稀散元素钪形成大型独立钪矿床在贵州的首次发现

摘 要：通过多年研究，作者在贵州晴隆沙子一带发现大型独立钪矿床。这在贵州属于首次发现。该矿床的矿体产于茅口灰岩上喀斯特负地形石芽、溶沟中玄武岩风化形成的第四系红色粘土及亚粘土中，矿石类型属于残坡积粘土型;初步研究该钪矿床属于富钪的峨眉山玄武岩通过漫长的风化作用，在风化壳中形成的残坡积粘土钪矿床，此成因类型钪矿床在全国属于首例，这一发现有重大的理论及找矿价值。

关键词：沙子独立钪矿床;残坡积粘土型;峨眉山玄武岩;喀斯特负地形;贵州晴隆

中图分类号：P618.73

文献标识码：A

文章编号 1000-5269（2018）04-0008-06

钪是一种典型的稀散元素，自然界中很少有钪的富集体。最近的研究工作发现，一些风化壳淋积型稀土矿中钪的含量很高，并确定Sc2O3在20×10-6～50×10-6为伴生钪矿床，Sc2O3大于50×10-6为独立钪矿床[1]。经过多年野外调查及室内研究，聂爱国教授研究团队在贵州西部晴隆沙子一带，发现大型独立钪矿床（矿石中Sc2O3平均品位74.93×10-6），这在贵州属于首次发现，在中国属于第二例（第一例为云南二台坡独立钪矿床）。这一发现对稀散元素矿床理论具有十分重要贡献，对丰富贵州稀散元素矿产资源和找矿具有重大现实意义。

1 贵州晴隆沙子钪矿床发现过程

贵州理工学院资源与环境工程学院聂爱国教授研究团队从2007年开始在贵州西部的晴隆县进行地质找矿工作，于2010年在晴隆县沙子镇一带的风化峨眉山玄武岩土壤中首次发现大型独立的锐钛矿矿床，通过大量基础地质工作，2012年获得国家自然科学基金立项——“贵州首次发现钛矿床——晴隆沙子大型锐钛矿成因机制研究”。在研究过程中，又发现在晴隆沙子锐钛矿矿区锐钛矿矿体中钪的含量较高，经选矿试验研究：用化学选矿法矿石中钪的选矿效果很好，在当前选冶技术条件下完全能利用，表明它是一大型独立钪矿床，并圈定出3个独立钪矿体，矿石中三氧化二钪平均品位74.93×10-6，经2013年9月贵州省国土资源厅及贵州省国土资源勘测规划研究院评审备案，目前保有氧化钪资源量（332+333）为1747.37 t。

可以说，研究的晴隆沙子锐钛矿矿床区，同时又是独立的钪矿矿床区。这是贵州首次发现大型独立钪矿床，它填补了贵州没有独立钪矿床的空白。之前我国只有云南二台坡发现独立钪矿床，但二者成矿的成矿背景不同、成因机理不同、矿石成因类型不同。

2 晴隆沙子钪矿体基本特征

矿床位于碧痕营穹状背斜北西翼，出露地层主要有二叠系中统栖霞组及茅口组，二叠系上统峨眉山玄武岩组、龙潭组及第四系，区内为单斜岩层，断裂构造发育（图1）。

发现的钪矿体分布在茅口灰岩上喀斯特负地形石芽、溶沟中玄武岩风化形成的第四系红色粘土及亚粘土中，矿区已探明的钪矿工业矿体三个，呈北东-南西向分布在梭寨以南、马尿塘、水山冲以南三个地区的相对平缓的喀斯特台地或斜坡地带（图1、图2）[2]。

①号钪矿矿体：北西—南东向的不规则透镜状展布，分布于海拔1365.70～1406.29 m标高的喀斯特台地，长498～665 m、宽21～60 m、厚度4.40～22.46 m，平均品位TiO2 4.15%、Sc2O3" 67.45×10-6。矿体产于茅口灰岩喀斯特负地形石芽及溶槽中的第四系残坡积物中。

②号钪矿矿体：分布于海拔1338.90～1453.53 m标高的喀斯特斜坡地带。长580～955 m、宽93～590 m、厚度2.70～42.0 m，平均品位TiO2 4.29%、Sc2O3" 73.05×10-6。产于茅口灰岩喀斯特负地形石芽及溶槽第四系残坡积物中。

③号钪矿矿体：分布于海拔1491.16～1498.45 m标高的喀斯特台地。长320～789 m、宽155～465 m、厚度3.50～24.8 m，平均品位TiO2 4.82%、Sc2O3" 83.19×10-6。产于茅口灰岩石芽缝溶槽第四系残坡积物中。

钪矿体与下伏地层为角度不整合接触，厚度0～43 m。下伏地层为茅口组，岩性为灰色、深灰色中厚层生物碎屑灰岩形成石芽、溶沟等微型喀斯特洼地（图3）。

三个矿体的矿石主要为红色、黄色含钪矿-锐钛矿粘土及亚粘土，粘土中常含角砾，角砾成分多为玄武质火山碎屑岩、粘土质硅质岩、铁锰质粘土岩、凝灰岩等，砾石大小不等，2 mm至数十厘米[3]。

3 钪矿石的结构构造特征

矿石矿物主要有锐钛矿、褐铁矿;脉石矿物主要有绢云母、绿泥石、高岭石、石英，其次可见云母、斜长石、褐铁矿、铁泥质等。

经镜下观察，矿石中未发现钪的独立矿物，尚需进一步研究其赋存状态，钪矿床中矿石Sc2O3平均品位74.93×10-6，矿石类型属于残坡积粘土型。

矿石的构造主要为土块状构造[图4（a）];镜下观察，部分褐铁矿沿矿石裂隙呈细脉状分布，使矿石同时具细脉状构造。

泥质结构：矿石的主要结构，矿石主要由铁质、泥质组成，粒度多数lt;0.004 mm，不论是变余斑晶还是基质，多数均由泥质组成，部分泥质具重结晶现象，重结晶成绢云母、绿泥石等矿物，构成矿石的泥质结构[图4（b）]。

显微鳞片状结构：矿石中的绢云母、高岭石、绿泥石等矿物多呈显微鳞片状，无序分布，粒度常lt;0.03 mm，构成显微鳞片状结构[图4（c）]。

微晶结构：矿石局部可见石英呈粒度lt;0.03 mm的微晶集合体，颗粒之间彼此镶嵌状分布，孔洞中充填少量铁泥质，构成矿石的微晶结构[图4（d）]。

变余斑状结构，基质具变余泥质结构：矿石的次要结构，部分矿石的原岩为火成岩的喷出岩。原岩斑晶组成已不能分辨，现主要由铁质、泥质（高岭石、绢云母等）组成，其混合集合体常呈板状、柱状、浑圆状，可见溶蚀现象，碎裂现象和聚斑现象，边缘均较为清晰。基质主要由粒度lt;0.004 mm的铁泥质组成，含少量碎屑颗粒，铁泥质单偏光下呈显微鳞片状，正交偏光下显微弱光性或不显光性，多为隐晶质，部分重结晶成绢云母，无序排列，碎屑颗粒有石英、云母、长石等矿物，棱角状、它形粒状，杂乱分布[图4（e）、（f）、（g）]。

假象结构：矿石中部分绢云母集合体具板条状长石矿物假象，应为长石蚀变而来;部分褐铁矿具菱面体矿物假象，可能为菱铁矿蚀变而来，构成矿石的假象结构[图4（h）]。

蚀变间粒间隐结构：偶见的结构，部分矿石原岩为玄武岩，蚀变严重，暗色矿物几乎完全蚀变为铁泥质和粘土矿物，斜长石有部分残余，轮廓显示为自形的长条状，搭成格架，格架间充填它形粒状矿物或隐晶质矿物，构成矿石的蚀变间粒间隐结构[图4（i）]。

细砂结构：少见的结构，部分矿石为细砂岩，主要由碎屑颗粒和填隙物组成，杂基支撑，基底式胶结，碎屑颗粒粒度在0.05～0.25 mm之间，主要为石英、粘土矿物集合体，填隙物为铁泥质，构成矿石的细砂结构[图4（j）]。

蚀变粉砂结构：矿石中偶见的结构，部分矿石为蚀变的粉砂岩，主要由碎屑颗粒和填隙物组成，杂基支撑，基底式胶结，碎屑颗粒主要是石英，棱角状，粒度在0.01～0.05 mm之间，填隙物为铁泥质，多数重结晶为绢云母、高岭石等矿物[图4（k）]。

胶态结构：偶见的结构，矿石局部的褐铁矿为胶态状，分布于矿石的裂隙或碎屑颗粒之间[图4（l）]。

4 晴隆钪矿床选矿试验

经选矿试验研究，晴隆沙子大型钪矿床采用常规的选矿方法（重、磁、浮选），不能有效富集钪矿。但原矿石采用“焙烧—酸浸—碱浸”工艺，其入选矿石品位：Sc2O3" 58×10-6;用萃取可获氧化钪99.99%产品，钪的浸出率为90%;还可以对溶出的铁、铝、硅进行综合回收利用，生产铁红和聚硅酸铝盐（PSA）混凝剂副产品。晴隆沙子Sc2O3平均品位74.93×10-6， 均大于入选品位，晴隆沙子钪矿床现阶段即可开发利用。不但可以取得良好的经济效益，还可以实现无尾排放，避免开发过程中对环境的污染，实现对该钪矿床的开发并获得良好的环保效益。晴隆沙子独立钪矿床的发现、勘查和选矿试验，为贵州晴隆沙子独立钪矿床的开发奠定了资源保障及技术基础[4]。

5 贵州晴隆钪矿床与云南二台坡独立钪矿床成矿对比

目前我国仅在云南二台坡发现独立钪矿床，主要是通过二台坡富钪玄武质母岩浆在岩浆结晶早期大量进入镁铁质硅酸盐矿物中，形成钪的独立矿床，它是在基性超基性岩体中形成的原生钪矿床[5];而贵州晴隆沙子发现的独立钪矿床属于富钪的峨眉山玄武岩通过漫长的风化作用，在风化壳中形成的残坡积粘土钪矿床，这在国内尚属首例。

贵州晴隆沙子大型独立钪矿床及云南二台坡独立钪矿床同属扬子板块西南缘，云南二台坡独立钪矿床隶属大陆型地壳构造域的川滇新裂谷中，贵州晴隆沙子独立钪矿床隶属大陆型地壳构造域的右江裂谷中。川滇新裂谷与右江裂谷沉积演化过程中伴随着广泛的峨眉山玄武岩浆活动，形成晚二叠世峨眉山大火成岩省。

（1）大地构造背景对比

贵州晴隆沙子大型独立钪矿床属扬子板块西南缘，大陆型地壳构造域的右江裂谷中。

云南二台坡独立钪矿床属扬子板块西南缘，大陆型地壳构造域的川滇新裂谷中[6]。

川滇新裂谷与右江裂谷沉积演化过程中伴随着广泛的峨眉山玄武岩浆活动，形成晚二叠世峨眉山大火成岩省[7-8]。

（2）赋矿岩性对比

贵州晴隆沙子独立钪矿床属于富钪的峨眉山玄武岩通过漫长的风化作用，在风化壳中形成的残坡积粘土钪矿床。

云南二台坡独立钪矿床，主要是通过二台坡富钪玄武质母岩浆在岩浆结晶早期大量进入镁铁质硅酸盐矿物中，形成钪的独立矿床，它是在基性超基性岩体中形成的原生钪矿床。

（3）主成矿元素及矿石矿物对比

贵州晴隆沙子独立钪矿床的主成矿元素是钪、钛，矿石矿物为锐钛矿、褐铁矿，钪矿床矿石Sc2O3平均品位74.93×10-6。

云南二台坡独立钪矿床的主成矿元素是钪、铁;矿石矿物为透辉石、角闪石、锆石，钪矿床矿石Sc2O3平均品位66.08×10-6。

（4）成因对比

经作者研究，贵州晴隆沙子独立钪矿床属于在与富钪峨眉山玄武岩浆活动有关低温低压环境中，钪从岩浆中解离出来再聚集，再经过漫长风化作用进一步富集形成的残坡积钪矿床[9-10]。

云南二台坡独立钪矿床属于富钪玄武质母岩浆在岩浆结晶早期大量进入镁铁质硅酸盐矿物中，通过岩浆结晶分异等成矿作用在岩浆体中直接结晶形成的岩浆型钪矿床[11]。

6 发现意义

钪元素是典型的分散亲石元素，在地壳中的平均丰度为36×10-6。已知含钪的矿物多达800多种，但是独立矿物只有钪钇矿、水磷钪矿、硅钪矿等少数几种，且矿源较小，在自然界中罕见[12]。

目前，全世界钪的资源储量约为200万吨，其中赋存于铝土矿、磷块岩及钛铁矿石中占90%～95%，少部分赋存在铀矿、钍矿、钨矿及稀土矿石中。全球范围内迄今还未发现规模大的钪资源[1，13]。

我国的钪矿床都属于伴生钪矿床，世界主要钪矿床类型及成矿特征中钪均为伴生元素，独立钪矿床较少存在[14]。

近年来国内外针对钪的地球化学行为和富集规律等问题的研究，主要是从资源综合利用的角度来了解钪的含量和回收钪[15-16]，缺少对钪的来源、地球化学示踪、富集条件、成矿机制和远景等方面的探索，尤其是国内，这方面工作甚少，因此分散元素钪的成矿是当今地学界重要的研究课题之一[17-18]。

贵州晴隆沙子独立钪矿床的发现及进一步成因机制研究，不仅丰富了分散元素Sc形成独立钪矿床的成矿理论，而且能拓宽钪矿的找矿领域，扩大贵州找钪前景;同时，贵州晴隆大型独立钪矿床的发现对于我国钪矿床的成因研究具有重大的理论价值。

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（责任编辑：周晓南）