內(nèi)蒙古額濟納旗灰石山稀土鈮多金屬礦床地質(zhì)特征及成因

陳海東，王占富，魯 寧，張海峰，謝建璽

(內(nèi)蒙古地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，呼和浩特 010010)

0 引言

稀有、稀土金屬等礦產(chǎn)是公認的戰(zhàn)略性新興礦產(chǎn)，在冶金、高端裝備制造業(yè)及新能源汽車領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用，且其重要性越來越突顯，因而有“工業(yè)維生素”之稱[1-3]?；沂较⊥菱壎嘟饘俚V床位于內(nèi)蒙古阿拉善盟額濟納旗，北距雅干約30 km，西距額濟納旗城區(qū)約100 km，南距溫圖高勒蘇木約70 km。20世紀70年代末，甘肅地質(zhì)局地質(zhì)力學區(qū)域測量隊開展1∶20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查時，在灰石山一帶發(fā)現(xiàn)了鈮礦化露頭并進行了地表槽探追索驗證，認為稀土鈮可能在地層沉積時已趨富集，后期構(gòu)造運動使其進一步富集成礦，但未做深部取樣工程驗證、成礦物質(zhì)來源研究及詳細的礦床地質(zhì)特征總結(jié)。2012—2018年，內(nèi)蒙古地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院在1∶20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查成果的基礎(chǔ)上，對灰石山稀土鈮多金屬礦區(qū)開展普查、勘探工作，通過野外地質(zhì)調(diào)查、槽探鉆探揭露、巖礦鑒定及工藝礦物學研究，總結(jié)了該礦床的地質(zhì)特征，探討了成礦物質(zhì)來源、礦床成因并建立了成礦模式，這對在灰石山礦區(qū)及周邊地區(qū)進一步勘查、尋找同類型礦床具有重要的借鑒和指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

阿拉善地塊處于華北板塊、塔里木板塊和西伯利亞板塊之間的匯合地帶，是天山造山帶與興蒙造山帶的交匯部位?；沂较⊥菱壎嘟饘俚V床位于阿拉善地塊北緣珠斯楞—杭烏拉構(gòu)造帶內(nèi)[4-6]，距北側(cè)雅干斷裂帶約20 km(圖1)。早古生代，該構(gòu)造帶地層為淺海相碎屑巖建造，以碎屑巖為主，不同地層單元連續(xù)沉積，無火山活動，反映了被動大陸邊緣沉積環(huán)境。該構(gòu)造帶在石炭紀火山活動頻繁，伴有強烈的基性和中性火山噴發(fā)，由被動陸緣轉(zhuǎn)化為活動陸緣；該構(gòu)造帶在早二疊世接受巨厚沉積，形成復(fù)理石建造，沉積盆地逐漸加厚，屬于裂谷作用的產(chǎn)物[4-7]。

1.古元古界北山巖群；2.下二疊統(tǒng)雙堡塘組；3.上二疊統(tǒng)哈爾蘇海組；4.上白堊統(tǒng)烏蘭蘇海組；5.輝石巖；6.斜長角閃石巖；7.閃長巖；8.正長巖；9.二疊紀二長花崗巖；10.石英脈；11.鈮礦體及編號；12.稀土礦體及編號；13.巖層產(chǎn)狀；14.角度不整合界線；15.實測正斷層及傾角；16.實測逆斷層及傾角

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

受區(qū)域構(gòu)造影響，礦區(qū)各地質(zhì)體總體呈NEE向展布，出露地層較簡單，由老至新分別為古元古界北山巖群、古生界下二疊統(tǒng)雙堡塘組與上二疊統(tǒng)哈爾蘇海組和中生界上白堊統(tǒng)烏蘭蘇海組。雙堡塘組出露最廣泛，為一套濱淺海相碎屑巖、碳酸鹽巖建造，巖性主要為變質(zhì)砂巖、變質(zhì)粉砂巖、碳質(zhì)板巖、碳酸鹽巖(微晶-粉晶白云巖夾微晶灰?guī)r)等，稀土鈮多金屬礦床主要賦存于該套地層的碳酸鹽巖中。哈爾蘇海組僅在礦區(qū)西北角出露，由一套陸相沉積碎屑巖夾碳酸鹽巖組成，與雙堡塘組呈斷層接觸。烏蘭蘇海組僅在礦區(qū)中東部低洼處少量出露，為一套內(nèi)陸湖相紅色碎屑巖。

礦區(qū)內(nèi)斷裂較發(fā)育，以NE向、NEE向斷裂為主，被晚期NW向斷裂截斷錯位。F1斷層面呈舒緩波狀，總體北傾，傾角65°～75°。上盤主要為碳質(zhì)板巖、粉砂巖，巖石受強烈擠壓劈理化；下盤主要為碳酸鹽巖，破碎帶寬1～2 m，帶內(nèi)巖石劈理化，發(fā)育構(gòu)造角礫巖和斷層泥。F2斷層上盤巖性主要為碳酸鹽巖，下盤為泥質(zhì)粉砂巖，局部為碳質(zhì)板巖，破碎帶寬2～10 m，巖石極破碎，呈角礫狀、粉末狀，見波狀光滑位移面和構(gòu)造透鏡體(圖2)。斷層面呈舒緩波狀，總體北傾，傾角75°～80°。破碎帶內(nèi)透鏡體展布特征及鉆孔揭示，F(xiàn)1和F2斷層均為壓扭性正斷層。Ⅰ號稀土鈮多金屬礦體受F1和 F2斷層夾持，2條斷層近平行產(chǎn)出，西段近EW向，向東逐漸變?yōu)镹EE向，被NNW向斷裂錯斷，東西兩端逐漸合并，形成總體呈NEE向展布的“月牙形”透鏡體，長約2 km，中間最寬處約90 m。

(a)F2斷層破碎帶中的構(gòu)造透鏡體(b)F2斷層鉆孔特征

礦區(qū)巖漿巖極發(fā)育，以酸性巖為主，少量基性巖和中性巖，多呈巖株、巖枝、脈巖產(chǎn)出，總體呈NE向、NNE向。以二疊紀酸性巖出露最廣泛，主要分布于礦區(qū)中部，巖性以二長花崗巖為主，侵入下二疊統(tǒng)雙堡塘組中。其次為少量閃長巖、堿性正長巖、斜長角閃石巖、輝石巖呈小巖枝、巖脈產(chǎn)出，均侵入下二疊統(tǒng)雙堡塘組。其中堿性正長巖與成礦作用密切相關(guān)。正長巖新鮮面呈深灰色，半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，由鉀長石(約75%)、斜長石(約20%)及少量黑云母(約5%)組成(圖3)。鉀長石呈近半自形板狀，雜亂分布，粒度一般2～4.5 mm，部分5～7 mm，表面顯臟，晶粒內(nèi)見斜長石包體，局部見格子雙晶，少數(shù)被鈉長石交代，少數(shù)邊緣被細?；戮Я－h(huán)繞。斜長石呈近半自形板狀，呈似填隙狀分布，粒度一般0.5～2 mm，少數(shù)2～2.6 mm，大多數(shù)被絹云母交代呈假象，少數(shù)殘留，部分具細?；?。黑云母呈鱗片狀，零星分布，片徑一般0.2～1.5 mm，常見細粒變晶集合體，具不均勻綠泥石化。

(a)正長巖手標本特征(b)正長巖顯微鏡下特征

3 礦體地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

礦區(qū)發(fā)現(xiàn)的主要礦體有Ⅰ號稀土鈮復(fù)合礦體和Ⅱ號單一鈮礦體。Ⅰ號稀土鈮復(fù)合礦體賦存于下二疊統(tǒng)雙堡塘組碳酸鹽巖中，被F1和F2斷裂夾持，頂、底板巖性均為碳質(zhì)板巖、變質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖和變質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖(圖4)。礦體由地表15個探槽和深部89個鉆孔控制，走向控制總長1 380 m，東西兩端隱伏，且逐漸趨于變薄尖滅，傾向控制最大延深681 m，傾向未控制邊界。礦體走向近EW向，其中西段走向EW向，東段走向NEE向，傾向310°～20°，傾角47°～83°，呈層狀、似層狀。礦體平均厚54 m，最厚246 m。Nb2O5品位0.05%～4.81%，平均品位0.13%；稀土總量(REO)品位0.5%～6.5%，平均品位1.02%，局部伴生磁鐵礦，mFe最高品位33%，TFe最高品位40%。Ⅱ號單一鈮礦體位于礦區(qū)南東部，賦存于正長巖中，巖體圍巖為變質(zhì)粉砂巖、變質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖。地表礦體由5個探槽控制，厚50～73 m，平均厚58.12 m，長313 m。Nb2O5品位0.05%～0.11%，平均品位0.074%。由于深部勘查工作量投入較少，未能控制礦體深部情況。礦區(qū)內(nèi)目前估算Nb2O5資源量15萬t，REO資源量119萬t。目前勘查成果表明，灰石山稀土鈮多金屬礦床深部礦化延伸穩(wěn)定，厚度變大，礦石品位較好，深部找礦潛力較好。

1.鈮礦體；2.稀土礦體；3.鉆孔及編號；4.下二疊統(tǒng)雙堡塘組；5.閃長巖；6.斷層及編號；7.單工程稀土單工程鈮

3.2 礦石及蝕變類型

Ⅰ號稀土鈮復(fù)合礦體賦礦巖石主要為白云巖、灰?guī)r和強蝕變巖。礦石結(jié)構(gòu)主要為泥晶-微晶結(jié)構(gòu)、半自形-它形粒狀結(jié)構(gòu)、鱗片變晶結(jié)構(gòu)、粒狀變晶結(jié)構(gòu)；礦石構(gòu)造主要為塊狀構(gòu)造、星散狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、板狀構(gòu)造和少量角礫狀構(gòu)造(圖5(a)、(b)、(c))。脈石礦物以石英、鐵白云石為主，其次為白云石，少量黏土礦物、黑云母、長石、方解石、磷灰石、綠泥石等。金屬礦物主要為磁鐵礦、赤鐵礦、菱鐵礦，其中有微量鈉黃鐵釩。次要金屬礦物有黃鐵礦、鈦鐵礦、鈮鐵礦及少量閃鋅礦、黃銅礦等(圖5(d)、(e))。礦石中的有用組分為鈮和稀土(以輕稀土為主)，伴生鐵和釷。稀土的獨立礦物有獨居石、氟碳鈰鑭礦、氟碳鈣鈰礦、褐簾石、磷釔礦、褐釔鈮礦，可利用的稀土工業(yè)礦物為獨居石。鈮的獨立礦物有鈮鐵礦、鈮鈣礦、褐釔鈮礦，主要為鈮鐵礦，可利用的鈮工業(yè)礦物為鈮鐵礦。鐵的獨立礦物有赤褐鐵礦、磁鐵礦、菱鐵礦，以赤褐鐵礦為主，其次為磁鐵礦、菱鐵礦。含鐵金屬礦物有鈦鐵礦、黃鐵礦、鈉黃鐵釩，可利用的鐵工業(yè)礦物為赤褐鐵礦、磁鐵礦、菱鐵礦。釷的獨立礦物有釷石、獨居石，富集回收的釷礦物為獨居石。鈮鐵礦多數(shù)呈它形粒狀，部分呈乳滴狀、蠕蟲狀，少數(shù)呈半自形板柱狀結(jié)構(gòu)。它形粒狀、半自形結(jié)構(gòu)的鈮鐵礦多呈星散狀嵌布于礦石中(圖5(f))。獨居石主要呈它形粒狀或不規(guī)則團塊狀嵌布。在氧化礦石中，獨居石主要嵌布于石英集合體內(nèi)；在原生礦石中，獨居石多數(shù)與菱鐵礦、鐵白云石毗鄰相嵌或嵌布于其中，部分與鈮鐵礦、赤褐鐵礦、石英、黑云母毗鄰相嵌(圖5(g))，或以星散狀嵌布于石英、鐵白云石、閃石、黑云母等脈石礦物內(nèi)。礦石自然類型主要有磁鐵稀土鈮蝕變巖型、稀土鈮蝕變巖型、磁鐵鈮稀土碳酸鹽型和鈮稀土碳酸鹽型。礦石工業(yè)類型屬于含鈮釷低品位輕稀土礦石。

(a)浸染狀碳酸鹽巖型礦石(b)浸染狀蝕變巖型礦石(c)角礫狀礦石

Ⅱ號單一鈮礦體礦石類型單一，賦礦巖石為堿性正長巖。礦石結(jié)構(gòu)為半自形-它形粒狀結(jié)構(gòu)、細脈狀結(jié)構(gòu)，礦石構(gòu)造為塊狀構(gòu)造、星散狀構(gòu)造。脈石礦物以長石(鈉長石為主，次為鉀長石)為主，其次為云母類(白云母、黑云母)，少量方解石、綠泥石，微量磷灰石、石英、鐵白云石及黏土礦物。金屬礦物含量低，主要有赤褐鐵礦、磁黃鐵礦、磁鐵礦、鈦鐵礦、錳礦物、鈮鐵礦。礦石中的主要有用組分為鈮，鈮的獨立礦物為鈮鐵礦。礦石自然類型為堿性正長巖型。

礦區(qū)主要蝕變類型有硅化、褐鐵礦化、碳酸鹽化、黃鐵礦化、磁鐵礦化、綠泥石化、絹云母化等，其中與成礦關(guān)系密切的為硅化、褐鐵礦化、黃鐵礦化、磁鐵礦化和綠泥石化。

4 討論

4.1 礦床成因

灰石山稀土鈮礦體與堿性正長巖關(guān)系密切。堿性正長巖SiO2含量為52.64%～55.38%，Al2O3含量為20.31%～21.96%，(K2O+Na2O)含量為8.7%～11.63%，可能形成于中二疊世后碰撞伸展構(gòu)造環(huán)境，是巖石圈板塊拆沉、軟流圈地幔物質(zhì)底侵后幔源物質(zhì)熔融部分殼源物質(zhì)生成的富K、Na及Nb、REE巖漿的產(chǎn)物。礦區(qū)東南部呈NE向橢圓形產(chǎn)出的正長巖，侵入下二疊統(tǒng)雙堡塘組沉積碎屑巖，外接觸帶小褶曲較發(fā)育，表明巖漿主動侵位，Ⅱ號單一鈮礦體賦存于正長巖中。Ⅰ號稀土鈮復(fù)合礦體南側(cè)(F2斷裂下盤)見與礦體近平行出露的正長巖脈，巖漿沿F2斷裂被動侵位，脈體Nb2O5含量0.01%～0.03%，REO含量0.08%～0.09%，均已達到礦化標準，推斷灰石山稀土鈮多金屬礦床的成礦作用與巖漿活動有關(guān)，堿性正長巖漿為該礦床的形成提供了物質(zhì)來源。

4.2 成礦模式

通過對阿拉善地區(qū)巖漿巖進行研究[7-9]，發(fā)現(xiàn)該區(qū)在早二疊世晚期—中二疊世處于大陸板內(nèi)伸展構(gòu)造環(huán)境。在伸展構(gòu)造環(huán)境下，含礦正長質(zhì)巖漿主動侵位，伴隨巖漿結(jié)晶分異作用，不相容元素(Nb、REE等)在殘余熔體中富集成礦。巖漿結(jié)晶分異后形成了灰石山Ⅱ號單一鈮礦體，礦體與圍巖界線清楚，該礦體為巖漿結(jié)晶分異型。部分正長質(zhì)巖漿沿斷裂被動侵位，隨著溫度和壓力的進一步劇烈下降，流體與熔體發(fā)生溶離作用[10]，富含Nb、REE和揮發(fā)分(F和Cl為主)的硅質(zhì)流體發(fā)生水-巖反應(yīng)，在有利部位形成了稀土、鈮礦床[11-14]，Ⅰ號稀土鈮復(fù)合礦體即形成于該過程中。該類礦床中巖石蝕變程度與稀土、鈮的含量呈正相關(guān)，礦體與圍巖界線不明顯，礦體為巖漿期后熱液交代型。此外，Ⅰ號稀土鈮復(fù)合礦體局部地段富集磁鐵礦，磁鐵礦多呈星散狀，局部保留早期的條帶狀，鐵礦體可能是早期沉積作用后形成的，后期受流體萃取、富集疊加成礦。

4.3 找礦標志

堿性正長巖與成礦密切相關(guān)，是尋找稀土鈮礦體的重要標志。稀土鈮礦體中局部伴生磁鐵礦，磁異常區(qū)是尋找該類礦床的找礦標志。與稀土鈮礦體有關(guān)的巖石蝕變主要有硅化、褐鐵礦化、黃鐵礦化、磁鐵礦化，蝕變程度與稀土鈮的含量呈正相關(guān)，此類巖石蝕變現(xiàn)象可作為尋找稀土鈮礦體的找礦標志。鈮、鉭的地球化學異常為良好的找礦標志。

5 結(jié)論

(1)灰石山稀土鈮礦床的成礦作用與巖漿活動有關(guān)，堿性正長質(zhì)巖漿提供了成礦物質(zhì)。該礦床主要有巖漿期后熱液交代型和巖漿結(jié)晶分異型2種成因類型。賦存于下二疊統(tǒng)雙堡塘組碳酸鹽巖中的巖漿期后熱液交代型Ⅰ號稀土鈮復(fù)合礦體嚴格受斷裂控制，圍巖蝕變程度與稀土、鈮含量呈正相關(guān)，礦體與圍巖界線不明顯；賦存于正長巖中的巖漿結(jié)晶分異型Ⅱ號單一鈮礦體，礦體與圍巖界線即正長巖與圍巖界線，且界線清晰。

(2)硅化、褐鐵礦化、磁鐵礦化、黃鐵礦化等礦化蝕變，堿性正長巖以及鈮、鉭地球化學異常區(qū)是灰石山稀土鈮多金屬礦床重要的找礦標志。

(3)本次工作未系統(tǒng)采集、測試含礦正長巖同位素年齡及與成礦相關(guān)的流體包裹體等樣品，建議今后進一步加強對該區(qū)成礦時代、溫度、流體來源等研究。