河南省瓦窯溝地區(qū)鋰鈮鉭成礦地質(zhì)背景與礦床特征

黃 璞，武守榮，錢 誠，包民偉

(1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)勘查院，河南 鄭州 450000；2.河南省豫礦資源開發(fā)集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450000)

0 前 言

稀有金屬因其具有諸多特殊、優(yōu)異的理化性能，被廣泛用于航天、裝備制造業(yè)、新型材料、節(jié)能環(huán)保、軍事國防等多個(gè)領(lǐng)域，是我國較為短缺但不可或缺的戰(zhàn)略性關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)資源[1-4]。河南省盧氏縣瓦窯溝地區(qū)位于華北板塊與揚(yáng)子板塊2大構(gòu)造單元之間，帶狀展布省內(nèi)大規(guī)模的偉晶巖脈群，帶狀展布的花崗偉晶巖型鈮鉭鋰礦位于其中，花崗偉晶巖是重要賦礦巖石。現(xiàn)有研究主要集中在銻、金、銅、云母等礦產(chǎn)，稀有金屬礦有關(guān)研究工作相對較少[5-8]，通過現(xiàn)有資料和研究分析其地質(zhì)背景和礦床特征，可供其他地區(qū)參考。

1 礦床發(fā)現(xiàn)過程及其礦床概況

自20世紀(jì)60年代起，研究區(qū)內(nèi)開展了白云母偉晶巖初、詳查地質(zhì)工作，初步查明區(qū)內(nèi)偉晶巖及白云母礦產(chǎn)特征，并陸續(xù)對稀有金屬礦產(chǎn)儲(chǔ)量進(jìn)行評(píng)估。以往區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)工作多以銻、金、銅、云母礦為主；與稀有金屬礦有關(guān)的勘查評(píng)價(jià)工作極少，且缺少系統(tǒng)的綜合性評(píng)價(jià)。區(qū)域上，也僅對個(gè)別礦化偉晶巖脈進(jìn)行了極稀疏的槽探、鉆探工程施工，總體工作程度低，綜合評(píng)價(jià)依據(jù)也不充分。本次研究是在河南省鈮鉭礦潛力評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行瓦窯溝鋰鈮鉭礦的預(yù)查工作，共發(fā)現(xiàn)具一定規(guī)模的不同類型的偉晶巖脈481條，構(gòu)成了3個(gè)偉晶巖密集區(qū)(官坡、黃柏溝、龍泉坪)。圈定了3個(gè)稀有金屬礦區(qū)，揭露圈定稀有金屬礦體45個(gè)，其中規(guī)模較大的23個(gè)，并對資源量進(jìn)行了初步估算，礦石量約為536.81萬t。

2 區(qū)域地質(zhì)背景

本區(qū)位于華北板塊與揚(yáng)子板塊之間[6]，屬秦祁昆造山帶北秦嶺弧盆系，以朱陽關(guān)-夏館斷裂帶為界(見圖1)，北側(cè)為北秦嶺弧后盆地，南側(cè)為北秦嶺基底雜巖(巖漿弧)。古秦嶺洋經(jīng)歷擴(kuò)張與收縮變形，并在志留紀(jì)因碰撞產(chǎn)生Ⅰ型花崗巖漿。巖體不斷侵位，殘余流體上涌，于本區(qū)內(nèi)產(chǎn)出大規(guī)?；◢弬ゾr墻(見圖2)，進(jìn)而形成帶狀展布的花崗偉晶巖型鈮鉭鋰鈹?shù)V，其產(chǎn)生標(biāo)志著碰撞造山階段的結(jié)束。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造

圖2 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)

區(qū)域地層是中淺變質(zhì)的細(xì)碧巖-角斑巖夾碎屑巖組合和中深變質(zhì)的碎屑巖-碳酸鹽巖組合，北西西向構(gòu)造十分發(fā)育，巖漿熱液活動(dòng)頻繁，中酸性巖體發(fā)育廣泛，與區(qū)內(nèi)成礦密切相關(guān)，變形變質(zhì)作用強(qiáng)烈，區(qū)域成礦地質(zhì)條件優(yōu)越。

2.1 地層

研究區(qū)位于華北地層區(qū)北秦嶺分區(qū)南召小區(qū)。

1)古元古界秦嶺巖群分布于研究區(qū)東南部，分石槽溝巖組和雁嶺溝巖組。石槽溝巖組巖性以花崗質(zhì)片麻巖、石榴矽線片麻巖、黑云斜長片麻巖、大理巖、石英巖為主。雁嶺溝巖組巖性以大理巖、石英片巖為主。秦嶺巖群與上伏峽河巖群均呈斷層接觸。本巖群是尋找偉晶巖型鈾、石英、云母礦產(chǎn)的有利區(qū)域。

2)中新元古界峽河巖群分布于區(qū)域中南部的大部分地區(qū)，秦嶺巖群南北兩側(cè)，與秦嶺巖群呈斷裂接觸關(guān)系，分為寨根巖組和界牌巖組。巖群為區(qū)內(nèi)花崗偉晶巖脈主要圍巖，也是尋找偉晶巖型稀有金屬礦產(chǎn)及鈾礦的最有利區(qū)域。

3)新元古界寬坪巖群分為廣東坪巖組、四岔口巖組、謝灣巖組。廣東坪巖組巖性主要為鈉長石陽起石綠片巖、鈉長石陽起石片巖、絹云鈉長綠泥片巖夾大理巖、斜長石英片巖，上與四岔口巖組為整合接觸關(guān)系。四岔口巖組巖性主要為云母石英片巖，局部夾透閃石大理巖、斜長角閃片巖等。謝灣巖組巖性主要為綠泥石大理巖、黑云大理巖夾云母石英片巖。寬坪巖群是區(qū)內(nèi)貴金屬礦的成礦源巖。

4)下古生界二郎坪群，主要分布于朱夏斷裂以北，瓦穴子斷裂以南，屬裂陷槽噴發(fā)沉積成因，分火神廟組和大廟組。其中大廟組是區(qū)內(nèi)銅多金屬礦的成礦源巖。

5)上古生界柿樹園組主要分布于瓦穴子斷裂南側(cè)的廟臺(tái)-劉家陰一帶，兩側(cè)與寬坪巖群、二郎坪群呈斷層接觸，與后期五里川組呈不整合(或超覆沉積)接觸。

6)三疊系五里川組呈斷續(xù)帶狀分布于朱夏斷裂與瓦穴子斷裂之間，安坪、白花溝口一帶較窄，五里川北的倉房-上場一帶較寬，與雁嶺溝巖組、火神廟組呈斷層接觸或不整合接觸(超覆沉積接觸)。主要巖性為炭質(zhì)板巖、含炭質(zhì)粉砂質(zhì)絹云板巖、長石石英砂巖、砂質(zhì)板巖夾薄層狀劣質(zhì)煤。

7)白堊系朱陽關(guān)組主要分布于五里川周邊，主要巖性為紫紅色含礫砂巖，紫紅色、灰黃色礫巖，夾有紫紅色頁巖、砂頁巖等。

8)新生界第四系沿河流及其兩岸的溝谷分布，主要為沖洪積物的礫石、砂、砂質(zhì)黏土等。

2.2 構(gòu)造

自北向南規(guī)模較大的褶皺構(gòu)造有安家溝-桐樹店復(fù)式向斜、架溝-楊家莊復(fù)式向斜、大東溝復(fù)式背斜。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜，主構(gòu)造線走向?yàn)楸蔽魑飨颍瑪嗔褬?gòu)造發(fā)育，形成了一系列向北逆沖的疊瓦式構(gòu)造形式。

2.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)頻繁，侵入巖廣為分布，以中酸性侵入巖為主，自中元古代到中生代均有表現(xiàn)。巖體規(guī)模大小不等，以加里東期和燕山期侵入巖體廣泛分布為特征，為研究區(qū)內(nèi)鋰鈮鉭等金屬礦成礦母巖。

1)中元古代侵入巖

中元古代侵入巖主要分布于區(qū)域東南部，主要巖性為超基性巖和二長花崗巖。①超基性巖：分布于區(qū)域東南部豫陜交界的洋淇溝一帶，呈北西-南東向展布。平面上為長透鏡狀，產(chǎn)于商丹斷裂北側(cè)，構(gòu)造侵位于中新元古界峽河巖群界牌巖組中，巖體邊部變形強(qiáng)烈，主要由純橄欖巖、方輝橄欖巖、透輝巖等組成。②二長花崗巖：主要分布于區(qū)域東南部西井溝-德河一帶，帶狀或長透鏡狀。

2)新元古代侵入巖

新元古代侵入巖主要為片麻狀黑云母二長花崗巖，主要分布于灰池子巖體和漂池巖體之間的黃柏溝地區(qū)，呈不規(guī)則狹長帶狀，侵位于中新元古界峽河巖群寨根巖組中?？傮w走向呈北西-南東向，北傾，傾角30°～55°。

3)早古生代侵入巖

早古生代侵入巖主要呈巖基狀、巖株?duì)町a(chǎn)出，沿構(gòu)造帶尤其是沿深斷裂帶侵入于秦嶺巖群和二郎坪群中。以漂池巖體和灰池子巖體為代表，主體巖性為中粒黑云母花崗巖和中?；◢弾r，局部發(fā)育較多片麻狀花崗巖、花崗偉晶巖脈。

漂池巖體分布在盧氏縣瓦窯溝至西峽縣桑坪南部一帶，為一北西西向延伸的極不規(guī)劃狀巖體，出露面積190 km2，侵位于峽河巖群中，被白堊系不整合覆蓋。巖性以片麻狀中細(xì)粒花崗巖為主，局部含少量斑晶，構(gòu)成斑狀花崗巖，巖體西北邊部還發(fā)育有片麻狀蝕變斜長花崗巖。各巖石類型之間呈漸變關(guān)系。

灰池子巖體出露于研究區(qū)西南部，呈北西西-南東東向，出露面積約325 km2。灰白色至淺肉紅色，巖性以含石榴黑云母二長花崗巖、花崗閃長巖為主，西部、北部出露有花崗閃長巖。礦物成分以斜長石、石英、鉀長石、黑云母為主，其次有白云母、綠泥石、綠簾石等。在巖體內(nèi)外接觸帶，偉晶巖脈成環(huán)帶狀分布，二者間應(yīng)具密切的成因關(guān)系。

另外，在寺合院-竹園一帶的二郎坪群地層中，分布有含黑云母二長花崗巖；在郭家?guī)X巖體北部分布有細(xì)中粒角閃石英二長巖。

4)晚古生代侵入巖

晚古生代侵入巖較少，僅在瓦穴子斷裂東段南側(cè)出露，位于二郎坪群火神廟組，呈不規(guī)則帶狀分布。主要巖性為二長花崗巖。

5)中生代侵入巖

中生代侵入巖主要呈巖體、巖株、帶狀分布于區(qū)域西北、東北部，以及瓦穴子斷裂和朱夏斷裂之間。其中區(qū)域西北部的蟒嶺巖體橫跨豫、陜兩省，巖性主要為黑云母二長花崗巖、斑狀黑云母二長花崗巖；區(qū)域東北部的郭家?guī)X巖體南側(cè)為中細(xì)粒二長花崗巖；瓦穴子斷裂和朱夏斷裂之間的石英閃長巖、花崗斑巖的形成應(yīng)與深大斷裂的中生代復(fù)活運(yùn)動(dòng)關(guān)系密切。

2.4 區(qū)域礦產(chǎn)及分布

研究區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)豐富，有銻、金、銅、稀有金屬(鈮、鉭、鋰、鈹、銫)、鉛、鐵等多種金屬和非金屬礦產(chǎn)。

3 礦床地質(zhì)特征

礦區(qū)內(nèi)地層主要有：石槽溝巖組、寨根巖組、界牌巖組、火神廟組、五里川組、新生界第四系。褶皺發(fā)育有：架溝-楊家莊復(fù)式向斜、磨溝背斜、大東溝復(fù)式背斜、耿家店同斜向斜、瓦窯溝復(fù)式向斜、大中山緊閉背斜、薛家溝緊閉向斜。研究區(qū)東南部巖漿活動(dòng)頻繁，以中酸性侵入巖為主，自新元古代到早古生代均有發(fā)育。

1)新元古代侵入巖主要分布在黃柏溝地區(qū)，呈不規(guī)則狹長帶狀平行產(chǎn)出，侵位于中新元古界峽河巖群寨根巖組中。總體走向?yàn)楸睎|-南東向，北傾，傾角30°～55°。西段被灰池子巖體巖枝穿插侵入，侵入界線不明顯，邊緣帶混合巖化作用明顯。主要巖性為片麻狀黑云母二長花崗巖，局部夾雜黑云母斜長花崗巖。

2)早古生代侵入巖主要為漂池巖體、灰池子巖體及成群出露的偉晶巖脈。①漂池巖體：僅出露于研究區(qū)東北部，侵位于峽河巖群中。巖性以中細(xì)粒含黑云母二長花崗巖、含石榴黑云母二長花崗巖為主，局部含少量斑晶。②灰池子巖體：位于研究區(qū)西南部，西侵至陜西商南縣境內(nèi)。巖性以含石榴黑云母二長花崗巖、花崗閃長巖為主，主要礦物為斜長石(35%～45%)、鉀長石(20%～40%)、石英(25%～30%)、黑云母(2%～3%)、白云母(1%)、鐵鋁榴石(1%～3%)。

花崗偉晶巖脈主要形成于志留紀(jì)，表現(xiàn)為多個(gè)花崗偉晶巖脈密集區(qū)。主要分布于官坡、黃柏溝、龍泉坪一帶，構(gòu)成河南省規(guī)模較大的偉晶巖脈群。巖脈空間上受灰池子巖體控制。研究區(qū)中部有數(shù)條輝長巖脈，0.2～3.5 km不等，透鏡狀為主，灰褐色，中粗結(jié)構(gòu)。

4 礦體地質(zhì)特征

研究工作，圈定稀有金屬礦體45個(gè)，其中規(guī)模較大礦體23個(gè)，長45～500 m，厚0.48～20.5 m，w(Nb2O5)為0.006%～0.113%，w(Ta2O5)為0.004%～0.540%，w(BeO)為0.028%～1.134%，w(Li2O)為0.03%～2.52%(見表1)。劃分出火炎溝鉭鈹?shù)V區(qū)、龍?zhí)稖镶斻g礦區(qū)、七里溝鋰鈹鉭礦區(qū)3個(gè)稀有金屬礦區(qū)，黃柏溝、龍泉坪地區(qū)數(shù)條黑云母、二云母型花崗偉晶巖型鈾礦(化)脈具伽馬放射性異常，其他地區(qū)或類型的偉晶巖及圍巖放射性強(qiáng)度均較低，對人體無害。發(fā)現(xiàn)部分黑云母、二云母偉晶巖脈體具較強(qiáng)的放射性，具有鈾礦找礦前景。

表1 礦體情況一覽

1)火炎溝鉭鈹?shù)V區(qū)

區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)具一定規(guī)模的不同類型的偉晶巖脈計(jì)有26條，其中白云母型花崗偉晶巖脈16條，稀有金屬礦(化)偉晶巖脈10條，圈出鉭鈹?shù)V體21個(gè)。礦體長度90～500 m，厚度0.83～12.13 m，傾向210°～260°，傾角72°～87°，規(guī)模較大的8個(gè)，BeO品位總體較高，w(Ta2O5)為0.004%～0.028%，w(BeO)為0.012%～1.134%。

2)龍?zhí)稖镶斻g礦區(qū)

區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)具一定規(guī)模的不同類型的偉晶巖脈計(jì)25條，其中白云母型花崗偉晶巖16條，稀有金屬礦(化)偉晶巖脈9條。

通過地表工程揭露取樣和深部工程控制，初步圈出鈹鉭礦體7個(gè)。礦體長度160～400 m，厚度0.48～3.81 m，傾向20°～200°，傾角60°～82°，其中規(guī)模較大的礦(化)體有4個(gè)，部分礦體控制斜深20～170 m，w(Ta2O5)為0.004%～0.018 1%，w(BeO)為0.003%～0.143%。

3)七里溝鋰鈹鉭礦區(qū)

區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)具一定規(guī)模的不同類型的偉晶巖脈計(jì)有32條，其中白云母型花崗偉晶巖脈8條，含稀有金屬型的花崗偉晶巖脈24條，通過地表工程揭露取樣，初步圈出鋰鈹鉭礦體17個(gè)，伴生銣、銫，其中規(guī)模較大的礦體有11個(gè)。礦體長度45～230 m，厚度0.59～20.52 m，傾向95°～300°，傾角10°～87°，w(Ta2O5)為0.005%～0.035%，w(BeO)為0.007%～0.151%，w(Li2O)為0.04%～2.52%。

5 礦石質(zhì)量

礦石礦物主要為以下幾種：①鈮鐵礦為晶體，呈柱狀、針狀，鐵黑色至暗褐紅色，性脆，是礦石中主要的有用礦物，鉭鈮鐵礦的最大粒度約為0.5 mm，一般為0.04～0.2 mm，最小為0.01 mm。②鉭鈮鐵礦為薄板狀、長條狀和粒狀集合體，呈黑色或條痕褐紅色，有金屬光澤，性脆，常段裂成板片狀，次貝殼狀端口，晶面可見縱紋。以粒間和沿裂隙充填形式零星賦存于礦石中，常與石英、長石連生，以包裹形式賦存于石英粒狀集合體中，較常見，破碎到0.074 mm，基本單體解離。③綠柱石為白色、淺黃綠色，柱狀晶體，大小不一，長0.5～2 mm，以玻璃光澤為主，亦有油脂光澤，有時(shí)黯淡無光，貝殼狀斷口及不平坦?fàn)顢嗫冢捕雀?，主要產(chǎn)于石英共生或生于石英之中。④鋰輝石為淡灰白色、淡黃色、淡綠色及鐵銹色，偏平的板柱狀及柱狀，晶體多完整，呈玻璃色澤、土狀光澤，解理面上呈絲絹光澤，中-低硬度。⑤鋰云母為鱗片狀，球狀集合體，淡玫瑰紅色，具撓性，硬度低，呈絲絹光澤、珍球光澤或玻璃光澤。⑥錳鉭礦為淡棕紅色、褐紅色、條痕棕紅色、褐紅色或黃色，板狀，呈半金屬-玻璃光澤，中等硬度，性脆，斷口不平坦。⑦細(xì)晶石多為淺黃色、黃綠色，有時(shí)為灰白色，粉末呈黃色，晶形為八面體、菱形十二面體及細(xì)粒狀聚集體，呈樹脂光澤或玻璃光澤，中低硬度，性脆。⑧鋰電氣石為紅色、淡紅色、淺紫紅色、玫瑰紅色、淺綠色等，三方柱狀、柱狀集合體，長5～10 mm，呈玻璃光澤，硬度大，斷面呈球狀三角形、不明顯的貝殼狀斷口，常與石英、鋰云母等共生。

研究區(qū)內(nèi)礦石的主要結(jié)構(gòu)類型為偉晶結(jié)構(gòu)、粒狀結(jié)構(gòu)等，礦石構(gòu)造類型主要為塊狀構(gòu)造、碎裂構(gòu)造。研究區(qū)內(nèi)共有4種礦石類型，分別為：鉭鈹?shù)V石、鈹鉭礦石、鋰輝石型鋰鈹鉭礦石、鋰云母型鋰鈹鉭礦石。

6 控礦條件分析

花崗偉晶巖脈為控制研究區(qū)稀有金屬成礦的主要因素，其總體呈不規(guī)則斷續(xù)帶狀沿北西西-南東東方向展布于灰池子花崗巖體的東部外接觸帶內(nèi)(見表2)。

表2 各密集區(qū)花崗偉晶巖類型統(tǒng)計(jì)

偉晶巖脈厚度從數(shù)米至數(shù)百米不等，長度在數(shù)米到數(shù)千米之間，以脈狀為主，產(chǎn)狀與構(gòu)造產(chǎn)狀基本一致。

6.1 偉晶巖脈結(jié)晶分異、交代特征

分異程度與交代作用呈現(xiàn)一定的負(fù)相關(guān)性，礦化從黑(二)云母偉晶巖、白云母偉晶巖到含稀有金屬礦物型偉晶巖，含礦程度依次增強(qiáng)。

6.2 成礦成因

礦區(qū)花崗偉晶巖脈的同源母巖巖體成巖年齡較為接近，均為早古生代產(chǎn)出[9-10]。志留紀(jì)古秦嶺洋聚合碰撞[11-13]，首先產(chǎn)出熔融的漂池巖體，隨后產(chǎn)出灰池子巖體，偉晶巖脈也隨之同期產(chǎn)出。

區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜，斷裂構(gòu)造發(fā)育；巖漿巖廣泛出露，活動(dòng)期次多?；页刈訋r體與成礦關(guān)系密切，偉晶巖脈群位于該巖體與圍巖的內(nèi)接觸帶上，空間上受其控制；脈體產(chǎn)狀與灰池子巖體、構(gòu)造產(chǎn)狀相協(xié)調(diào)，總體走向與區(qū)域構(gòu)造線一致。礦(化)體產(chǎn)出于偉晶巖脈中，圍巖蝕變僅在地表輕微顯示，綜合而論，礦床為花崗偉晶巖型稀有金屬礦，以交代作用為主。

7 結(jié) 論

河南省瓦窯溝地區(qū)鋰鈮鉭礦床區(qū)位于華北板塊與揚(yáng)子板塊2大構(gòu)造單元之間，屬秦祁昆造山帶北秦嶺弧盆系。古秦嶺洋經(jīng)歷擴(kuò)張與收縮變形，并在志留紀(jì)因碰撞產(chǎn)生Ⅰ型花崗巖漿。巖體不斷侵位，殘余流體上涌，于區(qū)內(nèi)產(chǎn)出大規(guī)?；◢弬ゾr墻，進(jìn)而形成帶狀展布的花崗偉晶巖型鈮鉭鋰鈹?shù)V。偉晶巖脈群位于灰池子巖體與圍巖的內(nèi)接觸帶內(nèi)，空間上受其控制，礦(化)體產(chǎn)出于偉晶巖脈中，多為脈狀、透鏡狀，具局部膨大及分支復(fù)合現(xiàn)象。該礦床為花崗偉晶巖型稀有金屬礦床，成礦方式以交代作用為主。區(qū)域上分布大規(guī)模的偉晶巖脈群，具有良好的鋰鈮鉭等稀有金屬成礦遠(yuǎn)景。