文春华,邵拥军,黄革非,罗小亚,李胜苗.2017.湖南尖峰岭稀有金属花岗岩地球化学特征及成矿作用[J].矿床地质,36(4):879~892WEN ChunHua,SHAO YongJun,HUANG GeFei,LUO XiaoYa,LI ShengMiao.2017.Geochemical features and mineralization of Jianfengling rare metal granite in Hunan Province[J].Mineral Deposits36(4):879~892
DOi:10.16111/j.0258_7106.2017.04.006
湖南尖峰岭稀有金属花岗岩地球化学特征及成矿作用
（1 中南大学 地球科学与信息物理学院， 湖南 长沙410083； 2 湖南省地质调查院， 湖南 长沙410116）
第一作者简介文春华， 男， 1982年生， 在站博士后， 主要从事矿床地球化学和成矿流 体研究。 Email: herowch2004@163.com
收稿日期2016_03_27
本文得到华南重点矿集区稀有稀散和稀土矿产调查项目（编号： DD20160056），中南大学 博士后课题，湖南省自然科学基金（编号： 2017JJ3138）、湖南省地质矿产勘查开发局科 研项目（编号： 201703_02）和深地资源勘查开采重点专项（2017YFC0602402）联合资助
摘要:湖南尖峰岭矿床是一个典型的花岗岩型Li、Nb和Ta稀有金属矿床，为 研究花岗岩成 矿作用以及指导湘南地区稀有金属找矿工作，采用XRF、ICP_MS和ISE法分析了与成矿有关的 黑云母花岗岩、钠长石花岗岩及云英岩的中主量、微量元素和挥发分。结果表明：钠长石花 岗岩和云英岩中的SiO2（70.6%～84.85%）和挥发分F（2.43%～3.74%）质量分数高， 富Al2O3（9.36%～22.99%），且A/CNK>1.0，为过铝质岩石，全碱（w(Na2O +K 2O)=1.51%～7.52%）和w(CaO)（0.1%～3.44%）变化大，w(Fe2O 3)、w(MgO)、w(TiO2)、w(MnO)、w(P2O5)较 低；稀土元素组成具显著的Eu负异常和“M"型四分组效应，强烈富集Rb、Th、U、Nb、Ta元 素，亏损Ba、Sr、Ti元素。花岗岩地球化学特征显示在演化过程中经历了高程度分异演化作 用和岩浆不混溶作用，其挥发分F对稀有元素有明显的富集作用，并制约着熔体/流体体系的 地球化学行为及其成矿效应。钠长石花岗岩和云英岩的稀有金属富集成矿受到岩浆不混溶作 用、水岩反应、风化淋滤作用的共同控制。
关键词:
地球化学；铌_钽_锂；钠长石花岗岩；云英岩；富F花岗岩；尖峰岭
文章编号： 0258_7106 (2017) 04_0879_14 中图分类号： P618.7 文献标志码： A
Geochemical features and mineralization of Jianfengling rare metal granite
in Hunan Province
in Hunan Province
(1 School of Geoscience and InfoPhysics, Central South University, Changsha 4100 83, Hunan, China; 2 Hunan Institute of Geological Survey, Changsha 410116, Hun an, China)
2016_03_27
Abstract:The Jianfengling deposit, which is located in Linwu County of Hunan Province , is a typical granite_type Nb_Ta_Li ore deposit. Analysis of major elements, tr ace elements and volatiles of albite granite and greisens was carried out by usi ng XRF, ICP_MS and ISE methods in order to investigate granite metallogenesis an d further to give assistance for exploring rare metal ore prospective areas in s outheastern Hunan Province. The results show that the albite granites and greise ns are characterized by high values of SiO2(70.6%～84.85%), Al2O3(9.36% ～22.99%), A/CNK>1.0 and F (2.43%～3.74%), large range content of Na2O+K 2O (1.51%～7.52%) and CaO 0.1%～3.44%), and extremely low content of Fe2O 3, MgO, TiO2, MnO and P2O5, with significant Eu anomalies and m_type tet rad effects. They are strongly enriched in Rb, Th, U, Nb and Ta, but depleted in Ba, Sr and Ti elements. All these characteristics show that these granites were formed through high differentiation of magma and magma immiscibility. It is bel ieved that rare metals enrichment and melt_fluid geochemical behavior and ore_fo rming effect were attributed to such restrictive functions as volatile F, the un mixing of magma, water_rock reaction and weathering leaching process, which led to rare metals enrichment in albite granites and greisens to form ore deposit.
Key words:
geochemistry, Nb_Ta_Li, albite granite, greisens, F enrichment granite, Jianfeng ling
湘南尖峰岭稀有金属矿床位于南岭成矿带北东向构造带的中段，耒阳_临武南北向构造的南 端，属于香花岭锡多金属矿田的一部分，是湘南地区一处大型花岗岩型铌、钽稀有金属矿床 。前人对该地区的地质及矿产勘查及研究工作较多，集中于花岗岩体成岩年代学（朱金初等 ，2011；轩一撒等，2014），矿床地质构造及地球化学特征（黄蕴慧等，1988；姚锦琪，19 91；钟江临等，2006；袁顺达等，2008；张东亮等，2012），以及成矿流体（邱瑞照等，19 98；2002；2003）等方面。而对于尖峰岭花岗岩演化阶段与稀有金属成矿方面的研究相对 薄弱，本文从尖峰岭花岗岩不同演化阶段的角度开展地球化学研究，旨在剖析与稀有金属矿 化密切相关的钠长石花岗岩及云英岩的地球化学特征，探讨尖峰岭花岗岩的演化过程及其与 稀有金属成矿的关系。
1区域地质概况
区内地层主要为泥盆系浅海相碳酸盐岩，围绕花岗岩周边分布，石炭系主要为灰岩，位于 矿区东南角，北西部以寒武系变质砂岩为主，各系岩层多见蚀变大理岩及矽卡岩等。区内构 造简单，以北东向断裂为主，断裂F1为滑动正断层，自深坑里延伸至炮金山，走向北东，倾 向南东，为本区赋矿及控矿构造，沿断裂周边分布有铍矿床等。区内尖峰岭花岗岩沿断裂侵 入于泥盆系，在平面上呈近等三角形岩株展布，接触面南缓而北东陡，尖峰岭地区花岗 岩 主要包括黑云母花岗岩、钾长石花岗岩、斜长石花岗岩和钠长石花岗岩，由于岩浆演化作用 ，岩性具分带性，可分为7个岩性带（图1）。
云英岩带（Ⅰ带）：为石英_黄玉云英岩。分布在尖峰岭山顶，岩石呈灰白色，等粒状结构 ，由乳白色石英（约90%）、黄玉和少量锂云母组成，钽铌铁矿、锂云母矿化最富，本带厚 约2～3 m。稀有金属矿物主要有锂云母、钽铌铁矿和细晶石，矿石平均品位：Nb2O5为0 .027%，Ta2O5为0.032%，Li2O为0.82%，Rb2O为0.24%。
风化钠长石花岗岩带（Ⅱ带）。分布于Ⅰ带外围，呈不完整环带状，厚度4～12 m。细粒及 等粒结构，灰白色，风化后呈黄褐色，浅地表花岗岩风化成高岭土。矿物组成主要为钠长石 、斜长石、石英和云母等，钠长石呈白色板状，钠长石风化后部分变成绢云母，为细鳞片状 集合体，形成绢云母云英岩。稀有金属矿物主要有钽铌铁矿和细晶石。其中矿石平均品位 ：Nb2O5为0.015%，Ta2O5为0.021%，Li2O为0.37%，Rb2O为0.196%。本带 含矿甚好。
钠长石花岗岩带（Ⅲ带）： 分布在第Ⅱ带之外围，呈完整环带分布，厚度约20～70 m。岩 石主 要呈细粒半自形粒状结构，局部见中粒结构，颜色为白色或灰白色。矿物主要由乳白色石英 、斜长石、条板状钠长石和锂云母组成，含锂白云母、黄玉及少量紫色萤石等。本 带为主要 含矿带。稀有金属矿物主要有钽铌铁矿和细晶石。其中矿石平均品位：Nb2O5为0.012% ，Ta2O5为0.014%，Li2O为0.13%，Rb2O为0.289%。
斜长石花岗岩带（Ⅳ带）：分布在第Ⅲ带之外围，厚度约20～80 m。为中细粒结构，颜色为 白 色略显粉红色。矿物主要为浅棕色黑鳞云母、微斜长石为主，局部见方铅矿等硫化物。本带 为工业矿体与非工业矿体过渡带。稀有金属矿物主要为少量铌钽铁矿，平均品位：Nb2O 5为0.0087%，Ta2O5为0.0083%。
斜长石_钾长石花岗岩带（Ⅴ带）：分布于第Ⅳ带之外围，厚度约30～80 m。中粒斑状结构 ，颜 色为白色至肉红色。矿物组成主要为钾长石、斜长石、黑鳞云母和石英。其中，云母主要为 棕 色的黑鳞云母；斜长石主要为微斜长石；钾长石呈肉红色；石英则为烟灰色。本带矿化差。 稀有金属矿物平均品位：Nb2O5为0.0083%，Ta2O5为0.0067% ，Li2O为0.07% 。
钾长石花岗岩带（Ⅵ带）：分布于山脚一带，面积广，厚度约80～150 m。中粒半自形粒状 结 构，颜色为肉红色。岩性与第Ⅴ带相比，黑鳞云母片度增大，颜色棕色加深；长石以钾长石 为主，颜色更显得红一些。本带矿化很差。稀有金属矿物平均品位：Nb2O5为0.0068% ，Ta2O5为0.0051%，Li2O为0.12%。
黑云母花岗岩带（Ⅶ带）：紧接第Ⅵ带，岩石为半 自形粒状结构，颜色为淡红色，矿物组成为石英、微斜长石和黑云母。云母主要为黑云母，片度大，多呈单片状；石英为烟灰色；微 斜长石为淡红色。
尖峰岭稀有金属矿体分布于尖峰岭岩体的顶部，主要集中在Ⅰ～Ⅲ岩相带中，矿化为铌钽铁 矿和锂云母中锂矿。矿体以尖峰岭为中心向四周倾斜，倾角一般为5°～20°，大部分已露 出地表，出露长为900 m，宽为200～600 m。
（1） w（SiO2）较高，介于70.6%～84.85%之间。投图钠长石花岗岩落在典型 花岗岩区（图2a），云英岩则落入硅英岩区域；
（2） w（Al2O3）较高，介于9.36%～16.3%之间，铝饱和指数（A/CNK=1.53 ～5.06），均大于1.01，样品投图显示均落入过铝质区域（图2b），为过铝质岩；
（3） 碱含量变化较大，w（Na2O+K2O）在 1.51%～7.52%之间，K2O/Na2O比值变化较大，介 于1.0～29.2之间；
（4） 贫Fe2O3、MgO、TiO2、MnO，质量分数在1%以下，低P2O5，质量分数远小 于0. 1%，这与其他富P2O5稀有金属矿床明显不同（吴宗絮， 1985； Chappell et al.， 1 992； 杨泽黎等，2014）；
（5） w（CaO）变化大，在0.1%～3.44%之间，表
注： 比值单位为1。
现为在钠长石花岗岩中w （CaO）（2.23%～3.44%）含量较高，明显区别于其他稀有金属花岗岩（朱金初等，200 2；杨泽黎等，2014）。
在主量元素哈克图解（图3）中，随着w（SiO2）的增加，黑云母花岗岩、钠长石 花岗岩和云 英岩中主量元素变化明显不同，表现为相对于黑云母花岗岩，MgO、K2O和TiO2质量分数 在钠 长石花岗岩和云英岩中均呈降低变化；TFe、MgO和MnO质量分数在钠长石花岗岩中明显降低 ，而在云英岩中则升高，这可能与云英岩中锂云母富含Fe、Mn有关； Al2O3、CaO、Na 2O质 量分数在云英岩中明显降低，而在钠长石花岗岩中明显升高，特别是w（CaO）明显 增高，这 可能与在钠长石花岗岩阶段存在水岩反应，围岩中Ca的加入有关。在这种钠长石花岗岩和云 英岩中，TFe、MgO、MnO、Al2O3、CaO、Na2O的质量分数出现一高一低突然变化的现 象，暗示岩浆演化后期可能存在熔体_流体液态不混溶分离作用（王联魁等，2000a）。
在稀土元素组成上，∑REE变化较大，其中黑云母花岗岩中稀土元素总量较高（∑REE= 279 . 9×10-6～305.6×10-6），钠长石花岗岩和云英岩中稀土元素总量明显较低 （∑REE= 51.9× 10-6～176.7×10-6）（表2），黑云母花岗岩、钠长石花岗岩和云英岩均出 现较显著的铕负 异常（δEu=0.01～0.07）。球粒陨石标准化配分型式图（图4b）中，黑云母花岗岩和钠 长石花 岗岩均呈“V"形，显示出重稀土元素相对富集的特征，而与正常花岗岩"右倾"模式明显不同 ； 稀土元素组成的另一重要特征是存在“M"型四分组效应（图4b），与华南许多Li_F花岗岩稀 土元素组成特征相类似。如广西栗木稀有金属花岗岩和江西雅山稀有金属花岗岩（林德松， 1993；杨泽黎等，2014），都具稀土元素四分组效应的特征，这种特征是岩浆演化 晚期熔 体_流体相互作用形成稀土元素四分组效应的主要原因（赵振华等，1992；Bau，1996）。
注： 比值单位为1。
不同，其中w（Li）为62 .8×10-6～1608×10-6，表现为在云英岩中强烈富集；w（Be）为5 .81×10-6～1815×10-6，w（Nb）为67.6×10-6～108×10 -6，w（Ta）为21.5×10-6～62.5×10-6，w（Rb） 为1183×10-6～4127×10-6，表现为在钠长石花岗岩和风化花岗岩中强烈富集 。反映出岩浆演化到钠长石花岗岩和 云英岩阶段是主要成矿阶段。挥发分F的质量分数（0.89%～5.08%）从黑云母花岗岩到钠 长石花 岗岩逐渐升高，随着F含量的增加，稀有金属矿化 明显增强，表明挥发分F与稀有金属矿化存在密切 的联系（刘英俊等，1984）。
注： *单位为1。
本文不同演化阶段花岗岩和云英岩地球化学研究表明：稀土元素配分模式表现为强烈铕亏损 ，δEu<0.1，表明有斜长石分离结晶作用；LREE/HREE比值明显升高，接近于1，稀土元素 配 分曲线呈“V"型，表明在分离结晶过程中有独居石等副矿物进入早期结晶的岩石中，使残余 熔体中的LREE/HREE比值增大。这些特征表明尖峰岭花岗岩属于壳源改造（重熔）系列花岗 岩（刘昌实等，1990）。
邱瑞照等（1998）对尖峰岭花岗岩开展了流体包裹体研究，发现深部黑鳞云母花岗岩（Ⅳ带 ）以熔融包裹体为主，均一温度为740℃，浅部钠长石花岗岩（Ⅲ带）以熔融_流体包裹体为 主，均一温度为380～400℃，且具不混溶特征。邻近的癞子岭花岗岩的包裹体实验研究，也 发现 黑鳞云母花岗岩出现熔融包裹体现象，均一温度范围在780～860℃之间，钠长石花岗岩中主 要为熔融包裹体，均一温度为700～790℃，黄玉云英岩中出现熔融包裹体和熔融_流体包裹 体共 存现象，均一温度为450～680℃（周凤英等，1995）。熔融包裹体是岩浆包裹体（或称硅酸 盐熔融包裹体），是典型的岩浆成因（卢焕章，1996；2011）。尖峰岭钠长石花岗岩中熔融 包裹体的存在，是岩浆成因的直接证据。
地球化学分析表明，在主量元素哈克图解（图3）中，钠长石花岗岩和云英岩中主量元素含 量随着SiO2含量增加出现一高一低的变化现象，表明岩浆演化后期可能存在熔体_流 体液 态不混溶分离作用（王联魁等，2000b）；并且微量元素蛛网图（图4a）反映出尖峰岭花岗 岩经历了强烈的岩浆分异演化作用，稀土元素配分图（图4b）中存在“M"型四分组效应，是 岩浆演化晚期熔体_流体相互作用所造成的（赵振华等，1992；Bau，1996）。因此，云英岩 应是岩浆演化后期阶段熔体_流体不混溶作用的产物。
岩浆进一步演化到熔体_流体阶段，挥发分和SiO2过饱和，LiF等络合物一起迁移，F与Li 的关系最为密切（刘英俊等，1984），在岩体顶部形成云英岩，同时，促进了锂矿化。
主量元素哈克图解（图3）和稀土元素配分模式图（图4b）显示出的地球化学特征，表明尖 峰 岭花岗岩在岩浆演化后期发生了熔体_流体液态不混溶分离作用。流体包裹体研究也反映出 钠长石花岗岩发育熔融_流体包裹体，具不混溶特征（邱瑞照等， 1998）。不混溶作用影响岩浆_流体体系的稳定性，
造成稀有金属元素在岩浆不同演化阶段沉淀。另外，钠长石花岗岩中Ca含量明显增高，反映 出岩浆演化到钠长石花岗岩阶段发生了水岩反应，以及风化淋 滤作用（高岭土化），这些地质因素对稀有金属元素的富集或贫化造成一定的影响，导致体 系地球化学条件（温度、压力、酸碱度等）的改变，使某些微量元素出现明显的富集、亏损 变化。如K/Rb比值较低（<100），尖峰岭花岗岩和云英岩K/Rb比值为10.2～27.2，明显 低 于花岗岩类平均值（167），因此，K/Rb比值可以作为花岗岩矿化的指标（赵振华，1988； 赵振华等，1992）。从图6中反映出K/Rb比值从黑云母花岗岩到云英岩阶段逐渐降低，K/Rb 比值降低变化与Nb、Ta、Li、Be成矿作用密切相关，即随K/Rb比值降低，稀有金属元素含量 在 不同演化阶段富集作用明显不同。其中，Nb、Ta、Be元素具一致的变化趋势（图6a～c）， 表现 为在钠长石花岗岩阶段这些元素明显富集。由于钠长石花岗岩阶段存在岩浆不混溶作用，导 致流体体系温度降低，地球化学平衡被打破，F_稀有金属络合物在该阶段发生水解，Nb、Ta 、Be元素沉淀成矿。并且，在水岩反应及风化淋滤作用过程中，这些稀有金属元素进一 步富集，尤其是在风化花岗岩（高岭土化花岗岩）阶段，Be大量富集成矿（图6c）。而Li则 趋向在云英岩中富集，往往倾向于晚期富集。Li在岩浆演化晚阶段富集与岩浆分异作用过程 中 挥发分（特别是F）的增加有密切关系，以LiF络合物形式迁移。如前所述，在钠长石花岗岩 w（CaO）显著增高，可能与围岩中Ca的加入有关，表明在钠长石花岗岩阶段存在水 岩反应。 当钠长石花岗岩受到水岩作用时，可以使母岩中的Li以络合物形式产生转移，表现为在钠长 石阶段Li明显降低，如图6d所示。刘英俊等（1984）通过计算，发现1 m3黑云母花岗岩遭 受钠长石花岗岩阶段白云母化时，可带出锂400 g，多以LiF等络合物带出，因此，钠长石 花 岗岩中Li的含量比黑云母花岗岩低（图6d）。后期风化淋滤阶段带的Li可以在云英岩阶段沉 淀，在云母_云英岩中富集，这些云母_云英岩多数发育在有良好覆盖层掩盖的岩体顶部，这 样的环境有利于挥发分的富集。因此，云英岩阶段中Li的含量明显升高（图6d）。
综上所述，岩浆不混溶作用、水岩反应、风化淋滤作用共同制约了尖峰岭矿床稀有金属元素 的成矿作用。
（2） 黑云母花岗岩、钠长石花岗岩和云英岩微量元素地球化学特征，显示花岗岩具岩浆演 化 的特征，三类岩石富集Rb、Th、U、Nb、Ta等元素，亏损高场强元素Ba、Sr、T i等；在黑云母花岗岩中，稀土元素总量高（∑REE=279.9×10-6～305.6×10 - 6），而钠长石花岗岩和云英岩中，稀土元素总量较低（∑REE=51.9×10-6～ 176.7×10-6），且铕负 异常显著（δEu=0.01～0.07），并出现稀土元素“M"型四分组效应。
（3） 岩石地球化学特征显示钠长石花岗岩属于岩浆成因，而云英岩则是岩浆演化后期熔体 _流体不混溶作用的产物。稀有金属成矿作用受岩浆不混溶作用、水岩反应、风化淋滤作用 的共同制约，K/Rb比值可以作为花岗岩矿化的指标。
1区域地质概况
区内地层主要为泥盆系浅海相碳酸盐岩，围绕花岗岩周边分布，石炭系主要为灰岩，位于 矿区东南角，北西部以寒武系变质砂岩为主，各系岩层多见蚀变大理岩及矽卡岩等。区内构 造简单，以北东向断裂为主，断裂F1为滑动正断层，自深坑里延伸至炮金山，走向北东，倾 向南东，为本区赋矿及控矿构造，沿断裂周边分布有铍矿床等。区内尖峰岭花岗岩沿断裂侵 入于泥盆系，在平面上呈近等三角形岩株展布，接触面南缓而北东陡，尖峰岭地区花岗 岩 主要包括黑云母花岗岩、钾长石花岗岩、斜长石花岗岩和钠长石花岗岩，由于岩浆演化作用 ，岩性具分带性，可分为7个岩性带（图1）。
云英岩带（Ⅰ带）：为石英_黄玉云英岩。分布在尖峰岭山顶，岩石呈灰白色，等粒状结构 ，由乳白色石英（约90%）、黄玉和少量锂云母组成，钽铌铁矿、锂云母矿化最富，本带厚 约2～3 m。稀有金属矿物主要有锂云母、钽铌铁矿和细晶石，矿石平均品位：Nb2O5为0 .027%，Ta2O5为0.032%，Li2O为0.82%，Rb2O为0.24%。
风化钠长石花岗岩带（Ⅱ带）。分布于Ⅰ带外围，呈不完整环带状，厚度4～12 m。细粒及 等粒结构，灰白色，风化后呈黄褐色，浅地表花岗岩风化成高岭土。矿物组成主要为钠长石 、斜长石、石英和云母等，钠长石呈白色板状，钠长石风化后部分变成绢云母，为细鳞片状 集合体，形成绢云母云英岩。稀有金属矿物主要有钽铌铁矿和细晶石。其中矿石平均品位 ：Nb2O5为0.015%，Ta2O5为0.021%，Li2O为0.37%，Rb2O为0.196%。本带 含矿甚好。
钠长石花岗岩带（Ⅲ带）： 分布在第Ⅱ带之外围，呈完整环带分布，厚度约20～70 m。岩 石主 要呈细粒半自形粒状结构，局部见中粒结构，颜色为白色或灰白色。矿物主要由乳白色石英 、斜长石、条板状钠长石和锂云母组成，含锂白云母、黄玉及少量紫色萤石等。本 带为主要 含矿带。稀有金属矿物主要有钽铌铁矿和细晶石。其中矿石平均品位：Nb2O5为0.012% ，Ta2O5为0.014%，Li2O为0.13%，Rb2O为0.289%。
斜长石花岗岩带（Ⅳ带）：分布在第Ⅲ带之外围，厚度约20～80 m。为中细粒结构，颜色为 白 色略显粉红色。矿物主要为浅棕色黑鳞云母、微斜长石为主，局部见方铅矿等硫化物。本带 为工业矿体与非工业矿体过渡带。稀有金属矿物主要为少量铌钽铁矿，平均品位：Nb2O 5为0.0087%，Ta2O5为0.0083%。
斜长石_钾长石花岗岩带（Ⅴ带）：分布于第Ⅳ带之外围，厚度约30～80 m。中粒斑状结构 ，颜 色为白色至肉红色。矿物组成主要为钾长石、斜长石、黑鳞云母和石英。其中，云母主要为 棕 色的黑鳞云母；斜长石主要为微斜长石；钾长石呈肉红色；石英则为烟灰色。本带矿化差。 稀有金属矿物平均品位：Nb2O5为0.0083%，Ta2O5为0.0067% ，Li2O为0.07% 。
钾长石花岗岩带（Ⅵ带）：分布于山脚一带，面积广，厚度约80～150 m。中粒半自形粒状 结 构，颜色为肉红色。岩性与第Ⅴ带相比，黑鳞云母片度增大，颜色棕色加深；长石以钾长石 为主，颜色更显得红一些。本带矿化很差。稀有金属矿物平均品位：Nb2O5为0.0068% ，Ta2O5为0.0051%，Li2O为0.12%。
黑云母花岗岩带（Ⅶ带）：紧接第Ⅵ带，岩石为半 自形粒状结构，颜色为淡红色，矿物组成为石英、微斜长石和黑云母。云母主要为黑云母，片度大，多呈单片状；石英为烟灰色；微 斜长石为淡红色。
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图 1尖峰岭稀有金属矿床地质图（底图据湖南二三八勘探队，1974） 1—第四系； 2—下石炭系石磴子灰岩； 3—下石炭系孟公坳灰岩； 4—上泥盆系石天子岭 白云 岩； 5—中泥盆系东岗岭岩组灰岩； 6—下泥盆 系莲花山砂岩； 7—寒武系变质岩 ； 8—断层； 9—岩性分带编号； 10—白钨矿； 11—铍矿； 12—锂铌钽矿； 13—铌钽矿； 14—铌钽矿 ； 15—采样位置 Fig. 1Simplified geological map of the Jianfengling deposit (modified after No . 238 Exploration Party of Hunan, 1974) 1—Quaternary; 2—Lower Carboniferous Shidengzi Formation: limestone; 3—Lower C ar boniferous Menggongao Formation: limestone; 4—Upper Devonian Shitianziling Form a tion: dolomite; 5—Middle Devonian Donggangling Formation; 6—Lower Devonian Lia nh uashan Formation: sandstone; 7—Cambrian metamorphic rocks; 8—Fault; 9—Seria l n umber of lithologic zone; 10—Scheelite; 11—Beryllium ore; 12—Li_Nb_Ta ore; 13—Nb_Ta ore; 14—Nb_Ta ore; 15—Sampling location |
2样品采集及测试方法
2.1样品采集
为研究尖峰岭黑云母花岗岩及与稀有金属矿化相关的钠长石花岗岩和云英岩地球化学特征， 本文采集代表性样品7件，其中Ⅰ带云英岩样品1件，Ⅱ带风化钠长石花岗岩2件（其中1件已 高岭土化），Ⅲ带中钠长石花岗岩样品2件，Ⅶ带中黑云母花岗岩样品2件，进行了主量元素 及微量、稀土元素地球化学分析。
2.2测试方法
所有样品的测试分析均在国家地质实验测试中心实验室完成。岩石样品经磨碎溶样处理后， 采用X射线荧光光谱法分析主量元素，仪器型号为荷兰帕纳科公司PANalytical AXIOS型光谱 仪，主要工作条件为：端窗铑靶X射线管，SuperQ软件，4.0 kW满功率，X光管最大电压66 k V，最大电流125 mA，分析精度优于5%。岩石样品磨碎至200目后，利用酸溶法配制样品溶液 ，采用电感耦合等离子体质谱法分析微量元素和稀有元素，仪器型号为TJA X_Series电感耦 合等离子体质谱仪（美国ThermoFisher公司），分析精度优于10%。 F元素采用离子选择性 电极法（ISE）分析，相对误差小于±3%。
3地球化学特征
对尖峰岭不同演化阶段的黑云母花岗岩、风化花岗岩、钠长石花岗岩、云英岩样品进行了主 量元素、微量元素和稀土元素分析。
3.1主量元素
表1中列出了尖峰岭花岗岩代表性样品的主量元素分析结果及相关参数，这些样品代表了岩 体不同岩性带演化阶段。由表1中数据可以看出，相对于黑云母花岗岩，主成矿阶段钠长石 花岗岩和云英岩主量元素具以下特征：（1） w（SiO2）较高，介于70.6%～84.85%之间。投图钠长石花岗岩落在典型 花岗岩区（图2a），云英岩则落入硅英岩区域；
（2） w（Al2O3）较高，介于9.36%～16.3%之间，铝饱和指数（A/CNK=1.53 ～5.06），均大于1.01，样品投图显示均落入过铝质区域（图2b），为过铝质岩；
（3） 碱含量变化较大，w（Na2O+K2O）在 1.51%～7.52%之间，K2O/Na2O比值变化较大，介 于1.0～29.2之间；
（4） 贫Fe2O3、MgO、TiO2、MnO，质量分数在1%以下，低P2O5，质量分数远小 于0. 1%，这与其他富P2O5稀有金属矿床明显不同（吴宗絮， 1985； Chappell et al.， 1 992； 杨泽黎等，2014）；
（5） w（CaO）变化大，在0.1%～3.44%之间，表
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表 1尖峰岭矿床不同阶段花岗岩主量元素分析结果（w(B)/%） Table 1Major elements data of different stage samples from the Jianfengling or e deposit（w(B)/%） |
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图 2尖峰岭矿床不同阶段花岗岩SiO2_(K2O＋Na2O)分类图(a，底图据Middlemost， 1994)及A/NK_A/CNK图解(b) Fig. 2SiO2_(K2O＋Na2O) (a, after Middlemost, 1994) and A/NK_A/CNK (b) d iagrams of different stages of samples from the Jianfengling deposit |
在主量元素哈克图解（图3）中，随着w（SiO2）的增加，黑云母花岗岩、钠长石 花岗岩和云 英岩中主量元素变化明显不同，表现为相对于黑云母花岗岩，MgO、K2O和TiO2质量分数 在钠 长石花岗岩和云英岩中均呈降低变化；TFe、MgO和MnO质量分数在钠长石花岗岩中明显降低 ，而在云英岩中则升高，这可能与云英岩中锂云母富含Fe、Mn有关； Al2O3、CaO、Na 2O质 量分数在云英岩中明显降低，而在钠长石花岗岩中明显升高，特别是w（CaO）明显 增高，这 可能与在钠长石花岗岩阶段存在水岩反应，围岩中Ca的加入有关。在这种钠长石花岗岩和云 英岩中，TFe、MgO、MnO、Al2O3、CaO、Na2O的质量分数出现一高一低突然变化的现 象，暗示岩浆演化后期可能存在熔体_流体液态不混溶分离作用（王联魁等，2000a）。
3.2微量元素和稀土元素
表2列出了尖峰岭花岗岩代表性样品的微量元素、稀土元素分析结果及相关参数，从微量元 素组成看，钠长石花岗岩、云英岩与黑云母花岗岩具有相似的微量元素富集和亏损变化趋势 ，均富集Rb、Th、U、Nb、Ta等元素，强烈亏损高场强元素Ba、Sr、Ti（图4a），具有南岭 高演化花岗岩的普遍特征（王联魁等，2000b），且从早期到晚期，K/Rb比值（27.2～10. 2）、Zr/Hf（14.2～6.4）比值逐渐降低（表2），K/Rb、Zr/Hf比值变化特征可指示花岗 岩的演化程度（Miller et al., 1982），表明尖峰岭花岗岩经历了强烈的岩浆分异演化作 用。在稀土元素组成上，∑REE变化较大，其中黑云母花岗岩中稀土元素总量较高（∑REE= 279 . 9×10-6～305.6×10-6），钠长石花岗岩和云英岩中稀土元素总量明显较低 （∑REE= 51.9× 10-6～176.7×10-6）（表2），黑云母花岗岩、钠长石花岗岩和云英岩均出 现较显著的铕负 异常（δEu=0.01～0.07）。球粒陨石标准化配分型式图（图4b）中，黑云母花岗岩和钠 长石花 岗岩均呈“V"形，显示出重稀土元素相对富集的特征，而与正常花岗岩"右倾"模式明显不同 ； 稀土元素组成的另一重要特征是存在“M"型四分组效应（图4b），与华南许多Li_F花岗岩稀 土元素组成特征相类似。如广西栗木稀有金属花岗岩和江西雅山稀有金属花岗岩（林德松， 1993；杨泽黎等，2014），都具稀土元素四分组效应的特征，这种特征是岩浆演化 晚期熔 体_流体相互作用形成稀土元素四分组效应的主要原因（赵振华等，1992；Bau，1996）。
3.3稀有元素和挥发分
对尖峰岭不同演化阶段的花岗岩样品进行了稀有金属及挥发分含量分析（表3）。从表3可以 看出，不同演化阶段花岗岩的稀有元素含量富集程度明显
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图 3尖峰岭矿床不同阶段花岗岩哈克图解 虚线表示相对于母岩黑云母花岗岩，钠长石花岗岩和云英岩不同的演化趋势 Fig. 3Major elements versus SiO2 diagrams of different stages of samples fro m the Jianfengling ore deposit Dashed line is compared with biotite granite， the different evolution trend of sodium feldspar granite and greisen |
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表 2尖峰岭矿床不同阶段样品微量、稀土元素分析结果（w(B)/10-6） Table 2Trace elements and rare earth elements data of different stages of samp les from the Jianfengling ore deposit（w(B)/10-6） |
不同，其中w（Li）为62 .8×10-6～1608×10-6，表现为在云英岩中强烈富集；w（Be）为5 .81×10-6～1815×10-6，w（Nb）为67.6×10-6～108×10 -6，w（Ta）为21.5×10-6～62.5×10-6，w（Rb） 为1183×10-6～4127×10-6，表现为在钠长石花岗岩和风化花岗岩中强烈富集 。反映出岩浆演化到钠长石花岗岩和 云英岩阶段是主要成矿阶段。挥发分F的质量分数（0.89%～5.08%）从黑云母花岗岩到钠 长石花 岗岩逐渐升高，随着F含量的增加，稀有金属矿化 明显增强，表明挥发分F与稀有金属矿化存在密切 的联系（刘英俊等，1984）。
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图 4尖峰岭矿床不同阶段样品微量元素蛛网图(a)和稀土元素分布型式图(b) 原始地幔标准值、球粒陨石标准值据Sun et al.，1989 Fig. 4Primitive mantle (PM) normalized spidergrams (a) and chondrite_normalize d REE patterns (b) of different stages of samples from the Jianfengling ore de posit primitive mantle values after Sun et al., 1989 |
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表 3尖峰岭矿床不同阶段样品稀有金属及挥发分分析结果 Table 3Rare elements and gas data of different stages of samples from the Jian fengling ore deposit |
4讨论
4.1成矿物质来源
尖峰岭稀有金属花岗岩成矿物质来源前人开展了较多研究，邱瑞照等（2002；2003）对尖 峰 岭不同演化阶段花岗岩及香花岭矿田内癞子岭花岗岩、坦冲花岗斑岩开展了Nd同位素研究， Nd 同位素特征表明该地区花岗岩为壳_幔组分混合的花岗岩，同时认为地幔物质可能以地幔流 体底侵诱导中元古代地层重熔形成。尖峰岭岩体顶部似伟晶岩石英流体包裹体的碳同位素研 究表明成矿流体源自幔源（邱瑞照等，1998）。本文不同演化阶段花岗岩和云英岩地球化学研究表明：稀土元素配分模式表现为强烈铕亏损 ，δEu<0.1，表明有斜长石分离结晶作用；LREE/HREE比值明显升高，接近于1，稀土元素 配 分曲线呈“V"型，表明在分离结晶过程中有独居石等副矿物进入早期结晶的岩石中，使残余 熔体中的LREE/HREE比值增大。这些特征表明尖峰岭花岗岩属于壳源改造（重熔）系列花岗 岩（刘昌实等，1990）。
4.2稀有金属花岗岩成因
Nb、Ta、Li、Rb等稀有元素主要富集在钠长石花岗岩及云英岩中。关于华南地区钠长石花岗 岩和云英岩的成因有交代作用（Hu et al.,1984；袁忠信等，1987）和岩浆作用（周凤英等 ，1995；王联魁等，1999；2000a；2000b；Antipin et al., 1999）2种观点，近年来的实 验研究及成矿流体研究证实，岩浆分异作用是其形成的主要机制。如栗木和宜春雅山含钽铌 钠长石花岗岩是岩浆分异形成的（Pollard et al., 1991；Yin et al., 1995；Zhu et al. , 2001；杨泽黎等，2014），香花岭矿区的翁岗岩脉、伟晶岩和细晶岩也是主体岩石进 一 步结晶分异产生的（朱金初等，1993；1996），道县正冲矿床中云英岩的地球化学研究也表 明其属于岩浆成因（文春华等，2016）。邱瑞照等（1998）对尖峰岭花岗岩开展了流体包裹体研究，发现深部黑鳞云母花岗岩（Ⅳ带 ）以熔融包裹体为主，均一温度为740℃，浅部钠长石花岗岩（Ⅲ带）以熔融_流体包裹体为 主，均一温度为380～400℃，且具不混溶特征。邻近的癞子岭花岗岩的包裹体实验研究，也 发现 黑鳞云母花岗岩出现熔融包裹体现象，均一温度范围在780～860℃之间，钠长石花岗岩中主 要为熔融包裹体，均一温度为700～790℃，黄玉云英岩中出现熔融包裹体和熔融_流体包裹 体共 存现象，均一温度为450～680℃（周凤英等，1995）。熔融包裹体是岩浆包裹体（或称硅酸 盐熔融包裹体），是典型的岩浆成因（卢焕章，1996；2011）。尖峰岭钠长石花岗岩中熔融 包裹体的存在，是岩浆成因的直接证据。
地球化学分析表明，在主量元素哈克图解（图3）中，钠长石花岗岩和云英岩中主量元素含 量随着SiO2含量增加出现一高一低的变化现象，表明岩浆演化后期可能存在熔体_流 体液 态不混溶分离作用（王联魁等，2000b）；并且微量元素蛛网图（图4a）反映出尖峰岭花岗 岩经历了强烈的岩浆分异演化作用，稀土元素配分图（图4b）中存在“M"型四分组效应，是 岩浆演化晚期熔体_流体相互作用所造成的（赵振华等，1992；Bau，1996）。因此，云英岩 应是岩浆演化后期阶段熔体_流体不混溶作用的产物。
4.3花岗岩演化与稀有金属成矿机制
4.3.1花岗岩演化过程
如前所述，尖峰岭花岗岩成岩、成矿物质源自壳_幔混合作用形成，在向上侵位过程中演化 成富挥发分（F、H2O、Cl等）、稀有元素（Nb、Ta、Li、Rb）以及K和Na等元素的花岗质 岩 浆。首先分离结晶出黑云母花岗岩，当岩浆演化到后期，由于F、H2O等挥发分逐渐富集， 这 种富挥发分的熔体快速与母岩浆分离，促进不混溶作用的发生。在不混溶过程中，Na较K更 加亲和于富氟熔体（Gramenitskiy et al., 1994），因此，Na富集在挥发分熔体中，K富集 在 硅酸盐熔体中。并且，由于F含量增加可以降低熔体结晶温度，使钠长石的结晶温度低于钾 长石的结晶温度，从而Na能够迁移较长的距离，从而产生Na 与K 分离，形成钠长石花岗岩 常常位于钾长石花岗岩之上的分带现象。由于F对稀有金属元素有较强的亲和力（Keppler, 1993；Thomas et al., 2005），与稀有金属组成各类络合物，携带成矿元素一起迁移和富 集，造成许多成矿元素在钠长石花岗岩阶段富集（Thomas et al., 2006）。岩浆进一步演化到熔体_流体阶段，挥发分和SiO2过饱和，LiF等络合物一起迁移，F与Li 的关系最为密切（刘英俊等，1984），在岩体顶部形成云英岩，同时，促进了锂矿化。
4.3.2稀有金属成矿机制
挥发分，特别是F，可以与稀有金属形成络合物迁移，同时挥发分还制约着熔体/流体体系的 地球化学行为及其成矿效应（张德会，2005），是控制稀有金属元素成矿的关键因素。从图 5中可以看出，随着F含量逐渐升高，Nb/Ti、Ta/Ti比值明显升高，与F呈正相关关系；而K/R b 、Zr/Hf、Nb/Ta、∑REE呈降低趋势，与F呈反相关关系。这些元素对在元素晶体化学性质上 都 很相似，常在矿物中发生类质同象置换，随着岩浆分异作用加强，它们的地球化学行为出现 了 一定差异，元素对中某一元素含量增加，另一元素含量降低或增加缓慢。即Nb、Ta、Hf等元 素随岩浆分异演化程度增加而增加，而Ti、K、∑REE等元素与之相反而降低。因此，这 些元素对 比值的变化反映了尖峰岭花岗岩经历了高分异演化过程，同时也表明稀有元素随F含量的增 加而增加的变化趋势。主量元素哈克图解（图3）和稀土元素配分模式图（图4b）显示出的地球化学特征，表明尖 峰 岭花岗岩在岩浆演化后期发生了熔体_流体液态不混溶分离作用。流体包裹体研究也反映出 钠长石花岗岩发育熔融_流体包裹体，具不混溶特征（邱瑞照等， 1998）。不混溶作用影响岩浆_流体体系的稳定性，
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图 5尖峰岭矿床不同阶段花岗岩F_Nb/Ti (a)、F_Ta/Ti(b)、F_Nb/Ta(c)、F_∑REE(d)、F _K/Rb(e)、F_Zr/Hf(f)关系图解 Fig. 5F_Nb/Ti (a), F_Ta/Ti (b), F_Nb/Ta (c), F_∑REE (d), F_K/Rb (e) and F_Zr/ Hf (f) diagrams of different stages of samples from the Jianfengling ore depos it |
综上所述，岩浆不混溶作用、水岩反应、风化淋滤作用共同制约了尖峰岭矿床稀有金属元素 的成矿作用。
5结论
（1） 尖峰岭矿床岩石主量元素分析表明： 在主成矿阶段，钠长石花岗岩和云英岩阶段岩石具高Si O2（70.6%～84.85%）， 富Al2O3（9.36%～16.3%），铝质过饱和（A/CNK=1.53 ～5.06）；碱（ Na2O+K2O）（1.51%～10.85%）和CaO（0.88%～3.44%）变化大，在钠长石花岗 岩中，碱、钙含量较高；Fe2O3、MgO、TiO2、MnO、P2O5含量较低。
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图 6尖峰岭矿床不同阶段花岗岩K/Rb_Nb (a)、K/Rb_Ta (b)、K/Rb_Be (c)、K/Rb_Li (d) 关系图解 Fig. 6K/Rb_Nb (a), K/Rb_Ta (b), K/Rb_Be (c), K/Rb_Li (d) diagrams of different stages of samples from the Jianfengling ore deposit |
（2） 黑云母花岗岩、钠长石花岗岩和云英岩微量元素地球化学特征，显示花岗岩具岩浆演 化 的特征，三类岩石富集Rb、Th、U、Nb、Ta等元素，亏损高场强元素Ba、Sr、T i等；在黑云母花岗岩中，稀土元素总量高（∑REE=279.9×10-6～305.6×10 - 6），而钠长石花岗岩和云英岩中，稀土元素总量较低（∑REE=51.9×10-6～ 176.7×10-6），且铕负 异常显著（δEu=0.01～0.07），并出现稀土元素“M"型四分组效应。
（3） 岩石地球化学特征显示钠长石花岗岩属于岩浆成因，而云英岩则是岩浆演化后期熔体 _流体不混溶作用的产物。稀有金属成矿作用受岩浆不混溶作用、水岩反应、风化淋滤作用 的共同制约，K/Rb比值可以作为花岗岩矿化的指标。
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