江西大山尾矿区铌钽矿地质特征及找矿标志研究

2022-02-22蔡小龙王佳玲

世界有色金属 2022年23期

蔡小龙，王佳玲

（江西省地质局生态地质大队，江西南昌 330000）

大山尾铌钽矿矿区位于江西省会昌县北北西部，距离会昌县城约6.5公里，工作区属瑞金市及会昌县管辖。经过5年地质勘查工作，在本区内发现了风化壳型铌钽矿床，初步估算风化壳型铌钽矿333+334类矿石资源总量为40.16万吨。认为该区成矿地质条件有利，前景可佳，极具开发价值。本文系统的描述了该区地质特征，并对该区找矿标志进行研究。

1 区域地质概况

1.1 区域地质

矿区位于武夷山北北东隆起带西南侧，属于石城-安远北北东隆起带的中段与武夷山环状构造复合部位。邵武-河源北北东向深断裂通过西部会昌盆地，将区域上的花岗岩分成东西两区即东部的富城和西部的珠兰埠深成岩体（图1）。会昌幅1/5万区调资料认为东西两部分岩体来自同一个岩浆源，且在同一期侵入，把分布在这两个岩体中的主体岩性——中粒斑状黑云二长花岗岩并为荷树岽单元。东部的富城超单元岩体由春坑、荷树岽、土桥凹三个一期结构的单元和水隘背、新村二个二期结构的单元组成，同位素年龄在203Ma～226Ma之间，其形成时代是在晚三叠世。西部的珠兰埠深成岩体主要由荷树岽、土桥凹单元和侵入时代相对较晚的塘坊序列的老安背、旱叫山单元组成（同位素年龄在130Ma～138Ma之间，属早白垩世）。此外还有四个不可归并的单元分别是早白垩世的严坑单元和中晚侏罗世的石教坪、先坑、沙告单元。本矿区岩体为珠兰埠岩体的一部分，主要岩性为中细粒斑状黑云二长花岗岩，属于燕山早期侵入岩。

图1 大山尾矿区区域地质简图

1.2 区域矿产

区域矿产形成与分布主要与岩浆演化晚期阶段形成的花岗岩体单元有关，成矿具有在岩浆晚期富集的特点。稀土矿化与富城超单元最后形成的一期结构土桥凹单元有关，以富轻稀土矿为特点。钨、锡、萤石等矿化与不可归并的石教坪、先坑单元关系密切，这两个单元在结构上均属微花岗结构，为岩浆演化晚期阶段形成。与铌钽矿化有关的单元有老安背、旱叫山单元，在晚期形成的旱叫山单元岩体中普遍发生钠长石化蚀变次生高岭土化风化现象，使铌、钽等有益元素更为富集，并形成了工业矿床。

2 矿区地质特征

2.1 矿区地层

地层不发育，仅见沿山坡常见残坡积含砾亚砂土，及沿溪流山谷分布的联圩组冲积相砂砾石层及含砾亚砂土、亚粘土。

2.2 矿区构造

矿区位于武阳－谢坊深大断裂的西侧，而武阳－谢坊深大断裂属于武夷山构造带南段的邵武－河源深断裂带的一部分。根据资料，在谢坊乡附近的三标乡在1987年曾发生地震，周田乡附近有温度高达40°～60°的温泉，三标乡、周田乡与本区同属于邵武－河源构造带上。矿区内填图尺度的断裂构造不甚发育，仅见有规模较小的硅化破碎带及石英脉带等。

2.3 矿区岩浆岩

矿区岩浆活动强烈,以燕山期的花岗岩为主，同时还有华力西——印支期的花岗岩,分别是早白垩世严坑单元（K1Y），早白垩世塘坊序列的老安背单元（K1L）和旱叫山单元（K1H）以及晚三迭世荷树崠单元（T3H），它们呈同心环状产出。

严坑单元（K1Y）：区域上属不可归并单元，呈椭圆形上大下小的岩滴状产出，与围岩荷树崠单元（T3H）及旱叫山单元（K1H）呈明显侵入接触关系，岩性为细粒少斑黑云母二长花岗岩，细粒、等粒结构，粒径0.5mm，见少量斑晶（3%），主要矿物是长石，偶见石英，岩石呈肉红色。同位素年龄区间为106.3Ma(K)，形成于早白垩世。

旱叫山单元（K1H）：岩性为细粒斑状碱长花岗岩，细粒似斑状结构，斑晶由斜长石、钾长石、和六方双锥状石英组成，粒径2mm～6mm，含量由边缘向中心增加（3%～7%），斑晶中斜长石呈半自形板状，双晶发育，属An9号钠长石。钾长石呈半自形板状，具卡式双晶，交代条纹构造，属正长条纹长石。石英它形粒状。基质粒径0.1mm～1mm，主要由斜长石、钾长石、和石英组成，斜长石半自形板状，绝大多数为钠长石，钾长石为它形粒状，属正长条纹长石，石英为它形粒状。见少量白云母、黑云母。花岗岩普遍发生钠长石化蚀变现象。岩石风化后呈粉白色，为微花岗结构。同位素年龄区间为130Ma（U），形成时代属早白垩世。旱叫山单元出露在塘坊序列环状体的中部，与老安背处于同一构造位置，与老安背单元呈涌动接触关系，二者有明显接触面。

2.4 围岩蚀变

旱叫山单元岩性为细粒斑状碱长花岗岩，主要围岩蚀变有钠长石化、红长石化、高岭土化，其次还有云英岩化、黑鳞云母化、萤石矿化、云英岩化、硅化等。钠长石化是本区铌钽矿主要蚀变，严格受旱叫山单元岩性控制，钠长石化为自变质产物，与断层没有明显直接关系。钠长石化强弱的变化控制着铌钽矿化，两者呈正相关关系。黑鳞云母化与钠长石化伴生，其强度变化与钠长石化一致，其特点弱者色深，强者色浅，由深绿至棕黄色。铌钽铁矿主要存在于这类云母中，与铌钽矿化关系密切。云英岩化是迭加在钠长石化之上，局部出现，蚀变微弱。萤石矿化表现为矿物晶形颗粒排列成细脉状分布在裂隙中，与稀土矿化关系密切。

高岭土化示旱叫山单元岩体表部因风化作用，岩体中的长石发生，风分解，形成白色粉状高岭土化风化壳。铌钽矿也因次生风化作用发生了进一步的富集而形成有用的工业矿床。

经研究分析，围岩蚀变的顺序大致为：红长石化→钠长石化→黑鳞云母→云英岩化→萤石矿化→硅化→黄铁矿化→高岭土化，其中与铌钽矿化关系密切的有钠长石化、黑鳞云母化和高岭土化。

3 矿床地质特征

3.1 矿体产状、规模

矿体均产自旱叫山单元碱性花岗岩风化壳，共圈出低品位风化壳型铌钽矿体三个，分别是Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号矿体。矿体一般分布在小山包上，呈椭园状、长轴状产出，单个矿体长135m～320m，宽75m～100m，矿体控制厚度4m～10m,矿体厚度受地形控制，山脊山头厚，山坡中等，山沟及陡坡薄矿体在剖面上呈一帽形。各矿体因山脊走向的不同而随之变化，Ⅰ、Ⅱ号矿体长轴走向北西～北西西，Ⅲ号矿体走向北东-北北东。

Ⅰ号矿体长300m，宽80m～100m，厚2m～13.42m，平均厚4.9m；Ⅱ号矿体长240m，宽90m～100m，厚4m～8m，平均厚5.33m；Ⅲ号矿体长110m，宽60m～85m，厚1m～6m，平均厚3.5m。

3.2 矿石质量

矿石是由细粒斑状碱长花岗岩经钠长石化及地表高岭土化等蚀变作用使铌、钽等有益元素富集形成的，呈松散块状、粉状。根据九0九队《江西会昌672矿区地质勘探总结报告》的研究，矿石矿物查明有40余种（表1）。其中铌钽矿物主要是铌铁矿，占铌钽矿物的80%，其次为钽铌铁矿，约占20%左右，两者合称钽铌铁矿。主要有益矿物为钽铌铁矿，含量90～120克/吨，主要脉石矿物为石英、长石和高岭石矿物含量达近90%。

表1 矿物种类表

在风化壳中共采集74个化学分析样品及在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ矿体中采集三个组合样，化学分析结果显示SiO2含量为69.2%～72.3%、Al2O317%～18.3%、K2O为 2.76%～4.9%、Na2O为0.12%～0.2%（末风化原生矿中含量4%～6%）、CaO为0.038%～0.045%、MgO为0.047%～0.087%、TFe2O30.4%～1.6%、TiO20.02%～0.053%、SO30.018%～0.02%。从化学成份可以看出，二氧化硅很高，基本上在70%以上CaO、MgO很低，碱性元素Na2O+K2O很高，大都大于8%，甚至接近10%，但风化壳中的Na2O有较大的流失。故属酸性过饱和偏碱性花岗岩类，对铌钽元素的集中经钠长石化形成铌钽矿床提供了先决条件。而主要稀有金属矿物含量为BeO为0.0006%～0.0026%、Li2O为 0.00066%～0.065%、Rb2O为 0.024%～0.15%、Nb2O5为 0.0065%～0.012%、Ta2O50.0014%～0.0046%；稀土含量Ce为32～150(10-6)、Dy为6.14～158(10-6)、Er 为 6.16～46(10-6)、Eu 为 0.11～5.25(10-6)、Ho为1.15～9.99(10-6)、La为17.1～230(10-6)、Nd为19.7～150(10-6)、Pr为4.4～70(10-6)、Sm为6.04～82.5(10-6)、Tb为1.04～5.03(10-6)。

上列分析数据说明铌、钽、铷元素是主要的回收对象，其余元素含量均较低。

4 矿产成因分析

矿区的侵入岩主要为旱叫山单元（K1H）、老安背单元（K1L）和荷树崠单元（T3H），其中，旱叫山单元花岗岩体为铌钽矿主要的成岩母矿。铌和钽具有完全相同的外层电子分布，相近的原子半径、离子半径，因而密切共生，并形成极完全的类质同象系列（如铌铁矿—钽铁矿族）。根据本次工作采集的样品化学分析结果，本矿区Nb2O5/Ta2O5含量比值一般在2.4～5/1之间，属铌铁矿～钽铁矿类质同象系列矿物中的钽铌铁矿。从超基性岩至酸性岩或碱性岩的演化过程中，各类岩体中均含有铌钽矿，但以碱性长石花岗岩中富集程度最高，铌钽铁矿主要与其中的云母、长石、石英等矿物连生。旱叫山单元花岗岩是富含碱性长石类矿物铝硅酸盐岩石，在晚期普遍发生钠长石化蚀变现象，有利铌、钽等有益元素的富集，并形成了工业矿床。在表生风化作用下，铌钽矿物因具有比重大、抗腐蚀、耐风化等特点，铌钽矿得到进一步的富集，易形成风化壳型矿床。

5 矿床开发经济效益评估

本矿区属风化壳型矿床，呈松散土状，与坚硬的原岩矿床相比，铌、钽元素更易回收利用。矿床铌、钽含量均匀稳定，可大规模露天开采。根据九0九队送南京实验室可选试验，钽铌铁矿粒度属中细粒级，多在0.04mm以上，90%的铌、钽元素呈独立矿物（指钽铌铁矿）出现。选矿试验采用重选—强磁选并强磁浮选联合流程工艺回收率可达73.62%。江西宜春414矿是目前国内最大的钽精矿产地，地表部分矿石属风化壳型钽铌矿床。近年其选矿工艺采用多种选矿方法，如重选、浮选、电磁选或选冶联合工艺进行精选，以钽粉、钽丝和钽铌湿法冶炼技术的进步为代表，在采选工艺、冶金和加工工艺上均取得了进步和创新，使原先粒度细，可选性差，品位低的矿石（如含Ta205＜0.008～0.001%品位的矿石）可以得到良好的回收利用，从而取得了良好的经济效益。本区铌钽矿地质条件与414矿特点相似，间接说明本矿也具有较好开发前景。