張儉峰，萬太平，李新鵬，楊文鵬，趙忠海，徐東海

(黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院，哈爾濱 150036)

0 引言

稀有金屬元素既可以形成獨立的礦床，也可以組合在一起形成多礦種的稀有金屬礦床[1]。稀有金屬是極重要的戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源，作為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵元素，其全球需求量激增，日益受到世界各國的青睞[2-3]。許多學者對稀有金屬礦床進行了深入研究，并在成因類型、礦床特征、稀有金屬礦物學、成礦元素富集機制、巖漿-熱液演化與成礦關(guān)系、成巖成礦年代學等方面取得了較多進展[1-2，4-19]。

碾子山地區(qū)鈮、鉭礦屬于堿長花崗巖及正長花崗巖礦體(兩者化學成分富鈉，因此也稱為堿性花崗巖)，位于大興安嶺東坡，屬于大興安嶺成礦省。該區(qū)域構(gòu)造和巖漿活動頻繁，找礦潛力巨大[20]，是我國重要的金多金屬元素成礦帶[21]。區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)有后六九銅礦床、馬山金礦點等。根據(jù)大興安嶺東坡已知的稀有稀土礦(化)點的分布特征分析，內(nèi)蒙古扎賚特旗—阿榮旗存在一條NNE向的稀有、稀土金屬成礦亞帶。該稀有、稀土金屬成礦亞帶的主要成礦元素為鈮，其次為釔、鉭、鈰等。

由于地球化學元素直接攜帶某種礦化信息,對地球化學元素的空間關(guān)系進行精細化分析可以直接或間接地揭示礦化溯源問題。元素的富集規(guī)律和空間分布具有多重分形特征,地球化學元素分布規(guī)律的研究是揭示元素礦化富集及空間變化規(guī)律的重要途徑之一[22-23]。而碾子山鈮、鉭礦所處的地區(qū)以往地質(zhì)工作主要以區(qū)域地質(zhì)普查為主，前人曾在該區(qū)進行過 1∶25萬多目標地球化學調(diào)查工作，但針對性不強，本次研究以“黑龍江省齊齊哈爾市碾子山地區(qū)稀有稀土礦普查”項目為依托，在研究區(qū)開展 1∶1 萬土壤地球化學測量，對區(qū)內(nèi)成礦元素地球化學特征進行分析探討，為碾子山地區(qū)稀有、稀土金屬及整個成礦帶的研究及找礦預(yù)測提供參考。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

1.1 地質(zhì)特征

研究區(qū)所處大地構(gòu)造位置為興安—松嫩地塊的龍江隆起帶[24-25]，成礦帶為違約突泉—翁牛特Pb-Zn-Ag-Fe-Sn-REE成礦帶神山—白音諾爾(裂谷)Cu-Pb-Zn-Fe-REE成礦亞帶。

區(qū)內(nèi)出露的地層由老到新依次為中新元古界興華渡口巖群、下二疊統(tǒng)大石寨組、中二疊統(tǒng)哲斯組、下三疊統(tǒng)老龍頭組、上侏羅統(tǒng)瑪尼吐組和白音高老組、下白堊統(tǒng)梅勒圖組及第四系。其中，中二疊統(tǒng)哲斯組和下三疊統(tǒng)老龍頭組在礦區(qū)附近出露(圖1)。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)圖
Fig.1Geologicalsketchofthestudyarea

區(qū)內(nèi)侵入巖大面積出露，主要為早白堊世堿長花崗巖巖體、正長花崗巖小巖體及東北部小面積元古宙片麻狀花崗巖。脈巖比較發(fā)育，主要有正長斑巖、花崗斑巖及英安玢巖等。碾子山堿性花崗巖巖石鈉質(zhì)含量較高，是由于本身含鈉高，加之后期鈉長石化導致[26]。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造較為復雜，主要為褶皺和線性構(gòu)造，線性構(gòu)造以NE向和NW向斷裂為主。NE向斷裂為控礦構(gòu)造，NW向斷裂為容礦構(gòu)造[27]。

1.2 區(qū)域地球化學特征

2005—2008年，黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院在碾子山地區(qū)開展了1∶25萬多目標區(qū)域地球化學調(diào)查工作[27]。結(jié)果表明，碾子山地區(qū)是稀有、稀土及有色金屬元素的高背景場，Nb、Y、La、Ce、Be、Li、V、Th、Ga、Ge、Se、Co、Cr等多種元素均發(fā)生了不同程度的富集。土壤富集程度較高的元素為Nb、Be、La、Y、Ga、Th、Li和Ce，富集系數(shù)均大于1.14，表明碾子山一帶的土壤相對富集稀有、稀土元素。此外，碾子山一帶土壤中Nb、Y、Ce、La、Be、Li等稀有、稀土元素的變化系數(shù)較大，具有分布不均勻性的特點。其中，Nb、La、Y、Be、Ce等元素在碾子山一帶位于高背景場，且分布不均，其異常濃集中心位于碾子山早白堊世堿長花崗巖體及正長花崗巖巖體中，此處為碾子山鈮、鉭礦點。

2 樣品采集和測試

研究區(qū)為森林農(nóng)田淺覆蓋區(qū)，面積為18 km2，共采集土壤樣品10 513件，采樣深度在40～60 cm，采集部位為地球化學普查規(guī)范(DZ/T 0011—2015)[28]中要求的B層下部、C層上部的細粒級的黃褐色粉砂土。土壤采樣按1∶1萬測網(wǎng)進行，網(wǎng)度為100 m×20 m，并利用手持GPS結(jié)合明顯地形地物實際校正點位進行定點，采樣點實行航跡管理，每20 m生成一個航跡點。土壤測量點位誤差小于5 m，所采樣品原始質(zhì)量均大于500 g，樣品分析結(jié)果的準確度、精密度、報出率、日常分析質(zhì)量、實驗室外部質(zhì)量監(jiān)控均符合地球化學普查規(guī)范(DZ/T 0011—2015)要求。通過60件土壤樣品的加工粒度試驗，得到試驗對比曲線圖，選擇-5～+60目加工粒度作為本研究區(qū)面積性土壤測量樣品的加工粒度。

野外樣品經(jīng)自然風干，并防止固結(jié)。樣品加工過程中嚴格清掃樣篩等器具，防止樣品污染。樣品過篩后質(zhì)量均大于150 g，統(tǒng)一編號送實驗室分析。樣品分析由黑龍江省地質(zhì)礦產(chǎn)測試中心完成，Nb、Ta、Ce、Y、Re、La、Zr、Be、Rb、Cd、F、As、Sb、Au、Ag、Cu、Pb和Zn 18種元素的分析測試質(zhì)量滿足規(guī)范要求。

3 土壤地球化學特征及評價

3.1 元素含量特征

3.1.1 一般特征

研究區(qū)土壤中Nb、Ta、Be、Zr、Rb、Y、La、Ce、Re、Cd、F、Au、Ag、As、Sb、Cu、Pb、Zn元素含量與松嫩平原區(qū)域土壤元素背景值相比(表1)，它們的富集系數(shù)均大于1.1，稀有元素Nb、Be、Zr、Rb，稀土元素Y、La、Ce，貴金屬Ag，有色金屬元素Pb、Zn均發(fā)生了不同程度的富集，其中稀有元素Nb的富集系數(shù)高達2.0，Be的富集系數(shù)高達1.7。此外，研究區(qū)Nb、Ta、Re、Cd、Au、Ag、Cu等元素的變化系數(shù)較大，分布具有不均勻性，存在局部高度富集的可能。Nb、Ta、Re等元素在研究區(qū)屬于高背景場，且在土壤中分布不均，存在局部富集成礦的可能。

表1 研究區(qū)土壤地球化學參數(shù)特征統(tǒng)計表Tab.1 Statistics of soil geochemical parameters in the study area

注：Au、Re元素含量單位為10-9，其余元素含量單位為10-6；富集系數(shù)=平均值/松嫩平原背景值，為無量綱值；變化系數(shù)=標準離差/平均值，為無量綱值；異常下限=平均值+2×標準離差。

3.1.2 元素地球化學組合

為研究元素在成礦作用中表現(xiàn)的特定共生組合特征，對18種元素進行了R型聚類分析(圖2)。根據(jù)R型聚類分析譜系圖，在相關(guān)系數(shù)為0.28的置信下，分為3組：①Au、As、Sb、Cu元素組合，以貴金屬、有色金屬元素組合為特征；②Nb、Ta、Be、Zr、Rb、Y、La、Ce、Re、Cd、Ag、Pb和Zn 13種元素組合，以稀有、稀土元素組合為特征；③F元素獨立成一組，可能反映的是稀有、稀土元素或貴金屬元素高溫成礦的絡(luò)合劑。R型聚類分析顯示為正長花崗巖體元素聚類組合特征，表明鈮、鉭礦與花崗巖體關(guān)系密切。

圖2 R型聚類分析譜系圖Fig.2 R-type cluster analysis spectrum diagram

3.2 異常特征及評價

3.2.1 單元素異常

根據(jù)研究區(qū)地球化學特征和成礦地質(zhì)條件，結(jié)合地球化學普查規(guī)范(DZ/T 0011—2015)要求，研究區(qū)取異常下限的1倍、2倍、8倍勾繪異常的外、中、內(nèi)帶。研究區(qū)共圈出土壤單元素異常521處，其中Nb異常28處，Ta異常34處(圖3)。稀有元素Nb、Ta、Be、Zr、Rb及稀土元素Y、Ce異常均分布在早白堊世堿長花崗巖、正長花崗巖中，異常規(guī)模較大，套合較好，表明上述稀有、稀土元素異常與早白堊世堿長花崗巖及正長花崗巖體有關(guān)。此外，統(tǒng)計單元素異常的面積、平均值、極大值、襯度、規(guī)模及異常濃度分帶，并進行參數(shù)評序，以單元素異常規(guī)模大于0.315進行篩選，按照各單元素異常的總規(guī)模排序，并結(jié)合研究區(qū)的地質(zhì)情況，結(jié)果表明研究區(qū)最易成礦的元素為Ta元素。

圖3 研究區(qū)Nb、Ta單元素異常
Fig.3AnomaliesofNiandTaelementsinthestudyarea

3.2.2 綜合異常

3.2.2.1 綜合異常圈定、分類及評序

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)Nb、Ta、Be、Zr、Rb、Y、La、Ce、Re、Cd、F、Au、Ag、As、Sb、Cu、Pb和Zn 18種單元素異常的套合程度(2個及2個以上單元素異常相套合)及成礦地質(zhì)條件，共圈定綜合異常12處(各綜合異常的總規(guī)模排序見表2，稀有元素綜合異常見圖4)。其中，Au、Ag、As、Sb、Cu、Pb、Zn等元素綜合異常套合較差，分布零散，無明顯的濃集中心，成礦的可能性較?。幌∮?、稀土元素Nb、Ta、Be、Zr、Y、Ce等綜合異常套合較好，存在3處濃集中心，呈NE向展布于研究區(qū)的西南部，此處地質(zhì)體為早白堊世堿長花崗巖體及正長花崗巖巖體。

表2 綜合異常評序Tab.2 Composite anomalies evaluation

注：異常規(guī)模=異常面積×異常平均值/異常下限。

圖4 研究區(qū)Nb、Ta、Be、Zr、Rb綜合異常Fig.4 Composite anomalies of Nb,Ta,Be,Zr,and Rb in the study area

3.2.2.2 重點綜合異常解釋及評價

根據(jù)研究區(qū)土壤元素地球化學特征、單元素異常特征、異常賦存的地質(zhì)條件等對12個綜合異常進行排序、研究及篩選，最終確認研究區(qū)內(nèi)的碾-2012-Ht-2、碾-2012-Ht-7和碾-2012-Ht-11這3處綜合異常為重點異常。

(1)碾-2012-Ht-2綜合異常。由18種元素組成，呈不規(guī)則面狀，面積較大，為2.644 km2。異常組分復雜，套合較好，可分為南北2處異常濃集中心，主要由稀土、稀有及分散元素組成。Nb元素具中帶和外帶，最高含量為166×10-6；Ta元素具中帶，最高含量為14.9×10-6(表3)。異常區(qū)出露地質(zhì)體為早白堊世堿長花崗巖、正長花崗巖(圖5)，根據(jù)成礦地質(zhì)條件分析，推測該處異常為礦致異常，成礦潛力較大，經(jīng)本次工作槽探及鉆探工程驗證，單元素Nb-7、Ta-7異常為礦致異常，共發(fā)現(xiàn)鈮、鉭低品位礦體3條，鈮、鉭礦化體11條，為隱伏礦(化)體，呈脈狀分布于早白堊世堿長花崗巖、正長花崗巖中，并且在已發(fā)現(xiàn)礦體的東側(cè)深部具有更好的成礦潛力[24-26]。

表3 碾-2012-Ht-2組合異常地球化學特征Tab.3 Geochemical characteristics of Nian-2012-Ht-2 composite anomaly

注：元素含量單位為10-6；規(guī)模=異常面積×襯度；襯度=異常平均值/異常下限，無量綱。

圖5 碾-2012-Ht-2綜合異常剖析
Fig.5AnomalyanalysisofNian-2012-Ht-2compositeanomaly

(2)碾-2012-Ht-7綜合異常。由18種元素組成，呈不規(guī)則面狀，具多處濃集中心，異常組分復雜，套合較好，其中稀土、稀有及分散元素的異常面積較大，套合較好，為其重要組成部分，具較好的找礦遠景。Nb元素具外帶，最高含量為82.1×10-6；Ta元素具中帶，最高含量為9.7×10-6(表4)。異常區(qū)出露的地質(zhì)體為早白堊世堿長花崗巖和脈巖(圖6)，與碾-2012-Ht-2號異常區(qū)相近，推測該異常與侵入堿長花崗巖體中的早白堊世正長花崗巖有關(guān)，存在礦化的可能。

表4 碾-2012-Ht-7綜合異常地球化學特征Tab.4 Geochemical characteristics of Nian-2012-Ht-7 composite anomaly

注：元素含量單位為10-6；規(guī)模=異常面積×襯度；襯度=異常平均值/異常下限，無量綱。

圖6 碾-2012-Ht-7綜合異常剖析Fig.6 Anomaly analysis of Nian-2012-Ht-7 composite anomaly

(3)碾-2012-Ht-11綜合異常。由15種元素組成，呈不規(guī)則面狀，異常組分復雜，套合較好，具南、北2處濃集中心，北部濃集中心分布于早白堊世中粒堿長花崗巖中，南部濃集中心分布于早白堊世似斑狀堿長花崗巖中(圖7)。Nb元素具中帶和外帶，最高含量為97.5×10-6；Ta元素具外帶，最高含量為7.4×10-6(表5)。碾-2012-Ht-11綜合異常帶的異常地質(zhì)條件與已發(fā)現(xiàn)礦體相近，是尋找鈮、鉭礦床的有利地段，推測深部可能具隱伏礦體。

圖7 碾-2012-Ht-11綜合異常剖析Fig.7 Anomaly analysis of Nian-2012-Ht-11 composite anomaly

表5 碾-2012-Ht-11綜合異常地球化學特征Tab.5 Geochemical characteristics of Nian-2012-Ht-11 composite anomaly

注：Re元素含量單位為10-9，其余元素含量單位為10-6；規(guī)模=異常面積×襯度；襯度=異常平均值/異常下限，無量綱。

4 結(jié)論

(1)Nb、Ta等元素在研究區(qū)位于高背景場，且在土壤中分布不均，存在局部富集成礦的可能。

(2)R型聚類分析將18種元素分為貴金屬、有色金屬元素，稀有、稀土元素和分散元素3組，顯示為正?；◢弾r體元素聚類組合特征，表明鈮、鉭礦與花崗巖體關(guān)系密切。

(3)研究區(qū)共圈出土壤單元素異常521處，其中Nb異常28處，Ta異常34處。稀有元素Nb、Ta、Be、Zr、Rb及稀土元素Y、Ce異常均分布在早白堊世堿長花崗巖、正長花崗巖中，異常規(guī)模較大，套合較好，說明上述稀有、稀土元素異常與早白堊世堿長花崗巖及正長花崗巖體有關(guān)。

(4)研究區(qū)共圈定12處綜合異常，其中碾-2012-Ht-2、碾-2012-Ht-7和碾-2012-Ht-11這3處綜合異常為重點異常，成礦潛力較大。碾-2012-Ht-2號異常處經(jīng)槽探及鉆探工程驗證，共發(fā)現(xiàn)鈮、鉭低品位礦體3條，鈮、鉭礦化體11條，為隱伏礦(化)體，呈脈狀分布于早白堊世堿長花崗巖、正長花崗巖中。