宝石矿产的摇篮——伟晶岩矿床

cf_mcc · 发表于 2012-1-14 14:49

一、伟晶岩与伟晶岩矿床

伟晶岩是指由特别粗大的矿物晶体所组成，具有一定的内部结构、构造特征，常呈规则或不规则岩墙、岩脉或凸镜状产出的地质体。若伟晶岩中的有用矿物或金属元素富集达到工业要求时，便构成了伟晶岩矿床(pegmatite ore deposits)。

自然界中的各种火成岩均可形成相应的伟晶岩，但最具工业价值、分布最广的伟晶岩是花岗伟晶岩，其次是碱性伟晶岩，其他伟晶岩一般不具有工业价值。人们通常所说的伟晶岩矿床一般即指花岗伟晶岩矿床。因此，下面着重介绍花岗伟晶岩与花岗伟晶岩矿床。

伟晶岩的巨大矿物晶体往往是良好的非金属原料，其中也常常发生稀有元素的高度富集。因此，伟晶岩矿床有着特殊的工业意义，是某些稀有元素和稀土元素矿产的重要来源，有些伟晶岩矿床中的U、Th以及Sn、W等也很重要，而长石、石英和云母等则是本类矿床中的主要矿产。另外，在一些伟晶岩矿床中还产出许多宝石类矿物，如黄玉、水晶、绿柱石（海蓝宝石、金绿宝石等）、电气石（碧玺）等。

伟晶岩矿床除具用特殊的经济意义外，在矿床成因分类中也有其特定的位置。作为一个单独的矿床类型，在成矿条件、成矿作用、分布规律和矿体的内部构造上都有其特点。因此，研究伟晶岩矿床也有成矿理论上的意义，对研究其他内生矿床的成矿作用也有很大影响。

二、伟晶岩矿床的地质特征

(一)伟晶岩的形态、产状及规模

受围岩岩性和构造的影响，伟晶岩的形态复杂，产状多样。伟晶岩通常可发育脉状、透镜状、囊状、筒状、网状及不规则状等多种形态，其中以各种规则或不规则的脉状占主导地位。伟晶岩脉在走向和倾向上可以膨大、收缩，也可呈雁行排列和尖灭再现现象。

伟晶岩既可与围岩产状一致，也可切割围岩，产状有陡有缓。陡倾斜或直立的岩体，一般是左右对称的，矿化富集在脉的上部或顶部，特别是脉体的膨大部分。而缓倾斜的伟晶岩体上下可以不完全对称，矿化多富集在脉体的上部。据不完全统计，在板状伟晶岩中倾角在45～90度之间，对稀有金属矿化富集最为有利。

有工业价值的伟晶岩大小差别很大，长由几米变化到几百米，甚至2000m以上，但以20～300m居多；厚度由几厘米变化到几十米，甚至300m，以0.5～30m为主；延深通常由几十到几百米。伟晶岩脉在三维空间上的延长并无一定的对应关系，地表又长又厚的伟晶岩脉并不一定延深就大，反之亦然。

（二）伟晶岩矿床的物质组成

1、化学成分

伟晶岩矿床中至少集中了40种以上的化学元素，主要是氧和亲氧元素Si、Al、K、Ca等，其次为稀有、分散、稀土和放射性元素Li、Be、Nb、Ta、Cs、Rb、Zr、Hf、La、Ce、U、Th等。W、Sn、Mo等金属元素和F、B，Cl、P等挥发分含量也较高。

稀有、稀土和放射性元素，在伟晶岩中常常高度富集，其含量可以超过克拉克值的几倍、几十倍、几百甚至几千倍。例如，Li和Be的克拉克值分别是0.0021%和0.00013%，而在伟晶岩矿床中含量可分别达1%～2%和1%，大约富集了476～952倍和7692多倍。

2、矿物成分

由于伟晶岩中化学成分的多样性，因而伟晶岩中的矿物成分也是丰富多彩的据统计，伟晶岩中矿物种类在300种以上，主要包括：

（1）硅酸盐矿物石英(包括水晶)、长石(斜长石、微斜长石）、云母(白云母、黑云母)、霞石和辉石等，其中长石、石英和云母常构成伟晶岩的主体部分。

（2）稀有和放射性矿物主要包括含锂矿物(锂云母、锂辉石、透锂长石、磷铝石和锂电气石等)、含铍矿物(绿柱石、硅铍石和硅铍钇矿等)、含铌钽矿物（钽铁矿、褐钇铌矿、烧绿石、细晶石等）、含锆矿物(锆石、曲晶石等)以及铯榴石、方钍石和晶质铀矿等。

（3）稀土元素矿物：独居石、磷钇矿、褐帘石等。

（4）其它金属矿物：锡石、黑钨矿、辉钼矿、磁铁矿和钛铁矿等。

（5）含挥发分矿物：萤石、电；气石、黄玉、磷灰石等。

可见，花岗伟晶岩的化学成分和矿物成分与有关的花岗岩基本一致。例如，在矿物成分上，微斜长石、白云母、石英、黑云母和奥长石通常要占花岗伟晶岩总体积的90%～95%以上；在化学成分上，花岗岩的造岩元素（O、Si、Al、Na、K、Ca等）和亲花岗岩的微量元素(Li、Be、Nb、Ta、Cs、Rb、Zr、Hf、La、Ce等)是基本组分。

习惯上将单纯由长石、石英、云母组成的伟晶岩称为简单伟晶岩；而含有Li、Be、Nb、Ta等稀有元素矿化的伟晶岩不仅矿物成分复杂，而且交代现象也十分明显和普遍，因此称为复杂伟晶岩，其往往是在简单伟晶岩基础上发展起来的。

（三）伟晶岩（矿床）的结构和构造

伟晶岩中的矿物总是以一定的共生组合出现。每一个矿物共生组合的生成，反映了一定的物理化学条件和地质条件，形成了一定的结构和构造，并出现在伟晶岩的一定部位。因此，研究这些结构和构造，对了解伟晶岩矿床的成矿过程、矿化强度、规模以及某些规律性都很重要。

1、伟晶岩的结构

矿物晶体租粗是伟晶岩有别于其他岩脉的重要特征之一，它常可比花岗岩中同种矿物大几倍、几十倍，甚至几千倍，因此巨晶结构（伟晶结构）是伟晶岩所特有的结构。例如，伟晶岩中已知最大的微斜长石重达100t，绿柱石达320t，铌钽铁矿达300Kg，锂辉石晶体长达14m，黑云母面积达7m2，白云母达32m2。伟晶岩的粒度划分与一般的侵入岩不同，有其独特的标准：细粒为0.5～2cm，中粒为2～5cm，粗粒为5～15cm，块状为大于15m。

除伟晶结构外，在不同类型的伟晶岩中，常常发育一些共同的结构，常见的有细粒伟晶花岗结构、文象结构和似文象结构、粒状结构、文粒结构等。此外，各种交代结构也广泛发育，如溶蚀结构和交代残余结构等。花岗伟晶岩的特征结构是文象结构，这是区别伟晶岩与似晶岩的重要标志。

2、伟晶岩构造

伟晶岩的内部构造也比较复杂，有由一种结构单元组成的块状构造，也有由两种或两种以上结构单元组成的混杂状构造、斑杂状构造和树校状构造等。

在伟晶岩矿床中，特别是早期碱交代发育完全的伟晶岩中，带状构造是最主要和常见的。具体表现为沿岩体的走向和倾向，由伟晶岩不同结构的部分组成的条带，呈有规律的带状分布。发育完好的带状构造，从伟晶岩的边缘到中心，一般可分为如下四个条带：

边缘带：伟晶岩边部与围岩接触带，由细粒结构的石英和长石组成；

外侧带：由文象结构及粗粒结构的长石、石英和云母组成，有时可出现绿柱石；

中间带呈粗粒结构和伟晶结构，除长石、石英、云母外，出现大量的稀有、放射性、稀土元素矿物，且交代作用发育，是伟晶岩矿床产出的主要部位；

内核：由石英块体或石英和锂辉石块体组成。

上述带状构造系伟晶岩浆结晶作用的产物，属于原生带状构造。一般情况下，从边缘带到内核带其形成顺序由早到晚。此外，这种原生带状构造的发育和分布状况常与伟晶岩体的产状有关，陡立状伟晶岩体的分带往往规则而对称；缓倾斜伟晶岩体的分带往往不对称，从脉体的下盘到上盘多显示单向分带，粗粒和伟晶结构大多位于岩体的上盘。

需要指出的是，不同的伟晶岩体，带状构造的发育程度很不一致，这与其形成的条件有关，此外，在一些伟晶岩矿床中，交代作用非常发育，分带现象可受到局部甚至全部改造，仅不同程度地保留下原有构造的残余。因此，伟晶岩的带状构造，往往需要经过详细观察和分析才可能划分出来。

三、伟晶岩矿床的形成条件

（一）形成温度和压力（深度）

1、温度

近年来，通过对伟晶岩中斜长石、正长石、黑云母、石榴子石、白云母及气液包裹体进行的测试，取得了不少数据。根据这些数据，边缘带细晶岩的形成温度为1000℃左右；中间带的细粒、中粗粒及块体的形成温度为800～500℃；晶洞矿物的形成温度可降至160℃或更低；各种交代矿物（钠长石化、白云母化、云英岩化、锂云母化、石榴子石化等）的形成温度为500～200℃。由此可见，伟晶岩形成温度的范围较大，约为1000～160℃之间，其主体部分则约形成于700～200℃之间，稀有金属矿化主要发生于500～300℃之间。在伟晶岩形成过程中，从边缘到中心，矿物的形成温度是逐渐降低的。

2、压力

伟晶岩形成时的压力，根据B·施马京的实验资料，开始时可能达到800～500MPa，结束时降至200～100MPa。

绝大部分伟晶岩形成深度均较大，特别是花岗伟晶岩，即它们是在相当大的压力条件下形成的。理论和实践都证实，花岗伟晶岩产于3～9km，有的可能更深些。在小于部部3Km深度范围内，除形成极少数含稀有金属矿化的似伟晶岩（块状长石—石英脉）外，一般没有典型的伟晶岩形成。这是因为只有在相当大的压力下，挥发性组分才能保留在岩浆中，形成伟晶岩，否则，这些挥发性组分在超临界温度下发生沸腾、气化和外逸，不利于伟晶岩形成。另外，较大的深度可使热量散失缓慢，从而有利于体系长时间结晶作用进行。

证明伟晶岩形成深度很大的地质资料很多：①伟晶岩均出露于那些在地质历史上经受过长期强烈上升或剥蚀的地区；②与伟晶岩伴生的往往是角闪岩相甚至是麻粒岩相变质岩；③与伟晶岩有关的花岗岩均属深成岩相；④伟晶岩形成时代大多较老，多属古生代或前古生代，中生代伟晶岩多不典型；⑤伟晶岩地区一般不伴生同时代的角砾岩。这些现象均可说明晶岩形成深度很大的特征。

金兹堡等按伟晶岩矿床的形成深度可以分出4个伟晶岩相：

(1)较小深度的水晶伟晶岩相，深度为1.5～3km；

(2)中等深度的稀有金属伟晶岩相，深度为3.5～7Km。

(3)较大深度的云母伟晶岩相，深度从7～8km到10～11km；

(4)极深的陶瓷原料伟晶岩相，形成深度超过10～11km。

（二）挥发组分的作用

水、氟、氯、硼、二氧化碳、磷等挥发性组分的存在和数量的多寡，对伟晶岩矿床有十分重要的意义。首先，挥发性组分能降低岩浆的黏度和矿物的结晶温度（含水1%能降低熔点30～50℃），延缓结晶时间，有利于形成巨大的矿物晶体和良好的带状构造。其次，挥发性组分可与稀有元素等结合形成易溶化合物，随温度的下降和挥发组分的增加，稀有元素在伟晶岩形成作用的后期得到高度的富集，并逐渐转入气水溶液、发生交代作用，从而形成丰富的稀有元素矿物。另外，挥发性组分具有高的热容，所携带的热量也大有利于长期、缓慢的结晶。

（三）岩浆岩条件

与花岗伟晶岩矿床有成因联系的花岗岩多呈岩基状产出，出露面积可达数百平方公里，花岗岩体愈大，伟晶岩脉数量越多，构成的伟晶岩区规模愈大。一般孤立的“小侵入体”基本上不形成伟晶岩，因为这种“小侵入体”不可能产生形成伟晶岩的大量挥发性物质，而且它们产出的地质环境也不利于伟晶岩的形成。

不同类型的伟晶岩矿床，总是与一定深度相的花岗岩类有关。例如，水晶伟晶岩矿床在成因上与浅成的花岗岩类侵入体有关；而稀有金属伟晶岩矿床则与中深成的花岗岩类侵入体有关，它们是有关岩浆分异的最后产物。

空间上，伟晶岩可产于母岩侵入体的顶部和边部，也可分布在母岩附近的沉积-变质岩中。在大的花岗岩基中，伟晶岩多集中在外接触带，或分布在岩体顶盖的围岩残余体中。在一些地区的伟晶岩矿田中，经常可见不同类型的伟晶岩绕花岗岩体呈带状分布，这种带状分布从花岗岩到围岩方向表现为：

（1）伟晶岩的类型愈来愈复杂，依次出现微微长石型伟晶岩—微斜长石钠长石型伟晶岩→钠长石型伟晶岩—钠长石锂辉石型伟晶岩→钠长石锂云母型伟晶岩；

（2）伟晶岩脉中的交代作用愈来愈强烈，交代作用的类型依次为白云母化—钠长石化—锂云母化；

（3）伟晶岩稀有元素愈来愈富集，富集的元素依次为稀土—铌（钽）—铍—锂—铌、锂、铷和铯。含稀土伟晶岩通常产于母岩体内，含钽、锂、铷和铯的伟晶岩通常都产于母岩体边缘或围岩中。

（四）围岩条件

伟晶岩矿床往往产于区域变质作用较发育的地区，所以伟晶岩矿床的围岩往往是各类片岩、片麻岩等，此外还有粗粒花岗岩，少量产在镁铁质和超镁铁质的石中。在未经变质的沉积盖层以及火山岩中，伟晶岩比较少见。

围岩条件对伟晶岩矿床的影响主要表现在2个方面：一是由于围岩物理性质影响裂隙的性质及其发育程度，因而也影响伟晶岩的形态，如在片岩化的围岩中易形成板状伟晶岩，在片麻岩和花岗质岩石中常形成透镜状和柱状伟晶岩。另一是围岩的成分对伟晶岩中某些元素的分散和富集也有一定影响，如围岩为灰岩时，可使伟晶岩中的锂富集，形成大量锂辉辉石；围岩是角闪岩、黑云母片岩、镁铁质岩时，由于镁和锂的地球化学性质相似，易于发生类质同象置换，部分锂分散到围岩中，而引起伟晶岩中锂的贫化。

（五）地质构造条件

地质构造对伟晶岩的分布有明显的控制作用。大量资料表明，花岗伟晶岩主要分布在褶皱带内、地台边缘的区域断裂带附近或不同构造单元结合部位。沿着区域性断裂带，伟晶岩带延伸常达数十、数百甚至数千公里以上宽度往往只有数公里到十几公里。

伟晶岩带内的伟晶岩分布也是不均匀的，一些地段伟晶稀少，一些地段伟晶岩密集，密集的地段有人称为伟晶岩区或伟晶岩田。伟晶岩区（田）内的伟晶岩脉和其相邻的花岗岩体大都来源于同一岩浆源，是岩浆演化不同阶暖的产物。