貴州福泉牛場向斜勘查區鈮鉭礦床地質特征及勘探前景分析

李鴻磊，伍遠學，孫亞平，孫建偉，謝紅東

(貴州省煤田地質局一七四隊，貴州 貴陽 550081)

0 引 言

鈮、鉭等稀有金屬以其特殊的性能和廣泛的用途，在國民經濟建設和軍事技術中占有重要戰略地位，由于其特殊的優異性能，成為國防軍工、原子能、航天、航空、冶金、機械電子、石化等領域不可缺少的金屬及其材料[1]。我國是世界上鈮、鉭等稀有金屬礦產資源最豐富的國家[2]，但具有鈮、鉭礦床規模小，礦石品位低，嵌布粒度細而分散，多金屬伴生的特點，導致難采、難分、難選，回收率低，賦存狀態差，大規模露采的礦山較少，而需求量逐年增加[3-5]。因此，加大對鈮鉭的勘查研究，找到規模較大的礦床，將產生巨大的戰略價值和經濟價值。

貴州省鈮、鉭礦石所賦存的巖石類型分為巖漿型和沉積型，巖漿型鈮鉭礦床產量遠高于沉積型[6]。早在1999年，我國西南龍潭組含煤盆地勘查工作中就發現了火山成因的高嶺石泥巖層(Tonsteins)[7]，近年來，在貴州省威寧縣、赫章縣及納雍縣等境內發現鈮礦化體，并對其礦體地質特征及成因進行探討[8-11]，但發現的礦床都在貴州省西部主要含煤區，并且沉積環境為陸相及海陸過渡相沉積區。本文鈮、鉭礦體的發現地位于貴州省中部福泉市，沉積環境為海相沉積區，是貴州省煤田地質局一七四隊在勘查區內開展煤炭整裝勘查工作時，通過對煤田鉆孔測井曲線進行分析，發現了測井曲線放射性的異常，采樣化驗測試分析，發現鈮鉭礦體的存在，進一步分析顯示吳家坪組底部及下部該層普遍存在，是重要的含礦層位。該層位全區穩定性好，變化不大，且大多在可采厚度以上，具有重大的找礦前景。

1 地質背景

勘查區位于揚子陸塊南部被動邊緣褶沖帶Ⅲ級構造單元內的都勻南北向褶皺區Ⅳ級構造單元，二疊紀成煤期前，揚子板塊西緣出現重大變化，古特提斯洋板塊沿金沙江-哀牢山斷裂帶向東俯沖，使板塊西緣由被動邊緣轉化為主動邊緣，同時引起弧后擴張、板緣形成張裂帶，地幔物質上涌，致使基底南北及北西古斷裂復活，西起云南攀枝花斷裂，東至黔西，在板內形成地裂帶，引起多中心裂隙式玄武巖大面積噴溢，構成黔西晚二疊世成礦沉積基底。二疊紀成煤期，揚子板塊位于赤道熱帶區，古特提斯洋殼由西向東繼續向揚子大陸板塊俯沖，康滇古陸持續上升為剝蝕區。與此同時，黔中地區也發育了較厚的成礦沉積建造，且在此期間火山活動并未停止，由于火山的間隙性活動，火山灰物質在含煤地層中沉積形成凝灰巖。

勘查區內出露地層主要為中二疊統棲霞組、茅口組、上二疊統吳家坪組、下三疊統大冶組、永寧鎮組等。勘查區總體為一向斜構造，向斜軸位于勘查區中部，總體呈北北西向。東翼地層總體走向北北西-北北東，傾向西，地層傾角較緩，一般為12°～38°；西翼地層總體走向北北西-北北東，傾向東，地層傾角較緩，一般為20°～38°。區內褶曲僅發育次一級褶曲干洞背斜，斷層較發育，發現斷層35條，構造復雜程度為中等。含礦層主要賦存于吳家坪組下部及底部的凝灰巖層段。勘查區內巖漿巖主要是上二疊統峨嵋山玄武巖，位于西南部，地層厚度0～41 m，為含煤地層沉積基底。

2 礦體地質及賦存特征

2.1 賦存巖層及巖性組合特征

鈮鉭礦層位于勘查區上二疊統吳家坪組底部，通過統計區內12個鉆孔數據資料，含礦層系垂向上厚度變化為0.60～8.51 m，平均為2.80 m，與下伏峨眉山玄武巖組呈平行不整合接觸，含礦層系位于吳家坪組下段(圖1)，自上而下巖性特征如下所述。

圖1 勘查區含礦巖層垂向地質特征Fig.1 Vertical geological characteristics of ore bearing strata in the exploration area

1) 35號煤層上覆地層：深灰色至灰黑色粉砂質泥巖、泥質粉砂巖，夾石灰巖薄層；西南部主要為薄層狀粉砂質泥巖；含蠕蟲狀、云霧狀及結核狀黃鐵礦；產豐富小個體完整腕足類、腹足類動物化石；局部產植物化石。

2) 35號煤層：黑色，塊狀為主，以暗煤為主，次為亮煤，細至寬條帶結構，參差狀斷口，弱玻璃至瀝青光澤，半暗至暗淡型煤；含夾石0～2層，一般0～1層，夾矸為泥巖，結構較簡單，屬薄至中厚煤層。

3) 含礦巖層：巖性為淺灰色的凝灰巖及深灰色的粉砂質泥巖、泥質粉砂巖和泥巖，以凝灰巖為主，該段下部局部凝灰巖呈褐紅色，塊狀；粉砂質泥巖、泥質粉砂巖分別呈塊狀，薄層狀及波狀、節理發育；泥巖呈塊狀，局部含少量星散狀黃鐵礦，產少量植物葉片及根部化石。該段凝灰巖之中賦存稀有金屬(鈮、鉭)，平面上在礦區12個鉆孔可見，厚度為0.60～8.51 m不等；垂向上礦層主要分布在35號煤層與下部玄武巖之間的各凝灰巖段。

4) 含礦層下伏地層：巖性為灰色凝灰巖及深灰色玄武巖，以玄武巖為主，塊狀，裂隙發育，玄武巖局部具氣孔狀構造，致密，堅硬，主要出露在勘查區西南部。

2.2 礦體特征

勘查區內礦體為沉積型礦床，含礦層系呈層狀展布(圖2)，根據《礦產地質勘查規范 稀有金屬類》(DZ/T 0203-2020)， 鈮、鉭礦床地質勘查工業指標中風化殼礦床(Ta,Nb)2O5最低工業品位≥0.016%，最小可采厚度0.5～1.0 m。勘查區內鉆孔取樣測試的(Ta,Nb)2O5含量達到了最低工業品位。礦層產自吳家坪組底部，初步巖石名稱為凝灰巖，平均厚度為2.80 m，礦化體品位變化處于0.016 0%～0.044 2%，平均品位為0.024 0%；Nb金屬品位變化處于0.011 19%～0.030 91%，平均品位為0.016 78%(表1)。

圖2 含礦層系對比圖Fig.2 Comparison diagram of ore bearing strata

表1 勘查區Nb金屬分析結果Table 1 Analysis results of Nb metal in the exploration area

2.3 礦石礦物組成及結構構造

礦層為凝灰巖，顏色淺灰色、綠灰色或為灰白色，凝灰結構，塊狀構造，一般不見層理，凝灰質膠結，為火山灰沉積。 賦存狀況較好的、能形成礦層的主要位于含煤地層底部及下部，一般為多層。 福泉市牛場勘查區鈮鉭礦層位于含煤地層底部，圍巖為灰白色至灰綠色、紅紫色火山灰蝕變黏土巖、凝灰質黏土巖、凝灰巖，厚度1.00～4.29 m。

2.4 礦石物性參數特征

通過對比分析勘查區內及周邊鉆孔已有測井曲線數據，該賦礦層測井曲線上表現為放射性異常，幅值顯著高于鄰近巖石(圖3)，放射性偏高可作為最主要找礦標志。

圖3 鈮鉭礦化層測井曲線圖Fig.3 Logging curve of Nb TA mineralized layer

2.5 礦體成因

依據前人研究成果，鈮鉭礦床按成礦地質條件分為內生礦床的稀有金屬花崗巖型、含鋰-銫-鉭偉晶巖型(鉭成礦為主)、堿性巖型和碳酸巖型及外生礦床的風化殼型、殘坡積、沖積砂型[12-13]。本次勘查區鈮鉭礦床即為外生礦床的風化殼型沉積鈮鉭礦床。

勘查區內礦體賦存層位為二疊系峨眉山玄武巖組上部的風化殼，即海相沉積的上二疊統吳家坪組底部，主要受峨眉山玄武巖地層的控制，峨眉山玄武巖漿的噴溢活動對鈮鉭礦床的成礦起重要作用，分布于四川省、貴州省、云南省的二疊系峨眉山玄武巖具有一定的鈮地球化學背景，富含鈮元素的峨眉山玄武巖經風化剝蝕，為沉積區提供礦物質來源，沉積過程中沉積物質在一定的酸性介質蝕變或在特定的地質、地球化學環境背景下，在吳家坪組底部凝灰巖層段富集形成礦化體，導致勘查區內煤系地層底部凝灰巖層段成為鈮鉭元素的富集層位，甚至形成可供商業化開發的鈮鉭礦床。

3 控礦因素分析

控制礦床形成的因素較多，主要可歸結為構造、沉積、巖性和巖漿等四個方面。不同類型的礦床控礦因素往往不同，勘查區作為風化殼型的鈮鉭礦床，為沉積型礦產，其控礦主控因素表現為大地構造、沉積及地層巖性。

3.1 大地構造因素

晚二疊世時的云貴川地區是一個統一的聚煤盆地，西面為川滇古陸，北有淮陽古陸，東為雪峰、江南古陸，南面為馬關-大新古陸。貴州省處于盆地中部，也是沉積坳陷和聚煤的中心所在。總體地勢呈西北高東南低，略呈向南東傾斜的斜坡，物源來自川滇古陸[14](圖4)。

圖4 貴州省晚二疊世古地理示意圖Fig.4 Paleogeographic map of Late Permian in Guizhou Province

華力西初期繼承了加里東期的北東向構造格架，到中晚期逐漸轉為離散拉張環境，華南板塊開始裂陷，古特提斯洋打開，貴州省全境處于抬升和斷陷活動中，構造運動表現為斷塊性質。中二疊世后期的東吳運動使貴州省全境抬升和隆起，發生大規模海退，成為寬闊的剝蝕殘積平原。到晚二疊世初貴州省為斷陷-前陸沉積盆地，與此同時，康滇古陸發生大規模玄武質巖漿噴溢，使貴州省西部形成數百米甚至上千米的玄武巖山地，成為晚二疊世含煤地層的陸源物質供給區[15]。

3.2 沉積因素

勘查區含礦層系沉積期為晚二疊世早期，層序沉積環境比較穩定，除底部古風化面上發育以鋁土質泥巖為代表的潟湖沉積外，主要為以碳酸鹽臺地體系為主的沉積。吳家坪早時，西部地區玄武巖漿大面積噴溢，形成玄武巖高地，黔北一帶為隆起剝蝕區；吳家坪晚時，除雪峰古陸和三道河等高地外，全面接受沉積，初步形成自西向東，由陸相-過渡相-海相的古地理格局。

勘查區即位于海相區范圍內，沉積相為開闊臺地相 (圖5)，深水盆地在中二疊世的基礎上進一步發展，吳家坪早期初始階段，強烈下降，發育了巨厚的陸源碎屑沉積，隨后平穩發展。整個含礦層系形成過程中，火山活動起關鍵性作用，其從吳家坪早期開始強度的逐漸變弱，也使鈮鉭元素含量在吳家坪底部較為富集。

圖5 貴州省晚二疊世巖相古地理圖Fig.5 Lithofacies paleogeographic map of Late Permian in Guizhou Province

3.3 地層巖性因素

勘查區鈮鉭礦床受地層控制較為明顯，海相沉積區的開闊臺地相以碳酸鹽巖沉積為主，含礦層系位于吳家坪組下段，地層厚度35～56 m，平均厚度42 m，為一套淺海臺地相碳酸鹽巖夾濱海相碎屑巖地層。巖性為灰、深灰色中厚至厚層狀石灰巖、燧石灰巖，夾灰綠、黃綠色薄層狀粉砂質泥巖、泥質粉砂巖及泥巖，底部為灰白色至灰綠色、紅紫色火山灰蝕變黏土巖、凝灰質黏土巖、凝灰巖。鈮鉭元素富集層段主要為吳家坪組底部凝灰巖層段，而這一時期的其他地層中未發現鈮鉭礦異常現象。

4 勘探前景分析

1) 賦存層位方面：勘查區內含礦層系位于海相沉積的吳家坪組底部凝灰巖層段，為風化殼型沉積鈮鉭礦床，通過與上覆地層及下伏地層進行對比，勘查區內鈮鉭礦含礦層系測井曲線表現為放射性異常，幅值顯著高于鄰近巖石，賦存穩定，厚度變化為0.60～8.51 m，平均為2.80 m，實驗初步顯示區內鈮鉭礦主要以(Ta,Nb)2O5形式存在，12個鉆孔樣品的測試(Ta,Nb)2O5平均含量0.024 0%，高于最低工業品位的0.016%，勘查區采樣范圍內預測(Ta,Nb)2O5礦物資源量達17.7萬t，鈮鉭礦賦存層位找礦潛力較大。

2) 地層巖性方面：鈮鉭礦床的形成，由火山活動造成的大量富含鈮鉭的峨眉山玄武巖提供足夠的物質來源，勘查區內的酸性介質環境及特定的地質、地球化學提供較好的成礦環境，火山成因的黏土巖或泥巖具有優越的巖性特征，有利于鈮鉭元素的富集成礦。

3) 沉積環境方面：勘查區為海相沉積環境的開闊臺地相區域，為一套淺海臺地相碳酸鹽巖夾濱海相碎屑巖地層，含礦層在區內平面及垂向上無相變產生，區域成礦巖性變化較小。

4) 勘查區內特定的構造、沉積環境及地層巖性特征等控礦因素有利于鈮鉭礦體的賦存，如果在類似的地球化學條件、礦體賦存層位和構造等有利于鈮鉭元素富集成礦的區域加大勘查力度，有可能發現更大規模、更大經濟效益的鈮鉭礦體。

綜上所述，勘查區內鈮鉭礦層放射性異常明顯，層位穩定，含量較高，主要分布于勘查區的西南部，顯示了較好的找礦潛力，繼續開展勘探十分必要，同時，本區鈮鉭礦體的發現也表明區域上海相沉積區特定的地質、地球化學環境中可能同樣富集該礦床，因此在貴州東部海相含煤沉積區可以擴大勘查范圍，以期發現更大規模的鈮鉭礦體。