湘東南牛頭坳地區稀土礦地質特征及找礦前景分析

劉邦定， 周立同， 譚仕敏， 劉峻峰

(湖南省地質調查院，湖南 長沙 410116)

牛頭坳稀土礦區位于炎陵縣下村鄉，開展茶陵—寧岡地區礦產遠景調查時，通過地質填圖圈定了該礦區花崗巖風化層的分布范圍及形態，利用剝土、淺井了解風化殼的厚度和礦化情況。介紹了該礦點的成礦地質特征及找礦前景，為今后該區的找礦預測提供科學依據。

1 區域地質概況

研究區處于南嶺緯向構造巖漿巖帶中段北緣，湘東南加里東褶皺隆起帶的中部，萬洋山—諸廣山南北向構造巖漿巖帶與炎陵—汝城新華夏系構造帶的復合部位，是湖南“姑婆山式”花崗巖風化殼離子吸附型稀土礦資源找礦遠景最有利的區段之一。

區內出露地層有震旦系、寒武系、奧陶系、泥盆系和石炭系。構造及巖漿活動強烈，加里東運動形成區內基底構造格架，表現為一系列近EW向斷裂和褶皺；印支運動造就了一系列NE-NNE向斷裂和褶皺；燕山運動形成NNE-近SN向斷裂和褶皺；隨這些區域性構造運動的深入和發展伴有強烈的巖漿活動。主要侵入體有萬洋山巖體、諸廣山巖體，尤其在燕山期巖漿活動強烈，致使大部分酸性巖漿巖形成了復式巖體，與之伴有較強的礦化作用，形成了豐富的礦產資源。

根據1∶25萬水系沉積物測量資料顯示，研究區位于萬洋山巖體南部的La-Th-Li-Be-Nb異常區內以及W-Sn-Cu-REEII級自然重砂綜合異常區內，成礦條件良好、找礦潛力巨大。

2 礦區地質特征

2.1 巖漿巖

研究區出露巖漿巖為萬洋山巖體南西部中侏羅世侵入的下村花崗巖體(圖1)，可劃分為兩個侵入次：中侏羅世第一侵入次(ηγJ2a)中粒斑狀黑云母二長花崗巖，灰白色或紅褐色，似斑狀結構，塊狀構造。斑晶以長石為主，石英次之，斑晶含量15%～40%；基質為中粒或細中粒結構，主要成分為石英、長石，次為黑云母、角閃石。副礦物主要有磷釔礦、褐釔鈮礦、鋯石、石榴石、電氣石等。巖石風化殼十分發育；中侏羅世第二侵入次(ηγJ2b)中細粒少斑狀二云母二長花崗巖，灰白色或淺褐色，似斑狀花崗結構，塊狀構造，巖石特征以斑晶少而小、粒度細、含有較多的白云母等礦物明顯不同于ηγJ2a花崗巖，斑晶含量6%～12%，主要為鉀長石，巖石中副礦物常見有鋯石、磷灰石、磁鐵礦等，次生蝕變一般具絹云母化、綠泥石化等。巖石地球化學的研究表明， SiO2多大于73%，K2O和REE含量高，K2O/Na2O比值、LREE/HREE大，Eu呈明顯的負異常。巖石屬高鉀堿性-鈣堿性巖系，鋁飽和指數(A/CNK)多為0.91～1.03，主要屬準鋁質—微過鋁質花崗巖。

2.2 地層

區內地層僅見出露少量寒武-奧陶系爵山溝組(∈Oj)，為一套深灰色厚層、巨厚層狀角巖化細粒石英砂巖夾深灰色板巖、砂質板巖，角巖化強烈。

2.3 構造

區內發育有北西向(F1和F2)和北東向(F3)2組斷裂構造。其中F1分布于研究區南西側，為一張扭性平移斷裂，走向300°～320°，傾向北東，傾角60°～75°，沿斷層走向可見0.5～2 m寬的硅化破碎帶，由構造角礫巖及熱液石英巖等組成，破碎帶中見硅化、綠泥石化、絹云母化等蝕變，局部見黃鐵礦化。F3分布于研究區北西側，斷層走向40°～55°，傾角60°～70°，沿斷層走向可見0.3～1.5 m寬的硅化破碎帶，由構造角礫巖及熱液石英巖等組成，擠壓片理發育，局部地段可見糜棱巖，破碎帶中見硅化、綠泥石化、絹云母化等蝕變，局部見黃鐵礦化。此外，研究區巖體內裂隙較發育，大致可分NEE向NNE向和NW向三組，傾角40°～60°，傾向不定。多為長石、偉晶巖及絹云母或石英脈所充填，裂隙密集地段可達10條/米。

圖1 牛頭坳稀土礦地質略圖

2.4 圍巖蝕變

研究區巖石蝕變十分普遍，蝕變程度高，種類多。主要有鉀長石化、鈉長石化、云英巖化、高嶺土化、綠泥石化、絹云母化等。其中鉀長石化、高嶺土化、綠泥石化等與礦化關系密切。圍巖中角巖化發育強烈，圍繞花崗巖體外接觸帶分布。

3 礦體特征

3.1 風化殼特征

離子吸附型稀土礦均賦存于花崗巖體表層風化殼中，礦體在所有風化殼中均有產出，但主要富集于全風化層中，其次為半風化層。礦體形態、產狀受風化殼控制，并隨風化殼起伏而變化。研究區花崗巖風化殼十分發育，厚度一般3～15 m，局部山頂處超過20 m，山頂緩坡處較厚，山腳處減薄。根據野外地質特征，風化殼結構模式自上而下可劃分為五層：

①腐植層(A)：暗褐色，含多量的植物根莖。主要由黏土、石英及腐植質組成。厚0～0.5 m。

②殘坡積層(B)：土黃-磚紅色，主要由黏土、石英及少量巖石碎塊及植物殘骸組成。結構疏松，厚0.3～1 m，山坡和低凹處較厚，山頂山脊較薄。

③全風化層(C)：土黃-褐色，由石英、長石、云母和黏土組成，長石含量由上自下含量顯著增多。結構疏松，多孔易碎。為礦體的主要賦存層位，厚度一般3～8 m，局部超過10 m，與下部半風化層呈漸變過渡關系。

④半風化層(D)：風化程度較低，結構較緊密，基本保留原巖結構特征。厚度變化較大，一般0.5～5 m。長石部分黏土化，黏土礦物含量低于30%，該層為礦體的次要賦存層位。

⑤基巖(E)：中侏羅世第一侵入次(ηγJ2a)中粒斑狀黑云母二長花崗巖，未風化。

3.2 礦(化)體形態產狀及規模

通過礦產檢查工作得知，礦區稀土礦(化)體主要賦存于下村巖體中侏羅世第一侵入次(ηγJ2a)中粒斑狀黑云母二長花崗巖風化殼中，呈波狀蓋于微風化基巖之上，與全風化層的形態基本一致，呈層狀、似層狀產出，厚度一般3～8 m。已初步圈定的礦體2處，總面積約9 km2，呈似層狀，成片連續產出，礦體形態簡單-較簡單，礦體厚度穩定-較穩定，礦化較連續。初步估算∑REE資源量達4.34萬噸，礦體平均品位分別為0.101%、0.069%，達到了中型規模。

3.3 稀土元素配分特征

工作區共采取了5組樣送國土資源部長沙礦產資源監督檢測中心對稀土元素總量和分量進行了分析，其結果稀土總量ω(∑REE)為0.035%～0.103%，平均0.056%；∑CeO2/∑Y2O3的比值為0.91～9.72。∑CeO282.6%～90.7%，主要屬輕稀土組(LREE)強鈰族型(ICe>75%)。

4 成礦地質條件分析

風化殼離子吸附型稀土礦是富含稀土元素的花崗巖在近代表生作用形成的風化殼中，其稀土元素呈離子狀態吸附于風化殼黏土礦物(高嶺石、埃洛石等)表面，并經次生富集而形成的產物。區內構造、巖漿活動頻繁且強烈，萬洋山巖體為復式巖體，富含稀土元素，為該區離子吸附型稀土礦成礦提供了豐富的物質基礎。

4.1 成礦母巖特征

花崗巖作為成礦唯一母巖，其本身稀土元素含量的高低直接控制了是否能形成礦床，其出露情況也控制了該類型礦床的分布。研究區成礦母巖萬洋山巖體為多期次侵入的復式花崗巖體，巖石類型以黑云母二長花崗巖-二云母二長花崗巖為主，巖石屬高鉀堿性-鈣堿性巖系、準鋁質-微過鋁質花崗巖。其巖石稀土元素總量中等偏高，輕重稀土比值(∑Ce/∑Y)較大，(Ce/Yb)n比值大于3.5，具輕稀土富集型特點。從成礦母巖特征可以看出，該區花崗巖出露面積大且稀土元素含量較高，對離子吸附型稀土礦成礦有利。

4.2 地形地貌特征

根據離子吸附型稀土礦勘查經驗表明地形起伏小比起伏大、緩坡比陡坡、寬闊山頭比狹窄山頭、山脊比山坳、山頂比山腰、山腰比山腳更有利于成礦。該區為丘陵-緩坡中低山地貌，山脊方向多為北東或近南北走向，局部地形多為起伏小、坡度緩、山頭寬闊的地貌，地形坡度一般15°～25°，有利于風化殼的發育。

4.3 構造與成礦的關系

該區含礦巖體居于北西向和北東向區域構造體系的復合部位及其附近，構造作用促進了巖體(或其部分)的分異演化、自交代作用及其次生富集作用，使成礦母巖具有富稀土元素的特征。另外，多期次多階段的構造運動，使巖體內裂隙構造異常發育，有利于地表水下滲和地下水循環，加強了巖體的風化作用，使稀土元素的運移和富集明顯加快，對礦層的形成有著及其重要的促進作用。

4.4 風化殼水介質條件與成礦的關系

稀土元素的遷移富集離不開水介質作用。該區氣候溫暖濕潤，降水適宜，地下水豐富，多呈弱酸-近中性介質條件(pH值4～7)，這種酸堿度使稀土元素更容易與HCO3-等酸根結合成絡合物形式，經遷移、分異在風化殼有利部位形成次生富集，對成礦十分有利。

4.5 成礦模式

該區花崗巖體的侵入為成礦提供了物質基礎，第四紀地殼上升，巖體裸露地表，在濕熱的氣候條件下，當介質水pH=4～7之間時，花崗巖中易溶的稀土礦物、長石及云母等礦物解離風化釋放出稀土元素，它們遷移、沉淀、吸附富集，在有利地形條件下形成礦體。其成礦模式如圖2。

圖2 牛頭坳地區“姑婆山式”稀土礦成礦模式圖

1—第四系；2—燕山期花崗巖；3—全風化斑狀黑云母花崗巖；4—半風化斑狀黑云花崗巖；5—斑狀黑云母花崗巖；6—全風化層中的稀土礦體；7—半風化層中的稀土礦體；8—大氣降水滲透

4.6 礦床成因

該區中侏羅世黑云母二長花崗巖作為稀土礦的成礦母巖，由于強烈的表生風化作用，使原巖的稀土元素在風化殼中得以富集，從而形成稀土礦床。按稀土元素的賦存狀態，其礦床成因及工業類型屬花崗巖風化殼離子吸附型稀土礦床。

5 找礦前景分析

研究區處于湘南南嶺緯向構造帶和羅霄山脈-諸廣山南北向構造帶中，巖漿活動強烈，裂隙構造發育，圍巖中侏羅世黑云母二長花崗巖中富含稀土元素，為該區離子吸附型稀土成礦提供了豐富的物質基礎。

該區成礦區帶歸屬于Ⅲ-83-①南嶺東段W-Sn-Mo-Be-REE-Pb-Zn-Au成礦亞帶→Ⅳ-20萬洋山-諸廣山鎢錫多金屬稀土成礦區→Ⅴ-11萬洋山稀土成礦區，其成礦系列屬于南嶺與燕山期中淺成花崗巖類有關的REE、稀有、有色金屬及U礦床成礦系列，湘粵桂西拗陷區與燕山期花崗巖有關的W-Sn-Nb-Ta-Be-Mo-Pb-Zn螢石礦床成礦亞系列，屬“姑婆山式”風化殼離子吸附型稀土礦床。研究區所在的Ⅴ-11萬洋山稀土成礦區預測稀土資源潛力達20萬噸，該區具有較好的花崗巖風化殼離子吸附型稀土礦的找礦前景。