河北省隆化县张三营铌铁矿地质特征及矿体成因分析

王 鹏，梁景利，杨 瑞

(华北地质勘查局五一四地质大队，河北 承德 067000)

张三营铌铁矿区早元古代早期就有岩浆活动，一直持续到燕山期达到顶峰，形成了一系列的侵入岩、喷出岩等。区内丰富的岩浆活动为成矿提供了丰富的热源及物源，而频繁的构造活动则为含矿热液的运移和储存提供了运输通道和储存场所，为本区稀有矿产的形成提供了丰富条件。以往地勘工作主要针对铁、金、铅、锌等矿种进行，而对铌等稀有元素矿产的投入和研究工作较少[1-4]，本次依托“张三营铌铁矿预查”项目，在前人研究的基础上，总结本次工作成果，为本区稀有矿产的找矿实践工作起到一定的指导意义。

1 区域地质背景

研究区位于中朝准地台(Ⅰ21)、内蒙地轴(Ⅱ21)、围场拱断束(Ⅲ23)之上黄旗岩浆岩亚带(Ⅳ25)东支。是地壳长期相对挤压、升降活动地带，地层发育，岩浆活动强烈。区域地层主要由元古界红旗营子群姜营子组(Pt1j)角闪斜长片麻岩、中生界白垩系张家口组(K1z)火山碎屑岩、白垩系大北沟组(K1d)凝灰岩、白垩系西瓜园组(K1x)安山岩、新生界新近系汉诺坝组(N1h)玄武岩及第四系上更新统及全新统组成。研究区地处北东向围场拱断束的隆起带与张三营凹陷带的接触部位，靠近隆起带一侧，北东向展布的八达营—蓝旗卡伦张性断裂带自区域东南部经过，该断裂带具有多次活动的特点，尤以燕山期最为剧烈，对区内成矿具有重要意义。受区域构造影响，岩浆活动频繁，该区自早元古代早期就有岩浆活动，一直持续到燕山期达到顶峰，其中通事营子碱长花岗杂岩体即是其中一个，该碱性花岗岩体与本区铌等稀有元素成矿关系密切[1,5-7](图1)。

1—新生界第四系全新统；2—新生界第四系上更新统；3—中生界白垩系西瓜园组；4—中生界白垩系大北沟组；5—中生界白垩系张家口组；6—中生代早白垩世钾长花岗岩；7—中生代早白垩花岗岩；8—晚石炭世花岗闪长岩；9—中生代石英正长斑岩；10—实测正断层；11—研究区范围；12—铌异常等值线(×10-6)图1 区域综合地质简图Fig.1 Regional comprehensive geological map

研究区位于1∶20万水系沉积物测量圈定的AS-41-乙3Nb、Y、U、Th、Be、La综合化探异常内，异常整体位于北东向展布的早白垩世钾长花岗岩岩体内部，呈南北向带状分布，面积约100 km2，元素组合为Nb、Y、U、Th、Be、La，异常元素以Nb、Y元素为主，伴有U、Th、Be、La元素，其中Y、U、Th、Be、La元素叠合于Nb元素异常范围内部；Nb元素呈二级浓度分带，其他元素呈一级浓度分带；Nb、Y、U、Th、Be、La峰值分别为：47×10-6、26×10-6、2.8×10-6、24×10-6、3.3×10-6、6.8×10-6；区域浓集比值为Nb 1.88、Y 1.21、U 2.23、Th 2.05、Be 1.08、La 2.14。该异常强度高、面积较大，规模大，有较明显的浓集中心，异常区后期侵入的大面积碱性花岗杂岩体为本区寻找碱性花岗岩型铌铁矿或伟晶岩性铌铁矿床提供良好的地质条件(图2)。

1—新生界第四系；2—中生界白垩系西瓜园组粉砂岩；3—中生界白垩系大北沟组安山岩；4—早白垩系张家口组晶屑凝灰岩；5—早白垩世钾长花岗岩；6—早白垩世石英正长斑岩；7—晚石炭世花岗闪长岩；8—断裂构造；9—综合异常范围图2 1∶20万AS41综合异常剖析图Fig.2 1∶200 000 AS41 comprehensive anomaly profile

2 矿区地质特征

2.1 地层

研究区出露的地层为中生界白垩系张家口组二段(K1z2)，分布于研究区中部，出露面积约1.51 km2；呈顶垂体状赋存于晚侏罗世中—粗粒碱长花岗岩与中—粗粒晶洞碱长花岗岩脉动接触带附近。该顶垂体构造形成的主要动力来源为后期周围通事营子碱性杂岩体的岩浆侵位，地层主要岩性为晶屑凝灰岩。

新生界第四系晚更新统马兰组(Qp3m)及新生界第四系全新统(Q4al+pl)主要分布于研究区河床及沟谷的两侧(图3)。

1—新生界第四系；2—新生界第四系马兰组；3—白垩系张家口组晶屑凝灰岩；4—早白垩世晚期石英正长斑岩；5—早白垩世晚期中-粗粒晶洞碱长花岗岩；6—早白垩世晚期中-粗粒碱长花岗岩；7—早白垩世晚期中-细粒碱长花岗岩；8—细粒花岗岩脉；9—斑状花岗岩脉；10—石英正长斑岩脉；11.铌铁矿矿体；12—正断层位置及编号；13—1∶5万水系沉积物测量综合异常范围及编号；14—1∶5 000综合剖面测量位置及编号；15—槽探位置及编号图3 研究区综合地质图Fig.3 Comprehensive geological map of the study area

2.2 构造

区内构造较为发育，研究区内北东向展布的主断裂以及北东、北西向的次级断裂共同构成本区的构造格局。研究区南部中—细粒碱长花岗岩岩体内见一张性断裂(F1)，此断裂为区域北东向主断裂的次一级断裂，断裂总体走向呈北西向，倾向北东，倾角较陡，断层带内可见1～5 m宽的破碎带。另在研究区北西部中—粗粒碱长花岗岩及中粗粒晶洞碱长花岗岩内发育一北东向张性断裂构造(F2)，断裂总体走向北东，倾向南东，倾角较缓，断层带内可见后期侵入的花岗伟晶岩脉，此伟晶岩即为区内发现的铌铁矿体，故此断裂构造为本区的控矿及容矿构造。

2.3 岩浆岩

表1 研究区内侵入岩特征一览表Table 1 Characteristics of intrusive rocks in the study area

主要分布于研究区东北部，出露面积约1.78 km2，呈北西向展布，为本区晚侏罗世第四次侵入的产物，超动侵入研究区内以前的侵入岩，总体呈脉状，呈肉红色，斑状结构，块状构造。斑晶含量15%～20%，成分为钾长石，粒度4～5 mm，基质为微晶结构，粒度0.01～0.05 mm。钾长石为正长石：含量为70%～75%，其中斑晶15%～20%，其余为基质；斑晶为自形—半自形板状，可见卡式双晶；基质呈他形粒状，主要由斜长石、石英、钾长石、黑云母组成。斜长石含量8%，晶形他形粒状。石英含量10%～15%，以细小粒状分布于长石粒间，部分与钾长石呈文象状相互交生，构成显微文象结构。黑云母含量5%，呈鳞片状。偶见角闪石和辉石。

主要侵入研究区西部，出露面积约5.62 km2，为本区第三期侵入的产物，与早期侵入的中—粗粒碱长花岗岩呈脉动接触，总体呈岩株状，风化面灰白色，新鲜面黄绿色，岩石以发育晶洞构造为特征，晶洞一般0.4 cm×0.8 cm大小，最大4 cm×12 cm，晶洞内发育石英晶簇，石英六方锥体清晰可见。岩石似斑状结构，块状构造，粒度2～5 mm，钾长石为正条纹长石，晶形为半自形板状—他形粒状，粒度多在2～5 mm；条纹为钠质，呈似脉状、树枝状分布于主晶内，具高岭土化。长石晶形半自形板条状，粒度0.3 mm，分布于正条纹长石边缘。石英他形粒状，呈单晶或集合体状分布于长石空隙间，局部粒内轻度波状消光。黑云母片状，棕色，星散分布。

主要侵入于研究区中部及东南大部，出露面积约15.44 km2，呈岩株状，为本区第二期次侵入产物，与前期侵入的中—细粒碱长花岗岩呈脉动接触。岩体总体呈北东走向。岩石呈浅肉红色，中粗粒结构，块状构造。钾长石为微纹长石、条纹长石，条纹为钠质条纹；晶形呈半自形—他形，半自形为宽板状，粒度2～7.75 mm，并以2～5 mm者居多，大于5 mm者次之，小于2 mm者极少；次生变化强烈，为钾长石化、高岭土、绢云母化。石英呈他形粒状，具波状消光和裂纹。黑云母呈片状，暗绿褐色。偶见角闪石。本中—粗粒碱长花岗岩为本区铌铁矿化体的成矿母岩。

呈岩株状侵入于研究区中南深部，出露面积约2.43 km2，总体呈北东向展布，为研究区内第一期侵入的花岗岩岩体，风化面黄褐色，新鲜面灰白色，细粒状结构，块状构造。矿物粒度较均一。岩石由钾长石、斜长石、石英、黑云母组成。钾长石为条纹长石，含量55%～60%，晶形半自形—他形粒状，粒度0.48～0.80 mm。斜长石为钠长石，含量<5%，晶形半自形—他形粒状，粒度0.12 mm。石英他形粒状，粒度0.48～0.96 mm，含量35%。黑云母少量，鳞片状。岩石致密坚硬，轻度发育高岭土化、绿泥石化等蚀变。

5)脉岩

区内脉岩发育，成分多样，主要为细粒花岗岩脉、石英正长斑岩脉、石英脉及花岗伟晶岩脉。岩脉规模大小不一，小者仅为数米至数十米，大者长达数百至千余米。研究区内发现的铌铁矿体就赋存花岗伟晶岩脉内，岩石新鲜面呈肉红色，伟晶结构，块状构造，主要矿物有：钾长石：半自形粒状，浅肉红色，大小3～6 mm；石英：灰—灰黑色，玻璃光泽，断口油脂光泽，多呈他形粒状，少量晶簇，粒径2～7 mm，最大可达3 cm；黑云母：他形片状分布在长石之间，粒度一般在0.1～0.2 mm；少量的锆石、磷灰石、萤石及独居石等。

2.4 地球化学特征

本区通过1∶5万水系沉积物测量，共圈定综合异常3处，编号分别为AS-1～AS-3。与矿化有直接关系的异常为AS-3号综合异常(表2)。

表2 AS3综合异常地球化学参数特征统计表Table 2 Geochemical parameters characteristics of AS3 comprehensive anomaly

AS-3综合异常：此综合异常位于工作区西北部，异常区内岩性主要为中—粗粒晶洞碱长花岗岩与中—粗粒碱长花岗岩，沟谷部被第四系覆盖，异常范围内存在一沿F1张性断裂侵入北东向的花岗伟晶岩脉(图4)。异常总体呈不规则形状，面积0.86 km2，元素组合为Nb、Ta、 Rb 、Be、Th、U、Sr、Y，异常以Ta、Nb、Rb、U、Sr、Be为主，其中Ta、Nb、Rb元素套合较好，Ta元素异常范围较大，其他元素异常叠合于Ta异常范围内。元素均为一级浓度分带。异常规模较大，异常浓集中心较明显，峰值为Ta 6.7×10-6、Nb 107.50×10-6、U 5.1×10-6、Th 29.24×10-6、Be 12.3×10-6、Rb 342×10-6、Sr 98×10-6、Y 36×10-6。

1—中—粗粒碱长花岗岩；2—中—粗粒晶洞碱长花岗岩；3—细粒花岗岩脉；4—正断层位置及编号；5—铌铁矿体位置及编号；6—槽探位置及编号图4 AS3综合异常剖析图Fig.4 AS3 comprehensive anomaly profile

3 矿体地质特征

3.1 矿体地质特征

矿区共圈定铌铁矿体一条，编号Ⅰ。矿体位于矿区西北部的AS3号综合异常范围内部，沿F1张性断裂侵入于中—粗粒碱长花岗岩的花岗伟晶岩即为矿体，矿体两盘岩石均为中—粗粒碱长花岗岩，矿体与围岩界限明显。矿体总体呈脉状产出，地表断续出露长度约640 m，真厚度1.33～1.51 m，矿体倾向112°～121°，倾角66°～67°。Nb2O5最高品位为0.092%，加权平均品位0.081%。另经组合分析发现，矿体内Rb2O品位在0.057%～0.589%，达到伴生工业指标要求，具有综合利用价值。

3.2 矿石质量

本区内铌铁矿矿石的矿物成分简单，脉石矿物以钾长石、石英、钠长石为主，次为黑云母、萤石，还有少量的锆石、磷灰石、萤石及独居石等。金属矿物以黄铁矿、磁铁矿、铌铁矿、褐钇铌矿及镜铁矿为主。矿石中含铌矿物成分较为复杂，矿物颗粒较小。主要含铌矿物为铌铁矿、烧绿石、金红石、榍石等。含铌矿物常充填于脉石矿物颗粒间或呈细脉状分布于花岗伟晶岩内部。

本区铌矿矿石的结构以花岗伟晶结构为主，次为文象结构，粒状结构，片状、鳞片状结构。矿石构造类型主要为块状构造、碎裂结构，另外还存在细脉充填构造、浸染状构造及团块状构造。

3.3 围岩蚀变特征

本区铌铁矿赋存于花岗伟晶岩内部，与围岩界限明显，近矿围岩蚀变主要为钠长石化、褐铁矿化、黄铁矿化、绿泥石化、硅化及绢云母化等。

4 矿体成因分析

研究区地处北东向围场拱断束的隆起带与张三营凹陷带的接触部位，长期处于强应变状态，复杂构造应力场的叠加、复合及转变作用，使构造热事件相继发生，为成矿物质的聚集、迁移、沉淀及再活化提供了先决条件。区域构造活动的演化，控制着本区碱性花岗岩岩体的展布，次级断裂、裂隙为矿体的形成提供了良好的运移通道和储矿场所。同时长期的应力及岩浆活动，为成矿热液的形成提供了热源条件。先期形成的碱性花岗岩岩体为岩浆提供了良好的屏障，岩浆在相对密闭的环境内，发生液体分离，富集了富碱、含有稀有金属及挥发组分的伟晶制岩浆，此岩浆即为铌铁矿岩浆。随着分离出的花岗质岩浆侵位，地质应力等作用使得高度演化的伟晶岩岩浆岩构造裂隙贯入，发生结晶及交代作用，这些地质作用的发生、发展、叠加及改造，使得Nb、Rb等稀有元素，能够充分富集、运移和沉淀，从而形成具有经济意义的伟晶岩型铌铁矿床。

5 找矿标志

本区铌铁矿体赋存于沿构造侵入的花岗伟晶岩内部，矿体成因类型为花岗伟晶岩型铌铁矿床。本区的主要找矿标志有：

1)构造标志：研究区地处构造环境为活动大陆边缘，区内发现的铌铁矿体赋存于沿北东向断裂构造侵入的花岗伟晶岩内部，矿体受北东向构造控制明显，在多组断裂的交汇处、沿构造侵入的花岗伟晶岩脉是本区重要的找矿标志。

2)矿化标志：本区铌铁矿体赋存于花岗伟晶岩岩脉内部，研究区内伟晶岩类型较简单，交代作用较普遍，岩石钠长石化、硅化、绢云岩化较强烈，并表现出与铌铁矿化正相关的关系，因此寻找与矿化有关的各类矿化蚀变是寻找铌铁矿的直接找矿标志。

3)地球化学标志：1∶5万水系沉积物测量圈定的Nb、Ta、Rb等综合异常，以及1∶5 000土壤剖面测量中Nb元素的高值区域是矿区间接的找矿标志。

6 结论

张三营矿区内铌铁矿体赋存于区内沿构造裂隙侵入的花岗伟晶岩脉内部，受控于区域主构造的次一级断裂、裂隙等构造，矿体走向北东，形态呈透镜状，伟晶岩类型单一，岩石钠长石化、绢云岩化明显，矿化均匀，品位较高。从目前发现的矿脉规模和异常来看，矿体控制程度不足，走向上和倾向上尚有较大的找矿空间，且伟晶岩脉往往成群成带集中分布，如若加大勘查投入，有望实现本区铌铁矿找矿上的突破。