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云母: 花岗岩-伟晶岩Li-Nb-Ta成矿作用的重要标志矿物

云母是层状硅酸盐矿物,是花岗岩(和伟晶岩)中的重要造岩矿物。花岗岩中常见的云母包括:黑云母、白云母、铁锂云母和锂云母,根据它们的相对含量,花岗岩可以分为黑云母花岗岩、二云母花岗岩、白云母花岗岩、(铁)锂云母花岗岩等。云母在花岗岩中大部分属于岩浆阶段的结晶产物,但是也有如云英岩那样的热液成因。



图 1 云母的晶体结构


稀有金属包括锂、铍、铷、铯、铌、钽、锡、稀土等,是重要的战略性资源。云母具备层状硅酸盐矿物独特的结构特殊性(图1),就是T-O-T结构层间可以容纳其它离子或基团,特别是同为碱金属的稀有元素Rb、Cs可替代K,而在八面体位置上,Li、Nb、Ta、Sn等稀有金属可以部分替代Al、Fe、Mg等。因此,云母可以成为稀有金属重要的载体矿物,从而为研究花岗岩或伟晶岩中稀有金属成矿作用发挥重要作用。本文将结合前人研究积累和作者近年来的研究成果,阐述云母作为一个重要的稀有金属成矿标志矿物的晶体化学特征。


图 2 新疆可可托海三号伟晶岩脉中锂云母团块


图 3 锂云母-铯锂云母的分布.(a)新疆可可托海三号伟晶岩中富铯锂云母在贫铯锂云母中呈网脉状分布;(b)新疆可可托海三号伟晶岩中锂云母脉边部的铯锂云母;(c)江西宜春钠长石花岗岩中钾长石斑晶包裹大量微米级铯锂云母(亮点状微粒)

铁锂云母-锂云母是稀有金属成矿作用中重要的锂矿物,同时云母中锂含量可以反映花岗岩的分异程度铷、铯可以置换云母层间钾,在高演化花岗岩、伟晶岩中可以形成铷、铯为主的云母(既可以是锂云母系列,也可以是黑云母系列)。黑云母是稀有金属花岗岩中一个特殊的矿物。准铝质含锡花岗岩中黑云母锡含量可达100×10-6,其锡含量可以指示其锡成矿能力。稀有金属花岗岩中,常见的是铌钽氧化物矿物。但是最近研究发现,黑云母中铌可以超常富集(超过1000×10-6),成为稀有金属花岗岩中最重要、甚至唯一的铌矿物,形成一种以富铌黑云母为特色的新类型稀有金属花岗岩,并可能代表了一种新型的潜在铌资源。

图4  花岗岩中黑云母Nb含量与Ta/Nb比值



研究展望


云母是花岗岩、伟晶岩中的造岩矿物,其晶体结的构特殊性使其对稀有金属具有良好的“亲和性”,为稀有金属元素富集提供了重要的示踪作用。随着我国对稀有战略性资源的需求快速增加,对云母的研究程度需要更加重视,特别是以下三个方面值得关注。



1 云母中稀有金属元素的晶体化学

锂、铷、铯、锡、铌、钽等稀有金属在云母中赋存情况大致可以分为两类:一类是在云母中可以作为主要组分存在,包括锂、铷和铯。锂是锂云母中的主要成分,占据八面体配位位置;铷和铯可以完全取得层间钾,形成铷云母或铯云母。但是铯在锂云母系列中晶体化学仍存在一个疑难问题,就是为什么铯不能够进入锂白云母晶格中。另一类是仅能以微量元素的形式存在于云母中,包括锡、铌、钽。在特定的条件下,它们在云母中可以相对富集,但对于它们在云母中的精细晶体化学特征,尚需要更加重视。



2 云母中稀有金属富集程度与富集条件

稀有金属元素在云母中的富集程度受花岗岩源区控制的岩浆成分、岩浆分异结晶程度、物理和化学条件等因素控制。目前有关不同稀有金属在云母中的富集特征尚无系统的实验研究结果。未来需要进一步了解不同云母中稀有金属的富集极限和影响因素,了解从花岗岩岩浆到热液阶段云母中稀有金属富集特征的变化,了解流体是有利还是不利于云母中稀有金属的富集,等等。



3 云母在稀有金属成矿机制研究中的示踪作用

稀有金属的地球化学特征是克拉克值低,一般仅为n×10-6到10n×10-6。稀有金属矿物要从熔体中结晶,需要熔体中的稀有金属高度富集,一般需要富集到其克拉克值的2~3个数量级。如锂克拉克值为17×10-6,而花岗岩中要有锂云母或锂辉石结晶,岩浆中锂含量至少要在5000×10-6以上。但是,稀有金属元素可以在花岗岩结晶时进入造岩矿物或副矿物中,如本文重点介绍的云母就可以容纳一定量的稀有金属。随着微区分析技术向分析精度更高的方向发展,既可以揭示从花岗岩早期阶段到晚期阶段云母中稀有金属含量的变化,示踪稀有金属富集过程,还可以通过云母中稀有金属含量的统计,来建立花岗岩的分异程度和成矿能力的判别指标。



本文为节选内容,对原文部分做了改动,若需详细信息

请参考: 王汝成, 谢磊, 诸泽颖, 胡欢. 2019. 云母:花岗岩-伟晶岩稀有金属成矿作用的重要标志矿物. 岩石学报, 35(1): 69-75.

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