内蒙古额济纳旗灰石山稀土铌多金属矿床地质特征及成因

陈海东，王占富，鲁 宁，张海峰，谢建玺

(内蒙古地质矿产勘查院，呼和浩特 010010)

0 引言

稀有、稀土金属等矿产是公认的战略性新兴矿产，在冶金、高端装备制造业及新能源汽车领域发挥着不可替代的作用，且其重要性越来越突显，因而有“工业维生素”之称[1-3]。灰石山稀土铌多金属矿床位于内蒙古阿拉善盟额济纳旗，北距雅干约30 km，西距额济纳旗城区约100 km，南距温图高勒苏木约70 km。20世纪70年代末，甘肃地质局地质力学区域测量队开展1∶20万区域地质调查时，在灰石山一带发现了铌矿化露头并进行了地表槽探追索验证，认为稀土铌可能在地层沉积时已趋富集，后期构造运动使其进一步富集成矿，但未做深部取样工程验证、成矿物质来源研究及详细的矿床地质特征总结。2012—2018年，内蒙古地质矿产勘查院在1∶20万区域地质调查成果的基础上，对灰石山稀土铌多金属矿区开展普查、勘探工作，通过野外地质调查、槽探钻探揭露、岩矿鉴定及工艺矿物学研究，总结了该矿床的地质特征，探讨了成矿物质来源、矿床成因并建立了成矿模式，这对在灰石山矿区及周边地区进一步勘查、寻找同类型矿床具有重要的借鉴和指导意义。

1 区域地质概况

阿拉善地块处于华北板块、塔里木板块和西伯利亚板块之间的汇合地带，是天山造山带与兴蒙造山带的交汇部位。灰石山稀土铌多金属矿床位于阿拉善地块北缘珠斯楞—杭乌拉构造带内[4-6]，距北侧雅干断裂带约20 km(图1)。早古生代，该构造带地层为浅海相碎屑岩建造，以碎屑岩为主，不同地层单元连续沉积，无火山活动，反映了被动大陆边缘沉积环境。该构造带在石炭纪火山活动频繁，伴有强烈的基性和中性火山喷发，由被动陆缘转化为活动陆缘；该构造带在早二叠世接受巨厚沉积，形成复理石建造，沉积盆地逐渐加厚，属于裂谷作用的产物[4-7]。

1.古元古界北山岩群；2.下二叠统双堡塘组；3.上二叠统哈尔苏海组；4.上白垩统乌兰苏海组；5.辉石岩；6.斜长角闪石岩；7.闪长岩；8.正长岩；9.二叠纪二长花岗岩；10.石英脉；11.铌矿体及编号；12.稀土矿体及编号；13.岩层产状；14.角度不整合界线；15.实测正断层及倾角；16.实测逆断层及倾角

2 矿区地质特征

受区域构造影响，矿区各地质体总体呈NEE向展布，出露地层较简单，由老至新分别为古元古界北山岩群、古生界下二叠统双堡塘组与上二叠统哈尔苏海组和中生界上白垩统乌兰苏海组。双堡塘组出露最广泛，为一套滨浅海相碎屑岩、碳酸盐岩建造，岩性主要为变质砂岩、变质粉砂岩、碳质板岩、碳酸盐岩(微晶-粉晶白云岩夹微晶灰岩)等，稀土铌多金属矿床主要赋存于该套地层的碳酸盐岩中。哈尔苏海组仅在矿区西北角出露，由一套陆相沉积碎屑岩夹碳酸盐岩组成，与双堡塘组呈断层接触。乌兰苏海组仅在矿区中东部低洼处少量出露，为一套内陆湖相红色碎屑岩。

矿区内断裂较发育，以NE向、NEE向断裂为主，被晚期NW向断裂截断错位。F1断层面呈舒缓波状，总体北倾，倾角65°～75°。上盘主要为碳质板岩、粉砂岩，岩石受强烈挤压劈理化；下盘主要为碳酸盐岩，破碎带宽1～2 m，带内岩石劈理化，发育构造角砾岩和断层泥。F2断层上盘岩性主要为碳酸盐岩，下盘为泥质粉砂岩，局部为碳质板岩，破碎带宽2～10 m，岩石极破碎，呈角砾状、粉末状，见波状光滑位移面和构造透镜体(图2)。断层面呈舒缓波状，总体北倾，倾角75°～80°。破碎带内透镜体展布特征及钻孔揭示，F1和F2断层均为压扭性正断层。Ⅰ号稀土铌多金属矿体受F1和 F2断层夹持，2条断层近平行产出，西段近EW向，向东逐渐变为NEE向，被NNW向断裂错断，东西两端逐渐合并，形成总体呈NEE向展布的“月牙形”透镜体，长约2 km，中间最宽处约90 m。

(a)F2断层破碎带中的构造透镜体(b)F2断层钻孔特征

矿区岩浆岩极发育，以酸性岩为主，少量基性岩和中性岩，多呈岩株、岩枝、脉岩产出，总体呈NE向、NNE向。以二叠纪酸性岩出露最广泛，主要分布于矿区中部，岩性以二长花岗岩为主，侵入下二叠统双堡塘组中。其次为少量闪长岩、碱性正长岩、斜长角闪石岩、辉石岩呈小岩枝、岩脉产出，均侵入下二叠统双堡塘组。其中碱性正长岩与成矿作用密切相关。正长岩新鲜面呈深灰色，半自形粒状结构，块状构造，由钾长石(约75%)、斜长石(约20%)及少量黑云母(约5%)组成(图3)。钾长石呈近半自形板状，杂乱分布，粒度一般2～4.5 mm，部分5～7 mm，表面显脏，晶粒内见斜长石包体，局部见格子双晶，少数被钠长石交代，少数边缘被细粒化新晶粒环绕。斜长石呈近半自形板状，呈似填隙状分布，粒度一般0.5～2 mm，少数2～2.6 mm，大多数被绢云母交代呈假象，少数残留，部分具细粒化。黑云母呈鳞片状，零星分布，片径一般0.2～1.5 mm，常见细粒变晶集合体，具不均匀绿泥石化。

(a)正长岩手标本特征(b)正长岩显微镜下特征

3 矿体地质特征

3.1 矿体特征

矿区发现的主要矿体有Ⅰ号稀土铌复合矿体和Ⅱ号单一铌矿体。Ⅰ号稀土铌复合矿体赋存于下二叠统双堡塘组碳酸盐岩中，被F1和F2断裂夹持，顶、底板岩性均为碳质板岩、变质粉砂质泥岩和变质泥质粉砂岩(图4)。矿体由地表15个探槽和深部89个钻孔控制，走向控制总长1 380 m，东西两端隐伏，且逐渐趋于变薄尖灭，倾向控制最大延深681 m，倾向未控制边界。矿体走向近EW向，其中西段走向EW向，东段走向NEE向，倾向310°～20°，倾角47°～83°，呈层状、似层状。矿体平均厚54 m，最厚246 m。Nb2O5品位0.05%～4.81%，平均品位0.13%；稀土总量(REO)品位0.5%～6.5%，平均品位1.02%，局部伴生磁铁矿，mFe最高品位33%，TFe最高品位40%。Ⅱ号单一铌矿体位于矿区南东部，赋存于正长岩中，岩体围岩为变质粉砂岩、变质泥质粉砂岩。地表矿体由5个探槽控制，厚50～73 m，平均厚58.12 m，长313 m。Nb2O5品位0.05%～0.11%，平均品位0.074%。由于深部勘查工作量投入较少，未能控制矿体深部情况。矿区内目前估算Nb2O5资源量15万t，REO资源量119万t。目前勘查成果表明，灰石山稀土铌多金属矿床深部矿化延伸稳定，厚度变大，矿石品位较好，深部找矿潜力较好。

1.铌矿体；2.稀土矿体；3.钻孔及编号；4.下二叠统双堡塘组；5.闪长岩；6.断层及编号；7.单工程稀土单工程铌

3.2 矿石及蚀变类型

Ⅰ号稀土铌复合矿体赋矿岩石主要为白云岩、灰岩和强蚀变岩。矿石结构主要为泥晶-微晶结构、半自形-它形粒状结构、鳞片变晶结构、粒状变晶结构；矿石构造主要为块状构造、星散状构造、条带状构造、板状构造和少量角砾状构造(图5(a)、(b)、(c))。脉石矿物以石英、铁白云石为主，其次为白云石，少量黏土矿物、黑云母、长石、方解石、磷灰石、绿泥石等。金属矿物主要为磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿，其中有微量钠黄铁钒。次要金属矿物有黄铁矿、钛铁矿、铌铁矿及少量闪锌矿、黄铜矿等(图5(d)、(e))。矿石中的有用组分为铌和稀土(以轻稀土为主)，伴生铁和钍。稀土的独立矿物有独居石、氟碳铈镧矿、氟碳钙铈矿、褐帘石、磷钇矿、褐钇铌矿，可利用的稀土工业矿物为独居石。铌的独立矿物有铌铁矿、铌钙矿、褐钇铌矿，主要为铌铁矿，可利用的铌工业矿物为铌铁矿。铁的独立矿物有赤褐铁矿、磁铁矿、菱铁矿，以赤褐铁矿为主，其次为磁铁矿、菱铁矿。含铁金属矿物有钛铁矿、黄铁矿、钠黄铁钒，可利用的铁工业矿物为赤褐铁矿、磁铁矿、菱铁矿。钍的独立矿物有钍石、独居石，富集回收的钍矿物为独居石。铌铁矿多数呈它形粒状，部分呈乳滴状、蠕虫状，少数呈半自形板柱状结构。它形粒状、半自形结构的铌铁矿多呈星散状嵌布于矿石中(图5(f))。独居石主要呈它形粒状或不规则团块状嵌布。在氧化矿石中，独居石主要嵌布于石英集合体内；在原生矿石中，独居石多数与菱铁矿、铁白云石毗邻相嵌或嵌布于其中，部分与铌铁矿、赤褐铁矿、石英、黑云母毗邻相嵌(图5(g))，或以星散状嵌布于石英、铁白云石、闪石、黑云母等脉石矿物内。矿石自然类型主要有磁铁稀土铌蚀变岩型、稀土铌蚀变岩型、磁铁铌稀土碳酸盐型和铌稀土碳酸盐型。矿石工业类型属于含铌钍低品位轻稀土矿石。

(a)浸染状碳酸盐岩型矿石(b)浸染状蚀变岩型矿石(c)角砾状矿石

Ⅱ号单一铌矿体矿石类型单一，赋矿岩石为碱性正长岩。矿石结构为半自形-它形粒状结构、细脉状结构，矿石构造为块状构造、星散状构造。脉石矿物以长石(钠长石为主，次为钾长石)为主，其次为云母类(白云母、黑云母)，少量方解石、绿泥石，微量磷灰石、石英、铁白云石及黏土矿物。金属矿物含量低，主要有赤褐铁矿、磁黄铁矿、磁铁矿、钛铁矿、锰矿物、铌铁矿。矿石中的主要有用组分为铌，铌的独立矿物为铌铁矿。矿石自然类型为碱性正长岩型。

矿区主要蚀变类型有硅化、褐铁矿化、碳酸盐化、黄铁矿化、磁铁矿化、绿泥石化、绢云母化等，其中与成矿关系密切的为硅化、褐铁矿化、黄铁矿化、磁铁矿化和绿泥石化。

4 讨论

4.1 矿床成因

灰石山稀土铌矿体与碱性正长岩关系密切。碱性正长岩SiO2含量为52.64%～55.38%，Al2O3含量为20.31%～21.96%，(K2O+Na2O)含量为8.7%～11.63%，可能形成于中二叠世后碰撞伸展构造环境，是岩石圈板块拆沉、软流圈地幔物质底侵后幔源物质熔融部分壳源物质生成的富K、Na及Nb、REE岩浆的产物。矿区东南部呈NE向椭圆形产出的正长岩，侵入下二叠统双堡塘组沉积碎屑岩，外接触带小褶曲较发育，表明岩浆主动侵位，Ⅱ号单一铌矿体赋存于正长岩中。Ⅰ号稀土铌复合矿体南侧(F2断裂下盘)见与矿体近平行出露的正长岩脉，岩浆沿F2断裂被动侵位，脉体Nb2O5含量0.01%～0.03%，REO含量0.08%～0.09%，均已达到矿化标准，推断灰石山稀土铌多金属矿床的成矿作用与岩浆活动有关，碱性正长岩浆为该矿床的形成提供了物质来源。

4.2 成矿模式

通过对阿拉善地区岩浆岩进行研究[7-9]，发现该区在早二叠世晚期—中二叠世处于大陆板内伸展构造环境。在伸展构造环境下，含矿正长质岩浆主动侵位，伴随岩浆结晶分异作用，不相容元素(Nb、REE等)在残余熔体中富集成矿。岩浆结晶分异后形成了灰石山Ⅱ号单一铌矿体，矿体与围岩界线清楚，该矿体为岩浆结晶分异型。部分正长质岩浆沿断裂被动侵位，随着温度和压力的进一步剧烈下降，流体与熔体发生溶离作用[10]，富含Nb、REE和挥发分(F和Cl为主)的硅质流体发生水-岩反应，在有利部位形成了稀土、铌矿床[11-14]，Ⅰ号稀土铌复合矿体即形成于该过程中。该类矿床中岩石蚀变程度与稀土、铌的含量呈正相关，矿体与围岩界线不明显，矿体为岩浆期后热液交代型。此外，Ⅰ号稀土铌复合矿体局部地段富集磁铁矿，磁铁矿多呈星散状，局部保留早期的条带状，铁矿体可能是早期沉积作用后形成的，后期受流体萃取、富集叠加成矿。

4.3 找矿标志

碱性正长岩与成矿密切相关，是寻找稀土铌矿体的重要标志。稀土铌矿体中局部伴生磁铁矿，磁异常区是寻找该类矿床的找矿标志。与稀土铌矿体有关的岩石蚀变主要有硅化、褐铁矿化、黄铁矿化、磁铁矿化，蚀变程度与稀土铌的含量呈正相关，此类岩石蚀变现象可作为寻找稀土铌矿体的找矿标志。铌、钽的地球化学异常为良好的找矿标志。

5 结论

(1)灰石山稀土铌矿床的成矿作用与岩浆活动有关，碱性正长质岩浆提供了成矿物质。该矿床主要有岩浆期后热液交代型和岩浆结晶分异型2种成因类型。赋存于下二叠统双堡塘组碳酸盐岩中的岩浆期后热液交代型Ⅰ号稀土铌复合矿体严格受断裂控制，围岩蚀变程度与稀土、铌含量呈正相关，矿体与围岩界线不明显；赋存于正长岩中的岩浆结晶分异型Ⅱ号单一铌矿体，矿体与围岩界线即正长岩与围岩界线，且界线清晰。

(2)硅化、褐铁矿化、磁铁矿化、黄铁矿化等矿化蚀变，碱性正长岩以及铌、钽地球化学异常区是灰石山稀土铌多金属矿床重要的找矿标志。

(3)本次工作未系统采集、测试含矿正长岩同位素年龄及与成矿相关的流体包裹体等样品，建议今后进一步加强对该区成矿时代、温度、流体来源等研究。