铌作为一种重要的战略性关键金属矿产资源,被广泛应用于钢铁冶金、高端电磁、航天航空、化工等领域中。我国铌储量极低,十分依赖进口,因此急需找到新的铌资源类型,摆脱资源安全受人制约的现状。近年来,越来越多的学者都发现并报道了围绕上二叠统峨眉山玄武岩风化壳中产出的以铌为代表的多金属矿层,这一发现有力推动了我国西南地区关键金属矿产的研究。但目前的研究仍存在诸多问题亟待解决,一是对铌的物质来源难有定论;二是铌在赋矿矿物中的具体赋存位置研究鲜有涉及;三是对于铌的富集机制没有统一认识。本文通过总结关键问题,整理前人工作,选取贵州威宁县玉龙镇四个典型剖面,综合开展各项研究,重点关注富铌岩系物质来源,铌的分布富集规律,富铌矿物的矿物形态特征及其与铌的耦合关系,总结铌的富集机制模式。主要有以下认识:1.通过元素地球化学和同位素U-Pb锆石定年,发现样品的微量元素的亏损富集特征在铁质黏土岩及其下岩系和铝质黏土岩及其上岩系中表现得完全不同,而富铌的铝质黏土岩的锆石的年龄显示两个峰值—~255Ma和~262Ma。综合前人的研究,认为除镁铁质玄武岩外,在中国西南部晚二叠世早期存在强烈而持久的酸性长英质岩浆作用,强烈的负Eu异常正是这类岩浆的典型特征。对样品的稀土配分曲线显示,风化壳中铁质黏土岩和其下伏玄武岩都具备极其相似的稀土富集特征,表明前者极有可能是继承自后者,推断铁质黏土岩应该为玄武岩风化沉积的产物,其元素富集情况很大程度受下伏峨眉山高钛玄武岩基底控制。但铝质黏土岩样品与玄武岩样品配分曲线的明显不同,且拥有强烈负Eu异常(与酸性长英质岩浆的稀土富集特征相似)。上述“三位一体”的证据都指向了一个结果——即整个含矿岩系的物质来源具有两分性。进一步来说就是含矿岩系中下部的铁质黏土岩的物质来源是~262Ma早期火山喷出的火山碎屑和基性玄武岩,这是第一期。第二期为~255Ma喷发的中酸性岩浆物质(具有强烈负Eu异常),这些中酸性岩浆产物充当了中上部的铝质黏土岩的主要物质来源。2.前人研究表明在宣威组富铌黏土中,铌与含钛矿物高度相关。本文对富铌黏土岩进行了重矿物分类挑选,选取其中最为常见的含钛矿物锐钛矿和白钛石进行制靶和能谱分析,结果显示锐钛矿中的铌更易在矿物边缘破裂磨蚀处富集,较少富集在矿物表面均匀完整的位置。而白钛石中,铌整体表现出和锐钛矿相似的富集特征和趋势,即在矿物边缘更为富集;但铌在白钛石中边缘和中心附近的富集差异程度较锐钛矿要低,也就是说在白钛石均匀完整处的铌相对锐钛矿比较富集。综上,本文认为铌并不是矿物原生携带的,反而是在后期地质作用中因风化和沉积等地质作用进入锐钛矿中去的;铌元素在锐钛矿中更多是和铝硅质黏土物质富集在矿物边缘。由于白钛石主要为高度风化蚀变的含钛矿物组成的集合体,其内部的铌是钛铁矿、金红石和榍石等原生含钛矿物在高度风化蚀变聚集成白钛石的过程中,吸收了很多富Al、Si的黏土物质,铌也随着这些黏土物质进入到白钛石当中去并较为均匀地分布;之后白钛石表面经历磨蚀,铌从外界进一步富集进入,所以导致现在观察到铌在白钛石中分布较均匀,而在表面凹陷破损处更为富集。3.通过对研究区地质演化历史的总结和风化沉积环境的分析,本文认为风化壳中含矿岩系整体形成于温热气候条件,以陆相沉积环境为主。综合各项研究,考虑峨眉山玄武岩喷发的过程和成矿时期前后地质构造的演化变迁对沉积风化环境的影响,将铌在峨眉山玄武岩风化壳中富集成矿的机制进一步详细划分为五个阶段:超基性-基性岩浆喷发阶段→前风化阶段→酸性岩浆作用阶段→后风化阶段→沉积富集阶段。