湘东南牛头坳地区稀土矿地质特征及找矿前景分析

刘邦定， 周立同， 谭仕敏， 刘峻峰

(湖南省地质调查院，湖南 长沙 410116)

牛头坳稀土矿区位于炎陵县下村乡，开展茶陵—宁冈地区矿产远景调查时，通过地质填图圈定了该矿区花岗岩风化层的分布范围及形态，利用剥土、浅井了解风化壳的厚度和矿化情况。介绍了该矿点的成矿地质特征及找矿前景，为今后该区的找矿预测提供科学依据。

1 区域地质概况

研究区处于南岭纬向构造岩浆岩带中段北缘，湘东南加里东褶皱隆起带的中部，万洋山—诸广山南北向构造岩浆岩带与炎陵—汝城新华夏系构造带的复合部位，是湖南“姑婆山式”花岗岩风化壳离子吸附型稀土矿资源找矿远景最有利的区段之一。

区内出露地层有震旦系、寒武系、奥陶系、泥盆系和石炭系。构造及岩浆活动强烈，加里东运动形成区内基底构造格架，表现为一系列近EW向断裂和褶皱；印支运动造就了一系列NE-NNE向断裂和褶皱；燕山运动形成NNE-近SN向断裂和褶皱；随这些区域性构造运动的深入和发展伴有强烈的岩浆活动。主要侵入体有万洋山岩体、诸广山岩体，尤其在燕山期岩浆活动强烈，致使大部分酸性岩浆岩形成了复式岩体，与之伴有较强的矿化作用，形成了丰富的矿产资源。

根据1∶25万水系沉积物测量资料显示，研究区位于万洋山岩体南部的La-Th-Li-Be-Nb异常区内以及W-Sn-Cu-REEII级自然重砂综合异常区内，成矿条件良好、找矿潜力巨大。

2 矿区地质特征

2.1 岩浆岩

研究区出露岩浆岩为万洋山岩体南西部中侏罗世侵入的下村花岗岩体(图1)，可划分为两个侵入次：中侏罗世第一侵入次(ηγJ2a)中粒斑状黑云母二长花岗岩，灰白色或红褐色，似斑状结构，块状构造。斑晶以长石为主，石英次之，斑晶含量15%～40%；基质为中粒或细中粒结构，主要成分为石英、长石，次为黑云母、角闪石。副矿物主要有磷钇矿、褐钇铌矿、锆石、石榴石、电气石等。岩石风化壳十分发育；中侏罗世第二侵入次(ηγJ2b)中细粒少斑状二云母二长花岗岩，灰白色或浅褐色，似斑状花岗结构，块状构造，岩石特征以斑晶少而小、粒度细、含有较多的白云母等矿物明显不同于ηγJ2a花岗岩，斑晶含量6%～12%，主要为钾长石，岩石中副矿物常见有锆石、磷灰石、磁铁矿等，次生蚀变一般具绢云母化、绿泥石化等。岩石地球化学的研究表明， SiO2多大于73%，K2O和REE含量高，K2O/Na2O比值、LREE/HREE大，Eu呈明显的负异常。岩石属高钾碱性-钙碱性岩系，铝饱和指数(A/CNK)多为0.91～1.03，主要属准铝质—微过铝质花岗岩。

2.2 地层

区内地层仅见出露少量寒武-奥陶系爵山沟组(∈Oj)，为一套深灰色厚层、巨厚层状角岩化细粒石英砂岩夹深灰色板岩、砂质板岩，角岩化强烈。

2.3 构造

区内发育有北西向(F1和F2)和北东向(F3)2组断裂构造。其中F1分布于研究区南西侧，为一张扭性平移断裂，走向300°～320°，倾向北东，倾角60°～75°，沿断层走向可见0.5～2 m宽的硅化破碎带，由构造角砾岩及热液石英岩等组成，破碎带中见硅化、绿泥石化、绢云母化等蚀变，局部见黄铁矿化。F3分布于研究区北西侧，断层走向40°～55°，倾角60°～70°，沿断层走向可见0.3～1.5 m宽的硅化破碎带，由构造角砾岩及热液石英岩等组成，挤压片理发育，局部地段可见糜棱岩，破碎带中见硅化、绿泥石化、绢云母化等蚀变，局部见黄铁矿化。此外，研究区岩体内裂隙较发育，大致可分NEE向NNE向和NW向三组，倾角40°～60°，倾向不定。多为长石、伟晶岩及绢云母或石英脉所充填，裂隙密集地段可达10条/米。

图1 牛头坳稀土矿地质略图

2.4 围岩蚀变

研究区岩石蚀变十分普遍，蚀变程度高，种类多。主要有钾长石化、钠长石化、云英岩化、高岭土化、绿泥石化、绢云母化等。其中钾长石化、高岭土化、绿泥石化等与矿化关系密切。围岩中角岩化发育强烈，围绕花岗岩体外接触带分布。

3 矿体特征

3.1 风化壳特征

离子吸附型稀土矿均赋存于花岗岩体表层风化壳中，矿体在所有风化壳中均有产出，但主要富集于全风化层中，其次为半风化层。矿体形态、产状受风化壳控制，并随风化壳起伏而变化。研究区花岗岩风化壳十分发育，厚度一般3～15 m，局部山顶处超过20 m，山顶缓坡处较厚，山脚处减薄。根据野外地质特征，风化壳结构模式自上而下可划分为五层：

①腐植层(A)：暗褐色，含多量的植物根茎。主要由黏土、石英及腐植质组成。厚0～0.5 m。

②残坡积层(B)：土黄-砖红色，主要由黏土、石英及少量岩石碎块及植物残骸组成。结构疏松，厚0.3～1 m，山坡和低凹处较厚，山顶山脊较薄。

③全风化层(C)：土黄-褐色，由石英、长石、云母和黏土组成，长石含量由上自下含量显著增多。结构疏松，多孔易碎。为矿体的主要赋存层位，厚度一般3～8 m，局部超过10 m，与下部半风化层呈渐变过渡关系。

④半风化层(D)：风化程度较低，结构较紧密，基本保留原岩结构特征。厚度变化较大，一般0.5～5 m。长石部分黏土化，黏土矿物含量低于30%，该层为矿体的次要赋存层位。

⑤基岩(E)：中侏罗世第一侵入次(ηγJ2a)中粒斑状黑云母二长花岗岩，未风化。

3.2 矿(化)体形态产状及规模

通过矿产检查工作得知，矿区稀土矿(化)体主要赋存于下村岩体中侏罗世第一侵入次(ηγJ2a)中粒斑状黑云母二长花岗岩风化壳中，呈波状盖于微风化基岩之上，与全风化层的形态基本一致，呈层状、似层状产出，厚度一般3～8 m。已初步圈定的矿体2处，总面积约9 km2，呈似层状，成片连续产出，矿体形态简单-较简单，矿体厚度稳定-较稳定，矿化较连续。初步估算∑REE资源量达4.34万吨，矿体平均品位分别为0.101%、0.069%，达到了中型规模。

3.3 稀土元素配分特征

工作区共采取了5组样送国土资源部长沙矿产资源监督检测中心对稀土元素总量和分量进行了分析，其结果稀土总量ω(∑REE)为0.035%～0.103%，平均0.056%；∑CeO2/∑Y2O3的比值为0.91～9.72。∑CeO282.6%～90.7%，主要属轻稀土组(LREE)强铈族型(ICe>75%)。

4 成矿地质条件分析

风化壳离子吸附型稀土矿是富含稀土元素的花岗岩在近代表生作用形成的风化壳中，其稀土元素呈离子状态吸附于风化壳黏土矿物(高岭石、埃洛石等)表面，并经次生富集而形成的产物。区内构造、岩浆活动频繁且强烈，万洋山岩体为复式岩体，富含稀土元素，为该区离子吸附型稀土矿成矿提供了丰富的物质基础。

4.1 成矿母岩特征

花岗岩作为成矿唯一母岩，其本身稀土元素含量的高低直接控制了是否能形成矿床，其出露情况也控制了该类型矿床的分布。研究区成矿母岩万洋山岩体为多期次侵入的复式花岗岩体，岩石类型以黑云母二长花岗岩-二云母二长花岗岩为主，岩石属高钾碱性-钙碱性岩系、准铝质-微过铝质花岗岩。其岩石稀土元素总量中等偏高，轻重稀土比值(∑Ce/∑Y)较大，(Ce/Yb)n比值大于3.5，具轻稀土富集型特点。从成矿母岩特征可以看出，该区花岗岩出露面积大且稀土元素含量较高，对离子吸附型稀土矿成矿有利。

4.2 地形地貌特征

根据离子吸附型稀土矿勘查经验表明地形起伏小比起伏大、缓坡比陡坡、宽阔山头比狭窄山头、山脊比山坳、山顶比山腰、山腰比山脚更有利于成矿。该区为丘陵-缓坡中低山地貌，山脊方向多为北东或近南北走向，局部地形多为起伏小、坡度缓、山头宽阔的地貌，地形坡度一般15°～25°，有利于风化壳的发育。

4.3 构造与成矿的关系

该区含矿岩体居于北西向和北东向区域构造体系的复合部位及其附近，构造作用促进了岩体(或其部分)的分异演化、自交代作用及其次生富集作用，使成矿母岩具有富稀土元素的特征。另外，多期次多阶段的构造运动，使岩体内裂隙构造异常发育，有利于地表水下渗和地下水循环，加强了岩体的风化作用，使稀土元素的运移和富集明显加快，对矿层的形成有着及其重要的促进作用。

4.4 风化壳水介质条件与成矿的关系

稀土元素的迁移富集离不开水介质作用。该区气候温暖湿润，降水适宜，地下水丰富，多呈弱酸-近中性介质条件(pH值4～7)，这种酸碱度使稀土元素更容易与HCO3-等酸根结合成络合物形式，经迁移、分异在风化壳有利部位形成次生富集，对成矿十分有利。

4.5 成矿模式

该区花岗岩体的侵入为成矿提供了物质基础，第四纪地壳上升，岩体裸露地表，在湿热的气候条件下，当介质水pH=4～7之间时，花岗岩中易溶的稀土矿物、长石及云母等矿物解离风化释放出稀土元素，它们迁移、沉淀、吸附富集，在有利地形条件下形成矿体。其成矿模式如图2。

图2 牛头坳地区“姑婆山式”稀土矿成矿模式图

1—第四系；2—燕山期花岗岩；3—全风化斑状黑云母花岗岩；4—半风化斑状黑云花岗岩；5—斑状黑云母花岗岩；6—全风化层中的稀土矿体；7—半风化层中的稀土矿体；8—大气降水渗透

4.6 矿床成因

该区中侏罗世黑云母二长花岗岩作为稀土矿的成矿母岩，由于强烈的表生风化作用，使原岩的稀土元素在风化壳中得以富集，从而形成稀土矿床。按稀土元素的赋存状态，其矿床成因及工业类型属花岗岩风化壳离子吸附型稀土矿床。

5 找矿前景分析

研究区处于湘南南岭纬向构造带和罗霄山脉-诸广山南北向构造带中，岩浆活动强烈，裂隙构造发育，围岩中侏罗世黑云母二长花岗岩中富含稀土元素，为该区离子吸附型稀土成矿提供了丰富的物质基础。

该区成矿区带归属于Ⅲ-83-①南岭东段W-Sn-Mo-Be-REE-Pb-Zn-Au成矿亚带→Ⅳ-20万洋山-诸广山钨锡多金属稀土成矿区→Ⅴ-11万洋山稀土成矿区，其成矿系列属于南岭与燕山期中浅成花岗岩类有关的REE、稀有、有色金属及U矿床成矿系列，湘粤桂西拗陷区与燕山期花岗岩有关的W-Sn-Nb-Ta-Be-Mo-Pb-Zn萤石矿床成矿亚系列，属“姑婆山式”风化壳离子吸附型稀土矿床。研究区所在的Ⅴ-11万洋山稀土成矿区预测稀土资源潜力达20万吨，该区具有较好的花岗岩风化壳离子吸附型稀土矿的找矿前景。