豫西太平鎮(zhèn)稀土礦床地質(zhì)特征及成礦模式*

王瑞利

（河南省核技術應用中心）

稀土是重要戰(zhàn)略資源，關乎國計民生和國防安全。秦嶺造山帶是我國重要的成礦帶，隨著勘探工作的不斷深入，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了太平鎮(zhèn)等多處稀土礦床，總資源量達200 多萬噸。該礦床從2013 年展開普查，至2016 年共發(fā)現(xiàn)7 條稀土礦帶，圈定17 個礦體，提交稀土氧化物總量17 余萬噸，是河南省第一處中型稀土礦［1-2］。在系統(tǒng)總結(jié)太平鎮(zhèn)稀土礦礦床地質(zhì)特基礎上，著重通過同位素和包裹體特征分析研究了成礦物質(zhì)來源、成因類型等，建立了該區(qū)的成礦模式，以期對本地區(qū)找礦有所啟示和禪益。

1 地質(zhì)背景

太平鎮(zhèn)稀土礦位于北秦嶺巖漿島弧瓦穴子斷裂南側(cè)（圖1）。秦嶺復合型大陸造山帶是重要的成礦帶，地殼組成和結(jié)構(gòu)復雜。以商丹和勉略縫合帶為界可劃分為北秦嶺構(gòu)造帶、南秦嶺構(gòu)造帶和揚子板塊北緣構(gòu)造帶［3］。作為北秦嶺造山帶的重要構(gòu)造—地層單元的二郎坪地質(zhì)體，由二郎坪群和各類花崗巖侵入體構(gòu)成［2］。二郎坪群南隔朱夏斷裂與秦嶺巖群北側(cè)的含金剛石超高壓榴輝巖相鄰［4］，為1 套具有島弧—弧后盆地特征的火山—沉積組合。區(qū)域斷裂構(gòu)造以瓦穴子和朱夏斷裂為代表，呈北西向展布；太平鎮(zhèn)—板山坪復式斜歪—倒轉(zhuǎn)背斜，以二郎坪群大廟組為核部，南、北分別與秦嶺群和寬坪巖群斷層接觸，北翼因巖體吞噬出露不全。它們是北秦嶺構(gòu)造亞帶重要的控巖控礦構(gòu)造，控制了區(qū)域金、銀及有色金屬礦產(chǎn)的空間分布。區(qū)域巖漿活動頻繁，巖石成分以中酸性巖類為主，主要有張家莊中酸性巖帶、西莊閃長巖體等古生代侵入巖，及老君山、滿子營花崗巖等早白堊世花崗巖類。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地 層

礦區(qū)地層為下古生界二郎坪巖群大廟組和火神廟組，及第四系洪（沖）積、殘坡積物。

大廟組出露于礦區(qū)東南，主體為1套火山沉積向正常沉積過渡的變質(zhì)沉積巖系，由變質(zhì)碎屑巖和碳酸鹽巖沉積而成，巖性以黑云石英（斜長）片巖、大理巖為主［2］。

火神廟組出露于礦區(qū)南部小十里溝—李家莊—東坪一帶，是Ⅲ號、Ⅵ號稀土礦化帶的賦礦地層。該地層以基性火山巖為主，巖性為變細碧巖、變細碧玢巖、變石英角斑巖，頂部夾少量含炭硅質(zhì)巖及變質(zhì)砂巖層［5］。在礦區(qū)巖層巖性主要為斜長角閃片巖、斜長角閃巖等，以單斜互層產(chǎn)出。

2.2 構(gòu) 造

礦區(qū)構(gòu)造以北西向斷裂構(gòu)造為主（圖1），北西西向、北東向次之。圍巖蝕變強烈，明顯具有長期多期次活動特征。北西向斷裂構(gòu)造最為發(fā)育，近平行展布，以F2、F3、F4為主，是礦區(qū)主要的控礦、容礦構(gòu)造，稀土礦體嚴格受構(gòu)造控制。F2 斷裂向北西出現(xiàn)分枝復合現(xiàn)象。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)巖漿活動強烈且出露廣泛，北部以老界嶺復式巖體為主，南西部為海西期二長花崗巖，中、南部分別為加里東期張家莊斜長花崗巖帶，及西莊（輝長）閃長巖體。

張家莊斜長花崗巖是Ⅰ至Ⅴ號稀土礦帶的主要賦礦巖體，巖石呈灰白色，半自形柱粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，成巖礦物為斜長石、堿性長石、石英、黑云母、綠簾石及磁鐵礦。西莊（輝長）閃長巖呈淡灰綠—灰黑色，半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，由普通輝石，斜長石，石英組成。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

稀土礦體主要產(chǎn)于Ⅰ至Ⅴ和Ⅶ號石英—蝕變巖礦脈中，Ⅱ2、Ⅲ5 和Ⅳ2 為主礦體，Ⅱ4、Ⅲ6 薄脈型。礦脈受構(gòu)造蝕變帶控制，礦體呈脈狀和透鏡狀，產(chǎn)狀與斷裂一致。礦化在產(chǎn)狀或平面轉(zhuǎn)折處富集明顯。Ⅱ2控制長1 060 m，厚0.49～4.42 m，平均為2.26 m，δ=1.06，變化系數(shù)為46.99%，屬穩(wěn)定型，品位為0.943%～5.097%，平均為 2.67%，δ=0.98，品位變化系數(shù)為36.87%，屬較均勻型。Ⅲ5 控制長760 m，厚0.89～11.34 m，平均為 3.28 m，δ=2.72，厚度變化系數(shù)為82.95%，屬較穩(wěn)定型，品位為1.17%～7.046%，平均為2.97%，δ=1.75，品位變化系數(shù)為58.93%，屬較均勻型。Ⅳ2 控制長 630 m，厚 1.16～3.24 m，平均為 2.38 m，δ=0.78，厚度變化系數(shù)為32.77%，厚度穩(wěn)定；品位為1.476%～2.78%，平均為2.10%，δ=0.47，品位變化系數(shù)為22.47%，品位變化均勻。主礦體形態(tài)完好，礦體與圍巖無明顯界線。礦體特征見表1。

?

3.2 礦石礦物

稀土礦石主要礦物組成有氟碳鈰礦（80～90%）、石英（50%）和重晶石（10～15%）；次要礦物螢石、方解石、獨居石、黃鐵礦、磁鐵礦、黃銅礦、滑石、鉀長石、綠泥石、高嶺土；付礦物鋯石、磷灰石，次生礦物褐鐵礦。氟碳鈰礦呈鱗片粒狀、柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)，似片麻狀、條帶狀和塊狀構(gòu)造，產(chǎn)在構(gòu)造蝕變碎裂巖之間，或嵌布在方解石、石英脈中。

3.3 圍巖蝕變

熱液蝕變多期廣泛發(fā)育，多重疊加。與稀土礦化關系密切的蝕變有硅化、碳酸鹽化、重晶石化、螢石化、綠泥石化、綠簾石化、黃鐵礦化、輝鉬礦化、磁鐵礦化等。

4 礦床成因

4.1 成礦物質(zhì)來源

太平鎮(zhèn)稀土礦床與白云鄂博稀土礦床等國內(nèi)其他稀土礦成礦物質(zhì)均來源于幔源，不同的是前者的成礦流體受到了殼源物質(zhì)的混染，后者未受到或混染程度相對較輕。

4.1.1 同位素特征

（1）8 件碳同位素測值δ13CV-PDB=-2‰～-4.2‰，極差為2.2‰，平均為-3.225‰，與幔源碳（-3‰～-8‰）一致。有4個樣略高于幔源碳，說明碳來源于深部幔源，受沉積混染或海水作用。其中4個方解石C、O同位素δ13CV-PDB=-2.7‰～-4‰（極差1.3‰，平均-3.5‰），δ18OV-SMOW=5.9‰～12.6‰（極差6.7‰，平均10.5‰），均在“初始火成碳酸巖”（δ13CPDB=-4‰～-8‰，δ18OV-SMO=6‰～10‰）之外靠右側(cè)，表明與稀土礦化有關的方解石來自深源，成礦的稀土元素來自地幔。

（2）17 件氧同位素 δ18OSMOW=5.9‰～12.6‰，極差為6.7‰，平均值為8.77‰。與火成巖的氧同位素δ18O（+4‰～+27‰）相當。其中 13 件石英 δ18O=6.0‰～10.3‰，計算與石英達到平衡時的成礦熱液δ18O=-1.3～+3.0‰，極差為4.3‰，平均為1.65‰，低于標準巖漿水（δ18OH2O=+6～+10‰），說明以巖漿水為主混進部分熱液沉積水。

（3）氫同位素測試結(jié)果，10 件礦石中石英δDv-smow=-69.3‰～-86‰，變化范圍較小，極差為16.7‰，平均為-78.27‰，與上地幔衍生出來的巖漿中氫同位素組成（-50‰～-85‰）相當。投影點落入圖2中原生巖漿水的左下方，接近原生巖漿水，表明成礦溶液擁有以巖漿水為主混入少量天水的混合水的特征。

（4）12 件硫同位素測值δ34SV-CDT=-5.2‰～-8.4‰，極差為3.2‰，平均為-6.85‰，變化范圍相對較窄，其值基本趨于一致，說明礦床有相對統(tǒng)一的硫源；δ34S與基性巖（-5.7‰～+7.6‰）近似，說明深源含礦流體中混入有地殼硫。

（5）5 件鉛同位素測值投入鉛同位素組成圖（圖3），落點匯集在造山帶鉛與上地殼鉛演化線之間靠近造山帶一側(cè)，均一化水平較高，表明鉛主要來源于上地殼，部分來源于上地幔。

4.1.2 包裹體特征

包裹體成群分布，以富液為主，偶見H2O-CO2三相包裹體，無色—灰色，形狀規(guī)則，橢圓形、長條狀產(chǎn)出，大小為（2～6）×（4～10）μm，氣液比10%～20%，均一相態(tài)為液相。包裹體CO2/H2O=10%～35%，均值為18%，主要為CO2。包裹體氣相成分中，H2O 含量高，反映成礦流體富含水，成礦以熱液充填交代為主。

依據(jù)包體特征，成礦溫度以中—低溫為主，中深環(huán)境成礦。成礦流體以中低鹽度、中等密度、高H2O含量、偏堿性為特征，［REEF］2+、F-、HCO3-以絡合物形式遷移、沉淀成礦。

4.2 成礦溫度、深度、壓力及成礦階段

包裹體測溫（均一法）結(jié)果為89～335 ℃，主成礦溫度為150～230 ℃，鹽度（wt）為0.53%～18.13%，冰點為-0.4～-14.4 ℃。礦物組合以中、低溫礦物為主，出現(xiàn)中、低溫結(jié)構(gòu)構(gòu)造。

以300.0 和200.0 ℃界定高、中、低溫熱液作用界線，依礦石礦物組合、物質(zhì)成分及氟碳鈰礦結(jié)構(gòu)特征，熱液成礦階段分為中高溫（230～335 ℃）：以石英、方解石組合為主，少量氟碳鈰礦和硫化礦物；中低溫（150～230 ℃）：主成礦階段以石英—氟碳鈰礦—硫化物—重晶石—方解石組合為主；低溫（89～150 ℃）：礦尾階段礦化變?nèi)?，偶見晚期硫化物包裹早期的氟碳鈰礦。

計算成礦流體壓力為 293～176 MPa、162～107 MPa 和 81～58 MPa，對應成礦深度為 10.8～6.5 km、6.0～4.0 km 和3.0～2.1 km，與成礦過程中伴隨地殼抬升基本吻合。

4.3 成礦時代

礦床通過氟碳鈰礦U-Pb 測定的協(xié)和年齡為（412±18）～（425±21）Ma，為加里東晚期成礦。綜上分析，太平鎮(zhèn)稀土礦是以幔源為主、殼幔混源為輔的中—低熱液成因的石英脈—蝕變巖型礦床。屬于加里東造山運動的產(chǎn)物。

5 成礦模式

礦床產(chǎn)于北秦嶺（二郎坪）巖漿島弧二郎坪地質(zhì)體。秦嶺復合型大陸造山帶形成過程中，在中新生代強烈陸內(nèi)造山作用下，莫霍面附近聚集形成規(guī)模龐大的巖漿房，引起地殼基底巖石發(fā)生熔融上涌侵位于二郎坪群，形成張家莊斜長花崗等花崗巖帶。至早白堊拉漲環(huán)境，在太平鎮(zhèn)—板山坪中央主背斜軸部形成張性斷裂帶，來自上地幔富含REE、F-、CO32-、S2-等成分巖漿，沿北西向張性斷裂進行充填、交代，形成太平鎮(zhèn)以Ce、La、Nd 為主的輕稀土礦床。成礦時代在加里東晚期（412±18～425±21 Ma）俯沖型斜長花崗巖形成后成礦。

太平鎮(zhèn)稀土礦同位素分析測試表明，成礦流體主要來自幔源。石英包裹體含CO2、富H2O，證實稀土礦的形成與富CO2流體密切相關。早期巖漿熱液結(jié)晶分異后，中、晚期又有與殼源發(fā)生混染和沉積蝕變作用，造成H 的逃逸、還原熱液流體減少，原始巖漿上升過程中同化混染了早期的長英質(zhì)巖石，大量的高溫、富CO2揮發(fā)分的含礦流體沿張性斷裂系統(tǒng)迅速向上運移，形成了熱液石英脈；含礦熱液流體沿斷裂不斷上升，使氟碳鈰礦等稀土礦物、方解石、螢石、重晶石及少量石英等脈石礦物沿著孔隙和淺部的裂隙、斷裂系統(tǒng)充填成礦（圖4）。

6 結(jié) 論

（1）礦床產(chǎn)于北秦嶺（二郎坪）巖漿島?。≒z1）二郎坪地，礦體賦存于北西向斷裂構(gòu)體受其控制，共圈出17個礦體，斷裂構(gòu)造既主控礦也主容礦。

（2）太平鎮(zhèn)稀土礦是秦嶺造山帶構(gòu)造演化過程中，本區(qū)進入拉張環(huán)境下的產(chǎn)物，成礦時代在加里東期晚期（412±18～425±21 Ma），俯沖型張家莊斜長花崗巖形成后成礦的。

（3）通過同位素和成礦流體特征研究認為，稀土礦成因類型為以幔源為主、殼?；煸礊檩o的中—低熱液成因的石英脈—蝕變巖型，礦體形成與富CO2流體密切相關。

（4）氟碳鈰礦是該礦床主要稀土礦物，與稀土礦化關系密切圍巖蝕變主要有硅化、黃鐵礦化、螢石化、重晶石、絹云母化、褐鐵礦化等。