滇中牟定大弯山地区新元古代变质玄武岩中Sc富集的发现及其地质意义.pdf

钪是世界各国竞相争夺的关键金属矿产资源之一。滇中牟定大弯山变质玄武岩厚度 ，出露面积 ，形成时代为新元古代南华纪（）。本文对该变质玄武岩开展了全岩地球化学分析、全自动矿物分析（）观测、薄片区域面扫和单矿物原位 分析等研究，结果显示变质玄武岩全岩 含量为 ，平均含量为 ，钪氧化物（）平均含量为 ，变质玄武岩空间 矿化特征稳定，具有形成钪矿资源的潜力。同时，变质玄武岩共伴生有钛和铁矿化，全岩 含量为 ，平均为 ；含量为 ，平均为 。可能存在类质同象和离子相两种赋存形式，类质同象形式 主要赋存于钛铁矿和金红石矿物中，钛铁矿中 含量为 ，平均值为 ；金红石中 含量高达 ；而磁铁矿、黑云母等矿物中 含量较低，均低于全岩 含量，对全岩 矿化贡献较小。牟定大弯山 矿化与以往报道侵入岩及其风化壳中 矿化在富集特征、赋存岩性和载体矿物等方面不同，是变质火山岩中新发现的 矿化信息，显示了较好的找矿潜力，对 资源勘查和研究具有重要指示意义。关键词钪；富集特征；赋存状态；地质意义；变质玄武岩；新元古代；滇中中图法分类号 ；金属钪（）因其优异的物理化学特性而被广泛用于新材料、新能源、信息技术、航空航天以及国防军工等诸多现代高新尖端科技领域，具有重要甚至不可替代的应用价值（赵宏军等，），先后被美国、欧盟、日本和中国等世界重要经济体列入战略性关键矿产目录（赵宏军等，；王登红，；侯增谦等，）。地壳中 元素丰度排名第 位（上地壳丰度为 ，中地壳丰度为 ，下地壳丰度为 ，地壳平均丰度为 ）；在上地幔丰度为 ，下地幔丰度为 ，原始地幔丰度为 （，；范亚洲等，；周雄等，；，）。由于钪具有不同于其他稀土元素的特殊地球化学性质，也被称为稀散元素，很少形成独立矿物（矿床）。目前已知钪独立矿物仅有钪钇石、磷钪石、水磷钪石、钠钪辉石、硅钙矿石、铍硅钪矿和钛硅酸稀金矿等 余种，大多数钪主要以类质同象赋存于辉石、角闪石、黑钨矿、锆石、斜锆石、烧绿石、锡石、黑云母、褐帘石、锆铁矿、钛铁矿、锐钛矿、钛磁铁矿、钒钛磁铁矿、磷灰石和铝土矿等矿物中（廖春生等，；赵芝等，；惠博等，；张立剑等，），在风化壳中则以离子吸附态赋存于蒙脱石以及赤铁矿、褐铁矿等铁氧化物中（周美夫等，）。因此，钪很难通过地质作用富集为独立钪矿床，主要作为伴生矿产在尾矿或废液中加以利用（赵芝等，；惠博等，；张立剑等，）。随着地质勘查和科学研究的不断深入，四川攀枝花、渝南申基坪、云南盈江和贵州西部水城 纳雍等地先后报道了一批钪富集信息（吕宪俊等，；李军敏等，；周雄等，；衮民汕等，），但独立钪矿床仅在云南牟定、贵州晴隆以及河北承德等地有报道（朱智华，；聂爱国等，；张立剑等，），钪主要富集于基性 超基性侵入岩以及与稀土矿相关的风化壳中，少量富集于花岗伟晶岩中（周雄等，）。康滇隆起 蓝石棉 盐类成矿带是我国重要的级成矿带，出露大量岩浆岩，沿绿汁江断裂带呈南北带状分布的基性 超基性岩赋存有大量铁、铜、钒、钛、铂钯和钪等关键矿产，是国内外地质学者关注的焦点（吕宪俊等，；朱智华，；罗兴和黄晓林，；郭远生等，；罗兴，；何益，；王浚杰等，）。年，笔者在此成矿带南部牟定安益大弯山地区开展地质矿产调查时，厘定了一套新元古代基性火山岩，初步查明其厚度 ，出露面积 ，由变质玄武岩等岩石组成，变质玄武岩 锆石 年龄为 （刘兵等，），并初步发现了岩石中部分元素富集信息。本文对牟定安益大弯山变质玄武岩开展系统的全岩地球化学分析、全自动矿物分析（）、薄片区域面扫和单矿物原位 分析等研究，查实了岩石中 的富集特征，并对岩石中 的富集规律和赋存状态进行了初步研究，以期为关键金属 的勘查和研究提供新的参考信息。区域地质背景华南地块是由扬子地块与华夏陆块沿江南造山带拼合而成，在 超大陆重建中处于澳大利亚大陆和劳伦大陆间的核心位置（，），是 超大陆的重要组成部分。伴随 超大陆裂解，沿华南地块周缘裂解形成了北缘的碧口 汉南裂谷盆地、西缘的康滇裂谷盆地、东刘兵等：滇中牟定大弯山地区新元古代变质玄武岩中 富集的发现及其地质意义图 研究区地质背景图（）华南新元古代裂谷次级盆地分布图（据 ，）；（）康滇裂谷新元古代变质基性火山岩地层分布图（据付坤荣，修改）；（）研究区采样位置地质简图 （）（，）；（）（，）；（）南缘的南华裂谷盆地以及东北缘的花山裂谷盆地（图 ；，）。康滇裂谷盆地位于扬子古陆西缘，东界大致以甘洛 小江断裂为界，西界大致以安宁河 易门断裂为界（崔晓庄等，），南部以红河断裂与羌塘三江造山系毗邻。裂谷北段新元古代地层主要包括苏雄组、开建桥组、黄水河群、盐井群等，称为苏雄次级盆地；中段德昌地区以开建桥组等为主要代表的新元古代地层构成德昌次级盆地；南段滇中地区以澄江组、柳坝塘组、陆良组、牛头山组、南沱组及陡山沱组为代表的新元古代地层构成康滇裂谷滇中次级盆地（图 ；云南省地质矿产局，；付坤荣，）。其中，沿四川汉源 苏雄 甘洛 冕宁 西昌 德昌 米易一线分布的新元古代苏雄组以及沿云南巧家 东川 武定 禄丰 昆明 澄江 岩石学报 ，（）：图 澄江组变质玄武岩和采样位置剖面图 玉溪 建水等地分布的新元古界澄江组充填于康滇裂谷盆地底部（图 ），是裂谷盆地演化的重要物质记录。苏雄组角度不整合于扬子地块前震旦系基底之上，出露总面积约 ，厚数百米至上万米，在苏雄地区厚 （卓皆文等，）；岩性以火山熔岩为主，下部和上部夹数层大陆裂谷玄武岩及少量火山碎屑岩，锆石 年龄为 （卓皆文等，）。澄江组不整合于前震旦系之上，出露总面 积 ，厚 ，其 中 玉 溪 地 区 厚 达 ，武定地区厚 ，禄劝地区厚达 ；岩性以碎屑岩为主，夹火山岩，武定至禄丰罗茨地区其下部碱性玄武岩厚 。大面积分布的陆内裂谷碱性玄武岩等火山岩夹层被认为是华南新元古代大火成岩省（）之一，是 超大陆演化的重要岩浆记录（，；江新胜等，；卓皆文等，）。变质基性火山岩地层及岩性特征牟定安益大弯山新元古代变质基性火山岩位于康滇隆起 蓝石棉 盐类级成矿带和康滇裂谷南段滇中次级盆地内（图 ，），变质基性火山岩呈北东 南西向带状展布，东北与中元古界路古模岩组呈断层接触，西南与新生界红层呈断层接触，西北与中元古界路古模岩组以剥离断层接触，东南底部角度不整合覆盖于中元古界苴林岩群路古模岩组之上，出露面积 （图 、图 ）。下伏中元古界苴林岩群由路古模岩组、凤凰山岩组和海资哨岩组组成，路古模岩组为一套灰色二云石英微晶片岩、二云微晶片岩、石英岩和千枚岩等绿片岩相变质岩组合，凤凰山岩组为一套不纯大理岩夹微晶片岩组合，海资哨岩组为一套深灰色千枚岩、变质砂岩和微晶片岩组合。研究区变质玄武岩岩层产状为 ，出露厚度 ，与路古模岩组接触部位底部发育一套 不等厚的灰色底砾岩（图 ），主要由砾石组成，砾石磨圆好，呈圆状、次圆状，属河流相沉积砾岩；砾石成分主要为石英岩、二云石英片岩和千枚岩，与下伏苴林岩群岩性一致，其物源可能主要为下伏苴林岩群。该套变质基性火山岩岩性单一，由灰色磁铁矿化变质玄武岩（图 ）组成，岩石呈块状产出（图 ），具全岩磁铁矿化，目前已探明磁铁矿资源达中 大型规模（李石英，），磁铁矿呈星点状嵌布于岩石中，部分大颗粒磁铁矿风化淋漓后残余磁铁矿自形粒状晶形孔洞特征（图 ）。灰绿色变质玄武岩，岩石风化呈褐黄色，具隐微晶鳞片粒状变晶结构、变余斑状结构，微条痕定向片状构造、千枚状构造。岩石主要由变余基质组成，偶见变余斑晶，矿物成分为钠长石（）、斜长石（）、石英（）、黑云母（）、磁铁矿（）、钛铁矿（），偶见金红石（）和绿泥石（）等。钠长石呈他形粒状，粒径 ，主要见于岩石的变余基质中，部分具伊利水云母化（图 ）和泥化。斜长石呈半自形板状，主要于岩石变余基质中产出，粒径 ；部分呈变余斑状产出，长轴 ，矿物蚀变较强，具绢水云母化和高 岭 石 化（图 ）；石 英 呈 细 微 粒 他 形 粒 状，粒 径 ，呈条痕条带状沿岩石片理、千枚理聚集分布；黑云母呈隐微晶片状，片径 ，呈聚集产出，具铁泥化（图 ）；磁铁矿呈他形粒状，粒径 ，于岩石中均匀分布或聚集状分布，部分磁铁矿粒径达 。钛铁矿呈半自形板状，长轴 ，个别颗粒达 左右，于岩石中均匀分布（图 ，），部分呈环状或簇状聚集产出，受构造影响，局部具有弱变形特征。金红石呈粒状或集合状，粒径 。绿泥石呈隐微晶片状，片径 ，沿黑云母、长石矿物边部呈片状定向排列。底部变质玄武岩 锆石 年龄为 （刘兵等，），与四川汉源、苏雄、甘洛、冕宁、西昌、德昌和米易地区苏雄组火山岩以及澄江、武定、禄丰、东川、巧家和玉溪等地澄江组火山岩均属新元古代（江新胜等，；卓皆文等，）。样品采集与分析方法 样品采集研究首先对云南牟定县安益大弯山变质玄武岩开展了探槽揭露和剖面测制，根据岩石特征分段采集了全岩成矿元刘兵等：滇中牟定大弯山地区新元古代变质玄武岩中 富集的发现及其地质意义图 大弯山地区新元古代变质玄武岩野外特征（）和显微照片（）（）变质玄武岩及其底砾岩；（）变质玄武岩野外产状；（）变质玄武岩中磁铁矿及其风化残余结构；（）变质玄武岩矿物组成及显微照片；（）变质玄武岩变余长石斑晶；（）变质玄武岩黑云母矿物显微照片 磁铁矿；钛铁矿；石英；钠长石；斜长石；黑云母；伊利石 （）（）（）；（）；（）；（）；（）；（）；素刻槽分析样和薄片拣块样。在对探槽 中 件刻槽样进行钪等成矿元素分析基础上，为进一步核证变质玄武岩全岩钪含量并研究其赋存状态，在探槽 （地理坐标：，）中补采集了 件全岩成矿元素分析刻槽样和 件配套的标本薄片拣块样；作为横向对比研究，在其东南约 的探槽 中采集了件成矿元素分析刻槽样和 件配套的标本薄片拣块样（图 ）。全岩成矿元素分析测试样品均采自探槽右壁底部，距离地表 ，岩石学报 ，（）：样长 ，样槽断面 ，重 （图），配套的标本薄片拣块样与成矿元素分析刻槽样采自同一位置。分析方法在对云南牟定安益大弯山变质玄武岩进行全岩成矿元素测试和薄片鉴定基础上，采用全自动矿物分析系统（）对样品薄片开展了全域矿物自动定量分析测试，拍摄了薄片全域背散射图像并结合成矿元素定性分析结果，选择有 元素显示的局部区域开展了 、和 等元素线分析和面分析，以进一步确定载钪矿物，根据线分析结果开展 单矿物单点原位元素测试以确定单矿物中钪等元素的具体含量。首次完成的 件全岩 、和 等成矿元素分析在自然资源部昆明矿产资源监督检测中心实验室完成。全岩主量元素分析采用 荧光光谱仪完成，使用仪器为 ；微量元素含量分析采用 型电感耦合等离子质谱仪（）完成。补采的 件全岩钪等元素测试在武汉上谱分析科技有限责任公司利用 完成。全岩元素分析样品处理方法如下：（）将 目样品置于 烘箱中烘干 ；（）准确称取粉末样品 置于 溶样弹中；（）先后依次缓慢加入 高纯 和 高纯 ；（）将 溶样弹放入钢套，拧紧后置于 烘箱中加热 以上；（）待溶样弹冷却，开盖后置于 电热板上蒸干，然后加入 并再次蒸干；（）加入 高纯 、水和 内标 （浓度为 ），再次将 溶样弹放入钢套，拧紧后置于 烘箱中加热 以上；（）将溶液转入聚乙烯料瓶中，并用 稀释至 以备 测试。薄片全域矿物自动分析采用西北大学地质学系大陆动力学 国 家 重 点 实 验 室 的 系 统 完 成，型 号 ；硬件主机是一台高分辨率肖特基场发射扫描电子显微镜，型号 。采用 像素为 和 步长为 的点阵扫描数据采集模式对样品薄片全域进行解离分析。薄片背散射照片在广州市拓岩检测技术有限公司采用 扫描电镜完成拍摄，工作电场电压为 ，每 扫描一次。元素线分析和矿物单点原位元素测试利用 完成，实验室采用 准分子激光剥蚀系统与 四极杆型电感耦合等离子体质谱仪（）联用，通过准分子激光发生器产生的深紫外光束经过匀化光路聚焦于样品表面进行剥蚀，剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度。矿物单点成矿元素线分析激光束斑直径为 ，频率为 ，能量密度为 ，扫描速度为 ；矿物原位单点微量元素测试激光束斑直径为 ，频率为 ，能量密度为 。单矿物微区原位微量元素含量测试和处理过程中采用玻璃标准物质 和 进行多外标无内标校正（，），采用比例标准物质 和 作为监控样品（，；，）。对分析数据的离线处理（包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正以及元素含量计算）采用软件 （，）的 模式完成。详细的测试方法参考文献 （）和 （）。薄片矿物元素面扫描分析在合肥工业大学资源与环境工程学院矿床成因与勘查技术研究中心（）矿物微区分析实验室完成。激光剥蚀系统为 （其中激光器为相关公司 准分子激光器），为 （宁思远等，）。激光剥蚀系统使用 公司设计的双室样品仓，为面扫描分析提供了便利，该双室样品仓具有大空间、快速吹扫等优势。激光剥蚀过程中采用氦气作载气（氦气流量为 ）、氩气（）为补偿气以调节灵敏度，二者在进入 之前通过一个 型接头混合。样品分析前，系统进行优化以获得最佳灵敏度，最低氧化物产率（）。激光面扫描采用线扫描分析，激光扫描剥蚀斑束为 ，样品移动速度为 。每条线平行且与激光剥蚀斑束大小一致。激光剥蚀频率为 ，剥蚀能量密度为 。样品分析前和结束后采集约 背景信号。扫描待测样品开始和结束时对外标样品（）进行约 的线剥蚀。数据分析与成图采用软件 （基于 设计）完成（汪方跃等，）。整个分析过程中仪器信号漂移、背景扣除等均由软件自动完成。精确含量矫正采用 归一法进行元素含量计算。分析结果 全岩成矿元素及含量特征全岩成矿元素测试结果如表 所示。由表 可知，新元古界澄江组变质玄武岩全岩 含量为 ，平均为 ，远高于其下伏苴林岩群路古模岩组 含量（）；钪氧化物（）含量为 ，平均为 ，远高于云南二台坡特大型独立钪矿的钪氧化物含量（）（朱智华，）和贵州晴隆沙子大型独立钪矿床钪氧化物含量（聂爱国等，），达独立钪矿床钪氧化物含量要求（）（张玉学，）。澄江组变质玄武岩中 含量 ，平均 ，略高于下伏苴林岩群路古模岩组 含量（）；含量为 ，平均 ，高于路古模岩组 含量（）；含量为 ，平均 ，高于路古模岩组 含量（）；含量为 ，平均 ，高于路古模岩组 含量刘兵等：滇中牟定大弯山地区新元古代变质玄武岩中 富集的发现及其地质意义表 样品主量元素和微量元素分析结果 样品号 含量（）含量（）含量（）二云石英微晶片岩（）变质玄武岩（）注：为武汉上谱分析科技有限责任公司分析数据，其余为自然资源部昆明矿产资源监督检测中心数据；为中元古界路古模岩组；为新元古界澄江组（）；含量为 ，平均 ，高于路古模岩组 含量（）；含量为 ，平均 ，略高于路古模岩组 含量（）；含量为 ，平均 ，略高于路古模岩组 含量（）。变质玄武岩全岩 、以及 、均较下伏地层有不同程度的富集，其中 、和 富集程度较高，、以及 、含量较低（朱智华，）。岩石矿物组成及其成矿元素分布特征 矿物自动识别系统不仅可以对镜下薄片中难以观察到的微细粒矿物进行快速自动识别，而且可对岩石中元素进行扫描并提供不同元素的空间分布特征。薄片 面扫和镜下鉴定结果表明，大弯山新元古代变质玄武岩中暂未发现钪的独立矿物，岩石主要由钠长石、斜长石和黑云母等硅酸盐矿物以及石英、磁铁矿、钛铁矿、金红石等氧化物组成，钠长石和斜长石主要分布于岩石的变余基质中，少量呈变余斑晶产出，具铁泥化和黏土化；多数磁铁矿和钛铁矿、金红石矿物颗粒较细，呈星点状均匀嵌布于长石等变余基质矿物粒间。薄片 元素能谱面扫表明，微量元素 在钛铁矿中相对浓度较在长石等矿物中高，长石及其蚀变矿物中 元素相对较低，石英中 相对浓度最低（图 ）；元素 浓度较高，与矿物具有较好的相关性，钛铁矿和金红石中 浓度明显高于长石等其他硅酸盐矿物 浓度（图 ）。在薄片鉴定和 矿物自动识别基础上，借助 对薄片局部区域开展成矿元素线分析，可进一步获取剖面不同部位成矿元素的含量及其变化特征（图 ），进而提供不同成矿元素在不同矿物中的定性含量信息，为研究成矿元素载体矿物提供直接定性依据。结果表明，线扫剖面中 、和 元素含量受矿物种类控制，含量与钛铁矿密切相关，含量主要与钛铁矿和磁铁矿相关并在磁铁矿中具有较高含量；含量与长石等铝硅酸盐矿物相关，含量与硅酸盐矿物和石英相关。成矿元素及其与矿物相关性图（图 ）显示，与 相关性较高，整体呈正 岩石学报 ，（）：图 变质玄武岩反射光显微照片（）和 、元素线扫变化图（）（），（）相关性，均主要富集于钛铁矿中。与 既有正相关性也有负相关性；钛铁矿中 与 主要表现为正相关性，磁铁矿中 与 呈弱相关性或负相关性；与 、相关性不明显，说明 主要赋存于钛铁矿等含钛矿物中。岩石薄片区域成矿元素面扫结果（图 ）表明，不同矿物 、和 含量不同，金红石和钛铁矿中 含量最高（图 ，），磁铁矿含 但含量较低；主要赋存于金红石和钛铁矿中（图 ，）；主要赋存于磁铁矿中，钛铁矿含 但含量较低（图 ，）；岩石中 和 主要赋存于金红石和钛铁矿中，主要赋存于磁铁矿中，与 主要赋存矿物相同。载钪矿物及元素含量特征薄片区域线扫和面扫初步确定钛铁矿和金红石为主要载钪矿物，借助 对金红石、钛铁矿、磁铁矿、石英、黑云母及伊利石进行单矿物微区成矿元素点分析，结果如表所示。金红石中 含量为 ，远高于全岩 平均含量（）和其他矿物 含量；含量为 ，高于全岩 含量（）；含量为 ，低于全岩 含量（）。钛铁矿中 含量为 ，平均含量为 ，远高于全岩 平均含量（）；含量为 ，平均含量 ，高于全岩 含量（）；含量为 ，平均含量 ，与全岩 含量（）相当。磁铁矿中 含量为 ，平均含量 ，远低于全岩 平均含量（）；含量为 ，平均含量 ，远低于全岩 平均含量（）；含量为 ，平均含量 ，远高于全岩 含量（）。此外，单矿物磁铁矿中 含量与 含量具有正相关性。石英中 含量较低，均在仪器检出限以下。黑云母中 含量为 ，平均含量 ，低于全岩 平均含量（）。伊利石中 含量为 ，平均含量 ，低于全岩 含量（）。综上所述，单矿物钛铁矿和金红石中 、刘兵等：滇中牟定大弯山地区新元古代变质玄武岩中 富集的发现及其地质意义表 单矿物元素分析结果（）（）序号矿物 注：代表含量低于仪器检测限 金红石；钛铁矿；磁铁矿；石英；黑云母；伊利石 含量均高于全岩 、含量，含量与全岩 含量相当或略低。单矿物磁铁矿中 和 含量均低于全岩 和 含量，含量远高于全岩 含量，但单矿物 和 含量与全岩具有正相关性。黑云母及伊利石单矿物 、和 含量均低于全岩。讨论 钪元素富集规律为研究岩石中成矿元素 、和 的富集规律，笔者对牟定安益大弯山新元古代变质玄武岩进行了 、和 含量纵、横向对比研究。中 个刻槽样全岩钪氧化物（）含量为 ，平均含量 ，具有全岩 矿化特征（）（张玉学，）。从成矿元素纵向分布特征（图 ）来看，自岩层底部至顶部 呈现锯齿微波状变化曲线形态，在 中 含量达峰值，但经历短暂调整后岩石中 含量迅速增高，这与岩石中 和 纵向含量变化曲线形态整体一致（图），可能是岩浆演化过程中岩浆成分分异变化所致（何益，）。澄江组变质玄武岩 含量为 ，自底部至顶部岩石中 含量变化较小，呈现圆弧微波状曲线形态，含量在经历缓慢先增后减调整后再呈增加趋势。含量为 ，自底部至顶部呈现锯齿波状变化特征，含量变化曲线形态和整体变化趋势与 含量变化曲线形态和趋势相似（图 ）。牟定安益大弯山变质玄武岩 、和 纵向变化特征的整体一致性说明 与 和 在岩浆演化分异中具有相对一致性，呈正相关性，这种正相关演化趋势与四川红格钒钛磁铁矿中 、和 的负相关性趋势不同（李东育，），与四川攀枝花基性 超基性岩中 、的正相关或弱相关性不同（何益，），与河北承德地区基性 超基性岩中 、无相关性（王佳媛，；张立剑等，）也不相同。这种 、和 的不一致性富集规律可能是载 矿物和岩性差异所致，四川红格钒钛磁铁矿中 主要赋存于辉石岩的辉石矿物中（李东育，），攀枝花基性 超基性岩中 主要赋存于橄榄辉石岩、辉长岩、橄榄辉长岩的辉石和钛铁矿等矿物中（吕宪俊等，；王浚杰等，；何益，），河北承德基性 超基性岩中 主要赋存于辉石角闪 岩石学报 ，（）：图 变质玄武岩矿物组成（）及其 、和 含量的空间分布图（）（），（）图 变质玄武岩中 、和 含量变化规律 ，石岩、含长角闪石岩和角闪辉石岩的角闪石和辉石等矿物中（王佳媛，；张立剑等，）；而牟定安益大弯山变质玄武岩中 主要赋存于变质玄武岩的钛铁矿和金红石中，自底部至顶部岩性及其矿物成分的稳定性决定了地层纵向 、和 矿化的稳定性。此外，从牟定安益大弯山变质玄武岩横向 含量来看，中变质玄武岩的全岩 含量为 ，平均 ；中变质玄武岩全岩 含量为 ，平均 ，均达到了独立 矿化要求（朱智华，），在横向上具有相对稳定的含量。综上所述，大弯山新元古代变质玄武岩中 具有较为稳定的纵向和横向富集规律。钪元素赋存状态自然界中稀土元素 主要有独立矿物、类质同象及离子相 种赋存形式（惠博等，；王利民和陈佩，）。目前发现的钪独立矿物仅有钪钇矿、水磷钪矿、硅钪矿和钛硅酸稀金矿等 种（，），且自然界中较为罕见。矿物自动识别系统研究发现，牟定安益大弯山新元古代变质玄武岩中暂未发现钪的独立矿物。离子相 主刘兵等：滇中牟定大弯山地区新元古代变质玄武岩中 富集的发现及其地质意义要见于岩石风化壳中，以离子吸附态赋存于高岭石、伊利石、蒙脱石等黏土矿物中；相比之下，以类质同象赋存的 则广泛见于辉石、角闪石、钛铁矿、磁铁矿、黑云母、锆石和磷灰石等矿物中，是 最常见的赋存状态（周雄等，；惠博等，；肖军辉等，；张立剑等，；王利民和陈佩，）。为查清变质玄武岩中 的赋存状态，根据湿化学分析和矿物含量占比情况，对岩石中钪的配分情况进行了概略估算。用 表示各矿物中 在全岩中的含量比例（），其数值由岩石单矿物含量百分比与相应单矿物的 分析含量求积所得，将得到的各单矿物中 在全岩中的占比（）求和得到理论上全岩 含量（王敏等，），计算结果如表 所示。由表 可知，对不包括长石及其蚀变矿物在内的石英、黑云母、磁铁矿、钛铁矿和金红石单矿物计算得到的全岩 含量为 ，而变质玄武岩中全岩 分析结果平均值为 ，其含量差值为 ，说明岩石中约有 的 由未参与计算的矿物中类质同象 和岩石中离子相 提供。由于未参与计算矿物含量不足 ，假如仅由未参与计算矿物的类质同象 提供全岩 的 ，则需要未参与计算单矿物中 平均含量达 ，而 线扫、区域面扫和 单矿物等分析显示，除钛铁矿和金红石单矿物 含量可达 ，其余长石等单矿物中 含量均较低，多数单矿物中 含量低于 ，这说明其他矿物相中 含量难以影响全岩中 含量。因此，岩石中 除以类质同象形式存在外，还存在较大比例的离子相。安益大弯山变质玄武岩单矿物分析数据（表 ）表明，不同矿物中 和 含量存在较大差异，从钛铁矿、黑云母到伊利石、磁铁矿，单矿物中 和 含量依次减少（图 ），金红石和钛铁矿中 和 含量远高于全岩 和 含量，对岩石 和 富集具有积极意义。由于岩石中钛铁矿含量（）远高于金红石含量（），钛铁矿 平均含量为 ，高于全岩 平均含量（）；钛铁矿 平均含量为 ，高于全岩 平均含量（）。因此，钛铁矿对全岩 和 的富集贡献最大，是岩石中 和 的主要载体矿物。前人研究表明，是一种典型的亲石元素，容易形成离子键（）并在自然状态下稳定存在；同时 与 、和 等具有相似的地球化学性质，在岩浆演化过程中，容易与 、和 等元素发生类质同象并优先进入镁铁质矿物中（王利民和陈佩，；，）。因此，以类质同象赋存的 主要见于辉石、角闪石、黑云母、磁铁矿、钛铁矿和锆石等矿物中（周雄等，；惠博等，；肖军辉等，；张立剑等，；王利民和陈佩，）。牟定安益大弯山变质玄武岩中磁铁矿和钛铁矿呈自形 半自形状嵌布于半自形到他形长石等矿物粒间，说明钛铁矿和磁铁矿主要于岩浆演化早期结晶形成。岩浆演化表 变质玄武岩中矿物含量及其 矿物 含量（）测点数 （）（）？总量（）注：代表未进行单矿物 分析；代表单矿物 分析值低于检出限；？代表未计算值过程中，多表现为相容元素并富集在早期结晶矿物中。因此，钛铁矿、磁铁矿较长石等矿物更能成为 优先进入的矿物。此外，由于磁铁矿中 以 和 存在；钛铁矿中铁以 存在，以 存在；显然，钛铁矿中具有更多 可进行置换的离子，因此 更容易优先进入钛铁矿中，而只有极少量进入到磁铁矿中。地质意义地壳中 元素平均丰度为 （，），但由于 较为分散的特性，致使 很难富集形成独立矿床。目前已报道的钪矿床主要分布在澳大利亚、奥地利、加拿大、中国和俄罗斯等国，多数 均作为伴生矿产加以利用（李春龙等，；陶旭云等，；王浚杰等，；杨波等，），是全球钪金属的主要来源。（）从成矿作用角度将钪矿床分为岩浆型、热液型、风化型等类型；陶旭云（）依据矿床成因将钪矿床分为内生成矿作用矿床和外生成矿作用矿床，但不论从何种角度进行的钪矿床分类，已报道的钪矿均赋存于基性 超基性侵入体及其岩石风化壳中（表 ）。大弯山钪富集于变质玄武岩中，岩石成岩时代为 （刘兵等，），除离子相 外，类质同象 主要赋存于钛铁矿中，其次赋存于金红石等矿物中。钛铁矿嵌布于钠长石等变余基质中，属岩浆成因矿物，说明岩石中类质同象 主要来源于岩浆作用。金红石 含量较高，但矿物含量较低，颗粒较细小，含量大于 ，可能属于后期变质作用矿物（李晓峰等，），这说明叠加变质作用可能对全岩 富集有贡献。考虑到全岩中还存有较大比例的离子相 ，故而大弯山钪富集可能受岩浆作用、变质作用和次生风化富集作用共同控制。目前，世界上已知内生成矿作用钪矿均主要赋存于基性 超基性等碱性侵入岩中，矿床中 主要以类质同象赋存，部分伟晶岩型钪矿床中 以独立矿物相赋存，成矿时代为泥盆纪、石炭纪和二叠纪、侏罗纪、白垩纪 古近纪，最早成矿时代为晚泥盆世（表、表）。沉积型和风化淋滤型矿床中 岩石学报 ，（）：表 中国主要钪矿一览表 含矿体赋矿地质体主要赋钪岩性品位（）（）载钪矿物赋存状态钪矿规模共伴生矿产资料来源云 南 牟定 大弯山钪矿新 元 古 代澄江组变质玄武岩 钛铁矿、金红石类质同象超大型铁、钛本文云 南 牟定 二台坡钪矿二叠纪基性超基性岩磁铁辉石岩、含橄辉石岩 主要矿物为透辉石，次要矿物为黑云母、磁铁矿、钛铁矿、角闪石、锆石类质同象超大型铁、钛、铂朱 智 华，；，四 川 攀枝 花含 钪 钒钛 磁铁矿二叠纪基性超基性岩橄榄辉石岩、辉长岩、橄榄辉长岩 角闪 石、辉石、磁铁矿类质同象铁、钒、钛吕宪俊等，；何益，；王浚杰等，河 北 承德 铁马钪矿晚 泥 盆 世超基性杂岩体辉 石 角 闪 石岩、含长角闪石岩、角闪辉石岩 辉石、角闪石类质同象钒钛磁铁矿王佳媛，；张立剑等，陕 西 凤县 九子 沟 含 钪磷矿古生代基性超基性岩体黑 云 母 透 辉石岩 主要矿物为透辉石，次要矿物为 磷 灰 石、黑云母类质同象磷灰石王 利 民 和 陈佩，甘 肃 孙家 岭含钪岩体早 石 炭 世富铁 质 超 基性岩含 斜 长 石 角闪石岩、角闪石岩 角闪石类质同象谢燮等，贵 州 晴隆 沙子钪矿第 四 系 残坡积层红 色 粘 土 及亚粘土 主要矿物为高岭 石、绢 云 母等，次要矿物为褐 铁 矿、锐 钛矿、石英离子吸附态为 主，少 量类质同象大型钛聂爱国等，渝 南 申基 坪含钪铝土矿中 二 叠 统梁山 组 古 风化壳黏 土 岩、铝土岩 类质同象或离子吸附态铝土矿李军敏等，贵 州 西部 含钪体二 叠 系 峨眉山 玄 武 岩顶部古风化壳含 铁 质 粘土岩 蒙脱石、高岭石离子吸附态铌、稀土衮民汕等，图 不同矿物中 和 含量对比图 刘兵等：滇中牟定大弯山地区新元古代变质玄武岩中 富集的发现及其地质意义书书书?岩石学报 ，（）：的母岩为侵入岩，而大弯山变质玄武岩 的母岩为火山岩，是火山岩中钪富集的率先发现。此外，世界主要钪矿的载钪矿物为辉石、霓石、钠闪石、独居石、磷灰石、斜锆石、烧绿石、纤磷钙铝石、磁铁矿、针铁矿以及钪钇石、硅钪矿、磷钇矿、氟菱钙铈矿、氟维钙铈矿、方铈矿等稀土矿物和钪独立矿物（表 、表 ），大弯山变质玄武岩载钪矿物为钛铁矿和金红石等。因此，大弯山新元古代变质玄武岩中 与世界主要钪矿床中 在富集特征、赋存岩性和载体矿物等方面存在差异，是变质火山岩中 富集的新发现，将为关键金属 的勘查研究提供新的思路。大弯山变质玄武岩出露面积约 （图 ），厚 ，平均品位（），具有较为稳定的空间分布特征。邻区二台坡超大型独立钪矿赋矿岩体出露面积 （图 ），钪主要以类质同象状态赋存于辉石中（，），平均品位（），钪矿规模为超大型（朱智华，）。大弯山新元古代变质玄武岩出露面积较二台坡超大型独立钪矿赋矿岩体面积大，钪平均品位也较二台坡超大型独立钪矿品位高，且具有较为稳定的矿化特征。因此，从资源量来看，大弯山变质玄武岩应具有超大型独立钪矿的资源潜力。此外，与二台坡超大型独立钪矿及其他钪矿不同，大弯山变质玄武岩中钪以类质同象和离子吸附态两种状态赋存，主要赋存于钛铁矿和金红石中，共伴生有铁矿和钛矿，共伴生铁矿床规模已达中 大型（李石英，），可从共伴生铁矿和钛矿中加以选矿利用，较赋存于辉石、角闪石等矿物中的钪矿具有更高的经济价值。区域上，除滇中牟定安益大弯山地区外，新元古代变质玄武岩等基性火山岩地层还广泛出露于华南地块西缘康滇裂谷盆地的四川汉源、苏雄、甘洛、冕宁、西昌、德昌、米易地区以及云南澄江、武定、禄丰、东川、巧家、玉溪等地，总出露面积超 （图 ；江新胜等，；卓皆文等，），但由于前人对该套火山沉积地层的研究主要集中在年代学和大地构造背景方面（江新胜等，；卓皆文等，），火山岩中钪富集机制和钪矿化特征等研究较为薄弱，处于起步阶段，有待进一步研究。此外，华南地块北缘碧口 汉南裂谷盆地、东南缘南华裂谷盆地以及东北缘花山裂谷盆地也具有类似的大地构造背景和成矿地质条件，为开展同时代火山岩钪矿勘查研究提供了广阔前景。结论（）牟定安益大弯山新元古代变质玄武岩全岩 平均含量为 ，钪氧化物（）平均含量为 ，具全岩 矿化特征，矿化空间分布稳定，具有较好的 资源潜力。（）大弯山新元古代变质玄武岩中类质同象 主要赋存于钛铁矿和金红石中，钛铁矿中 平均含量为 ，金红石中 含量高达 ；磁铁矿及黑云母等矿物中 含量较低，均低于全岩 含量。（）大弯山变质玄武岩中 与以往侵入岩和岩石风化壳中报道的 在富集特征、赋存岩性和载体矿物等方面不同，是变质火山岩中 富集的率先报道，为关键金属 的勘查和研究提供了新的启示。致谢两位匿名专家在审稿时提出了宝贵的意见；云南大学罗开副教授、云南省地质调查局肖高强高级工程师和张虎正高级工程师在文章撰写过程中提供了许多帮助；在此一并表示感谢！：（），：，（）：，（）：（），（）：，（）：（），：（）（），（）：（），（）：（）：，（），（）：（），（）：（），（）刘兵等：滇中牟定大弯山地区新元古代变质玄武岩中 富集的发现及其地质意义 （），（）：，（）：，（）：（）：（），（）：（），（）：（），（）：（），：，（）：，：，（）：，：，（）：（），（）：（），：，：，（）：，（）：（）：，（）：（），（）：（），（），（）：（），（），（）：（），（）：（），：，（）：，（）：（）：，（）：（），（）：（）：，（）：，（）：（）：（），（）：（），（）：（），：，（，），（）：，（）：（），（）：（），（）：（），（）：（）岩石学报 ，（）：，（）：（），（）：（），（）：（），：，（）：（），（）：（），（）：（），（）：（）附中文参考文献崔晓庄，江新胜，王剑，卓皆文，江卓斐，伍皓，邓奇，魏亚楠 扬子西缘澄江组底部玄武岩形成时代新证据及其地质意义岩石矿物学杂志，（）：范亚洲，周伟，王子玺，凌锦兰，姜常义 稀散元素 的矿床类型及找矿前景西北地质，（）：付坤荣 康滇裂谷充填序列关键层位定年、沉积地质特征及其大地构造意义硕士学位论文北京：中国地质大学（北京）衮民汕，蔡国盛，曾道国，金中国，杜蔺，向明坤，薛洪富，沈其俊，黄智龙 贵州西部二叠系峨眉山玄武岩顶部古风化壳钪铌 稀土矿化富集层的发现与意义矿物学报，（）：郭远生，曾普胜，郭欣，崔银亮，杨学善，鲁文举，郭强，杨宗良 钪的有关问题暨滇中地区基性 超基性岩含钪性研究地球学报，（）：何益 攀枝花层状岩体钪的地球化学特征及富集规律硕士学位论文成都：成都理工大学侯增谦，陈骏，翟明国 战略性关键矿产研究现状与科学前沿科学通报，（）：惠博，陈晓青，赵开乐，刘飞燕 某斑岩型铜矿中 的赋存状态及对选矿工艺的影响矿物学报，（）：江新胜，王剑，崔晓庄，卓皆文，熊国庆，陆俊泽，刘建辉 滇中新元古代澄江组锆石 年代学研究及其地质意义中国科学（地球科学），（）：李春龙，李小钢，徐广尧 白云鄂博共伴生矿资源综合利用技术开发与产业化稀土，（）：李东育 红格钒钛磁铁矿中钪的地球化学特征 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