趙井溝鈮鉭多金屬礦床特征及控礦因素分析*

黃從俊 王道永 李澤琴，3 席 忠

(1.成都理工大學(xué)核技術(shù)與自動化工程學(xué)院;2.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院;3.地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室;4.內(nèi)蒙古自治區(qū)第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院)

1 區(qū)域地質(zhì)背景

趙井溝鈮鉭礦區(qū)位于華北地臺北緣內(nèi)蒙古地軸中部陰山斷隆大青山復(fù)背斜北翼，為華北地臺北緣金、鐵、稀有金屬、稀土金屬成礦帶［1］。區(qū)域上出露的地層主要有中太古界烏拉山群(Ar2wl)、下元古界二道洼群(Pt1er)、中元古界渣爾泰群(Pt2zh1)變質(zhì)巖、石炭系拴馬莊組(C2s)輕變質(zhì)砂礫巖、白堊系(K1Ls)砂礫巖和第四系(Q)。區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動十分強烈，早期以韌性剪切帶為特征，晚期以脆性斷裂和推覆構(gòu)造為特點。固陽—察右中旗深大斷裂和大青山山前深大斷裂及二者派生的構(gòu)造構(gòu)成了本區(qū)菱形構(gòu)造格架。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地層

礦區(qū)出露地層有中元古界渣爾泰群(Pt2zh1)千枚巖、板巖、變質(zhì)砂巖和大理巖，石炭系拴馬樁組(C2s)黑灰色片理化淺變質(zhì)礫巖、雜色變質(zhì)長石砂巖及第四系(Q4)。含礦巖體就侵入于渣爾泰群和拴馬莊組地層中，見圖1。

2.2 礦區(qū)構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)有共有5條斷層，分為北東向的早期斷裂和北西向的晚期斷裂2組。F1為正斷層，產(chǎn)于中元古界渣爾泰群與石炭系拴馬莊組地層接觸帶上，Ⅲ#礦體就位于該接觸帶上并沿著F1斷層呈脈狀產(chǎn)出，F(xiàn)2為一性質(zhì)不明斷層，F(xiàn)3、F5為推測斷層，F(xiàn)4為石炭系拴馬莊組地層中的一條逆斷層，其南東側(cè)有Ⅳ#礦體呈透鏡狀平行產(chǎn)出。

2.3 礦區(qū)巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿巖主要有華力西期石英閃長巖、似片麻狀黑云母花崗巖及燕山期花崗巖、花崗斑巖2期，主要分布于礦區(qū)南部。華力西期石英閃長巖呈巖枝

圖1 趙井溝鈮鉭礦區(qū)地質(zhì)綱要示意

狀產(chǎn)出，巖體中有長英細晶巖、含天河石花崗巖及鈉長細晶巖脈貫入;似片麻狀黑云母花崗巖呈巖株狀產(chǎn)出，巖體中有花崗閃長巖細脈貫入。燕山花崗巖(細晶巖)呈巖脈狀分布于礦區(qū)各地層及華力西期巖漿巖裂隙中，巖體局部已鈉長石化、天河石化。大量勘探工作表明燕山期花崗巖為本礦區(qū)含鈮鉭礦地質(zhì)體，此外還有大量含鎢錫石英脈分布。

2.4 礦體特征

(1)礦體規(guī)模及形態(tài)。礦區(qū)已發(fā)現(xiàn)40余條礦化巖脈，其中較大鈮鉭礦體5條，含鎢錫石英脈數(shù)10條。趙井溝鈮鉭主礦體(Ⅲ#礦體)沿F1斷層呈北東向脈狀產(chǎn)出，長約400 m，出露寬為20～44 m，深約150 m，中部穩(wěn)定，兩端收縮尖滅。巖體傾角為50°～70°，上部較緩，深部及東部較陡。

(2)礦石組構(gòu)。含鈮鉭的主要礦物為鉭鈮鐵礦，次為鉭錫石。賦礦巖石主要為含天河石鈉長細晶巖、含天河石花崗偉晶巖、鈉長細晶巖、鈉長石化花崗巖。含稀有元素礦物主要為天河石、含鋰銣白(黑)云母、螢石，次為獨居石及鋯石。含天河鈉長細晶巖為青灰色、灰白色，細晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要成分為鈉長石、天河石、石英，少量白云母。天河石有深綠色和淺綠色之分，顆粒不等，大者十幾厘米，小者小于1 mm。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)該類礦石交代結(jié)構(gòu)發(fā)育，鈉長石(化)強烈交代了石英、天河石及白云母;天河石交代了石英，使石英交代呈篩狀。鈉長石交代天河石條紋嵌晶，呈樹枝狀分布于天河石主晶中。含天河石花崗偉晶巖呈灰黑夾翠綠色，粗粒花崗偉晶結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造。此類巖石之間無明顯界線，均為過渡漸變。鈉長石化花崗巖呈灰白色，斑狀結(jié)構(gòu)、致密塊狀構(gòu)造;鈉長細晶巖為灰白色，細晶結(jié)構(gòu)、致密塊狀構(gòu)造;這兩類巖石最突出的特點是保留有原巖的花崗巖結(jié)構(gòu)或細晶花崗巖結(jié)構(gòu)，蝕變程度相對較弱。含天河石礦段鈮、鉭含量均約100×10－6，高于不含天河石的鈉長細晶巖礦段，即礦床鈮鉭含量具有下部到上部、早期到晚期逐漸富集的趨勢。

(3)圍巖蝕變。主要有鈉長石化、天河石化、云英巖化、黃玉化及螢石化，其中前兩者與鈮鉭礦化密切相關(guān)，后三者與鎢、錫、稀土等礦化密切相關(guān)。

3 成礦控制因素分析

本次研究工作共采集樣品8個，其中ZJG01～ZJG04采自Ⅲ#礦體巖心，ZJG01為鈉長細晶巖，ZJG02為鈉長石化花崗巖，ZJG03為含天河石鈉長細晶巖，ZJG04為含天河石花崗偉晶巖，ZJG05為靠近礦體的千枚巖，ZJG06為遠離礦體的千枚巖，ZJG07為靠近礦體的變質(zhì)長石石英砂巖，ZJG08為遠離礦體的變質(zhì)長石石英砂巖。各樣品主量元素及鈮鉭含量分析測試結(jié)果見表1。

3.1 地層控礦分析

從分析結(jié)果來看，靠近礦體地層中的變質(zhì)巖(ZJG05、ZJG07)相對于遠離礦體的變質(zhì)巖(ZJG06、ZJG08)Nb、Ta含量明顯虧損，說明礦區(qū)出露的古元古界渣爾泰群和石炭系拴馬莊組變質(zhì)巖地層中有較高的鈮鉭背景值，為鈮鉭礦體的形成提供了部分物質(zhì)來源，但是很有限。

3.2 巖漿控礦分析

本礦床的含礦巖體主要為燕山期含天河石(鈉長石化)花崗巖和(含天河石)鈉長細晶巖兩大類，燕山期酸性巖體即為礦體。從表1可以看出，4件賦礦巖石(ZJG01～ZJG04)燒失量均較小，平均為1.36%，說明樣品新鮮。所有 SiO2含量均大于70%，最高者為73.62%，平均值達73.12%;樣品P2O5含量低(0.05% ～0.08%)，均小于0.1%，，均值為0.06%;在SiO2－K2O圖解中，樣品投點落入高鉀鈣堿性系列，見圖2。鋁度指數(shù)為0.95～1.13，屬于偏鋁質(zhì)到過鋁質(zhì)巖石;這些特征表明地殼物質(zhì)對巖漿有較明顯貢獻。在Na2O－K2O圖解中，樣品投點位于I型花崗巖區(qū)域，說明礦區(qū)含礦熔漿是來自活動大陸邊緣的火成巖熔融形成，巖漿上侵過程中有地殼物質(zhì)的混染，見圖3。

表1 趙井溝鈮鉭礦區(qū)含礦巖系主量元素和鈮鉭含量分析結(jié)果

圖2 含礦巖系SiO2、K 2 O關(guān)系

圖3 含礦巖系K 2O、Na2O關(guān)系

由于近礦圍巖的成礦物質(zhì)貢獻相當有限，所以含有高背景值鈮鉭成礦元素的高鉀鈣堿性花崗巖漿是本礦床成礦的主要物質(zhì)基礎(chǔ)。礦床表現(xiàn)出天河石化和鈉長石化越強則鈮鉭含量越高的特征，即蝕變強則礦化強，品位高［2］。由此可見天河石化和鈉長石化是本區(qū)鈮鉭礦的直接找礦標志［3］。

3.3 構(gòu)造控礦分析

礦區(qū)位于華北地臺北緣，天山—陰山構(gòu)造帶，區(qū)內(nèi)地層巖石變質(zhì)程度較高。從元古代到燕山期，多次大規(guī)模的構(gòu)造運動致使區(qū)內(nèi)地層發(fā)生了不同程度的變形變質(zhì)作用，形成許多破裂和剪性斜節(jié)理等原生破裂，為巖漿的侵位運移提供了足夠的空間和分異演化的時間，對礦體(脈)的形態(tài)、產(chǎn)狀起著控制作用，具體表現(xiàn)為北東向F1、F2兩組扭性斷裂控制著花崗巖脈、含天河石鈉長細晶巖脈的分布。礦脈沿北東向斷裂呈平行線脈狀產(chǎn)出，北東與北西向斷裂交叉復(fù)合部位控制部分巖瘤的產(chǎn)出，斷裂大小控制礦體的規(guī)模，斷裂越大則礦體規(guī)模越大，F(xiàn)1北東側(cè)還有沿扭性裂隙充填的“十字形”、“丁字形”礦化脈。華力西期的石英閃長巖及花崗巖中原生張節(jié)理為含礦巖漿的侵位提供空間，含礦巖漿分離結(jié)晶后形成產(chǎn)狀陡傾礦體及礦化分枝。

4 成礦過程

元古代至石炭紀本區(qū)各地層初步形成，先后受到北西—南東向擠壓和拉張作用，導(dǎo)致本區(qū)地層的變形變質(zhì)，并形成北東向扭性斷裂，同時形成許多構(gòu)造裂隙和虛脫空間。華力西期花崗巖漿巖裂隙上升侵位，冷凝收縮形成許多橫縱原生張節(jié)理。燕山期，天山—陰山構(gòu)造帶非常活躍，本區(qū)形成北西向的一組左行走滑斷層，礦區(qū)地層再次發(fā)生脆性變形，形成一系列張節(jié)理。燕山運動后期，I型高鉀鈣堿性含礦花崗巖漿沿裂隙上升侵位，并萃取圍巖中礦物成分，貫入華力西期形成的陡傾節(jié)理中，形成晶形較細、產(chǎn)狀陡傾礦體及礦化分枝。巖漿繼續(xù)向上運移，空間越發(fā)開闊，含礦巖漿充分分異演化，冷卻結(jié)晶形成晶體顆粒較粗且產(chǎn)狀平緩的礦體，因而礦體具有從下到上由陡傾到平緩、細晶到偉晶的過渡形式。

礦體及近礦圍巖的鈉長石化反映了成礦熱液中堿質(zhì)較高，而黃玉、螢石、云母等礦物的出現(xiàn)又說明熱液中富含F(xiàn)、CO2、H2O等揮發(fā)組分。因此推測，W、Sn、Nb、Ta 等成礦元素的遷移與 Na+、K+、F－、(OH)－的參與有關(guān)，呈 Na+、K+為外配位體，F(xiàn)－、(OH)－為內(nèi)配位體，金屬元素以中心離子的絡(luò)合物形式遷移。在運移過程中，由于物理化學(xué)條件的變化和流體中的堿質(zhì)交代早期造巖礦物使堿質(zhì)濃度降低，導(dǎo)致金屬絡(luò)合物不穩(wěn)定，鈮、鉭絡(luò)合物首先解體，其外配位體Na+、K+擺脫絡(luò)陰離子束縛，發(fā)生鈉長石化和鉀長石化，Nb5+、Ta5+以鈮鐵礦、鈮鉭鐵礦等礦物形式在鈉長石化花崗巖和鈉長細晶巖中晶出，得到相對的富集［4-5］。隨著殘余含礦熔漿繼續(xù)上升和沿裂隙向外擴散到達相對開闊位置，熔漿中的Rb+、Cs+交代微斜長石中的 K+，使得 Nb、Ta得到了充分的置換［6］，其后鈮鉭鐵礦從熔漿中隨天河石晶出，相對富集成礦。同時鎢、錫絡(luò)合物大量解體而形成黑鎢礦和錫石;組成內(nèi)配位體F－、(OH)－等組分形成黃玉、云母、螢石等，這就解釋了礦化與蝕變的對應(yīng)關(guān)系。在巖漿演化過程中，壓降逐漸沿著富硅、富堿、富揮發(fā)份而貧鈦的二價陽離子的方向變化，鈮鉭在此作用下被運移，于是便出現(xiàn)鈮鉭含量由早期向晚期漸而富集的趨向。

所以本礦床為受地層、構(gòu)造和巖漿共同控制的中低溫巖漿熱液脈型鈮鉭多金屬礦床。

5 結(jié)論

礦床成因類型為中低溫巖漿熱液脈型鈮鉭多金屬礦床。圍巖及燕山期高鉀鈣堿性I型含礦花崗巖漿為本礦床成礦提供物質(zhì)基礎(chǔ)。扭性構(gòu)造及張性節(jié)理等控制巖漿的形成、含礦元素的分異富集、礦體的產(chǎn)出部位及礦體的形態(tài)和產(chǎn)狀。天河石化及鈉長石化是本礦區(qū)鈮鉭礦的直接找礦標志。

［1］ 內(nèi)蒙古自治區(qū)第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院.內(nèi)蒙古自治區(qū)武川縣趙井溝鈮鉭多金屬礦普查地質(zhì)報告［R］.呼和浩特:內(nèi)蒙古自治區(qū)第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院，1972.

［2］ 徐新文.青海省鈮鉭礦類型、特征及找礦方向［J］.西部探礦工程，2009(3):145-147.

［3］ 趙仕欽.廣寧縣深坑鈮鉭礦床地質(zhì)特征及找礦標志［J］.西部探礦工程，2006，12(10):156-157.

［4］ 司幼東.稀有元素絡(luò)合物在成礦過程中的相關(guān)機理問題［J］.地質(zhì)科學(xué)，1966(1):1-21.

［5］ 黃定堂.江西橫峰松樹崗鎢錫鈮鉭多金屬礦床成因探討［J］.有色金屬礦產(chǎn)與勘查，1999，8(4):231-236.

［6］ 廣西冶金地質(zhì)勘探公司271隊.對某礦田鈮鉭花崗巖礦床特征及其成礦規(guī)律的認識［J］.地質(zhì)與勘探，1972(2):7-9.