作者：周起鳳 / 中科院地質(zhì)與地球物理研究所

作者簡(jiǎn)介：周起鳳，女，1985年生，中國(guó)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士后，主要從事花崗偉晶巖型稀有金屬礦床成礦作用研究。

“可可托海”為蒙古語(yǔ)，意為“藍(lán)色的峽灣”。這里擁有秀麗的額爾齊斯河水源頭自然風(fēng)光、“北國(guó)江南”之譽(yù)的可可蘇里、中國(guó)第二寒極伊雷木湖、著名的額爾齊斯大峽谷和世界聞名的地質(zhì)圣坑——“可可托海3號(hào)脈”。

可可托海3號(hào)脈位于新疆阿勒泰富蘊(yùn)縣可可托海鎮(zhèn)，是阿爾泰造山帶規(guī)模最大、分異演化程度最高和礦化元素最多（Li-Be-Nb-Ta-Cs-Rb-Hf）的花崗偉晶巖型稀有金屬礦床，以罕見的巖鐘狀形態(tài)和完美的同心環(huán)狀內(nèi)部結(jié)構(gòu)分帶聞名于世，成為地質(zhì)教科書中花崗偉晶巖的經(jīng)典實(shí)例。

在上世紀(jì)60年代中蘇關(guān)系緊張時(shí)期，經(jīng)中央研究決定，以蘇聯(lián)急需的稀有礦產(chǎn)品來抵債，可可托海3號(hào)脈礦產(chǎn)品為我國(guó)償還了前蘇聯(lián)40%左右的債務(wù)。除此之外，3號(hào)脈為我國(guó)第一顆原子彈和氫彈的成功爆炸和人造衛(wèi)星的成功發(fā)射提供了必需的稀有金屬，為航空航天事業(yè)及相關(guān)尖端科技的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)和資金后盾，為國(guó)防建設(shè)做出了重要貢獻(xiàn)，被譽(yù)為國(guó)家的“英雄礦”和“功勛礦”。

（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

3號(hào)脈成就了可可托?！皩毷l(xiāng)”的美譽(yù)。據(jù)媒體報(bào)道，3號(hào)脈礦坑曾經(jīng)開采出16公斤重的海藍(lán)寶石、17公斤重的黃玉、60公斤重的鈮鉭礦單晶、500公斤重的水晶、12噸重的石榴石和30噸重的綠柱石晶體等。由于3號(hào)脈是天然地質(zhì)博物館，可可托海鎮(zhèn)成立了地質(zhì)陳列館收藏阿爾泰稀有金屬礦物-礦石標(biāo)本，且在可可托海鎮(zhèn)有許多寶石-礦標(biāo)店鋪吸引奇石-礦標(biāo)愛好收藏者。

可可托海地質(zhì)陳列館（攝影：周起鳳）

碧璽（周起鳳攝于可可托海鎮(zhèn)寶石店鋪）

海藍(lán)寶石（周起鳳攝于可可托海鎮(zhèn)寶石店鋪）

可可托海3號(hào)脈屬LCT（Li-Cs-Ta）型鋰輝石亞型偉晶巖，作為超大型鈹?shù)V、中型鋰礦和小型鈮、鉭綜合礦床，鈹（Be）資源量居我國(guó)首位，銫（Cs）、鋰（Li）、鉭（Ta）資源量分別位居第五位、第六位和第九位，是我國(guó)重要的稀有金屬產(chǎn)地。

稀有金屬包括鋰（Li）、鈹（Be）、鈮（Nb）、鉭（Ta）、銫（Se）、銣（Rb）、鉿（Hf）等，是醫(yī)療、冶金、航空航天、原子能等國(guó)防工業(yè)的重要原料，被稱為“戰(zhàn)略金屬”。

鋰（Li）：廣泛應(yīng)用于電池、陶瓷、玻璃、潤(rùn)滑劑、制冷液、核工業(yè)及光電等行業(yè)。鋰電池具有開路電壓高、比能量高、工作溫度范圍寬、放電平衡、自放電子等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。陶瓷制品中，鋰化合物可作為助溶劑。在玻璃制造中加入鋰，可使玻璃抗酸腐蝕。鋰以硬脂酸鋰的形式用作潤(rùn)滑劑的增稠劑，這種潤(rùn)滑劑具有高抗水性、耐高溫和良好的低溫性能。冶金工業(yè)中，鋰可作為脫氧劑和脫硫劑，在銅的冶煉過程中，鋰能夠提高銅的導(dǎo)電性，鋰是優(yōu)質(zhì)合金鋼材冶煉中清除雜質(zhì)最理想的材料。鋰是火箭燃料的最佳金屬之一，能量高，燃速大，具有極高的比沖量。鋰鋁合金是良好的減摩材料，制造飛機(jī)減輕重量。鋰在原子能工業(yè)中具有獨(dú)特核性能，被稱為“高能金屬”。

鈹（Be）：是原子能、火箭、導(dǎo)彈、航空、宇航及冶金工業(yè)不可缺少的寶貴材料。鈹透過X射線的能力最強(qiáng)，是制造X射線管小窗口不可取代的材料。在原子反應(yīng)堆里，鈹能夠提供大量中子炮彈的中子源；并對(duì)中子有很強(qiáng)的減速作用，是原子反應(yīng)堆中最好的中子減速劑；由于其熔點(diǎn)高、耐高溫，是反應(yīng)堆中子反射層的最好材料，防止中子跑出反應(yīng)堆以保護(hù)工作人員的安全。鈹是優(yōu)秀的宇航材料，比鋁和鈦都輕，強(qiáng)度是鋼的四倍，且吸熱能力強(qiáng)，機(jī)械性穩(wěn)定，符合制造火箭和衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)材料重量輕強(qiáng)度大的要求。冶金工業(yè)中，鈹青銅的機(jī)械性能優(yōu)于鋼，抗腐蝕性好，還保有很高的導(dǎo)電性，用來制造高速軸承和海底電纜等。

鈮（Nb）：鈮是臨界溫度最高的一種超導(dǎo)性元素，用鈮制造的合金是目前最重要的超導(dǎo)材料。鈮具有極好的抗蝕性，不會(huì)與人體里的各種液體物質(zhì)發(fā)生作用，且?guī)缀醪粨p傷生物的機(jī)體組織，對(duì)于任何殺菌方法都能適應(yīng)，可同有機(jī)組織長(zhǎng)期結(jié)合而無害地留在人體里，因此，是很好的生物適應(yīng)性材料，在外科醫(yī)療上具有重要地位。

鉭（Ta）：鉭在酸性電解液中形成穩(wěn)定的陽(yáng)極氧化膜，鉭電解電容器具有容量大、體積小和可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，制電容器是鉭最重要的用途。鉭也是制作電子發(fā)射管、高功率電子管零件的材料。鉭制的抗腐蝕設(shè)備用于生產(chǎn)強(qiáng)酸、溴、氨等化學(xué)工業(yè)。鉭可作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室的結(jié)構(gòu)材料。鉭鎢、鉭鎢鉿、鉭鉿合金可用作火箭、導(dǎo)彈、和噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的耐熱高強(qiáng)材料以及控制和調(diào)節(jié)裝備的零件等。

銫（Cs）：銫在醫(yī)學(xué)、導(dǎo)彈、宇宙飛船及高科技行業(yè)中有廣泛應(yīng)用。銫-137用作β和γ輻射源，用于工農(nóng)業(yè)和醫(yī)療。銫離子是宇宙航行離子火箭發(fā)動(dòng)機(jī)理想的燃料。銫原子鐘可精確測(cè)出十億分之一秒，連續(xù)工作三十萬(wàn)年，誤差不超過一秒，精確度非常高。

銣（Rb）：銣原子的最外層電子很不穩(wěn)定，容易被激發(fā)放射出來。磁流體發(fā)電需要高溫高速的導(dǎo)電性氣體，熱電發(fā)電需要高流速電子，這兩種新型發(fā)電方式都少不了最容易發(fā)射電子變成離子的金屬銣。

鉿（Hf）：鉿具有可塑性、易加工、耐高溫抗腐蝕，是原子能工業(yè)重要材料。鉿的熱中子捕獲截面大，是理想的中子吸收體，可作原子反應(yīng)堆的控制棒和保護(hù)裝置。鉿粉可做火箭的推進(jìn)器。鉿合金可做火箭噴嘴和滑翔式重返大氣層的飛行器的前沿保護(hù)層。鉿鉭合金可制造工具鋼和電阻材料。電器工業(yè)中，鉿用作X射線管的陰極。鉿常作為液壓油的添加劑，防止高危作業(yè)時(shí)液壓油的揮發(fā)。

可可托海礦區(qū)發(fā)現(xiàn)于1930年，當(dāng)時(shí)僅有當(dāng)?shù)厣贁?shù)民族對(duì)露頭進(jìn)行寶石開采。1935年，前蘇聯(lián)政府的兩個(gè)地質(zhì)分隊(duì)來到阿勒泰，他們隨身帶有多種有色及稀有金屬礦物標(biāo)本，動(dòng)員廣大牧民在阿爾泰山區(qū)采集有用礦物，交地質(zhì)隊(duì)按質(zhì)論價(jià)收購(gòu)。地質(zhì)人員根據(jù)牧民的報(bào)礦地點(diǎn)在1：50萬(wàn)阿勒泰地區(qū)地質(zhì)圖上標(biāo)出了八處綠柱石礦化點(diǎn)，其中一處即1935年被阿牙闊孜拜（哈薩克族人）等發(fā)現(xiàn)的富蘊(yùn)縣可可托海礦床。該富鈹稀有金屬礦床的發(fā)現(xiàn)，引起了前蘇聯(lián)政府和科技界及地測(cè)、采礦人員的重視，他們多次來華從事地質(zhì)勘探，并在可可托海礦區(qū)開采了綠柱石和鉭鈮鐵礦。1946年牧民從地表的鋰云母露頭挖掘鋰輝石和綠柱石時(shí)發(fā)現(xiàn)了可可托海3號(hào)脈，隨即進(jìn)行了鋰-鈹?shù)V物的開采，幾年后才開始對(duì)鋰-鈹進(jìn)行地質(zhì)勘探。

根據(jù)中蘇友好互助同盟條約，1950年3月1日成立了“中蘇有色及稀有金屬股份公司阿山礦管處”。這段時(shí)期蘇聯(lián)地質(zhì)學(xué)家K.A.弗拉索夫、A.A.別烏斯、H.A.索洛多夫、M.B.庫(kù)茲明科等對(duì)3號(hào)脈進(jìn)行了礦物學(xué)、地球化學(xué)和礦床地質(zhì)學(xué)的研究，以3號(hào)脈為依據(jù)提出偉晶巖成因?qū)W說。

1955年1月1日，礦區(qū)全部企業(yè)移交我國(guó)獨(dú)自經(jīng)營(yíng)，原阿山礦管處更名為冶金工業(yè)部有色金屬管理總局新疆有色金屬公司可可托海礦管處，直屬中央管理。1958年，又改名為可可托海礦務(wù)局，統(tǒng)一管理阿勒泰-可可托海一帶的稀有金屬礦山的勘查、開發(fā)與建設(shè)工作。1955年至1958年，中國(guó)自己組織并完成了對(duì)可可托海礦床的全部勘查工作（新疆有色地質(zhì)701隊(duì)），查明了礦床的地質(zhì)特征、水文地質(zhì)特征和稀有金屬儲(chǔ)量。1957年編制提交了《可可托海礦床3號(hào)脈1946-1957地質(zhì)勘探工作及鈹、鋰、鉭、鈮氧化物等綜合儲(chǔ)量計(jì)算報(bào)告》。

可可托海礦區(qū)舊貌（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

1960至1975年，先后有冶金部和北京有色礦冶院、中國(guó)科學(xué)院稀有元素地質(zhì)研究隊(duì)、中科院地球化學(xué)研究所、成都地質(zhì)學(xué)院、南京大學(xué)、新疆工學(xué)院、地科院礦床所、新疆有色地質(zhì)研究所等單位，對(duì)阿勒泰-可可托海地區(qū)的區(qū)域地質(zhì)、花崗偉晶巖脈礦床的礦物學(xué)、地球化學(xué)、礦田構(gòu)造、選礦流程、找礦方法、綜合評(píng)價(jià)等諸多方面，進(jìn)行了全面的研究，提交和發(fā)表了一系列有關(guān)稀有金屬花崗偉晶巖脈成礦作用的學(xué)術(shù)論文、專著和科研報(bào)告，如《阿爾泰偉晶巖礦物研究》和《論阿爾泰3號(hào)偉晶巖脈的成因》等。

1992年國(guó)家305項(xiàng)目委托成都理工學(xué)院開展了《可可托海-柯魯木特一帶鋰鈹鈮找礦靶區(qū)篩選與綜合評(píng)價(jià)研究》項(xiàng)目，對(duì)本區(qū)的稀有金屬礦化特征有了新的認(rèn)識(shí)。

1999年，由于部分資源枯竭，3號(hào)脈停采閉坑，結(jié)束了持續(xù)半個(gè)多世紀(jì)的開采。

2006年3號(hào)脈得到重新勘查，恢復(fù)開采，回收鈹?shù)V石、鋰礦石和云母等資源，礦山服務(wù)年限延長(zhǎng)10年。2007-2008年新疆有色地質(zhì)701隊(duì)在可可托海礦區(qū)開展了全國(guó)危機(jī)礦山接替資源找礦項(xiàng)目，兩年完成了9000米鉆探工作量，獲得了工作成果。同年，鄒天人和李慶昌編著的《中國(guó)新疆稀有及稀土金屬礦床》出版，總結(jié)了新疆稀有稀土金屬礦床近半個(gè)世紀(jì)取得的科研成果和研究進(jìn)展。

近兩年，3號(hào)脈基本停采，開發(fā)了觀賞旅游項(xiàng)目，3號(hào)脈礦坑具有近70年的傳奇勘查開采史，作為可可托海國(guó)家地質(zhì)公園中重要的組成部分和世界地質(zhì)界公認(rèn)的“天然地質(zhì)博物館”，吸引著眾多游客們的到來。

可可托海3號(hào)脈偉晶巖型稀有金屬礦床地處新疆維吾爾自治區(qū)東北部的富蘊(yùn)縣可可托海鎮(zhèn)。礦區(qū)面積9km²，礦區(qū)出露地層以中-上奧陶統(tǒng)哈巴河群為主，包括含十字石的黑云母-斜長(zhǎng)石-石英片巖、含紅柱石的黑云母-石英片巖、石英-黑云母片巖以及變質(zhì)角礫凝灰?guī)r。

可可托海3號(hào)脈采礦區(qū)全景（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

礦區(qū)廣泛發(fā)育基性侵入巖和酸性侵入巖?；郧秩霂r主要為變輝長(zhǎng)巖體，巖性包括角閃巖、斜長(zhǎng)角閃巖、角閃斜長(zhǎng)巖及少量角閃斜長(zhǎng)變粒巖；另有斜長(zhǎng)煌斑巖呈巖墻狀產(chǎn)出。酸性侵入巖包括花崗巖類（黑云母花崗巖、二云母花崗巖和白云母花崗巖）和脈巖類（細(xì)晶巖、偉晶巖和石英脈）。黑云母花崗巖分布面積最大，二云母花崗巖和白云母花崗巖呈巖珠或巖枝分布于黑云母花崗巖和變輝長(zhǎng)巖體中。

截至1999年12月，可可托海3號(hào)脈累計(jì)探明儲(chǔ)量氧化鈹（BeO）61373噸，氧化鋰（Li₂O）2451噸，氧化鈮（Nb₂O₅）657噸，氧化鉭（Ta₂O₅）825噸，實(shí)際保有儲(chǔ)量氧化鈹（BeO）56943噸，氧化鋰（Li₂O）8984噸，氧化鈮（Nb₂O₅）90噸，氧化鉭（Ta₂O₅）91噸，其中鋰、鈮和鉭已采掘近90%。

3號(hào)脈由橢圓形的巖鐘體與底部緩傾斜體兩部分組成，像一個(gè)實(shí)心禮帽。巖鐘體走向N335°，傾向北東，上盤傾角40-80°，下盤傾角80°，沿走向長(zhǎng)250m，寬150m，斜深250m，地表出露平面為梨形。底部緩傾斜體走向N310-320°，傾向南西，傾角10-40°，沿走向已知長(zhǎng)度2000m，沿傾斜已控制1500m，厚20-60m。

可可托海3號(hào)脈“實(shí)心禮帽”形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)分帶示意圖

（周起鳳提供）

由于礦物共生組合和組構(gòu)的明顯差異，偉晶巖脈多發(fā)育內(nèi)部結(jié)構(gòu)分帶。3號(hào)脈巖鐘體由9個(gè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)帶組成，由外向內(nèi)分別為I帶-文象偉晶巖帶、II帶-細(xì)粒鈉長(zhǎng)石帶、III帶-塊體微斜長(zhǎng)石帶、IV帶-白云母-石英帶、V帶-鋰輝石-葉鈉長(zhǎng)石帶、VI帶-石英-鋰輝石帶、VII帶-白云母-薄片鈉長(zhǎng)石帶、VIII帶-鋰云母-薄片鈉長(zhǎng)石帶和IX帶-塊體石英-微斜長(zhǎng)石核。

可可托海3號(hào)脈I-VIII帶標(biāo)本照片（周起鳳提供）

底部緩傾斜體具有7個(gè)結(jié)構(gòu)帶，包括3個(gè)連續(xù)帶（文象偉晶巖帶、細(xì)粒鈉長(zhǎng)石帶和細(xì)粒偉晶巖帶）和4個(gè)不連續(xù)帶（塊體微斜長(zhǎng)石帶、白云母-石英帶、葉鈉長(zhǎng)石-石英-鋰輝石帶和鋰云母-葉鈉長(zhǎng)石帶）。

3號(hào)脈產(chǎn)出的礦物達(dá)80多種，占世界上已知礦物種類的60%左右，其中，硅酸鹽礦物35種，氧化物22種，磷酸鹽礦物9種，硫化物8種，碳酸鹽礦物3種，以及鎢酸鹽、釩酸鹽和氟化物等。按各結(jié)構(gòu)帶礦石量加權(quán)平均的礦物含量分別為：微斜-條紋長(zhǎng)石33.8%、鈉長(zhǎng)石22.4%、石英31.7%、白云母6.5%、鋰云母0.05%、鋰輝石4.15%、綠柱石0.49%、電氣石0.20%、石榴石0.18%、磷灰石0.12%、銫沸石0.005%，其它副礦物0.405%。

3號(hào)脈稀有金屬礦化為L(zhǎng)i-Be-Nb-Ta-Cs-Rb-Hf（鋰-鈹-鈮-鉭-銫-銣-鉿），稀有金屬礦石礦物主要為鋰輝石、鋰云母、綠柱石、鈮鉭鐵錳礦。鋰礦化集中于V、VI、VIII帶，主要以工業(yè)礦物（鋰輝石和少量的磷鋁鋰石、磷錳鋰礦、褐磷錳鋰礦和鋰云母）的形式產(chǎn)出，少量賦存于造巖礦物晶格內(nèi)。

可可托海3號(hào)脈采坑巨大鋰輝石晶體（周起鳳攝于2009年夏）

可可托海3號(hào)脈鋰云母集合體（周起鳳攝于2009年夏）

鈹?shù)V化集中于II、IV、V、VI帶，其次集中于I、VII、VIII帶，主要以綠柱石和少量金綠寶石的形式產(chǎn)出，少量賦存于白云母晶格內(nèi)。

可可托海地質(zhì)陳列館中的綠柱石（攝影：周起鳳）

鈮和鉭礦化集中于IV、V、VI、VII和VIII帶，主要以鈮鉭錳礦、鉭錳礦、鈾細(xì)晶石和鉭鉍礦等獨(dú)立礦物產(chǎn)出，其余賦存于白云母晶格內(nèi)。

可可托海地質(zhì)陳列館中的鈮鉭錳礦（攝影：周起鳳）

銣富集于I、II、III、VII、VIII、IX帶，主要以賦存于造巖礦物（白云母、鉀長(zhǎng)石、鋰云母、銫沸石）晶格的形式產(chǎn)出；銫集中于VIII和IX帶，主要以賦存于造巖礦物（鉀長(zhǎng)石、白云母、綠柱石和鋰云母）的形式產(chǎn)出，少量形成獨(dú)立礦物銫沸石。

可可托海3號(hào)脈偉晶巖型稀有金屬礦床屬于重熔巖漿分異成因偉晶巖。3號(hào)脈偉晶巖巖漿來源于含稀有金屬元素的地殼熔融。緩傾斜節(jié)理為偉晶巖巖漿上升提供了通道，礦區(qū)范圍內(nèi)破碎帶構(gòu)成的“人”字型構(gòu)造為偉晶巖巖漿提供拓展和容礦空間。3號(hào)脈偉晶巖巖漿就位于破碎帶交匯處，形成了罕見的巖鐘狀形態(tài)。

巖漿就位后通過分離結(jié)晶作用與不混溶過程，經(jīng)歷熔體、熔流體和流體階段的演化，完成稀有金屬的極度富集和沉淀，形成3號(hào)脈同心環(huán)狀內(nèi)部結(jié)構(gòu)分帶及相應(yīng)的稀有金屬礦化組合（由外向內(nèi)：Be礦化→Be-Nb-Ta礦化→Li-Be-Nb-Ta-Hf礦化→Nb-Ta-Hf礦化→Ta-Cs-Li-Rb-Hf礦化）。