河南省瓦窑沟地区锂铌钽成矿地质背景与矿床特征

黄 璞，武守荣，钱 诚，包民伟

(1.河南省地质矿产勘查开发局第一地质勘查院，河南 郑州 450000；2.河南省豫矿资源开发集团有限公司，河南 郑州 450000)

0 前 言

稀有金属因其具有诸多特殊、优异的理化性能，被广泛用于航天、装备制造业、新型材料、节能环保、军事国防等多个领域，是我国较为短缺但不可或缺的战略性关键金属矿产资源[1-4]。河南省卢氏县瓦窑沟地区位于华北板块与扬子板块2大构造单元之间，带状展布省内大规模的伟晶岩脉群，带状展布的花岗伟晶岩型铌钽锂矿位于其中，花岗伟晶岩是重要赋矿岩石。现有研究主要集中在锑、金、铜、云母等矿产，稀有金属矿有关研究工作相对较少[5-8]，通过现有资料和研究分析其地质背景和矿床特征，可供其他地区参考。

1 矿床发现过程及其矿床概况

自20世纪60年代起，研究区内开展了白云母伟晶岩初、详查地质工作，初步查明区内伟晶岩及白云母矿产特征，并陆续对稀有金属矿产储量进行评估。以往区域矿产地质工作多以锑、金、铜、云母矿为主；与稀有金属矿有关的勘查评价工作极少，且缺少系统的综合性评价。区域上，也仅对个别矿化伟晶岩脉进行了极稀疏的槽探、钻探工程施工，总体工作程度低，综合评价依据也不充分。本次研究是在河南省铌钽矿潜力评价的基础上，进行瓦窑沟锂铌钽矿的预查工作，共发现具一定规模的不同类型的伟晶岩脉481条，构成了3个伟晶岩密集区(官坡、黄柏沟、龙泉坪)。圈定了3个稀有金属矿区，揭露圈定稀有金属矿体45个，其中规模较大的23个，并对资源量进行了初步估算，矿石量约为536.81万t。

2 区域地质背景

本区位于华北板块与扬子板块之间[6]，属秦祁昆造山带北秦岭弧盆系，以朱阳关-夏馆断裂带为界(见图1)，北侧为北秦岭弧后盆地，南侧为北秦岭基底杂岩(岩浆弧)。古秦岭洋经历扩张与收缩变形，并在志留纪因碰撞产生Ⅰ型花岗岩浆。岩体不断侵位，残余流体上涌，于本区内产出大规模花岗伟晶岩墙(见图2)，进而形成带状展布的花岗伟晶岩型铌钽锂铍矿，其产生标志着碰撞造山阶段的结束。

图1 研究区大地构造

图2 研究区区域地质

区域地层是中浅变质的细碧岩-角斑岩夹碎屑岩组合和中深变质的碎屑岩-碳酸盐岩组合，北西西向构造十分发育，岩浆热液活动频繁，中酸性岩体发育广泛，与区内成矿密切相关，变形变质作用强烈，区域成矿地质条件优越。

2.1 地层

研究区位于华北地层区北秦岭分区南召小区。

1)古元古界秦岭岩群分布于研究区东南部，分石槽沟岩组和雁岭沟岩组。石槽沟岩组岩性以花岗质片麻岩、石榴矽线片麻岩、黑云斜长片麻岩、大理岩、石英岩为主。雁岭沟岩组岩性以大理岩、石英片岩为主。秦岭岩群与上伏峡河岩群均呈断层接触。本岩群是寻找伟晶岩型铀、石英、云母矿产的有利区域。

2)中新元古界峡河岩群分布于区域中南部的大部分地区，秦岭岩群南北两侧，与秦岭岩群呈断裂接触关系，分为寨根岩组和界牌岩组。岩群为区内花岗伟晶岩脉主要围岩，也是寻找伟晶岩型稀有金属矿产及铀矿的最有利区域。

3)新元古界宽坪岩群分为广东坪岩组、四岔口岩组、谢湾岩组。广东坪岩组岩性主要为钠长石阳起石绿片岩、钠长石阳起石片岩、绢云钠长绿泥片岩夹大理岩、斜长石英片岩，上与四岔口岩组为整合接触关系。四岔口岩组岩性主要为云母石英片岩，局部夹透闪石大理岩、斜长角闪片岩等。谢湾岩组岩性主要为绿泥石大理岩、黑云大理岩夹云母石英片岩。宽坪岩群是区内贵金属矿的成矿源岩。

4)下古生界二郎坪群，主要分布于朱夏断裂以北，瓦穴子断裂以南，属裂陷槽喷发沉积成因，分火神庙组和大庙组。其中大庙组是区内铜多金属矿的成矿源岩。

5)上古生界柿树园组主要分布于瓦穴子断裂南侧的庙台-刘家阴一带，两侧与宽坪岩群、二郎坪群呈断层接触，与后期五里川组呈不整合(或超覆沉积)接触。

6)三叠系五里川组呈断续带状分布于朱夏断裂与瓦穴子断裂之间，安坪、白花沟口一带较窄，五里川北的仓房-上场一带较宽，与雁岭沟岩组、火神庙组呈断层接触或不整合接触(超覆沉积接触)。主要岩性为炭质板岩、含炭质粉砂质绢云板岩、长石石英砂岩、砂质板岩夹薄层状劣质煤。

7)白垩系朱阳关组主要分布于五里川周边，主要岩性为紫红色含砾砂岩，紫红色、灰黄色砾岩，夹有紫红色页岩、砂页岩等。

8)新生界第四系沿河流及其两岸的沟谷分布，主要为冲洪积物的砾石、砂、砂质黏土等。

2.2 构造

自北向南规模较大的褶皱构造有安家沟-桐树店复式向斜、架沟-杨家庄复式向斜、大东沟复式背斜。区内地质构造极为复杂，主构造线走向为北西西向，断裂构造发育，形成了一系列向北逆冲的叠瓦式构造形式。

2.3 岩浆岩

区内岩浆活动频繁，侵入岩广为分布，以中酸性侵入岩为主，自中元古代到中生代均有表现。岩体规模大小不等，以加里东期和燕山期侵入岩体广泛分布为特征，为研究区内锂铌钽等金属矿成矿母岩。

1)中元古代侵入岩

中元古代侵入岩主要分布于区域东南部，主要岩性为超基性岩和二长花岗岩。①超基性岩：分布于区域东南部豫陕交界的洋淇沟一带，呈北西-南东向展布。平面上为长透镜状，产于商丹断裂北侧，构造侵位于中新元古界峡河岩群界牌岩组中，岩体边部变形强烈，主要由纯橄榄岩、方辉橄榄岩、透辉岩等组成。②二长花岗岩：主要分布于区域东南部西井沟-德河一带，带状或长透镜状。

2)新元古代侵入岩

新元古代侵入岩主要为片麻状黑云母二长花岗岩，主要分布于灰池子岩体和漂池岩体之间的黄柏沟地区，呈不规则狭长带状，侵位于中新元古界峡河岩群寨根岩组中。总体走向呈北西-南东向，北倾，倾角30°～55°。

3)早古生代侵入岩

早古生代侵入岩主要呈岩基状、岩株状产出，沿构造带尤其是沿深断裂带侵入于秦岭岩群和二郎坪群中。以漂池岩体和灰池子岩体为代表，主体岩性为中粒黑云母花岗岩和中粒花岗岩，局部发育较多片麻状花岗岩、花岗伟晶岩脉。

漂池岩体分布在卢氏县瓦窑沟至西峡县桑坪南部一带，为一北西西向延伸的极不规划状岩体，出露面积190 km2，侵位于峡河岩群中，被白垩系不整合覆盖。岩性以片麻状中细粒花岗岩为主，局部含少量斑晶，构成斑状花岗岩，岩体西北边部还发育有片麻状蚀变斜长花岗岩。各岩石类型之间呈渐变关系。

灰池子岩体出露于研究区西南部，呈北西西-南东东向，出露面积约325 km2。灰白色至浅肉红色，岩性以含石榴黑云母二长花岗岩、花岗闪长岩为主，西部、北部出露有花岗闪长岩。矿物成分以斜长石、石英、钾长石、黑云母为主，其次有白云母、绿泥石、绿帘石等。在岩体内外接触带，伟晶岩脉成环带状分布，二者间应具密切的成因关系。

另外，在寺合院-竹园一带的二郎坪群地层中，分布有含黑云母二长花岗岩；在郭家岭岩体北部分布有细中粒角闪石英二长岩。

4)晚古生代侵入岩

晚古生代侵入岩较少，仅在瓦穴子断裂东段南侧出露，位于二郎坪群火神庙组，呈不规则带状分布。主要岩性为二长花岗岩。

5)中生代侵入岩

中生代侵入岩主要呈岩体、岩株、带状分布于区域西北、东北部，以及瓦穴子断裂和朱夏断裂之间。其中区域西北部的蟒岭岩体横跨豫、陕两省，岩性主要为黑云母二长花岗岩、斑状黑云母二长花岗岩；区域东北部的郭家岭岩体南侧为中细粒二长花岗岩；瓦穴子断裂和朱夏断裂之间的石英闪长岩、花岗斑岩的形成应与深大断裂的中生代复活运动关系密切。

2.4 区域矿产及分布

研究区内矿产丰富，有锑、金、铜、稀有金属(铌、钽、锂、铍、铯)、铅、铁等多种金属和非金属矿产。

3 矿床地质特征

矿区内地层主要有：石槽沟岩组、寨根岩组、界牌岩组、火神庙组、五里川组、新生界第四系。褶皱发育有：架沟-杨家庄复式向斜、磨沟背斜、大东沟复式背斜、耿家店同斜向斜、瓦窑沟复式向斜、大中山紧闭背斜、薛家沟紧闭向斜。研究区东南部岩浆活动频繁，以中酸性侵入岩为主，自新元古代到早古生代均有发育。

1)新元古代侵入岩主要分布在黄柏沟地区，呈不规则狭长带状平行产出，侵位于中新元古界峡河岩群寨根岩组中。总体走向为北东-南东向，北倾，倾角30°～55°。西段被灰池子岩体岩枝穿插侵入，侵入界线不明显，边缘带混合岩化作用明显。主要岩性为片麻状黑云母二长花岗岩，局部夹杂黑云母斜长花岗岩。

2)早古生代侵入岩主要为漂池岩体、灰池子岩体及成群出露的伟晶岩脉。①漂池岩体：仅出露于研究区东北部，侵位于峡河岩群中。岩性以中细粒含黑云母二长花岗岩、含石榴黑云母二长花岗岩为主，局部含少量斑晶。②灰池子岩体：位于研究区西南部，西侵至陕西商南县境内。岩性以含石榴黑云母二长花岗岩、花岗闪长岩为主，主要矿物为斜长石(35%～45%)、钾长石(20%～40%)、石英(25%～30%)、黑云母(2%～3%)、白云母(1%)、铁铝榴石(1%～3%)。

花岗伟晶岩脉主要形成于志留纪，表现为多个花岗伟晶岩脉密集区。主要分布于官坡、黄柏沟、龙泉坪一带，构成河南省规模较大的伟晶岩脉群。岩脉空间上受灰池子岩体控制。研究区中部有数条辉长岩脉，0.2～3.5 km不等，透镜状为主，灰褐色，中粗结构。

4 矿体地质特征

研究工作，圈定稀有金属矿体45个，其中规模较大矿体23个，长45～500 m，厚0.48～20.5 m，w(Nb2O5)为0.006%～0.113%，w(Ta2O5)为0.004%～0.540%，w(BeO)为0.028%～1.134%，w(Li2O)为0.03%～2.52%(见表1)。划分出火炎沟钽铍矿区、龙潭沟铍钽矿区、七里沟锂铍钽矿区3个稀有金属矿区，黄柏沟、龙泉坪地区数条黑云母、二云母型花岗伟晶岩型铀矿(化)脉具伽马放射性异常，其他地区或类型的伟晶岩及围岩放射性强度均较低，对人体无害。发现部分黑云母、二云母伟晶岩脉体具较强的放射性，具有铀矿找矿前景。

表1 矿体情况一览

1)火炎沟钽铍矿区

区内共发现具一定规模的不同类型的伟晶岩脉计有26条，其中白云母型花岗伟晶岩脉16条，稀有金属矿(化)伟晶岩脉10条，圈出钽铍矿体21个。矿体长度90～500 m，厚度0.83～12.13 m，倾向210°～260°，倾角72°～87°，规模较大的8个，BeO品位总体较高，w(Ta2O5)为0.004%～0.028%，w(BeO)为0.012%～1.134%。

2)龙潭沟铍钽矿区

区内共发现具一定规模的不同类型的伟晶岩脉计25条，其中白云母型花岗伟晶岩16条，稀有金属矿(化)伟晶岩脉9条。

通过地表工程揭露取样和深部工程控制，初步圈出铍钽矿体7个。矿体长度160～400 m，厚度0.48～3.81 m，倾向20°～200°，倾角60°～82°，其中规模较大的矿(化)体有4个，部分矿体控制斜深20～170 m，w(Ta2O5)为0.004%～0.018 1%，w(BeO)为0.003%～0.143%。

3)七里沟锂铍钽矿区

区内共发现具一定规模的不同类型的伟晶岩脉计有32条，其中白云母型花岗伟晶岩脉8条，含稀有金属型的花岗伟晶岩脉24条，通过地表工程揭露取样，初步圈出锂铍钽矿体17个，伴生铷、铯，其中规模较大的矿体有11个。矿体长度45～230 m，厚度0.59～20.52 m，倾向95°～300°，倾角10°～87°，w(Ta2O5)为0.005%～0.035%，w(BeO)为0.007%～0.151%，w(Li2O)为0.04%～2.52%。

5 矿石质量

矿石矿物主要为以下几种：①铌铁矿为晶体，呈柱状、针状，铁黑色至暗褐红色，性脆，是矿石中主要的有用矿物，钽铌铁矿的最大粒度约为0.5 mm，一般为0.04～0.2 mm，最小为0.01 mm。②钽铌铁矿为薄板状、长条状和粒状集合体，呈黑色或条痕褐红色，有金属光泽，性脆，常段裂成板片状，次贝壳状端口，晶面可见纵纹。以粒间和沿裂隙充填形式零星赋存于矿石中，常与石英、长石连生，以包裹形式赋存于石英粒状集合体中，较常见，破碎到0.074 mm，基本单体解离。③绿柱石为白色、浅黄绿色，柱状晶体，大小不一，长0.5～2 mm，以玻璃光泽为主，亦有油脂光泽，有时黯淡无光，贝壳状断口及不平坦状断口，硬度高，主要产于石英共生或生于石英之中。④锂辉石为淡灰白色、淡黄色、淡绿色及铁锈色，偏平的板柱状及柱状，晶体多完整，呈玻璃色泽、土状光泽，解理面上呈丝绢光泽，中-低硬度。⑤锂云母为鳞片状，球状集合体，淡玫瑰红色，具挠性，硬度低，呈丝绢光泽、珍球光泽或玻璃光泽。⑥锰钽矿为淡棕红色、褐红色、条痕棕红色、褐红色或黄色，板状，呈半金属-玻璃光泽，中等硬度，性脆，断口不平坦。⑦细晶石多为浅黄色、黄绿色，有时为灰白色，粉末呈黄色，晶形为八面体、菱形十二面体及细粒状聚集体，呈树脂光泽或玻璃光泽，中低硬度，性脆。⑧锂电气石为红色、淡红色、浅紫红色、玫瑰红色、浅绿色等，三方柱状、柱状集合体，长5～10 mm，呈玻璃光泽，硬度大，断面呈球状三角形、不明显的贝壳状断口，常与石英、锂云母等共生。

研究区内矿石的主要结构类型为伟晶结构、粒状结构等，矿石构造类型主要为块状构造、碎裂构造。研究区内共有4种矿石类型，分别为：钽铍矿石、铍钽矿石、锂辉石型锂铍钽矿石、锂云母型锂铍钽矿石。

6 控矿条件分析

花岗伟晶岩脉为控制研究区稀有金属成矿的主要因素，其总体呈不规则断续带状沿北西西-南东东方向展布于灰池子花岗岩体的东部外接触带内(见表2)。

表2 各密集区花岗伟晶岩类型统计

伟晶岩脉厚度从数米至数百米不等，长度在数米到数千米之间，以脉状为主，产状与构造产状基本一致。

6.1 伟晶岩脉结晶分异、交代特征

分异程度与交代作用呈现一定的负相关性，矿化从黑(二)云母伟晶岩、白云母伟晶岩到含稀有金属矿物型伟晶岩，含矿程度依次增强。

6.2 成矿成因

矿区花岗伟晶岩脉的同源母岩岩体成岩年龄较为接近，均为早古生代产出[9-10]。志留纪古秦岭洋聚合碰撞[11-13]，首先产出熔融的漂池岩体，随后产出灰池子岩体，伟晶岩脉也随之同期产出。

区内地质构造极为复杂，断裂构造发育；岩浆岩广泛出露，活动期次多。灰池子岩体与成矿关系密切，伟晶岩脉群位于该岩体与围岩的内接触带上，空间上受其控制；脉体产状与灰池子岩体、构造产状相协调，总体走向与区域构造线一致。矿(化)体产出于伟晶岩脉中，围岩蚀变仅在地表轻微显示，综合而论，矿床为花岗伟晶岩型稀有金属矿，以交代作用为主。

7 结 论

河南省瓦窑沟地区锂铌钽矿床区位于华北板块与扬子板块2大构造单元之间，属秦祁昆造山带北秦岭弧盆系。古秦岭洋经历扩张与收缩变形，并在志留纪因碰撞产生Ⅰ型花岗岩浆。岩体不断侵位，残余流体上涌，于区内产出大规模花岗伟晶岩墙，进而形成带状展布的花岗伟晶岩型铌钽锂铍矿。伟晶岩脉群位于灰池子岩体与围岩的内接触带内，空间上受其控制，矿(化)体产出于伟晶岩脉中，多为脉状、透镜状，具局部膨大及分支复合现象。该矿床为花岗伟晶岩型稀有金属矿床，成矿方式以交代作用为主。区域上分布大规模的伟晶岩脉群，具有良好的锂铌钽等稀有金属成矿远景。