关键矿产资源是指当今社会必需的安全供应存在高风险的金属元素及其矿床的总称, 主要包括稀土、稀有、稀散和稀贵金属。其中, 稀有金属铌因具有良好的超导性、熔点高、耐腐蚀等优点而被广泛应用于钢铁及超导材料等新兴领域, 是现代高科技产业不可或缺的原料。全球已探明铌资源总储量约430× 10⁴ t, 主要分布在巴西(约95%)和加拿大(USGS, 2018)。而中国铌消费量却超过了全球总消费量的四分之一且95%以上依赖进口, 因此, 面临铌资源匮乏的局面, 加强铌矿床的研究和勘探刻不容缓。铌矿床类型主要包括伟晶岩型、气成热液型、接触变质型及表生沉积型(Pal et al., 2007), 而中国已发现的铌矿床多与花岗岩、伟晶岩型有关, 表生沉积型相对较少。

除传统内生型资源外, 近年来的研究发现, 在滇东— 黔西地区宣威组底部古风化壳广泛发育有一套厚为 5~15 m 的铌-稀土(镓)多金属富集层, 其中铌平均含量为220 μ g/g左右(Nb₂O₅, 自测), 已超过风化壳型铌(钽)矿床的工业品位(160~200 μ g/g, 《稀有金属矿产地质勘查规范DZ/T 0202-2002》), 有的甚至超常富集至1000 μ g/g; 稀土含量也较高, 其中轻稀土(LREE)含量为850~5500 μ g/g, 达到了风化壳型稀土矿床的工业品位(800~1500 μ g/g); 镓平均含量约 50 μ g/g, 也超过了铝土矿中镓的工业品位(20μ g/g)。不仅具有品位高、分布广、延伸稳定、厚度较大等特点, 而且还具有稀有-稀土-稀散金属共存的特色, 因此, 这套与古表生风化-沉积作用有关的铌多金属富集层有望成为新类型矿床, 成为中国铌资源的重要补充, 凸显出显著的资源意义和经济价值。

宣威组是晚二叠世吴家坪期的陆相沉积单元, 广泛分布于滇黔和川南地区, 岩相古地理环境以滨海冲积平原为主, 这可能为铌矿化层的风化-沉积提供了有利的沉积场所。在滇黔相邻地区, 宣威组底部广泛分布有峨眉山玄武岩组, 为峨眉山大火成岩省的岩浆活动产物, 研究区多为陆相溢流玄武岩(Xu et al., 2010)。宣威组底部广泛发育的铌多金属富集层与底部峨眉山玄武岩组主要存在2种接触关系, 即与凝灰岩接触或与玄武岩接触(图 1)。对于该类矿床物质来源尚存在较大争议, 主要存在以下几种认识: (1)来源于康滇古陆。

图 1

Fig.1

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	图 1 滇黔研究区风化-沉积型铌多金属矿床空间展布特征Fig.1 Spatial distribution characteristics of weathering-sedimentary type niobium polymetallic deposits in Yunnan-Guizhou research area

(2)源于峨眉山大火成岩省顶部的酸性岩(He et al., 2007)。然而, 酸性岩浆一般具有较高的挥发性物质和高度聚合的硅酸形态, 其黏度一般较基性岩浆要高得多, 且酸性岩浆的喷发方式一般为强烈爆发。如果宣威组底部完全为峨眉山酸性火山岩的风化产物, 这么巨大的酸性火山喷发残留岩对应的喷发出去酸性火山灰的量一定很惊人。但目前为止, 在西南地区上二叠统中还没有发现与峨眉山地幔柱活动相关的厚层火山灰沉积层, 且Yang等(2015)估算峨眉山大火成岩省仅约有1× 10⁴ km³的酸性岩浆喷发出地表。这些推论与以上He等(2007)的观点略有矛盾, 因此宣威组(包括底部)是否完全为峨眉山酸性岩风化产物还存在一些疑问。(3)与火山灰— 热液流体混合作用有关(Dai et al., 2010), 虽然凝灰岩也具有较高的铌、稀土多金属背景值, 因其分布规模较小, 提供这么多稀有金属可能存在困难, 但不排除提供少量成矿物质的可能性。

然而, 通过近期系统研究, 表明滇黔地区分布的多为高钛富碱性峨眉山玄武岩, 高钛富碱玄武岩具有较高的铌、稀土元素背景(约40 μ g/g, 300 μ g/g)。基于高铌高稀土玄武岩不仅规模巨大且元素含量比较均一, 意味着如果底部玄武岩作为铌多金属富集层的风化母岩, 那么高铌富稀土玄武岩只需在表生风化作用下促使铌富集3~5倍便可达到最低工业品位, 因此, 广泛分布的高铌富稀土玄武岩完全有提供成矿物质的基础。为什么滇黔地区玄武岩会具有这么高的铌和稀土?根据作者近期的微区研究工作, 取得了重要发现: 这套玄武岩普遍富含榍石(杜胜江等, 2019), 且榍石中富含铌、稀土(尤其是Ce)及锆等多种稀有金属, 进一步推测榍石可能是控制玄武岩高铌高稀土的主要原因。研究表明, 榍石一般主要存在于中酸性、碱性等岩浆岩和低级到中高级的变质岩中, 热液成因岩中也常见, 少部分以斑晶形式存在于霞石岩中, 沉积岩中也偶见。而在基性岩中比较少见, 仅见少量的报道。榍石晶体化学式CaTi[SiO₅], Ca位常被REE(尤其Y和Ce)、U、Th等大离子元素所置换, Ti常被Nb、Zr、Al、Fe等替代, 导致了榍石常富含铌、稀土等的特征。因此, 风化母岩玄武岩中的榍石很可能为深入揭示铌多金属富集层的物质来源提供新的思路。同时, 作者在多金属富集层中观察到主要的载铌矿物为锐钛矿, 而底部玄武岩中已有部分榍石蚀变成了锐钛矿, 因此, 初步推测矿层中的铌、稀土多金属的富集很可能是由于母岩玄武岩中的榍石导致, 铌进一步的富集可能与榍石的表生风化蚀变息息相关。Friis 和 Casey(2018)报道了铌在自然表生风化条件下也具较高的活动性, 能从原矿物中溶蚀出并形成新的含铌矿物, 这对深入探究榍石中Nb的迁移、沉淀具有重要的启示作用。因此, 铌、稀土多金属富集的主控因素很可能是榍石, 铌进一步的富集受到榍石的风化蚀变的控制。