云南禄丰鹅头厂铁铜矿床中稀土矿物的发现及意义

温利刚，曾普胜，詹秀春，范晨子，王 广，孙冬阳，袁继海，费晓杰

(1. 北京矿冶科技集团有限公司， 矿冶过程自动控制技术国家重点实验室， 北京 100160； 2. 国家地质实验测试中心， 北京 100037； 3. 中国地质大学(北京)， 北京 100083)

滇中地区位于扬子地台西南缘，区内中元古代地层(东川群因民组和落雪组)中产出大量的前寒武纪铁-铜±金±铀±稀土矿床，如武定迤纳厂(杨耀民等， 2004， 2005； 侯林等， 2013， 2015； Zhaoetal.， 2013； Houetal.， 2015)、禄丰鹅头厂(李志群等， 2004； Zhaoetal.， 2013)、新平大红山(杨红等， 2012， 2014； Zhaoetal.， 2017)、东川因民、落雪、滥泥坪、稀矿山(常向阳等， 1997； 邱华宁等， 1997)、会理拉拉(李泽琴等， 2002； Zhu and Sun， 2013； Zhuetal.， 2018)等，是我国罕见的前寒武铁铜成矿带。研究表明，这些矿床在铁、铜成矿过程中，均伴随有不同程度的稀土富集或矿化现象，甚至形成具有工业价值的矿体。

云南禄丰鹅头厂铁铜矿床位于滇中地区中部，是滇中地区著名的前寒武纪含铜富铁矿床之一。矿床中除了铁、铜外，还伴生有稀土、铌、钼、钴等组分(阙梅英， 1984； 孙家骢， 1986； 李志群等， 2004)。经数十年的开采，矿山探明资源大量消耗，但研究工作十分薄弱。前人仅对矿床宏观地质特征进行了研究，并初步探讨了矿床成因(阙梅英， 1984； 李志群等， 2004； 赵波等， 2012)，矿石组分及赋存状态研究，尤其稀土元素的赋存状态研究，几乎为空白，严重制约了矿床的进一步开发和利用。

本文应用目前国际上矿物与地质行业前沿的矿物自动分析测试方法——矿物表征自动定量分析系统(automated mineral identification and characterization system，简称AMICS)，结合扫描电镜-能谱(SEM-EDS)显微结构原位分析技术，完成了光学显微镜等常规岩矿鉴定手段难以完成的矿物定量识别和鉴定，在矿石中发现了氟碳钙铈矿、氟碳铈矿、褐钇铌矿等独立的稀土矿物。这一发现对研究鹅头厂矿床以及滇中“昆阳裂谷带”前寒武纪铁-铜(-稀土)矿床的成因有着一定的指示意义，同时对区内稀土矿产的寻找和资源综合利用也有重要的意义。

1 区域地质背景

云南禄丰鹅头厂铁铜矿床位于滇中地区中部，大地构造位置处于扬子地台西南缘(图1a， Zhouetal.， 2014； 温利刚等， 2017)，“昆阳裂谷带”中部，紧邻我国西南“三江”造山带，位于武定-易门-元江裂陷槽北段禄武断陷盆地内的鹅头厂-温泉铁铜成矿带(李志群等， 2004； 杜再飞等， 2013)，受控于罗茨-易门断裂带和绿汁江断裂带等近南北向断裂带组成的经向构造体系(图1b)。

区域元古代地层主要有古元古代汤丹群变碎屑岩(朱华平等， 2011； 周邦国等， 2012)，中元古代东川群变质火山-沉积岩(常向阳等， 1997； Zhaoetal．， 2010)，东川群的同时异相产物河口群、大红山群变质火山岩及沉积岩(Greentree and Li， 2008； Zhao and Zhou， 2011； 周家云等， 2011； 杨红等， 2012)，中新元古代昆阳群(包括会理群、苴林群等)变碳酸岩与变碎屑岩(Greentreeetal．， 2006； Zhangetal．， 2007； 孙志明等， 2009)。主要的赋矿地层为东川群因民组的变质火山岩及变质碎屑岩和整合覆盖其上的落雪组白云岩。

区域岩浆岩包括橄榄岩、细碧岩-(石英)角斑岩、辉绿辉长岩、玄武岩、安山岩、闪长岩、花岗岩、凝灰岩以及岩浆角砾岩等，时代跨度非常大，岩浆活动强烈，具多期次、多旋回的特点。

2 矿床地质特征

2.1 矿区地质概况

鹅头厂铁铜矿床位于云南省禄丰县仁兴镇革里村东约2 km处。矿区出露的地层主要为东川群浅变质火山岩和砂、泥质板岩及碳酸盐岩等组成的变质火山碎屑岩建造(图2)，从下到上依次为因民组(Pt2y)、落雪组(Pt2l)和鹅头厂组(Pt2e)。其中，因民组主要分布于背斜核部及矿区北侧，未见底，岩性特殊，主要由绢云母板岩、基性火山岩(碱性玄武质次火山岩)、绿泥石黑云母岩、(石英)角斑岩、钠长岩、钠质凝灰岩、凝灰角砾岩等组成。因民组顶部变质火山岩是矿区铁矿的主要含矿层。落雪组主要分布于矿区背斜轴部或褶断带中，岩性主要为深灰色、灰白色厚层至块状致密的细晶白云岩，普遍含硅质、炭质和泥砂质细纹，黄铜矿、黄铁矿化广泛，是主要的含铜层位。鹅头厂组矿区内及区域上广泛分布，岩性主要为黑色炭质板岩、白云质板岩、绢云母板岩、粉砂质板岩、细粒石英砂岩，夹薄层板岩、硅质岩、白云质粉砂岩、白云岩等。

矿区位于罗茨-易门高角度逆冲断裂西侧，矿区构造主要为鹅头厂背斜(图2)、鹅头厂背斜轴两侧的NE向断裂、矿区北部和东部的NW向断裂和EW向断裂以及矿区东北部呈NE向展布主要由碎裂岩、糜棱岩和断层泥组成的断裂破碎岩带。鹅头厂背斜是矿区主要的控岩控矿构造，背斜核部为因民组绿泥黑云母岩、钠质凝灰岩、碳酸盐岩和细碧岩-(石英)角斑岩层，由核部向两翼分别出露落雪组白云岩和鹅头厂组，其背斜轴线呈NE-SW向展布，构造形态为两端倾伏的短轴背斜，向深部延深西翼倒转(图3)。

矿区岩浆岩主要为一套浅变质的碱性次火山岩[细碧岩-(石英)角斑岩建造]，矿区南部还出露有后期钠长斑岩脉。细碧岩-(石英)角斑岩建造主要赋存于因民组顶部，其主要岩石类型有(石英)角斑岩、细碧岩(蚀变后以绿泥石黑云母岩为主)、石英钠长斑岩、钠长石岩、钠质凝灰岩、凝灰角砾岩等，为一套典型的双峰式火山岩组合。碱质交代(以钠质交代为主，主要形成微晶钠长岩)和铁镁质交代(黑云母化，主要形成微晶黑云母岩)蚀变强烈，并普遍发育碳酸盐化、绿泥石化。

2.2 矿体特征

矿区共有3个矿群，即Ⅰ号、Ⅱ号和Ⅲ号矿群，共有12个工业矿体。其中，Ⅰ号矿群包括Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ33个矿体，产于鹅头厂背斜鞍部因民组顶部变质火山碎屑岩内部及其与落雪组白云岩的接触带上，是矿区最大的矿群，占总储量的81.2%(李志群等， 2004)；Ⅱ号矿群有8个矿体，产出于因民组顶部次火山岩内，规模较小，占总储量的18.2%；Ⅲ号矿群只有1个矿体，产出于落雪组白云岩的层间剥离带中，占总储量的0.6%。矿体沿走向延长32～1 950 m，厚度为2.64～12.25 m，延深长13～399 m，变化较大。矿石中平均含铁(TFe)39.05%～52.84%，最高达68.08%，属于富铁矿石；铜含量一般为0.01%～0.3%，在矿体上盘白云岩及绿泥黑云母岩中，局部有单独的铜矿层，但延伸不稳定，平均铜品位为0.91%(李志群等， 2004)。

矿体严格受地层及构造控制，含矿岩系复杂(税哲夫等， 1984)，主要赋存于鹅头厂背斜核部及西翼的因民组顶部变质火山碎屑岩建造与落雪组白云岩的接触带上和层间剥离带中，矿体与围岩呈渐变过渡关系，其产状与地层产状基本一致(图3)，主要沿层理呈层状、似层状、透镜状、马鞍状产出，也具有切穿层理或矿体的脉状矿体。

图 1 滇中地区地质构造矿产简图(据Zhao et al., 2010； Zhao and Zhou, 2011； Chen and Zhou, 2012； Zhou et al., 2014修改)Fig. 1 Regional geological map of central Yunnan Province (modified after Zhao et al., 2010; Zhao and Zhou, 2011; Chen and Zhou, 2012; Zhou et al., 2014)F1—元谋-绿汁江断裂； F2—安宁河断裂(罗茨-易门断裂)； F3—普渡河断裂； F4—小江断裂； F5—红河断裂F1—Yuanmou-Lüzhijiang Fault； F2—Anninghe Fault (Luoci-Yimen Fault)； F3—Puduhe Fault； F4—Xiaojiang Fault； F5—Red River Fault

图 2 云南禄丰鹅头厂铁铜矿床矿区地质简图(据李志群等， 2004； 王学文等， 2015修改)Fig. 2 Simplified geological map of the Etouchang Fe-Cu deposit in Lufeng, central Yunnan Province, showing sampling sites (modified after Li Zhiqun et al., 2004; Wang Xuewen et al., 2015)1—中元古界东川群鹅头厂组第3段； 2—中元古界东川群鹅头厂组第2段； 3—中元古界东川群鹅头厂组第1段； 4—中元古界东川群落雪组； 5—中元古界东川群因民组； 6—碱性次火山岩； 7—钠长岩脉； 8—碎裂岩带； 9—铁矿体及编号； 10—地层界线； 11—逆断层； 12—正断层； 13—断层及编号； 14—地层产状； 15—勘探线位置； 16—钻孔及编号； 17—采样位置1—3rd member of Mesoproterozoic Etouchang Formation, Dongchuan Group； 2—2nd member of Mesoproterozoic Etouchang Formation, Dongchuan Group； 3—1st member of Mesoproterozoic Etouchang Formation, Dongchuan Group； 4—Mesoproterozoic Luoxue Formation, Dongchuan Group； 5—Mesoproterozoic Yinmin Formation, Dongchuan Group； 6—alkaline sub-volcanic rocks； 7—albitite vein； 8—cataclasite zone； 9—iron orebody and its serial number； 10—stratigraphic boundary； 11—reversed fault； 12—normal fault； 13—fault and its serial number； 14—stratigraphic attitude； 15—exploration line； 16—drill hole and its serial number； 17—sampling site

图 3 鹅头厂铁铜矿床6号勘探线剖面图(据杜再飞等，2013修改)Fig. 3 Geological section along No. 6 exploration line in the Etouchang Fe-Cu deposit (modified after Du Zaifei et al., 2013)1—中元古界东川群鹅头厂组第3段、第2段、第1段； 2—中元古界东川群落雪组； 3—中元古界东川群因民组； 4—白云岩； 5—板岩； 6—碎裂岩； 7—采空区位置； 8—实测/推测地层界线； 9—实测/推测断层及编号； 10—富铁矿体及编号； 11—贫铁矿体； 12—铜矿体； 13—钻孔及编号； 14—矿体品位/矿体水平厚度1—3rd, 2nd and 1st Member of Mesoproterozoic Etouchang Formation, Dongchuan Group； 2—Mesoproterozoic Luoxue Formation, Dongchuan Group； 3—Mesoproterozoic Yinmin Formation, Dongchuan Group； 4—dolostone； 5—slate； 6—cataclastic rocks； 7—mined-out area； 8—stratigraphic boundary/inferred stratigraphic boundary； 9—fault/inferred fault and its serial number； 10—high-grade iron orebody and its serial number； 11—lean iron orebody； 12—copper orebody； 13—drill hole and its serial number； 14—grade and horizontal thickness of orebody

2.3 矿石特征

矿石的矿物成分比较简单，主要铁矿物为磁铁矿和赤铁矿，二者相对含量无规律变化，或单一，或共生(李志群等， 2004)，但上部趋向于以磁铁矿为主，南北两端及下部以赤铁矿占主导，局部还可见菱铁矿和镜铁矿脉。矿石中普遍有星点状或团斑状黄铁矿和黄铜矿，有的地段达工业品位。铜矿物还有辉铜矿、斑铜矿和孔雀石等。脉石矿物有磷灰石、方解石、(铁)白云石、绿泥石、黑云母、钠长石、石英、重晶石、阳起石等。

矿石构造有致密块状构造、条纹条带状构造、浸染状构造、星点状构造、团斑状构造、网脉状构造、脉状构造、角砾状构造、叶片状构造以及揉皱状构造等。矿石结构有粒状结构、粒状变晶结构、交代或交代残余结构等。

2.4 围岩蚀变

矿床中围岩蚀变强烈，主要蚀变类型有绿泥石化、黑云母化、碳酸盐化、镜铁矿化、(钾)钠长石化、绢云母化、黄铜矿化、黄铜矿化、重晶石化、硅化等。

3 样品与分析方法

3.1 样品采集及特征

本次研究的样品采自云南省禄丰县鹅头厂铁铜矿床Ⅰ1号矿体(具体采样位置见图2，地理坐标为N25°25.726′，E102°18.527′)。矿石的主要铁矿物为磁铁矿和赤铁矿，普遍含有星点状或团斑状黄铁矿和黄铜矿(图4a、4b、4c)，局部肉眼即可见菱铁矿和镜铁矿脉(图4d)。脉石矿物有磷灰石、方解石、石英等。矿石化学成分分析表明(ICP-MS测试，测试单位：国家地质实验测试中心)，稀土元素含量在条纹条带状矿石和块状矿石中较矿区其它类型矿石高，其ΣREE分别为259.50×10-6～305.87×10-6(条纹条带状矿石)、144.17×10-6～296.76×10-6(块状矿石)，很可能存在稀土矿物。因此，本文主要选取条纹条带状含铜磁铁矿矿石(LC2-4-3)和块状磁铁矿矿石(LC2-2-1)进行AMICS矿物自动定量分析。

3.2 AMICS测试

3.2.1 AMICS简介

近年来，随着现代测试技术和计算机技术的广泛应用，矿物自动分析技术得到较快的发展，以澳大利亚研制的扫描电镜矿物定量评价系统(quantitative evaluation of minerals by scanning electronic microscopy，简称QEMSCAN)(Liuetal.， 2005； Goodalletal.， 2005； Pascoeetal.， 2007)和矿物解离分析仪(mineral liberation analyser，简称MLA)(Gu，2003； Fandrichetal.， 2007； Redwanetal.， 2012； 李波等，2012)的应用最为广泛。值得一提的是，北京矿冶科技集团有限公司(原北京矿冶研究总院)矿冶过程自动控制技术国家重点实验室在该领域也取得较大突破，成功研制了国内首个具有自主知识产权的工艺矿物学自动测试系统(BGRIMM process mineralogy analyzing system，简称BPMA)，并展现出良好的应用前景(贾木欣等，2017)。

图 4 鹅头厂铁铜矿床野外照片Fig. 4 Field photos of ores from the Etouchang Fe-Cu deposita—揉皱的条纹条带状矿石； b—含方解石脉的磁铁矿矿石； c—含团斑状黄铜矿的磁铁矿矿石； d—含镜铁矿、黄铜矿的方解石脉； Mt—磁铁矿； Spe—镜铁矿； Ccp—黄铜矿； Py—黄铁矿； Cal—方解石； Qtz—石英a—banded ore with wrinkled structure； b—magnetite ore with calcite veins； c—magnetite ore with chalcopyrite lump； d—calcite vein with specularite and chalcopyrite； Mt—magnetite； Spe—specularite； Ccp—chalcopyrite； Py—pyrite； Cal—calcite； Qtz—quartz

矿物表征自动定量分析系统(automated mineral identification and characterization system)，或称高级矿物识别和鉴定系统(advanced mineral identification and characterization system，简称AMICS)，是继QEMSCAN和MLA之后新一代的矿物自动分析系统(温利刚等，2018a)。其基本硬件由一台扫描电子显微镜(SEM)结合一个或多个X射线能谱仪(EDS)组成，并配有一套AMICS软件。基本测量原理是通过AMICS软件和扫描电镜软件、能谱分析技术的结合，形成自动扫描电镜-能谱分析系统，实现样品自动位移，利用能反映物相成分差别特征的背散射电子(BSE)图像的灰度值来确定矿物颗粒的边界并进行矿物分割，确定能谱点分析位置，自动采集不同物相的能谱数据，利用X射线准确鉴定矿物，建立样品矿物标准库，通过实测矿物能谱谱线与矿物标准库进行匹配以识别矿物，结合现代图像分析技术进行计算机自动拟合计算和数据处理，快速、准确地测定矿物种类及含量、粒度、嵌布特征、元素赋存状态等(温利刚等，2018b)。

3.2.2 实验条件

AMICS测试在国家地质实验测试中心完成。首先将样品磨制成探针片，经表面喷镀碳层以增加样品导电性之后，直接对探针片进行AMICS分析测试。

本次研究所采用的AMICS矿物自动分析系统由一台ZEISS Sigma 500型场发射扫描电子显微镜(FESEM)、一台Bruker XFlash 6|30型X射线能谱仪(EDS)和一套AMICS软件(包括AMICSTool、Investigator、MineralSTDManager和AMICSProcess等4个子程序)组成。实验条件：加速电压20 kV，工作距离8.5 mm，背散射电子探测器(HDBSD)，物镜光阑60 μm，高真空模式。详细实验测试方法及流程可参考温利刚(2018)。

完成AMICS测试之后，利用AMICS软件驱动扫描电镜到指定位置，通过SEM-EDS显微结构原位分析技术分析目标矿物微观形貌特征和化学组成。能谱激发电压选择20 kV或15 kV，工作距离8.5 mm，能谱点分析采集时间达到指定计数250 kcps后自动停止，能量范围0.25～15 kV或20 kV。

4 结果与讨论

4.1 矿物组成

本文采用AMICS技术测定了含黄铜矿的块状磁铁矿矿石(LC2-2-1)和条纹条带状含铜磁铁矿矿石(LC2-4-3)样品中所含的矿物组成及含量，分析结果见图5、图6、表1和表2。

含黄铜矿的块状磁铁矿矿石(LC2-2-1)的矿物组成及含量(图5、表1，本文矿物含量是指在AMICS测试范围内的矿物量，根据各矿物所占面积百分比与相对密度换算得出，下同)由多到少依次为：磁铁矿38.53%、黄铁矿22.64%、白云石20.12%、石英6.03%、铁白云石4.11%、磷灰石3.96%、赤铁矿1.99%、磁黄铁矿0.29%、三斜磷钙铁矿0.26%、绿泥石0.24%、方解石0.23%、阳起石0.11%等，含微量的氟碳钙铈矿(0.02%)等稀土矿物。

图 5 云南禄丰鹅头厂铁铜矿床含黄铜矿块状矿石(LC2-2-1)BSE图像和AMICS测试结果图Fig. 5 BSE and classified AMICS images of chalcopyrite-bearing massive ore (LC2-2-1) from the Etouchang Fe-Cu deposit

图 6 云南禄丰鹅头厂铁铜矿床条纹条带状矿石(LC2-4-3)BSE图像和AMICS测试结果图Fig. 6 BSE and classified AMICS images of banded ore (LC2-4-3) from the Etouchang Fe-Cu deposit

序号矿物名称矿物英文名wB/%面积百分比/%面积/μm2相对误差矿物标准分子式1磁铁矿magnetite38.5329.456 070 731.970.00Fe3+2Fe2+O42白云石dolomite20.1227.895 747 921.340.01CaMg(CO3)23黄铁矿pyrite22.6417.793 666 796.260.01FeS24石英quartz6.039.061 866 515.430.01SiO25铁白云石ankerite4.115.311 093 976.570.01CaFe2+0.6Mg0.3Mn2+0.1(CO3)26磷灰石apatite3.964.891 008 161.660.01Ca5(PO4)3F7赤铁矿hematite1.991.48305 002.630.02Fe3+2O38三斜磷钙铁矿anapaite0.260.3775 550.470.04Ca2Fe2+(PO4)2·4(H2O)9方解石calcite0.230.3469 125.210.04CaCO310绿泥石chlorite0.240.3164 172.720.04Fe2+3Mg1.5AlFe3+0.5Si3AlO12(OH)611磁黄铁矿pyrrhotite0.290.2551 107.520.05Fe0.95S12阳起石actinolite0.110.1530 019.490.09Ca2Mg3.5Fe2+1.5(Si8O22)(OH)213辉石augite0.120.1327 503.310.11Ca0.9Na0.1Mg0.9Fe2+0.2Al0.4Ti0.1Si1.9O614绿帘石epidote0.120.1327 128.870.06Ca2FeFeAl(Si2O7)(SiO4)O(OH)15黄铜矿chalcopyrite0.030.035 746.290.20CuFeS216氟碳钙铈矿parisite0.020.023 329.950.19CaCe1.1La0.9(CO3)3F217硅灰石wollastonite<0.010.011 303.020.35CaSiO318其它unknown1.192.41497 146.340.01-19合计total99.99100.02---

条纹条带状磁铁矿矿石(LC2-4-3)的矿物组成及含量(图6、表2)由多到少依次为：磁铁矿78.82%、方解石9.63%、磷灰石6.57%、黄铜矿1.32%、铁白云石1.30%、黄铁矿0.62%、绿泥石0.57%、石英 0.20%、赤铁矿0.17%、绿帘石0.15%等，含少量的氟碳钙铈矿(0.17%)、褐帘石(0.04%)、褐钇铌矿(0.01%)等(含)稀土矿物。

表 2 云南禄丰鹅头厂铁铜矿床条纹条带状矿石(LC2-4-3)样品AMICS矿物定量检测结果Table 2 Quantitative composition of the banded ore (LC2-4-3) by AMICS from the Etouchang Fe-Cu deposit

本次研究在条纹条带状磁铁矿矿石(LC2-4-3)和块状磁铁矿矿石(LC2-2-1)中均发现有少量的稀土矿物，以氟碳钙铈矿为主。其中，条纹条带状矿石(LC2-4-3)中除了氟碳钙铈矿(0.17%)之外，还含有微量的褐帘石(0.04%)、褐钇铌矿(0.01%)、氟碳铈矿、独居石等；块状矿石(LC2-2-1)中发现微量的氟碳钙铈矿，其矿物量仅为0.02%。

4.2 矿石中主要稀土矿物及其特征

4.2.1 氟碳钙铈矿

氟碳钙铈矿分子式为(Ce,La)2Ca[CO3]3F2，是氟碳铈矿(Ce,La)[CO3]F与碳酸钙CaCO3按1∶1组成的钙系列稀土氟碳酸盐类矿物，是一种重要的轻稀土氟碳酸盐类矿物(池汝安等, 2014)。

本文在鹅头厂矿床中发现的氟碳钙铈矿主要富集在条纹条带状矿石中，含量为0.17%左右，分布极不均匀，局部富集(图6)，结晶粒度较细，粒径一般小于30 μm，主要呈微细粒半自形至它形粒状晶体，多为微细粒的不规则粒状集合体，与磁铁矿间隙中的方解石和绿泥石等脉石矿物紧密共生，呈相嵌接触关系(图7a、7b)，显示出氟碳钙铈矿形成于热液期晚阶段。矿石中氟碳钙铈矿很少呈单一均匀晶体存在，普遍含有呈板状或柱状、片状、针状的氟碳铈矿微细晶体骨架(图7c、7d)，氟碳铈矿集合体一般呈长条状、柱状及放射状。

本文对条纹条带状矿石中识别出的氟碳钙铈矿及其中的微细氟碳铈矿进行X射线能谱点分析(图8a、8b)，得到氟碳钙铈矿的平均化学元素组成为C 3.36%、O 10.99%、 F 1.41%、Ca 18.89%、 La 24.29%、Ce 33.77%、Pr 1.84%、Nd 4.49%、Y 0.96%；微细氟碳铈矿的平均化学元素组成为C 7.55%、O 19.88%、F 6.33%、Ca 3.17%、La 25.91%、Ce 32.00%、Pr 1.34%、Nd 3.41%、Y 0.41%(表3)。矿物中富含轻稀土元素，以Ce、Nd、La为主，一般Ce>La>Nd，含少量Pr、Y，无放射性元素U和Th的替代。

此外，本文在块状磁铁矿矿石中也发现了少量的氟碳钙铈矿，含量非常稀少，仅为0.02%左右，主要呈星点状分布于磁铁矿矿物间隙中，结晶细小，粒径一般小于10 μm，主要呈微细粒自形至半自形晶，部分颗粒自形程度很好，呈微细粒长柱状晶体(图7e、7f)，与绿泥石关系密切，亦显示出该稀土矿物(氟碳钙铈矿)形成于热液期晚阶段。

X射线能谱点分析得到块状矿石中氟碳钙铈矿的平均化学元素组成为C 7.37%、O 20.13%、F 3.06%、Ca 18.00%、Fe 2.10%、La 17.59%、Ce 24.87%、Pr 1.84%、Nd 4.78%、Y 0.26%(表3)。矿物中富含轻稀土元素，以Ce、Nd、La为主，一般Ce>La>Nd，含少量Pr、Y，无放射性元素U和Th的替代。

图 7 云南禄丰鹅头厂铁铜矿床稀土矿物BSE微观形貌图Fig. 7 BSE images of the major rare earth minerals of ores from the Etouchang Fe-Cu deposit, showing part of locations of EDS point analysisPar—氟碳钙铈矿； Ap—磷灰石； Mt—磁铁矿； Ccp—黄铜矿； Chl—绿泥石； Cal—方解石； Fer—褐钇铌矿Par—parisite； Ap—apatite； Mt—magnetite； Ccp—chalcopyrite； Chl—chlorite； Cal—calcite； Fer—fergusonite

4.2.2 褐钇铌矿

褐钇铌矿(YNbO4)是一种含铌、钽、稀土氧化物的正铌钽酸盐类矿物。本文在鹅头厂矿床中识别出的褐钇铌矿主要存在于条纹条带状矿石中，其含量稀少，仅为0.01%左右，颗粒微细，一般为10 μm左右，多呈不规则粒状，主要分布于铁氧化物边缘缝隙中，与绿泥石等脉石矿物关系密切(图7g、7h)。

本文对褐钇铌矿进行X射线能谱点分析(图8c)，得到褐钇铌矿平均化学元素组成为O 29.54%、Si 1.63%、Ca 2.69%、Ti 2.21%、Fe 9.03%、Y 5.62%、Nb 42.31%、Ce 1.76%、Nd 2.68%和U 2.52%(表4)。矿物类质同像替代广泛，化学成分复杂。矿物中主要金属元素为Nb、Fe、Y、Ti、Ce、Nd、Mg、Ca、U等，其中Nb的含量较高，一般在39.15%～45.03%之间，重稀土元素以Y为主，并含少量Ce、Nd等轻稀土元素。

此外，矿石中普遍存在磷灰石(图5、图6)，其中条纹条带状矿石中含量高达6.57%。矿石中的磷灰石主要呈半自形或自形晶(图7a、7f、7i)，与磁铁矿、方解石、氟碳钙铈矿、黄铜矿、黄铁矿等紧密共生。

表 3 云南禄丰鹅头厂铁铜矿床中氟碳钙铈矿与氟碳铈矿能谱分析结果wB/%Table 3 Analytical data of parisites and bastnaesite from the Etouchang Fe-Cu deposit by EDS point analysis

图 8 鹅头厂铁铜矿床稀土矿物能谱图Fig. 8 EDS diagram of the major rare earth minerals of ores from the Etouchang Fe-Cu deposit

本文利用X射线能谱分析在磷灰石中未检测出稀土元素，这可能是由于后期热液叠加，导致成分重组从而稀土元素析出。

4.3 稀土矿化作用初探

鹅头厂矿床中稀土矿物主要为氟碳钙铈矿(Ce,La)2Ca[CO3]3F2和氟碳铈矿(Ce,La)[CO3]F，均属于稀土氟碳酸盐系列矿物，与国内外典型的轻稀土矿床类似(Guo and Liu， 2019)，如我国白云鄂博超大型REE-Nb-Fe矿床(肖荣阁等， 2012； 费红彩等， 2012)、四川攀西冕宁-德昌稀土成矿带(牦牛坪超大型REE矿床、大陆槽大型REE矿床、木落寨中型REE矿床、里庄小型REE矿床等)“牦牛坪式”单一氟碳铈矿轻稀土矿床(侯增谦等， 2008； Liuetal.， 2018)、湖北庙垭特大型铌稀土矿床(Xuetal.， 2014； Yingetal.， 2017)、甘肃天祝干沙鄂博稀土矿床(陈耀宇等， 2014)、山东微山轻稀土矿床(蓝廷广等， 2011； 周伟伟等， 2013； 梁雨薇等， 2017)、滇中地区武定迤纳厂Fe-Cu-REE矿床(杨耀民等， 2005)、会理拉拉铁氧化物-铜-金-钼-钴-稀土矿床(李泽琴等， 2002； 肖渊甫等， 2010)以及美国加利福尼亚州芒廷帕司(Mountain Pass)超大型轻稀土矿床(Dewittetal.， 1987； Castor， 2008)、澳大利亚奥林匹克坝(Olympic Dam)超大型Fe-Cu-U-Au-Ag-REE矿床(Johnson and Cross， 1995； Johnson and McCulloch， 1995)等(表5)，其稀土矿物均以氟碳钙铈矿、氟碳铈矿等稀土氟碳酸盐系列矿物为主。

表 4 云南禄丰鹅头厂铁铜矿床中褐钇铌矿能谱分析结果 wB/%Table 4 Analytical data of fergusonites from the Etouchang Fe-Cu deposit by EDS point analysis

对比研究国内外典型轻稀土矿床(表5)，可以发现，虽然不同矿床在矿床类型、构造背景、成矿规模、成岩成矿时代等方面存在较大的差异，但是可以发现稀土(主要为氟碳铈矿或氟碳钙铈矿等稀土氟碳酸盐系列矿物)的形成与地幔深部岩浆活动和岩浆期后热液交代作用等密切相关(Houetal.， 2015)。关于氟碳(钙)铈矿的成因模式，多数学者认为稀土和氟主要来自深部(幔源)，与深部(地幔)岩浆活动有关，并以氟络合物形式随热液运移；钙可以来自碳酸岩浆，也可以淋滤围岩中的钙；成矿液体可以是岩浆热液，也可以是大气水和岩浆热液的混合(费红彩等， 2007； Zheng and Liu， 2019)。

前人对鹅头厂矿床地质特征进行研究，初步探讨了矿床成因(阙梅英， 1984； 李志群等， 2004； 赵波等， 2012)，普遍认为鹅头厂矿床为一个多期次成矿作用叠加的复合成因矿床。近年来，又获得了铁矿石中黄铁矿Re-Os等时线年龄为1 487±110 Ma(MSWD=0.47，Zhaoetal.， 2013)；黄铁矿Rb-Sr等时线年龄为1 453±28 Ma(MSWD=1.02，Zhaoetal.， 2013)；以及含矿岩系(因民组)底部紫红色变凝灰岩Sm-Nd等时线年龄1 448±5 Ma和含矿岩系(因民组)顶部Ⅰ1矿体下盘浅灰绿色基性变质岩Sm-Nd等时线年龄1 031±17 Ma(潘泽伟等， 2017)，初步限定了鹅头厂矿床的成岩成矿年龄(1.50～1.45 Ga)和热液改造时代(～1.0 Ga)。值得注意的是，前者与全球性Columbia超级大陆碰撞聚合完全汇聚(1.9～1.85 Ga，Rogers and Santosh，2002； Condieetal.， 2002)之后初始裂解(1.84～1.60 Ga， Houetal.， 2008)至完全裂解(1.3～1.2 Ga， Zhaoetal.， 2002， 2003， 2004； Houetal.， 2008)的时间基本一致；后者则与全球性Rodinia超级大陆的汇聚的时间(1.10～0.9 Ga，全球性格林威尔碰撞造山运动，Watt and Thrane，2001； Tacketal.， 2001； 夏林圻， 2013)基本一致。此外，大量研究表明，扬子地台西南缘普遍存在850～750 Ma的大规模板内拉张环境岩浆活动和变质作用(叶霖等， 2004； Greentreeetal.， 2006； Zhangetal.， 2007； 杨红等， 2012， 2013； Zhouetal.， 2014； 金廷福等， 2017)，从而引起热液成矿作用，区内前寒武纪铁-铜(-稀土)矿床中普遍存在黑云母、绢云母、角闪石、白云母、石英、方解石等脉石矿物就是该期热液成矿作用的证据，该时期与与区域内晋宁运动-澄江运动(李献华等，2001；崔晓庄等，2015)以及全球性Rodinia超级大陆裂谷化(0.85～0.76 Ga， Lietal.， 2008； Xiaetal.， 2012)和初始裂解(～0.75 Ga， Lietal.， 2008)的时间高度一致。

区域上，滇中“昆阳裂谷带”一系列前寒武纪铁-铜(-稀土)矿床中以武定迤纳厂铁-铜-稀土矿床的研究程度相对较深，禄丰鹅头厂铁-铜(-稀土)矿床与武定迤纳厂铁-铜-稀土矿床在区域构造背景、矿床地质特征、主要成矿元素组合、赋矿地层、含矿岩系、成岩成矿时代等方面具有一定的相似性，表明鹅头厂矿床的主矿化期可能与迤纳厂矿床类似，稀土-铁氧化物可能是在Columbia超大陆裂解时期(1.50～1.45 Ga)深部(地幔)活动从深部带来成矿物质，同时原岩也受到强烈的铁质交代，从而导致稀土-铁氧化物的堆集，并受后期热液(～1.0 Ga)的叠加改造作用。

本研究在禄丰鹅头厂铁-铜(-稀土)矿床中发现的氟碳(钙)铈矿、褐钇铌矿等稀土矿物主要存在于磁铁矿的边缘间隙中，与方解石和绿泥石等脉石矿物紧密共生，显示出这些稀土矿物形成在热液期晚阶段。这与笔者在武定迤纳厂铁-铜-稀土矿床穿切条纹条带状矿石的脉状矿石中发现的大量与绿泥石、方解石、石英等脉石矿物以及晚期的黄铜矿、黄铁矿等硫化物紧密共生的微细粒针状、长柱状和板状连晶构成的放射状氟碳钙铈矿集合体类似(温利刚等， 2018a， 2018b)，表明鹅头厂矿床亦受到后期热液事件的叠加改造，成矿物质的再次沉淀和部分稀土矿物的重结晶可能与Rodinia超大陆裂解(850～750 Ma)时深部岩浆分异出的岩浆流体的活化富集作用有关。

综上，云南禄丰鹅头厂矿床稀土-铁氧化物主要形成于1.50～1.45 Ga，并受到多期次(～1.0 Ga和850～750 Ma)后期热液事件的叠加改造，可能分别与Columbia超级大陆裂解、Rodinia超级大陆汇聚(格林威尔碰撞造山运动)以及Rodinia超级大陆裂解事件有关。

5 结论

(1) 首次在云南禄丰鹅头厂铁铜矿床中发现了氟碳钙铈矿、氟碳铈矿、褐钇铌矿等独立的稀土矿物。其中，氟碳钙铈矿在矿石中分布极不均匀，局部富集，与方解石和绿泥石等脉石矿物紧密共生，普遍含有呈板状或柱状、片状、针状的氟碳铈矿微细晶体骨架；褐钇铌矿主要分布于铁氧化物边缘缝隙中的绿泥石等脉石矿物中。

(2) 云南禄丰鹅头厂铁铜矿床中独立的稀土矿物的发现，对于研究鹅头厂矿床以及整个滇中“昆阳裂谷带”前寒武纪(中元古代)铁-铜(-稀土)矿床的成因有着一定的指示意义。鹅头厂矿床稀土-铁氧化物的形成可能与Columbia超大陆裂解时期(1.50～1.45 Ga)深部(地幔)岩浆活动有关，并受到多期次后期热液事件(～1.0 Ga和850～750 Ma)的叠加改造。

(3) 本文通过实例建立了一套新的岩石矿物鉴定技术，为常规岩矿鉴定手段难以识别的矿物(如稀土矿物等)的快速准确鉴定及矿床研究提供了一套操作简单、结果可靠的分析方法。

致谢野外工作得到云南省地质矿产勘查开发局李华研究员的热情帮助和指导，AMICS测试得到国家地质实验测试中心赵九江博士的热心帮助和支持，审稿专家对论文提出了宝贵的修改意见，在此一并表示衷心的感谢！