内蒙古北山地区微波山稀有金属矿化带的特征及意义

胡二红, 康建飞*, 胡宇超, 孙 浩, 厚 勇, 苏 斌

(1. 内蒙古第八地质矿产勘查开发有限责任公司,内蒙古 乌海 016000; 2. 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院,北京 100083; 3. 内蒙古云帆地质环境技术服务有限责任公司,内蒙古 乌海 016000)

0 引言

北山成矿带位于华北板块、塔里木板块和哈萨克斯坦板块的交汇地带,受3个板块多次俯冲、碰撞、裂解和对接作用,以及板内构造-岩浆作用的影响,北山成矿带发生了多期次的成矿作用[1-11],是我国西北地区内生金属矿床的主要资源基地之一[12-14]。近年来,地质大调查项目和大量矿产勘查项目的实施使得北山地区在矿产地质调查方面取得了较大突破,在北山地区的内蒙古境内发现了黑山咀南金多金属矿[15-16]、盘陀山—鹰嘴红山地区的钨矿[17-19]、三道明水铜矿及多个有成矿潜力的多金属矿化线索[20],表明该区具有良好的找矿潜力。

2017—2019年,内蒙古第八地质矿产勘查开发有限责任公司完成了内蒙古自治区额济纳旗平台山1∶5万区域矿产地质调查工作,通过查证1∶5万土壤地球化学、地质草测等综合方法,初步圈定了微波山铷铌钽多金属成矿远景区[21-22],查明区内发育岩脉数量达千余条的花岗伟晶岩脉群,脉体具不同程度的铷铌钽矿化现象,显示出较大的找矿潜力。研究区正在开展“内蒙古自治区额济纳旗微波山稀有稀土多金属矿普查”项目,在前期成果的基础上,通过进一步的勘查工作,新发现并初步圈定了规模较大的3条铷铌钽矿化带和1条钨矿化带,并有望取得更大突破。微波山稀有金属矿化带是首次在内蒙古北山地区发现的花岗伟晶岩型稀有金属矿化带,本文对微波山铷铌钽矿化带的地质特征及矿床成因进行了初步分析,旨在为研究区的进一步勘查工作提供依据,同时为在北山成矿带寻找三稀矿床提供借鉴和指导。

1 地质背景

北山成矿带地处中亚造山带南缘,位于塔里木板块、哈萨克斯坦板块和华北板块之间的交汇地带,是天山造山带的东延部分[23]。由逆冲断层所连接的多个岛弧和蛇绿混杂岩组成,并以4条蛇绿岩带为界,由北向南被划分为5个岛弧构造单元[13-14],分别为雀儿山岛弧、黑鹰山—旱山岛弧、公婆泉岛弧、双鹰山—花牛山岛弧、石板山岛弧(图1)。北山成矿带从寒武纪至二叠纪经历了长期的俯冲-拼贴造山过程,是典型的增生型造山带[14, 24-28]。

1.雀儿山岛弧; 2.石板井—小黄山蛇绿混杂岩带; 3.枕状玄武岩; 4. 超基性岩; 5.红石山蛇绿混杂岩带; 6.公婆泉岛弧; 7.柳园蛇绿混杂岩带; 8.黑鹰山岛弧; 9.红柳河—牛圈子—月牙山—洗肠井蛇绿混杂岩带; 10.石板山岛弧; 11.旱山岛弧; 12.双鹰山—花牛山岛弧; 13.敦煌山地块; 14.实测及推测断层; 15.地名; 16.研究区位置图1 北山造山带构造略图(据文献[13, 29-30]修改)Fig.1 Tectonic sketch of Beishan orogenic belt(modified by references[13, 29-30])

微波山稀有多金属矿区位于内蒙古自治区额济纳旗达来呼布镇以西约130 km处,大地构造位置位于北山造山带东段旱山岛弧东部(图1),内蒙古境内的北山地区从中太古界到新生界的各时代地层均有发育,其中以奥陶系、石炭系、二叠系及中生代—新生代覆盖物的分布最为广泛,而泥盆系分布相对局限。侵入岩分布广泛,主要以酸性、中酸性花岗岩类为主,可划分为早古生代、晚古生代和三叠纪3个侵入期,不同时代的侵入体均显示出受(基底)构造控制的带状分布特征,构造-岩浆的耦合作用为成矿提供了物质和能量条件[16]。同时,近年来的找矿勘查显示,各类脉岩的成矿作用也需要得到重视,尤其是花岗伟晶岩脉内的稀有、稀土元素成矿。

2 矿床地质特征

2.1 地层与构造特征

微波山稀有多金属矿区出露的地层较为简单,主要为古元古界北山岩群第一岩组(Pt1B1)、新近系苦泉组(N2k)及第四系(Q)(图2)。区域上NWW—近EW向的构造控制了区内地层展布、岩浆侵位与内生金属成矿关系密切,区内构造极为发育,其中EW向和NWW向的断层为主要储矿构造,NE向和NW向的断层为成矿后构造。依据矿区古元古界北山岩群(Pt1B)宏观上发育放射状裂隙、地层产状在西侧呈半环状分布,以及花岗伟晶岩脉具有环状分布规律等特征,矿区内可能存在岩浆热穹隆构造。矿区内岩浆岩以花岗伟晶岩脉为主,其次为细粒花岗杂岩与石英脉。

1.第四系; 2.新近系上统苦泉组; 3.古元古界北山岩群第一岩组混合岩化片麻岩; 4.古元古界北山岩群第一岩组变粒岩; 5.碱性花岗杂岩; 6.石英脉; 7.花岗伟晶岩脉; 8.整合界线/角度不整合界线; 9.实测断层; 10.推测断层; 11.实测平移断层; 12.稀有金属矿化带及编号; 13.钨矿化带及编号; 14.钠长石-白云母花岗伟晶岩带; 15.微斜长石文象花岗伟晶岩带; 16.钾长石文象花岗伟晶岩带; 17.产状图2 微波山稀有金属矿区地质简图Fig.2 Geological sketch of Weiboshan rare metal mineralization zone

矿区内大范围分布了千余条花岗伟晶岩脉,与稀有金属成矿关系密切,多数规模较大(图3 (a)),以大颗粒、巨晶斜长石(图3(b))、钠长石、钾长石、大片径白云母等矿物为特征,岩脉侵入古元古界北山岩群混合岩化片麻岩(图3 (c))、变粒岩及角闪斜长片麻岩等变质岩内。按其分布规律、矿物组合等特点,将其分为钾长石文象花岗伟晶岩、微斜长石文象花岗伟晶岩及钠长石-白云母花岗伟晶岩。矿区内其他花岗伟晶岩脉大多内部分带结构不明显,多数脉体中矿物颗粒大小、矿物成分变化不显著,仅在个别钠长石-白云母花岗伟晶岩中可见不对称分带现象,从内到外依次为石英核(暗黑色石英块)、黑色电气石带(石英中夹杂长柱状黑色电气石,局部晶型较好)、钠长石-白云母带(以大颗粒钠长石化斜长石、大片白云母为特征)、文象花岗伟晶岩带(长石石英表现为文象结构)、边缘带(细粒含石榴石花岗岩)(图3 (d),图4),地球化学分析显示,矿化主要集中于钠长石-白云母带内。

(a) 大规模花岗伟晶脉体 (b) 花岗伟晶岩特征图3-1 微波山稀有金属矿化带花岗伟晶岩照片Fig.3-1 Photos of granite pegmatite in Weiboshan rare metal mineralization belt

图4 微波山稀有金属矿化带含铷铌钽花岗伟晶岩内部分带模式Fig.4 Internal zoning structures of Rb-Nb-Ta granite pegmatite in Weiboshan rare metal mineralization belt

2.2 矿化带特征

矿区花岗伟晶岩脉发育,呈现不同程度的稀有金属矿化,初步圈定了3条较大规模的铷铌钽矿化带,即Ⅰ号矿化带、Ⅱ号矿化带、Ⅲ号化矿带以及1条钨矿化带(编号Ⅳ)(图2,表1)。其中Ⅰ号矿化带赋矿母岩为钠长石化花岗伟晶岩脉,脉体基本与矿化带走向一致,宽1～9 m,长30～150 m,众多花岗伟晶岩脉平行产出,频率为每百米3～10条。岩脉空间形态复杂,常见膨大收缩、分支复合及尖灭再现现象。近矿围岩为角闪斜长岩、花岗质片麻岩、混合眼球片麻岩等。

表1 微波山稀有金属矿化带特征Tab.1 Characteristic of in Weiboshan rare metal mineralization belt

Ⅱ号矿化带赋矿母岩为钠长石化花岗伟晶岩脉,白云母含量较多,脉体基本与矿化带走向一致,宽1～6 m,长20～120 m,大量花岗伟晶岩脉平行产出,频率为每百米2～5条,空间形态较为复杂,具膨大收缩、分支复合及尖灭再现现象。近矿围岩为角闪斜长岩、花岗质片麻岩等。该矿化带施工的第3条探槽(TC3)控制的矿体在品位ω(Ta2O5)/ω(Nb2O5)≥1的标准下发现长120 m,宽6 m的钽铌矿体,Ta2O5品位0.100%～0.210%,平均品位0.016%,Nb2O5品位0.009%～ 0.011%,平均品位0.009%,Rb2O品位0.100%～0.210%,平均品位0.110%(图5),表现出较大的找矿潜力。

1.角闪斜长片麻岩; 2.岩性界线; 3.褐铁矿化; 4.铷铌钽矿化体; 5.铷铌钽矿体; 6.产状; 7.Rb2O含量; 8.Nb2O5含量; 9.Ta2O5含量图5 TC3探槽钽铌铷矿石品位分布Fig.5 Grade distribution of Ta-Nb-Rb ores in TC3 trench

Ⅲ号矿化带赋矿母岩为强钠长石化的花岗伟晶岩脉,脉体走向与矿化带走向基本一致,局部扭转为NE向,宽2～30 m,长40～100 m,频率为每百米1～5条,膨大收缩、分支复合现象十分显著。围岩为角闪斜长岩、混合眼球片麻岩等。

矿区内还发现了钨矿化带(编号Ⅳ),规模一般,另除Rb、Nb、Ta、W已发现工业矿体外,区内U、Mo、Bi、Sn元素的矿化信息也十分显著,通过进一步工作有望发现新的不同矿种矿体。

2.3 含矿岩石特征

含矿岩石为钠长石化、白云母化文象花岗伟晶岩脉。金属矿物为黑钨矿、铌钽铁矿、黄铜矿及褐铁矿。脉石矿物主要为石英、斜长石、钠长石、微斜长石,白云母、黑云母、电气石等。

其中,与成矿有关的白云母呈灰白色,略带金黄色,片状结构,大多为鳞片状,局部呈大片状,局部富集; 电气石为暗绿色、四面体长柱状结构,玻璃光泽,多为半自行柱状,仅在局部发育; 微斜长石为灰红、略带灰黄,半自形—它形长柱状、粒状,为伟晶结构,镜下可见明显的条纹特征(图6(a)); 钠长石为灰白色、白色、灰黄色,半自形—它形长柱状、粒状,为伟晶结构,呈巨晶特征,矿物表面具乳滴-裂纹状(图6 (a)); 石英主要为烟灰色、少见灰白色,它形粒状,主要沿长石裂隙生长,局部结晶较好,呈大方块状和瘤状,基本沿着伟晶岩脉中心向两侧分布,具多色特征(图6(a)); 铌钽铁矿可分类为铌铁矿和钽铁矿,主要呈板柱状分布于硅酸盐矿物中(图6 (b)); 黄铜矿与铌钽铁矿伴生,主要呈粒状分布于硅酸盐矿物中(图6 (b))。

(a) 含矿岩石正交偏光镜下照片 (b) 含矿岩石反光镜下照片Mic.微斜长石; Qz.石英; Ms.白云母; Ab.钠长石; Nt.铌钽铁矿; Cp.黄铜矿图6 微波山稀有金属矿化带矿物特征照片Fig.6 Mineral characteristics photos of Weiboshan rare metal mineralization belt

含矿伟晶岩的主要结构为文象结构、伟晶结构、粗粒结构、不等粒结构、自形—半自形结构、交代结构,主要构造为块状构造。

2.4 铷铌钽赋存特征

微波山稀有金属矿化带的铷铌钽矿化信息显著,成矿潜力较大,为了更好的评价铷铌钽矿物在含矿岩石中的赋存状态,本文开展了岩矿鉴定及电子探针测试分析工作。

通过岩矿鉴定、电子探针分析,发现含铌钽矿物主要为铌(钽)铁矿和钽(铌)铁矿。铌(钽)铁矿主要为半自形—它形粒柱状,粒径为0.04～ 0.50 mm,背散射图像多呈亮白色(图7 (a)),铌(钽)铁矿主要赋存于钠长石、微斜长石的裂隙内(图7 (b))。钽(铌)铁矿主要为它形粒柱状,粒径为0.02～0.15 mm,背散射图像多呈亮白色(图7 (c)),钽(铌)铁矿主要赋存于钠长石、微斜长石的裂隙内(图7 (d))。

(a) 铌(钽)铁矿背散射图像 (b) 铌(钽)铁矿打点位置

从图7(e)和图7(f)的能谱图可以看出,铌钽矿物主要赋存于铌(钽)铁矿、钽(铌)铁矿中。Rb主要赋存于微斜长石和白云母中,Nb分布范围较广,斜长石、微斜石及白云母中均有分布,而Ta主要与微斜长石有关,少量白云母中也含Ta2O5。

综合电子探针和化学分析结果,可以认为Rb主要赋存于微斜长石和白云母中,Nb钽主要赋存于铌(钽)铁矿中,铌(钽)铁矿主要与钠长石、微斜长石有关。

3 矿床成因及找矿潜力

微波山稀有金属矿化带位于塔里木—华北板块北缘的铌成矿带西部[31],北山成矿带旱山地块东缘,矿(化)体赋存在花岗伟晶岩内,属于典型的花岗伟晶岩型稀有金属矿化带。

从区域成矿特征来看,微波山稀有金属矿的形成与北山成矿带的演化有着密切联系,从三叠纪开始,北山成矿带处于陆内构造-岩浆活动阶段。苗来成等[31]认为北山地区在中生代三叠纪为碰撞-碰撞后构造环境,发育大规模剪切带、强烈的岩浆活动及伴生的金属成矿作用,之后转变为板内伸展环境,并表现为岩浆活动与成矿作用对先期成矿的叠加改造、再富集等[32]。

研究区内产出千余条花岗伟晶岩脉,单脉规模大小不一,成群成带集中分布。钠长石化、白云母化、钾长石化等蚀变显著,伴随硅化、云英岩化等交代蚀变。按其分布规律、矿物组合等特点,可分为钾长石文象花岗伟晶岩带、微斜长石文象花岗伟晶岩带及钠长石-白云母花岗伟晶岩带,采样分析显示铌钽矿化主要集中于钠长石-白云母带内,目前圈定了3条规模较大的铷铌钽矿化带以及1条钨矿化带。分析显示铌钽矿化与钠长石化、白云母化蚀变特征密切相关,矿物成分单一,铌、钽主要为铌(钽)铁矿、钽(铌)铁矿等独立的铌钽矿物,铷主要与碱性长石、白云母关系密切。矿产调查显示,研究区花岗伟晶岩主要表现为高钾钙碱性伟晶岩特征,该类型花岗质岩浆演化到后期,经热液叠加作用,使得成矿元素逐渐活化富集成现有的微波山含铷铌钽花岗伟晶岩脉,局部富集成矿,该花岗伟晶岩类型的形成类似于柴达木盆地北缘生格铌钽矿与湘东北传梓源稀有金属矿,均形成于区域岩浆分异演化的晚期阶段,由近热液体系中的稀有金属聚集成矿[33-34]。

综上所述,研究区花岗伟晶岩规模大,矿化信息显著,成矿环境十分适宜寻找花岗伟晶岩型铷铌钽多金属矿床,进一步野外勘查及深部验证有望取得更大的找矿突破。

4 找矿意义

铷、铌、钽等稀有元素矿产是国家战略性矿产资源[35-37],并被列入关键矿产之中[38-42]。我国与铷、铌、钽有关的花岗伟晶岩稀有金属矿主要发育在新疆阿尔泰成矿带、松潘—甘孜成矿带、江南成矿带、南岭成矿带、滇西—藏南成矿带等[29,43]。近年来的研究显示,塔里木—华北板块北缘铌成矿带的成矿作用主要发生在晚古生代和三叠纪两个岩浆活动时期[29]。新疆阿尔泰稀有金属成矿作用分为4期: 奥陶纪—早志留世(476～436 Ma)、晚泥盆世(约370 Ma)、二叠纪(296～258 Ma)以及三叠纪—侏罗纪(250～151 Ma),其中三叠纪—侏罗纪为主要成矿期[44-45]。俄罗斯的阿尔泰稀有金属矿形成于晚三叠世和早侏罗世[46]。东天山—北山内生金属成矿事件主要发生在晚石炭世—早二叠世和三叠纪[23, 30, 47-60],以镜儿泉和国宝山为代表的稀有金属矿床主要形成于三叠纪[61-63]。北山成矿带经历了前寒武纪陆块基底形成、古生代洋-陆演化、中生代板内构造演化3个大的构造阶段,在三叠纪以后进入了板内伸展阶段[64]。苗来成等[31]认为三叠纪是北山地区最后一次大规模岩浆活动与金属成矿期,其发育范围、规模和强度远超原先的认识,同时中生代形成的矿产也具备相对较好的保存条件。刘瑞钦等通过独居石微区原位U-Pb定年方法获得了加权平均年龄(144.92±0.2) Ma(待发表),显示花岗伟晶岩群的成岩成矿发生在早白垩世,与丘志力等[65]在内蒙古巴尔哲碱性花岗岩型REE-Nb-Be矿床中获得的含矿岩体的锆石U-Pb年龄(122.7±1.8) Ma属同一时期[65],指示中亚造山带最后一期稀有金属成矿事件可能持续到了早白垩世,但还需进一步的研究和验证。

东天山—北山成矿带稀有金属矿床目前的相关报道较少,已知与稀有金属成矿相关的成岩成矿均发生在石炭纪—二叠纪及三叠纪[61-63, 66-67],且基本为碱性花岗岩型矿床,仅镜儿泉为花岗伟晶岩型矿床。近年来,北山地区与中生代碱性花岗岩有关的三稀矿床找矿工作相对薄弱,内蒙古境内主要分布有东七一山钨锡钼铷多金属矿[68]和灰石山铌稀土矿[21]等; 甘肃境内主要分布有国宝山等数十个铷矿床[69]; 新疆境内主要以镜儿泉伟晶岩型稀有金属矿[61, 70]等为代表。微波山稀有金属矿化带是在内蒙古北山地区首次发现的花岗伟晶岩型钽铌铷矿,显示内蒙古北山稀有金属矿床除碱性岩系列以外,还发育花岗伟晶岩型稀有金属矿,且微波山大面积花岗伟晶岩脉的发育也预示该类型具有一定的成矿强度和规模,指示北山成矿带具有良好的稀有金属资源潜力,该矿化带的发现对北山区域找矿具有一定的启示和指导意义,应加强系统勘查和进一步研究工作。

5 结论

(1)内蒙古北山地区的微波山稀有金属矿区在近年来新发现了3条规模较大的钽铌铷矿化带,矿化带长800～3 200 m,宽5～30 m,走向为NWW向,分析结果显示Ta2O5品位为0.003 6%～0.021%,Nb2O5品位为0.009 4%～0.011%,Rb2O品位为0.046%～0.210%,具有中—大型成矿远景特征,进一步野外勘查及深部验证有望取得更大的找矿突破。

(2)微波山稀有金属矿化带属于典型的花岗伟晶岩型矿化带,通过岩矿鉴定、电子探针分析,发现铌钽矿物主要赋存于铌(钽)铁矿、钽(铌)铁矿中,铌钽铁矿主要与钠长石、微斜长石有关。铷主要赋存于微斜长石和白云母中。

(3)微波山稀有金属矿化带是内蒙古北山地区首次发现的花岗伟晶岩型铷铌钽矿,显示内蒙古北山地区发育有花岗伟晶岩型系列稀有金属矿。北山成矿带的成矿时空演化过程指示区内具有良好的稀有金属资源潜力,该矿化带的发现对北山地区区域找矿具有一定的启示和指导意义。

致谢：内蒙古第八地质矿产勘查开发有限责任公司微波山稀有稀土多金属矿普查项目组成员在长期的野外地质调查期间给予了支持和帮助,在成文过程中何世明工程师、张浩浩工程师及审稿人对本文提出了诸多宝贵意见,在此一并表示衷心感谢!