豫西太平镇稀土矿床地质特征及成矿模式*

王瑞利

（河南省核技术应用中心）

稀土是重要战略资源，关乎国计民生和国防安全。秦岭造山带是我国重要的成矿带，随着勘探工作的不断深入，陆续发现了太平镇等多处稀土矿床，总资源量达200 多万吨。该矿床从2013 年展开普查，至2016 年共发现7 条稀土矿带，圈定17 个矿体，提交稀土氧化物总量17 余万吨，是河南省第一处中型稀土矿［1-2］。在系统总结太平镇稀土矿矿床地质特基础上，着重通过同位素和包裹体特征分析研究了成矿物质来源、成因类型等，建立了该区的成矿模式，以期对本地区找矿有所启示和禅益。

1 地质背景

太平镇稀土矿位于北秦岭岩浆岛弧瓦穴子断裂南侧（图1）。秦岭复合型大陆造山带是重要的成矿带，地壳组成和结构复杂。以商丹和勉略缝合带为界可划分为北秦岭构造带、南秦岭构造带和扬子板块北缘构造带［3］。作为北秦岭造山带的重要构造—地层单元的二郎坪地质体，由二郎坪群和各类花岗岩侵入体构成［2］。二郎坪群南隔朱夏断裂与秦岭岩群北侧的含金刚石超高压榴辉岩相邻［4］，为1 套具有岛弧—弧后盆地特征的火山—沉积组合。区域断裂构造以瓦穴子和朱夏断裂为代表，呈北西向展布；太平镇—板山坪复式斜歪—倒转背斜，以二郎坪群大庙组为核部，南、北分别与秦岭群和宽坪岩群断层接触，北翼因岩体吞噬出露不全。它们是北秦岭构造亚带重要的控岩控矿构造，控制了区域金、银及有色金属矿产的空间分布。区域岩浆活动频繁，岩石成分以中酸性岩类为主，主要有张家庄中酸性岩带、西庄闪长岩体等古生代侵入岩，及老君山、满子营花岗岩等早白垩世花岗岩类。

2 矿区地质特征

2.1 地 层

矿区地层为下古生界二郎坪岩群大庙组和火神庙组，及第四系洪（冲）积、残坡积物。

大庙组出露于矿区东南，主体为1套火山沉积向正常沉积过渡的变质沉积岩系，由变质碎屑岩和碳酸盐岩沉积而成，岩性以黑云石英（斜长）片岩、大理岩为主［2］。

火神庙组出露于矿区南部小十里沟—李家庄—东坪一带，是Ⅲ号、Ⅵ号稀土矿化带的赋矿地层。该地层以基性火山岩为主，岩性为变细碧岩、变细碧玢岩、变石英角斑岩，顶部夹少量含炭硅质岩及变质砂岩层［5］。在矿区岩层岩性主要为斜长角闪片岩、斜长角闪岩等，以单斜互层产出。

2.2 构 造

矿区构造以北西向断裂构造为主（图1），北西西向、北东向次之。围岩蚀变强烈，明显具有长期多期次活动特征。北西向断裂构造最为发育，近平行展布，以F2、F3、F4为主，是矿区主要的控矿、容矿构造，稀土矿体严格受构造控制。F2 断裂向北西出现分枝复合现象。

2.3 岩浆岩

矿区内岩浆活动强烈且出露广泛，北部以老界岭复式岩体为主，南西部为海西期二长花岗岩，中、南部分别为加里东期张家庄斜长花岗岩带，及西庄（辉长）闪长岩体。

张家庄斜长花岗岩是Ⅰ至Ⅴ号稀土矿带的主要赋矿岩体，岩石呈灰白色，半自形柱粒状结构，块状构造，成岩矿物为斜长石、碱性长石、石英、黑云母、绿帘石及磁铁矿。西庄（辉长）闪长岩呈淡灰绿—灰黑色，半自形粒状结构，块状构造，由普通辉石，斜长石，石英组成。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

稀土矿体主要产于Ⅰ至Ⅴ和Ⅶ号石英—蚀变岩矿脉中，Ⅱ2、Ⅲ5 和Ⅳ2 为主矿体，Ⅱ4、Ⅲ6 薄脉型。矿脉受构造蚀变带控制，矿体呈脉状和透镜状，产状与断裂一致。矿化在产状或平面转折处富集明显。Ⅱ2控制长1 060 m，厚0.49～4.42 m，平均为2.26 m，δ=1.06，变化系数为46.99%，属稳定型，品位为0.943%～5.097%，平均为 2.67%，δ=0.98，品位变化系数为36.87%，属较均匀型。Ⅲ5 控制长760 m，厚0.89～11.34 m，平均为 3.28 m，δ=2.72，厚度变化系数为82.95%，属较稳定型，品位为1.17%～7.046%，平均为2.97%，δ=1.75，品位变化系数为58.93%，属较均匀型。Ⅳ2 控制长 630 m，厚 1.16～3.24 m，平均为 2.38 m，δ=0.78，厚度变化系数为32.77%，厚度稳定；品位为1.476%～2.78%，平均为2.10%，δ=0.47，品位变化系数为22.47%，品位变化均匀。主矿体形态完好，矿体与围岩无明显界线。矿体特征见表1。

?

3.2 矿石矿物

稀土矿石主要矿物组成有氟碳铈矿（80～90%）、石英（50%）和重晶石（10～15%）；次要矿物萤石、方解石、独居石、黄铁矿、磁铁矿、黄铜矿、滑石、钾长石、绿泥石、高岭土；付矿物锆石、磷灰石，次生矿物褐铁矿。氟碳铈矿呈鳞片粒状、柱粒状变晶结构，似片麻状、条带状和块状构造，产在构造蚀变碎裂岩之间，或嵌布在方解石、石英脉中。

3.3 围岩蚀变

热液蚀变多期广泛发育，多重叠加。与稀土矿化关系密切的蚀变有硅化、碳酸盐化、重晶石化、萤石化、绿泥石化、绿帘石化、黄铁矿化、辉钼矿化、磁铁矿化等。

4 矿床成因

4.1 成矿物质来源

太平镇稀土矿床与白云鄂博稀土矿床等国内其他稀土矿成矿物质均来源于幔源，不同的是前者的成矿流体受到了壳源物质的混染，后者未受到或混染程度相对较轻。

4.1.1 同位素特征

（1）8 件碳同位素测值δ13CV-PDB=-2‰～-4.2‰，极差为2.2‰，平均为-3.225‰，与幔源碳（-3‰～-8‰）一致。有4个样略高于幔源碳，说明碳来源于深部幔源，受沉积混染或海水作用。其中4个方解石C、O同位素δ13CV-PDB=-2.7‰～-4‰（极差1.3‰，平均-3.5‰），δ18OV-SMOW=5.9‰～12.6‰（极差6.7‰，平均10.5‰），均在“初始火成碳酸岩”（δ13CPDB=-4‰～-8‰，δ18OV-SMO=6‰～10‰）之外靠右侧，表明与稀土矿化有关的方解石来自深源，成矿的稀土元素来自地幔。

（2）17 件氧同位素 δ18OSMOW=5.9‰～12.6‰，极差为6.7‰，平均值为8.77‰。与火成岩的氧同位素δ18O（+4‰～+27‰）相当。其中 13 件石英 δ18O=6.0‰～10.3‰，计算与石英达到平衡时的成矿热液δ18O=-1.3～+3.0‰，极差为4.3‰，平均为1.65‰，低于标准岩浆水（δ18OH2O=+6～+10‰），说明以岩浆水为主混进部分热液沉积水。

（3）氢同位素测试结果，10 件矿石中石英δDv-smow=-69.3‰～-86‰，变化范围较小，极差为16.7‰，平均为-78.27‰，与上地幔衍生出来的岩浆中氢同位素组成（-50‰～-85‰）相当。投影点落入图2中原生岩浆水的左下方，接近原生岩浆水，表明成矿溶液拥有以岩浆水为主混入少量天水的混合水的特征。

（4）12 件硫同位素测值δ34SV-CDT=-5.2‰～-8.4‰，极差为3.2‰，平均为-6.85‰，变化范围相对较窄，其值基本趋于一致，说明矿床有相对统一的硫源；δ34S与基性岩（-5.7‰～+7.6‰）近似，说明深源含矿流体中混入有地壳硫。

（5）5 件铅同位素测值投入铅同位素组成图（图3），落点汇集在造山带铅与上地壳铅演化线之间靠近造山带一侧，均一化水平较高，表明铅主要来源于上地壳，部分来源于上地幔。

4.1.2 包裹体特征

包裹体成群分布，以富液为主，偶见H2O-CO2三相包裹体，无色—灰色，形状规则，椭圆形、长条状产出，大小为（2～6）×（4～10）μm，气液比10%～20%，均一相态为液相。包裹体CO2/H2O=10%～35%，均值为18%，主要为CO2。包裹体气相成分中，H2O 含量高，反映成矿流体富含水，成矿以热液充填交代为主。

依据包体特征，成矿温度以中—低温为主，中深环境成矿。成矿流体以中低盐度、中等密度、高H2O含量、偏碱性为特征，［REEF］2+、F-、HCO3-以络合物形式迁移、沉淀成矿。

4.2 成矿温度、深度、压力及成矿阶段

包裹体测温（均一法）结果为89～335 ℃，主成矿温度为150～230 ℃，盐度（wt）为0.53%～18.13%，冰点为-0.4～-14.4 ℃。矿物组合以中、低温矿物为主，出现中、低温结构构造。

以300.0 和200.0 ℃界定高、中、低温热液作用界线，依矿石矿物组合、物质成分及氟碳铈矿结构特征，热液成矿阶段分为中高温（230～335 ℃）：以石英、方解石组合为主，少量氟碳铈矿和硫化矿物；中低温（150～230 ℃）：主成矿阶段以石英—氟碳铈矿—硫化物—重晶石—方解石组合为主；低温（89～150 ℃）：矿尾阶段矿化变弱，偶见晚期硫化物包裹早期的氟碳铈矿。

计算成矿流体压力为 293～176 MPa、162～107 MPa 和 81～58 MPa，对应成矿深度为 10.8～6.5 km、6.0～4.0 km 和3.0～2.1 km，与成矿过程中伴随地壳抬升基本吻合。

4.3 成矿时代

矿床通过氟碳铈矿U-Pb 测定的协和年龄为（412±18）～（425±21）Ma，为加里东晚期成矿。综上分析，太平镇稀土矿是以幔源为主、壳幔混源为辅的中—低热液成因的石英脉—蚀变岩型矿床。属于加里东造山运动的产物。

5 成矿模式

矿床产于北秦岭（二郎坪）岩浆岛弧二郎坪地质体。秦岭复合型大陆造山带形成过程中，在中新生代强烈陆内造山作用下，莫霍面附近聚集形成规模庞大的岩浆房，引起地壳基底岩石发生熔融上涌侵位于二郎坪群，形成张家庄斜长花岗等花岗岩带。至早白垩拉涨环境，在太平镇—板山坪中央主背斜轴部形成张性断裂带，来自上地幔富含REE、F-、CO32-、S2-等成分岩浆，沿北西向张性断裂进行充填、交代，形成太平镇以Ce、La、Nd 为主的轻稀土矿床。成矿时代在加里东晚期（412±18～425±21 Ma）俯冲型斜长花岗岩形成后成矿。

太平镇稀土矿同位素分析测试表明，成矿流体主要来自幔源。石英包裹体含CO2、富H2O，证实稀土矿的形成与富CO2流体密切相关。早期岩浆热液结晶分异后，中、晚期又有与壳源发生混染和沉积蚀变作用，造成H 的逃逸、还原热液流体减少，原始岩浆上升过程中同化混染了早期的长英质岩石，大量的高温、富CO2挥发分的含矿流体沿张性断裂系统迅速向上运移，形成了热液石英脉；含矿热液流体沿断裂不断上升，使氟碳铈矿等稀土矿物、方解石、萤石、重晶石及少量石英等脉石矿物沿着孔隙和浅部的裂隙、断裂系统充填成矿（图4）。

6 结 论

（1）矿床产于北秦岭（二郎坪）岩浆岛弧（Pz1）二郎坪地，矿体赋存于北西向断裂构体受其控制，共圈出17个矿体，断裂构造既主控矿也主容矿。

（2）太平镇稀土矿是秦岭造山带构造演化过程中，本区进入拉张环境下的产物，成矿时代在加里东期晚期（412±18～425±21 Ma），俯冲型张家庄斜长花岗岩形成后成矿的。

（3）通过同位素和成矿流体特征研究认为，稀土矿成因类型为以幔源为主、壳幔混源为辅的中—低热液成因的石英脉—蚀变岩型，矿体形成与富CO2流体密切相关。

（4）氟碳铈矿是该矿床主要稀土矿物，与稀土矿化关系密切围岩蚀变主要有硅化、黄铁矿化、萤石化、重晶石、绢云母化、褐铁矿化等。