大莊鈮鉭礦地質(zhì)特征及找礦方向*

李國(guó)建

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第一地質(zhì)勘查院）

稀有金屬主要有鈮、鉭、鈹、鋰、鋯、鍶、鉿、銣、銫元素，在超導(dǎo)材料、航空航天、國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防工業(yè)和高精尖科技等領(lǐng)域中地位愈發(fā)重要［1-3］?；◢弾r偉晶巖型鈮鉭礦是最主要的成礦作用類型，鈮鉭礦物常見(jiàn)的主要有鈮鐵礦-鉭鐵礦、鉭鐵礦-鉍鐵礦、褐釔鈮礦、易解石、燒綠石、細(xì)晶石、錫錳鉭礦等30 多種［4］。東秦嶺花崗偉晶巖分布廣、類型全、分異強(qiáng)烈、多礦化，是稀有元素礦產(chǎn)、鈾礦和部分寶石資源的有利成礦區(qū)帶［5］。歷年來(lái)，圍繞河南省盧氏縣西南部花崗偉晶巖型鋰鈮鉭礦的研究成果均較多，研究程度較高，但本省其他地區(qū)該類型礦床研究鮮有涉及。自上世紀(jì)50 年代末至70 年代以來(lái)，先后有原北京地質(zhì)學(xué)院、原河南省地質(zhì)局、原中南冶金地質(zhì)勘探公司等多支地質(zhì)找礦隊(duì)伍在大莊區(qū)域開(kāi)展鈮鉭礦勘查工作，發(fā)現(xiàn)了6 條礦脈［6］，但中深部及外圍尚待研究評(píng)價(jià)。為了進(jìn)行大莊鈮鉭礦資源潛力評(píng)價(jià)，在收集分析1∶5萬(wàn)地質(zhì)調(diào)查、1∶1萬(wàn)地質(zhì)測(cè)量、1∶20萬(wàn)重力測(cè)量、1∶20萬(wàn)重砂測(cè)量、1∶20 萬(wàn)水系沉積物測(cè)量、槽探及坑探等資料的基礎(chǔ)上，總結(jié)成礦規(guī)律，進(jìn)行成礦預(yù)測(cè)，構(gòu)建成礦模型。

1 礦床地質(zhì)特征

大莊鈮鉭礦區(qū)位于河南省西南部，秦祁昆造山系北秦嶺構(gòu)造帶，中國(guó)鈮鉭成礦區(qū)帶秦嶺成礦帶［7-8］。該區(qū)具有長(zhǎng)期、復(fù)雜的構(gòu)造演化歷史和變質(zhì)變形特征，呈現(xiàn)出多層次、多樣式、多機(jī)制、多階段復(fù)雜構(gòu)造變形的特點(diǎn)［9-10］。

加里東期黑云母花崗巖是形成本區(qū)花崗偉晶巖的母巖。二郎坪群大廟組、火神廟組的變質(zhì)巖系地層以及花崗巖的裂隙，則是花崗偉晶巖形成的有利場(chǎng)所。圍巖巖性和構(gòu)造裂隙，是控制巖脈形狀、產(chǎn)狀、規(guī)模的重要因素（圖1）。

1.1 地 層

礦區(qū)地層主要為一套二郎坪群大廟組、火神廟組的變質(zhì)巖系，以及產(chǎn)于山麓溝谷及河流兩側(cè)的第四系沖積、殘坡積物。

（1）下古生界二郎坪群大廟組（Pz1d（mb））。大理巖：淺層—薄層狀、白色、淺灰色、淡肉紅色、褐黃色等。礦物成份以方解石為主，其次常會(huì)有少量的角閃石、透輝石、透閃石、白云母、黃鐵礦等。

（2）下古生界二郎坪群火神廟組（Pz1h）。石英片巖及云英片巖（Pz1h（λχτ））灰白—暗灰色，主要礦物成份為石英、白云母，其次為微斜長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石、黑云母等，含大量榍石、磁鐵礦、磷灰石、鋯石、獨(dú)居石等，受蝕變交代后可見(jiàn)綠泥石、綠簾石、透輝石、重晶石、絹云母、矽線石、金紅石、透閃石、黃鐵礦等。角閃片巖、鈣質(zhì)角閃片巖、石英角閃片巖（Pz1h（sch））礦物成分主要為角閃石，次為石英、黑云母、輝石、斜長(zhǎng)石、榍石、磷灰石等。蝕變后可見(jiàn)透輝石、綠簾石、透閃石、綠泥石、方解石等。

（3）第四系殘、坡積及沖積層（Q）。主要由黃褐色—黑褐色腐植土和砂質(zhì)黏土以及細(xì)砂和礫石組成。

1.2 巖漿巖

區(qū)內(nèi)侵入巖以早古生代黑云母二長(zhǎng)花崗巖（ηγβPz1）為主，次為含黑云母二長(zhǎng)花崗巖（ηγPz1）、晚古生代花崗巖（γPz2）、偉晶巖及酸性脈巖類。區(qū)內(nèi)花崗偉晶巖脈成群分布于五垛山、石門巖體的內(nèi)外接觸帶，受區(qū)域構(gòu)造控制，呈斷續(xù)帶狀沿北西西—南東東向展布，普遍含稀有、稀土元素礦物。具水平分帶特征，自五垛山、石門巖體由近及遠(yuǎn)依次為Ⅰ帶（黑云母型花崗偉晶巖帶）、Ⅱ帶（二云母型花崗偉晶巖帶）、Ⅲ帶（白云母型花崗偉晶巖帶），自Ⅰ帶→Ⅱ帶→Ⅲ帶，Ta、Nb礦物由貧→富。

1.3 構(gòu) 造

礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡(jiǎn)單，主要受南河店—板山坪—洞街復(fù)背斜控制，位于復(fù)背斜的西南翼，呈單斜構(gòu)造。次級(jí)褶皺輕微，只見(jiàn)有小的撓曲和牽引褶曲，斷裂種褶曲對(duì)巖脈的產(chǎn)出影響不大。

本區(qū)節(jié)理裂隙發(fā)育，是控制偉晶巖脈形成的主要構(gòu)造因素。發(fā)育在花崗巖中的節(jié)理為冷縮節(jié)理，一般走向近于東西，傾向南或北，傾角為20°～40°。發(fā)育在變質(zhì)巖中的節(jié)理，以張節(jié)理為主，剪切節(jié)理次之。張節(jié)理走向北西，傾向南西，傾角為20°～30°。剪切節(jié)理走向北東，傾向南東或北西，傾角為20°～30°。與區(qū)域構(gòu)造線近于直交。張節(jié)理走向大致與片巖片理一致，傾角相反，且小于片理傾角，規(guī)模不一，長(zhǎng)30～150 m。節(jié)理面粗糙，常呈波浪狀。剪切節(jié)理走向大致與片理走向近于直交，節(jié)理面較為規(guī)整。其中發(fā)育在變質(zhì)巖中的張節(jié)理為主要控礦構(gòu)造。

1.4 礦體地質(zhì)特征

該礦區(qū)共發(fā)現(xiàn)了K235、K226、K178、K90、K16、K45 共6 條礦脈，礦體多呈不規(guī)則脈狀、透鏡狀，脈長(zhǎng)為62～250 m，厚0.8～16.96 m，產(chǎn)狀為（20°～255°）∠（20°～70°），（Nb+Ta）2O5品位可達(dá)0.011%～0.056%，Ta2O5品位可達(dá)0.005%～0.021%。其中K16 規(guī)模較大，具有一定代表意義。

K16 位于紙房，巖脈為不規(guī)則透鏡狀，脈長(zhǎng)約為250 m，出露寬度為12～47 m，真厚度為6～20 m，走向?yàn)?10°，傾向?yàn)?0°，傾角為30°～35°，礦化作用和交代關(guān)系密切，一般品位不高，但較穩(wěn)定，（Nb+Ta）2O5為0.01%～0.02%。圍巖為角閃片巖。

全脈由塊體及小塊體結(jié)構(gòu)組成，呈對(duì)稱的帶狀構(gòu)造，脈體中部結(jié)構(gòu)粗大，兩側(cè)漸細(xì)，局部甚至出現(xiàn)中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，小塊體結(jié)構(gòu)帶出露于巖脈中部沿走向斷續(xù)分布，中粗粒結(jié)構(gòu)則占據(jù)主要部位，于巖脈邊沿可見(jiàn)細(xì)粒結(jié)構(gòu)。巖脈礦物以條紋長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石及石英為主；次為白云母、綠柱石及少量石榴子石、電氣石、重晶石等。含鈮鉭稀有金屬主要為鈮、鉭鐵礦、細(xì)晶石、易解石、鋰云母等近17 種礦物。圍巖蝕變主要為鈉長(zhǎng)石化、云英巖化，由鈉長(zhǎng)石化形成之糖粒狀葉片狀鈉長(zhǎng)石，遍及全脈，總量達(dá)20%～30%。葉鈉長(zhǎng)石呈放射狀、菊花狀集合體產(chǎn)于巖脈中部。粒狀鈉長(zhǎng)石往往和石英共生，其間包括有不規(guī)則的微斜長(zhǎng)石殘余體。云英巖化發(fā)育于脈體兩側(cè)的中細(xì)粒結(jié)構(gòu)帶內(nèi)及中粗粒結(jié)構(gòu)帶內(nèi)。鋰云母化十分微弱，產(chǎn)于小塊體結(jié)構(gòu)帶內(nèi)，與鈉長(zhǎng)石集合體共生，鋰云母呈細(xì)鱗片狀，分布于鈉長(zhǎng)石中和灰色石英邊沿。

2 物化探異常特征

（1）1∶20 萬(wàn)重力異常特征。工作區(qū)整體位于秦嶺異常區(qū)北秦嶺異常亞區(qū)，由北向南分為重力低場(chǎng)和重力高場(chǎng)兩部分。布格重力異常值在-80×10-5～-60×10-5ms-2。重力場(chǎng)低值區(qū)主要為五垛山花崗巖基所引起，其間的弱局部重力高異常為酸性巖體之上的古元古界、中生界地層的綜合反映。

（2）1∶20 萬(wàn)重砂異常。分布于區(qū)域中部大莊—桑樹(shù)坪一帶，為鈮、鉭Ⅰ級(jí)異常，呈近橢圓狀，長(zhǎng)約12 km，寬2.7～4 km，異常連續(xù)性好，影響范圍大，與區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)偉晶巖脈位置重合，且處在稀有金屬礦產(chǎn)成礦前景較好的巖體內(nèi)外接觸帶，具有良好的找礦前景（圖2）。

（3）1∶20 萬(wàn)水系沉積物異常。該區(qū)水系沉積物化探異常場(chǎng)表現(xiàn)出明顯的2個(gè)分區(qū)，大致以喬端—瓦穴子斷裂為界，該斷裂以北區(qū)域Nb 異常最高（8×10-6～11×10-6），對(duì)應(yīng)地層主要是二郎坪群大廟組和火神廟組，以南區(qū)域Nb 異常最高（29×10-6），對(duì)應(yīng)巖性為泥盆紀(jì)五垛山黑云二長(zhǎng)花崗巖體。綜合區(qū)域元素異常特征認(rèn)為，鈮鉭礦分布在Ti、Li、Sr、B、Na2O、Nb、Ta元素組合高值異常帶中（圖2）。

3 區(qū)域成礦要素與成礦模式

3.1 成礦要素

基于大莊偉晶巖型鈮鉭礦床地層、構(gòu)造、巖漿巖、物化探異常及礦體地質(zhì)特征的認(rèn)識(shí)，構(gòu)建了該區(qū)域的成礦要素。

3.1.1 成礦時(shí)代

在中元古代—中三疊世成礦構(gòu)造階段，含稀有金屬礦物偉晶巖型礦床緊隨五垛山巖體（鋯石U-Pb為414.5±2.3～418±1.3 Ma）之后形成［11-12］。

3.1.2 大地構(gòu)造位置

大地構(gòu)造位置為二郎坪島弧帶（Pz1）。

3.1.3 礦床空間分布特點(diǎn)

含稀有金屬礦物花崗偉晶巖分布在五垛山巖體外圍的白云母—鋰云母型花崗偉晶巖最為發(fā)育帶，自內(nèi)而外分布為黑云母型花崗偉晶巖（Ⅰ帶）、二云母型花崗偉晶巖（Ⅱ帶）、白云母型花崗偉晶巖（Ⅲ帶）、含稀有金屬礦物型花崗偉晶巖（Ⅳ帶）。

3.1.4 成礦物質(zhì)來(lái)源

含稀有金屬礦物花崗偉晶巖僅出現(xiàn)在I 型花崗巖體周圍，指示成礦物質(zhì)來(lái)自俯沖洋殼重熔或地幔巖漿混染的深部來(lái)源。

3.1.5 礦床特征

控礦構(gòu)造為五垛山花崗巖基外側(cè)伸展、收縮裂隙；礦體形態(tài)為脈狀、囊狀；礦體規(guī)模為10～900 m；常見(jiàn)稀有元素礦物有鈮鉭鐵礦、綠柱石、鋰輝石、錳鈮礦、錳鉭礦、細(xì)晶石、鈉鋰綠柱石、銻鉭礦、銫鋰綠柱石、磷鋰鋁石和銫榴石等；圍巖蝕變鈉長(zhǎng)石化，鋰云母化及白云母—云英巖化。

3.2 成礦模式

東秦嶺花崗偉晶巖型鈮鉭稀有金屬成礦帶的成礦作用發(fā)生在加里東期［13］。偉晶巖源于母體花崗巖分異出的富流體熔體的結(jié)晶作用成為共識(shí)［14］，在花崗巖的上部區(qū)域分散分布年齡相同、成分規(guī)律性變化的偉晶巖脈，從富Be（綠柱石）偉晶巖到Nb-Ta 偉晶巖，最后為L(zhǎng)i-Be-Nb-Ta偉晶巖［15-16］。大莊鈮鉭礦為典型的花崗偉晶巖型礦床，其成礦母巖為五垛山花崗巖體，原始巖漿為地幔巖漿與下地殼局部混染形成的巖漿流體。礦床的形成是多期多階段的產(chǎn)物，成巖過(guò)程分為結(jié)晶分異作用和熱液交代作用2個(gè)主要階段，稀有金屬元素富集成礦與這2個(gè)階段密切相關(guān)。區(qū)內(nèi)偉晶巖脈早期階段以結(jié)晶作用為主，鈮鉭礦的形成主要在后期以交代作用為主的條件下形成。在結(jié)晶作用階段早期，鈮、鉭分別以類質(zhì)同象分散在其它礦物中，從黑云母型→二云母型→白云母型各類巖脈中均有鈮鉭晶出，且以類質(zhì)同象分散于褐簾石、磷釔礦、獨(dú)居石中。偉晶巖脈的分布及結(jié)構(gòu)特征，表現(xiàn)著巖脈結(jié)晶階段的物理環(huán)境礦物結(jié)構(gòu)與鈮鉭礦物含量成正比關(guān)系，在巖脈分異交代良好的地段，鈮、鉭元素有可能形成獨(dú)立礦物，礦化好，含量相對(duì)富集。在交代作用下，巖體周圍自內(nèi)向外形成黑云母化、二云母化、白云母化及鋰云母化的帶狀分布。在通常環(huán)境下，稀有金屬元素與K、Na 以易溶絡(luò)合物的形式賦存在充滿F、Cl、B、CO2、P 的成礦溶液下，隨著成礦作用發(fā)育到一定程度，溫度和壓力下降，稀有金屬絡(luò)合物被破壞，產(chǎn)生堿質(zhì)的交代作用，稀有金屬元素隨之晶出成礦（圖3）［17］。

4 結(jié)論

4.1 找礦遠(yuǎn)景

含稀有金屬花崗偉晶巖脈是鈮鉭礦成礦的先決條件和必要要素，重力、重砂、水系沉積物組合異常較好反映了鈮鉭礦脈體的空間位置、規(guī)模、礦石質(zhì)量等特征。根據(jù)鈮鉭礦地質(zhì)特征及物化探異常特征，圈定了一處找礦靶區(qū)并進(jìn)行深部預(yù)測(cè)。在區(qū)內(nèi)含稀有金屬偉晶巖脈體中深部500 m 以淺賦礦空間內(nèi)，估算出Nb2O5、Ta2O5資源量約1 050 t。

4.2 討論

（1）通過(guò)潛力評(píng)價(jià)分析，得出：①大莊鈮鉭礦床為花崗偉晶巖型鈮鉭礦；②花崗偉晶巖脈主要沿二郎坪群大理巖與五朵山花崗巖接觸帶分布；③花崗偉晶巖脈中鈮、鉭、鋰、鈹?shù)认∮械V物礦化普遍，鈮鉭礦物主要分布在具鈉長(zhǎng)石化的長(zhǎng)石單礦物結(jié)構(gòu)帶內(nèi)；④偉晶巖型鈮鉭礦均分布在剩余重力高值異常條帶中，且主要沿朱夏斷裂帶對(duì)應(yīng)的重力梯度異常帶分布；⑤前后共發(fā)現(xiàn)了K235、K226、K178、K90、K16、K45共6條礦脈，其中K16規(guī)模較大；⑥初步圈定了找礦靶區(qū)。綜合研究區(qū)內(nèi)成礦地質(zhì)條件、成礦物質(zhì)來(lái)源，認(rèn)為該區(qū)中深部具有較大找礦潛力。

（2）構(gòu)建成礦的要素：①成礦巖體為五垛山巖體外圍控制的含稀有金屬礦物花崗偉晶巖；②成礦時(shí)代的鋯石U-Pb 為（414.5±2.3）～（418±1.3）Ma；③成礦環(huán)境為五垛山巖體外圍；④成礦構(gòu)造背景為Ⅲ22二郎坪島弧帶。

（3）總結(jié)的成礦模式：古秦嶺洋于志留紀(jì)發(fā)生聚合碰撞，在巖體侵位之后，源區(qū)殘余流體隨之上升，產(chǎn)生大量的花崗偉晶巖墻，富含揮發(fā)組分的含稀有金屬礦物的偉晶巖帶分布在最上方或最外側(cè)，形成了帶狀展布的花崗偉晶巖型鈮鉭礦。