贵州福泉牛场向斜勘查区铌钽矿床地质特征及勘探前景分析

李鸿磊，伍远学，孙亚平，孙建伟，谢红东

(贵州省煤田地质局一七四队，贵州 贵阳 550081)

0 引 言

铌、钽等稀有金属以其特殊的性能和广泛的用途，在国民经济建设和军事技术中占有重要战略地位，由于其特殊的优异性能，成为国防军工、原子能、航天、航空、冶金、机械电子、石化等领域不可缺少的金属及其材料[1]。我国是世界上铌、钽等稀有金属矿产资源最丰富的国家[2]，但具有铌、钽矿床规模小，矿石品位低，嵌布粒度细而分散，多金属伴生的特点，导致难采、难分、难选，回收率低，赋存状态差，大规模露采的矿山较少，而需求量逐年增加[3-5]。因此，加大对铌钽的勘查研究，找到规模较大的矿床，将产生巨大的战略价值和经济价值。

贵州省铌、钽矿石所赋存的岩石类型分为岩浆型和沉积型，岩浆型铌钽矿床产量远高于沉积型[6]。早在1999年，我国西南龙潭组含煤盆地勘查工作中就发现了火山成因的高岭石泥岩层(Tonsteins)[7]，近年来，在贵州省威宁县、赫章县及纳雍县等境内发现铌矿化体，并对其矿体地质特征及成因进行探讨[8-11]，但发现的矿床都在贵州省西部主要含煤区，并且沉积环境为陆相及海陆过渡相沉积区。本文铌、钽矿体的发现地位于贵州省中部福泉市，沉积环境为海相沉积区，是贵州省煤田地质局一七四队在勘查区内开展煤炭整装勘查工作时，通过对煤田钻孔测井曲线进行分析，发现了测井曲线放射性的异常，采样化验测试分析，发现铌钽矿体的存在，进一步分析显示吴家坪组底部及下部该层普遍存在，是重要的含矿层位。该层位全区稳定性好，变化不大，且大多在可采厚度以上，具有重大的找矿前景。

1 地质背景

勘查区位于扬子陆块南部被动边缘褶冲带Ⅲ级构造单元内的都匀南北向褶皱区Ⅳ级构造单元，二叠纪成煤期前，扬子板块西缘出现重大变化，古特提斯洋板块沿金沙江-哀牢山断裂带向东俯冲，使板块西缘由被动边缘转化为主动边缘，同时引起弧后扩张、板缘形成张裂带，地幔物质上涌，致使基底南北及北西古断裂复活，西起云南攀枝花断裂，东至黔西，在板内形成地裂带，引起多中心裂隙式玄武岩大面积喷溢，构成黔西晚二叠世成矿沉积基底。二叠纪成煤期，扬子板块位于赤道热带区，古特提斯洋壳由西向东继续向扬子大陆板块俯冲，康滇古陆持续上升为剥蚀区。与此同时，黔中地区也发育了较厚的成矿沉积建造，且在此期间火山活动并未停止，由于火山的间隙性活动，火山灰物质在含煤地层中沉积形成凝灰岩。

勘查区内出露地层主要为中二叠统栖霞组、茅口组、上二叠统吴家坪组、下三叠统大冶组、永宁镇组等。勘查区总体为一向斜构造，向斜轴位于勘查区中部，总体呈北北西向。东翼地层总体走向北北西-北北东，倾向西，地层倾角较缓，一般为12°～38°；西翼地层总体走向北北西-北北东，倾向东，地层倾角较缓，一般为20°～38°。区内褶曲仅发育次一级褶曲干洞背斜，断层较发育，发现断层35条，构造复杂程度为中等。含矿层主要赋存于吴家坪组下部及底部的凝灰岩层段。勘查区内岩浆岩主要是上二叠统峨嵋山玄武岩，位于西南部，地层厚度0～41 m，为含煤地层沉积基底。

2 矿体地质及赋存特征

2.1 赋存岩层及岩性组合特征

铌钽矿层位于勘查区上二叠统吴家坪组底部，通过统计区内12个钻孔数据资料，含矿层系垂向上厚度变化为0.60～8.51 m，平均为2.80 m，与下伏峨眉山玄武岩组呈平行不整合接触，含矿层系位于吴家坪组下段(图1)，自上而下岩性特征如下所述。

图1 勘查区含矿岩层垂向地质特征Fig.1 Vertical geological characteristics of ore bearing strata in the exploration area

1) 35号煤层上覆地层：深灰色至灰黑色粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，夹石灰岩薄层；西南部主要为薄层状粉砂质泥岩；含蠕虫状、云雾状及结核状黄铁矿；产丰富小个体完整腕足类、腹足类动物化石；局部产植物化石。

2) 35号煤层：黑色，块状为主，以暗煤为主，次为亮煤，细至宽条带结构，参差状断口，弱玻璃至沥青光泽，半暗至暗淡型煤；含夹石0～2层，一般0～1层，夹矸为泥岩，结构较简单，属薄至中厚煤层。

3) 含矿岩层：岩性为浅灰色的凝灰岩及深灰色的粉砂质泥岩、泥质粉砂岩和泥岩，以凝灰岩为主，该段下部局部凝灰岩呈褐红色，块状；粉砂质泥岩、泥质粉砂岩分别呈块状，薄层状及波状、节理发育；泥岩呈块状，局部含少量星散状黄铁矿，产少量植物叶片及根部化石。该段凝灰岩之中赋存稀有金属(铌、钽)，平面上在矿区12个钻孔可见，厚度为0.60～8.51 m不等；垂向上矿层主要分布在35号煤层与下部玄武岩之间的各凝灰岩段。

4) 含矿层下伏地层：岩性为灰色凝灰岩及深灰色玄武岩，以玄武岩为主，块状，裂隙发育，玄武岩局部具气孔状构造，致密，坚硬，主要出露在勘查区西南部。

2.2 矿体特征

勘查区内矿体为沉积型矿床，含矿层系呈层状展布(图2)，根据《矿产地质勘查规范 稀有金属类》(DZ/T 0203-2020)， 铌、钽矿床地质勘查工业指标中风化壳矿床(Ta,Nb)2O5最低工业品位≥0.016%，最小可采厚度0.5～1.0 m。勘查区内钻孔取样测试的(Ta,Nb)2O5含量达到了最低工业品位。矿层产自吴家坪组底部，初步岩石名称为凝灰岩，平均厚度为2.80 m，矿化体品位变化处于0.016 0%～0.044 2%，平均品位为0.024 0%；Nb金属品位变化处于0.011 19%～0.030 91%，平均品位为0.016 78%(表1)。

图2 含矿层系对比图Fig.2 Comparison diagram of ore bearing strata

表1 勘查区Nb金属分析结果Table 1 Analysis results of Nb metal in the exploration area

2.3 矿石矿物组成及结构构造

矿层为凝灰岩，颜色浅灰色、绿灰色或为灰白色，凝灰结构，块状构造，一般不见层理，凝灰质胶结，为火山灰沉积。 赋存状况较好的、能形成矿层的主要位于含煤地层底部及下部，一般为多层。 福泉市牛场勘查区铌钽矿层位于含煤地层底部，围岩为灰白色至灰绿色、红紫色火山灰蚀变黏土岩、凝灰质黏土岩、凝灰岩，厚度1.00～4.29 m。

2.4 矿石物性参数特征

通过对比分析勘查区内及周边钻孔已有测井曲线数据，该赋矿层测井曲线上表现为放射性异常，幅值显著高于邻近岩石(图3)，放射性偏高可作为最主要找矿标志。

图3 铌钽矿化层测井曲线图Fig.3 Logging curve of Nb TA mineralized layer

2.5 矿体成因

依据前人研究成果，铌钽矿床按成矿地质条件分为内生矿床的稀有金属花岗岩型、含锂-铯-钽伟晶岩型(钽成矿为主)、碱性岩型和碳酸岩型及外生矿床的风化壳型、残坡积、冲积砂型[12-13]。本次勘查区铌钽矿床即为外生矿床的风化壳型沉积铌钽矿床。

勘查区内矿体赋存层位为二叠系峨眉山玄武岩组上部的风化壳，即海相沉积的上二叠统吴家坪组底部，主要受峨眉山玄武岩地层的控制，峨眉山玄武岩浆的喷溢活动对铌钽矿床的成矿起重要作用，分布于四川省、贵州省、云南省的二叠系峨眉山玄武岩具有一定的铌地球化学背景，富含铌元素的峨眉山玄武岩经风化剥蚀，为沉积区提供矿物质来源，沉积过程中沉积物质在一定的酸性介质蚀变或在特定的地质、地球化学环境背景下，在吴家坪组底部凝灰岩层段富集形成矿化体，导致勘查区内煤系地层底部凝灰岩层段成为铌钽元素的富集层位，甚至形成可供商业化开发的铌钽矿床。

3 控矿因素分析

控制矿床形成的因素较多，主要可归结为构造、沉积、岩性和岩浆等四个方面。不同类型的矿床控矿因素往往不同，勘查区作为风化壳型的铌钽矿床，为沉积型矿产，其控矿主控因素表现为大地构造、沉积及地层岩性。

3.1 大地构造因素

晚二叠世时的云贵川地区是一个统一的聚煤盆地，西面为川滇古陆，北有淮阳古陆，东为雪峰、江南古陆，南面为马关-大新古陆。贵州省处于盆地中部，也是沉积坳陷和聚煤的中心所在。总体地势呈西北高东南低，略呈向南东倾斜的斜坡，物源来自川滇古陆[14](图4)。

图4 贵州省晚二叠世古地理示意图Fig.4 Paleogeographic map of Late Permian in Guizhou Province

华力西初期继承了加里东期的北东向构造格架，到中晚期逐渐转为离散拉张环境，华南板块开始裂陷，古特提斯洋打开，贵州省全境处于抬升和断陷活动中，构造运动表现为断块性质。中二叠世后期的东吴运动使贵州省全境抬升和隆起，发生大规模海退，成为宽阔的剥蚀残积平原。到晚二叠世初贵州省为断陷-前陆沉积盆地，与此同时，康滇古陆发生大规模玄武质岩浆喷溢，使贵州省西部形成数百米甚至上千米的玄武岩山地，成为晚二叠世含煤地层的陆源物质供给区[15]。

3.2 沉积因素

勘查区含矿层系沉积期为晚二叠世早期，层序沉积环境比较稳定，除底部古风化面上发育以铝土质泥岩为代表的潟湖沉积外，主要为以碳酸盐台地体系为主的沉积。吴家坪早时，西部地区玄武岩浆大面积喷溢，形成玄武岩高地，黔北一带为隆起剥蚀区；吴家坪晚时，除雪峰古陆和三道河等高地外，全面接受沉积，初步形成自西向东，由陆相-过渡相-海相的古地理格局。

勘查区即位于海相区范围内，沉积相为开阔台地相 (图5)，深水盆地在中二叠世的基础上进一步发展，吴家坪早期初始阶段，强烈下降，发育了巨厚的陆源碎屑沉积，随后平稳发展。整个含矿层系形成过程中，火山活动起关键性作用，其从吴家坪早期开始强度的逐渐变弱，也使铌钽元素含量在吴家坪底部较为富集。

图5 贵州省晚二叠世岩相古地理图Fig.5 Lithofacies paleogeographic map of Late Permian in Guizhou Province

3.3 地层岩性因素

勘查区铌钽矿床受地层控制较为明显，海相沉积区的开阔台地相以碳酸盐岩沉积为主，含矿层系位于吴家坪组下段，地层厚度35～56 m，平均厚度42 m，为一套浅海台地相碳酸盐岩夹滨海相碎屑岩地层。岩性为灰、深灰色中厚至厚层状石灰岩、燧石灰岩，夹灰绿、黄绿色薄层状粉砂质泥岩、泥质粉砂岩及泥岩，底部为灰白色至灰绿色、红紫色火山灰蚀变黏土岩、凝灰质黏土岩、凝灰岩。铌钽元素富集层段主要为吴家坪组底部凝灰岩层段，而这一时期的其他地层中未发现铌钽矿异常现象。

4 勘探前景分析

1) 赋存层位方面：勘查区内含矿层系位于海相沉积的吴家坪组底部凝灰岩层段，为风化壳型沉积铌钽矿床，通过与上覆地层及下伏地层进行对比，勘查区内铌钽矿含矿层系测井曲线表现为放射性异常，幅值显著高于邻近岩石，赋存稳定，厚度变化为0.60～8.51 m，平均为2.80 m，实验初步显示区内铌钽矿主要以(Ta,Nb)2O5形式存在，12个钻孔样品的测试(Ta,Nb)2O5平均含量0.024 0%，高于最低工业品位的0.016%，勘查区采样范围内预测(Ta,Nb)2O5矿物资源量达17.7万t，铌钽矿赋存层位找矿潜力较大。

2) 地层岩性方面：铌钽矿床的形成，由火山活动造成的大量富含铌钽的峨眉山玄武岩提供足够的物质来源，勘查区内的酸性介质环境及特定的地质、地球化学提供较好的成矿环境，火山成因的黏土岩或泥岩具有优越的岩性特征，有利于铌钽元素的富集成矿。

3) 沉积环境方面：勘查区为海相沉积环境的开阔台地相区域，为一套浅海台地相碳酸盐岩夹滨海相碎屑岩地层，含矿层在区内平面及垂向上无相变产生，区域成矿岩性变化较小。

4) 勘查区内特定的构造、沉积环境及地层岩性特征等控矿因素有利于铌钽矿体的赋存，如果在类似的地球化学条件、矿体赋存层位和构造等有利于铌钽元素富集成矿的区域加大勘查力度，有可能发现更大规模、更大经济效益的铌钽矿体。

综上所述，勘查区内铌钽矿层放射性异常明显，层位稳定，含量较高，主要分布于勘查区的西南部，显示了较好的找矿潜力，继续开展勘探十分必要，同时，本区铌钽矿体的发现也表明区域上海相沉积区特定的地质、地球化学环境中可能同样富集该矿床，因此在贵州东部海相含煤沉积区可以扩大勘查范围，以期发现更大规模的铌钽矿体。