桂东南——稀有金属伟晶岩的重要富集地区

Southeast Guangxi: An Important Enrichment Area of Rare Metal Pegmatite

摘要: 稀有金属资源是我国各类高新技术产业的重中之重，为了摆脱这些资源被其他国家的限制，加强稀有金属找矿是我们地质工作者目前需加紧解决的问题，与稀有金属矿化密切相关的伟晶岩是我们需要重点关注的类型。伟晶岩稀有金属矿床中的矿物复杂多样，主要是由于复杂的岩浆期后热液作用，以及不同阶段成矿流体成分和温度的差异导致的。主要有两种模式：1、花岗质岩浆演化后期富挥发分(H2O、F等)的残余熔体沿裂隙贯入到相对封闭的围岩中结晶而成赋矿伟晶岩；2、超变质的深熔作用或选择重熔作用形成的深熔流体对固态岩石发生重结晶作用及交代作用或沿构造裂隙贯入而形成伟晶岩脉。在成矿地质背景上，伟晶岩型稀有金属矿床的形成通常与造山作用密切相关。桂东南地区地处华南板块西南部，正处于华夏地块和扬子地块的交接部位，碰撞造山作用导致的构造–岩浆作用活跃，是广西乃至华南地区一个重要的有色金属成矿带，同时也是一个重要的新兴矿产成矿区。稀有金属广泛地分布在桂东南地区，此类矿种的发育与博白、北流、容县一带大面积出露的高度演化的花岗岩体中分异出来的伟晶岩有关，出现伟晶岩型稀有金属矿化。主要赋存于桂南晚志留世宁潭超单元及其外接触带中。区内伟晶岩发育集中区主要有4处，1、桂东地区昙容伟晶岩群，2、云开地区石垌伟晶岩群，3、云开地区双旺伟晶岩群，4、云开地区北流六靖伟晶岩群。可以预见，这些伟晶岩中蕴藏了丰富的稀有金属资源，亟待我们去勘察开发。

Abstract: Rare metal resources are the top priority of various high-tech industries in China. In order to break away from the constraints of these resources by other countries, strengthening the exploration of rare metals is a problem that our geologists need to urgently address. Pegmatite, which is closely related to rare metal mineralization, is a type that we need to focus on. The complexity and diversity of minerals in pegmatite rare metal deposits are mainly due to complex post magmatic hydrothermal processes, as well as differences in the composition and temperature of ore-forming fluids at different stages. There are two main modes: 1. The residual melt rich in volatiles (H2O, F, etc.) in the late stage of the evolution of granitic magma penetrates along the fractures into relatively closed surrounding rocks and crystallizes into ore-bearing pegmatite; 2. Hypermetamorphic deep melting or selective remelting formed deep melting fluids recrystallize and metasomatize solid rocks or penetrate along structural fractures to form pegmatite veins. In the metallogenic geological setting, the formation of pegmatite type rare metal deposits is usually closely related to orogeny. Southeast Guangxi is located in the southwest of the South China Plate, at the junction of the Cathaysian and Yangtze blocks. Tectonic magmatism caused by collision orogeny is active, making it an important nonferrous metal metallogenic belt in Guangxi and even South China, as well as an important emerging mineral metallogenic area. Rare metals are widely distributed in southeastern Guangxi, and the development of such minerals is related to pegmatite differentiated from highly evolved granite outcrops in a large area in the areas of Bobai, Beiliu, and Rongxian, resulting in pegmatite type rare metal mineralization. It mainly occurs in the Late Silurian Ningtansuperunit and its outer contact zone in southern Guangxi. There are mainly four areas where pegmatite development is concentrated, namely, the Tanrong pegmatite group in Eastern Guangxi, the Shidong pegmatite group in Yunkai, and the Shuangwang pegmatite group in Yunkai, BeiliuLiujing pegmatite group in Yunkai area. It can be predicted that these pegmatites contain abundant rare metal resources, which urgently require our exploration and development.

1. 引言

稀有金属(Li-Be-Nb-Ta-Rb-Cs)是我国战略性新兴产业的关键性矿产资源，在高科技方面起到了重要用途，在冶金、航空航天、轻工业、石油化工、电子信息、特种材料及医疗等传统工业领域广泛运用，尤其是在高端装备制造业特别是芯片和新能源汽车等领域均发挥着不可替代的作用，其重要性对各国的科技发展来说日益突显 [1] [2] [3] 。美国总统特朗普在2017年专门签发行政命令确保稀有金属的安全供应为联邦战略，欧盟前些年也已经将稀有金属列为关键矿产清单之中。自2011年起，中国地质调查局率先设立了“全国三稀金属战略研究”、“我国三稀矿产调查研究”、“大宗急缺矿产和战略性新兴产业矿产调查”等项目和工程，引领了全国性三稀矿产调查研究的新高潮，在2016年发布的《全国矿产资源规划2016~2020年》报告中我国也将稀有金属矿产列为24种战略性矿产。然而，我国这些关键金属探明储量和产量少，对外依存度高，已成为我国亟需且紧缺的战略性关键矿产资源 [4] [5] 。由于稀有金属在高科技方面的重要用途，导致全球对其进入新一轮研究高潮，我国率先部署调查研究，由于资金和人力资源加大投入，找矿成果斐然。

伟晶岩矿床作为稀有金属的重要来源之一，在矿床学上占有不可忽视的地位，也是国内外学者研究的重点 [6] - [11] 。在近年来的勘查中，虽然涌现了一大批重要的稀有金属矿床，如四川甲基卡超大型伟晶岩型锂矿床、湖南幕阜山超大型铌–钽矿、西昆仑大红柳滩伟晶岩型锂矿床 [1] [12] [13] 等，但是远不能满足国家和社会发展需求，此外，稀有金属在伟晶岩中富集成因制约着矿床的勘查工作。因此，加强国内这类伟晶岩矿产资源勘查和富集作用研究，已成为维持国民经济健康可持续发展和国家资源安全的迫切需要。

桂东南地区地处华南板块西南部，华夏地块和扬子地块的交接部位，构造–岩浆作用活跃，是广西乃至华南地区一个重要的有色金属成矿带，同时也是一个重要的战略性新兴矿产成矿区(图1)。稀有金属广泛地分布在桂东南地区，此类矿种的发育与博白、北流、容县一带大面积出露的高度演化的花岗岩体中分异出来的伟晶岩有关，出现伟晶岩型稀有金属矿化。

对于桂东南及周围地区的研究前人已经做了大量工作。区内的金属矿床如油麻坡钨钼矿床 [15] [16] [17] [18] 、佛子冲大型铅锌多金属矿床 [19] [20] [21] [22] [23] 等著名矿床都被进行了深入而完备的调查研究；区内的岩浆岩也是研究人员关注的重点 [17] [24] [25] [26] 。但是区内赋存着的大量的伟晶岩脉却长期无人问津，被广大研究者们忽视。可以预见其中蕴藏着丰富的稀有金属资源，亟待我们地质工作者们去探索开发。

2. 伟晶岩型稀有金属矿床与成矿作用

伟晶岩型稀有金属矿床在世界范围内广泛发育。全球最著名的稀有金属产地当属非洲–南非津巴布韦伟晶岩型稀有金属成矿带，其中发育有世界上最大的含锂伟晶岩。加拿大伯尼克湖(Bernick Lake)伟晶岩型稀有金属矿床作为世界第一大花岗伟晶岩型钽铯矿床，具有重要的经济价值。此外，澳大利亚皮尔巴拉(Pilbara)和伊尔岗(Yilgarn)的伟晶岩型稀有金属矿床也是稀有金属的重要产地。

我国的伟晶岩型稀有金属矿产资源也比较丰富，也发现了世界上极为罕见的大型稀有金属矿产资源区。例如，新疆阿尔泰造山带伟晶岩矿脉 [27] [28] [29] [30] 、青藏高原东部的甲基卡矿床 [31] 、秦岭造山带东部丹凤三角地带 [32] [33] 、福建南平伟晶岩型稀有金属矿床 [34] [35] [36] 、内蒙古有土贵乌拉式伟晶岩型白云母矿床 [37] 、天山造山带有碱性伟晶岩型稀有金属矿床 [38] 等都是我国闻名天下的稀有金属伟晶

Figure 1. Regional Geological map of South China (modified by Liu Di, 2019 [14] )

图1. 华南地区区域地质图(据刘迪，2019 [14] 修改)

岩矿床，矿产储量位于世界前列，其中蕴藏了丰富的稀有金属矿产甚至放射性金属资源。

伟晶岩的形成经历了复杂的演化过程，前人主要总结为花岗质岩浆结晶分异和变沉积岩部分熔融两种形式。实验岩石学研究表明，热液流体中的挥发份(H₂O和F等)对稀有金属元素的迁移和富集也起着重要的作用 [8] [39] [40] 。稀有金属元素可与F等元素以易溶络合物的形式赋存在成矿流体中。由于F等元素挥发分密度较低，在岩浆侵位过程中能快速迁移至岩体顶部并大量聚集，F与稀有元素组成的络合物一起迁移和富集，随温度压力的降低，残余熔体的性质发生了变化，稳定性降低，导致稀有金属络合物溶解度降低并发生水解、沉淀并富集形成矿床 [41] 。因此，富含挥发组分的含稀有金属矿物的伟晶岩带通常分布在岩体最上方或最外侧。

自上个世纪以来，地质工作者对伟晶岩进行了岩石学、地球化学、流体包裹体、同位素等方面详细

Figure 2. Pegmatite formation model (Sheaer, 1992 [50] )

图2. 伟晶岩形成模式图(Sheaer, 1992 [50] )

的研究，总结出伟晶岩稀有金属矿床的成因和成矿作用的主要因素，即伟晶岩的稀有金属成矿作用是地壳源区(熔体的产生)和局部演化(独特的物理化学成矿作用)联合作用的结果(图2)。主要有两种模式：1、花岗质岩浆演化后期富挥发分(H₂O、F等)的残余熔体沿裂隙贯入到相对封闭的围岩中结晶而成赋矿伟晶岩 [42] [43] ；2、超变质的深熔作用或选择重熔作用形成的深熔流体对固态岩石发生重结晶作用及交代作用或沿构造裂隙贯入而形成伟晶岩脉 [44] [45] 。

在成矿地质背景上，伟晶岩型稀有金属矿床的形成通常与造山作用密切相关，一般形成于造山运动之后的相对宁静的时期 [9] 。因为在造山强烈阶段，稀有金属由于缺乏稳定的环境而得不到充分有效的聚集，到了造山之后的相对稳定阶段才有了安定的环境和有利于充分结晶分异的时空条件，形成超大型矿床 [9] 。

伟晶岩稀有金属矿床中的矿物复杂多样，主要是由于复杂的岩浆期后热液作用，以及不同阶段成矿流体成分和温度的差异 [46] 。地球化学和熔体–流体包裹体研究显示，伟晶岩中的热液流体多来自于伟晶岩浆体系本身在演化过程中分异的流体 [11] [47] 。稀有金属矿物可形成于岩浆演化晚期的各阶段(钠长石化、萤石化、硅化、低温碳酸盐化或水合作用)以及热液流体的交代作用。目前在伟晶岩中发现的副矿物多达150多种。其中具有代表性的有电气石、绿柱石、锂辉石、锂云母、磷灰石、铌钽铁矿、透锂长石、铯榴石等 [46] 。其中，稀有元素的富集成矿与交代过程中的钠长石化作用密切相关 [32] [33] [48] ，钠长石化交代作用越强，锂、铍等稀有元素的富集程度越高 [49] 。

此外，伟晶岩的类型和围岩岩性对稀有金属元素的矿化也有一定控制作用。一般情况下，Th常与黑云母型伟晶岩有关，而Be、Th、Nb等常与二云母型伟晶岩有关，Li、Be、Nb、Ta、Cs等常发育在白云母型及各种交代型的伟晶岩中。围岩条件对伟晶岩矿床的影响主要表现在2个方面，一是围岩的物理性质对伟晶岩的形态的影响，当伟晶岩围岩为片麻岩、大理岩及中基性岩时，这些围岩岩体由于渗透性差，封闭条件优越，伟晶岩常形成单一的巨大的透镜状脉体及膨胀脉体。这种伟晶岩岩脉的带状构造发育，矿物结晶粗大，岩浆分异程度高，有利于稀有金属富集成矿。另外，围岩的成分也会影响伟晶岩中某些稀有金属元素的富集。例如，富铁质的围岩(辉长–辉石岩)则有利于黑稀金矿、复稀金矿的富集，同时也有利于锂辉石的形成 [32] 。

3. 华南地区典型伟晶岩稀有金属矿床

华南地区伟晶岩中发育了大量的稀有金属矿产，形成了数量可观的伟晶岩型稀有金属矿床(表1)，如福建南平伟晶岩型Ta-Nb矿床、广东广宁伟晶岩型Ta-Nb矿床等。共同造就了华南稀有金属矿产资源基地。

1) 广东省广宁伟晶岩型Nb-Ta矿集区。该成矿区位于广东省西部广宁县，包括后溪、村心、洞头南、深坑等几个Nb-Ta矿床。矿床赋存于广宁花岗岩体周围侵入震旦纪变质岩的伟晶岩脉中。广宁花岗岩为复合花岗岩体，LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄分别为434 ± 3、249 ± 3 (广东省佛山市地质局)、250 ± 3。规模较大的8号伟晶岩脉的长度约为400 m，厚度为1.08~9.60 m，平均品位为0.0074% Nb₂O₅和0.0064% Ta₂O₅。1号伟晶岩脉长 > 500 m，厚度1100~9.81 m，平均品位0.0094% Nb₂O₅、0.0080% Ta₂O₅ (广东省地质局，未公布资料)。洞头南矿床含 > 100 m的伟晶岩脉，大部分侵入震旦纪变质岩，长度100~200 m，厚度2~8 m [51] 。

2) 湖南省幕阜山地区伟晶岩型Nb-Ta多金属矿床位于江南隆起岩浆构造成矿带的幕阜山地区是我国重要的稀有金属矿集区 [52] [53] ，主要经历了前加里东构造拼合→印支期俯冲汇聚→燕山早期汇聚走滑→燕山晚期离散走滑的构造发展过程 [54] [55] [56] [57] 。多期次岩浆活动的叠加为幕阜山地区白垩纪广泛的稀有金属成矿提供了物质基础 [54] ，幕阜山稀有金属矿集区Be-Nb-Ta-Li的成矿时代为127.7 ± 3.7 Ma [55] 。该地区矿床以仁里–传梓源最具代表性。仁里–传梓源矿床分布于幕阜山复式花岗岩基内部及外缘与冷家溪群片岩的接触带，是2017年发现的高品位超大型伟晶岩Nb-Ta多金属矿床。是我国已报道的铌钽矿床中最高品位的钽矿床。该矿床中的伟晶岩脉走向北西，倾向为南西，成群出现，规模较大。具伟晶结构、花岗结构、块状构造，矿物组成位石英、钾长石、钠长石及白云母、绢云母、石榴子石、锂云母等。受幕阜山花岗岩体侵位时的挤压和剪切影响，区内片岩分带明显，层间破碎带和片理发育，伟晶岩脉水平分布其间。由岩体接触带往外，依次为石榴子石片岩带–含十字石二云母片岩带–绢云母片岩带 [58] 。西起窄板洞，东至三墩乡，北起秦家坊，南至传梓源46平方千米范围内，已查明脉体厚度大于1 m，长度大于50 m的伟晶岩脉超过926条，其中产于花岗岩内带的约712条，产于岩体外带板岩中的有214条。

3) 福建省南平伟晶岩型Nb-Ta-Sn多金属矿床该矿床位于中国福建西北部，处于闽西北隆起带与闽西南拗陷带交界处靠北东向的政和–大埔断裂带一侧。是以铌钽矿物种类多、富钽为特征的大型稀有金属矿田。该区加里东晚期的混合岩及花岗岩类分布较广泛。泥盆纪以后又经受了海西一印支运动，特别是燕山运动的影响，产生了众多的与各构造旋回相应的伟晶岩脉。其中具工业意义的主要是加里东和海西旋回的伟晶岩脉。它们主要分布于褶皱带中相对坳陷的部位。加里东期伟晶岩多集中于褶皱带的中北部，而海西期的伟晶岩基本只局限于褶皱带的南侧。海西旋回晚期形成的西坑伟晶岩矿田还跨越了闽西南海西一印支坳陷带。因此，不同时代的伟晶岩具有较明显的区域性分布特征。以南平花岗伟晶岩中分异程度最好的南平31号花岗伟晶岩脉为代表岩脉。该岩脉位于西坑溪源头南矿段中部，呈北北东走向，长300~600 m，厚5~6 m，宽90 m，侵入到中–新元古界万全岩群下峰岩组的片岩和变粒岩中。岩脉内部矿物组合较复杂，带状构造较为明显 [59] 。

Table 1. Typical pegmatite rare metal deposits in South China

表1. 华南地区典型伟晶岩稀有金属矿床

4. 桂东南地区成矿潜力稀有金属伟晶岩

桂东南地区伟晶岩分布较广，主要赋存于桂南晚志留世宁潭超单元及其外接触带中。其次其它时代的花岗岩体和地层中有少量出现。笔者根据对桂东南地区的野外地质调查，以及前人的资料总结了研究区内伟晶岩的形态特征：伟晶岩一般呈脉状，少数呈透镜状、团块状或不规则状。多成群出现，分布有一定方向性，产状常受围岩的节理、片麻理和地层层理控制。在岩石类型上以花岗伟晶岩为主，有少量钾长伟晶岩。再结合前人对这些矿点所做的物探化探资料，进行了采样与地球化学分析，圈定出区内稀有金属伟晶岩4处主要的发育集中区(图3)，包括：

1) 桂东地区昙容伟晶岩群。分布于岑溪市昙容镇一带，伟晶岩呈脉状、透镜状与正长岩相伴侵入于大隆超单元枫木根单元堇青黑云二长花岗岩中。伟晶岩脉走向多沿东西向张扭性断裂贯入，亦有北东向、北西向岩脉，倾角较陡，一般为50˚~70˚，脉壁清晰。脉宽多为数十米，以钾长伟晶岩、花岗伟晶岩为主，部分伟晶岩中富含磷、铀、钍、氟等元素和呈巨型柱状晶(长40 mm)氟磷灰石。

2) 云开地区石垌伟晶岩群。位于陆川县良田镇附近。岩脉成群侵入于寒武系变粒岩、片岩中。据富含铌、钽等特征类比，时代为燕山期。岩脉倾向320˚~350˚，倾角10˚~45˚，多平行片理分布，与围岩界线不明显，少数岩脉倾向10˚~30˚，倾角20˚~40˚和倾向110˚~140˚，倾角60˚~85˚，多沿后期构造裂隙贯入。伟晶岩以脉状为主，次为不规则囊状、透镜状。脉宽0.5~2 m，长40~120 m。岩石以微斜长石为主，次为奥长石、石英、白云母等。微斜长石常被钠长石取代。岩脉分异较弱，部分岩脉从两侧向中心可分细粒、中、粗–巨粒块状体三个带，中心的矿物粒径3~5 mm，个别微斜长石达30 mm。岩脉的钠长石化、云英岩化较强烈。岩脉一般富含铌铁矿、富铪锆石、锡石、细晶石，铌、钽等元素含量较高。稀有元素的富集与钠长石化有关，钠长石化越强，则含矿性越好。部分伟晶岩脉以微斜长石为主，K₂O含量6.8%~8.7%，个别达15%，脉大者可作钾矿利用。

3) 云开地区双旺伟晶岩群。分布于博白县双旺镇地区，岩群侵入于晚志留世宁潭超单元片麻状黑云二长花岗岩、花岗片麻岩中，岩脉常成群平行雁列分布。岩脉共700余条，走向以东西向为主，北西、南北向次之。脉宽一般0.5~1.5 m，长100~200 m，最长可达600余m，沿倾向延深达100~150 m。脉壁

Figure 3. Location map of rare metal pegmatite and related deposits in Southeast Guangxi

图3. 桂东南稀有金属伟晶岩及相关矿床集中发育位置图

较平整，与围岩界线清楚。伟晶岩脉分异较差。结构简单，极少数具两个结构带。岩石由微斜长石40%~60%、钠长石30%~40%、石英10%~20%及白云母1%~5%组成，钠质交代作用强而普遍。岩石化学富SiO₂、Na₂O、K₂O的。岩石中铷、铌、钽、锡、锆、铍、硼、钇、镱等元素含量较高。细晶石、铌钽铁矿、褐钇矿、富铪锆石、磷钇矿、锡石等常见。

4) 云开地区北流六靖伟晶岩群。分布于北流市六靖一带，伟晶岩脉相对较多且脉体较大的分布在博白县及北流市，发现伟晶岩脉、石英脉等近50条，其中宽度大于0.8 m约占半数。产于于片麻状花岗岩体中，沿节理或裂隙贯入，岩脉走向南北或北西。岩脉可达200 m，宽0.5~30 m。岩石呈浅红至灰白色，伟晶及文象结构，矿物成分有钾长石40%~70%、石英20%~40%、斜长石10%~12%、白云母3%~8%等。其中由于铷元素与钾元素的类质同象作用，白云母和钾长石，尤其是白云母中赋存了大量的Rb元素。

5. 结论

桂东南地区地处华南板块西南部，华夏地块和扬子地块的交接部位，构造–岩浆作用活跃，出现稀有金属矿化。伟晶岩广泛地分布在桂东南地区，与博白、北流、容县一带大面积出露的高度演化的花岗岩体联系紧密。本次的野外地质调查显示其的稀有金属伟晶岩主要分布在桂南晚志留世宁潭超单元及其外接触带中，受围岩的节理、片麻理和地层层理控制。根据对样品进行的地球化学测试，我们圈定了区内4处稀有金属伟晶岩发育集中区：1) 桂东地区昙容富U伟晶岩群。2) 云开地区石垌富Nb-Ta伟晶岩群。3) 云开地区双旺富Rb-Nb-Ta-Sn伟晶岩群。4) 云开地区北流六靖富Rb伟晶岩群。

本次工作对区内前人长期忽视的大量花岗伟晶岩体进行了调查，并指明了4处伟晶岩型稀有金属矿床的有利找矿区域。可以预见其中的稀有金属资源具备了巨大的发掘潜力。然而，由于该地区研究程度不完整，尚未进行有效的开发利用。这方面的空缺仍亟需广大地质工作者们来填补。