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仍然十分艱巨。近年來，青海省柴達木盆地周緣(以下簡稱：柴周緣)作為青海地質勘查找礦工作的重點地區(qū)，青海省地質礦產開發(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鈮鉭礦床，找礦成果顯著。

關于鈮鉭礦成礦規(guī)律的研究，國內學者已做過很多工作。蔡肖等總結了國外主要鈮鉭礦床類型和基本分布規(guī)律，認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個主要類型，且蝕變花崗巖型鈮鉭礦具有單個礦床儲量大的特點[2]。關于鈮鉭礦的成因分類主要圍繞結晶分異、熱液交代和混合成因3種學說進行討論[3]，王艷麗等主張華南鎢錫鈮鉭礦為花崗巖漿液態(tài)不混溶成因的觀點也非常值得關注[4]。還有一些學者針對個別礦床做過較為細致的研究[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)律的認識，正是此次研究工作的目的。

1 區(qū)域地質背景

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構造單元。

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

區(qū)內各類巖漿活動頻繁，東昆侖造山帶印支期中酸性巖漿活動強烈，尤其是三疊紀花崗巖，主要是東昆侖洋的閉合和伸展產物，形成時代為244～231 Ma[10]；柴北緣地區(qū)印支期中酸性巖漿活動強烈，程婷婷統(tǒng)計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代。

柴周緣主體構造方向為北西、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。受斷裂構造控制，區(qū)內主要的地質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)采集了化學樣品(表1)。71件化學樣品中54件為偉晶巖、細晶巖或花崗巖類，1件為構造碎裂巖，11件為變質巖類，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8個片區(qū)，一定程度上代表了柴周緣與鈮鉭元素相關的巖石類型。

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，一側有齒者為單向俯沖；兩側有齒者為雙向俯沖；D 晚古生代—早中生代縫合帶俯沖方向；E-A型俯沖帶；F 構造單元界線；G 一級構造單元編號；H 二至三級構造單元編號；Ⅰ6宗務隆山—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)域地質略圖(據(jù)參考文獻[12]修改)

2.2 樣品分析

樣品利用NexIon 300X型電感耦合等離子質譜儀(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標準進行分析測試，測試單位為國土資源部西寧礦產資源監(jiān)督檢測中心。具體分析結果見(表1)。

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 Rb與Nb、Ta元素之間關系

選取Rb、Nb、Ta作為變量，利用IBM SPSS Statistics 軟件進行分析，選用采集地和巖性作為標注，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性，可以分成1和2兩個系列。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巖。上述特征在Nb<50×10-6和Ta<10×10-6是表現(xiàn)尤為突出，當Nb≥50×10-6或Ta≥100×10-6則無明顯規(guī)律。

表1 樣品分析結果

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Rb≤400×10-6時，Ta隨著Rb含量的增加而增加，基本呈線性正相關；當Rb>400×10-6時，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—奧陶紀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—奧陶紀灘間山群的斜長角閃巖中鈮含量遠大于鉭含量，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 物理化學性質

鈮是灰白色金屬，熔點2 468℃，沸點4 742℃，密度16.68 g/cm3。鉭也是灰白色的金屬，熔點2 996℃，密度為16.68 g/cm3。五氧化二鈮和五氧化二鉭具有極強的穩(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、錫錳鉭礦和細晶石是鉭經濟價值最高的礦物，燒綠石為鈮經濟價值最高的礦物[15]，這些礦物均為地球化學穩(wěn)定的礦物。

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

4.2 遷移性質

由地球演化史和鈮鉭的地球化學性質可知，新太古代出現(xiàn)地殼，但很薄，由于巖漿活動強烈，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)境轉變?yōu)檠趸h(huán)境，巖漿活動逐漸降緩，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巖中，除經風化剝蝕搬運作用近源富集形成砂礦以外，遠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]，交代越強部位礦化越強[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)生結晶后，隨著F降低，形成含鈮鉭獨立礦物的花崗(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

關于Nb、Ta礦床成礦物質來源的討論國內文獻中鮮有討論，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地層密切相關[18]，國內多與海西期、印支—燕山期的構造巖漿活動有關[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地層。所以，高演化程度普通S型和I型花崗巖和前寒武紀地層是Nb、Ta礦床重要物質來源。其次，本次研究認為由前寒武紀地層重融形成富K、Na堿性花崗(偉晶)巖為鈮鉭重要含礦地質體。

5 鈮鉭礦成礦規(guī)律探討

鈮鉭礦成礦具有明顯的時間性和規(guī)律性。成礦時間上，前寒武紀是鈮鉭元素分散和聚集的重要時期；寒武紀開始，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前寒武紀地層中鈮鉭元素富集成礦；②前寒武紀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地表風化富集的鈮鉭砂礦沉積后經重融作用形成的花崗質巖漿，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、河流的搬運作用下形成砂礦，或經變質作用和構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、運移和成礦3方面特性同時考慮，由特性推出鈮鉭礦成礦規(guī)律，由成礦特征總結成礦規(guī)律，利用成礦規(guī)律指導找礦。寒武紀以來，尤其是印支期和燕山期，中國東部構造巖漿活動頻繁，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，而成為寒武紀之后的礦床。中國西北地區(qū)的前寒武紀地層出露廣泛，包括柴周緣地區(qū)，巖石變質作用強烈，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注，這是由于前寒武紀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地層的接觸帶附近。

6 結 語

1) 根據(jù)柴周緣系統(tǒng)采集的偉晶巖、細晶巖或花崗巖樣品分析結果進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn) Rb與 Nb、Ta元素之間具有正相關性，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，認為高演化程度普通 S型和I型花崗巖和前寒武紀地層是鈮鉭礦床重要物質來源，由前寒武紀地層重融形成富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。