吉林省通化迎门岔地区早白垩世林子头组火山岩铌钽矿化特征及找矿方向分析

王李相

吉林省第四地质调查所，吉林 通化 134001

0 引言

前人在本区的地质工作主要是中小比例尺的区域性基础工作，以及围绕铜、镍等金属矿产进行的勘查项目，发现了二密铜矿、赤柏松铜镍矿等矿床。1988年完成的1∶20万水系沉积物测量覆盖本区，共圈出综合异常35处，迎门岔附近的通通-84-HS-10综合异常包括Be-Rb-Zr-Y-Nb稀有稀土元素组合，通过1∶5万水系沉积物测量、1∶1万土壤测量及地表槽探等工作手段对其进行检查，新发现一条铌钽矿化体，该矿化体赋存在白垩系下统林子头组火山碎屑岩中，地表初步控制长约900 m，宽约120～200 m，w(Nb2O5+Ta2O5)为 0.01%～0.021%，以Nb2O5为主要成分，Ta2O5含量较少。

铌钽等稀有元素的富集与岩浆活动关系密切，在火山碎屑岩中发现该类型矿化体较为少见。本文通过对其赋存层位、构造环境、岩浆岩及物、化探等特征的综合分析，探讨其矿化成因，通过与邻区铌钽矿化体的特征对比，研究其内在关联，以期对本区进一步寻找该类矿体提供帮助。

1 调查区地质特征

1.1 构造位置

中新生代地层分区：华北—柴达木大区(Ⅲ)、华北地层区(Ⅲ-4)、吉南—辽东地层分区(55)、通化地层小区(55-1)[1]。

1.2 地层

中生代以来本区整体接受陆相及火山和火山碎屑沉积，区域出露地层由老至新依次为侏罗系上统小东沟组砂岩、砾岩、果松组火山岩；白垩系下统鹰嘴砬子组砂岩、砾岩、林子头组火山岩、火山碎屑岩；白垩系上统小南沟组砂岩、砾岩、三棵榆树组火山岩、火山碎屑岩。总体呈现火山—火山碎屑沉积与陆源碎屑沉积交替作用的特征[2]。

主要赋矿层位是白垩系下统林子头组火山岩、火山碎屑岩，属火山喷发溢流—火山碎屑相沉积，是一套中、酸性火山岩系。该组岩石主要由安山岩、流纹岩、花岗斑岩、安山质(流纹质)凝灰岩、安山质(流纹质)(含)角砾凝灰岩、安山质(流纹质)(含)角砾晶屑岩屑凝灰岩等组成。岩石颜色以灰白色、灰绿色及灰紫色为主，分布杂乱，具有多旋回喷发特征。

1.3 构造

区内构造类型主要为断裂构造和火山机构。断裂构造主要分北东向、北西向两组。北东向断裂构造形成时间较早，控制区域内主要的褶皱形态及地层分布。铌钽矿化体附近发育的北东向断裂构造与区域上的北东向断裂不是同一时期形成，其规模较小，延伸多在1.5～3 km之间，走向25°～40°，分布在早白垩世林子头组内，被北西向断裂F2-1截断，交角近90°，推测是与F2-1断裂伴生的次级断裂。北西向断裂切断北东向断裂及中生界地层，是最晚一期形成的断裂构造，走向300°～320°，延伸大于20 km，较平直，北东盘向南东方向相对平移，具右旋特征，属于一组北西向张扭性断裂，该方向断裂伴生部分北东向次级断裂、羽状断裂，对区内矿产有一定破坏作用，具有多次活动特征。

火山机构主要是根据高精度磁测及地表测量发现的三处火山口，分布在铌钽矿化体的东部、东南部，与矿化体空间关系密切；火山口周围零星分布各类安山岩、闪长玢岩、花岗斑岩、流纹岩等火山岩，外围断续分布(含)角砾凝灰岩、(含)角砾晶屑岩屑凝灰岩、凝灰岩等火山碎屑岩，其磁场特征表现为强烈的中心负磁场和周围正磁场，二者界线清晰，无过度，周围有未编号小异常环绕火山口，区内广泛出露的酸性火山岩是后期喷溢形成的，前期喷溢的安山岩被覆盖，所以安山岩零星分布，反映出火山喷溢先中性后酸性的旋回特征(1)焦兴来，姜涛.吉林省通化县迎门岔一带稀有稀土矿产资源调查成果报告[R].吉林省第四地质调查所.2021.。

1.4 岩浆岩

区内未见大规模岩体分布，仅在东部有少量燕山晚期的花岗斑岩、流纹岩、安山岩、闪长岩、闪长玢岩等，多呈脉状、小岩株状侵入于侏罗、白垩系地层中，形成时代为晚侏罗—早白垩世，多呈北东、北西向脉状分布，受构造控制明显。主要岩性包括：早白垩世闪长玢岩(K1δμ)、早白垩世花岗斑岩(K1γπ)、晚侏罗—早白垩世安山岩(J3-K1α)、晚侏罗—早白垩世流纹岩(J3-K1λ)等，岩石多具绿泥石化、绢云母化、土化、脱玻化、碳酸盐化等蚀变[3]。

虽然本区未见较大岩体，但距矿化体东部约1.5 km即分布面积较大的花岗岩岩株，东南约5 km即发育有晚侏罗世松顶山岩体(臭松顶子岩体)，通化县二密铜矿即发育在松顶山岩体中细粒石英闪长岩及与周边的火山岩接触带中(2)娄雪家，崔永弘.吉林省通化县二密铜矿生产勘探报告[R].吉林省有色金属地质勘查局六0六队.2013.。

1.5 地球化学特征

迎门岔一带的铌钽矿化体，是在对1∶20万化探综合异常(通通-84-HS-10异常)进行检查时发现的，通过1∶5万水系沉积物测量、1∶1万土壤测量对该异常进一步查证，取得较好的重现性，通过对1∶1万土壤异常高值点的揭露，发现了铌钽矿化体。各比例尺化探异常特征见表1。

根据数值模拟结果，基坑开挖卸载对隧道结构影响较大，近阶段隧道局部结构已经丧失继续承载的能力。为此，近接基坑区段的隧道套拱设计为钢筋混凝土结构形式。设计套拱结构为200 mm厚C30混凝土+120 mm格栅拱架+内侧单层钢筋网片结构。根据对隧道净空的调查结果，隧道套拱施作完成后，基本能够净宽1.3 m的使用要求。钢架采用4肢格栅钢架，纵向间距1.0 m/榀，相邻钢架之间采用直径20 mm的钢筋进行纵向连接，纵向连接筋环向间距0.5 m，内外双侧布置；钢筋网片网格间距150 mm×150 mm，钢筋直径6 mm。

表1 迎门岔铌钽矿化区化探异常特征表

1.6 铌钽矿化体特征

矿化体分布在白垩系下统林子头组火山碎屑岩中，该层位在区域上是林子头组中上段的标志性层位。由两列探槽工程稀疏控制，长约900 m，宽约120～200 m，两端未封闭，呈北西—南东向条带状展布，倾向197°～257°之间，局部受花岗斑岩脉侵入影响倾向北东；倾角62°～80°之间，局部流纹岩及花岗斑岩接触部位倾角较缓30°～44°(图1)。

矿化体的矿化特征肉眼难以鉴别，依据化验分析结果，以w(Nb2O5+Ta2O5)0.01%为下限圈定矿化体。 达到矿化的样品共88个，w(Nb2O5+Ta2O5)大于0.015%的样品共计28个；其中岩性为灰绿色岩屑晶屑凝灰岩14个，浅灰绿色含角砾流纹质晶屑岩屑凝灰岩8个、浅灰绿色流纹质岩屑凝灰岩4个、灰白色流纹岩和花岗斑岩中各1个。

大多数样品都有不同程度的碳酸盐化、绿泥石化等矿化蚀变，矿化以Nb2O5为主要成分，Ta2O5含量较低。

灰绿色岩屑晶屑凝灰岩：风化面黄绿色、新鲜面灰绿色；凝灰结构、块状构造；碎屑物中岩屑成分多为安山质凝灰岩，粒径1～2 mm，含量5%～10%； 晶屑成分为长石、 石英， 粒径1～2 mm，含量10%～20%；火山凝灰含量70%～80%；岩石局部见有碳酸盐化及星点状绿泥石化。

图1 迎门岔一带地质简图❶Fig.1 Geological sketch map of Yingmencha area1.第四系冲洪积；2. 灰白色晶屑岩屑凝灰岩；3. 灰绿色(含角砾)晶屑岩屑凝灰岩；4．灰紫色凝灰岩、晶屑岩屑凝灰岩；5. 灰紫色角砾凝灰岩、含角砾晶屑岩屑凝灰岩；6. 安山岩；7. 流纹岩；8.灰紫色流纹岩、粗面安山岩、凝灰岩；9. 花岗斑岩；10. 闪长玢岩；11. 铌钽矿化体；12.1∶1万土壤综合异常及编号；13. 推测火山口；14. 探槽及编号。❶焦兴来，姜涛.吉林省通化县迎门岔一带稀有稀土矿产资源调查成果报告[R].吉林省第四地质调查所.2021.

浅灰绿色含角砾流纹质晶屑岩屑凝灰岩，岩石风化面浅黄色、新鲜面浅灰绿色；含角砾凝灰结构、块状构造；岩石由火山灰和角砾、岩屑、晶屑等组成，角砾成分以流纹岩、安山岩及凝灰岩为主，呈棱角—次棱角状，大小以2～5 mm为主，少量可达10 mm以上，含量3%～10%，分布不均；岩屑以流纹岩和凝灰岩为主，粒径大小为1～2 mm，含量5%～10%，晶屑主要为长石、石英，大小以0.5～1 mm为主，含量3%～5%，火山灰粒状，含量75%～85%；岩石局部见有碳酸盐化及星点状绿泥石化(3)焦兴来，姜涛.吉林省通化县迎门岔一带稀有稀土矿产资源调查成果报告[R].吉林省第四地质调查所.2021.。

2 邻区矿化体对比

铌钽矿床的主要类型为花岗岩型、伟晶岩型、碱性岩--碳酸盐岩型及部分热液型、风化壳型等(4)左玉山，刘寅彪.内蒙古自治区武川县赵井沟—潘家沟地区铌钽多金属整装勘查区矿产调查与找矿预测子项目成果报告[R].内蒙古自治区地质调查院.2018.，目前还没有赋存在火山碎屑岩中的铌钽典型矿床可借鉴。随着近年来对稀有稀土金属矿产开发利用的重视，在通化周边先后发现了多处铌、钽矿化体，与迎门岔矿化体距离较近的有通化县大川、赶马河等铌钽矿化带、富集带。通过对这三处矿化线索的类比，以期寻找本区铌、钽等稀有金属的分布规律。

(1)大川乡岗山岭一带铌钽矿化体

位于通化县大川乡岗山岭附近，位于迎门岔铌钽矿化体南南西约50 km处，由4条矿化体组成，宽约2～14 m，单工程控制，(Nb+Ta)2O5平均品位0.015%～0.016%，达到矿化标准。地表有1∶5万水系沉积物异常显示，1∶1万土壤化探检查重现性较好。矿化体赋存于早白垩世岗山岩体碱长花岗岩岩体中，该岩体是由上地幔部分重熔形成的岩浆上侵地表浅部形成，铌钽元素通过岩浆成岩过程的结晶分异富集成矿。赋矿岩体只有相带变化，蚀变很弱，成矿与围岩蚀变及后期热液关系不大(5)王忠恒,朱小峰.吉林通化大川地区矿产地质调查成果报告[R].吉林省地质调查院.2016.。

(2)赶马河铌矿化富集带

位于迎门岔铌钽矿化带南西方向约40 km处，由5条铌矿化富集带组成，矿化元素主要为铌，钽含量较低。地表控制长度1 720～3 890 m，钻探控制长度200～400 m，控制厚度8.51～85.86 m。赋存于早白垩世岗山岩体碱长花岗岩岩体中，呈东高西低，似层状，局部舒缓波状，总体走向北西，倾向南西，倾角平缓，仅3°～5°，Nb2O5平均品位0.011%。该矿化富集带在地表有1∶20万水系沉积物异常显示，1∶5万水系沉积物和1∶1万土壤检查具有良好的重现性(6)李佳霖，曹寒挺.吉林省通化县赶马河—梨树沟一带金及多金属矿预查报告[R].吉林省第四地质调查所.2019.。

根据1∶20万、1∶5万水系沉积物测量结果分析，大川和赶马河一带碱长花岗岩中铌元素的地球化学平均值与背景值之比为1.23，富集度较高，变化系数0.3左右，分布相对均匀，也从地球化学角度印证了矿化物质来源于岩浆。因此可以推断幔源的碱长花岗岩浆是矿化体的物质来源，是岩浆自身结晶成岩过程中分异成矿，成矿时间在燕山期构造岩浆旋回的中后期(7)王忠恒,朱小峰.吉林通化大川地区矿产地质调查成果报告[R].吉林省地质调查院.2016.，(8)李佳霖，曹寒挺.吉林省通化县赶马河—梨树沟一带金及多金属矿预查报告[R].吉林省第四地质调查所.2019.。

(3)迎门岔地区铌钽矿化体

赋存在早白垩世林子头组中上段火山碎屑岩中，矿化时代为燕山中晚期，其物质组成、构造特征等显示其与火山活动有直接关系，推测其矿化物质可能有两种来源：一种为与岗山岩体同源的岩浆同期喷溢，沉积到火山碎屑岩中；一种为地下存在隐伏的碱性花岗岩岩体，后期热液活动对岩体中的铌钽元素进行萃取富集或直接破坏已富集的矿体，再由火山活动带出地表，其矿化物质来源是深部的隐伏岩体。

考虑到迎门岔地区火山活动具有多旋回喷溢特征，推测后一种成因的可能性较大，即：迎门岔地区存在与岗山岩体同源的隐伏矿体，后期多次的热液和火山活动对隐伏岩体中的铌、钽元素进行萃取富集，再由火山活动将其带出地表沉积。

三处矿化体的综合特征见表2。

表2 迎门岔、大川、赶马河等地铌钽矿化体综合特征表

综上，大川与赶马河铌钽矿化体，在空间上同属早白垩世岗山岩体，具有相同的成矿时代、赋矿层位、物质来源及矿化富集模式，二者仅由于岩浆分异作用的不均匀性， 产生元素种类和含量的差异，属同类矿化体。迎门岔矿化体分布于早白垩世火山碎屑岩中，附近未见大面积岩体出露，邻近地层中地球化学背景值差异不大，地表未见明显的矿化线索，最直接的联系是在矿化体附近发育多处火山口，如果该矿化体的物质来源是深部隐伏岩体，经过后期多次火山热液活动的萃取与再沉积，其矿化程度可能会高于赶马河、大川。

3 找矿方向探索

通过对三处铌钽矿化体的对比分析，对本区寻找该类矿产有如下认识：

(1)燕山期岩浆旋回的中后期是本区铌钽矿化的重要时期，来自幔源的燕山期碱长花岗岩浆，是成矿物质的来源，岩浆在成岩过程中的分异作用有利于铌钽等稀有元素活化运移富集成矿。

(2)断裂构造及火山机构为成矿物质来源提供了运移通道和富集空间，应重视寻找中生代火山岩，尤其与燕山中晚期岩浆活动有关的火山岩、火山碎屑岩附近是否存在火山通道，可以进一步查找可能隐伏的碱性花岗岩岩体。

(3)三处铌钽矿化体，均有各种比例尺的化探异常显示，有明显的浓集中心、单元素异常套合较好，大比例尺化探检查均有良好的重现性，是良好的找矿标志。

(4)虽然目前尚未在火山碎屑沉积岩中发现大型稀有稀土元素矿床，但在迎门岔地区发现的赋存于白垩系上统林子头组火山碎屑岩中的铌钽矿化体，有可能是火山活动将深部岩体物质的带出表现，具有一定的指示作用，应重视在周边地区如东部相邻的早白垩世臭松顶子岩体周边加强寻找与稀有金属矿种相关的矿化信息。

4 结论

迎门岔、大川、赶马河三处铌钽矿化体、富集带的形成时代均为早白垩世，矿化元素相同，空间距离较近，应属同一成矿期形成的同源矿化，因其产出部位不同，表现为两种矿化类型：大川、赶马河成因较明确，由岗山岩体的岩浆侵入分异作用形成，应注重研究岩体中不同相带的矿化元素分布特征。迎门岔矿化体的成因可能有两种，其一为与岗山岩体同源的岩浆同期喷溢形成；其二是岩浆冷凝后，热液及火山活动对岩体中的铌、钽元素进行富集并带出，两种情况均指向可能存在隐伏岩体，建议对迎门岔的铌钽矿化体进行深部验证，同时对本区早白垩世有火山机构、物、化探异常叠加的火山碎屑岩区域应予以重视。