河南太后廟稀土礦區(qū)地質(zhì)特征及成礦機(jī)理研究

孫春霞 贠鵬超 張素超 陳曉明

摘要：太后廟稀土礦區(qū)地層屬華北地層區(qū)豫西地層分區(qū)嵩山地層小區(qū)，區(qū)內(nèi)構(gòu)造較為簡單，石秤花崗巖體產(chǎn)于嵩山復(fù)式背斜南翼，在區(qū)內(nèi)分布較廣，主要為石秤鉀長花崗巖體巖脈及小巖株和輝綠巖脈。區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)共圈定出48條堿長花崗巖脈，脈體規(guī)模大小不等，屬于輕稀土富集型堿性花崗巖礦床，在該區(qū)找礦方向主要是尋找堿長花崗巖脈。伽馬場高背景值、巖性、地表、巖漿巖等找礦標(biāo)志明顯，以后應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對堿長花崗巖脈的形成機(jī)制研究，擴(kuò)大找礦遠(yuǎn)景。研究結(jié)果為以后的地質(zhì)勘查提供重要的參考。

關(guān)鍵詞：太后廟稀土礦區(qū)；地質(zhì)特征；成礦機(jī)理

1.引言

太后廟稀土礦區(qū)位于華北陸塊中南部、豫皖古陸塊、中條山古元古代活動陸緣和太華-登封新太古界巖漿弧上的嵩箕臺?。▓D1）。區(qū)域地層屬華北地層區(qū)豫西地層分區(qū)嵩山地層小區(qū)，地層出露較全，從新太古界、古元古界、中、新元古界、下古生界、上古生界、中生界和新生界等時代地層均有出露?；子尚绿沤绲欠鈳r群、古元古界嵩山巖群構(gòu)成；蓋層為中-新元古界薊縣系、震旦系、寒武系、石炭系、二疊系、三疊系等。

2.地層特征

該區(qū)位于河南登封市境內(nèi)，地層出露簡單，主要為嵩山群羅漢洞組（Pt1l）、寒武系中統(tǒng)張夏組（∈2z）、寒武系上統(tǒng)崮山組（∈3g）、石炭系中統(tǒng)本溪組（C2b）、二疊系上統(tǒng)孫家溝組（P3s）、三疊系下統(tǒng)劉家溝組（T1l）、三疊系下統(tǒng)和尚溝組（T1h）、上統(tǒng)油坊莊組（T2y）及古近系陳宅溝組（E2c）、新近系洛陽組（N1l）、第四系。

嵩山群羅漢洞組（Pt1l）主要巖性為石英巖、絹云母石英片巖，與石秤花崗巖體為侵入接觸，與三疊系下統(tǒng)和尚溝組、古近系陳宅溝組為斷層接觸。

寒武系中統(tǒng)張夏組（∈2z）張夏組分為一段、二段及三段，一段為灰色含泥質(zhì)條帶鮞狀灰?guī)r、暗紫紅色頁巖；二段為灰白色厚層狀鮞粒灰?guī)r；三段為鮞粒白云巖，上部夾竹葉狀灰?guī)r。與石秤花崗巖體為侵入接觸，與上覆崮山組整合接觸。

寒武系上統(tǒng)崮山組（∈3g）主要巖性為中厚層狀細(xì)晶白云巖，與下伏張夏組三段為整合接觸，與石炭系本溪組為不整合接觸。

石炭系上統(tǒng)本溪組（C2b）主要巖性為雜色鐵鋁質(zhì)泥巖、褐紅色鐵鋁質(zhì)鋁土巖、灰白色鋁土巖。與二疊系上統(tǒng)孫家溝組為斷層接觸。

二疊系上統(tǒng)孫家溝組（P3s）主要巖性為紫紅、灰綠色粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，中細(xì)粒砂巖夾鈣質(zhì)結(jié)核。與上覆三疊系下統(tǒng)劉家溝組為整合接觸。

三疊系下統(tǒng)劉家溝組（T1l）主要巖性為紫紅色石英砂巖。與上覆和尚溝組為整合接觸。

三疊系下統(tǒng)和尚溝組（T1h）主要巖性為暗紫紅色泥巖夾紫紅色砂巖。與嵩山群羅漢洞組為斷層接觸。

三疊系下統(tǒng)油坊莊組（T2y）主要巖性為米黃色長石石英砂巖。

古近系陳宅溝組（E2c）主要巖性為紫紅色砂質(zhì)粘土巖與紅色粘土質(zhì)砂礫巖互層夾透鏡狀砂巖。與嵩山群羅漢洞組為斷層接觸。

新近系洛陽組（N1l）主要為粘土巖、礫巖鈣質(zhì)結(jié)核層。

第四系主要為河流沖積的淺黃色黃土狀亞砂土粉砂土及礫石層、砂、卵石、亞砂土、粘土等。

3.構(gòu)造特征

區(qū)內(nèi)構(gòu)造較為簡單，斷裂構(gòu)造主要為預(yù)查區(qū)南部發(fā)育一條走向近北東東向的斷層，斷裂帶北側(cè)為嵩山群羅漢洞組，南側(cè)為中寒武統(tǒng)張夏組—三疊系、新近系。西南部發(fā)育一條小的斷裂構(gòu)造，斷裂走向北東-南西向，斷裂西部為石炭系中統(tǒng)本溪組，東部為二疊系上統(tǒng)孫家溝組，為斷層接觸。

4.巖漿巖

嵩山地區(qū)石秤花崗巖體產(chǎn)于嵩山復(fù)式背斜南翼，在區(qū)內(nèi)分布較廣，占礦區(qū)總面積的85%以上，根據(jù)巖性及分布范圍可分為石秤鉀長花崗巖體（粗粒正長巖、堿長花崗巖）巖脈及小巖株和輝綠巖脈三部分。石秤花崗巖體與稀土礦化體關(guān)系密切，為稀土礦化體成礦母巖，主要依據(jù)如下：稀土礦化體與石秤花崗巖體在空間上不可分，稀土礦化體僅賦存于石秤花崗巖體中，在石秤花崗巖體北部登封巖群、嵩山群及登封變質(zhì)雜巖中未見。因此，在成巖成礦時代上，稀土礦化體和石秤花崗巖體有先后繼承關(guān)系，為巖漿后期熱液成礦。石秤花崗巖體本身即為輕稀土富集型的堿性花崗巖，稀土礦化體是以石秤花崗巖為成礦母巖，在其后期巖漿演化過程中含礦熱液沿裂隙充填形成。

5.地球物理特征

5.1巖石伽馬背景場

通過FD-3013環(huán)境γ輻射監(jiān)測儀測量，確定區(qū)內(nèi)主要三種巖性的背景值和分布規(guī)律（表1）。

其次根據(jù)巖性底數(shù)統(tǒng)計情況，結(jié)合此次測區(qū)大面積出露的巖性為正長花崗巖，因此以正長花崗巖背景值計算出標(biāo)準(zhǔn)偏差，得出伽馬場的分級標(biāo)準(zhǔn)和野外異常點的確定原則。

根據(jù)公式計算出伽馬正常場、偏高場、高場、異常場的分級場值（表2）。

5.2伽馬總量異常分布

區(qū)內(nèi)正長花崗巖正常伽馬背景值為33×10-6，以高出正常背景值3倍（即伽馬場強(qiáng)度90×10-6），受一定巖性或構(gòu)造控制的，確定為最低異常點；其受同一巖層或構(gòu)造帶控制，連續(xù)長度大于20m，斷續(xù)長度大于100m的確定為異常帶。

區(qū)內(nèi)完成了伽瑪總量測量測點11462個，圈定了16個γ異常，伽馬總量等值線圖如下（圖2）。

6.礦（化）體特征

區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)共圈定出48條堿長花崗巖脈，脈體規(guī)模大小不等，主要分布在工作區(qū)中部和北西部，寬度在2m～30m左右，長度30m～1100m。初步工作后確定4條堿長花崗巖脈達(dá)到礦化。

M8巖脈：走向北東-近東西，傾向南東-南，傾角50°～ 75°，延長約300m，厚度1.95m，出露不連續(xù)，Y2O3分析結(jié)果0.033%～0.047%。

M22巖脈：由兩條支脈組成，兩條支脈走向分別為北東向、北西向，長度分別為400m、380m，礦化巖脈厚度0.70m。TRE2O3分析結(jié)果0.18%、Y2O3分析結(jié)果0.033%。

M25巖脈：出露長度約240m，寬度約30m，厚度1.79m～ 1.85m，產(chǎn)狀340°∠54°。向北東方向延伸與東西向巖脈相交，東西向巖脈長約1000m。Y2O3分析結(jié)果0.016%～0.03%。

M31巖脈：脈體規(guī)模小，走向近東西向，巖脈寬5～15m，長約250m，厚度2.68m。Y2O3分析結(jié)果0.025%～0.035%。

7.成礦機(jī)理

7.1礦床成因

根據(jù)前人研究成果結(jié)合本次工作成果認(rèn)為該區(qū)的成巖成礦時代上，石秤花崗巖體與稀土礦化體有著先后繼承關(guān)系，石秤花崗巖體為成礦提供了豐富的稀土礦物質(zhì)，后期在熱液影響下發(fā)生活化，最終產(chǎn)生稀土元素并沿裂隙充填富集形成該區(qū)的稀土礦。屬于輕稀土富集型堿性花崗巖礦床。

原巖中稀土總含量是離子型輕稀土礦床成礦物質(zhì)基礎(chǔ)，在別的條件一致的情況下，原巖的稀土含量越高，礦體的品位也越高。原巖中稀土元素的賦存狀態(tài)很大程度上決定了礦石中稀土元素的賦存狀態(tài)，這對稀土元素的活化，遷移和富集特別是礦體的浸出品位具有很重要的影響。原巖中稀土元素的總量和賦存狀態(tài)與花崗巖的起源，演化和流體交代關(guān)系密切。

7.2找礦方向

（1）伽馬場高背景值標(biāo)志：對比區(qū)內(nèi)各巖性及稀土礦（化）體的背景值和變化范圍，認(rèn)為該區(qū)尋找伽馬場的高背景值為找礦的物理標(biāo)志。（2）巖性標(biāo)志：區(qū)內(nèi)巖性以粗粒正長巖、堿長花崗巖分布廣泛。成礦母巖中礦物的含量限制了稀土元素的來源。巖石形成礦物中稀土元素的含量按鉀長石，斜長石，云母和石英的順序排列。鉀長石的含量最高，而且鉀長石比斜長石更容易風(fēng)化。因此，石秤花崗巖體中的堿長花崗巖脈為找礦的巖性標(biāo)志。（3）地表標(biāo)志：低山丘陵地貌有利于形成離子吸附型花崗巖風(fēng)化殼輕稀土礦床。最有利的是海拔400m～600m和相對高度差100～250。（4）巖漿巖標(biāo)志：石秤花崗巖體本身為富含輕稀土的堿性花崗巖，稀土礦化堿長花崗巖脈為后期巖漿演化過程中含礦熱液沿裂隙充填而形成，為巖漿后期熱液成礦。以后應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對堿長花崗巖脈的形成機(jī)制研究，擴(kuò)大找礦遠(yuǎn)景。

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