河南太后庙稀土矿区地质特征及成矿机理研究

孙春霞 贠鹏超 张素超 陈晓明

摘要：太后廟稀土矿区地层属华北地层区豫西地层分区嵩山地层小区，区内构造较为简单，石秤花岗岩体产于嵩山复式背斜南翼，在区内分布较广，主要为石秤钾长花岗岩体岩脉及小岩株和辉绿岩脉。区内发现共圈定出48条碱长花岗岩脉，脉体规模大小不等，属于轻稀土富集型碱性花岗岩矿床，在该区找矿方向主要是寻找碱长花岗岩脉。伽马场高背景值、岩性、地表、岩浆岩等找矿标志明显，以后应进一步加强对碱长花岗岩脉的形成机制研究，扩大找矿远景。研究结果为以后的地质勘查提供重要的参考。

关键词：太后庙稀土矿区；地质特征；成矿机理

1.引言

太后庙稀土矿区位于华北陆块中南部、豫皖古陆块、中条山古元古代活动陆缘和太华-登封新太古界岩浆弧上的嵩箕台隆（图1）。区域地层属华北地层区豫西地层分区嵩山地层小区，地层出露较全，从新太古界、古元古界、中、新元古界、下古生界、上古生界、中生界和新生界等时代地层均有出露。基底由新太古界登封岩群、古元古界嵩山岩群构成；盖层为中-新元古界蓟县系、震旦系、寒武系、石炭系、二叠系、三叠系等。

2.地层特征

该区位于河南登封市境内，地层出露简单，主要为嵩山群罗汉洞组（Pt1l）、寒武系中统张夏组（∈2z）、寒武系上统崮山组（∈3g）、石炭系中统本溪组（C2b）、二叠系上统孙家沟组（P3s）、三叠系下统刘家沟组（T1l）、三叠系下统和尚沟组（T1h）、上统油坊庄组（T2y）及古近系陈宅沟组（E2c）、新近系洛阳组（N1l）、第四系。

嵩山群罗汉洞组（Pt1l）主要岩性为石英岩、绢云母石英片岩，与石秤花岗岩体为侵入接触，与三叠系下统和尚沟组、古近系陈宅沟组为断层接触。

寒武系中统张夏组（∈2z）张夏组分为一段、二段及三段，一段为灰色含泥质条带鲕状灰岩、暗紫红色页岩；二段为灰白色厚层状鲕粒灰岩；三段为鲕粒白云岩，上部夹竹叶状灰岩。与石秤花岗岩体为侵入接触，与上覆崮山组整合接触。

寒武系上统崮山组（∈3g）主要岩性为中厚层状细晶白云岩，与下伏张夏组三段为整合接触，与石炭系本溪组为不整合接触。

石炭系上统本溪组（C2b）主要岩性为杂色铁铝质泥岩、褐红色铁铝质铝土岩、灰白色铝土岩。与二叠系上统孙家沟组为断层接触。

二叠系上统孙家沟组（P3s）主要岩性为紫红、灰绿色粉砂质泥岩、粉砂岩，中细粒砂岩夹钙质结核。与上覆三叠系下统刘家沟组为整合接触。

三叠系下统刘家沟组（T1l）主要岩性为紫红色石英砂岩。与上覆和尚沟组为整合接触。

三叠系下统和尚沟组（T1h）主要岩性为暗紫红色泥岩夹紫红色砂岩。与嵩山群罗汉洞组为断层接触。

三叠系下统油坊庄组（T2y）主要岩性为米黄色长石石英砂岩。

古近系陈宅沟组（E2c）主要岩性为紫红色砂质粘土岩与红色粘土质砂砾岩互层夹透镜状砂岩。与嵩山群罗汉洞组为断层接触。

新近系洛阳组（N1l）主要为粘土岩、砾岩钙质结核层。

第四系主要为河流冲积的浅黄色黄土状亚砂土粉砂土及砾石层、砂、卵石、亚砂土、粘土等。

3.构造特征

区内构造较为简单，断裂构造主要为预查区南部发育一条走向近北东东向的断层，断裂带北侧为嵩山群罗汉洞组，南侧为中寒武统张夏组—三叠系、新近系。西南部发育一条小的断裂构造，断裂走向北东-南西向，断裂西部为石炭系中统本溪组，东部为二叠系上统孙家沟组，为断层接触。

4.岩浆岩

嵩山地区石秤花岗岩体产于嵩山复式背斜南翼，在区内分布较广，占矿区总面积的85%以上，根据岩性及分布范围可分为石秤钾长花岗岩体（粗粒正长岩、碱长花岗岩）岩脉及小岩株和辉绿岩脉三部分。石秤花岗岩体与稀土矿化体关系密切，为稀土矿化体成矿母岩，主要依据如下：稀土矿化体与石秤花岗岩体在空间上不可分，稀土矿化体仅赋存于石秤花岗岩体中，在石秤花岗岩体北部登封岩群、嵩山群及登封变质杂岩中未见。因此，在成岩成矿时代上，稀土矿化体和石秤花岗岩体有先后继承关系，为岩浆后期热液成矿。石秤花岗岩体本身即为轻稀土富集型的碱性花岗岩，稀土矿化体是以石秤花岗岩为成矿母岩，在其后期岩浆演化过程中含矿热液沿裂隙充填形成。

5.地球物理特征

5.1岩石伽马背景场

通过FD-3013环境γ辐射监测仪测量，确定区内主要三种岩性的背景值和分布规律（表1）。

其次根据岩性底数统计情况，结合此次测区大面积出露的岩性为正长花岗岩，因此以正长花岗岩背景值计算出标准偏差，得出伽马场的分级标准和野外异常点的确定原则。

根据公式计算出伽马正常场、偏高场、高场、异常场的分级场值（表2）。

5.2伽马总量异常分布

区内正长花岗岩正常伽马背景值为33×10-6，以高出正常背景值3倍（即伽马场强度90×10-6），受一定岩性或构造控制的，确定为最低异常点；其受同一岩层或构造带控制，连续长度大于20m，断续长度大于100m的确定为异常带。

区内完成了伽玛总量测量测点11462个，圈定了16个γ异常，伽马总量等值线图如下（图2）。

6.矿（化）体特征

区内发现共圈定出48条碱长花岗岩脉，脉体规模大小不等，主要分布在工作区中部和北西部，宽度在2m～30m左右，长度30m～1100m。初步工作后确定4条碱长花岗岩脉达到矿化。

M8岩脉：走向北东-近东西，倾向南东-南，倾角50°～ 75°，延长约300m，厚度1.95m，出露不连续，Y2O3分析结果0.033%～0.047%。

M22岩脉：由两条支脉组成，两条支脉走向分别为北东向、北西向，长度分别为400m、380m，矿化岩脉厚度0.70m。TRE2O3分析结果0.18%、Y2O3分析结果0.033%。

M25岩脉：出露长度约240m，宽度约30m，厚度1.79m～ 1.85m，产状340°∠54°。向北东方向延伸与东西向岩脉相交，东西向岩脉长约1000m。Y2O3分析结果0.016%～0.03%。

M31岩脉：脉体规模小，走向近东西向，岩脉宽5～15m，长约250m，厚度2.68m。Y2O3分析结果0.025%～0.035%。

7.成矿机理

7.1矿床成因

根据前人研究成果结合本次工作成果认为该区的成岩成矿时代上，石秤花岗岩体与稀土矿化体有着先后继承关系，石秤花岗岩体为成矿提供了丰富的稀土矿物质，后期在热液影响下发生活化，最终产生稀土元素并沿裂隙充填富集形成该区的稀土矿。属于轻稀土富集型碱性花岗岩矿床。

原岩中稀土总含量是离子型轻稀土矿床成矿物质基础，在别的条件一致的情况下，原岩的稀土含量越高，矿体的品位也越高。原岩中稀土元素的赋存状态很大程度上决定了礦石中稀土元素的赋存状态，这对稀土元素的活化，迁移和富集特别是矿体的浸出品位具有很重要的影响。原岩中稀土元素的总量和赋存状态与花岗岩的起源，演化和流体交代关系密切。

7.2找矿方向

（1）伽马场高背景值标志：对比区内各岩性及稀土矿（化）体的背景值和变化范围，认为该区寻找伽马场的高背景值为找矿的物理标志。（2）岩性标志：区内岩性以粗粒正长岩、碱长花岗岩分布广泛。成矿母岩中矿物的含量限制了稀土元素的来源。岩石形成矿物中稀土元素的含量按钾长石，斜长石，云母和石英的顺序排列。钾长石的含量最高，而且钾长石比斜长石更容易风化。因此，石秤花岗岩体中的碱长花岗岩脉为找矿的岩性标志。（3）地表标志：低山丘陵地貌有利于形成离子吸附型花岗岩风化壳轻稀土矿床。最有利的是海拔400m～600m和相对高度差100～250。（4）岩浆岩标志：石秤花岗岩体本身为富含轻稀土的碱性花岗岩，稀土矿化碱长花岗岩脉为后期岩浆演化过程中含矿热液沿裂隙充填而形成，为岩浆后期热液成矿。以后应进一步加强对碱长花岗岩脉的形成机制研究，扩大找矿远景。

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