武當地區與堿性巖有關的鈮、稀土礦特征及找礦方向

吳昌雄, 方 鑫, 鄢 華

(1.湖北省地質局 第六地質大隊,湖北 孝感 432000; 2.湖北省地質調查院,湖北 武漢 430034; 3.西部鉆探克拉瑪依錄井工程公司,新疆 克拉瑪依 834000)

武當地區與堿性巖有關的鈮、稀土礦特征及找礦方向

吳昌雄1, 方 鑫2, 鄢 華3

(1.湖北省地質局 第六地質大隊,湖北 孝感 432000; 2.湖北省地質調查院,湖北 武漢 430034; 3.西部鉆探克拉瑪依錄井工程公司,新疆 克拉瑪依 834000)

湖北省三稀資源豐富,武當地區與堿性巖有關的鈮、稀土礦有著巨大的找礦前景,其典型礦床廟埡鈮、稀土礦儲量居世界前列。該礦床位于東秦嶺武當山隆起的西南緣,出露元古代—新生代地層,以活動類型和穩定類型的交替沉積為特征。其礦體受南北走向斷層控制,產于堿性雜巖體中,具有巖體即礦體的特征。而武當地區發育有多處堿性巖帶,該區有望發現一批中大型鈮、稀土礦床。

鈮礦; 稀土礦; 堿性巖; 武當地區

三稀資源對現代工業具有極其重要的意義,在鋼鐵工業、航空航天、國防軍工及核工業等各項領域中均有著廣泛的應用,是重要的戰略性資源。

中國三稀資源豐富,稀土資源占世界首位,鈮、鉭、鋰等稀有金屬儲量位居世界前列,其中鈮資源豐富,Nb2O5的工業儲量約為660萬t,居世界第二位,僅次于巴西[1]。中國鈮資源主要分布于內蒙古、湖北和江西。

湖北省三稀資源主要有武當地區與堿性巖有關的鈮、稀土礦,大別地區沉積變質型重稀土礦,鄂西南地區與黑色巖系有關的硒礦,鄂南地區與花崗巖有關的獨居石砂礦等等。尤其是武當地區與堿性巖有關的鈮、稀土礦在全國甚至是世界范圍都具有重要的意義,其中,竹山縣廟埡鈮、稀土礦的鈮資源儲量排在世界前列(見表1),稀土資源儲量也達到特大型規模。

表1 國內外主要鈮礦床儲量[2-3]

由于種種原因,武當地區與堿性巖有關的鈮、稀土礦工作程度很低,僅有竹山縣廟埡鈮、稀土礦床完成了勘探工作,近年來隨著“358找礦戰略”行動的實施,特別是2012年全國第二十個成礦帶——武當—桐柏—大別成礦帶的設立,對該區的地質找礦工作有了很大的推進,并取得了新的進展。

本文對廟埡鈮、稀土礦地質特征,成礦物質來源,礦床成因類型等進行了初步探討,以期對武當地區關于與堿性巖有關的鈮、稀土礦的找礦工作有一些幫助。

1 區域地質背景

武當地區屬南秦嶺地層區,出露元古代—新生代地層,以活動類型和穩定類型的交替沉積為特征。前震旦紀時期,該區主要為武當巖群和耀嶺河巖群,以變火山巖和變碎屑沉積巖組合為主;震旦紀時期為臺盆相硅泥質巖夾碳酸巖組合;寒武—石炭紀時期,以一套碎屑巖沉積和碳酸巖沉積為主;志留紀早期活動型沉積,為盆相炭硅質沉積—基性、堿性火山碎屑巖沉積—臺地碳酸鹽與碎屑巖混積,并在中志留世晚期隆升成陸;晚白堊世—全新世沉積為一套湖盆—河流相陸源碎屑沉積。

區內巖漿巖較為發育,巖石種類也比較齊全。侵入巖有超基性巖—基性巖—中、酸性巖—堿性巖等類型出露;火山巖有基性火山巖—中、酸性火山巖等類型出露。形成時代主要為新元古代、古生代、中生代?？傮w隸屬于區域上的竹溪—隨棗基性巖帶。本文研究的堿性巖主要分布于武當地區的西南緣,為雜巖體,主要為碳酸巖、鈣霞正長巖、正長斑巖等。雜巖體總體呈北西向展布,主要受東西向構造控制。已發現的兩個雜巖體(廟埡雜巖體、殺熊洞雜巖體)均富含鈮、稀土,均達到全巖礦化,部分區段形成工業礦體。此外在區域上還發現次粗面—粗面巖體多個,總面積達到517 km2。巖體順層侵入震旦—志留紀巖層中,局部還可見次粗面巖侵入到早期的輝長輝綠玢巖中,并偶見其捕虜體。次粗面—粗面巖體鈮和輕稀土均較為富集,局部達到礦化。

該區構造較為復雜,主要為東西向、北西向和北東向三組,大體對應了區內加里東、印支和燕山三期大的構造運動。前晉寧期揚子地臺北緣產生近大陸島弧及裂陷,最強烈的火山噴發,堆積武當巖群弧后盆地碎屑沉積和島弧火山巖,晚期堆積武當巖群弧后盆地碎屑巖堆積于島弧火山巖之上;晉寧期,揚子地臺北緣產生伸展拉張構造,南華系大量基性火山巖噴發及基性侵入體中酸性巖侵入活動,之后接受了邊緣海的沉積,由陡山沱組的碎屑開始,到燈影組、寒武系—奧陶系的碳酸鹽巖、碎屑巖、含碳泥巖、炭質、硅質巖等。加里東期志留紀早世,揚子地臺北緣再次裂陷處于拉張環境,形成古生代竹山裂谷系,有大量的基性巖漿、粗面質巖漿噴發和侵入活動,形成該區內大量的輝斑玄武巖、粗面板巖等。海西期又一次活動,有堿性的正長巖、碳酸巖的侵入。印支期在泥盆紀—三疊紀海相局限盆地的碳酸鹽巖和碎屑巖的沉積后華北板塊與揚子板塊產生陸—陸碰撞、自北向南推覆形成武當—隨南推覆構造。

不同時期的構造巖漿活動均有不同類型的礦產相伴生。晉寧期前的火山噴發及巖漿侵入與銀金礦、多金屬礦有關;耀嶺河組的巖漿噴發與火山巖型鐵礦、銅礦、金礦有關;海西期堿性正長巖、碳酸巖的侵入與鈮礦有關。

2 礦區地質特征

區內最為典型的與堿性巖有關的鈮、稀土礦床為廟埡鈮、稀土礦,該礦床位于湖北省竹山縣得勝鎮北7 km,是1963年西北地質局區測隊在區域放射性普查中首次發現的,1965年地質部七零一隊進行過普查,湖北省第五地質大隊于1971—1980年完成了詳查—勘探,共施工了鉆探 51 961.48 m,控制深度一般為300～400 m。全區共圈出礦體45個,提交資源量Nb2O5:92.9萬t,TR2O3:121.5萬t,屬特大型鈮、稀土礦[4]。

礦區出露地層較為簡單,北邊出露地層主要為下志留統梅子埡組,為一套濱?；鹕剿樾汲练e—正常沉積系列;南邊出露主要地層為南華系耀嶺河組,為一套變火山巖沉積。鈮、稀土礦賦存的含礦雜巖體沿下志留統梅子埡組與南華系耀嶺河組之間的斷層帶侵入。

礦區位于由武當巖群天池埡背斜與下志留統梅子埡組構成的紅衛茶場向斜之間的過渡部位。雜巖體構造線走向105°,巖層傾向NE15°,傾角一般60°～80°,片理與層理基本一致。礦區周圍構造以緊密褶皺為主和一些高角度的逆沖斷層及平推斷層,斷層走向近東西向,礦區南接觸帶(F1)及北接觸帶(F2)兩條斷層貫穿全區。

區內共出露12個雜巖體,均受到東西向構造控制,其中廟埡含礦雜巖體出露面積最大,含礦性也最好。廟埡含礦雜巖體長2 950 m,寬580～820 m,呈一近東西走向、向北傾斜、向南凸出的似紡錘形巖株,與區域構造線方向基本一致。巖體南側與耀嶺河群呈侵入關系,局部呈斷裂接觸。圍巖普遍破碎,含礦雜巖體?；烊居袊鷰r成分,導致巖石成分復雜多樣,具體可劃分成正長巖和碳酸巖兩大類,正長巖類又可細分為正長巖、混染正長巖、正長斑巖和混染鈉質正長巖;碳酸巖類可分為黑云母碳酸巖、方解石碳酸巖、含碳方解石碳酸巖和鐵白云石碳酸巖(見圖1)。

雜巖體由南到北可劃分為內部相、過渡相和邊緣相三個相帶(見圖1)。內部相主要由正長巖、黑云母碳酸巖和方解石碳酸巖組成,為主要鈮礦體的分布帶,并伴有鈮—稀土或稀土小礦體。過渡相呈帶狀縱貫巖體。主要由混染正長巖、混染鈉質正長巖組成,在巖體中部及西部出現含碳方解石碳酸巖、鐵白云石碳酸巖透鏡體,主要賦存鈮礦體,鈮—稀土礦體主要賦存于含碳方解石碳酸巖內。邊緣相分布于巖體北部邊緣,被圍巖分隔成大小不一的五個透鏡體,主要由正長斑巖、混染正長斑巖組成。兩端有鈉化增強的趨勢,礦區規模較大的主要有鈮—稀土礦體賦存于此。

3 礦體物化探特征

該區開展的物化探工作較少,僅區域上開展過自然重砂測量、地面伽瑪放射性測量和1∶20萬分散流測量。礦區勘查期間基本未開展系統的物化探工作。區域性測量在該區發現有明顯的獨居石、富釷獨居石、鋯石、褐簾石、磷灰石、鈮金紅石等礦物的自然重砂異常,強度高達1 000γ的地面伽瑪放射性異常和較強的Nb、La、Zr、Th、P、Ba分散流異常,且能很好地指示雜巖體(礦化體)的位置(見圖2)。

4 礦體地質特征

礦區通過勘查工作,共發現各類礦體49個。礦體多為似層狀、透鏡狀,其產狀與圍巖基本一致。礦體規模大小懸殊,小者長數十米,厚數米。大者長1 000～2 000余米,厚數十至200 m以上。其中鈮—稀土礦、稀土礦多數為中小型,大型都是鈮礦體。大礦體的結構相當復雜,膨脹、分支復雜、尖滅再現等現象屢見。除包含有一些夾石外尚有一些小礦體。夾石多是雜巖體中品位低于指標要求的各類巖石,少部分是圍巖殘留體。除礦化豐度稍低外,與礦石沒有多大差別。

圖1 湖北省竹山縣廟埡鈮—稀土礦床地質平面圖Fig.1 Geological plan of niobium-rare earth deposit in Zhushan county,Hubei Province

圖2 廟埡礦區物化探異常圖Fig.2 Geophysical and geochemical anomaly map of Miaoya mining area1.白堊—第三系;2.下志留統梅子埡組;3.下寒武統—下志留統;4.下寒武統楊家堡組;5.震旦系;6.南華系耀嶺河組;7.新元古界南華系;8.廟埡雜巖體及礦(化)體;9.碳酸巖。

整個雜巖體就是一個巨大的礦化體。無論是正長巖類或各種碳酸巖均有明顯的礦化現象。礦體沒有明顯界限,全靠分析結果來圈定。雜巖體有以下礦化特征:

(1) 礦化規模大,幾乎巖體即礦體。礦區整個雜巖體的含礦率較高,達64%～67%(各剖面的含礦率見表2)。

表2 雜巖體各剖面礦化率統計表[4]

(2) 各類巖石鈮礦化豐度都高,Nb2O5一般都>0.05%,而正長巖類與碳酸巖類相差不大。各類巖石稀土礦化豐度相關較大,正長巖及混染正長巖略低,而鐵白云石碳酸巖、含碳方解石碳酸巖、正長斑巖最高,后者TR2O3含量比前者高出4倍還多(見表3)。

(3) 礦體延深大,沿傾向延伸410 m仍有工業礦體。

(4) 礦化向深部有貧化趨勢,可能是風化富集所致(見表3)。

表3 各巖石類型含礦豐度統計[4]

(5) 圍巖蝕變對礦化有明顯的富集作用,尤其是碳酸巖化,其可分為早期方解石化、晚期方解石化和鐵白云石化。早期方解石化促進了鈮的進一步富集,形成鈮礦體。晚期方解石化,特別是鐵白云石化,造成了稀土富集的有利場所,形成稀土礦體。

5 礦石礦物及結構構造

礦石礦物成分較為復雜,鈮礦物以鈮金紅石、鈮鐵礦為主,前者富集于各類正長巖中,后者主要產在正長斑巖、黑云母方解石碳酸巖內。鈮礦物多以浸染狀、細脈浸染狀分布于礦石中,粒徑較小,一般為0.5 mm;稀土礦物主要有獨居石、氟碳鈰礦、氟碳鈣鈰礦、褐簾石,礦物粒徑0.005～0.8 mm,常充填于脈石礦物粒間或呈細脈狀分布在各類巖石中;脈石礦物主要有石英、鉀長石、鈉長石、各種碳酸鹽礦物、云母等。

礦石自然類型有正長巖型、混染正長巖型、正長斑巖型、混染鈉質正長巖型、黑云母碳酸巖和方解石碳酸巖型、含碳方解石碳酸巖型、鐵白云石碳酸巖型。礦石工業類型有鈮礦石、鈮—稀土礦石、稀土礦石。

礦石大多呈半自形粒狀結構,少數呈變余斑狀結構、交代殘余結構和壓碎結構;以浸染狀構造、細脈狀構造為主,在正長斑巖型礦石中呈塊狀構造,在混染正長巖型礦石中出現片麻狀、片狀構造。

6 礦床成因分析

6.1 成礦物質來源

巖體中方解石氧和碳同位素組成均在巖漿碳酸巖范圍,δ18O為7.69‰～10.41‰,δ13C為-5.38%～7.27%,具巖漿碳酸巖特征。從巖體的鍶同位素初始比值87Sr/86Sr(I)廟埡含礦雜巖體為0.702 9[5],均低于當時地幔87Sr/86Sr(I)上限(0.703 7),可判定巖體的巖漿物質可能來源于地幔。

6.2 礦床成因類型

巖體與鈮、稀土具密切關系的交代作用較為廣泛,出現黑云母化、鈉長石化及霓石、綠閃石、鈣霞石等堿性礦物,促進了礦化的產生與富集。礦床成因類型應為與堿性巖—碳酸巖有關的巖漿型礦床[6]。

6.3 成礦模式

正長巖為玄武質巖漿分異而來的堿性或過堿性系列,巖漿隨著結晶作用的進一步發展,巖漿中的CO2和碳酸巖不斷增加,逐步富集,最后分異形成殘余碳酸巖漿。由于鈮、稀土元素能與CO2、F等揮發組分形成穩定的絡合物,因此大量的鈮、稀土元素到晚期殘余碳酸巖漿中富集,然后隨碳酸巖礦物同時析出成礦。

7 成礦模型

竹山古生代陸緣裂谷系在加里東時期活化,玄武質巖漿沿陳家河斷裂帶、房竹斷裂帶侵入。在侵入的過程發生結晶分異,形成基性的?；x石巖、輝斑玄武巖、粗面斑巖、次粗面巖及少量的碳酸巖;海西期巖漿再次活動,主要在房竹斷裂附近形成堿性巖—碳酸巖。

本區堿性正長巖系列的巖漿是由地幔玄武巖分異而來,隨著結晶作用的進展,巖漿中的CO2和碳酸鹽不斷增加,逐步富集,最后分異形成殘余碳酸巖巖漿。由于鈮和稀土元素能與CO2、F等揮發組分形成穩定絡合物,因此,大量的鈮、稀土元素到晚期殘余碳酸巖漿中富集,然后隨著碳酸鹽礦物同時析出成礦。

廟埡含礦雜巖體,經歷了加里東期巖漿噴發和海西期正長巖漿侵入和氣熱交代三個階段。正長巖巖漿在正長斑巖、正長巖、混染正長巖階段富集Nb、TR絡合物,隨著巖漿的結晶分異,在碳酸巖巖漿Nb、TR絡合物進一步富集,隨著碳酸巖化或形成碳酸巖體,Nb、TR絡合物沉淀成礦化或礦體[6]。成礦模型見圖3。

8 找礦標志

(1) 構造標志:區域性深斷裂帶有利于堿性巖漿的侵入,斷裂帶附近區域是有利的找礦位置,如廟埡雜巖體和殺熊洞雜巖體就是沿房竹斷裂帶進行分布的。

(2) 重砂標志:分析斷裂帶周圍的鋯石、獨居石、褐簾石、鈮金紅石、鈮鐵礦、磷灰石、重晶石等自然重砂異常,進一步確定有利的成礦部位。

(3) 巖性標志:在確定有利的成礦部位,注意尋找偏堿性的正長巖,其中Na2O+K2O>10%,Na2O

(4) 蝕變標志:巖體廣泛發育碳酸巖化,尤其是鐵白云石化,風化后呈現褐色,當鐵白云石多時則形成鐵帽,這是一種很好的找礦標志。

(5) 放射性標志:由鈮、稀土礦引起的放射性物探

圖3 廟埡鈮、稀土礦床成礦模式圖[6]Fig.3 Metallogenic model of niobium-rare earth deposit1.下志留統梅子埡組;2.南華系上統耀嶺河組;3.新元古界南華系;4.正長斑巖;5.混染正長巖;6.正長巖;7.黑云母碳酸巖、方解石碳酸巖;8.含碳方解石碳酸巖;9.鐵白云石碳酸巖;10.碳酸巖化;11.絹云母化;12.凝灰角礫巖。

異常在40～60伽瑪。

9 下一步工作方向及建議

在南秦嶺構造帶大致沿石泉—安康—竹山斷裂帶南側發育有早古生代紫陽—平利—竹溪堿性巖帶,該帶北側發育有竹山堿性巖帶,構成南秦嶺與堿性巖有關的稀有—稀土金屬帶。在竹山—竹溪地區稀土總量的平均豐度值遠遠高于紫陽—平利地區和隨縣—棗陽地區,同時 Nb、Zr、Th 的平均豐度值比其他地區高(邱家驤等,1994)。在本區具有形成稀有(鈮)—稀土金屬礦床的物質基礎。廟埡鈮、稀土礦床和殺熊鈮、稀土礦,都產出在高稀土—稀有背景值的堿性巖體中。本區稀土以輕稀土為主。該稀有—稀土金屬帶,西起川北南江,東至棗陽—桐柏,長達600 km 左右,集中分布在兩竹和隨棗地區。

帶內堿性巖體分布在次一級區域性深斷裂帶上或其附近,顯示區域性深斷裂對堿性巖的控制作用。圍巖主要為元古界或古生界的變質巖或變質火山巖。巖體多呈小巖株、巖瘤,小透鏡體或巖脈出現,單個巖體規模甚小。發育于陜、鄂兩省交界地區的早古生代堿性脈巖和火山雜巖帶向東在湖北隨棗及河南桐柏地區大量出露,同時對比揚子西緣有類似的情況出現,充分反映南秦嶺區、揚子地塊北緣乃至西緣早古生代時期存在一次廣泛的擴張裂谷作用,代表了秦嶺和揚子北緣及西緣地區重要地殼垂向增生事件[7]。沿石泉—安康—竹山斷裂帶兩側的堿性巖可能具有相同的物質來源,具有相近的成礦地質背景。

南秦嶺構造帶鄂北地區,據不完全統計,不包括粗面巖類火山熔巖在內的堿性巖體(群)有15個以上。其中含礦性較好的自東向西依次為:花山寨英堿正長巖體,觀子山硬玉鈣霞正長巖體,殺熊洞鈣霞正長巖—碳酸巖雜巖體和廟埡正長巖—碳酸巖雜巖體。在石泉—安康—竹山斷裂帶南側的堿性巖帶中新發現陜西鎮坪洪陽、平利大磨溝、竹溪關埡子等一批與粗面巖類有關的金、鉛鋅、鈮稀土等礦床(點),顯示出較好的找礦前景,其賦礦巖石均為粗面質巖類,其分布與粗面質巖帶展布一致。

下一步工作安排應從以下幾個方面展開:

(1) 對已知的廟埡式鈮、稀土礦點進行進一步勘查,如武當地區的殺熊洞鈮、稀土礦以及隨棗地區的五童廟及花山寨礦點,對這些礦點進行潛力評價;

(2) 在石泉—安康—竹山斷裂帶北側(包括隨棗地區)以尋找廟埡式鈮—稀土礦床為主,通過化探掃面及地質調查,注意尋找和發現與成礦有關的小堿性巖體;

(3) 在石泉—安康—竹山斷裂帶南側的竹溪、竹山地區,加強粗面質巖帶的找礦工作,尋找與粗面巖類有關的金、鉛鋅、鈮、稀土等礦種,并注意尋找與粗面巖對應的堿性侵入巖體,增加勘查投入,遵循點上突破、面上展開的原則,該區有望發現一批中大型鈮、稀土礦床。

[1] 呂建玲.鉭鈮資源現狀及我國鉭鈮工業的發展[J].環球市場信息導報,2013(16):13.

[2] 王?；?鈮資源及其選礦工藝[J].有色礦冶,2011,27(6):21-23.

[3] 任俊,盧壽慈.世界鈮資源概況及其特征[J].有色礦冶,1997(5):1-3.

[4] 李石,劉源駿,郝用威,等.湖北省竹山縣廟埡碳酸巖型鈮—稀土礦床研究[M].武漢:湖北省地質礦產局,1985.

[5] 李石.鄂北地區堿性巖的時代及成因[J].巖石學報,1991(3):27-36.

[6] 劉興平,周少東,胡起生,等.湖北省稀土資源潛力評價[R].武漢:湖北省國土資源廳,2011.

[7] 張成立,高山，張國偉，等.南秦嶺早古生代堿性巖墻群的地球化學及其地質意義[J].中國科學(D輯),2002,32(10):819-829.

(責任編輯：于繼紅)

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

吳昌雄(1981-),男，工程師，資源勘查專業，從事礦產資源勘查工作。E-mail:691359751@qq.com

P618.79; P618.7

A

1671-1211(2015)03-0270-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201503006

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20150422.1055.013.html 數字出版日期:2015-04-22 10:55