趙 芝, 王登紅, 劉善寶, 王 偉, 于 揚, 紀德寶, 何 斌, 于 沨, 苗 浩, 班西雨, 金雅楠

(1.自然資源部成礦作用與資源評價重點實驗室,中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所,北京 100037;2.成都理工大學,四川 成都 610059; 3.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)(集團)有限公司,四川 成都 610017;4.中稀(涼山)稀土有限公司,四川 冕寧 615600; 5. 中國地質(zhì)大學(北京)地球科學與資源學院,北京 100083)

0 引言

攀西冕寧—德昌稀土成礦帶不僅是我國乃至全球重要的稀土資源開采開發(fā)基地,也是研究碳酸巖-堿性巖型稀土礦床的理想之地。該成礦帶北起冕寧縣,經(jīng)西昌至德昌縣以南,全長約150 km、寬10 km[1-2],其北端分布有牦牛坪超大型礦床、木落寨和里莊洋房溝中型礦床,南部則分布大陸槽大型礦床。牦牛坪礦床規(guī)模大且產(chǎn)出的氟碳鈰礦顆粒粗大、易選冶,加上交通條件便利,是冕寧—德昌稀土成礦帶中主要的研究和開采對象。

牦牛坪稀土礦田分布于冕西堿長花崗巖巖體中段,礦化與喜馬拉雅期碳酸巖-堿性正長巖雜巖體密切相關(guān)[3-5]。礦化帶受哈哈斷裂帶控制,主體呈NNE向展布,自北而南包括三岔河、牦牛坪和包子村3個礦段(礦床),全長13 km,寬200～600 m[6]。中部的牦牛坪主礦段以發(fā)育重晶霓輝石偉晶巖型礦石為特色,此類礦石充填于圍巖斷裂帶中形成大脈、細脈以及細網(wǎng)脈-浸染狀,構(gòu)成了工業(yè)礦體的主體[6-7]。在北部的三岔河和南部的包子村,碳酸巖-堿性正長巖雜巖體不發(fā)育,稀土礦化弱而分散[6]。2010—2017年,四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局404地質(zhì)隊完成了牦牛坪南部普悟溝稀土礦普查工作,發(fā)現(xiàn)并圈出了11個工業(yè)礦體,認為礦石類型以方解石碳酸巖型為主。近年來,本文作者團隊通過對牦牛坪南部龍家溝稀土礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查,并通過鉆孔驗證,發(fā)現(xiàn)了高品位氟碳鈰礦-螢石-重晶石-方解石脈型礦石,豐富了稀土礦石類型,拓寬了牦牛坪礦床外圍及深部找礦思路,對于增儲上產(chǎn)意義重大。本文主要介紹此類礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及礦物組成,并探討其成因,為區(qū)域找礦工作提供借鑒。

1 牦牛坪礦床地質(zhì)概況

牦牛坪礦床已知長度約為2.65 km(19—72號勘探線之間),寬度300～600 m[8]。礦體嚴格受哈哈斷裂帶控制,主體為NNE—NE向的平行細脈帶及大脈,礦帶東西兩側(cè)則是以NNE—NE向礦脈為骨干的由多組礦脈相互貫通、交織而成的細網(wǎng)脈帶[6-9],如圖1所示[10]。

圖1 四川省牦牛坪稀土礦床地質(zhì)簡圖[10] Fig.1 Geological sketch of Maoniuping REE deposit in Sichuan Province[10]

牦牛坪礦床原生礦石類型主要呈脈型和面型分布[11]。脈型礦石可進一步劃分為堿性偉晶巖型(包括重晶霓輝石型和正長霓輝石型)和方解石碳酸巖型,前者在礦區(qū)內(nèi)分布廣泛,稀土品位較富,后者僅分布在23—36勘探線范圍之內(nèi),品位一般較低; 面型礦石分布最為廣泛,品位一般較低,主要包括穿插于圍巖破碎帶中的細脈、細網(wǎng)脈-浸染型礦石,圍巖可以是堿長花崗巖型(燕山期)、英堿正長巖型(喜馬拉雅期),也可以是流紋巖型,其中,堿長花崗巖型主要分布在47—71勘探線,英堿正長巖型分布在23—47勘探線,流紋巖型分布在33—71勘探線東緣[7,11]。此外,在牦牛坪礦區(qū)還發(fā)現(xiàn)了角礫巖型礦石,但僅出現(xiàn)于礦區(qū)中部和北部。角礫巖的角礫主要為棱角狀英堿正長巖,基質(zhì)呈黑色,由細粒螢石、重晶石、方解石和氟碳鈰礦組成[12]。

2 龍家溝稀土礦石類型

龍家溝位于牦牛坪礦床南部,地表第四系覆蓋廣泛,僅局部出露含氟碳鈰礦的粗粒螢石-重晶石-方解石脈,但產(chǎn)狀不清。通過對龍家溝稀土礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查,并通過鉆孔驗證,在厚 50～60 m(視厚度,下同)浮土層之下,揭露出厚大的氟碳鈰礦-螢石-重晶石-方解石礦脈,屬于完全隱伏礦體。礦脈總厚度超過100 m,最寬的脈有17 m,超過5 m的脈體有8條。大脈(>30 cm)周圍常配套細網(wǎng)脈,由于脈體的充填使圍巖發(fā)生破碎,多形成角礫狀構(gòu)造,強烈之處則形成角礫巖。

鉆孔ZK001進尺351.69 m揭露的圍巖主要有燕山期灰白色中細粒堿長花崗巖(礦體底板未見底)、灰白色白云石大理巖、變質(zhì)砂巖及輝長巖?；野咨屑毩A長花崗巖和灰白色白云石大理巖中發(fā)育破碎帶,巖石明顯發(fā)生碎裂、泥化現(xiàn)象。堿長花崗巖發(fā)生碳酸鹽化、螢石化、重晶石化、黃鐵礦化、白云母化等蝕變。堿長花崗巖侵入大理巖中,接觸帶巖石破碎。由鉆孔揭露礦石類型自上而下有兩種。

(1)氟碳鈰礦-霓輝石-螢石-重晶石脈型礦石(圖2(a))。礦脈厚10.78 m,稀土氧化物(rare earth oxides, REO)介于2.81% ～ 12.33%之間,平均為6.43%(樣品數(shù)n=6)。由于風化強烈,礦石呈土狀,局部可見重晶石殘晶,霓輝石風化呈黑色土黏土。樣品ZK001-10經(jīng)多晶X射線衍射(X-ray diffraction, XRD)分析,顯示主要由重晶石(58%)、螢石(22%)和石英(13%)組成,含少量氟碳鈰礦(2%)及黏土(5%)(表1,圖3(a))。

表1 龍家溝典型稀土礦石樣品礦物組成Tab 1 Mineral composition of typical REE ore samples in Longjiagou

(a) 風化的氟碳鈰礦-霓輝石-螢石-重晶石脈型礦石 (b) 半風化的氟碳鈰礦-螢石-重晶石-方解石脈型礦石

(a) ZK001-10 (b) ZK001-22

(2)氟碳鈰礦-螢石-重晶石-方解石脈型礦石(圖2(b))。在鉆孔74.31～269.0 m間見多條厚度不等的脈體,稀土氧化物(rare earth oxides,REO)=1.04%～18.23%,平均為4.6%(n=73)。礦石呈半風化,手捏易碎,僅局部呈塊狀,XRD分析結(jié)果顯示,主要由方解石、螢石、重晶石和氟碳鈰礦組成,含不等量的黏土,少量的菱鍶礦、白云母(1%左右)、黃鐵礦(<1%)、方鉛礦(<1%)(表1,圖3(b),(c),(d))。方解石、螢石、重晶石和氟碳鈰礦含量變化范圍較大,大部分樣品中方解石含量未超過50%。螢石和重晶石含量占15%～40%。方解石含量高者,氟碳鈰礦含量反而低(<2%): 一件2 m 長的組合樣中REO=1.8%,樣品ZK001-21中氟碳鈰礦含量為2%; 二件組合樣中REO<1%,樣品ZK001-22中XRD分析未檢測出氟碳鈰礦。在手標本上可以觀察到早晚兩期礦脈(圖4(a))。早期礦脈(圖4(b))呈灰白色,中粗粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造、斑雜狀構(gòu)造。方解石呈灰白色,粗粒、半自形晶; 螢石呈紫色,粗粒、半自形; 重晶石呈白色,因風化呈蜂窩狀; 氟碳鈰礦呈蠟黃色板柱狀,粒徑多在0.2～1 cm 之間,浸染狀或團塊狀不均勻分布。晚期礦脈呈紫色夾灰白色(圖4(c)),細粒結(jié)構(gòu),角礫構(gòu)造、流動狀構(gòu)造。礦石礦物組成與早階段礦脈相似,只是方解石的含量相對降低。晚階段礦石中可以看到早階段粗粒的螢石、氟碳鈰礦和方解石礦物角礫或礦石角礫,膠結(jié)物中的方解石呈微細粒,螢石呈細條帶狀。顯微鏡下觀察,晚期礦脈中氟碳鈰礦呈兩種產(chǎn)出方式: 第一種呈礦物碎屑,半自形板狀、棱角狀、不規(guī)則狀,粒徑大小不等,大的可達1 cm,晶體裂紋發(fā)育,沿著裂隙發(fā)生螢石化、碳酸鹽化(圖5-1); 第二類則呈細小的柱狀晶體,自形,粒徑<1 mm,裂紋不發(fā)育,疊加在方解石膠結(jié)物之上(圖5-2)。

(a) 早晚兩期礦脈樣品 (b) 早期礦脈樣品 (c) 晚期礦脈樣品Cal.方解石; Bar.重晶石; Fl.螢石; Bas.氟碳鈰礦圖4 龍家溝氟碳鈰礦-螢石-重晶石-方解石脈型稀土礦石特征Fig.4 Characteristics of the bastnaesite-fluorite-barite-calcite type REE ore in Longjiagou

Cal.方解石; Fl.螢石; Bas.氟碳鈰礦圖5-1 龍家溝氟碳鈰礦-螢石-重晶石-方解石脈型稀土礦石顯微鏡下特征(左: 正交偏光; 右: 單偏光)Fig.5-1 Microscopic characteristics of the bastnaesite-fluorite-barite-calcite type REE ore in Longjiagou (left: cross-polarized light; right: plane-polarized light)

Cal.方解石; Fl.螢石; Bas.氟碳鈰礦圖5-2 龍家溝氟碳鈰礦-螢石-重晶石-方解石脈型稀土礦石顯微鏡下特征(左: 正交偏光; 右: 單偏光)Fig.5-2 Microscopic characteristics of the bastnaesite-fluorite-barite-calcite type REE ore in Longjiagou (left: cross-polarized light; right: plane-polarized light)

3 對于尋找高品位氟碳鈰礦-螢石-重晶石-方解石脈型稀土礦石的探討

目前,雖然已經(jīng)有很多關(guān)于冕寧—德昌稀土成礦帶中牦牛坪、大陸槽等典型礦床的研究[12-19],但整個稀土成礦帶還存在諸多科學問題。比如: 碳酸巖、英堿正長巖和堿性偉晶巖的成因關(guān)系,碳酸巖巖漿結(jié)晶分異、熱液作用過程中稀土元素遷移、沉淀及富集機制等; 同時,成礦帶內(nèi)資源潛力不明,還有多大的找礦空間尚待進一步研判。

袁忠信等[10]將牦牛坪礦床礦脈的礦石類型劃分為3大類: 氟碳鈰礦-霓輝石-螢石-重晶石脈型、氟碳鈰礦-螢石-重晶石-方解石脈型和含氟碳鈰礦-霓輝石-微斜長石脈型。通過對牦牛坪礦床野外地質(zhì)調(diào)查及對龍家溝鉆孔ZK001的編錄,本文認為龍家溝的兩類稀土礦脈礦石類型定義為氟碳鈰礦-霓輝石-螢石-重晶石脈型和氟碳鈰礦-螢石-重晶石-方解石脈型更合適。其中,氟碳鈰礦-螢石-重晶石-方解石礦脈礦石多半風化,尤其是重晶石和方解石風化強烈,氟碳鈰礦和螢石多殘留,大理巖、堿性花崗巖、輝長巖、變石英砂巖等夾石未風化或風化程度低,易剔除,氟碳鈰礦晶體肉眼可見,易選冶。與同一個鉆孔中揭露的氟碳鈰礦-霓輝石-螢石-重晶石(已風化)脈型礦石相比,此類礦石厚度大、品位高,尤其是含早階段礦石角礫、氟碳鈰礦礦物晶屑的晚階段礦石,品位尤其高,鉆孔2 m一件的組合樣中REO最高含量為18.23%。據(jù)XRD分析,此類礦石中氟碳鈰礦含量最高為16%。晚階段礦石呈碎裂角礫構(gòu)造、斑雜狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造,脈體厚度從十多米的大脈到脈幅不到1 cm的細網(wǎng)脈,礦物組合尤其以重晶石、螢石和方解石含量最大,推測其形成與熱液活動有關(guān)。但這僅是一個鉆孔所揭露的地質(zhì)信息,龍家溝是否存在巖漿成因的方解石碳酸巖有待進一步研究。此外,氟碳鈰礦-螢石-重晶石-方解石礦脈的空間分布、形態(tài)規(guī)模等問題還需要進一步探索。

據(jù)前人資料,牦牛坪礦區(qū)內(nèi)的方解石碳酸巖型礦石(即袁忠信劃分的氟碳鈰礦-螢石-重晶石-方解石脈型礦石),主要為低品位礦石,其中又包含灰白色偉晶狀方解石碳酸巖型和肉紅色中粗粒方解石碳酸巖型兩類[6-7](圖6)?；野咨珎ゾ罘浇馐?圖6(a))碳酸巖主要沿英堿正長巖膨大部位侵入,為半隱伏脈。主脈兩側(cè)有細脈伴隨,總體產(chǎn)狀與NE向斷裂一致,主體部位隱伏在2 840 m標高以下,長116～710 m,脈體厚大部位厚度達 90 m?；野咨珎ゾ罘浇馐妓釒r脈明顯切割了堿性基性偉晶巖脈。此類礦石(巖石)呈灰白色,粗粒至偉晶結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。方解石含量>90%,次要礦物為黑云母、霓石、霓輝石、鈉鐵閃石和正長石等,常見副礦物有磷灰石和榍石等(<1%)[7]。巖脈邊緣發(fā)育霓長巖化和鈉鐵閃石化[20]?？梢?從礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物組成以及圍巖蝕變特征方面,與龍家溝氟碳鈰礦-螢石-重晶石-方解石脈型礦石明顯不同。肉紅色中粗粒方解石碳酸巖(圖6(b)),呈團塊賦存于較厚大的重晶霓輝偉晶巖的中部,穿插、包裹、俘虜灰白色偉晶狀方解石碳酸巖,主要由肉紅色粗粒方解石組成,含量在50%～90%之間,其次有霓石、霓輝石、重晶石、螢石和氟碳鈰礦等礦物,氟碳鈰礦含量在2%左右[7]。在此類方解石碳酸巖中可觀察到細粒螢石-重晶石-方解石細脈侵入圖6(c),圍巖中未見霓輝石、鈉鐵閃石、黑云母化,類似于龍家溝氟碳鈰礦-螢石-重晶石-方解石脈。目前,此類脈體的規(guī)模、分布尚未查明,但可以肯定的是牦牛坪礦床也存在氟碳鈰礦-螢石-重晶石-方解石脈,牦牛坪礦化帶上存在多階段的氟碳鈰礦-螢石-重晶石-方解石脈。因而值得對此類脈體進行深入研究,在地質(zhì)找礦實踐中開拓新的找礦思路。

Cal.方解石; Bar.重晶石; Fl.螢石; Aea.霓輝石圖6 牦牛坪礦床灰白色偉晶狀方解石碳酸巖(圖a(左))、肉紅色粗粒方解石碳酸巖(圖a(右),圖b和圖c)及肉紅色中粗粒方解石碳酸巖中侵入的細粒螢石-重晶石-方解石細脈(圖c)照片F(xiàn)ig.6 Photographs of the offwhite pegmatitic calcite carbonatite ((a) left), fleshy red coarse carbonatite ((a) right, (b) and (c)) and intrusive fine fluorite-barite-calcite string in fleshy red medium-coarse calcite carbonatite in Maoniuping deposit.

4 結(jié)論

牦牛坪礦床外圍龍家溝新發(fā)現(xiàn)品位高、厚度大的氟碳鈰礦-螢石-重晶石-方解石熱液脈型礦體,并可劃分為早、晚兩個階段,二者疊加部位品位更高。此類高品質(zhì)稀土礦石類型及新礦體的發(fā)現(xiàn)意義重大。

(1)新發(fā)現(xiàn)的稀土礦體位于牦牛坪在采礦山的近鄰,與牦牛坪礦床構(gòu)成同一個稀土礦田,對于形成大型稀土資源基地具有現(xiàn)實意義,受到了中國稀土集團的高度重視。

(2)厚度大而高品位稀土原生礦體的發(fā)現(xiàn),不但對于拓展牦牛坪稀土礦田的找礦前景具有現(xiàn)實意義,對于其他地區(qū)(包括牦牛坪礦區(qū)內(nèi)及大陸槽等地)的深部找礦具有參考意義。

(3)在厚度達50 m的第四系浮土下還可以找到隱伏礦體,對于深部找礦技術(shù)方法的創(chuàng)新引領(lǐng)具有啟示意義。

(4)新礦體的發(fā)現(xiàn)完全是在前期典型礦床研究和成礦規(guī)律總結(jié)的基礎(chǔ)上,在自然資源部王廣華部長到牦牛坪礦區(qū)調(diào)研之后,項目組圍繞國家目標,及時調(diào)整工作部署,以大型資源基地增儲上產(chǎn)和保障國家能源資源安全為指導(dǎo)取得快速突破的典型,對新一輪找礦突破戰(zhàn)略行動的實施具有借鑒意義。