Выделяются следующие генетические группы тантал-ниобиевых месторождений [Гинзбург А. И., Фельдман, 1978; Кузьменко М. В.; Еськова Е. М.]: 1) магматические, 2) пегматиты, 3) карбонатиты, 4) контактово-метасоматические и рибекит-альбит-микроклиновые метасоматиты, 5) кора выветривания и связанные с ней делювиально-элювиальные россыпи.
Магматические месторождения
Магматические месторождения тантала и ниобия связаны как с нормальными и щелочными гранитами, так и с массивами щелочных и ультраосновных — щелочных пород. Они известны в Нигерии, в пределах Тихоокеанского рудного пояса, на о. Гренландия и в других странах.
Общей особенностью месторождений колумбитоносных гранитов является приуроченность оруденения к апикальным частям интрузивов, испытавшим метасоматические изменения (альбитизация). Они характеризуются большим площадным распространением, низкими содержаниями полезных компонентов (в виде акцессориев), повышенными концентрациями фтора, лития, олова и тантала. Обычно разрабатывается кора выветривания.
Колумбитоносные граниты известны в Нигерии, где они приурочены к зонам киммерийской и альпийской активизации допалеозойской платформы. Допалеозойские породы (кристаллические сланцы, гнейсы и древние граниты) прорваны молодыми (доверхнемеловыми) нигерийскими гранитоидами. По Гринвуду, формирование их происходило в четыре этапа: 1) небольшие тела и жилы габбро; 2) колумбитоносные биотитовые граниты и связанные с ними постепенными переходами гранит-порфиры и кварцевые порфиры; 3) пирохлорсодержащие рибекитовые граниты, иногда связанные постепенными переходами с биотитовыми гранитами; 4) дайки долеритов.
На плато Джос в сложно построенном массиве (площадью 900 км2) залегают биотитовые граниты. Они состоят из альбита (15—65%), микроклина (10—40%), кварца (15—50%) и акцессорных — колумбита, циркона, касситерита, монацита, ксенотима и рутила.
Колумбит образует исключительно мелкие пластинчатые и игольчатые кристаллы, образовавшиеся позднее касситерита, но несколько раньше циркона. Содержание в них Ta2O5 0,013—0,015%; а в коре выветривания доходит до 0,2%. Отношение Nb/Ta≈7. Отрабатываются коры выветривания и россыпи.
Пирохлорсодержащие граниты в Нигерии развиты в долине Каффо. Они относятся к рибекитовым разновидностям и кроме пирохлора содержат топаз и циркон. Содержание (Nb, Та)2O5 28%. Отношение Nb/Ta колеблется от 8 до 12. Запасы руд оцениваются в десятки миллионов тонн. Относительно генезиса месторождений нет единого мнения. Одни исследователи считают колумбит типичным акцессорием магматического происхождения, другие, главным образом советские ученые, — стоят на точке зрения его метасоматической природы. Последнее предположение подтверждается совпадением контура минерализации и альбитизации пород (альбит вторичный), а также приуроченностью оруденения к трещинным зонам.
Лопарит и пирохлорсодержащие сиениты, луявриты и мальиниты — относительно редкий тип месторождений. Они известны в СССР и в Гренландии.
Месторождение Илимауссак (Гренландия) связано с массивом, сложенным авгитовыми сиенитами, фойяитами и луявритами, а ближе к кровле щелочными гранитами. Фойяиты и луявриты содержат ниобий, бериллий, уран, торий и титан в незначительном количестве. Содержание Nb2O5 550—1500 г/т, Ta2O5 15—60 г/т; отношение Nb/Ta=14—64; максимальное отмечается в средиезернистых луявритах. Ниобиевые минералы обнаружены главным образом в поздних гидротермальных жилах, сложенных анальцимом, альбитом, натролитом, чкаловитом и кварцем [Хансен, Дж. 1971]. Протяженность жил колеблется от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров, мощность до 2 м (максимальная). Главный рудный минерал — пирохлор; лопарит не установлен.
Пегматитовые месторождения
Главное значение имеют гранитные пегматиты, особенно в отношении тантала. Это альбитсодержащие пегматиты, часто с минералами лития: альбитовые, альбит-сподуменовые, микроклин-альбитовые. Наиболее обогащены танталом микроклин-альбитовые и оловоносные пегматиты (Берник-Лейк в Канаде и др.), содержащие лепидолит, петалит, сподумен, поллуцит, амблигонит, оловоносный танталит, торолит и микролит. Содержание Та2O5 колеблется от 0,02—0,05 до 0,2%.
На одном из пегматитовых месторождений нашей страны, залегающем в песчано-сланцевой толще юры, оруденение представлено колумбит-танталитом, бериллом, в некоторых жилах — касситеритом и сподуменом. Берилл ассоциирует с блоковым кварц-микроклиновым комплексом и концентрируется в центральных частях жил, а колумбит-танталит вместе с альбитом слагает периферические участки и пережимы жил. Касситерит образует гнездовые скопления в грейзенизированных участках пегматитовых тел. Сподумен совместно с кварцем и микроклином развивается обычно в центральных частях, жил.
Тантал-ниобиевая минерализация связана также со щелочными пегматитами. Примером может служить одно из месторождений, приуроченное к массиву миаскитов, внедрившемуся в ядро палеозойской антиклинали. Последняя образована древними гранито-гнейсами, мраморами и амфиболитами. Строение массива миаскитов зональное, в ядре залегают миаскиты, которые к периферии сменяются щелочными сиенитами. По периферии его согласно с контактами пород залегают в виде полос тела щелочных пегматитов. Наиболее важны нефелин-полевошпатовые пегматиты, содержащие в виде акцессориев циркон, ильменит, альбит, магнетит, пирохлор, сфен и сульфиды (пирит, пирротин, молибденит). Содержание Nb2O5 в рудах колеблется от десятых долей процента до первых процентов.
Карбонатитовые месторождения
Карбонатитами называют группы существенно карбонатных пород, содержащих руды редких элементов (Ta, Nb, Ce, Th, Тr), пространственно и генетически связанных с массивами ультраосновных — щелочных пород. Это комплексные месторождения, из которых помимо редких элементов получают флогопит, апатит, магнетит, карбонатное сырье и др. Карбонатиты несомненно представляют собой наиболее перспективный тип ниобиевых месторождений; на их долю приходится 98,9% общих запасов ниобия. Подавляющее большинство карбонатитовых месторождений располагаются в краевых частях платформ или на стыках крупных разновозрастных структур [Гинзбург А. И., 1978]. Они контролируются зонами активизированных разломов и известны в Африке (75 массивов), СССР, Канаде (15), Бразилии (6), США (5). Наиболее крупные месторождения находятся в Бразилии (Барейро, Араша и Тапира).
Карбонатиты слагают центральные части (ядра) концентрически зональных массивов щелочных — ультраосновных пород, а также образуют группы радиальных и кольцевых тел в ядрах и окружающих породах. Тантал-ниобиевая минерализация связана с двумя типами карбонатитов: гатчеттолит-пирохлор-кальцитовыми и колумбит-бастнезитовыми. Во многих рудоносных массивах минерализация карбонатитов сформировалась в четыре стадии. Первая из них безрудная, характеризуется выделением крупнозернистых кальцитовых карбонатитов с авгитом, биотитом и апатитом. Во вторую стадию образуются пегматоидные кальцитовые карбонатиты с диопсидом или форстеритом, флогопитом, магнетитом, апатитом, а также ранним пирохлором и гатчеттолитом. В третью стадию выделяются мелкозернистые карбонатиты с амфиболом, флогопитом, магнетитом, апатитом и другими минералами, среди которых главное значение принадлежит пирохлору. В четвертую стадию возникают анкеритовые крупно- и мелкозернистые карбонатиты с флюоритом, апатитом и сульфидами тяжелых металлов, а также отлагаются карбонаты редких земель [А. А. Фролов, 1965 г.].
Редкометальные карбонатиты с пирохлором приурочены главным образом к центральным частям штокообразных тел карбонатитов, реже к их периферии. При этом отмечается горизонтальная зональность в размещении ассоциаций различных стадий минерализации или разных типов карбонатитов. В направлении от периферии к центру массивов комплексное тантал-ниобиевое оруденение сменяется существенно ниобиевым и, наконец, редкоземельным.
На распределение повышенных концентраций редкометальной минерализации внутри рудоносных карбонатитов большое влияние оказывают высокая пористость и благоприятный химический состав пироксеновых разностей пород. В целом среди карбонатитов выделяются гатчеттолитовые и пирохлоровые кальцитовые, гатчеттолит-апатит-магнетитовые руды и гатчеттолитовые альбититы, сопутствующие карбонатитам. Генезис карбонатитов не совсем ясен. Имеются факты, свидетельствующие о магматическом их происхождении (излияние карбонатов из действующих вулканов). В то же время отчетливые признаки метасоматоза свидетельствуют об образовании карбонатитов из надкритических гидротермальных растворов в постмагматический период формирования массивов ультраосновных — щелочных пород.
Контактово-метасоматические месторождения
В контактово-метасомэтических месторождениях минералы ниобия представлены коппитом (разновидность пирохлора, обогащенная цериевой группой редких земель). Примером таких месторождений является Баден в ФРГ, где упомянутый минерал, развитый в скарнах, ассоциирует с апатитом.
Высокотемпературные гидротермальные месторождения
Эти месторождения являются метасоматическими образованиями. Среди них выделяются полевошпатовые метасоматиты, обычно возникающие вдоль архейских разломов, подвергшихся активизации преимущественно в верхнепротерозойскую эпоху. Метасоматическому замещению, как правило, подвергаются породы алюмосиликатного состава — гнейсы, кристаллические сланцы, дайки гранитов и пегматиты. Метасоматические процессы нивелируют вмещающие породы, состав которых
приближается к щелочным гранитам и сиенитам. Рудоносные метасоматические образования представлены вытянутыми залежами со сложными сечениями, для которых характерны повышенные содержания флюорита, криолита и других фторсодержащих минералов. В рудах метасоматитов повышены содержания ниобия, тантала, циркония, редких земель, иногда бериллия. Содержание пяти окиси ниобия варьирует от 0,15 до 0,6% при отношении Nb/Ta порядка 10—12. Главный рудный минерал — танталсодержащий пирохлор, обогащенный редкими землями и свинцом.
К высокотемпературным гидротермальным образованиям также относятся зоны активизации в нефелиновых сиенитах преимущественно миаскитового ряда, несущие пирохлоровое и цирконовое оруденение. Отмеченная минерализация проявляется преимущественно в апикальной и приконтактовой частях массива сиенитов. Тантало-ниобаты ассоциируют с минералами фтора и цирконом. В главном минерале — пирохлоре, отношение Nb/Ta колеблется от 10 до 14. Содержание Ta2O5 0,02—0,05%. Запасы до 100 тыс. т. Связь с интрузивными породами не наблюдается.
Кора выветривания и связанные с ней делювиально-элювиальные россыпи
Значительная часть ниобия и тантала в капиталистических странах поступает из коры выветривания пегматитов и гранитов и связанных с ними делювиально-элювиальных россыпей. Наиболее крупные из них расположены в Нигерии, Заире и других странах. В ряде стран колумбит-танталит извлекается попутно из циркон-ильменитовых, монацитовых, оловоносных и других россыпей. Следует отметить, что минералы тантала и ниобия хрупки и переносятся не более чем на 1—2 км.