湘东南离子吸附型稀土成矿地质条件和找矿

申锡坤

(中国建筑材料工业地质勘查中心湖南总队，湖南 株洲 412011)

随着科学技术的发展，人们逐渐认识了稀土的性质，使其应用领域日益广泛，用量逐渐增大，如冶金、石油、玻璃陶瓷、电器、原子能等领域，稀土资源是21世纪国防工业发展的重要战略物质。

笔者曾于2011年在湘东南进行稀土找矿，通过实际工作及对相关资料的分析，对湘东南离子吸附型稀土成矿地质条件和找矿进行探讨。

1 区域地质背景

湘东南系江西怀玉山稀土成矿带的西延部分，南与粤北稀土成矿带相毗邻，属南岭成矿带东段，其大地构造位置处于陵(炎陵县)—汝(汝城县)南北向隆起带。隆起带最主要的是一系列复式岩体，主要有加里东期万洋山、东风、东洛、彭公庙等黑云母二长花岗岩，桂东花岗闪长岩，燕山早期诸广山、下村黑云母花岗岩等岩体，共同构成隆起带的主体，充填于由震旦系、寒武系组成的复式背斜中，总体呈南北伸展。

炎陵—汝城一线由古生界组成的复背斜、复向斜及断裂带，都呈南北走向紧密线性展布。

2 岩浆岩及其与稀土矿的关系

2.1 岩浆岩的时代与分布

湘东南岩浆岩发育，各类岩体出露面积2210km2，岩性各异，侵入时代不尽相同。加里东期岩浆活动频繁，主要有彭公庙、万洋山、东风、桂东及东洛等岩体，面积1500km2。其岩石特征见表1。

燕山早期岩浆活动是湖南省内岩浆活动最繁盛时期，其中燕山早期岩体与稀土成矿密切，由诸广山、下村等岩体组成，区内出露面积710km2。其岩石特征见表2。

表1 加里东期花岗岩岩石特征

表2 燕山早期花岗岩岩石特征

岩体副矿物：独居石、磷钇矿、褐帘石，岩石稀土元素丰度值240～490×10-6。

2.2 岩浆岩与稀土矿的关系

加里东期含矿岩体主要为黑云母二长花岗岩，其次为花岗闪长岩、花岗岩；燕山早期含矿岩体主要为黑云母花岗岩。不同时代的含矿岩体岩石化学成分见表3，不同类型的岩石化学成分见表4。

表3 各时代岩体化学成分(%)

表4 不同类型的岩石化学成分(%)

表3、表4说明各类岩体K2O＞Na2O，属铝过饱和系列，为钙碱性的酸性—中酸性岩类。岩石中含有大量的钾长石、斜长石，矿物粒度较大，易风化成弱酸性含大量粘土的硅铝质风化壳，有利于吸附稀土离子。各种类型岩石中普遍含有独居石、褐帘石、磷钇矿、褐钇铌矿等稀土矿物，为离子吸附型稀土成矿提供了物质基础。

3 矿床地质特征

3.1 风化壳类型

离子型稀土矿产于风化壳中，岩体在风化壳中裸露情况可分全复式、裸脚式、半裸式和裸露式(残留式)等类型。

(1)全复式：岩体风化壳发育，岩体几乎被风化壳所覆盖，极少有基岩裸露，在较宽缓的沟谷发育第四系沉积物，风化壳区直接与第四系沉积区相接壤。该类型岩体多处在低丘地貌地带。

(2)裸脚式：主要特征是山脚部位常有基岩出露，而其他地貌部分有风化壳覆盖，沟谷中的第四系与风化壳不直接接触。往往呈现由风化壳→基岩→第四系变化。低中山地区多属该类风化壳。

(3)半裸式：主要特征是山脚、山头及较陡山坡中部及其附近往往有基岩裸露，在同一地貌单元中风化壳不连续。一般半裸式风化壳分布在高丘地貌地带。

(4)裸露式：主要特征是除岩体局部较缓的部位有薄的残留风化壳之外，岩体绝大部分基岩出露地表，裸露式风化壳多分布在低山地貌区。

3.2 风化壳剖面发育特征

根据岩体风化程度、岩体结构、构造的保留程度，从地表至深部可分为：强风化层(A层)、弱风化层(B层)、微风化层(C)。

(1)强风化层：该层由花岗岩类岩石风化之后，原岩中大量铝硅酸性矿物解离，一般以高岭土为主，其颜色随岩性的不同而变化，一般多为灰白色、肉红色、麻灰色。在强风化层顶部有由腐殖土或红土组成的表土层。矿物成分主要由高岭石、7A埃洛石、伊利石等粘土矿物和石英组成。一般结构松散，呈土状，手捻易碎有砂感。该层为稀土元素主要富集层。

(2)弱风化层：位于强风化层之下，呈灰白色、浅褐黄色等，呈松散土状，但基本上仍保留了花岗结构构造。该带中大部分长石和云母已经解体，转变为高岭石和7A埃洛石，其中斜长石转变速度最快。

(3)微风化层：基本上保持了原岩的结构构造特征，岩石呈半松散的块状。黑云母开始褪色，部分铁质排出，使岩石呈褐红色等。长石、云母开始水化，部分向高岭石类矿物转变。微风化层与下伏原岩呈过渡关系。

3.3 矿物组合和化学组分

据X-射线衍射资料，在风化过程中，高岭石类矿物集中分布于弱风化层之上，而相应的在这个阶段长石类矿物大量减少，证明含矿风化剖面中高岭石类矿物主要由长石风化而来。强风化层、弱风化层矿物组合基本相同，仅矿物含量有所不同(见表5)。

风化壳化学成分见及含量见表6。

表5 风化层主要矿物组成(%)

表6 风化壳与基岩化学成分(%)

4 成矿地质条件

花岗岩风化壳离子吸附型稀土矿的形成主要受内生和表生成矿条件的制约。原岩稀土元素丰度及赋存状态是不可缺少的内在条件，适宜的气候、地貌和水介质(pH值)是稀土元素富集的外生条件，二者缺一不可。

4.1 内生成矿条件

原岩稀土元素(RE2O3)丰度是稀土成矿物质来源基础，RE2O3高低直接影响到稀土元素在风化壳中能否富集成矿。据湖南省21个岩体ω(REO)丰度值统计资料，其丰度值为220～490×10-6。

原岩稀土元素赋存状态：当母岩RE2O3丰度值相同，其他形成条件相近时，母岩中易风化稀土矿物含量越高越有利于离子吸附型稀土矿的形成。

稀土元素在花岗岩岩体中主要以稀土矿物型及类质同象型两种形式存在，湖南省花岗岩中普遍含有褐帘石、褐钇铌矿、独居石、磷钇矿等。原岩中稀土元素除少量赋存在造岩矿物和副矿物中外，大多数赋存在稀土矿物中，且多呈上述独立稀土矿物形式存在。其中褐帘石虽本身含稀土不高，但由于在岩体中普遍含量高，且褐帘石易于在表生地质作用下风化解体释出稀土阳离子，为稀土成矿提供了物质来源，是湖南省稀土成矿的重要矿物。

4.2 外生成矿条件

(1)水介质条件。

岩石的风化、稀土元素的迁移富集都与水介质条件密切相关。在风化壳不同的层位中，水的存在和水的动力条件不同，稀土元素的迁移方向也是变化的。

强风化层顶部的表土层，直接受大气降水的冲蚀和淋滤，沿地形斜坡方向的冲蚀最强，不利于离子态的稀土存在与富集。

在强风化层中上部，孔隙、裂隙水较发育，为稀土元素的迁移富集提供了有利条件。且在本层中有大量吸附水、毛细水与薄膜水的水介质环境，这些水与空气接触溶解大气中的CO2及游离O2较多，pH值较低(多为5～7)，使原来分散的稀土元素在风化壳的有利部位富集。

弱风化层长位于潜水面以下，地下水沿潜水向低处运移，但其上部孔隙、裂隙水较活跃，水仍以垂向为主，侧向运动次之。水质pH值与强风化层下部相似，并承接了全风化层淋滤下来的稀土，因而本层上部有利部位有富集成矿的可能。

(2)风化壳发育和保存条件。

诸广山—万洋山一带属大陆中亚热带湿润季风气候，宜于植被发育生长，有利于物理、化学风化作用的进行，对于花岗岩类风化壳的形成有利。

气候对于风化壳的形成具有决定性意义。但要使风化壳得到较完整发育，除了气候条件以外，还和地形条件有着密切的关系，它要求不能有强烈剥蚀作用及强烈的堆积作用。

当风化壳剥蚀速度大于形成速度，则已形成的风化壳厚度被剥蚀。以沉降为主的盆地，由于沉积物覆盖，花岗岩风化壳不能露出地表，唯有在新构造活动相对稳定时期或缓慢上升阶段，剥蚀速度小于风化速度，在低山丘陵区风化壳才有利于形成和增厚。

5 成矿规律及找矿方向

前述可知，离子吸附型稀土矿的形成除气候条件外，还与成矿母岩的岩石类型密切相关，其在湖南省内的成矿母岩均为酸性—中酸性岩浆岩，是最有利的成矿母岩。该类岩石一般的稀土丰度值较高，最低240×10-6，最高490×10-6，花岗岩类岩石含有大量长石和少量石英，矿物颗粒较大，易风化形成弱酸性含大量粘土矿物的硅铝质风化壳，有利于吸附稀土阳离子，且岩石含铁镁成分较少，形成正电荷的矿物少，对稀土吸附较有利。

万洋山—诸广山处于南岭成矿带的东段，构造活动强烈，岩体有加里东期、燕山早期，呈南北向分布。岩体属铝过饱和系列，酸性岩类，今后可对万洋山、东风、诸广山和下村等岩体开展找矿工作。