利用锆石快速判断伟晶岩矿床成矿潜力的矿产勘查方法

技术领域

本发明涉及矿产勘查技术领域，特别涉及一种利用锆石快速判断伟晶岩矿床成矿潜力的矿产勘查方法。

背景技术

矿产勘查是指通过研究矿产形成与分布的地质条件、矿床赋存规律及矿体变化特征来有效查明和评价矿体产状及储量，从而进行地质、技术和经济评价。伟晶岩矿床是指由伟晶岩形成过程中成矿元素富集形成的矿床，是目前世界上最重要的稀有金属矿床类型。对于伟晶岩矿床的矿产勘查与评价最重要的内容就是矿床成矿潜力的快速判断，即伟晶岩含矿性以及矿石品位的确定。伟晶岩含矿性的判断是该类矿床进行矿产勘查的前提。矿石品位指矿体中有用组分的富集程度及单位含量。矿石品位高低决定矿产资源开发利用价值大小、加工利用方向与生产技术工艺流程等。对于伟晶岩矿床而言，传统的含矿伟晶岩和无矿伟晶岩的区分手段以及矿体品位的确定主要通过寻找目标矿物和化验样品的成矿元素含量来实现。该方法要求样品在空间上的全覆盖，且成矿元素含量高于检测限时才能实现。同时，伟晶岩成矿常常不是均匀分布于岩体各处的，仅通过局部样品化验数据来估算整个矿体的品位显得以偏概全。近年来随着伟晶岩矿床找矿勘探工作的不断深入，矿床深边部找矿难度增大，而传统的利用化验成矿元素含量来确定伟晶岩含矿性以及矿石品位的方法已不能完全满足现今高效找矿的需求。而且在找矿勘探初期及深边部找矿勘探过程中，探矿工程少，脉体揭露不完全，限制了大量样品的采集，这对伟晶岩体的含矿性及伟晶岩型矿石品位的判断都带来了新的挑战。因此，如何跳过繁琐的采样及成矿元素化验而高速有效的对成矿性进行判断，并对含矿脉的矿石品位进行预判，确定矿床成矿潜力，对整个矿区勘查决策的指导十分重要。因此，开发出一种新型高效的伟晶岩成矿潜力预测方法迫在眉睫。

锆石是一种在各类岩石中广泛存在的副矿物，可在上地幔高温高压条件到近地表热液条件的广泛范围内形成，具有高度的稳定性，前人对锆石的研究常集中于地球化学和年代学研究。对伟晶岩矿床及伟晶岩型矿石中的锆石研究少之又少。但锆石中赋存的成矿相关信息不可忽视。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种利用锆石快速判断伟晶岩矿床成矿潜力的矿产勘查方法，解决了现有技术中存在的缺陷。

伟晶岩矿床中的锆石颗粒具有多样的来源和成因，有从岩浆中获得的继承型锆石，也有在热液中结晶的热液型锆石等等。通过对含矿伟晶岩和不含矿伟晶岩以及高品位伟晶岩矿体和低品位伟晶岩矿体中的锆石阴极发光图像、年龄分布、微量元素及同位素等特征的对比研究，本发明建立了一种利用锆石快速判断伟晶岩矿床成矿潜力的矿产勘查方法，对指导伟晶岩矿床深边部找矿具有重要的实际意义。

为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：

利用锆石年龄来判断伟晶岩脉的含矿性，对伟晶岩中的锆石颗粒进行分选，归纳CL照片特征、锆石年龄特征、微量元素分布特征以及Lu-Hf同位素特征，并根据以上数据判断伟晶岩脉的含矿性；利用碎屑锆石判断伟晶岩型矿石的品位，根据矿区已有勘探资料确定已知矿石样品某成矿元素品位，对未知矿石该成矿元素品位进行估算。

具体的步骤为：

1.伟晶岩体含矿性的锆石判别

通过前期研究表明，含矿伟晶岩和无矿伟晶岩中的锆石具有不同的来源及成因。含矿伟晶岩中的锆石大多(含量>60％)为古老碎屑锆石。这些古老碎屑锆石来自于矿区深部基底地层，当含矿流体浸出于或流经于这些地质体时，会将地层中的碎屑锆石一同带出并与成矿元素一同析出形成矿体。无矿伟晶岩中碎屑锆石少且大多(含量>80％)为相对年轻的围岩锆石。这些锆石主要来自于矿区围岩地层，当成矿流体中的成矿元素析出成矿后，不含矿流体含大量多余的水交代围岩形成不含矿脉，同时捕获围岩中的锆石形成无矿伟晶岩。

利用锆石来判断伟晶岩矿体含矿性的步骤如下：

1)对伟晶岩中的锆石进行分选，随机挑选出至少200颗锆石；

2)对挑选出的锆石进行制靶及阴极发光(CL)照相，观察锆石晶形及内部结构特征；

3)对锆石进行激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICPMS)原位U-Pb定年及微区元素分析；

4)对锆石进行激光剥蚀多接收器等离子质谱(LA-MC-ICPMS)Hf同位素分析；

5)统计阴极发光照片特征、锆石年代学特征、微量元素特征及Lu-Hf同位素特征，

6)根据以上特征数据判断伟晶岩含矿性：

含矿伟晶岩中锆石的阴极发光图像呈单一颜色(白色或黑色)且内部显示有明显震荡环带、外部具有磨圆度的碎屑锆石颗粒占比大于60％，且数量大于40％的碎屑锆石具有比成矿时代及围岩地层老的U-Pb年龄且具有特征微量元素Nb<4ppm,Ta<3ppm,Ti<8ppm,P<700ppm,Hf<15000ppm,Y<2300ppm,U<1800ppm,LREE(轻稀土元素)<70ppm及同位素比值

不含矿脉中阴极发光呈震荡环带的锆石颗粒占比大于80％，且数量大于50％的锆石具有与围岩锆石时代一致的U-Pb年龄且具有特征微量元素Nb>4ppm,Ta>3ppm,Ti>8ppm,P>700ppm,Hf>15000ppm,Y>2300ppm,U>1800ppm,LREE(轻稀土元素)>70ppm及同位素比值

2.矿石品位(高品位矿体与低品位矿体)的锆石判别：

通过上一步对伟晶岩含矿性的判断后，对含矿伟晶岩进一步判断其品位。前期研究发现，矿区深部基底地层对伟晶岩矿床成矿的贡献度很高，其贡献度可以用来自基底地层的碎屑锆石数量及年龄进行判断，发现含矿伟晶岩中的碎屑锆石数量及其年龄大小与伟晶岩矿石的品位呈正相关：表现为品位随碎屑锆石含量的增多和碎屑锆石年龄的增大而变大。经过对几个典型伟晶岩矿床矿石品位(单位：百分含量或克每吨)、碎屑锆石数量(单位：颗/立方分米)及年龄(单位：百万年)数据的研究(具体见实施例)，碎屑锆石含量的二次根与碎屑锆石年龄二次根对伟晶岩品位的影响系数分别厘定为0.4及0.6，即品位与0.4倍碎屑锆石含量的二次根加0.6倍碎屑锆石年龄的二次根呈正比。

在步骤1的基础上利用锆石来判断矿石品位的步骤如下：

1)根据矿区已有勘探资料确定已知矿石样品某成矿元素品位P，对已知矿石样品进行体积测量，体积设为V，对已知矿石样品进行锆石颗粒数的统计，粒数设为N，计算已知矿石样品碎屑锆石含量C，C＝N/V,单位：颗/dm

2)对未知矿石样品进行体积测量，设体积为V’，对未知矿石样品进行锆石颗粒数的统计，设锆石颗粒数为N’，计算未知矿石样品碎屑锆石含量C’，C’＝N’/V’及碎屑锆石年龄平均值A’；

3)估算未知矿石该成矿元素品位，用于计算的数学表达式为：

P’＝P(0.4C’

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)能快速准确地判定伟晶岩矿体的含矿性，区分含矿伟晶岩和无矿伟晶岩，比传统勘查方法节约时间40％以上，节约资金50％以上。

2)能有效指示含矿伟晶岩的总体平均品位，比传统分析化验手段节约时间30％以上，节约资金40％以上。

3)能有效对矿床深边部找矿提出前瞻性预测，缩短找矿周期，对判别矿床成因亦有重要指示意义，从而创造可观经济价值。

附图说明

图1是本发明实施例1湘东北地区伟晶岩矿床锆石CL图像。锆石上部数字代表锆石测试编号，下部数据为该颗粒测试得到的年龄；

图2(1)是本发明实施例1湘东北地区伟晶岩矿床锆石U-Pb定年结果统计直方图之一；

图2(2)是本发明实施例1湘东北地区伟晶岩矿床锆石U-Pb定年结果统计直方图之二；

图2(3)是本发明实施例1湘东北地区伟晶岩矿床锆石U-Pb定年结果统计直方图之三；

图2(4)是本发明实施例1湘东北地区伟晶岩矿床锆石U-Pb定年结果统计直方图之四；

图3(1)是本发明实施例1湘东北地区伟晶岩矿床锆石稀土元素配分图之一；

图3(2)是本发明实施例1湘东北地区伟晶岩矿床锆石稀土元素配分图之二；

图3(3)是本发明实施例1湘东北地区伟晶岩矿床锆石稀土元素配分图之三；

图3(4)是本发明实施例1湘东北地区伟晶岩矿床锆石稀土元素配分图之四；

图4(1)是本发明实施例1湘东北地区伟晶岩矿床锆石微量元素投点图之一；

图4(2)是本发明实施例1湘东北地区伟晶岩矿床锆石微量元素投点图之二；

图4(3)是本发明实施例1湘东北地区伟晶岩矿床锆石微量元素投点图之三；

图4(4)是本发明实施例1湘东北地区伟晶岩矿床锆石微量元素投点图之四；

图4(5)是本发明实施例1湘东北地区伟晶岩矿床锆石微量元素投点图之五；

图4(6)是本发明实施例1湘东北地区伟晶岩矿床锆石微量元素投点图之六；

图4(7)是本发明实施例1湘东北地区伟晶岩矿床锆石微量元素投点图之七；

图4(8)是本发明实施例1湘东北地区伟晶岩矿床锆石微量元素投点图之八；

图4(9)是本发明实施例1湘东北地区伟晶岩矿床锆石微量元素投点图之九；

图5是本发明实施例2湖南香花岭伟晶岩型铌钽矿床锆石CL图像。锆石上部数字代表锆石测试编号，下部数据为该颗粒测试得到的年龄；

图6(1)是本发明实施例2湖南香花岭伟晶岩型铌钽矿床锆石U-Pb定年结果统计直方图之一；

图6(2)是本发明实施例2湖南香花岭伟晶岩型铌钽矿床锆石U-Pb定年结果统计直方图之二；

图6(3)是本发明实施例2湖南香花岭伟晶岩型铌钽矿床锆石U-Pb定年结果统计直方图之三；

图6(4)是本发明实施例2湖南香花岭伟晶岩型铌钽矿床锆石U-Pb定年结果统计直方图之四；

图7(1)是本发明实施例2湖南香花岭伟晶岩型铌钽矿床锆石稀土元素配分图之一；

图7(2)是本发明实施例2湖南香花岭伟晶岩型铌钽矿床锆石稀土元素配分图之二；

图7(3)是本发明实施例2湖南香花岭伟晶岩型铌钽矿床锆石稀土元素配分图之三；

图7(4)是本发明实施例2湖南香花岭伟晶岩型铌钽矿床锆石稀土元素配分图之四；

图8(1)是本发明实施例2湖南香花岭伟晶岩型铌钽矿床锆石微量元素投点图之一；

图8(2)是本发明实施例2湖南香花岭伟晶岩型铌钽矿床锆石微量元素投点图之二；

图8(3)是本发明实施例2湖南香花岭伟晶岩型铌钽矿床锆石微量元素投点图之三；

图8(4)是本发明实施例2湖南香花岭伟晶岩型铌钽矿床锆石微量元素投点图之四；

图8(5)是本发明实施例2湖南香花岭伟晶岩型铌钽矿床锆石微量元素投点图之五；

图8(6)是本发明实施例2湖南香花岭伟晶岩型铌钽矿床锆石微量元素投点图之六；

图8(7)是本发明实施例2湖南香花岭伟晶岩型铌钽矿床锆石微量元素投点图之七；

图8(8)是本发明实施例2湖南香花岭伟晶岩型铌钽矿床锆石微量元素投点图之八；

图8(9)是本发明实施例2湖南香花岭伟晶岩型铌钽矿床锆石微量元素投点图之九；

图9(1)是本发明实施例2湖南香花岭伟晶岩型铌钽矿床锆石Hf同位素投点图之一；

图9(2)是本发明实施例2湖南香花岭伟晶岩型铌钽矿床锆石Hf同位素投点图之二；

图9(3)是本发明实施例2湖南香花岭伟晶岩型铌钽矿床锆石Hf同位素投点图之三。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图并列举实施例，对本发明做进一步详细说明。

实施例1：利用锆石快速判断湘东北伟晶岩型铌钽矿床成矿潜力

湘东北地区位于扬子板块东南段，受板块作用影响，区内历经了多次的构造活动，是湖南省稀有金属矿重要的成矿区。选取该矿田的两个代表性伟晶岩矿床(幕阜山、连云山)伟晶岩脉中的锆石进行分析，分析过程为：

首先在野外对幕阜山和连云山的含矿伟晶岩脉及无矿伟晶岩脉分别采取一个样品进行锆石分选，从中各自随机挑选了200颗锆石作为标志品。

对上述标志品进行CL图像拍摄。根据CL图像，如图1所示，可以很明显的看出在每个矿床中这两类伟晶岩脉中的锆石具有不一样的特征：含矿伟晶岩中均发育有大量粒度相对不大、阴极发光呈明显震荡环带、具有一定磨圆度的碎屑锆石，统计发现这些锆石数量占比均超过了60％(图1)。

对上述标志品再进行LA-ICP-MS U-Pb定年和微区成分分析，发现含矿伟晶岩脉均具有来自基底地层的碎屑锆石(60％以上的锆石年龄在500-2200Ma，如图2(1)到图2(4)，均为岩浆锆石，部分碎屑锆石受到热液改造(图1))。对上述标志品再进行LA-ICP-MS U-Pb定年和微区成分分析，而不含矿伟晶岩脉中的锆石年龄均与围岩花岗岩的年龄一致(99％以上锆石年龄约为130-140Ma)。

微区成分分析结果显示，含矿伟晶岩脉中的碎屑锆石含有较低的轻稀土含量，如图3(1)到图3(4)，数量大于50％的锆石LREE<70ppm)，且50％以上的碎屑锆石具有较低的微量元素含量，Nb<4ppm,Ta<3ppm,Ti<8ppm,P<700ppm,Hf<15000ppm,Y<2300ppm,U<1800ppm，如图4(1)到图4(9)，图上×为矿伟晶岩脉锆石，+矿伟晶无岩脉锆石。对上述标志品再进行LA-MC-ICP-MS Hf同位素分析，发现数量大于50％的碎屑锆石具有同位素比值

相反，无矿伟晶岩脉中的岩浆锆石具有较高的轻稀土含量，如图3(1)到图3(4)，数量大于50％的锆石LREE>70ppm)，且50％以上的碎屑锆石具有较高的微量元素含量，如Nb>4ppm,Ta>3ppm,Ti>8ppm,P>700ppm,Hf>15000ppm,Y>2300ppm,U>1800ppm，如图4(1)到图4(9)。对其样品进行LA-MC-ICP-MS Hf同位素分析，发现数量大于50％的侏罗纪锆石具有同位素比值

根据上述结果，认为通过湘东北伟晶岩脉中锆石的CL图像、U-Pb定年、微量元素分析以及Hf同位素分析数据，可以有效地区分含矿伟晶岩脉和无矿伟晶岩脉。

进一步，根据矿区已有含矿脉勘探资料，结合已有矿石品位数据，对上述两个铌钽矿床的含矿伟晶岩矿石样品进行碎屑锆石含量、年龄与矿石品位的对应关系研究。幕阜山样品MFSOB-1的已知铌品位P

实施例2：利用锆石快速判断湖南香花岭铌钽矿成矿潜力

湖南香花岭伟晶岩型铌钽矿矿体位于南岭成矿带中段，矿区内发育有大量花岗伟晶岩-细晶岩细脉，脉体产出受断裂控制。

选取该矿床典型伟晶岩脉中的锆石进行分析，分析过程为：

首先在野外对含矿伟晶岩矿石采取四个样品进行锆石分选，从中各自随机挑选了200颗锆石作为标志品。

对上述标志品进行CL图像拍摄。根据CL图像，可以很明显的看出在含矿伟晶岩中均发育有大量阴极发光呈单一颜色(白色或黑色)震荡环带、具有一定磨圆度的碎屑锆石，统计发现这些锆石数量占比均超过了60％(图5)。

对上述标志品再进行LA-ICP-MS U-Pb定年和微区成分分析，发现含矿伟晶岩脉均具有来自基底地层的碎屑锆石(60％以上的锆石年龄在400-2200Ma，如图6(1)到图6(4)，均为岩浆锆石，部分碎屑锆石受到热液改造(图5))。

微区成分分析结果显示，含矿伟晶岩脉中的碎屑锆石含有较低的轻稀土含量，如图7(1)到图7(4)，数量大于50％的锆石LREE<70ppm)，且50％以上的碎屑锆石具有较低的微量元素含量，如Nb<4ppm,Ta<3ppm,Ti<8ppm,P<700ppm,Hf<15000ppm,Y<2300ppm,U<1800ppm，如图8(1)到图8(9)。对上述标志品再进行LA-MC-ICP-MS Hf同位素分析，发现数量大于50％的碎屑锆石具有同位素比值

根据上述结果，认为通过香花岭伟晶岩脉中锆石的CL图像、U-Pb定年、微量元素分析以及Hf同位素分析数据，可以有效地区分含矿脉及无矿脉。

进一步，根据矿区已有含矿脉勘探资料，结合已有矿石品位数据，对上述四个样品进行碎屑锆石含量、年龄与矿石品位的对应关系研究。含矿样品XHL24的已知铌品位P

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。