貴州福泉牛場向斜勘查區(qū)鈮鉭礦床地質(zhì)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(zhì)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(jīng)濟建設(shè)和軍事技術(shù)中占有重要戰(zhàn)略地位，由于其特殊的優(yōu)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(lǐng)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(chǎn)資源最豐富的國家[2]，但具有鈮、鉭礦床規(guī)模小，礦石品位低，嵌布粒度細而分散，多金屬伴生的特點，導(dǎo)致難采、難分、難選，回收率低，賦存狀態(tài)差，大規(guī)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(guī)模較大的礦床，將產(chǎn)生巨大的戰(zhàn)略價值和經(jīng)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(chǎn)量遠高于沉積型[6]。早在1999年，我國西南龍?zhí)督M含煤盆地勘查工作中就發(fā)現(xiàn)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(nèi)發(fā)現(xiàn)鈮礦化體，并對其礦體地質(zhì)特征及成因進行探討[8-11]，但發(fā)現(xiàn)的礦床都在貴州省西部主要含煤區(qū)，并且沉積環(huán)境為陸相及海陸過渡相沉積區(qū)。本文鈮、鉭礦體的發(fā)現(xiàn)地位于貴州省中部福泉市，沉積環(huán)境為海相沉積區(qū)，是貴州省煤田地質(zhì)局一七四隊在勘查區(qū)內(nèi)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(fā)現(xiàn)了測井曲線放射性的異常，采樣化驗測試分析，發(fā)現(xiàn)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(qū)穩(wěn)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(zhì)背景

勘查區(qū)位于揚子陸塊南部被動邊緣褶沖帶Ⅲ級構(gòu)造單元內(nèi)的都勻南北向褶皺區(qū)Ⅳ級構(gòu)造單元，二疊紀成煤期前，揚子板塊西緣出現(xiàn)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(zhuǎn)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(zhì)上涌，致使基底南北及北西古斷裂復(fù)活，西起云南攀枝花斷裂，東至黔西，在板內(nèi)形成地裂帶，引起多中心裂隙式玄武巖大面積噴溢，構(gòu)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(qū)，古特提斯洋殼由西向東繼續(xù)向揚子大陸板塊俯沖，康滇古陸持續(xù)上升為剝蝕區(qū)。與此同時，黔中地區(qū)也發(fā)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(zhì)在含煤地層中沉積形成凝灰?guī)r。

勘查區(qū)內(nèi)出露地層主要為中二疊統(tǒng)棲霞組、茅口組、上二疊統(tǒng)吳家坪組、下三疊統(tǒng)大冶組、永寧鎮(zhèn)組等?？辈閰^(qū)總體為一向斜構(gòu)造，向斜軸位于勘查區(qū)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(qū)內(nèi)褶曲僅發(fā)育次一級褶曲干洞背斜，斷層較發(fā)育，發(fā)現(xiàn)斷層35條，構(gòu)造復(fù)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?guī)r層段。勘查區(qū)內(nèi)巖漿巖主要是上二疊統(tǒng)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(zhì)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(qū)上二疊統(tǒng)吳家坪組底部，通過統(tǒng)計區(qū)內(nèi)12個鉆孔數(shù)據(jù)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(qū)含礦巖層垂向地質(zhì)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(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，夾石灰?guī)r薄層；西南部主要為薄層狀粉砂質(zhì)泥巖；含蠕蟲狀、云霧狀及結(jié)核狀黃鐵礦；產(chǎn)豐富小個體完整腕足類、腹足類動物化石；局部產(chǎn)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)較簡單，屬薄至中厚煤層。

3) 含礦巖層：巖性為淺灰色的凝灰?guī)r及深灰色的粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖和泥巖，以凝灰?guī)r為主，該段下部局部凝灰?guī)r呈褐紅色，塊狀；粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖分別呈塊狀，薄層狀及波狀、節(jié)理發(fā)育；泥巖呈塊狀，局部含少量星散狀黃鐵礦，產(chǎn)少量植物葉片及根部化石。該段凝灰?guī)r之中賦存稀有金屬(鈮、鉭)，平面上在礦區(qū)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?guī)r段。

4) 含礦層下伏地層：巖性為灰色凝灰?guī)r及深灰色玄武巖，以玄武巖為主，塊狀，裂隙發(fā)育，玄武巖局部具氣孔狀構(gòu)造，致密，堅硬，主要出露在勘查區(qū)西南部。

2.2 礦體特征

勘查區(qū)內(nèi)礦體為沉積型礦床，含礦層系呈層狀展布(圖2)，根據(jù)《礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范 稀有金屬類》(DZ/T 0203-2020)， 鈮、鉭礦床地質(zhì)勘查工業(yè)指標中風化殼礦床(Ta,Nb)2O5最低工業(yè)品位≥0.016%，最小可采厚度0.5～1.0 m?？辈閰^(qū)內(nèi)鉆孔取樣測試的(Ta,Nb)2O5含量達到了最低工業(yè)品位。礦層產(chǎn)自吳家坪組底部，初步巖石名稱為凝灰?guī)r，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(qū)Nb金屬分析結(jié)果Table 1 Analysis results of Nb metal in the exploration area

2.3 礦石礦物組成及結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦層為凝灰?guī)r，顏色淺灰色、綠灰色或為灰白色，凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，一般不見層理，凝灰質(zhì)膠結(jié)，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(qū)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(zhì)黏土巖、凝灰?guī)r，厚度1.00～4.29 m。

2.4 礦石物性參數(shù)特征

通過對比分析勘查區(qū)內(nèi)及周邊鉆孔已有測井曲線數(shù)據(jù)，該賦礦層測井曲線上表現(xiàn)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(jù)前人研究成果，鈮鉭礦床按成礦地質(zhì)條件分為內(nèi)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(qū)鈮鉭礦床即為外生礦床的風化殼型沉積鈮鉭礦床。

勘查區(qū)內(nèi)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(tǒng)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(jīng)風化剝蝕，為沉積區(qū)提供礦物質(zhì)來源，沉積過程中沉積物質(zhì)在一定的酸性介質(zhì)蝕變或在特定的地質(zhì)、地球化學環(huán)境背景下，在吳家坪組底部凝灰?guī)r層段富集形成礦化體，導(dǎo)致勘查區(qū)內(nèi)煤系地層底部凝灰?guī)r層段成為鈮鉭元素的富集層位，甚至形成可供商業(yè)化開發(fā)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(jié)為構(gòu)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(qū)作為風化殼型的鈮鉭礦床，為沉積型礦產(chǎn)，其控礦主控因素表現(xiàn)為大地構(gòu)造、沉積及地層巖性。

3.1 大地構(gòu)造因素

晚二疊世時的云貴川地區(qū)是一個統(tǒng)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(guān)-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(gòu)造格架，到中晚期逐漸轉(zhuǎn)為離散拉張環(huán)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(gòu)造運動表現(xiàn)為斷塊性質(zhì)。中二疊世后期的東吳運動使貴州省全境抬升和隆起，發(fā)生大規(guī)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(fā)生大規(guī)模玄武質(zhì)巖漿噴溢，使貴州省西部形成數(shù)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(zhì)供給區(qū)[15]。

3.2 沉積因素

勘查區(qū)含礦層系沉積期為晚二疊世早期，層序沉積環(huán)境比較穩(wěn)定，除底部古風化面上發(fā)育以鋁土質(zhì)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(qū)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(qū)；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(qū)即位于海相區(qū)范圍內(nèi)，沉積相為開闊臺地相 (圖5)，深水盆地在中二疊世的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展，吳家坪早期初始階段，強烈下降，發(fā)育了巨厚的陸源碎屑沉積，隨后平穩(wěn)發(fā)展。整個含礦層系形成過程中，火山活動起關(guān)鍵性作用，其從吳家坪早期開始強度的逐漸變?nèi)?，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(qū)鈮鉭礦床受地層控制較為明顯，海相沉積區(qū)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?guī)r、燧石灰?guī)r，夾灰綠、黃綠色薄層狀粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)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(zhì)黏土巖、凝灰?guī)r。鈮鉭元素富集層段主要為吳家坪組底部凝灰?guī)r層段，而這一時期的其他地層中未發(fā)現(xiàn)鈮鉭礦異?，F(xiàn)象。

4 勘探前景分析

1) 賦存層位方面：勘查區(qū)內(nèi)含礦層系位于海相沉積的吳家坪組底部凝灰?guī)r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(qū)內(nèi)鈮鉭礦含礦層系測井曲線表現(xiàn)為放射性異常，幅值顯著高于鄰近巖石，賦存穩(wěn)定，厚度變化為0.60～8.51 m，平均為2.80 m，實驗初步顯示區(qū)內(nèi)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(yè)品位的0.016%，勘查區(qū)采樣范圍內(nèi)預(yù)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(zhì)來源，勘查區(qū)內(nèi)的酸性介質(zhì)環(huán)境及特定的地質(zhì)、地球化學提供較好的成礦環(huán)境，火山成因的黏土巖或泥巖具有優(yōu)越的巖性特征，有利于鈮鉭元素的富集成礦。

3) 沉積環(huán)境方面：勘查區(qū)為海相沉積環(huán)境的開闊臺地相區(qū)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(qū)內(nèi)平面及垂向上無相變產(chǎn)生，區(qū)域成礦巖性變化較小。

4) 勘查區(qū)內(nèi)特定的構(gòu)造、沉積環(huán)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(gòu)造等有利于鈮鉭元素富集成礦的區(qū)域加大勘查力度，有可能發(fā)現(xiàn)更大規(guī)模、更大經(jīng)濟效益的鈮鉭礦體。

綜上所述，勘查區(qū)內(nèi)鈮鉭礦層放射性異常明顯，層位穩(wěn)定，含量較高，主要分布于勘查區(qū)的西南部，顯示了較好的找礦潛力，繼續(xù)開展勘探十分必要，同時，本區(qū)鈮鉭礦體的發(fā)現(xiàn)也表明區(qū)域上海相沉積區(qū)特定的地質(zhì)、地球化學環(huán)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(qū)可以擴大勘查范圍，以期發(fā)現(xiàn)更大規(guī)模的鈮鉭礦體。