湖南香花岭矿区稀有金属分布特征和成矿模式

王　婵，刘　皓，缪秉魁，邓江红，刘显凡，赵甫峰（.成都理工大学地球科学学院，成都　60059；.桂林理工大学 地球科学学院，广西 桂林　54004）

湖南香花岭矿区稀有金属分布特征和成矿模式

王婵1，刘皓1，缪秉魁2，邓江红1，刘显凡1，赵甫峰1
（1.成都理工大学地球科学学院，成都610059；2.桂林理工大学 地球科学学院，广西 桂林541004）

为了进一步在香花岭地区寻找稀有金属资源靶区，对尖峰岭岩体和香花铺岩体稀有金属分布特征和富集规律进行了研究。尖峰岭稀有金属的矿化富集主要集中在黑云母花岗岩体顶部及边部云英岩化带，其中NbTa含量相对较高；而香花铺黑云母花岗岩NbTa氧化物含量（95.3×10-6～349×10-6）高于尖峰岭岩体（108.7×10-6）；Li含量在云英岩（1 320×10-6、9 672×10-6）和硅化砂岩（4 340×10-6）的也远高于同矿区的黑云母花岗岩（884×10-6），表现出良好的矿化趋势。根据稀有金属分布规律和成矿地质条件，提出了该地区稀有金属成矿3个阶段模式，该矿区稀有金属找矿标志为云英岩化、钾长石化、钠长石化等蚀变作用带，最终圈定重要的稀有金属成矿部位为花岗岩顶部和边缘接触带。

稀有金属矿床；分布特征；成矿模式；香花岭矿区；湖南

香花岭钨锡铌钽多金属矿床成矿岩体为黑云母花岗岩，曾遭受强烈的云英岩化和钠长石钾长石化等蚀变作用［1-10］。该矿区受地层岩性、断裂、岩浆分异、临界流体等多重作用［2，7-10］，致使稀有金属元素在此富集成矿。尖峰岭岩体是香花岭矿区代表性成矿岩体，是铌钽等稀有金属最富集的地区，共有10处矿床。尖峰岭岩体具有富硅、钾、钠而贫钙、钛、镁的特征［1］。前人对稀有金属铌钽元素成岩成矿规律存在很大争议，其代表性观点有：一种观点认为是在岩浆分异的过程中超临界流体作为介质使铌钽元素迁移富集成矿［2］；另一种观点则认为，铌钽金属矿床中铌钽元素是由围岩提供，其依据是富含硅质的围岩中铌钽品位较高，而富含钙镁质的围岩铌钽品位则低［11-12］。由于历史开采原因，香花岭钨锡铌钽多金属矿床资源出现严重贫化甚至枯竭的趋势，为了香花岭矿床的可持续发展，寻找新的资源迫在眉睫。因此，在详细调研前人工作资料的基础上［13-20］，本文对香花岭钨锡铌钽多金属矿床成矿岩体及其围岩开展了稀有金属资源分析与研究，旨在摸清香花岭矿区铌钽锂稀有金属元素的分布特征和富集矿化规律，为后期稀有金属资源找矿提供依据。

1　矿区地质概况

湖南香花岭矿区位于南岭成矿带的中西部地区，处于湘南地区南岭纬向构造带中西部的北缘、耒临南北向构造带的西侧，是南岭地区东西向构造-岩浆-成矿带的重要组成部分。区内出露的岩浆岩主要为燕山早期的酸性侵入岩和岩脉，主要有癞子岭、尖峰岭、通天庙、瑶山等岩体。

矿区内分布的地层主要有寒武系、泥盆系、石炭系和三叠系。矿区内构造以穹隆背斜为主，癞子岭和尖峰岭岩体则于该背斜中心部位侵入。区内主要断裂构造呈南北向、北东东向、北北东向展布，一级断裂有七间冲断层和南风脚断层，其间次级断裂较为发育。七间冲和南风脚断层长达11～18 km，走向北东向，倾向南东向，倾角60° ～65°，属张扭性正断层，裂面宽约0.5～1.0 m，与次级断裂相互沟通。这些断裂不仅是矿区内成矿的运矿通道，而且是锡、铅、锌硫化物矿体的赋矿场所 （图1）。香花铺为尖峰岭岩体的外围地区，大部分为泥盆纪—三叠纪地层覆盖。

2　尖峰岭岩体稀有金属分布和矿化特征

图1　香花岭矿区地质矿产图 （据湖南省冶金地质勘探公司238队资料［21］改编）Fig.1　Geological and mineral resources map of Xianghualing ore district

尖峰岭岩体主体岩性为黑云母花岗岩，但上部云英岩化、钾长石化和钠长石化蚀变严重，岩性表现为含锂白云母花岗岩和铁锂云母花岗岩。该岩体的Nb、Ta、Li、Rb、Cs、Be等稀有金属元素矿化强烈，含量明显高于华南花岗岩平均值［22］（表1）。根据岩浆分异和自蚀变程度差异，尖峰岭岩体自上而下可划分为7个岩带（图2）。对各岩带的主量元素成分和铌钽成分 （表2）进行对比分析，尖峰岭岩体的成分特征及Nb、Ta分布和矿化特征如下（图3—图5）。

（1）尖峰岭岩体从顶部往下，即从I号岩带向Ⅶ号岩带过渡，从顶部往深部，SiO2含量总体处于下降趋势，但从I—Ⅳ号岩带，SiO2含量明显下降，再往深部SiO2含量平稳或者略有增高。顶部（Ⅰ—Ⅳ号）Al2O3含量总体高于底部（Ⅴ—Ⅶ号），含量介于13.3% ～16.1%。K2O和Na2O碱质含量为1.33%～8.3%，但从顶部向底部K2O和Na2O碱质含量逐渐稳定增高。Fe2O3、MnO、P2O5、MgO含量均比较低，均小于1%，这些成分未表现出明显的趋势和相关性（图3）。

（2）尖峰岭岩体Nb、Ta矿化是从顶部至底部Nb、Ta矿化逐渐加强（图4），含量从Ⅰ—Ⅶ号岩带逐步下降，这可能与岩体自变质蚀变有关。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ号岩带是尖峰岭的铌钽稀有金属工业矿体，Ⅳ号岩带中段为铌钽工业矿体的界限，其铌钽氧化物的含量在0.017%～0.059%，明显高于Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ号岩带。

表1　尖峰岭岩体主量元素、稀有元素含量及与华南花岗岩对比Table 1　Comparison of rock-forming elements and rare elements content between Jianfengling pluton and the South China granite

图2　尖峰岭花岗岩的蚀变分带（据湖南省冶金地质勘探公司238队资料［21］修改）Fig.2　Alteration zoning of Jianfengling granite body

图3　尖峰岭岩体各蚀变岩带氧化物含量的分布特征Fig.3　Distribution characteristics of oxide contents for each altered rock from Jianfengling granite

表2　尖峰岭岩体的各蚀变带岩石化学成分Table 2　Chemical contents of alteration zone rocks from Jianfengling granite　wB/%

（3）尖峰岭花岗岩体中Nb、Ta含量与K、Na碱质含量呈明显的反向相关关系，这表明花岗岩在碱质交代过程中Nb、Ta发生了富集（图5）。

（4）云英岩及强云英岩化的花岗岩体中铌钽氧化物的含量要高于弱云英岩化及无云英岩化的岩体，说明铌钽矿化与云英岩化具有密切的联系。但是，尖峰岭岩体不同岩带中铌钽元素含量与SiO2含量之间相关性不明显，或者说存在不确定性，因为Ⅰ、Ⅱ和Ⅶ带SiO2含量高，铌钽含量也高；而Ⅲ、Ⅳ带SiO2含量低，铌钽含量仍高。这说明，铌钽元素含量变化和矿化应该还与岩浆成分分异和交代作用之外的因素有关。

图4　尖峰岭岩体各蚀变岩带Ta2O5+Nb2O5含量分布Fig.4　Distribution characteristics of Ta2O5+Nb2O5contents for each altered rock zones from Jianfengling granite

图5　尖峰岭岩体不同蚀变岩带（Ta2O5+Nb2O5）与（K2O+Na2O）含量的相关性Fig.5　Correlation of（Ta2O5+Nb2O5）and（K2O+Na2O）contents in different altered rock zones of Jianfengling granite

3　香花铺地区稀有金属矿化与分布特征

为了研究香花铺地区稀有金属的分布和富集成矿规律，本次研究对香花铺地区的花岗岩岩体、蚀变岩石和不同围岩进行了野外调研和采样，并采集香花岭的花岗岩样品以作对比，共采集样品30件，对其12件代表性样品进行化学测试分析。元素含量测试由国家地质实验测试中心完成，其中稀有金属元素含量测试采用X-Series型电感耦合等离子质谱仪完成。

根据测试结果分析（表3）和成分分布图（图6），香花铺地区稀有金属矿化特征如下。

3.1岩石矿石稀有金属元素含量

（1）花岗岩的稀有金属含量和矿化情况。香花铺黑云母花岗岩的 NbTa含量为 95.3×10-6（XHP-04）和349×10-6（XHP-15），前一个样品与香花岭 （尖峰岭）黑云母花岗岩108.7×10-6（XHL-02）基本相近，而后一个样品则明显产生矿化，与尖峰岭Ⅱ号岩带强云英岩化钠化钾化花岗岩NbTa含量（360×10-6）相当，仅低于Ⅰ号云英岩带的NbTa含量（590×10-6）。另外，香花铺黑云母花岗岩的Li含量为1 136×10-6和890× 10-6，与香花岭（尖峰岭）黑云母花岗岩Li含量（884×10-6）相同或略微超过。这表明香花铺可能存在Ⅱ号岩带强云英岩化钠化钾化花岗岩或者重要的稀有金属NbTaLi矿化带。

（2）云英岩和硅化砂岩的稀有金属和矿化情况。香花铺地区的云英岩和硅化砂岩NbTa含量分别是45.2×10-6、57.1×10-6和60.2×10-6，远远低于尖峰岭Ⅰ号云英岩带的 NbTa含量（590× 10-6），不存在NbTa矿化特征。然而，Li含量云英岩（1 320×10-6和9 672×10-6）和硅化砂岩（4 340 ×10-6）远高于黑云母花岗岩，发生了强烈矿化。

（3）其他矿石稀有金属含量特征。本次采集的钨锡矿、白钨矿、断层带中的矿石和萤石矿中，只有钨锡矿NbTa含量比较高，达到167.4×10-6，可以考虑NbTa资源综合评价和利用。钨锡矿和断层带矿石中Li含量分别是4 235×10-6和1 014× 10-6，显然钨锡矿中的Li可以综合回收和利用。而白钨矿、断层带中矿石和萤石矿中NbTaLi稀有金属含量不高，没有综合利用价值。

表3　香花岭地区各类样品各元素分析结果Table 3　Results of the elements for each sample in Xianghualing district

图6　香花铺矿区不同岩性和矿石中的NbTa、Li含量与Si含量关系Fig.6　Correlation of NbTa-Si，Li-Si in different rocks and ores，Xianghuapu ore district

3.2稀有元素与常量元素的关系

根据香花铺地区的数据分析，不同岩石和矿石的稀有金属元素和Si、Ca等元素存在一些相关性，这些相关性对该地区的稀有金属矿化规律可能有一定的指示意义。

（1）NbTa金属与Si、Ca和K+Na碱质含量关系。根据香花铺地区和香花岭花岗岩不同岩性和矿石样品分析结果，NbTa金属含量与Si元素之间存在一定相关性 （图6a），当Si＞18%，NbTa金属含量则高于45×10-6，产生明显矿化，但是其他趋势性不是十分明显。

香花铺地区NbTa金属与Ca元素之间分布表明 （图7a），NbTa含量与Ca之间存在反相关关系，当Ca含量少于5%时，NbTa金属产生强烈富集和矿化；但是Ca含量大于5%时，随着Ca含量增加，NbTa含量逐渐降低，也就是说矿化程度出现降低。而NbTa金属含量与K+Na含量之间分布则总体存在正相关关系 （图7b），其中花岗岩中NbTa含量最为富集，远远高于其他样品，其他样品中NbTa含量与K+Na含量总体表现为正相关关系，这与尖峰岭岩体的NbTa含量与K+Na含量之间的线性反相关存在鲜明对比 （图5），可能是因为这些样品之间不存在直接的成因演化关系造成的。

（2）Li金属与Si、Ca和K+Na碱质含量关系。香花铺地区不同样品的Li金属含量分布图（图6b）表明，除萤石矿、白钨矿和1个矽卡岩中的Li含量比较低以外，其他样品Li金属含量都非常高，其中1个云英岩、硅化砂岩和钨锡矿中Li尤其富集，高达4 000×10-6以上，除这3个样品Li高含量外，其他样品Li含量与Si含量具有较明显的正相关关系。和NbTa与KNa碱质含量之间的正相关性一样 （图7b），Li金属含量与KNa碱质含量之间也出现明显的正相关性 （图8a）。而Li金属与Ca元素之间相关性则不明显，只是Ca含量＜5%时，Li金属含量会出现富集 （图8b）。这些相关性表明，香花铺地区Li金属矿化与花岗岩云英岩最为密切，同时Li金属与Si含量和KNa碱质含量均呈正相关关系，指示了Li金属矿化与硅化、钾长石化和钠长石化密切相关。

图7　香花铺矿区NbTa与Ca及K+Na的相关关系Fig.7　Correlation of NbTa-Ca，NbTa-（K+Na）in Xianghuapu ore district

图8　香花铺矿区Li与K+Na及Ca的相关关系Fig.8　Correlation of Li-（K+Na），Li-Ca in Xianghuapu ore district

（3）其他元素之间的关系。根据岩浆演化，尖峰岭花岗岩的岩带或相带的化学成分的元素之间的相关性是非常明显或者显著的（图3）。但是，由于香花铺岩体出露和各种围岩岩性或矿石之间的关系尚不明确，或者它们之间缺乏明显成因联系，所以，表现出明显相关性的元素不太多，但是Ca与Si之间关系非常明显，表现为反相关关系（图9），这可能指示了该地区存在明显的酸碱性硅化钾化钠化蚀变现象。因为在岩浆作用下，岩体发生自变质或者围岩发生交代作用，自变质岩性和蚀变岩石的成分必然丢失钙成分。因此，自变质作用和蚀变作用是稀有金属矿化重要的指示信息。

图9　香花铺矿区Ca-Si的相关关系Fig.9　Correlation between Ca and Si in Xianghuapu ore district

4　稀有金属富集规律和成矿模式

4.1香花岭矿区稀有金属富集规律

香花岭矿区NbTaLi稀有金属富集规律表现在两方面：尖峰岭黑云母花岗岩体自变质蚀变过程稀有金属的富集过程，香花铺地区成矿物理化学条件对NbTaLi等稀有金属元素的运移和富集过程。

关于花岗岩岩浆分异演化尤其是自变质蚀变作用中稀有金属富集成矿过程，Наумов等［5］研究认为稀有金属矿化溶液在成矿早期就已形成，而来守华、周涛、覃宗光等［4-5，23］发现挥发组分对W、Sn、Nb、Ta迁移、富集以及成岩成矿方面具有一定的控制作用。根据香花岭矿区的成矿地质条件和野外调查分析，尖峰岭花岗岩体原岩属黑云母花岗岩，由于岩体受岩浆晚期分异交代强烈，花岗岩均含有较高的挥发组分，在有利的地质环境中，热液-气化蚀变等不同类型和不同程度多次重叠交代，改变了原岩成分，使各种稀有和有色金属元素活化分异。根据文献［24-26］，Nb、Ta等稀有金属主要分布于花岗岩中云英岩化、钠长石化的部位，这从尖峰岭岩体的不同蚀变岩带的NbTa稀有金属分布与Si和KNa碱性元素密切相关性得到印证，尤其是NbTa含量与KNa含量呈非常好的反相关线性关系。随着流体流动将NbTa稀有金属有利元素带到岩体上部及周边有利部位，形成本区各种稀有和有色金属矿床。

关于成矿物理化学条件对NbTaLi等稀有金属元素的运移和富集过程，别乌斯［11］认为稀有金属元素的富集与围岩有一定的作用，是预测稀有金属成矿的基础。他用赋存稀有元素的云英岩化和钠长石化花岗岩为例，来证明含矿溶液与围岩作用的过程中，其酸-碱度是有一定变化规律的，即围岩类型不同，其成矿元素亦不同。根据本次香花铺地区采样分析 （表3），香花铺地区含Nb、Ta、Li等稀有元素较高的岩石有：黑云母花岗岩、云英岩、硅化砂岩、断层带中矿石和钨锡矿石；而萤石、白钨矿、矽卡岩普遍含量较低。萤石、白钨矿、矽卡岩均属于高钙低钾的矿石，钙的含量均大于20%，而铌、钽等稀有元素的含量均低于0.000 9%。NbTaLi与Si、K+Na、Ca含量之间的相关性表明 （图6—图9），K、Na、Si、Ca等主要造岩矿物元素在岩浆分异交代过程中起着重要作用，尤其在KNaSi元素运移、分异与富集过程中起到不同的作用。

4.2香花岭矿区NbTaLi稀有金属成矿模式

岩浆演化中各元素之间的运移、富集、沉淀的一系列过程只能表明对Nb、Ta、Li的富集具有促进作用，但对于Nb、Ta、Li矿的富集要综合多方面因素研究。香花岭地区Nb、Ta、Li矿的富集过程需经历3个阶段：

第一阶段：在加里东期［22］围岩由泥盆系-石炭系碳酸盐岩和寒武系浅变质砂岩组成，泥盆系、石炭系在上，寒武系在下，形成一个具有规律性的围岩，每套地层由一条断层隔开，某主断层还发育次级断层，地壳深部的岩浆热液沿断裂薄弱带涌入到寒武系围岩中，为后期矿床提供储存空间（图10）。

第二阶段：岩浆活化期。在印支期 （晚古生代—中生代时期［27］）岩体内部形成一个较为封闭的状态，岩浆在岩浆房中不断的熔合、分异、交代，使得岩浆沿着断裂薄弱带继续上涌进入泥盆系、石炭系的碳酸盐岩中，由于不同成分围岩的加入使得岩浆的成分得到改变，为后期矿化阶段提供成矿物质（图11）。

图10　香花岭矿区第一阶段成矿示意图Fig.10　Sketch of the first stage of mineralization in Xianghualing ore district

图11　香花岭矿区第二阶段成矿示意图Fig.11　Sketch of the second stage of mineralization in Xianghualing ore district

第三阶段：岩浆定型期 （矿化阶段）。在燕山期［27-29］经过长时间的岩浆上涌并与不同成分的围岩不断熔合、分异、交代，随着岩体冷却，成矿矿物在富Si的部位沉积较多，而富Ca部位的碳酸盐岩地区由于Ca元素和挥发分CO2具有较高的活动性，相对于Si来说不利于矿质的沉淀。同时，由于各矿物元素之间的物理化学性质的差异，使得各矿物在成矿有利空间富集成矿。黑钨矿和锡矿等由于温度较高先结晶，主要产在岩体接触带内富Si的石英脉中；随后白钨、铅、锌和铍等相对较低温的矿物结晶，产在富Ca的矽卡岩中；最后铌钽锂等结晶，主要产于岩体上部蚀变带内及靠近富Si质的围岩接触带处 （图12）。

5　找矿方向与标志

图12　香花岭矿区第三阶段成矿示意图Fig.2　Sketch of the third stage of mineralization in Xianghualing ore district

综合上述稀有金属分布特征和成岩成矿过程的分析，稀有金属Nb、Ta、Li成矿主要产于岩体上部蚀变带内及靠近围岩的接触带处。对于铌钽锂稀有金属矿的找矿标志为：

（1）花岗岩体已云英岩化、钠长石化的蚀变带的顶部和边缘处，是铌钽锂矿富集区。

（2）Nb、Ta常与W、Sn伴生在一起，黑钨矿、锡石主要产于与围岩接触带处的富硅石英脉中，且产有铌钽矿的岩体必须为一个封闭的区域，这有利于铌钽金属元素的汇聚与富集。

（3）围岩应为富含硅质的岩体，如浅变质砂岩；而富含钙质的围岩处则不利于铌钽富集。相比于云英岩化带内含Si围岩中铌钽锂含量更高，而Ca的抑制作用又是十分的明显，这说明围岩中Si、Ca对铌钽金属的富集要强于云英岩化蚀变带的作用。

6　结论

（1）尖峰岭花岗岩体的自变质蚀变作用对NbTa等稀有金属矿化具有重要作用。从Ⅶ—I号岩带，NbTa含量逐渐显著增加，Ⅳ—I号岩带为香花岭岩体的主要NbTa稀有金属矿体。尖峰岭岩体中NbTa含量与Si含量呈正相关关系，而与KNa碱质含量呈明显反相关关系，表明NbTa矿化与云英岩化、硅化、钾长石化、钙长石化有关。

（2）经调查分析，香花铺地区花岗岩富含NbTaLi稀有金属，局部到达良好矿化，与尖峰岭强烈NbTa矿化的蚀变花岗岩含量相当。部分云英岩、硅化砂岩、钨锡矿等也富含NbTaLi等稀有金属。其他岩性和矿石稀有金属含量不高。

（3）根据稀有金属分布规律和成矿地质条件，提出了稀有金属3个阶段成矿模式。

（4）稀有金属找矿标示是蚀变作用，包括云英岩化、硅化、钾长石化、钠长石化。找矿方向重在花岗岩体顶部和边缘接触带。

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Distribution characteristics and mineralization models of rare metals in Xianghualing ore district of Hunan

WANG Chan1，LIU Hao1，MIAO Bing-kui2，DENG Jiang-hong1，LIU Xian-fan1，ZHAO Fu-feng1
（1.College of Earth Sciences，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China；2.College of Earth Sciences，Guilin University of Technology，Guilin 541004，China）

In order to further search for rare metal target resources，the distribution characteristics and enrichment regularity of rare metals of Jianfengling granite pluton and Xianghuapu area are studied in this paper.Rare metal mineralization enrichment in Jianfengling mainly exists on the top and the greisenization boundary zone of the biotite granite body，and the NbTa content is relatively higher than other rare metal elements in Jianfengling.The NbTa oxide（95.3×10-6-349×10-6）content in Xianghuapu biotite granite is higher than that of the Jianfengling pluton（108.7×10-6），and the Li content of the greisen（1 320×10-6and 9 672×10-6）and silicified sandstone（4 340×10-6）is much higher than that of the biotite granite（884×10-6）in the same area，showing a good trend of mineralization.Based on the distribution regularity and ore-forming geological conditions of rare metals，the rare metal mineralization model of three stages is suggested.It is also pointed out that the prospecting signs of rare metal in the deposit should be the alteration zones including greisenization，potassium feldspathization，and albitization.The important rare metal mineralization prospecting sites should be on the top and at the edge of the contact zone of the granite bodies.

rare metal deposit；distribution characteristics；mineralization model；Xianghualing ore district；Hunan

P618.6

A

1674-9057（2016）01-0066-10

10.3969/j.issn.1674-9057.2016.01.010

2015-10-21

中国地质调查局项目 （12120113078200）；成都理工大学矿物学、岩石学、矿床学国家重点 （培育）学科建设项目 （SZD0407）

王婵 （1988—），女，博士研究生，研究方向：成因与应用矿物岩石学，haohaochan@163.com。

缪秉魁，博士，教授，miaobk@glut.edu.cn。

引文格式：王婵，刘皓，缪秉魁，等.湖南香花岭矿区稀有金属分布特征和成矿模式［J］.桂林理工大学学报，2016，36 （1）：66-75.