越城岭岩体地球化学特征及稀有金属资源潜力预测

苏正伟，黄逢秋，杨树峰，刘显丽，陈建国

(1.湖南省地球物理地球化学勘查院，湖南 长沙 410116； 2.中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室，湖北 武汉 430074； 3.中国地质大学(武汉)资源学院，湖北 武汉 430074)

0 引 言

越城岭岩体地处北东向公田-灰汤-新宁深大断裂与北西向蓝山-新宁基底隐伏断裂交汇地带，祁阳弧型构造南弧西侧[1],位于江南隆起西段三级成矿带之洪江-桂北铁锰钨锑金多金属四级成矿带中苗儿山铅锌锰钨锡金矿集区内[2]。越城岭地区尚未发现规模较大的矿产资源，越城岭岩体一度被认为是找矿前景不大的岩体。本文以区内近几年的地质工作成果为依据，从地球化学特征着手，对越城岭岩体及其内外接触带的找矿前景进行分析探讨，并对其稀有稀散金属资源潜力进行预测。

1 区域地质背景

越城岭岩体为越城岭花岗岩侵入体和片麻状花岗岩带的统称。越城岭花岗岩侵入体于三叠世至白垩世侵入于前泥盆系形成的复式背斜轴部。分布面积较广的主要有晚三叠世上水槽源单元(T3Sh)中粗粒斑状黑云母二长花岗岩和竹山湾单元(T3Zh)中粗粒黑云母二长花岗岩；其次有晚三叠世狮子山单元(T3Shz)中粒黑云母二长花岗岩、天星骆单元(T3T)中粒斑状黑云母二长花岗岩、冷家岭单元(T3L)细粒斑状黑云母二长花岗岩[3]。越城岭岩体西部为沿北北东向片麻状花岗岩带，岩性特征由区域变质岩渐变为混合岩、片麻状花岗岩和均质花岗岩[1]。越城岭岩体内分布有大量岩体、花岗伟晶岩脉、细粒花岗岩脉、二长花岗岩株、石英脉等[3]。

越城岭岩体外围地层可分为三个构造层：①寒武系-奥陶系构造层：与越城岭岩体为被侵入关系，以炭质、碳酸岩、碎屑岩建造为主；②泥盆系-石炭系构造层：与越城岭岩体为被侵入关系，与寒武系-奥陶系构造层为不整合接触或断层接触关系，以碳酸岩建造为主，其次为碎屑岩建造；③白垩系-第四系构造层：与越城岭岩体为被断层接触或沉积接触关系，与其他构造层为不整合接触或断层接触关系，为碎屑岩建造。

越城岭岩体内外构造发育，越城岭花岗岩侵入体即是岩浆沿北东向多次上侵以寒武系为核部的北东向背斜轴部形成，区内发育北东向至北西向断裂构造十余条，其中，位于越城岭岩体西侧的断裂呈北东-北北东向展布，是公田-灰汤-新宁深大断裂在区内的反映，为区内的控盆控岩正断裂；断裂所切措的岩层皆呈现强烈的挤压、揉皱、强硅化破碎、角砾岩化、糜棱岩化等，常有石英脉充填及矿化现象，这些脉体大多呈北北东向分布，与断裂均有密切关系。

2 地球化学特征

1∶20万区域化探工作在区内全面覆盖，分析了39种元素或氧化物，部分区域分析了铷、铯；1∶5万水系沉积物测量工作覆盖了越城岭岩体的绝大部分地区，在部分异常区开展了异常查证工作，实施了1∶1万土壤测量、岩石测量等化探工作。

2.1 地球化学统计特征

对区内1∶20万水系沉积物测量各元素进行了地球化学参数统计，结果表明：与中国湿润低山丘陵区中国水系沉积物化学元素几何平均值相比[4]，湖南越城岭地区As、Bi、Li、Sn、W、Rb、Cs强烈富集(富集系数K≥2)，B、Be、Sb、U、K2O富集(1.5≤K<2)，F较富集(1.2≤K<1.5)。稀有元素Rb、Cs在花岗岩侵入体、寒武系、奥陶系中均强烈富集，特别是花岗岩侵入体中Rb、Cs富集强度(富集系数K均大于4)远大于沉积岩。

对区内1∶20万水系沉积物测量元素数据进行了R型聚类分析(图1)与因子分析。在相关系数γ≥系数时， 元素分为几大族群： Ag、Cu、Bi、Sb、Sn、As、W、Cd元素族反映了成矿热液活动的元素组合特征；Cr、Fe2O3、V、Ti、Ni、Zn、Co、Mn、Mo、Y反映了寒武系-奥陶系和泥盆系-石炭系构造层的元素组合特征；Li、K2O、Na2O、Be、Nb、Th、Pb、Al2O3、F、U反映了片麻状花岗岩带元素组合特征；P、Hg反映了易挥发探途元素组合；Ba、MgO、La、Zr和CaO、Sr反映了区内亏损元素组合特征[5]。

图1 1∶20万水系沉积物测量聚类分析元素谱系图

因子分析结果反映的元素组合情况与聚类分析类似，旋转因子分析第一因子元素组为Zn、Fe2O3、V、Ni、Cr、Mn、Co、Ti、MgO、Cd、Ba，为寒武系-奥陶系和泥盆系-石炭系构造层的元素组合特征；第二因子元素组为Bi、Ag、Cu、W、Sb、Sn、As、Cd，为成矿热液活动的元素组合特征；第三因子元素组为Al2O3、K2O、Pb、Li、F、Th，是岩浆作用的反映，其中Pb是因为在岩浆作用中分布在含钾矿物中，因而与K2O为一组元素[6]。

对区内1∶5万水系沉积物测量各元素进行了地球化学参数统计，结果表明：与中国湿润低山丘陵区水系沉积物化学元素几何平均值对比，区内花岗岩侵入体及片麻状花岗岩带中Rb、Cs、W、Sn、Li、Be、Tl(K>2)强烈富集，F、Br(1.5≤K<2)富集,其中W元素数据离散程度高(CV>10)。

2.2 重点异常特征

1∶20万水系沉积物测量发现区内共有7处综合异常分布，其中，稀有稀散元素Rb、Cs、Li、Be和Sn、W等元素异常特别发育。

1∶5万水系沉积物测量表明越城岭岩体Li、Rb、Cs、Nb、Tl、Be、La、W、Sn等元素异常非常发育，在区内共圈定8处综合异常(图2)，其中Rb、La、W、Sn元素异常强度高、规模大，在多个异常中具三级浓度分带。在AS1、 AS2、 AS3、 AS6、 AS8中开展了异常查证工作，在AS1、AS2、AS6、AS8中发现了具铷、铌、钽、铍等稀有金属矿化和钨、锡矿化的伟晶岩脉、细粒花岗岩脉、硅化带、石项脉等，发现各类矿化脉四十多条。综合异常主要分布在越城岭岩体及片麻状花岗岩带及其内外接触带上，其中，AS1、AS2、AS7分布在岩体或变质带及其内外接触带上，AS3、AS4、AS5分布在花岗岩岩体中，AS6主要分布在片麻状花岗岩带中，局部分布在花岗岩岩体中，AS7分布在片麻状花岗岩带中。

图2 1∶5万水系沉积物测量元素综合异常图

3 找矿前景分析

1) 成矿物质丰富。湖南越城岭岩体及其周边地区，As、Bi、Li、Sn、W、Rb、Cs、B、Be、Sb、U、F等元素富集程度高，成矿物质十分丰富。在数据分布特征上，Ag、As、Bi、Mo、Sb、Sn、W、Cu、Rb、Pb等与热液成矿相关的系列元素含量数据离散程度高，分布有较多的高含量数据，且主要成矿元素富集强烈，说明区内曾发生了较强烈的热液成矿活动。

2) 成矿热动力充沛。区内从三叠纪、侏罗纪到白垩纪，岩浆侵入活动频繁，为区内成矿活动提供了源源不断的热源，是区内成矿活动不可或缺的能量和动力基础。另外，区内片麻状花岗岩带中发生的花岗混合岩化作用，是在区域北东向构造活动长时期作用下，深部热源不断通过动力应力作用持续大面积地对沉积原岩进行改造的结果。1∶20万水系沉积物中K2O/Na2O比值在片麻状花岗岩带(7.2)中远高于二长花岗岩(5.0)，说明了这种热动力变质作用下岩石中的K、Na交代作用明显，片麻状花岗岩带和二长花岗岩中侵入的大量岩脉(以NE向为主)是这种热动力变质作用的宏观体现[7]。

长时期的岩浆侵入带来的热能和造成大规模动力变质作用的构造热动力为区内成矿作用提供了持续、广泛的成矿热能和动力，是成矿物质活化析出、运移、富集的必要条件。

3) 中高温热液矿深部找矿前景好。聚类分析和因子分析结果表明，成矿元素组合(Bi、Ag、Cu、W、Sb、Sn、As、Cd)复杂，既有Ag、As、Sb低温元素，又有W、Sn等高温元素[8]，说明区内发生了多期次的矿化活动，深部找矿前景好。本次工作及前人的地质矿产调查和勘查工作中，在越城岭岩体及其周边内外接触带附近，发现了多处W、Sn、铅、金等矿产，但规模都不大。本文认为，越城岭岩体和片麻状花岗岩带及其内外接触带，其深部找矿潜力大大优于地表，如AS2中在深部发现规模较大的云英岩型、石英脉型钨锡或其他矿产资源的可能性很大。

4) 铷、铌、钽、铯等稀有元素找矿潜力巨大。区内Rb、Cs异常分布广、强度高，特别是Rb，其1∶5万水系沉积物的几何平均高达328×10-6，其峰值为876×10-6，已超过Rb矿的边界品位(0.06%)。另外，区内伟晶岩脉广泛发育，岩浆侵入期次多，构造动力变质作用强烈，岩浆后期热液作用频繁，因此区内寻找大型Rb矿床的潜力巨大[9]。

5) 已发现了大量稀有、稀散元素矿(化)脉。根据从1∶20万、1∶5万水系沉积物测量到1∶1万土壤测量成果所提供的寻找稀有等金属矿的找矿线索[7]，通过异常查证，在区内发现稀有、钨锡等金属矿(化)脉几十条。

4 稀有金属资源潜力预测

根据历年来在越城岭岩体工作形成的地质矿产和地球化学资料，以邻近区域内成矿环境相似、矿床类型相同、工作程度较高的矿区为参照对象，通过类比分析，对越城岭岩体中重要异常的稀有金属铷资源潜力进行预测。本文选取与越城岭岩体相距180多千米的紫云山岩体大坪矿区作为越城岭岩体重要铷异常区的资源潜力预测类比对象，大坪矿区已开展了铷多金属矿预查，并估算了334资源量[10]，与越城岭岩体塘家田、瓦屋里铷异常区的相似程度较高。

4.1 预测区和矿区的相似性分析

将越城岭岩体塘家田、瓦屋里铷异常区与大坪矿区在大地构造位置、地质背景、工作程度、1∶20万水系沉积物测量Rb异常特征、1∶1万土壤测量Rb异常特征、赋矿围岩、矿化蚀变、矿体特征、矿床成因类型等方面进行相似性比较分析，其结果见图3、图4和表1。

4.2 资源潜力预测要素及参数的确定

根据铷异常区和大坪矿区的相似性分析，将铷资源潜力预测要素分为定性要素和定量要素两类。

定性要素有：地质背景、赋矿围岩、矿床成因类类型、是否发现矿体、工作程度等5项，为了让定性要素参与预测，根据铷异常区和已知矿区的相似性比较，用相似度(R)来表征异常区与矿区的相似程度，其分值根据各要素客观特征人为确定；定性要素中前四项分值的平均值作为相似度分值参与预测计算，工作程度(D)分为是否开展了1∶1万土壤测量，开展了1∶1万土壤测量区域的分值为1，否则为0.2，其值单独参与预测计算(表2)。

图3 1∶20万水系沉积物测量Rb异常对比图

图4 1∶1万土壤测量Rb异常对比图

表1 越城岭岩体重点铷异常区与参照矿区特征对比表

表2 越城岭岩体重点铷异常区铷资源潜力预测定性要素及参数表

定量要素有：1∶1万土壤测量中的面积(SS)、Rb异常面积(S1)、异常区元素平均值(X1)、峰值(Xmax1)，1∶20万水系沉积物测量中的Rb异常的面积(S2)、异常区元素平均值(X2)、峰值(Xmax2)。因两异常区和已知矿区均未开展矿业开采活动，铷异常的峰值真实反映了元素在自然状态下的离散程度，将区内峰值纳入预测体系中，有利于提高预测结果的可靠性，因此，以矿区为参照对象，设置成矿可能性参数P，P=((Xmax-X)×Xmax0)/((Xmax0-X0)×Xmax)，通过峰值计算的成矿可能性参数P和其他定量要素直接参与预测(表3)。

4.3 资源量预测估算及结果

大坪矿区通过预查，圈定了工作矿体和低品位矿体，估算了相应矿体的资源量，其中，工业矿体(334)Rb2O矿石量581.20万t，Rb2O金属量6 283.90 t(Q334工-0)；低品位矿体(334低)Rb2O矿石量313.82万t，Rb2O金属量2 683.25 t(Q334低-0)(表3)。

表3 越城岭岩体重点铷异常区铷资源潜力预测定量要素及参数表

本文参照大坪矿区，采用类比法，对越城岭岩体内塘家田、瓦屋塘两处铷异常区进行了资源潜力预测，在1∶20万水系沉积物测量异常内分是否开展了1∶1万土壤测量，对达到工业品位矿体和低品位矿体的资源潜力进行了类比估测。设开展了1∶1万土壤测量范围内的铷资源量估测值为Q1(Q1工、Q1低)，只开展了1∶20万水系沉积物测量的异常范围内的铷资源量估测值为Q2(Q2工、Q2低),根据大坪铷矿区的资源量估算结果和表3的相关计算参数，按如下类比公式对异常区的铷资源量进行简单估算。

Q1工=(S1×X1)/(S1-0×X1-0)×
Q334工-0×01×01×0
Q1低=(S1×X1)/(S1-0×X1-0)×
Q334低-0×01×01×0
Q2工=(S2-SS)/SS×/1工×/2×/2
Q2低=(S2-SS)/SS×/1低×/2×/2

资源潜力预测结果表明，越城岭岩体内塘家田、瓦屋里两处铷异常区的铷资源潜力巨大，估算两处可达工业品位的矿体的Rb2O金属量均达大型以上(大于2 000 t)。其中，越城岭岩体塘家田铷异常区估算可达工业品位的矿体Rb2O金属量为3 717.91 t，低品位矿体Rb2O金属量为1 587.56 t；瓦屋里铷异常区估算可达工业品位的矿体Rb2O金属量为4 493.27 t，低品位矿体Rb2O金属量为1 918.65 t。

5 结 论

1) 越城岭岩体成矿物质丰富，As、Bi、Li、Sn、W、Rb、Cs普遍偏高，并强烈富集，B、Be、Sb、U、K2O富集，F较富集。

2) 区内地球化学Rb、Cs异常分布广，强度高。1∶20万水系沉积物测量发现区内稀有稀散元素Rb、Cs、Li、Be和Sn、W等元素异常特别发育，区内共圈定7处综合异常。1∶5万水系沉积物测量表明越城岭岩体Rb、Cs、W、Sn、Nb、Tl、Be、Li、La等元素异常非常发育，共圈定8处综合异常。

3) 在越城岭岩体已发现铷、铍、铌、钽、铯等稀有金属及钨、锡等矿脉数十条，铷、铌、钽、铯、铍等稀有元素找矿潜力巨大。

4) 运用类比法，对越城岭岩体塘家田、瓦屋里两处铷异常区进行了铷资源潜力预测，经预测估算，两异常区可达工业品位的矿体Rb2O金属量均达大型以上(大于2 000 t)。

致谢本文在编写过程中，骆检兰教授全程进行了悉心指导，并得到相关同仁的支持和帮助，在此表示真诚感谢！