0 引言
钽和铌是新兴产业所需要的重要原料和关键战略金属,并具有不可替代性,同时也是国家专项资金支持的重点勘查研究对象,其中以钽矿的需求和勘查最为突出[1]。钽和铌相对于大宗矿产,具有较高的战略地位,表现出储量小、分布不均和品位低等特征[1,2,3]。根据美国地质调查局公布的数据,2013年世界钽矿储量超过15万吨,铌矿储量超过400万吨,以巴西为最主要的铌钽大国[3]。钽铁矿为主要生产钽的原料,近年通过大量的勘查工作,我国钽矿资源基础储量有所增加,但已发现的钽矿床品位较低,钽矿依旧需要靠国外进口,目前主要从澳大利亚进口;烧绿石和铌铁矿是生产铌的主要原料,我国没有独立的铌矿山,铌资源严重不足,目前主要从巴西进口[4,5]。
1 区域地质背景
竹山县土地岭位处南秦岭造山带武当隆起西缘(图1a),构造、火山、岩浆等地质活动复杂、多期、多样。区域上主要出露南华系武当岩群至志留系梅子垭组中—浅变质地层,主要构造线为NW向,区域构造以一系列叠瓦状逆冲推覆构造体为主,大断裂有安康—竹山断裂和红椿坝—曾家坝断裂,与近EW向、NE向脆性断裂相互交切形成条块网格结构,主体构造格局形成于印支陆—陆碰撞造山期。岩浆岩广泛分布在新元古代—早古生代中—浅变质地层中,呈层状、似层状产出;出露的火山岩主要有粗面岩、粗面质凝灰熔岩、(含砾)岩屑晶屑凝灰岩等;局部地区如庙垭和杀熊洞一带有少量的碳酸岩及正长岩杂岩体出露。据研究[10]显示,研究区火山岩全碱含量较高,属碱性岩系列,微量元素显示强烈富集Nb、Ta、Zr、Hf等高场强元素,与洋岛玄武岩相似,起源于幔源玄武质岩浆的演化,其产出构造环境为大陆裂谷环境,主体结晶年龄为441.6±4.0 Ma~443.2±4.5 Ma,代表了该区火山岩为早志留世。研究区矿产资源丰富,属竹山地区金银铌—稀土Ⅳ级成矿带[11]。
图1
图1
研究区大地构造位置(a,据文献[10]修改)和碱性岩带分布(b)
1—新元古界;2—古生界;3—基性岩;4—碳酸岩、正长岩杂岩体;5—粗面质火山岩、正长岩;6—研究区位置;F1—鲁山断裂;F2—商丹断裂;F3—青峰-襄广断裂;F4—红椿坝-曾家坝断裂;F5—安康-竹山断裂
Fig.1
Geotectonic location of the study area(a,revised according to literature [10]) and distribution of alkaline rock belt(b)
1—Neoproterozoic; 2—Paleozoic; 3—basic rock; 4—carbonatite and syenite complex; 5—trachyte volcanic rock and syenite; 6—study area location; F1—Lushan fault; F2—Shangdan fault; F3—Qingfeng-Xiangguang fault; F4—Hongchunba-Zengjiaba fault; F5—Ankang-Zhushan fault
2 矿区地质特征
土地岭铌钽矿床位于安康—竹山断裂带北侧竹山碱性岩带中,其西侧为庙垭铌稀土矿床(图1b)。区内出露地层有南华系浅海盆地相变火山—沉积岩、震旦系陆棚碎屑岩与碳酸盐岩、寒武系—奥陶系盆缘炭泥质及硅质岩、志留系陆棚—滨海相碎屑沉积;构造主要为近EW—NWW向、NE向断层及顺层滑脱断层;岩浆岩出露广泛,以粗面质火山岩为主,受次级近EW向构造控制呈近EW—NWW向顺层产出,局部斜切地层,遭受区域变质作用明显。粗面质火山岩按成岩环境可划分为粗面岩、粗面质凝灰熔岩(超浅成—溢流相)—粗面质(含砾)晶屑岩屑凝灰岩、(含晶屑)凝灰质绢云千枚岩(喷发—沉积相)。早志留世粗面质火山岩与铌钽矿关系密切,是区内铌钽矿的含矿岩系;从超浅成—溢流相到喷发—沉积相,含矿岩石的铌钽含量逐渐变高,钽达工业品位的含矿岩石主要为粗面质凝灰熔岩、粗面质(含砾)晶屑岩屑凝灰岩以及(含晶屑)凝灰质绢云千枚岩。
3 区域地球化学找矿方法
3.1 1:5万水系沉积物测量
1:5万水系沉积物测量由湖北省地质调查院于2017年完成,总面积1 302 km2,共采集水系沉积物样品5 661件(含重复样121件),平均采样密度 4.35个样/km2,样品采样粒度为-20目。经1:5万水系沉积物测量,在土地岭一带圈定了一条近EW向延伸的Nb-La-Ce组合异常带,面积约5.5 km2(图2)。Nb、La异常具三级浓度分带,浓集中心明显,Ce异常具二级浓度分带,Nb-La-Ce组合异常中带与粗面质火山岩分布范围高度吻合;Nb异常特征为: 平均值 205.43×10-6,极大值1 159×10-6,衬度 4.74,规模26.04,异常下限为44.1×10-6;La异常特征为:平均值 378.5×10-6,极大值4 864.7×10-6,衬度7.2,规模35.76,异常下限为57.8×10-6;Ce异常特征为:平均值 860.53×10-6,极大值5 912.16×10-6,衬度7.11,规模19.56,异常下限为114.9×10-6。对比黎彤给出的地壳元素丰度[12](La丰度30×10-6、Ce丰度60×10-6、Nb丰度28×10-6),本区La、Ce、Nb异常下限均高于地壳元素丰度值约2倍,元素富集程度较高,具备良好的成矿基础。
图2
图2
土地岭地区1:5万水系沉积物测量异常剖析
a—研究区地质图;b—Nb异常分布;c—Ce异常分布;d—La异常分布;1—全新统;2—梅子垭组一段;3—竹山组;4—耀岭河组;5—辉绿岩;6—正长斑岩;7—粗面岩;8—含砾粗面质晶屑凝灰岩;9—粗面质熔结凝灰岩;10—凝灰质娟云千枚岩;11—钽铌矿体及编号;12—铌矿体及编号;13—断层;14—异常内带;15—异常中带;16—异常外带;17—Nb-La-Ce组合异常带
Fig.2
Analysis of 1:50 000 stream sediment measurement anomalies in Tudiling area
a—geological map of the study area;b—Nb abnormal distribution;c—Ce abnormal distribution;d—La abnormal distribution;1—Quaternary;2—first lithologic segment of Meiziya formation;3—Zhushan formation;4—Yaolinghe formation;5—diabase;6—syenite porphyry;7—trachyte;8—granitic trachyte-bearing tuff;9—trachytic fusion tuff;10—tuffaceous sericitization phyllite;11—Nb-Laorebbady and numbering;12—Nborebbady and numbering;13—fault;14—abnormal inner zone;15—abnormal middle belt;16—abnormal outer belt;17—Nb-La-Ce composite abnormal belt
通过本次1:5万水系沉积物测量与1:1万地质草测资料显示:Nb异常展布与区内粗面质火山岩类相关,Nb异常受粗面质火山岩类控制明显,反映了区内Nb在粗面质火山岩中具成矿专属性。Nb异常与La、Ce异常相关性较好,并且异常的下限值均高于地壳元素丰度值,初步认为La、Ce可作为Nb异常的指示元素。区内研究显示,Nb异常的富集有利于Ta的富集,这一现象在1:2 000岩石剖面测量中表现尤为明显。由于前期主要开展铌矿的找矿工作,区内并没有发现钽矿的先例,故1:5万水系沉积物测量并没有分析Ta,这也是本次勘查中存在的问题,后期经岩石剖面测量发现了Ta异常,进而发现了钽矿体,间接说明后期岩石剖面测量的重要性。
3.2 1:2 000岩石地球化学测量
区内共实测1:2 000岩石剖面8条,分3次测量,采用不同的编号,剖面主要布设在1:5万水系沉积物异常浓集中心,剖面间距200 m,样点间距为10 m(图3)。众所周知,Nb、Ta常常“形影不离”[3],故本次岩石剖面测量分析了Ta,并圈出了Ta异常。岩石剖面测量异常特征为:Ta最高含量为193×10-6,平均值为4.7×10-6;Nb最高含量为1 360×10-6,平均值为107.4×10-6。在岩石剖面上,Ta、Nb异常呈正相关,有Ta异常必有Nb异常,其中Nb异常峰值较高,并且Nb异常值越高,Ta越富集。Ta、Nb异常峰值呈现近EW向带状分布,具有3个连续异常带(图3),初步判断有3层钽铌矿化体。该成果为地表山地工程布设提供了可靠依据。
图3
图3
土地岭地区岩石剖面测量平剖图
1—岩石剖面及刻度(黄色区域代表铌异常,蓝色曲线代表钽异常);2—钽铌矿体及编号;3—铌矿体及编号(少数含钽矿化);4—地质界线;5—性质不明断层及逆断层;6—铌钽异常带;其他图例同
Fig.3
Plane profile of rock profile survey in Tudiling area
1—rock profile and scale(the yellow area represents Nb anomaly,the blue curve represents tantalum abnormality);2—Ta-Nb orebody and numbering;3—Nb orebody and numbering(minor Ta-bearing mineralization);4—geological boundaries;5—unidentified faults and thrust faults;6—Nb-Ta anomaly zone;other legends are the same as
由此认为,1:2 000岩石地球化学测量较好地缩小了找矿靶区,结合专项地质测量成果圈出了矿化带,为下一步的地质勘查工作提供了重要依据。
4 专项地质填图方法
专项地质测量是以火山岩岩相及岩石组合特征+蚀变矿物为主导的1:1万地质测量(图4),主要是为了厘定不同的火山岩、火山碎屑沉积岩以及蚀变矿物与钽铌矿品位变化对应的地质体。经调查确定粗面岩、粗面质火山碎屑岩与火山—沉积碎屑岩为主要的含矿岩石。通过路线测量和研究显示[5-6、10],研究区内火山岩从次火山—溢流相→喷发—沉积相的变化过程中,铌、钽品位由贫变富,矿化从铌到铌钽,主要含钽岩石为含晶屑凝灰质绢云千枚岩。岩石中蚀变主要以碳酸盐化、绢云母化为主,偶见萤石化,其中钽矿化与绢云母化、萤石化更为紧密。通过本次专项地质填图,共圈出了正长斑岩、粗面岩、含砾粗面质晶屑凝灰岩、粗面质凝灰熔岩、粗面质岩屑晶屑凝灰岩、含晶屑凝灰质绢云千枚岩等不同岩相地质体数条。其中一条粗面质凝灰熔岩和一条含晶屑凝灰质绢云千枚岩与1:2 000岩石剖面测量铌钽异常带叠合较好,并且与蚀变矿物相吻合。
图4
图4
土地岭矿区矿体地质及工程分布
1—钽铌矿体及编号;2—铌矿体及编号(少数含钽矿化);3—性质不明断层及逆断层;4—地质界线及产状;5—钽铌异常带;6—萤石化;7—碳酸盐化;8—绢云母化;9—勘探线剖面及编号;10—钻孔位置及编号;11—槽探工程位置及编号;其他图例同
Fig.4
Geological and engineering distribution of orebody in Tudiling mining area
1—Nb-Ta orebody and numbering;2—Nb orebbody and numbering(minor Ta-bearing mineralization);3—unidentified faults and thrust faults;4—geologic boundary and occurrence;5—Nb-Ta anomaly zone;6—fluorization;7—carbonation;8—sericitization;9—survey line section and number;10—borehole position and number;11—channel exploration project location and number;other legends are the same as
5 综合找矿方法有效性验证
依据专项地质测量和 1:2 000岩石地球化学测量成果,对岩石测量异常带按“峰值高、峰带宽、岩性特征、蚀变现象”原则优选进行了地表槽探工程验证,并根据槽探成果优选 TaNb-2异常带中部西段进行了深部钻探工程验证。TaNb-2异常带赋存位置与含晶屑凝灰质绢云千枚岩相重合,主要蚀变有绢云母化、萤石化,并且TaNb-2异常带钽铌元素异常较TaNb-1、TaNb-3号异常要高;TaNb-1、TaNb-3号异常带赋存位置与正长斑岩、粗面岩、含砾粗面质晶屑凝灰岩、粗面质凝灰熔岩、粗面质岩屑晶屑凝灰岩密切相关,蚀变有碳酸盐化、绢云母化、萤石化。
图5
图5
0#勘探线剖面测量结果及地质综合剖面
Fig.5
Survey result of exploration line section and comprehensive geological section
表1 土地岭钽铌矿区矿体地质特征
Table 1
| 矿体编号 | 地表长 度/m | 厚度/m | 产状 | 岩性 | 矿体钽铌 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 含量 | 平均品位 | |||||
| NbTaⅠ | 2050 | 28(最厚64.70 m) | 25°∠74° | 含钾长晶屑凝灰质千枚岩 | Nb2O5:0.08%~0.209%, Ta2O5:0.008%~0.014% | Nb2O5:0.148%, Ta2O5:0.0116% |
| NbTaⅡ | 380 | 26.7(最厚36.89 m) | 20°∠58° | 粗面质晶屑岩屑凝灰岩、 含钾长晶屑凝灰质绢云千枚岩 | Nb2O5:0.08%~0.192%, Ta2O5:0.008%~0.013% | Nb2O5:0.154%, Ta2O5:0.011% |
| NbⅢ | 1100 | 27.6(最厚29.3 m) | 23°∠40° | 粗面岩 | Nb2O5:0.08%~0.083% | Nb2O5:0.082% |
| Nb(Ta)Ⅶ | 3026 | 82.5(最厚99.9 m) | 24°∠41~64° | 凝灰质绢云千枚岩 | Nb2O5:0.08%~0.107%, Ta2O5:0.004%~0.008% | Nb2O5:0.091% |
| Nb(Ta)Ⅷ | 500 | 18.99 | 26°∠65° | 粗面质凝灰熔岩 | Nb2O5:0.08%~0.147%, Ta2O5:0.004%~0.008% | Nb2O5:0.1135% |
| NbⅣ | 460 | 40.20 | 12°∠70° | 含钾长晶屑凝灰质绢云千枚岩 | Nb2O5:0.08%~0.118% | Nb2O5:0.094% |
由图5 可以看出,钽铌、铌矿体位置与1:2 000岩石地球化学剖面测量峰值带高度吻合,但钽矿化仅与钽的高值异常吻合,并且与铌的高值异常正相关;综合其他剖面资料认为,铌异常达到一定强度则伴有钽异常,对应铌钽矿,低—中强度铌异常对应铌矿体。同时碳酸盐化、绢云母化、萤石化与钽铌矿化关系密切,其中萤石化、绢云母化与钽矿化更为密切。实践证明,1:2 000岩石地球化学测量异常结合专项地质测量成果可以直接圈定矿化带,并与地表槽探工程控制的矿化体具有高度契合关系。
6 多元信息找矿模型
多元信息综合找矿方法是指在矿床勘查过程中,通过对地质矿产及地球化学等资料的信息提取,获得与找矿有关的地层、构造、岩浆岩等控矿因素及地球化学异常,研究其与成矿的关系及成矿规律,并总结出多元信息综合找矿模型,以指导进一步的找矿工作[2]。
根据土地岭钽铌矿区成矿地质特征及地球化学等多元找矿信息的综合研究,初步建立了本区钽铌矿的综合信息找矿模型(表2)。
表2 土地岭钽铌矿区多元信息综合找矿模型
Table 2
| 找矿要素 | 综合信息 | |
|---|---|---|
| 地质背景 | 岩浆岩 | 早志留世碱性岩浆岩为主,主要赋矿岩性粗面岩(铌)、粗面质凝灰熔岩(钽铌)、(含砾)岩屑晶屑凝灰岩(钽铌) |
| 其他岩性 | 早志留世(含晶屑)凝灰质绢云千枚岩(钽铌) | |
| 构 造 | 以NWW向断层控制为主,其次为顺层近EW向断层 | |
| 露头标志 | 矿体露头 | 含铌粗面岩(次火山—溢流相)、含铌钽粗面质凝灰熔岩(次火山—溢流相)、含铌钽含钾长晶屑凝灰质绢云千枚岩(喷发—沉积相)及绢云母化、钾化地段 |
| 围岩蚀变 | 碳酸盐化、绢云母化、萤石化(少见) | |
| 地球化学标志 | 水系沉积物 | Nb异常下限44×10-6,异常具两级或三级浓度分带,浓集中心明显,受粗面质火山岩类控制。组合异常元素为La、Ce,La异常下限57.8×10-6,Ce异常下限114.9×10-6,异常具两级或三级浓度分带,Nb-La-Ce组合异常的下限值均高于地壳元素丰度值约2倍,并且异常中带发现铌钽矿体可能性较大;La-Ce异常元素组合可以有效指示Nb富集。当Nb峰值达到200×10-6以上,在异常范围内发现具工业品位的铌(钽)矿体可能性较大,Nb能够有效地指示Ta富集 |
| 重砂异常 | 铌铁矿、铌坦铁矿、烧绿石等重砂异常是寻找该类型矿床的直接标志 | |
| 岩石剖面 | 钽异常下限5×10-6,中心异常强度可达100×10-6以上;铌异常下限 120×10-6,中心异常强度可达1000×10-6以上,异常峰值带位置与矿体基本一致,与钽铌矿(化)带高度吻合 | |
| 山地工程 | 刻槽样结果 | 钽平均品位在 0.008%以上,直接圈定为原生钽矿体;铌平均品位在 0.08%以上,直接圈定为原生铌矿体;以铌矿化较为普遍,有钽矿化必有铌矿化;稀土总量含量较低,矿化不明显 |
7 结论
1) 前期在土地岭铌钽矿区开展1:5万水系沉积物测量,快速圈定异常缩小找矿范围,随后采用 1:2 000 岩石剖面测量锁定钽铌峰值带以指导工程施工,同时结合专项地质测量厘定含矿地质体,最后利用槽探和钻探工程进行验证,这套勘查方法和手段仍为当前行之有效的找矿方法。
2) 研究区化探成果显示,Nb、La、Ce具有相关性,可利用La、Ce作为钽、铌矿找矿的指示元素。同时,钽、铌异常与钽、铌矿化体相关,异常峰值带与钽铌矿(化)带分布位置高度吻合,较好地缩小找矿靶区和指导工程布置。
3) 研究区铌钽关系密切,有钽高铌则高、铌矿化普遍的特点,并且铌钽富集常伴随着绢云母化和萤石化。
4) 受前期工作所限,1:5万水系沉积物测量未分析Ta,建议在南秦岭地区开展1:5万水系沉积物测量时,应结合La、Ce等元素异常,指示钽铌矿的找矿工作。
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To the north of the suture zone, the Erlangping melange consists similarly of ultramafic and mafic rocks, andesites and rhyolites. The mafic and andesitic rocks exhibit strong depletion of Nb-Ta and Ti indicating a subduction-related affinity. However, their depletion in Nb-Ta is weaker than that of the island-arc/active continental margin-related volcanic rocks. Taken together, the two ophiolitic melange zones indicate the existence of an early Palaeozoic Shangdan Ocean that was associated with a back-arc basin on the northern North Qinling Island arc terrane, separating the South China from the North China blocks. (c) 2010 Elsevier B.V.]]>
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庙垭碳酸岩型稀土矿床成矿过程初探
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