福建宁化城南稀土矿特征及成矿规律分析

陈荣国 （福建省闽西地质大队，福建 厦门361012）

宁化城南稀土矿位于闽西北隆起带与闽西南坳陷带交接部位，处在宁化－南平北东东向构造岩浆带与光泽－武平北北东向断裂带交汇部位［1］。区内加里东中晚期岩浆活动强烈，大面积出露宁化复式岩体。区域上褶皱构造发育，经历加里东、华力西－印支、燕山等构造运动，总体构造线呈北东向展布。断裂构造主要围绕岩体或穿切岩体成群出现，并形成明显构造破碎带，主要断裂有北北东向、北东向、北西向等3组。具有寻找稀土矿床极为有利的成矿地质背景。

1 矿床特征

矿床赋存于岩体的风化壳中，尤其是全风化层。矿体分布均受到岩石风化程度及地形地貌的制约。在低矮平缓山包或山脊部位风化壳厚度大，稀土含量较高，往往构成工业矿体；在山坡或沟谷风化壳厚度小，多为贫矿或非矿体。矿体形态随着山脊宽窄与弯曲变化而变化。

1.1 矿体特征

共圈39个矿体，延展面积0.025～0.93km2，规模大于0.1km2的矿体25个，其中最大为26号矿体，长1975m，最宽850m，面积0.93km2；铅直厚度0～10.36m，平均铅直厚度3.45m。最小18－2号矿体，长210m，宽120m。矿体厚度一般0～12.32m，最厚达17.29m，各矿体平均厚度在0.72～7.45m间，矿床平均厚度3.46m。厚度变化系数9.38%～57.94%，平均40.20%，属稳定类型。

矿体在平面上形态因风化壳遭受地表迳流冲刷切割，常呈不连续展布，其主要形态多呈长条状、港湾状、不规则状等；在剖面上形态总体随地形起伏呈似层状产出。

矿体产状随地形变化而变化，其倾角基本与地形坡角相同，沿山脊矿体倾斜较缓，一般5～15°，沿山坡矿体倾斜变陡，多数10～25°，平均倾角约15°。矿体出露标高一般为330～410m，最高473.1m，最低310m，绝大多数矿体位于当地侵蚀基准面以上。

1.2 矿石质量

1）结构构造及物质组分 ①矿石结构构造。矿石主要为全风化型，少数为半风化型。矿石结构松散，多呈砂土状、松散状或粉末状。②矿石的矿物成分。主要由高岭石、埃洛石、水云母等粘土矿物和少量副矿物组成。③矿石主要化学成分。SiO270.85%、TiO20.48%、Al2O313.44%、Fe2O30.78%、FeO 2.81%、MnO 0.05%、MgO 1.01%、CaO 1.35%、K2O 4.52%、Na2O 3.25%、P2O52.1%、灼减0.86%［2］。碱性度分异指数低，与中国花岗岩相比属于过饱和花岗岩。矿石中稀土元素含量偏高，ΣREE （Rare Earth Element，稀土元素）为280.72mg／L。轻、重稀土比值 （LREE／HREE）达3.97。

2）稀土元素含量及其变化特征 ①稀土元素含量。矿石中的有益组分为稀土元素，REO（rareearthoxide，稀土元素氧化物）一般为0.05%～0.20%，单样最高品位0.347%，最低品位0.015%；单工程平均品位最高为0.143%，最低0.050%；单矿体平均品位在0.083%～0.114%之间，矿床平均品位0.099%。矿石中离子相稀土浸取率总趋势随着矿石的REO增高而提高。如表1所示，4个矿体的平均浸取率在40.79%～71.92%；其中各品位区间各矿体的浸取率也有差异。②REO在水平方向上的变化。经统计，30个工程密度控制较高的矿体品位变化系数在14.87%～58.40%，平均品位变化系数为28.98%，属于均匀类型。REO在垂向上的变化，矿化主要富集于全风化层的中上部，少数富集于下部。总体矿化形式是上贫－中富－下贫。地表及上部REO多数为0.05%～0.08%；往下2～10m，REO出现最高值，达到0.1%～0.2%；到12～15m以后，绝大部分REO渐变为0.05%以下，甚至接近基岩。

表1 稀土矿石离子相率统计一览表

3）稀土元素配分类型 稀土元素配分采用 “二组分”所做配分值，区内18个矿体轻稀土主要元素含量如下：La2O3（109.99～205.20）×10－6，平均144.20×10－6；CeO2（121.38～205.30）×10－6，平均161.20×10－6；Nd2O3（95.80～155.77）×10－6，平均123.40×10－6；重稀土主要元素含量 Y2O3（95.33～293.61）×10－6，平均170.10×10－6；各矿体轻、重稀土元素含量比值 （LREE／HREE）为1.03～3.00，平均1.93，属轻稀土富集型。Eu配分值比值在0.4749%～0.7775%，平均0.7500%，属中等；Y含量在16.160%～33.511%，平均22.244%，属中等；（Sm＋Eu＋Gd）含量在6.4965%～8.7645%，平均7.5470%，属低中等。综上所述，该稀土矿床属低中二中型。

4）矿石稀土元素的分布模式 区内18个矿体稀土元素分布模式有以下特点：①各矿体矿石的稀土元素分布模式曲线都呈向右倾，出现了明显的Ce的负异常，Ce强烈亏损是由于风化壳最上部Ce3＋易氧化成Ce4＋，在地表弱酸条件下极易用发生水解作用而滞留原地，使淋滤出的溶液中贫Ce，形成Ce负异常 （δCe值在0.422～0.850之间，平均0.537，均小于1）。②δEu反映Eu异常的程度。Eu属变价元素，在自然条件下呈Eu3＋，在还原条件下部分Eu3＋还原为Eu2＋，因碱性度整体差别较大发生分离，造成在REE球粒陨石标准化图解中Eu位置出现 “谷”值，δEu值在0.356～0.588之间，平均0.492，为负异常，说明δEu为亏损而呈现 “V”字型 （由宽缓到尖锐－亏损趋势）。④指示稀土元素之间富集程度和分馏程度的N（La／Yb）值在4.405～15.423，平均9.182；N（La／Yb）值＞1，说明岩体中稀土元素分异较显著。⑤指示轻稀土之间富集程度和分馏程度的N（La／Sm）值在2.843～3.769，平均3.345；N（La／Sm）值＞1，说明各矿体矿石中的富集程度和分馏程度高。⑥指示重稀土之间的富集程度和分馏程度的N（Sm／Nd）值在0.591～0.811，平均0.676；花岗岩为1.17，说明各矿体矿石中的富集程度和分馏程度低于原岩。

1.3 矿石类型

矿石呈土黄、褐红色。结构松散，具砂土状、粉末状，长石均彻底风化成高岭石、埃洛石和水云母等；半风化层下部虽可见部份保留原生长石外形，但手捏呈粉末或砂土状。其自然类型为花岗岩全风化型稀土矿石；根据矿石自然类型组合特征和稀土赋存在状态及工业利用 （采、选、冶）加工技术性能，其工业类型为风化壳离子吸附型稀土矿石。矿石湿度较大，渗透性能较好，属易选矿石。

1.4 矿床成因

稀土矿床赋存于二长花岗岩风化壳中。矿体由花岗岩中原生的稀土矿物和含稀土矿物经风化淋滤，稀土元素以离子状态进入弱酸的孔 （裂）隙水中；而造岩矿物长石、黑云母等因风化作用而形成多水高岭土、埃洛石、水云母等粘土矿物，对孔 （裂）隙水中渗透的稀土离子进行吸附或置换，粘土矿物为稀土离子的吸附剂或主要载体。在风化剥蚀向深部发展演化过程中，稀土元素逐渐在风化壳中富集形成风化壳离子吸附型稀土矿床。故该矿床成因属花岗岩风化壳离子吸附型稀土矿床。

2 成矿规律

2.1 在时间上

风化壳离子吸附型稀土矿床，是矿源岩在风化作用下，将稀土元素吸附富集形成矿床，风化作用一般发生在第四纪［3］。该区矿源岩主要为宁化复式岩体，分布面积大，其岩性为肉红色似斑状中－粗粒黑云母二长花岗岩。成矿母岩的成岩年龄在400～422Ma，为加里东晚期，时代属志留纪。其主要特点是岩石分析值一般高于地壳平均丰度2～5倍。

2.2 在空间上

矿区位于宁化－南平北东东向构造岩浆带中；处于福建省重要的离子吸附型稀土矿成矿带光泽－武平Ⅲ1级成矿带重点找矿靶区的Ⅳ2级成矿远景区内。宁化地区花岗岩集中在加里东晚期，离子吸附型矿床均有广泛分布。矿床在空间上主要表现为稀土元素在全风化层中的分布总体较为均匀，在平面上往往具有成区带集中分布的特点；但在垂向上，不同部位稀土矿化程度显示有规律的变化：全风化层的中上部矿石品位相对较高，形成矿体上、下贫，中间富的分层富集的特点。

3.3 矿床形成与地形地貌关系

离子吸附型矿床的形成与地形地貌关系密切，含矿花岗岩只有经过风化作用富集才有可能形成离子吸附型矿床。风化壳在地表遭受强烈迳流冲刷、剥蚀与切割作用下，形成宽缓低山丘陵地貌，从而促使深厚的残积风化壳普遍较完整地保存下来，一般海拔标高在330～410m有利于风化壳离子吸附型稀土矿床的形成，以海拔350～380m最为有利。低矮平缓的山丘风化壳的保存较完整，矿体厚度较大、矿石品位较高，往往易形成具有较大规模的矿床［3］。这是寻找此类矿床典型标志之一。

3.4 成矿物质来源

该区加里东期似斑状中－粗粒黑云母二长花岗岩为稀土矿成矿母岩。据研究，该区稀土元素主要来源于独居石、磷钇矿、褐帘石、褐钇铌矿、氟铈矿、氟碳钙铈矿等独立矿物和含稀土矿物，少部分来自于类质同象。由于岩浆构造多次活动及各种地质应力的相互作用，促使岩体不断被剥蚀而裸露地表，直至第四纪新构造运动控制的丘陵低山地带形成硅铝粘土质型风化壳。在表生作用下，对地表岩石物理化学风化十分有利。如温暖潮湿、植被发育的气候环境和适宜的pH值 （5.6～6.5）［3］水介质环境下，加速了岩体物理和化学风化，造成岩石中造岩矿物斜长石、钾长石等形成粘土矿物类，它们成为稀土的主要载体或吸附剂；而岩石中稀土矿物等随之解体转为呈稀土离子状态随地表水逐渐地向下迁移至深部被粘土矿物类所吸附，停留在风化壳中，不断次生富集。同时稀土元素被粘土矿物吸附的能力随原子序数的增加和半径的减少而减弱［4］（如Ce被吸附的能力大于Y）；因此对稀土阳离子的吸附能力大小还取决于粘土矿物种类，当粘土矿物以埃洛石、多水高岭石为主时，其吸附容量最大，则常可富集形成品位较高的离子吸附型稀土矿床。

3 成矿预测

宁化境内加里东期岩浆活动十分强烈，以晚期为主，大面积出露富含稀土元素的花岗岩。以宁化县城为中心，南至铁树坪一带，北经中沙、下伊、河龙、营上至增坑一带。主要分布宁化复式岩体 （伍家坊、大坪、连屋、下沙4个岩体）、和尚庄岩体和营上复式岩体 （由连塘、增坑、朱地、砂锅4个岩体）、江头复式岩体 （茶垣、上坪岩体）等。这些岩体不仅处于同一构造单元，且均具有如下特点：①形态呈不规则长条状或椭圆状；②具不明显的相带，主要是中心相和过渡相，边缘相分布局限且不连续；③同属S型花岗岩；④分布面积多超过300km2；⑤岩性以片麻状似斑状中－粗粒二长花岗岩为主；⑥具有相近成岩年龄，如宁化复式岩体在400～422Ma，营上朱地岩体433.9Ma［3］，时代均属志留纪。此外，其岩石的矿物特征、岩石地球化学特征基本相似。该区自第四纪即处于温暖潮湿气候环境和风化剥蚀状态，具有良好的离子吸附型稀土矿床成矿地质背景和条件。目前区内已探明城南矿区1处中型稀土矿床，以及多处小型稀土矿床和矿点。因此，对宁化境内花岗岩，尤其以丘陵地区的加里东期片麻状似斑状中－粗粒二长花岗岩的风化区域，进一步寻找离子吸附型稀土矿床，必将扩大宁化离子吸附型稀土矿床远景并取得新突破。值得一提的是，该类矿床具有规模大、矿石品位较高、找矿标志明显、开采容易、选矿简单 （原地浸提法）、成本低等特点，具有较好的经济效益。

对王方权高级工程师在论文写作中的指导表示感谢！