华南前寒武纪低级变质基底岩石中铌、钽、铯的赋存状态：矿物学特征与成岩意义

本研究针对华南前寒武纪低级变质基底岩石中关键金属（Nb、Ta、Cs）的赋存机制问题，通过微量元素地球化学、电子探针微区分析（EPMA）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）等技术，揭示了Cs+ 赋存于含铯绢云母，Nb5+ 和Ta5+ 主要分布于绢云母和铁绿泥石八面体位点，提出变质过程中黏土矿物吸附-晶格置换的预富集模型，为全球类似构造背景（如北开普省、加纳南部）的Li-Cs-Ta矿床成因提供了直接矿物学证据。

　　

研究背景与科学问题

铌（Nb）、钽（Ta）和铯（Cs）作为量子计算、航空航天等领域的关键战略金属，全球分布极不均衡。中国80%的Nb-Ta-Cs依赖进口，而华南地区虽与壳源花岗岩（尤其是高分异花岗岩）相关的矿化显著，但基底岩石中这些金属的赋存机制长期存疑。前人通过全岩地球化学推测黏土矿物吸附是预富集途径，但缺乏矿物尺度的直接证据；此外，低级变质过程中金属元素如何从原始黏土（如高岭石、蒙脱石）迁移至层状硅酸盐（如绢云母、绿泥石）的晶体化学过程尚不明确。

研究设计与技术方法

中国的研究团队选取江南造山带（JOB）冷家溪群与板溪群泥质-粉砂质板岩，通过湿法分选获取<2 μm黏土组分，结合微量元素分析、XRD、EPMA、SEM和TEM，系统解析了Nb-Ta-Cs的赋存状态。样本队列来自湖南和江西露头的新元古代低级变质岩。

研究结果

1. 区域地质背景
华南由扬子与华夏地块在新元古代拼合形成，研究区位于扬子地块东南缘的JOB，发育970-750 Ma弧地体与变沉积岩序列。

2. 黏土组分分离
基于斯托克斯定律分选出<2 μm组分，发现其以新生变质黏土（绢云母、铁绿泥石）为主，而粗粒级含更多石英、锆石等稳定矿物。

3. 主量元素特征
板岩具高Al₂
O₃
（17.32-25.09 wt%）和K₂
O（2.98-7.37 wt%），反映富黏土原岩性质，样品HJ46-1因低SiO₂
（53.56 wt%）显示独特地球化学行为。

4. Nb-Ta-Cs赋存状态

• Cs⁺
  ：以类质同象形式赋存于绢云母晶格；
• Nb⁵⁺
  /Ta⁵⁺
  ：占据Fe绿泥石八面体位点，随温度升高出现Al绿泥石→(Nb,Fe)绿泥石的成分演化趋势；
• 变质过程：原吸附于高岭石/蒙脱石表面的金属离子被纳入层状硅酸盐结构，形成"矿物圈闭"。

结论与意义

该研究首次在矿物尺度证实了华南前寒武纪基底中Nb-Ta-Cs的预富集机制，提出低级变质作用通过晶体化学重构将吸附态金属固定于绢云母/绿泥石中。这一发现不仅解释了Wa-Lawra带等全球古元古代页岩型Li-Cs-Ta矿床的物质来源，还为隐伏关键金属矿床勘探提供了新的矿物学标志——含铌铁绿泥石与含铯绢云母可作为低级变质岩区的重要找矿指示。论文发表于《Precambrian Research》，为理解关键金属的地球化学循环与成矿预测奠定了理论基础。