鈮（Nb）是一種重要的戰略金屬資源，廣泛應用于航空航天、原子能、電子、金屬冶煉、醫療和生物醫學(xué)等領(lǐng)域。探索國內鈮資源的分布特征、指導找礦勘察、服務(wù)金屬選冶和綜合利用對資源供應安全至關(guān)重要。我國潛在鈮資源儲量約為927萬(wàn)噸，其中~70%源自?xún)让晒虐自贫醪?60萬(wàn)噸）。但是，因為白云鄂博含鈮礦物種類(lèi)復雜多樣、物理化學(xué)性質(zhì)各異、顆粒細小、常與其他礦物交織共生，故鈮礦選冶難度極大，一直未能被開(kāi)采利用。此外，白云鄂博礦床因為經(jīng)歷了多期的地質(zhì)事件，樣品受到多期熱液疊加作用的影響，使得巖相學(xué)關(guān)系變得極其復雜，且定年難度高，因此關(guān)于該礦床鈮礦化時(shí)代和成因問(wèn)題研究程度很低。前人圍繞白云鄂博的稀土成礦作用開(kāi)展了大量研究，但與鈮類(lèi)似，其礦化時(shí)代也一直未能獲得共識。
高質(zhì)量成巖成礦數據匱乏是導致成巖時(shí)代以及鈮和稀土礦化時(shí)代存在爭議的主要原因。為實(shí)現白云鄂博鈮礦化作用精準定年，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所李獻華研究團隊對白云鄂博礦床西礦區富鈮礦物相開(kāi)展研究，在詳細的礦床地質(zhì)和巖相學(xué)工作基礎上，結合鈮鐵礦SIMS原位微區U-Pb定年，成功克服了鈮礦物定年的難題，并揭示出三期鈮礦化事件。
研究團隊首先針對礦區內鈮礦物進(jìn)行了大量的巖相學(xué)觀(guān)察和分析測試，根據礦床地質(zhì)特征、共生礦物組合和地球化學(xué)分析，將主要鈮礦物鈮鐵礦總結歸納為三類(lèi)。
Type Ⅰ：以強烈蝕變?yōu)樘卣鳎闹靼自茙r大多被脈狀熱液礦物如磷灰石、綠泥石、黑云母、獨居石交代，鈮鐵礦浸染狀出現在白云石顆粒間隙，呈殘骸狀，含大量包裹體、裂隙和溶蝕結構（圖1A、圖1B）。
Type Ⅱ：鈮鐵礦與碳酸巖系統中典型的熱液交代礦物密切共生（圖1C、圖1D），如富Sr、Ba礦物（菱鋇鎂石、碳酸鍶礦、鋇方解石、重晶石），和堿性礦物（黑云母、鈉閃石），指示該鈮礦化作用發(fā)生在堿性、富Sr、Ba的流體環(huán)境。
Type Ⅲ：寄主碳酸巖以微弱細脈狀云母蝕變?yōu)樘卣鳎夎F礦與易解石交織生長(cháng)，分布在黑云母細脈中，切穿寄主碳酸巖。鈮鐵礦含黑云母、黃鐵礦和磷灰石包裹體（圖1E、圖1F），這些熱液礦物組合及脈狀產(chǎn)出形式指示該鈮礦化為熱液成因。
圖1 白云鄂博礦床西礦區Type I 、Type II 和Type III 鈮鐵礦巖相學(xué)特征
三類(lèi)鈮鐵礦不僅在產(chǎn)出特征和礦物共生組合上具有顯著(zhù)差別，其地球化學(xué)成分也有所不同。Type Ⅰ 與Type Ⅲ 鈮鐵礦含有相似的化學(xué)成分，而Type II 鈮鐵礦相對Mn含量較高，Ti、Mg含量較低（圖2），結合蝕變特征和成礦流體性質(zhì)研究，暗示Type II 鈮鐵礦礦化流體化學(xué)成分更富Mn。
圖2 白云鄂博礦床西礦區三類(lèi)鈮鐵礦地球化學(xué)特征
在可靠的巖相學(xué)研究基礎上，研究團隊對三類(lèi)鈮鐵礦進(jìn)行SIMS原位微區U-Pb定年研究（圖3）。小束斑分析（10×15 μm2）的高空間分辨率克服了鈮鐵礦顆粒細小問(wèn)題、并有效避開(kāi)包裹體，且SIMS能準確測定204Pb，克服了 LA-ICP-MS由于204Hg 的干擾無(wú)法精確測定低含量的非放射性成因204Pb的不足。因為礦區樣品不適合使用大陸鉛演化的S-K模型來(lái)進(jìn)行普通鉛校正，研究團隊利用華北克拉通淮安麻粒巖相片麻巖鉛同位素組成（206Pb/204Pb = 14.8，207Pb/204Pb = 15.1）來(lái)代替分析樣品的普通鉛組成，對樣品進(jìn)行普通鉛校正，同時(shí)可以檢驗Type II和Type III鈮鐵礦樣品通過(guò)T-W圖解獲得的普通鉛組成是否可靠。
最后，U-Pb定年體系克服了同位素體系開(kāi)放問(wèn)題，定年數據顯示Type I鈮鐵礦發(fā)生一定程度的鉛丟失（圖3A），與其在巖相學(xué)上表現嚴重的溶蝕結構相一致，但可以在Wetherill諧和圖中通過(guò)上交點(diǎn)恢復其原始年齡為1.3Ga。相比之下，Type II和Type III 鈮鐵礦的U-Pb體系保持封閉，但部分分析點(diǎn)含有較高的普通鉛（圖3B、圖3C）。由于Type I和Type II部分測試點(diǎn)U含量過(guò)低，故其U-Pb年齡誤差較大（圖3A中淡紫色及B中黃色誤差橢圓），但U含量較高、普通鉛含量較低的分析點(diǎn)仍然給出了可靠的年齡，Type II和Type III樣品年齡分別為0.44 Ga和0.27 Ga。
圖3 白云鄂博礦床三類(lèi)鈮鐵礦U-Pb年齡
該研究不僅成功地建立了白云鄂博礦床鈮礦化年代學(xué)框架，而且根據礦物共生組合關(guān)系，推測三期鈮礦化均為熱液成因，分別與區域地質(zhì)歷史上中元古代碳酸巖巖漿活動(dòng)、早古生代流體活動(dòng)、二疊紀花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)事件有關(guān)。此外，基于Type I 鈮鐵礦強烈的溶蝕結構、Type III鈮鐵礦細脈狀結構產(chǎn)出特征、以及Type I 與 Type III相似的地球化學(xué)特征，研究團隊推測0.27 Ga的鈮礦化可能由早期鈮礦物在與花崗巖侵位有關(guān)的流體交代作用下活化再沉淀而成。
由于礦區鈮礦物和稀土礦物緊密的共生關(guān)系，三期鈮礦化事件為厘定白云鄂博礦床多金屬元素的礦化時(shí)代、理解關(guān)鍵金屬富集機制和建立成礦模型提供了重要約束。該研究還表明，精準成巖成礦年代研究依賴(lài)可靠的礦床地質(zhì)研究，深入理解同位素定年體系的基本原理、應用范圍和局限性，以及根據研究對象的特點(diǎn)開(kāi)展針對性研究。
研究成果發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊NSR（Yan Yu,Yang Li*,Yu Liu,Xiao-Xiao Ling,Li-Guang Wu,Li Yang,Lan Yang,Bo Yang,Yong-Gang Zhao,Xian-Hua Li*. Three-stage niobium mineralization at Bayan Obo,China[J]. National Science Review,2024,?11(4): nwae063. DOI: 10.1093/nsr/nwae063）。研究受?chē)易匀豢茖W(xué)基金(92262303,42325303)，包鋼(集團)股份有限公司(GZ-2023-1-LH-001/002)和中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所(IGGCAS-201901)資助。
