河南省西峡县太平镇稀土矿床地质特征及找矿远景研究

张同林，王俊，温国栋，张盼盼

(河南省核工业地质局，郑州 450044)

0 引言

太平镇稀土矿位于河南省西峡县太平镇，是河南省提交的第一个中型轻稀土矿床。经三年多的勘查工作，在矿区内共发现7条稀土矿脉，圈定17个矿体，提交稀土氧化物总量17余万吨。目前，对该稀土矿的研究主要集中在稀土矿矿物学、矿床成因等方面[1-6]，对于稀土矿特征、找矿标志及找矿预测等方面的研究较少。因此，笔者基于在该区进行野外勘查和取样测试分析基础上，系统梳理研究了太平镇稀土矿矿区地质特征、稀土矿体特征，力图归纳总结该类型稀土矿找矿标志和矿找矿方向，为下一步的勘查工作及整体工作部署提供参考。

1 区域地质背景

秦岭地区经历了多期次的地质构造运动，形成北秦岭造山带和南秦岭造山带，大地构造细分为华北南缘陆坡带、北秦岭弧后杂岩带、北秦岭岛弧杂岩带、中秦岭弧前盆地系、南秦岭增生杂岩带等13个主要构造单元[7]。豫西太平镇稀土矿床就位于北秦岭造山带东段北部[1]，也就是位于北秦岭岛弧杂岩(二郎坪弧后杂岩)带[7]内(图1)；二郎坪弧后杂岩由宽坪群和部分二郎坪群中的基性火山岩与碳酸盐岩的构造块体与变质的古生代深海碎屑岩混杂组成[7]。

图1 秦岭造山带地质构造简图及研究区位置(据文献[7-8]，修编)

研究区北以栾川断裂(LLF)为界，与华北陆块南缘活动边缘带相邻；南以商丹断裂(SDS：商丹缝合带)为界。二郎坪构造-地层单元呈NW向楔形地体夹持于朱夏断裂和瓦穴子-乔端断裂之间，其主要岩性为早古生代二郎坪群变质岩和一些花岗岩类，其中早古生代二郎坪群是一套弧后盆地火山-沉积建造[9-10]，是北秦岭造山带的重要构造-地层单元。区内断裂构造复杂，岩浆热液活动频繁，岩石变形变质作用强烈，成矿条件非常有利；二郎坪群海相火山-沉积变质岩系，是北秦岭构造带中重要的铁铜、铅锌等有色金属成矿区。

2 矿区地质特征

2.1 地层

太平镇稀土矿区出露的地层主要为下古生界二郎坪岩群大庙组、火神庙组，以及沿沟谷、坡地带出露的新生界第四系(图2)。

大庙组(Pz1d)在矿区东南部少量出露，是以黑云石英片岩、黑云斜长片岩等为主的一套变质碎屑岩和碳酸盐岩沉积建造，岩层倾向210°～220°，倾角55°～60°。

火神庙组(Pz1h)出露于矿区的南部，是矿区内最主要的地层，其主要岩性为斜长角闪片岩、斜长角闪岩、角闪岩、长英质岩等，原岩为基性火山岩夹少量碎屑沉积岩[1]。岩层呈单斜产出，倾向210°～230°，岩层倾角因受构造活动影响而变化较大，倾角55°～75°，局部可达到80°或近似直立。该地层是矿区主要的赋矿地层，Ⅲ号、Ⅵ号稀土矿脉赋存在该地层中。

2.2 构造

矿区内断裂构造发育，且有多期次的特点，早期以张性为主，后以压扭性为主。断裂构造内主要被构造蚀变岩、角砾岩、碎裂岩、石英脉等充填，沿走向及倾向常见膨胀收缩、分枝复合等现象。充填的石英脉及断裂构造上下盘围岩因受后期构造的挤压发生破碎，在其中发育了黄铁矿、褐铁矿、萤石等矿化。含矿石英脉呈细脉状，局部石英呈角砾状。通过对矿区地质填图发现，矿区内构造主要有NW向、NWW向、NE向三组，其中以NW向构造最为发育，是矿区的控矿和容矿构造，稀土矿体严格受NW向构造控制。

矿区内发育的NW向断裂构造主要有6条，其中F2、F3、F4是矿区内主要的控矿断裂构造(图2)。

图2 太平镇稀土矿床矿区地质图

F3：位于十里沟至李家庄，长约3166 m，宽度0.50～6.35 m，最大宽度约11 m，平均宽度1.92 m，倾向 210°～256°，倾角40°～80°，工程控制矿化带长度2966 m。该矿化带产于加里东期斜长花岗岩和火神庙组斜长角闪片岩中，部分地段充填有石英脉，发育有硅化、黄铁矿化、萤石化、高岭土化、褐铁矿化、绿帘石化、碳酸盐化等蚀变。

F4：位于草沟至石里沟，长约1380 m，宽度0.88～2.36 m，最大宽度2.58 m，平均宽度1.64 m，倾向 213°～235°，倾角53°～81°，工程控制矿化带长度约1380 m。该矿化带产于加里东期斜长花岗岩中，发育有破碎石英脉和蚀变岩，主要蚀变有硅化、黄铁矿化、绿帘石化、褐铁矿化、高岭土化，局部见有萤石化。

2.3 岩浆岩特征

矿区内侵入岩发育，主要为燕山期老君山复式岩体及海西期、加里东期岩体(图2)。老君山复式岩体主要出露在矿区北部，岩性为中斑中粒二长花岗岩、小斑中细粒二长花岗岩、细粒二长花岗岩，形成于早白垩世伸展环境下。海西期中酸性二长花岗岩位于矿区南西部，加里东期斜长花岗岩位于矿区中部，加里东期(辉长)闪长岩位于矿区东南部。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

太平镇稀土矿区共发现稀土矿脉7条(见图2)，受北西向构造破碎带控制，其矿化特征、矿化类型基本相同，矿脉呈平行状分布。其中Ⅰ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ号矿脉规模小，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号矿脉规模大，且具有较好的找矿前景。通过工程控制共在矿区内圈定稀土矿体17个，稀土矿体主要赋存于Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号矿脉中，其中Ⅱ2、Ⅲ5为主矿体，围岩为斜长角闪片岩和斜长花岗岩。矿体呈脉状和透镜状，产状与断裂产状基本一致。矿体富集出现在产状变化部位，倾角较陡或平面上转折处富集明显。

(1)Ⅱ号脉

圈定5个稀土矿体，其中Ⅱ2为主矿体，Ⅱ4为薄脉型矿体。

Ⅱ2矿体位于07号线西148 m，东到08号线东112 m，控制长度1060 m，厚0.69～4.42 m，产状191°～229°∠50°～76°。矿体控制最低标高+605 m，最高标高+1026 m(图3)，斜深380 m，最小厚度0.49 m，最大厚度4.42 m，平均厚度2.26 m，均方差1.06，矿体厚度变化系数46.99%；品位变化区间为0.943%～5.097%，平均品位2.67%，均方差0.98，品位变化系数为36.87%。

图3 西峡县太平镇稀土矿Ⅱ号矿体联合剖面图

(2)Ⅲ号脉

圈定6个稀土矿体，其中Ⅲ5为主矿体，Ⅲ6为薄脉型矿体。

Ⅲ5矿体位于32号线以西110 m，东到44号线以东46 m，长度760 m，产状210°～260°∠50°～84°，矿体控制最低标高+518 m，最高标高+940 m，斜深372 m，最大厚度11.34 m，最小厚度0.89 m，平均厚度3.28 m，均方差2.72，矿体厚度变化系数82.95%；品位变化区间为1.17%～7.046%，平均品位2.97%，均方差1.75，品位变化系数58.93%。

太平镇稀土矿床矿体基本无后期断裂破坏及脉岩穿插，反映成矿后基本无断裂活动；矿体三维空间形态保存完好，受构造影响程度小。矿体与围岩无明显的界线，呈渐变过渡关系，主要通过分析测试划分确定矿体界线。

3.2 矿石特征

太平镇稀土矿石呈半自型-自型粒状结构、鳞片粒状变晶结构、柱粒状变晶结构，稀疏浸染状构造和脉状构造(图4a—图4b)。主要矿物氟碳铈矿、石英、重晶石、萤石、方解石、黑云母、绿泥石、黏土矿物、绢(白)云母、斜长石、角闪石、磷灰石、绿帘石、锆石、黝帘石、高岭土及少量电气石、透闪石、阳起石(图4a—图4f)，少量氟碳钙铈矿，金属矿物有黄铁矿(图4b)、辉钼矿、磁铁矿、钛铁矿、赤铁矿、褐铁矿及黄铜矿、蓝辉铜矿。稀土矿物主要为氟碳铈矿，约占90%，此外在该矿区中还发现有直氟碳钙铈矿、钙稀土氟碳酸盐多体矿物、褐帘石(图4f)、独居石、氟镧矿、羟硅铈矿、氟铈矿、富氟硅铈石、太平石等10多种稀土矿物[1-3,5]。

3.3 围岩蚀变特征

太平镇稀土矿围岩蚀变发育，多为热液蚀变，具有蚀变范围广泛，蚀变种类多、多期、多次蚀变叠加的特征。主要蚀变有硅化、黄铁矿化(图4b)、萤石化(图4a—图4b)、重晶石化、碳酸岩化、绢云母化、绿泥石化、绿帘石化等。稀土矿化与硅化、萤石化、重晶石化、黄铁矿化关系最为密切。

图4 太平镇稀土矿矿石宏观及微观照片

矿脉中硅化、黄铁矿化、萤石化、重晶石、绢云母化、褐铁矿化发育地段，稀土矿品位较高。因此，硅化、黄铁矿化、萤石化、重晶石、绢云母化、褐铁矿化可以作为该区稀土矿找矿标志。

3.4 矿石成分特征

太平镇稀土矿14个稀土矿石样品的化学全分析结果(表1)显示，矿石主要化学组成为Si、Al、Fe、Ba、Ca、Na、K、Mg、F、S、La、Ce、Nd和Pr等元素。其中，w(SiO2)=21.25%～82.92%，平均62.96%；w(Al2O3)=2.45%～24.90%，平均11.58%，其变化较大；K2O、Na2O含量较低，w(K2O)=0.30%～2.90%，平均1.55%，w(Na2O)=0.10%～2.96%，平均1.04%，但w(K2O)>w(Na2O)；w(CaO)=0.51%～29.78%，平均5.80%；w(BaO)值较高，一般介于0.20%～6.25%之间，平均1.45%；w(La2O3+CeO2+Nd2O3+Pr6O11)值一般为0.11%～11.38%，平均3.38%。

表1 太平镇稀土矿石常微量元素含量分析结果

矿石稀土元素测试分析结果(表2)显示，太平镇稀土矿轻稀土含量w(LREE)=26 187.12×10-6，重稀土含量w(HREE)=82.52×10-6，w(LREE)/w(HREE)=317.34，w(La2O3+CeO2+Nd2O3+Pr6O11)值占稀土总量(w(ΣREE)值)的97.15%，说明太平镇稀土矿轻重稀土分异明显，是以Ce、La、Nd、Pr为主的轻稀土矿。

表2 太平镇稀土矿矿石稀土氧化物化学分析结果

3.5 放射性特征

矿区主要含矿的6条NW向断裂构造，明显呈现出地面伽玛总量测值增高现象，一般测值20×10-6～30×10-6，最高值262×10-6，高值区形态与含矿构造破碎带基本一致[4]，且和稀土矿化呈明显的正相关关系。因此，高的放射性强度可作为该区稀土矿找矿的一个重要找矿标志。

同时，经取样分析，矿石中U含量w(U)=0.232×10-6～57.6×10-6，U含量偏低，达不到铀矿工业标准；Th元素含量w(Th)值在1.1×10-6～401.8×10-6之间。由图5可以看出，U与轻稀土元素呈相关关系不明显，但Th与稀土元素曲线非常一致，呈很强的正相关关系，由此可以说明稀土矿的高放射性强度与Th含量关系密切。

图5 La、Ce、Pr、Nd与Th、U元素强度相关关系图

4 找矿标志及找矿预测

4.1 找矿标志

通过系统梳理分析太平镇稀土矿床的矿区地质、矿体特征，并基于野外调研认识，其区内找矿标志可归纳为以下几点：

①构造环境标志

从太平镇稀土矿构造环境看，稀土矿形成于加里东晚期的拉张环境，秦岭造山带的北秦岭是稀土矿主要找矿位置，其中二郎坪构造单元(岩浆岛弧)尤为重要。

②断裂构造标志

区域性深断裂带有利于岩浆的侵入，碱性、钙碱性岩体分布在次一级区域性深断裂带上或其附近，显示区域性深断裂对碱性岩的控制作用，因此断裂带附近是有利的找矿位置。拉张环境下形成的张性断裂或加里东晚期的分异伟晶岩脉是稀土矿找矿的直接标志。

③岩浆岩标志

二郎坪岩浆岛弧是以钙碱性为主的一套火山岩，属于裂谷、地堑、地幔上拱带的拉张环境，钙碱性、富碱侵入体的源区为壳幔混源。区内早古生代以Ⅰ型为主的花岗岩是稀土矿成矿的岩浆岩前提条件。

④岩性标志

在有利的成矿部位，碱性岩体、钙碱性岩体和碱性杂岩(碳酸岩)，特别是富含方解石、重晶石和萤石断裂带是重要的稀土矿成矿为，可以作为稀土矿找矿的岩性标志。

⑤围岩蚀变标志

围岩岩体中广泛发育硅化、黄铁矿化、碳酸岩化、重晶石化、萤石化，尤其是碳酸岩化、萤石化，是该区稀土矿一种很好的找矿标志。

⑥矿物组合标志

通过野外观察发现，矿区内矿石具有典型的4种矿物共生组合特征，分别为：石英-方解石-辉钼矿矿物共生组合；石英-重晶石-方解石-氟碳铈矿-黄铁矿矿物共生组合；石英-萤石-重晶石-氟碳铈矿石英矿物共生组合；褐铁矿-褐帘石-黄铁矿-蓝铜矿-氟碳铈矿-萤石-重晶石-方解石矿物共生组合。这些矿物组合标志可以作为该区重要的稀土矿找矿标志。

⑦放射性找矿标志

矿区内稀土矿与放射性强度具有密切的正相关关系，其主要与Th含量密切相关，因此高的放射性强度(或地面伽玛总量测值)可以作为该区稀土矿找矿的放射性找矿标志。但值得注意的是虽然稀土矿总量与放射性总量存在正相关关系，但放射性测值很高(如大于500×10-6)时，其稀土总量未必含量就高。

⑧采矿遗迹标志

稀土矿与萤石、钼、钡等具有较好的共生关系，因此历史遗留的萤石矿及金矿等采矿坑洞、矿渣堆等采矿遗迹对稀土矿找矿具有指示作用，是该区稀土矿最直接的找矿标志。

4.2 找矿远景

呈狭窄条带夹持于瓦穴子—乔端和朱阳关—夏馆两大断裂之间的二郎坪单元，属被强烈压缩改造的地体。经大量野外调查和综合研究表明，区域主体褶皱构造是以太平镇—板山坪为主背斜，形成南北两翼大致对称，紧密线状复式倒转褶皱。褶皱呈紧闭线状、轴面近直立，脊线走向290°，其延伸方向与区域构造方向一致。以太平镇—瑞源一带发育最好(图6)。背斜轴部出露为火神庙组变细碧岩—石英角斑岩系，太平镇—瑞源主背斜对区内铁铜、铅锌、金银矿产具有明显的控制作用。特别是内乡瑞源、老龙窝、嵩县油路沟、大青沟一带，沿背斜轴部及南北两翼，有多个铁铜、铅锌、金银等矿带、矿点、矿化点分布，且以Au、Ag、Cu、Pb、Zn为主的化探综合异常强度高、规模大，各元素之间套合的比较好，其找矿意义重大。

图6 内乡瑞源—嵩县油路沟太平镇—板山坪二郎坪群主背斜地质构造剖面图

由于太平镇稀土矿氟碳铈矿U-Pb年龄介于412 Ma±18 Ma—425 Ma±21 Ma之间，稀土矿与二郎坪群中的加里东期岩体成矿密切，因此该稀土矿成矿时代应为加里东晚期，属俯冲型岩浆晚期的产物。根据太平镇稀土矿的成矿地质背景、成矿时代及找矿标志等特征的研判，认为在研究区太平镇-板山坪复式背斜核部附近的加里东晚期I型花岗岩张性断裂带中开展寻找太平镇式稀土矿的远景良好；在研究区东南外围对歪头山组中的加里东期I型花岗岩中张性断裂带开展太平镇式稀土矿找矿工作是今后的找矿方向。

5 结语

(1)太平镇稀土矿共发现稀土矿化带7条，圈出稀土矿体17个，稀土矿体呈脉状和透镜状，严格受北西向构造破碎带控制，产状与断裂产状基本一致。

(2)太平镇稀土矿是以Ce、La、Nd、Pr为主的轻稀土矿矿床，最主要的矿石矿物为氟碳铈矿。

(3)稀土矿围岩蚀变具有蚀变范围种类多、多期、多次蚀变叠加的特征。其中，硅化、黄铁矿化、萤石化、重晶石、绢云母化、褐铁矿化与稀土矿化关系密切，可以作为该区稀土矿找矿标志。

(4)稀土矿与放射性强度具有密切的正相关关系，是该区稀土矿的放射性找矿标志。

(5)以加里东期I型为主的花岗岩是稀土矿成矿的岩浆岩前提条件，富含方解石、重晶石和萤石断裂带是稀土矿重要的找矿位置；石英-方解石-辉钼矿、石英-重晶石-方解石-氟碳铈矿-黄铁矿、石英-萤石-重晶石-氟碳铈矿、褐铁矿-褐帘石-黄铁矿-蓝铜矿-氟碳铈矿-萤石-重晶石-方解石等四种类型矿物共生组合是该区稀土矿找矿的矿物组合找矿标志；萤石矿及金矿等采矿遗迹是稀土矿最直接的找矿标志。

(6)太平镇稀土矿与侵入二郎坪群中的加里东期I型花岗岩体密切相关，因此，研究区太平镇-板山坪复式背斜核部附近加里东晚期张性断裂带及其分布区是今后寻找太平镇式稀土矿的找矿方向及远景区。