武当地区与碱性岩有关的铌、稀土矿特征及找矿方向

吴昌雄, 方 鑫, 鄢 华

(1.湖北省地质局 第六地质大队,湖北 孝感 432000; 2.湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034; 3.西部钻探克拉玛依录井工程公司,新疆 克拉玛依 834000)

武当地区与碱性岩有关的铌、稀土矿特征及找矿方向

吴昌雄1, 方 鑫2, 鄢 华3

(1.湖北省地质局 第六地质大队,湖北 孝感 432000; 2.湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034; 3.西部钻探克拉玛依录井工程公司,新疆 克拉玛依 834000)

湖北省三稀资源丰富,武当地区与碱性岩有关的铌、稀土矿有着巨大的找矿前景,其典型矿床庙垭铌、稀土矿储量居世界前列。该矿床位于东秦岭武当山隆起的西南缘,出露元古代—新生代地层,以活动类型和稳定类型的交替沉积为特征。其矿体受南北走向断层控制,产于碱性杂岩体中,具有岩体即矿体的特征。而武当地区发育有多处碱性岩带,该区有望发现一批中大型铌、稀土矿床。

铌矿; 稀土矿; 碱性岩; 武当地区

三稀资源对现代工业具有极其重要的意义,在钢铁工业、航空航天、国防军工及核工业等各项领域中均有着广泛的应用,是重要的战略性资源。

中国三稀资源丰富,稀土资源占世界首位,铌、钽、锂等稀有金属储量位居世界前列,其中铌资源丰富,Nb2O5的工业储量约为660万t,居世界第二位,仅次于巴西[1]。中国铌资源主要分布于内蒙古、湖北和江西。

湖北省三稀资源主要有武当地区与碱性岩有关的铌、稀土矿,大别地区沉积变质型重稀土矿,鄂西南地区与黑色岩系有关的硒矿,鄂南地区与花岗岩有关的独居石砂矿等等。尤其是武当地区与碱性岩有关的铌、稀土矿在全国甚至是世界范围都具有重要的意义,其中,竹山县庙垭铌、稀土矿的铌资源储量排在世界前列(见表1),稀土资源储量也达到特大型规模。

表1 国内外主要铌矿床储量[2-3]

由于种种原因,武当地区与碱性岩有关的铌、稀土矿工作程度很低,仅有竹山县庙垭铌、稀土矿床完成了勘探工作,近年来随着“358找矿战略”行动的实施,特别是2012年全国第二十个成矿带——武当—桐柏—大别成矿带的设立,对该区的地质找矿工作有了很大的推进,并取得了新的进展。

本文对庙垭铌、稀土矿地质特征,成矿物质来源,矿床成因类型等进行了初步探讨,以期对武当地区关于与碱性岩有关的铌、稀土矿的找矿工作有一些帮助。

1 区域地质背景

武当地区属南秦岭地层区,出露元古代—新生代地层,以活动类型和稳定类型的交替沉积为特征。前震旦纪时期,该区主要为武当岩群和耀岭河岩群,以变火山岩和变碎屑沉积岩组合为主;震旦纪时期为台盆相硅泥质岩夹碳酸岩组合;寒武—石炭纪时期,以一套碎屑岩沉积和碳酸岩沉积为主;志留纪早期活动型沉积,为盆相炭硅质沉积—基性、碱性火山碎屑岩沉积—台地碳酸盐与碎屑岩混积,并在中志留世晚期隆升成陆;晚白垩世—全新世沉积为一套湖盆—河流相陆源碎屑沉积。

区内岩浆岩较为发育,岩石种类也比较齐全。侵入岩有超基性岩—基性岩—中、酸性岩—碱性岩等类型出露;火山岩有基性火山岩—中、酸性火山岩等类型出露。形成时代主要为新元古代、古生代、中生代。总体隶属于区域上的竹溪—随枣基性岩带。本文研究的碱性岩主要分布于武当地区的西南缘,为杂岩体,主要为碳酸岩、钙霞正长岩、正长斑岩等。杂岩体总体呈北西向展布,主要受东西向构造控制。已发现的两个杂岩体(庙垭杂岩体、杀熊洞杂岩体)均富含铌、稀土,均达到全岩矿化,部分区段形成工业矿体。此外在区域上还发现次粗面—粗面岩体多个,总面积达到517 km2。岩体顺层侵入震旦—志留纪岩层中,局部还可见次粗面岩侵入到早期的辉长辉绿玢岩中,并偶见其捕虏体。次粗面—粗面岩体铌和轻稀土均较为富集,局部达到矿化。

该区构造较为复杂,主要为东西向、北西向和北东向三组,大体对应了区内加里东、印支和燕山三期大的构造运动。前晋宁期扬子地台北缘产生近大陆岛弧及裂陷,最强烈的火山喷发,堆积武当岩群弧后盆地碎屑沉积和岛弧火山岩,晚期堆积武当岩群弧后盆地碎屑岩堆积于岛弧火山岩之上;晋宁期,扬子地台北缘产生伸展拉张构造,南华系大量基性火山岩喷发及基性侵入体中酸性岩侵入活动,之后接受了边缘海的沉积,由陡山沱组的碎屑开始,到灯影组、寒武系—奥陶系的碳酸盐岩、碎屑岩、含碳泥岩、炭质、硅质岩等。加里东期志留纪早世,扬子地台北缘再次裂陷处于拉张环境,形成古生代竹山裂谷系,有大量的基性岩浆、粗面质岩浆喷发和侵入活动,形成该区内大量的辉斑玄武岩、粗面板岩等。海西期又一次活动,有碱性的正长岩、碳酸岩的侵入。印支期在泥盆纪—三叠纪海相局限盆地的碳酸盐岩和碎屑岩的沉积后华北板块与扬子板块产生陆—陆碰撞、自北向南推覆形成武当—随南推覆构造。

不同时期的构造岩浆活动均有不同类型的矿产相伴生。晋宁期前的火山喷发及岩浆侵入与银金矿、多金属矿有关;耀岭河组的岩浆喷发与火山岩型铁矿、铜矿、金矿有关;海西期碱性正长岩、碳酸岩的侵入与铌矿有关。

2 矿区地质特征

区内最为典型的与碱性岩有关的铌、稀土矿床为庙垭铌、稀土矿,该矿床位于湖北省竹山县得胜镇北7 km,是1963年西北地质局区测队在区域放射性普查中首次发现的,1965年地质部七零一队进行过普查,湖北省第五地质大队于1971—1980年完成了详查—勘探,共施工了钻探 51 961.48 m,控制深度一般为300～400 m。全区共圈出矿体45个,提交资源量Nb2O5:92.9万t,TR2O3:121.5万t,属特大型铌、稀土矿[4]。

矿区出露地层较为简单,北边出露地层主要为下志留统梅子垭组,为一套滨海火山碎屑沉积—正常沉积系列;南边出露主要地层为南华系耀岭河组,为一套变火山岩沉积。铌、稀土矿赋存的含矿杂岩体沿下志留统梅子垭组与南华系耀岭河组之间的断层带侵入。

矿区位于由武当岩群天池垭背斜与下志留统梅子垭组构成的红卫茶场向斜之间的过渡部位。杂岩体构造线走向105°,岩层倾向NE15°,倾角一般60°～80°,片理与层理基本一致。矿区周围构造以紧密褶皱为主和一些高角度的逆冲断层及平推断层,断层走向近东西向,矿区南接触带(F1)及北接触带(F2)两条断层贯穿全区。

区内共出露12个杂岩体,均受到东西向构造控制,其中庙垭含矿杂岩体出露面积最大,含矿性也最好。庙垭含矿杂岩体长2 950 m,宽580～820 m,呈一近东西走向、向北倾斜、向南凸出的似纺锤形岩株,与区域构造线方向基本一致。岩体南侧与耀岭河群呈侵入关系,局部呈断裂接触。围岩普遍破碎,含矿杂岩体常混染有围岩成分,导致岩石成分复杂多样,具体可划分成正长岩和碳酸岩两大类,正长岩类又可细分为正长岩、混染正长岩、正长斑岩和混染钠质正长岩;碳酸岩类可分为黑云母碳酸岩、方解石碳酸岩、含碳方解石碳酸岩和铁白云石碳酸岩(见图1)。

杂岩体由南到北可划分为内部相、过渡相和边缘相三个相带(见图1)。内部相主要由正长岩、黑云母碳酸岩和方解石碳酸岩组成,为主要铌矿体的分布带,并伴有铌—稀土或稀土小矿体。过渡相呈带状纵贯岩体。主要由混染正长岩、混染钠质正长岩组成,在岩体中部及西部出现含碳方解石碳酸岩、铁白云石碳酸岩透镜体,主要赋存铌矿体,铌—稀土矿体主要赋存于含碳方解石碳酸岩内。边缘相分布于岩体北部边缘,被围岩分隔成大小不一的五个透镜体,主要由正长斑岩、混染正长斑岩组成。两端有钠化增强的趋势,矿区规模较大的主要有铌—稀土矿体赋存于此。

3 矿体物化探特征

该区开展的物化探工作较少,仅区域上开展过自然重砂测量、地面伽玛放射性测量和1∶20万分散流测量。矿区勘查期间基本未开展系统的物化探工作。区域性测量在该区发现有明显的独居石、富钍独居石、锆石、褐帘石、磷灰石、铌金红石等矿物的自然重砂异常,强度高达1 000γ的地面伽玛放射性异常和较强的Nb、La、Zr、Th、P、Ba分散流异常,且能很好地指示杂岩体(矿化体)的位置(见图2)。

4 矿体地质特征

矿区通过勘查工作,共发现各类矿体49个。矿体多为似层状、透镜状,其产状与围岩基本一致。矿体规模大小悬殊,小者长数十米,厚数米。大者长1 000～2 000余米,厚数十至200 m以上。其中铌—稀土矿、稀土矿多数为中小型,大型都是铌矿体。大矿体的结构相当复杂,膨胀、分支复杂、尖灭再现等现象屡见。除包含有一些夹石外尚有一些小矿体。夹石多是杂岩体中品位低于指标要求的各类岩石,少部分是围岩残留体。除矿化丰度稍低外,与矿石没有多大差别。

图1 湖北省竹山县庙垭铌—稀土矿床地质平面图Fig.1 Geological plan of niobium-rare earth deposit in Zhushan county,Hubei Province

图2 庙垭矿区物化探异常图Fig.2 Geophysical and geochemical anomaly map of Miaoya mining area1.白垩—第三系;2.下志留统梅子垭组;3.下寒武统—下志留统;4.下寒武统杨家堡组;5.震旦系;6.南华系耀岭河组;7.新元古界南华系;8.庙垭杂岩体及矿(化)体;9.碳酸岩。

整个杂岩体就是一个巨大的矿化体。无论是正长岩类或各种碳酸岩均有明显的矿化现象。矿体没有明显界限,全靠分析结果来圈定。杂岩体有以下矿化特征:

(1) 矿化规模大,几乎岩体即矿体。矿区整个杂岩体的含矿率较高,达64%～67%(各剖面的含矿率见表2)。

表2 杂岩体各剖面矿化率统计表[4]

(2) 各类岩石铌矿化丰度都高,Nb2O5一般都>0.05%,而正长岩类与碳酸岩类相差不大。各类岩石稀土矿化丰度相关较大,正长岩及混染正长岩略低,而铁白云石碳酸岩、含碳方解石碳酸岩、正长斑岩最高,后者TR2O3含量比前者高出4倍还多(见表3)。

(3) 矿体延深大,沿倾向延伸410 m仍有工业矿体。

(4) 矿化向深部有贫化趋势,可能是风化富集所致(见表3)。

表3 各岩石类型含矿丰度统计[4]

(5) 围岩蚀变对矿化有明显的富集作用,尤其是碳酸岩化,其可分为早期方解石化、晚期方解石化和铁白云石化。早期方解石化促进了铌的进一步富集,形成铌矿体。晚期方解石化,特别是铁白云石化,造成了稀土富集的有利场所,形成稀土矿体。

5 矿石矿物及结构构造

矿石矿物成分较为复杂,铌矿物以铌金红石、铌铁矿为主,前者富集于各类正长岩中,后者主要产在正长斑岩、黑云母方解石碳酸岩内。铌矿物多以浸染状、细脉浸染状分布于矿石中,粒径较小,一般为0.5 mm;稀土矿物主要有独居石、氟碳铈矿、氟碳钙铈矿、褐帘石,矿物粒径0.005～0.8 mm,常充填于脉石矿物粒间或呈细脉状分布在各类岩石中;脉石矿物主要有石英、钾长石、钠长石、各种碳酸盐矿物、云母等。

矿石自然类型有正长岩型、混染正长岩型、正长斑岩型、混染钠质正长岩型、黑云母碳酸岩和方解石碳酸岩型、含碳方解石碳酸岩型、铁白云石碳酸岩型。矿石工业类型有铌矿石、铌—稀土矿石、稀土矿石。

矿石大多呈半自形粒状结构,少数呈变余斑状结构、交代残余结构和压碎结构;以浸染状构造、细脉状构造为主,在正长斑岩型矿石中呈块状构造,在混染正长岩型矿石中出现片麻状、片状构造。

6 矿床成因分析

6.1 成矿物质来源

岩体中方解石氧和碳同位素组成均在岩浆碳酸岩范围,δ18O为7.69‰～10.41‰,δ13C为-5.38%～7.27%,具岩浆碳酸岩特征。从岩体的锶同位素初始比值87Sr/86Sr(I)庙垭含矿杂岩体为0.702 9[5],均低于当时地幔87Sr/86Sr(I)上限(0.703 7),可判定岩体的岩浆物质可能来源于地幔。

6.2 矿床成因类型

岩体与铌、稀土具密切关系的交代作用较为广泛,出现黑云母化、钠长石化及霓石、绿闪石、钙霞石等碱性矿物,促进了矿化的产生与富集。矿床成因类型应为与碱性岩—碳酸岩有关的岩浆型矿床[6]。

6.3 成矿模式

正长岩为玄武质岩浆分异而来的碱性或过碱性系列,岩浆随着结晶作用的进一步发展,岩浆中的CO2和碳酸岩不断增加,逐步富集,最后分异形成残余碳酸岩浆。由于铌、稀土元素能与CO2、F等挥发组分形成稳定的络合物,因此大量的铌、稀土元素到晚期残余碳酸岩浆中富集,然后随碳酸岩矿物同时析出成矿。

7 成矿模型

竹山古生代陆缘裂谷系在加里东时期活化,玄武质岩浆沿陈家河断裂带、房竹断裂带侵入。在侵入的过程发生结晶分异,形成基性的玻基辉石岩、辉斑玄武岩、粗面斑岩、次粗面岩及少量的碳酸岩;海西期岩浆再次活动,主要在房竹断裂附近形成碱性岩—碳酸岩。

本区碱性正长岩系列的岩浆是由地幔玄武岩分异而来,随着结晶作用的进展,岩浆中的CO2和碳酸盐不断增加,逐步富集,最后分异形成残余碳酸岩岩浆。由于铌和稀土元素能与CO2、F等挥发组分形成稳定络合物,因此,大量的铌、稀土元素到晚期残余碳酸岩浆中富集,然后随着碳酸盐矿物同时析出成矿。

庙垭含矿杂岩体,经历了加里东期岩浆喷发和海西期正长岩浆侵入和气热交代三个阶段。正长岩岩浆在正长斑岩、正长岩、混染正长岩阶段富集Nb、TR络合物,随着岩浆的结晶分异,在碳酸岩岩浆Nb、TR络合物进一步富集,随着碳酸岩化或形成碳酸岩体,Nb、TR络合物沉淀成矿化或矿体[6]。成矿模型见图3。

8 找矿标志

(1) 构造标志:区域性深断裂带有利于碱性岩浆的侵入,断裂带附近区域是有利的找矿位置,如庙垭杂岩体和杀熊洞杂岩体就是沿房竹断裂带进行分布的。

(2) 重砂标志:分析断裂带周围的锆石、独居石、褐帘石、铌金红石、铌铁矿、磷灰石、重晶石等自然重砂异常,进一步确定有利的成矿部位。

(3) 岩性标志:在确定有利的成矿部位,注意寻找偏碱性的正长岩,其中Na2O+K2O>10%,Na2O

(4) 蚀变标志:岩体广泛发育碳酸岩化,尤其是铁白云石化,风化后呈现褐色,当铁白云石多时则形成铁帽,这是一种很好的找矿标志。

(5) 放射性标志:由铌、稀土矿引起的放射性物探

图3 庙垭铌、稀土矿床成矿模式图[6]Fig.3 Metallogenic model of niobium-rare earth deposit1.下志留统梅子垭组;2.南华系上统耀岭河组;3.新元古界南华系;4.正长斑岩;5.混染正长岩;6.正长岩;7.黑云母碳酸岩、方解石碳酸岩;8.含碳方解石碳酸岩;9.铁白云石碳酸岩;10.碳酸岩化;11.绢云母化;12.凝灰角砾岩。

异常在40～60伽玛。

9 下一步工作方向及建议

在南秦岭构造带大致沿石泉—安康—竹山断裂带南侧发育有早古生代紫阳—平利—竹溪碱性岩带,该带北侧发育有竹山碱性岩带,构成南秦岭与碱性岩有关的稀有—稀土金属带。在竹山—竹溪地区稀土总量的平均丰度值远远高于紫阳—平利地区和随县—枣阳地区,同时 Nb、Zr、Th 的平均丰度值比其他地区高(邱家骧等,1994)。在本区具有形成稀有(铌)—稀土金属矿床的物质基础。庙垭铌、稀土矿床和杀熊铌、稀土矿,都产出在高稀土—稀有背景值的碱性岩体中。本区稀土以轻稀土为主。该稀有—稀土金属带,西起川北南江,东至枣阳—桐柏,长达600 km 左右,集中分布在两竹和随枣地区。

带内碱性岩体分布在次一级区域性深断裂带上或其附近,显示区域性深断裂对碱性岩的控制作用。围岩主要为元古界或古生界的变质岩或变质火山岩。岩体多呈小岩株、岩瘤,小透镜体或岩脉出现,单个岩体规模甚小。发育于陕、鄂两省交界地区的早古生代碱性脉岩和火山杂岩带向东在湖北随枣及河南桐柏地区大量出露,同时对比扬子西缘有类似的情况出现,充分反映南秦岭区、扬子地块北缘乃至西缘早古生代时期存在一次广泛的扩张裂谷作用,代表了秦岭和扬子北缘及西缘地区重要地壳垂向增生事件[7]。沿石泉—安康—竹山断裂带两侧的碱性岩可能具有相同的物质来源,具有相近的成矿地质背景。

南秦岭构造带鄂北地区,据不完全统计,不包括粗面岩类火山熔岩在内的碱性岩体(群)有15个以上。其中含矿性较好的自东向西依次为:花山寨英碱正长岩体,观子山硬玉钙霞正长岩体,杀熊洞钙霞正长岩—碳酸岩杂岩体和庙垭正长岩—碳酸岩杂岩体。在石泉—安康—竹山断裂带南侧的碱性岩带中新发现陕西镇坪洪阳、平利大磨沟、竹溪关垭子等一批与粗面岩类有关的金、铅锌、铌稀土等矿床(点),显示出较好的找矿前景,其赋矿岩石均为粗面质岩类,其分布与粗面质岩带展布一致。

下一步工作安排应从以下几个方面展开:

(1) 对已知的庙垭式铌、稀土矿点进行进一步勘查,如武当地区的杀熊洞铌、稀土矿以及随枣地区的五童庙及花山寨矿点,对这些矿点进行潜力评价;

(2) 在石泉—安康—竹山断裂带北侧(包括随枣地区)以寻找庙垭式铌—稀土矿床为主,通过化探扫面及地质调查,注意寻找和发现与成矿有关的小碱性岩体;

(3) 在石泉—安康—竹山断裂带南侧的竹溪、竹山地区,加强粗面质岩带的找矿工作,寻找与粗面岩类有关的金、铅锌、铌、稀土等矿种,并注意寻找与粗面岩对应的碱性侵入岩体,增加勘查投入,遵循点上突破、面上展开的原则,该区有望发现一批中大型铌、稀土矿床。

[1] 吕建玲.钽铌资源现状及我国钽铌工业的发展[J].环球市场信息导报,2013(16):13.

[2] 王海花.铌资源及其选矿工艺[J].有色矿冶,2011,27(6):21-23.

[3] 任俊,卢寿慈.世界铌资源概况及其特征[J].有色矿冶,1997(5):1-3.

[4] 李石,刘源骏,郝用威,等.湖北省竹山县庙垭碳酸岩型铌—稀土矿床研究[M].武汉:湖北省地质矿产局,1985.

[5] 李石.鄂北地区碱性岩的时代及成因[J].岩石学报,1991(3):27-36.

[6] 刘兴平,周少东,胡起生,等.湖北省稀土资源潜力评价[R].武汉:湖北省国土资源厅,2011.

[7] 张成立,高山，张国伟，等.南秦岭早古生代碱性岩墙群的地球化学及其地质意义[J].中国科学(D辑),2002,32(10):819-829.

(责任编辑：于继红)

Charactersitcis of Niobium,Rare Earth Deposit andProspecting Direction of Wudang

WU Changxiong1, FANG Xin2, YAN Hua3

(1.SixthGeologicalBrigadeofHubeiGeologicalBureau,Xiaogan,Hubei432000; 2.HubeiGeologicalSurvey,Wuhan,Hubei430034; 3.KaramayMudLoggingCompanyofWesternDrillingEngineeringCorporation,Karamay,Xingjiang834000)

Hubei is rich in rare earth, rare and scare metal.Wudang area and alkaline rocks of niobium,rare earth ore have great prospecting potential.Reserves of REE deposit and niobium deposit,which are among the first ranks in the world.The deposit located at southwestern margin of Wudang mountain uplift,exposed Proterozoic Cenozoic strata is characterized by the alternation of activity type and stable type.The ore body is controlled by the NS trending fault,and produced in the alkaline complex rock,which has the characteristics of the ore body.The development of Wudang area,the region with multiple alkaline rock belt is expected to find a group ofmedium andlarge-scale REE deposit.

niobium ore; rare earth ore; alkaline rock; Wudang area

2015-03-13;改回日期:2015-03-26

吴昌雄(1981-),男，工程师，资源勘查专业，从事矿产资源勘查工作。E-mail:691359751@qq.com

P618.79; P618.7

A

1671-1211(2015)03-0270-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201503006

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20150422.1055.013.html 数字出版日期:2015-04-22 10:55