南秦嶺竹溪天寶一帶鈮礦地質(zhì)特征及找礦前景分析

劉萬(wàn)亮，劉成新，楊 成，萬(wàn) 俊，陳 覓，郭 盼，劉虹顯，朱正勇

(1．湖北省地質(zhì)調(diào)查院，湖北 武漢 430034;2．武漢工程科技學(xué)院，湖北 武漢 430200)

南秦嶺北大巴山地區(qū)廣泛分布有志留紀(jì)裂谷雙峰式火山巖，該裂谷火山巖帶主要分布于陜西省境內(nèi)，向東可延伸至湖北省的竹溪縣和竹山縣。前人對(duì)其地質(zhì)、地球化學(xué)特征及大地構(gòu)造意義做過(guò)較多的研究［1-3］，但對(duì)雙峰式火山巖中粗面巖類的含礦性未引起足夠的重視。其中酸性端元的粗面巖類主要分布于紅椿壩—曾家壩深大斷裂北側(cè)的紫陽(yáng)—平利—竹溪一線。隨著地質(zhì)調(diào)查工作的不斷開(kāi)展，人們逐漸在這套與裂谷火山作用有關(guān)的粗面巖類中發(fā)現(xiàn)具有重要意義的稀有稀土礦(化)［4-6］。這些新發(fā)現(xiàn)的礦化均位于陜西省境內(nèi)，而湖北省境內(nèi)除了廟埡和殺熊洞正長(zhǎng)巖—碳酸巖型稀有稀土礦外，還未有新的發(fā)現(xiàn)。已發(fā)表的地球化學(xué)數(shù)據(jù)表明殺熊洞的正長(zhǎng)巖與紫陽(yáng)—平利—竹溪一線的粗面巖類有完全一致的成因聯(lián)系［7］，而廟埡正長(zhǎng)巖則更具有更為復(fù)雜的形成和演化過(guò)程［8-9］，本文不再展開(kāi)討論。

本次研究依托“1∶5萬(wàn)水坪等四幅區(qū)調(diào)項(xiàng)目”，通過(guò)1∶5萬(wàn)水系沉積物測(cè)量發(fā)現(xiàn)了與粗面巖有關(guān)的鈮、鑭等稀有稀土元素異常，然后進(jìn)一步開(kāi)展了詳細(xì)地質(zhì)工作，在前人研究的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)總結(jié)了本次工作的一些成果，希望對(duì)該地區(qū)該種類型礦床的尋找起到一定的指導(dǎo)作用。

1 成礦地質(zhì)背景

研究區(qū)位于南秦嶺造山帶中部北大巴山東段南側(cè)，地處紅椿壩—曾家壩深大斷裂北側(cè)(圖1)，自中、晚元古代以來(lái)，經(jīng)歷了復(fù)雜、多期、多樣的構(gòu)造、火山、巖漿活動(dòng)等地質(zhì)作用。區(qū)內(nèi)主要出露早古生代中—淺變質(zhì)地層;巖漿活動(dòng)頻繁，發(fā)育早古生代基性火山巖和堿性雜巖群;構(gòu)造格局形成于印支期陸—陸碰撞造山期，屬南秦嶺逆沖推覆帶，發(fā)育一系列由北東向南西的疊瓦狀逆沖推覆構(gòu)造，被認(rèn)為是秦嶺造山帶中最典型的逆沖推覆構(gòu)造，經(jīng)歷了印支期前陸構(gòu)造變形階段和燕山期陸內(nèi)變形階段兩次強(qiáng)烈構(gòu)造變形疊加。

研究區(qū)位于武當(dāng)山金、銀、鉛、鋅成礦帶(三級(jí))，鄖縣鮑峽—竹山得勝銀、金、銅、釩、鉬、稀土、重晶石、綠松石成礦帶(四級(jí))的南西部，成礦地質(zhì)條件好。

1．1 地層

礦區(qū)地層均呈北西—南東走向，主要出露寒武—奧陶系竹山組(∈2Oz)地層、志留系大貴坪組(S1d)和梅子埡組(S1m)地層。其中竹山組(∈2Oz)巖性為深灰色粉砂質(zhì)絹云母千枚巖、含鈣粉砂質(zhì)絹云母板巖夾綠片巖、灰綠色絹云母千枚巖及鈣質(zhì)板巖、條帶狀灰?guī)r、泥晶灰?guī)r;大貴坪組(S1d)巖性為黑色含碳硅質(zhì)板巖、炭質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)含炭粘板巖、硅質(zhì)板巖，夾粗面質(zhì)火山碎屑巖及凝灰質(zhì)砂巖;梅子埡組(S1m)巖性以深灰色泥質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖為主，底部常見(jiàn)變粗面質(zhì)火山碎屑巖、基性火山巖。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖及大地構(gòu)造位置圖Fig．1 Geological sketch map ＆ geotectonic location map of the study area

1．2 巖漿巖

礦區(qū)巖漿巖發(fā)育，主要為火山巖類，受區(qū)域構(gòu)造控制，大致沿曾家壩斷裂呈北西向展布。位于南西的岱王溝一帶以爆發(fā)相粗面巖類為主，天寶—泉河一帶發(fā)育火山碎屑熔巖、沉火山碎屑巖，反映火山噴發(fā)中心位于岱王溝一帶。

溢流相火山巖巖石類型包括粗面質(zhì)熔巖、粗面質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、含角礫熔巖等;火山碎屑流相有粗面質(zhì)火山角礫巖、火山角礫質(zhì)粗面巖、凝灰?guī)r等;火山爆發(fā)崩塌相有火山角礫巖、集塊巖等;火山噴發(fā)沉積相有粗面質(zhì)凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r、粗面質(zhì)玻屑凝灰?guī)r、含巖屑碳硅質(zhì)板巖等;淺成侵入相有粗面巖、粗面斑巖;局部見(jiàn)隱爆角礫巖相的火山角礫巖?；鹕綆r常見(jiàn)氣孔、杏仁，局部見(jiàn)枕狀構(gòu)造。

1．3 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)構(gòu)造較為復(fù)雜，主體發(fā)育一套自北向南的滑脫逆沖推覆構(gòu)造，在露頭尺度上表現(xiàn)以順層剪切滑脫和縱彎褶皺變形為特征構(gòu)造組合。斷裂構(gòu)造以曾家壩斷裂為主斷裂，伴隨一些次級(jí)斷層，主斷裂呈北西—南東向展布，主斷面傾向北東，傾角較陡，一般為50°～70°，斷層帶為50～100 m寬的破碎帶，擠壓特征明顯，局部有多期活動(dòng)特征;次級(jí)斷層主要以一套逆沖推覆斷層為主，傾向北東，傾角一般較緩，為25°～56°，斷裂帶寬0．5～35 m不等。

1．4 化探特征

本次進(jìn)行了1∶5萬(wàn)水系沉積物測(cè)量，共分析測(cè)定了22種元素。結(jié)果顯示，在天寶泉河一帶具異常濃度中心，異常呈不規(guī)則狀，南側(cè)未封閉，延伸出圖外。由Nb、Ag、Au、La、V、Cu、Cd 異常組成，綜合異常面積約為50 km2。Nb、Au、Cd異常強(qiáng)度高，具三個(gè)濃度分帶;Ag、La異常強(qiáng)度中等，具有兩個(gè)濃度分帶;其余元素異常強(qiáng)度較弱。Nb、La異常面積大，異?？臻g套合較好。各異常參數(shù)特征見(jiàn)表1。

表 1 礦區(qū) Nb、Ag、Au、La、V、Cu 綜合異常參數(shù)表Table 1 Integrated anomalies of Nb，Ag，Au，La，V and Cu in mining area

通過(guò)本次1∶5萬(wàn)水系沉積物測(cè)量資料顯示:Nb在區(qū)內(nèi)志留紀(jì)粗面巖類中相對(duì)富集，其異常展布受區(qū)內(nèi)粗面巖類控制，反映了區(qū)內(nèi)Nb在粗面巖類中具成礦專屬性(2014)［10］。

2 礦體地質(zhì)特征

通過(guò)對(duì)礦區(qū)的初步檢查，新發(fā)現(xiàn)3個(gè)規(guī)模較大的鈮礦化帶，礦化帶主要賦存于志留紀(jì)粗面巖類中，含礦巖石為粗面質(zhì)熔巖、粗面質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r，呈似層狀北西向展布(圖2)。

圖2 天寶鈮礦區(qū)鈮礦化帶及礦體示意圖Fig．2 Niobium mineralized belt and orebody map of Tianbao mining area

2．1 礦體特征

通過(guò)地表工程控制，在三個(gè)礦化體中所圈定的礦體均具以下特征:

(1)礦體底板為粗面質(zhì)火山碎屑巖、粗面質(zhì)火山碎屑巖、角礫巖，以含角礫為特征，角礫成分復(fù)雜，主要有粗面巖類，次為灰?guī)r、板巖等，為火山爆發(fā)相物質(zhì);頂板為粗面質(zhì)火山碎屑巖、粗面質(zhì)凝灰?guī)r、硅質(zhì)板巖，為一套沉火山凝灰?guī)r類，巖石多呈黑色，含碳硅質(zhì)，常見(jiàn)黃鐵礦條帶(圖3)。

(2)礦體位于志留紀(jì)梅子埡組粗面巖類火山巖火山噴發(fā)旋回的中部，巖性為一套以熔巖為主的粗面質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、粗面質(zhì)熔巖、含鉀長(zhǎng)石斑晶粗面質(zhì)熔巖。按照Nb2O5＞0．08%圈定標(biāo)準(zhǔn)，不同工程圈定礦體1～6層，礦體呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)出。礦體與圍巖在野外及顯微鏡下無(wú)明顯區(qū)別，礦體產(chǎn)狀圍巖一致，傾向21°～55°，平均 38°，傾角 45°～57°，平均傾角 51°。礦體頂?shù)装迮c圍巖一致，僅化學(xué)分析品位有差異。

(3)單工程礦體厚度5．1 ～34．31 m，一般在12．46～18．1 m，礦床礦體平均厚度14．68 m，厚度變化系數(shù)為63．86%。礦體長(zhǎng)度0．8 ～3．4 km，一般在0．8 ～2．4 km。單工程礦體品位0．08% ～0．086%，礦床礦石平均品位為0．083%，品位變化系數(shù)為5．1%。

另外，三個(gè)礦帶礦石中有益組分Ta2O5含量在0．003 4% ～0．004 6%，稀土總量高，在 0．16% ～0．21%，主要為輕稀土，根據(jù)稀土巖石分析結(jié)果，鈰(Ce)、鑭(La)含量高，鑭(La)含量在0．025%左右，鈰(Ce)含量在0．06%左右，具有綜合利用價(jià)值。

圖3 礦化帶礦石及礦體特征Fig．3 Ore ＆ orebody characteristics of mineralization zone

圖4 礦石顯微特征及掃描電鏡—能譜分析Fig．4 The microscopic characteristics of ore and SEM-energy spectrum analysis

2．2 礦石特征

礦石類型主要有含斑粗面質(zhì)熔巖、熔結(jié)凝灰?guī)r、粗面質(zhì)熔巖，少量為角礫狀粗面質(zhì)熔巖。巖石呈灰—深灰色，呈塊狀構(gòu)造，具流動(dòng)構(gòu)造、流線構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造;大多呈斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)具微晶粗面結(jié)構(gòu)、熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu)。斑晶為鉀長(zhǎng)石、云母、角閃石，基質(zhì)為顯微堿性長(zhǎng)石、黑云母、堿性閃石、次生石英、綠泥石，局部可見(jiàn)螢石、鈉長(zhǎng)石和碳酸鹽礦物。副礦物有黃鐵礦、螢石、鈦礦物、褐簾石、磷灰石、獨(dú)居石、褐釔鈮礦、含鐵閃鋅礦、易解石及鈮鐵礦等。

礦石中含鈮礦物成分較為復(fù)雜，礦物顆粒細(xì)小，粒度僅0．01 mm左右。掃描電鏡—能譜分析實(shí)驗(yàn)表明，礦石中主要金屬礦物為黃鐵礦、含鐵閃鋅礦、含鈮鈦鐵礦、鈮鐵礦、褐釔鈮礦以及鈮鐵金紅石，其中主要含Nb礦物為鈮鐵礦與褐釔鈮礦，兩種礦物的含量約在5%和2%左右，其中Nb2O5的質(zhì)量百分比分別為45．44%～63．2%和38．57% ～41．67%，鈮鐵礦與褐釔鈮礦產(chǎn)出狀態(tài)相同，均沿鈦鐵礦的邊緣或裂隙分布。另外，還含有少量鈮鐵金紅石，含量約3%左右，鈮鐵金紅石中Nb2O5的質(zhì)量百分比為5．51% ～6．96%。含鈮礦物常充填于脈石礦物粒間或呈細(xì)脈狀分布在巖石中(圖4)。

2．3 資源量估算

該礦床類型為堿性火山巖型鈮礦床，目前尚無(wú)該類型礦產(chǎn)的工業(yè)指標(biāo)，暫采用《礦產(chǎn)工業(yè)要求參考手冊(cè)》中“原生鈮礦床”工業(yè)指標(biāo)進(jìn)行本次資源量的估算。主要工業(yè)指標(biāo)如下:邊界品位Nb2O5≥0．05%，最低工業(yè)品位Nb2O5≥0．08%;最小可開(kāi)采厚度5 m，夾石剔除厚度≥5 m。

所發(fā)現(xiàn)的鈮稀土礦體位于志留系粗面巖中，按照Nb2O50．08%工業(yè)指標(biāo)礦體圈定的礦體探求出334級(jí)資源量21．05萬(wàn) t(Ⅰ號(hào)全礦段334級(jí)資源量12．618萬(wàn)t、Ⅱ號(hào)全礦段334級(jí)資源量7．154萬(wàn)t、Ⅲ號(hào)全礦段334級(jí)資源量1．131萬(wàn)t)，即達(dá)到大型鈮礦床規(guī)模，反映出天寶地區(qū)具有極好的成礦條件。

3 成因淺析

已有研究資料表明，南秦嶺北大巴山地區(qū)雙峰式火山巖來(lái)自幔源巖漿的演化，形成于裂谷構(gòu)造環(huán)境。含礦粗面巖總體呈NWW—SEE向展布，展布方向與區(qū)域構(gòu)造線方向一致為其特征，就位可能受控于本區(qū)長(zhǎng)期發(fā)展演化的深大斷裂紅椿壩—曾家壩斷裂。

堿性巖類以富集高場(chǎng)強(qiáng)元素為特征，特別是Nb、Ta、Zr、Hf及輕稀土總量遠(yuǎn)高于地殼背景值，為鈮礦的形成提供了較好的條件。同時(shí)，堿性巖漿中較高的揮發(fā)分含量為巖漿作用中稀有稀土的富集起到了非常關(guān)鍵的作用。該礦床的成礦機(jī)制可能與廟埡和殺熊洞碳酸巖型礦床相同。目前，對(duì)于其成礦機(jī)制仍然存在爭(zhēng)議，是碳酸巖和硅酸巖巖漿的液態(tài)不混溶作用或碳酸巖巖漿中碳酸鹽礦物的分離結(jié)晶作用，還是巖漿期后熱液蝕變或不混溶的碳酸巖質(zhì)流體的萃取作用［11］。然而本區(qū)并未發(fā)現(xiàn)與堿性火山巖有關(guān)的碳酸巖，這可能與堿性巖的產(chǎn)出相有關(guān)。結(jié)合本區(qū)含鈮礦物均產(chǎn)自于脈石礦物粒間、裂隙、邊緣或呈細(xì)脈狀產(chǎn)出，及螢石細(xì)脈的存在，有理由表明，本區(qū)鈮礦的成礦期處于巖漿作用的晚期。

4 找礦模型與找礦標(biāo)志

區(qū)內(nèi)鈮礦化帶主要由一套志留紀(jì)的粗面質(zhì)熔巖控制，礦化帶主要巖性為深灰色塊狀含斑粗面質(zhì)熔巖、粗面質(zhì)熔巖、粗面質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r。通過(guò)地表工程揭露，礦化帶的頂、底板分別為一套粗面質(zhì)凝灰?guī)r和粗面質(zhì)的碎屑巖，且整個(gè)粗面巖帶(粗面質(zhì)熔巖、粗面質(zhì)火山碎屑巖)以?shī)A層的形式出露于大貴坪組碳(硅)質(zhì)板巖與梅子埡組泥(砂)質(zhì)板巖之間。礦體周圍一般無(wú)大斷裂通過(guò)，局部發(fā)育裂隙，偶見(jiàn)少量的螢石化。電鏡掃描下鈮礦物(鈮鐵礦、褐釔鈮礦)均沿鈦鐵礦的邊緣或裂隙分布，具絹云母化和碳酸鹽化，且礦化帶為全巖礦化，含礦穩(wěn)定。由此可見(jiàn)，區(qū)內(nèi)鈮礦化帶的形成為特定的巖漿來(lái)源與特定的爆發(fā)—溢流環(huán)境兩者耦合的結(jié)果，后期構(gòu)造活動(dòng)對(duì)其影響不大。

根據(jù)以上特征，區(qū)內(nèi)鈮礦的找礦模式為粗面質(zhì)熔巖類鈮礦找礦模式。通過(guò)對(duì)區(qū)內(nèi)的礦產(chǎn)檢查工作，建立了該模式下的找礦標(biāo)志，為指導(dǎo)本地區(qū)或其他地區(qū)的找礦工作有重要的借鑒作用。

4．1 地化異常標(biāo)志

區(qū)內(nèi)存在地球化學(xué)Nb、La、Cd綜合異常，且Nb異常強(qiáng)度≥165×10-6，濃度分帶明顯。

4．2 巖性標(biāo)志

灰色—淺灰色含斑粗面質(zhì)熔巖、熔結(jié)凝灰?guī)r，含長(zhǎng)石斑晶(特別是帶紅色斑晶的巖石)、具有流動(dòng)構(gòu)造的粗面質(zhì)熔巖，部分含角礫的角礫狀粗面巖為含礦巖石，巖石中含方解石，發(fā)育螢石細(xì)脈或者條帶，發(fā)育條紋狀構(gòu)造等是主要的巖性找礦標(biāo)志。

4．3 火山旋回標(biāo)志

目前資料顯示，含礦體底板為一套粗面質(zhì)火山碎屑巖、粗面質(zhì)火山角礫巖等爆發(fā)相的火山巖，反映出一次次級(jí)的火山噴發(fā)旋回的開(kāi)始，其上的溢流相火山熔巖含斑粗面質(zhì)熔巖、熔結(jié)凝灰?guī)r等，是主要的含礦層，一般頂板為一套噴發(fā)—沉積相的凝灰?guī)r、含碳硅板巖，黃鐵礦含量高，野外易識(shí)別。根據(jù)目前的找礦經(jīng)驗(yàn)，在檢查區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)火山巖噴發(fā)旋回，特別是三套巖石類型齊全的地段，一般都存在含礦體，只是其厚度變化較大，不夠圈定礦體厚度的標(biāo)準(zhǔn)，但沿這個(gè)旋回在橫向上追索一般可以發(fā)現(xiàn)礦化體。

4．4 快速分析儀測(cè)定

在野外快速分析儀是重要的找礦工具，通過(guò)對(duì)野外露頭的快速檢測(cè)，能正確區(qū)分出含礦巖系和不含礦巖系。

5 找礦前景分析

所發(fā)現(xiàn)的鈮稀土礦體位于志留系粗面巖中，按照Nb2O50．08%工業(yè)指標(biāo)礦體圈定的礦體探求出334級(jí)資源量21．05萬(wàn) t(Ⅰ號(hào)全礦段334級(jí)資源量12．618萬(wàn)t、Ⅱ號(hào)全礦段334級(jí)資源量7．154萬(wàn)t、Ⅲ號(hào)全礦段334級(jí)資源量1．131萬(wàn)t)，即達(dá)到大型鈮礦床規(guī)模，反映出天寶地區(qū)具有極好的成礦條件。

根據(jù)對(duì)3個(gè)礦化帶樣品結(jié)果的分析，可以發(fā)現(xiàn)，圈定的礦化帶樣品結(jié)果Nb2O5在0．05% ～0．09%，特別集中在0．07%左右，占樣品總數(shù)的91%，礦化帶內(nèi)巖性基本相同，3個(gè)礦化帶Nb2O5品位變化小，15個(gè)剝土探槽工程共469件樣品，按Nb2O5＞0．05%的邊界品位樣品數(shù)為443件，樣品平均品位為0．074%，略低于0．08%的最低工業(yè)品位(按原生礦工業(yè)指標(biāo))。綜合考慮到礦體厚度大，連續(xù)性好(無(wú)夾石)，規(guī)模大，品位變化小，屬于新的礦床類型(堿性火山巖型)。根據(jù)近期對(duì)陜西省平利、鎮(zhèn)坪一帶堿性巖類鈮礦的研究［6-12］，有用組分鈮主要賦存于易解石和鈮鐵礦中，通過(guò)對(duì)天寶地區(qū)鈮礦樣品的掃描電鏡—能譜分析實(shí)驗(yàn)表明，鈮含量較高的礦物主要為鈮鐵礦與褐釔鈮礦，這些研究反映出本類型的礦體具有易選的特點(diǎn)。如適當(dāng)降低工業(yè)指標(biāo)，如按0．07%的品位指標(biāo)圈定礦體，那么3個(gè)礦化帶至少有2個(gè)礦化帶能夠達(dá)到30萬(wàn)t資源量的特大型礦體的標(biāo)準(zhǔn)。并且與鈮礦伴生有稀土，特別是輕稀土鑭(0．02%)、Ce(0．06%)含量高，可綜合利用。

此外，根據(jù)本區(qū)1∶5萬(wàn)水系沉積物測(cè)量結(jié)果顯示，該檢查區(qū)鈮異常規(guī)模大，強(qiáng)度高，呈北西向延伸出圖外，與地質(zhì)填圖所圈定的粗面巖類分布區(qū)吻合。結(jié)合鄂西北所礦調(diào)項(xiàng)目資料(湖北竹溪地區(qū)1∶5萬(wàn)水系沉積物測(cè)量，2014)，鈮異常由蔡家壩向北西可以延伸至竹溪縣蔣家堰一帶，與呈北西向分布的粗面巖類分布區(qū)吻合，延伸長(zhǎng)度達(dá)50 km，面積達(dá)400 km2，主體分布于湖北省境內(nèi)，特別是竹溪蔣家堰、泉溪一帶異常強(qiáng)度更高。該區(qū)除本項(xiàng)目在天寶一帶新發(fā)現(xiàn)規(guī)模較大的礦體外，在陜西省鎮(zhèn)坪一帶新報(bào)道發(fā)現(xiàn)特大型鈮礦體［5］，在竹溪、泉溪一帶亦新發(fā)現(xiàn)有厚大的礦體(鄂西北所礦調(diào)項(xiàng)目，2014)。

綜上所述:①按邊界品位Nb2O5＞0．05%圈定的礦化體與按最低工業(yè)品位Nb2O5＞0．08%的礦體在野外巖石特征基本相同，且樣品Nb2O5含量在0．051% ～0．092%，變化系數(shù)為7．28%，具有礦化均勻的特點(diǎn)。②區(qū)內(nèi)鈮礦礦石具有易選的特點(diǎn)，在選礦技術(shù)上有望降低工業(yè)指標(biāo)，區(qū)內(nèi)鈮礦床有望突破特大型礦床。③礦區(qū)外圍較大范圍內(nèi)具有類似成礦地質(zhì)條件和類似綜合化探異常找礦遠(yuǎn)景區(qū)，成礦潛力巨大，只要加大勘探投入，有望進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)規(guī)模更大的礦體。

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