湖南省炎陵县东风稀土矿区风化壳特征及其找矿意义

龙首航，李 唐

（湖南省核工业地质局三0一大队，湖南 长沙 410000）

1 地质背景

湖南省炎陵县东风稀土矿区位于东风岩体内，东部为万洋山岩体、诸广山北体，南面为彭公庙岩体，岩浆活动频繁。该区处于华南加里东褶皱带资汝断隆的北缘，地质构造复杂，褶皱断裂发育，出露地层为古生界奥陶系、泥盆系及第四系。

2 岩体特征

东风岩体分布于东风乡及船形乡境内，出露面积43km2，走向近南北，延伸约15km，东西延伸较窄，约3公里。岩体侵入期次为加里东期第二阶段第一次侵入（γ32），岩体内部构造及脉岩不发育，仅发育一些小的裂隙节理构造。

岩体岩石呈灰色—浅灰色，似斑状结构，块状构造；斑晶为斜长石、钾长石。岩石主要由粒径2～9mm的自形—半自形板柱状钾长石、斜长石，它形石英，片状黑云母等相互紧密镶嵌组成，构成基质粗中粒花岗岩结构。

副矿物微量，主要为磷灰石、锆石等，分布在黑云母解理缝中。岩石中SiO2含量69.4%，Al2O3含量14%，Ti、Ca、Mg等氧化物含量低。

3 矿床特征

3.1 风化壳特征

（1）风化壳发育。东风岩体整体剥蚀程度中等；岩体北部及中部剥蚀程度比较强烈，地势上多为浑圆形小山包及比较低洼平坦地势，海拔一般在500m以下，相对高差多小于100m，岩石风化程度较高；岩体南部剥蚀程度较弱，地势海拔较高，山势陡峭，海拔多大于500m，相对高差一般为100m以上，岩石风化程度较弱；岩体东西两侧多为高山，海拔在600m以上，多为古生界地层及花岗岩。

（2）风化壳结构。风化壳是地球表层的岩石圈在大气圈、水圈、生物圈的影响下，经过长期的物理、化学、生物的风化作用形成的，有一定形体的松散壳层。由于母岩经受的风化程度不同，自上往下可将风化壳分为四层：腐殖层、残坡积层、全风化层、半风化层（见图1）。

（3）风化壳的矿物成分。腐殖层：本层以腐殖质、粘土为主，一般为 0-3.5m，不同地区厚度不同，植被发育地区较厚，山顶或植被相对不发育地区较薄或缺失，一般呈棕黄色或棕红色，可见植物根系，结构松散。

残坡积层：一般厚 1-3 m，本层以花岗岩风化残积坡为主，且各处厚度不一，一般山脊至山顶较薄有的甚至缺失，山坡至山脚变厚。岩层一般为棕黄色或棕红色，主要为粘土、砂土、可见少量花岗岩或砂岩、板岩碎块，结构较为松散。

图1 东风矿区风化壳

全风化层：厚度一般 10-30 m，最厚39 m。岩层一般棕红色、棕黄色或者褐黄色，主要成分为石英及长石、黑云母等矿物风化后形成的粘土、砂土等。岩层结构松散，湿度较小，局部接近地下水层的部分湿度较大，渗透性较好，解体后的长石（钾长石、斜长石）呈白色斑点，大小约2～5mm，高岭土化，形成粘土，呈土状光泽，手捏有滑感，手捏成形，表面粗糙；石英粒状灰白色或暗灰色，颗粒为1～3mm；黑云母已析出铁质呈锈色，部分已蚀变为白云母。

半风化层：全风化层下部为半风化层，其岩石颜色、结构构造特征与原岩差别不大，质地较松散，多数呈粒状至块状，长石多呈碎粒状，手捻不易呈碎末状，厚度不详。

（4）风化壳中稀土元素的含量与分布。根据工程样品分析结果统计，稀土氧化物的含量在垂直剖面上品位的变化有上下贫、中间富的特点，主要赋存于全风化层的中上部，稀土含量一般在0.03-0.248 %之间变化。

3.2 矿体特征

矿体呈层状、似层状产出，产状与全风化层基本一致，但矿体的规模要小于风化壳，有的能连续成片，有的被地形分割成单个矿块。矿体大部分被表土层覆盖，盖层厚度一般2～4m。矿体的底板随地形起伏而起伏，一般与地形坡向基本一致，但倾角比地形略为平缓，底板倾角山坡处稍陡，整个矿体坡度变化在15～35°之间。

3.3 矿石特征

矿石品位与花岗岩风化程度有关。化学分析测试结果表明，全风化层的稀土品位均高于半风化层的稀土品位，半风化层的稀土品位又高于基岩的稀土品位。

矿石中稀土元素主要以交换的阳离子形式吸附于粘土矿物表面；少量以类质同象或微包体方式分散于造岩矿物或副矿物中；部分呈独立矿物，磷钇矿、独居石等。矿石中钛、磷、铁等杂质含量较少，铁平均含量为4.09%，钛平均含量为0.64%，磷平均含量为0.05%。

4 成矿地质条件分析

（1）母岩稀土丰度。母岩稀土元素的丰度高低，直接影响能否在花岗岩风化壳中形成稀土矿床[1]，当具有同样有利的稀土赋存状态条件时，一般情况下，母岩稀土丰度值（稀土总量）越高，越有利于在风化壳中形成稀土矿床。根据研究资料加里东期、印支期及燕山期矿床（点）的基岩丰度值统计表明，其含矿母岩的RE2O3丰度值197～490ppm，平均为329ppm，这种基岩的丰度值对在风化壳形成离子型稀土矿床较有利。

（2）水介质条件。在风化壳不同的层位中，由于水的存在方式与水动力条件不同，稀土元素的迁移方向也是变化的。风化壳表层由于直接受大气降水的冲蚀和淋溶，沿地形斜坡方向的冲蚀又最强，不易于离子态的稀土存在与富集。在全风化层中，水以垂向运动为主，孔隙、裂隙水较发育，尤其是毛细孔隙水具有双向运动的特点，有利于稀土离子在全风化层中下部富集。此外，在本层中大量存在有吸附水、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CO2及游离O2较多，pH值较低（多在5～7范围内变化），使原来分散的稀土元素在风化壳的有利部位富集。

半风化层由于更远离地表，常位于潜水面以下，地下水沿潜水向低处运移，但其上部孔隙、裂隙水较活跃，水的运动仍以垂向为主，侧向运动次之。水质pH值与全风化层下部相似，并承接了全风化层淋滤下来的稀土，加之本层大部分长石已风化成粘土矿物，有利于吸附呈离子状态的稀土，故本层上部有利部位可能富集成矿。随着深度加大，风化程度降低，水溶液的酸度降低为碱性，因此，在半风化层下部及微风化层，由于被释放出来的稀土元素被水解形成氢氧化物胶体沉淀，不易被迁移富集，所以水介质对风化壳中的稀土元素的迁移，富集起着一定的控制作用。

（3）气候条件。该区属大陆中亚热带湿润季风型气候，常年气温较高，湿度也较大。根据化学动力学范荷甫规则指出，温度每升高10℃，化学反应速度约增加2～4倍，风化壳的化学作用强度随温度升高而加强；湿度增大，风化壳中阳离子浓度降低，淋滤作用加强。风化壳发育程度与降雨量和蒸发量等因素有关。

（4）新构造运动与地貌条件。晚第三纪和第四纪的新构造运动控制本区山丘、盆地不同地貌的分布，并对风化壳的形成与保留起着重要作用。此阶段形成的风化壳是我们主要找矿对象。新构造运动以上升为主的山区，风化壳剥蚀速度大于形成的速度，风化壳难以形成。

5 结论

具有高丰度稀土元素的母岩，在亚热带潮湿气候条件下，当新构造运动缓慢上升或相对稳定时期，低山丘陵地区的风化壳得以保存和增厚，随着物理及化学风化作用不断进行，易溶性稀土元素随雨水等介质迁移、沉淀、富集于全风化层，最后形成具有一定规模的花岗岩风化壳离子吸附型稀土矿床。