甲基卡是我国最大的以锂为主的稀有金属矿田,位于四川省甘孜州康定与雅江两县交界处。它在川西众多硬岩型(花岗伟晶岩型)锂矿床中规模最大、品位富、共伴生矿产多(Be、Nb、Ta、Rb、Cs、Sn)、埋藏浅,是川西锂矿的典型代表。至今,测区完成了1:20万及1:5万水系沉积物测量、1:1万土壤地球化学测量,取得了较好的找矿成果,通过地质、物探、化探等多种手段相结合的勘查模型,在甲基卡新发现了11条锂矿化伟晶岩矿脉,证实了其中的X03脉为一条巨大的锂辉石稀有金属矿脉,初步探获 Li₂O(334)资源量88.55万t,达到超大型规模^[1]。前人多以原生晕、分散流、地植物、水化学等化探方法寻找稀有金属矿产^[2],而土壤测量方法却未曾采用。笔者首次将土壤地球化学测量用于寻找锂等稀有金属矿产,同时辅以原生晕、水化学等方法,圈定了多处找矿靶区,为发现稀有金属矿床起到了重要的作用。

研究区处于青藏高原东部,大地构造背景位于松潘—甘孜造山带,雅江被动陆缘中央褶皱—推覆带中段,雅江构造—岩浆穹状变质体群内^[3,4,5]。穹隆中心有花岗岩出露或隐伏地下,穹窿轴部及两翼张剪裂隙控制着区内伟晶岩脉(矿脉)及其他脉岩的产出(图1)。区内岩浆岩以印支—燕山期为主,岩性以酸性为主,属于雅江—九龙岩浆岩带,康定—雅江为锂、铍、铌、钽主要稀有金属矿远景区。

新三号脉位于甲基卡矿田东北部,构造上位于甲基卡构造一岩浆穹窿北东缘(图2)。在新三号脉西侧为甲基加米二云母花岗岩(NO.308),其他零星出露新都桥组二段的十字石红柱石二云母片岩,主体为全新世的残积物、残坡积物和坡积物。第四系残坡积物和残积物基岩碎块主要包含十字石红柱石二云母片岩、锂辉石矿化花岗伟晶岩、堇青石角岩化二云母片岩、堇青石化十字石红柱石二云母片岩等。

新三号脉在平面上形似佛手分支状,深部复合为一条巨大的分支复合状锂辉石矿脉。矿体走向近SN,倾向W,倾角25°~35°,已控制的矿体长度2 020 m,平均厚度66.4 m。矿体似层状延深大于300 m。脉体围岩为十字石红柱石二云母片岩,在与伟晶岩直接接触部位因发生热变质而形成黑云母电气石角岩及堇青石化十字石红柱石二云母片岩^[3,6]。

甲基卡矿区伟晶岩脉四周均有接触变质蚀变现象,形成了各种矿物、化学晕带,此种蚀变晕宏观标志明显,野外易于识别,找矿意义很大^[7]。

伟晶岩脉围岩变质蚀变晕从内到外可分为三带,即电气石带、堇青石化带及云英岩化带。前两带最发育,第三带有时不太完整。

3.1.1 电气石化带

电气石化带紧靠脉体分布,形成了电气石片岩,岩石重结晶明显,石英、黑云母、白云母粒度变粗。交代作用强烈,以电气石化为主,次有黑云母化(部分新生黑云母切穿片理)、云英岩化等,有时见微量黄铁矿等金属矿物生成,红柱石、十字石等矿物被交代改造而消失。交代作用愈近岩脉愈强,对岩性也有一定选择性,泥质岩较砂质岩电气石化强烈,带宽一般为0.5~2 m,最宽约15 m。

电气石多为黑色长柱状、针状自形晶体,长1~4 mm,个别达10 mm,直径0.1~0.2 mm。多沿片理分布,岩石中含量变化大,约占5%~60%,其中Li₂O含量0.15%,K₂0含量0.30%、Na₂O含量 2.00%~3.60%。

3.1.2 堇青石化带

堇青石化带分布于电气石化带外侧,除中低温石英脉外,所有岩类外侧的泥质岩中均有生成,是伟晶岩脉最发育的典型接触变质带,形成了含堇青石的各种片岩,与两侧带为渐变过渡关系,与电气石化带轮距线稍明晰,重结晶作用不如电气石化带明显。交代作用主要为堇青石化、黑云母化、白云母(绢云母)化等。堇青石形态、大小、密度、蚀变等特征随岩脉类型及距脉体远近有一定变化, 可以进行亚带的划分。部分新生黑云母斑晶粗大,常切割片理,当变质程度较低时生成叶绿泥石,已向绢云母绿泥石化带过渡。白云母(绢云母)化对红柱石、十字石发生改造作用,从边缘微交代到彻底改造的矿物假象均可见到。堇青石一般为浅黄褐至灰绿色形态多样的变斑晶,有六边形、菱形、束状、竹叶状、连晶状等,因含多种包体而呈筛状结构,个体大,一般长1~5 cm,个别达20 cm以上,在岩石中含量约1%~20%,在风化面上呈结核状突起,形似“疙瘩”,常由绿泥石、白云母、黑云母及少量滑石、绢云母等组成鳞片状集合体。

3.1.3 云英岩化带

指脉体外围的云英岩化晕圈,出露宽度约为0.05~0.2 m,发育较弱。

矿物晕带可以预测岩脉及其规模、产状、大致埋深、矿化等特征,是良好的找矿标志。经过试验,在区内已收到预测隐伏矿脉的初步实效。

甲基卡矿田原生晕试验结果表明,伟晶岩脉周围有晕存在。不同类型脉体具有不同指示元素,晕的强度、规模、扩散距离也不一样。经化学分析证实,多数伟晶岩脉具Li、Be、Rb、Cs异常,Nb、F、B等反应不明显。Li、Rb、Cs晕较为发育,绕脉体呈典型晕圈状,扩散距离最大,其次为Be、B、F、Nb等晕,扩散距离小。异常由外向内大致顺序为Li-Rb-Cs-Nb。

横穿矿区的剖面上,变质岩中部分元素含量变化曲线(图3)显示,整体上,矿区内部Li、Rb、Cs等含量较高,曲线变化步调一致,相似度较高,反映出Li、Rb、Cs等稀有金属元素有较好的相关性。曲线上局部出现的峰值为堇青石化所致,属于近脉围岩蚀变,可作为区内的直接找矿标志。

统计区内花岗岩、伟晶岩、变质岩的稀有元素平均含量(表1),发现矿区内Li、Be、Rb、Cs、F、B、Nb等均具有较高的区域丰度,其中伟晶岩脉中Li、Be、Rb、Cs、Nb等稀有元素含量较高,B、F含量略低。就Li平均含量而言,伟晶岩>堇青石化片岩>片岩>变质砂板岩,其中变质砂板岩中Li的平均含量为71.89×10^-6,明显高于地壳丰度,反映出区内Li富集趋势显著,有较好的成矿地质条件。二云母花岗岩中Li的平均含量为342.98×10^-6,整体上向北有逐渐降低的趋势,同时F、B等富含挥发份物质也较高。值得注意的是,从南到北,Li、Be、Rb、Cs、F、B等均值逐渐降低的趋势明显,尤以Li、Cs最显著,推测与二云母花岗岩的成岩成矿作用有关。

4.1.1 区域稀有金属元素水系地球化学特征

收集四川省1:20万区域化探数据,其中成都盆地未开展1:20万区域化探的地区则采用已有的1:25万多目标调查数据补充,共有样本数106 165件,成图比例尺为1:50万。区域水系沉积物成果(表2)显示,Li含量介于0.52×10^-6~717×10^-6之间,平均为42.45×10^-6;Be含量介于0.067×10^-6~77.4×10^-6之间,平均为2.53×10^-6,略高于全国水系沉积物背景平均值(2.19×10^-6);Nb含量介于0.1×10^-6~447×10^-6之间,平均为17×10^-6;反映出Li、Be、Nb等稀有金属元素具有较高的区域丰度。同时Li、Be、Nb的平均值大于中位数、众数,且变异系数均较高,表明3种元素都存在局部富集或者叠加富集的可能性,反映出局部异常特别发育,容易集中成矿。

4.1.2 优选稀有找矿远景区

结合成矿地质背景和Li的地球化学成果,优选了4个稀有金属找矿远景区(图4):石渠扎乌龙稀有金属成矿远景区、金川可尔因稀有金属成矿远景区、雅江北部稀有金属成矿远景区、九龙赫德-三岔河稀有金属成矿远景区^[8]。主要稀有元素地球化学特征分述如下。

1) 石渠扎乌龙稀有金属成矿远景区。区内水系沉积物中Li含量介于25.4×10^-6~75.19×10^-6之间,平均为45.9×10^-6。全区共圈定Li异常4个,主要高值区分布在西部和中部。西部高值区呈SN向展布,与花岗岩体和伟晶岩脉的出露区基本吻合;中部高值区走向近EW向。

2) 马尔康金川可尔因稀有金属成矿远景区。区内水系沉积物中Li含量介于29.24×10^-6~344.25×10^-6之间,平均为76.24×10^-6,高岀全国Li背景值的2倍。全区共圈定Li异常5个,与该成矿远景区内的可尔因花岗岩体及稀有伟晶岩脉体的分布范围一致,其中重点分布在松岗、集木、观音桥等地,区内已发现多处中—大型花岗伟晶岩型稀有金属矿床。

3) 雅江北部稀有金属成矿远景区。水系沉积物中Li含量介于10.37×10^-6~717×10^-6,Li、B、Be、La、Li、U、W等呈高背景,正异常浓集趋势显著,三级分带清晰。全区共圈出9个Li异常,主要分布在甲基卡、容须卡、仲尼、克尔鲁、红顶、木绒等地,是川西重要的锂、铍等稀有金属富集区,已发现多处大型-特大型稀有金属矿体。

4) 九龙赫德—三岔河稀有金属成矿远景区。水系沉积物中Li含量介于26×10^-6~587×10^-6之间,平均为67×10^-6,主要高值分布在日阿德(赫德、合德),异常呈NW向展布,与九龙赫德岩体的分布范围一致。区内已发现有中小型锂、铍等稀有矿体及多个矿(化)点。

4.2.1 康定—雅江1:20万水系沉积物地球化学特征

工作区开展1:20万水系沉积物测量,样点密度为1个点/km²,采样介质为淤泥、粉砂、细砂等物质,加工粒径为过60目样筛。1:20万Li等值线图(图5a)显示,整体上北西侧Li含量低,普遍小于81×10^-6,南东侧Li含量较高,异常较为分散,具有多个浓集中心,浓集趋势显著,三级分带清晰。甲基卡锂矿区域水系沉积物中Li含量在168×10^-6~717×10^-6之间,平均为60×10^-6,剔除特异值后背景平均值为58×10^-6。根据异常下限的1倍、2倍、4倍绘制了Li异常图(图5b),显示出异常主要集中在甲基卡、容须卡、木绒、仲尼、红顶等地。甲基卡地区异常浓集中心突出,富集趋势明显,整体上呈NE-SW向展布,面积约100 km²,异常中带及内带呈近EW向展布;容须卡、木绒、仲尼、红顶等地有较弱的二级浓集带,异常强度略低^[8]。

4.2.2 区域异常剖析

根据异常强度和规模,圈定了甲基卡、容须卡和红顶等3个稀有金属富集区(图5b),其中甲基卡的异常强度和规模最大,浓集中心突出,三级浓集带明显;容须卡、红顶次之,浓集中心不明显,有较弱的二级浓集带。空间展布上,甲基卡、容须卡和红顶均有花岗岩出露,就岩体的面积来看,甲基卡的岩体出露面积明显大于容须卡和红顶,反映出这些显著的富集区与岩体的分布、大小密切相关,同时,剥蚀深度也会影响到异常的强度和规模。

甲基卡矿田所在区水系沉积物地球化学异常剖析(图6)显示,寻找该类型锂矿资源,Li、Be、B等指标的叠加异常具有很好的指示作用。

工作区开展1:5万水系沉积物测量,样点密度为4个点/km²,采用介质为淤泥、粉砂、细砂等物质,加工粒度为-20~+60目。根据Li异常图(图7)显示,甲基卡地区Li有较好的异常显示, 异常整体上呈NE向展布,同时交织有近NW向的异常条带,浓集中心主要集中在甲基卡,三级浓集带清晰。1:5万水系沉积物测量进一步缩小了找矿靶区,圈定了2个稀有金属靶区,新三号脉(X03)与NO.134号脉等大型锂工业矿化伟晶岩脉均分布于靶区内。

甲基卡海拔4 000~4 500 m,地势平缓,气温低,以物理风化作用为主,化学风化微弱,属于丘状高原地球化学景观区。按照100 m×40 m的矩形网采集样品,采样深度为30~50 cm,加工粒度为-20目,样品送往四川省成都综合岩矿测试中心分析。

4.4.1 地球化学参数特征

对土壤样品的Li、Be、Rb、Cs、Sn、Ta、Nb等7种元素测试数据进行了地球化学参数统计(表3),其特征为:

1) Li、Be、Rb、Cs、Sn、Ta、Nb等7种元素的均值明显高于全国土壤平均值,富集系数大于1.5的元素有Be、Cs、Li、Sn、Ta,表明这5个元素在区内呈高背景分布,具有极高的区域丰度,且富集趋势显著。

2) Li、Cs、Ta等3种元素均值都大于中位数,表明3种元素都存在局部富集或者叠加富集的可能性,反映出局部异常特别发育,容易集中成矿。

3) 7种元素变异系数均较高,其中成矿元素Li变异系数为0.45,表明其分散性较高,可能趋于局部富集,这与异常浓集中心明显的特征相吻合。

为了解研究区内元素间的共生组合关系及相关性,对全区数据进行了R型聚类分析(图8),7种元素分析结果显示,Li与Be、Rb相关性最好,与Nb、Sn次之,反映出研究区Li与Be、Rb、Nb、Sn等成矿关系密切。

4.4.2 异常特征

甲基卡矿田1:1万土壤地球化学综合异常(图9)显示,从异常分布范围来看,Rb、Sn、Ta、Nb、Cs的异常范围大于Li、Be,反映出研究区内Li、Be的扩散距离相对较近,易集中富集成矿。

从异常强度和规模来看,北带(X03号脉)和南带(NO.308号脉)异常规模、强度最大,其中北带异常较为集中,7种元素异常明显,主成矿元素 Li异常规模最大,内、中、外三带俱全,浓集中心突出,异常与矿体赋存部位及展布方向吻合度较高,反映了其作为成矿元素的富集特征。Be、Rb、Cs异常与Li异常套合较好,且分布范围较大,浓集中心位置距离较近, 反映了其作为近矿元素的富集特征; Sn异常范围较小,浓集中心明显,分布较为集中,在研究区Sn主要来源于岩体,反映了其作为近岩体的指示元素,推测此处离岩体较近;Nb、Ta异常范围较小,浓集中心不明显,且异常面积较小,分布较零散,异常与矿体的剥蚀程度关系密切,推测此处矿体剥蚀程度较低,与钻探验证效果一致,反映了其在垂向上作为近矿元素的富集特征。

同时,南带(NO.308号脉)异常中7种元素异常突出显示,成矿元素Li、Be、Rb、Cs等异常规模大,梯度带发育完全,浓集中心突出,异常与矿体赋存部位及展布方向吻合;Nb、Ta异常范围较大,浓集中心明显,推测此处矿体剥蚀程度较高;Sn异常范围较大,浓集中心明显,分布较为集中,推测此处异常由花岗岩体所致,与地质填图成果认识一致。

甲基卡矿田X03号脉土壤地球化学异常剖析图(图10)显示,该异常区元素种类齐全,Li、Be、Rb、Cs、Sn等5个元素异常较为突出,整体上有呈近SN向展布的趋势,且浓度分带发育较好;Nb、Ta异常有较弱的显示,反映出寻找该类型锂矿资源,Li、Be、Rb、Cs、Sn等指标的叠加异常具有很好的指示作用。

土壤剖面上Li、Be、Rb、Cs、Sn、Ta等6种元素含量变化趋势基本一致,均呈跳跃式变化,在矿体上方6种元素含量均为明显的高值区,且异常位置与已知矿体对应良好,有较小的位移。以01线上的土壤剖面为例(图11),该剖面横跨X03矿体,土壤曲线上出现了2个主要的Li、Be、Rb、Cs正异常,其中Li的峰值分别为521×10^-6、327×10^-6,峰值与矿体位置有较小的位移,与地形上东高西低的情况相符合,Li的迁移量很小。

在综合分析甲基卡原生晕、土壤地球化学特征的基础上,建立了地质、土壤地球化学找矿标志。

1) 中心式正性封闭型构造区,以背斜轴部、倾没端、枢纽波峰段、断裂带,尤其是穹窿状短背斜顶部最为有利。

2) 印支期的重熔分异型二云母花岗岩,它属于富含稀有及挥发组份的浅色低熔类型,是形成稀有伟晶岩的物质基础。

3) 钠长锂辉石型伟晶岩脉的出现是锂矿床的直接标志。

4) 电气石堇青石型矿物晕带是预测、找寻、追索岩脉及矿脉在野外识别的宏观标志。

1) 区域上Li的富集与花岗岩岩体的分布、大小密切相关,同时出现Li、Be、Rb、Cs等稀有金属元素地球化学背景值增高的地区,可作为找矿远景预测区。

2) 主成矿元素 Li土壤含量大于200×10^-6,且异常规模大、浓度分带好、梯度明显的地段可作为直接找矿标志。

3) 伴生元素Be、Rb、Cs等与Li相关性较好,异常规模大、浓度分带好、浓集中心明显的地段,反映了近矿元素的富集特征,可作为间接找矿标志。

1) 首次将土壤地球化学测量用于寻找锂等稀有金属矿产,同时辅以原生晕、水化学等方法,圈定了多处找矿靶区,为发现稀有金属矿床提供了重要线索。

2) 甲基卡伟晶岩脉围岩变质蚀变晕可分为三带,即电气石带、堇青石化带及云英岩化带,此种蚀变晕宏观标志明显,野外易于识别,找矿意义很大。

3) 土壤地球化学异常中Li、Be、Nb、Ta、Rb、Cs等稀有金属元素异常明显,浓集中心突出,异常呈SN向带状展布的区域,可作为寻找稀有金属矿产的有利地段。

4) 地质—地球化学找矿模型的建立能有效地指导甲基卡外围的找矿工作,同时还需对构造、物探、遥感等综合信息进行有效的提取,才能系统、全面的为综合地质找矿工作提供有效的地球化学找矿信息。