甘肃阿克塞县变粒岩型铌钽矿综合找矿方法及找矿模型.pdf
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1、第 59 卷第 3 期2023 年 5 月地质与勘探GEOLOGY AND EXPLORATIONVol.59No.3May,2023甘肃阿克塞县变粒岩型铌钽矿综合找矿方法及找矿模型吴义布1,余君鹏1,2,司豪佳1,董国强1,褚广博1,司东泽1,李通国1,徐磊1(1.甘肃省地质调查院,甘肃兰州730000;2.兰州大学地质科学与矿产资源学院,甘肃兰州730000)摘要甘肃阿克塞县余石山变粒岩型铌钽矿是近年在国内新区新层位发现的一种新类型铌钽矿床,其矿床规模已达大型,但对变粒岩型铌钽矿有效的综合找矿方法总结研究不够系统。本次依托1 5万矿产地质调查和余石山铌钽矿普查等工作成果,系统梳理和分析总结
2、了余石山铌钽矿的有效找矿方法,发现地质、地球化学、地球物理多学科综合找矿方法能快速准确定位铌钽矿带,总结了余石山铌钽矿表格式综合找矿模型,并提出了变粒岩型铌钽矿综合找矿方法组合:(1)优选熬油沟组地层分布区内的1 5万水系沉积物测量Nb-Ta-La-Ce-Y组合异常和1 5万地面高精磁测高磁异常的叠加区,确定为铌钽矿的找矿靶区;(2)在1 5000岩石剖面测量和1 2000高精磁测剖面浓缩物化探异常的同时,结合矿区大比例尺填图快速圈定铌钽矿带,推断隐伏-半隐伏矿带的有利部位;(3)槽探工程地表圈定矿体,深部钻探验证并寻找隐伏-半隐伏矿。关键词变粒岩型铌钽矿找矿方法找矿模型余石山阿克塞县甘肃中图
3、分类号P624文献标识码A文章编号0495-5331(2023)03-0570-10Wu Yibu,Yu Junpeng,Si Haojia,Dong Guoqiang,Chu Guangbo,Si Dongze,Li Tongguo,Xu Lei.Comprehensive prospecting methods and model of the leptynite-type Nb-Ta deposit in Aksai County,Gansu ProvinceJ.Geology and Exploration,2023,59(3):0570-0579.0引言近年来战略性关键矿产受到广泛关
4、注和研究(周振华,2016;陈毓川和王瑞江,2019;翟明国等,2019;毛景文等,2019;侯增谦等,2020;胡瑞忠等,2020;赵东杰,2021),其中铌和钽具有耐热性好、熔点高、延展性好、耐蚀性强和热导率高等特性,是电子、原子能、宇航、钢铁、化工等行业的重要原料,在国防、能源、高新技术和医疗领域具有不可替代性(李建康等,2019)。铌钽矿是具有战略意义的稀有金属矿产资源,也是中国紧缺的战略性关键矿产(翟明国等,2019)。铌钽矿床根据赋矿岩石类型可分为岩浆型和沉积型两种(Dill,2010),以岩浆型铌钽矿床为主,其中岩浆型铌钽矿床进一步分为伟晶岩型、花岗岩型、碱性岩型及碳酸岩型,沉积
5、型铌钽矿床主要产于残余风化壳及沉积层中(王汾连等,2012)。此外,近年来在南秦岭发现了火山岩型铌钽矿(万俊等,2016;杨成等,2017;鲁显松等,2019)。余石山铌钽矿是甘肃省地质调查院近年来在中南祁连地区发现的,目前已完成了普查评价工作,矿床规模已达到大型,伴生稀土矿床达到中型。该矿床产于前寒武纪变质地层中,层控特征明显,含矿岩石为长英质变粒岩(余君鹏等,2012;李通国等,2018),与国内外已报道的铌钽矿床差异明显,是一种新类型铌钽矿床(陈威等,2022;Jiang et al.,2022)。目前针对该矿床地质地球化学特征、原岩恢复、成岩成矿年代等进行了研究(余君鹏等,2012,2
6、015;杨再朝等,2014;贾志磊等,2016;李通收稿日期2022-12-02;改回日期2023-02-24;责任编辑宗兆建。基金项目国家重点研发计划项目“我国稀有金属矿床形成的深部过程与综合探测技术示范”(编号:2017YFC0602400)与甘肃省地质勘查基金项目“甘肃省阿克塞县余石山铌钽多金属矿普查”(编号:201601-D03)联合资助。第一作者吴义布(1985年-),男,高级工程师,2011年毕业于中国地质大学(武汉),获硕士学位,主要从事地质调查和矿产勘查工作。E-mail:。通讯作者余君鹏(1981年-),男,正高级工程师,在读博士,主要从事地质调查和矿产勘查工作。E-mail
7、:。吴义布doi:10.12134/j.dzykt.2023.03.008国等,2018;廖风云等,2020;陈威等,2022;Liu etal.,2022;Jiang et al.,2022)。然而对这一新类型铌钽矿有效找矿方法总结和研究不够系统深入,仅就磁法测量做了一些探索研究(虎新军等,2018;杜发等,2018),制约了国内同类型铌钽矿找矿进一步突破。本次依托研究区1 5万矿产地质调查和余石山铌钽矿普查评价等项目工作及研究成果,全面梳理总结了余石山铌钽矿有效的找矿勘查方法和找矿模型,进而建立了研究区变粒岩型铌钽矿区域找矿模型,以期为国内寻找同类型铌钽等关键矿产发挥积极作用和提供借鉴。1
8、区域地质概况余石山铌钽矿床位于阿尔金造山带、祁连造山带和柴北缘全吉地块交接部位,北为阿尔金北缘地块,南为全吉地块,西为红柳沟-拉配泉蛇绿混杂岩带,东为中南祁连弧盆系(图1a)。该区经历了复杂的地质演化,形成了丰富的矿产资源(Liu et al.,2000;郝杰等,2006;贾群子等,2007;刘良等,2007;刘永顺等,2009;Tung et al.,2013;Song et al.,2014),是重要的稀有(稀土)-铜-铅锌-金多金属成矿带(余君鹏等,2015)。区域南部出露全吉地块基底地层古元古界达肯达坂岩群(Pt1D.),为一套以角闪斜长片麻岩、斜长角闪片麻岩、角闪片岩、含石墨大理岩及
9、条带状混合岩为岩石组合特征的高角闪岩相的变质岩系,并与柴北缘地区相连(杨再朝等,2014;路增龙等,2017;李孝文等,2020)。北东部阿尔金北缘地块的蓟县-青白口系冰沟南组(Jx-Qbb),为一套碳酸盐岩沉积。中部靠东中祁连地块的长城系熬油沟组(Cha),为一套以长英质变粒岩、大理岩和斜长角闪岩为主的岩石组合属祁连地块的前寒武变质基底(许志琴等,1999)。中西部为红柳沟拉配泉蛇绿混杂岩中的寒武-奥陶系拉配泉岩群(-OLp),主要由蛇绿岩块(片)、洋岛玄武岩块和含晚寒武世早、中奥陶世牙形石化石的深水沉积硅质岩、浅水半深水沉积岩块及高压变质岩块等物质组成(吴峻等,2001;张建新等,2007
10、;杨经绥等,2008;杨子江等,2012;王军等,2018)。石炭-二叠系因格布拉克组(C-Py)出露较少,呈狭长带状产于阿尔金北缘地块南缘,为一套海陆交互相碎屑岩和碳酸盐岩组合。其中余石山铌钽矿产于熬油沟组地层中(图1b)。区域上岩浆岩主要侵入时代为古生代,多呈岩株或岩脉产出,奥陶纪似斑状二长花岗岩产于余石山北侧熬油沟组地层中,志留纪中细粒二长花岗岩侵入于全吉地块达肯达坂岩群地层中,二叠纪二长花岗岩和英云闪长岩产于冰沟南组中。区域构造复杂,受阿尔金大断裂多期次活动和其他边界断裂影响,形570吴义布等:甘肃阿克塞县变粒岩型铌钽矿综合找矿方法及找矿模型第 3 期国等,2018;廖风云等,2020
11、;陈威等,2022;Liu etal.,2022;Jiang et al.,2022)。然而对这一新类型铌钽矿有效找矿方法总结和研究不够系统深入,仅就磁法测量做了一些探索研究(虎新军等,2018;杜发等,2018),制约了国内同类型铌钽矿找矿进一步突破。本次依托研究区1 5万矿产地质调查和余石山铌钽矿普查评价等项目工作及研究成果,全面梳理总结了余石山铌钽矿有效的找矿勘查方法和找矿模型,进而建立了研究区变粒岩型铌钽矿区域找矿模型,以期为国内寻找同类型铌钽等关键矿产发挥积极作用和提供借鉴。1区域地质概况余石山铌钽矿床位于阿尔金造山带、祁连造山带和柴北缘全吉地块交接部位,北为阿尔金北缘地块,南为全吉
12、地块,西为红柳沟-拉配泉蛇绿混杂岩带,东为中南祁连弧盆系(图1a)。该区经历了复杂的地质演化,形成了丰富的矿产资源(Liu et al.,2000;郝杰等,2006;贾群子等,2007;刘良等,2007;刘永顺等,2009;Tung et al.,2013;Song et al.,2014),是重要的稀有(稀土)-铜-铅锌-金多金属成矿带(余君鹏等,2015)。区域南部出露全吉地块基底地层古元古界达肯达坂岩群(Pt1D.),为一套以角闪斜长片麻岩、斜长角闪片麻岩、角闪片岩、含石墨大理岩及条带状混合岩为岩石组合特征的高角闪岩相的变质岩系,并与柴北缘地区相连(杨再朝等,2014;路增龙等,2017
13、;李孝文等,2020)。北东部阿尔金北缘地块的蓟县-青白口系冰沟南组(Jx-Qbb),为一套碳酸盐岩沉积。中部靠东中祁连地块的长城系熬油沟组(Cha),为一套以长英质变粒岩、大理岩和斜长角闪岩为主的岩石组合属祁连地块的前寒武变质基底(许志琴等,1999)。中西部为红柳沟拉配泉蛇绿混杂岩中的寒武-奥陶系拉配泉岩群(-OLp),主要由蛇绿岩块(片)、洋岛玄武岩块和含晚寒武世早、中奥陶世牙形石化石的深水沉积硅质岩、浅水半深水沉积岩块及高压变质岩块等物质组成(吴峻等,2001;张建新等,2007;杨经绥等,2008;杨子江等,2012;王军等,2018)。石炭-二叠系因格布拉克组(C-Py)出露较少,
14、呈狭长带状产于阿尔金北缘地块南缘,为一套海陆交互相碎屑岩和碳酸盐岩组合。其中余石山铌钽矿产于熬油沟组地层中(图1b)。区域上岩浆岩主要侵入时代为古生代,多呈岩株或岩脉产出,奥陶纪似斑状二长花岗岩产于余石山北侧熬油沟组地层中,志留纪中细粒二长花岗岩侵入于全吉地块达肯达坂岩群地层中,二叠纪二长花岗岩和英云闪长岩产于冰沟南组中。区域构造复杂,受阿尔金大断裂多期次活动和其他边界断裂影响,形图1甘肃阿克塞县余石山一带大地构造位置(a)和地质矿产简图(b)(据余君鹏等,2015修改)Fig.1Tectonic location(a)and geological mineral resources(b)of
15、 the Yushishan area in Aksai County of Gansu Province(modified from Yu et al.,2015)1-第四系;2-石炭-二叠系因格布拉克组;3-寒武-奥陶系拉配泉群;4-蓟县-青白口系冰沟南组;5-长城系熬油沟组;6-古元古界达肯达坂岩群;7-二叠纪/奥陶纪二长花岗岩;8-二叠纪英云闪长岩;9-逆断层;10-平移断层;11-性质不明断层;12-推测断层;13-铌钽矿1-Quaternary;2-Carboniferous-Permian Yingebulake Formation;3-Cambrian-Ordovician L
16、apeiquan Group;4-Jixian-Qingbaikou System BinggounanFormation;5-Changcheng System Aoyougou Formation;6-Paleoproterozoic Dakendaban Group;7-Permian/Ordovician monzogranite;8-Permian tonalite;9-reverse faults;10-strike slip faults;11-faults with unknown nature;12-inferred faults;13-Nb-Ta ore571地质与勘探20
17、23 年成了一系列不同尺度的近东西向、北东东向和北西向断裂系统,断裂性质以逆平移断裂为主(图1b)。2矿床地质特征矿区出露地层除第四系外,均为熬油沟组(图 2),地层总体上呈北西西-南东东向展布,受构造强烈改造,呈无序状出露,从北至南岩性组合大致为一套斜长角闪岩变粒岩-大理岩组合,此外在变粒岩中常见大理岩呈夹层和透镜体,铌钽矿带顺层产于变粒岩层中。矿区出露的岩体较少,主要为奥陶纪二长花岗岩(图 2),形成年龄为481.31.7 Ma(廖风云等,2020),距铌钽矿带约 1 2 km。矿区内构造主要为近东西向、北西向逆平移断裂。铌钽矿带近东西向呈层状顺层产于熬油沟组变粒岩中(图 2、图 3),向
18、东略发散,向西收敛的趋势,长大于10 km,两侧严格受到大理岩控制,含矿层与大理岩之间均为层间断层接触关系(图3)。共圈出29个矿体,矿体长5342826 m,厚7.8837.84 m,(Nb,Ta)2O5平均品位 0.0738%0.1011%,伴生稀土氧化物含量(REO)在0.20%0.64%。铌钽主矿体,多呈层状、板状顺层产出(图2),含矿岩性为长英质变粒岩,主要矿物成分是石英、斜长石和钾长石,次为白云母、绿泥石、黑云母等,肉眼观察到的金属矿物多为磁铁矿和褐铁矿,呈脉状和浸染状产出。主要铌矿物和含铌矿物有褐钇铌矿、复稀金矿、铌铁矿等,呈星点状分布,多呈半自形-他形粒状集合体与磁铁矿、钛铁矿
19、及锆石连生。3地球化学找矿方法1 5万水系沉积物测量总面积1590 km2,基岩区采样密度为5.25个/km2,采样粒度为-10 +80目,样品分析单位为湖北省地质实验研究所。在余石山一带圈定了一条近东西向延伸的1 5万水系沉积物测量 Nb-Ta-La-Ce-Y 组合异常带,面积约 24 km2(图 3)。Nb、Ta异常具三级浓度分带,浓集中心明显,La、Ce 异常具二级浓度分带,Y 异常仅发育外带。组合异常中带及内带与余石山熬油沟组变粒岩分布范围高度吻合,且多与铌钽矿化带对应。Nb异常特征为:平均值 82.2810-6,极大值 265.2010-6,衬度3.58,规模 78.85,异常下限为
20、28.610-6;Ta 异常特征为:平均值 3.4710-6,极大值 9.5910-6,衬度 4.23,规模 93.23,异常下限为 1.7010-6;La异常特征为:平均值89.6010-6,极大值186.0010-6,衬度 1.83,规模 31.98,异常下限为 64.2010-6;Ce 异常特征为:平均值 161.7310-6,极大值338.0010-6,衬度 1.77,规模 27.77,异常下限为124.710-6。图2余石山铌钽矿区地质图Fig.2Geological map of the Yushishan niobium-tantalum mining area1-第四系;2-变
21、安山岩;3-大理岩;4-长英质变粒岩;5-斜长角闪岩;6-二长花岗岩;7-逆断层;8-平移断层;9-性质不明断层;10-铌钽矿化带;11-铌钽主矿体;12-勘探线及编号;13-钻孔及编号1-Quaternary;2-meta-andesite;3-marble;4-felsic leptynite;5-amphibolite;6-monzogranite;7-reverse faults;8-strike slip faults;9-faults with unknownnature;10-Nb-Ta mineralized zones;11-main Nb-Ta ore bodies;12-
22、exploration lines and numbers;13-drill holes and numbers572吴义布等:甘肃阿克塞县变粒岩型铌钽矿综合找矿方法及找矿模型第 3 期通过本次1 5万水系沉积物测量与1 1万地质专项填图成果对比,结果显示Nb、Ta异常受熬油沟组的长英质变粒岩控制明显,中带和内带往往能代表变粒岩型铌钽矿化带,反映了区内Nb、Ta在长英质变粒岩中具成矿专属性。Nb、Ta 异常高度正相关,与La、Ce、Y异常相关性好,表明La、Ce、Y可作为Nb、Ta异常的指示元素。针对余石山地区1 5万水系沉积物Nb-Ta-La-Ce-Y组合异常浓集中心实施了1 5 000岩石
23、剖面测量,样点间距为20 m。岩石剖面测量异常特征为:(1)Nb、Ta异常呈高度正相关,Nb异常峰值较高,并且 Nb异常值越高,Ta越富集,二者比值(Nb/Ta)在10左右(图4),与La-Ce-Y异常呈正相关,Nb异常中必有 Ta、La、Ce、Y 异常;(2)当 Nb 含量在 10010-6以上,Ta含量在1010-6以上,往往对应铌钽矿化带;当 Nb 含量在 30010-6以上,Ta 含量在 3010-6以上时,多与铌钽矿(化)体对应(图4)。由此认为,1 5 000岩石剖面测量较好地缩小了找矿靶区,结合1 1万专项地质测量成果能快速准确圈出矿化带,初步确定铌钽矿(化)体的分布范围,为下一
24、步的探矿工程部署提供了重要依据。综上,变粒岩型铌钽矿有效地球化学找矿方法图3余石山Nb-Ta-La-Ce-Y组合异常与地面高精磁测异常剖析图Fig.3Analysis of Nb-Ta-La-Ce-Y combined anomalies and ground high-precision magnetic anomalies in Yushishan1-第四系;2-变安山岩;3-大理岩;4-斜长角闪岩;5-长英质变粒岩;6-二长花岗岩;7-逆断层;8-平移断层;9-铌钽矿化带1-Quaternary;2-meta-andesite;3-marble;4-amphibolite;5-felsi
25、c leptynite;6-monzogranite;7-reverse faults;8-strike slip faults;9-Nb-Tamineralized zones573地质与勘探2023 年组合如下:(1)通过1 5万水系沉积物测量圈定Nb-Ta-La-Ce-Y 组合异常,优选异常中带和内带分布区快速确定找矿靶区;(2)针对 1 5万水系沉积物测量的Nb-Ta-La-Ce-Y组合异常中带和内带部署大比例尺岩石剖面测量,比例尺一般在 1 5 000 1 2 000之间,进一步浓缩异常、缩小找矿靶区,进而快速确定铌钽矿化带,结合探矿工程即可圈定铌钽矿体。4地球物理找矿方法4.1岩矿
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