內蒙古中部花崗巖型稀有金屬礦床特征與找礦標志

杜青松，趙力穎，李志華

(1.中國地質大學地球科學與資源學院，北京 100083)(2.河北省區域地質調查院，河北 廊坊 065000)(3.內蒙古自治區礦產實驗研究所，內蒙古 呼和浩特 010031)

0 引 言

“三稀”資源是稀土、稀有和稀散資源的統稱，是新一代尖端武器、信息技術、節能環保、醫藥和醫療設備、高端裝備制造、新材料、新能源汽車等戰略性新興產業所需要的功能材料、結構材料和關鍵性原料[1]，因而日益受到重視。就金屬品種而論，稀有金屬合計13種，包括稀有輕金屬鋰、鈹、銣、銫和稀有高熔點金屬鈮鉭等。稀有金屬在地殼中含量較低，賦存狀態極其復雜，難以開發和提取[2]。但稀有金屬及其材料在國計民生、國防軍工和高新科技領域中，占有重要的戰略地位。內蒙古中部地處大興安嶺-華北陸塊北緣成礦區，“三稀”資源以白云鄂博式超大型鐵-稀土-鈮礦床[3]和巴爾哲大型堿性花崗巖鈮-稀土礦床[4]著稱，近年來，還陸續探明了一批稀有金屬礦床，有阿拉善額濟納旗東七一山鈮鉭礦、呼和浩特武川縣趙井溝鈮鉭礦[5]、錫林浩特石灰窯鈮鉭銣鋰礦床[6]、鑲黃旗加不斯鉭銣鋰礦等，還發現了武川縣潘家溝鈮鉭礦點等。稀有金屬元素主要以共伴生的形式存在，內蒙古的大部分鉛鋅多金屬礦有稀有、稀散元素共伴生。在新類型稀有稀散資源方面，內蒙古一些煤田普遍伴生有稀有稀散金屬，如準格爾煤田官板烏素礦伴生鋰礦達到中型規模。

1 區域地質背景

華北板塊由北部陸緣增生帶和華北地塊組成，華北陸塊北緣系由2個構造單元(西伯利亞板塊和華北板塊)夾持的構造活動帶，具備形成大型成礦帶的有利條件。成礦帶上多金屬硫鐵礦床具有顯著的時控和層控特征，分布的前寒武系不僅是中國境內古老、復雜而且規模宏大的巖性構造帶[7]，還賦存著大量與之有關的稀有金屬礦產。近年來在內蒙古中部新發現的趙井溝鈮鉭礦及石灰窯銣鋰鈮鉭礦即分布在該區(圖1)。

圖1 內蒙古中部地區地質構造略圖(據文獻[8]修改)

華北陸臺：Ⅰ-古元古帶-太古宙結晶基地；Ⅱ-中-新元古代大陸邊緣；Ⅲ-白乃廟-溫都爾廟前寒武紀-早古生帶構造-巖漿巖帶；Ⅳ-阿爾普圖-查干淖爾晚古生代構造-巖漿巖帶；Ⅴ-艾力格廟-錫林浩特前寒武紀中間地塊；Ⅵ-二連浩特-賀根山晚古生代蛇綠巖混雜巖帶。西伯利亞板塊：Ⅶ-阿巴嘎旗-東烏珠穆沁旗晚古生代構造-巖漿巖帶；Ⅷ-查干敖包-奧尤特-朝不楞早古生代構造-巖漿巖帶；Ⅸ-南蒙古早古生代構造-巖漿巖帶。圖例：1-鎂鐵質-超鎂鐵質侵入巖；2-古板塊縫合帶

2 典型花崗巖型稀有金屬礦床特征

在稀有金屬花崗巖型礦床中，稀有金屬礦物呈浸染狀或細脈浸染狀分布，礦床和巖石常是同一對象，花崗巖中稀有金屬含量達到工業品位的就構成礦[9]。與巖漿巖有關的內生金屬礦床，其成礦過程多與高度分異演化的巖漿活動有關，稀有金屬元素和揮發分通常在分異晚期的巖體中聚集成礦[10]。

2.1 內蒙古趙井溝礦床研究

趙井溝礦床是近年來在內蒙古中部地區找到的一處以鈮鉭為主，銣、鋰、銫、鋯鉿、稀土為伴生有益元素的大型稀有金屬礦床。位于內蒙古武川縣趙井溝村東1 km處，南北長7.4 km，東西寬2.8 km，面積17.94 km2。探明鈮鉭金屬量8 279.55 t，鈮鉭平均品位0.025%[11]。

2.1.1 區域地質概況

趙井溝鈮鉭礦區出露的地層主要有中元古屆渣爾泰群和中石炭統拴馬樁組以及第四系沖洪積物。其中拴馬樁組是一套以輕變質礫巖和輕變質粗砂巖為主的巖系，是含礦巖體的主要圍巖。礦區位于陰山斷隆大青山復背斜北翼，礦體主要充填于北東向裂隙中，是該區主要容礦構造。而近東西向裂隙卻主要充填有含鎢石英脈。二者從巖脈穿插關系來看，北東向先于近東西向形成，為成礦及后期形成的各種礦化創造了良好條件。礦區出露的巖體主要為早元古代閃長巖、二疊紀中-粗粒花崗巖和侏羅紀鉀長花崗巖。其中侏羅紀鉀長花崗巖分布面積最大，且蝕變作用十分發育，與稀有元素成礦作用密切相關。

2.1.2 礦體特征

含礦巖脈在空間上呈北東25°方向展布，地表出露長度450 m，寬20～50 m，受北東向構造控制，呈脈狀貫穿于石炭系拴馬樁組輕變質含礫變質砂巖構造裂隙中，向南陡傾，傾角40°～70°，深部及東部變緩，中部形態較平穩，兩端收縮或分叉尖滅。主礦體兩側有多條大致平行脈群(圖2)。

圖2 趙井溝鈮鉭礦床地質略圖

1-第四系; 2-中石炭統拴馬樁組變質長石砂巖; 3-變質礫巖; 4-堿長花崗偉晶巖; 5-堿長花崗細晶巖; 6-云英巖; 7-含天河石鈉長石化堿長花崗巖; 8-鈮鉭礦體; 9-含鎢石英脈; 10-實測和推測斷層

整個礦體由上、下兩部分構成。上部脈狀礦體賦礦標高1 950～1 590 m，礦體沿走向中部厚度穩定，自Ⅵ線以東北向變薄并分為4支，延長至Ⅹ線礦體只見存有一支，厚度變薄趨于尖滅。自Ⅲ線以西南向變薄，至Ⅱ線分為2支，延長至Ⅰ線以西南趨于尖滅。礦體長406～500 m，厚度1～50 m，礦體傾向114°～143°，傾角40°～70°。礦體分支較多，品位含量鈮高鉭低。兩側有較多的大致平行主礦體的脈群，由于蝕變程度的不同，其巖性與礦化情況也互有差異，這些脈群的巖性多為含天河石鈉長石化堿長花崗巖、花崗巖細晶巖，一般規模很小，有的與主體平行，有的屬于支脈，多數呈雁行或羽毛狀分布，雖存在不同程度的礦化，但鈮鉭絕大多數低于工業品位。

下部巖株狀礦體賦礦標高1 590～1 221 m，礦體形態、產狀、厚度、品位與上部礦體有明顯不同，形態呈不規則巖株狀，長750 m，厚度最大可達200 m左右，傾向143°～205°，傾角40°～20°。深部礦體品位變富(Na2O5+Tb2O5)0.022 4%～0.028 7%，其中Tb2O5品位明顯高于上部礦體，單工程ZK105平均品位0.019 4%；ZK2205平均品位0.015 8%；ZK2206平均品位0.012 9%；ZK2405平均品位0.013 3%。分支或平行主礦體的小脈體較少[12]。

礦區主要的含礦巖石為含天河石鈉長石化堿長花崗巖(圖3)，次為花崗細晶巖、云英巖及天河石花崗偉晶巖。水平分帶由外到內為：天河石花崗偉晶巖→弱鈉長石化-天河石化堿長花崗巖→中鈉長石化-天河石化堿長花崗巖→強鈉長石化-天河石化堿長花崗巖→鈉長石巖。垂直分帶由上到下為：閃長巖→未蝕變的花崗巖→弱鈉長石化-天河石化堿長花崗巖→中鈉長石化-天河石化堿長花崗巖→強鈉長石化-天河石化堿長花崗巖→中鈉長石化-天河石化堿長花崗巖→弱鈉長石化-天河石化堿長花崗巖→未蝕變的花崗巖→閃長巖。

圖3 趙井溝鈮鉭多金屬礦床樣品照片(a)礦石照片；(b)顯微照片(正交偏光)(據文獻[5])

2.2 內蒙古石灰窯礦床研究

石灰窯礦床為一大型稀有金屬礦床，初步估算鈮鉭氧化物資源量為12 425 t左右(Ta2O5含量56.88%)，其中ω( Nb2O5) 和ω( Ta2O5) 的平均含量為0.01%和 0.013 2%[13]。石灰窯礦區地處內蒙古自治區中部，行政區劃隸屬于內蒙古自治區錫林郭勒錫林浩特市白音希勒鎮管轄。位于該鎮東北12 km，西北距錫林浩特市55 km。屬錫林郭勒草原丘陵區，海拔標高在1 100～1 400 m，地勢東高西低。

2.2.1 區域地質概況

石灰窯位于華北陸臺艾力格廟-錫林浩特前寒武紀中間地塊的中間地帶(圖2)。區內上二疊統林西組(P3l)局部出露，巖性以淺灰色粉砂質夾泥灰巖、暗黑色炭質板巖、變質砂巖為主。第四系全新統沖積、湖積層(Q4el+l)及以風成砂為主的堆積層(Q4eol)廣泛分布于礦區的溝谷和低洼地帶。侏羅紀巖體在礦區出露最廣泛，巖性主要有中細粒花崗巖(J2γ)、鈉長石化云英巖化花崗巖(J2γny)、細粒石英二長(斑)巖(J2ηοπ)、中細粒花崗閃長巖(J2γδ)、中細粒石英閃長巖(J2δο)。其分布和產出形態嚴格受北東向斷裂帶控制，多呈巖株狀、脈狀產出。從區域上來看應屬小烏蘭溝-海流特山大基巖的南緣部分，且剝蝕深度不大。受種畜場-海流特山破碎帶的影響，和后期強烈的糜棱巖化作用，構造形跡改造，部分地段巖石破碎呈碎裂花崗巖或具片麻狀，并在巖體中出現了電氣石化白云母偉晶巖脈、花崗偉晶巖脈、花崗(斑)巖脈、二長花崗斑巖脈、石英正長巖脈、石英閃長巖脈等(圖4)。

圖4 內蒙古石灰窯礦區地質圖

2.2.2 礦體特征

石灰窯礦體位于礦區中部。鈮鉭礦體賦存于燕山早期蝕變堿性花崗巖體內，多呈殼狀產于巖體頂部裂隙密集帶的鈉化花崗巖中，礦化主要受巖體的微細構造及后生構造裂隙所控制。據目前取得的地質資料，共圈出11個鈮鉭礦體(均伴生銣，地表7個，隱伏4個)[14]，其中Ⅰ號巖體圈出工業礦體6個，編號為Ⅰ-1—Ⅰ-6，低品位礦體2個，編號為Ⅰ-低1—Ⅰ-低2；Ⅴ號巖體圈出工業礦體1個，編號為Ⅴ-1，低品位礦體2個，編號Ⅴ-低1—Ⅴ-低2，以Ⅴ-1號主礦體規模最大(圖5)。工業礦體規模大小不一，鈮鉭礦體一般長度94.5～1 140 m，延深40～590 m。

按其蝕變強度及鈉長石含量可初步劃分為3個巖相帶：強鈉長石化花崗巖帶是稀有金屬最主要的富集帶；中鈉長石化花崗巖帶位于強鈉化帶之下，二者呈漸變過渡，界線不明顯；弱鈉長石化花崗巖帶位于中鈉長石化花崗巖帶的下部，往下逐漸過渡到蝕變作用微弱的細中粒花崗巖。總的來說，該區圍巖蝕變屬強-中等范疇，與堿性鈉長石化花崗巖型鈮鉭銣礦的蝕變模式相一致，兩種蝕變互相疊加，分帶不甚明顯，巖體自上而下為云英巖化帶-鈉化云英巖化帶(過渡帶)-鈉化帶(中細粒)-弱鈉化帶(細中粒)，蝕變逐步減弱，巖石粒度變粗。Nb、Ta、Be、Li、Rb、W、Sn等元素含量自上而下呈舒緩波狀下降，稀有金屬礦化主要聚集于鈉化云英巖化帶(過渡帶)-鈉化帶(中細粒)中，規模較大，以巖體頂部含礦較富；W、Sn礦化主要與云英巖化呈正相關，賦存于巖體的淺部，分布范圍較小。

圖5 石灰窯礦床Ⅴ8勘查線剖面簡圖

1-第四系；2-上二疊統林西組； 3-云英巖化中細粒花崗巖 ；4-鈉長石化中細粒花崗巖；5-鈉長石化細中粒花崗巖； 6-鈮鉭工業礦體位置及編號； 7-鈮鉭低品位礦體位置及編號；8-工程控制地質界線；9-蝕變地質界線；10-巖相界線；11-鉆孔位置

3 稀有金屬礦床找礦標志

內蒙古中部地區稀有金屬礦產的形成和分布受構造運動、巖漿活動、變質作用等諸因素控制，它形成于一定的地質歷史時期，經歷了一定的繼承演化發展過程。初步對比研究表明，花崗巖型稀有金屬礦床在地理位置、產出環境、形成時代和地質特征上存在一定差異，但是稀有金屬元素礦化主要在富鈉的過鋁質花崗巖株(或脈)內呈浸染狀和脈狀產出，并且構成似層狀和條帶狀礦體。一般情況下，礦體與巖體不具有明顯分界線，前者是后者的組成部分。

3.1 構造對稀有金屬成礦的控制

稀有金屬礦化花崗巖一般形成于褶皺造山系，區域有廣泛的斷裂構造和大規模的巖漿活動。如石灰窯礦區大地構造位置屬內蒙古華力西晚期褶皺帶。該區位于天山-陰山緯向構造帶北側，新華夏構造體系第三沉降帶巴音和碩盆地東側，區內受多次造山運動影響，褶皺強烈、斷裂發育，巖漿活動頻繁而分布廣泛。古大陸塊體伸展構造條件下，富鈉質鈣-堿性巖漿作用為鈮鉭礦床的形成提供了動力和物質來源，而斷裂構造為成礦物質沉淀聚集創造了空間條件。礦化主要受巖體的微細構造及后生構造裂隙所控制，這些微構造為礦體的直接儲礦構造。斷裂構造還決定了區域花崗巖的產狀和形態，次級斷裂則決定了含礦花崗巖的分布。因而，富鉭、鋰、銣的花崗巖的出露面積往往比較小，常呈巖株、巖枝、巖脈及巖床等形式出現，表現出圍繞大巖基星散狀或呈串珠狀產出的特點。

3.2 侵入巖對稀有金屬成礦的控制

無論是花崗巖型礦還是花崗偉晶巖型稀有金屬礦床，其成礦作用都與花崗巖有密不可分的聯系。一般來說，含礦花崗巖的類型不同，產狀及形態也各異。富鉭、鋰、銣的花崗巖，出露面積小，常呈巖株、巖枝、巖脈及巖床等形式出現。如在石灰窯礦區各類礦化巖株，在區域出露的大巖基外圍成星散狀的巖株分布；趙井溝礦區礦體呈巖脈狀沿著構造斷裂分布。此外，如果含礦巖體受斷裂控制，可見若干小的含礦巖體在一條斷裂帶上斷續出露，排列如串珠狀。如果含礦花崗巖沿一組平行斷裂侵入，則礦體可能呈一組平行排列的巖脈或巖墻。基于巖體的大小及產狀，與之有關的各類含礦花崗巖的結構構造略有不同。一般而言，富鉭、鈮、鋰、銣的花崗巖巖體較小，常具有細粒結構。花崗巖體呈小巖株、巖墻侵入地層中，蝕變種類很多，與成礦關系比較密切的蝕變主要以巖漿晚期分異交代作用為主，表現為云英巖化、鈉長石化、天河石化、黃玉化及螢石化等。

3.3 花崗巖型稀有金屬礦床成礦要素類比

通過對石灰窯、趙井溝兩個典型稀有金屬礦床成礦要素的總結發現(表1)：在化學組分方面，與正常鈣堿系列花崗巖相比，稀有金屬花崗巖中硅、堿的含量較高，有時候鋁的含量也較高，而鈦、鎂、鐵、鈣等的含量較低。富含稀有元素及揮發分也是這類花崗巖的顯著特點。在共(伴)生礦種方面，鎢和錫是花崗巖型稀有金屬礦床經常伴生的礦種。如石灰窯的花崗巖中伴生有錫礦化，趙井溝礦區產出石英脈型鎢錫礦體。石灰窯礦床產出于相對封閉的構造環境，具有強烈的鈉長石化和云英巖化，外圍產出天河石偉晶巖脈，屬于巖漿期后中溫條件下交代蝕變類型稀有金屬礦床。鈮鉭礦化主要在富鈉和高鋁堿長花崗巖侵入雜巖體內呈浸染狀和條帶狀產出，并且構成透鏡狀、似層狀和囊狀礦體。堿長花崗巖、堿長花崗偉晶巖和堿長花崗細晶巖屬高度分異型堿長花崗巖類侵入巖。屬富鈉的過鋁質花崗巖型鈮鉭礦床。通過40Ar/39Ar 同位素測年，得知趙井溝的天河石形成于124 Ma(坪年齡為123.57 Ma，等時線年齡為124 Ma)左右，該礦床形成于燕山晚期。對采自石灰窯礦區偉晶巖中的白云母進行了40Ar/39Ar 同位素定年，可知石灰窯偉晶巖的白云母形成于144.7 Ma 左右(坪年齡為144.7 Ma，等時線年齡為143.3 Ma)[15]。該礦床同樣形成于燕山晚期，但比趙井溝早約20 Ma。前者形成于侏羅紀晚期，后者形成于白堊紀早期，說明燕山晚期，在內蒙古中部地區可能存在稀有金屬的區域性成礦作用，豐富了內蒙古中部地區的成礦理論。

表1 內蒙古趙井溝、石灰窯礦床花崗巖型稀有金屬礦床對比一覽表

4 結 語

趙井溝和石灰窯稀有金屬礦床均位于華北陸臺北緣，該區域的稀有金屬資源多為花崗(偉晶)巖型，具有較好的找礦前景。加不斯和臺萊花稀有金屬礦床(圖2)是近年來在華北北緣發現的又一個大型稀有金屬資源產地，其位于趙井溝和石灰窯兩個大型礦床之間，行政區劃屬內蒙古自治區錫林郭勒盟鑲黃旗白音塔拉蘇木管轄。礦體賦存在燕山早期鈉長石化花崗巖中。在加不斯礦區的南部的查干敖包和西部的黃花敖包地區仍然有大面積燕山早期灰白色鈉長石化花崗巖，通過工作有望在加不斯的南部和西部外圍發現同類型的礦體。臺萊花鈮鉭鈹礦位于石灰窯礦床東南部達里諾日鎮臺萊花嘎查西南約3.5 km，鈉化花崗巖為含鈮鉭鈹礦化的巖體。其中Ⅰ號主礦體為鈮鉭礦體，呈似層狀產出，控制礦體長度250 m，深度18.26 m，厚度0.30～14.17 m，平均4.61 m。品位：Nb2O50.00 84%～0.012 8%，Ta2O50.012 1%～0.016 1%，平均0.014 3%。屬巖漿晚期含礦熱液流體分異型鈮鉭鈹礦床。該巖體規模較大，巖體構造利于成礦，對尋找稀有金屬礦產提供了有利線索。

參考文獻

[1] 王登紅,王瑞江,孫 艷,等.中國三稀礦產資源調查研究成果綜述[J].地球學報,2016,37(5):569-580.

[2] 孫 艷,王瑞江,亓 鋒,等.世界銣資源現狀及中國銣開發利用建議[J].中國礦業,2013,22(9):11-13.

[3] 何作霖.綏遠白云鄂博稀土類礦物初步研究[J].中國地質學會會志，1935,14(2): 279-283.

[4] 白 鴿,袁忠信,丁孝石,等.吉林巴爾哲稀有金屬堿性花崗巖的成巖成礦作用討論[C].//中國地質科學院礦床地質研究所文集.1980.

[5] 高 允,孫 艷,趙 芝,等.內蒙古武川縣趙井溝鈮鉭多金屬礦床白云母40Ar-39Ar同位素年齡及地質意義[J].巖礦測試,2017,36(5): 551-558.

[6] 段先哲,時 皓,譚凱旋,等.內蒙古石灰窯花崗巖型鈮鉭銣礦床地質特征及成因[J].地質與資源, 2016, 25(1):32-40.

[7] 李樹勛.華北陸臺北緣基礎地質問題與找礦前景[J].遼寧地質,1994,(1-2):6-11.

[8] 聶鳳軍.中蒙邊境中東段金屬礦床成礦規律和找礦方向[M].北京:地質出版社,2007.

[9] 袁忠信,白 鴿,楊岳清.稀有金屬花崗巖型礦床成因討論[J].礦床地質,1987,6(1):90-98.

[10] Robert L Linnen, Marieke Van Lichtervelde, Petr Cerny.Granitic pegmatite’s as sources of strategic metals [J].Elements, 2012, 8(4): 275-280.

[11] 聶鳳軍,王豐翔,趙宇安.內蒙古趙井溝大型鈮鉭礦床地質特征及成因[J].礦床地質,2013,32(4):731-744.

[12] 黃從俊,王道永,李澤琴,等.趙井溝鈮鉭多金屬礦床特征及控礦因素分析[J].金屬礦山,2013,42(8):77-79.

[13] 段先哲.錫林浩特石灰窯花崗巖型銣多金屬礦床中銣礦石選礦實驗研究[J].南華大學學報(自然科學版),2016,30(1):6-10.

[14] 段先哲,時 皓,李 南,等.內蒙古石灰窯鈮鉭礦床地質特征及控礦因素[J].西部探礦工程,2016,28(2):123-125.

[15] 孫 艷,王瑞江,李建康,等.錫林浩特石灰窯銣多金屬礦床白云母40Ar-39Ar年代及找礦前景分析[J].地質論評,2015, 61(2):463-468.