广西栗木花岗岩型铌钽矿床特征及富集规律研究
2022-09-06吴祥珂张美玲
邓 宾，吴祥珂，张美玲
(1.广西壮族自治区地质调查院，广西 南宁 530023；2.广西壮族自治区自然资源厅储评中心，广西 南宁 530023)
0 引言
钽(Nb)、铌(Ta)元素具有耐高温、抗腐蚀性强、及超导性等特征，是国家高精尖产业的重要材料，现已成为国家战略储备资源[1]。近年来，在自然资源部和中国地调局的统一部署下，中国地质科学院矿产资源研究所组织实施的《稀有稀土稀散矿产调查》，呼吁加强对三稀矿产资源的战略研究[2]。依据2016年中国选矿技术网发布，中国已探明铌钽矿储量77.3%为花岗岩型，而华南地区为我国主要花岗岩型铌钽矿分布区域。江西宜春铌钽矿床[3]和广西栗木黄玉-锂云母-钠长石花岗岩铌钽矿床[4]是我国华南地区典型的花岗岩型铌钽矿床。广西栗木花岗岩型铌钽矿集区由6处大型、1处中型及多处小型钨锡矿床组成[5]，不仅是最早发现的铌钽矿床，而且储量巨大，具有十分重要的研究意义。
对于铌钽矿的分类，按照铌钽矿赋存岩石类型，分为岩浆型和沉积型[1]。陈耀南[6]按岩体成因对岩浆型钽铌矿细分为石英脉型、长石石英脉型、花岗伟晶岩脉型和花岗岩型四类。Pollard[7]对花岗岩型钽铌矿以成矿花岗岩特征细分为碱性花岗岩型、黑云母或白云母花岗岩型及锂云母-钠长石花岗岩型。王汾连[1]结合矿体的结构构造特征，将岩浆型铌钽矿床划分为伟晶岩型、花岗岩型、碱性岩型及碳酸岩型。王莉娟[8]针对南岭花岗岩型铌钽矿矿体的富集特征，提出了富钨型、富钨锡型和富铌钽型的划分方法。
栗木花岗岩型锡铌钽矿在南岭多金属成矿带中不仅规模巨大，而且是南岭地区最先发现的花岗岩型矿床，前期对该矿床、成矿岩体做了深入研究，对矿床的研究主要集中于矿床成矿特征、控矿因素、找矿潜力等方面[9]；对栗木花岗岩体的研究侧重于花岗岩的成因、演化[10]及年代学[11]等方面。
栗木花岗岩型钽铌矿区位于广西桂北恭城县栗木镇，矿床成近EW向分布于水溪庙、金竹源等地区。目前老虎头、狮子岭矿床已经开采殆尽，因此本文主要采集水溪庙、金竹源花岗岩型铌钽矿床样品进行初步研究。文章以《广西三稀资源综合研究与重点评价》项目为依托，拟在总结前期研究基础上，以水溪庙、金竹源两个典型花岗岩型铌钽矿床为研究对象，综合研究南岭多金属成矿带栗木花岗岩型铌钽矿床特征及富集规律。
1 矿床地质特征
1.1 矿区地质
栗木矿区大地构造处于南岭构造带中段，桂东北坳陷北东缘，灌阳至富川褶断带中部，恭城复式向斜的北段[12]。
栗木矿区主要出露地层由老到新依次为寒武系、泥盆系及石炭系，其中，寒武系仅出露边溪组(∈b)，为浅海相复理石建造，岩性为浅变质砂岩、砂页岩、板岩等[13]；泥盆系与寒武系呈角度不整合接触，出露地层为莲花山组(D1l)、那高岭组(D1n)、郁江组(D2y)、东岗岭组(D2d)、融县组(D3r)，主要岩性以碳酸盐岩、粉砂岩、砂页岩和砾岩等为主的碎屑岩建造；石炭系与泥盆系呈断层接触，出露下石炭统的尧云岭组与英塘组并层(C1y-yt)、巴平组(C1b)及黄金组与寺门组并层(C1h-s)[前人称为岩关阶(C1y)与大塘阶(C1d)]，为碳酸盐岩建造，岩性为灰岩。
栗木矿区中主干构造线为SN向恭城—栗木断裂，褶皱系为SN向平行排列的平缓开阔褶皱及NE、NW和NNE向次级断裂组成的基本构造格架。其中金竹源矿床受到NNE向断裂控制，水溪庙矿床受到SN向及NE向断裂共同作用(图1)。
图1 栗木矿田地质简图 (据文献[14]修改)
矿区岩体为栗木复式岩体，岩体受NE向和SE向断裂控制，隐伏于寒武系、泥盆系和下石炭统碎屑岩和碳酸盐岩深部(图2)[15]。
图2 栗木矿区金竹源—水溪庙A—B地质剖面图(据文献[15]修改)
栗木花岗岩为陆壳变泥质岩类重熔改造形成的S型花岗岩，为前寒武系或寒武系深层位的泥砂质碎屑岩在相对高压低温的条件下经部分熔融形成[16]。该区域在印支早期岩体形成于造山挤压背景，随着主碰撞期之后的伸展垮塌的到来，地壳处于走滑挤压构造体制，岩石圈减薄导致减压，从而使地壳底部发生部分熔融，在深部EW向和NE向两组构造断裂交汇处形成岩浆，岩浆富含以络合物形式存在的Sn、W、Ta、Nb等成矿元素的流体，沿上部SN向断裂构造薄弱带上升侵位，岩体顶突部位形成了老虎头、水溪庙、金竹源等钽铌矿床，断裂起到了岩浆通道的作用[17]。
1.2 矿体产出部位
栗木矿区目前已发现老虎头矿床、水溪庙矿床和金竹源矿床三处花岗岩型锡铌钽矿床，其中老虎头矿床已经开采殆尽。三处花岗岩型锡铌钽矿床矿体主要受栗木岩体及构造控制，矿体厚度变化大，呈似层状连续分布于栗木侵入岩体顶部，矿体为第三幕花岗岩体，地层控矿不明显。综合研究水溪庙、金竹源矿床锡矿体与铌、钽矿体的共生关系是紧密相连，渐变过渡(图3、图4)。
图3 金竹源矿床铌钽矿体关系图
图4 水溪庙矿床铌钽矿体关系图(据文献[9，18]修改)
石英脉型钨锡矿床主要产出于栗木花岗岩体西南部香檀岭和花岗岩体东北侧牛栏岭；长石石英脉型钨锡矿床主要分布于栗木花岗岩体中部水溪庙处和三个黄牛处，整体呈水平分布；花岗伟晶岩脉型锡钽铌矿体主要产于水溪庙矿床，矿体严格受铁锂云母-锂云母钠长石花岗岩体和断裂构造控制，矿体与岩体相连呈脉状产出于上泥盆统融县组灰岩及大理岩地层中，呈树枝状顺断裂构造展布。
2 样品采集与分析
本次调查针对水溪庙矿床和金竹源铌钽矿床，选取不同中段，针对两个矿床的五个分带，进行了系统的样品采集。样品的岩性主要包含了两个矿床不同的含矿层位，岩性主要为花岗伟晶岩、富钠长石花岗岩、贫钠长石花岗岩。同时，收集了汪恕生对Ⅰ带萤石-锂云母细脉带和Ⅱ带钨锡长石石英带的部分数据[19]。
采样方法为刻槽采样，主要分析了氧化铌、氧化钽及伴生元素。分析测试由国家地质测试中心进行，分析数据见表1。
表1 栗木矿床矿石含量及微量元素特征
3 讨论
3.1 成矿年代
20世纪80—90年代的初期，徐启东[20]运用多种同位素定年方法(K-Ar法，Rb-Sr法，锆石U-Pb熔融法)对栗木矿区花岗岩的形成年代进行了研究，获得年龄为235 Ma～160 Ma，属印支晚期至燕山早期产物，并将其划分为三幕：第一幕为细粒斑状铁白云母花岗岩(184 Ma～235 Ma)；第二幕是栗木岩体的主体(173 Ma～204 Ma)，岩性以中—粗粒(似)斑状锂铁白云母花岗岩为主，呈大岩基产出；第三幕是钽、铌、锡矿体的主要赋存部位，岩性为细—中粒铁锂云母(或锂云母)钠长石花岗岩(为159 Ma～195 Ma)。李胜虎[21]运用与锡矿化密切相关的花岗岩中的白云母40Ar/39Ar 法，获得成矿年龄(相当于前人划定的第三幕花岗岩)为214 Ma±；张怀峰[16]运用 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 定年，获得大岐岭岩体的中—粗粒白云母二长花岗岩(相当于前人划分的第二幕花岗岩)成岩年龄为(224.8±1.6)Ma；康志强[9]运用SHRIMP锆石U-Pb年龄测试，获得栗木金竹源和三个黄牛花岗岩体(相当于前人划分的第二幕花岗岩)，年龄结果分别为(214.0±5.0)Ma和(218.3±2.4)Ma，同时其研究栗木金竹源云英岩化花岗岩(相当于前人划)的第三幕花岗岩)，运用白云母40Ar-39Ar 法，获得其年龄为(212.4±1.4)Ma。因此通过最新方法的研究，栗木矿区三幕岩浆岩成岩、成矿年龄同为晚三叠世，是同一期次岩浆活动的产物，认为印支期是铌钽成矿的一个重要时期。
3.2 成矿模式
在岩浆分异逐次侵入发展过程中，即从早期第一幕→第二幕→晚期第三幕，矿床中的钠长石、黄玉逐渐增多；含矿性由不含矿→含钨、锡矿→含铌、钽、钨、锡矿。第三幕花岗岩以富含钠长石、黄玉和铌、钽矿为特征[22]。
矿区大量的钻孔资料表明，矿体均位于含矿岩体的顶部，显示含矿岩体在垂向上表现为由岩体的深部向顶部，铌、钽的含量由低到高。铌、钽含量由岩体下部至上部(第一幕→第三幕)普遍增高，均与岩体高程成正比关系。
在水溪庙和金竹源两个隐伏矿床，第三幕主要赋矿岩体在垂向空间上具有典型岩浆演化分带特征。垂向上，矿石品位受岩性控制，矿体分带受岩浆演化控制，围绕成矿岩体的矿化分带，表现为矿体、矿(岩)脉、细脉，依岩体的远近顺序递变的垂直带状分布(图5)。
图5 水溪庙矿床垂直分带示意图 (据文献[19]修改)
3.3 富集特征
从上而下分为五个带：(Ⅰ)锂云母萤石细脉带，是矿床的最外带，该带是寻找隐伏花岗岩型锡铌钽矿床的地表标志带[22]；该带矿石中Nb2O5、Ta2O5、Sn品位低，w(Ta2O5)
铌钽矿床中的微量元素是有效找矿指标，其中成矿元素Nb、Ta和主要伴生元素铋(Bi)为主要找矿标志元素；而碱金属铍(Be)和稳定元素钛(Ti)是远程指示元素，仅在钽铌矿体及其前缘形成明显异常，它们是矿体尾部的有效指示元素[19]。
在水溪庙与金竹源岩浆岩(即Ⅳ、Ⅴ带中)中，从岩体上部富钠长石花岗岩→贫钠长石花岗岩，虽然Cu、Pb、Zn含量具有不同程度升高。但其不是主要含矿指示元素，而矿体赋存的主要指示元素Bi具有降低趋势，表示岩体下部远离矿体赋存区；同时Be含量明显降低，Be异常不明显，表示其已经为矿体尾部，说明岩体在下部贫钠长石花岗岩中含矿性差。因此本文认为水溪庙矿区-25中段及金竹源矿区190中段的深部存在铌钽矿体可能性不大，找矿应向矿体外围隐伏岩体寻找。
4 结论
1)水溪庙矿床和金竹源铌钽矿床中矿体主要为Ⅲ带-花岗伟晶岩、花岗岩枝带与Ⅳ带-富钠长石花岗岩带，垂向上铌钽含量由岩体下部至上部(第一幕→第三幕)逐渐增高，均与岩体高程成正比关系。
2)水溪庙矿床和金竹源铌钽矿床主要受第三幕岩浆岩侵位、控矿断裂构造及蚀变分带控制，成矿时代主要受第三幕岩浆岩成岩时代制约，为晚三叠世。
3)水溪庙矿床和金竹源铌钽矿床找矿潜力巨大，铌钽矿主要受岩体控制，后续找矿突破因依据构造、蚀变，重点针对Ⅲ带-花岗伟晶岩、花岗岩枝带、Ⅳ带-富钠长石花岗岩带外围寻找。
