余立新

(湖北省地質(zhì)科學(xué)研究所,湖北 武漢　430034)

0　引言

自武當(dāng)—桐柏—大別成礦帶提出并成為中國(guó)國(guó)家級(jí)的第20個(gè)成礦帶以來(lái),國(guó)家和省在該成礦帶部署了一批科研、區(qū)調(diào)和礦產(chǎn)勘查項(xiàng)目,在2012年6月份,湖北省國(guó)土資源廳委托湖北省地質(zhì)科學(xué)研究所完成《大磊山及其周邊地區(qū)含磷、重稀土巖系成礦地質(zhì)背景及找礦潛力研究》(項(xiàng)目編號(hào):CSJ-ZC-2012-024)項(xiàng)目[1],目前該項(xiàng)目已經(jīng)驗(yàn)收通過(guò)。

在充分搜集資料、野外調(diào)查和室內(nèi)綜合研究的基礎(chǔ)上,該項(xiàng)目組首次提出大磊山及其周邊重稀土礦床為富堿的酸性火山巖變質(zhì)型,并歸納和總結(jié)其找礦標(biāo)志。

1　大磊山及其周邊重稀土礦空間分布特征

大磊山及其周邊重稀土礦資源豐富,有大型礦床一處(廣水重稀土礦),中型礦床一處(鄧家灣重稀土礦),礦點(diǎn)眾多[2]。重稀土礦主要有三個(gè)分布區(qū),大磊山周邊、廣水以及芳畈地區(qū),其中大磊山和廣水地區(qū)重稀土礦成因相似,嚴(yán)格受地層控制,芳畈地區(qū)重稀土礦則與巖漿巖關(guān)系密切。礦床分布見(jiàn)表1、圖1。

大磊山周邊地區(qū)主要有三個(gè)含重稀土礦層位:下重稀土礦層,位于陡山沱組(Z1d)內(nèi)的上下磷礦層之間,代表礦點(diǎn)為湯家溝重稀土礦點(diǎn)；中重稀土礦層,位于上磷礦層之上的馬吼嶺巖群(∈2OM)下部,代表礦點(diǎn)為方家沖重稀土礦點(diǎn),杜家橋重稀土礦點(diǎn)；上重稀土礦層,位于馬吼嶺巖群(∈2OM)下部中重稀土礦層之上,代表礦床為鄧家灣重稀土礦床。廣水重稀土礦的層位與大磊山地區(qū)的鄧家灣重稀土礦床可能是同屬于上重稀土礦層[3-4]。

表1　大磊山周邊主要重稀土礦分布一覽表

1.1　大磊山周邊

重稀土巖系位于含磷巖系上部,環(huán)繞大磊山周邊呈環(huán)狀分布,重稀土礦層主要分布于大磊山隆起的南側(cè)和南東側(cè)：南側(cè)中重稀土礦層(②號(hào)礦層)發(fā)育,分布有方家沖、杜家橋重稀土礦點(diǎn)；南東側(cè)上重稀土礦層(③號(hào)礦層)發(fā)育,分布有泉水庵重稀土礦點(diǎn)、鄧家灣重稀土礦床。這些礦床(點(diǎn))工作程度較高,其中鄧家灣重稀土礦已經(jīng)詳查。此外大磊山北東分布有湯家溝礦點(diǎn)(①號(hào)礦層)和樂(lè)家沖礦點(diǎn)(②號(hào)礦層),這些礦點(diǎn)規(guī)模較小,僅開(kāi)展了踏勘工作。

通過(guò)本次科研工作,在大磊山北東樂(lè)家沖礦點(diǎn)向南東和北西延伸部位,均發(fā)現(xiàn)了重稀土礦化層(含重稀土巖系),值得進(jìn)一步工作。

1.2　澴水?dāng)嗔岩晕鲝V水地區(qū)

該區(qū)重稀土礦主要分布于廣水鎮(zhèn)以西、廣水市以北地區(qū),礦層呈北西向分布,全長(zhǎng)5 000余米,由南東向北西依次分布有殷家溝、龍泉溝、老虎沖礦段,該區(qū)工作程度很高,均已詳查[4]。

圖1　大磊山基底周緣重稀土礦分布圖

2　典型礦床地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)規(guī)模最大的重稀土礦分別為鄧家灣和廣水重稀土礦,兩礦床均已詳查,通過(guò)兩礦床的研究,對(duì)本區(qū)重稀土的成礦地質(zhì)背景分析有十分重要的意義。

2.1　鄧家灣重稀土礦

2.1.1 礦區(qū)地質(zhì)概述

礦區(qū)為一單斜構(gòu)造,地層走向25°～40°左右,傾向南東,傾角30°左右。礦區(qū)侵入巖不發(fā)育,僅見(jiàn)少量煌斑巖脈。出露地層為馬吼嶺巖群(∈2OM),含礦巖系圍繞大磊山東南部呈北東—南西向分布,礦區(qū)出露的巖性組合自上而下為[5-6]:

⑥ 白云鈉長(zhǎng)片麻巖夾綠泥綠簾二云鈉長(zhǎng)角閃片巖,厚度>50 m；

⑤ 白云鈉長(zhǎng)片麻巖夾白云石英片巖,厚34.33 m；

④ 白云鈉長(zhǎng)片麻巖夾淺粒巖,厚57.91 m；

③ 白云鈉長(zhǎng)片麻巖夾重稀土礦2-5層,厚176 m；

② 淺粒巖夾白云鈉長(zhǎng)片麻巖,厚102 m；

① 綠泥綠簾二云二長(zhǎng)片巖與白云鈉長(zhǎng)片麻巖互層,厚度>60 m。

重稀土礦層以淺肉紅色含重稀土白云鈉長(zhǎng)片麻巖和白云鈉長(zhǎng)淺粒巖為標(biāo)志,其賦存于上下兩套綠片巖系(原巖可能為中基性火山巖)之間。

2.1.2礦床地質(zhì)特征簡(jiǎn)介

礦區(qū)發(fā)育上下兩礦層。下礦層全長(zhǎng)3 000余米,呈層狀產(chǎn)出,基本上連續(xù)分布于全礦區(qū),礦層一般厚5 m,最厚可達(dá)14 m,向下延伸100～200 m。上礦層出露于下礦層南西,全長(zhǎng)3 000余米,礦層厚1～4 m,向下迅速尖滅。兩礦層大致平行分布,相距25～50 m。礦體呈似層狀或透鏡狀,產(chǎn)狀與圍巖一致,頂?shù)装搴偷V層巖性相同,主要為白云鈉長(zhǎng)片麻巖,少數(shù)是二云鈉長(zhǎng)片麻巖(變粒巖)、白云石英片巖、白云鈉長(zhǎng)變粒巖等。礦石品位一般Y2O3為0.05%左右,最高0.096%,沿走向品位變化較大。

礦石自然類(lèi)型包括白云鈉長(zhǎng)片麻巖型、變粒巖型、白云石英片巖型和淺粒巖型。主要的重稀土礦物為硅鈹釔礦、磷釔礦、褐釔鈮礦、少量褐簾石、鈰鈾鈦鐵礦、釷石,其他礦物包括少量的鋯石、磷灰石、金紅石、白鈦礦、磁鐵礦、黃鐵礦、石榴子石、電氣石等。礦石以Y元素為主,Yb、La、Ce、Nb、BeO等含量偏高。

2.2　廣水重稀土礦

2.2.1礦區(qū)地質(zhì)概述

礦區(qū)發(fā)育有一系列北西向展布的線(xiàn)形褶皺,并組成殷家溝—老虎沖倒轉(zhuǎn)復(fù)式向斜,含礦巖系位于倒轉(zhuǎn)向斜的核部,呈北西—南東向展布,傾向南西,傾角50°～80°。

1∶25萬(wàn)麻城幅區(qū)調(diào)認(rèn)為礦區(qū)出露地層為陡山沱組和燈影組,但是根據(jù)野外實(shí)地觀察,結(jié)合重稀土成礦特征,該區(qū)地層不應(yīng)該只是陡山沱和燈影組地層,而應(yīng)該包括馬吼嶺巖群(∈2OM),在本次工作中由于研究經(jīng)費(fèi)和研究范圍限制,對(duì)該區(qū)的地層情況并未做更進(jìn)一步的研究,只能結(jié)合有關(guān)資料探討各段巖石組合。礦區(qū)地層巖石組合由上至下為:

含重稀土巖系

⑧ 綠泥綠簾鈉長(zhǎng)片巖,夾少量白云石英片巖或白云母片巖,厚60 m；

⑦ 重稀土礦層,主要巖性為含重稀土的(鈉長(zhǎng)、二長(zhǎng)、鉀長(zhǎng))淺粒巖(變粒巖)、白云鈉長(zhǎng)片麻巖、白云石英片巖等,礦層邊部有含重稀土綠片巖,厚10～36 m；

⑥ 綠簾綠泥鈉長(zhǎng)片巖,夾白云石英片巖及白云鈉長(zhǎng)片巖,厚8～30 m；

⑤ 淺粒巖、變粒巖,夾白云鈉長(zhǎng)片巖、綠片巖,厚20～220 m；

含磷巖系

④ 白云質(zhì)大理巖、綠簾綠泥鈉長(zhǎng)片巖,局部夾白云石英片巖,該層含磷礦(一般厚度0.5 m),厚8～80 m；

③ (鈉長(zhǎng)、二長(zhǎng)、鉀長(zhǎng))淺粒巖、白云鈉長(zhǎng)片巖夾少量綠片巖,厚20～160 m；

② 白云鈉長(zhǎng)片巖、變粒巖、綠片巖(綠簾綠泥鈉長(zhǎng)片巖、綠簾鈉長(zhǎng)陽(yáng)起石片巖、鈉長(zhǎng)角閃片巖等)、黑云斜長(zhǎng)片麻巖,厚40～190 m；

① 黑云斜長(zhǎng)片麻巖，局部夾變粒巖或淺粒巖,厚度>100 m。

以上地層序列中①-④層為含磷巖系,與大磊山北陳茨園磷礦和冷棚磷礦特征相似,為區(qū)域上的上磷礦層。⑤-⑧層為含重稀土巖系,與鄧家灣重稀土礦類(lèi)似,含礦巖石主要為白云鈉長(zhǎng)片麻巖、(鈉長(zhǎng)、二長(zhǎng)、鉀長(zhǎng))淺粒巖等,重稀土礦層也位于兩套綠片巖系(原巖可能為中基性火山巖)之間。

2.2.2礦床地質(zhì)特征簡(jiǎn)介

重稀土礦層出露較穩(wěn)定,礦體呈層狀或似層狀,厚2～20 m不等,向下延伸50～150 m,產(chǎn)狀與圍巖一致。礦層底板巖性為白云鈉長(zhǎng)變粒巖、白云石英片巖和綠片巖,頂板常為綠片巖。

礦石自然類(lèi)型包括(鈉長(zhǎng)、二長(zhǎng)、鉀長(zhǎng))淺粒巖型、白云鈉長(zhǎng)片(麻)巖型、變粒巖型、白云(鈉長(zhǎng))石英片巖型等。除去常見(jiàn)的造巖礦物外,尚見(jiàn)少量鋯石、石榴子石、尖晶石、金紅石、電氣石等。重稀土礦物一般以硅鈹釔礦、褐釔鈮礦、磷釔礦為主，另有鈰鈾鈦鐵礦,品位較穩(wěn)定,Y2O3一般>0.07%,最高0.155%。

3　大磊山周邊重稀土礦總體特征

以上鄧家灣和廣水典型重稀土礦區(qū)的特征極其相似,同時(shí)本次工作對(duì)杜家橋礦區(qū)、樂(lè)家沖礦區(qū)進(jìn)行了路線(xiàn)調(diào)查工作,發(fā)現(xiàn)具有相同的特點(diǎn)。據(jù)此,大磊山及其周邊重稀土礦的特征可歸納如下:

(1)含重稀土礦巖系都分布在隆起或是褶皺的四周,且位于含磷巖系之上。尤以大磊山隆起和澴水?dāng)嗔岩晕鲝V水地區(qū)殷家溝—老虎沖倒轉(zhuǎn)復(fù)式向斜最為發(fā)育。由此提示:其余隆起或褶皺周?chē)鸬┘o(jì)及寒武—奧陶紀(jì)中淺變質(zhì)巖系的含磷巖系之上應(yīng)有重稀土礦賦存,可以作為新的找礦方向。

(2)含重稀土礦巖系主要的巖石組合為(鈉長(zhǎng)、二長(zhǎng)、鉀長(zhǎng))淺粒巖、白云鈉長(zhǎng)片(麻)巖、變粒巖、白云(鈉長(zhǎng))石英片巖等,不同的礦區(qū)通常以其中幾類(lèi)巖石為主,礦石多為含重稀土二長(zhǎng)(或鉀長(zhǎng))淺粒巖,故巖石往往呈淺肉紅色,并位于上、下兩套綠片巖系之間。

(3)礦石中所含重稀土礦物在各個(gè)礦區(qū)具有一致性,主要有三種:硅鈹釔礦、褐釔鈮礦、磷釔礦；均以Y元素為主,其它稀土元素含量較低,是圈定重稀土礦體的重要依據(jù)。

(4)含重稀土巖系具有一定的放射性,重稀土含量與放射性強(qiáng)度呈正比,重稀土礦層伽瑪強(qiáng)度一般在20 γ以上,含重稀土巖層一般在15γ以上,不含重稀土的巖層一般在13 γ以下；在部分含重稀土巖系分布區(qū)還存在Y或Yb地球化學(xué)異常,是尋找重稀土礦賦存層位的重要信息依據(jù)。

(5)含重稀土巖系在區(qū)域上有多層分布的特點(diǎn),特別是在大磊山周邊地區(qū)比較明顯,但是這些不同的含重稀土巖系又具有相同的特點(diǎn),這是區(qū)域內(nèi)有多次重稀土成礦期(火山—沉積旋回)形成的,還是由于構(gòu)造作用引起的含礦巖系重復(fù)所造成的,有待今后進(jìn)一步工作研究。但無(wú)論如何,這是擴(kuò)大找礦前景的重要途徑。

4　礦床成因分析

該區(qū)域關(guān)于重稀土礦的成因有多種分析和見(jiàn)解,李石等(1980年)提出是沉積變質(zhì)型[7-9],含礦巖石是在沉積變質(zhì)巖基礎(chǔ)上經(jīng)含礦鈉質(zhì)溶液滲透交代而形成的,含礦鈉質(zhì)溶液來(lái)自深部混合巖,釔主要從混合巖基體中浸出轉(zhuǎn)移而來(lái)；湖北省第六地質(zhì)隊(duì)(1979—1980年)提出是古海濱砂礦型；袁忠信(2001)認(rèn)為廣水重稀土礦是由富堿及稀土的酸性流紋巖通過(guò)斷裂噴溢在斷陷盆地中經(jīng)輕度變質(zhì)作用及交代作用而成礦,即酸性火山巖經(jīng)區(qū)域變質(zhì)而成[10]。

本次研究認(rèn)為大磊山及其周邊地區(qū)中淺變質(zhì)巖系中的重稀土礦為富堿的酸性火山巖變質(zhì)形成,主要證據(jù)如下:

(1)大磊山周邊內(nèi)不論是鄧家灣還是廣水地區(qū),重稀土礦特征十分相似,在含礦地層層序,含礦巖石、重稀土礦物種類(lèi)、各類(lèi)礦物晶體形態(tài)(晶胞參數(shù))、元素含量等特征方面幾乎相同,說(shuō)明了各重稀土礦床成因相同,且重稀土元素同源,均來(lái)自于區(qū)域火山作用。

(2)含重稀土巖系中的重稀土礦層位于綠片巖之間,含重稀土巖系還是重稀土礦層都與地層呈平行接觸,隨著地層的變化而變化，巖石地球化學(xué)特征顯示:各類(lèi)綠片巖原巖為基性火山巖,含重稀土巖系的鈉長(zhǎng)片麻巖、淺粒巖的原巖為酸性火山巖。二者組成了完整的基性—酸性雙模式火山噴發(fā)旋回。它們的大地構(gòu)造屬性為震旦紀(jì)—早古生代時(shí)期揚(yáng)子陸塊北緣的陸緣裂谷中央帶的裂陷海槽。

(3)如果重稀土礦物為風(fēng)化產(chǎn)物,那么在區(qū)域內(nèi)勢(shì)必應(yīng)該存在下伏深變質(zhì)巖系的風(fēng)化源區(qū)。但大磊山隆起核部片麻狀花崗巖以及其它各個(gè)隆起核部深變質(zhì)巖系中沒(méi)有硅鈹釔礦、褐釔鈮礦、磷釔礦集中產(chǎn)出。雖然在武勝關(guān)南側(cè)老巖層內(nèi)發(fā)現(xiàn)了含磷釔礦較多的地段,但是這種磷釔礦與廣水、鄧家灣兩礦區(qū)中的磷釔礦在形態(tài)上有所不同,前者幾乎無(wú)柱面,后者多半呈長(zhǎng)柱狀,這種差異說(shuō)明前者是基底深變質(zhì)巖系中原始沉積的碎屑,而后者是基底蓋層中火山熔漿中析出并經(jīng)變質(zhì)作用重結(jié)晶的結(jié)晶礦物。

(4)重稀土礦層往往呈淺肉紅色,這與巖石中的鉀含量較高有關(guān),含礦巖性常為二長(zhǎng)或鉀長(zhǎng)淺粒巖(片麻巖),含礦層巖石內(nèi)鉀長(zhǎng)石含量較其余地層明顯偏高。表明后期變質(zhì)作用中,含重稀土礦巖石經(jīng)歷了變質(zhì)熱液的鉀化蝕變,致使重稀土礦富集成礦體。

(5)鏡下顯示重稀土礦物除了分布于石英、長(zhǎng)石、白云母等礦物顆粒之間外,還有眾多的硅鈹釔礦、褐釔鈮礦、磷釔礦和鋯石呈細(xì)小包體位于鈉長(zhǎng)石晶體中,這些特點(diǎn)與該區(qū)非含礦巖石中的鈉長(zhǎng)石明顯不同。由此說(shuō)明重稀土礦物有兩種狀態(tài):一為散布的顆粒；二為鈉長(zhǎng)石的包體,顯示變質(zhì)作用的重結(jié)晶過(guò)程。

(6)雖然現(xiàn)階段所收集的含礦巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)圖解研究顯示大多位于砂巖區(qū),部分樣品數(shù)據(jù)投影位于火山巖區(qū),此證明含礦巖系總體是以沉積作用為主并伴有火山噴發(fā)作用,因此含重稀土礦層是火山—沉積作用所形成。

5　重稀土礦成礦地質(zhì)背景分析

5.1　重稀土礦成礦構(gòu)造背景

震旦紀(jì)之后,古生代時(shí)期,作為揚(yáng)子地塊北緣的大磊山地區(qū)經(jīng)歷了又一次板塊裂解演化過(guò)程,此次裂解沿宣化店—呂王—高橋—永佳河一線(xiàn)。裂解早期主要沉積了一套陸棚邊緣環(huán)境的碎屑—碳酸鹽巖建造(含磷錳巖系)；裂解中期,雙模式酸性火山巖與基性火山巖噴發(fā)(馬吼嶺巖群下部),伴隨著火山巖的多次噴發(fā)及其間沉積作用的伴隨,在各個(gè)隆起的周緣含磷巖系之上,構(gòu)成了火山—沉積地層序列,由基底深變質(zhì)巖中風(fēng)化碎屑重稀土礦和火山熔漿所析出的重稀土礦,形成了區(qū)內(nèi)的多層重稀土礦層。裂解作用的加強(qiáng),導(dǎo)致志留紀(jì)早世裂解最大,形成了二郎坪—高橋—永佳河—浠水洋槽—“秦嶺洋”。晚古生代,秦嶺洋槽從離散型逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閰R聚型。中生代時(shí)期發(fā)生俯沖—碰撞造山階段,發(fā)生區(qū)域變質(zhì)作用,致使重稀土礦重結(jié)晶富集成礦體。

總之,大磊山周邊重稀土礦主要位于以大磊山為代表的隆起周緣,各隆起和褶皺區(qū)域含磷巖系及其上部,不僅是磷礦形成的有利區(qū)域,同樣也是重稀土礦找礦的有利區(qū)域,大磊山周邊的磷和重稀土有一定的“共生”特點(diǎn)。

5.2　重稀土礦成礦沉積環(huán)境

從區(qū)域重稀土巖系特征來(lái)看,都具有相似的火山—沉積特點(diǎn),沉積環(huán)境均位于水下隆起的周緣濱淺海環(huán)境。泥沙質(zhì)物質(zhì)(以白云石英片巖為代表)沉積隨著火山活動(dòng)的增強(qiáng),逐漸形成以基性火山巖噴發(fā)為主,晚期酸(堿)性火山巖占主導(dǎo)地位,這些火山巖與陸源泥沙質(zhì)沉積巖相間岀露,顯示火山噴發(fā)—沉積序列,形成了多層重稀土礦層。

5.3　重稀土礦找礦標(biāo)志

結(jié)合區(qū)內(nèi)重稀土礦的總體特征及其成礦地質(zhì)背景,大磊山及其周邊地區(qū)重稀土礦找礦標(biāo)志可歸納如下:

(1)構(gòu)造標(biāo)志大磊山以及其它隆起區(qū)周緣,含磷巖系之上,是尋找重稀土的有利地區(qū)。

(2)地層標(biāo)志綠片巖發(fā)育地區(qū),在綠片巖上部或下部的變酸性火山巖及淺色片巖。

(3)巖石標(biāo)志淡紅色、淺肉紅色的白云鈉長(zhǎng)片麻巖、二長(zhǎng)淺粒巖等。

(4)放射性標(biāo)志含礦巖石與非含礦巖石由于變質(zhì)作用在外觀上十分相似,通過(guò)放射性測(cè)量能夠很好地進(jìn)行區(qū)分,區(qū)內(nèi)在20γ以上的地層,是重稀土礦產(chǎn)出的有利地段。

(5)化探異常標(biāo)志具有區(qū)域Y或Yb單元素異?；蚪M合異常的地區(qū)。

6　結(jié)語(yǔ)

綜上所述,大磊山及其周邊重稀土礦得出如下結(jié)論：大磊山及其周邊重稀土礦主要分布于大磊山基底周緣和澴水?dāng)嗔岩晕鲝V水地區(qū),至目前為止是湖北省最大的重稀土礦岀露區(qū)。

致謝:該項(xiàng)目的成果是集體勞動(dòng)的結(jié)晶,特別感謝湖北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查所教授級(jí)高級(jí)工程師金經(jīng)煒，湖北省地質(zhì)科學(xué)研究所教授級(jí)高級(jí)工程師王建新、李紅軍，武漢地質(zhì)調(diào)查中心教授級(jí)高級(jí)工程師彭練紅，湖北省地質(zhì)調(diào)查院教授級(jí)高級(jí)工程師周世卿的悉心指導(dǎo)和關(guān)懷。

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