湘東南牛頭坳地區(qū)稀土礦地質(zhì)特征及找礦前景分析

劉邦定， 周立同， 譚仕敏， 劉峻峰

(湖南省地質(zhì)調(diào)查院，湖南 長沙 410116)

牛頭坳稀土礦區(qū)位于炎陵縣下村鄉(xiāng)，開展茶陵—寧岡地區(qū)礦產(chǎn)遠景調(diào)查時，通過地質(zhì)填圖圈定了該礦區(qū)花崗巖風(fēng)化層的分布范圍及形態(tài)，利用剝土、淺井了解風(fēng)化殼的厚度和礦化情況。介紹了該礦點的成礦地質(zhì)特征及找礦前景，為今后該區(qū)的找礦預(yù)測提供科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)處于南嶺緯向構(gòu)造巖漿巖帶中段北緣，湘東南加里東褶皺隆起帶的中部，萬洋山—諸廣山南北向構(gòu)造巖漿巖帶與炎陵—汝城新華夏系構(gòu)造帶的復(fù)合部位，是湖南“姑婆山式”花崗巖風(fēng)化殼離子吸附型稀土礦資源找礦遠景最有利的區(qū)段之一。

區(qū)內(nèi)出露地層有震旦系、寒武系、奧陶系、泥盆系和石炭系。構(gòu)造及巖漿活動強烈，加里東運動形成區(qū)內(nèi)基底構(gòu)造格架，表現(xiàn)為一系列近EW向斷裂和褶皺；印支運動造就了一系列NE-NNE向斷裂和褶皺；燕山運動形成NNE-近SN向斷裂和褶皺；隨這些區(qū)域性構(gòu)造運動的深入和發(fā)展伴有強烈的巖漿活動。主要侵入體有萬洋山巖體、諸廣山巖體，尤其在燕山期巖漿活動強烈，致使大部分酸性巖漿巖形成了復(fù)式巖體，與之伴有較強的礦化作用，形成了豐富的礦產(chǎn)資源。

根據(jù)1∶25萬水系沉積物測量資料顯示，研究區(qū)位于萬洋山巖體南部的La-Th-Li-Be-Nb異常區(qū)內(nèi)以及W-Sn-Cu-REEII級自然重砂綜合異常區(qū)內(nèi)，成礦條件良好、找礦潛力巨大。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 巖漿巖

研究區(qū)出露巖漿巖為萬洋山巖體南西部中侏羅世侵入的下村花崗巖體(圖1)，可劃分為兩個侵入次：中侏羅世第一侵入次(ηγJ2a)中粒斑狀黑云母二長花崗巖，灰白色或紅褐色，似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶以長石為主，石英次之，斑晶含量15%～40%；基質(zhì)為中?；蚣氈辛＝Y(jié)構(gòu)，主要成分為石英、長石，次為黑云母、角閃石。副礦物主要有磷釔礦、褐釔鈮礦、鋯石、石榴石、電氣石等。巖石風(fēng)化殼十分發(fā)育；中侏羅世第二侵入次(ηγJ2b)中細粒少斑狀二云母二長花崗巖，灰白色或淺褐色，似斑狀花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖石特征以斑晶少而小、粒度細、含有較多的白云母等礦物明顯不同于ηγJ2a花崗巖，斑晶含量6%～12%，主要為鉀長石，巖石中副礦物常見有鋯石、磷灰石、磁鐵礦等，次生蝕變一般具絹云母化、綠泥石化等。巖石地球化學(xué)的研究表明， SiO2多大于73%，K2O和REE含量高，K2O/Na2O比值、LREE/HREE大，Eu呈明顯的負異常。巖石屬高鉀堿性-鈣堿性巖系，鋁飽和指數(shù)(A/CNK)多為0.91～1.03，主要屬準鋁質(zhì)—微過鋁質(zhì)花崗巖。

2.2 地層

區(qū)內(nèi)地層僅見出露少量寒武-奧陶系爵山溝組(∈Oj)，為一套深灰色厚層、巨厚層狀角巖化細粒石英砂巖夾深灰色板巖、砂質(zhì)板巖，角巖化強烈。

2.3 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)發(fā)育有北西向(F1和F2)和北東向(F3)2組斷裂構(gòu)造。其中F1分布于研究區(qū)南西側(cè)，為一張扭性平移斷裂，走向300°～320°，傾向北東，傾角60°～75°，沿斷層走向可見0.5～2 m寬的硅化破碎帶，由構(gòu)造角礫巖及熱液石英巖等組成，破碎帶中見硅化、綠泥石化、絹云母化等蝕變，局部見黃鐵礦化。F3分布于研究區(qū)北西側(cè)，斷層走向40°～55°，傾角60°～70°，沿斷層走向可見0.3～1.5 m寬的硅化破碎帶，由構(gòu)造角礫巖及熱液石英巖等組成，擠壓片理發(fā)育，局部地段可見糜棱巖，破碎帶中見硅化、綠泥石化、絹云母化等蝕變，局部見黃鐵礦化。此外，研究區(qū)巖體內(nèi)裂隙較發(fā)育，大致可分NEE向NNE向和NW向三組，傾角40°～60°，傾向不定。多為長石、偉晶巖及絹云母或石英脈所充填，裂隙密集地段可達10條/米。

圖1 牛頭坳稀土礦地質(zhì)略圖

2.4 圍巖蝕變

研究區(qū)巖石蝕變十分普遍，蝕變程度高，種類多。主要有鉀長石化、鈉長石化、云英巖化、高嶺土化、綠泥石化、絹云母化等。其中鉀長石化、高嶺土化、綠泥石化等與礦化關(guān)系密切。圍巖中角巖化發(fā)育強烈，圍繞花崗巖體外接觸帶分布。

3 礦體特征

3.1 風(fēng)化殼特征

離子吸附型稀土礦均賦存于花崗巖體表層風(fēng)化殼中，礦體在所有風(fēng)化殼中均有產(chǎn)出，但主要富集于全風(fēng)化層中，其次為半風(fēng)化層。礦體形態(tài)、產(chǎn)狀受風(fēng)化殼控制，并隨風(fēng)化殼起伏而變化。研究區(qū)花崗巖風(fēng)化殼十分發(fā)育，厚度一般3～15 m，局部山頂處超過20 m，山頂緩坡處較厚，山腳處減薄。根據(jù)野外地質(zhì)特征，風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)模式自上而下可劃分為五層：

①腐植層(A)：暗褐色，含多量的植物根莖。主要由黏土、石英及腐植質(zhì)組成。厚0～0.5 m。

②殘坡積層(B)：土黃-磚紅色，主要由黏土、石英及少量巖石碎塊及植物殘骸組成。結(jié)構(gòu)疏松，厚0.3～1 m，山坡和低凹處較厚，山頂山脊較薄。

③全風(fēng)化層(C)：土黃-褐色，由石英、長石、云母和黏土組成，長石含量由上自下含量顯著增多。結(jié)構(gòu)疏松，多孔易碎。為礦體的主要賦存層位，厚度一般3～8 m，局部超過10 m，與下部半風(fēng)化層呈漸變過渡關(guān)系。

④半風(fēng)化層(D)：風(fēng)化程度較低，結(jié)構(gòu)較緊密，基本保留原巖結(jié)構(gòu)特征。厚度變化較大，一般0.5～5 m。長石部分黏土化，黏土礦物含量低于30%，該層為礦體的次要賦存層位。

⑤基巖(E)：中侏羅世第一侵入次(ηγJ2a)中粒斑狀黑云母二長花崗巖，未風(fēng)化。

3.2 礦(化)體形態(tài)產(chǎn)狀及規(guī)模

通過礦產(chǎn)檢查工作得知，礦區(qū)稀土礦(化)體主要賦存于下村巖體中侏羅世第一侵入次(ηγJ2a)中粒斑狀黑云母二長花崗巖風(fēng)化殼中，呈波狀蓋于微風(fēng)化基巖之上，與全風(fēng)化層的形態(tài)基本一致，呈層狀、似層狀產(chǎn)出，厚度一般3～8 m。已初步圈定的礦體2處，總面積約9 km2，呈似層狀，成片連續(xù)產(chǎn)出，礦體形態(tài)簡單-較簡單，礦體厚度穩(wěn)定-較穩(wěn)定，礦化較連續(xù)。初步估算∑REE資源量達4.34萬噸，礦體平均品位分別為0.101%、0.069%，達到了中型規(guī)模。

3.3 稀土元素配分特征

工作區(qū)共采取了5組樣送國土資源部長沙礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心對稀土元素總量和分量進行了分析，其結(jié)果稀土總量ω(∑REE)為0.035%～0.103%，平均0.056%；∑CeO2/∑Y2O3的比值為0.91～9.72?！艭eO282.6%～90.7%，主要屬輕稀土組(LREE)強鈰族型(ICe>75%)。

4 成礦地質(zhì)條件分析

風(fēng)化殼離子吸附型稀土礦是富含稀土元素的花崗巖在近代表生作用形成的風(fēng)化殼中，其稀土元素呈離子狀態(tài)吸附于風(fēng)化殼黏土礦物(高嶺石、埃洛石等)表面，并經(jīng)次生富集而形成的產(chǎn)物。區(qū)內(nèi)構(gòu)造、巖漿活動頻繁且強烈，萬洋山巖體為復(fù)式巖體，富含稀土元素，為該區(qū)離子吸附型稀土礦成礦提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。

4.1 成礦母巖特征

花崗巖作為成礦唯一母巖，其本身稀土元素含量的高低直接控制了是否能形成礦床，其出露情況也控制了該類型礦床的分布。研究區(qū)成礦母巖萬洋山巖體為多期次侵入的復(fù)式花崗巖體，巖石類型以黑云母二長花崗巖-二云母二長花崗巖為主，巖石屬高鉀堿性-鈣堿性巖系、準鋁質(zhì)-微過鋁質(zhì)花崗巖。其巖石稀土元素總量中等偏高，輕重稀土比值(∑Ce/∑Y)較大，(Ce/Yb)n比值大于3.5，具輕稀土富集型特點。從成礦母巖特征可以看出，該區(qū)花崗巖出露面積大且稀土元素含量較高，對離子吸附型稀土礦成礦有利。

4.2 地形地貌特征

根據(jù)離子吸附型稀土礦勘查經(jīng)驗表明地形起伏小比起伏大、緩坡比陡坡、寬闊山頭比狹窄山頭、山脊比山坳、山頂比山腰、山腰比山腳更有利于成礦。該區(qū)為丘陵-緩坡中低山地貌，山脊方向多為北東或近南北走向，局部地形多為起伏小、坡度緩、山頭寬闊的地貌，地形坡度一般15°～25°，有利于風(fēng)化殼的發(fā)育。

4.3 構(gòu)造與成礦的關(guān)系

該區(qū)含礦巖體居于北西向和北東向區(qū)域構(gòu)造體系的復(fù)合部位及其附近，構(gòu)造作用促進了巖體(或其部分)的分異演化、自交代作用及其次生富集作用，使成礦母巖具有富稀土元素的特征。另外，多期次多階段的構(gòu)造運動，使巖體內(nèi)裂隙構(gòu)造異常發(fā)育，有利于地表水下滲和地下水循環(huán)，加強了巖體的風(fēng)化作用，使稀土元素的運移和富集明顯加快，對礦層的形成有著及其重要的促進作用。

4.4 風(fēng)化殼水介質(zhì)條件與成礦的關(guān)系

稀土元素的遷移富集離不開水介質(zhì)作用。該區(qū)氣候溫暖濕潤，降水適宜，地下水豐富，多呈弱酸-近中性介質(zhì)條件(pH值4～7)，這種酸堿度使稀土元素更容易與HCO3-等酸根結(jié)合成絡(luò)合物形式，經(jīng)遷移、分異在風(fēng)化殼有利部位形成次生富集，對成礦十分有利。

4.5 成礦模式

該區(qū)花崗巖體的侵入為成礦提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，第四紀地殼上升，巖體裸露地表，在濕熱的氣候條件下，當(dāng)介質(zhì)水pH=4～7之間時，花崗巖中易溶的稀土礦物、長石及云母等礦物解離風(fēng)化釋放出稀土元素，它們遷移、沉淀、吸附富集，在有利地形條件下形成礦體。其成礦模式如圖2。

圖2 牛頭坳地區(qū)“姑婆山式”稀土礦成礦模式圖

1—第四系；2—燕山期花崗巖；3—全風(fēng)化斑狀黑云母花崗巖；4—半風(fēng)化斑狀黑云花崗巖；5—斑狀黑云母花崗巖；6—全風(fēng)化層中的稀土礦體；7—半風(fēng)化層中的稀土礦體；8—大氣降水滲透

4.6 礦床成因

該區(qū)中侏羅世黑云母二長花崗巖作為稀土礦的成礦母巖，由于強烈的表生風(fēng)化作用，使原巖的稀土元素在風(fēng)化殼中得以富集，從而形成稀土礦床。按稀土元素的賦存狀態(tài)，其礦床成因及工業(yè)類型屬花崗巖風(fēng)化殼離子吸附型稀土礦床。

5 找礦前景分析

研究區(qū)處于湘南南嶺緯向構(gòu)造帶和羅霄山脈-諸廣山南北向構(gòu)造帶中，巖漿活動強烈，裂隙構(gòu)造發(fā)育，圍巖中侏羅世黑云母二長花崗巖中富含稀土元素，為該區(qū)離子吸附型稀土成礦提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。

該區(qū)成礦區(qū)帶歸屬于Ⅲ-83-①南嶺東段W-Sn-Mo-Be-REE-Pb-Zn-Au成礦亞帶→Ⅳ-20萬洋山-諸廣山鎢錫多金屬稀土成礦區(qū)→Ⅴ-11萬洋山稀土成礦區(qū)，其成礦系列屬于南嶺與燕山期中淺成花崗巖類有關(guān)的REE、稀有、有色金屬及U礦床成礦系列，湘粵桂西拗陷區(qū)與燕山期花崗巖有關(guān)的W-Sn-Nb-Ta-Be-Mo-Pb-Zn螢石礦床成礦亞系列，屬“姑婆山式”風(fēng)化殼離子吸附型稀土礦床。研究區(qū)所在的Ⅴ-11萬洋山稀土成礦區(qū)預(yù)測稀土資源潛力達20萬噸，該區(qū)具有較好的花崗巖風(fēng)化殼離子吸附型稀土礦的找礦前景。