大磊山及其周边重稀土矿特征及成矿地质背景分析

余立新

(湖北省地质科学研究所,湖北 武汉　430034)

0　引言

自武当—桐柏—大别成矿带提出并成为中国国家级的第20个成矿带以来,国家和省在该成矿带部署了一批科研、区调和矿产勘查项目,在2012年6月份,湖北省国土资源厅委托湖北省地质科学研究所完成《大磊山及其周边地区含磷、重稀土岩系成矿地质背景及找矿潜力研究》(项目编号:CSJ-ZC-2012-024)项目[1],目前该项目已经验收通过。

在充分搜集资料、野外调查和室内综合研究的基础上,该项目组首次提出大磊山及其周边重稀土矿床为富碱的酸性火山岩变质型,并归纳和总结其找矿标志。

1　大磊山及其周边重稀土矿空间分布特征

大磊山及其周边重稀土矿资源丰富,有大型矿床一处(广水重稀土矿),中型矿床一处(邓家湾重稀土矿),矿点众多[2]。重稀土矿主要有三个分布区,大磊山周边、广水以及芳畈地区,其中大磊山和广水地区重稀土矿成因相似,严格受地层控制,芳畈地区重稀土矿则与岩浆岩关系密切。矿床分布见表1、图1。

大磊山周边地区主要有三个含重稀土矿层位:下重稀土矿层,位于陡山沱组(Z1d)内的上下磷矿层之间,代表矿点为汤家沟重稀土矿点；中重稀土矿层,位于上磷矿层之上的马吼岭岩群(∈2OM)下部,代表矿点为方家冲重稀土矿点,杜家桥重稀土矿点；上重稀土矿层,位于马吼岭岩群(∈2OM)下部中重稀土矿层之上,代表矿床为邓家湾重稀土矿床。广水重稀土矿的层位与大磊山地区的邓家湾重稀土矿床可能是同属于上重稀土矿层[3-4]。

表1　大磊山周边主要重稀土矿分布一览表

1.1　大磊山周边

重稀土岩系位于含磷岩系上部,环绕大磊山周边呈环状分布,重稀土矿层主要分布于大磊山隆起的南侧和南东侧：南侧中重稀土矿层(②号矿层)发育,分布有方家冲、杜家桥重稀土矿点；南东侧上重稀土矿层(③号矿层)发育,分布有泉水庵重稀土矿点、邓家湾重稀土矿床。这些矿床(点)工作程度较高,其中邓家湾重稀土矿已经详查。此外大磊山北东分布有汤家沟矿点(①号矿层)和乐家冲矿点(②号矿层),这些矿点规模较小,仅开展了踏勘工作。

通过本次科研工作,在大磊山北东乐家冲矿点向南东和北西延伸部位,均发现了重稀土矿化层(含重稀土岩系),值得进一步工作。

1.2　澴水断裂以西广水地区

该区重稀土矿主要分布于广水镇以西、广水市以北地区,矿层呈北西向分布,全长5 000余米,由南东向北西依次分布有殷家沟、龙泉沟、老虎冲矿段,该区工作程度很高,均已详查[4]。

图1　大磊山基底周缘重稀土矿分布图

2　典型矿床地质特征

区内规模最大的重稀土矿分别为邓家湾和广水重稀土矿,两矿床均已详查,通过两矿床的研究,对本区重稀土的成矿地质背景分析有十分重要的意义。

2.1　邓家湾重稀土矿

2.1.1 矿区地质概述

矿区为一单斜构造,地层走向25°～40°左右,倾向南东,倾角30°左右。矿区侵入岩不发育,仅见少量煌斑岩脉。出露地层为马吼岭岩群(∈2OM),含矿岩系围绕大磊山东南部呈北东—南西向分布,矿区出露的岩性组合自上而下为[5-6]:

⑥ 白云钠长片麻岩夹绿泥绿帘二云钠长角闪片岩,厚度>50 m；

⑤ 白云钠长片麻岩夹白云石英片岩,厚34.33 m；

④ 白云钠长片麻岩夹浅粒岩,厚57.91 m；

③ 白云钠长片麻岩夹重稀土矿2-5层,厚176 m；

② 浅粒岩夹白云钠长片麻岩,厚102 m；

① 绿泥绿帘二云二长片岩与白云钠长片麻岩互层,厚度>60 m。

重稀土矿层以浅肉红色含重稀土白云钠长片麻岩和白云钠长浅粒岩为标志,其赋存于上下两套绿片岩系(原岩可能为中基性火山岩)之间。

2.1.2矿床地质特征简介

矿区发育上下两矿层。下矿层全长3 000余米,呈层状产出,基本上连续分布于全矿区,矿层一般厚5 m,最厚可达14 m,向下延伸100～200 m。上矿层出露于下矿层南西,全长3 000余米,矿层厚1～4 m,向下迅速尖灭。两矿层大致平行分布,相距25～50 m。矿体呈似层状或透镜状,产状与围岩一致,顶底板和矿层岩性相同,主要为白云钠长片麻岩,少数是二云钠长片麻岩(变粒岩)、白云石英片岩、白云钠长变粒岩等。矿石品位一般Y2O3为0.05%左右,最高0.096%,沿走向品位变化较大。

矿石自然类型包括白云钠长片麻岩型、变粒岩型、白云石英片岩型和浅粒岩型。主要的重稀土矿物为硅铍钇矿、磷钇矿、褐钇铌矿、少量褐帘石、铈铀钛铁矿、钍石,其他矿物包括少量的锆石、磷灰石、金红石、白钛矿、磁铁矿、黄铁矿、石榴子石、电气石等。矿石以Y元素为主,Yb、La、Ce、Nb、BeO等含量偏高。

2.2　广水重稀土矿

2.2.1矿区地质概述

矿区发育有一系列北西向展布的线形褶皱,并组成殷家沟—老虎冲倒转复式向斜,含矿岩系位于倒转向斜的核部,呈北西—南东向展布,倾向南西,倾角50°～80°。

1∶25万麻城幅区调认为矿区出露地层为陡山沱组和灯影组,但是根据野外实地观察,结合重稀土成矿特征,该区地层不应该只是陡山沱和灯影组地层,而应该包括马吼岭岩群(∈2OM),在本次工作中由于研究经费和研究范围限制,对该区的地层情况并未做更进一步的研究,只能结合有关资料探讨各段岩石组合。矿区地层岩石组合由上至下为:

含重稀土岩系

⑧ 绿泥绿帘钠长片岩,夹少量白云石英片岩或白云母片岩,厚60 m；

⑦ 重稀土矿层,主要岩性为含重稀土的(钠长、二长、钾长)浅粒岩(变粒岩)、白云钠长片麻岩、白云石英片岩等,矿层边部有含重稀土绿片岩,厚10～36 m；

⑥ 绿帘绿泥钠长片岩,夹白云石英片岩及白云钠长片岩,厚8～30 m；

⑤ 浅粒岩、变粒岩,夹白云钠长片岩、绿片岩,厚20～220 m；

含磷岩系

④ 白云质大理岩、绿帘绿泥钠长片岩,局部夹白云石英片岩,该层含磷矿(一般厚度0.5 m),厚8～80 m；

③ (钠长、二长、钾长)浅粒岩、白云钠长片岩夹少量绿片岩,厚20～160 m；

② 白云钠长片岩、变粒岩、绿片岩(绿帘绿泥钠长片岩、绿帘钠长阳起石片岩、钠长角闪片岩等)、黑云斜长片麻岩,厚40～190 m；

① 黑云斜长片麻岩，局部夹变粒岩或浅粒岩,厚度>100 m。

以上地层序列中①-④层为含磷岩系,与大磊山北陈茨园磷矿和冷棚磷矿特征相似,为区域上的上磷矿层。⑤-⑧层为含重稀土岩系,与邓家湾重稀土矿类似,含矿岩石主要为白云钠长片麻岩、(钠长、二长、钾长)浅粒岩等,重稀土矿层也位于两套绿片岩系(原岩可能为中基性火山岩)之间。

2.2.2矿床地质特征简介

重稀土矿层出露较稳定,矿体呈层状或似层状,厚2～20 m不等,向下延伸50～150 m,产状与围岩一致。矿层底板岩性为白云钠长变粒岩、白云石英片岩和绿片岩,顶板常为绿片岩。

矿石自然类型包括(钠长、二长、钾长)浅粒岩型、白云钠长片(麻)岩型、变粒岩型、白云(钠长)石英片岩型等。除去常见的造岩矿物外,尚见少量锆石、石榴子石、尖晶石、金红石、电气石等。重稀土矿物一般以硅铍钇矿、褐钇铌矿、磷钇矿为主，另有铈铀钛铁矿,品位较稳定,Y2O3一般>0.07%,最高0.155%。

3　大磊山周边重稀土矿总体特征

以上邓家湾和广水典型重稀土矿区的特征极其相似,同时本次工作对杜家桥矿区、乐家冲矿区进行了路线调查工作,发现具有相同的特点。据此,大磊山及其周边重稀土矿的特征可归纳如下:

(1)含重稀土矿岩系都分布在隆起或是褶皱的四周,且位于含磷岩系之上。尤以大磊山隆起和澴水断裂以西广水地区殷家沟—老虎冲倒转复式向斜最为发育。由此提示:其余隆起或褶皱周围震旦纪及寒武—奥陶纪中浅变质岩系的含磷岩系之上应有重稀土矿赋存,可以作为新的找矿方向。

(2)含重稀土矿岩系主要的岩石组合为(钠长、二长、钾长)浅粒岩、白云钠长片(麻)岩、变粒岩、白云(钠长)石英片岩等,不同的矿区通常以其中几类岩石为主,矿石多为含重稀土二长(或钾长)浅粒岩,故岩石往往呈浅肉红色,并位于上、下两套绿片岩系之间。

(3)矿石中所含重稀土矿物在各个矿区具有一致性,主要有三种:硅铍钇矿、褐钇铌矿、磷钇矿；均以Y元素为主,其它稀土元素含量较低,是圈定重稀土矿体的重要依据。

(4)含重稀土岩系具有一定的放射性,重稀土含量与放射性强度呈正比,重稀土矿层伽玛强度一般在20 γ以上,含重稀土岩层一般在15γ以上,不含重稀土的岩层一般在13 γ以下；在部分含重稀土岩系分布区还存在Y或Yb地球化学异常,是寻找重稀土矿赋存层位的重要信息依据。

(5)含重稀土岩系在区域上有多层分布的特点,特别是在大磊山周边地区比较明显,但是这些不同的含重稀土岩系又具有相同的特点,这是区域内有多次重稀土成矿期(火山—沉积旋回)形成的,还是由于构造作用引起的含矿岩系重复所造成的,有待今后进一步工作研究。但无论如何,这是扩大找矿前景的重要途径。

4　矿床成因分析

该区域关于重稀土矿的成因有多种分析和见解,李石等(1980年)提出是沉积变质型[7-9],含矿岩石是在沉积变质岩基础上经含矿钠质溶液渗透交代而形成的,含矿钠质溶液来自深部混合岩,钇主要从混合岩基体中浸出转移而来；湖北省第六地质队(1979—1980年)提出是古海滨砂矿型；袁忠信(2001)认为广水重稀土矿是由富碱及稀土的酸性流纹岩通过断裂喷溢在断陷盆地中经轻度变质作用及交代作用而成矿,即酸性火山岩经区域变质而成[10]。

本次研究认为大磊山及其周边地区中浅变质岩系中的重稀土矿为富碱的酸性火山岩变质形成,主要证据如下:

(1)大磊山周边内不论是邓家湾还是广水地区,重稀土矿特征十分相似,在含矿地层层序,含矿岩石、重稀土矿物种类、各类矿物晶体形态(晶胞参数)、元素含量等特征方面几乎相同,说明了各重稀土矿床成因相同,且重稀土元素同源,均来自于区域火山作用。

(2)含重稀土岩系中的重稀土矿层位于绿片岩之间,含重稀土岩系还是重稀土矿层都与地层呈平行接触,随着地层的变化而变化，岩石地球化学特征显示:各类绿片岩原岩为基性火山岩,含重稀土岩系的钠长片麻岩、浅粒岩的原岩为酸性火山岩。二者组成了完整的基性—酸性双模式火山喷发旋回。它们的大地构造属性为震旦纪—早古生代时期扬子陆块北缘的陆缘裂谷中央带的裂陷海槽。

(3)如果重稀土矿物为风化产物,那么在区域内势必应该存在下伏深变质岩系的风化源区。但大磊山隆起核部片麻状花岗岩以及其它各个隆起核部深变质岩系中没有硅铍钇矿、褐钇铌矿、磷钇矿集中产出。虽然在武胜关南侧老岩层内发现了含磷钇矿较多的地段,但是这种磷钇矿与广水、邓家湾两矿区中的磷钇矿在形态上有所不同,前者几乎无柱面,后者多半呈长柱状,这种差异说明前者是基底深变质岩系中原始沉积的碎屑,而后者是基底盖层中火山熔浆中析出并经变质作用重结晶的结晶矿物。

(4)重稀土矿层往往呈浅肉红色,这与岩石中的钾含量较高有关,含矿岩性常为二长或钾长浅粒岩(片麻岩),含矿层岩石内钾长石含量较其余地层明显偏高。表明后期变质作用中,含重稀土矿岩石经历了变质热液的钾化蚀变,致使重稀土矿富集成矿体。

(5)镜下显示重稀土矿物除了分布于石英、长石、白云母等矿物颗粒之间外,还有众多的硅铍钇矿、褐钇铌矿、磷钇矿和锆石呈细小包体位于钠长石晶体中,这些特点与该区非含矿岩石中的钠长石明显不同。由此说明重稀土矿物有两种状态:一为散布的颗粒；二为钠长石的包体,显示变质作用的重结晶过程。

(6)虽然现阶段所收集的含矿岩石地球化学数据经过图解研究显示大多位于砂岩区,部分样品数据投影位于火山岩区,此证明含矿岩系总体是以沉积作用为主并伴有火山喷发作用,因此含重稀土矿层是火山—沉积作用所形成。

5　重稀土矿成矿地质背景分析

5.1　重稀土矿成矿构造背景

震旦纪之后,古生代时期,作为扬子地块北缘的大磊山地区经历了又一次板块裂解演化过程,此次裂解沿宣化店—吕王—高桥—永佳河一线。裂解早期主要沉积了一套陆棚边缘环境的碎屑—碳酸盐岩建造(含磷锰岩系)；裂解中期,双模式酸性火山岩与基性火山岩喷发(马吼岭岩群下部),伴随着火山岩的多次喷发及其间沉积作用的伴随,在各个隆起的周缘含磷岩系之上,构成了火山—沉积地层序列,由基底深变质岩中风化碎屑重稀土矿和火山熔浆所析出的重稀土矿,形成了区内的多层重稀土矿层。裂解作用的加强,导致志留纪早世裂解最大,形成了二郎坪—高桥—永佳河—浠水洋槽—“秦岭洋”。晚古生代,秦岭洋槽从离散型逐渐转变为汇聚型。中生代时期发生俯冲—碰撞造山阶段,发生区域变质作用,致使重稀土矿重结晶富集成矿体。

总之,大磊山周边重稀土矿主要位于以大磊山为代表的隆起周缘,各隆起和褶皱区域含磷岩系及其上部,不仅是磷矿形成的有利区域,同样也是重稀土矿找矿的有利区域,大磊山周边的磷和重稀土有一定的“共生”特点。

5.2　重稀土矿成矿沉积环境

从区域重稀土岩系特征来看,都具有相似的火山—沉积特点,沉积环境均位于水下隆起的周缘滨浅海环境。泥沙质物质(以白云石英片岩为代表)沉积随着火山活动的增强,逐渐形成以基性火山岩喷发为主,晚期酸(碱)性火山岩占主导地位,这些火山岩与陆源泥沙质沉积岩相间岀露,显示火山喷发—沉积序列,形成了多层重稀土矿层。

5.3　重稀土矿找矿标志

结合区内重稀土矿的总体特征及其成矿地质背景,大磊山及其周边地区重稀土矿找矿标志可归纳如下:

(1)构造标志大磊山以及其它隆起区周缘,含磷岩系之上,是寻找重稀土的有利地区。

(2)地层标志绿片岩发育地区,在绿片岩上部或下部的变酸性火山岩及浅色片岩。

(3)岩石标志淡红色、浅肉红色的白云钠长片麻岩、二长浅粒岩等。

(4)放射性标志含矿岩石与非含矿岩石由于变质作用在外观上十分相似,通过放射性测量能够很好地进行区分,区内在20γ以上的地层,是重稀土矿产出的有利地段。

(5)化探异常标志具有区域Y或Yb单元素异常或组合异常的地区。

6　结语

综上所述,大磊山及其周边重稀土矿得出如下结论：大磊山及其周边重稀土矿主要分布于大磊山基底周缘和澴水断裂以西广水地区,至目前为止是湖北省最大的重稀土矿岀露区。

致谢:该项目的成果是集体劳动的结晶,特别感谢湖北省区域地质矿产调查所教授级高级工程师金经炜，湖北省地质科学研究所教授级高级工程师王建新、李红军，武汉地质调查中心教授级高级工程师彭练红，湖北省地质调查院教授级高级工程师周世卿的悉心指导和关怀。

参考文献:

[1]余立新，等.大磊山及周边地区含磷、重稀土岩系成矿地质背景及找矿潜力研究[R].武汉:湖北省地质科学研究所,2013.

[2]湖北省区测队.1∶5万大悟南半幅、小河镇幅矿调报告[R].武汉:湖北省区测队,1978.

[3]湖北省第六地质大队.大悟县邓家湾重稀土矿地质检查报告[R].孝感:湖北省第六地质大队,1978.

[4]湖北省第六地质大队.应山县广水重稀土矿区普查详查报告[R].孝感:湖北省第六地质大队,1980.

[5]湖北省地质调查院.1∶25万麻城市幅区域地质调查报告[R].武汉:湖北省地质调查院,2003.

[6]王建新,彭练红，等.湖北省大别地区1∶5万片区总结[R].武汉:湖北省区调所,2000.

[7]李石，等.湖北省应山—大悟地区重稀土矿物质成分研究报告[R].武汉:湖北省地质试验所,1979.

[8]李石，等.应山—大悟地区变质岩中重稀土矿的岩石矿物特征及其矿床成因[R].武汉:湖北省地质试验所,1980.

[9]叶源远，等.湖北应山殷家沟重稀土矿可选性考查试验[R].武汉:湖北省地质试验所,1979.

[10]袁忠信.中国内生稀有稀土矿床的时空分布[J].矿床地质,2001,20(4):347-354.