传梓源矿床位于湖南省平江县城东北20km处，该地区伟晶岩极为发育。早在20世纪70年代湖北省第五地质队就在平江县传梓源地区开展了铌钽矿地质勘查，发现了传梓源伟晶岩型稀有金属矿床。其后湖南省地质矿产局在传梓源地区开展了区域地质、矿产调查、物化探等地质工作，高校和科研机构开展了少量矿物、岩石学研究，总结了该地区地质特征及成矿规律(湖南省地质矿产局，1987；谢文安等，1996；申志军等，2003；肖朝阳，2003)。但该地区富稀有金属伟晶岩地球化学研究比较薄弱，有关伟晶岩地球化学特征及含矿性等问题还缺乏系统研究。本文在前人研究的基础上，进行了野外地质考察，重点选取了研究区内锂辉石伟晶岩和钠长石伟晶岩进行主量、稀土、微量元素及挥发分研究，剖析了传梓源地区伟晶岩地球化学特征，并探讨该地区与稀有金属相关的伟晶岩成矿作用。

区域地层和构造简单，地层以板岩和片岩为主，构造主要由北东走向的断裂控制。区域内岩浆岩发育，岩体主要由北面的幕阜山岩体和南面的三墩岩体组成，其中三墩岩体年龄为854Ma，出露面积为4km²，岩体走向北东45°，主要受北东向压扭性断裂控制，呈不规则岩株侵入冷家溪群变质岩中。岩性为中细粒黑云母斜长花岗岩，岩石矿物组成为斜长石(45％～50%)、钾长石(3％～5%)、石英(35％～40%)、白云母(3％～7%)和黑云母(1％～4%)，副矿物主要有钛铁矿、锆石、独居石、磷灰石等，微量元素丰度值大多低于世界酸性花岗岩；幕阜山岩体呈岩基侵入冷家溪群变质岩中，其南缘岩体为燕山早期花岗岩(Mγ^2Pb₅)，年龄为140Ma，该带宽500～2000m，沿幕阜山南缘呈带状分布，岩石呈灰白色，具似斑状结构、片麻状构造。斑晶为钾长石、斜长石及少量石英组成，含量8％～25%，基质组成为斜长石(25％～40%)、钾长石(30％～40%)、石英(30％～35%)、黑云母(6％～13%)等，副矿物见有锆石、独居石、石榴子石等；微量元素中Be、Bi、Li平均含量远高于世界酸性岩值(湖南省地质矿产局，1987)，此期花岗岩体可能是传梓源矿床伟晶岩成矿的母岩。伟晶岩主要产在幕阜山岩体中及其外缘的板岩地层中，从幕阜山岩体至传梓源地区伟晶岩岩性具分带特征：①在岩体内带以钾长石伟晶岩为主；②往南外带1～2km，以微斜长石-钠长石伟晶岩为主；③再往南外带2～3km，以钠长石伟晶岩为主；④再往南外带至传梓源地区大于3km，以钠长石-锂辉石伟晶岩为主(图 1)。

图 1

图 1 传梓源地区地质简图 Fig. 1 Simplified geological map of the Chuanziyuan area 底图(a)引自(湖南省地质矿产局，1987)；底图(b)引自(湖北省第五地质队革命委员会，1973)

传梓源矿床内稀有金属伟晶岩脉产于岩体外接触带的片岩中，受北西向压扭性裂隙控制，脉体总体走向北西，单脉长400～1200m，厚度约20m，伟晶岩脉中主要含铌、钽、铍和锂氧化矿物等(湖北省第五地质队，1973)。本次研究所采集的传梓源地区伟晶岩为钠长石伟晶岩和锂辉石伟晶岩2种类型。其中钠长石伟晶岩矿物组成为石英(40％～45%)、钠长石(45％～50%)、白云母(5％～10%)，石英呈灰白-灰色，半自形-他形粒状；钠长石主要为粒片状、糖粒状，结晶较好，自形-半自形；白云母呈细片状；副矿物见有细粒绿柱石。据《湖南平江传梓源铌钽矿区初勘报告》中介绍，在部分钠长石伟晶岩中见有针状、毛发状锰铌钽铁矿，笔者在野外调查时未采集到此类钠长石伟晶岩。锂辉石伟晶岩矿物组成主要为石英(30％～35%)、钠长石(10％～20%)、锂辉石(35％～45%)、白云母(5％～10%)，石英呈中-粗粒状，灰白-灰色；钠长石呈粒片状、糖粒状，结晶较好；锂辉石为灰白色-白色长柱状，解理发育，部分锂辉石变为腐锂辉石；白云母呈细片状，Li主要富含在锂辉石中。

实验样品为传梓源地区锂辉石伟晶岩和钠长石伟晶岩。其中锂辉石伟晶岩样品的矿物组合为块状石英+钠长石+锂辉石伟晶岩，采自废弃的坑道口矿石堆，采集新鲜岩石样品4件；钠长石伟晶岩样品矿物组合为块状石英+钠长石+白云母伟晶岩，样品采自地表伟晶岩脉，采集了新鲜岩石样品4件。

样品主量元素、微量元素、气体成分分析在国家地质实验测试中心实验测试室完成。其中主量元素采用X射线荧光光谱法(XRF)分析，仪器为荷兰PANalytical AXIOS型X射线荧光光谱仪(端窗铑靶X 射线管，SuperQ软件)，4.0 kW满功率，X光管最大电压66kV，最大电流125mA，相对标准偏差(RSD)小于10%；微量元素采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)分析，仪器为TJA X-Series型等离子体质谱仪(美国ThermoFisher公司)，误差在10%以内；挥发分F采用离子选择性电极法(ISE)分析，相对误差小于±3%。

主量元素分析结果见表 1。由表 1可见，锂辉石伟晶岩和钠长石伟晶岩主量元素具高SiO₂(72.51％～77.28%)、高Al₂O₃(13.37％～16.48%)和高Na₂O(4.38％～7.41%)；低K₂O(0.85％～3.05%)、MnO(0.1％～0.43%)、低FeO(0.31％～0.54%)和Fe₂O₃(0.07％～0.36%)；K₂O/Na₂O值为0.13～0.7，相对富钠。主量元素从锂辉石伟晶岩阶段到钠长石化伟晶岩阶段变化规律为：SiO₂和Na₂O含量呈升高变化，而K₂O含量呈明显降低变化的特征。图 2a上可以看出：锂辉石伟晶岩样品落在钙碱性系列区域，岩性为钙碱性岩石；钠长石伟晶岩样品主要落在低钾系列区域，岩性为低钾岩石。在图 2b中，锂辉石伟晶岩和钠长石伟晶岩样品均落在过铝质区域。这些主量元素特征显示伟晶岩在岩浆的演化过程中经历了高程度分异作用，Na₂O含量增加可能与后期钠长石化作用有关。

表 1

表 1 传梓源地区代表性样品主量元素数据 Table 1 Data of major elements of representative samples from the Chuanziyuan area 主量元素／% 锂辉石伟晶岩 钠长石伟晶岩 瑚佩伟晶岩 幕阜山花岗岩(Mγ 2Pb 5) CZY-01 CZY-02 CZY-03 CZY-04 CZY-05 CZY-06 CZY-07 CZY-08 YQ418-26 SiO2 73.3 73.76 72.51 73.05 77.22 74.99 77.28 76.12 69.43 70.85 Al2O3 16.4 15.71 15.67 16.48 13.55 15.48 13.37 14.01 16.8 14.39 Fe2O3 0.21 0.17 0.1 0.1 0.36 0.07 0.34 0.24 0.59 2.90 FeO 0.45 0.47 0.45 0.31 0.47 0.34 0.47 0.54 0.74 2.31 CaO 0.19 0.37 0.83 0.18 0.23 0.16 0.39 0.32 0.36 1.82 MgO 0.08 0.1 0.08 0.08 0.07 0.07 0.09 0.09 0.18 0.89 K2O 3.05 1.4 3.03 2.59 0.85 0.99 0.98 2.13 2.99 3.82 Na2O 4.38 6.5 5.77 5.58 6.22 7.41 6.29 6.02 4.99 3.28 TiO2 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0 0.01 0.01 0.04 0.29 MnO 0.24 0.17 0.28 0.1 0.43 0.12 0.17 0.16 0.36 0.06 P2O5 0.08 0.19 0.11 0.07 0.07 0.04 0.14 0.13 / 0.14 H2O+ 0.34 0.42 0.34 0.25 0.14 0.24 0.26 0.22 / / CO2 0.26 0.43 0.51 0.39 0.17 0.09 0.26 0.17 / / Total 98.99 99.7 99.69 99.19 99.79 100 100.05 100.16 96.48 100.75 Na2O+K2O 7.43 7.9 8.8 8.17 7.07 8.4 7.27 8.15 7.98 7.10 K2O/Na2O 0.70 0.22 0.53 0.46 0.14 0.13 0.16 0.35 0.60 1.16 A/NK 1.56 1.29 1.23 1.37 1.21 1.17 1.17 1.15 1.47 1.51 A/CNK 1.51 1.22 1.10 1.34 1.17 1.14 1.10 1.09 1.39 1.12 资料来源 文春华等，2015 本文 本文 本文 本文 本文 本文 本文 肖朝阳，2003 湖南省地质矿产局，1987

表 1 传梓源地区代表性样品主量元素数据 Table 1 Data of major elements of representative samples from the Chuanziyuan area

图 2

图 2 传梓源地区代表性样品SiO2-K2O、A/CNK-A/NK图解 Fig. 2 K2O vs. SiO2 and A/NK vs. A/CNK diagrams for representative samples from the Chuanziyuan area<

由伟晶岩的微量元素分析结果(表 2)可以看出，锂辉石和钠长石伟晶岩样品中总稀土含量(ΣREEs)极低，为3.5×10^-6～19.26×10^-6，其中LREEs为1.8×10^-6～18.73×10^-6，HREEs为0.53×10^-6～2.63×10^-6。轻重稀土分异明显(LREEs/HREEs=1.67～35.34)，表现为轻稀土富集，重稀土相对亏损的特征。(La/Yb)_N值为1.58～105.68，表明轻重稀土存在明显的分馏作用。从图 3b中看出锂辉石伟晶岩稀土元素配分模式呈右倾形态，轻重稀土分异作用明显；钠长石伟晶岩稀土配分模式几乎呈水平展布，轻重稀土分异作用不明显。δEu值在0.46～1.08，为δEu弱负异常。这些特征表明岩浆在演化过程中斜长石发生了分离结晶作用。

表 2

表 2 传梓源地区代表性样品微量元素数据 Table 2 Data of trace elements of representative samples from the Chuanziyuan area 微量元素／(×10 -6) 锂辉石伟晶岩 钠长石伟晶岩 CZY-01 CZY-02 CZY-03 CZY-04 CZY-05 CZY-06 CZY-07 CZY-08 Rb 800 457 686 899 232 203 134 252 Ba 3.8 21.6 20.8 9.32 3.78 5.08 15.8 22.3 Th 2.18 5.34 1.71 2.81 3.99 2.34 1.63 1.46 U 1.27 20.2 12.3 4.42 36.1 2.11 17.7 13.2 K 25319 11622 25153 21500 7056 8218 8135 17682 Ta 3.28 12.4 15.6 66.8 3.07 22.2 4.19 4.22 Nb 15.5 37.2 45.1 101 16.1 58.7 11.9 11.6 Sr 12.2 49.1 102 12.8 21.7 11.8 14 10.1 P 349 829 480 306 306 175 611 567 Zr 18.6 74.3 18.3 33.3 92.3 19.5 30.2 25.5 Hf 1.21 5.73 1.65 4.23 6.24 1.84 1.81 1.81 Ti 59.95 59.95 59.95 59.95 59.95 59.95 59.95 59.95 La 0.86 1.37 3.67 4.42 1.37 0.53 2.34 1.28 Ce 1.09 2.55 5.62 6.03 2.16 0.51 3.45 1.89 Pr 0.16 0.25 0.79 0.83 0.28 0.1 0.49 0.3 Nd 0.55 0.82 2.96 2.09 0.87 0.43 1.59 0.97 Sm 0.14 0.2 0.53 0.29 0.3 0.18 0.46 0.38 Eu 0.05 0.05 0.12 0.07 0.04 0.05 0.1 0.08 Gd 0.14 0.18 0.52 0.22 0.22 0.23 0.51 0.42 Tb 0.05 0.04 0.06 0.03 0.05 0.05 0.11 0.11 Dy 0.15 0.18 0.35 0.09 0.23 0.28 0.72 0.74 Ho 0.05 0.04 0.06 0.04 0.02 0.06 0.13 0.14 Er 0.08 0.11 0.19 0.06 0.12 0.17 0.44 0.48 Tm 0.05 0.04 0.03 0.02 0.03 0.07 0.07 0.08 Yb 0.08 0.09 0.15 0.13 0.11 0.17 0.48 0.58 Lu 0.05 0.06 0.03 0.04 0.02 0.05 0.07 0.08 Y 0.94 1.15 1.89 0.57 1.4 2.07 4.41 5.29 ΣREEs 3.5 5.98 15.08 19.26 5.82 2.88 10.96 7.53 LREEs 2.85 5.24 13.69 18.73 5.02 1.8 8.43 4.9 HREEs 0.65 0.74 1.39 0.53 0.8 1.08 2.53 2.63 LREEs/HREEs 4.38 7.08 9.85 35.34 6.28 1.67 3.33 1.86 (La/Yb)N 7.71 10.92 17.55 105.68 8.93 2.24 3.50 1.58 δEu 1.08 0.79 0.69 0.81 0.46 0.75 0.63 0.61

表 2 传梓源地区代表性样品微量元素数据 Table 2 Data of trace elements of representative samples from the Chuanziyuan area

图 3

图 3 传梓源地区代表性样品微量元素蛛网图及稀土配分图 (标准值据Sun and McDonough，1989) Fig. 3 Primitive mantle(PM)normalized spidergrams and chondrite-normalized REE patterns for representative samples from the Chuanziyuan area(standarded date cited from Sun and McDonough，1989))

由伟晶岩原始地幔标准化蛛网图(图 3a)可以看出，锂辉石伟晶岩和钠长石伟晶岩微量元素表现为一致的变化趋势，即为右倾变化的特征。其中Rb、Th、U、K、Ta、Nb明显富集，而Ba、Sr、La、Nd、Ti、Yb强烈亏损，Ba、Sr亏损可能源自斜长石的分离结晶作用。Ti元素强烈亏损可能与早期钛铁矿分离结晶有关，从表 1中可以看出，幕阜山花岗岩中FeO(2.31%)、Fe₂O₃(2.9%)和TiO₂(0.29%)含量较高，可能是传梓源伟晶岩的母岩，岩浆在演化过程中结晶形成钛铁矿而导致伟晶岩中Ti元素含量较低。

稀有元素及挥发分分析结果见表 3，由表中可见，伟晶岩中稀有元素Li、Be、Rb含量相对较高，Nb、Ta和Cs元素含量相对较低。其中锂辉石伟晶岩中Li、Rb、Cs元素含量较高，钠长石伟晶岩中Be元素含量较高，Nb和Ta元素含量在锂辉石伟晶岩和钠长石伟晶岩中变化较大，表明Ta、Nb矿化不均匀。从表 3中看出伟晶岩中挥发分含量较低，但笔者在从野外调查时发现在传梓源矿床周边发育大量萤石矿物，表明传梓源地区早期岩浆富F，但伟晶岩样品中F含量较低，可能是伟晶岩在结晶成岩过程中F元素大量逃逸所致。

表 3

表 3 传梓源地区代表性样品稀有元素及挥发分数据 Table 3 Data of rare metal elements and voletile elements of representative samples from the Chuanziyuan area 样品类型 样品编号 主要稀有元素含量/×10 -6 挥发分/% Li Be Rb Nb Ta Cs P 2O 5 CO 2 F 锂辉石伟晶岩 CZY-01 1211 134 800 15.5 3.28 60.1 0.08 0.26 0.039 CZY-02 576 302 457 37.2 12.4 54.6 0.19 0.43 0.086 CZY-03 272 159 686 45.1 15.6 68.5 0.11 0.51 0.054 CZY-04 1036 131 899 101 66.8 79.4 0.17 0.34 0.016 钠长石伟晶岩 CZY-05 96.2 175 232 16.1 3.07 26.3 0.14 0.34 0.13 CZY-06 106 109 203 58.7 22.2 16.6 0.15 0.34 0.018 CZY-07 61.5 435 134 11.9 4.19 10.1 0.1 0.43 0.052 CZY-08 61.3 413 252 11.6 4.22 16 0.27 0.26 0.045

表 3 传梓源地区代表性样品稀有元素及挥发分数据 Table 3 Data of rare metal elements and voletile elements of representative samples from the Chuanziyuan area

从图 4可以看出，在锂辉石伟晶岩中Li和Rb含量随F含量的增加而降低，在钠长石伟晶岩中Li和Rb含量随F含量增加变化不明显；F-Nb和F-Ta具有一致的变化趋势，在锂辉石伟晶岩和钠长石伟晶岩中Nb和Ta含量随F含量增加逐渐降低的特征。这些特征反映出F含量的变化对稀有元素富集有明显的影响，随F含量增加，锂辉石伟晶岩样品中Li、Rb、Nb、Ta元素含量降低，钠长石伟晶岩样品中Nb、Ta元素含量降低。

图 4

图 4 传梓源地区代表性样品F-Nb、F-Ta、F-Li、F-Rb含量变化关系 Fig. 4 F-Nb、F-Ta、F-Li、F-Rb diagrams for representative samples of the Chuanziyuan area

前人研究表明，伟晶岩型稀有金属矿床具有高SiO₂、高Al₂O₃、高Na₂O、低K₂O、过铝质、总稀土含量较低、轻稀土相对富集、重稀土相对亏损的特征。如江西省广昌县头陂锂辉石伟晶岩(周建廷等，2012)，新疆阿尔泰地区高纯石英伟晶岩(张晔和陈培荣，2010)，以及新疆阿尔泰可可托海3号伟晶岩(冷成彪等，2007)等。本文研究表明传梓源地区锂辉石和钠长石伟晶岩主量元素具高SiO₂、Al₂O₃、Na₂O，低K₂O、CaO、岩石为过铝质伟晶岩的特征；稀土元素具总稀土含量较低，轻稀土相对富集，重稀土相对亏损，显示为弱负δEu的特征；微量元素富集Rb、Th、U而亏损Ba、Sr、Ti的地球化学特征。这与前人研究结果类似，这种地球化学特征可作为判别伟晶岩是否富稀有金属的标志。

笔者将幕阜山南缘地区花岗岩和伟晶岩地球化学特征进行了对比，发现存在明显的差异性。从幕阜山南缘早期花岗岩→瑚珮伟晶岩→传梓源伟晶岩，由北往南花岗岩和伟晶岩地球化学特征有一定变化规律(表 1):Al₂O₃、Na₂O含量明显增加，K₂O、CaO、FeO含量明显降低。从图 2a可以看出幕阜山花岗岩属高钾钙碱性岩石，瑚珮伟晶岩为钙碱性岩石(肖朝阳，2003)，传梓源伟晶岩由钙碱性岩石过渡到低钾岩石。稀有元素含量在幕阜山南缘花岗岩中Nb、Ta元素含量较低(李鹏春，2006)，往南至传梓源地区Nb、Ta元素含量逐渐富集，钠长石化过程是Nb、Ta等稀有金属富集的重要因素(Veksler，2004)。因此，传梓源地区伟晶岩地球化学特征可以用作寻找稀有金属矿的标志。

前人研究表明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的(Zhu et al.，2001; Evensen and London，2002)，在其演化和成矿作用中岩浆和热液不混溶(卢焕章，2011)，特别是富F花岗岩浆的不混溶是伟晶岩成岩成矿的重要机制(李建康等，2008)。在不混溶作用中，富挥发分熔体均强烈富集Na、Li和碱土元素，亏损K和重稀碱元素(Veksler et al.，2002; Veksler，2004)，共轭两相的分离导致了Na、Li 与K 的分离(王联魁和黄智龙，2000)，同时促进了Li 的矿化(Badanina et al.，2002)。据上述地球化学分析，传梓源地区伟晶岩富Na、Li、Rb元素，而贫K元素，在岩浆阶段是富挥发分的，稀土元素含量低且重稀土亏损等特征，表明传梓源地区伟晶岩的形成及稀有金属成矿是岩浆高程度演化及不混溶作用的结果。在图 4中可以看出F对稀有元素含量变化具制约作用，由于F等挥发分密度低，在岩浆侵位过程中能快速迁移至岩体顶部并大量聚集，且F与稀有元素组成络合物一起迁移和富集，随温度降低锂辉石化、钠长石化作用的发生，残余熔体中性质发生了变化，稳定性降低，导致F-稀有金属络合物溶解度降低发生水解，Nb、Ta、Li在锂辉石化和钠长石化过程中沉淀、富集形成矿化，F元素则大量逃逸或在浅地表形成萤石类矿物。

(1)锂辉石伟晶岩和钠长石伟晶岩具高SiO₂、高Al₂O₃、高Na₂O、低K₂O、低CaO，为过铝质伟晶岩、总稀土含量较低，轻稀土相对富集，重稀土相对亏损，δEu具弱的负异常，微量富集Rb、Th、U、Nb、Ta而亏损Ba、Sr、Ti的地球化学特征。

(2)锂辉石化和钠长石化过程是形成锂、铌、钽矿的主要原因，可以作为判别稀有金属矿化伟晶岩的标志。