大磊山及其周邊重稀土礦特征及成礦地質背景分析

余立新

(湖北省地質科學研究所,湖北 武漢　430034)

0　引言

自武當—桐柏—大別成礦帶提出并成為中國國家級的第20個成礦帶以來,國家和省在該成礦帶部署了一批科研、區調和礦產勘查項目,在2012年6月份,湖北省國土資源廳委托湖北省地質科學研究所完成《大磊山及其周邊地區含磷、重稀土巖系成礦地質背景及找礦潛力研究》(項目編號:CSJ-ZC-2012-024)項目[1],目前該項目已經驗收通過。

在充分搜集資料、野外調查和室內綜合研究的基礎上,該項目組首次提出大磊山及其周邊重稀土礦床為富堿的酸性火山巖變質型,并歸納和總結其找礦標志。

1　大磊山及其周邊重稀土礦空間分布特征

大磊山及其周邊重稀土礦資源豐富,有大型礦床一處(廣水重稀土礦),中型礦床一處(鄧家灣重稀土礦),礦點眾多[2]。重稀土礦主要有三個分布區,大磊山周邊、廣水以及芳畈地區,其中大磊山和廣水地區重稀土礦成因相似,嚴格受地層控制,芳畈地區重稀土礦則與巖漿巖關系密切。礦床分布見表1、圖1。

大磊山周邊地區主要有三個含重稀土礦層位:下重稀土礦層,位于陡山沱組(Z1d)內的上下磷礦層之間,代表礦點為湯家溝重稀土礦點；中重稀土礦層,位于上磷礦層之上的馬吼嶺巖群(∈2OM)下部,代表礦點為方家沖重稀土礦點,杜家橋重稀土礦點；上重稀土礦層,位于馬吼嶺巖群(∈2OM)下部中重稀土礦層之上,代表礦床為鄧家灣重稀土礦床。廣水重稀土礦的層位與大磊山地區的鄧家灣重稀土礦床可能是同屬于上重稀土礦層[3-4]。

表1　大磊山周邊主要重稀土礦分布一覽表

1.1　大磊山周邊

重稀土巖系位于含磷巖系上部,環繞大磊山周邊呈環狀分布,重稀土礦層主要分布于大磊山隆起的南側和南東側：南側中重稀土礦層(②號礦層)發育,分布有方家沖、杜家橋重稀土礦點；南東側上重稀土礦層(③號礦層)發育,分布有泉水庵重稀土礦點、鄧家灣重稀土礦床。這些礦床(點)工作程度較高,其中鄧家灣重稀土礦已經詳查。此外大磊山北東分布有湯家溝礦點(①號礦層)和樂家沖礦點(②號礦層),這些礦點規模較小,僅開展了踏勘工作。

通過本次科研工作,在大磊山北東樂家沖礦點向南東和北西延伸部位,均發現了重稀土礦化層(含重稀土巖系),值得進一步工作。

1.2　澴水斷裂以西廣水地區

該區重稀土礦主要分布于廣水鎮以西、廣水市以北地區,礦層呈北西向分布,全長5 000余米,由南東向北西依次分布有殷家溝、龍泉溝、老虎沖礦段,該區工作程度很高,均已詳查[4]。

圖1　大磊山基底周緣重稀土礦分布圖

2　典型礦床地質特征

區內規模最大的重稀土礦分別為鄧家灣和廣水重稀土礦,兩礦床均已詳查,通過兩礦床的研究,對本區重稀土的成礦地質背景分析有十分重要的意義。

2.1　鄧家灣重稀土礦

2.1.1 礦區地質概述

礦區為一單斜構造,地層走向25°～40°左右,傾向南東,傾角30°左右。礦區侵入巖不發育,僅見少量煌斑巖脈。出露地層為馬吼嶺巖群(∈2OM),含礦巖系圍繞大磊山東南部呈北東—南西向分布,礦區出露的巖性組合自上而下為[5-6]:

⑥ 白云鈉長片麻巖夾綠泥綠簾二云鈉長角閃片巖,厚度>50 m；

⑤ 白云鈉長片麻巖夾白云石英片巖,厚34.33 m；

④ 白云鈉長片麻巖夾淺粒巖,厚57.91 m；

③ 白云鈉長片麻巖夾重稀土礦2-5層,厚176 m；

② 淺粒巖夾白云鈉長片麻巖,厚102 m；

① 綠泥綠簾二云二長片巖與白云鈉長片麻巖互層,厚度>60 m。

重稀土礦層以淺肉紅色含重稀土白云鈉長片麻巖和白云鈉長淺粒巖為標志,其賦存于上下兩套綠片巖系(原巖可能為中基性火山巖)之間。

2.1.2礦床地質特征簡介

礦區發育上下兩礦層。下礦層全長3 000余米,呈層狀產出,基本上連續分布于全礦區,礦層一般厚5 m,最厚可達14 m,向下延伸100～200 m。上礦層出露于下礦層南西,全長3 000余米,礦層厚1～4 m,向下迅速尖滅。兩礦層大致平行分布,相距25～50 m。礦體呈似層狀或透鏡狀,產狀與圍巖一致,頂底板和礦層巖性相同,主要為白云鈉長片麻巖,少數是二云鈉長片麻巖(變粒巖)、白云石英片巖、白云鈉長變粒巖等。礦石品位一般Y2O3為0.05%左右,最高0.096%,沿走向品位變化較大。

礦石自然類型包括白云鈉長片麻巖型、變粒巖型、白云石英片巖型和淺粒巖型。主要的重稀土礦物為硅鈹釔礦、磷釔礦、褐釔鈮礦、少量褐簾石、鈰鈾鈦鐵礦、釷石,其他礦物包括少量的鋯石、磷灰石、金紅石、白鈦礦、磁鐵礦、黃鐵礦、石榴子石、電氣石等。礦石以Y元素為主,Yb、La、Ce、Nb、BeO等含量偏高。

2.2　廣水重稀土礦

2.2.1礦區地質概述

礦區發育有一系列北西向展布的線形褶皺,并組成殷家溝—老虎沖倒轉復式向斜,含礦巖系位于倒轉向斜的核部,呈北西—南東向展布,傾向南西,傾角50°～80°。

1∶25萬麻城幅區調認為礦區出露地層為陡山沱組和燈影組,但是根據野外實地觀察,結合重稀土成礦特征,該區地層不應該只是陡山沱和燈影組地層,而應該包括馬吼嶺巖群(∈2OM),在本次工作中由于研究經費和研究范圍限制,對該區的地層情況并未做更進一步的研究,只能結合有關資料探討各段巖石組合。礦區地層巖石組合由上至下為:

含重稀土巖系

⑧ 綠泥綠簾鈉長片巖,夾少量白云石英片巖或白云母片巖,厚60 m；

⑦ 重稀土礦層,主要巖性為含重稀土的(鈉長、二長、鉀長)淺粒巖(變粒巖)、白云鈉長片麻巖、白云石英片巖等,礦層邊部有含重稀土綠片巖,厚10～36 m；

⑥ 綠簾綠泥鈉長片巖,夾白云石英片巖及白云鈉長片巖,厚8～30 m；

⑤ 淺粒巖、變粒巖,夾白云鈉長片巖、綠片巖,厚20～220 m；

含磷巖系

④ 白云質大理巖、綠簾綠泥鈉長片巖,局部夾白云石英片巖,該層含磷礦(一般厚度0.5 m),厚8～80 m；

③ (鈉長、二長、鉀長)淺粒巖、白云鈉長片巖夾少量綠片巖,厚20～160 m；

② 白云鈉長片巖、變粒巖、綠片巖(綠簾綠泥鈉長片巖、綠簾鈉長陽起石片巖、鈉長角閃片巖等)、黑云斜長片麻巖,厚40～190 m；

① 黑云斜長片麻巖，局部夾變粒巖或淺粒巖,厚度>100 m。

以上地層序列中①-④層為含磷巖系,與大磊山北陳茨園磷礦和冷棚磷礦特征相似,為區域上的上磷礦層。⑤-⑧層為含重稀土巖系,與鄧家灣重稀土礦類似,含礦巖石主要為白云鈉長片麻巖、(鈉長、二長、鉀長)淺粒巖等,重稀土礦層也位于兩套綠片巖系(原巖可能為中基性火山巖)之間。

2.2.2礦床地質特征簡介

重稀土礦層出露較穩定,礦體呈層狀或似層狀,厚2～20 m不等,向下延伸50～150 m,產狀與圍巖一致。礦層底板巖性為白云鈉長變粒巖、白云石英片巖和綠片巖,頂板常為綠片巖。

礦石自然類型包括(鈉長、二長、鉀長)淺粒巖型、白云鈉長片(麻)巖型、變粒巖型、白云(鈉長)石英片巖型等。除去常見的造巖礦物外,尚見少量鋯石、石榴子石、尖晶石、金紅石、電氣石等。重稀土礦物一般以硅鈹釔礦、褐釔鈮礦、磷釔礦為主，另有鈰鈾鈦鐵礦,品位較穩定,Y2O3一般>0.07%,最高0.155%。

3　大磊山周邊重稀土礦總體特征

以上鄧家灣和廣水典型重稀土礦區的特征極其相似,同時本次工作對杜家橋礦區、樂家沖礦區進行了路線調查工作,發現具有相同的特點。據此,大磊山及其周邊重稀土礦的特征可歸納如下:

(1)含重稀土礦巖系都分布在隆起或是褶皺的四周,且位于含磷巖系之上。尤以大磊山隆起和澴水斷裂以西廣水地區殷家溝—老虎沖倒轉復式向斜最為發育。由此提示:其余隆起或褶皺周圍震旦紀及寒武—奧陶紀中淺變質巖系的含磷巖系之上應有重稀土礦賦存,可以作為新的找礦方向。

(2)含重稀土礦巖系主要的巖石組合為(鈉長、二長、鉀長)淺粒巖、白云鈉長片(麻)巖、變粒巖、白云(鈉長)石英片巖等,不同的礦區通常以其中幾類巖石為主,礦石多為含重稀土二長(或鉀長)淺粒巖,故巖石往往呈淺肉紅色,并位于上、下兩套綠片巖系之間。

(3)礦石中所含重稀土礦物在各個礦區具有一致性,主要有三種:硅鈹釔礦、褐釔鈮礦、磷釔礦；均以Y元素為主,其它稀土元素含量較低,是圈定重稀土礦體的重要依據。

(4)含重稀土巖系具有一定的放射性,重稀土含量與放射性強度呈正比,重稀土礦層伽瑪強度一般在20 γ以上,含重稀土巖層一般在15γ以上,不含重稀土的巖層一般在13 γ以下；在部分含重稀土巖系分布區還存在Y或Yb地球化學異常,是尋找重稀土礦賦存層位的重要信息依據。

(5)含重稀土巖系在區域上有多層分布的特點,特別是在大磊山周邊地區比較明顯,但是這些不同的含重稀土巖系又具有相同的特點,這是區域內有多次重稀土成礦期(火山—沉積旋回)形成的,還是由于構造作用引起的含礦巖系重復所造成的,有待今后進一步工作研究。但無論如何,這是擴大找礦前景的重要途徑。

4　礦床成因分析

該區域關于重稀土礦的成因有多種分析和見解,李石等(1980年)提出是沉積變質型[7-9],含礦巖石是在沉積變質巖基礎上經含礦鈉質溶液滲透交代而形成的,含礦鈉質溶液來自深部混合巖,釔主要從混合巖基體中浸出轉移而來；湖北省第六地質隊(1979—1980年)提出是古海濱砂礦型；袁忠信(2001)認為廣水重稀土礦是由富堿及稀土的酸性流紋巖通過斷裂噴溢在斷陷盆地中經輕度變質作用及交代作用而成礦,即酸性火山巖經區域變質而成[10]。

本次研究認為大磊山及其周邊地區中淺變質巖系中的重稀土礦為富堿的酸性火山巖變質形成,主要證據如下:

(1)大磊山周邊內不論是鄧家灣還是廣水地區,重稀土礦特征十分相似,在含礦地層層序,含礦巖石、重稀土礦物種類、各類礦物晶體形態(晶胞參數)、元素含量等特征方面幾乎相同,說明了各重稀土礦床成因相同,且重稀土元素同源,均來自于區域火山作用。

(2)含重稀土巖系中的重稀土礦層位于綠片巖之間,含重稀土巖系還是重稀土礦層都與地層呈平行接觸,隨著地層的變化而變化，巖石地球化學特征顯示:各類綠片巖原巖為基性火山巖,含重稀土巖系的鈉長片麻巖、淺粒巖的原巖為酸性火山巖。二者組成了完整的基性—酸性雙模式火山噴發旋回。它們的大地構造屬性為震旦紀—早古生代時期揚子陸塊北緣的陸緣裂谷中央帶的裂陷海槽。

(3)如果重稀土礦物為風化產物,那么在區域內勢必應該存在下伏深變質巖系的風化源區。但大磊山隆起核部片麻狀花崗巖以及其它各個隆起核部深變質巖系中沒有硅鈹釔礦、褐釔鈮礦、磷釔礦集中產出。雖然在武勝關南側老巖層內發現了含磷釔礦較多的地段,但是這種磷釔礦與廣水、鄧家灣兩礦區中的磷釔礦在形態上有所不同,前者幾乎無柱面,后者多半呈長柱狀,這種差異說明前者是基底深變質巖系中原始沉積的碎屑,而后者是基底蓋層中火山熔漿中析出并經變質作用重結晶的結晶礦物。

(4)重稀土礦層往往呈淺肉紅色,這與巖石中的鉀含量較高有關,含礦巖性常為二長或鉀長淺粒巖(片麻巖),含礦層巖石內鉀長石含量較其余地層明顯偏高。表明后期變質作用中,含重稀土礦巖石經歷了變質熱液的鉀化蝕變,致使重稀土礦富集成礦體。

(5)鏡下顯示重稀土礦物除了分布于石英、長石、白云母等礦物顆粒之間外,還有眾多的硅鈹釔礦、褐釔鈮礦、磷釔礦和鋯石呈細小包體位于鈉長石晶體中,這些特點與該區非含礦巖石中的鈉長石明顯不同。由此說明重稀土礦物有兩種狀態:一為散布的顆粒；二為鈉長石的包體,顯示變質作用的重結晶過程。

(6)雖然現階段所收集的含礦巖石地球化學數據經過圖解研究顯示大多位于砂巖區,部分樣品數據投影位于火山巖區,此證明含礦巖系總體是以沉積作用為主并伴有火山噴發作用,因此含重稀土礦層是火山—沉積作用所形成。

5　重稀土礦成礦地質背景分析

5.1　重稀土礦成礦構造背景

震旦紀之后,古生代時期,作為揚子地塊北緣的大磊山地區經歷了又一次板塊裂解演化過程,此次裂解沿宣化店—呂王—高橋—永佳河一線。裂解早期主要沉積了一套陸棚邊緣環境的碎屑—碳酸鹽巖建造(含磷錳巖系)；裂解中期,雙模式酸性火山巖與基性火山巖噴發(馬吼嶺巖群下部),伴隨著火山巖的多次噴發及其間沉積作用的伴隨,在各個隆起的周緣含磷巖系之上,構成了火山—沉積地層序列,由基底深變質巖中風化碎屑重稀土礦和火山熔漿所析出的重稀土礦,形成了區內的多層重稀土礦層。裂解作用的加強,導致志留紀早世裂解最大,形成了二郎坪—高橋—永佳河—浠水洋槽—“秦嶺洋”。晚古生代,秦嶺洋槽從離散型逐漸轉變為匯聚型。中生代時期發生俯沖—碰撞造山階段,發生區域變質作用,致使重稀土礦重結晶富集成礦體。

總之,大磊山周邊重稀土礦主要位于以大磊山為代表的隆起周緣,各隆起和褶皺區域含磷巖系及其上部,不僅是磷礦形成的有利區域,同樣也是重稀土礦找礦的有利區域,大磊山周邊的磷和重稀土有一定的“共生”特點。

5.2　重稀土礦成礦沉積環境

從區域重稀土巖系特征來看,都具有相似的火山—沉積特點,沉積環境均位于水下隆起的周緣濱淺海環境。泥沙質物質(以白云石英片巖為代表)沉積隨著火山活動的增強,逐漸形成以基性火山巖噴發為主,晚期酸(堿)性火山巖占主導地位,這些火山巖與陸源泥沙質沉積巖相間岀露,顯示火山噴發—沉積序列,形成了多層重稀土礦層。

5.3　重稀土礦找礦標志

結合區內重稀土礦的總體特征及其成礦地質背景,大磊山及其周邊地區重稀土礦找礦標志可歸納如下:

(1)構造標志大磊山以及其它隆起區周緣,含磷巖系之上,是尋找重稀土的有利地區。

(2)地層標志綠片巖發育地區,在綠片巖上部或下部的變酸性火山巖及淺色片巖。

(3)巖石標志淡紅色、淺肉紅色的白云鈉長片麻巖、二長淺粒巖等。

(4)放射性標志含礦巖石與非含礦巖石由于變質作用在外觀上十分相似,通過放射性測量能夠很好地進行區分,區內在20γ以上的地層,是重稀土礦產出的有利地段。

(5)化探異常標志具有區域Y或Yb單元素異常或組合異常的地區。

6　結語

綜上所述,大磊山及其周邊重稀土礦得出如下結論：大磊山及其周邊重稀土礦主要分布于大磊山基底周緣和澴水斷裂以西廣水地區,至目前為止是湖北省最大的重稀土礦岀露區。

致謝:該項目的成果是集體勞動的結晶,特別感謝湖北省區域地質礦產調查所教授級高級工程師金經煒，湖北省地質科學研究所教授級高級工程師王建新、李紅軍，武漢地質調查中心教授級高級工程師彭練紅，湖北省地質調查院教授級高級工程師周世卿的悉心指導和關懷。

參考文獻:

[1]余立新，等.大磊山及周邊地區含磷、重稀土巖系成礦地質背景及找礦潛力研究[R].武漢:湖北省地質科學研究所,2013.

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[3]湖北省第六地質大隊.大悟縣鄧家灣重稀土礦地質檢查報告[R].孝感:湖北省第六地質大隊,1978.

[4]湖北省第六地質大隊.應山縣廣水重稀土礦區普查詳查報告[R].孝感:湖北省第六地質大隊,1980.

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[6]王建新,彭練紅，等.湖北省大別地區1∶5萬片區總結[R].武漢:湖北省區調所,2000.

[7]李石，等.湖北省應山—大悟地區重稀土礦物質成分研究報告[R].武漢:湖北省地質試驗所,1979.

[8]李石，等.應山—大悟地區變質巖中重稀土礦的巖石礦物特征及其礦床成因[R].武漢:湖北省地質試驗所,1980.

[9]葉源遠，等.湖北應山殷家溝重稀土礦可選性考查試驗[R].武漢:湖北省地質試驗所,1979.

[10]袁忠信.中國內生稀有稀土礦床的時空分布[J].礦床地質,2001,20(4):347-354.