川滇黔峨眉山玄武岩分布区风化壳型稀土多金属矿成矿潜力研究

张海，郭佩佩

川滇黔峨眉山玄武岩分布区风化壳型稀土多金属矿成矿潜力研究

张海，郭佩佩

（贵州地矿局一一三地质大队，贵州 六盘水 553000）

川滇黔地区大面积分布峨眉山玄武岩，且峨眉山玄武岩富集稀土氧化物总量（平均247×10-6）、五氧化二铌（平均35.1×10-6）、镓（平均25.5×10-6）、钪（平均29.4×10-6） 等成矿元素，为风化成矿提供物质基础。晚二叠世，研究区位于赤道附近的热带-亚热带半落叶季风雨林气候区，有利于峨眉山玄武岩发生红土化化学风化，进一步让铌、稀土等惰性元素，在原地风化富集，并形成峨眉山玄武岩风化壳型稀土多金属矿。晚二叠世频繁的海进海退作用，造成了该类型矿床风化剥蚀程度的不断加深和破坏。川滇黔地区玄武岩分布广、体量大、富铌、稀土等元素，且表生风化条件利于风化成矿。经过勘查和研究工作，已在川滇黔地区均发现玄武岩风化壳型稀土多金属矿床，且达到小型-大型矿床规模，显示了一定的成矿潜力，具有进一步开展科学研究、地质勘查、综合利用及开发的价值。

峨眉山玄武岩；风化壳型；稀土多金属矿床；成矿潜力

随着新兴产业发展，高科技领域对稀有、稀土和稀散元素矿产资源的需求越来越“依赖”。根据中国地调局“我国三稀矿产资源战略调查研究项目”成果——《稀有稀土稀散矿产资源及其开发利用》公布的数据，2014年世界铌储量430万吨，稀土储量10929万吨，其中，我国铌储量仅1.85万吨，长期依赖进口（王瑞江，2015）。

近年来，贵州省地矿局一一三地质大队通过“贵州威宁-水城地区铁多金属矿整装勘查”和“贵州乌蒙山区优势矿产综合调查评价项目”子项目“威宁东风-水城大湾地区铁稀土矿调查评价项目”的实施，发现部分二叠纪峨眉山玄武岩现代风化壳中，铌、稀土等元素达到工业品位，局部远景达到小型-大型以上矿床规模（张海等，2021，2021，2014，2019；卢君勇等，2021；郭佩佩等，2017）。此外，中国地调局“湘西-滇东地区矿产地质调查”项目，初步估算潜在稀土氧化物资源量约51.77万吨，铌氧化物资源量5.39万吨，共（伴）生氧化钪3.92万吨（刘殿蕊，2020）。这类矿床的研究在峨眉山大火成岩省及其周边地区目前报道较少，开展此类矿床成矿潜力研究，对于丰富大火成岩省成矿理论和开展新矿种的成矿潜力研究，具有十分重要的科学意义和生产意义。

图1 峨眉山大火成岩省玄武岩等厚线图（张云湘等，1988）

1 川滇黔地区峨眉山玄武岩分布及稀土含量背景

1.1 峨眉山玄武岩分布特征

峨眉山大火成岩省在我国西南地区广泛发育，主要在川滇黔地区出露（图1），前人研究认为，峨眉山玄武岩的形成时代约为260～255Ma，是地幔柱岩浆活动的产物。据Xu等估计，其初始体积可能³3.8 Mkm3（ Xu Y G, 2007 ），与地球上其他大火成岩省的规模相当（0.2～8.4Mkm3）（张云湘等，1988；Coffin M F,1994；Ali J R，2005）。现今，峨眉山大火成岩省出露面积约为0.25 Mkm2，厚度变化大，从几百至五千米不等，且保存体积仅约0.3 Mkm3。综合比较，可计算出峨眉山大火成岩省剥蚀量约3.5×Mkm3，即剥蚀程度大于90%。

1.2 峨眉山玄武岩铌、稀土元素含量背景

贵州威宁地区出露地层从下向上依次主要为二叠系梁山组、栖霞组、茅口组、峨眉山玄武岩组、宣威组和第四系。一般而言，峨眉山玄武岩是一个岩类统称，是由玄武质熔岩、火山角砾岩、凝灰岩等组成。贵州西部地区主要出露峨眉山玄武岩三段（P2-33），次为峨眉山玄武岩组二段（P2-32）。

表1 贵州西部地区峨眉山玄武岩主成矿元素含量及其平均值特征（10-6）

注：贵州西部地区峨眉山玄武岩主成矿元素含量平均值为P2-33-5、P2-33-4、P2-33-3、P2-33-2、P2-33-1、P2-3样品主成矿元素的含量平均值

峨眉山玄武岩二段（P2-33）可分为五层，从老到新依次为：

P2-33-1：灰绿色、暗红色、灰褐色火山角砾岩，角砾成份为凝灰质，胶结物为玄武质，角砾大小0.05～10cm，含少量方解石脉。厚24.5m。

P2-33-2：暗红色凝灰质玄武岩，含少量鲕粒凝灰质；其中孔深151.66～151.86m为暗红色凝灰岩，含大量脉状绿泥石。厚9.5m。

P2-33-3：暗绿色蚀变玄武岩，受断层破坏和改造，见含灰白色脉状高岭石和方解石，见绿泥石化。厚1.5m。

P2-33-4：紫红色凝灰岩，夹大量灰黄色、灰绿色斑点。厚16.5m。

P2-33-5：蚀变凝灰岩，层理明显，常见绿泥石、灰白色脉状铝土质及灰白色铝土质斑点。厚8.5m。

峨眉山玄武岩二段（P2-32）：暗绿色块状玄武岩。厚50～100m。

通过收集并整理贵州省地矿局一一三地质大队“贵州威宁香炉山铁多金属矿”玄武岩分析数据（表1）发现，贵州西部峨眉山玄武岩主成矿元素地球化学特征：

（1）峨眉山玄武岩组各段地层从老到新，稀土氧化物总量（TREO，下同）总体由低变高的趋势，由212×10-6～364×10-6，平均247×10-6。按照《矿产资源工业要求手册》风化壳型铌矿床最低工业品位800×10-6（邵厥年等，2010），峨眉山玄武岩风化过程中，稀土富集3～4倍，即可形成工业要求的矿床。

（2）峨眉山玄武岩组从老到新，Nb2O5、Ga、Sc含量总体由低变高的趋势，其中，Nb2O5由29.2×10-6～43.9×10-6，平均35.1×10-6；Ga由18.7×10-6～35.4×10-6，平均25.5×10-6；Sc由23.3×10-6～45.2×10-6，平均29.4×10-6。特别地，按照《矿产资源工业要求手册》风化壳型铌矿床最低工业品位160×10-6，峨眉山玄武岩风化过程中，Nb富集3～4倍，即可形成工业要求的矿床。

（3）排除蚀变凝灰岩、玄武岩，峨眉山玄武岩组从老到新V2O5、Ta含量总体由高变低的趋势。其中，V2O5由1060×10-6～1477×10-6，平均1282×10-6；Ta由1.30×10-6～2.54×10-6，平均1.89×10-6。

2 古风化成矿条件

研究区晩二叠世地层中化石丰富，动物化石以底栖动物属种最多、数量最丰富，同时，造礁生物发育。由于植物和沉积环境的关系十分密切，郭英廷等人从植物化石分异度、叶相特征、植物木材化石生长纹，植物群综合指标、古地磁及古海水温度等方面的综合研究，认为川滇黔晩二叠世时位于南半球低纬度地区，气候炎热，雨量充沛，植物繁盛，但具短暂的无雨季节，为热带-亚热带半落叶季风雨林气候区（郭英廷，1990）。

从岩性上看，整个上二叠统吴家坪阶表现为陆相碎屑岩、灰岩和煤层的组合为特征，没有蒸发岩或其他标志着干旱的岩性沉积。与普通的陆源碎屑岩相比，研究区的碳质页岩和煤层沉积也说明了晩二叠世时期湿热的气候。

古地磁记录，二叠纪滇东、黔西地区的古纬度为 2.6°～4.5°S（郭英廷，1990），即位于赤道附近，因此有利于区域内出露地表的玄武岩等岩浆岩及火山碎屑岩（如：凝灰岩）发生红土化化学风化，在表生作用下，高场强元素（如：Nb）、稀土元素及铂族元素属于惰性元素，在原地得到富集和成矿，形成富稀土、铌、镓等元素的玄武岩风化壳。

3 典型靶区地质特征及稀土分布规律

3.1 典型靶区地质特征

作者通过主持中国地调局玄武岩风化壳型稀土资源调查工作，在川滇黔峨眉山玄武岩组出露的某区域约0.6km2范围内（图2），施工两个圆井，取样26件，圈定风化壳型稀土矿找矿靶区一处，稀土矿（化）层平均真厚5.5m，平均品位826×10-6，潜在稀土金属量约1万吨。

图2 赫章某地区峨眉山玄武岩风化壳地质及远景图

该风化壳厚约数米至十余米，最厚可达20余米，岩性自下而上依次为（图3）：

（1）底层：黄褐色碎块状半风化玄武岩。TREO：367×10-6～399×10-6，五氧化二铌Nb2O5：54.8×10-6～65.3×10-6。

（2）中层：黄-黄褐色玄武岩风化残积土层，常见次生黑色钴、锰质细脉与不规则状结核，厚6～18m。TREO：480×10-6～1146×10-6，Nb2O5：60.3×10-6～105.4×10-6。

（3）上层：黄-黑褐色粘土层，含灰岩、玄武岩转石块，上部为黑色腐植土层，常见植物根系，厚0.5～2.0m。岩（矿）石主要为碎状粘土，矿物组成主要为高岭石，少量锐钛矿、金红石、钛铁矿、磁铁矿、赤铁矿（褐铁矿）等。TREO：311×10-6～543×10-6，Nb2O5：67.4×10-6～83.9×10-6。

3.2 分布规律

通过对川滇黔地区乌木铺-野马川、威奢-独山、农场坝水库、七星关等区域进行路线地质调查，玄武岩风化壳型稀土多金属分布规律为：①晚二叠世古地势较高，玄武岩厚度较大、坍塌-破碎程度越大，玄武岩风化程度越强烈、越彻底，风化壳发育越好，厚度越厚。②峨眉山玄武岩风化壳型稀土多金属矿多产于二叠系峨眉山玄武岩组和茅口组灰岩凹陷（负）地形或缓坡处，受地形地貌及潜水面控制。③区域上，峨眉山玄武岩风化壳分布较为零星，推测为受后期地质作用破坏。

4 成矿潜力研究

4.1 成矿母岩分析

川滇黔地区位于六盘水-弥勒地区稀土元素地球化学异常区（谢学锦等，2008），面积约25000km2。研究区广泛发育峨眉山玄武岩，峨眉山玄武岩类富集稀土、铌、钛、镓等元素，这为风化富集和成矿提供物质基础。以稀土为例，稀土元素在各类岩石中的分布为：碱性岩210×10-6、花岗岩250×10-6、中性岩130×10-6、基性岩85×10-6、超基性岩4.5×10-6，而峨眉山玄武岩稀土平均含量达247×10-6，具备发育风化淋积型稀土矿床的物质条件，富集2.5～3.2倍，即可达到离子吸附型稀土矿床工业指标：重稀土边界品位REO 0.03%～0.05%，最低工业品位REO 0.06%～0.1%；轻稀土边界品位REO 0.05%～0.1%，最低工业品位REO 0.08%～0.15%（邵厥年等，2010）。因此，按照《矿产资源工业要求手册》风化壳型矿床最低工业品位要求,峨眉山玄武岩风化过程中，铌、稀土等元素再富集3～4倍，即可形成工业要求的相应矿床。

4.2 古风化成矿条件分析

研究区晚二叠世古风化条件分析：①从植物化石分异度、叶相特征、植物木材化石生长纹，植物群综合指标、古地磁及古海水温度等方面的古环境综合研究成果来看，认为晩二叠世贵州西部位于南半球低纬度地区，推测为热带-亚热带半落叶季风雨林气候区。②峨眉山大火成岩省形成时所处的地理位置为~5.4°S，即位于赤道附近，有利于区域内出露地表的玄武岩等岩浆岩及火山碎屑岩（如：凝灰岩）发生红土化化学风化。

可见，研究区位于赤道附近的热带-亚热带半落叶季风雨林气候区，在表生作用下，铌、稀土等惰性元素，在原地得到富集和成矿，并形成富稀土、铌等元素的玄武岩风化壳。已有的勘查和研究证明，在川滇黔地区均发现玄武岩风化壳型稀土多金属矿床，且达到小型-大型矿床规模。

4.3 成矿后期矿床保存地质条件

加里东运动使贵州-滇东成为统一的陆壳，晚古生代以来的裂谷作用到晚二叠世时进入微拉张-裂陷阶段，这一地质作用使地壳不均一的拉张和断陷，出现了相对上升的高位断块及其相对下陷的沉陷凹槽，在这个古构造背景上出现了晚二叠世台地-台盆-台地相间的沉积格局。东吴运动改变了早二叠世古地理格局，奠定了晚二叠世古地理沉积格局。研究区沿着同沉积断裂有大规模的玄武岩喷溢和侵入，川滇黔大部分地区上升成陆，大面积分布的峨眉山玄武岩，富铌、稀土等元素，古风化条件有利于表生成矿，形成古风化壳/物，遭受剥蚀，并造成上、下二叠统假整合。云南境内北向康滇古陆成为省内陆源碎屑供应地，海水由南侵入贵州东部，然后向西漫进（贵州省地质矿产局，1987；云南省地质矿产局，1990。

图3 浅井16-K山5工程素描图

因而，晩二叠世，贵州西部以海侵为主，在总的海侵海退背景下，海水进退频繁，峨眉山玄武岩及其风化产物风化剥蚀程度的不断加深和破坏，也造成峨眉山玄武岩风化壳难以保存，故而峨眉山玄武岩风化壳型稀土多金属矿床，仅在海侵难以到达、古地势高的区域保存。

5 结论

（1）川滇黔地区大面积分布峨眉山玄武岩，且富集稀土氧化物总量（平均247×10-6）、五氧化二铌（平均35.1×10-6）、镓（平均25.5×10-6）、钪（平均29.4×10-6）等成矿元素，为风化成矿提供物质基础，只需要在表生作用下，再富集3～4倍，就能达到风化壳型稀土多金属矿的工业指标要求。

（2）晚二叠世，研究区位于赤道附近的热带-亚热带半落叶季风雨林气候区，有利于发生红土化化学风化，进一步让铌、稀土元素等惰性元素，在原地富集和成矿，形成富稀土、铌、镓等元素的玄武岩风化壳。经过调查评价，在川滇黔地区均发现玄武岩风化壳型稀土多金属矿床，且达到小型-大型矿床规模。

（3）但川滇黔地区晚二叠世频繁的海进海退作用，造成了峨眉山玄武岩及其风化产物风化剥蚀程度的不断加深和破坏，使得峨眉山玄武岩风化壳难以保存。故而峨眉山玄武岩风化壳型稀土多金属矿床，仅在古地势高的川滇黔古陆受海侵海退等作用影响小的区域保存。川滇黔地区玄武岩分布范围广、体量大、富铌、稀土等元素，且表生风化条件利于风化成矿，如加大勘查和研究投入，有望找到一定规模的铌、稀土多金属矿。

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Study on Metallogenic Potential of Emeishan Basalt Weathering Crust Type Rare Earth Polymetallic Ore in Western Sichuan-Yunnan-Guizhou Province

ZHANG Hai GUO Pei-pei

(No.113 Geological team, Guizhou Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development, Liupanshui, Guizhou 5530001)

The Emeishan basalt is distributed in a large area in the western Sichuan-Yunnan-Guizhou Province area. The Emeishan basalt is enriched in REE (average 247×10-6), Nb2O5(average 35.1×10-6), Ga (average 25.5×10-6), Sc (average 29.4×10-6), and other ore-forming elements, which provide the material basis for weathering mineralization. In the Late Permian, the study area was located in the tropical-subtropical semi-deciduous monsoon rain forest climate zone near the equator, which was conducive to the lateralization and chemical weathering of the Emeishan basalt. This weathering further allowed niobium, rare earth and other inert elements to enriched and then formed Emeishan basalt weathering crust niobium and rare earth polymetallic ore. Frequent transgressions and retrogression in the Late Permian caused the continuous deepening and destruction of the weathering and denudation of this type of deposits. Basalt in the western Sichuan-Yunnan-Guizhou Province area is widely distributed and is large in volume. The basalt is enriched in niobium, rare earth and other elements. The supergenetic weathering conditions is key to weathering and mineralization. Based on investigation and research work, basalt weathering crusts niobium and rare earth polymetallic deposit have been found in the western Sichuan-Yunnan-Guizhou Province area. This type of niobium and rare earth polymetallic deposits have reached the scale of small to large deposits, showing a certain metallogenic potential. It has the value of further scientific research, geological exploration, comprehensive utilization and development.

Emeishan basalt; weathering crust type; rare earth polymetallic deposit; metallogenic potential

P612

A

1006-0995（2022）04-0569-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.04.005

2021-11-10

贵州省科技计划项目黔科合基础[2017]1092）

张海(1984— ) ，男，贵州金织人，博士，正高级工程师，研究方向：“三稀”矿产勘查与研究

郭佩佩(1988— ) ，女，河北辛集人，硕士，高级工程师，研究方向：地球化学勘查与研究