河南卢氏伟晶岩脉及典型钽铌矿床成矿地质特征

河南卢氏伟晶岩脉及典型钽铌矿床成矿地质特征
陈金铎;包民伟;张迎年;李国建;李德军
【摘要】系统总结了河南卢氏伟晶岩脉的形态特征、岩石类型、岩石化学特征、时空分布及演化特征，确定了伟晶岩脉属高钾钙碱性系列亚碱性花岗岩。

对南阳山典型的钽铌矿床进行了矿床地质特征、物理化学特征、成矿规律和成矿模式研究。

%This paper systematic summarizes the morphological characteristics , rock types , rock chemical characteristics ,temporal and spatial distribution and evolution characteristics of peg -ma-tite veins in Lushi County of
He'nan.It determines the pegmatite veins are high -K calc-alkaline series of sub-alkaline granite .Which researched the geological characteristics of deposit , physical and chemical characteristics , metallogenic regularity and metallogenic model of typical tantalum -niobium ore deposit in Nanyang mountain .
【期刊名称】《矿产保护与利用》
【年(卷),期】2014(000)004
【总页数】5页(P13-17)
【关键词】伟晶岩脉;铌钽矿;地质特征;成矿规律;成矿模式
【作者】陈金铎;包民伟;张迎年;李国建;李德军
【作者单位】河南省地质矿产勘查开发局第一地质勘查院，河南郑州，450 00;河南省地质矿产勘查开发局第一地质勘查院，河南郑州，450 00;河南省地质矿产勘查开发局第一地质勘查院，河南郑州，450 00;河南省地质矿产勘查开发局第一地
质勘查院，河南郑州，450 00;河南省地质矿产勘查开发局第一地质勘查院，河南郑州，450 00
【正文语种】中文
【中图分类】P618.86;P618.79
前人针对该区开展了大量的区域地质矿产工作，矿区地质工作及科研工作，积累了丰富的基础地质资料［1～9］。

本次在前人工作基础上，对伟晶岩脉进行了系统的地质调查工作，对典型钽铌矿床进行了研究，系统总结了伟晶岩脉的地质特征及典型矿床的成矿特征，对伟晶岩脉型钽铌矿床勘查具有一定的指导作用。

1 区域地质背景
研究区位于华北地台南缘，属秦岭褶皱系北秦岭褶皱区，朱夏断裂带与商丹断裂带之间。

由北而南为宽坪(二郎坪)弧后盆地及北秦岭基底杂岩(岩浆弧)。

区内构造表现为迭瓦状断裂系统(图1)。

北秦岭基底杂岩(岩浆弧)内部的狮子坪强变形带分布于漂池－磨子壕－狮子坪－郭家村一带，西端交于朱阳关断裂带，东端被上白垩统覆盖，出露长约40 km。

总体上呈110°方向展布，断面向北陡倾。

表现为强弱相间的韧性变形，在强变形带内发育糜棱岩，其中的长石多被拉长定向，具拖尾和压力影构造，相应发育一组向西倾斜的矿物线理，显示左行剪切－逆冲推覆。

该带两侧的峡河岩群寨根岩组由于高压－超高压变质作用局部含榴辉(闪)岩透镜体。

晚期脆性断层平行韧性剪切带发育，长1～5 km、宽1～20 m，构造岩石为碎裂岩，为逆冲断裂带。

图1 卢氏南部地区剖面示意图1－上三叠统五里川组;2－新元古界－古生界二郎坪岩群;3－中－新元古界宽坪岩群;4－中元古界峡河岩群;5－古生代花岗岩。

研究区主要赋矿地层为古元古界秦岭岩群和中元古界峡河岩群。

秦岭岩群:经历了
多期次的变质变形作用，为一套中深变质的碎屑岩－基性火山岩－碳酸盐岩组合，郭庄岩组为麻粒岩－片麻岩变质建造，雁岭沟岩组为钙质片岩－大理岩变质建造。

峡河岩群:与下伏郭庄岩组呈韧性剪切带接触，自下而上(由北向南)划分为寨根岩组和界牌岩组。

峡河岩群中可识别出两个变质世代，分别为晋宁期和加里东期，以晋宁期为主变质期。

其变质碎屑岩矿物组合为黑云母带:白云母(Ms)+黑云母(Bt)+斜长石(Pl)+石英(Qz)，石榴石带:石榴子石(Gr)+白云母(Ms)+黑云母(Bt)+斜长石(Pl)+石英(Qz)，它们多为同构造期产物，黑云母、石榴石可呈后构造期的变斑晶出现。

寨根岩组为变碎屑岩－斜长角闪岩变质建造，界牌岩组为钙质片岩－大理岩变质建造。

研究区岩浆活动上可分为新太古代、古生代和中生代三个阶段，岩石成分以酸性岩为主，次为中性岩类，少量基性岩类。

志留纪灰池子岩体与该区花岗伟晶岩脉群有密切关系。

灰池子岩体(437～457－U，382－Rb，399－ K)位于区域西南部，向西伸入陕西省境内商南县，呈NWW－SEE，出露面积325 km2。

含黑云母二长花岗岩为该岩带的主体岩性。

2 伟晶岩地质特征
2.1 伟晶岩脉形态特征
区内的花岗伟晶岩脉主要形成于志留纪，并形成规模不等的数个花岗伟晶岩脉密集区，研究区(约270 km2)共发现花岗伟晶岩脉1 232条，以官坡地区最为集中。

空间上受志留纪灰池子英云闪长岩－花岗闪长岩－二长花岗岩岩体控制。

花岗伟晶岩脉侵位于中元古界峡河岩群、中元古界秦岭岩群及灰池子岩体的内外接触带。

其形态多呈脉状(约占84%)，余为分枝状、透镜状、囊状、膨大收缩状等。

岩脉长度20～1 000 m不等，多在200～500 m，厚0.4～2 m，个别在4～20 m，其中长度﹤100 m者约占46%，100～200 m者约占28%，200～500 m者约占21%，﹥500 m者约占5%。

脉体产状与灰池子岩体协调一致，多为中等倾斜至
缓倾斜，倾角较陡的岩脉一般规模较大。

2.2 伟晶岩脉形态特征
伟晶岩脉岩石类型包括:黑云母型花岗伟晶岩(Ⅰ带)、二云母型花岗伟晶岩(Ⅱ带)、白云母型花岗伟晶岩(Ⅲ带)、含稀有金属矿物型花岗伟晶岩(Ⅳ带)，尚有未分花岗
伟晶岩。

主要岩石学特征见表1。

表1 卢氏西南部地区伟晶岩脉岩石学特征表岩石类型主要矿物组成结构构造黑云母型花岗伟晶岩黑云母、微斜长石、更长石、石英，少量电气石、磷灰石中－粗粒伟晶结构，少数为块体结构二云母型花岗伟晶岩黑云母、白云母、微斜长石、更长石、石英。

其中白云母交代黑云母，二者含量近等中－粗粒伟晶结构，少数为块体结构白云母型花岗伟晶岩白云母、钠长石、微斜长石、更长石、石英。

其中白云母交代长石中－粗粒伟晶结构，块状构造含稀有金属矿物型花岗伟晶岩锂云母、锂辉石、磷锂铝石、电气石、白云母、钠长石、微斜长石、石英、磷灰石。

锂云母和白云母共存，锂云母交代锂辉石，钠长石化发育中－粗粒伟晶结构，块状构造、斑状构造
2.3 伟晶岩岩石化学特征
根据本区以往地质资料［1，2］可知:本区花岗伟晶岩脉属铝过饱和岩石，从黑云
母型花岗伟晶岩至白云母型花岗伟晶岩，具SiO2、FeO、MgO、CaO渐少，而
Al2O3、Na2O+K2O、Na2O/K2O增加的规律性趋势，其A/CNK=1.014～2.85。

在侵入岩SiO2－Na2O+K2O(TAS)图解中投点主要落于亚碱性花岗岩区;在岩石
K2O－SiO2系列划分图解中投点主要落于高钾钙碱性系列;在深成岩Q＇F＇－ANOR分类命名图解中投点主要落于二长花岗岩区，个别落于正长花岗岩区和碱
长花岗岩区。

2.4 伟晶岩脉时空分布及演化特征
从岩脉时空分带特征来看，在时间上黑云母型花岗伟晶岩、二云母型花岗伟晶岩形
成较早，白云母型花岗伟晶岩、含稀有金属矿物型花岗伟晶岩形成较晚，空间上由内带向外带依次出现黑云母型花岗伟晶岩、二云母型花岗伟晶岩、白云母型花岗伟晶岩、含稀有金属矿物型花岗伟晶岩的连续岩石类型演化序列。

从岩石成分看，从早到晚也显示出明显的成分演化特征。

在伟晶岩演化系列中，从早到晚主要造岩矿物长石类由微斜长石演化为钠长石;云母类由黑云母演化为白云母，进而演化为锂云母;绿柱石由黄绿色、淡绿色演化为白色、斑杂色，反映碱质增加的规律性;铌钽矿物由铌铁矿演化为铌钽铁矿、由铌锰矿演化至钽锰矿，进而演化为重晶石和钽锑矿，反映了钽代替铌、锰代替铁的规律性。

伟晶岩与围岩之间大多数有明显边界，属被动式侵位，脉体对围岩的改造很弱，且伟晶岩的形成需要一个温压较高的构造环境，因此，只能在地壳较深层次形成，围岩面理对伟晶岩脉的形态有明显影响，垂直面理分布的岩脉呈剧烈膨大收缩状，平行面理的岩脉形态较规则。

3 典型矿床成矿特征
3.1 矿床地质特征
南阳山铌钽矿区出露的地层主要为秦岭岩群、峡河岩群，岩性以斜长角闪片岩、石榴黑云斜长片麻岩、白云石大理岩、绢云石英片岩为主。

矿床位于母猪坑背斜倾覆段的北翼，区内表现为一向东倾斜的单斜构造;成矿前断层较为发育，规模相对较大，按走向可分为NE向、NW向和SN向3组。

矿区共有伟晶岩脉80条，其中矿脉42条。

依主要矿物成分划分为白云母微斜长石型、白云母钠长石微斜长石型和锂云母钠长石型三种伟晶岩类型。

花岗伟晶岩脉群严格受构造控制，距母岩由近到远，具明显的水平分带现象，即母岩→黑云母伟晶岩→二云母伟晶岩→白云母伟晶岩→锂云母伟晶岩(以云母为分类标志);垂向上亦有分带现象:自上向下为锂云母－钠长石伟晶岩→白云母钠长石－微斜长石伟晶岩→白云母－微斜长石伟晶岩(以云母－长石组合为分类标志)。

伴生的矿化类型亦有
水平和垂直两方向上的继承、发展演化现象。

交代作用以锂白云母化、小叶钠长石化、高岭石化最为发育，中叶钠长石化次之，锂云母化微弱。

在交代体中，铌、钽矿化显著增强，锂辉石也略有增加，锂云母钠长石型交代作用最复杂，矿化最好。

查明矿物成分近40种，矿石矿物有13种:细晶石、黑钽铀矿、锰钽矿、锑钽矿、钛钽铌矿、锰辉石、磷锂铝石、锂云母、铯榴石、铯锂绿柱石、锆石、锡石，包含钽、铌、锂、铍、铷，铯、锆、铪、锡等有益组分。

3.2 矿床物理化学特征
南阳山铌钽矿该方面研究程度较低，目前仅有少量锂辉石的稀土元素研究资料［14］。

但对成矿母岩灰池子岩体的研究资料较多［15～20］，作为灰池子岩体派生的伟晶岩型矿床，母岩体的同位素组成、成岩年龄和物质来源直接的反映了伟晶岩矿床的相关地球化学特征。

(1)常量元素地球化学
总结前人资料［15，16，17，21］，发现灰池子岩体主体的黑云母斜长花岗岩具有以下特征:岩石中SiO2含量ω(SiO2)值范围67.60%～72.86%，平均70.83%;
富Na贫K，ω (Na2O)=4.6%，ω (K2O)=2.58%;K2O/Na2O=0.56，
A/KNC=1.10，具准铝性质，里特曼指数(σ)为1.85，属钙碱性系列岩石。

在ACF 图解上，样品点均落于Ⅰ型花岗岩区。

(2)稀土元素地球化学
南阳山矿区锂辉石稀土配分模式可知［14］，锂辉石存在一定程度的铕的负异常，据此，官坡伟晶岩中的锂辉石是在结晶分异过程中斜长石结晶析出后而逐渐结晶析出。

这是因为在各类岩浆岩中Eu异常的产生常与斜长石的结晶有关，不同矿物具有不同的REE分配系数，斜长石对Eu的分配系数远远大于其他REE，在岩浆分离结晶过程中，斜长石的大量晶出将导致残余熔体中形成明显Eu负异常［22］。

(3)同位素地球化学
氧同位素:对黑云母二长花岗岩的氧同位素测试［16］，δ18O 值为7.60‰ ～
9.08‰;对灰池子岩体两期岩体进行氧同位素全岩分析［15］，δ18O值前期为
7.5‰，后期为8.29‰。

测得两个样品的δ18O值［17］7.50‰和9.24‰。

氧
同位素值都属于正常花岗岩范围，与华南花岗岩的资料(改造型花岗岩为10.5，同熔型为7.5～10.0)相比，其氧同位素接近与华南同熔型花岗岩类。

Sr、Nd同位素:测得灰池子岩体［21］的87Sr/86Sr初始值为0.706，与华南改
造型花岗岩相似。

测得［16］εNd(t)值为－1.50和－0.80，εSr(t)值为+21.2和
+23.8;测得［20］εNd(t)值为－0.9 ～1，ISr值为0.7053～0.7062。

Sr－Nd同
位素资料表明黑云母二长花岗岩的物源为洋壳经过下地壳深熔形成。

3.3 典型矿床成矿规律
稀有金属元素富集成因应为岩浆分异自交代，岩浆早阶段以结晶作用为主，后期以交代作用为主，铌钽等稀有金属矿产主要在后期交代作用下形成。

据邹天仁的理论，在通常环境下，稀有金属元素与K、Na以易溶络合物的形式赋存在充满 F、Cl、B、CO2、P的成矿溶液下，随着成矿作用发育到一定程度，温度和压力下降，稀有金属络合物被破坏，产生碱质的交代作用，稀有元素随之晶出成矿。

区域上，伟晶岩类型(以云母为标志)随着时间的先后，距母岩的近远，水平方向或重直方向，矿化类型及元素组合等发生了如下图式的继承、发展关系:
这一图式在花岗伟晶型稀有金属矿床中或多或少的均有显现。

伟晶岩矿床是由高挥发分岩浆在有利条件下经过缓慢、充分的结晶分异交代作用形成的。

伟晶岩浆结晶分异基本完结之后，随着温度下降，先由富挥发组份的气化热液对岩体进行交代，形成白云母、叶钠长石、锂辉石等第一期的K→Na→Li交代
阶段，当温度降至500℃之下，随着挥发份减少，热水溶液活动占据主导地位，
从而发生了微斜长石→锂白云母、小叶钠长石、锂辉石→电气石等第二期的
K(Li)→〔B(Li)〕－Na(Li)→Li(Na)交代阶段;大约当温度降至400～300℃左右时，又发生了粒状钠长石、云英岩、锂云母、高岭石等为标型矿物的第三期
K→Na→Li交代阶段。

而硅化、绢云母化、高岭石化后期、碳酸盐化、褐铁矿化等则发生在更低温度(至常温)的表生水液阶段。

稀有金属矿化主要发生在第一交代期末和第二交代期期间。

另外，挥发组分在成岩成矿过程中起到了至关重要的作用，稀有金属元素矿化强度与化学元素相关关系见表2。

由该表可知，岩浆内挥发组份，特别是F、B等矿化剂，对稀有元素的迁移，富集，有着极为重要的作用;偏酸性的两性元素Ta、Nb 与Na，强碱性元素Li、Rb、Cs与K，有明显的地球化学同步性;Ta、Nb的富集成矿主要与钠长石化及锂云母化，红电气石化密切相关，而Li、Rb、Cs的富集成矿则偏于与锂云母化、红电气石化的密切相关。

这就表明了不同稀有元素与Na、K的差异性，又表明了与F、B的共同性，以上关系均可从矿化强度与化学元素相关关系表中充分体现出来。

所以，交代作用是成矿的重要有利因素。

表2 矿化强度与化学元素相关关系表注:+正比相关;×反比相关;?关系不明显.稀有元素有关元素BeO Na2O ++× × ×Ta2O5Nb2O5 Li2O Rb2O Cs2O?+ + +
+K2O +×+++?F + + + + + +B2O3 + + + + + +P2O5 ? ?
3.4 典型矿床成矿模式
南阳山铌钽矿为典型的花岗伟晶岩脉矿床，其成矿母岩为灰池子岩体，原始岩浆为地幔岩浆与下地壳局部混染形成的岩浆流体。

含稀有金属花岗岩伟晶岩滞后于花岗岩体侵位，属岩浆起源部位富含挥发份的补充期岩浆流体活动;其形成最晚，在花岗岩体最外侧(图2)。

4 结论
(1)研究区共发现花岗伟晶岩脉1 232条，以官坡地区最为集中。

形态多呈脉状，
余为分枝状、透镜状、囊状、膨大收缩状等。

岩脉长度20～1 000 m不等，多在200～500 m，厚0.4～2 m，个别在4～20 m。

脉体产状与灰池子岩体协调一致，多为中等倾斜至缓倾斜，倾角较陡的岩脉一般规模较大。

图2 南阳山铌钽铌钽矿典型矿床成矿模式图①黑云母型花岗伟晶岩;②二云母型花
岗伟晶岩;③白云母型花岗伟晶岩;④含稀有金属矿物型。

(2)研究区伟晶岩脉岩石类型包括:黑云母型花岗伟晶岩、二云母型花岗伟晶岩、白
云母型花岗伟晶岩和含稀有金属矿物型花岗伟晶岩。

花岗伟晶岩脉属铝过饱和岩石，从黑云母型花岗伟晶岩至白云母型花岗伟晶岩，具SiO2、FeO、MgO、CaO 渐少，而Al2O3、Na2O+K2O、Na2O/K2O增加的规律性趋势。

伟晶岩脉属高钾
钙碱性系列亚碱性花岗岩。

(3)伟晶岩脉时空分布上具有黑云母型花岗伟晶岩－二云母型花岗伟晶岩－白云母
型花岗伟晶岩－含稀有金属矿物型花岗伟晶岩的连续岩石类型演化序列。

岩石成分上，从早到晚也显示出明显的成分演化特征。

(4)伟晶岩矿床是由高挥发分岩浆在有利条件下经过缓慢、充分的结晶分异交代作
用形成的。

稀有金属矿化主要发生在第一交代期末(白云母、叶钠长石、锂辉石等
第一期的K→Na→Li交代阶段)和第二交代期期间(微斜长石→锂白云母，小叶钠长石、锂辉石→电气石等第二期的K(Li)→〔B(Li)〕－Na(Li)→Li(Na)交代阶段)。

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