趙海超，王永德，張金玲，孫婷婷，王治安，馬吉雄，何 利

(青海省第五地質(zhì)勘查院，青海 西寧 810099)

0 前 言

鈮、鉭礦是世界緊缺資源，我國除已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的白云鄂博、竹山廟、宜春、巴爾哲、斷峰山、葛源、南平、香花嶺、姑婆山、栗木、派潭等為數(shù)不多的幾個(gè)大型及以上礦床外，其余均為中小型礦床[1]。雖然礦床數(shù)量較多，但是五氧化二鉭品位最高只有0.02%，五氧化二鈮的品位也很低，只有少數(shù)碳酸巖型礦床可以超過1%。所以，尋找大型以上高品位的鈮鉭礦的任務(wù)仍然十分艱巨。近年來，青海省柴達(dá)木盆地周緣(以下簡稱：柴周緣)作為青海地質(zhì)勘查找礦工作的重點(diǎn)地區(qū)，青海省地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局及下屬單位陸續(xù)在該地區(qū)開展了針對“三稀”資源的研究工作，發(fā)現(xiàn)了牛鼻子梁鈮鉭礦、交通社西鈮鉭礦和沙柳泉鈮鉭礦等多個(gè)鈮鉭礦床，找礦成果顯著。

關(guān)于鈮鉭礦成礦規(guī)律的研究，國內(nèi)學(xué)者已做過很多工作。蔡肖等總結(jié)了國外主要鈮鉭礦床類型和基本分布規(guī)律，認(rèn)為國外鈮鉭礦成礦類型主要可以劃分為花崗偉晶巖型等7個(gè)主要類型，且蝕變花崗巖型鈮鉭礦具有單個(gè)礦床儲量大的特點(diǎn)[2]。關(guān)于鈮鉭礦的成因分類主要圍繞結(jié)晶分異、熱液交代和混合成因3種學(xué)說進(jìn)行討論[3]，王艷麗等主張華南鎢錫鈮鉭礦為花崗巖漿液態(tài)不混溶成因的觀點(diǎn)也非常值得關(guān)注[4]。還有一些學(xué)者針對個(gè)別礦床做過較為細(xì)致的研究[5-9]。柴周緣地區(qū)總體來說，典型鈮鉭礦床少，研究程度低，認(rèn)識較為局限，找礦難度大。如何提高對該地區(qū)鈮鉭礦成礦規(guī)律的認(rèn)識，正是此次研究工作的目的。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

柴周緣位于青海省西部，秦祁昆成礦域(見圖1)，包括阿爾金造山帶、宗務(wù)隆山—興海坳拉槽、歐龍布魯克陸塊、賽什騰—錫鐵山—哇洪山新元古代—早中生代縫合帶、西秦嶺地體、南祁連地區(qū)、東昆侖造山帶和部分東昆中新元古代—早古生代縫合帶等多個(gè)構(gòu)造單元。

研究區(qū)內(nèi)地層出露齊全而復(fù)雜，涵蓋了元古宙，古生代，中生代和新生代大部分地層。

區(qū)內(nèi)各類巖漿活動(dòng)頻繁，東昆侖造山帶印支期中酸性巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，尤其是三疊紀(jì)花崗巖，主要是東昆侖洋的閉合和伸展產(chǎn)物，形成時(shí)代為244～231 Ma[10]；柴北緣地區(qū)印支期中酸性巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，程婷婷統(tǒng)計(jì)出柴北緣與東昆侖的中酸性巖侵入年齡具有一致性[11]，為240 Ma左右，部分晚于東昆侖中酸性巖漿巖形成時(shí)代。

柴周緣主體構(gòu)造方向?yàn)楸蔽?、北西西向，尤其以昆北、昆中和昆南斷裂為代表，其次為北東和南北方向斷裂。受斷裂構(gòu)造控制，區(qū)內(nèi)主要的地質(zhì)單元整體呈北西向和北西西向展布[12]。

2 樣品采集與分析

2.1 樣品采集

柴周緣面積約130 000 km2，通過2017年的野外工作，系統(tǒng)采集了化學(xué)樣品(表1)。71件化學(xué)樣品中54件為偉晶巖、細(xì)晶巖或花崗巖類，1件為構(gòu)造碎裂巖，11件為變質(zhì)巖類，5件為中基性巖類。樣品覆蓋了柴周緣景忍地區(qū)、冰溝西地區(qū)、南戈泉地區(qū)、宗務(wù)隆地區(qū)、擦勒特地區(qū)、銅普地區(qū)、克希地區(qū)、香日德地區(qū)共計(jì)8個(gè)片區(qū)，一定程度上代表了柴周緣與鈮鉭元素相關(guān)的巖石類型。

A 主縫合帶；B 次縫合帶；C 新元古代至早古生代縫合帶俯沖方向，一側(cè)有齒者為單向俯沖；兩側(cè)有齒者為雙向俯沖；D 晚古生代—早中生代縫合帶俯沖方向；E-A型俯沖帶；F 構(gòu)造單元界線；G 一級構(gòu)造單元編號；H 二至三級構(gòu)造單元編號；Ⅰ6宗務(wù)隆山—青海南山晚古生代—早中生代裂陷槽(D-T2)；Ⅰ7 歐龍布魯克陸塊；Ⅰ8 賽什騰—錫鐵山—哇洪山新元古代—早中生代縫合帶；Ⅰ9柴達(dá)木陸塊；Ⅰ10祁漫塔格—都蘭新元古代—早古生代縫合帶；Ⅰ11東昆中陸塊；KZS 東昆中新元古代—早古生代縫合帶；KSPZ 東昆侖南坡俯沖碰撞雜巖帶

圖1柴周緣區(qū)域地質(zhì)略圖(據(jù)參考文獻(xiàn)[12]修改)

2.2 樣品分析

樣品利用NexIon 300X型電感耦合等離子質(zhì)譜儀(1203)和iCAP6300型等離子體光譜儀(501)，依據(jù)GB/T14506.30-2010和QDS-QI-JC-034-1標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析測試，測試單位為國土資源部西寧礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心。具體分析結(jié)果見(表1)。

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 Rb與Nb、Ta元素之間關(guān)系

選取Rb、Nb、Ta作為變量，利用IBM SPSS Statistics 軟件進(jìn)行分析，選用采集地和巖性作為標(biāo)注，共得出3組圖(圖2)。

由圖2a和圖2b可以看出：Nb和Ta具有良好的線性正相關(guān)性，可以分成1和2兩個(gè)系列。其中1系列巖性主要為火成巖，2系列主要為偉晶巖和少量花崗巖，1系列和2系列之間主要為沉積巖和副變質(zhì)巖。上述特征在Nb<50×10-6和Ta<10×10-6是表現(xiàn)尤為突出，當(dāng)Nb≥50×10-6或Ta≥100×10-6則無明顯規(guī)律。

表1 樣品分析結(jié)果

續(xù)表1

圖2c和圖2d是Rb與Ta之間元素含量變化規(guī)律圖。當(dāng)Rb≤400×10-6時(shí)，Ta隨著Rb含量的增加而增加，基本呈線性正相關(guān)；當(dāng)Rb>400×10-6時(shí)，Ta含量劇烈增加。擦勒特地區(qū)偉晶巖銣含量大多>400×10-6，相應(yīng)的富集鉭元素。圖2e和圖2f是Rb與Nb之間元素含量變化規(guī)律圖，具有與Rb與Ta之間元素含量變化規(guī)律圖相似的變化規(guī)律。Nb和Ta含量隨Rb 含量的升高急劇增加，表明Rb含量的高低能夠指示巖石的Nb、Ta含礦性。

3.2 Nb、Ta含量分布特征

鈮鉭分布具有明顯的規(guī)律性。鈮元素在寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)灘間山群的斜長角閃巖中的含量最高(表1)，位于47.20×10-6～130×10-6之間；其次為古元古代金水口群片麻巖組，鈮含量位于5.04×10-6～72.40×10-6；花崗偉晶巖中鈮含量變化較大，位于2×10-6～122×10-6之間。鉭元素含量較高的巖性為擦勒特地區(qū)偉晶巖，位于3.95×10-6～23.10×10-6之間；其次花崗巖中一個(gè)樣品的鉭含量>5×10-6，其余均<5×10-6。

3.3 Nb/Ta比值

趙振華等對Nb/Ta比值研究結(jié)果表明，Nb/Ta比值在高演化花崗巖普遍低于球粒隕石(小于10)，而其他類火成巖的Nb/Ta比值則高于或近于17.5(球粒隕石)[13]。對于研究區(qū)Nb/Ta比值，花崗巖集中表現(xiàn)在12左右，偉晶巖大多數(shù)小于10，基本符合高演化花崗巖的范疇。另外，寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)灘間山群的斜長角閃巖中鈮含量遠(yuǎn)大于鉭含量，Nb/Ta比值集中在35～40之間；古元古代金水口群片麻巖變化范圍大，位于9.88～54.71之間。

4 鈮鉭礦成礦規(guī)律分析

4.1 物理化學(xué)性質(zhì)

鈮是灰白色金屬，熔點(diǎn)2 468℃，沸點(diǎn)4 742℃，密度16.68 g/cm3。鉭也是灰白色的金屬，熔點(diǎn)2 996℃，密度為16.68 g/cm3。五氧化二鈮和五氧化二鉭具有極強(qiáng)的穩(wěn)定性，地表自然條件下一旦形成，很難遭到破壞，常見于重砂礦物中。鉭鐵礦、錫錳鉭礦和細(xì)晶石是鉭經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高的礦物，燒綠石為鈮經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高的礦物[15]，這些礦物均為地球化學(xué)穩(wěn)定的礦物。

(a,b)Nb和Ta關(guān)系圖；(c,d)Rb和Ta關(guān)系圖；(e,f)Rb和Nb關(guān)系圖

4.2 遷移性質(zhì)

由地球演化史和鈮鉭的地球化學(xué)性質(zhì)可知，新太古代出現(xiàn)地殼，但很薄，由于巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，地表溫度較高，且氧含量低，整體處于還原環(huán)境，地球表面溫度可能高于鈮鉭礦物的固結(jié)溫度，所以鈮鉭元素容易遷移，一直活躍在殼層之中。元古宙地球開始出現(xiàn)綠色植物，大氣中氧氣含量逐漸增加，并由還原環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸h(huán)境，巖漿活動(dòng)逐漸降緩，地球表面溫度開始下降，鈮鉭元素很快以氧化物的形式固定下來。到了顯生宙，大氣中氧濃度持續(xù)增加，殼層溫度繼續(xù)降低，各類沉積地層及副變質(zhì)巖中，除經(jīng)風(fēng)化剝蝕搬運(yùn)作用近源富集形成砂礦以外，遠(yuǎn)源沉積巖鈮鉭元素含量普遍偏低。

高溫富Li-F、富K熱液能夠不斷萃取高背景值(古老)地層中的Nb、Ta元素[5]，交代越強(qiáng)部位礦化越強(qiáng)[16]。Nb、Ta元素能夠在富F、Na、Li元素的熱液中降低固相線[17]，繼石英、鈉長石、鉀長石和云母等礦物發(fā)生結(jié)晶后，隨著F降低，形成含鈮鉭獨(dú)立礦物的花崗(偉晶)巖[13]。本次研究中，由于Rb和K具有緊密的正相關(guān)性，柴周緣 Nb、Ta隨Rb含量的增加而迅速增加也印證了該成礦規(guī)律。

4.3 物源分析

關(guān)于Nb、Ta礦床成礦物質(zhì)來源的討論國內(nèi)文獻(xiàn)中鮮有討論，本次研究僅嘗試性分析。國外已發(fā)現(xiàn)的鈮鉭礦床均與前寒武紀(jì)地層密切相關(guān)[18]，國內(nèi)多與海西期、印支—燕山期的構(gòu)造巖漿活動(dòng)有關(guān)[2]。趙振華等通過研究表明普通的S型和I型花崗巖演化程度越高，相對越富集Nb、Ta，尤其是Ta元素[13]。南嶺地區(qū)與鎢錫鈮鉭礦床相關(guān)的花崗巖屬于深部陸殼重融形成[19]，重融的深部陸殼也可能為前寒武紀(jì)地層。所以，高演化程度普通S型和I型花崗巖和前寒武紀(jì)地層是Nb、Ta礦床重要物質(zhì)來源。其次，本次研究認(rèn)為由前寒武紀(jì)地層重融形成富K、Na堿性花崗(偉晶)巖為鈮鉭重要含礦地質(zhì)體。

5 鈮鉭礦成礦規(guī)律探討

鈮鉭礦成礦具有明顯的時(shí)間性和規(guī)律性。成礦時(shí)間上，前寒武紀(jì)是鈮鉭元素分散和聚集的重要時(shí)期；寒武紀(jì)開始，鈮鉭元素則主要以氧化物形式存在，比較穩(wěn)定。成礦類型上則可分為以下幾種：①前寒武紀(jì)地層中鈮鉭元素富集成礦；②前寒武紀(jì)地層中的鈮鉭元素在富F、K、Na等高溫流體作用下，發(fā)生遷移而富集成礦；③地表風(fēng)化富集的鈮鉭砂礦沉積后經(jīng)重融作用形成的花崗質(zhì)巖漿，在富F、K、Na等高溫流體作用下，可以一直存在于巖漿熱液之中而最終以偉晶巖脈形式賦存成礦；④上述3種類型在風(fēng)、河流的搬運(yùn)作用下形成砂礦，或經(jīng)變質(zhì)作用和構(gòu)造作用破壞形成新類型鈮鉭礦床。

鈮鉭礦找礦需要將鈮鉭元素的來源、運(yùn)移和成礦3方面特性同時(shí)考慮，由特性推出鈮鉭礦成礦規(guī)律，由成礦特征總結(jié)成礦規(guī)律，利用成礦規(guī)律指導(dǎo)找礦。寒武紀(jì)以來，尤其是印支期和燕山期，中國東部構(gòu)造巖漿活動(dòng)頻繁，環(huán)太平洋地區(qū)是含富F、K、Na等高溫流體的花崗巖漿活動(dòng)的重要地帶，形成一大批與含W、Sn、Mo、F、K、Na等元素的組合異常套合較好的花崗巖型Nb、Ta礦床。中國東部未見前寒武紀(jì)的花崗巖型鈮鉭礦，一方面由于保存下來的完整地層較少，很難發(fā)現(xiàn)鈮鉭礦床；另一方面大部分已經(jīng)被重融后形成S型花崗巖體，部分成礦，部分未成礦，主要決定于巖漿中是否含富F、K、Na等高溫流體，而成為寒武紀(jì)之后的礦床。中國西北地區(qū)的前寒武紀(jì)地層出露廣泛，包括柴周緣地區(qū)，巖石變質(zhì)作用強(qiáng)烈，但未發(fā)生明顯的重融再富集作用，柴周緣地區(qū)雖然發(fā)現(xiàn)了前寒武紀(jì)鈮礦，以交通社西北山鉭鈮礦、余石山鉭鈮礦為代表，但是由于鈮高鉭低，獨(dú)立礦物過少，大部分以分散狀態(tài)賦存，以及采選冶困難，也未有成型的前寒武紀(jì)鈮鉭礦床。不過，以沙柳泉鈮鉭礦和生格鈮鉭礦為代表的偉晶巖型礦床目前備受關(guān)注，這是由于前寒武紀(jì)地層中的鈮鉭元素在富F、K、Na等高溫流體作用下，發(fā)生遷移而形成偉晶巖型礦床，這些礦床大部分位于花崗巖體與含碳酸鹽巖的前寒武紀(jì)地層的接觸帶附近。

6 結(jié) 語

1) 根據(jù)柴周緣系統(tǒng)采集的偉晶巖、細(xì)晶巖或花崗巖樣品分析結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn) Rb與 Nb、Ta元素之間具有正相關(guān)性，且 Rb含量愈高，Nb、Ta元素增加的趨勢愈加明顯，間接反映出富 F、K、Na等高溫流體對鈮鉭元素的富集作用。

2)分析和探討鈮鉭礦成礦規(guī)律，認(rèn)為高演化程度普通 S型和I型花崗巖和前寒武紀(jì)地層是鈮鉭礦床重要物質(zhì)來源，由前寒武紀(jì)地層重融形成富K、Na堿性花崗(偉晶)巖為鈮鉭重要含礦地質(zhì)體。

3)柴周緣鈮鉭元素主要賦存于古元古代地層之中，分布較為分散，沒有形成有規(guī)模的鈮鉭礦床，但偉晶巖型鈮鉭礦在柴周緣地區(qū)已經(jīng)初具規(guī)模，是研究區(qū)的鈮鉭礦未來的主攻方向，可能會有所突破。