号矿体 矿体赋存地层为中三叠统杂谷脑组上段。矿体由刻槽 LTO3 控制, 同时开展了物探高密度电法测量工作, 对矿体进行验证。推测长度为 160m, 矿体走向 49°, 倾角约 73 °, 矿体与围岩呈切层接触。矿体真厚度 2. 94m。矿体单工程样品 Li2 O 品位最低 0. 58% , 最高 2. 25% , 平均品位 1. 62% 。
13 号矿体 矿体赋存地层为中三叠统杂谷脑组上段。矿体由 LTO4 刻槽取样工程和 LDO1 控制, 同时开展物探高密度电法测量工作, 对矿体进行验证。控制长度为 160m, 矿体走向 30°, 倾角 60° ~ 85 °, 矿体与围岩呈切层接触。矿体厚度最小 4. 92m, 最厚 6. 85 m, 平均厚度为 5. 88m。矿体单工程Li 2 O 品位最低 1. 05 % , 最高 1. 19% , 平均品位 1. 12% 。
图 5 观音桥矿区地质简图
22 号矿体 矿体赋存地层为上三叠统侏倭组。矿体长度由探槽 TCO8、剥土 BTO5、剥土 BTO8 三个刻槽取样工程控制, 控制长 度 为 360m, 矿 体 走 向 约 50°, 倾 角 53 ° ~ 76°。BTO5 控制矿体厚度 6. 31 m, 单工程 Li2 O 品位最高 2. 13 % ,最低 0. 6% , 平均品位 1. 14% ;TCO8 控制矿体厚度 5. 74m, 单工程 Li2 O 品位最高 3. 14% , 平均品位 1. 86% ;BTO8 控制矿体厚度 1. 82m, 单工程 Li2 O 品位最高 0. 81 % , 最低 0. 74% ,平均品位 0. 78% 。矿体平均厚度 4. 62m, 平均品位 1. 39% 。
23 号矿体 矿体赋存地层为上三叠统侏倭组。矿体仅由剥土 BTO4 控制, 周围覆盖较厚, 矿体推测长度约 160m, 因破碎滑脱形成一处滚石坡。矿体走向105 °, 倾角约78°, 矿体厚度 6. 41 m。矿 体 单 工 程 Li2 O 品 位 最 低 1. 73 % , 最 高4. 13 % , 平均品位 2. 97% 。
2. 2. 3 矿石特征
观音桥锂矿床矿石以花岗伟晶结构( 图 2b, j) 、残余结构、交代熔蚀结构和压碎结构为主, 矿石构造为块状构造( 图2b) 、条带状构造、斑杂状构造。矿石矿物以锂辉石、锂云母为主, 次为绿柱石、磷锂铝石, 此外还包括微量锡石和铌钽铁矿。脉石矿物主要为石英, 微斜长石、 钠-更长石, 白云母。副矿物有磷灰石、磁铁矿、金红石、锆石等。矿石有用成分主要为氧化锂, Li2 O 平均品位一般在 1. 12% ~ 2. 97% 。伴生稀有组分 BeO 为 0. 03 % ~ 0. 05% 、Ta2 O5 为 0. 004% ~ 0. 01 % 、Nb 2 O5 为 0. 01 % ~ 0. 014% 、Rb2 O 为 0. 052% ~ 0. 30% 、Cs2 O为 0. 003 % ~ 0. 15%。矿石自然类型和工业类型均为钠长锂辉石花岗伟晶岩型, 属低铁锂辉石型矿石。
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图6 党坝锂辉石矿区平面图( a) 和 A-A′线剖面图( b)
2. 3 马尔康市党坝锂辉石矿床
2. 3. 1 矿床地质特征
矿区主要出露三叠统中、上统地层, 如杂谷脑组( T3z) 、侏倭组( T3 zh) , 地层总体走向为北西-南东向, 因受到次级褶皱影响, 地层走向及倾向均呈波状弯曲, 局部变化较大。矿体主要赋存于侏倭组第二段( T3 zh2 ) 和第三段(T3 zh3 ) 中。区内构造较发育, 褶皱在矿区内主要为高尔达向斜和高尔达沟背斜, F1 断层沿北东-南西向穿过矿区, 出露长约 1200m。断层产状为 140° ~ 150° ∠75° ~ 85°, 断层性质为逆断层, 错动平距多达 26m, 错断了Ⅷ号矿体以及Ⅸ 号、Ⅹ 号和Ⅺ号伟晶岩( 图 6a) 。局部花岗伟晶岩脉和花岗岩脉近 SN 向构造裂隙中, 如大金川河东岸根则岩体附近的伟晶岩脉和花岗岩脉充填于 NNW 走向的张剪性裂隙构造中( 图 6b) , 可能是根则岩体侵位时构造应力场与党坝锂辉石伟晶岩成矿时的不同, 或根 则 岩 体 侵 位 时 利 用 了 早 期 的 构 造。区内节理裂隙较发育, 与锂辉石矿密切相关的为北西-南东向的裂隙, 是主要控容矿构造裂隙。区内无较大岩浆岩体分布, 仅在侏倭组有较多花岗伟晶岩岩脉出露, 脉体总体沿北西-南东向展布。
2. 3. 2 矿体特征
通过 2016 ~ 2022 年的勘查, 党坝矿区共确定出伟晶岩脉 84 条, 其中 22 条为含矿伟晶岩脉。含矿伟晶岩脉出露地表的有 15 条, 隐伏矿体 7 条。无矿的伟晶岩脉为 62 条, 其中出露地表的有 17 条, 隐伏的有 45 条。无矿伟晶岩脉规模相对含矿伟晶岩脉小, 长度一般为40 ~ 80m, 最长354m, 厚一般为 1 ~ 2m, 最厚 19m。形态上, 无矿伟晶岩一般呈单脉产出。含矿伟晶岩一般规模大, 长度一般为 60 ~ 400m, 最长3340m, 厚一般为 3 ~ 23 m, 最厚 66. 84m。含矿伟晶岩以脉状或者大脉状为主要特征, 少数呈似层状、透镜状, 局部地段表现出分支复合的特征。伟晶岩脉的产状, 主要受产出部位主节理裂隙的控制, 规模较大的脉体往往受控于两组以上的节理裂隙。根据含矿性和工程控制情况, 共圈出具有工业价值的锂辉石花岗伟晶岩矿脉 11 条( 编号:Ⅰ 、Ⅴ 、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅹ Ⅳ、Ⅹ Ⅴ 、Ⅹ Ⅵ、Ⅹ Ⅹ 、Ⅹ Ⅹ Ⅳ、Ⅹ Ⅹ Ⅵ) , 其中Ⅹ Ⅵ、Ⅹ Ⅹ 、Ⅹ Ⅹ Ⅳ、Ⅹ Ⅹ Ⅵ号 4 条为隐伏矿体, 其他矿体均出露于地表。其中矿区北部的Ⅷ号和Ⅶ号矿体是党坝矿区最主要的两条矿体。Ⅷ号矿体呈大脉状沿北西-南东向延伸近 3340m, 控制长度 2580m, 倾向上最大控制斜深 680m, 矿体厚度一般 7 ~ 35m, 最薄 1. 14m、 最厚 66. 84m、 平均 27. 59m,厚度变化较稳定, 变化系数为 67. 04% 。矿体总体倾向 44°,倾角 40° ~ 50°。Li2 O 品位一般为 1. 00% ~ 1. 52% , 最低0. 85% , 最高 1. 70, 平均 1. 35% , 品位变化系数为 17. 4% , 矿化均匀。Ⅶ号矿体呈北西-南东向展布, 与Ⅷ号矿体近平行产出。矿体地表出露长度约 400m, 倾向及倾角与Ⅷ号相同,倾向上最大控制斜深 285m。Li2 O 品位 0. 94% ~ 1. 53 % , 平均 1. 21 % , 品位变化系数为 44. 2% , 矿化较均匀。
2. 3. 3 矿石特征
党坝锂矿床矿石结构包括花岗微晶( 细-中晶) 结构、花岗伟晶结构( 图 2c, k) 、互晶结构和压碎结构, 矿石构造以块状构造( 图 2c) 、条带状构造和斑杂状构造为主。矿石矿物以锂辉石( 10% ~ 25% 、最高 55% ) 、锂云母( 5% ~ 10% 、 最高 45% ) 为主, 少量绿柱石、铌钽铁矿和微量含铷微斜长石。脉石矿物主要为微斜长石、钠-更长石、石英和白云母。副矿物有锡石、黑钨矿、磁铁矿、榍石、金红石、锆石、锂透长石、锂电气 石 等。矿 石 有 用 成 分 主 要 为 氧 化 锂, Li2 O 品 位 为1. 00% ~ 1. 52% , 平均 1. 34% , 其他伴生组分及平均含量分别为:Nb2O5 0. 011 % 、 Ta2 O5 0. 006% 、 BeO 0. 038% 、 Rb2O 0. 118% 、Sn 0. 032% 。矿石经单矿物挑选出的锂辉石矿物样化学分析结果:Li2O 7. 33% 、Nb2 O5 0. 0114% 、Ta2 O5 0. 0088% 、Rb 2 O 0. 0216% 、SnO2 0. 027% 、WO3 0. 0417% 、SiO266. 42% 、Al 2O3 22. 54% 、Fe2O3 0. 260% 、MnO 0. 09145% 、K2 O 0. 2965% 、Na 2 O 0. 352% 、CaO 0. 502% 、MgO 0. 0487% 、P2 O5 0. 0301 % 、TiO 2 0. 06195% 、 V2 O5 0. 0025% 、 Cs2 O 0. 0038% 、 Ga2 O3 0. 0131 % 。矿石自然类型和工业类型均为钠长锂辉石花岗伟晶岩型, 属低铁锂辉石型矿石。
2. 4 马尔康市加达锂辉石矿床
2. 4. 1 矿床地质特征
加达锂矿区内出露地层简单, 仅有上三叠统侏倭组( T3 zh) 出露。区内构造主要为褶皱构造及断裂构造。在研究区中部见一复式背斜, 为加达沟倾没背斜, 轴线呈 157° 方向展布, 向北东倾没, 轴面近乎直立。北东翼倾角约 11 ° ~ 23 °, 南西翼倾角约 12° ~ 22°, 背斜核部为变质长石石英砂岩, 翼部为上三叠统侏倭组( T3zh) 黑云母变长石石英砂岩夹砂质板岩。研究区断裂构造发育较少, 且规模较小, 仅局部可见, 被后期石英充填, 形成石英脉, 石英脉宽 1 ~ 100mm, 长度 1 ~ 20m。二云母二长花岗岩出露于矿区西部、 北部。伟晶岩脉包括微斜长石型、钠长石型、钠长石锂辉石型, 分布于可尔因花岗岩外围 0 ~ 5000m, 高程 3750 ~ 4200m 的空间内。伟晶岩脉长度在 30 ~500m 之间, 脉体厚度在 0. 5 ~ 20m 之间, 形态较简单, 多为脉状、透镜状, 多赋存在北东、北西向裂隙中。
2. 4. 2 矿体特征
通过近年工作, 在工作区共发现伟晶岩脉 43 条, 其中含锂辉石脉体 30 条( 图 7) 。主要矿体分别为 36、62、63、66、69、72 号矿体等, 多为全岩矿化, 锂辉石产出较均匀。以加达沟为界, 沟北伟晶岩矿脉以 36 号脉( 群) 为代表, 主要为北东向产出, 倾向北西, 长度一般 400 ~ 600m, 少数超过 1000m, 厚度薄的仅有数米, 厚的可达 30 余米。沟北伟晶岩矿脉 Li2 O品位平均值为 1. 30% , 均超过了工业品位, 伴生 BeO 品位为0. 049% , ( Nb, Ta) 2 O5 品位为 0. 025 % 。沟南伟晶岩脉主要为 63、66、69、72 号矿脉, 主要为北西向产出, 倾向北东。除少数脉体(63 和 72 号脉) , 多数脉体 Li2 O 品位超过 1. 29% ,伴生 BeO 品位为达 0. 07% , ( Nb, Ta) 2 O5 品位为 0. 017% 。在局部区域, 伟晶岩呈“ 鸡爪” 状分布(62 号脉体;图 7) , 疑似为北东-北西向矿脉的交汇部位。
图7 加达矿区地质简图
2. 4. 3 矿石特征
加达锂矿床矿石结构包括花岗细( 中) 晶结构( 图 2e-g, m-o) 、花岗伟晶结构( 图 2d, l) 及碎裂结构, 矿石构造以块状构造、条带状构造和斑杂状构造为主。矿石矿物为锂辉石(10% ~ 30% ) 、锂云母(1 % ~ 5 % ) 、铌钽铁矿( < 1 % ) , 偶见有绿柱石、 磷锂铝石、 复稀金矿、 黑稀金矿等。脉石矿物以钠长石、 微斜长石、 石英、 白云母为主。副矿物主要有磷灰石、锡石、锆石、磁铁矿、榍石、金红石等。矿石中有益组分以 Li2 O 为主, 伴生 Be、Nb、Ta、Sn、Rb 等可综合利用元素。锂矿化连续, 达工业矿体要求的锂辉石矿化在伟晶岩脉中连续分布, 贫化带一般分布于伟晶岩脉边部细粒云英岩结构带。其中 Be、Nb、Ta 基本均可达伴生组分要求品位, 其分布与锂含量基本无相关性, 具有全岩矿化特点。矿体中 Sn、Rb 等可综合利用元素含量达伴生有益组分要求的边界品位。Sn、Rb 常产于锂辉石及石榴石晶格间, 属难单独回收利用矿物。矿体中有害成分含量低。矿石中的有害组分主要为 TFe、 P2 O5。经组合样分析, TFe 1. 13 % ~ 2. 50% 、P2 O5 0. 097% ~ 0. 157% 。TFe 含量略高, 在产品加工的过程中可以用磁选降低在产品中的含量, 其余有害组分含量均低, 以对矿石的产品质量不造成影响。矿石自然类型为脉状钠长石锂辉石伟晶岩型、似层状富钽钠长石伟晶岩型, 工业类型为钠长锂辉石花岗伟晶岩。
3 矿床地球化学特征
3. 1 岩石地球化学特征
前人对可尔因地区花岗质岩石以及三叠系变质沉积岩开展了较完整的岩石地球化学分析 。主量元素特征方面, 自石英闪长岩、黑云母二长花岗岩→黑云母钾长花岗岩→二云母二长花岗岩→白云母钠长花岗岩, Cao、 MgO、TiO 2、FeO 等组分趋向减少, SiO2、碱率度和分异指数增高, 固结指数降低( 图 8a-h) 。在 A /CNK-A /NK 图解中( 图 8j) , 岩石属性从偏碱质、准铝质向过铝质发展, 二云母二长花岗岩与白云母钠长花岗岩表现出强过铝质特征。变质砂岩和石英片岩相比于云母片岩和泥质千枚岩整体具有较高的 SiO2含量, 较低的 Al2 O3 、K2 O、TiO2、MgO 和 Fe2 O3 T 含量, 反映出石英与黑云母含量对全岩成分的控制。
图8 可尔因地区花岗岩主量元素协变图( a-g) 、DI-SI 图解( h) 及 A /CNK-A /NK 图解( i)
微量元素特征方面, 自石英闪长岩、黑云母二长花岗岩→黑云母钾长花岗岩→二云母二长花岗岩→白云母钠长花岗岩, 稀有金属 Li、Be、Nb、Ta 等升高, 其中二云母花岗岩和白云母钠长花岗岩样品锂含量多数高于 100 × 10- 6, 最高可达 337 × 10 - 6, 明显高于全球花岗岩的 Li 含量平均值( 30 × 10 - 6) ( 图 9a) 。变质沉积岩具有与平均大陆上地壳相似的微量元素含量, 同时表现出不同程度地亏损Sr 和 Ni-Co 等元素, 富集 Li 和 Cs 等不相容元素( 图 9a) 。
稀土元素特征方面, 各类型花岗岩的球粒陨石标准化稀土配分曲线显示出近于协同的变化特征, 表现为自石英闪长岩、黑云母二长花岗岩→黑云母钾长花岗岩→二云母二长花岗岩→白云母钠长花岗岩稀土总量降低、( La /Yb) N 比值降低、负 Eu 异常变强( 图 9b) 。部分二云母二长花岗岩样品、白云母钠长花岗岩样品和伟晶岩样品显示出稀土元素“ 四分组”效应, 暗示流体相的出溶。变质砂岩较云母片岩具有稍低的稀土元素总量, 二者均具有较高的 LREE /HREE 比值,反映出整体轻重稀土分馏明显, 轻稀土较为富集, 同时均表现出较明显的负 Eu 异常( 图 9b) 。
图9 可尔因地区花岗岩、伟晶岩大陆上地壳标准化微量元素蛛网图( a) 与球粒陨石标准化稀土元素配分图( b)
3. 2 同位素地球化学特征
同位素组成方面, 前人 Sr-Nd 同位素测试结果显示可尔因复式岩体各岩相样品的 εNd( t) 值和( 87 Sr /86 Sr) ( t) 值落入西康群变质沉积岩的范围内( 图 10a) , 而太阳河复式岩体石英闪长岩、黑云母二长花岗岩具有明显更原始的 Sr-Nd 同位素组成( 图 10a) , 分析认为其可能来源于富集的地幔源区。因此, 尽管两个复式岩体在某些地球化学特征上看似显示出变化的连续性, Sr-Nd 同位素组成的差异指示二者不可能为同源岩浆连续分异产物。可尔因二云母二长花岗岩、白云母钠长花岗岩和伟晶岩锆石 Hf 同位素在范围上近乎一致, 且可与西康群相对应( 图 10b) , 表明了该地区花岗岩与伟晶岩之间的成因联系, 也指示了西康群是该地区花岗岩-伟晶岩系统的成岩成矿物质来源。
图10 可尔因地区花岗岩及伟晶岩脉的 Sr-Nd-Hf 同位素组成
近年来, Li et al.测试了可尔因地区侏倭组变质砂岩、二云母二长花岗岩、钠长石伟晶岩、钠长石锂辉石伟晶岩及两种伟晶岩的近脉变质砂岩的 Li 同位素组成,结果显示自二云母二长花岗岩、钠长石伟晶岩、钠长石锂辉石伟晶岩, 原生白云母具有连续升高的 δ7 Li 值, 二云母二长花岗岩具有比两种伟晶岩更轻的全岩 Li 同位素组成, 而钠长石锂辉石伟晶岩 Li 同位素组成又较钠长石伟晶岩更轻( 图 11 a) 。分析认为自花岗岩至伟晶岩原生矿物和全岩 δ7 Li值的升高指示了岩浆结晶分异过程, 而自钠长石伟晶岩至钠长石锂辉石伟晶岩原生矿物 δ7 Li 值的升高和全岩 δ7Li 值的降低指示了伴随结晶分异出溶流体在晚阶段伟晶岩浆中的富集。由于来自伟晶岩的流体交代及动力学扩散分馏, 钠长石锂辉石伟晶岩近脉围岩具有较区域变质砂岩与钠长石伟晶岩近脉围岩更高的 Li( Cs) 含量与更轻的 Li 同位素组成,这一特征可用于定位隐伏伟晶岩矿脉。在上述研究的基础上, Li et al. 还补充测试了可尔因地区西康群云母片岩的 Li 同位素组成, 分析显示自西康群变质砂岩、二云母花岗岩至西康群云母片岩, 全岩 Li 同位素组成依次变轻( 图11 b) 。认为西康群变质砂岩不可能成为二云母花岗岩的主要源岩, 而西康群云母片岩在可尔因二云母二长花岗岩源区中占主导地位。因此, Li 同位素的系统变化不但可以用于指示可尔因锂矿的成因与形成机制、推测隐伏矿体, 也可以用于反映成矿母岩的精确源区。
图11 可尔因地区西康群变质沉积岩、花岗岩及伟晶岩的 Li 同位素组成
MS-西康群变质砂岩, MS1 -钠长石伟晶岩近脉变质砂岩, MS2-钠长石锂辉石伟晶岩近脉变质砂岩, SCH-西康群云母片岩, TMG-可尔因二云母二长花岗岩, AP-钠长石伟晶岩, ASP-钠长石锂辉石伟晶岩,
3. 3 成矿流体特征
成矿流体方面, 李建康研究了可尔因矿田二云母二长花岗岩中二云母微斜长石伟晶岩、白云母钠长花岗岩顶部白云母钠长石伟晶岩、党坝矿床钠长石锂辉石伟晶岩中石英和锂辉石的流体包裹体特征, 结果显示这三种类型伟晶岩中均发育盐水包裹体、CO2 -NaCl-H2 O, 纯 CO2 包裹体, 自二云母微斜长石伟晶岩、白云母钠长石伟晶岩、钠长石锂辉石伟晶岩, CO2 -NaCl-H2O 包裹体的均一温度下降、 盐度升高、 捕获压力与捕获温度降低、 Cl - 、 Na + 含量升高、 K+ 含量降低、δD-δ18 OH2O ‰组成逐渐偏离岩浆水, 指示岩浆分异程度逐渐升高;季根源等研究了党坝矿床锂辉石矿物流体包裹体特征, 结果指示党坝矿床形成于中温、低盐度的流体, 且成矿流体主要来源于岩浆热液, 并发现气液两相包裹体与含矿物子晶包裹体出现在同一视域中且具有相近的均一温度, 认为流体的沸腾或不混溶导致的相分离是党坝矿床形成的主要原因;Fei et al. 对李家沟矿床的包裹体岩相学观察显示, 李家沟矿床一共发育 5 种类型包裹体, 包括富子晶包裹体( 仅见于可尔因岩体及李家沟钠长石锂辉石伟晶岩中) ,CO 2 -H2O 包裹体、 气液 H2 O 包裹体、 纯 CO2 包裹体及液相H 2 O 包裹体。李家沟矿床富子晶包裹体完全均一温度为 658 ~ 741 ℃ , 子晶初熔温度为 402 ~ 512℃ 。子晶中的成分主要有锂辉石、扎布耶石、锂绿泥石、氟碳钡铈矿及方解石等。包裹体组合从富子晶包裹体→CO2 -H2 O 包裹体、 气液 H2 O 包裹体的变化, 反映了矿床经历了岩浆-岩浆-热液过渡→热液的演化过程。与李建康(2006) 的观察不一致的是, Fei et al. (2021) 对包裹体测温结果显示自可尔因二云母花岗岩至各型伟晶岩 CO2 -H2O 包裹体、气液 H2 O 包裹体之间缺乏均一温度的梯度变化。总体上, 可尔因地区伟晶岩与松潘-甘孜区域伟晶岩表现出近一致的 P-T 演化轨迹( 图 12) 。
图 12 可 尔 因 地 区 伟 晶 岩 P-T 演 化 轨 迹
4 成岩成矿时代
前人通过多种方法对矿田内出露的花岗岩、伟晶岩开展了放射性同位素定年, 结果列于图 13 及电子版附表 1。如图所示, 可尔因复式岩体测年结果主要分布在 219 ~ 195Ma, 伟晶岩的测年结果主要介于 217 ~ 195Ma, 相重叠的同位素年龄说明花岗岩和伟晶岩为同期造山作用的产物, 也指示二者之间紧密的成因联系。值得说明的是, 早期对全岩、含钾矿物的 K-Ar、Ar-Ar 定年结果明显小于锆石以及锆石、锡石、铌钽铁矿的定年结果, 时间跨度达 60Ma 以上, 这可能与 K-Ar、Ar-Ar 同 位 素 体 系 较 低 的 封 闭 温 度 有 关 ( 300 ~ 400℃) , 李建康等认为这些年轻的年龄值可能代表了区域环境冷却到 300 ~ 400℃ 的时代, 也可能代表了成岩成矿期后热液活动的年代。这一现象无论是在可尔因还是在松潘-甘孜造山带内其他伟晶岩型稀有金属矿田都很普遍, 如甲基卡、扎乌龙( 图 13) , 因此, 对于 Ar-Ar、K-Ar 体系的定年结果需要谨慎解释。另一方面, 通过搜集前人的不同年龄数据不难发现可尔因复式岩体具有较大的年龄跨度, 指示了熔体的长期、多次抽取与侵位, 与之对应, 伟晶岩年龄也显示出相同特征。笔者所在团队曾对可尔因矿田北部加达锂矿多达 20 多组脉体进行过铌钽族矿物 U-Pb 定年, 结果在216 ~ 195Ma 之间呈现三个峰值( 216Ma、205Ma、195Ma) ( 图13、附表 1) , 明确指示了可尔因矿田成岩成矿的多期性, 而这种多期性极大地促进了锂的富集, 与矿田内大型-超大型锂矿床的形成积极相关。实际上, 随着同位素年代学数据的丰富, 同一造山带内甲基卡锂矿田也显示有相同的成矿作用特点。
5 成矿机制和成矿模型
造山作用、成矿物质源区和岩浆分异是控制松潘-甘孜地区伟晶岩型稀有金属矿床形成的三个主要因素, 这点无论是在王登红等提出的“ 多旋回深循环内外生一体化”成矿模型还是在许志琴等提出的“变形-变质-岩浆-成矿”四位一体成矿模型中均有体现。
造山作用背景方面,可尔因锂矿田所处的松潘-甘孜造山带是晚三叠世古特提斯洋闭合后,华北板块、羌塘-昌都地块和扬子板块汇聚碰撞形成的造山带。可尔因锂矿成岩成矿时代集中与 220 ~ 195Ma, 对应造山作用晚期。许志琴等认为松潘-甘孜造山带内伟晶岩矿床形成于板块汇聚、地壳大规模褶皱缩短阶段, 基底与盖层间的韧性滑脱为岩浆活动提供了初始热量,岩浆在挤压体制下上升并在顶部伸展机制下就位,随后成矿 。然而,笔者长期的野外地质调查未发现矿田内花岗岩及伟晶岩脉大发育同构造变形, 结合造山带区域岩浆分布特征及构造-岩浆演化历史,认为造山晚期挤压向伸展过渡体制下下地壳拆沉导致的深部热上涌是导致大规模地壳熔融与稀有金属矿化的深部动力学因素。这一造山作用背景不但解释了松潘-甘孜造山带腹陆各类花岗岩质岩石面状分布的特征,也可解释整个造山带内锂矿在近乎相同的时代“爆发成矿”的特点( 图 13) 。
关于成矿物质源区, 前人通过各种地球化学、 Sr-Nd-Hf同位素组成分析等手段已经明确了松潘-甘孜地区伟晶岩型锂矿来源于西康群沉积物。在可尔因矿田, 笔者团队最新的Li 同位素组成分析进一步明确了西康群中源岩富黏土的云母片岩端元在成矿母岩可尔因二云母二长花岗岩源区中占主导地位, 这一认识与前人对全国乃至全球范围 内 伟 晶 岩 型 锂 矿 床 源 区 物 质 组 成 的 认 识 相 符。富黏土源岩的意义在于:(1) 提供丰富的稀有金属成矿物质;( 2) 丰富的助熔组分显著降低西康群的固-液相线, 促进大规模陆壳熔融;( 3) 降低岩浆粘度与固-液相线, 促进岩浆垂向结晶分异, 促使伟晶岩熔体形成。
对于伟晶岩熔体的来源, 目前国内外均存在较大争议,即岩浆分异和变质岩地层直接低程度部分熔融( 深熔) 之争,这一争议在可尔因矿田也存在。考虑到稀有金属伟晶岩与可尔因复合岩体具有重叠的侵位年龄、相似的地球化学特征和连续的岩浆演化趋势,一些学者认为这些伟晶岩可能是邻近的可尔因复合岩体极端分化的结果,其中以李建康提出的岩浆分离结晶模型最为经典。相反, Fei et al.根据花岗岩和伟晶岩部分不一致的锆石 Hf 同位素以及二者之间的 CO2 + L + V 和 L + V 包裹体中均一温度和盐度梯度的缺乏, 主张其为深熔成因。结合目前已掌握的资料, 笔者倾向于第一种成因, 理由如下:( 1 ) 伟晶岩的结晶年龄与可尔因花岗岩相重叠;(2) 从花岗岩到伟晶岩, 全岩及云母地球化学组成变化、全岩和云母 Li 同位素组成变化符合岩浆分异模式;(3) 花岗岩体内广泛发育伟晶岩脉, 边部发育伟晶岩壳, 部分与花岗岩呈渐变过渡;(4) 除可尔因岩体外, 其余岩体周缘基本不发育大规模伟晶岩, 仅见零星分布, 可能与岩浆对西康群沉积岩的同化作用有关;( 5) 未见与深熔作用紧密相关的混合岩、片麻岩的出露, 且伟晶岩与地层侵入界线明显, 不似深熔伟晶岩一般顺层或顺面理发育。值得注意的是, 其实,在世界很多范围内, 岩浆演化到二云母花岗岩便已经可以分异出伟晶质熔体, 并不需要进一步演化至白云母花岗岩, 如中国幕阜山仁里、 美国 Black Hill 和俄罗斯 Malkhan 等花岗岩-伟晶岩系统。在可尔因矿田, 二云母花岗岩内广泛发育的伟晶岩脉便说明了这一点。李建 康提出了可尔因矿田岩浆分异模式下锂的富集机制, 认为花岗岩熔体通过分离结晶分异出伟晶岩熔体, 伟晶岩熔体再通过分离结晶分异出更演化的伟晶岩熔体, 即岩浆连续分离结晶是导致锂等稀有金属矿化的主要机制。这一机制后来得到了来自 Li et al. 白云母 Li 同位素的支持。然而, Li et al. 的 Li 同位素研究表明除了连续的分离结晶, 出熔流体在残余熔体中的富集可能是矿化发生的另一重要因素。此外, 杨岳清等系统且详尽的镜下研究显示, 可尔因矿田锂矿体中热液流体作用强烈, 以发育次生毛发状锂辉石为特征( 图 2p) 。次生毛发状锂辉石不仅从边缘交代原生锂辉石, 而且单独以不规则脉体沿钾长石、钠长石、含锂白云母的接触带分布。次生锂辉石的数量几乎达到锂辉石矿物总量的五分之一, 为出溶流体富集提供了直接证据。上述锂矿成因、 成矿机制及 Li 同位素系统变化可与我国甲基卡矿田、华南仁里-传梓源伟晶岩田及加拿大 Lacorne 花岗岩-伟晶岩系统对比。
图13 松潘-甘孜地区锂矿田成因成矿年代
基于以上认识, 并结合“多旋回深循环内外生一体化”成锂理论, 本文对李建康等所提出的可尔因成岩成矿模式进行了适当修改( 图 14) , 对新的成岩成矿模式概括如下:三叠纪造山晚期, 构造体制从挤压转变为伸展, 下地壳岩石发生失稳拆沉, 深部岩浆和热量上涌引发上部地壳物质重熔, 深埋的云母片岩由此发生部分熔融。在充足的热源供给下, 低密度、低粘度的花岗质熔体多次抽离源区并向上聚集, 而后经历强烈的分离结晶形成伟晶质熔体, 进一步的分离结晶协同出熔流体的富集最终促成了富锂伟晶岩矿体的形成。
图14 可尔因锂矿田成矿模式图
6 找矿标志与找矿方向
6. 1 找矿标志
可尔因矿田是川西地区典型的以锂为主的稀有金属矿田, 具有多矿床、多矿种( 锂、铍、铌、钽等) 集中成矿的特点,找矿的主攻类型是伟晶岩型锂矿, 同时兼顾其他类型和矿种。
根据过去数十年在该地区进行矿产地质调查与勘查所取得的经验与研究资料, 总结了如下找矿标志。①岩性标志:伟晶岩脉是找矿直接标志, 勘查区内伟晶岩脉锂矿化较强, 是最直接的找矿标志。同时, 有含矿伟晶岩转石的地方,在其来源方向一定有稀有金属伟晶岩分布;②地貌标志:由于伟晶岩脉抵抗风化能力比围岩强, 勘查区内伟晶岩顶底板围岩常常风化剥蚀深, 形成突出的地貌或陡岩, 是寻找伟晶岩脉的标志;③构造标志:勘查区地层受岩浆底辟作用的影响, 层间破碎带发育, 是寻找伟晶岩脉的有利部位;④副矿物标志:锡石、电气石等, 其含量与 Nb、Ta 品位成正相关关系。⑤围岩蚀变:区内云英岩化、黑云母电气石化及堇青石化均靠近伟晶岩脉发育, 是区内良好的找矿标志。区内电气石、红柱石、堇青石等特征变质矿物离含矿伟晶岩较近, 是良好的找矿标志;⑥物探标志:伟晶岩脉与围岩具有显著的物性差异, 通过高密度电法测量圈定的陡倾高阻异常判断脉体倾向, 对于判断伟晶岩露头之间是否存在隐伏岩脉及其连续性, 以及隐伏陡倾高阻异常带延伸至地表位置与地表锂辉石伟晶岩转石带或基岩露头是否吻合等方面有显著的效果;⑦化探标志:水系沉积物对找矿有一定的指示意义。1: 5 万水系沉积物异常中, Li 异常的规模大, 衬值高, 最大值达 360 × 10 - 6, 为区内主成矿元素。区内 Li、Be、Rb、Cs、W、Sn、Nb、Ta的相关性好, 异常明显, 套合性好, 与稀有金属成矿关系密切。此外, ⑧如上文所述, 由伟晶岩矿脉引起的围岩锂同位素组成的异常也可以成为重要的找矿标志。一般, 可尔因地区富锂的伟晶岩矿脉的存在可显著降低其围岩 δ7 Li 值, 使之较正常地层岩石呈现 δ7 Li 值负异常。据 Teng et al. 的研究, 这种影响在变质沉积岩中的作用距离可达 30 余米。
图 15 可尔因锂矿田找矿预测图
6. 2 找矿方向
在可尔因矿田, 已发掘的伟晶岩型锂矿床围绕可尔因岩体为中心分布。依据前述成矿模型, 结合前人研究成果, 可尔因地区伟晶岩型锂矿找矿工作仍应围绕可尔因岩体, 在岩体外围三叠系地层的伟晶岩密集区开展。在整个矿田, 已有资料表明东部、南部成矿强度高于北部及西部。以往的矿产地质调查报告认为这种现象可能与岩体倾伏方向有关, 推测岩体向东南缓倾、向北向西陡倾是造成这种成矿强度差异的原因。然而, Zheng et al. 通过对可尔因矿田穹隆构造与其中的变形特征的调查, 在矿田东部、南部可尔因岩体与三叠系地层接触部位识别出了一条新生代逆冲断层, 该断层使可尔因岩体逆冲于三叠系地层之上, 并指出该逆冲断层的存在使得矿田东南部的穹隆幔部地层得以更好地保存。因此, 可尔因矿田东部、南部与北部、西部构造剥蚀的差异很可能是造成成矿强度差异的主要因素。因此, 该地区伟晶岩锂矿找矿应以东部、南部为重点区域, 在已有矿权范围内、在其中工作程度较低的区域开展大规模勘查工作。党坝矿床中的主矿脉Ⅷ号伟晶岩剥蚀程度低, 随着深度增加, 其厚度先增后减, 向东南方向侧伏。该矿体在地表的露头高程介于 3698m( 西北端) 至 4159m( 中部) , 相对高差为461 m, 最深工程控制标高为 3462m。从剖面分析, Ⅷ号脉在东南方向深部仍有良好的找矿前景, 尤其是在 17 线和 7 线的深部揭露了锂云母伟晶岩型矿体, 可能暗示深部存在隐伏矿体。在加达矿区, 依据伟晶岩脉的垂向分带规律, 通过对比加达矿区山顶平地残积锂辉石伟晶岩碎石带( 高程 4150m) 和党坝矿区Ⅰ 号脉钠长石锂辉石型脉体( 高程 2450m) 的分布高程, 可推断在马尔康矿田东部寻找锂辉石型伟晶岩的高程范围为 2450 ~ 4150m。根据伟晶岩脉空间分带特征, 加达矿区 46 号“人”字型脉群南部( 高程大于3800m) 为钠长石锂辉石型伟晶岩, 其向南延伸与党坝Ⅷ号钠长石锂辉石伟晶岩( 高程 3700 ~ 3900m) 在空间位置、脉体产状和矿物组成上相似, 两者之间约数千米的间断区是否存在大型隐伏锂辉石伟晶岩脉, 应作为可尔因矿田东部找矿的重点( 图 15A 区域) 。
在可尔因矿田北部、西部, 尽管可能其剥蚀程度较高,然而近年来依旧发现了一些有利的矿化线索。以北部地区为例,中国地质科学院矿产资源研究所“三稀室”团队通过近几年的工作,在北部的高壤和西部的观音桥地区均发现了一系列的矿化线索, 同时东部地区也有与西部相同海拔位置的锂矿实例( 地拉秋锂辉石矿床),指示在可尔因地区包括北部( 相对高海拔地区) ( 图 15B 区域)及西部( 相对低海拔地区)( 图 15C 区域) 均有巨大的找矿空间和锂资源成矿潜力。
此外, 王登红等在系统研究甲基卡矿田的成矿规律的基础上, 提出了“五层楼 + 地下室”层脉组合的伟晶岩型锂矿的勘查模型, 该模型同样适用于高海拔、深切割的可尔因地区, 以陡倾伟晶岩脉为主体构成的“五层楼”构成了可尔因矿田内最重要的锂辉石矿脉, 也提示我们应当注意垂向上的找矿勘查部署。另外,“ 地下室” 型矿体往往顺层产出,尽管距离母岩体较近,但该类型伟晶岩脉体规模往往较大。因此, 赋存于“地下室”中脉体中的稀有金属资源潜力同样值得重点关注。