内蒙古中部花岗岩型稀有金属矿床特征与找矿标志

2018-05-16杜青松赵力颖李志华

中国钼业 2018年2期

杜青松，赵力颖，李志华

(1.中国地质大学地球科学与资源学院，北京 100083)(2.河北省区域地质调查院，河北廊坊 065000)(3.内蒙古自治区矿产实验研究所，内蒙古呼和浩特 010031)

0 引言

“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]、镶黄旗加不斯钽铷锂矿等，还发现了武川县潘家沟铌钽矿点等。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有稀有、稀散元素共伴生。在新类型稀有稀散资源方面，内蒙古一些煤田普遍伴生有稀有稀散金属，如准格尔煤田官板乌素矿伴生锂矿达到中型规模。

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(图1)。

图1 内蒙古中部地区地质构造略图(据文献[8]修改)

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

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分通常在分异晚期的岩体中聚集成矿[10]。

2.1 内蒙古赵井沟矿床研究

赵井沟矿床是近年来在内蒙古中部地区找到的一处以铌钽为主，铷、锂、铯、锆铪、稀土为伴生有益元素的大型稀有金属矿床。位于内蒙古武川县赵井沟村东1 km处，南北长7.4 km，东西宽2.8 km，面积17.94 km2。探明铌钽金属量8 279.55 t，铌钽平均品位0.025%[11]。

2.1.1 区域地质概况

赵井沟铌钽矿区出露的地层主要有中元古届渣尔泰群和中石炭统拴马桩组以及第四系冲洪积物。其中拴马桩组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。矿区位于阴山断隆大青山复背斜北翼，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。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。

2.1.2 矿体特征

含矿岩脉在空间上呈北东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拴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。主矿体两侧有多条大致平行脉群(图2)。

图2 赵井沟铌钽矿床地质略图

1-第四系; 2-中石炭统拴马桩组变质长石砂岩; 3-变质砾岩; 4-碱长花岗伟晶岩; 5-碱长花岗细晶岩; 6-云英岩; 7-含天河石钠长石化碱长花岗岩; 8-铌钽矿体; 9-含钨石英脉; 10-实测和推测断层

整个矿体由上、下两部分构成。上部脉状矿体赋矿标高1 950～1 590 m，矿体沿走向中部厚度稳定，自Ⅵ线以东北向变薄并分为4支，延长至Ⅹ线矿体只见存有一支，厚度变薄趋于尖灭。自Ⅲ线以西南向变薄，至Ⅱ线分为2支，延长至Ⅰ线以西南趋于尖灭。矿体长406～500 m，厚度1～50 m，矿体倾向114°～143°，倾角40°～70°。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，由于蚀变程度的不同，其岩性与矿化情况也互有差异，这些脉群的岩性多为含天河石钠长石化碱长花岗岩、花岗岩细晶岩，一般规模很小，有的与主体平行，有的属于支脉，多数呈雁行或羽毛状分布，虽存在不同程度的矿化，但铌钽绝大多数低于工业品位。

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40°～20°。深部矿体品位变富(Na2O5+Tb2O5)0.022 4%～0.028 7%，其中Tb2O5品位明显高于上部矿体，单工程ZK105平均品位0.019 4%；ZK2205平均品位0.015 8%；ZK2206平均品位0.012 9%；ZK2405平均品位0.013 3%。分支或平行主矿体的小脉体较少[12]。

矿区主要的含矿岩石为含天河石钠长石化碱长花岗岩(图3)，次为花岗细晶岩、云英岩及天河石花岗伟晶岩。水平分带由外到内为：天河石花岗伟晶岩→弱钠长石化-天河石化碱长花岗岩→中钠长石化-天河石化碱长花岗岩→强钠长石化-天河石化碱长花岗岩→钠长石岩。垂直分带由上到下为：闪长岩→未蚀变的花岗岩→弱钠长石化-天河石化碱长花岗岩→中钠长石化-天河石化碱长花岗岩→强钠长石化-天河石化碱长花岗岩→中钠长石化-天河石化碱长花岗岩→弱钠长石化-天河石化碱长花岗岩→未蚀变的花岗岩→闪长岩。

图3 赵井沟铌钽多金属矿床样品照片(a)矿石照片；(b)显微照片(正交偏光)(据文献[5])

2.2 内蒙古石灰窑矿床研究

石灰窑矿床为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]。石灰窑矿区地处内蒙古自治区中部，行政区划隶属于内蒙古自治区锡林郭勒锡林浩特市白音希勒镇管辖。位于该镇东北12 km，西北距锡林浩特市55 km。属锡林郭勒草原丘陵区，海拔标高在1 100～1 400 m，地势东高西低。

2.2.1 区域地质概况

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，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4)。

图4 内蒙古石灰窑矿区地质图

2.2.2 矿体特征

石灰窑矿体位于矿区中部。铌钽矿体赋存于燕山早期蚀变碱性花岗岩体内，多呈壳状产于岩体顶部裂隙密集带的钠化花岗岩中，矿化主要受岩体的微细构造及后生构造裂隙所控制。据目前取得的地质资料，共圈出11个铌钽矿体(均伴生铷，地表7个，隐伏4个)[14]，其中Ⅰ号岩体圈出工业矿体6个，编号为Ⅰ-1—Ⅰ-6，低品位矿体2个，编号为Ⅰ-低1—Ⅰ-低2；Ⅴ号岩体圈出工业矿体1个，编号为Ⅴ-1，低品位矿体2个，编号Ⅴ-低1—Ⅴ-低2，以Ⅴ-1号主矿体规模最大(图5)。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。

按其蚀变强度及钠长石含量可初步划分为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化带之下，二者呈渐变过渡，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细中粒花岗岩。总的来说，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，两种蚀变互相叠加，分带不甚明显，岩体自上而下为云英岩化带-钠化云英岩化带(过渡带)-钠化带(中细粒)-弱钠化带(细中粒)，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化云英岩化带(过渡带)-钠化带(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。

图5 石灰窑矿床Ⅴ8勘查线剖面简图

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-铌钽工业矿体位置及编号； 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-钻孔位置

3 稀有金属矿床找矿标志

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、变质作用等诸因素控制，它形成于一定的地质历史时期，经历了一定的继承演化发展过程。初步对比研究表明，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存在一定差异，但是稀有金属元素矿化主要在富钠的过铝质花岗岩株(或脉)内呈浸染状和脉状产出，并且构成似层状和条带状矿体。一般情况下，矿体与岩体不具有明显分界线，前者是后者的组成部分。

3.1 构造对稀有金属成矿的控制

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。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、铷的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，表现出围绕大岩基星散状或呈串珠状产出的特点。

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有密不可分的联系。一般来说，含矿花岗岩的类型不同，产状及形态也各异。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。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。

3.3 花岗岩型稀有金属矿床成矿要素类比

通过对石灰窑、赵井沟两个典型稀有金属矿床成矿要素的总结发现(表1)：在化学组分方面，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、钙等的含量较低。富含稀有元素及挥发分也是这类花岗岩的显著特点。在共(伴)生矿种方面，钨和锡是花岗岩型稀有金属矿床经常伴生的矿种。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。石灰窑矿床产出于相对封闭的构造环境，具有强烈的钠长石化和云英岩化，外围产出天河石伟晶岩脉，属于岩浆期后中温条件下交代蚀变类型稀有金属矿床。铌钽矿化主要在富钠和高铝碱长花岗岩侵入杂岩体内呈浸染状和条带状产出，并且构成透镜状、似层状和囊状矿体。碱长花岗岩、碱长花岗伟晶岩和碱长花岗细晶岩属高度分异型碱长花岗岩类侵入岩。属富钠的过铝质花岗岩型铌钽矿床。通过40Ar/39Ar 同位素测年，得知赵井沟的天河石形成于124 Ma(坪年龄为123.57 Ma，等时线年龄为124 Ma)左右，该矿床形成于燕山晚期。对采自石灰窑矿区伟晶岩中的白云母进行了40Ar/39Ar 同位素定年，可知石灰窑伟晶岩的白云母形成于144.7 Ma 左右(坪年龄为144.7 Ma，等时线年龄为143.3 Ma)[15]。该矿床同样形成于燕山晚期，但比赵井沟早约20 Ma。前者形成于侏罗纪晚期，后者形成于白垩纪早期，说明燕山晚期，在内蒙古中部地区可能存在稀有金属的区域性成矿作用，丰富了内蒙古中部地区的成矿理论。

表1 内蒙古赵井沟、石灰窑矿床花岗岩型稀有金属矿床对比一览表

4 结语

赵井沟和石灰窑稀有金属矿床均位于华北陆台北缘，该区域的稀有金属资源多为花岗(伟晶)岩型，具有较好的找矿前景。加不斯和台莱花稀有金属矿床(图2)是近年来在华北北缘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两个大型矿床之间，行政区划属内蒙古自治区锡林郭勒盟镶黄旗白音塔拉苏木管辖。矿体赋存在燕山早期钠长石化花岗岩中。在加不斯矿区的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，通过工作有望在加不斯的南部和西部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达里诺日镇台莱花嘎查西南约3.5 km，钠化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4.61 m。品位：Nb2O50.00 84%～0.012 8%，Ta2O50.012 1%～0.016 1%，平均0.014 3%。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了有利线索。

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