西峡太平镇稀土矿矿床成因及成矿远景分析

2021-12-26龚书浩方庆银曾庆海

世界有色金属 2021年19期

龚书浩，方庆银，曾庆海

（河南省核工业地质局，河南郑州 450044）

稀土元素被称为“工业维生素”，其具有优良的光电磁等物理特性，能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料，其最显著的功能就是能大幅度的提高其他产品的质量和性能。稀土不仅在传统行业，如冶金等方面应用广泛，而且在高科技领域，如电子、超导等方面具有难以替代的作用。近年来，随着电子、新能源材料和深空探测等领域的飞速发展，人们对稀土元素、特别是重稀土元素的需求量迅速攀升。因此，稀土元素已经成为当代科学技术发展必不可少的战略资源。

我国是稀土资源大国，约占全球已探明总储量的43%，主要分布在我国的三大稀土资源基地（白云鄂博、南方和川西）。其中，白云鄂博铁-稀土建造中稀土氧化物储量高达5700万吨，约占全国轻稀土储量的80%；南方七省离子吸附型稀土矿中稀土氧化物总资源量高达近千万吨，并提供了世界上大部分的钇和重稀土资源；川西碱性岩-碳酸岩型稀土矿集区仅牦牛坪矿床的稀土氧化物储量就达到近317万。近年来，在秦岭造山带也发现了一系列规模不等的稀土矿床[1-3]。这些稀土矿床的稀土氧化物总储量已经达到了200万吨，使秦岭造山带成为我国的又一重要稀土资源成矿省。

秦岭造山带的稀土矿床主要分布于南秦岭和华北陆块南缘地区，比如南秦岭的庙垭和杀熊洞矿床，华北陆块南缘的黄龙铺、黄水庵以及华阳川矿床。北秦岭地区长期以来未见稀土矿床的报道。然而河南省核工业地质局2013年进行稀土普查时新发现了太平镇稀土矿床[2]。该矿床是北秦岭地区目前唯一报道的稀土矿床，由于矿床勘探的时间较短，研究程度相对较低。本文对太平镇稀土矿床的地质特征进行了描述，并对矿床成因和区域稀土成矿潜力进行了讨论。

1 区域地质特征

秦岭造山带横亘于中国大陆腹地，大地构造上联接华北和扬子克拉通，是一条经历了长期多次造山作用形成的复合型大陆造山带[4]。以洛南-栾川-方城断裂、商丹断裂和勉略断裂为界，秦岭造山带自北向南可依次划分为华北陆块南缘、北秦岭、南秦岭和扬子陆块北缘四大构造单元组成。

北秦岭构造带是指商丹断裂带与洛南-栾川断裂之间的秦岭北部区域，由北向南依次由宽坪群、二郎坪群、秦岭群和丹凤群组成。宽坪群由高绿片岩相-低角闪岩相变质的基性火山岩和陆源碎屑岩组成，主要为变镁铁质岩、云母石英片岩和大理岩，原岩为火山岩、陆源碎屑岩和碳酸盐岩。二郎坪岩群由一套绿片岩-低角闪岩相变质的弧后盆地型蛇绿岩、基性火山岩、碎屑岩和少量大理岩组成。秦岭岩群在秦岭地区分布范围很广，为一套中深变质杂岩系，变质程度达到角闪岩相，局部达麻粒岩相，主要由长英质片麻岩、片岩和大理岩以及呈透镜状或似层状产出的斜长角闪岩和榴辉岩组成，岩石变形复杂并发育深熔作用。丹凤岩群呈断续带状构造块体分布于商丹断裂带北，为一套强烈变形变质的火山-沉积岩组合，岩石类型主要为斜长角闪岩和变钙碱性火山岩，其中斜长角闪岩的原岩为玄武岩，火山岩以熔岩为主，夹火山碎屑岩。

北秦岭地区岩浆活动分布广泛，侵入岩主要呈东西向带状分布，以岩基或岩株为主。侵入时代主要为新元古代、早古生代以及中生代[5，6]。新元古代主要位于秦岭群中，与陆块汇聚与裂解活动有关，包括松树沟超镁铁质岩石，富水基性杂岩、寨根、德河和牛角山花岗岩。早古生代岩浆活动在本区最为强烈，以酸性岩为主，有漂池、安吉坪、灰池子、黄龙庙、纸坊沟、枣园、太白等岩体，岩性有黑云母二长花岗岩、花岗闪长岩、英云闪长岩、石英闪长岩等。中生代岩浆活动主要分布于瓦穴子断裂附近，形成的岩体有牧护关、蟒岭、老君山等花岗岩基以及桃官坪、西沟、南台、秋树湾等小的斑岩体。

2 矿床地质特征

太平镇稀土矿位于河南省西峡县城北约65km处，含REO资源量15万吨，平均品味2.23%，达到中型稀土矿床规模[2]。该矿床大地构造位置位于瓦穴子-乔端断裂带以南的二郎坪岩浆岛弧。矿区出露的地层为早古生代二郎坪群火神庙组和大庙组。大庙组在矿区东南部有少量出露，主要为一套变质碎屑岩和碳酸盐岩沉积建造，岩性以黑云母石英片岩、黑云母斜长片岩、大理岩为主含少量炭硅质板岩、变细碧岩、变石英角斑岩、凝灰岩。火神庙组呈近东西向分布于矿区南部小十里沟-李家庄-东坪一带，主体为一套变细碧—石英角斑岩建造，主要岩性以变细碧岩、变细碧玢岩、变石英角斑岩、角斑岩为主，含少量中酸性凝灰岩、凝灰质熔岩及沉积碎屑岩。

矿区内出露的岩体主要为加里东期张家庄岩体与燕山期老君山岩体。张家庄岩体分布于矿区中部，呈东西向带状展布，主要成分为斜长花岗岩，岩石呈灰白色，半自形柱粒状结构，块状构造，岩石主要有碱性长石（32%）、斜长石（16%）、石英（36%）、黑云母（5%）以及磁铁矿、锆石、榍石等副矿物组成。老君山岩体分布于矿物北面，岩性主要为黑云母二长花岗岩，岩石呈灰白色，中细粒花岗结构，块状构造，主要由斜长石（30%）、钾长石（30%）、石英（30%）、黑云母（8%）和少量磁铁矿、磷灰石、褐帘石、锆石等副矿物组成。

图1 豫西太平镇区域地质图（据李靖辉）

太平镇稀土矿床共圈定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三条矿带。三条稀土矿化带严格受到受北西向断裂构造控制，呈北西西走向近平行产出，产状陡峭，倾角50°到80°之间，走向延伸长度较长，可达2km。

矿区稀土矿体主要赋存于Ⅱ、Ⅲ号稀土矿脉中，共圈出4个稀土矿体。Ⅱ号矿脉位于王家庄至大西沟一带，受一条NW310°硅化破碎带控制，长约2460m，一般厚度0.47m～3.5m，最厚3.67m，平均厚度1.82m，走向204°～260°，倾角∠50°～69°；Ⅲ号矿脉位于十里沟至李家庄一带，走向300°～320°，长约1730m左右，一般厚度0.59m～5.16m，最厚8.30m，平均厚度2.00m，走向210°～256°倾角∠40°～80°。热液脉型矿化中矿石矿物组成极为复杂，包括氟碳铈矿、氟碳钙铈矿、独居石、氟铈矿、褐帘石、碳酸锶铈矿、磷钇矿、铈硅石、羟硅铈矿等。其中氟铈矿与羟硅铈矿在全球范围比较罕见，只有极少的已发表数据可供参考，这两种矿物在我国属首次报道[7]。脉石矿物主要由石英、重晶石、萤石、方解石、钾长石、绿泥石、磷灰石、黄铁矿、磁铁矿、赤铁矿等组成。

3 矿床成因类型

太平镇稀土矿床勘探的时间较短，开展的研究工作也较少，矿床成因问题也存在争议。李靖辉等（2017）[2]通过矿脉穿插燕山期岩体认为矿床形成时代不早于108Ma，并推测该矿床成因是受太平洋域构造影响，在燕山晚期弧后盆地在挤压阶段转化为拉张环境下，以地幔为主含矿岩浆热液沿太平镇背斜张性断裂充填而成。然而该推测缺乏年代学数据支持。Qu et al.（2019）对成矿期氟碳铈矿进行了U-Th-Pb定年分析，获得成矿年龄为409±16Ma，并推测矿床与下地壳的部分熔融有关。Zhang et al.（2019）通过野外产状和穿插关系的研究认为矿床与火成碳酸岩有关，并测得碳酸岩中与热液脉体中氟碳铈矿LA-ICP-MS U-Th-Pb年龄分别为426±5Ma与421±7 Ma。

碳酸岩是含碳酸盐矿物是稀土含量最高的火成岩，目前世界上大部分的内生稀土矿床都与碳酸岩具有成因联系[8]，比如中国白云鄂博和牦牛坪矿床、美国Mountain Pass矿床以及澳大利亚Mount Weld等矿床。野外地质勘探过程中发现太平镇稀土矿区内分布有大量碳酸岩，主要出露于矿区东南部。这些碳酸岩主要由方解石组成，占岩石矿物总含量的70%以上，次要矿物为石英，重晶石，天青石，萤石等。这些碳酸岩与稀土矿化关系密切，部分碳酸岩稀土品位达到10%。太平镇稀土矿床具有与其他碳酸岩型稀土矿床具有一致的矿物组合，再加上秦岭造山带其他区域的稀土矿床都与火成碳酸岩相关，如庙垭、杀熊洞、华阳川、黄水庵等[1，3]，因此我们认为太平镇稀土矿床与世界上大部分内生稀土矿床一样在成因上与火成碳酸岩有关。

4 成矿远景分析

北秦岭地区长期以来没有报道过成规模的稀土矿床，稀土矿产资源工作程度较低，专门的稀土勘查工作在2012年以前几乎很少[9]。太平镇中型稀土矿的发现改写了在北秦岭地区没有稀土矿床的历史，也说明北秦岭地区具有一定的稀土找矿前景。

太平镇稀土矿床氟碳铈矿U-Th-Pb定年分析表明矿床形成时代为410Ma～400Ma[7]。北秦岭造山带在古生代经历了复杂的构造演化。北秦岭古生代花岗岩主要形成于500Ma～470Ma；450Ma～420Ma与420Ma～400Ma三个阶段[8]。三个阶段的花岗岩分别代表了俯冲、碰撞以及碰撞后的伸展环境。因此太平镇稀土矿床可能形成于碰撞后的伸展环境。北秦岭地区发育了大量与太平镇稀土矿床同时代的岩浆岩，主要以花岗岩和伟晶岩为主。其中伟晶岩主要分布于太平镇矿床以西的丹凤和光石沟地区并富含U（REE）等元素，构成了北秦岭地区重要的铀矿床。因此北秦岭地区的早古生代的伟晶岩也是重要的稀土勘探对象。