湖南仁里超大型钽铌矿床工作进展及找矿思路

杨世珍, 周芳春, 李建斌, 刘翔, 李建康, 黄志飚, 苏俊男, 李鹏

(1.湖南省核工业地质局三一一大队,长沙 410100; 2.湖南省生态环境事务中心,长沙 410014; 3.中国地质科学院矿产资源研究所,自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室,北京 100037)

0 引言

湖南仁里超大型钽铌矿床位于幕阜山岩体西南缘，湘、鄂、赣交界处湖南省平江县内。由湖南省核工业地质局三一一大队组织实施的“湖南省平江县仁里矿区铌钽多金属矿普查”项目，在仁里矿区钽铌矿找矿工作中取得了重大突破[1-2]。2018年2月，该项目被中国地质学会评为“2017年度全国十大地质找矿成果”[3]。仁里超大型钽铌矿床Ta2O5品位为0.036%，Nb2O5品位为0.047%，高于巴西Miber矿山Ta2O5品位(0.034%)[4]。该矿床的发现，有望提高我国钽资源量及钽资源品质[2]。近年来，项目组对仁里钽铌矿床的成矿地质特征、找矿标志、赋矿特征、成矿规律、成矿模型、地球化学特征、成岩成矿时代、矿物学特征及岩浆热液成矿环境等进行了研究，并开展了地表矿体矿石可选性试验，取得了一系列研究成果[5-18]。为了及时利用这些研究成果指导下一步找矿勘查工作，本文系统梳理了前人的相关研究成果，并结合近期取得的新发现，进一步规划了该区下一步找矿思路，对进一步推动湖南省“三稀”工作，助力长江中下游地区高新产业的发展具有重要意义。

1 区域地质背景

湖南仁里超大型钽铌矿床位于扬子陆块东南缘江南新元古代造山带中段北缘NE向湘东北中生代构造岩浆隆起带[10-13]，区域构造演化主要经历了弧盆与岩浆作用阶段、裂谷盆地阶段、陆表海盆地阶段、陆内构造-岩浆阶段和断陷盆地阶段[10，19]。区内出露的地层有元古宇待建系—长城系，新元古界青白口系，下古生界寒武系、奥陶系、志留系，中生界白垩系，新生界古近系、第四系。区内断裂发育(图1)，主要呈NE向和NW向展布。该区岩浆活动频繁，持续时间长，岩浆侵入期次和阶段较多。燕山期构造-岩浆活动规模较大，形成了以燕山期侵入为主的幕阜山大型复式岩体。

1.第四系; 2.白垩系; 3.寒武系; 4.震旦系; 5.冷家溪群; 6.燕山晚期第三次侵入体(细粒花岗闪长岩); 7.燕山晚期第二次侵入体(细粒二云母二长花岗岩); 8.燕山晚期第一次侵入体(中细粒二云母二长花岗岩); 9.燕山早期粗中粒斑状黑云母二长花岗岩; 10.燕山早期片麻状粗中粒斑状黑云母二长花岗岩; 11.武陵期中细粒黑云母斜长花岗岩; 12.白云母钠长石伟晶岩; 13.锂辉石白云母钠长石伟晶岩; 14.地质界线; 15.岩体岩性带界线; 16.断层及编号; 17.产状; 18.同位素年龄; 19.土壤地球化学异常及编号; 20.仁里矿区范围

2 矿床地质特征

湖南仁里超大型钽铌矿床处于九鸡头—苏姑尖深源断裂(F51)、幕阜山岩体西南舌状体、张古冲—枫林压扭性断裂(F76)、武陵期梅仙岩体和传梓源岩株夹持区(图1)，主要地层为新元古界冷家溪群和少量第四系。矿区主要有NNE向天宝山—石浆压扭性断裂(F80)、江家坊—南江压扭性断裂(F12)、NNW向柘庄桥—江背压扭性断裂(F72)、近SN向黄柏山压扭性断裂(F75)及其次级断裂。矿区北部为燕山早期片麻状粗中粒斑状黑云母二长花岗岩和粗中粒斑状黑云母二长花岗岩，南部为雪峰期二云母斜长花岗岩。

湖南仁里矿区分布伟晶岩脉140条，其中幕阜山岩体内接触带分布伟晶岩脉95条(主要为二云母伟晶岩，零星分布少量黑云母伟晶岩)，岩体外接触带分布伟晶岩脉45条(北部为白云母钠长石伟晶岩，西南部为锂辉石白云母钠长石伟晶岩)。对其中的33条伟晶岩进行初步评价，发现稀有金属矿脉15条(岩体内接触带7条，岩体外接触带8条)，其中钽铌铍矿脉13条，锂铍矿脉2条。矿区钽铌矿主要分布在仁里矿区2、3、5、6号矿脉中(5号矿脉Ta2O5资源量占矿区Ta2O5资源量的67%，2号矿脉Ta2O5资源量占矿区Ta2O5资源量的17%)。矿区铍矿主要分布在北部幕阜山岩体内规模较大的二云母伟晶岩及南部片岩区规模较大的白云母钠长石伟晶岩(或锂辉石白云母钠长石伟晶岩)中； 其中，南部白云母钠长石伟晶岩(或锂辉石白云母钠长石伟晶岩)中铍资源量占矿区铍资源量的70%以上，主要矿物为绿柱石，可作为伴生矿综合利用。矿区锂矿主要分布在仁里矿区西南部46、47号矿脉中(图2)，主要矿物为锂辉石，少量锂矿以锂云母、锂电气石形式赋存于白云母钠长石伟晶岩中(如5号矿脉)。矿区钽铌矿主要为钽铌铁矿和铌锰钽铁矿，主要以块状、颗粒状、针状嵌于钠长石和石英中，部分以片状、针状、颗粒状嵌于绿柱石、电气石、白云母和磷灰石中，粒径多>0.1 mm，最大可达80 mm。绿柱石在二云母伟晶岩、白云母钠长石伟晶岩及锂辉石白云母钠长石伟晶岩中广泛分布，呈块状、晶体和颗粒状，粒径多>2.0 mm。锂云母赋存于白云母钠长石伟晶岩核部，呈片状，粒径>0.4 mm，锂电气石颗粒较粗，粒径多>1.0 mm，锂辉石呈半定向排列，粒径为(1.0～8.0) mm×(20.0～80.0) mm。铷主要赋存于长石和白云母中，在白云母中含量最高。铯含量较少，铯榴石主要赋存于锂云母钠长石白云母石英核中，仅在5号岩脉中发现。

1.冷家溪群片岩; 2.燕山早期片麻状粗中粒斑状黑云母二长花岗岩; 3.二云母伟晶岩脉及编号; 4.白云母钠长石伟晶岩脉及编号; 5.锂辉石白云母钠长石伟晶岩脉及编号; 6.断层及编号; 7.勘查线及编号; 8.产状; 9.见矿钻孔; 10.无矿钻孔; 11.槽探; 12.矿权边界; 13.重砂晕及编号; 14.勘查线方位角

5号白云母伟晶岩脉(图2)位于燕山期幕阜山花岗岩体外接触带，NW走向，倾向198°～215°，倾角17°～56°。矿脉由5-1、5-2、5-33个矿体组成，长4 040 m，总厚度10.1 m，矿体呈似层状产出。5-2主矿体长2 040 m，最大控制斜深746 m，赋矿标高51.6 ～718.9 m，矿体倾角25°～56°，平均倾角36°(图3)。5-2主矿体平均厚度3.04 m，厚度变化系数为56.51%，Ta2O5平均品位为0.040%，Nb2O5平均品位为0.054%，Rb2O平均品位为0.05%，品位变化系数(Ta2O5)为178.62%[13]。

(a) 16号勘查线剖面简图 (b) 7号勘查线剖面简图

2号白云母钠长石伟晶岩脉(图2)紧靠燕山期花岗岩体外接触带，NW走向，倾向175°～240°，倾角25°～62°。矿脉由2-1、2-2矿体组成，长2 940 m，厚1.90～7.50 m，Ta2O5品位为0.007%～0.096%，Nb2O5品位为0.007%～0.126%。2-2主矿体长1 980 m，控制斜深60～1 058 m，赋矿标高390.0～818.2 m，矿体倾角25°～40°，平均倾角35°，矿体平均厚度2.94 m，厚度变化系数为54.78%， Ta2O5平均品位为0.026%，Nb2O5平均品位为0.037%，Rb2O平均品位为0.06%，品位变化系数(Ta2O5)为60.55%[12]。

47号锂辉石白云母钠长石伟晶岩脉(图2)位于矿区西部，是2019年新发现的Be+Li矿化组合伟晶岩脉。岩脉NW走向，倾向220°～230°，倾角30°～36°，呈似层状产出，地表出露长约500 m，脉宽>10 m(槽探未揭露穿下盘)，上、下盘围岩为片岩。锂辉石晶形呈板状，白色、灰白色或浅绿色。该岩脉属典型的富锂铍贫铌钽的锂辉石白云母钠长石伟晶岩，Li、Be含量高，Nb、Ta、Rb、Cs含量极低。该岩脉施工了2条槽探工程，工程间距150 m，Li2O品位为0.813%～3.423%，平均品位为1.72%，BeO品位为0.042%～0.148%，平均品位为0.108%，Rb2O品位为0.04%，Ta2O5品位为0.000 8%～0.004 2%，Nb2O5品位为0.000 7%～0.007 2%，Cs2O品位为0.001 5%～0.005 7%[16，20]。

3 工作进展

3.1 勘查工作进展

“湖南省平江县仁里矿区铌钽多金属矿普查”项目于2012年8月启动，经历了预查和普查工作，累计投入的实物工作量为: 地质简测/修测33.15 km2，槽探12 000 m3，钻探9 220 m。截至2019年10月，共发现伟晶岩脉(脉长>100 m)140条，并对其中的33条伟晶岩脉进行了稀有金属矿化评价工作，发现铌钽锂矿脉15条，其中钽铌铍矿脉13条，锂铍矿脉2条。2017年10月，项目组提交了《湖南省平江县仁里矿区铌钽多金属矿普查阶段性成果报告》。按照稀有金属工业指标(Ta2O5边界品位0.007%，Ta2O5最低工业品位0.012%)，共圈定矿体17个。探获(333+334)资源量为: Ta2O5资源量为10 791 t，平均品位为0.036%； Nb2O5资源量为14 057 t，平均品位为0.047%[13]； BeO资源量为15 600 t，平均品位为0.04%～0.148%[20]。2018年4月，项目组在3、5、6号矿脉南端29线施工钻孔ZK2908中见4层规模较大的钽铌矿体。2019年8月,项目组在仁里矿区5号主矿脉西南部发现规模较大、Li品位较高的47号锂辉石伟晶岩脉，为下一步在仁里矿区西部或西南部进行锂矿勘查指明了方向。

3.2 成矿特征

幕阜山复式花岗岩基的“共补余岩浆库”处于一个相对稳定、封闭的环境，为花岗质岩浆的长期分异提供了良好的环境。岩浆活动伴随接触变质作用，在幕阜山岩体外接触带形成了宽1～10 km的云母片岩环带。幕阜山岩体抬升隆起并伸展滑脱，沿云母片岩的片理产生一系列NW向层间破碎带，岩浆晚期富挥发分岩浆沿层间破碎带灌入，形成一系列呈雁列式、近平行排列的伟晶岩脉，良好的封闭环境有利于钽铌铍锂等稀有金属的结晶和分异[6，10-13]。

研究表明[10-13]，仁里矿区含稀有金属伟晶岩为同期次多阶段伟晶岩熔液结晶、分异的产物。仁里矿区钽铌矿床外接触带含稀有金属伟晶岩的成矿母岩为深部隐伏岩体，岩脉呈层状产出，产状与片岩产状一致，伟晶岩脉规模较大(如5号脉沿走向长4.0 km，倾向上>746 m)，易形成品位较高(如5-2矿体Ta2O5品位最高达0.438%)、规模较大的钽铌铍矿体(如5-2矿体沿走向长2 040 m，倾向上>746 m)。矿床内接触带伟晶岩受区域构造(天宝山—石浆压扭性断裂、黄柏山压扭性断裂)的次级构造控制，多呈脉状产出，规模较小，多以Nb为主，Ta含量低(Ta2O5品位多<0.007%)。

片岩地区伟晶岩，细粒白云母钠长石伟晶岩，细粒含石榴石白云母钠长石伟晶岩与中、粗粒白云母钠长石伟晶岩相互穿插，分带较复杂。以2号白云母钠长石伟晶岩脉野外露头为例，至少可分为4个阶段(图4(a)): ①第一阶段以颜色较暗的白云母钠长石伟晶岩(含碱性长石、微斜长石和少量黑云母)为基底; ②第二阶段为一组SW倾向的中粒白云母钠长石伟晶岩脉，近平行、雁列式排列，切割第一阶段白云母钠长石伟晶岩; ③第三阶段为一组陡倾角、分带性较完整的白云母钠长石伟晶岩脉，切穿第一阶段和第二阶段白云母钠长石伟晶岩,该组岩脉分带性好，可分为细粒白云母钠长石伟晶岩带、白云母带、中粒白云母钠长石伟晶岩带、粗粒白云母钠长石伟晶岩带和石英核(图4(b))，钽铌矿化主要集中在第二、三阶段白云母钠长石伟晶岩中; ④第四阶段岩体上部近水平展布的中粒白云母钠长石伟晶岩切穿前期伟晶岩，部分暗色矿物组成的细脉沿伟晶岩裂隙充填。仁里钽铌锂矿床成因为岩浆+热液改造作用，晚期热液活动对稀有金属成矿具有叠加作用[12-13，18]。成矿物质来源以壳源为主，并有少量地幔物质参与[12-13，18]。

(a) 2号白云母钠长石伟晶岩脉58线野外露头 (b) 2号白云母钠长石伟晶岩脉58线 局部放大野外露头

在3、5、6号伟晶岩脉7线钻孔ZK708中(孔深17.70～240.12 m)采集63件伟晶岩矿物标本，在显微镜下，发现伟晶岩普遍黏土化、绢云母化，副矿物为磷灰石。据矿石矿物分析结果，矿石中磷灰石含量约0.4%[18]。地表磷灰石呈浅绿色柱状。显微镜下，磷灰石呈无色和浅绿色柱状或不规则粒状集合体，与石榴子石连生嵌布在含长石和石英的岩石基底中，周边发育针状钽铌矿(图5(a))。显微镜下，铌锰矿内反色呈褐红色，反射色呈灰白色带褐色，具强非均质性，粒径为0.005～0.4 mm，呈片状、粒状和细脉状嵌布在长石内部，部分与磷灰石伴生(图5(b))。花岗伟晶岩中的磷灰石可作为稀有金属找矿标志之一，是流体热液活动的重要证据。磷灰石的发现为仁里钽铌矿床成因(岩浆+热液)研究提供了有力的证据。

(a) 磷灰石标本照片(b) 磷灰石背散射电子图像

仁里矿区含稀有金属伟晶岩形成于区域后造山伸展构造环境，受岩浆-构造运动控制[10-13]，不同期次或同期次不同阶段的伟晶岩相互穿插，为稀有金属成矿物质来源和热液改造提供了有利条件，有利于稀有金属矿的富集和叠加。矿区为幕阜山地区铌钽锂等稀有金属矿化浓集中心，具有良好的稀有金属成矿地质条件[12-13]。区内伟晶岩岩浆源区为地壳重熔，深部花岗岩与伟晶岩为同源岩浆分异的产物[8]。区内铌钽锂等稀有金属矿的成矿年龄为133.0～125.0 Ma[7-8，11]。稀有金属成矿阶段分为“岩浆+液热”2个阶段，晚期富F、H2O、Cl热液流体对Li、Nb、Ta进行释出、迁移、叠加，有利于铌钽锂等稀有金属矿体的富集[8]。高fHF条件有利于锂云母的结晶和锂辉石在热液中的溶解，岩浆结晶晚期，在富Li、Na、Cs、F、Cl的流体中，Nb、Ta、Li等元素以(LiNa-Cs)[Ta(Nb)O(F，Cl)4]络合物的形式迁移、富集[9]。

3.3 成矿规律

区内伟晶岩演化系列较完整(图2、图6)，自北东至南西表现为黑云母伟晶岩—二云母伟晶岩—白云母钠长石伟晶岩—锂辉石白云母钠长石伟晶岩的分带性，矿化组合表现为Be—Be+Nb+Ta—Be+Nb+Ta+Li—Be+Li[11，16]。白云母钠长石伟晶岩Be+Nb+Ta+Li组合中的Li主要以锂云母、锂电气石赋存于锂云母石英核中，含锂云母伟晶岩矿化特点为Be、Nb、Ta、Li含量均较高，Be、Nb、Ta品位在边界品位与工业品位之间(Ta2O5边界品位为0.007%，工业品位为0.012%，BeO边界品位为0.04%，工业品位为0.08%)，Li2O品位在1.10%左右(Li2O工业品位为0.80%)。Be+Li+Cs矿化组合赋存于锂辉石白云母钠长石伟晶岩中，富锂铍，贫铌钽，Li含量高(Li2O品位最高可达3.42%)，Ta2O5、Nb2O5品位远低于边界品位。矿区钽铌铍矿主要赋存于片岩区规模较大的白云母钠长石伟晶岩(如2、5号岩脉)中，锂矿主要赋存于规模较大的锂辉石白云母钠长石伟晶岩(如47号岩脉)中，大脉易形成大矿体(如5-2、5-3矿体)。钽铌铍锂矿化与钠长石化、白云母化及磷灰石化有关，钠长石化、白云母化及磷灰石化可作为主要找矿标志。钽铌铍锂等稀有金属矿体呈似层状产出，往东南侧伏、变富，剖面上矿体品位呈波浪式升降，且往深部有缓慢上升的趋势，矿体向深部延伸趋势明显，主矿体在深部具有较大的找矿潜力[12-13]。

1.冷家溪群; 2.燕山早期片麻状粗中粒斑状黑云母二长花岗岩; 3.二云母伟晶岩脉及编号; 4.白云母钠长石伟晶岩脉及编号; 5.锂辉石白云母钠长石伟晶岩脉及编号; 6.地层界线; 7.断层及编号; 8.钻孔及编号

3.4 矿产资源综合利用评价

矿产资源综合利用率是评价矿山经济价值和绿色、环保、高效节能型勘查、开发和利用的一个重要指标，也是绿色矿山建设评分的重要标准之一[21]。仁里矿区钽铌铍锂矿资源丰富，白云母含量较高(11.95%)[18]，尾矿可综合利用。为研究仁里钽铌矿床矿产资源综合利用情况，加快矿山勘查及开发利用进度，2019年仁里稀有金属项目团队开展了矿石可选性试验，并在此基础上开展了矿产资源综合利用评价工作。

周芳春等[18]研究表明，仁里矿区钽铌矿品位高(Ta2O5品位为0.036%)、粒度大、易选，属高品质矿石。选矿试验结果显示： 钽铌精矿产率为0.13%，回收率为73.53%(Ta2O5品位为20.36%，Nb2O5品位为19.87%)； 云母精矿产率为11.81%，回收率为67.10%(Al2O3品位为24.26%，Rb2O品位为0.25%，Li2O品位为0.25%); 铍精矿产率为0.91%，回收率为65.92%(BeO品位为8.69%); 长石精矿产率为87.15%，回收率达95%(已脱铁)以上。稀有金属矿综合回收率为67.74%，共(伴)生矿产采选综合利用率为69.80%，矿产资源采选综合利用率为89.60%。

仁里矿区矿石易选，稀有金属回收率及矿产资源采选综合利用率较高，可作为绿色、环保、无尾矿范例进行高效勘查与开发利用，具有极高的经济价值。

4 找矿思路

仁里矿段2、3、5、6号矿脉(图2)为矿区主要矿脉。5号主矿脉中3个矿体往南东侧伏，剖面上呈波浪式上升(标高411.0～413.8 m时，Ta2O5品位达0.438%)、下降，在深部呈缓慢增长趋势(标高51.6～58.3 m时，Ta2O5品位达0.036%)，矿体向深部延伸稳定，且钽铌矿化较好，深部找矿潜力较大[12-13]。2019年，在矿区西南部新发现47号锂辉石白云母钠长石伟晶岩脉，地表Li2O品位为0.562%～3.423%，平均品位为1.72%，BeO品位为0.042%～0.148%，平均品位为0.108%。47号高品位锂矿脉的发现，为在仁里矿区西南部寻找隐伏锂辉石白云母钠长石伟晶岩指明了方向。

根据湖南省自然资源厅和湖南省地质院的总体安排，拟在加强对2、3、5、6号主矿脉矿体深部验证的基础上，扩大钽铌铍矿资源量，同时加强对矿区西部或西南部锂辉石白云母钠长石伟晶岩脉的地表及浅部钻孔验证工作，进一步取得锂矿找矿突破。3、5、6号矿脉密集在一起,在5号主矿脉设计钻孔可同时揭露3、6号矿脉，将矿体控制在1 000 m以浅，力求在5号主矿脉钽铌铍矿找矿方面取得新进展。在5号矿脉南部7号勘查线和中部16号勘查线分别设计深880 m和920 m的钻孔，同时在2号脉中段及东段设计2个深600 m的钻孔，对深部矿化情况进行探索，为下一步详查设计提供依据。在锂矿找矿方面，首先对矿区西部46、47号矿脉进行地表揭露和浅部钻孔验证工作，将锂矿体控制在500 m以浅。然后选取46、47号矿脉2条钻孔剖面作为物探研究工作对象,根据冷家溪群片岩、伟晶岩物性参数差异确定隐伏岩脉，在矿区西南部开展物探工作，在物探参数差异明显的地段辅以浅部钻探工作，力求在隐伏锂辉石白云母钠长石伟晶岩脉勘查方面取得突破，为下一步详查设计提供依据。

5 结论

(1)湖南仁里矿区钽铌铍资源丰富，品位较高，共(伴)生矿种多，矿石品质好，易选，稀有金属综合回收率及矿产资源采选综合利用率高，具有极大的开发利用价值，可作为绿色、环保、无尾矿范例进行高效勘查与开发利用。白云母资源量丰富，应加强白云母精矿中的Rb2O、Li2O可选性工艺研究，进一步提高矿产资源综合利用率和矿床开发利用的经济价值。

(2)应重点对2、3、5、6号主矿脉深部矿体进行控制，力争取得钽铌铍矿找矿新进展。锂矿工作重点在矿区的西部或西南部，应以46、67号矿脉为研究重点，采取物探、地质、浅孔验证相结合的方法，加强对矿区西部或西南部隐伏锂辉石白云母钠长石伟晶岩的研究工作，力争取得锂辉石白云母钠长石伟晶岩型锂矿找矿突破。

致谢：在湖南省平江县仁里矿区铌钽多金属矿普查与研究工作中，得到了中国工程院裴荣富院士和陈毓川院士，中国地质科学院矿产资源研究所王登红研究员，湖南省科技厅、湖南省自然资源厅、湖南省地质院等众多领导和专家的大力支持； 中国地质科学院矿产资源研究所陈振宇研究员、王臻博士、杨晗硕士，核工业二三○研究所及湖南省有色金属研究院刘忠荣工程师、杜芳芳工程师在矿物学及可选性试验方面给予了帮助，在此表示感谢！