大莊鈮鉭礦地質特征及找礦方向*

李國建

（河南省地質礦產勘查開發局第一地質勘查院）

稀有金屬主要有鈮、鉭、鈹、鋰、鋯、鍶、鉿、銣、銫元素，在超導材料、航空航天、國民經濟、國防工業和高精尖科技等領域中地位愈發重要［1-3］。花崗巖偉晶巖型鈮鉭礦是最主要的成礦作用類型，鈮鉭礦物常見的主要有鈮鐵礦-鉭鐵礦、鉭鐵礦-鉍鐵礦、褐釔鈮礦、易解石、燒綠石、細晶石、錫錳鉭礦等30 多種［4］。東秦嶺花崗偉晶巖分布廣、類型全、分異強烈、多礦化，是稀有元素礦產、鈾礦和部分寶石資源的有利成礦區帶［5］。歷年來，圍繞河南省盧氏縣西南部花崗偉晶巖型鋰鈮鉭礦的研究成果均較多，研究程度較高，但本省其他地區該類型礦床研究鮮有涉及。自上世紀50 年代末至70 年代以來，先后有原北京地質學院、原河南省地質局、原中南冶金地質勘探公司等多支地質找礦隊伍在大莊區域開展鈮鉭礦勘查工作，發現了6 條礦脈［6］，但中深部及外圍尚待研究評價。為了進行大莊鈮鉭礦資源潛力評價，在收集分析1∶5萬地質調查、1∶1萬地質測量、1∶20萬重力測量、1∶20萬重砂測量、1∶20 萬水系沉積物測量、槽探及坑探等資料的基礎上，總結成礦規律，進行成礦預測，構建成礦模型。

1 礦床地質特征

大莊鈮鉭礦區位于河南省西南部，秦祁昆造山系北秦嶺構造帶，中國鈮鉭成礦區帶秦嶺成礦帶［7-8］。該區具有長期、復雜的構造演化歷史和變質變形特征，呈現出多層次、多樣式、多機制、多階段復雜構造變形的特點［9-10］。

加里東期黑云母花崗巖是形成本區花崗偉晶巖的母巖。二郎坪群大廟組、火神廟組的變質巖系地層以及花崗巖的裂隙，則是花崗偉晶巖形成的有利場所。圍巖巖性和構造裂隙，是控制巖脈形狀、產狀、規模的重要因素（圖1）。

1.1 地 層

礦區地層主要為一套二郎坪群大廟組、火神廟組的變質巖系，以及產于山麓溝谷及河流兩側的第四系沖積、殘坡積物。

（1）下古生界二郎坪群大廟組（Pz1d（mb））。大理巖：淺層—薄層狀、白色、淺灰色、淡肉紅色、褐黃色等。礦物成份以方解石為主，其次常會有少量的角閃石、透輝石、透閃石、白云母、黃鐵礦等。

（2）下古生界二郎坪群火神廟組（Pz1h）。石英片巖及云英片巖（Pz1h（λχτ））灰白—暗灰色，主要礦物成份為石英、白云母，其次為微斜長石、斜長石、鈉長石、黑云母等，含大量榍石、磁鐵礦、磷灰石、鋯石、獨居石等，受蝕變交代后可見綠泥石、綠簾石、透輝石、重晶石、絹云母、矽線石、金紅石、透閃石、黃鐵礦等。角閃片巖、鈣質角閃片巖、石英角閃片巖（Pz1h（sch））礦物成分主要為角閃石，次為石英、黑云母、輝石、斜長石、榍石、磷灰石等。蝕變后可見透輝石、綠簾石、透閃石、綠泥石、方解石等。

（3）第四系殘、坡積及沖積層（Q）。主要由黃褐色—黑褐色腐植土和砂質黏土以及細砂和礫石組成。

1.2 巖漿巖

區內侵入巖以早古生代黑云母二長花崗巖（ηγβPz1）為主，次為含黑云母二長花崗巖（ηγPz1）、晚古生代花崗巖（γPz2）、偉晶巖及酸性脈巖類。區內花崗偉晶巖脈成群分布于五垛山、石門巖體的內外接觸帶，受區域構造控制，呈斷續帶狀沿北西西—南東東向展布，普遍含稀有、稀土元素礦物。具水平分帶特征，自五垛山、石門巖體由近及遠依次為Ⅰ帶（黑云母型花崗偉晶巖帶）、Ⅱ帶（二云母型花崗偉晶巖帶）、Ⅲ帶（白云母型花崗偉晶巖帶），自Ⅰ帶→Ⅱ帶→Ⅲ帶，Ta、Nb礦物由貧→富。

1.3 構 造

礦區內構造簡單，主要受南河店—板山坪—洞街復背斜控制，位于復背斜的西南翼，呈單斜構造。次級褶皺輕微，只見有小的撓曲和牽引褶曲，斷裂種褶曲對巖脈的產出影響不大。

本區節理裂隙發育，是控制偉晶巖脈形成的主要構造因素。發育在花崗巖中的節理為冷縮節理，一般走向近于東西，傾向南或北，傾角為20°～40°。發育在變質巖中的節理，以張節理為主，剪切節理次之。張節理走向北西，傾向南西，傾角為20°～30°。剪切節理走向北東，傾向南東或北西，傾角為20°～30°。與區域構造線近于直交。張節理走向大致與片巖片理一致，傾角相反，且小于片理傾角，規模不一，長30～150 m。節理面粗糙，常呈波浪狀。剪切節理走向大致與片理走向近于直交，節理面較為規整。其中發育在變質巖中的張節理為主要控礦構造。

1.4 礦體地質特征

該礦區共發現了K235、K226、K178、K90、K16、K45 共6 條礦脈，礦體多呈不規則脈狀、透鏡狀，脈長為62～250 m，厚0.8～16.96 m，產狀為（20°～255°）∠（20°～70°），（Nb+Ta）2O5品位可達0.011%～0.056%，Ta2O5品位可達0.005%～0.021%。其中K16 規模較大，具有一定代表意義。

K16 位于紙房，巖脈為不規則透鏡狀，脈長約為250 m，出露寬度為12～47 m，真厚度為6～20 m，走向為310°，傾向為40°，傾角為30°～35°，礦化作用和交代關系密切，一般品位不高，但較穩定，（Nb+Ta）2O5為0.01%～0.02%。圍巖為角閃片巖。

全脈由塊體及小塊體結構組成，呈對稱的帶狀構造，脈體中部結構粗大，兩側漸細，局部甚至出現中細粒結構，小塊體結構帶出露于巖脈中部沿走向斷續分布，中粗粒結構則占據主要部位，于巖脈邊沿可見細粒結構。巖脈礦物以條紋長石、微斜長石、鈉長石及石英為主；次為白云母、綠柱石及少量石榴子石、電氣石、重晶石等。含鈮鉭稀有金屬主要為鈮、鉭鐵礦、細晶石、易解石、鋰云母等近17 種礦物。圍巖蝕變主要為鈉長石化、云英巖化，由鈉長石化形成之糖粒狀葉片狀鈉長石，遍及全脈，總量達20%～30%。葉鈉長石呈放射狀、菊花狀集合體產于巖脈中部。粒狀鈉長石往往和石英共生，其間包括有不規則的微斜長石殘余體。云英巖化發育于脈體兩側的中細粒結構帶內及中粗粒結構帶內。鋰云母化十分微弱，產于小塊體結構帶內，與鈉長石集合體共生，鋰云母呈細鱗片狀，分布于鈉長石中和灰色石英邊沿。

2 物化探異常特征

（1）1∶20 萬重力異常特征。工作區整體位于秦嶺異常區北秦嶺異常亞區，由北向南分為重力低場和重力高場兩部分。布格重力異常值在-80×10-5～-60×10-5ms-2。重力場低值區主要為五垛山花崗巖基所引起，其間的弱局部重力高異常為酸性巖體之上的古元古界、中生界地層的綜合反映。

（2）1∶20 萬重砂異常。分布于區域中部大莊—桑樹坪一帶，為鈮、鉭Ⅰ級異常，呈近橢圓狀，長約12 km，寬2.7～4 km，異常連續性好，影響范圍大，與區內發現的大多數偉晶巖脈位置重合，且處在稀有金屬礦產成礦前景較好的巖體內外接觸帶，具有良好的找礦前景（圖2）。

（3）1∶20 萬水系沉積物異常。該區水系沉積物化探異常場表現出明顯的2個分區，大致以喬端—瓦穴子斷裂為界，該斷裂以北區域Nb 異常最高（8×10-6～11×10-6），對應地層主要是二郎坪群大廟組和火神廟組，以南區域Nb 異常最高（29×10-6），對應巖性為泥盆紀五垛山黑云二長花崗巖體。綜合區域元素異常特征認為，鈮鉭礦分布在Ti、Li、Sr、B、Na2O、Nb、Ta元素組合高值異常帶中（圖2）。

3 區域成礦要素與成礦模式

3.1 成礦要素

基于大莊偉晶巖型鈮鉭礦床地層、構造、巖漿巖、物化探異常及礦體地質特征的認識，構建了該區域的成礦要素。

3.1.1 成礦時代

在中元古代—中三疊世成礦構造階段，含稀有金屬礦物偉晶巖型礦床緊隨五垛山巖體（鋯石U-Pb為414.5±2.3～418±1.3 Ma）之后形成［11-12］。

3.1.2 大地構造位置

大地構造位置為二郎坪島弧帶（Pz1）。

3.1.3 礦床空間分布特點

含稀有金屬礦物花崗偉晶巖分布在五垛山巖體外圍的白云母—鋰云母型花崗偉晶巖最為發育帶，自內而外分布為黑云母型花崗偉晶巖（Ⅰ帶）、二云母型花崗偉晶巖（Ⅱ帶）、白云母型花崗偉晶巖（Ⅲ帶）、含稀有金屬礦物型花崗偉晶巖（Ⅳ帶）。

3.1.4 成礦物質來源

含稀有金屬礦物花崗偉晶巖僅出現在I 型花崗巖體周圍，指示成礦物質來自俯沖洋殼重熔或地幔巖漿混染的深部來源。

3.1.5 礦床特征

控礦構造為五垛山花崗巖基外側伸展、收縮裂隙；礦體形態為脈狀、囊狀；礦體規模為10～900 m；常見稀有元素礦物有鈮鉭鐵礦、綠柱石、鋰輝石、錳鈮礦、錳鉭礦、細晶石、鈉鋰綠柱石、銻鉭礦、銫鋰綠柱石、磷鋰鋁石和銫榴石等；圍巖蝕變鈉長石化，鋰云母化及白云母—云英巖化。

3.2 成礦模式

東秦嶺花崗偉晶巖型鈮鉭稀有金屬成礦帶的成礦作用發生在加里東期［13］。偉晶巖源于母體花崗巖分異出的富流體熔體的結晶作用成為共識［14］，在花崗巖的上部區域分散分布年齡相同、成分規律性變化的偉晶巖脈，從富Be（綠柱石）偉晶巖到Nb-Ta 偉晶巖，最后為Li-Be-Nb-Ta偉晶巖［15-16］。大莊鈮鉭礦為典型的花崗偉晶巖型礦床，其成礦母巖為五垛山花崗巖體，原始巖漿為地幔巖漿與下地殼局部混染形成的巖漿流體。礦床的形成是多期多階段的產物，成巖過程分為結晶分異作用和熱液交代作用2個主要階段，稀有金屬元素富集成礦與這2個階段密切相關。區內偉晶巖脈早期階段以結晶作用為主，鈮鉭礦的形成主要在后期以交代作用為主的條件下形成。在結晶作用階段早期，鈮、鉭分別以類質同象分散在其它礦物中，從黑云母型→二云母型→白云母型各類巖脈中均有鈮鉭晶出，且以類質同象分散于褐簾石、磷釔礦、獨居石中。偉晶巖脈的分布及結構特征，表現著巖脈結晶階段的物理環境礦物結構與鈮鉭礦物含量成正比關系，在巖脈分異交代良好的地段，鈮、鉭元素有可能形成獨立礦物，礦化好，含量相對富集。在交代作用下，巖體周圍自內向外形成黑云母化、二云母化、白云母化及鋰云母化的帶狀分布。在通常環境下，稀有金屬元素與K、Na 以易溶絡合物的形式賦存在充滿F、Cl、B、CO2、P 的成礦溶液下，隨著成礦作用發育到一定程度，溫度和壓力下降，稀有金屬絡合物被破壞，產生堿質的交代作用，稀有金屬元素隨之晶出成礦（圖3）［17］。

4 結論

4.1 找礦遠景

含稀有金屬花崗偉晶巖脈是鈮鉭礦成礦的先決條件和必要要素，重力、重砂、水系沉積物組合異常較好反映了鈮鉭礦脈體的空間位置、規模、礦石質量等特征。根據鈮鉭礦地質特征及物化探異常特征，圈定了一處找礦靶區并進行深部預測。在區內含稀有金屬偉晶巖脈體中深部500 m 以淺賦礦空間內，估算出Nb2O5、Ta2O5資源量約1 050 t。

4.2 討論

（1）通過潛力評價分析，得出：①大莊鈮鉭礦床為花崗偉晶巖型鈮鉭礦；②花崗偉晶巖脈主要沿二郎坪群大理巖與五朵山花崗巖接觸帶分布；③花崗偉晶巖脈中鈮、鉭、鋰、鈹等稀有礦物礦化普遍，鈮鉭礦物主要分布在具鈉長石化的長石單礦物結構帶內；④偉晶巖型鈮鉭礦均分布在剩余重力高值異常條帶中，且主要沿朱夏斷裂帶對應的重力梯度異常帶分布；⑤前后共發現了K235、K226、K178、K90、K16、K45共6條礦脈，其中K16規模較大；⑥初步圈定了找礦靶區。綜合研究區內成礦地質條件、成礦物質來源，認為該區中深部具有較大找礦潛力。

（2）構建成礦的要素：①成礦巖體為五垛山巖體外圍控制的含稀有金屬礦物花崗偉晶巖；②成礦時代的鋯石U-Pb 為（414.5±2.3）～（418±1.3）Ma；③成礦環境為五垛山巖體外圍；④成礦構造背景為Ⅲ22二郎坪島弧帶。

（3）總結的成礦模式：古秦嶺洋于志留紀發生聚合碰撞，在巖體侵位之后，源區殘余流體隨之上升，產生大量的花崗偉晶巖墻，富含揮發組分的含稀有金屬礦物的偉晶巖帶分布在最上方或最外側，形成了帶狀展布的花崗偉晶巖型鈮鉭礦。