川滇黔峨眉山玄武巖分布區(qū)風(fēng)化殼型稀土多金屬礦成礦潛力研究

張海，郭佩佩

川滇黔峨眉山玄武巖分布區(qū)風(fēng)化殼型稀土多金屬礦成礦潛力研究

張海，郭佩佩

（貴州地礦局一一三地質(zhì)大隊(duì)，貴州 六盤(pán)水 553000）

川滇黔地區(qū)大面積分布峨眉山玄武巖，且峨眉山玄武巖富集稀土氧化物總量（平均247×10-6）、五氧化二鈮（平均35.1×10-6）、鎵（平均25.5×10-6）、鈧（平均29.4×10-6） 等成礦元素，為風(fēng)化成礦提供物質(zhì)基礎(chǔ)。晚二疊世，研究區(qū)位于赤道附近的熱帶-亞熱帶半落葉季風(fēng)雨林氣候區(qū)，有利于峨眉山玄武巖發(fā)生紅土化化學(xué)風(fēng)化，進(jìn)一步讓鈮、稀土等惰性元素，在原地風(fēng)化富集，并形成峨眉山玄武巖風(fēng)化殼型稀土多金屬礦。晚二疊世頻繁的海進(jìn)海退作用，造成了該類型礦床風(fēng)化剝蝕程度的不斷加深和破壞。川滇黔地區(qū)玄武巖分布廣、體量大、富鈮、稀土等元素，且表生風(fēng)化條件利于風(fēng)化成礦。經(jīng)過(guò)勘查和研究工作，已在川滇黔地區(qū)均發(fā)現(xiàn)玄武巖風(fēng)化殼型稀土多金屬礦床，且達(dá)到小型-大型礦床規(guī)模，顯示了一定的成礦潛力，具有進(jìn)一步開(kāi)展科學(xué)研究、地質(zhì)勘查、綜合利用及開(kāi)發(fā)的價(jià)值。

峨眉山玄武巖；風(fēng)化殼型；稀土多金屬礦床；成礦潛力

隨著新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，高科技領(lǐng)域?qū)ο∮?、稀土和稀散元素礦產(chǎn)資源的需求越來(lái)越“依賴”。根據(jù)中國(guó)地調(diào)局“我國(guó)三稀礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略調(diào)查研究項(xiàng)目”成果——《稀有稀土稀散礦產(chǎn)資源及其開(kāi)發(fā)利用》公布的數(shù)據(jù)，2014年世界鈮儲(chǔ)量430萬(wàn)噸，稀土儲(chǔ)量10929萬(wàn)噸，其中，我國(guó)鈮儲(chǔ)量?jī)H1.85萬(wàn)噸，長(zhǎng)期依賴進(jìn)口（王瑞江，2015）。

近年來(lái)，貴州省地礦局一一三地質(zhì)大隊(duì)通過(guò)“貴州威寧-水城地區(qū)鐵多金屬礦整裝勘查”和“貴州烏蒙山區(qū)優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)綜合調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目”子項(xiàng)目“威寧東風(fēng)-水城大灣地區(qū)鐵稀土礦調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目”的實(shí)施，發(fā)現(xiàn)部分二疊紀(jì)峨眉山玄武巖現(xiàn)代風(fēng)化殼中，鈮、稀土等元素達(dá)到工業(yè)品位，局部遠(yuǎn)景達(dá)到小型-大型以上礦床規(guī)模（張海等，2021，2021，2014，2019；盧君勇等，2021；郭佩佩等，2017）。此外，中國(guó)地調(diào)局“湘西-滇東地區(qū)礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查”項(xiàng)目，初步估算潛在稀土氧化物資源量約51.77萬(wàn)噸，鈮氧化物資源量5.39萬(wàn)噸，共（伴）生氧化鈧3.92萬(wàn)噸（劉殿蕊，2020）。這類礦床的研究在峨眉山大火成巖省及其周邊地區(qū)目前報(bào)道較少，開(kāi)展此類礦床成礦潛力研究，對(duì)于豐富大火成巖省成礦理論和開(kāi)展新礦種的成礦潛力研究，具有十分重要的科學(xué)意義和生產(chǎn)意義。

圖1 峨眉山大火成巖省玄武巖等厚線圖（張?jiān)葡娴龋?988）

1 川滇黔地區(qū)峨眉山玄武巖分布及稀土含量背景

1.1 峨眉山玄武巖分布特征

峨眉山大火成巖省在我國(guó)西南地區(qū)廣泛發(fā)育，主要在川滇黔地區(qū)出露（圖1），前人研究認(rèn)為，峨眉山玄武巖的形成時(shí)代約為260～255Ma，是地幔柱巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。據(jù)Xu等估計(jì)，其初始體積可能33.8 Mkm3（ Xu Y G, 2007 ），與地球上其他大火成巖省的規(guī)模相當(dāng)（0.2～8.4Mkm3）（張?jiān)葡娴龋?988；Coffin M F,1994；Ali J R，2005）?，F(xiàn)今，峨眉山大火成巖省出露面積約為0.25 Mkm2，厚度變化大，從幾百至五千米不等，且保存體積僅約0.3 Mkm3。綜合比較，可計(jì)算出峨眉山大火成巖省剝蝕量約3.5×Mkm3，即剝蝕程度大于90%。

1.2 峨眉山玄武巖鈮、稀土元素含量背景

貴州威寧地區(qū)出露地層從下向上依次主要為二疊系梁山組、棲霞組、茅口組、峨眉山玄武巖組、宣威組和第四系。一般而言，峨眉山玄武巖是一個(gè)巖類統(tǒng)稱，是由玄武質(zhì)熔巖、火山角礫巖、凝灰?guī)r等組成。貴州西部地區(qū)主要出露峨眉山玄武巖三段（P2-33），次為峨眉山玄武巖組二段（P2-32）。

表1 貴州西部地區(qū)峨眉山玄武巖主成礦元素含量及其平均值特征（10-6）

注：貴州西部地區(qū)峨眉山玄武巖主成礦元素含量平均值為P2-33-5、P2-33-4、P2-33-3、P2-33-2、P2-33-1、P2-3樣品主成礦元素的含量平均值

峨眉山玄武巖二段（P2-33）可分為五層，從老到新依次為：

P2-33-1：灰綠色、暗紅色、灰褐色火山角礫巖，角礫成份為凝灰質(zhì)，膠結(jié)物為玄武質(zhì)，角礫大小0.05～10cm，含少量方解石脈。厚24.5m。

P2-33-2：暗紅色凝灰質(zhì)玄武巖，含少量鮞粒凝灰質(zhì)；其中孔深151.66～151.86m為暗紅色凝灰?guī)r，含大量脈狀綠泥石。厚9.5m。

P2-33-3：暗綠色蝕變玄武巖，受斷層破壞和改造，見(jiàn)含灰白色脈狀高嶺石和方解石，見(jiàn)綠泥石化。厚1.5m。

P2-33-4：紫紅色凝灰?guī)r，夾大量灰黃色、灰綠色斑點(diǎn)。厚16.5m。

P2-33-5：蝕變凝灰?guī)r，層理明顯，常見(jiàn)綠泥石、灰白色脈狀鋁土質(zhì)及灰白色鋁土質(zhì)斑點(diǎn)。厚8.5m。

峨眉山玄武巖二段（P2-32）：暗綠色塊狀玄武巖。厚50～100m。

通過(guò)收集并整理貴州省地礦局一一三地質(zhì)大隊(duì)“貴州威寧香爐山鐵多金屬礦”玄武巖分析數(shù)據(jù)（表1）發(fā)現(xiàn)，貴州西部峨眉山玄武巖主成礦元素地球化學(xué)特征：

（1）峨眉山玄武巖組各段地層從老到新，稀土氧化物總量（TREO，下同）總體由低變高的趨勢(shì)，由212×10-6～364×10-6，平均247×10-6。按照《礦產(chǎn)資源工業(yè)要求手冊(cè)》風(fēng)化殼型鈮礦床最低工業(yè)品位800×10-6（邵厥年等，2010），峨眉山玄武巖風(fēng)化過(guò)程中，稀土富集3～4倍，即可形成工業(yè)要求的礦床。

（2）峨眉山玄武巖組從老到新，Nb2O5、Ga、Sc含量總體由低變高的趨勢(shì)，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。特別地，按照《礦產(chǎn)資源工業(yè)要求手冊(cè)》風(fēng)化殼型鈮礦床最低工業(yè)品位160×10-6，峨眉山玄武巖風(fēng)化過(guò)程中，Nb富集3～4倍，即可形成工業(yè)要求的礦床。

（3）排除蝕變凝灰?guī)r、玄武巖，峨眉山玄武巖組從老到新V2O5、Ta含量總體由高變低的趨勢(shì)。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 古風(fēng)化成礦條件

研究區(qū)晩二疊世地層中化石豐富，動(dòng)物化石以底棲動(dòng)物屬種最多、數(shù)量最豐富，同時(shí)，造礁生物發(fā)育。由于植物和沉積環(huán)境的關(guān)系十分密切，郭英廷等人從植物化石分異度、葉相特征、植物木材化石生長(zhǎng)紋，植物群綜合指標(biāo)、古地磁及古海水溫度等方面的綜合研究，認(rèn)為川滇黔晩二疊世時(shí)位于南半球低緯度地區(qū)，氣候炎熱，雨量充沛，植物繁盛，但具短暫的無(wú)雨季節(jié)，為熱帶-亞熱帶半落葉季風(fēng)雨林氣候區(qū)（郭英廷，1990）。

從巖性上看，整個(gè)上二疊統(tǒng)吳家坪階表現(xiàn)為陸相碎屑巖、灰?guī)r和煤層的組合為特征，沒(méi)有蒸發(fā)巖或其他標(biāo)志著干旱的巖性沉積。與普通的陸源碎屑巖相比，研究區(qū)的碳質(zhì)頁(yè)巖和煤層沉積也說(shuō)明了晩二疊世時(shí)期濕熱的氣候。

古地磁記錄，二疊紀(jì)滇東、黔西地區(qū)的古緯度為 2.6°～4.5°S（郭英廷，1990），即位于赤道附近，因此有利于區(qū)域內(nèi)出露地表的玄武巖等巖漿巖及火山碎屑巖（如：凝灰?guī)r）發(fā)生紅土化化學(xué)風(fēng)化，在表生作用下，高場(chǎng)強(qiáng)元素（如：Nb）、稀土元素及鉑族元素屬于惰性元素，在原地得到富集和成礦，形成富稀土、鈮、鎵等元素的玄武巖風(fēng)化殼。

3 典型靶區(qū)地質(zhì)特征及稀土分布規(guī)律

3.1 典型靶區(qū)地質(zhì)特征

作者通過(guò)主持中國(guó)地調(diào)局玄武巖風(fēng)化殼型稀土資源調(diào)查工作，在川滇黔峨眉山玄武巖組出露的某區(qū)域約0.6km2范圍內(nèi)（圖2），施工兩個(gè)圓井，取樣26件，圈定風(fēng)化殼型稀土礦找礦靶區(qū)一處，稀土礦（化）層平均真厚5.5m，平均品位826×10-6，潛在稀土金屬量約1萬(wàn)噸。

圖2 赫章某地區(qū)峨眉山玄武巖風(fēng)化殼地質(zhì)及遠(yuǎn)景圖

該風(fēng)化殼厚約數(shù)米至十余米，最厚可達(dá)20余米，巖性自下而上依次為（圖3）：

（1）底層：黃褐色碎塊狀半風(fēng)化玄武巖。TREO：367×10-6～399×10-6，五氧化二鈮Nb2O5：54.8×10-6～65.3×10-6。

（2）中層：黃-黃褐色玄武巖風(fēng)化殘積土層，常見(jiàn)次生黑色鈷、錳質(zhì)細(xì)脈與不規(guī)則狀結(jié)核，厚6～18m。TREO：480×10-6～1146×10-6，Nb2O5：60.3×10-6～105.4×10-6。

（3）上層：黃-黑褐色粘土層，含灰?guī)r、玄武巖轉(zhuǎn)石塊，上部為黑色腐植土層，常見(jiàn)植物根系，厚0.5～2.0m。巖（礦）石主要為碎狀粘土，礦物組成主要為高嶺石，少量銳鈦礦、金紅石、鈦鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦（褐鐵礦）等。TREO：311×10-6～543×10-6，Nb2O5：67.4×10-6～83.9×10-6。

3.2 分布規(guī)律

通過(guò)對(duì)川滇黔地區(qū)烏木鋪-野馬川、威奢-獨(dú)山、農(nóng)場(chǎng)壩水庫(kù)、七星關(guān)等區(qū)域進(jìn)行路線地質(zhì)調(diào)查，玄武巖風(fēng)化殼型稀土多金屬分布規(guī)律為：①晚二疊世古地勢(shì)較高，玄武巖厚度較大、坍塌-破碎程度越大，玄武巖風(fēng)化程度越強(qiáng)烈、越徹底，風(fēng)化殼發(fā)育越好，厚度越厚。②峨眉山玄武巖風(fēng)化殼型稀土多金屬礦多產(chǎn)于二疊系峨眉山玄武巖組和茅口組灰?guī)r凹陷（負(fù)）地形或緩坡處，受地形地貌及潛水面控制。③區(qū)域上，峨眉山玄武巖風(fēng)化殼分布較為零星，推測(cè)為受后期地質(zhì)作用破壞。

4 成礦潛力研究

4.1 成礦母巖分析

川滇黔地區(qū)位于六盤(pán)水-彌勒地區(qū)稀土元素地球化學(xué)異常區(qū)（謝學(xué)錦等，2008），面積約25000km2。研究區(qū)廣泛發(fā)育峨眉山玄武巖，峨眉山玄武巖類富集稀土、鈮、鈦、鎵等元素，這為風(fēng)化富集和成礦提供物質(zhì)基礎(chǔ)。以稀土為例，稀土元素在各類巖石中的分布為：堿性巖210×10-6、花崗巖250×10-6、中性巖130×10-6、基性巖85×10-6、超基性巖4.5×10-6，而峨眉山玄武巖稀土平均含量達(dá)247×10-6，具備發(fā)育風(fēng)化淋積型稀土礦床的物質(zhì)條件，富集2.5～3.2倍，即可達(dá)到離子吸附型稀土礦床工業(yè)指標(biāo)：重稀土邊界品位REO 0.03%～0.05%，最低工業(yè)品位REO 0.06%～0.1%；輕稀土邊界品位REO 0.05%～0.1%，最低工業(yè)品位REO 0.08%～0.15%（邵厥年等，2010）。因此，按照《礦產(chǎn)資源工業(yè)要求手冊(cè)》風(fēng)化殼型礦床最低工業(yè)品位要求,峨眉山玄武巖風(fēng)化過(guò)程中，鈮、稀土等元素再富集3～4倍，即可形成工業(yè)要求的相應(yīng)礦床。

4.2 古風(fēng)化成礦條件分析

研究區(qū)晚二疊世古風(fēng)化條件分析：①?gòu)闹参锘之惗取⑷~相特征、植物木材化石生長(zhǎng)紋，植物群綜合指標(biāo)、古地磁及古海水溫度等方面的古環(huán)境綜合研究成果來(lái)看，認(rèn)為晩二疊世貴州西部位于南半球低緯度地區(qū)，推測(cè)為熱帶-亞熱帶半落葉季風(fēng)雨林氣候區(qū)。②峨眉山大火成巖省形成時(shí)所處的地理位置為~5.4°S，即位于赤道附近，有利于區(qū)域內(nèi)出露地表的玄武巖等巖漿巖及火山碎屑巖（如：凝灰?guī)r）發(fā)生紅土化化學(xué)風(fēng)化。

可見(jiàn)，研究區(qū)位于赤道附近的熱帶-亞熱帶半落葉季風(fēng)雨林氣候區(qū)，在表生作用下，鈮、稀土等惰性元素，在原地得到富集和成礦，并形成富稀土、鈮等元素的玄武巖風(fēng)化殼。已有的勘查和研究證明，在川滇黔地區(qū)均發(fā)現(xiàn)玄武巖風(fēng)化殼型稀土多金屬礦床，且達(dá)到小型-大型礦床規(guī)模。

4.3 成礦后期礦床保存地質(zhì)條件

加里東運(yùn)動(dòng)使貴州-滇東成為統(tǒng)一的陸殼，晚古生代以來(lái)的裂谷作用到晚二疊世時(shí)進(jìn)入微拉張-裂陷階段，這一地質(zhì)作用使地殼不均一的拉張和斷陷，出現(xiàn)了相對(duì)上升的高位斷塊及其相對(duì)下陷的沉陷凹槽，在這個(gè)古構(gòu)造背景上出現(xiàn)了晚二疊世臺(tái)地-臺(tái)盆-臺(tái)地相間的沉積格局。東吳運(yùn)動(dòng)改變了早二疊世古地理格局，奠定了晚二疊世古地理沉積格局。研究區(qū)沿著同沉積斷裂有大規(guī)模的玄武巖噴溢和侵入，川滇黔大部分地區(qū)上升成陸，大面積分布的峨眉山玄武巖，富鈮、稀土等元素，古風(fēng)化條件有利于表生成礦，形成古風(fēng)化殼/物，遭受剝蝕，并造成上、下二疊統(tǒng)假整合。云南境內(nèi)北向康滇古陸成為省內(nèi)陸源碎屑供應(yīng)地，海水由南侵入貴州東部，然后向西漫進(jìn)（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1987；云南省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1990。

圖3 淺井16-K山5工程素描圖

因而，晩二疊世，貴州西部以海侵為主，在總的海侵海退背景下，海水進(jìn)退頻繁，峨眉山玄武巖及其風(fēng)化產(chǎn)物風(fēng)化剝蝕程度的不斷加深和破壞，也造成峨眉山玄武巖風(fēng)化殼難以保存，故而峨眉山玄武巖風(fēng)化殼型稀土多金屬礦床，僅在海侵難以到達(dá)、古地勢(shì)高的區(qū)域保存。

5 結(jié)論

（1）川滇黔地區(qū)大面積分布峨眉山玄武巖，且富集稀土氧化物總量（平均247×10-6）、五氧化二鈮（平均35.1×10-6）、鎵（平均25.5×10-6）、鈧（平均29.4×10-6）等成礦元素，為風(fēng)化成礦提供物質(zhì)基礎(chǔ)，只需要在表生作用下，再富集3～4倍，就能達(dá)到風(fēng)化殼型稀土多金屬礦的工業(yè)指標(biāo)要求。

（2）晚二疊世，研究區(qū)位于赤道附近的熱帶-亞熱帶半落葉季風(fēng)雨林氣候區(qū)，有利于發(fā)生紅土化化學(xué)風(fēng)化，進(jìn)一步讓鈮、稀土元素等惰性元素，在原地富集和成礦，形成富稀土、鈮、鎵等元素的玄武巖風(fēng)化殼。經(jīng)過(guò)調(diào)查評(píng)價(jià)，在川滇黔地區(qū)均發(fā)現(xiàn)玄武巖風(fēng)化殼型稀土多金屬礦床，且達(dá)到小型-大型礦床規(guī)模。

（3）但川滇黔地區(qū)晚二疊世頻繁的海進(jìn)海退作用，造成了峨眉山玄武巖及其風(fēng)化產(chǎn)物風(fēng)化剝蝕程度的不斷加深和破壞，使得峨眉山玄武巖風(fēng)化殼難以保存。故而峨眉山玄武巖風(fēng)化殼型稀土多金屬礦床，僅在古地勢(shì)高的川滇黔古陸受海侵海退等作用影響小的區(qū)域保存。川滇黔地區(qū)玄武巖分布范圍廣、體量大、富鈮、稀土等元素，且表生風(fēng)化條件利于風(fēng)化成礦，如加大勘查和研究投入，有望找到一定規(guī)模的鈮、稀土多金屬礦。

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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

貴州省科技計(jì)劃項(xiàng)目黔科合基礎(chǔ)[2017]1092）

張海(1984— ) ，男，貴州金織人，博士，正高級(jí)工程師，研究方向：“三稀”礦產(chǎn)勘查與研究

郭佩佩(1988— ) ，女，河北辛集人，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：地球化學(xué)勘查與研究