2018, Vol. 9引用本文 |
| 内蒙古中部典型花岗岩型稀有金属矿床特征和控矿因素 |  [PDF全文] |
“三稀资源”是稀土、稀有和稀散资源的统称，是新一代尖端武器、信息技术、节能环保、医药和医疗设备、高端装备制造、新材料、新能源汽车等战略性新兴产业所需要的功能材料、结构材料和关键性原料[1]，因而日益受到重视.就金属品种而论，稀有金属合计13种，包括稀有轻金属锂、铍、铷、铯和稀有高熔点金属铌钽等.稀有金属在地壳中含量较低，赋存状态极其复杂，难以开发和提取[2].但稀有金属及其材料在国计民生、国防军工和高新科技领域中，占有重要的战略地位.内蒙古中部地处大兴安岭～华北陆块北缘成矿区，“三稀”资源以白云鄂博式超大型铁～稀土～铌矿床[3]和巴尔哲大型碱性花岗岩铌～稀土矿床[4]著称，近年来，还陆续探明了一批稀有金属矿床，有阿拉善额济纳旗东七一山铌钽矿、呼和浩特武川县赵井沟铌钽矿[5]、锡林浩特石灰窑铌钽铷锂矿床[6]等.稀有金属元素主要以共伴生的形式存在，内蒙古的大部分铅锌多金属矿共伴生有稀有金属元素.在新类型稀有金属资源方面，煤和含煤岩系中高度富集并可以开发利用的稀有金属元素包括锂、钪、钛、钒、镓、锗、硒、锆、铌、铪、钽、铀等，内蒙古一些煤田普遍伴生有稀有金属元素，如准格尔煤田官板乌素矿伴生锂矿达到了中型规模.
1 区域地质背景华北板块由北部陆缘增生带和华北地块组成，华北陆块北缘系由2个构造单元(西伯利亚板块和华北板块)夹持的构造活动带，具备形成大型成矿带的有利条件.成矿带上多金属硫铁矿床具有显著的时控和层控特征，分布的前寒武系不仅是中国境内古老、复杂而且规模宏大的岩性构造带[7]，还赋存着大量与之有关的稀有金属矿产.近年来在内蒙古中部新发现的赵井沟铌钽矿及石灰窑铷锂铌钽矿即分布在该区（见图 1，图 1据文献[8]修改）.
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| 华北陆台：Ⅰ.古元古带～太古宙结晶基地；Ⅱ.中～新元古代大陆边缘；Ⅲ.白乃庙～温都尔庙前寒武纪～早古生带构造～岩浆岩带；Ⅳ.阿尔普图～查干淖尔晚古生代构造～岩浆岩带；Ⅴ.艾力格庙～锡林浩特前寒武纪中间地块；Ⅵ.二连浩特～贺根山晚古生代蛇绿岩混杂岩带.西伯利亚板块：Ⅶ.阿巴嘎旗～东乌珠穆沁旗晚古生代构造～岩浆岩带；Ⅷ.查干敖包～奥尤特～朝不楞早古生代构造～岩浆岩带；Ⅸ.南蒙古早古生代构造～岩浆岩带.图例：1.镁铁质～超镁铁质侵入岩；2.古板块缝合带. 图 1 内蒙古中部地区地质构造略图 Fig. 1 Geological Sketch in central Inner Mongolia |
2 典型花岗岩型稀有金属矿床特征
在稀有金属花岗岩型矿床中，稀有金属矿物呈浸染状或细脉浸染状分布，矿床和岩石常是同一对象，花岗岩中稀有金属含量达到工业品位的就构成矿[9].与岩浆岩有关的内生金属矿床，其成矿过程多与高度分异演化的岩浆活动有关，稀有金属元素和挥发组分通常在分异晚期的岩体中聚集成矿[10].
2.1 赵井沟典型矿床研究赵井沟矿床是近年来在内蒙古中部地区发现的一处以铌钽为主，铷、锂、铯、锆铪、稀土为伴生有益元素的大型稀有金属矿床，探明铌钽金属量8 279.55 t，铌钽平均品位0.025 %[11]，同时在同一空间内共生的钨矿产也有很高的经济价值.
2.1.1 矿床特征赵井沟铌钽矿位于华北地台北缘中段大青山金、铁、稀有、稀土金属成矿带.出露的地层主要有中元古宙渣尔泰群（Pt2zh1）和中石炭统栓马庄组（C2sh）以及第四系（Q4）冲洪积物.其中栓马庄组（C2sh）是一套以轻变质砾岩和轻变质粗砂岩为主的岩系，是含矿岩体的主要围岩.矿区已发现40余条矿化岩脉，其中较大铌钽矿体5条，含钨锡石英脉数10条.赋矿岩体（脉）主要为含天河石钠长细晶岩、含天河石花岗伟晶岩、钠长细晶岩、钠长石化花岗岩.矿（化）体在空间上呈北东25°方向展布，地表出露长度450 m，宽20～50 m，受北东向构造控制，呈脉状贯穿于石炭系栓马桩组轻变质含砾变质砂岩构造裂隙中，向南陡倾，倾角40°～70°，深部及东部变缓，中部形态较平稳，两端收缩或分叉尖灭（图 2）.
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| 1.第四系; 2.中石炭统拴马庄组变质长石砂岩; 3.变质砾岩; 4.碱长花岗伟晶岩脉; 5.碱长花岗细晶岩脉; 6.云英岩脉; 7.含天河石钠长石化碱长花岗岩脉; 8.铌钽矿体; 9.含钨石英脉; 10.实测和推测断层. 图 2 赵井沟铌钽矿床地质略图 Fig. 2 Nb Ta ore deposit of geological map in Zhao Jing Gou |
矿体由上、下两部分构成.上部脉状矿体赋矿标高1 950～1 590 m，矿体分支较多，品位含量铌高钽低.两侧有较多的大致平行主矿体的脉群，多数呈雁行或羽毛状分布，铌钽品位大多低于工业品位.下部岩株状矿体赋矿标高1 590～1 221 m，矿体形态、产状、厚度、品位与上部矿体有明显不同，形态呈不规则岩株状，长750 m，厚度最大可达200 m左右，倾向143°～205°，倾角20°～40°.深部矿体品位变富，ω（Na2O5+Tb2O5）为0.022 4%～0.028 7%[12].
2.1.2 控矿因素1）构造控矿因素.矿区位于阴山断隆大青山复背斜北翼，区内构造活动十分强烈，早期以韧性剪切带为特征，晚期以脆性断裂和推覆构造为特点.矿体主要充填于北东向裂隙中，是该区主要容矿构造.而近东西向裂隙却主要充填有含钨石英脉.二者从岩脉穿插关系来看，北东向先于近东西向形成，为成矿及后期形成的各种矿化创造了良好条件.
2）侵入岩控制作用.矿区出露的岩体主要为早元古代闪长岩、二叠纪中粗粒花岗岩和侏罗纪钾长花岗岩.其中侏罗纪钾长花岗岩分布面积最大，且蚀变作用十分发育，与稀有元素成矿作用密切相关.蚀变作用有钠长石化、天河石化、白云母～绿鳞云母、云英岩化、萤石、硅化等，其中以前二者与成矿作用关系最为密切.由于矿化岩体主要以未剥蚀的隐伏状态存在，含矿钠长石化碱长花岗岩的原岩在未发生蚀变作用前，即是一个经长期分异作用而形成的碱长花岗岩，原岩中的长石矿物组成，基本仅为微斜长石和钠长石，应当说是从岩浆中直接结晶的产物.铌钽矿物在矿石中的分布60 %以上和晚期钠长石伴生.白云母～绿鳞云母化是对蚀变前碱长花岗岩中云母的进一步改造作用，主要表现为云母的浅色化（铁质的析出）和其中Li、Rb、Cs等稀碱元素在矿物中的增加，云母的物性基本是随着钠长石化的强烈程度而变化，蚀变作用相对较弱时，以绿鳞云母的形式出现，当蚀变作用强烈时，则以锂白云母的形式出现.云母的这种蚀变作用基本发生在晚期钠长石化之前或在此过程中，在显微镜下，基本均是钠长石交代白云母～绿鳞云母，而未曾发现相反的现象.白云母～绿鳞云母化和铌钽矿化关系也是非常密切，铌钽矿物以交代白云母～绿鳞云母产出的现象很普遍.钠长细晶岩应是一种在更浅部位、钠长石化强烈发育和岩浆冷凝速度更快的情况下结晶产物.
3）蚀变作用控矿作用.近矿围岩浅部为石炭系栓马桩组的黑灰色轻变质含砾砂岩，深部主要为石英闪长岩和少量花岗岩.由于矿体蚀变较强，主要有钠长石化、天河石化及云英岩化，在矿体蚀变的同时近矿围岩也受到不同程度的钠长石化、天河石化及云英岩化现象，另外还见有绢云岩化、硅化、碳酸岩化，局部见绿泥石化、钾化、高岭土化等.
2.2 石灰窑典型矿床研究石灰窑矿床为内蒙古中部地区另一大型稀有金属矿床，初步估算铌钽氧化物资源量为12 425 t左右（Ta2O5含量56.88 %），其中ω（Nb2O5）和ω（Ta2O5）的平均含量为0.01 %和0.013 2 %[13].
2.2.1 地质特征石灰窑位于华北陆台艾力格庙～锡林浩特前寒武纪中间地块的中间地带（图 2）.区内上二叠统林西组（P3l）局部出露，岩性以浅灰色粉砂质夹泥灰岩、暗黑色炭质板岩、变质砂岩为主.第四系全新统冲积、湖积层（Q4el+l）及以风成砂为主的堆积层（Q4eol）广泛分布于矿区的沟谷和低洼地带.侏罗纪岩体在矿区出露最广泛，岩性主要有中细粒花岗岩（J2γ）、钠长石化云英岩化花岗岩（J2γny）、细粒石英二长（斑）岩（J2ηοπ）、中细粒花岗闪长岩（J2γδ）、中细粒石英闪长岩（J2δο）.其分布和产出形态严格受北东向断裂带控制，多呈岩株状、脉状产出.从区域上来看应属小乌兰沟～海流特山大基岩的南缘部分，且剥蚀深度不大.受种畜场～海流特山破碎带的影响，和后期强烈的糜棱岩化作用，构造形迹改造，部分地段岩石破碎呈碎裂花岗岩或具片麻状构造，并在岩体中出现了电气石化白云母伟晶岩脉、花岗伟晶岩脉、花岗（斑）岩脉、二长花岗斑岩脉、石英正长岩脉、石英闪长岩脉等（图 3）.
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| 图 3 内蒙古石灰窑矿区地质图 Fig. 3 geological map of limestone kiln in Inner Mongolia |
铌钽矿体赋存于燕山早期蚀变碱性花岗岩体内，产于岩体顶部裂隙密集带的钠长石化花岗岩中，矿化主要受岩体的微细构造及后生构造裂隙所控制.目前共圈出11条铌钽矿体，均伴生铷[14].其中Ⅰ号岩体圈出工业矿体6个，低品位矿体2个；Ⅴ号岩体圈出工业矿体1个，低品位矿体2个，以Ⅴ～1号主矿体规模最大（图 4）.工业矿体规模大小不一，铌钽矿体一般长度94.5～1 140 m，延深40～590 m.
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| 1.第四系；2.上二叠统林西组；3.云英岩化中细粒花岗岩；4.钠长石化中细粒花岗岩；5.钠长石化细中粒花岗岩；6.铌钽工业矿体；7.铌钽低品位矿体位置及编号；8.工程控制地质界线；9.蚀变地质界线；10.岩相界线；11.钻孔. 图 4 石灰窑矿床Ⅴ8勘查线剖面 Fig. 4 Sketch map of V 8 prospecting line in limekiln |
按其蚀变强度及钠长石含量可分为3个岩相带：强钠长石化花岗岩带是稀有金属最主要的富集带；中钠长石化花岗岩带位于强钠长石化带之下，二者关系呈渐变过渡，界线不明显；弱钠长石化花岗岩带位于中钠长石化花岗岩带的下部，往下逐渐过渡到蚀变作用微弱的中细粒花岗岩.该区围岩蚀变属强～中等范畴，与碱性钠长石化花岗岩型铌钽铷矿的蚀变模式相一致，2种蚀变互相叠加，分带不甚明显，岩体自上而下为云英岩化带～钠长石化云英岩化带（过渡带）～钠长石化带（中细粒）～弱钠长石化带（细粒），蚀变逐步减弱，岩石粒度变粗.Nb、Ta、Be、Li、Rb、W、Sn等元素含量自上而下呈舒缓波状下降，稀有金属矿化主要聚集于钠长石化云英岩化带（过渡带）～钠长石化带（中细粒）中，规模较大，以岩体顶部含矿较富；W、Sn矿化主要与云英岩化呈正相关，赋存于岩体的浅部，分布范围较小.
2.2.2 控矿因素1）构造控矿因素.矿区构造位置处于种畜场～海流特山破碎带中部，是矿区直接的控岩、控矿构造，燕山早期蚀变花岗岩体的长轴展布方向同区域性地层褶皱和断裂构造方向一致.同时蚀变岩体周围的花岗岩、板岩普遍具碎裂结构，这不仅是气成热液的良好通道，也有利于交代作用，对成矿有利.铌钽矿体多呈壳状产于岩体顶部裂隙密集带的钠化、云英岩化花岗岩中，矿化主要受岩体的微细构造（原生节理、矿物颗粒间的空隙、解理、双晶结合面）及后生构造裂隙所控制，这些微构造为矿体的直接储矿构造.
2）侵入岩控制作用.伴随构造运动，花岗岩浆的侵入及岩浆期后的热液活动，提供了丰富的矿源和热源，并从物质来源及成矿热液迁移、富集等方面控制了区内的铌钽矿体.由化探资料可知，Ⅰ、Ⅴ号碱性岩体中Nb、Ta、Be、Rb、Li、W、Sn等元素含量呈高背景场特征，岩体本身即为上述元素的初始富集体，且岩体多为复式岩体，蚀变分带明显，为本区稀有金属成矿提供了丰富的矿质来源及迁移富集的动力和有利的介质.
3）岩浆演化阶段控矿因素.根据稀有金属矿床的地质特征，稀有金属元素主要富集在岩浆阶段末期以至岩浆期后阶段残余岩浆热液的挥发分中.花岗岩呈小岩株、岩墙侵入林西组地层中，易形成封闭或半封闭环境，致使岩浆长期处于融熔状态和挥发分的集中，有利于交代蚀变作用和稀有金属元素的富集.
4）蚀变作用控矿作用.矿区蚀变种类很多，与成矿关系比较密切的蚀变主要以岩浆晚期分异交代作用为主，表现为云英岩化、钠长石化、天河石化、黄玉化及萤石化.随着钠长石化、云英岩化的增强，Nb、Ta、Rb、Li等稀有金属含量也越高，即矿化强度与蚀变强度呈正比，所以云英岩化、钠长石化的强弱是Nb、Ta、Rb、Li等稀有元素富集的一个重要因素.此外矿区蚀变还有黄铁矿化、磁黄铁矿化、黄铜矿化、铅锌矿化、褐铁矿化、磁铁矿化、钛铁矿化、电气石化、石墨化、绢云母化、高岭土化、碳酸岩化、硅化、绿泥石化、绿帘石化等.
3 典型稀有金属矿床特征及控矿因素区域对比研究内蒙古中部地区稀有金属矿产的形成和分布受构造运动、岩浆活动、变质作用等诸多因素控制，它形成于一定的地质历史时期且经历了一定的继承发展过程与演化历史.通过初步对稀有金属矿床成矿元素等类比研究（表 1[15]），表明花岗岩型稀有金属矿床在地理位置、产出环境、形成时代和地质特征上均存在一定差异，但是稀有金属元素矿化主要集中在富钠的过铝质花岗岩株(或脉)内呈浸染状、条带状和脉状产出，并且构成透镜状、似层状和囊状等类型矿体.一般情况下，矿体与岩体不具有明显分界线，前者是后者的重要组成部分.碱长花岗岩、碱长花岗伟晶岩和碱长花岗细晶岩等岩体属高度分异型碱长花岗岩类侵入岩，属岩浆期后中温条件下交代蚀变下形成的富钠过铝质花岗岩型稀有金属矿床.
| 表 1 内蒙古赵井沟、石灰窑花岗岩型稀有金属矿床对比一览 Table 1 comparison of granite type rare metal deposits in Zhao Jing Gou and limekiln deposits, Inner Mongolia |
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3.1 构造对稀有金属成矿的控制
华北陆块北缘稀土Mo～Pb～Zn～Au成矿带北部以华北陆块北缘断裂带为界，南部以集宁～尚义～亦城～平泉～凌源～北票断裂为界，东部以冀辽陆块东部为边界.区内主攻潜力矿床类型为岩浆型稀有金属矿.稀有金属矿化花岗岩一般形成于褶皱造山系，区域有广泛的断裂构造和大规模的岩浆活动发育.如石灰窑矿区大地构造位置属内蒙古华力西晚期褶皱带.该区位于天山～阴山纬向构造带北侧，新华夏构造体系第三沉降带巴音和硕盆地东侧，区内受多次造山运动影响，褶皱强烈、断裂发育，岩浆活动频繁而分布广泛.古大陆块体伸展构造环境背景条件下，富钠质钙～碱性岩浆作用为铌钽矿床的形成提供了动力和物质来源，而断裂构造为成矿物质沉淀聚集创造了空间条件.矿化主要受岩体的微细构造及后生构造裂隙所控制，这些微构造为矿体的直接储矿构造.断裂构造还决定了区域花岗岩的产状和形态，次级断裂则决定了含矿花岗岩的分布.因而，富钽、锂、铷花岗岩的出露面积往往比较小，常呈岩株、岩枝、岩脉及岩床等形式出现，表现出围绕大岩基呈星散状或串珠状产出的特点.
3.2 侵入岩对稀有金属成矿的控制无论是花岗岩型矿还是花岗伟晶岩型稀有金属矿床，其成矿作用都与花岗岩密切相关.一般来说，含矿花岗岩的类型不同，产状及形态等特征也各异.富钽、锂、铷的花岗岩，出露面积小，常呈岩株、岩枝、岩脉及岩床等形式出现.如在石灰窑矿区各类矿化岩株，在区域出露的大岩基外围成星散状的岩株分布；赵井沟矿区矿体呈岩脉状沿着构造断裂分布.此外，如果含矿岩体受断裂控制，可见若干小的含矿岩体在一条断裂带上断续出露，排列如串珠状.如果含矿花岗岩沿一组平行断裂侵入，则矿体可能呈一组平行排列的岩脉或岩墙产出.基于岩体的大小及产状，与之有关的各类含矿花岗岩的结构构造略有不同.一般而言，富钽、铌、锂、铷的花岗岩岩体较小，常具有细粒结构.花岗岩体呈小岩株、岩墙侵入地层中，蚀变种类很多，与成矿关系比较密切的蚀变主要以岩浆晚期分异交代作用为主，表现为云英岩化、钠长石化、天河石化、黄玉化及萤石化等.与正常钙碱系列花岗岩相比，稀有金属花岗岩中硅、碱的含量较高，有时候铝的含量也较高，而钛、镁、铁、钙等含量较低.富含稀有元素及挥发分也是这类花岗岩的显著特点.稀土元素铌和钽、铀和钍通常都是岩浆期形成的独立矿物或独立存在或被包裹镶嵌于造岩矿物中，且这几种稀有金属元素的金属阳离子，在它们的独立矿物中彼此类质同像代换十分普遍，在矿物组成中关系十分密切.其中，铌、钽主要以铌铁矿～钽铁矿矿物和细晶石矿物等形式存在；锂、铷和铯多赋存在含锂云母类和微斜长石、天河石矿物中，铍多以绿柱石形式呈分散浸染状分布于花岗岩中.伴生的岩浆期后气成热液和热液成矿通常以似伟晶岩或石英脉形式产于岩体内外接触带，是钨、锡、铍、绿柱石的主要成矿形式之一[16].如石灰窑的花岗岩中伴生有锡矿化，赵井沟矿区产出石英脉型钨锡矿体.除此之外，矿体（岩体）中钠长石和石英的纯度很高，可用作陶瓷原料.伴生的岩浆期后脉型矿体，常产出白钨矿、锡石、绿柱石、黄玉、萤石、电气石等颗粒粗大的矿物晶体，都是优质的宝石资源.
3.3 多因素对稀有金属找矿的影响激电和磁异常与稀有～多金属元素异常相互叠加部位也是找矿有利地段.通常稀有金属矿床顶部发育似伟晶岩壳，并且花岗岩中含有较多的钠长石、锂云母等矿物，地表发育钠长石、锂云母、萤石、天河石化花岗（伟晶）岩脉，花岗岩中石英或钾长石颗粒中发育“雪球结构”（图 5）.所谓“雪球结构”就是在石英和钾长石斑晶中，板条状钠长石晶体呈环带状分布.占据石英或钾长石斑晶矿物的生长带间，从核部向边部扩张，是发育于具稀有金属矿化花岗岩中的一种独特的结构，富锂、氟、钠的花岗质残余岩浆完全具备形成雪球结构的条件.在钠长石化碱长花岗岩中也十分发育石英的雪球结构，即在次生增大的圆粒状石英中，晚期细晶钠长石呈断续的环带分布，这种次生石英的粒度是原生石英粒度的数倍，是钠长石粒度的数十倍.这种在交代作用过程中形成的雪球结构，石英是国内外稀有元素矿化花岗岩的一种非常标致性结构，因此，它的出现也反映了赵井沟钠长石化碱长花岗岩具有良好的成矿前景.石灰窑强钠长石化花岗岩带钠长石化强烈发育，钠长石多呈半自形～它形板条状、糖粒状结构，个体长约0.1～1.6 mm，无规律嵌入在钾长石、石英体内或其它矿物之间或逐层扩散呈雪球状.石英在该带岩石中含量显著增高，石英的再生长作用甚为发育，可明显见到晚期钠长石被石英包裹的现象.
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| 图 5 石灰窑矿床花岗岩中的“雪球结构” Fig. 5 Snowball texture in Granite from limekiln deposit |
4 结论与展望
赵井沟和石灰窑典型稀有金属矿床均位于华北陆块北缘中段，均形成于燕山晚期，对矿床特征以及控制矿床形成和分布的有关因素，如构造、岩浆活动、地层、变质因素、岩性等做了总结.该区域的稀有金属资源多为花岗（伟晶）岩型，具有较大的找矿前景.加不斯稀有金属矿床（图 2）是近年来在该区域发现的又一个大型稀有金属资源产地，其位于赵井沟和石灰窑2个大型矿床之间，矿体赋存在燕山早期钠长石化花岗岩中.在矿区南部的查干敖包和西部的黄花敖包地区仍然有大面积燕山早期灰白色钠长石化花岗岩，有望在外围发现同类型的矿体.台莱花铌钽铍矿位于石灰窑矿床东南部，钠长石化黑云母钾长花岗岩为含铌钽铍矿化的岩体.其中Ⅰ号主矿体为铌钽矿体，呈似层状产出，控制矿体长度250 m，深度18.26 m，厚度0.30～14.17 m，平均厚度4.61 m.品位：Nb2O5为0.008 4 %～0.012 8 %，Ta2O5为0.012 1 %～0.016 1 %，平均品位为0.014 3 %[17].属岩浆晚期含矿热液流体分异型铌钽铍矿床.该岩体规模较大，岩体构造利于成矿，对寻找稀有金属矿产提供有利线索.内蒙古中部地区花岗岩型稀有金属矿产还有武川县潘家沟铌钽矿点、镶黄旗翁根诺尔锂矿点、克什克腾旗巴彦高勒铷矿点等.因此，在内蒙古中部地区可能存在稀有金属的区域性成矿作用.
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