应用X射线荧光光谱-电感耦合等离子体质谱法研究湖南传梓源地区稀有金属矿床伟晶岩地球化学特征_文春华.pdf

2015 年 5 月 May 2015 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 34，No． 3 359 ～365 收稿日期 2014 －08 －06;修回日期 2015 －05 －09;接受日期 2015 －05 －20 基金项目 中国地质调查局地质调查工作项目 1212011220817 ; 湖南三稀资源综合研究与重点评价 资［ 2014］ 03 －007 －007 作者简介文春华， 博士， 工程师， 主要从事矿床地球化学及矿床成矿流体研究。E- mail herowch2004163． com。 文章编号 02545357 2015 03035907 DOI 10． 15898/j． cnki． 11 －2131/td． 2015． 03． 017 应用 X 射线荧光光谱 － 电感耦合等离子体质谱法研究湖南 传梓源地区稀有金属矿床伟晶岩地球化学特征 文春华1，罗小亚1，李胜苗1，李建康2 1． 湖南省地质调查院，湖南 长沙 410116; 2． 国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室，中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037 摘要本文利用 X 射线荧光光谱和电感耦合等离子体质谱分析技术对传 梓源地区锂辉石伟晶岩、 钠长石伟晶岩和钾长石伟晶岩开展研究， 获得三 种类型伟晶岩地球化学特征。锂辉石伟晶岩具高 Al2O3 16． 23 ～ 16． 4 、 高 K2O 3． 05 ～5． 22 和高分异指数 DI 91． 13 ～94． 9 ， 微 量元素富集 Rb、 K 而亏损 Ba、 Sr、 Ti， 稀土元素含量低 ΣREEs 2． 9 10 －6 ～3． 5 10 －6 ; 钠长石伟晶岩富 Na2O 5． 58 ～ 7． 41 而贫 K2O 0． 98 ～2． 62 ， 微量元素 Rb/Sr 值相对于锂辉石伟晶岩呈降低变化 而稀土元素为升高变化; 钾长石伟晶岩富 K2O 9． 13 而贫 Na2O 1． 69 ， 微量元素 Zr/Hf 和 K/Rb 值相对于锂辉石伟晶岩和钠长石伟晶 岩呈升高变化的特征。表明岩浆在演化过程中发生了不混溶作用、 钠长石 交代作用和钾长石交代作用， 分别形成了 Li、 Rb 矿化锂辉石伟晶岩， Nb、 Ta、 Be 矿化钠长石伟晶岩和无矿化 钾长石伟晶岩， 这些地球化学特征是稀有金属矿床找矿地球化学标志。 关键词X 射线荧光光谱法; 电感耦合等离子体质谱法; 传梓源地区稀有金属矿床; 地球化学特征; 锂辉石 伟晶岩; 钠长石伟晶岩; 钾长石伟晶岩 中图分类号O657． 34; O657． 63; P611． 12文献标识码A 传梓源稀有金属矿床位于湖南省平江县城东北 20 km 处， 是一处大型富锂、 铌和钽稀有金属伟晶岩 型矿床。该地区伟晶岩分布十分广泛且类型复杂， 前人对该地区的花岗岩开展了矿物学研究［1 ］， 对其 伟晶岩脉开展了地质特征及成矿规律的研究［2 －3 ］， 但在地球化学方面的研究几乎空白。随着科学研究 的需要， 现代分析测试技术以及新的地球化学研究 方法在地质上得到很好的应用， 如 X 射线荧光光谱 法 XRF 测定硅酸盐矿物中的主量元素已成为经 典的主量元素分析方法 ［4 ］， 特别是对测定高锶高钡 的硅酸盐样品中主量元素有着很好的应用［5 ］; 电感 耦合等离子体质谱法 ICP － MS 是目前公认的最强 有力的元素分析技术， 在地质样品稀土、 稀散等痕 量、 超痕量多元素分析方面数据精准、 可靠 ［6 －8 ］ ， 如 能精确测定稀有元素锆、 铌、 钽和稀散元素铬、 镓、 铟、 碲、 铊等微量元素 ［9 －11 ］。本文在前人研究的基 础上采用 XRF 和 ICP － MS 技术分析传梓源地区锂 辉石伟晶岩、 钠长石伟晶岩和钾长石伟晶岩样品中 的主量和微量元素， 详细剖析了该地区伟晶岩地球 化学特征， 并探索不同类型伟晶岩与稀有金属矿化 关系， 以期为传梓源地区找矿工作提供参考依据。 1伟晶岩样品选取和采集 传梓源地区伟晶岩数量众多且类型复杂， 分为锂 辉石伟晶岩、 钠长石伟晶岩和钾长石伟晶岩三种类 型。本次实验采集了具代表性新鲜岩石样品 7 件， 分 别为 锂辉石伟晶岩 锂辉石伟晶岩和含锂辉石伟晶 岩 样品2 件， 钠长石伟晶岩 糖粒状钠长石伟晶岩、 953 白云母 －钠长石伟晶岩、 含绿柱石钠长石伟晶岩和细 粒钠长石伟晶岩 样品 4 件和钾长石伟晶岩 细粒钾 长石伟晶岩 样品1 件。三类样品详细描述如下。 锂辉石伟晶岩 岩石呈灰白色， 矿物组成为石英 20 ～30 、 白云母 5 ～8 、 锂辉石 30 ～ 45 、 钠长石 25 ～ 30 及其他副矿物。其中 石英呈灰色， 半自形 － 他形粒状， 粒径一般为 0． 4 ～ 1． 5 cm; 白云母呈细片状， 片径为 0． 7 ～ 2 cm; 锂辉 石呈灰白色， 自形 － 半自形柱状晶形， 解理发育; 钠 长石呈灰白色， 自形 － 半自形短柱状， 粒径一般为 0． 8 ～1． 5 cm; 副矿物见有石榴石等。 钠长石伟晶岩 岩石呈灰白色， 矿物组成为钠长 石 40 ～50 、 石英 30 ～40 、 白云母 10 ～15 及少量钾长石 5 ～10 和其他副矿物。 其中钠长石呈灰白色， 自形 － 半自形短柱状、 糖粒 状、 叶片状， 粒径一般为 2 ～3． 5 cm; 石英呈灰白色， 半自形 － 他形粒状， 粒径一般为 0． 8 ～3 cm; 白云母 呈细片状， 片径为 1 ～2． 5 cm; 副矿物见有浅绿色柱 状绿柱石和石榴石等。 钾长石伟晶岩 矿物组成为钾长石 35 ～ 45 、 石英 25 ～35 、 白云母 8 ～15 、 黑 云母 5 ～8 及少量钠长石 5 ～10 和其他 副矿物。矿物颗粒均较细， 以他形为主， 粒径一般为 0． 1 ～0． 7 cm。 2伟晶岩分析方法和测试结果 2． 1X 射线荧光光谱法分析主量元素 利用 X 射线荧光光谱分析方法对研究区不同 类型伟晶岩样品进行测试。分析测试由本文作者在 国家地质实验测试中心实验室完成。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 kV， 最大电流 125 mA。 主量元素的测试结果见表 1， 分析图见图 1a。 2． 2ICP －MS 法分析微量元素和稀有元素 锂辉石伟晶岩、 钠长石伟晶岩和钾长石伟晶岩 中的微量元素和稀有元素由作者在国家地质实验测 试中心实验室采用 TJA X － Series 电感耦合等离子 体质谱仪 美国 ThermoFisher 公司 分析。 微量元素和稀有元素的分析结果见表 2， 分析 图见图 1b、 c、 d。 3伟晶岩元素地球化学特征及伟晶岩与 矿化关系 3． 1主量元素特征 从表 1 和图 1a 中可以看出， 伟晶岩具高 SiO2 71． 87 ～77． 3 、 高 Al2O3 13． 4 ～16． 5 和 高碱 Na2O K2O 7． 27 ～ 10． 8 ， 低 MnO、 CaO、 MgO、 TiO2、 FeO 和 Fe2O3， 其含量均小于 1。 表 1传梓源地区伟晶岩的主量元素含量分析结果 Table 1Analytical data of major elements of pegmatite samples from Chuan- ziyuan deposit by XRF 主量元素 锂辉石伟晶岩含量 钠长石伟晶岩含量 钾长石伟晶岩含量 PJ － CZY －6 －3PJ － CZY －6 －6PJ － CZY －5 －5 PJ －6 －2 －1 PJ －9 －4 －2 PJ －9 －4 －4PJ －9 －5 －2 SiO273．371．8773．17577． 373．473．2 Al2O3 16．416．2316．515．513． 414．714．4 Fe2O30． 210．120．10．070．340．450．14 FeO0． 450．340． 310．340．470．450．38 CaO0． 190．180． 180．160．390．890．24 MgO0． 080．060． 080．070．090．230．09 K2O3． 055．222． 590．990．982．629．13 Na2O 4． 384．935． 587．416．295．671．69 TiO20． 010．010． 010．010．010．020．01 MnO0．240．240．10．120．170．160．05 P2O5 0． 080．090． 070．040．140．10．15 H2O 0． 340．260． 250．240．260．40．14 CO2 0． 260．260． 390．090．260．430．34 Total98． 9999．8199．210010099．5100 Na2O K2O 7． 4310．158．178．47．278．2910．8 分异指数 DI91． 1394． 9 92．696．495． 393．695．3 063 第 3 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2015 年 表 2传梓源地区伟晶岩的微量元素和稀有元素含量分析结果 Table 2Analytical data of trace elements and rare metal elements of pegmatite samples from Chuan- ziyuan deposit by ICP- MS 微量元素和 稀有元素 锂辉石伟晶岩 含量 10 －6 钠长石伟晶岩 含量 10 －6 钾长石伟晶岩 含量 10 －6 PJ － CZY －6 －3PJ － CZY －6 －6PJ － CZY －5 －5PJ －6 －2 －1PJ －9 －4 －2PJ －9 －4 －4PJ －9 －5 －2 ΣREEs3．5 2． 914．362． 8810．9678．524．27 LREEs2． 852．3313．731．88．4373．933．15 HREEs0． 650．570． 631． 082．534．591．12 LREEs/HREEs4．44． 121．81．73．316．12． 8 La/Yb N 7． 78． 324．42．23．527．63． 9 δEu 1． 11． 00．80．80．60．90．8 K/Rb31．634． 423．940．560．770．8259．6 Rb/Sr65．686． 870．217．29．67．814．1 Zr/Hf15．410． 27．910．616．714．422．6 Li1211189103610661．566．426 Be13498． 913110943520．94．35 Rb8001259899203134307292 Nb15． 526． 810158．711．917．32．32 Ta3．2811． 466．822．24． 195．080．66 总体表现为基性元素 Fe、 Mg、 Ca 减少， 而碱性元素 Al、 Na 增加， 与前人的研究结果类似 ［12 －14 ］。分异 指数 DI 91． 13 ～ 96． 4 高， 表明岩浆发生了高程度 分异演化作用。锂辉石伟晶岩、 钠长石伟晶岩和钾 长石伟晶岩的主量元素存在区别， 其中锂辉石伟晶 岩 具 高 Al2O3 16． 23 ～ 16． 4和 高 K2O 3． 05 ～5． 22 的特征; 钠长石伟晶岩富 Na2O 5． 58 ～7． 41 和而贫 K2O 0． 98 ～2． 62 ， Na2O 的升高可能与钠长石化作用相关; 钾长石伟晶 岩富 K2O 9． 13 而贫 Na2O 1． 69 ， K2 O 的突 然升高推测与钾长石交代作用相关。 3． 2微量元素特征 微量元素原始地幔标准化蛛网图 图 1c 显示 锂辉石伟晶岩、 钠长石伟晶岩和钾长石伟晶岩微量 元素整体呈现右倾模式， 碱性元素 Rb、 K 明显富集， 而高场强元素 Ba、 Sr、 Ti 等均强烈亏损， 这些特征与 新疆阿尔泰地区高纯石英伟晶岩［15 ］和可可托海 3 号伟晶岩 ［14 ］相类似。Ba 和 Sr 元素亏损推测与斜长 石的结晶分异作用有关， Ti 亏损推测与钛铁矿结晶 分异作用有关。图 1c 显示钾长石伟晶岩微量元素 Ta、 Nb 和 Zr 明显降低， K 明显升高， Zr/Hf 和 K/Rb 比值表现为升高变化。这种微量元素变化特征反映 出岩浆后期流体演化过程中发生了钾长石交代作 用， 导致了亲岩浆元素 Ta、 Nb 和 Zr 强烈亏损， 而 K 强烈富集形成钾长石伟晶岩。 从图 1d 和表 2 看出伟晶岩总稀土含量较低 ΣREEs 2． 88 10 －6 ～ 78． 52 10 －6 ， LREEs/ HREEs 值为1．7 ～16．1， 轻重稀土分馏作用明显， δEu 0．6 ～1．1 显示为弱负异常， 这些特征与东秦岭花岗 伟晶岩相类似 ［ 16 ］， 表明岩浆演化过程由偏基性向碱 性演化， 稀土元素是逐渐减少的。但是钠长石伟晶岩 稀土元素明显增高 图 1d ， 表明稀土元素变化与钠 长石化相关， 钠长石交代作用导致Rb/Sr比呈降低变 化， 并且对稀土元素具搬运作用而逐渐富集。 3． 3稀有元素特征 从表 2 和图 1b 中可以看出， 不同类型伟晶岩中 稀有元素含量变化较大。其中， 锂辉石伟晶岩富集 Li 189 10 －6 ～ 1211 10 －6 和 Rb 800 10－6 ～ 1259 10 －6 ， 糖粒状钠长石和白云母钠长石伟晶岩 富集 Nb 58． 7 10 －6 ～ 101 10 －6 和 Ta 22． 2 10 －6 ～ 66． 8 10 －6 ， 含绿柱石钠长石伟晶岩富集 Be 435 10 －6 ， 细粒钠长石伟晶岩和细粒钾长石 伟晶岩中稀有元素较低。反映出 Li 和 Rb 趋向于锂 辉石伟晶岩中富集， Nb、 Ta 和 Be 趋向于钠长石伟晶 岩中富集， 而稀有金属元素在钾长石伟晶岩中含量 呈明显降低变化趋势。 3． 4伟晶岩类型与矿化关系 前人研究认为伟晶岩中稀有金属元素是通过岩 浆结晶分异过程逐渐富集［18 －19 ］。由于伟晶岩富含 水等挥发份， 对稀有金属具亲和力［20 ］并能够与稀有 金属组成各类络合物， 携带成矿元素一起迁移和富 集。在岩浆向上侵位过程中， 挥发份与稀有金属络 合物快速迁移至岩体顶部逐渐富集， 随温度下降， 岩 浆不混溶作用导致了 Na、 Li 与 K 的分离 ［21 ］， 由于挥 发份的存在降低了岩浆结晶速度， 形成晶体较好的 锂辉石伟晶岩， 同时形成了 Li、 Rb 矿化。 163 第 3 期文春华， 等 应用 X 射线荧光光谱 －电感耦合等离子体质谱法研究稀有金属矿床伟晶岩地球化学特征第 34 卷 图 1传梓源地区代表性样品主量元素 a 、 稀有元素含量变化 b 及微量元素蛛网图 c 和稀土配分图 d ， 其中 c、 d 标准值 据 Sun and McDonough， 1989［17 ］ Fig． 1Major elements a ，rare metal elements diagram b ，primitivemantle PMnormalized spidergrams cand chondrite- normalized REE patterns dfor representative samples from Chuan- ziyuan area the chondrite and primitive mantle values after Sun and McDonough， 1989［17 ］ 钽、 铌矿化与高度分异演化的钠长石花岗岩或 钠长石化作用密切相关［22 －23 ］， 实验模拟也表明钠长 石中 Nb、 Ta 含量最高 ［24 ］。上述地球化学特征表明 传梓源地区伟晶岩钠长石交代作用较强， 并且伟晶 岩自身的分异作用程度是稀有元素矿化的决定因 素。如结晶较好的糖粒状伟晶岩、 白云母 － 钠长石 伟晶岩和含绿柱石钠长石伟晶岩形成了 Nb、 Ta 和 Be 矿化， 而结晶差的细粒钠长石伟晶岩矿化程度明 显降低。 从上述实验数据分析来看 表 2 和图 1b ， 钾长 石伟晶岩中稀有金属含量明显较低， 表明稀有金属 在岩浆演化过程到钾长石化伟晶岩阶段， 矿化终止。 伟晶岩类型对稀有元素矿化有控制作用， 二者 有明显的依存关系， 如 Li 和 Rb 矿化与锂辉石伟晶 岩相关， Nb、 Ta 和 Be 矿化与钠长石伟晶岩密切相 关， 而钾长石伟晶岩与矿化无关。这些特征可以用 作在传梓源地区寻找稀有金属矿化伟晶岩的标志。 4结论 本文采用 XRF、 ICP － MS 分析技术对传梓源地 区锂辉石伟晶岩、 钠长石伟晶岩、 钾长石伟晶岩开展 了主量、 微量和稀有元素地球化学研究， 结果表明在 岩浆演化过程中稀有金属在不同的地球化学条件下 富集。其中锂辉石伟晶岩中稀有金属是岩浆后期不 混溶作用促进了 Li 和 Rb 在锂辉石伟晶岩中高度富 集; 钠长石化过程中， Nb、 Ta 和 Be 在钠长石伟晶岩 中富集; 钾长石交代作用过程中， 稀有元素含量明显 降低。 263 第 3 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2015 年 本次研究从地球化学角度对传梓源地区不同类 型伟晶岩的主量、 微量和稀有元素进行了初步探讨， 既是对传梓源地区稀有金属伟晶岩地球化学研究资 料的补充， 也是为下一步开展成矿物质来源、 成矿流 体演化等方面关系的研究提供思路和基础数据。 5参考文献 ［ 1］邹慧娟， 马昌前， 王连训． 湘东北幕阜山含绿帘石花岗 闪长岩岩浆的上升速率 岩相学和矿物化学证据［ J］ ． 地质学报， 2011， 85 3 366 －378． Zou H J， Ma C Q， Wang L X． A Magma Ascent Rate of Epidote- bearing Granodioritic Magma in the Mufushan Complex Batholith of NE Hunan ProvinceEvidence from Petrography and Mineral Chemistry ［J］ ． Acta Geologica Sinica， 2011， 85 3 366 －378． ［ 2］谢文安， 申志军， 谢玲琳． 湖南省稀有稀土贵金属矿床特 征与成矿规律 ［ J］ ． 地质与勘探， 1996， 32 4 19 －25． Xie W A，Shen Z J，Xie L L． Characteristics and Metallogenic Pattern of Rare Metal， Rare- earth Metal and Precious Metal Deposit［J］ ． Geology and Prospecting， 1996， 32 4 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