滇黔地區(qū)古風(fēng)化-沉積型鈮多金屬礦床物源示蹤：來自玄武巖中榍石的啟示*

杜勝江 溫漢捷 羅重光

1 東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌 330013 2 貴州省地質(zhì)調(diào)查院，貴州貴陽 550081 3 長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西西安 710054 4 中國科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院，北京 100049 5 中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所礦床地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州貴陽 550081

關(guān)鍵礦產(chǎn)資源是指當(dāng)今社會(huì)必需的安全供應(yīng)存在高風(fēng)險(xiǎn)的金屬元素及其礦床的總稱，主要包括稀土、稀有、稀散和稀貴金屬。其中，稀有金屬鈮因具有良好的超導(dǎo)性、熔點(diǎn)高、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于鋼鐵及超導(dǎo)材料等新興領(lǐng)域，是現(xiàn)代高科技產(chǎn)業(yè)不可或缺的原料。全球已探明鈮資源總儲(chǔ)量約430×104t，主要分布在巴西(約95%)和加拿大(USGS，2018)。而中國鈮消費(fèi)量卻超過了全球總消費(fèi)量的四分之一且95%以上依賴進(jìn)口，因此，面臨鈮資源匱乏的局面，加強(qiáng)鈮礦床的研究和勘探刻不容緩。鈮礦床類型主要包括偉晶巖型、氣成熱液型、接觸變質(zhì)型及表生沉積型(Paletal.， 2007)，而中國已發(fā)現(xiàn)的鈮礦床多與花崗巖、偉晶巖型有關(guān)，表生沉積型相對(duì)較少。

除傳統(tǒng)內(nèi)生型資源外，近年來的研究發(fā)現(xiàn)，在滇東—黔西地區(qū)宣威組底部古風(fēng)化殼廣泛發(fā)育有一套厚為 5～15m 的鈮-稀土(鎵)多金屬富集層，其中鈮平均含量為220 μg/g左右(Nb2O5，自測)，已超過風(fēng)化殼型鈮(鉭)礦床的工業(yè)品位(160～200 μg/g，《稀有金屬礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范DZ/T 0202-2002》)，有的甚至超常富集至1000 μg/g；稀土含量也較高，其中輕稀土(LREE)含量為850～5500 μg/g，達(dá)到了風(fēng)化殼型稀土礦床的工業(yè)品位(800～1500 μg/g)；鎵平均含量約 50 μg/g，也超過了鋁土礦中鎵的工業(yè)品位(20μg/g)。不僅具有品位高、分布廣、延伸穩(wěn)定、厚度較大等特點(diǎn)，而且還具有稀有-稀土-稀散金屬共存的特色，因此，這套與古表生風(fēng)化-沉積作用有關(guān)的鈮多金屬富集層有望成為新類型礦床，成為中國鈮資源的重要補(bǔ)充，凸顯出顯著的資源意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

宣威組是晚二疊世吳家坪期的陸相沉積單元，廣泛分布于滇黔和川南地區(qū)，巖相古地理環(huán)境以濱海沖積平原為主，這可能為鈮礦化層的風(fēng)化-沉積提供了有利的沉積場所。在滇黔相鄰地區(qū)，宣威組底部廣泛分布有峨眉山玄武巖組，為峨眉山大火成巖省的巖漿活動(dòng)產(chǎn)物，研究區(qū)多為陸相溢流玄武巖(Xuetal.， 2010)。宣威組底部廣泛發(fā)育的鈮多金屬富集層與底部峨眉山玄武巖組主要存在2種接觸關(guān)系，即與凝灰?guī)r接觸或與玄武巖接觸(圖 1)。對(duì)于該類礦床物質(zhì)來源尚存在較大爭議，主要存在以下幾種認(rèn)識(shí)： (1)來源于康滇古陸。(2)源于峨眉山大火成巖省頂部的酸性巖(Heetal.， 2007)。然而，酸性巖漿一般具有較高的揮發(fā)性物質(zhì)和高度聚合的硅酸形態(tài)，其黏度一般較基性巖漿要高得多，且酸性巖漿的噴發(fā)方式一般為強(qiáng)烈爆發(fā)。如果宣威組底部完全為峨眉山酸性火山巖的風(fēng)化產(chǎn)物，這么巨大的酸性火山噴發(fā)殘留巖對(duì)應(yīng)的噴發(fā)出去酸性火山灰的量一定很驚人。但目前為止，在西南地區(qū)上二疊統(tǒng)中還沒有發(fā)現(xiàn)與峨眉山地幔柱活動(dòng)相關(guān)的厚層火山灰沉積層，且Yang等(2015)估算峨眉山大火成巖省僅約有1×104km3的酸性巖漿噴發(fā)出地表。這些推論與以上He等(2007)的觀點(diǎn)略有矛盾，因此宣威組(包括底部)是否完全為峨眉山酸性巖風(fēng)化產(chǎn)物還存在一些疑問。(3)與火山灰—熱液流體混合作用有關(guān)(Daietal.， 2010)，雖然凝灰?guī)r也具有較高的鈮、稀土多金屬背景值，因其分布規(guī)模較小，提供這么多稀有金屬可能存在困難，但不排除提供少量成礦物質(zhì)的可能性。

圖 1 滇黔研究區(qū)風(fēng)化-沉積型鈮多金屬礦床空間展布特征Fig.1 Spatial distribution characteristics of weathering-sedimentary type niobium polymetallic deposits in Yunnan-Guizhou research area

然而，通過近期系統(tǒng)研究，表明滇黔地區(qū)分布的多為高鈦富堿性峨眉山玄武巖，高鈦富堿玄武巖具有較高的鈮、稀土元素背景(約40 μg/g，300 μg/g)?；诟哜壐呦⊥列鋷r不僅規(guī)模巨大且元素含量比較均一，意味著如果底部玄武巖作為鈮多金屬富集層的風(fēng)化母巖，那么高鈮富稀土玄武巖只需在表生風(fēng)化作用下促使鈮富集3～5倍便可達(dá)到最低工業(yè)品位，因此，廣泛分布的高鈮富稀土玄武巖完全有提供成礦物質(zhì)的基礎(chǔ)。為什么滇黔地區(qū)玄武巖會(huì)具有這么高的鈮和稀土？根據(jù)作者近期的微區(qū)研究工作，取得了重要發(fā)現(xiàn)： 這套玄武巖普遍富含榍石(杜勝江等，2019)，且榍石中富含鈮、稀土(尤其是Ce)及鋯等多種稀有金屬，進(jìn)一步推測榍石可能是控制玄武巖高鈮高稀土的主要原因。研究表明，榍石一般主要存在于中酸性、堿性等巖漿巖和低級(jí)到中高級(jí)的變質(zhì)巖中，熱液成因巖中也常見，少部分以斑晶形式存在于霞石巖中，沉積巖中也偶見。而在基性巖中比較少見，僅見少量的報(bào)道。榍石晶體化學(xué)式CaTi[SiO5]，Ca位常被REE(尤其Y和Ce)、U、Th等大離子元素所置換，Ti常被Nb、Zr、Al、Fe等替代，導(dǎo)致了榍石常富含鈮、稀土等的特征。因此，風(fēng)化母巖玄武巖中的榍石很可能為深入揭示鈮多金屬富集層的物質(zhì)來源提供新的思路。同時(shí)，作者在多金屬富集層中觀察到主要的載鈮礦物為銳鈦礦，而底部玄武巖中已有部分榍石蝕變成了銳鈦礦，因此，初步推測礦層中的鈮、稀土多金屬的富集很可能是由于母巖玄武巖中的榍石導(dǎo)致，鈮進(jìn)一步的富集可能與榍石的表生風(fēng)化蝕變息息相關(guān)。Friis 和 Casey(2018)報(bào)道了鈮在自然表生風(fēng)化條件下也具較高的活動(dòng)性，能從原礦物中溶蝕出并形成新的含鈮礦物，這對(duì)深入探究榍石中Nb的遷移、沉淀具有重要的啟示作用。因此，鈮、稀土多金屬富集的主控因素很可能是榍石，鈮進(jìn)一步的富集受到榍石的風(fēng)化蝕變的控制。

參考文獻(xiàn)(References)

杜勝江，溫漢捷，羅重光，顧漢念，于文修，李陽，孟勇，楊季華. 2019. 滇東—黔西地區(qū)峨眉山玄武巖富Nb榍石礦物學(xué)特征. 礦物學(xué)報(bào)， 39(3): 253-263. [Du S J，Wen H J，Luo C G，Gu H N，Yu W X，Li Y，Meng Y，Yang J H. 2019. Mineralogy study of Nb-rich sphene generated from the Emeishan basalts in Eastern Yunnan-Western Guizhou area，China. Acta Mineralogica Sinica， 39(3): 253-263]

Dai S，Zhou Y，Zhang M，Wang X，Wang J，Song X，Jiang Y，Luo Y，Song Z，Yang Z. 2010. A new type of Nb(Ta)-Zr(Hf)-REE-Ga polymetallic deposit in the late Permian coal-bearing strata，eastern Yunnan，southwestern China: possible economic significance and genetic implications. International Journal of Coal Geology， 83(1): 55-63.

Friis H，Casey W H. 2018. Niobium is highly mobile as a polyoxometalate ion during natural weathering. The Canadian Mineralogist， 56(6): 905-912.

He B，Xu Y G，Huang X L，Luo Z Y，Shi Y R，Yang Q J，Yu S Y. 2007. Age and duration of the Emeishan flood volcanism，SW China: geochemistry and SHRIMP zircon U-Pb dating of silicic ignimbrites，post-volcanic Xuanwei Formation and clay tuff at the Chaotian section. Earth and Planetary Science Letters， 255(3): 306-323.

Pal D C，Mishra B，Bernhardt H. 2007. Mineralogy and geochemistry of pegmatitehosted Sn-，Ta-Nb-，and Zr-Hf-bearing minerals from the southeastern part of the Bastar-Malkangiri pegmatite belt，Central India. Ore Geology Reviews， 30: 30-55.

USGS. 2018. Critical Mineral Resources of the United States: Economic and Environmental Geology and Prospects for Future Supply. Geolo-gical Survey: 1-863.

Xu Y G，Chung S L，Hui S，He B. 2010. Silicic magmas from the Emeishan large igneous province，Southwest China: petrogenesis and their link with the end-Guadalupian biological crisis. Lithos， 119(1-2): 47-60.

Yang J，Cawood P A，Du Y. 2015. Voluminous silicic eruptions during late Permian Emeishan igneous province and link to climate cooling. Earth and Planetary Science Letters， 432: 166-175.