2024年5月25日发(作者:阮书云)
61000059/2022/038(07)184860ActaPetrologicaSinica 岩石学报doi:1018654/10000569/20220702
关键金属铍的成矿机制与找矿前景
饶灿
1
王汝成
2
车旭东
2
李晓峰
3
王琪
1
张志琦
1
吴润秋
1
1223111
RAOCan,WANGRuCheng,CHEXuDong,LIXiaoFeng,WANGQi,ZHANGZhiQiandWURunQiu
1浙江大学地球科学学院,浙江省地学大数据与地球深部资源重点实验室,杭州 310027
2南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室,南京大学地球科学与工程学院,南京 210023
3中国科学院地质与地球物理研究所,矿产资源研究院重点实验室,北京 100029
1KeyLaboratoryofGeoscienceBigDataandDeepResourceofZhejiangProvince,SchoolofEarthSciences,ZhejiangUniversity,Hangzhou
310027,China
2StateKeyLaboratoryforMineralDepositsResearch,SchoolofEarthSciencesandEngineering,NanjingUniversity,Nanjing210023,China
3KeyLaboratoryofMineralResources,InstituteofGeologyandGeophysics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100029,China
20220228收稿,20220422改回
RaoC,WangRC,CheXD,LiXF,WangQ,ZhangZQandWuRQ2022Metallogenicmechanismandprospectofkey
metalberylliumActaPetrologicaSinica,38(7):1848-1860,doi:1018654/10000569/20220702
Beryllium(Be)isoneoftheunsubstitutablekeymetalsinstrategicemergingindustriesandnationaldefenseindustries,Abstract
whereitsoccurrence,metallogenicmechanisimandresourcedistributionaremostimportantcontentsintheresearchofkeymetal
mineralsBerylliumisoneofincompatibleelements,whichcantenterintomostrockformingminerals,andtendstobeenrichedand
crystallizedduringthelatemagmaticstagesorevenhydrothermalstagesHowever,berylliumisatypicalamphotericelement,andcan
beenrichedandprecipitatedinbothacidicandalkalineenvironmentsMostgraniticrocks,alkalinerocksandtheirrelatedrocksare
thusthemaincarriersofberylliumoreBedepositsrelatedtomagmatichydrothermalprocessmainlyinclude“volcanogenictype”Be
ore,highlydifferentiatedgranitepegmatitetypeBeore,greisenquartzitetypeBeore,alkalinerocktypeBeore,skarntypeBeore,
andcarbonatitetypeBeore,andsoonTheconcentration,migration,crystallizationandmineralizationofberylliumareabsolutely
controlledbythedifferentiationofacidicandalkalinemagma,magmatichydrothermalprocessesandvolatilecomponentcontent
Togetherwithotherrareearthmetalelements,moreover,berylliumisoftenmineralizedtoformsymbioticdepositsandassociated
depositsIntheexploitationprocesses,weshouldpayattentiontoimprovethemetallurgicalprocessessuchasseparationprocessand
purificationprocessItisexpectedtomakeabreakthroughingranitetype,pegmatitetypeand“volcanogenictype”Beoresinour
countryThesoutheastcoastalvolcanicrockarea,GreaterKhinganvolcanicrockarea,southernTibetandcentralwesternXinjiangcan
becomeimportanttargetareasofBeresources
Keywords Keymetalberyllium;Bebearingminerals;Beresources;DeposittypesofBe;Metallogenicpotential
摘 要 铍是战略性新兴产业和国防军工行业不可替代的一种关键金属,其赋存形式、成矿机制以及资源分布是关键金属
矿产研究的重要内容。地球化学性质上,铍在大部分造岩矿物晶体结构中表现为不相容,倾向在岩浆演化晚期甚至热液阶段
富集结晶。然而,铍又是一种典型的双性元素,在酸性和碱性环境中均可得到富集沉淀,因而铍矿主要赋存于花岗质岩石和
碱性岩及其相关岩石中,与岩浆热液过程相关的铍矿床主要包括“火山岩型”铍矿、高分异花岗岩伟晶岩型铍矿、云英岩石
英岩型铍矿、碱性岩型铍矿、矽卡岩型铍矿、碳酸岩型铍矿等铍矿床。酸性和碱性岩浆的结晶分异、岩浆热液过程以及挥发组
分含量等制约Be的富集、迁移、结晶与成矿过程。同时,铍常与其它稀有稀土金属元素协同成矿,形成共/伴生矿床,在矿产
开采过程中,应注意分选工艺、提纯过程等研究。我国铍资源有望在花岗岩型、伟晶岩型以及“火山岩型”铍矿获得突破,东南
92062212)、中国科学院地质与地球物理研究所重点部署项目(IGGCAS
本文受国家自然科学基金重大研究计划之重点支持项目(
201902)和第二次青藏高原综合科学考察研究项目(2019QZKK0802)联合资助.
第一作者简介:饶灿,男,1978年生,博士生导师,从事稀有金属成矿矿物学研究,Email:canrao@zju.edu.cn
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关键金属铍的成矿机制与找矿前景饶灿等:
沿海火山岩地区、大兴安岭火山岩地区、藏南地区、新疆中西部地区等区域可成为铍资源的重要靶区。
关键词 关键金属铍;铍矿物;铍资源;铍矿床类型;成矿潜力
中图法分类号 P61872
Be)是一种超轻金属元素,具有无磁性、抗腐蚀性、硬 铍(
,易于发射X射线、高热吸附能力、高熔点度高(比钢硬6倍)
(1285℃),以及在温度剧变情况下稳定性较高的特征(Taylor
etal,2003)。铍可作为X射线和伽马射线的“窗口”,与高
能
α
辐射发射器紧密混合用于制造中子源(Tomberlin,
2004),是聚变反应堆中一种面向等离子体材料(Longhurstet
al,2011)。而金属铍和氧化铍具有低密度、高中子慢化和
反射能力的优点,是空间反应堆中子反射器应用的理想候选
BeO)和径向(Be)材料,广泛应用于空间核动力系统中轴向(
中子反射器的主要候选元件(SneadandZinkle,2005)。由
此看出,铍广泛应用于国防和尖端科技等战略新兴领域(金
庆花,2015;王仁财等,2014;Foleyetal,2017)。因铍的
这些应用具有不可替代性,铍被誉为“战略关键金属”、“超
级金属”、“尖端金属”、“空间金属”、“核子堆保护神”等称号
(Freiman,2008;Ledereretal,2016;Foleyetal,2017;李
建康等,2017)。
目前,国际铍资源来源于绿柱石型铍矿和羟硅铍石型铍
矿,其分布以及部分铍资源量如图1所示。然而,大型或超
大型铍矿床几乎都产于美洲,国际铍资源主要来源于“火山
岩型”铍矿(Ledereretal,2016)。随着尖端科技发展、国民
经济建设需求和国家战略(国防、军事等)部署,铍的需求也
呈爆发式增长。2018年,香山科学会议(北京)和国家自然
科学基金委双清论坛(成都)就聚焦了Be、Li、Nb、Ta等稀有
金属矿产,并将这些稀有金属矿产的成矿机制与过程作为
“战略性关键矿产资源”研究领域的关键基础科学问题和今
后重点研究方向,突出了关键金属矿产资源的紧迫性、急需
性、未来性和战略性。2019年国家自然科学基金委启动了重
大研究计划“战略性关键金属超常富集成矿动力学”,铍作为
其中一种战略性关键金属,其超常富集机制也是重点关注内
容之一。本文通过分析铍的地球化学性质,了解铍的赋存形
式及其富集过程,揭示铍资源类型及其成矿过程,探讨我国
铍资源的勘察与找矿潜力。
1849
932eV和1821eV,Foleyetal,2017);(3)最外
电离电位(
S2的杂化轨道电子构型具有强烈的共价性;(4)电层电子2
荷密度介于Al和Si之间,但其电价为+2价,直接阻碍它与
这两个元素的置换。这些特征使得Be难进入大部分矿物晶
体结构,导致铍在绝大部分造岩矿物中高度不相容。
然而,铍是一种典型的双性元素,在酸性环境中铍呈阳
离子形式,在碱性环境中铍与碱(土)金属结合形成复杂阴离
子络阴离子,形成铍的铝硅酸盐矿物和铍的碱金属/碱土金
ˇ
属磷酸盐矿物(Cern,2002)。因此,铍既可在酸性岩石及其
相关岩石中富集、迁移和结晶,也可在碱性岩石以及相关岩
石中得以沉淀。目前,铍的溶解度实验主要是在花岗质熔体
(酸性体系)中的实验地球化学研究。在准铝质到过铝质花
岗质熔体中,铍的含量受熔体的SiOAlO温度
2
活度、
23
活度、
等影响,若在石英饱和的过铝质熔体中,绿柱石的溶解度最
-6
低,Be仅为70×10,在富Li的花岗伟晶岩中,绿柱石的溶
-6
解度会降低,需要325×10Be以达到绿柱石饱和(Evensen
etal,1999)。
另外,铍在造岩矿物/熔体间的分配系数存在明显差异。
铍在花岗岩熔体与碱性长石、斜长石、石英、黑云母和白云母
之间的分配系数与熔体温度、熔体中Be的活度、熔体成分等
EvensenandLondon,2002)。然而,铍在堇青石呈函数关系(
与长英质熔体间的分配系数1,即铍在堇青石中高度相容
EvensenandLondon,2003)。若熔体中仅含微量Be,则Be(
在斜长石和白云母的分配系数大于1,但铍在黑云母、碱性长
石、石英和钠长石中表现为不相容,其分配系数均小于1。若
在绿柱石饱和的熔体中,铍在黑云母、碱性长石、石英和斜长
石中不相容,仅在钠长石的分配系数略有升高。因此,在黑
云母花岗岩白云母或二云母花岗岩中Be的含量通常比较
-6-6
10~10×10Be(Hrmann,1978;Taylorand低,仅为5×
-6
McLennan,1985,1995)。虽然有钠长石伟晶岩含360×10
-6
~720×10Be,但大部分富铍伟晶岩中的铍含量不超过
-6-6
250×10~420×10(LondonandEvensen,2002)。
1 铍的地球化学特征
铍属于一种亲岩元素,同时也是一种稀有金属元素。在
上地壳中,铍的克拉克值仅为3×10(TaylorandMcLennan,
1995),广泛分散于各种岩石中。铍的同位素有12种,其中
仅有9Be稳定,放射性铍同位素中,10Be的半衰期为
139Myr,而7Be的半衰期仅为53天,其它多数同位素均为
毫秒(Foleyetal,2017)。与其它亲岩稀有金属元素Nb、
Ta、Zr、Hf等相比,铍具有独特的晶体化学特征:(1)极小的
027?)(Shannon,1976);(2)较高的第一和第二离子半径(
-6
2 铍的赋存形式
铍的赋存形式取决于其晶体化学特征和地球化学性质,
它主要在酸性岩石、碱性岩石及其相关岩石中晶出,形成铍
的独立矿物和富铍矿物。目前,自然界发现铍的独立矿物约
120余种,主要包括铍的氧化物、硅酸盐、磷酸盐、氢氧化物、
硼酸盐、砷酸盐等矿物。它们以不同产状和形式分布于花岗
岩、伟晶岩、石英岩(脉)、矽卡岩、蚀变凝灰岩以及碱性岩等
、表2),其中绿柱石和羟硅铍石(硅铍石)是铍矿岩石中(表1
床的主要矿石矿物。
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1850
ActaPetrologicaSinica 岩石学报2022,38(7)
表1 铍的主要赋存形式与产出岩石类型
Table1 Mainoccurrenceandrocktypesofberyllium
矿物种类矿物名称
绿柱石
硅铍石
羟硅铍石
香花石
白铍石
硅铍钠石
顾家石
兴安石
硅酸盐矿物
钇兴安石
镱兴安石
白针柱石
整柱石
硅铍铈矿
硅铍钇矿
蓝柱石
日光榴石
铍榴石
锌日光榴石
金绿宝石
铍石
氧化物
塔菲石6N3S
塔菲石2N2S
英文名
Beryl
Phenakite
Bertrandite
Hsianghualite
Leucophanite
Chkalovite
Gujiaite
Hingganite(Ce)
Hingganite(Y)
Hingganite(Yb)
Leifite
Milarite
Gadolinite(Ce)
Gadolinite(Y)
Euclase
Helvite
Danalite
Genthelvite
Chrysoberyl
Bromellite
Magnesiotaaffeite6N3S
Magnesiotaaffeite2N2S
晶体化学式
BeAlSiO
32618
SiOBe
24
SiO(OH)Be
4272
CaLiBe(SiO)F
323432
(Na,Ca)BeSi(O,OH,F)
227
NaBeSiO
226
BeSiOCa
227
(Ce,Ca)(Fe)BeSiO[(OH),O]
□
,
22282
Y(Fe)BeSiO[(OH),O]
□
,
22282
Yb,Y)(Fe)BeSiO[(OH),O](
□
,
22282
Na(Si,Al,Be)(O,OH,F)
2714
KCaAlBeSiO·(HO)
242424602
(Ce,La,Nd,Y)Fe+2BeSiO
22210
+2
YFeBeSiO
22210
BeO含量
wt%)(
1396
4543
4200
1578
1060
1207
972
1097
1194
1103
411
505
814
1536
1724
1352
1343
1257
1970
10000
528
452
479
310
471
5331
1547
2248
2017
1534
1553
1970
1418
964
1449
2017
1692
1220
2033
1713
5813
产出于主要岩石类型
花岗岩、伟晶岩等
花岗岩、伟晶岩等
伟晶岩、蚀变凝灰岩等
矽卡岩
伟晶岩、碱性岩等
伟晶岩、碱性岩等
矽卡岩、碱性正长岩等
伟晶岩、碱性岩等
伟晶岩、碱性岩等
伟晶岩、碱性岩等
伟晶岩、碱性岩等
伟晶岩、碱性岩等
伟晶岩、碱性岩等
伟晶岩、碱性岩等
花岗岩、伟晶岩等
伟晶岩、石英脉等
伟晶岩、石英脉等
伟晶岩、石英脉等
伟晶岩、矽卡岩等
矽卡岩等
矽卡岩等
矽卡岩等
矽卡岩等
矽卡岩等
矽卡岩
矽卡岩、伟晶岩等
伟晶岩
伟晶岩
伟晶岩
伟晶岩
伟晶岩
伟晶岩
伟晶岩
伟晶岩
伟晶岩
伟晶岩
伟晶岩
流纹岩等
霏细斑岩
碱性岩
伟晶岩等
BeAlSiO(OH)
4
Be(SiO)SMn
4343
FeBe(SiO)S
4343
Be(SiO)SZn
4343
BeAlO
24
BeO
AlBeOMg
2612
AlBeOMg
3816
FeAlBeO
2612
AlBeOFe
3816
CaSnMgAl[(BO)(BeO)O]
22383462
BeBO(OH)
23
Be(B,Be)OCsAl
441228
(K,Cs)AlBe(B,Be)O
441228
(PO)CaBe
242
CaBe(PO)F
4
CaBe(PO)(OH)
4
NaBePO
4
MnBe(PO)(OH,F)
4
(PO)(F,O)BaBe
4
(PO)BaBe
242
CaBe(PO)
242
(PO)SrBe
242
CaBeAsO(OH)
4
Be(AsO)(OH)·4HO
242
NaBe(CO)(OH)·2HO
32
Be(OH)
2
铁塔菲石6N3SFerrotaaffeite6N3S
2N2SFerrotaaffeite2N2S铁塔菲石
孟宪民石
硼酸盐矿物
硼铍石
硼铯铝铍石
硼锂铍石
磷钙铍石
磷铍钙石
羟磷铍钙石
磷钠铍石
磷酸盐矿物
红磷锰铍石
磷铍钡石
闽江石
磷钙铍石
磷锶铍石
贝格斯拉根石
其它矿物
砷铍石
碳钠铍石
氢氧化铍
Mengxianminite
Hambergite
Londonite
Rhodizite
Hurlbutite
Herderite
Hydroxylherderite
Beryllonite
Vyrynenite
Babefphite
Minjiangite
Hurlbutite
Strontiohurlbutite
Bergslagite
Bearsite
Niveolanite
Behoite
注:数据来源于MineralogyDatabase数据库(http://webmineralcom)
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关键金属铍的成矿机制与找矿前景饶灿等:
表2 铍矿床类型与矿物组合
Table2 Deposittypesandmineralassemblagesofberylliumores
铍矿类型铍矿物主要造岩矿物共/伴生矿典型矿床资料来源
1851
“火山岩型”
钾长石、萤石、方解Ce、Li、Rb、
羟硅铍石、硅铍石、por山美国犹他州S
石、黏土矿物、石英、REEs、Sn、Th、
日光榴石、绿柱石等火山岩型铍矿等
Tl、U等铁锰氧化物等
绿柱石、硅铍石、磷石英、钾长石、钠长
钙铍石、磷铍钙石、石、白云母、锂云
磷钠铍石等母等
中国宜春雅山花岗
Li、Ta、Nb、Sn、岩多金属矿、可可托
W、Cs、Rb等海3号伟晶岩脉多
金属矿等
中国万峰山云英岩
铍矿、大明山钨铍
矿等
中国香花岭锡多金
属矿;俄罗斯西部
Transbaikalia地区矽
卡岩等
美国SierraBlanca铍
矿等
Foleyetal,2012;Lederer
etal,2016
高分异花岗岩伟晶
岩型
Cuneyetal,1992;Raoet
,2011;Tianetal,al
2020;Zhangetal,2021
云英岩石英脉型
绿柱石、日光榴石族
矿物、硅铍石等
石英、白云母等Sn、W等
995;熊群尧卢焕章等,1
993;黄国成和李岩,1
2012等,
BartonandYoung,2002;
017;Lykhin赵一鸣等,2
,2014;andYarmolyuk
Damdinovaetal,2019
矽卡岩型
香花石、铍石、孟宪
民石、锂铍石、塔菲
石族矿物等
石榴子石、辉石、金
云母、符山石、萤石、
Sn、W、B、Li等
白云母、方解石、黄
铁矿等
碳酸岩型羟硅铍石等
白铍石、硅铍钠石、
兴安石、白针柱石、
硅铍石、羟硅铍石、
硅铍钇矿、锌日光榴
石和铍石
绿柱石、硅铍石、金
绿宝石等
萤石、方解石、石英
碱性长石、石英、锂
云母、钠闪石、磁铁
萤石;钾长石、萤矿
石、石英;黑云母、钾
长石、黏土矿物等
黑云母、阳起石、滑
石、绿泥石、斜长
石等
石英、方解石、斜长
黄铁矿等石
F等Foleyetal,2017
碱性岩型
Nb、REE、Y、中国巴尔哲铌稀土
F等矿等
BartonandYoung,2002;
019;Wuet陈金勇等,2
al,2021
构造变质岩型
Li、Ta、Nb、Sn、澳大利亚Habachtal
GrundmannandMorteani,1989
W等祖母绿矿等
沉积岩型绿柱石、蓝柱石等
Li、Ta、Nb、Sn、美国Colombia祖母
W等绿矿等
Branquetetal,1999
然而,在不同体系中,铍的赋存形式存在极大差异(表
2):(1)在蚀变凝灰岩中,铍矿物主要是羟硅铍石、硅铍石、
por铍矿床中矿石矿物主要为羟硅铍石日光榴石等,如美国s
(Foleyetal,2012;Ledereretal,2016),我国东南沿海火
山岩蚀变带中也发育硅铍石、羟硅铍石等铍矿物(林庆让,
1985;宋叔和,1989);(2)在高分异花岗岩和伟晶岩中,铍矿
物相对较简单,主要为绿柱石(NeivaandNeiva,2005;
CempírekandNovák,2006;Wangetal,2009),这主要是因
为绿柱石的形成温度和压力正好处在大多数花岗岩和伟晶
Barton,1986)。若在富磷花岗岩或伟岩固结时的温压范围(
晶岩中,可发育磷铍钙石、磷钙铍石、磷铍钠石等铍的磷酸盐
矿物(Charoy,1999;Huangetal,2002;Cheetal,2007;
Galliskietal,2012);(3)在花岗岩云英岩化部位或周围的
石英脉中,铍矿物以绿柱石为主,云英岩中可出现日光榴石
4)在矽卡岩中,铍矿物种多且族矿物、羟硅铍石等铍矿物;(
化学成分非常复杂,如湖南香花岭矽卡岩中发育香花石
Huangetal,1958)、铍石、锂铍石(赵春林,1964)、铁塔菲(
石(Yangetal,2012)、孟宪民石(Raoetal,2017)等铍矿
物;(5)在碳酸岩中,铍矿物相对较简单,主要为羟硅铍石;
(6)在碱性岩中,铍矿物种非常丰富,可以发育白铍石、硅铍
钠石、兴安石、白针柱石、硅铍石、羟硅铍石、硅铍钇矿、锌日
7)在构造变质岩中,铍矿物主要为光榴石和铍石等铍矿物;(
绿柱石、硅铍石、金绿宝石等,绿柱石通常呈绿色和蓝色,可
8)在沉积岩中,绿柱以作为祖母绿和海蓝宝石等宝石开采;(
石、蓝柱石等是主要的铍矿物,部分绿柱石可以作为宝石
开采。
在富铍矿物中,Be以类质同象形式存在,与矿物结构中
Li、Al、B和Si发生置换或替代,甚至可替代空位:如云母族
矿物中,Be主要替代Al位;在硼锂铍矿中Be与B占相同位
置(HawthorneandHuminicki,2002)。这些不等价的替代均
通过矿物中其它不等价替代来补偿电价,导致矿物晶体结构
Be还上在一定程度上发生形变。在闽江石的晶体结构中,
可以与P占据同一位置,且它们在四面体六元环中占位完全
Raoetal,2016)。在“火山岩型”铍矿床中,紫色萤石无序(
-6
可含2470×10Be,显示萤石中Ca可能被Be替代(金庆
花,2015)。
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1852
ActaPetrologicaSinica 岩石学报2022,38(7)
图1 全球铍资源分布(a)与铍资源量估算(b)(据Foleyetal,2017修改)
Fig1 Thelocationsofworldberylliumresource(a)andestimatesofgradeandtonnageofberylliumdeposits(b)(modifiedafter
Foleyetal,2017)
值得注意的是,铍矿物通常不稳定,容易受到后期的热
ˇ
Cern,2002)。如早期液作用而发生蚀变形成次生铍矿物(
酸盐矿物(JonssonandLanghof,1997);在富P环境下,绿柱
石蚀变可以形成磷钙铍石、磷铍钙石、磷钠铍石等铍的磷酸
ˇ
NystenandGustafsson,1993;Cerntal,2002;盐矿物(
e绿柱石受热液作用形成羟硅铍石、蓝柱石、硅铍石等铍的硅
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关键金属铍的成矿机制与找矿前景饶灿等:
1853
图2 与岩浆热液过程相关的铍矿成矿示意图(据BartonandYoung,2002修改)
Fig2 SchematicdiagramofBemineralizationrelatedtomagmatichydrothermalprocesses(modifiedafterBartonandYoung,
2002)
CempírekandNovák,2006;Raoetal,2011)。另外,热液
pH值对绿柱石的蚀变矿物相的形式影响极大,在酸性条件
H=6下,绿柱石可蚀变形成羟硅铍石、硅铍石、蓝柱石;当p
时,富P条件下沸石结构的铍磷酸盐矿物稳定(Harveyand
Meier,1989);当pH绿柱石蚀变可形成羟硅铍石(长
≈
7时,
石、云母和石英;而当pH0~11时,绿柱石蚀变产物主要
≈
1
ˇ
为斜方板晶石(Cern,2002)。
31 “火山岩型”铍矿
“火山岩型”铍矿指火山岩系统中由火山作用、岩浆作用
以及火山热液过程引起Be富集而形成的矿床,曾被称为火
山低温热液型铍矿、交代型铍矿、火山成因浅成热液型铍矿、
Spor型铍矿等(Foleyetal,2017)。这些矿床类型名称真实
指示了铍矿的形成具有火山岩成因、低温热液作用、交代作
用、浅成热液改造等特征,铍成矿与中酸性火山作用流纹
流纹质凝灰岩热液蚀变有关,其实质为热液型矿床。该岩/
3 铍资源类型与成矿机制
由于铍在酸性和碱性环境中均可富集、迁移和结晶,Be
的富集和成矿方式复杂,因此,铍矿床类型众多。按其形成
成因,铍矿床可分为与岩浆热液过程有关的铍矿床和非岩
热液过程的铍矿床(BartonandYoung,2002)。非岩浆热浆
液过程的铍矿床主要涉及构造变质作用和沉积作用形成的
铍矿,可产出宝石级绿柱石或祖母绿、金绿宝石和硅铍石
Sinkankas,1981;GrundmannandMorteani,1989;Olson,(
2016),这里不作阐述。与岩浆热液过程相关的铍矿床主要
包括“火山岩型”铍矿、高分异花岗岩伟晶岩型铍矿、云英
石英岩型铍矿、碱性岩型铍矿、矽卡岩型铍矿、碳酸岩型岩
铍矿等铍矿床。BartonandYoung(2002)和Foleyetal
(2017)归纳并总结了与岩浆热液过程密切相关的铍成矿模
式(图2),铍的成矿机制均与岩浆作用、热液作用以及介质
作用相关。
por山铍矿最为著名,其寄主岩为流类型铍矿以美国犹他州S
纹岩和凝灰岩,具有准铝过铝质、富F和稀有金属元素(Be、
Ce、Li、Rb、REE、Sn、Th、Tl和U等)等特征,铍矿物主要有羟
Ledereretal,2016;硅铍石、硅铍石、日光榴石族矿物等(
Foleyetal,2017),主要形成羟硅铍石与萤石组合,伴生石
英、方解石、欧泊等,同时有少量硅铍石和绿柱石出现。铍矿
物颗粒非常细小,肉眼极难识别,如浙东南青田蚀变凝灰岩
)。中就出现了细小的羟硅铍石(图3
目前,研究美国Spor山铍成矿机制的较多(Lindsey,
1979;Christiansenetal,1988;Foleyetal,2012,2017;
Daileyetal,2018),我国新疆白杨河火山岩型铍矿也有相
011;董全宏等,2014;肖国贤等,关的研究(肖艳东等,2
2015)。归纳起来,“火山岩型”铍成矿可分为Be的初始富集
por和强烈富集两个阶段。大量野外观察和分析表明,美国S
山铍矿是凝灰岩或流纹岩经过热液蚀变而成,Be主要来源
于凝灰岩和流纹岩,火山岩的热液蚀变促使分散形式Be富
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1854
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图3 浙东南青田蚀变凝灰岩中羟硅铍石的矿物组合
(a)羟硅铍石与萤石、石英组合;(b)羟硅铍石与闪锌矿、赤铁矿等组合Btd羟硅铍石;Fl萤石;Qtz石英;Sph闪锌矿;Hmt赤铁矿
Fig3 MineralassemblagesofbertranditeinQingtianalteredtuffinSoutheastZhejiangProvince
(a)bertranditeassociatedwithfluoriteandquartz;(b)bertranditeassociatedwithsphaleriteandhematiteBtdbertrandite;Flfluorite;Qtzquartz;
Sphsphalerite;Hmthematite
集、迁移、结晶并成矿(Wood,1992;Foleyetal,2012),铍
矿物主要分布于蚀变凝灰岩中(Lindsey,1998),即火山岩在
晚期/后期的热液蚀变过程中Be是原地或准原地富集和结
Be的初始富集与火山岩岩浆的形成和演化密晶的。因此,
切相关。在美国Spor火山岩型铍矿床中,流纹岩中火山玻璃
0×10~43×10Be,而高度演化的流纹岩中火山可含4
玻璃可含75×10Be,长石和石英斑晶等仅含2×10~8
-6
×10Be(Daileyetal,2018),石英斑晶中原生熔体包裹体
-6-6
-6-6
32 高分异花岗岩伟晶岩型铍矿
高分异花岗岩和伟晶岩中,铍通常随着岩浆的结晶分异
而富集、结晶和成矿。大量野外地质观察与研究表明,最有
工业价值铍矿床为LiCsTa型(LCT)花岗岩铍矿床和伟晶
CT型伟晶岩铍矿通常与S型花岗岩有关岩铍矿床,而L
ˇ
(Cerntal,2012;Foleyetal,2017)。因此,与铍矿相关
e
最高可含108×10Be(平均59×10)(Websteretal,
1989;Foleyetal,2012),这说明其原始岩浆极为富Be。
Be的初始富集并不能形成铍矿,富在岩浆作用过程中,
Be凝灰岩和流纹岩必须经过晚期或后期的热液作用,使Be
强烈富集才能形成铍矿。目前,对于火山岩型Be成矿主要
有两种观点:一种是富F和其它亲石元素的岩浆流体/热液
沿裂隙或断裂渗透凝灰岩,与凝灰岩中玻璃质组分(玻屑、浆
屑以及碳酸盐岩碎屑)发生反应,导致富含F、Li、Be、Sn和W
的矿物结晶(Lindsey,1977;Foleyetal,2012);另一种是流
e、U、F纹质凝灰岩和流纹岩中火山玻璃发生脱玻化释放出B
等元素,与大气降水或地下水混合而导致Be富集成矿(Burt
etal,1982;Wood,1992)。美国Spor山铍矿的热液作用时
间持续在19~8Myr之间(Ludwigetal,1980),流纹岩最高
4×10Be(Daileyetal,2018),而热液蚀变后其局部可含6
Be含量高达3600×10(Foleyetal,2012),富集约54倍,
0%的原始Be得到活化、迁移、富集,最终结晶成凝灰岩中9
矿。美国Spor山地区流纹岩及凝灰岩具有富F的特征,F不
仅可以促进岩浆演化,还有利于Be在岩浆和热液中富集、迁
移,Be与F络合形成BeF、BeF、BeF、BeF等形式,在流
2
体或热液中得到强烈富集(Foleyetal,2012)。而火山岩中
或周围的含灰岩角砾凝灰岩作为火山岩型铍矿的地球化学
e的沉淀,即形成火山岩铍矿。障,有效促进萤石结晶和B
因此,火山岩型铍矿床的大小和品位与Be的初始含量、构造
环境、热液性质及蚀变过程密切相关。
2-
4
-
3
+
-6
-6
-6-6
的花岗岩或伟晶岩主要为壳源,即花岗岩或伟晶岩的初始铍
含量较高。花岗质岩浆的结晶分异、岩浆热液过程以及挥
B、F、P、HO等)含量对Be的富集、迁移、结晶与成发组分(
2
矿起至关重要作用,Be与Li、Nb、Ta、Sn、W等稀有金属元素
同时得到富集、矿化并成矿(朱金初等,2002)。高分异花岗
岩主要产于岩体的顶部,通常从岩体的底部到顶部具有垂直
分带,岩相由黑云母花岗岩向钠长花岗岩和锂云母花岗岩或
黄玉伟晶岩演化,岩石的K/Rb、Zr/Hf、Nb/Ta和Y/Ho等比
值呈规律变化,同时发育铯云母、铪石、钽锰矿、锂云母等矿
物,它们均指示花岗岩和伟晶岩具有高分异的特征,而铍矿
物也主要发育于岩体的顶部。这说明铍的富集、迁移、结晶
成矿与花岗质岩浆热液演化过程密切相关。另外,伟晶岩
通常具有区域分带,如我国福建南平伟晶岩、川西甲基卡伟
晶岩等都具有区域分带,铍矿物主要出现在伟晶岩演化最强
烈的部位。绿柱石是高分异花岗岩或伟晶岩中最常见也是
最主要的铍矿物(NeivaandNeiva,2005;Cempírekand
Novák,2006;Wangetal,2009,王汝成等,2017)。它主要
与石英、钠长石和白云母等共生,在白云母较多的部位,绿柱
石的晶体往往较大。但在花岗质岩浆富磷的情况下,高分异
花岗岩和伟晶岩除了发育绿柱石外,还出现磷铍钙石、磷钙
铍石、磷钠铍石等铍的磷酸盐矿物(图4),如江西雅山花岗
岩(Cheetal,2007)和福建南平伟晶岩(Raoetal,2011)。
目前,高分异花岗岩伟晶岩铍矿是我国工业铍资源的主要
来源,主要分布于南岭地区(朱金初等,2002)、川西地区(李
2007)、阿尔泰地区(王登红等,2002)和藏南地区建康等,
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关键金属铍的成矿机制与找矿前景饶灿等:
1855
图4 南平伟晶岩中铍的磷酸盐矿物组合
(a)石英中磷钙铍石(Hbt);(b)石英中磷锶铍石(Srh);(c)闽江石(Mjt)与白云母(Mus)、磷灰石(Apt)组合;(d)磷钠铍石(Bln)与磷锶铍
石等矿物组合
Fig4 BebearingphosphatemineralassemblageintheNanpingpegmatite
(a)hurlbutiteinquartz;(b)strontiohurlbutiteinquartz;(c)minjiangiteassociatedwithmuscoviteandapatite;(d)mineralassemblageof
strontiohurlbutiteandberylloniteHbthurlbutite;Aptapatite;Srhstrontiohurlbutite;Mjtminjiangite;Musmuscovite;Blnberyllonite
(王汝成等,2017)。
33 云英岩型石英岩(脉)型铍矿
云英岩型石英岩(脉)型铍矿主要指高分异花岗岩或富
F花岗岩的云英岩化过程以及周围的形成石英脉过程,铍得
到富集并结晶成矿。大量野外观察和分析表明,云英岩型
石英岩(脉)型铍矿的花岗岩母岩具有富F的特征,云英岩化
过程中,通常发育黄玉、萤石等氟矿物(卢焕章等,1995)。
e的富集、迁移和结晶过程中起至关重要的作这表明F在B
用。通常情况下,云英岩型和石英岩(脉)型铍矿主要发育绿
柱石为主。然而,广东万峰山矿床的云英岩型铍矿,除了发
育绿柱石外,还出现大量的日光榴石族等铍矿物(卢焕章等,
1995);浙江临安大明山花岗岩周围的石英脉型钨铍矿中,以
针状绿柱石为主(熊群尧和李岩,1993;黄国成等,2012)。
而福建平和县福里石石英脉型铍矿中则出现厘米极绿柱石
晶体,主要分布于石英晶体晶间(黄新鹏,2016)。云英岩型
铍矿的形成主要与云英岩化过程中Be离子浓度以及热液性
质有关,而石英脉型铍矿矿体形态主要受花岗岩的围岩裂隙
控制。
34 碱性岩型铍矿
碱性岩型铍矿与钠质角闪岩和含钠辉石的花岗岩、石英
正长岩和霞石正长岩的形成与演化有关,铍与其它稀有稀土
元素一起得到富集和结晶。与高分异花岗岩或伟晶岩型铍
矿相似,岩浆侵位后的结晶分异程度制约稀有稀土元素的成
矿作用(杨武斌等,2011),而晚期流体/热液作用导致早期
含铍矿物释放出铍,使得铍再分配,从而再富集并结晶。在
碱性岩型铍矿中,铍矿物的化学成分也具有碱性特征,主要
包括铍的钠钙硅酸盐(板晶石、硅铍钠石、白铍石等),硅铍钇
矿以及含锌锰的日光榴石族矿物。蚀变矿物组合以富钠
K)架状和链状硅酸盐为主,常伴随锂云母,偶尔见石英。(±
我国内蒙古巴尔哲碱性岩岩浆热液过程约在127~133Ma,
铍在碱性岩的结晶分异和热液/流体作用下获得富集(Qiuet
al,2019)。晚期大量兴安石与次生霓石共生,以及被独居
石交代等现象,显示晚期热液蚀变促使Be富集、迁移、结晶
Yangetal,2020)。在Be的富集过程中,Y、Nb、与成矿(
REE、F、Li等其它元素也逐渐富集并结晶,而矿床中围岩的
-6
Be含量可大于100×10(BartonandYoung,2002)。在美
国科罗拉多地区的PikesPeak岩基中,与过碱性花岗岩和石
英正长岩共生的伟晶岩富含羟硅铍石、硅铍石、硅钡铍石、锌
日光榴石和硅铍钇矿,以及石英、钠长石、天河石和锂云母等
矿物。加拿大的StrangeLake和ThorLake大型铍矿床具有
复杂的内部结构和明显的热液活动叠加。岩浆阶段富Be的
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ActaPetrologicaSinica 岩石学报2022,38(7)
碱性火山岩以西澳大利亚Brockman矿床中富FNbZrTaY
REE的粗面岩最为典型。
35 矽卡岩型铍矿
矽卡岩型铍矿是花岗斑岩、稀有金属花岗岩或正长岩等
侵入碳酸岩围岩过程中,与围岩发生各种高温热液蚀变而导
BartonandYoung,2002)。这种类型铍矿致铍的富集成矿(
主要分布在我国南岭地区,如湖南香花岭地区的矽卡岩型铍
矿(黄蕴慧等,1988;赵一鸣等,2017),铍矿常与WSn矿床
伴生。一般认为,花岗岩是铍矿的主要来源,铍矿形成还受
碳酸盐岩性质以及花岗岩分异的热液性质密切相关,主要分
白绿布于花岗岩的周围。在野外,这种矽卡岩铍矿常呈黑
等各色韵律条纹,俗称条纹岩;铍矿物主要有硅铍石、羟硅铍
石、日光榴石族矿物以及富铍云母等,它们常与萤石、方解
石、磁铁矿、石榴子石族矿物、云母族矿物、硫化物、锡矿物等
ransbaikalia地区也存在许密切共生或伴生。在俄罗斯西部T
多典型的与交代蚀变有关的碳酸盐岩为围岩的矽卡岩型铍
矿床(LykhinandYarmolyuk,2014;Damdinovaetal,2019)。
然而,矽卡岩型铍矿中铍矿物较分散,较难分离选冶,因此多
数矽卡岩型铍矿未作为铍矿开采。
36 碳酸岩型铍矿
富稀有金属和亲石元素的次火山岩侵入碳酸盐岩并使
碳酸盐岩发生矿化,形成了碳酸岩型铍矿,铍矿物通常发育
于矿化前锋。该种类型铍矿与矽卡岩型铍矿的区别在于未
形成大量矽卡岩矿物,如石榴子石、辉石、角闪石等矿物,如:
美国德克萨斯州SierraBlanca和墨西哥的Aguachile附近铍
Foleyetal,2017)。这种矿床主要产出富Be萤石,与矿床(
过碱、准铝质火山岩伴生,产于白垩纪石灰岩中,位于与上覆
流纹岩腔隙的侵入接触之下。美国SierraBlanca地区流纹岩
具有强过铝特征、异常富Be和F等特征(Rubinetal,1988,
1990);同时,该类流纹岩含大量Li、Nb、Rb、T、Y、Zn以及稀
guachile地区铍矿化主要赋存于石灰岩中,相关的土元素。A
火成岩具有过碱、过铝质等特征(McLemore,2010);铍矿物
主要发育于方解石和石英脉中,但整过矿体铍含量不高,仅
含03%BeO(Foleyetal,2017)。
2021)。李建康等(2017)认为在阿尔泰和川西成矿带,主要
考虑花岗伟晶岩型铍资源;在华南地区,着重考虑花岗岩型
铍资源;同时,也应注重东南沿海、大兴安岭地区寻找火山岩
型和岩浆热液型铍矿床的勘察与找矿。
目前,我国的铍资源主要有高分异花岗岩伟晶岩型铍
矿、碱性岩型铍矿、矽卡岩型铍矿以及“火山岩型”铍矿等铍
伟晶岩型铍资源主要分布于南岭地区、矿。高分异花岗岩
川西地区、阿尔泰地区和藏南地区。虽然高分异花岗岩、稀
有金属伟晶岩及相关云英岩或石英脉产出绿柱石,但实际开
矿过程中,主要开采更有经济价值的铌钽矿、锂矿和钨矿等,
花岗岩伟晶岩型铍矿通常作为伴生矿附带开采(李建康等,
2017)。我国碱性岩主要沿两大构造单元之间或古老大陆边
缘的深断裂带分布,呈线型展布,其规模受区域大断裂控制,
赋存于裂谷、地堑、地幔上拱带的拉张环境条件下(涂光炽,
1989)。目前,仅在内蒙古地区巴尔哲碱性岩中发现铍的富
集和成矿(袁忠信和白鸽,1997)。该类铍矿床中Be主要与
Nb、REE、Zr等共生或伴生,形成的铍矿物种非常丰富,主要
有白铍石、硅铍钠石、硅铍铈矿(兴安石)、白针柱石、硅铍石、
羟硅铍石、硅铍钇矿、锌日光榴石和铍石等(袁忠信和白鸽,
2001;杨武斌等,2009)。然而,该类矿床主要开采Nb和
REEs,铍作为伴生矿,并未引起重视。在矽卡岩型铍矿中,不
仅矿物组合复杂,铍矿物种类众多、颗粒较小且分散,Be的
开采和选冶难度大,通常仅作为锡矿或钨矿开采。湘南香花
岭矽卡岩主要产出锡矿,铍矿物分散于矽卡岩中,这造成铍
矿的选冶难度增大。另外,火山岩地区Be地球化学异常主
要出现在东南沿海地区、大兴安岭地区和新疆西南天山地区
(谢学锦等,2012)。目前,新疆雪米斯坦白杨河地区已发现
火山岩型铀铍矿,铀主要以显微状沥青铀矿形式存在,羟硅
铍石为主要铍矿物,区内岩石以晚古生代酸性火山岩为主,
夹有中
基性火山岩,与成矿关系密切的杨庄花岗斑岩体属
011;董全宏等,2014;Lietal,于次火山岩(肖艳东等,2
2015)。这种酸性岩夹中基性火山岩与次火山岩的火山侵
入岩组合,也是我国东南沿海和大兴安岭晚中生代岩浆活动
的特点,出现了各种铍矿化现象,发育有羟硅铍石、硅铍石、
绿柱石、日光榴石等铍矿物(林德松,1985;林庆让,1985;
宋叔和等,1989;杨武平,2008;黄文娅,2011;赵芝等,
2012)。因此,东南沿海和大兴安岭火山岩地区是研究“火山
岩型”铍矿的重点区域(李建康等,2017)。这些火山岩地区
的铍成矿与晚中生代大规模的火山岩作用有关,同时受到后
期的热液蚀变,铍得到富集、迁移,并在相应的地质环境中结
晶成矿。该类型铍矿需做深入调查和研究。
最近几年,我国铍资源勘察和找矿得到了重视,在相应
的地区发现了铍矿以及铍矿化现象。在藏南错那洞地区,不
仅发育伟晶岩型铍矿,同时也出现矽卡岩型铍矿化现象,除
了绿柱石、硅铍石、羟硅铍石等铍矿物外,符山石和方柱石也
是铍元素的主要赋存载体(何畅通等,2020)。在云南,贡山
腾冲盈江、龙陵和马关麻栗坡等地区为伟晶岩型铍矿远景
4 我国铍资源潜力
土壤地球化学分析表明,我国铍地球化学异常主要分布
于华南地区、川西地区、藏南地区、阿尔泰地区、大兴安岭地
区、秦岭地区等区域(谢学锦等,2012),这与我国铍资源的
分布非常吻合。岩石地球化学分析结果显示,铍在超基性
基性中性酸性岩石中的含量呈逐渐升高趋势,地层中志留
系铍含量最高,而石炭系最低,火山岩、侵入岩中铍的含量也
存在差异,尤以燕山期侵入岩中铍的含量最高(王学求等,
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关键金属铍的成矿机制与找矿前景饶灿等:
区(张传昱等,2021),梁河县那俄地区新发现了以绿柱石为
021)。在南岭成矿带中亚主的伟晶岩型铍矿(燕利军等,2
带地区,又新增了一处花岗伟晶岩型铍矿,以粗粒绿柱石为
主的铍矿(王成辉等,2021)。在新疆白龙山地区,除了产出
Yanetal,大量的伟晶岩型锂矿物,同时发育大量的铍矿(
2022)。另外,在我国火山岩地区也有相应的铍矿化现象,东
南沿海火山岩地区出现了强烈的铍矿化现象(饶灿等,
2022),大兴安岭地区也发现了多处铍矿点(李泊洋等,
2018)。由此可以看出,我国铍资源有望在花岗岩型、伟晶岩
型以及“火山岩型”铍矿上有所突破,东南沿海火山岩地区、
大兴安岭火山岩地区、藏南地区、新疆中西部地区等区域具
有良好的铍资源潜力。
然而,高分异花岗岩伟晶岩型铍矿产出以绿柱石为主
的铍矿,在实际开采和选冶过程中,应注重铍矿的分选。在
碱性岩型铍矿和矽卡岩型铍矿的开采过程中,铍矿具有细、
伴、散的特征,同样要注重选冶过程研究。
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5 结论
铍是国防和军工战略新兴产业中不可替代的关键金属
元素,具有独特的晶体化学性质。铍属于不相容元素,很难
进入大部分造岩矿物晶体结构中,主要在岩浆热液演化晚
期得到富集和结晶,铍的富集、迁移、结晶与成矿受岩浆演
化、热液作用以及介质性质等条件或因素制约。同时,铍是
典型的双性元素,在酸性环境和碱性环境中均可以得到富集
和迁移,导致铍矿主要产出于花岗质岩石和碱性岩相关的体
系,形成“火山岩型”铍矿、高分异花岗岩伟晶岩型铍矿、云
英岩石英岩型铍矿、碱性岩型铍矿、矽卡岩型铍矿、碳酸岩
型铍矿等铍矿床。铍的赋存形式也相对复杂,多与其它稀有
稀土金属元素同时达到富集成矿,形成共/伴生矿床。因此,
在矿产开采过程中,应注意分选工艺、提纯过程等冶金过程
研究。我国铍资源有望在花岗岩型、伟晶岩型以及“火山岩
型”铍矿上有所突破,东南沿海火山岩地区、大兴安岭火山岩
地区、藏南地区、新疆中西部地区等区域具有良好的铍资源
潜力。
致谢 两位匿名评审人对文章提出了宝贵修改意见,在此
表示衷心感谢。
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2024年5月25日发(作者:阮书云)
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RaoC,WangRC,CheXD,LiXF,WangQ,ZhangZQandWuRQ2022Metallogenicmechanismandprospectofkey
metalberylliumActaPetrologicaSinica,38(7):1848-1860,doi:1018654/10000569/20220702
Beryllium(Be)isoneoftheunsubstitutablekeymetalsinstrategicemergingindustriesandnationaldefenseindustries,Abstract
whereitsoccurrence,metallogenicmechanisimandresourcedistributionaremostimportantcontentsintheresearchofkeymetal
mineralsBerylliumisoneofincompatibleelements,whichcantenterintomostrockformingminerals,andtendstobeenrichedand
crystallizedduringthelatemagmaticstagesorevenhydrothermalstagesHowever,berylliumisatypicalamphotericelement,andcan
beenrichedandprecipitatedinbothacidicandalkalineenvironmentsMostgraniticrocks,alkalinerocksandtheirrelatedrocksare
thusthemaincarriersofberylliumoreBedepositsrelatedtomagmatichydrothermalprocessmainlyinclude“volcanogenictype”Be
ore,highlydifferentiatedgranitepegmatitetypeBeore,greisenquartzitetypeBeore,alkalinerocktypeBeore,skarntypeBeore,
andcarbonatitetypeBeore,andsoonTheconcentration,migration,crystallizationandmineralizationofberylliumareabsolutely
controlledbythedifferentiationofacidicandalkalinemagma,magmatichydrothermalprocessesandvolatilecomponentcontent
Togetherwithotherrareearthmetalelements,moreover,berylliumisoftenmineralizedtoformsymbioticdepositsandassociated
depositsIntheexploitationprocesses,weshouldpayattentiontoimprovethemetallurgicalprocessessuchasseparationprocessand
purificationprocessItisexpectedtomakeabreakthroughingranitetype,pegmatitetypeand“volcanogenictype”Beoresinour
countryThesoutheastcoastalvolcanicrockarea,GreaterKhinganvolcanicrockarea,southernTibetandcentralwesternXinjiangcan
becomeimportanttargetareasofBeresources
Keywords Keymetalberyllium;Bebearingminerals;Beresources;DeposittypesofBe;Metallogenicpotential
摘 要 铍是战略性新兴产业和国防军工行业不可替代的一种关键金属,其赋存形式、成矿机制以及资源分布是关键金属
矿产研究的重要内容。地球化学性质上,铍在大部分造岩矿物晶体结构中表现为不相容,倾向在岩浆演化晚期甚至热液阶段
富集结晶。然而,铍又是一种典型的双性元素,在酸性和碱性环境中均可得到富集沉淀,因而铍矿主要赋存于花岗质岩石和
碱性岩及其相关岩石中,与岩浆热液过程相关的铍矿床主要包括“火山岩型”铍矿、高分异花岗岩伟晶岩型铍矿、云英岩石
英岩型铍矿、碱性岩型铍矿、矽卡岩型铍矿、碳酸岩型铍矿等铍矿床。酸性和碱性岩浆的结晶分异、岩浆热液过程以及挥发组
分含量等制约Be的富集、迁移、结晶与成矿过程。同时,铍常与其它稀有稀土金属元素协同成矿,形成共/伴生矿床,在矿产
开采过程中,应注意分选工艺、提纯过程等研究。我国铍资源有望在花岗岩型、伟晶岩型以及“火山岩型”铍矿获得突破,东南
92062212)、中国科学院地质与地球物理研究所重点部署项目(IGGCAS
本文受国家自然科学基金重大研究计划之重点支持项目(
201902)和第二次青藏高原综合科学考察研究项目(2019QZKK0802)联合资助.
第一作者简介:饶灿,男,1978年生,博士生导师,从事稀有金属成矿矿物学研究,Email:canrao@zju.edu.cn
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关键金属铍的成矿机制与找矿前景饶灿等:
沿海火山岩地区、大兴安岭火山岩地区、藏南地区、新疆中西部地区等区域可成为铍资源的重要靶区。
关键词 关键金属铍;铍矿物;铍资源;铍矿床类型;成矿潜力
中图法分类号 P61872
Be)是一种超轻金属元素,具有无磁性、抗腐蚀性、硬 铍(
,易于发射X射线、高热吸附能力、高熔点度高(比钢硬6倍)
(1285℃),以及在温度剧变情况下稳定性较高的特征(Taylor
etal,2003)。铍可作为X射线和伽马射线的“窗口”,与高
能
α
辐射发射器紧密混合用于制造中子源(Tomberlin,
2004),是聚变反应堆中一种面向等离子体材料(Longhurstet
al,2011)。而金属铍和氧化铍具有低密度、高中子慢化和
反射能力的优点,是空间反应堆中子反射器应用的理想候选
BeO)和径向(Be)材料,广泛应用于空间核动力系统中轴向(
中子反射器的主要候选元件(SneadandZinkle,2005)。由
此看出,铍广泛应用于国防和尖端科技等战略新兴领域(金
庆花,2015;王仁财等,2014;Foleyetal,2017)。因铍的
这些应用具有不可替代性,铍被誉为“战略关键金属”、“超
级金属”、“尖端金属”、“空间金属”、“核子堆保护神”等称号
(Freiman,2008;Ledereretal,2016;Foleyetal,2017;李
建康等,2017)。
目前,国际铍资源来源于绿柱石型铍矿和羟硅铍石型铍
矿,其分布以及部分铍资源量如图1所示。然而,大型或超
大型铍矿床几乎都产于美洲,国际铍资源主要来源于“火山
岩型”铍矿(Ledereretal,2016)。随着尖端科技发展、国民
经济建设需求和国家战略(国防、军事等)部署,铍的需求也
呈爆发式增长。2018年,香山科学会议(北京)和国家自然
科学基金委双清论坛(成都)就聚焦了Be、Li、Nb、Ta等稀有
金属矿产,并将这些稀有金属矿产的成矿机制与过程作为
“战略性关键矿产资源”研究领域的关键基础科学问题和今
后重点研究方向,突出了关键金属矿产资源的紧迫性、急需
性、未来性和战略性。2019年国家自然科学基金委启动了重
大研究计划“战略性关键金属超常富集成矿动力学”,铍作为
其中一种战略性关键金属,其超常富集机制也是重点关注内
容之一。本文通过分析铍的地球化学性质,了解铍的赋存形
式及其富集过程,揭示铍资源类型及其成矿过程,探讨我国
铍资源的勘察与找矿潜力。
1849
932eV和1821eV,Foleyetal,2017);(3)最外
电离电位(
S2的杂化轨道电子构型具有强烈的共价性;(4)电层电子2
荷密度介于Al和Si之间,但其电价为+2价,直接阻碍它与
这两个元素的置换。这些特征使得Be难进入大部分矿物晶
体结构,导致铍在绝大部分造岩矿物中高度不相容。
然而,铍是一种典型的双性元素,在酸性环境中铍呈阳
离子形式,在碱性环境中铍与碱(土)金属结合形成复杂阴离
子络阴离子,形成铍的铝硅酸盐矿物和铍的碱金属/碱土金
ˇ
属磷酸盐矿物(Cern,2002)。因此,铍既可在酸性岩石及其
相关岩石中富集、迁移和结晶,也可在碱性岩石以及相关岩
石中得以沉淀。目前,铍的溶解度实验主要是在花岗质熔体
(酸性体系)中的实验地球化学研究。在准铝质到过铝质花
岗质熔体中,铍的含量受熔体的SiOAlO温度
2
活度、
23
活度、
等影响,若在石英饱和的过铝质熔体中,绿柱石的溶解度最
-6
低,Be仅为70×10,在富Li的花岗伟晶岩中,绿柱石的溶
-6
解度会降低,需要325×10Be以达到绿柱石饱和(Evensen
etal,1999)。
另外,铍在造岩矿物/熔体间的分配系数存在明显差异。
铍在花岗岩熔体与碱性长石、斜长石、石英、黑云母和白云母
之间的分配系数与熔体温度、熔体中Be的活度、熔体成分等
EvensenandLondon,2002)。然而,铍在堇青石呈函数关系(
与长英质熔体间的分配系数1,即铍在堇青石中高度相容
EvensenandLondon,2003)。若熔体中仅含微量Be,则Be(
在斜长石和白云母的分配系数大于1,但铍在黑云母、碱性长
石、石英和钠长石中表现为不相容,其分配系数均小于1。若
在绿柱石饱和的熔体中,铍在黑云母、碱性长石、石英和斜长
石中不相容,仅在钠长石的分配系数略有升高。因此,在黑
云母花岗岩白云母或二云母花岗岩中Be的含量通常比较
-6-6
10~10×10Be(Hrmann,1978;Taylorand低,仅为5×
-6
McLennan,1985,1995)。虽然有钠长石伟晶岩含360×10
-6
~720×10Be,但大部分富铍伟晶岩中的铍含量不超过
-6-6
250×10~420×10(LondonandEvensen,2002)。
1 铍的地球化学特征
铍属于一种亲岩元素,同时也是一种稀有金属元素。在
上地壳中,铍的克拉克值仅为3×10(TaylorandMcLennan,
1995),广泛分散于各种岩石中。铍的同位素有12种,其中
仅有9Be稳定,放射性铍同位素中,10Be的半衰期为
139Myr,而7Be的半衰期仅为53天,其它多数同位素均为
毫秒(Foleyetal,2017)。与其它亲岩稀有金属元素Nb、
Ta、Zr、Hf等相比,铍具有独特的晶体化学特征:(1)极小的
027?)(Shannon,1976);(2)较高的第一和第二离子半径(
-6
2 铍的赋存形式
铍的赋存形式取决于其晶体化学特征和地球化学性质,
它主要在酸性岩石、碱性岩石及其相关岩石中晶出,形成铍
的独立矿物和富铍矿物。目前,自然界发现铍的独立矿物约
120余种,主要包括铍的氧化物、硅酸盐、磷酸盐、氢氧化物、
硼酸盐、砷酸盐等矿物。它们以不同产状和形式分布于花岗
岩、伟晶岩、石英岩(脉)、矽卡岩、蚀变凝灰岩以及碱性岩等
、表2),其中绿柱石和羟硅铍石(硅铍石)是铍矿岩石中(表1
床的主要矿石矿物。
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1850
ActaPetrologicaSinica 岩石学报2022,38(7)
表1 铍的主要赋存形式与产出岩石类型
Table1 Mainoccurrenceandrocktypesofberyllium
矿物种类矿物名称
绿柱石
硅铍石
羟硅铍石
香花石
白铍石
硅铍钠石
顾家石
兴安石
硅酸盐矿物
钇兴安石
镱兴安石
白针柱石
整柱石
硅铍铈矿
硅铍钇矿
蓝柱石
日光榴石
铍榴石
锌日光榴石
金绿宝石
铍石
氧化物
塔菲石6N3S
塔菲石2N2S
英文名
Beryl
Phenakite
Bertrandite
Hsianghualite
Leucophanite
Chkalovite
Gujiaite
Hingganite(Ce)
Hingganite(Y)
Hingganite(Yb)
Leifite
Milarite
Gadolinite(Ce)
Gadolinite(Y)
Euclase
Helvite
Danalite
Genthelvite
Chrysoberyl
Bromellite
Magnesiotaaffeite6N3S
Magnesiotaaffeite2N2S
晶体化学式
BeAlSiO
32618
SiOBe
24
SiO(OH)Be
4272
CaLiBe(SiO)F
323432
(Na,Ca)BeSi(O,OH,F)
227
NaBeSiO
226
BeSiOCa
227
(Ce,Ca)(Fe)BeSiO[(OH),O]
□
,
22282
Y(Fe)BeSiO[(OH),O]
□
,
22282
Yb,Y)(Fe)BeSiO[(OH),O](
□
,
22282
Na(Si,Al,Be)(O,OH,F)
2714
KCaAlBeSiO·(HO)
242424602
(Ce,La,Nd,Y)Fe+2BeSiO
22210
+2
YFeBeSiO
22210
BeO含量
wt%)(
1396
4543
4200
1578
1060
1207
972
1097
1194
1103
411
505
814
1536
1724
1352
1343
1257
1970
10000
528
452
479
310
471
5331
1547
2248
2017
1534
1553
1970
1418
964
1449
2017
1692
1220
2033
1713
5813
产出于主要岩石类型
花岗岩、伟晶岩等
花岗岩、伟晶岩等
伟晶岩、蚀变凝灰岩等
矽卡岩
伟晶岩、碱性岩等
伟晶岩、碱性岩等
矽卡岩、碱性正长岩等
伟晶岩、碱性岩等
伟晶岩、碱性岩等
伟晶岩、碱性岩等
伟晶岩、碱性岩等
伟晶岩、碱性岩等
伟晶岩、碱性岩等
伟晶岩、碱性岩等
花岗岩、伟晶岩等
伟晶岩、石英脉等
伟晶岩、石英脉等
伟晶岩、石英脉等
伟晶岩、矽卡岩等
矽卡岩等
矽卡岩等
矽卡岩等
矽卡岩等
矽卡岩等
矽卡岩
矽卡岩、伟晶岩等
伟晶岩
伟晶岩
伟晶岩
伟晶岩
伟晶岩
伟晶岩
伟晶岩
伟晶岩
伟晶岩
伟晶岩
伟晶岩
流纹岩等
霏细斑岩
碱性岩
伟晶岩等
BeAlSiO(OH)
4
Be(SiO)SMn
4343
FeBe(SiO)S
4343
Be(SiO)SZn
4343
BeAlO
24
BeO
AlBeOMg
2612
AlBeOMg
3816
FeAlBeO
2612
AlBeOFe
3816
CaSnMgAl[(BO)(BeO)O]
22383462
BeBO(OH)
23
Be(B,Be)OCsAl
441228
(K,Cs)AlBe(B,Be)O
441228
(PO)CaBe
242
CaBe(PO)F
4
CaBe(PO)(OH)
4
NaBePO
4
MnBe(PO)(OH,F)
4
(PO)(F,O)BaBe
4
(PO)BaBe
242
CaBe(PO)
242
(PO)SrBe
242
CaBeAsO(OH)
4
Be(AsO)(OH)·4HO
242
NaBe(CO)(OH)·2HO
32
Be(OH)
2
铁塔菲石6N3SFerrotaaffeite6N3S
2N2SFerrotaaffeite2N2S铁塔菲石
孟宪民石
硼酸盐矿物
硼铍石
硼铯铝铍石
硼锂铍石
磷钙铍石
磷铍钙石
羟磷铍钙石
磷钠铍石
磷酸盐矿物
红磷锰铍石
磷铍钡石
闽江石
磷钙铍石
磷锶铍石
贝格斯拉根石
其它矿物
砷铍石
碳钠铍石
氢氧化铍
Mengxianminite
Hambergite
Londonite
Rhodizite
Hurlbutite
Herderite
Hydroxylherderite
Beryllonite
Vyrynenite
Babefphite
Minjiangite
Hurlbutite
Strontiohurlbutite
Bergslagite
Bearsite
Niveolanite
Behoite
注:数据来源于MineralogyDatabase数据库(http://webmineralcom)
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关键金属铍的成矿机制与找矿前景饶灿等:
表2 铍矿床类型与矿物组合
Table2 Deposittypesandmineralassemblagesofberylliumores
铍矿类型铍矿物主要造岩矿物共/伴生矿典型矿床资料来源
1851
“火山岩型”
钾长石、萤石、方解Ce、Li、Rb、
羟硅铍石、硅铍石、por山美国犹他州S
石、黏土矿物、石英、REEs、Sn、Th、
日光榴石、绿柱石等火山岩型铍矿等
Tl、U等铁锰氧化物等
绿柱石、硅铍石、磷石英、钾长石、钠长
钙铍石、磷铍钙石、石、白云母、锂云
磷钠铍石等母等
中国宜春雅山花岗
Li、Ta、Nb、Sn、岩多金属矿、可可托
W、Cs、Rb等海3号伟晶岩脉多
金属矿等
中国万峰山云英岩
铍矿、大明山钨铍
矿等
中国香花岭锡多金
属矿;俄罗斯西部
Transbaikalia地区矽
卡岩等
美国SierraBlanca铍
矿等
Foleyetal,2012;Lederer
etal,2016
高分异花岗岩伟晶
岩型
Cuneyetal,1992;Raoet
,2011;Tianetal,al
2020;Zhangetal,2021
云英岩石英脉型
绿柱石、日光榴石族
矿物、硅铍石等
石英、白云母等Sn、W等
995;熊群尧卢焕章等,1
993;黄国成和李岩,1
2012等,
BartonandYoung,2002;
017;Lykhin赵一鸣等,2
,2014;andYarmolyuk
Damdinovaetal,2019
矽卡岩型
香花石、铍石、孟宪
民石、锂铍石、塔菲
石族矿物等
石榴子石、辉石、金
云母、符山石、萤石、
Sn、W、B、Li等
白云母、方解石、黄
铁矿等
碳酸岩型羟硅铍石等
白铍石、硅铍钠石、
兴安石、白针柱石、
硅铍石、羟硅铍石、
硅铍钇矿、锌日光榴
石和铍石
绿柱石、硅铍石、金
绿宝石等
萤石、方解石、石英
碱性长石、石英、锂
云母、钠闪石、磁铁
萤石;钾长石、萤矿
石、石英;黑云母、钾
长石、黏土矿物等
黑云母、阳起石、滑
石、绿泥石、斜长
石等
石英、方解石、斜长
黄铁矿等石
F等Foleyetal,2017
碱性岩型
Nb、REE、Y、中国巴尔哲铌稀土
F等矿等
BartonandYoung,2002;
019;Wuet陈金勇等,2
al,2021
构造变质岩型
Li、Ta、Nb、Sn、澳大利亚Habachtal
GrundmannandMorteani,1989
W等祖母绿矿等
沉积岩型绿柱石、蓝柱石等
Li、Ta、Nb、Sn、美国Colombia祖母
W等绿矿等
Branquetetal,1999
然而,在不同体系中,铍的赋存形式存在极大差异(表
2):(1)在蚀变凝灰岩中,铍矿物主要是羟硅铍石、硅铍石、
por铍矿床中矿石矿物主要为羟硅铍石日光榴石等,如美国s
(Foleyetal,2012;Ledereretal,2016),我国东南沿海火
山岩蚀变带中也发育硅铍石、羟硅铍石等铍矿物(林庆让,
1985;宋叔和,1989);(2)在高分异花岗岩和伟晶岩中,铍矿
物相对较简单,主要为绿柱石(NeivaandNeiva,2005;
CempírekandNovák,2006;Wangetal,2009),这主要是因
为绿柱石的形成温度和压力正好处在大多数花岗岩和伟晶
Barton,1986)。若在富磷花岗岩或伟岩固结时的温压范围(
晶岩中,可发育磷铍钙石、磷钙铍石、磷铍钠石等铍的磷酸盐
矿物(Charoy,1999;Huangetal,2002;Cheetal,2007;
Galliskietal,2012);(3)在花岗岩云英岩化部位或周围的
石英脉中,铍矿物以绿柱石为主,云英岩中可出现日光榴石
4)在矽卡岩中,铍矿物种多且族矿物、羟硅铍石等铍矿物;(
化学成分非常复杂,如湖南香花岭矽卡岩中发育香花石
Huangetal,1958)、铍石、锂铍石(赵春林,1964)、铁塔菲(
石(Yangetal,2012)、孟宪民石(Raoetal,2017)等铍矿
物;(5)在碳酸岩中,铍矿物相对较简单,主要为羟硅铍石;
(6)在碱性岩中,铍矿物种非常丰富,可以发育白铍石、硅铍
钠石、兴安石、白针柱石、硅铍石、羟硅铍石、硅铍钇矿、锌日
7)在构造变质岩中,铍矿物主要为光榴石和铍石等铍矿物;(
绿柱石、硅铍石、金绿宝石等,绿柱石通常呈绿色和蓝色,可
8)在沉积岩中,绿柱以作为祖母绿和海蓝宝石等宝石开采;(
石、蓝柱石等是主要的铍矿物,部分绿柱石可以作为宝石
开采。
在富铍矿物中,Be以类质同象形式存在,与矿物结构中
Li、Al、B和Si发生置换或替代,甚至可替代空位:如云母族
矿物中,Be主要替代Al位;在硼锂铍矿中Be与B占相同位
置(HawthorneandHuminicki,2002)。这些不等价的替代均
通过矿物中其它不等价替代来补偿电价,导致矿物晶体结构
Be还上在一定程度上发生形变。在闽江石的晶体结构中,
可以与P占据同一位置,且它们在四面体六元环中占位完全
Raoetal,2016)。在“火山岩型”铍矿床中,紫色萤石无序(
-6
可含2470×10Be,显示萤石中Ca可能被Be替代(金庆
花,2015)。
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1852
ActaPetrologicaSinica 岩石学报2022,38(7)
图1 全球铍资源分布(a)与铍资源量估算(b)(据Foleyetal,2017修改)
Fig1 Thelocationsofworldberylliumresource(a)andestimatesofgradeandtonnageofberylliumdeposits(b)(modifiedafter
Foleyetal,2017)
值得注意的是,铍矿物通常不稳定,容易受到后期的热
ˇ
Cern,2002)。如早期液作用而发生蚀变形成次生铍矿物(
酸盐矿物(JonssonandLanghof,1997);在富P环境下,绿柱
石蚀变可以形成磷钙铍石、磷铍钙石、磷钠铍石等铍的磷酸
ˇ
NystenandGustafsson,1993;Cerntal,2002;盐矿物(
e绿柱石受热液作用形成羟硅铍石、蓝柱石、硅铍石等铍的硅
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关键金属铍的成矿机制与找矿前景饶灿等:
1853
图2 与岩浆热液过程相关的铍矿成矿示意图(据BartonandYoung,2002修改)
Fig2 SchematicdiagramofBemineralizationrelatedtomagmatichydrothermalprocesses(modifiedafterBartonandYoung,
2002)
CempírekandNovák,2006;Raoetal,2011)。另外,热液
pH值对绿柱石的蚀变矿物相的形式影响极大,在酸性条件
H=6下,绿柱石可蚀变形成羟硅铍石、硅铍石、蓝柱石;当p
时,富P条件下沸石结构的铍磷酸盐矿物稳定(Harveyand
Meier,1989);当pH绿柱石蚀变可形成羟硅铍石(长
≈
7时,
石、云母和石英;而当pH0~11时,绿柱石蚀变产物主要
≈
1
ˇ
为斜方板晶石(Cern,2002)。
31 “火山岩型”铍矿
“火山岩型”铍矿指火山岩系统中由火山作用、岩浆作用
以及火山热液过程引起Be富集而形成的矿床,曾被称为火
山低温热液型铍矿、交代型铍矿、火山成因浅成热液型铍矿、
Spor型铍矿等(Foleyetal,2017)。这些矿床类型名称真实
指示了铍矿的形成具有火山岩成因、低温热液作用、交代作
用、浅成热液改造等特征,铍成矿与中酸性火山作用流纹
流纹质凝灰岩热液蚀变有关,其实质为热液型矿床。该岩/
3 铍资源类型与成矿机制
由于铍在酸性和碱性环境中均可富集、迁移和结晶,Be
的富集和成矿方式复杂,因此,铍矿床类型众多。按其形成
成因,铍矿床可分为与岩浆热液过程有关的铍矿床和非岩
热液过程的铍矿床(BartonandYoung,2002)。非岩浆热浆
液过程的铍矿床主要涉及构造变质作用和沉积作用形成的
铍矿,可产出宝石级绿柱石或祖母绿、金绿宝石和硅铍石
Sinkankas,1981;GrundmannandMorteani,1989;Olson,(
2016),这里不作阐述。与岩浆热液过程相关的铍矿床主要
包括“火山岩型”铍矿、高分异花岗岩伟晶岩型铍矿、云英
石英岩型铍矿、碱性岩型铍矿、矽卡岩型铍矿、碳酸岩型岩
铍矿等铍矿床。BartonandYoung(2002)和Foleyetal
(2017)归纳并总结了与岩浆热液过程密切相关的铍成矿模
式(图2),铍的成矿机制均与岩浆作用、热液作用以及介质
作用相关。
por山铍矿最为著名,其寄主岩为流类型铍矿以美国犹他州S
纹岩和凝灰岩,具有准铝过铝质、富F和稀有金属元素(Be、
Ce、Li、Rb、REE、Sn、Th、Tl和U等)等特征,铍矿物主要有羟
Ledereretal,2016;硅铍石、硅铍石、日光榴石族矿物等(
Foleyetal,2017),主要形成羟硅铍石与萤石组合,伴生石
英、方解石、欧泊等,同时有少量硅铍石和绿柱石出现。铍矿
物颗粒非常细小,肉眼极难识别,如浙东南青田蚀变凝灰岩
)。中就出现了细小的羟硅铍石(图3
目前,研究美国Spor山铍成矿机制的较多(Lindsey,
1979;Christiansenetal,1988;Foleyetal,2012,2017;
Daileyetal,2018),我国新疆白杨河火山岩型铍矿也有相
011;董全宏等,2014;肖国贤等,关的研究(肖艳东等,2
2015)。归纳起来,“火山岩型”铍成矿可分为Be的初始富集
por和强烈富集两个阶段。大量野外观察和分析表明,美国S
山铍矿是凝灰岩或流纹岩经过热液蚀变而成,Be主要来源
于凝灰岩和流纹岩,火山岩的热液蚀变促使分散形式Be富
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ActaPetrologicaSinica 岩石学报2022,38(7)
图3 浙东南青田蚀变凝灰岩中羟硅铍石的矿物组合
(a)羟硅铍石与萤石、石英组合;(b)羟硅铍石与闪锌矿、赤铁矿等组合Btd羟硅铍石;Fl萤石;Qtz石英;Sph闪锌矿;Hmt赤铁矿
Fig3 MineralassemblagesofbertranditeinQingtianalteredtuffinSoutheastZhejiangProvince
(a)bertranditeassociatedwithfluoriteandquartz;(b)bertranditeassociatedwithsphaleriteandhematiteBtdbertrandite;Flfluorite;Qtzquartz;
Sphsphalerite;Hmthematite
集、迁移、结晶并成矿(Wood,1992;Foleyetal,2012),铍
矿物主要分布于蚀变凝灰岩中(Lindsey,1998),即火山岩在
晚期/后期的热液蚀变过程中Be是原地或准原地富集和结
Be的初始富集与火山岩岩浆的形成和演化密晶的。因此,
切相关。在美国Spor火山岩型铍矿床中,流纹岩中火山玻璃
0×10~43×10Be,而高度演化的流纹岩中火山可含4
玻璃可含75×10Be,长石和石英斑晶等仅含2×10~8
-6
×10Be(Daileyetal,2018),石英斑晶中原生熔体包裹体
-6-6
-6-6
32 高分异花岗岩伟晶岩型铍矿
高分异花岗岩和伟晶岩中,铍通常随着岩浆的结晶分异
而富集、结晶和成矿。大量野外地质观察与研究表明,最有
工业价值铍矿床为LiCsTa型(LCT)花岗岩铍矿床和伟晶
CT型伟晶岩铍矿通常与S型花岗岩有关岩铍矿床,而L
ˇ
(Cerntal,2012;Foleyetal,2017)。因此,与铍矿相关
e
最高可含108×10Be(平均59×10)(Websteretal,
1989;Foleyetal,2012),这说明其原始岩浆极为富Be。
Be的初始富集并不能形成铍矿,富在岩浆作用过程中,
Be凝灰岩和流纹岩必须经过晚期或后期的热液作用,使Be
强烈富集才能形成铍矿。目前,对于火山岩型Be成矿主要
有两种观点:一种是富F和其它亲石元素的岩浆流体/热液
沿裂隙或断裂渗透凝灰岩,与凝灰岩中玻璃质组分(玻屑、浆
屑以及碳酸盐岩碎屑)发生反应,导致富含F、Li、Be、Sn和W
的矿物结晶(Lindsey,1977;Foleyetal,2012);另一种是流
e、U、F纹质凝灰岩和流纹岩中火山玻璃发生脱玻化释放出B
等元素,与大气降水或地下水混合而导致Be富集成矿(Burt
etal,1982;Wood,1992)。美国Spor山铍矿的热液作用时
间持续在19~8Myr之间(Ludwigetal,1980),流纹岩最高
4×10Be(Daileyetal,2018),而热液蚀变后其局部可含6
Be含量高达3600×10(Foleyetal,2012),富集约54倍,
0%的原始Be得到活化、迁移、富集,最终结晶成凝灰岩中9
矿。美国Spor山地区流纹岩及凝灰岩具有富F的特征,F不
仅可以促进岩浆演化,还有利于Be在岩浆和热液中富集、迁
移,Be与F络合形成BeF、BeF、BeF、BeF等形式,在流
2
体或热液中得到强烈富集(Foleyetal,2012)。而火山岩中
或周围的含灰岩角砾凝灰岩作为火山岩型铍矿的地球化学
e的沉淀,即形成火山岩铍矿。障,有效促进萤石结晶和B
因此,火山岩型铍矿床的大小和品位与Be的初始含量、构造
环境、热液性质及蚀变过程密切相关。
2-
4
-
3
+
-6
-6
-6-6
的花岗岩或伟晶岩主要为壳源,即花岗岩或伟晶岩的初始铍
含量较高。花岗质岩浆的结晶分异、岩浆热液过程以及挥
B、F、P、HO等)含量对Be的富集、迁移、结晶与成发组分(
2
矿起至关重要作用,Be与Li、Nb、Ta、Sn、W等稀有金属元素
同时得到富集、矿化并成矿(朱金初等,2002)。高分异花岗
岩主要产于岩体的顶部,通常从岩体的底部到顶部具有垂直
分带,岩相由黑云母花岗岩向钠长花岗岩和锂云母花岗岩或
黄玉伟晶岩演化,岩石的K/Rb、Zr/Hf、Nb/Ta和Y/Ho等比
值呈规律变化,同时发育铯云母、铪石、钽锰矿、锂云母等矿
物,它们均指示花岗岩和伟晶岩具有高分异的特征,而铍矿
物也主要发育于岩体的顶部。这说明铍的富集、迁移、结晶
成矿与花岗质岩浆热液演化过程密切相关。另外,伟晶岩
通常具有区域分带,如我国福建南平伟晶岩、川西甲基卡伟
晶岩等都具有区域分带,铍矿物主要出现在伟晶岩演化最强
烈的部位。绿柱石是高分异花岗岩或伟晶岩中最常见也是
最主要的铍矿物(NeivaandNeiva,2005;Cempírekand
Novák,2006;Wangetal,2009,王汝成等,2017)。它主要
与石英、钠长石和白云母等共生,在白云母较多的部位,绿柱
石的晶体往往较大。但在花岗质岩浆富磷的情况下,高分异
花岗岩和伟晶岩除了发育绿柱石外,还出现磷铍钙石、磷钙
铍石、磷钠铍石等铍的磷酸盐矿物(图4),如江西雅山花岗
岩(Cheetal,2007)和福建南平伟晶岩(Raoetal,2011)。
目前,高分异花岗岩伟晶岩铍矿是我国工业铍资源的主要
来源,主要分布于南岭地区(朱金初等,2002)、川西地区(李
2007)、阿尔泰地区(王登红等,2002)和藏南地区建康等,
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关键金属铍的成矿机制与找矿前景饶灿等:
1855
图4 南平伟晶岩中铍的磷酸盐矿物组合
(a)石英中磷钙铍石(Hbt);(b)石英中磷锶铍石(Srh);(c)闽江石(Mjt)与白云母(Mus)、磷灰石(Apt)组合;(d)磷钠铍石(Bln)与磷锶铍
石等矿物组合
Fig4 BebearingphosphatemineralassemblageintheNanpingpegmatite
(a)hurlbutiteinquartz;(b)strontiohurlbutiteinquartz;(c)minjiangiteassociatedwithmuscoviteandapatite;(d)mineralassemblageof
strontiohurlbutiteandberylloniteHbthurlbutite;Aptapatite;Srhstrontiohurlbutite;Mjtminjiangite;Musmuscovite;Blnberyllonite
(王汝成等,2017)。
33 云英岩型石英岩(脉)型铍矿
云英岩型石英岩(脉)型铍矿主要指高分异花岗岩或富
F花岗岩的云英岩化过程以及周围的形成石英脉过程,铍得
到富集并结晶成矿。大量野外观察和分析表明,云英岩型
石英岩(脉)型铍矿的花岗岩母岩具有富F的特征,云英岩化
过程中,通常发育黄玉、萤石等氟矿物(卢焕章等,1995)。
e的富集、迁移和结晶过程中起至关重要的作这表明F在B
用。通常情况下,云英岩型和石英岩(脉)型铍矿主要发育绿
柱石为主。然而,广东万峰山矿床的云英岩型铍矿,除了发
育绿柱石外,还出现大量的日光榴石族等铍矿物(卢焕章等,
1995);浙江临安大明山花岗岩周围的石英脉型钨铍矿中,以
针状绿柱石为主(熊群尧和李岩,1993;黄国成等,2012)。
而福建平和县福里石石英脉型铍矿中则出现厘米极绿柱石
晶体,主要分布于石英晶体晶间(黄新鹏,2016)。云英岩型
铍矿的形成主要与云英岩化过程中Be离子浓度以及热液性
质有关,而石英脉型铍矿矿体形态主要受花岗岩的围岩裂隙
控制。
34 碱性岩型铍矿
碱性岩型铍矿与钠质角闪岩和含钠辉石的花岗岩、石英
正长岩和霞石正长岩的形成与演化有关,铍与其它稀有稀土
元素一起得到富集和结晶。与高分异花岗岩或伟晶岩型铍
矿相似,岩浆侵位后的结晶分异程度制约稀有稀土元素的成
矿作用(杨武斌等,2011),而晚期流体/热液作用导致早期
含铍矿物释放出铍,使得铍再分配,从而再富集并结晶。在
碱性岩型铍矿中,铍矿物的化学成分也具有碱性特征,主要
包括铍的钠钙硅酸盐(板晶石、硅铍钠石、白铍石等),硅铍钇
矿以及含锌锰的日光榴石族矿物。蚀变矿物组合以富钠
K)架状和链状硅酸盐为主,常伴随锂云母,偶尔见石英。(±
我国内蒙古巴尔哲碱性岩岩浆热液过程约在127~133Ma,
铍在碱性岩的结晶分异和热液/流体作用下获得富集(Qiuet
al,2019)。晚期大量兴安石与次生霓石共生,以及被独居
石交代等现象,显示晚期热液蚀变促使Be富集、迁移、结晶
Yangetal,2020)。在Be的富集过程中,Y、Nb、与成矿(
REE、F、Li等其它元素也逐渐富集并结晶,而矿床中围岩的
-6
Be含量可大于100×10(BartonandYoung,2002)。在美
国科罗拉多地区的PikesPeak岩基中,与过碱性花岗岩和石
英正长岩共生的伟晶岩富含羟硅铍石、硅铍石、硅钡铍石、锌
日光榴石和硅铍钇矿,以及石英、钠长石、天河石和锂云母等
矿物。加拿大的StrangeLake和ThorLake大型铍矿床具有
复杂的内部结构和明显的热液活动叠加。岩浆阶段富Be的
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ActaPetrologicaSinica 岩石学报2022,38(7)
碱性火山岩以西澳大利亚Brockman矿床中富FNbZrTaY
REE的粗面岩最为典型。
35 矽卡岩型铍矿
矽卡岩型铍矿是花岗斑岩、稀有金属花岗岩或正长岩等
侵入碳酸岩围岩过程中,与围岩发生各种高温热液蚀变而导
BartonandYoung,2002)。这种类型铍矿致铍的富集成矿(
主要分布在我国南岭地区,如湖南香花岭地区的矽卡岩型铍
矿(黄蕴慧等,1988;赵一鸣等,2017),铍矿常与WSn矿床
伴生。一般认为,花岗岩是铍矿的主要来源,铍矿形成还受
碳酸盐岩性质以及花岗岩分异的热液性质密切相关,主要分
白绿布于花岗岩的周围。在野外,这种矽卡岩铍矿常呈黑
等各色韵律条纹,俗称条纹岩;铍矿物主要有硅铍石、羟硅铍
石、日光榴石族矿物以及富铍云母等,它们常与萤石、方解
石、磁铁矿、石榴子石族矿物、云母族矿物、硫化物、锡矿物等
ransbaikalia地区也存在许密切共生或伴生。在俄罗斯西部T
多典型的与交代蚀变有关的碳酸盐岩为围岩的矽卡岩型铍
矿床(LykhinandYarmolyuk,2014;Damdinovaetal,2019)。
然而,矽卡岩型铍矿中铍矿物较分散,较难分离选冶,因此多
数矽卡岩型铍矿未作为铍矿开采。
36 碳酸岩型铍矿
富稀有金属和亲石元素的次火山岩侵入碳酸盐岩并使
碳酸盐岩发生矿化,形成了碳酸岩型铍矿,铍矿物通常发育
于矿化前锋。该种类型铍矿与矽卡岩型铍矿的区别在于未
形成大量矽卡岩矿物,如石榴子石、辉石、角闪石等矿物,如:
美国德克萨斯州SierraBlanca和墨西哥的Aguachile附近铍
Foleyetal,2017)。这种矿床主要产出富Be萤石,与矿床(
过碱、准铝质火山岩伴生,产于白垩纪石灰岩中,位于与上覆
流纹岩腔隙的侵入接触之下。美国SierraBlanca地区流纹岩
具有强过铝特征、异常富Be和F等特征(Rubinetal,1988,
1990);同时,该类流纹岩含大量Li、Nb、Rb、T、Y、Zn以及稀
guachile地区铍矿化主要赋存于石灰岩中,相关的土元素。A
火成岩具有过碱、过铝质等特征(McLemore,2010);铍矿物
主要发育于方解石和石英脉中,但整过矿体铍含量不高,仅
含03%BeO(Foleyetal,2017)。
2021)。李建康等(2017)认为在阿尔泰和川西成矿带,主要
考虑花岗伟晶岩型铍资源;在华南地区,着重考虑花岗岩型
铍资源;同时,也应注重东南沿海、大兴安岭地区寻找火山岩
型和岩浆热液型铍矿床的勘察与找矿。
目前,我国的铍资源主要有高分异花岗岩伟晶岩型铍
矿、碱性岩型铍矿、矽卡岩型铍矿以及“火山岩型”铍矿等铍
伟晶岩型铍资源主要分布于南岭地区、矿。高分异花岗岩
川西地区、阿尔泰地区和藏南地区。虽然高分异花岗岩、稀
有金属伟晶岩及相关云英岩或石英脉产出绿柱石,但实际开
矿过程中,主要开采更有经济价值的铌钽矿、锂矿和钨矿等,
花岗岩伟晶岩型铍矿通常作为伴生矿附带开采(李建康等,
2017)。我国碱性岩主要沿两大构造单元之间或古老大陆边
缘的深断裂带分布,呈线型展布,其规模受区域大断裂控制,
赋存于裂谷、地堑、地幔上拱带的拉张环境条件下(涂光炽,
1989)。目前,仅在内蒙古地区巴尔哲碱性岩中发现铍的富
集和成矿(袁忠信和白鸽,1997)。该类铍矿床中Be主要与
Nb、REE、Zr等共生或伴生,形成的铍矿物种非常丰富,主要
有白铍石、硅铍钠石、硅铍铈矿(兴安石)、白针柱石、硅铍石、
羟硅铍石、硅铍钇矿、锌日光榴石和铍石等(袁忠信和白鸽,
2001;杨武斌等,2009)。然而,该类矿床主要开采Nb和
REEs,铍作为伴生矿,并未引起重视。在矽卡岩型铍矿中,不
仅矿物组合复杂,铍矿物种类众多、颗粒较小且分散,Be的
开采和选冶难度大,通常仅作为锡矿或钨矿开采。湘南香花
岭矽卡岩主要产出锡矿,铍矿物分散于矽卡岩中,这造成铍
矿的选冶难度增大。另外,火山岩地区Be地球化学异常主
要出现在东南沿海地区、大兴安岭地区和新疆西南天山地区
(谢学锦等,2012)。目前,新疆雪米斯坦白杨河地区已发现
火山岩型铀铍矿,铀主要以显微状沥青铀矿形式存在,羟硅
铍石为主要铍矿物,区内岩石以晚古生代酸性火山岩为主,
夹有中
基性火山岩,与成矿关系密切的杨庄花岗斑岩体属
011;董全宏等,2014;Lietal,于次火山岩(肖艳东等,2
2015)。这种酸性岩夹中基性火山岩与次火山岩的火山侵
入岩组合,也是我国东南沿海和大兴安岭晚中生代岩浆活动
的特点,出现了各种铍矿化现象,发育有羟硅铍石、硅铍石、
绿柱石、日光榴石等铍矿物(林德松,1985;林庆让,1985;
宋叔和等,1989;杨武平,2008;黄文娅,2011;赵芝等,
2012)。因此,东南沿海和大兴安岭火山岩地区是研究“火山
岩型”铍矿的重点区域(李建康等,2017)。这些火山岩地区
的铍成矿与晚中生代大规模的火山岩作用有关,同时受到后
期的热液蚀变,铍得到富集、迁移,并在相应的地质环境中结
晶成矿。该类型铍矿需做深入调查和研究。
最近几年,我国铍资源勘察和找矿得到了重视,在相应
的地区发现了铍矿以及铍矿化现象。在藏南错那洞地区,不
仅发育伟晶岩型铍矿,同时也出现矽卡岩型铍矿化现象,除
了绿柱石、硅铍石、羟硅铍石等铍矿物外,符山石和方柱石也
是铍元素的主要赋存载体(何畅通等,2020)。在云南,贡山
腾冲盈江、龙陵和马关麻栗坡等地区为伟晶岩型铍矿远景
4 我国铍资源潜力
土壤地球化学分析表明,我国铍地球化学异常主要分布
于华南地区、川西地区、藏南地区、阿尔泰地区、大兴安岭地
区、秦岭地区等区域(谢学锦等,2012),这与我国铍资源的
分布非常吻合。岩石地球化学分析结果显示,铍在超基性
基性中性酸性岩石中的含量呈逐渐升高趋势,地层中志留
系铍含量最高,而石炭系最低,火山岩、侵入岩中铍的含量也
存在差异,尤以燕山期侵入岩中铍的含量最高(王学求等,
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关键金属铍的成矿机制与找矿前景饶灿等:
区(张传昱等,2021),梁河县那俄地区新发现了以绿柱石为
021)。在南岭成矿带中亚主的伟晶岩型铍矿(燕利军等,2
带地区,又新增了一处花岗伟晶岩型铍矿,以粗粒绿柱石为
主的铍矿(王成辉等,2021)。在新疆白龙山地区,除了产出
Yanetal,大量的伟晶岩型锂矿物,同时发育大量的铍矿(
2022)。另外,在我国火山岩地区也有相应的铍矿化现象,东
南沿海火山岩地区出现了强烈的铍矿化现象(饶灿等,
2022),大兴安岭地区也发现了多处铍矿点(李泊洋等,
2018)。由此可以看出,我国铍资源有望在花岗岩型、伟晶岩
型以及“火山岩型”铍矿上有所突破,东南沿海火山岩地区、
大兴安岭火山岩地区、藏南地区、新疆中西部地区等区域具
有良好的铍资源潜力。
然而,高分异花岗岩伟晶岩型铍矿产出以绿柱石为主
的铍矿,在实际开采和选冶过程中,应注重铍矿的分选。在
碱性岩型铍矿和矽卡岩型铍矿的开采过程中,铍矿具有细、
伴、散的特征,同样要注重选冶过程研究。
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5 结论
铍是国防和军工战略新兴产业中不可替代的关键金属
元素,具有独特的晶体化学性质。铍属于不相容元素,很难
进入大部分造岩矿物晶体结构中,主要在岩浆热液演化晚
期得到富集和结晶,铍的富集、迁移、结晶与成矿受岩浆演
化、热液作用以及介质性质等条件或因素制约。同时,铍是
典型的双性元素,在酸性环境和碱性环境中均可以得到富集
和迁移,导致铍矿主要产出于花岗质岩石和碱性岩相关的体
系,形成“火山岩型”铍矿、高分异花岗岩伟晶岩型铍矿、云
英岩石英岩型铍矿、碱性岩型铍矿、矽卡岩型铍矿、碳酸岩
型铍矿等铍矿床。铍的赋存形式也相对复杂,多与其它稀有
稀土金属元素同时达到富集成矿,形成共/伴生矿床。因此,
在矿产开采过程中,应注意分选工艺、提纯过程等冶金过程
研究。我国铍资源有望在花岗岩型、伟晶岩型以及“火山岩
型”铍矿上有所突破,东南沿海火山岩地区、大兴安岭火山岩
地区、藏南地区、新疆中西部地区等区域具有良好的铍资源
潜力。
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表示衷心感谢。
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