廣西栗木花崗巖型鈮鉭礦床特征及富集規(guī)律研究

鄧 賓，吳祥珂，張美玲

(1.廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，廣西 南寧 530023；2.廣西壯族自治區(qū)自然資源廳儲(chǔ)評(píng)中心，廣西 南寧 530023)

0 引言

鉭(Nb)、鈮(Ta)元素具有耐高溫、抗腐蝕性強(qiáng)、及超導(dǎo)性等特征，是國(guó)家高精尖產(chǎn)業(yè)的重要材料，現(xiàn)已成為國(guó)家戰(zhàn)略儲(chǔ)備資源[1]。近年來，在自然資源部和中國(guó)地調(diào)局的統(tǒng)一部署下，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所組織實(shí)施的《稀有稀土稀散礦產(chǎn)調(diào)查》，呼吁加強(qiáng)對(duì)三稀礦產(chǎn)資源的戰(zhàn)略研究[2]。依據(jù)2016年中國(guó)選礦技術(shù)網(wǎng)發(fā)布，中國(guó)已探明鈮鉭礦儲(chǔ)量77.3%為花崗巖型，而華南地區(qū)為我國(guó)主要花崗巖型鈮鉭礦分布區(qū)域。江西宜春鈮鉭礦床[3]和廣西栗木黃玉-鋰云母-鈉長(zhǎng)石花崗巖鈮鉭礦床[4]是我國(guó)華南地區(qū)典型的花崗巖型鈮鉭礦床。廣西栗木花崗巖型鈮鉭礦集區(qū)由6處大型、1處中型及多處小型鎢錫礦床組成[5]，不僅是最早發(fā)現(xiàn)的鈮鉭礦床，而且儲(chǔ)量巨大，具有十分重要的研究意義。

對(duì)于鈮鉭礦的分類，按照鈮鉭礦賦存巖石類型，分為巖漿型和沉積型[1]。陳耀南[6]按巖體成因?qū)r漿型鉭鈮礦細(xì)分為石英脈型、長(zhǎng)石石英脈型、花崗偉晶巖脈型和花崗巖型四類。Pollard[7]對(duì)花崗巖型鉭鈮礦以成礦花崗巖特征細(xì)分為堿性花崗巖型、黑云母或白云母花崗巖型及鋰云母-鈉長(zhǎng)石花崗巖型。王汾連[1]結(jié)合礦體的結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征，將巖漿型鈮鉭礦床劃分為偉晶巖型、花崗巖型、堿性巖型及碳酸巖型。王莉娟[8]針對(duì)南嶺花崗巖型鈮鉭礦礦體的富集特征，提出了富鎢型、富鎢錫型和富鈮鉭型的劃分方法。

栗木花崗巖型錫鈮鉭礦在南嶺多金屬成礦帶中不僅規(guī)模巨大，而且是南嶺地區(qū)最先發(fā)現(xiàn)的花崗巖型礦床，前期對(duì)該礦床、成礦巖體做了深入研究，對(duì)礦床的研究主要集中于礦床成礦特征、控礦因素、找礦潛力等方面[9]；對(duì)栗木花崗巖體的研究側(cè)重于花崗巖的成因、演化[10]及年代學(xué)[11]等方面。

栗木花崗巖型鉭鈮礦區(qū)位于廣西桂北恭城縣栗木鎮(zhèn)，礦床成近EW向分布于水溪廟、金竹源等地區(qū)。目前老虎頭、獅子嶺礦床已經(jīng)開采殆盡，因此本文主要采集水溪廟、金竹源花崗巖型鈮鉭礦床樣品進(jìn)行初步研究。文章以《廣西三稀資源綜合研究與重點(diǎn)評(píng)價(jià)》項(xiàng)目為依托，擬在總結(jié)前期研究基礎(chǔ)上，以水溪廟、金竹源兩個(gè)典型花崗巖型鈮鉭礦床為研究對(duì)象，綜合研究南嶺多金屬成礦帶栗木花崗巖型鈮鉭礦床特征及富集規(guī)律。

1 礦床地質(zhì)特征

1.1 礦區(qū)地質(zhì)

栗木礦區(qū)大地構(gòu)造處于南嶺構(gòu)造帶中段，桂東北坳陷北東緣，灌陽(yáng)至富川褶斷帶中部，恭城復(fù)式向斜的北段[12]。

栗木礦區(qū)主要出露地層由老到新依次為寒武系、泥盆系及石炭系，其中，寒武系僅出露邊溪組(∈b)，為淺海相復(fù)理石建造，巖性為淺變質(zhì)砂巖、砂頁(yè)巖、板巖等[13]；泥盆系與寒武系呈角度不整合接觸，出露地層為蓮花山組(D1l)、那高嶺組(D1n)、郁江組(D2y)、東崗嶺組(D2d)、融縣組(D3r)，主要巖性以碳酸鹽巖、粉砂巖、砂頁(yè)巖和礫巖等為主的碎屑巖建造；石炭系與泥盆系呈斷層接觸，出露下石炭統(tǒng)的堯云嶺組與英塘組并層(C1y-yt)、巴平組(C1b)及黃金組與寺門組并層(C1h-s)[前人稱為巖關(guān)階(C1y)與大塘階(C1d)]，為碳酸鹽巖建造，巖性為灰?guī)r。

栗木礦區(qū)中主干構(gòu)造線為SN向恭城—栗木斷裂，褶皺系為SN向平行排列的平緩開闊褶皺及NE、NW和NNE向次級(jí)斷裂組成的基本構(gòu)造格架。其中金竹源礦床受到NNE向斷裂控制，水溪廟礦床受到SN向及NE向斷裂共同作用(圖1)。

圖1 栗木礦田地質(zhì)簡(jiǎn)圖 (據(jù)文獻(xiàn)[14]修改)

礦區(qū)巖體為栗木復(fù)式巖體，巖體受NE向和SE向斷裂控制，隱伏于寒武系、泥盆系和下石炭統(tǒng)碎屑巖和碳酸鹽巖深部(圖2)[15]。

圖2 栗木礦區(qū)金竹源—水溪廟A—B地質(zhì)剖面圖(據(jù)文獻(xiàn)[15]修改)

栗木花崗巖為陸殼變泥質(zhì)巖類重熔改造形成的S型花崗巖，為前寒武系或寒武系深層位的泥砂質(zhì)碎屑巖在相對(duì)高壓低溫的條件下經(jīng)部分熔融形成[16]。該區(qū)域在印支早期巖體形成于造山擠壓背景，隨著主碰撞期之后的伸展垮塌的到來，地殼處于走滑擠壓構(gòu)造體制，巖石圈減薄導(dǎo)致減壓，從而使地殼底部發(fā)生部分熔融，在深部EW向和NE向兩組構(gòu)造斷裂交匯處形成巖漿，巖漿富含以絡(luò)合物形式存在的Sn、W、Ta、Nb等成礦元素的流體，沿上部SN向斷裂構(gòu)造薄弱帶上升侵位，巖體頂突部位形成了老虎頭、水溪廟、金竹源等鉭鈮礦床，斷裂起到了巖漿通道的作用[17]。

1.2 礦體產(chǎn)出部位

栗木礦區(qū)目前已發(fā)現(xiàn)老虎頭礦床、水溪廟礦床和金竹源礦床三處花崗巖型錫鈮鉭礦床，其中老虎頭礦床已經(jīng)開采殆盡。三處花崗巖型錫鈮鉭礦床礦體主要受栗木巖體及構(gòu)造控制，礦體厚度變化大，呈似層狀連續(xù)分布于栗木侵入巖體頂部，礦體為第三幕花崗巖體，地層控礦不明顯。綜合研究水溪廟、金竹源礦床錫礦體與鈮、鉭礦體的共生關(guān)系是緊密相連，漸變過渡(圖3、圖4)。

圖3 金竹源礦床鈮鉭礦體關(guān)系圖

圖4 水溪廟礦床鈮鉭礦體關(guān)系圖(據(jù)文獻(xiàn)[9，18]修改)

石英脈型鎢錫礦床主要產(chǎn)出于栗木花崗巖體西南部香檀嶺和花崗巖體東北側(cè)牛欄嶺；長(zhǎng)石石英脈型鎢錫礦床主要分布于栗木花崗巖體中部水溪廟處和三個(gè)黃牛處，整體呈水平分布；花崗偉晶巖脈型錫鉭鈮礦體主要產(chǎn)于水溪廟礦床，礦體嚴(yán)格受鐵鋰云母-鋰云母鈉長(zhǎng)石花崗巖體和斷裂構(gòu)造控制，礦體與巖體相連呈脈狀產(chǎn)出于上泥盆統(tǒng)融縣組灰?guī)r及大理巖地層中，呈樹枝狀順斷裂構(gòu)造展布。

2 樣品采集與分析

本次調(diào)查針對(duì)水溪廟礦床和金竹源鈮鉭礦床，選取不同中段，針對(duì)兩個(gè)礦床的五個(gè)分帶，進(jìn)行了系統(tǒng)的樣品采集。樣品的巖性主要包含了兩個(gè)礦床不同的含礦層位，巖性主要為花崗偉晶巖、富鈉長(zhǎng)石花崗巖、貧鈉長(zhǎng)石花崗巖。同時(shí)，收集了汪恕生對(duì)Ⅰ帶螢石-鋰云母細(xì)脈帶和Ⅱ帶鎢錫長(zhǎng)石石英帶的部分?jǐn)?shù)據(jù)[19]。

采樣方法為刻槽采樣，主要分析了氧化鈮、氧化鉭及伴生元素。分析測(cè)試由國(guó)家地質(zhì)測(cè)試中心進(jìn)行，分析數(shù)據(jù)見表1。

表1 栗木礦床礦石含量及微量元素特征

3 討論

3.1 成礦年代

20世紀(jì)80—90年代的初期，徐啟東[20]運(yùn)用多種同位素定年方法(K-Ar法，Rb-Sr法，鋯石U-Pb熔融法)對(duì)栗木礦區(qū)花崗巖的形成年代進(jìn)行了研究，獲得年齡為235 Ma～160 Ma，屬印支晚期至燕山早期產(chǎn)物，并將其劃分為三幕：第一幕為細(xì)粒斑狀鐵白云母花崗巖(184 Ma～235 Ma)；第二幕是栗木巖體的主體(173 Ma～204 Ma)，巖性以中—粗粒(似)斑狀鋰鐵白云母花崗巖為主，呈大巖基產(chǎn)出；第三幕是鉭、鈮、錫礦體的主要賦存部位，巖性為細(xì)—中粒鐵鋰云母(或鋰云母)鈉長(zhǎng)石花崗巖(為159 Ma～195 Ma)。李勝虎[21]運(yùn)用與錫礦化密切相關(guān)的花崗巖中的白云母40Ar/39Ar 法，獲得成礦年齡(相當(dāng)于前人劃定的第三幕花崗巖)為214 Ma±；張懷峰[16]運(yùn)用 LA-ICP-MS 鋯石 U-Pb 定年，獲得大岐嶺巖體的中—粗粒白云母二長(zhǎng)花崗巖(相當(dāng)于前人劃分的第二幕花崗巖)成巖年齡為(224.8±1.6)Ma；康志強(qiáng)[9]運(yùn)用SHRIMP鋯石U-Pb年齡測(cè)試，獲得栗木金竹源和三個(gè)黃牛花崗巖體(相當(dāng)于前人劃分的第二幕花崗巖)，年齡結(jié)果分別為(214.0±5.0)Ma和(218.3±2.4)Ma，同時(shí)其研究栗木金竹源云英巖化花崗巖(相當(dāng)于前人劃)的第三幕花崗巖)，運(yùn)用白云母40Ar-39Ar 法，獲得其年齡為(212.4±1.4)Ma。因此通過最新方法的研究，栗木礦區(qū)三幕巖漿巖成巖、成礦年齡同為晚三疊世，是同一期次巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物，認(rèn)為印支期是鈮鉭成礦的一個(gè)重要時(shí)期。

3.2 成礦模式

在巖漿分異逐次侵入發(fā)展過程中，即從早期第一幕→第二幕→晚期第三幕，礦床中的鈉長(zhǎng)石、黃玉逐漸增多；含礦性由不含礦→含鎢、錫礦→含鈮、鉭、鎢、錫礦。第三幕花崗巖以富含鈉長(zhǎng)石、黃玉和鈮、鉭礦為特征[22]。

礦區(qū)大量的鉆孔資料表明，礦體均位于含礦巖體的頂部，顯示含礦巖體在垂向上表現(xiàn)為由巖體的深部向頂部，鈮、鉭的含量由低到高。鈮、鉭含量由巖體下部至上部(第一幕→第三幕)普遍增高，均與巖體高程成正比關(guān)系。

在水溪廟和金竹源兩個(gè)隱伏礦床，第三幕主要賦礦巖體在垂向空間上具有典型巖漿演化分帶特征。垂向上，礦石品位受巖性控制，礦體分帶受巖漿演化控制，圍繞成礦巖體的礦化分帶，表現(xiàn)為礦體、礦(巖)脈、細(xì)脈，依巖體的遠(yuǎn)近順序遞變的垂直帶狀分布(圖5)。

圖5 水溪廟礦床垂直分帶示意圖 (據(jù)文獻(xiàn)[19]修改)

3.3 富集特征

從上而下分為五個(gè)帶：(Ⅰ)鋰云母螢石細(xì)脈帶，是礦床的最外帶，該帶是尋找隱伏花崗巖型錫鈮鉭礦床的地表標(biāo)志帶[22]；該帶礦石中Nb2O5、Ta2O5、Sn品位低，w(Ta2O5)100。(Ⅱ)鎢錫長(zhǎng)石石英脈帶，是含Ta、Nb的隱伏花崗巖中Sn最富集的部位；Nb2O5、Ta2O5品位較富，w(Ta2O5)w(Nb2O5)，w(Sn)/w(Ta2O5+Nb2O5)比值最低(0.12～0.13)。(Ⅴ)燕山早期第三幕花崗巖帶，有學(xué)者將此帶分為鈉長(zhǎng)石花崗巖及少鈉長(zhǎng)石花崗巖兩個(gè)分帶。該帶鈮鉭礦化變?nèi)?，w(Ta2O5)為(0.003～0.014)×10-6、w(Nb2O5)為(0.003～0.011)×10-6，大多數(shù)樣品中w(Ta2O5)>w(Nb2O5)，w(Sn)/w(Ta2O5+Nb2O5)比值較富鈉長(zhǎng)石花崗巖帶高，但變化大(0.026～5.01)；此帶Ta、Nb一般達(dá)不到工業(yè)要求。

鈮鉭礦床中的微量元素是有效找礦指標(biāo)，其中成礦元素Nb、Ta和主要伴生元素鉍(Bi)為主要找礦標(biāo)志元素；而堿金屬鈹(Be)和穩(wěn)定元素鈦(Ti)是遠(yuǎn)程指示元素，僅在鉭鈮礦體及其前緣形成明顯異常，它們是礦體尾部的有效指示元素[19]。

在水溪廟與金竹源巖漿巖(即Ⅳ、Ⅴ帶中)中，從巖體上部富鈉長(zhǎng)石花崗巖→貧鈉長(zhǎng)石花崗巖，雖然Cu、Pb、Zn含量具有不同程度升高。但其不是主要含礦指示元素，而礦體賦存的主要指示元素Bi具有降低趨勢(shì)，表示巖體下部遠(yuǎn)離礦體賦存區(qū)；同時(shí)Be含量明顯降低，Be異常不明顯，表示其已經(jīng)為礦體尾部，說明巖體在下部貧鈉長(zhǎng)石花崗巖中含礦性差。因此本文認(rèn)為水溪廟礦區(qū)-25中段及金竹源礦區(qū)190中段的深部存在鈮鉭礦體可能性不大，找礦應(yīng)向礦體外圍隱伏巖體尋找。

4 結(jié)論

1)水溪廟礦床和金竹源鈮鉭礦床中礦體主要為Ⅲ帶-花崗偉晶巖、花崗巖枝帶與Ⅳ帶-富鈉長(zhǎng)石花崗巖帶，垂向上鈮鉭含量由巖體下部至上部(第一幕→第三幕)逐漸增高，均與巖體高程成正比關(guān)系。

2)水溪廟礦床和金竹源鈮鉭礦床主要受第三幕巖漿巖侵位、控礦斷裂構(gòu)造及蝕變分帶控制，成礦時(shí)代主要受第三幕巖漿巖成巖時(shí)代制約，為晚三疊世。

3)水溪廟礦床和金竹源鈮鉭礦床找礦潛力巨大，鈮鉭礦主要受巖體控制，后續(xù)找礦突破因依據(jù)構(gòu)造、蝕變，重點(diǎn)針對(duì)Ⅲ帶-花崗偉晶巖、花崗巖枝帶、Ⅳ帶-富鈉長(zhǎng)石花崗巖帶外圍尋找。