黑龙江省齐齐哈尔市碾子山地区稀有稀土矿矿体特征及成因探讨

张俭峰，杨文鹏，李成禄，李新鹏，赵瑞君，徐东海，张立东

（黑龙江省地质调查研究总院，黑龙江 哈尔滨 150036）

碾子山铌、钽稀有稀土矿为碱性长石花岗岩矿体。国内外很多资料总结了与花岗岩有关的稀有、稀土元素成矿模式与成矿规律[1-3]。国内不少与大型稀有金属矿床有关的花岗岩体多为一套岩体中有两期以上分异岩体与成矿有关[4]。

1 区域地质特征

工作区所处大地构造位置为小兴安岭—松嫩地块的龙江隆起带，成矿带为呼玛—林西晚古生代—中生代金、银、铜成矿带；区内地层主要为古元古代、古生代变质岩及中生代的火山岩；侵入岩出露较大，主要为古元古代至早白垩世的中酸性侵入岩；构造较为复杂，主要为褶皱和线性构造，北东向断裂构造为控矿构造，北西向构造局部为容矿构造。

2 矿区地质特征

矿区出露的地层主要为少量的哲斯组、老龙头组；侵入岩主要为与成矿关系密切的早白垩世碱性花岗岩及正长花岗岩，和少量的早元古代片麻状花岗岩及正长斑岩、花岗斑岩等脉岩；构造主要为横跨普查区中部的北西向山坡屯-328高地断裂、西北角北东向雅鲁河断裂带及西南角北东向九里站-碾子山断裂。

3 矿体特征

3.1 矿体特征

研究区目前共发现铌钽稀有金属低品位矿体3条，铌钽稀有金属矿化体11条为盲矿（化）体（图1）。矿（化）体呈脉状分布于早白垩世碱性花岗岩和早白垩世正长花岗岩中[5]，矿化体总体产状与早白垩世细粒正长花岗岩大体一致。矿化体走向长约50m～55m，倾向长约40m～65m，见矿化厚度最大为0.8m～5.8m，倾向90°～95°，倾角12° ～41°，平均品位Nb2O5：0.0278%～0.0512%，Ta2O5：0.0045%～0.0068%。矿体处于矿化体内部，走向长约50m～60m，倾向长约54m～63m，见矿厚度最大为28m，最小为1.9m，倾向90°～95°，倾角15°～37°，平均品位Nb2O5：0.0429%～0.0537%，Ta2O5：0.0078%～0.0105%。

图1 碾子山地区稀有稀土矿60勘探线地质剖面图（据黑龙江省地质调查研究总院，2012）

图2 早白垩世细粒正长花岗岩照片

图3 早白垩世粗中粒碱性花岗岩照片

3.2 矿石特征

矿区含矿岩石主要为早白垩世正长花岗岩，其次为少量的早白垩世碱性花岗岩。

早白垩世细粒正长花岗岩：风化面呈黄褐、红褐、灰褐色，新鲜面呈浅灰色、浅肉红色，细粒花岗结构，显微文象结构、交代结构，块状构造，局部晶洞构造。岩石由条纹长石（45%～50%）、更长石（20%～25%）、钠长石（5%）、石英（30%～25%）、黑云母（15%）组成，钠闪石及普通角闪石已经全部分解。副矿物有锆石、独居石、棕色针状矿物等（图2）。

早白垩世粗中粒碱性花岗岩：风化面呈黄褐、红褐、灰褐色，新鲜面呈浅灰色、浅肉红色，细粒花岗结构，显微文象结构、交代结构，块状构造，局部晶洞构造。岩石由条纹长石（45%～50%）、更长石（20%～25%）、钠长石（5%）、石英（30%～25%）、黑云母（15%）组成，钠闪石及普通角闪石已经全部分解。副矿物有锆石、独居石、棕色针状矿物等（图3）。

3.3 元素赋存状态

依据人工重砂和自然重砂分析，碾子山正长花岗岩和碱性花岗岩中Ta、Nb和稀土元素主要呈分散状态存在，少见独立矿物。Nb、Ce、Ta、Y都广泛分散于各种造岩矿物之中。Nb、Ta主要在各种变生锆石中富集，少量以类质同相形式存在于铈族稀土矿物中。铈族稀土矿物相对较多，有硅酸盐、磷酸盐、碳酸盐及氟化物等[5]。

3.4 围岩蚀变

矿区内的矿（化）体与围岩之间没有明显界限，矿区蚀变主要为广泛发育的钠长石化、钠闪石化、碳酸盐化及局部的硅化、角岩化及萤石化等。

4 成因探讨

4.1 成矿物质来源

①成矿物质条件：结合前人对类似矿床的成矿物质来源及碾子山工作区现有资料的总结，可以推测碾子山稀有稀土矿成矿物质来源于地壳本身或地幔的富含大量稀有稀土元素的碱性花岗岩浆，其经多阶段分异演化作用和自交代作用，稀有金属元素和挥发组分在晚阶段的岩体聚集成矿。②控矿构造条件：从工作区高精度磁测ΔT推断成果图及测深剖面ρs等值线图可以看出，F2断裂为碾子山稀有稀土的控矿构造，是含矿流体运移的通道。花岗质岩体节理裂隙也有利于含矿熔体溶液的聚集和交代作用的进行，从而聚集成矿。

4.2 成矿作用

前人总结了很多稀有金属元素的矿化富集及成矿规律[6，7]。王汾连[6]等人认为铌钽的富集主要是岩浆分异结晶作用使不相容的钽和铌及挥发分逐渐富集在残余熔体中；当岩浆演化到晚期的热液流体阶段，造岩矿物已全部结晶，富含大量Nb、Ta、Na、F等元素的流体沿裂隙交代早期矿物，形成钠长石化，导致流体成分改变，铌钽络合物瓦解，铌钽矿物在钠长石化中结晶沉淀；有些铌和钽在结晶分异过程中以类质同象形式少量进入到钛铁矿、云母等矿物中；钠长石化蚀变作用也可能从造岩矿物中萃取铌、钽，促使这些元素发生再迁移和再分配。司幼东[7]认为，各种铌、钽的络合物在矿化作用过程中最有利的条件，往往是当岩浆期后的各种交代作用进行时，所产生的物质组分在既成矿物与气热溶液之间带出和带入，从而引起铁、锰、钙、铝等的析出，不仅对相应的各铌、钽络合物的离解，起到应有的促进作用，而且对形成各铌、钽的独立矿物也提供了物质成分。

上述观点在碾子山铌钽稀有稀土矿矿化富集规律上同样适用。包含结构证明，在岩浆冷却结晶阶段，稀有稀土金属矿物已先晶出，故被造岩矿物包裹于其中形成包含状。因此，可以认为成矿或早于岩浆结晶或与岩浆结晶同时进行。岩浆结晶晚期，富含大量的挥发性组分和矿质聚集在岩体顶部，随着压力的降低，发生自交代和成矿作用，此时是最主要的成矿阶段。岩浆期后热水溶液阶段，主要表现在围岩和岩体中的萤石化及钠长石化等热液蚀变[6]。综上所述，碾子山稀有稀土矿成矿物质来源于地壳本身或地幔的富含大量稀有稀土元素的碱性花岗岩浆，其经多阶段分异演化作用和自交代作用，不相容稀有金属元素和挥发组分在最晚阶段的岩体聚集并成矿。从岩浆结晶到晚期成岩阶段，都伴随着成矿作用。最重要的成矿阶段是岩浆晚期自交代阶段，成因类型为碱性长石花岗岩矿型。这与梅友松及、王中刚及彭祺瑞等人总结的稀有元素矿化规律是吻合的[8，9]。