崔 偉,劉春來,陳超,高孝敏,田志強,崔麗男,王云靜,張福祥,王豐翔,3,4
1. 河北省地礦局第二地質大隊,河北唐山063000;2. 河北地質大學河北省戰(zhàn)略性關鍵礦產資源重點實驗室,河北石家莊050031;3. 內蒙古自治區(qū)巖漿活動成礦與找礦重點實驗室,內蒙古呼和浩特010020;4. 自然資源部成礦作用與資源評價重點實驗室,北京100037
關鍵礦產或關鍵金屬是現(xiàn)今社會必需、但安全供應存在較高風險的一類礦產的總稱,主要包括稀有金屬、稀土金屬、稀散金屬和部分稀貴金屬。其中,Rb、Be為重要的稀有金屬,是戰(zhàn)略性新興產業(yè)所需的功能和結構原料。世界上Rb、Be資源主要與花崗巖型、花崗偉晶巖型、云英巖型和巖漿熱液型礦化有關[1]。中國Rb-Be資源主要集中在褶皺造山系內,主要包括阿爾泰、天山、昆侖山、松潘—甘孜造山帶、華北克拉通北緣和華南褶皺系等地區(qū)[2,3]。其中,華北克拉通北緣探明的Rb、Be礦化主要分布內蒙古石灰窯和趙井溝礦區(qū)等地。本文研究的彭莊Be、Rb礦為近年來在冀東地區(qū)勘查過程中的新突破,不僅豐富了區(qū)域三稀礦化特征,也為尋找稀有金屬礦化提供了技術支撐。本文系統(tǒng)論述其產出環(huán)境、礦化特征,并論證了Be、Rb礦化體找礦標志、地球化學、地球物理特征,圈定找礦方向。
研究區(qū)北距河北省遷西縣12 km,行政隸屬三屯營鎮(zhèn),大地構造位于華北地臺燕山臺褶帶馬蘭峪復背斜核部。就幔枝構造視角而言,該地區(qū)位于冀東幔枝構造核部。馬蘭峪復背斜為一EW向古隆起區(qū),中心部位為太古宇變質巖結晶基底,南北兩翼為中新元古代—古生代的沉積巖蓋層覆蓋。區(qū)域上自太古宙至中生代構造運動強烈,尤其印支、燕山期發(fā)生多期強烈的構造運動,產生了強烈的巖漿活動[4]。
例如,本區(qū)域主要分布有高家店、青山口2個多期次侵入的中酸性雜巖體及4個閃長巖株(圖1),還有5個侏羅系晚期次流紋斑巖超淺成巖株和侏羅系東嶺臺組安山質凝灰角礫巖、晶屑凝灰?guī)r等火山碎屑巖,以及在燕山晚期有大量的基性脈巖侵入。上述巖體、巖株主要出露于太古宇遷西群紫蘇斜長麻粒巖和遵化群黑云角閃斜長片麻巖中。區(qū)內構造格局復雜,褶皺和斷裂十分發(fā)育,斷裂以燕山期為主,多顯示剪切特征,NE向多呈左行扭動,NW向多呈右行扭動,近SN向引張性質明顯,多被巖脈充填。構造控制了本區(qū)巖漿活動的規(guī)模和產出形態(tài)[5]。礦區(qū)周邊小巖株與NW向、NE向斷裂構成了較明顯的環(huán)形構造。
圖1 遷西彭莊鈹、銣礦區(qū)域礦產地質簡圖Fig.1 Area geological sketch map of beryllium and rubidium deposits in Pengzhuang, Qianxi
礦區(qū)主要出露太古宇遷西群三屯營組地層,巖性以紫蘇斜長麻粒巖為主,次為角閃斜長片麻巖,片麻理走向近SN,傾向W,傾角60°~90°。溝谷中分布有新生界第四系殘坡積、沖洪積物(圖2)。
圖2 遷西彭莊鈹、銣礦礦區(qū)地質簡圖Fig.2 Mining geological sketch map of beryllium and rubidium deposits in Pengzhuang, Qianxi
礦區(qū)位于近SN向高家莊—松嶺倒轉向斜核部,核部地層為遷西群三屯營組,翼部地層為遷西群上川組。斷裂構造較為發(fā)育,多為NNW向,被后期基性、中酸性等巖脈充填,次為NNE向,少量近EW向,多組構造控制了本區(qū)隱爆巖筒的產出,同時隱爆作用也對圍巖產生放射狀斷裂,現(xiàn)多呈溝谷形式產出[6]。
礦區(qū)巖漿活動作用強烈,主要有輝長巖巖株以及巖脈。其中,輝長巖巖株呈月牙形,長約120 m,寬約30~50 m,分布在隱爆角礫巖筒南側。巖脈多呈NNW向產出,脈寬一般為2~5 m,巖性主要為煌斑巖脈、閃長玢巖脈、角閃輝石巖脈,少量花崗巖脈、偉晶巖脈等,主要分布在隱爆角礫巖體東部及周邊,西側零星分布。
礦區(qū)Be-Rb等礦(化)體受隱爆角礫巖筒控制[7,8],巖體內Rb礦化較均勻,Be局部富集,見W、Ag礦化,Be礦體、W、Ag礦化均呈透鏡狀疊加分布在低品位Rb礦體中(圖3)。分述如下:
圖3 遷西彭莊鈹、銣礦3勘探線(附電測井)剖面圖Fig.3 Profile chart of No.3 exploration line of beryllium and rubidium deposits in Pengzhuang, Qianxi
低品位Rb礦體:分布于整個隱爆角礫巖體中,形態(tài)呈筒狀,具分支復合現(xiàn)象,走向近SN,總體傾向NEE,傾角55°~65°。工程控制礦體走向長235~345 m,沿傾斜延深>700 m。Rb2O算術平均品位0.051%。
Be礦體:呈透鏡狀分布于隱爆角礫巖筒中部,由探槽TC1中H56、H57號樣品控制,工程控制礦體厚度1.7 m。BeO平均品位0.102%。
W礦化體:隱爆角礫巖體北西部TC1探槽中有2件樣品WO3分別為0.023%、0.053%,圈定了2條透鏡狀鎢礦化體,水平寬度均為1 m左右。
需要指出的是,伴生有益組主要為Ag,最高14.65 g/t,且地表較深部富集。光譜全分析表明,其他有益有害組分含量很低。
通過1/1萬土壤地球化學測量,在本區(qū)圈定了Mo、As、La、Be、Cd、Bi、Ti、Cu 8種元素異常(表1),異常峰值雖然不高,但突出而集中,總體圍繞隱爆角礫巖體分布。且在點距為10 m的2條土壤剖面中,對應于隱爆角礫巖體地段均有明顯的As、Ag、Bi、Mo、W、Rb、Be、Li元素異常(圖4),結合其地球化學特征參數(shù)(表1),認為本區(qū)具有成礦優(yōu)勢的元素為Au、Ag、Li、Be、Cu、Mo、Cd、W、Bi。經聚類分析,在相關系數(shù)為0.5的基礎上可將本區(qū)元素組合劃分為三組:Ⅰ組為Bi、Ag組合;Ⅱ組為W、As、Mo、Be、Rb、Li組合;Ⅲ組Au、Cd、Nb、Cu呈獨立狀態(tài)。
圖4 遷西彭莊鈹、銣礦1線地質、化探綜合剖面圖Fig.4 Comprehensive geological and geochemical profile of No.1 exploration line of beryllium and rubidium deposits in Pengzhuang, Qianxi
通過礦區(qū)地質勘查巖(礦)石電性參數(shù)統(tǒng)計表(表2)可以看出:隱爆角礫巖相對圍巖和基性脈巖無明顯電性差異,但角礫巖中的角礫蝕變較強時,呈現(xiàn)明顯的相對低電阻率和高極化率特征[9]。
表2 遷西彭莊鈹、銣礦巖(礦)石電性參數(shù)統(tǒng)計表Table 2 Statistical table of electrical parameters of beryllium and rubidium rocks (ores)in Pengzhuang, Qianxi
另從ZK3-2鉆孔激電測井成果圖(圖3)可以看出隱爆角礫巖筒內部,自上而下相對高極化、低電阻率井段逐步增多,特別是340~515 m井段整體表現(xiàn)為相對較高極化異常,最高值為22.05%,地質編錄顯示該井段礦化蝕變相對較強。
隱爆角礫巖筒為礦區(qū)內鈹、銣等礦化體的控礦構造和賦存空間[10]。
巖筒地表呈不規(guī)則橢圓狀分布于礦區(qū)中部黃花山山頂,與圍巖為突變關系,接觸線呈鋸齒狀,西接觸面傾向NE~NEE,傾角55°左右,東接觸面傾向SWW,傾角70°左右。巖體長軸走向近SN,N寬S窄,SN長約360 m,EW寬60~200 m,面積約4.1×104m2。深部形態(tài)呈筒狀,控制延深>700 m;總體傾向NEE,傾角55°~65°(圖3)。
巖筒風化面呈黃褐色、棕色,新鮮面呈灰白色、綠灰—灰綠色,角礫狀構造。角礫多呈棱角狀,次為次棱角狀,含量一般70%~80%,礫徑大多大于10 cm,大的可達m級(圖5a)。角礫成分以角閃斜長片麻巖(圖5f)為主,次為混合巖、煌斑巖等。膠結物主要為石英,深部見碳酸鹽(圖5d),石英多呈細脈狀或不規(guī)則網狀充填在角礫之間,寬度一般3~10 cm,局部呈團塊狀。鏡下觀察巖石被石英脈切割呈角礫(圖5e),角礫間相互不可拼合。角礫呈棱角狀、尖角狀,雜亂分布,被石英膠結,石英呈它形粒狀,粒間不規(guī)則鑲嵌,粒度一般5~12 mm。
隱爆角礫巖筒與圍巖為突變關系,圍巖在接觸帶附近受到絹云母化、鉀長石化和綠簾石化等蝕變[11]。隱爆角礫巖角礫中黃鐵絹英巖化發(fā)育,深部具交代結構(圖5h),疊加出現(xiàn)明顯綠泥石化、碳酸鹽化、鈉長石化,并見金紅石、天青石(圖5d),石英脈密集部位更加明顯;另見少量磁鐵礦、赤鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦,含量多<1%;局部角礫中見少量點狀分布的六方長柱狀綠柱石,長一般<10 mm,寬一般2 mm左右。膠結物(石英)中局部有呈細脈狀和團塊狀分布的綠柱石(圖5b、5c、5g),晶體呈六方長柱狀,一般長10~20 mm,大的可達70~80 mm,一般寬2~4 mm,大的可達6~7 mm;膠結物中局部晶洞發(fā)育,可見水晶晶簇及褐鐵礦晶體。
圖5 遷西彭莊鈹、銣礦隱爆角礫巖手標本及顯微巖相學照片F(xiàn)ig.5 Hand specimens and micro-petrography of crypto-explosive breccia from beryllium and rubidium oresin Pengzhuang, Qianxi
另據(jù)人工重砂分析結果(表3),角礫巖輕部分(重量占比96.4%)主要為石英、長石和蝕變礦物,重部分(重量占比3.6%)主要為赤褐鐵礦、磁鐵礦等,見鋯石、綠柱石、金紅石、白鈦石。
表3 遷西彭莊隱爆角礫巖筒人工重砂分析結果表Table 3 Analysis results of artificial heavy placer in crypto-explosive breccia pipein Pengzhuang, Qianxi
本區(qū)隱爆角礫巖角礫為角閃斜長片麻巖等圍巖,膠結物主要為石英、碳酸鹽等氣成熱液礦物,礦化蝕變以黃鐵絹英巖化等低溫蝕變?yōu)橹?,認為目前工程控制部位具典型熱液隱爆角礫巖筒的上部特征[12,13]。根據(jù)探槽揭露和鉆孔控制,隱爆角礫巖筒水平和垂向特征基本一致,以膠結物含量多少可明顯分為膠結物含量20%~30%帶和<5%帶(圖6),其中以前者為主。依據(jù)蝕變特征自上而下可分為黃鐵絹英巖化+局部見綠柱石帶,黃鐵絹英巖化+見綠泥石化、鈉長石化帶和黃鐵絹英綠泥石化+碳酸鹽化、鈉長石化+見金紅石、天青石帶3個帶(圖6)。
圖6 遷西彭莊鈹、銣礦隱爆角礫巖筒分帶圖Fig.6 Zoning map of crypto-explosive breccia from beryllium and rubidium oresin Pengzhuang, Qianxi
為弄清隱爆角礫巖的巖石化學特征,本次主要在TC1、ZK1-1、ZK3-1和ZK3-2取樣共10塊,分別編號TC1-1~TC1-5、ZK1-1-1、ZK3-1-1和ZK3-2-1~ZK3-2-3,取樣位置見圖2、圖6以及表4、表5、表6。樣品送至河北省區(qū)域地質礦產調查研究所實驗室進行主量、微量和稀土元素測試。
表5 遷西彭莊隱爆角礫巖筒微量元素分析結果表Table 5 Results of trace element analysis of crypto-explosive brecciain Pengzhuang, Qianxi
(1)巖石化學特征
4個樣品的化學全分析結果見表4,隱爆角礫巖主量元素SiO2的質量分數(shù)為49.4%~70.2%,Al2O3為11.9%~15.1%,K2O為2.15%~3.16%,Na2O為2.24%~3.58%,其與高家店、青山口中酸性雜巖體主量元素含量[14]大致符合,但具高揮發(fā)分較高的特點,如灼失量2.40%~6.95%,S 最高0.93%,H2O+1.88%~2.32%。
表4 遷西彭莊隱爆角礫巖筒化學全分析結果表Table 4 Results of chemical analysis of crypto-explosive brecciain Pengzhuang, Qianxi
(2)微量元素特征
7個樣品的微量元素含量見表5,各樣品的各類微量元素含量均基本接近。從微量元素原始地幔標準化蛛網圖顯示(圖7),7個樣品微量元素含量變化趨勢大致相同,具有虧損Th、U、Ta等大離子親石元素(LILE),富集Cr、Ni、Sr、Cs等高場強元素(HFSE)的特點。而Cr主要呈現(xiàn)正異常,明顯富集[15]。
圖7 遷西彭莊隱爆角礫巖筒微量元素地殼元素豐度標準化蛛網圖Fig.7 Standardized spider diagram of continental crust abundance of trace elements of crypto-explosive breccia in Pengzhuang, Qianxi
(3)稀土元素特征
4個樣品的稀土元素含量見表6,各樣品稀土元素含量數(shù)值不高,總體較為接近,∑REE=82.30×10-6~152.55×10-6,平均值為110.83×10-6;LREE=69.77×10-6~128.78×10-6,平均值為93.49×10-6;HREE =12.52×10-6~23.77×10-6,平均值為17.33×10-6;LREE/HREE =5.10~5.60,平均值為5.42;δEu球=0.92~1.42,平均值為1.12。從稀土元素配分圖(圖8)中可知,稀土元素總體沒有明顯的Ce、Eu異常,輕稀土富集、重稀土虧損的特征,輕重稀土分餾較為明顯,稀土元素球粒隕石標準化曲線總體呈現(xiàn)出斜率基本一致的右傾型。
表6 遷西彭莊隱爆角礫巖筒稀土元素分析結果表Table 6 Results of rare earth elements analysis of crypto-explosive brecciain Pengzhuang, Qianxi
圖8 遷西彭莊隱爆角礫巖筒稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖(標準化的球粒隕石數(shù)值據(jù) Sun et al.,1989[16])Fig.8 Chondrite-normalized REE patterns of cryptoexplosive brecciain Pengzhuang, Qianxi
隱爆角礫巖筒常產在中酸性巖漿流動前沿,即在超淺成(次火山)巖的上部形成[13],在時空上常與超淺成或次火山侵入體緊密伴生,多形成于侵入體形成過程的結束階段[14],其產出多受構造控制,筒狀體多產在兩條或多條斷裂構造的交叉部位。遷西彭莊鈹、銣礦隱爆角礫巖筒位于馬蘭峪復式背斜核部(圖1),西距高家店巖體約8 km,東北距青山口巖體約6 km;以其為圓心,在其北東方向5 km半徑內呈扇形自北向東分布有5個侏羅系次流紋斑巖巖株,其正東分布有侏羅系東嶺臺組凝灰?guī)r、火山角礫巖、次火山巖等,其東南分布有4個燕山期第一期閃長巖巖株;其周邊及東側近南北向張性裂隙密集發(fā)育,充填有基性、中酸性巖脈。這些現(xiàn)象均說明隱爆角礫巖筒周邊燕山期巖漿活動強烈且頻繁,同時區(qū)內構造控制了巖漿活動的規(guī)模和產出形態(tài),推斷在侏羅紀形成了該隱爆角礫巖筒。礦區(qū)鈹、鎢礦化體呈透鏡狀分布在銣低品位礦體中,各礦(化)體又均受隱爆角礫巖筒控制,賦存其間,隱爆角礫巖筒為遷西彭莊鈹、銣礦控礦構造和賦礦空間。故初步將本礦床劃分為與陸相次火山隱爆作用有關的隱爆角礫巖型熱液礦床。
隱爆角礫巖筒為熱液成礦作用中十分重要的成礦結構面和礦化富集部位,同時為尋找深部礦體的重要標志。遷西彭莊鈹、銣礦隱爆角礫巖筒找礦前景分析如下:
(1)地球化學特征
遷西彭莊隱爆角礫巖筒具備明顯的As、Ag、Bi、Mo、W、Rb、Be、Li元素土壤地球化學異常,依據(jù)土壤地球化學特征參數(shù)(表1)認為本區(qū)具有成礦優(yōu)勢的元素有Bi、Ag組合,W、Mo、Be、Rb、Li組合及呈獨立狀態(tài)的Au、Cd、Cu。
(2)地球物理特征
隱爆角礫巖相對圍巖和基性脈巖無明顯電性差異,但角礫巖中的角礫蝕變較強時,呈現(xiàn)明顯的相對低電阻率和高極化率特征。在隱爆角礫巖筒內部通過激電測井發(fā)現(xiàn)自上而下相對高極化、低電阻率井段逐步增多,表明自上而下礦化蝕變逐漸增強。
(3)隱爆角礫巖筒特征
地表呈不規(guī)則橢圓狀,與圍巖為突變關系,面積約4.1×104m2,深部形態(tài)呈筒狀,控制延深>700 m;總體傾向NEE,傾角55°~65°。巖筒內銣礦化較均勻,鈹局部富集,見鎢、銀礦化。
隱爆角礫巖角礫為角閃斜長片麻巖等圍巖,膠結物主要為石英、碳酸鹽等氣成熱液礦物,礦化蝕變以黃鐵絹英巖化等低溫蝕變?yōu)橹?,且自上而下低溫蝕變逐漸加強,認為目前工程控制部位具熱液隱爆角礫巖筒上部特征,屬低溫蝕變角礫巖帶。
隱爆角礫巖筒稀土元素含量總體不高,其配分模式均呈現(xiàn)左高右低的緩傾斜狀,具有輕稀土元素富集的趨勢,具弱的或者不具δEu球異常,上述特征與中酸性隱爆角礫巖型金、銀、鎢、銅等多金屬礦床的稀土元素地球化學特征較為相似。
綜上所述,遷西彭莊鈹、銣礦隱爆角礫巖筒工程控制部位具熱液隱爆角礫巖筒上部特征,屬低溫蝕變角礫巖帶,且自上而下礦化蝕變逐漸增強,推測其下部應存在團塊礦化、細脈礦化角礫巖帶,其深部可能有含礦斑巖體[12];本區(qū)具有成礦優(yōu)勢的元素Bi、Ag組合,W、Mo、Be、Rb、Li組合在上部礦化明顯,呈獨立狀態(tài)的Au、Cd、Cu礦化微弱,推斷深部Au、Cd、Cu礦化增強。故隱爆角礫巖筒深部具備較好的找礦前景。
(1)隱爆角礫巖是尋找深部礦體的重要標志。本區(qū)具有成礦優(yōu)勢的元素有Bi、Ag組合,W、Mo、Be、Rb、Li組合及呈獨立狀態(tài)的Au、Cd、Cu;隱爆角礫巖相對圍巖和基性脈巖表現(xiàn)為相對中電阻率和相對高極化率特征。
(2)巖石地球化學分析結果表明,巖體具有HFSE元素(Cr、Ni、Sr、Cs)富集和LILE元素(Th、U、Ta)相對虧損特征。礦化蝕變以黃鐵絹英巖化等低溫蝕變?yōu)橹?,深部疊加出現(xiàn)明顯的綠泥石化、碳酸鹽化、鈉長石化,并見金紅石、天青石,自上而下低溫熱液蝕變逐漸加強。
(3)結合遷西彭莊成礦地質條件和鈹、銣礦等礦體賦存特征,推斷該隱爆角礫巖筒與侏羅紀次流紋斑巖巖株具成因關系,本礦床為與陸相次火山隱爆作用有關的隱爆角礫巖型熱液礦床。