0 引言

近些年，随着产业变革的推进，高科技新兴产业迎来了巨大的发展。作为新兴产业发展必需的基础原料，稀有金属由于其独特的化学特性和高科技应用，需求日益扩大，成为重要的战略性矿产资源（翟明国等，2019）。但由于稀有金属资源的稀缺性、资源禀赋的不均一性以及上游产业的高壁垒性，相关资源的争夺逐渐进入到地缘政治领域，愈发激烈（王永中，2022）。花岗伟晶岩是锂、铍、铌、钽、铷、铯等稀有金属资源的主要来源，因此备受关注（王汝成等，2021）。但中国已经发现具有经济价值的稀有金属花岗伟晶岩主要分布在阿尔泰、松潘 —甘孜—西昆仑、喜马拉雅、秦岭、江南等地区（侯江龙，2008；秦克章等，2021；吴福元等，2021；赵振华等，2022；高景刚等，2023），而在华北克拉通东部的冀东地区则鲜有关于稀有金属花岗伟晶岩的报道（侯江龙，2008）。

冀东地区位于华北克拉通北缘，是中国北方重要的内生金属成矿区（朱卫平等，2012；郭媛，2013； 牛树银等，2013；张丽茜，2013；贺文，2015；王烨， 2017；张俊怡，2018；马塬皓，2020；邵陆航，2020；徐国新等，2020；王殿良等，2023）。前人在冀东地区进行了大量稀有金属找矿工作，但一直没有获得重大突破。该地区分布大量燕山期花岗岩及同期或稍晚的花岗伟晶岩，具备成矿的物质基础。基于此，以 Mush 模型（Bachmann and Bergantz，2004）、 “近母体花岗岩富铍（-铌-钽），远离母体花岗岩体富锂”的岩浆演化与金属分带（秦克章等，2019）等理论为基础，笔者团队在冀东地区通过优选靶区，重点调查，新发现了一系列稀有金属花岗伟晶岩及相关的矿（化）体，成矿元素包括Rb、Li、Nb、Zr、HREE、Th等。

本文详细介绍了冀东中部新发现的稀有金属伟晶岩及相关矿（化）的基本特征，初步探讨了其地质意义，以期为该地区稀有金属找矿工作提供科学支撑。

1 区域地质概况

冀东地区位于华北克拉通北缘燕山—辽西裂陷带（Ⅲ₂ ³）蓟县—唐山裂谷盆地（Ⅲ₂ ^3-3），是古亚洲洋构造域和环太平洋构造域的叠加部位。区域地层包括太古宙—古元古代的变质基底和中元古代后的沉积盖层。下部为迁安岩群、辽西片麻岩套、遵化岩群、汉儿庄片麻岩套等老变质岩地层，主要岩性为斜长片麻岩、斜长角闪岩、二辉麻粒岩、斜长变粒岩等。其上为中元古界长城群、蓟县群，新元古代青白口群以及中生代土城子组和新生代马兰组及冲洪积物。区域构造格架以近EW向断裂构造主导，密云—喜峰口—青龙大断裂纵贯全区（图1）。

区内岩浆岩分布广泛，出露总面积约1700 km²，约占全区总面积的 9.4%（梅燕雄，1997），包括太古宙变质岩浆岩、印支期花岗岩、燕山期花岗岩。其中燕山期花岗岩的空间分布主要受近东西向、北东向及近南北向构造的复合控制，并与该地区的内生金属成矿关系密切。

2 新发现稀有金属花岗伟晶岩地质特征

冀东中部新发现的稀有金属花岗伟晶岩主要出露于遵化市和迁西县一带，绝大部分位于燕山期岩体与围岩的接触带附近。走向大部分呈北东、近南北向，倾角变化较大，宽度十几厘米至十几米不等，一般呈断续脉状延伸或囊状分布。不同类型的含矿花岗伟晶岩在空间上接近，但未发现穿插交切关系。

根据花岗伟晶岩的成分不同，Černý and Ercit （2005）将含稀有金属花岗伟晶岩分为 LCT 型（Li、 Rb、Cs、Be、Ga、Sn、Nb<Ta、B、P、F）、NYF 型（Nb>Ta、 Y、REE、Sc、Ti、Zr、Be、Th、U、F）和 LCT 与 NYF 混合型。根据富集的稀有金属元素种类，本研究中稀有金属花岗伟晶岩可分为 LCT 型和 NYF 型两种。其中，LCT型伟晶岩包括锂云母/白云母花岗伟晶岩和天河石花岗伟晶岩（图2），NYF 型伟晶岩主要为电气石花岗伟晶岩。在稀有金属花岗伟晶岩附近还发现了富 Ag-Nb-Zr-HREE-Th 的稀有金属石英脉及富Au-Ag-Rb-Li的绢英岩化蚀变岩（图2e~h）。

云母花岗伟晶岩主要由钾长石、斜长石、石英、白云母（黑云母）和/或锂云母组成，发育团簇状云母晶簇（图2c~d）。钾长石主要半自形板状，粒径一般 >5 mm，常见 10. 0~13.5 mm 左右的巨晶，钠质条纹在钾长石中呈网脉状、补片状分布，晶内常包嵌少量斜长石、石英晶体，个别可见嵌布板条状斜长石。石英呈他形粒状，与钾长石呈文象交生状结构零星嵌布于钾长石晶体内部或长石颗粒间。斜长石或钠长石多呈半自形板状零星嵌布于钾长石晶体内部（图2i）。白云母呈白色透明状，个别表面显示淡烟熏色，锂云母呈淡粉色，部分伟晶岩发育云母晶簇，厚度可达4~5 cm，宽度可达10 cm。天河石花岗伟晶岩（图2g）和电气石花岗伟晶岩除局部富集天河石或电气石外，其他特征与锂云母/白云母花岗伟晶岩相似。

3 样品采集和分析测试方法

本研究主要对冀东中部遵化和迁西地区的稀有金属花岗伟晶岩、稀有金属石英脉和绢英岩化蚀变岩进行了稀有金属元素分析，对稀有金属花岗伟晶岩、绢英岩化蚀变岩和围岩无矿细中粒二长花岗岩进行了全岩主量、微量元素分析。所有测试工作均在河北省区域地质调查院实验室进行。

稀有金属元素分析对出露和剥露的基岩采用连续刻槽方法取样，样品规格为 10 cm×5 cm×（50~100） cm，部分样品为控制地质体规模采用打块取样。采用酸溶-电感耦合等离子质谱仪测试的分析方法测定样品，检测依据为《DZG20-1》，分析测试仪器为 X Serise2等离子体质谱仪，微量元素分析精度 ≤5×10^－6。实验温度为20℃，湿度为30%。

a—锂云母花岗伟晶岩；b—白云母花岗伟晶岩；c—锂云母晶簇；d—黑云母晶簇；e—绢英岩化蚀变岩；f—含矿石英脉；g—绢英岩化蚀变岩（正交偏光）；h—绢英岩化蚀变岩（正交偏光）；i—花岗伟晶岩（正交偏光）；j—天河石花岗伟晶岩（正交偏光）；Qz—石英；Ab—钠长石；Kf—钾长石；Ms—白云母；Bt—黑云母；Ser—绢云母

岩石地球化学分析样品采集自新鲜无污染基岩。将样品加工至可通过 200 目筛后进行分析测试。硅酸盐成分采用X射线荧光光谱仪（XRF）进行分析。将试样与四硼酸锂、偏硼酸锂、溴化锂混合溶剂熔成晶体片状后通过 X 射线荧光光谱仪分析，数据经过灼烧减量进行校准后获得岩石中各主要氧化物的百分含量；氧化亚铁采用滴定法测定。稀土和微量元素分析采用电感耦合等离子体质谱法测定。采用高压溶样釜两次酸溶，王水提取加水定容于50 mL比色管中测试。

4 分析结果

4.1 稀有金属元素基本分析结果

稀有金属元素分析结果显示（表1），LCT 型花岗伟晶岩中 Rb₂O 含量最高可达 0.43%，最低为 0. 06%；Li₂O 含量最低为 0. 001%，最高为 0.330%； Cs₂O 含量普遍较低，仅个别样品可达 0. 04%，大部分样品中的 Cs₂O 含量未达伴生标准。Li 主要赋存在锂云母花岗伟晶岩中。NYF 型白云母花岗伟晶岩主要富集Nb，含量为0. 05%~0. 06%，Ta、Rb、Li含量很低。

与含矿伟晶岩同空间出露的绢英岩化蚀变岩富 Rb、Li，其中 Rb₂O 含量为 0. 06%~0.15%，Li₂O 含量为 0. 002%~0.320%，Nb、Ta含量较低，局部富金，分布不均匀，含量可达 1.57×10^-6。稀有金属石英脉，未出露地表，侵入到细中粒二长花岗岩中，Nb₂O₅ 含量为 0. 06%~0.50%，富集 Zr、重稀土、Th、U、Ag，其中Ag品位为18.2×10^-6~160. 0×10^-6。

研究区内所有类型的矿（化）体均富集Ga，含量达到伴生组分标准。

4.2 岩石地球分析结果

锂云母稀有金属花岗伟晶岩成分变化大（表2），SiO₂ 为 65.18%~94.64%，K₂O 为 0.20%~12.77%，Al₂O₃ 为 3. 09%~18.80%，Na₂O 为 1.41%~3.73%，A/CNK介于1. 04~1.55，均为过铝质系列。

二长花岗岩显示高 SiO₂（74.48%~75.57%）、低 Al₂O₃ （12.80%~13.22%）的特征，K₂O 为 3.60%~4.58%，Na₂O 为 3.55%~4.19%，A/CNK 为 1. 09~1.17，为过铝质系列（图3a）。

绢英岩化蚀变岩的 SiO₂ 含量为 55.66%~70.51%，Al₂O₃ 的含量为 8.23%~18.95%，K₂O 的含量为3.64%~8.55%，Na₂O的含量为0.12%~3.80%， A/CNK为1.449~1.956。

稀土元素球粒陨石标准化图解显示（图4），相比不含矿二长花岗岩，富 Rb-Li花岗伟晶岩与富 Rb 花岗伟晶岩稀土总量较低，Rb-Li 花岗伟晶岩具有明显的四分组效应。富Rb-Li绢英岩化蚀变岩与富 Rb花岗伟晶岩具有相似的稀土元素特征。

5 讨论

5.1 冀东中部岩浆演化与稀有金属富集的关系初探

Rb、Li 作为不相容元素，在岩浆过程中常倾向脱离固体相，在更演化的熔体中富集（Bédard， 2006）。因此，岩浆的长期演化常被认为是控制Rb、 Li 等稀有金属超常富集的关键因素之一（Lee and Morton，2015；Chen et al.，2020；李乐广等，2022）。但近些年来，相关研究对岩浆自身的演化是否能导致稀有金属超常富集产生了不同的看法（Yang et al.，2020； Feng et al.，2021）。为了初步探究冀东中部稀有金属花岗伟晶岩稀有金属元素的富集机制，本研究对锂云母花岗伟晶岩中富集的 Rb和 Li元素进行了分析。如果是岩浆长期演化导致的Rb、Li超常富集，那么随着岩浆演化程度的增加，Rb、Li等不相容元素应该呈现逐渐增加的趋势。由于随着岩浆的演化，SiO₂的含量不一定升高，甚至可能降低 （颜丽丽，2018），因此，本文采用分异指数（DI）作为衡量岩浆演化程度的指标。随着DI的变化，锂云母花岗伟晶岩中的 Rb、Li 表现不同的变化趋势（图5a）。Li随着DI的增大明显降低，而Rb则与DI无明显相关性。这个现象可能暗示本文研究的冀东中部锂云母花岗伟晶岩的成矿过程并非主要受岩浆演化的控制。

稀有金属花岗岩常显示富 F、H₂O 的特征，因此大量学者提出岩浆后期流体富集可能是产生稀有金属花岗岩的关键（Berni et al.，2020）。不过该认识受到了实验岩石学的挑战。如Fiege et al.（2011） 和 Aseri et al.（2015）的实验研究表明，随着熔体中的 F 逐渐增加，对熔体中铌锰矿和钽锰矿的溶解度影响很弱或者几乎没有。与此类似，Linnen（2005） 研究发现，熔体中的 H₂O 含量变化同样不会对铌锰矿和钽锰矿溶解度产生影响。而岩浆后期熔体的降温和铝饱和指数（ASI）的增加可能对岩浆熔体中稀有金属矿物的结晶影响更加显著（McNeil et al.， 2020；唐勇等，2022）。本研究中锂云母花岗伟晶岩 Rb 与 Li 对于成分的变化显示了不同的变化特征。 Li随着 A/CNK 的增加增大，而 Rb则相反，暗示岩浆的成分变化可能对相关稀有金属元素的富集具有重要的作用（图5b）。

相比无矿化二长花岗岩，锂云母花岗伟晶岩最典型的特征是稀土元素具有较低的稀土总量和明显的“四分组效应”（tetrad effect），与华南地区典型的稀有金属矿床十分相似（李胜虎，2015）。“四分组效应”常指示存在熔体-流体共存过程（赵振华等， 1992）。Ballouard et al.（2016）发现 Na/Ta=5 能够作为岩浆是否遭受流体作用的指标。相比无矿围岩 ——二长花岗岩，锂云母花岗伟晶岩具有明显低的 Nb/Ta（图3b），结合稀土元素的“四分组效应”，说明该伟晶岩可能经历了岩浆-流体阶段。但由于研究区内的稀有金属矿（化）体为新发现，相关研究空白，关于其成矿阶段的研究值得进一步深入。

a—含Rb-Li锂云母花岗伟晶岩；b—无矿二长花岗岩；c—含Rb-Li绢英岩化蚀变岩；d—含Rb白云母花岗伟晶岩（李鹏等，未发表）

综上所述，岩浆成分的变化以及岩浆流体作用可能是冀东中部稀有金花岗伟晶岩成矿的关键。

5.2 对冀东地区稀有金属找矿的意义

冀东地区新发现的稀有金属伟晶岩证明该地区具备形成稀有金属矿床的良好潜力（苗群峰和齐云飞，2020）。前人在青山口岩体的测年工作显示，岩体北侧的岩体形成于 201~192Ma（宋扬，2011；兰青尧，2021；王保存等，2021）。本文研究的稀有金属伟晶岩和石英脉均穿插进围岩花岗岩中，因此推测相关矿（化）体的形成时代不早于 201~192 Ma。从典型稀有金属矿床的垂向分带上看，国内典型的花岗岩型稀有金属矿床大部分具有明显垂向分带性，即主矿体隐伏在地下，顶部发育含矿脉岩或蚀变岩，包括石英脉、伟晶岩脉、似伟晶岩脉等，这些顶部矿（化）体类似铁矿中的“铁帽”，是重要的找矿标志，典型代表如水溪庙钽铌矿床、金竹源钽铌矿床、大吉山钽铌矿床、龙川天堂山铷矿床等（曹钟清，2004；李胜虎，2015；郭克林等，2023），这个特征与本次报道的大量稀有金属花岗伟晶岩与蚀变岩的发现相似。另外，含矿绢英岩化蚀变岩与稀有金属花岗伟晶岩相似的稀土特征暗示其可能受到相关流体的改造，证明成矿流体可能具备一定的规模并迁移，暗示极可能存在一定规模的隐伏稀有金属矿体。

6 结论

冀东中部新发现了一系列稀有金属矿（化）体，包括 LCT 型和 NYF 型花岗伟晶岩及绢英岩化蚀变岩与富矿石英脉，成矿元素包括 Au、Ag、Rb、Li、Nb、 Zr、HREE、Th等。岩浆成分的变化以及岩浆流体作用可能是冀东中部稀有金花岗伟晶岩成矿的关键。

注释

① 朱更新，孙立新，杨有世，李增水，张宽，廖云峰 .2000. 承德市幅 K50C004003，1∶25 万区域地质调查报告[R]. 廊坊：河北省区域地质矿产调查研究所.

② 宋鸿林，张长厚，王根厚 .2004. 青龙县幅 K50C004004 1∶25万区域地质调查报告[R]. 北京：中国地质大学（北京）.

参考文献