柴周缘铌钽矿成矿规律探讨

赵海超，王永德，张金玲，孙婷婷，王治安，马吉雄，何 利

(青海省第五地质勘查院，青海 西宁 810099)

0 前 言

铌、钽矿是世界紧缺资源，我国除已经发现的白云鄂博、竹山庙、宜春、巴尔哲、断峰山、葛源、南平、香花岭、姑婆山、栗木、派潭等为数不多的几个大型及以上矿床外，其余均为中小型矿床[1]。虽然矿床数量较多，但是五氧化二钽品位最高只有0.02%，五氧化二铌的品位也很低，只有少数碳酸岩型矿床可以超过1%。所以，寻找大型以上高品位的铌钽矿的任务仍然十分艰巨。近年来，青海省柴达木盆地周缘(以下简称：柴周缘)作为青海地质勘查找矿工作的重点地区，青海省地质矿产开发局及下属单位陆续在该地区开展了针对“三稀”资源的研究工作，发现了牛鼻子梁铌钽矿、交通社西铌钽矿和沙柳泉铌钽矿等多个铌钽矿床，找矿成果显著。

关于铌钽矿成矿规律的研究，国内学者已做过很多工作。蔡肖等总结了国外主要铌钽矿床类型和基本分布规律，认为国外铌钽矿成矿类型主要可以划分为花岗伟晶岩型等7个主要类型，且蚀变花岗岩型铌钽矿具有单个矿床储量大的特点[2]。关于铌钽矿的成因分类主要围绕结晶分异、热液交代和混合成因3种学说进行讨论[3]，王艳丽等主张华南钨锡铌钽矿为花岗岩浆液态不混溶成因的观点也非常值得关注[4]。还有一些学者针对个别矿床做过较为细致的研究[5-9]。柴周缘地区总体来说，典型铌钽矿床少，研究程度低，认识较为局限，找矿难度大。如何提高对该地区铌钽矿成矿规律的认识，正是此次研究工作的目的。

1 区域地质背景

柴周缘位于青海省西部，秦祁昆成矿域(见图1)，包括阿尔金造山带、宗务隆山—兴海坳拉槽、欧龙布鲁克陆块、赛什腾—锡铁山—哇洪山新元古代—早中生代缝合带、西秦岭地体、南祁连地区、东昆仑造山带和部分东昆中新元古代—早古生代缝合带等多个构造单元。

研究区内地层出露齐全而复杂，涵盖了元古宙，古生代，中生代和新生代大部分地层。

区内各类岩浆活动频繁，东昆仑造山带印支期中酸性岩浆活动强烈，尤其是三叠纪花岗岩，主要是东昆仑洋的闭合和伸展产物，形成时代为244～231 Ma[10]；柴北缘地区印支期中酸性岩浆活动强烈，程婷婷统计出柴北缘与东昆仑的中酸性岩侵入年龄具有一致性[11]，为240 Ma左右，部分晚于东昆仑中酸性岩浆岩形成时代。

柴周缘主体构造方向为北西、北西西向，尤其以昆北、昆中和昆南断裂为代表，其次为北东和南北方向断裂。受断裂构造控制，区内主要的地质单元整体呈北西向和北西西向展布[12]。

2 样品采集与分析

2.1 样品采集

柴周缘面积约130 000 km2，通过2017年的野外工作，系统采集了化学样品(表1)。71件化学样品中54件为伟晶岩、细晶岩或花岗岩类，1件为构造碎裂岩，11件为变质岩类，5件为中基性岩类。样品覆盖了柴周缘景忍地区、冰沟西地区、南戈泉地区、宗务隆地区、擦勒特地区、铜普地区、克希地区、香日德地区共计8个片区，一定程度上代表了柴周缘与铌钽元素相关的岩石类型。

A 主缝合带；B 次缝合带；C 新元古代至早古生代缝合带俯冲方向，一侧有齿者为单向俯冲；两侧有齿者为双向俯冲；D 晚古生代—早中生代缝合带俯冲方向；E-A型俯冲带；F 构造单元界线；G 一级构造单元编号；H 二至三级构造单元编号；Ⅰ6宗务隆山—青海南山晚古生代—早中生代裂陷槽(D-T2)；Ⅰ7 欧龙布鲁克陆块；Ⅰ8 赛什腾—锡铁山—哇洪山新元古代—早中生代缝合带；Ⅰ9柴达木陆块；Ⅰ10祁漫塔格—都兰新元古代—早古生代缝合带；Ⅰ11东昆中陆块；KZS 东昆中新元古代—早古生代缝合带；KSPZ 东昆仑南坡俯冲碰撞杂岩带

图1柴周缘区域地质略图(据参考文献[12]修改)

2.2 样品分析

样品利用NexIon 300X型电感耦合等离子质谱仪(1203)和iCAP6300型等离子体光谱仪(501)，依据GB/T14506.30-2010和QDS-QI-JC-034-1标准进行分析测试，测试单位为国土资源部西宁矿产资源监督检测中心。具体分析结果见(表1)。

3 数据分析

3.1 Rb与Nb、Ta元素之间关系

选取Rb、Nb、Ta作为变量，利用IBM SPSS Statistics 软件进行分析，选用采集地和岩性作为标注，共得出3组图(图2)。

由图2a和图2b可以看出：Nb和Ta具有良好的线性正相关性，可以分成1和2两个系列。其中1系列岩性主要为火成岩，2系列主要为伟晶岩和少量花岗岩，1系列和2系列之间主要为沉积岩和副变质岩。上述特征在Nb<50×10-6和Ta<10×10-6是表现尤为突出，当Nb≥50×10-6或Ta≥100×10-6则无明显规律。

表1 样品分析结果

续表1

图2c和图2d是Rb与Ta之间元素含量变化规律图。当Rb≤400×10-6时，Ta随着Rb含量的增加而增加，基本呈线性正相关；当Rb>400×10-6时，Ta含量剧烈增加。擦勒特地区伟晶岩铷含量大多>400×10-6，相应的富集钽元素。图2e和图2f是Rb与Nb之间元素含量变化规律图，具有与Rb与Ta之间元素含量变化规律图相似的变化规律。Nb和Ta含量随Rb 含量的升高急剧增加，表明Rb含量的高低能够指示岩石的Nb、Ta含矿性。

3.2 Nb、Ta含量分布特征

铌钽分布具有明显的规律性。铌元素在寒武纪—奥陶纪滩间山群的斜长角闪岩中的含量最高(表1)，位于47.20×10-6～130×10-6之间；其次为古元古代金水口群片麻岩组，铌含量位于5.04×10-6～72.40×10-6；花岗伟晶岩中铌含量变化较大，位于2×10-6～122×10-6之间。钽元素含量较高的岩性为擦勒特地区伟晶岩，位于3.95×10-6～23.10×10-6之间；其次花岗岩中一个样品的钽含量>5×10-6，其余均<5×10-6。

3.3 Nb/Ta比值

赵振华等对Nb/Ta比值研究结果表明，Nb/Ta比值在高演化花岗岩普遍低于球粒陨石(小于10)，而其他类火成岩的Nb/Ta比值则高于或近于17.5(球粒陨石)[13]。对于研究区Nb/Ta比值，花岗岩集中表现在12左右，伟晶岩大多数小于10，基本符合高演化花岗岩的范畴。另外，寒武纪—奥陶纪滩间山群的斜长角闪岩中铌含量远大于钽含量，Nb/Ta比值集中在35～40之间；古元古代金水口群片麻岩变化范围大，位于9.88～54.71之间。

4 铌钽矿成矿规律分析

4.1 物理化学性质

铌是灰白色金属，熔点2 468℃，沸点4 742℃，密度16.68 g/cm3。钽也是灰白色的金属，熔点2 996℃，密度为16.68 g/cm3。五氧化二铌和五氧化二钽具有极强的稳定性，地表自然条件下一旦形成，很难遭到破坏，常见于重砂矿物中。钽铁矿、锡锰钽矿和细晶石是钽经济价值最高的矿物，烧绿石为铌经济价值最高的矿物[15]，这些矿物均为地球化学稳定的矿物。

(a,b)Nb和Ta关系图；(c,d)Rb和Ta关系图；(e,f)Rb和Nb关系图

4.2 迁移性质

由地球演化史和铌钽的地球化学性质可知，新太古代出现地壳，但很薄，由于岩浆活动强烈，地表温度较高，且氧含量低，整体处于还原环境，地球表面温度可能高于铌钽矿物的固结温度，所以铌钽元素容易迁移，一直活跃在壳层之中。元古宙地球开始出现绿色植物，大气中氧气含量逐渐增加，并由还原环境转变为氧化环境，岩浆活动逐渐降缓，地球表面温度开始下降，铌钽元素很快以氧化物的形式固定下来。到了显生宙，大气中氧浓度持续增加，壳层温度继续降低，各类沉积地层及副变质岩中，除经风化剥蚀搬运作用近源富集形成砂矿以外，远源沉积岩铌钽元素含量普遍偏低。

高温富Li-F、富K热液能够不断萃取高背景值(古老)地层中的Nb、Ta元素[5]，交代越强部位矿化越强[16]。Nb、Ta元素能够在富F、Na、Li元素的热液中降低固相线[17]，继石英、钠长石、钾长石和云母等矿物发生结晶后，随着F降低，形成含铌钽独立矿物的花岗(伟晶)岩[13]。本次研究中，由于Rb和K具有紧密的正相关性，柴周缘 Nb、Ta随Rb含量的增加而迅速增加也印证了该成矿规律。

4.3 物源分析

关于Nb、Ta矿床成矿物质来源的讨论国内文献中鲜有讨论，本次研究仅尝试性分析。国外已发现的铌钽矿床均与前寒武纪地层密切相关[18]，国内多与海西期、印支—燕山期的构造岩浆活动有关[2]。赵振华等通过研究表明普通的S型和I型花岗岩演化程度越高，相对越富集Nb、Ta，尤其是Ta元素[13]。南岭地区与钨锡铌钽矿床相关的花岗岩属于深部陆壳重融形成[19]，重融的深部陆壳也可能为前寒武纪地层。所以，高演化程度普通S型和I型花岗岩和前寒武纪地层是Nb、Ta矿床重要物质来源。其次，本次研究认为由前寒武纪地层重融形成富K、Na碱性花岗(伟晶)岩为铌钽重要含矿地质体。

5 铌钽矿成矿规律探讨

铌钽矿成矿具有明显的时间性和规律性。成矿时间上，前寒武纪是铌钽元素分散和聚集的重要时期；寒武纪开始，铌钽元素则主要以氧化物形式存在，比较稳定。成矿类型上则可分为以下几种：①前寒武纪地层中铌钽元素富集成矿；②前寒武纪地层中的铌钽元素在富F、K、Na等高温流体作用下，发生迁移而富集成矿；③地表风化富集的铌钽砂矿沉积后经重融作用形成的花岗质岩浆，在富F、K、Na等高温流体作用下，可以一直存在于岩浆热液之中而最终以伟晶岩脉形式赋存成矿；④上述3种类型在风、河流的搬运作用下形成砂矿，或经变质作用和构造作用破坏形成新类型铌钽矿床。

铌钽矿找矿需要将铌钽元素的来源、运移和成矿3方面特性同时考虑，由特性推出铌钽矿成矿规律，由成矿特征总结成矿规律，利用成矿规律指导找矿。寒武纪以来，尤其是印支期和燕山期，中国东部构造岩浆活动频繁，环太平洋地区是含富F、K、Na等高温流体的花岗岩浆活动的重要地带，形成一大批与含W、Sn、Mo、F、K、Na等元素的组合异常套合较好的花岗岩型Nb、Ta矿床。中国东部未见前寒武纪的花岗岩型铌钽矿，一方面由于保存下来的完整地层较少，很难发现铌钽矿床；另一方面大部分已经被重融后形成S型花岗岩体，部分成矿，部分未成矿，主要决定于岩浆中是否含富F、K、Na等高温流体，而成为寒武纪之后的矿床。中国西北地区的前寒武纪地层出露广泛，包括柴周缘地区，岩石变质作用强烈，但未发生明显的重融再富集作用，柴周缘地区虽然发现了前寒武纪铌矿，以交通社西北山钽铌矿、余石山钽铌矿为代表，但是由于铌高钽低，独立矿物过少，大部分以分散状态赋存，以及采选冶困难，也未有成型的前寒武纪铌钽矿床。不过，以沙柳泉铌钽矿和生格铌钽矿为代表的伟晶岩型矿床目前备受关注，这是由于前寒武纪地层中的铌钽元素在富F、K、Na等高温流体作用下，发生迁移而形成伟晶岩型矿床，这些矿床大部分位于花岗岩体与含碳酸盐岩的前寒武纪地层的接触带附近。

6 结 语

1) 根据柴周缘系统采集的伟晶岩、细晶岩或花岗岩样品分析结果进行统计，发现 Rb与 Nb、Ta元素之间具有正相关性，且 Rb含量愈高，Nb、Ta元素增加的趋势愈加明显，间接反映出富 F、K、Na等高温流体对铌钽元素的富集作用。

2)分析和探讨铌钽矿成矿规律，认为高演化程度普通 S型和I型花岗岩和前寒武纪地层是铌钽矿床重要物质来源，由前寒武纪地层重融形成富K、Na碱性花岗(伟晶)岩为铌钽重要含矿地质体。

3)柴周缘铌钽元素主要赋存于古元古代地层之中，分布较为分散，没有形成有规模的铌钽矿床，但伟晶岩型铌钽矿在柴周缘地区已经初具规模，是研究区的铌钽矿未来的主攻方向，可能会有所突破。