南秦岭竹溪天宝一带铌矿地质特征及找矿前景分析

刘万亮，刘成新，杨 成，万 俊，陈 觅，郭 盼，刘虹显，朱正勇

(1．湖北省地质调查院，湖北 武汉 430034;2．武汉工程科技学院，湖北 武汉 430200)

南秦岭北大巴山地区广泛分布有志留纪裂谷双峰式火山岩，该裂谷火山岩带主要分布于陕西省境内，向东可延伸至湖北省的竹溪县和竹山县。前人对其地质、地球化学特征及大地构造意义做过较多的研究［1-3］，但对双峰式火山岩中粗面岩类的含矿性未引起足够的重视。其中酸性端元的粗面岩类主要分布于红椿坝—曾家坝深大断裂北侧的紫阳—平利—竹溪一线。随着地质调查工作的不断开展，人们逐渐在这套与裂谷火山作用有关的粗面岩类中发现具有重要意义的稀有稀土矿(化)［4-6］。这些新发现的矿化均位于陕西省境内，而湖北省境内除了庙垭和杀熊洞正长岩—碳酸岩型稀有稀土矿外，还未有新的发现。已发表的地球化学数据表明杀熊洞的正长岩与紫阳—平利—竹溪一线的粗面岩类有完全一致的成因联系［7］，而庙垭正长岩则更具有更为复杂的形成和演化过程［8-9］，本文不再展开讨论。

本次研究依托“1∶5万水坪等四幅区调项目”，通过1∶5万水系沉积物测量发现了与粗面岩有关的铌、镧等稀有稀土元素异常，然后进一步开展了详细地质工作，在前人研究的基础上，系统总结了本次工作的一些成果，希望对该地区该种类型矿床的寻找起到一定的指导作用。

1 成矿地质背景

研究区位于南秦岭造山带中部北大巴山东段南侧，地处红椿坝—曾家坝深大断裂北侧(图1)，自中、晚元古代以来，经历了复杂、多期、多样的构造、火山、岩浆活动等地质作用。区内主要出露早古生代中—浅变质地层;岩浆活动频繁，发育早古生代基性火山岩和碱性杂岩群;构造格局形成于印支期陆—陆碰撞造山期，属南秦岭逆冲推覆带，发育一系列由北东向南西的叠瓦状逆冲推覆构造，被认为是秦岭造山带中最典型的逆冲推覆构造，经历了印支期前陆构造变形阶段和燕山期陆内变形阶段两次强烈构造变形叠加。

研究区位于武当山金、银、铅、锌成矿带(三级)，郧县鲍峡—竹山得胜银、金、铜、钒、钼、稀土、重晶石、绿松石成矿带(四级)的南西部，成矿地质条件好。

1．1 地层

矿区地层均呈北西—南东走向，主要出露寒武—奥陶系竹山组(∈2Oz)地层、志留系大贵坪组(S1d)和梅子垭组(S1m)地层。其中竹山组(∈2Oz)岩性为深灰色粉砂质绢云母千枚岩、含钙粉砂质绢云母板岩夹绿片岩、灰绿色绢云母千枚岩及钙质板岩、条带状灰岩、泥晶灰岩;大贵坪组(S1d)岩性为黑色含碳硅质板岩、炭质板岩、粉砂质含炭粘板岩、硅质板岩，夹粗面质火山碎屑岩及凝灰质砂岩;梅子垭组(S1m)岩性以深灰色泥质板岩、粉砂质板岩为主，底部常见变粗面质火山碎屑岩、基性火山岩。

图1 研究区地质简图及大地构造位置图Fig．1 Geological sketch map ＆ geotectonic location map of the study area

1．2 岩浆岩

矿区岩浆岩发育，主要为火山岩类，受区域构造控制，大致沿曾家坝断裂呈北西向展布。位于南西的岱王沟一带以爆发相粗面岩类为主，天宝—泉河一带发育火山碎屑熔岩、沉火山碎屑岩，反映火山喷发中心位于岱王沟一带。

溢流相火山岩岩石类型包括粗面质熔岩、粗面质熔结凝灰岩、含角砾熔岩等;火山碎屑流相有粗面质火山角砾岩、火山角砾质粗面岩、凝灰岩等;火山爆发崩塌相有火山角砾岩、集块岩等;火山喷发沉积相有粗面质凝灰岩、沉凝灰岩、粗面质玻屑凝灰岩、含岩屑碳硅质板岩等;浅成侵入相有粗面岩、粗面斑岩;局部见隐爆角砾岩相的火山角砾岩。火山岩常见气孔、杏仁，局部见枕状构造。

1．3 构造

区内构造较为复杂，主体发育一套自北向南的滑脱逆冲推覆构造，在露头尺度上表现以顺层剪切滑脱和纵弯褶皱变形为特征构造组合。断裂构造以曾家坝断裂为主断裂，伴随一些次级断层，主断裂呈北西—南东向展布，主断面倾向北东，倾角较陡，一般为50°～70°，断层带为50～100 m宽的破碎带，挤压特征明显，局部有多期活动特征;次级断层主要以一套逆冲推覆断层为主，倾向北东，倾角一般较缓，为25°～56°，断裂带宽0．5～35 m不等。

1．4 化探特征

本次进行了1∶5万水系沉积物测量，共分析测定了22种元素。结果显示，在天宝泉河一带具异常浓度中心，异常呈不规则状，南侧未封闭，延伸出图外。由Nb、Ag、Au、La、V、Cu、Cd 异常组成，综合异常面积约为50 km2。Nb、Au、Cd异常强度高，具三个浓度分带;Ag、La异常强度中等，具有两个浓度分带;其余元素异常强度较弱。Nb、La异常面积大，异常空间套合较好。各异常参数特征见表1。

表 1 矿区 Nb、Ag、Au、La、V、Cu 综合异常参数表Table 1 Integrated anomalies of Nb，Ag，Au，La，V and Cu in mining area

通过本次1∶5万水系沉积物测量资料显示:Nb在区内志留纪粗面岩类中相对富集，其异常展布受区内粗面岩类控制，反映了区内Nb在粗面岩类中具成矿专属性(2014)［10］。

2 矿体地质特征

通过对矿区的初步检查，新发现3个规模较大的铌矿化带，矿化带主要赋存于志留纪粗面岩类中，含矿岩石为粗面质熔岩、粗面质熔结凝灰岩，呈似层状北西向展布(图2)。

图2 天宝铌矿区铌矿化带及矿体示意图Fig．2 Niobium mineralized belt and orebody map of Tianbao mining area

2．1 矿体特征

通过地表工程控制，在三个矿化体中所圈定的矿体均具以下特征:

(1)矿体底板为粗面质火山碎屑岩、粗面质火山碎屑岩、角砾岩，以含角砾为特征，角砾成分复杂，主要有粗面岩类，次为灰岩、板岩等，为火山爆发相物质;顶板为粗面质火山碎屑岩、粗面质凝灰岩、硅质板岩，为一套沉火山凝灰岩类，岩石多呈黑色，含碳硅质，常见黄铁矿条带(图3)。

(2)矿体位于志留纪梅子垭组粗面岩类火山岩火山喷发旋回的中部，岩性为一套以熔岩为主的粗面质熔结凝灰岩、粗面质熔岩、含钾长石斑晶粗面质熔岩。按照Nb2O5＞0．08%圈定标准，不同工程圈定矿体1～6层，矿体呈似层状、透镜状产出。矿体与围岩在野外及显微镜下无明显区别，矿体产状围岩一致，倾向21°～55°，平均 38°，倾角 45°～57°，平均倾角 51°。矿体顶底板与围岩一致，仅化学分析品位有差异。

(3)单工程矿体厚度5．1 ～34．31 m，一般在12．46～18．1 m，矿床矿体平均厚度14．68 m，厚度变化系数为63．86%。矿体长度0．8 ～3．4 km，一般在0．8 ～2．4 km。单工程矿体品位0．08% ～0．086%，矿床矿石平均品位为0．083%，品位变化系数为5．1%。

另外，三个矿带矿石中有益组分Ta2O5含量在0．003 4% ～0．004 6%，稀土总量高，在 0．16% ～0．21%，主要为轻稀土，根据稀土岩石分析结果，铈(Ce)、镧(La)含量高，镧(La)含量在0．025%左右，铈(Ce)含量在0．06%左右，具有综合利用价值。

图3 矿化带矿石及矿体特征Fig．3 Ore ＆ orebody characteristics of mineralization zone

图4 矿石显微特征及扫描电镜—能谱分析Fig．4 The microscopic characteristics of ore and SEM-energy spectrum analysis

2．2 矿石特征

矿石类型主要有含斑粗面质熔岩、熔结凝灰岩、粗面质熔岩，少量为角砾状粗面质熔岩。岩石呈灰—深灰色，呈块状构造，具流动构造、流线构造、角砾状构造;大多呈斑状结构，基质具微晶粗面结构、熔结凝灰结构。斑晶为钾长石、云母、角闪石，基质为显微碱性长石、黑云母、碱性闪石、次生石英、绿泥石，局部可见萤石、钠长石和碳酸盐矿物。副矿物有黄铁矿、萤石、钛矿物、褐帘石、磷灰石、独居石、褐钇铌矿、含铁闪锌矿、易解石及铌铁矿等。

矿石中含铌矿物成分较为复杂，矿物颗粒细小，粒度仅0．01 mm左右。扫描电镜—能谱分析实验表明，矿石中主要金属矿物为黄铁矿、含铁闪锌矿、含铌钛铁矿、铌铁矿、褐钇铌矿以及铌铁金红石，其中主要含Nb矿物为铌铁矿与褐钇铌矿，两种矿物的含量约在5%和2%左右，其中Nb2O5的质量百分比分别为45．44%～63．2%和38．57% ～41．67%，铌铁矿与褐钇铌矿产出状态相同，均沿钛铁矿的边缘或裂隙分布。另外，还含有少量铌铁金红石，含量约3%左右，铌铁金红石中Nb2O5的质量百分比为5．51% ～6．96%。含铌矿物常充填于脉石矿物粒间或呈细脉状分布在岩石中(图4)。

2．3 资源量估算

该矿床类型为碱性火山岩型铌矿床，目前尚无该类型矿产的工业指标，暂采用《矿产工业要求参考手册》中“原生铌矿床”工业指标进行本次资源量的估算。主要工业指标如下:边界品位Nb2O5≥0．05%，最低工业品位Nb2O5≥0．08%;最小可开采厚度5 m，夹石剔除厚度≥5 m。

所发现的铌稀土矿体位于志留系粗面岩中，按照Nb2O50．08%工业指标矿体圈定的矿体探求出334级资源量21．05万 t(Ⅰ号全矿段334级资源量12．618万t、Ⅱ号全矿段334级资源量7．154万t、Ⅲ号全矿段334级资源量1．131万t)，即达到大型铌矿床规模，反映出天宝地区具有极好的成矿条件。

3 成因浅析

已有研究资料表明，南秦岭北大巴山地区双峰式火山岩来自幔源岩浆的演化，形成于裂谷构造环境。含矿粗面岩总体呈NWW—SEE向展布，展布方向与区域构造线方向一致为其特征，就位可能受控于本区长期发展演化的深大断裂红椿坝—曾家坝断裂。

碱性岩类以富集高场强元素为特征，特别是Nb、Ta、Zr、Hf及轻稀土总量远高于地壳背景值，为铌矿的形成提供了较好的条件。同时，碱性岩浆中较高的挥发分含量为岩浆作用中稀有稀土的富集起到了非常关键的作用。该矿床的成矿机制可能与庙垭和杀熊洞碳酸岩型矿床相同。目前，对于其成矿机制仍然存在争议，是碳酸岩和硅酸岩岩浆的液态不混溶作用或碳酸岩岩浆中碳酸盐矿物的分离结晶作用，还是岩浆期后热液蚀变或不混溶的碳酸岩质流体的萃取作用［11］。然而本区并未发现与碱性火山岩有关的碳酸岩，这可能与碱性岩的产出相有关。结合本区含铌矿物均产自于脉石矿物粒间、裂隙、边缘或呈细脉状产出，及萤石细脉的存在，有理由表明，本区铌矿的成矿期处于岩浆作用的晚期。

4 找矿模型与找矿标志

区内铌矿化带主要由一套志留纪的粗面质熔岩控制，矿化带主要岩性为深灰色块状含斑粗面质熔岩、粗面质熔岩、粗面质熔结凝灰岩。通过地表工程揭露，矿化带的顶、底板分别为一套粗面质凝灰岩和粗面质的碎屑岩，且整个粗面岩带(粗面质熔岩、粗面质火山碎屑岩)以夹层的形式出露于大贵坪组碳(硅)质板岩与梅子垭组泥(砂)质板岩之间。矿体周围一般无大断裂通过，局部发育裂隙，偶见少量的萤石化。电镜扫描下铌矿物(铌铁矿、褐钇铌矿)均沿钛铁矿的边缘或裂隙分布，具绢云母化和碳酸盐化，且矿化带为全岩矿化，含矿稳定。由此可见，区内铌矿化带的形成为特定的岩浆来源与特定的爆发—溢流环境两者耦合的结果，后期构造活动对其影响不大。

根据以上特征，区内铌矿的找矿模式为粗面质熔岩类铌矿找矿模式。通过对区内的矿产检查工作，建立了该模式下的找矿标志，为指导本地区或其他地区的找矿工作有重要的借鉴作用。

4．1 地化异常标志

区内存在地球化学Nb、La、Cd综合异常，且Nb异常强度≥165×10-6，浓度分带明显。

4．2 岩性标志

灰色—浅灰色含斑粗面质熔岩、熔结凝灰岩，含长石斑晶(特别是带红色斑晶的岩石)、具有流动构造的粗面质熔岩，部分含角砾的角砾状粗面岩为含矿岩石，岩石中含方解石，发育萤石细脉或者条带，发育条纹状构造等是主要的岩性找矿标志。

4．3 火山旋回标志

目前资料显示，含矿体底板为一套粗面质火山碎屑岩、粗面质火山角砾岩等爆发相的火山岩，反映出一次次级的火山喷发旋回的开始，其上的溢流相火山熔岩含斑粗面质熔岩、熔结凝灰岩等，是主要的含矿层，一般顶板为一套喷发—沉积相的凝灰岩、含碳硅板岩，黄铁矿含量高，野外易识别。根据目前的找矿经验，在检查区内发现了一个火山岩喷发旋回，特别是三套岩石类型齐全的地段，一般都存在含矿体，只是其厚度变化较大，不够圈定矿体厚度的标准，但沿这个旋回在横向上追索一般可以发现矿化体。

4．4 快速分析仪测定

在野外快速分析仪是重要的找矿工具，通过对野外露头的快速检测，能正确区分出含矿岩系和不含矿岩系。

5 找矿前景分析

所发现的铌稀土矿体位于志留系粗面岩中，按照Nb2O50．08%工业指标矿体圈定的矿体探求出334级资源量21．05万 t(Ⅰ号全矿段334级资源量12．618万t、Ⅱ号全矿段334级资源量7．154万t、Ⅲ号全矿段334级资源量1．131万t)，即达到大型铌矿床规模，反映出天宝地区具有极好的成矿条件。

根据对3个矿化带样品结果的分析，可以发现，圈定的矿化带样品结果Nb2O5在0．05% ～0．09%，特别集中在0．07%左右，占样品总数的91%，矿化带内岩性基本相同，3个矿化带Nb2O5品位变化小，15个剥土探槽工程共469件样品，按Nb2O5＞0．05%的边界品位样品数为443件，样品平均品位为0．074%，略低于0．08%的最低工业品位(按原生矿工业指标)。综合考虑到矿体厚度大，连续性好(无夹石)，规模大，品位变化小，属于新的矿床类型(碱性火山岩型)。根据近期对陕西省平利、镇坪一带碱性岩类铌矿的研究［6-12］，有用组分铌主要赋存于易解石和铌铁矿中，通过对天宝地区铌矿样品的扫描电镜—能谱分析实验表明，铌含量较高的矿物主要为铌铁矿与褐钇铌矿，这些研究反映出本类型的矿体具有易选的特点。如适当降低工业指标，如按0．07%的品位指标圈定矿体，那么3个矿化带至少有2个矿化带能够达到30万t资源量的特大型矿体的标准。并且与铌矿伴生有稀土，特别是轻稀土镧(0．02%)、Ce(0．06%)含量高，可综合利用。

此外，根据本区1∶5万水系沉积物测量结果显示，该检查区铌异常规模大，强度高，呈北西向延伸出图外，与地质填图所圈定的粗面岩类分布区吻合。结合鄂西北所矿调项目资料(湖北竹溪地区1∶5万水系沉积物测量，2014)，铌异常由蔡家坝向北西可以延伸至竹溪县蒋家堰一带，与呈北西向分布的粗面岩类分布区吻合，延伸长度达50 km，面积达400 km2，主体分布于湖北省境内，特别是竹溪蒋家堰、泉溪一带异常强度更高。该区除本项目在天宝一带新发现规模较大的矿体外，在陕西省镇坪一带新报道发现特大型铌矿体［5］，在竹溪、泉溪一带亦新发现有厚大的矿体(鄂西北所矿调项目，2014)。

综上所述:①按边界品位Nb2O5＞0．05%圈定的矿化体与按最低工业品位Nb2O5＞0．08%的矿体在野外岩石特征基本相同，且样品Nb2O5含量在0．051% ～0．092%，变化系数为7．28%，具有矿化均匀的特点。②区内铌矿矿石具有易选的特点，在选矿技术上有望降低工业指标，区内铌矿床有望突破特大型矿床。③矿区外围较大范围内具有类似成矿地质条件和类似综合化探异常找矿远景区，成矿潜力巨大，只要加大勘探投入，有望进一步发现规模更大的矿体。

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