传梓源稀有金属矿床位于湖南省平江县城东北20 km处，是一处大型富锂、铌和钽稀有金属伟晶岩型矿床。该地区伟晶岩分布十分广泛且类型复杂，前人对该地区的花岗岩开展了矿物学研究^[1]，对其伟晶岩脉开展了地质特征及成矿规律的研究^{[2, 3]}，但在地球化学方面的研究几乎空白。随着科学研究的需要，现代分析测试技术以及新的地球化学研究方法在地质上得到很好的应用，如X射线荧光光谱法(XRF)测定硅酸盐矿物中的主量元素已成为经典的主量元素分析方法^[4]，特别是对测定高锶高钡的硅酸盐样品中主量元素有着很好的应用^[5]；电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)是目前公认的最强有力的元素分析技术，在地质样品稀土、稀散等痕量、超痕量多元素分析方面数据精准、可靠^{[6, 7, 8]}，如能精确测定稀有元素锆、铌、钽和稀散元素铬、镓、铟、碲、铊等微量元素^{[9, 10, 11]}。本文在前人研究的基础上采用XRF和ICP-MS技术分析传梓源地区锂辉石伟晶岩、钠长石伟晶岩和钾长石伟晶岩样品中的主量和微量元素，详细剖析了该地区伟晶岩地球化学特征，并探索不同类型伟晶岩与稀有金属矿化关系，以期为传梓源地区找矿工作提供参考依据。

1.   伟晶岩样品选取和采集

传梓源地区伟晶岩数量众多且类型复杂，分为锂辉石伟晶岩、钠长石伟晶岩和钾长石伟晶岩三种类型。本次实验采集了具代表性新鲜岩石样品7件，分别为：锂辉石伟晶岩(锂辉石伟晶岩和含锂辉石伟晶岩)样品2件，钠长石伟晶岩(糖粒状钠长石伟晶岩、白云母-钠长石伟晶岩、含绿柱石钠长石伟晶岩和细粒钠长石伟晶岩)样品4件和钾长石伟晶岩(细粒钾长石伟晶岩)样品1件。三类样品详细描述如下。

锂辉石伟晶岩：岩石呈灰白色，矿物组成为石英(20%~30%)、白云母(5%~8%)、锂辉石(30%~45%)、钠长石(25%~30%)及其他副矿物。其中石英呈灰色，半自形-他形粒状，粒径一般为0.4~1.5 cm；白云母呈细片状，片径为0.7~2 cm；锂辉石呈灰白色，自形-半自形柱状晶形，解理发育；钠长石呈灰白色，自形-半自形短柱状，粒径一般为0.8~1.5 cm；副矿物见有石榴石等。

钠长石伟晶岩：岩石呈灰白色，矿物组成为钠长石(40%~50%)、石英(30%~40%)、白云母(10%~15%)及少量钾长石(5%~10%)和其他副矿物。其中钠长石呈灰白色，自形-半自形短柱状、糖粒状、叶片状，粒径一般为2~3.5 cm；石英呈灰白色，半自形-他形粒状，粒径一般为0.8~3 cm；白云母呈细片状，片径为1~2.5 cm；副矿物见有浅绿色柱状绿柱石和石榴石等。

钾长石伟晶岩：矿物组成为钾长石(35%~45%)、石英(25%~35%)、白云母(8%~15%)、黑云母(5%~8%)及少量钠长石(5%~10%)和其他副矿物。矿物颗粒均较细，以他形为主，粒径一般为0.1~0.7 cm。

2.   伟晶岩分析方法和测试结果

2.1   X射线荧光光谱法分析主量元素

利用X射线荧光光谱分析方法对研究区不同类型伟晶岩样品进行测试。分析测试由本文作者在国家地质实验测试中心实验室完成。仪器型号为荷兰帕纳科公司PANalytical AXIOS型光谱仪，主要工作条件为：端窗铑靶X射线管，SuperQ软件，4.0 kW满功率，X光管最大电压66 kV，最大电流125 mA。

主量元素的测试结果见表 1，分析图见图 1a。

表  1  传梓源地区伟晶岩的主量元素含量分析结果

Table  1.  Analytical data of major elements of pegmatite samples from Chuan-ziyuan deposit by XRF

主量元素	锂辉石伟晶岩含量(%)		钠长石伟晶岩含量(%)				钾长石伟晶岩含量(%)
	PJ-CZY-6-3	PJ-CZY-6-6	PJ-CZY-5-5	PJ-6-2-1	PJ-9-4-2	PJ-9-4-4	PJ-9-5-2
SiO2	73.3	71.87	73.1	75	77.3	73.4	73.2
Al2O3	16.4	16.23	16.5	15.5	13.4	14.7	14.4
Fe2O3	0.21	0.12	0.1	0.07	0.34	0.45	0.14
FeO	0.45	0.34	0.31	0.34	0.47	0.45	0.38
CaO	0.19	0.18	0.18	0.16	0.39	0.89	0.24
MgO	0.08	0.06	0.08	0.07	0.09	0.23	0.09
K2O	3.05	5.22	2.59	0.99	0.98	2.62	9.13
Na2O	4.38	4.93	5.58	7.41	6.29	5.67	1.69
TiO2	0.01	0.01	0.01	0.01	0.01	0.02	0.01
MnO	0.24	0.24	0.1	0.12	0.17	0.16	0.05
P2O5	0.08	0.09	0.07	0.04	0.14	0.1	0.15
H2O+	0.34	0.26	0.25	0.24	0.26	0.4	0.14
CO2	0.26	0.26	0.39	0.09	0.26	0.43	0.34
Total	98.99	99.81	99.2	100	100	99.5	100
Na2O+K2O	7.43	10.15	8.17	8.4	7.27	8.29	10.8
分异指数(DI)	91.13	94.9	92.6	96.4	95.3	93.6	95.3

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2.2   ICP-MS法分析微量元素和稀有元素

锂辉石伟晶岩、钠长石伟晶岩和钾长石伟晶岩中的微量元素和稀有元素由作者在国家地质实验测试中心实验室采用TJA X-Series电感耦合等离子体质谱仪(美国ThermoFisher公司)分析。

微量元素和稀有元素的分析结果见表 2，分析图见图 1b、c、d。

表  2  传梓源地区伟晶岩的微量元素和稀有元素含量分析结果

Table  2.  Analytical data of trace elements and rare metal elements of pegmatite samples from Chuan-ziyuan deposit by ICP-MS

微量元素和 稀有元素	锂辉石伟晶岩 (含量×10-6)		钠长石伟晶岩 (含量×10-6)				钾长石伟晶岩 (含量×10-6)
	PJ-CZY-6-3	PJ-CZY-6-6	PJ-CZY-5-5	PJ-6-2-1	PJ-9-4-2	PJ-9-4-4	PJ-9-5-2
ΣREEs	3.5	2.9	14.36	2.88	10.96	78.52	4.27
LREEs	2.85	2.33	13.73	1.8	8.43	73.93	3.15
HREEs	0.65	0.57	0.63	1.08	2.53	4.59	1.12
LREEs/HREEs	4.4	4.1	21.8	1.7	3.3	16.1	2.8
(La/Yb)N	7.7	8.3	24.4	2.2	3.5	27.6	3.9
δEu	1.1	1.0	0.8	0.8	0.6	0.9	0.8
K/Rb	31.6	34.4	23.9	40.5	60.7	70.8	259.6
Rb/Sr	65.6	86.8	70.2	17.2	9.6	7.8	14.1
Zr/Hf	15.4	10.2	7.9	10.6	16.7	14.4	22.6
Li	1211	189	1036	106	61.5	66.4	26
Be	134	98.9	131	109	435	20.9	4.35
Rb	800	1259	899	203	134	307	292
Nb	15.5	26.8	101	58.7	11.9	17.3	2.32
Ta	3.28	11.4	66.8	22.2	4.19	5.08	0.66

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3.   伟晶岩元素地球化学特征及伟晶岩与矿化关系

3.1   主量元素特征

从表 1和图 1a中可以看出，伟晶岩具高SiO₂(71.87%~77.3%)、高Al₂O₃(13.4%~16.5%)和高碱(Na₂O+K₂O=7.27%~10.8%), 低MnO、CaO、MgO、TiO₂、FeO和Fe₂O₃，其含量均小于1%。总体表现为基性元素(Fe、Mg、Ca)减少，而碱性元素(Al、Na)增加，与前人的研究结果类似^{[12, 13, 14]}。分异指数DI(91.13~96.4) 高，表明岩浆发生了高程度分异演化作用。锂辉石伟晶岩、钠长石伟晶岩和钾长石伟晶岩的主量元素存在区别，其中锂辉石伟晶岩具高Al₂O₃(16.23%~16.4%)和高K₂O(3.05%~5.22%)的特征；钠长石伟晶岩富Na₂O(5.58%~7.41%)和而贫K₂O(0.98%~2.62%)，Na₂O的升高可能与钠长石化作用相关；钾长石伟晶岩富K₂O(9.13%)而贫Na₂O(1.69%)，K₂O的突然升高推测与钾长石交代作用相关。

3.2   微量元素特征

微量元素原始地幔标准化蛛网图(图 1c)显示：锂辉石伟晶岩、钠长石伟晶岩和钾长石伟晶岩微量元素整体呈现右倾模式，碱性元素Rb、K明显富集，而高场强元素Ba、Sr、Ti等均强烈亏损，这些特征与新疆阿尔泰地区高纯石英伟晶岩^[15]和可可托海3号伟晶岩^[14]相类似。Ba和Sr元素亏损推测与斜长石的结晶分异作用有关，Ti亏损推测与钛铁矿结晶分异作用有关。图 1c显示钾长石伟晶岩微量元素Ta、Nb和Zr明显降低，K明显升高，Zr/Hf和K/Rb比值表现为升高变化。这种微量元素变化特征反映出岩浆后期流体演化过程中发生了钾长石交代作用，导致了亲岩浆元素Ta、Nb和Zr强烈亏损，而K强烈富集形成钾长石伟晶岩。

图  1  传梓源地区代表性样品主量元素(a)、稀有元素含量变化(b)及微量元素蛛网图(c)和稀土配分图(d), 其中c、d标准值据Sun and McDonough，1989^[17]

Figure  1.  Major elements (a), rare metal elements diagram (b), primitivemantle (PM) normalized spidergrams (c) and chondrite-normalized REE patterns (d) for representative samples from Chuan-ziyuan area (the chondrite and primitive mantle values after Sun and McDonough, 1989^[17])

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从图 1d和表 2看出伟晶岩总稀土含量较低(ΣREEs=2.88×10^-6~78.52×10^-6)，LREEs/HREEs值为1.7~16.1，轻重稀土分馏作用明显，δEu(0.6~1.1) 显示为弱负异常，这些特征与东秦岭花岗伟晶岩相类似^[16]，表明岩浆演化过程由偏基性向碱性演化，稀土元素是逐渐减少的。但是钠长石伟晶岩稀土元素明显增高(图 1d)，表明稀土元素变化与钠长石化相关，钠长石交代作用导致Rb/Sr比呈降低变化，并且对稀土元素具搬运作用而逐渐富集。

3.3   稀有元素特征

从表 2和图 1b中可以看出，不同类型伟晶岩中稀有元素含量变化较大。其中，锂辉石伟晶岩富集Li(189×10^-6~1211×10^-6)和Rb(800×10^-6~1259×10^-6)，糖粒状钠长石和白云母钠长石伟晶岩富集Nb(58.7×10^-6~101×10^-6)和Ta(22.2×10^-6~66.8×10^-6)，含绿柱石钠长石伟晶岩富集Be(435×10^-6)，细粒钠长石伟晶岩和细粒钾长石伟晶岩中稀有元素较低。反映出Li和Rb趋向于锂辉石伟晶岩中富集，Nb、Ta和Be趋向于钠长石伟晶岩中富集，而稀有金属元素在钾长石伟晶岩中含量呈明显降低变化趋势。

3.4   伟晶岩类型与矿化关系

前人研究认为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^{[18, 19]}。由于伟晶岩富含水等挥发份，对稀有金属具亲和力^[20]并能够与稀有金属组成各类络合物，携带成矿元素一起迁移和富集。在岩浆向上侵位过程中，挥发份与稀有金属络合物快速迁移至岩体顶部逐渐富集，随温度下降，岩浆不混溶作用导致了Na、Li与K的分离^[21]，由于挥发份的存在降低了岩浆结晶速度，形成晶体较好的锂辉石伟晶岩，同时形成了Li、Rb矿化。

钽、铌矿化与高度分异演化的钠长石花岗岩或钠长石化作用密切相关^{[22, 23]}，实验模拟也表明钠长石中Nb、Ta含量最高^[24]。上述地球化学特征表明传梓源地区伟晶岩钠长石交代作用较强，并且伟晶岩自身的分异作用程度是稀有元素矿化的决定因素。如结晶较好的糖粒状伟晶岩、白云母-钠长石伟晶岩和含绿柱石钠长石伟晶岩形成了Nb、Ta和Be矿化，而结晶差的细粒钠长石伟晶岩矿化程度明显降低。

从上述实验数据分析来看(表 2和图 1b)，钾长石伟晶岩中稀有金属含量明显较低，表明稀有金属在岩浆演化过程到钾长石化伟晶岩阶段，矿化终止。

伟晶岩类型对稀有元素矿化有控制作用，二者有明显的依存关系，如Li和Rb矿化与锂辉石伟晶岩相关，Nb、Ta和Be矿化与钠长石伟晶岩密切相关，而钾长石伟晶岩与矿化无关。这些特征可以用作在传梓源地区寻找稀有金属矿化伟晶岩的标志。

4.   结论

本文采用XRF、ICP-MS分析技术对传梓源地区锂辉石伟晶岩、钠长石伟晶岩、钾长石伟晶岩开展了主量、微量和稀有元素地球化学研究，结果表明在岩浆演化过程中稀有金属在不同的地球化学条件下富集。其中锂辉石伟晶岩中稀有金属是岩浆后期不混溶作用促进了Li和Rb在锂辉石伟晶岩中高度富集；钠长石化过程中，Nb、Ta和Be在钠长石伟晶岩中富集；钾长石交代作用过程中，稀有元素含量明显降低。

本次研究从地球化学角度对传梓源地区不同类型伟晶岩的主量、微量和稀有元素进行了初步探讨，既是对传梓源地区稀有金属伟晶岩地球化学研究资料的补充，也是为下一步开展成矿物质来源、成矿流体演化等方面关系的研究提供思路和基础数据。