第05章 偉晶巖礦床 - 0918

第五章偉晶巖礦床授課內(nèi)容概念、特點及工業(yè)意義形成條件主要類型及實例成礦作用與礦床分類

偉晶巖／偉晶巖礦床（pegmatite/pegmatitedeposit）—礦物結晶顆粒粗大的，具有一定內(nèi)部構造特征的，常呈不規(guī)則巖墻、巖脈或凸鏡狀的地質(zhì)體，稱為偉晶巖。當偉晶巖中的有用組份富集并達到工業(yè)要求時，即成為偉晶巖礦床。偉晶巖礦床1.概念、特點及工業(yè)意義偉晶巖巖漿偉晶巖變質(zhì)偉晶巖(混合巖化偉晶巖)花崗偉晶巖堿性偉晶巖基性-超基性偉晶巖偉晶巖礦床1.概念、特點及工業(yè)意義偉晶巖的分類偉晶巖礦床—氧和親氧元素：Si、Al、Na、K、Ca等—稀有、稀土、分散、放射性元素：Li、Be、Nb、Ta、Cs、Rb、Zr、In、La、Ce、U、Th—金屬元素：W、Sn、Mo、Fe、Mn—揮發(fā)份：F、Cl、B、P1.概念、特點及工業(yè)意義偉晶巖礦床的特點偉晶巖礦床的物質(zhì)成分特征

化學成分特征偉晶巖礦床1.概念、特點及工業(yè)意義

礦物成分特征—硅酸鹽類：石英(包括水晶)、斜長石、微斜長石、正長石、白云母、黑云母、霞石和輝石等。長石、石英和云母為主體—稀有放射性元素礦物：霞石(Nepheline)偉晶巖礦床1.概念、特點及工業(yè)意義含鋰礦物：鋰云母、鋰輝石、透鋰長石、磷鋁石和鋰電氣石等鋰云母lepidolite透鋰長石petalite鋰輝石spodumene偉晶巖礦床1.概念、特點及工業(yè)意義含鈹?shù)V物：綠柱石、硅鈹石、硅鈹釔礦綠柱石和方解石綠柱石和氟磷灰石硅鈹石bertrandite偉晶巖礦床1.概念、特點及工業(yè)意義硅鈹釔礦（Gadolinite）含鈮、鉭礦物：鉭鐵礦、褐釔鈮礦、燒綠石、細晶石偉晶巖礦床1.概念、特點及工業(yè)意義褐釔鈮礦（Fergusonite）燒綠石（Pyrochlore）細晶石（Microlite）偉晶巖礦床1.概念、特點及工業(yè)意義含鋯礦物：鋯石、曲晶石

銫榴石、方釷石、釷石、晶質(zhì)鈾礦銫榴石（Pollucite）釷石（Thorite）晶質(zhì)鈾礦(Uraninite)偉晶巖礦床1.概念、特點及工業(yè)意義—稀土元素礦物：獨居石、磷釔礦、褐簾石獨居石(monazite)褐簾石（allanite）磷釔礦(xenotime)偉晶巖礦床1.概念、特點及工業(yè)意義—金屬礦物：錫石、黑鎢礦、輝銅礦、磁鐵礦和鈦鐵礦錫石(cassiterite)輝鉬礦(molybdenite)磁鐵礦(magnetite)黑鎢礦(wolframite)鈦鐵礦(ilmenite)偉晶巖礦床1.概念、特點及工業(yè)意義—揮發(fā)份礦物：螢石、電氣石、磷灰石、黃玉螢石(fluorite)黃玉(topaz)錳磷灰石(manganapatite)電氣石(tourmaline)偉晶巖礦床1.概念、特點及工業(yè)意義偉晶巖礦體的結構、構造特征

結構特征—巨晶結構（偉晶結構）：是偉晶巖特有的結構，長石、石英、云母等礦物晶體巨大，顆粒大小一般10cm～幾米，大者晶體可達數(shù)公斤至上百噸偉晶巖礦床1.概念、特點及工業(yè)意義—文象結構：石英分布于長石晶體中，二者形成有規(guī)律的連晶，組成一種文字狀圖案。偉晶巖礦床1.概念、特點及工業(yè)意義—粗粒（晶）結構：礦物晶體10～1㎝?！毩＃ňВ┙Y構：礦物晶體<1㎝。磁鐵礦粗晶細粒紫水晶晶蔟偉晶巖礦床

構造特征1.概念、特點及工業(yè)意義

偉晶巖體內(nèi)部具有分帶性，是偉晶巖脈的一個重要性質(zhì)。在巖脈內(nèi)，一般都有幾個帶，環(huán)繞內(nèi)核作帶狀分布?；◢弬ゾr脈的內(nèi)部構造（據(jù)費爾斯曼）1－花崗巖；2－長英巖帶；3－文象花崗巖帶；4－長石－石英帶；5－晶洞帶偉晶巖礦床

構造特征1.概念、特點及工業(yè)意義我國新疆阿爾泰地區(qū)一條偉晶巖脈，由于具有良好的封閉條件，分異作用充分徹底，因而在巖鐘狀膨大處的偉晶巖脈體內(nèi)可以劃分出多達10余個呈同心環(huán)狀的偉晶巖帶。1－浮土；2－塊狀石英帶；3－塊狀微斜長巖帶內(nèi)帶；4－小塊狀鈉長石帶；5－石英－鋰輝石帶；6－鋰輝石帶；7－石英－白云母巢狀體帶；8－塊狀微斜長石帶外帶；9－細粒鈉長石巢狀體帶；10－文象花崗巖帶；11－輝長巖；12－鋰云母帶遼寧海城長石偉晶巖剖面圖

1－巖石碎屑；2－鉀長石片麻巖；3－輝綠巖；4－云斜煌斑巖；5－黑云母輝長片麻巖；6－斜長石中粒偉晶巖；7－文象帶；8－塊狀斜長石帶；9－石英核；10－塊狀微斜長石帶Ⅴ、長石－

Ⅰ—微斜長石偉晶巖帶；

Ⅱ—微斜長石-鈉長石帶；Ⅲ—鈉長石帶；

Ⅳ—鋰輝石帶；

Ⅴ—鋰（白）云母帶在水平及垂直方向上,甲基卡偉晶巖脈環(huán)繞二云母花崗巖體大致呈離心式帶狀成群分布。區(qū)內(nèi)統(tǒng)計偉晶巖脈共498條,多產(chǎn)于二云母花崗巖體頂部外接觸帶,在內(nèi)接觸帶僅22條。巖脈形態(tài)和產(chǎn)狀受成巖前及成巖期構造裂隙控制,在巖體內(nèi)主要產(chǎn)于冷縮性質(zhì)的縱、橫裂隙中,產(chǎn)狀陡。四川甲基卡偉晶巖空間分帶圖偉晶巖礦床

構造特征帶狀構造晶洞構造邊緣帶

(細粒結構)石英、長石外側帶

(細粒、文象結構)斜長石、鉀微斜長石、石英、云母內(nèi)核

(偉晶結構)石英、長石、鋰輝石等中間帶

(粗粒、似文象結構)長石、石英、云母、綠柱石、鋰輝石1.概念、特點及工業(yè)意義偉晶巖礦床偉晶巖礦體的產(chǎn)出特征大小：差別很大：長幾米至上千米，厚幾厘米至幾十米，延深數(shù)百米形態(tài)：多樣，脈狀、囊狀和凸鏡狀常見規(guī)則脈狀不規(guī)則脈狀囊狀凸鏡狀串珠狀1.概念、特點及工業(yè)意義偉晶巖礦床1.概念、特點及工業(yè)意義產(chǎn)狀：復雜，有陡有緩邊緣帶邊緣帶外側帶外側帶中間帶中間帶內(nèi)核邊緣帶外側帶外側帶中間帶內(nèi)核

礦化多富集在脈體的上部或頂部?偉晶巖礦床1.概念、特點及工業(yè)意義偉晶巖礦床的工業(yè)意義偉晶巖礦床有著特殊的工業(yè)意義—長石、石英、云母是偉晶巖礦床的主要礦產(chǎn)—是稀有元素和稀土元素礦產(chǎn)的重要來源—也是寶石類礦物的重要來源：如黃玉、綠柱石、水晶、電氣石—是新元素和新礦物發(fā)現(xiàn)的搖籃

有27種化學元素是在偉晶巖中發(fā)現(xiàn)的

1952-1962年間在偉晶巖礦床中發(fā)現(xiàn)新礦物63種授課內(nèi)容概念、特點及工業(yè)意義形成條件主要類型及實例成礦作用與礦床分類偉晶巖礦床2.形成條件巖漿巖條件與偉晶巖礦床有關的侵入體，可以從超基性的橄欖巖類，一直到酸性的花崗巖類，但絕大多數(shù)是花崗巖類巖石與偉晶巖礦床有關的花崗巖類，常呈巖基狀或巨大的巖株狀產(chǎn)出；孤立的小侵入體基本不形成偉晶巖（揮發(fā)份）偉晶巖礦床2.形成條件偉晶巖可產(chǎn)于母巖侵入體的頂部、邊部或附近的沉積-變質(zhì)圍巖中偉晶巖與花崗巖體的關系示意圖（Cěrny,1991b）A-花崗巖體向外分離結晶，外圍為偉晶巖脈帶；B-偉晶巖脈產(chǎn)于由巖體冷卻產(chǎn)生的裂隙中；C-偉晶巖熔體在自母巖漿上升的過程中結晶成脈—變化范圍大，最早結晶溫度可能在800

700℃一直到300℃以下，主體在600

200℃—從邊緣帶到內(nèi)核的形成溫度降低：邊緣帶和外側帶800

600℃

，中間帶600

400℃

，內(nèi)核石英400

200℃甚至更低—不同礦種的偉晶巖形成溫度有所不同，一般云母偉晶巖形成溫度較低，而稀有金屬偉晶巖則較高偉晶巖礦床2.形成條件物理化學條件

溫度偉晶巖礦床2.形成條件—開始時可能達到800

500MPa，結束時降到200

100MPa—形成深度大，否則揮發(fā)組分的逸失不利于成礦

壓力和深度晶洞偉晶巖（含水晶）：1.5

3km（較小深度）稀有金屬偉晶巖：3.5

7km（中等深度）白云母和稀土元素偉晶巖：7

10km（較大深度）陶瓷原料偉晶巖：>10

11km（極深）偉晶巖礦床2.形成條件地質(zhì)構造條件偉晶巖帶：主要分布于構造活動帶，如碰撞造山帶（地槽

褶皺帶）、古板塊邊緣斷裂帶和不同構造的結合帶偉晶巖礦床2.形成條件大地構造背景（控制成礦區(qū)域）：

a.前寒武地軸、地盾區(qū)－白云母偉晶巖帶（內(nèi)蒙古土貴烏拉白云母偉晶巖礦床）；

b.顯生宙地槽褶皺帶（造山帶）－稀有金屬偉晶巖（新疆阿爾泰稀有金屬偉晶巖礦床）；

c.古板塊內(nèi)部或邊緣深斷裂－堿性稀有金屬稀土偉晶巖（四川冕寧牦牛坪稀土偉晶巖礦床）；

偉晶巖礦田：主要受區(qū)域一級構造控制，如背斜軸部、花崗巖體與變質(zhì)巖的接觸帶、不同時代地層接觸帶、各種斷裂帶等偉晶巖礦床2.形成條件偉晶巖礦床2.形成條件1—復雜貫入體帶；2—正常貫入體帶；3—單一巖脈帶；4—白云母礦床帶；5—平移-逆掩斷層和平移-正斷層；6—深斷裂；7—偉晶巖的分布界限；8—偉晶巖富集程度不同的各帶界限；9—實驗的剪切應力線北貝加爾白云母區(qū)的白云母偉晶巖礦床（1—18）分布略圖

區(qū)域構造及構造交匯部位對偉晶巖帶及偉晶巖礦田的控制偉晶巖礦床2.形成條件偉晶巖脈（礦床、礦體）：受次一級構造控制，如羽狀裂隙、斷層、圍巖的層面、劈理、片理、侵入體頂部的裂隙等偉晶巖礦床2.形成條件斷裂及節(jié)理構造對偉晶巖脈的控制1—偉晶巖脈；2－東西向壓性斷裂；3－裂隙走向?qū)嵕€箭頭表示壓應力方向；虛線箭頭表示張應力方向；據(jù)胡受奚等<礦床學>,1981

偉晶巖礦床2.形成條件圍巖巖性以區(qū)域變質(zhì)巖石為主，如片巖、片麻巖以及混合巖，少數(shù)為基性

超基性巖圍巖的物理性質(zhì)對偉晶巖的形態(tài)、規(guī)模和結晶作用的完善程度有一定影響，一般未遭受片理化或弱片理化的巖石易形成不同形狀的裂隙，有利于形成產(chǎn)狀陡立的偉晶巖脈圍巖條件圍巖的化學成分對偉晶巖的成分有較大影響偉晶巖礦床2.形成條件圍巖是石灰?guī)r，偉晶巖體中多富鋰，形成大量的鋰輝石圍巖是含鎂的巖石（白云巖、基性巖），易使鋰分散到圍巖中（類質(zhì)同象置換Mg2+）而造成貧化圍巖為由泥質(zhì)巖石變質(zhì)而成的矽線石、藍晶石片巖，則易形成白云母偉晶巖偉晶巖礦床2.形成條件揮發(fā)組分的作用揮發(fā)分H2O、F、Cl、B等與稀有金屬形成易溶和易揮發(fā)的化合物，并向偉晶巖體的上部遷移富集揮發(fā)分的熱容大、粘度低、導熱性，有利于偉晶巖熔體

溶液的緩慢冷卻和結晶，分異作用完全，形成巨大的礦物晶體揮發(fā)分對先結晶礦物的強烈交代作用，有利于稀有金屬的礦化偉晶巖礦床3.成礦作用與礦床分類偉晶巖礦床的成因有關偉晶巖的形成過程和成礦作用，眾多學者觀點不一，歸納起來主要有兩種觀點

殘余巖漿的結晶作用

—費爾斯曼、尼格里、伏格特等殘余氣體溶液的重結晶作用和交代作用

—查瓦里斯基、尼基京等偉晶巖礦床3.成礦作用與礦床分類

殘余巖漿的結晶作用—巖漿結晶作用的末期形成富含揮發(fā)分的“殘余巖漿”或“偉晶巖熔體”，在相對封閉和高溫高壓的條件下，通過緩慢的冷卻結晶和分異而形成具有完好帶狀構造的偉晶巖。

殘余的巖漿（偉晶巖熔體）封閉系統(tǒng)結晶作用為主—花崗偉晶巖形成的5個階段和11個地質(zhì)相發(fā)展階段巖漿階段后巖漿階段氣成階段熱水溶液階段表生階段地質(zhì)相巖漿相A晚期巖漿相B偉晶巖相C似偉晶巖D－E超臨界相F－G高溫相H中溫相I低溫相K表生相L溫度(℃)相態(tài)巖漿熔體（熔體＋固相＋氣相）流體溶液（固相＋氣相）水溶液（固體＋液相＋氣相）(固相+液相)分帶花崗巖邊緣相外側帶(文象帶)中間帶（似文象帶）內(nèi)核晶洞典型礦物細?；◢弾r細粒石英、長石細粒長石、石英、云母粗粒長石、石英、云母，綠柱石、鋰輝石等稀有元素礦物巨晶的石英、長石、云母、螢石、碳酸鹽、硫化物等玉髓、石英偉晶巖礦床3.成礦作用與礦床分類偉晶巖作用800900700600500400300200100水的臨界點373偉晶巖礦床3.成礦作用與礦床分類支持的證據(jù)與母巖或圍巖成分差別很大的偉晶巖偉晶巖與圍巖存在清晰明顯的界線偉晶巖體內(nèi)完好的分帶結構難于解釋的現(xiàn)象許多偉晶巖中普遍發(fā)育的交代和重結晶作用一些稀有金屬偉晶巖離花崗巖相距甚遠(動力?)某些偉晶巖與花崗巖形成時代相差很遠(>100-200Ma)偉晶巖礦床3.成礦作用與礦床分類

殘余氣體溶液的重結晶作用和交代作用—任何巖漿在冷凝結晶后，都會殘留下“殘余的氣體溶液”（一種超臨界流體），富含揮發(fā)分和硅酸鹽組分。它們在封閉的條件下作用于早期形成的礦物，使之發(fā)生重結晶，形成粗粒結構的偉晶巖；后由于揮發(fā)分的不斷聚集，在開放條件下發(fā)生進一步的交代作用，形成偉晶巖礦床。

殘余的氣體溶液而非殘余的巖漿熔融體早期為封閉系統(tǒng)，以重結晶作用為主晚期為開放系統(tǒng)，以交代作用為主偉晶巖礦床3.成礦作用與礦床分類發(fā)展階段Ca-Na階段K階段Li階段Na階段晚期K(Rb)階段晚期Li(K-Rb-Cs)階段作用方式原始結晶作用和重結晶作用交代作用系統(tǒng)封閉性封閉系統(tǒng)開放系統(tǒng)典型礦物鈣鈉長石(更長石)、黑云母大量鉀長石(正長石、微斜長石)，白云母大量含鋰礦物（鋰輝石、鋰藍鐵礦）鉀長石的鈉長石化，K-Li轉(zhuǎn)入溶液鉀云母、鋰云母、鉀長石鋰云母、透鋰長石稀有元素礦化TR,Th,UNb，BeLi，Nb，TaLi，Rb，Cs，Ta，Hf偉晶巖礦床3.成礦作用與礦床分類支持的證據(jù)偉晶巖體內(nèi)普遍發(fā)育的交代和重結晶現(xiàn)象與母巖或圍巖成分相同或差別不大的偉晶巖偉晶巖體與圍巖呈漸變過渡，界線不清楚難于解釋的現(xiàn)象與母巖或圍巖成分差別很大的偉晶巖偉晶巖良好的內(nèi)部構造和礦物分帶文象結構是固熔體分解的產(chǎn)物而非交代作用形成

偉晶巖礦床是一種多期多階段形成的產(chǎn)物，它經(jīng)歷了一種十分復雜的地質(zhì)演化過程?？偟恼f來，偉晶巖礦床的形成主要經(jīng)歷了以結晶作用為主的結晶作用階段和以交代作用為主的交代作用階段?；蛘哒f，在偉晶巖形成的早期，以結晶作用為主，在晚期則以交代作用為主。而不論是早期的結晶作用階段，還是晚期的交代作用階段，揮發(fā)份在偉晶巖礦床形成的整個過程中都起著十分重要的作用。偉晶巖礦床3.成礦作用與礦床分類偉晶巖礦床3.成礦作用與礦床分類偉晶巖礦床的分類花崗偉晶巖礦床基性-超基性偉晶巖礦床堿性偉晶巖礦床與混合巖有關的偉晶巖礦床偉晶巖礦床偉晶巖礦床3.成礦作用與礦床分類花崗偉晶巖礦床簡單偉晶巖復雜偉晶巖按礦物成分單純偉晶巖混合偉晶巖按成分及與圍巖的關系文象和等粒型偉晶巖（I）塊狀型偉晶巖（II）完全分異型偉晶巖（III）稀有金屬交代型偉晶巖（IV）鈉長石

鋰輝石偉晶巖（V）按礦物共生關系和結構特征授課內(nèi)容概念、特點及工業(yè)意義形成條件主要類型及實例成礦作用與礦床分類

稀有金屬偉晶巖礦床

稀土元素偉晶巖礦床

白云母偉晶巖礦床

含水晶偉晶巖礦床

長石偉晶巖礦床偉晶巖礦床4.主要類型及實例主要的偉晶巖礦床類型包括：偉晶巖礦床稀有金屬偉晶巖礦床是Li、Be、Nb、Ta等礦產(chǎn)的重要來源與花崗巖關系密切，多分布在花崗巖體的內(nèi)外接觸帶上或圍巖中，圍巖為各種片巖、閃長巖和輝長巖具復雜的交代作用：鈉長石化和稀有元素交代作用礦物成分極為復雜，工業(yè)價值巨大典型礦例：加拿大伯尼克湖（Nb、Ta），新疆阿爾泰（Li、Rb、Ce、Be、Nb、Ta）4.主要類型及實例偉晶巖礦床世界著名，富含鋰、銣、銫、鈹、鈮、鉭等，為我國開發(fā)最早的稀有金屬礦產(chǎn)資源基地產(chǎn)于輝長巖中，受兩組裂隙控制，產(chǎn)狀近乎直立，分異和交代作用極為發(fā)育，帶狀構造明顯累計探明儲量：鋰(Li