黑龙江省碾子山地区铌、钽矿地球化学特征及评价

张俭峰，万太平，李新鹏，杨文鹏，赵忠海，徐东海

(黑龙江省地质调查研究总院，哈尔滨 150036)

0 引言

稀有金属元素既可以形成独立的矿床，也可以组合在一起形成多矿种的稀有金属矿床[1]。稀有金属是极重要的战略性矿产资源，作为高新技术产业的关键元素，其全球需求量激增，日益受到世界各国的青睐[2-3]。许多学者对稀有金属矿床进行了深入研究，并在成因类型、矿床特征、稀有金属矿物学、成矿元素富集机制、岩浆-热液演化与成矿关系、成岩成矿年代学等方面取得了较多进展[1-2，4-19]。

碾子山地区铌、钽矿属于碱长花岗岩及正长花岗岩矿体(两者化学成分富钠，因此也称为碱性花岗岩)，位于大兴安岭东坡，属于大兴安岭成矿省。该区域构造和岩浆活动频繁，找矿潜力巨大[20]，是我国重要的金多金属元素成矿带[21]。区内已发现有后六九铜矿床、马山金矿点等。根据大兴安岭东坡已知的稀有稀土矿(化)点的分布特征分析，内蒙古扎赉特旗—阿荣旗存在一条NNE向的稀有、稀土金属成矿亚带。该稀有、稀土金属成矿亚带的主要成矿元素为铌，其次为钇、钽、铈等。

由于地球化学元素直接携带某种矿化信息,对地球化学元素的空间关系进行精细化分析可以直接或间接地揭示矿化溯源问题。元素的富集规律和空间分布具有多重分形特征,地球化学元素分布规律的研究是揭示元素矿化富集及空间变化规律的重要途径之一[22-23]。而碾子山铌、钽矿所处的地区以往地质工作主要以区域地质普查为主，前人曾在该区进行过 1∶25万多目标地球化学调查工作，但针对性不强，本次研究以“黑龙江省齐齐哈尔市碾子山地区稀有稀土矿普查”项目为依托，在研究区开展 1∶1 万土壤地球化学测量，对区内成矿元素地球化学特征进行分析探讨，为碾子山地区稀有、稀土金属及整个成矿带的研究及找矿预测提供参考。

1 研究区地质概况

1.1 地质特征

研究区所处大地构造位置为兴安—松嫩地块的龙江隆起带[24-25]，成矿带为违约突泉—翁牛特Pb-Zn-Ag-Fe-Sn-REE成矿带神山—白音诺尔(裂谷)Cu-Pb-Zn-Fe-REE成矿亚带。

区内出露的地层由老到新依次为中新元古界兴华渡口岩群、下二叠统大石寨组、中二叠统哲斯组、下三叠统老龙头组、上侏罗统玛尼吐组和白音高老组、下白垩统梅勒图组及第四系。其中，中二叠统哲斯组和下三叠统老龙头组在矿区附近出露(图1)。

图1 研究区地质图
Fig.1Geologicalsketchofthestudyarea

区内侵入岩大面积出露，主要为早白垩世碱长花岗岩岩体、正长花岗岩小岩体及东北部小面积元古宙片麻状花岗岩。脉岩比较发育，主要有正长斑岩、花岗斑岩及英安玢岩等。碾子山碱性花岗岩岩石钠质含量较高，是由于本身含钠高，加之后期钠长石化导致[26]。

区内构造较为复杂，主要为褶皱和线性构造，线性构造以NE向和NW向断裂为主。NE向断裂为控矿构造，NW向断裂为容矿构造[27]。

1.2 区域地球化学特征

2005—2008年，黑龙江省地质调查研究总院在碾子山地区开展了1∶25万多目标区域地球化学调查工作[27]。结果表明，碾子山地区是稀有、稀土及有色金属元素的高背景场，Nb、Y、La、Ce、Be、Li、V、Th、Ga、Ge、Se、Co、Cr等多种元素均发生了不同程度的富集。土壤富集程度较高的元素为Nb、Be、La、Y、Ga、Th、Li和Ce，富集系数均大于1.14，表明碾子山一带的土壤相对富集稀有、稀土元素。此外，碾子山一带土壤中Nb、Y、Ce、La、Be、Li等稀有、稀土元素的变化系数较大，具有分布不均匀性的特点。其中，Nb、La、Y、Be、Ce等元素在碾子山一带位于高背景场，且分布不均，其异常浓集中心位于碾子山早白垩世碱长花岗岩体及正长花岗岩岩体中，此处为碾子山铌、钽矿点。

2 样品采集和测试

研究区为森林农田浅覆盖区，面积为18 km2，共采集土壤样品10 513件，采样深度在40～60 cm，采集部位为地球化学普查规范(DZ/T 0011—2015)[28]中要求的B层下部、C层上部的细粒级的黄褐色粉砂土。土壤采样按1∶1万测网进行，网度为100 m×20 m，并利用手持GPS结合明显地形地物实际校正点位进行定点，采样点实行航迹管理，每20 m生成一个航迹点。土壤测量点位误差小于5 m，所采样品原始质量均大于500 g，样品分析结果的准确度、精密度、报出率、日常分析质量、实验室外部质量监控均符合地球化学普查规范(DZ/T 0011—2015)要求。通过60件土壤样品的加工粒度试验，得到试验对比曲线图，选择-5～+60目加工粒度作为本研究区面积性土壤测量样品的加工粒度。

野外样品经自然风干，并防止固结。样品加工过程中严格清扫样筛等器具，防止样品污染。样品过筛后质量均大于150 g，统一编号送实验室分析。样品分析由黑龙江省地质矿产测试中心完成，Nb、Ta、Ce、Y、Re、La、Zr、Be、Rb、Cd、F、As、Sb、Au、Ag、Cu、Pb和Zn 18种元素的分析测试质量满足规范要求。

3 土壤地球化学特征及评价

3.1 元素含量特征

3.1.1 一般特征

研究区土壤中Nb、Ta、Be、Zr、Rb、Y、La、Ce、Re、Cd、F、Au、Ag、As、Sb、Cu、Pb、Zn元素含量与松嫩平原区域土壤元素背景值相比(表1)，它们的富集系数均大于1.1，稀有元素Nb、Be、Zr、Rb，稀土元素Y、La、Ce，贵金属Ag，有色金属元素Pb、Zn均发生了不同程度的富集，其中稀有元素Nb的富集系数高达2.0，Be的富集系数高达1.7。此外，研究区Nb、Ta、Re、Cd、Au、Ag、Cu等元素的变化系数较大，分布具有不均匀性，存在局部高度富集的可能。Nb、Ta、Re等元素在研究区属于高背景场，且在土壤中分布不均，存在局部富集成矿的可能。

表1 研究区土壤地球化学参数特征统计表Tab.1 Statistics of soil geochemical parameters in the study area

注：Au、Re元素含量单位为10-9，其余元素含量单位为10-6；富集系数=平均值/松嫩平原背景值，为无量纲值；变化系数=标准离差/平均值，为无量纲值；异常下限=平均值+2×标准离差。

3.1.2 元素地球化学组合

为研究元素在成矿作用中表现的特定共生组合特征，对18种元素进行了R型聚类分析(图2)。根据R型聚类分析谱系图，在相关系数为0.28的置信下，分为3组：①Au、As、Sb、Cu元素组合，以贵金属、有色金属元素组合为特征；②Nb、Ta、Be、Zr、Rb、Y、La、Ce、Re、Cd、Ag、Pb和Zn 13种元素组合，以稀有、稀土元素组合为特征；③F元素独立成一组，可能反映的是稀有、稀土元素或贵金属元素高温成矿的络合剂。R型聚类分析显示为正长花岗岩体元素聚类组合特征，表明铌、钽矿与花岗岩体关系密切。

图2 R型聚类分析谱系图Fig.2 R-type cluster analysis spectrum diagram

3.2 异常特征及评价

3.2.1 单元素异常

根据研究区地球化学特征和成矿地质条件，结合地球化学普查规范(DZ/T 0011—2015)要求，研究区取异常下限的1倍、2倍、8倍勾绘异常的外、中、内带。研究区共圈出土壤单元素异常521处，其中Nb异常28处，Ta异常34处(图3)。稀有元素Nb、Ta、Be、Zr、Rb及稀土元素Y、Ce异常均分布在早白垩世碱长花岗岩、正长花岗岩中，异常规模较大，套合较好，表明上述稀有、稀土元素异常与早白垩世碱长花岗岩及正长花岗岩体有关。此外，统计单元素异常的面积、平均值、极大值、衬度、规模及异常浓度分带，并进行参数评序，以单元素异常规模大于0.315进行筛选，按照各单元素异常的总规模排序，并结合研究区的地质情况，结果表明研究区最易成矿的元素为Ta元素。

图3 研究区Nb、Ta单元素异常
Fig.3AnomaliesofNiandTaelementsinthestudyarea

3.2.2 综合异常

3.2.2.1 综合异常圈定、分类及评序

根据研究区内Nb、Ta、Be、Zr、Rb、Y、La、Ce、Re、Cd、F、Au、Ag、As、Sb、Cu、Pb和Zn 18种单元素异常的套合程度(2个及2个以上单元素异常相套合)及成矿地质条件，共圈定综合异常12处(各综合异常的总规模排序见表2，稀有元素综合异常见图4)。其中，Au、Ag、As、Sb、Cu、Pb、Zn等元素综合异常套合较差，分布零散，无明显的浓集中心，成矿的可能性较小；稀有、稀土元素Nb、Ta、Be、Zr、Y、Ce等综合异常套合较好，存在3处浓集中心，呈NE向展布于研究区的西南部，此处地质体为早白垩世碱长花岗岩体及正长花岗岩岩体。

表2 综合异常评序Tab.2 Composite anomalies evaluation

注：异常规模=异常面积×异常平均值/异常下限。

图4 研究区Nb、Ta、Be、Zr、Rb综合异常Fig.4 Composite anomalies of Nb,Ta,Be,Zr,and Rb in the study area

3.2.2.2 重点综合异常解释及评价

根据研究区土壤元素地球化学特征、单元素异常特征、异常赋存的地质条件等对12个综合异常进行排序、研究及筛选，最终确认研究区内的碾-2012-Ht-2、碾-2012-Ht-7和碾-2012-Ht-11这3处综合异常为重点异常。

(1)碾-2012-Ht-2综合异常。由18种元素组成，呈不规则面状，面积较大，为2.644 km2。异常组分复杂，套合较好，可分为南北2处异常浓集中心，主要由稀土、稀有及分散元素组成。Nb元素具中带和外带，最高含量为166×10-6；Ta元素具中带，最高含量为14.9×10-6(表3)。异常区出露地质体为早白垩世碱长花岗岩、正长花岗岩(图5)，根据成矿地质条件分析，推测该处异常为矿致异常，成矿潜力较大，经本次工作槽探及钻探工程验证，单元素Nb-7、Ta-7异常为矿致异常，共发现铌、钽低品位矿体3条，铌、钽矿化体11条，为隐伏矿(化)体，呈脉状分布于早白垩世碱长花岗岩、正长花岗岩中，并且在已发现矿体的东侧深部具有更好的成矿潜力[24-26]。

表3 碾-2012-Ht-2组合异常地球化学特征Tab.3 Geochemical characteristics of Nian-2012-Ht-2 composite anomaly

注：元素含量单位为10-6；规模=异常面积×衬度；衬度=异常平均值/异常下限，无量纲。

图5 碾-2012-Ht-2综合异常剖析
Fig.5AnomalyanalysisofNian-2012-Ht-2compositeanomaly

(2)碾-2012-Ht-7综合异常。由18种元素组成，呈不规则面状，具多处浓集中心，异常组分复杂，套合较好，其中稀土、稀有及分散元素的异常面积较大，套合较好，为其重要组成部分，具较好的找矿远景。Nb元素具外带，最高含量为82.1×10-6；Ta元素具中带，最高含量为9.7×10-6(表4)。异常区出露的地质体为早白垩世碱长花岗岩和脉岩(图6)，与碾-2012-Ht-2号异常区相近，推测该异常与侵入碱长花岗岩体中的早白垩世正长花岗岩有关，存在矿化的可能。

表4 碾-2012-Ht-7综合异常地球化学特征Tab.4 Geochemical characteristics of Nian-2012-Ht-7 composite anomaly

注：元素含量单位为10-6；规模=异常面积×衬度；衬度=异常平均值/异常下限，无量纲。

图6 碾-2012-Ht-7综合异常剖析Fig.6 Anomaly analysis of Nian-2012-Ht-7 composite anomaly

(3)碾-2012-Ht-11综合异常。由15种元素组成，呈不规则面状，异常组分复杂，套合较好，具南、北2处浓集中心，北部浓集中心分布于早白垩世中粒碱长花岗岩中，南部浓集中心分布于早白垩世似斑状碱长花岗岩中(图7)。Nb元素具中带和外带，最高含量为97.5×10-6；Ta元素具外带，最高含量为7.4×10-6(表5)。碾-2012-Ht-11综合异常带的异常地质条件与已发现矿体相近，是寻找铌、钽矿床的有利地段，推测深部可能具隐伏矿体。

图7 碾-2012-Ht-11综合异常剖析Fig.7 Anomaly analysis of Nian-2012-Ht-11 composite anomaly

表5 碾-2012-Ht-11综合异常地球化学特征Tab.5 Geochemical characteristics of Nian-2012-Ht-11 composite anomaly

注：Re元素含量单位为10-9，其余元素含量单位为10-6；规模=异常面积×衬度；衬度=异常平均值/异常下限，无量纲。

4 结论

(1)Nb、Ta等元素在研究区位于高背景场，且在土壤中分布不均，存在局部富集成矿的可能。

(2)R型聚类分析将18种元素分为贵金属、有色金属元素，稀有、稀土元素和分散元素3组，显示为正常花岗岩体元素聚类组合特征，表明铌、钽矿与花岗岩体关系密切。

(3)研究区共圈出土壤单元素异常521处，其中Nb异常28处，Ta异常34处。稀有元素Nb、Ta、Be、Zr、Rb及稀土元素Y、Ce异常均分布在早白垩世碱长花岗岩、正长花岗岩中，异常规模较大，套合较好，说明上述稀有、稀土元素异常与早白垩世碱长花岗岩及正长花岗岩体有关。

(4)研究区共圈定12处综合异常，其中碾-2012-Ht-2、碾-2012-Ht-7和碾-2012-Ht-11这3处综合异常为重点异常，成矿潜力较大。碾-2012-Ht-2号异常处经槽探及钻探工程验证，共发现铌、钽低品位矿体3条，铌、钽矿化体11条，为隐伏矿(化)体，呈脉状分布于早白垩世碱长花岗岩、正长花岗岩中。