冀东彭庄铍、铷矿隐爆角砾岩特征及找矿方向分析

2021-09-09刘春来陈超高孝敏田志强崔丽男王云静张福祥王丰翔

河北地质大学学报 2021年4期

崔伟，刘春来，陈超，高孝敏，田志强，崔丽男，王云静，张福祥，王丰翔,3,4

1. 河北省地矿局第二地质大队，河北唐山063000；2. 河北地质大学河北省战略性关键矿产资源重点实验室，河北石家庄050031；3. 内蒙古自治区岩浆活动成矿与找矿重点实验室，内蒙古呼和浩特010020；4. 自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京100037

关键矿产或关键金属是现今社会必需、但安全供应存在较高风险的一类矿产的总称，主要包括稀有金属、稀土金属、稀散金属和部分稀贵金属。其中，Rb、Be为重要的稀有金属，是战略性新兴产业所需的功能和结构原料。世界上Rb、Be资源主要与花岗岩型、花岗伟晶岩型、云英岩型和岩浆热液型矿化有关[1]。中国Rb-Be资源主要集中在褶皱造山系内，主要包括阿尔泰、天山、昆仑山、松潘—甘孜造山带、华北克拉通北缘和华南褶皱系等地区[2，3]。其中，华北克拉通北缘探明的Rb、Be矿化主要分布内蒙古石灰窑和赵井沟矿区等地。本文研究的彭庄Be、Rb矿为近年来在冀东地区勘查过程中的新突破，不仅丰富了区域三稀矿化特征，也为寻找稀有金属矿化提供了技术支撑。本文系统论述其产出环境、矿化特征，并论证了Be、Rb矿化体找矿标志、地球化学、地球物理特征，圈定找矿方向。

1 区域地质特征

研究区北距河北省迁西县12 km，行政隶属三屯营镇，大地构造位于华北地台燕山台褶带马兰峪复背斜核部。就幔枝构造视角而言，该地区位于冀东幔枝构造核部。马兰峪复背斜为一EW向古隆起区，中心部位为太古宇变质岩结晶基底，南北两翼为中新元古代—古生代的沉积岩盖层覆盖。区域上自太古宙至中生代构造运动强烈，尤其印支、燕山期发生多期强烈的构造运动，产生了强烈的岩浆活动[4]。

例如，本区域主要分布有高家店、青山口2个多期次侵入的中酸性杂岩体及4个闪长岩株（图1），还有5个侏罗系晚期次流纹斑岩超浅成岩株和侏罗系东岭台组安山质凝灰角砾岩、晶屑凝灰岩等火山碎屑岩，以及在燕山晚期有大量的基性脉岩侵入。上述岩体、岩株主要出露于太古宇迁西群紫苏斜长麻粒岩和遵化群黑云角闪斜长片麻岩中。区内构造格局复杂，褶皱和断裂十分发育，断裂以燕山期为主，多显示剪切特征，NE向多呈左行扭动，NW向多呈右行扭动，近SN向引张性质明显，多被岩脉充填。构造控制了本区岩浆活动的规模和产出形态[5]。矿区周边小岩株与NW向、NE向断裂构成了较明显的环形构造。

图1 迁西彭庄铍、铷矿区域矿产地质简图Fig.1 Area geological sketch map of beryllium and rubidium deposits in Pengzhuang, Qianxi

2 矿床地质概况

2.1 地层

矿区主要出露太古宇迁西群三屯营组地层，岩性以紫苏斜长麻粒岩为主，次为角闪斜长片麻岩，片麻理走向近SN，倾向W，倾角60°～90°。沟谷中分布有新生界第四系残坡积、冲洪积物（图2）。

图2 迁西彭庄铍、铷矿矿区地质简图Fig.2 Mining geological sketch map of beryllium and rubidium deposits in Pengzhuang, Qianxi

2.2 构造

矿区位于近SN向高家庄—松岭倒转向斜核部，核部地层为迁西群三屯营组，翼部地层为迁西群上川组。断裂构造较为发育，多为NNW向，被后期基性、中酸性等岩脉充填，次为NNE向，少量近EW向，多组构造控制了本区隐爆岩筒的产出，同时隐爆作用也对围岩产生放射状断裂，现多呈沟谷形式产出[6]。

2.3 岩浆岩

矿区岩浆活动作用强烈，主要有辉长岩岩株以及岩脉。其中，辉长岩岩株呈月牙形，长约120 m，宽约30～50 m，分布在隐爆角砾岩筒南侧。岩脉多呈NNW向产出，脉宽一般为2～5 m，岩性主要为煌斑岩脉、闪长玢岩脉、角闪辉石岩脉，少量花岗岩脉、伟晶岩脉等，主要分布在隐爆角砾岩体东部及周边，西侧零星分布。

2.4 矿（化）体特征

矿区Be-Rb等矿（化）体受隐爆角砾岩筒控制[7，8]，岩体内Rb矿化较均匀，Be局部富集，见W、Ag矿化，Be矿体、W、Ag矿化均呈透镜状叠加分布在低品位Rb矿体中（图3）。分述如下：

图3 迁西彭庄铍、铷矿3勘探线（附电测井）剖面图Fig.3 Profile chart of No.3 exploration line of beryllium and rubidium deposits in Pengzhuang, Qianxi

低品位Rb矿体：分布于整个隐爆角砾岩体中，形态呈筒状，具分支复合现象，走向近SN，总体倾向NEE，倾角55°～65°。工程控制矿体走向长235～345 m，沿倾斜延深＞700 m。Rb2O算术平均品位0.051%。

Be矿体：呈透镜状分布于隐爆角砾岩筒中部，由探槽TC1中H56、H57号样品控制，工程控制矿体厚度1.7 m。BeO平均品位0.102%。

W矿化体：隐爆角砾岩体北西部TC1探槽中有2件样品WO3分别为0.023%、0.053%，圈定了2条透镜状钨矿化体，水平宽度均为1 m左右。

需要指出的是，伴生有益组主要为Ag，最高14.65 g/t，且地表较深部富集。光谱全分析表明，其他有益有害组分含量很低。

2.5 地球化学特征

通过1/1万土壤地球化学测量，在本区圈定了Mo、As、La、Be、Cd、Bi、Ti、Cu 8种元素异常（表1），异常峰值虽然不高，但突出而集中，总体围绕隐爆角砾岩体分布。且在点距为10 m的2条土壤剖面中，对应于隐爆角砾岩体地段均有明显的As、Ag、Bi、Mo、W、Rb、Be、Li元素异常（图4），结合其地球化学特征参数（表1），认为本区具有成矿优势的元素为Au、Ag、Li、Be、Cu、Mo、Cd、W、Bi。经聚类分析，在相关系数为0.5的基础上可将本区元素组合划分为三组：Ⅰ组为Bi、Ag组合；Ⅱ组为W、As、Mo、Be、Rb、Li组合；Ⅲ组Au、Cd、Nb、Cu呈独立状态。

图4 迁西彭庄铍、铷矿1线地质、化探综合剖面图Fig.4 Comprehensive geological and geochemical profile of No.1 exploration line of beryllium and rubidium deposits in Pengzhuang, Qianxi

2.6 地球物理特征

通过矿区地质勘查岩（矿）石电性参数统计表（表2）可以看出：隐爆角砾岩相对围岩和基性脉岩无明显电性差异，但角砾岩中的角砾蚀变较强时，呈现明显的相对低电阻率和高极化率特征[9]。

表2 迁西彭庄铍、铷矿岩（矿）石电性参数统计表Table 2 Statistical table of electrical parameters of beryllium and rubidium rocks （ores）in Pengzhuang, Qianxi

另从ZK3-2钻孔激电测井成果图（图3）可以看出隐爆角砾岩筒内部，自上而下相对高极化、低电阻率井段逐步增多，特别是340～515 m井段整体表现为相对较高极化异常，最高值为22.05%，地质编录显示该井段矿化蚀变相对较强。

3 隐爆角砾岩筒特征

隐爆角砾岩筒为矿区内铍、铷等矿化体的控矿构造和赋存空间[10]。

3.1 空间分布、形态、规模及产状

岩筒地表呈不规则椭圆状分布于矿区中部黄花山山顶，与围岩为突变关系，接触线呈锯齿状，西接触面倾向NE～NEE，倾角55°左右，东接触面倾向SWW，倾角70°左右。岩体长轴走向近SN，N宽S窄，SN长约360 m，EW宽60～200 m，面积约4.1×104m2。深部形态呈筒状，控制延深＞700 m；总体倾向NEE，倾角55°～65°（图3）。

3.2 岩性及蚀变特征

岩筒风化面呈黄褐色、棕色，新鲜面呈灰白色、绿灰—灰绿色，角砾状构造。角砾多呈棱角状，次为次棱角状，含量一般70%～80%，砾径大多大于10 cm，大的可达m级（图5a）。角砾成分以角闪斜长片麻岩（图5f）为主，次为混合岩、煌斑岩等。胶结物主要为石英，深部见碳酸盐（图5d），石英多呈细脉状或不规则网状充填在角砾之间，宽度一般3～10 cm，局部呈团块状。镜下观察岩石被石英脉切割呈角砾（图5e），角砾间相互不可拼合。角砾呈棱角状、尖角状，杂乱分布，被石英胶结，石英呈它形粒状，粒间不规则镶嵌，粒度一般5~12 mm。

隐爆角砾岩筒与围岩为突变关系，围岩在接触带附近受到绢云母化、钾长石化和绿帘石化等蚀变[11]。隐爆角砾岩角砾中黄铁绢英岩化发育，深部具交代结构（图5h），叠加出现明显绿泥石化、碳酸盐化、钠长石化，并见金红石、天青石（图5d），石英脉密集部位更加明显；另见少量磁铁矿、赤铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿，含量多＜1%；局部角砾中见少量点状分布的六方长柱状绿柱石，长一般＜10 mm，宽一般2 mm左右。胶结物（石英）中局部有呈细脉状和团块状分布的绿柱石（图5b、5c、5g），晶体呈六方长柱状，一般长10～20 mm，大的可达70～80 mm，一般宽2～4 mm，大的可达6～7 mm；胶结物中局部晶洞发育，可见水晶晶簇及褐铁矿晶体。

图5 迁西彭庄铍、铷矿隐爆角砾岩手标本及显微岩相学照片Fig.5 Hand specimens and micro-petrography of crypto-explosive breccia from beryllium and rubidium oresin Pengzhuang, Qianxi

另据人工重砂分析结果（表3），角砾岩轻部分（重量占比96.4%）主要为石英、长石和蚀变矿物，重部分（重量占比3.6%）主要为赤褐铁矿、磁铁矿等，见锆石、绿柱石、金红石、白钛石。

表3 迁西彭庄隐爆角砾岩筒人工重砂分析结果表Table 3 Analysis results of artificial heavy placer in crypto-explosive breccia pipein Pengzhuang, Qianxi

3.3 分带特征

本区隐爆角砾岩角砾为角闪斜长片麻岩等围岩，胶结物主要为石英、碳酸盐等气成热液矿物，矿化蚀变以黄铁绢英岩化等低温蚀变为主，认为目前工程控制部位具典型热液隐爆角砾岩筒的上部特征[12，13]。根据探槽揭露和钻孔控制，隐爆角砾岩筒水平和垂向特征基本一致，以胶结物含量多少可明显分为胶结物含量20%～30%带和＜5%带（图6），其中以前者为主。依据蚀变特征自上而下可分为黄铁绢英岩化+局部见绿柱石带，黄铁绢英岩化+见绿泥石化、钠长石化带和黄铁绢英绿泥石化+碳酸盐化、钠长石化+见金红石、天青石带3个带（图6）。

图6 迁西彭庄铍、铷矿隐爆角砾岩筒分带图Fig.6 Zoning map of crypto-explosive breccia from beryllium and rubidium oresin Pengzhuang, Qianxi

3.4 岩石地球化学特征

为弄清隐爆角砾岩的岩石化学特征，本次主要在TC1、ZK1-1、ZK3-1和ZK3-2取样共10块，分别编号TC1-1～TC1-5、ZK1-1-1、ZK3-1-1和ZK3-2-1～ZK3-2-3，取样位置见图2、图6以及表4、表5、表6。样品送至河北省区域地质矿产调查研究所实验室进行主量、微量和稀土元素测试。

表5 迁西彭庄隐爆角砾岩筒微量元素分析结果表Table 5 Results of trace element analysis of crypto-explosive brecciain Pengzhuang, Qianxi

（1）岩石化学特征

4个样品的化学全分析结果见表4，隐爆角砾岩主量元素SiO2的质量分数为49.4%～70.2%，Al2O3为11.9%～15.1%，K2O为2.15%～3.16%，Na2O为2.24%～3.58%，其与高家店、青山口中酸性杂岩体主量元素含量[14]大致符合，但具高挥发分较高的特点，如灼失量2.40%～6.95%，S 最高0.93%，H2O+1.88%～2.32%。

表4 迁西彭庄隐爆角砾岩筒化学全分析结果表Table 4 Results of chemical analysis of crypto-explosive brecciain Pengzhuang, Qianxi

（2）微量元素特征

7个样品的微量元素含量见表5，各样品的各类微量元素含量均基本接近。从微量元素原始地幔标准化蛛网图显示（图7），7个样品微量元素含量变化趋势大致相同，具有亏损Th、U、Ta等大离子亲石元素（LILE），富集Cr、Ni、Sr、Cs等高场强元素（HFSE）的特点。而Cr主要呈现正异常，明显富集[15]。

图7 迁西彭庄隐爆角砾岩筒微量元素地壳元素丰度标准化蛛网图Fig.7 Standardized spider diagram of continental crust abundance of trace elements of crypto-explosive breccia in Pengzhuang, Qianxi

（3）稀土元素特征

4个样品的稀土元素含量见表6，各样品稀土元素含量数值不高，总体较为接近，∑REE=82.30×10-6~152.55×10-6，平均值为110.83×10-6；LREE=69.77×10-6~128.78×10-6，平均值为93.49×10-6；HREE =12.52×10-6~23.77×10-6，平均值为17.33×10-6；LREE/HREE =5.10~5.60，平均值为5.42；δEu球=0.92~1.42，平均值为1.12。从稀土元素配分图（图8）中可知，稀土元素总体没有明显的Ce、Eu异常，轻稀土富集、重稀土亏损的特征，轻重稀土分馏较为明显，稀土元素球粒陨石标准化曲线总体呈现出斜率基本一致的右倾型。

表6 迁西彭庄隐爆角砾岩筒稀土元素分析结果表Table 6 Results of rare earth elements analysis of crypto-explosive brecciain Pengzhuang, Qianxi

图8 迁西彭庄隐爆角砾岩筒稀土元素球粒陨石标准化配分模式图（标准化的球粒陨石数值据 Sun et al.,1989[16]）Fig.8 Chondrite-normalized REE patterns of cryptoexplosive brecciain Pengzhuang, Qianxi

4 讨论

4.1 矿床成因讨论

隐爆角砾岩筒常产在中酸性岩浆流动前沿，即在超浅成（次火山）岩的上部形成[13]，在时空上常与超浅成或次火山侵入体紧密伴生，多形成于侵入体形成过程的结束阶段[14]，其产出多受构造控制，筒状体多产在两条或多条断裂构造的交叉部位。迁西彭庄铍、铷矿隐爆角砾岩筒位于马兰峪复式背斜核部（图1），西距高家店岩体约8 km，东北距青山口岩体约6 km；以其为圆心，在其北东方向5 km半径内呈扇形自北向东分布有5个侏罗系次流纹斑岩岩株，其正东分布有侏罗系东岭台组凝灰岩、火山角砾岩、次火山岩等，其东南分布有4个燕山期第一期闪长岩岩株；其周边及东侧近南北向张性裂隙密集发育，充填有基性、中酸性岩脉。这些现象均说明隐爆角砾岩筒周边燕山期岩浆活动强烈且频繁，同时区内构造控制了岩浆活动的规模和产出形态，推断在侏罗纪形成了该隐爆角砾岩筒。矿区铍、钨矿化体呈透镜状分布在铷低品位矿体中，各矿（化）体又均受隐爆角砾岩筒控制，赋存其间，隐爆角砾岩筒为迁西彭庄铍、铷矿控矿构造和赋矿空间。故初步将本矿床划分为与陆相次火山隐爆作用有关的隐爆角砾岩型热液矿床。

4.2 找矿前景分析

隐爆角砾岩筒为热液成矿作用中十分重要的成矿结构面和矿化富集部位，同时为寻找深部矿体的重要标志。迁西彭庄铍、铷矿隐爆角砾岩筒找矿前景分析如下：

（1）地球化学特征

迁西彭庄隐爆角砾岩筒具备明显的As、Ag、Bi、Mo、W、Rb、Be、Li元素土壤地球化学异常，依据土壤地球化学特征参数（表1）认为本区具有成矿优势的元素有Bi、Ag组合，W、Mo、Be、Rb、Li组合及呈独立状态的Au、Cd、Cu。

（2）地球物理特征

隐爆角砾岩相对围岩和基性脉岩无明显电性差异，但角砾岩中的角砾蚀变较强时，呈现明显的相对低电阻率和高极化率特征。在隐爆角砾岩筒内部通过激电测井发现自上而下相对高极化、低电阻率井段逐步增多，表明自上而下矿化蚀变逐渐增强。

（3）隐爆角砾岩筒特征

地表呈不规则椭圆状，与围岩为突变关系，面积约4.1×104m2，深部形态呈筒状，控制延深＞700 m；总体倾向NEE，倾角55°～65°。岩筒内铷矿化较均匀，铍局部富集，见钨、银矿化。

隐爆角砾岩角砾为角闪斜长片麻岩等围岩，胶结物主要为石英、碳酸盐等气成热液矿物，矿化蚀变以黄铁绢英岩化等低温蚀变为主，且自上而下低温蚀变逐渐加强，认为目前工程控制部位具热液隐爆角砾岩筒上部特征，属低温蚀变角砾岩带。

隐爆角砾岩筒稀土元素含量总体不高，其配分模式均呈现左高右低的缓倾斜状，具有轻稀土元素富集的趋势，具弱的或者不具δEu球异常，上述特征与中酸性隐爆角砾岩型金、银、钨、铜等多金属矿床的稀土元素地球化学特征较为相似。

综上所述，迁西彭庄铍、铷矿隐爆角砾岩筒工程控制部位具热液隐爆角砾岩筒上部特征，属低温蚀变角砾岩带，且自上而下矿化蚀变逐渐增强，推测其下部应存在团块矿化、细脉矿化角砾岩带，其深部可能有含矿斑岩体[12]；本区具有成矿优势的元素Bi、Ag组合，W、Mo、Be、Rb、Li组合在上部矿化明显，呈独立状态的Au、Cd、Cu矿化微弱，推断深部Au、Cd、Cu矿化增强。故隐爆角砾岩筒深部具备较好的找矿前景。