廣州地化所發現云母和鈮鉭鐵礦的成分和顯微結構可記錄與花崗巖-偉晶巖有關的關鍵金屬成礦過程
戰略性關鍵金屬指現今社會必需、安全供應存在高風險的稀有金屬、稀土金屬、稀散金屬和部分其它金屬。花崗巖-偉晶巖型Ta、Nb、Li礦床是我國最重要的關鍵金屬礦床類型，其形成涉及多期次巖漿-熱液活動，成礦過程復雜。云母在高演化花崗巖和偉晶巖中十分發育，其類型、結構和成分的變化可有效記錄巖漿-熱液作用過程。鈮鉭鐵礦是稀有金屬鉭（Ta）的主要來源，以副礦物的形式廣泛存在于花崗巖-偉晶巖型礦床中，其結構特征和成分演化可指示成礦元素的遷移和富集過程。
近期，中科院廣州地化所礦物學與成礦學重點實驗室巖漿作用與成礦學科組魏博助理研究員和邢長明副研究員分別對華北克拉通北緣趙井溝大型Ta-Nb礦床和西昆侖喀喇昆侖造山帶白龍山超大型Li-Rb多金屬礦床中的云母和鈮鉭鐵礦進行了精細的礦物學研究，刻畫了成礦元素在高分異花崗質巖漿分異過程中的遷移和富集過程。
趙井溝大型Ta-Nb礦床賦存在過鋁質花崗巖中，鈮鉭鐵礦是Ta的主要賦存礦物，其U-Pb定年結果為131.8±1.0Ma至134.6±2.1Ma，與華北克拉通破壞的峰期一致，表明該Ta-Nb成礦事件也是深部巖石圈減薄的淺部響應。過鋁質花崗巖中云母通常充填于鈉長石粒間，其BSE圖像呈現出不規則的明暗部分（圖1a），亮色部分為鐵鋰云母，而暗色部分為白云母。鐵鋰云母部分富集Li、Nb、Ta，而白云母部分富集Ba和Sn（圖1b-f）。因此，鐵鋰云母結晶于高度演化的巖漿，白云母則是由晚期熱液交代鐵鋰云母形成的。礦石中鈮鉭鐵礦通常呈自形長板狀或棱柱狀，其BSE圖像發育微弱的同心環帶，由內而外Nb/Ta比值逐漸降低（圖2a），是鈮鉭鐵礦從巖漿中分離結晶所致。同時，鈮鉭鐵礦的邊部通常環繞鉭鐵礦（Ta含量可達50 wt.%以上）以及鉭錫石。發育震蕩環帶的鈮鉭鐵礦強烈地被富Ta的鉭鐵礦交代，形成雜亂的補丁結構（圖2b）。因此，鉭鐵礦是從巖漿-熱液過渡階段富Ta和富水的硅酸鹽熔體中結晶的，其形成明顯晚于自形的鈮鉭鐵礦。
白龍山超大型Li-Rb多金屬礦床可劃分出白龍山石英-白云母（QM）偉晶巖帶、石英-鈉長石-鋰輝石（QAS）偉晶巖帶和石英-鋰輝石（QS）偉晶巖帶。各偉晶巖帶中白云母均發育原生和次生兩種產狀，其中原生白云母邊緣和解理縫中局部發育鋰云母（圖1g）。原生白云母從QM帶、QAS帶到QS帶具有連續降低的K/Rb比值，暗示巖漿連續演化的過程。LA-ICP-MS面掃描結果表明原始白云母具有復雜的Li、Rb、Cs、Nb、Ta環帶結構（圖1h），記錄了偉晶巖演化過程中復雜的巖漿分異和流體/熔體交代作用，揭示了關鍵金屬元素在巖漿和熱液中的分配行為和富集過程。同時，各偉晶巖帶中的鈮鉭鐵礦均發育同心環狀環帶、震蕩環帶和斑雜狀環帶。即便在同一薄片中，粒間相鄰的鈮鉭鐵礦顆粒也具有截然不同的環帶結構且Ta含量差異較大（圖2c），而鋰輝石+石英后成合晶中的鈮鉭鐵礦無明顯環帶且具有極低的Ta含量（圖2d）。這些特征表明各偉晶巖帶中的鈮鉭鐵礦均經歷了從巖漿到熱液的多階段生長過程，記錄了偉晶巖形成過程中巖漿從富Nb到富Ta以及晚期出溶流體富Nb的特征。
圖1 云母的LA-ICPMS面掃描元素分布圖
(a) 趙井溝過鋁質花崗巖中云母在BSE圖像下具有明暗不同部分，亮色為鐵鋰云母(Znw)，暗色為白云母(Ms)；(b-f) 云母的Ba、Sn、Li、Nb、Ta的面掃描分布；(g) 白龍山石英-鋰輝石偉晶巖帶中云母的BSE圖像，圖框中黑色為白云母，左下角亮色為鋰云母(Lpd); (h-n) 云母的Li、Rb、Cs、B、Sn、Nb、Ta面掃描分布。
圖2 鈮鉭鐵礦的BSE圖像
(a) 趙井溝鈮鉭鐵礦(CGM)中鈮鐵礦(Col)具有微弱同心環帶，邊部發育鉭鐵礦(Tan)和鉭錫石(Cst)；(b) 趙井溝鈮鉭鐵礦局部保留明顯的震蕩環帶，大部分被鉭鐵礦交代形成斑雜狀結構；(c) 白龍山石英-鈉長石-鋰輝石偉晶巖帶中鈮鉭鐵礦被錫石包裹，鈮鉭鐵礦具有顯著的環帶結構；(d) 白龍山石英-鋰輝石偉晶巖帶鋰輝石(Spd)+石英(Qtz)后成合晶中的鈮鉭鐵礦環帶不發育。
該研究受國家重點研發計劃項目（2016YFC0600103）、國家自然科學基金項目（91962217）、第二次青藏高原科考項目（2019QZKK0802）、中科院先導B項目(XDB18000000)和中科院青促會項目（2018388）聯合資助，研究成果發表在Lithos上：
Wei, B.*, Wang, C.Y., Zhao, Z., Bao, H., 2020. Columbite-group minerals and mica of peraluminous granite record the magmatic-hydrothermal processes that formed the Zhaojinggou Ta Nb deposit in the North China Craton. Lithos 370-371, 105648. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2020.105648.
Xing, C.-M.*, Wang, C.Y., Wang, H., 2020. Magmatic-hydrothermal processes recorded by muscovite andcolumbite-group minerals from the Bailongshan rare-element pegmatites in the West Kunlun-Karakorum orogenic belt, NW China. Lithos 364-365, 105507.
相關論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.lithos.2020.105507.
（中國科學院礦物學與成礦學重點實驗室、科技與規劃處供稿）
