江西石城地区双峰式变火山岩稀土矿地质特征及找矿预测

吴明珠，郭家松，陈新卫，郑俊鹏

（江西有色地质勘查二队，江西 赣州 341000）

0 引 言

稀土元素素有“工业味精”的美誉，是公认新兴产业发展的战略性资源[1]。 离子吸附型稀土矿是江西独具特色的优势矿产，在赣南开采的离子吸附型稀土矿床的成矿母岩均为花岗岩，近几年在变质岩风化壳中也发现了离子吸附型稀土矿。 在开展“江西宁都河源—石城海罗岭锡、锂多金属矿整装勘查区矿产调查与找矿预测”中，发现在石城地区南华系万源岩组下部双峰式变火山岩风化壳中富含离子吸附型稀土，这类成矿母岩的发现丰富了区内成矿母岩的类型，拓宽了找矿方向[2]。 目前，国内外对花岗岩风化壳离子吸附型稀土矿成矿母岩研究程度较高，积累了丰富的成果资料[3]，对变质岩风化壳离子吸附型稀土矿也有相关研究报道。石城地区双峰式变火山岩离子吸附型稀土矿床与早些在安远孔田地区变质岩中发现的稀土矿有相似之处，两者形成时代均为南华系，同为中深变质岩，不同的是双峰式变火山岩稀土矿变质原岩为火山岩，岩性为变玄武岩、变流纹英安质凝灰片岩，安远孔田地区变质岩型稀土矿原岩为沉积岩，变质岩以片岩、变粒岩和片麻岩夹变余长石石英砂岩为主[4]。 双峰式变火山岩稀土矿赋矿层位与花岗岩型、变质岩型稀土矿同为风化壳，但花岗岩型、变质岩型稀土矿主要赋存于风化壳的全风化层，而石城地区双峰式变火山岩稀土矿赋存于全风化-半风化层，且半风化层的稀土品位明显高于全风化层，半风化层为其最主要的赋矿层位。本文试图从双峰式变火山岩风化壳特征、稀土配分及成矿条件等方面分析稀土矿床成矿地质特征，评价资源潜力，为寻找双峰式变火山岩类型的稀土矿提供参考。

1 成矿背景

研究区位于华夏造山系武夷地块变质基底杂岩中西部，武夷山西坡多金属成矿带的中南段与南岭成矿带的东段结合部位[5]，见图1。

图1 石城地区区域地质简图注：1.第四系；2.白垩纪周田组；3.白垩纪茅店组；4.侏罗纪水北组；5.南华纪万源岩组；6.青白口纪周潭岩组；7.前震旦系二岩段；8.前震旦系一岩段；9.似斑状黑云二长花岗岩；10.细粒黑云二长花岗岩；11.伟晶岩；12.花岗斑岩；13.石英脉；14.花岗岩；15.断层；16.片理化带。

研究区发育新-古元古代的前震旦系（AnZ）、周潭(岩)组（Pt2-3z）、南华系万源岩组（Nh1w）、白垩系赣州群周田组（K2z）和茅店组（K2m）地层。前震旦系（AnZ）为区内最老的基底地层，为一套中浅变质的海相火山岩建造和砂泥、硅质复理石建造，主要岩性为白云片岩、二云片岩、石英片岩、透闪透辉石岩、石英岩、黑云斜长变粒岩等；周潭(岩)组（Pt2-3z）为一套浅海相复理石建造，经区域变质及加里东期混合岩化作用，形成一套片岩、片麻岩、变粒岩、混合岩、片麻状花岗岩组合；万源岩组（Nh1w）为一套陆源海相泥石质复理石夹火山岩沉积，主体岩性为石榴石黑云斜长变粒岩，矽线石斜长变粒岩夹矽线石二云片岩、矽线石黑云片岩及少许黑云二长片麻岩[6]，下部发育一套富轻稀土变火山岩（碎屑）建造；区域盖层较新，有白垩系赣州群周田组 （K2z）、茅店组（K2m）地层，均为内陆盆地砾岩、砂砾岩、砂岩与粉砂岩、泥岩沉积；第四系为现代河流冲积相残坡堆积。

岩浆岩为早志留世及晚侏罗世中酸性侵入岩为主。 区内北东及南西部，出露早志留世中粗粒似斑状黑云母花岗岩、中细粒似斑状黑云母二长花岗岩，岩体内部定向组构较发育，与断裂走向基本一致，说明岩浆的侵位受断裂控制。 岩体与万源岩组围岩呈明显的侵入关系，侵入面呈舒缓波状、外倾，倾角一般40°～70°，围岩接触变质现象明显，但变化程度较弱[7]。 区内东部出露晚侏罗世中细粒少斑状黑云母二长花岗岩，岩体与变质岩侵入关系清楚，接触面多切割围岩片理。围岩接触变质较明显，形成绿泥石、绢云母等变质矿物[7]。

区域构造形迹以脆性断裂为主，主要为NNE、NE 向构造最为醒目。 NNE 向断裂为控矿构造，主要为区域永平—寻乌断裂带及其低序次派生断裂，不仅是矿区富含稀土的变火山岩控岩控矿构造之一，也控制着区域萤石、地热、硅石、稀有及部分有色金属的分布；NE 向黄岗山—驿前断裂，为构造反转断裂，见构造角砾岩，挤压片理等，蚀变类型以硅化为主，多为花岗斑岩脉、石英细网脉，含铌钽铍稀有金属矿化伟晶岩充填。

区内富含稀土的双峰式变火山岩，受上述两条深大断裂带共同限制，形成于深大断裂早期、叠加后期区域构造及变质作用改造，含矿火山原岩经表生风化作用，稀土元素次生富集形成稀土矿床。 该双峰式变火山岩位于1∶5 万水系沉积物测量HS-06-甲 2 综合异常中，主要异常元素为 F、Au、Bi、As、Be、Ta、La，其中在金龙土—千担垄一带 La 单元素浓集中心明显，具二级浓度分带，极大值为La 1.93×10-4，平均强度 1.073×10-4，富集趋势较为明显，如图2 所示，显示双峰式火山岩为稀土矿成矿提供了丰富物质来源，是其成矿母岩。

2 矿床地质特征

2.1 成矿母岩特征及规模

图2 HS-06-甲2 综合异常剖析图注：1.第四纪晚世冲洪积物；2.垩纪晚世赣州群周田组；3.白垩纪晚世赣州群茅店组；4.南华纪万源岩组；5.伟晶岩脉；6.实测地质界线；7.断层；8.综合异常及编号；9.铌钽矿点；10.稀土矿点。

研究区稀土矿成矿母岩为万源岩组下部新发现的双峰式变火山岩（碎屑）建造，矿化总体受双峰式变火山岩层位直接控制，为稀土矿成矿地质体，其受NNE 向永平—寻乌深大断裂（F1）与NE 向黄岗山—驿前大断裂（F2）共同限制，呈似层状、带状出露，变形变质强烈，由酸性变流纹英安质凝灰片岩夹挤压透镜体状变基性熔岩组成，工程样品分析值表明变火山岩层中，风化-半风化变流纹英安质凝灰片岩矿化良好，大多数工程样品分析值达工业品位要求；双峰式变火山岩组合中变玄武岩透镜体含矿性较差，表明其稀土矿体主要赋矿母岩为风化-半风化变流纹英安质凝灰片岩。

变流纹英安质凝灰片岩岩相特征：岩石由石英＜5%、白云母50%、黑云母 30%、火山尘 10%和铁质5%组成。 石英为他形粒状，无色透明，有的可见细小云母包裹体，少量石英具裂纹和波状消光，粒径0.05～0.20 mm，多集中分布。 白云母为长片状，无色，平行消光，干涉色为鲜艳的二至三级，片径 0.05～0.15 mm，有连续定向排列现象。 少量次生黑云母片径0.05～0.10 mm，定向排列，含量不足5%。 黑云母为火山碎屑，板片状，具红褐-浅红褐多色性，一组完全解理，可见熔蚀湾和熔蚀孔，多具裂纹，有的呈碎裂状，平行消光，干涉色多受自身颜色影响，多析出铁质，少量有绿泥石化现象，片径0.10～0.50 mm，有弱定向排列现象。 火山尘已脱玻化呈霏细质点。 黑色铁质为不规则粒状，红褐色铁质多呈胶结物式存在，如图3 所示。

双峰式变火山岩，呈北东—北北东向带状展布，地表可见长度约12 km，最大宽度约2.5 km，面积近 20 km2，见图 4。

图3 变流纹英安凝灰片岩镜下岩石矿物特征注：石英（Qtz）；白云母（Ms）；黑云母（Bt）。

图4 双峰式火山岩稀土矿分布位置略图注：1.第四系；2.白垩纪周田组；3.白垩纪茅店组；4.侏罗纪水北组；5.南华纪万源岩组；6.青白口纪周潭岩组；7.前震旦系二岩段；8.前震旦系一岩段；9.似斑状黑云二长花岗岩；10.细粒黑云二长花岗岩；11.伟晶岩；12.花岗斑岩；13.石英脉；14.花岗岩；15.断层；16.片理化带；17.赣南钻。

2.2 成矿母岩稀土元素化学特征

根据对双峰式变火山岩带中的4 件凝灰质片岩稀土元素含量分析结果统计（表1），双峰式变火山岩稀土元素总量∑REE 为（3.5876～5.0414）×10-4，平均值4.5084×10-4，稀土元素含量较高。 轻重稀土比值（LREE/HREE）为 7.06～9.83，平均值为 8.7，（La/Yb）N 值为（13.51～18.63），平均为 15.89，说明轻稀土元素分馏强，轻稀土强烈富集；δEu 为0.50～0.65，平均值为 6.0，稀土元素配分 Ce、Eu 亏损，δEu＜0.7 说明岩浆来源较浅；变火山岩稀土配分曲线，如图5，呈向右陡倾型REE 配分形式，说明酸性火山岩在形成的过程中，轻稀土元素发生较强的分馏，而重稀土元素分馏不明显[8]。

2.3 成矿母岩风化壳特征

含矿火山岩原岩中，以长石为主的矿物经风化后，变成黏土矿物，离子型稀土元素被吸附在黏土矿物表面，经风化淋滤作用后，局部富集形成稀土矿（床）体。 稀土矿体的规模与成矿母岩所处地域气候、母岩风化程度、风化后的赋矿堆积物保存地貌条件等因素密切相关。 研究区地处赣南亚热带季风气候区，湿热多雨，地形地貌以山间盆地和丘陵为主，山脊、山坡地形较平缓，海拔标高一般为287～385 m，相对切深不超过100 m，植被繁茂、剥蚀不强烈。 因此区内火山原岩风化壳堆积保存条件良好，在金龙峰一带风化壳具面型分布特征。 稀土元素以离子状态吸附于次生黏土矿物中，风化壳中的黏土矿物是稀土元素富集场所和重要载体[9]。

2.4 成矿母岩风化壳垂向层状结构

双峰式变火山岩风化壳受地形地貌及外部环境等因素影响，导致成矿母岩风化强度不均匀，据工程揭露，双峰式变火山岩风化壳剖面上自上而下大致可划分为：表土层、全风化层、半风化层[10]、基岩层（图6），与赣南地区花岗岩风化壳结构基本相同[4]。

表土层：一般厚约0.2～1 m，由灰褐色、灰绿色亚粘土、亚砂土及腐殖物组成，结构松散，上部见0.1～0.2 m 厚腐殖土；下部为黏土、亚黏土层和变火山岩碎屑组成，黏土含量一般在40%~60%。表土层厚度变化一般是山顶较薄，厚0.2～1 m 左右不等，山脊、山脚较厚平均2 m 左右。

全风化层：工程揭露及人工露头显示厚度一般在1～3 m，呈黄褐色、红褐色、灰白色，质地较均一，结构松散，造岩矿物解体黏土化，呈土状产出，石英颗粒细小，黑云母多蚀变为白云母。 该层具有在山包、山脊部位厚度大，山脚较薄的特点。

半风化层：厚度数米至不小于30 m，岩石较疏松，该层与全风化层呈逐渐过渡关系，为稀土矿体最主要层位，区内绝大多数半风化层工程样品，满足工业品位要求。

基岩层：岩石结构构造未遭破坏，基本保持原貌，厚度受岩石破碎和裂隙发育程度制约，黏土含量极微。

2.5 矿体形态特征

矿体赋存于万源岩组下部双峰式变火山岩变流纹英安质凝灰片岩全风化层下部及半风化层中，平面上受风化壳形态的控制，呈带状、椭圆状随地形而变化，边界一般受沟谷展布所控制；矿体倾角较为平缓，山顶一般为 5°～15°，沿山坡变陡为 20°～30°，总体倾角较地形坡度略为平缓[4，10-11]；剖面上呈不规则半月状随地形变化、矿体厚度一般山顶较厚，山脊次之，山坡两翼及坡脚厚度较薄。工程揭露矿体厚度一般2～10 m，最大厚度16 m，平均厚度5.33 m。 一般地势较高矿体完整性较好，反之地势较低的地方受流水侵蚀作用而被严重破坏，矿体完整性较差[10]。

表1 双峰式变火山岩稀土元素含量及特征参数表

图5 双峰式变火山岩稀土元素球粒陨石标准化分布型式

图6 风化壳垂向剖面结构示意注：1.表土层；2.变流纹英安质凝灰片岩；3.矿体。

图7 稀土元素垂向剖面品位变化曲线注：1.半风化变流纹质凝灰片岩；2.稀土矿体；3.品位变化曲线；4.工程编号。

2.6 矿体品位变化特征

根据对119 件稀土样品分析结果统计，区内双峰式变火山岩稀土矿浸取相（SRE2O3）品位一般为0.035%～0.10%，最高 0.11%，平均品位 0.071%。 单个样品浸取相（SRE2O3）品位在0.035%～0.05%之间的占16.8%，小于0.035%的占56.3%，大于0.05%占26.9%。稀土品位与微地貌特征相关，平缓山头、山脊处，品位较高，往山坳、山脚处稀土品位逐渐变低；在垂向剖面上表现为地表品位低，向下升高，而后逐渐变低[10，12]，见图 7。 双峰式变火山岩组合中变玄武岩透镜体则不含矿。

2.7 稀土配分特征

根据稀土配分样分析结果统计，母岩稀土配分显示轻稀土氧化物总量（ΣCe）占有率为82.89%～94.40%，重稀土氧化物总量∑Y 占有率 5.6%～17.11%，Eu2O3占有率 0.56%～1.10%，配分结果表明，本区为低钇中—高富铕型轻稀土，以La、Ce、Nd 占有最大比值，其次为 Y、Pr、Sm、Gd。 轻稀土含量相对较高，重稀土含量相对较低，以轻稀土为主，如表2 所列。

2.8 矿石特征

1）矿石矿物成分：矿石矿物主要由石英、长石、云母类及黏土类矿物组成，次为火山岩中的各种副矿物。粘土矿物主要为高岭土、水云母等，黏土矿物占约15%～40%，石英占约40%～45%，长石占约5%~10%，云母占约15%。

表2 稀土样品配分分析结果

2）矿石化学成分：硅酸盐样品分析结果显示，矿石化学成分以SiO2和Al2O3为主，占84.63%，相对赣南花岗岩SiO2和Al2O3的总含量基本一致，但SiO2含量略有减少，Al2O3含量略有增加。 其次为Fe2O3、FeO、MgO 占 5.71%，K2O、TiO2、Na2O 占 6.63%，其他化学成分含量较低，见表3。

3）矿石结构构造：矿体成矿母岩主要为变流纹英安质凝灰片岩，其风化发育程度不一，矿石的结构构造也有所差异，风化较弱时，则保留原岩结构构造，岩石可见粒状片状变晶结构，变余凝灰质结构，片状构造等；风化较强时，原岩结构构造均遭破坏，矿石结构松散，主要为砂土状结构，少部分呈土状结构，矿石构造为似层状构造[13]。

3 成矿条件分析

双峰式变火山岩离子吸附型稀土矿床，其形成具有“内生外成”的特征[14]，主要表现为受原岩、气候、地貌、地质构造等因素的控制。 内生作用决定REE 在原岩中的丰度，从而在外生条件下REE 的进一步富集成矿奠定物质基础[13]。

1）成矿物质来源：万源岩组下部新发现的双峰式变火山岩含矿建造，岩石变形变质强烈，由酸性变余流纹英安质凝灰片岩夹挤压透镜体状变基性熔岩组成，以变火山岩组合中的酸性端元—变余流纹英安质凝灰片岩富含稀土，其稀土元素丰度平均值达4.5×10-4，远大于赣南地区花岗岩稀土丰度平均值3.5×10-4，为稀土矿化提供了必需物质来源，在以化学作用为主导的表生作用下，原岩矿石、矿物遭受不同程度的分解[11]，化学成分发生显著变化，SiO2、MgO 等不断被淋失减少，REE 呈离子态不断迁移聚集，黏土矿物增加形成松散风化壳，稀土元素随着表生作用的进行和岩石矿物的分解，呈离子状态发生迁移，而黏土矿物又具较强的吸附作用，使稀土元素在风化壳中发生次生富集而形成工业矿体。

2）气候：研究区属亚热带季风气候，温暖潮湿，雨量充沛，植被发育，土壤生物作用活跃，有机酸来源丰富，在表生风化作用下，含矿的双峰式变火山岩风化瓦解，易风化的造岩矿物解体，矿物中的稀土元素被分解离释，在强酸性雨水的淋滤条件下，稀土元素活化迁移，在表生环境中形成黏土矿物，从而使稀土元素次生富集以至形成矿床[15]。

3）地形地貌：风化壳的发育是形成离子吸附型稀土矿床的重要先决条件之一，它构成REE 富集成矿的基本场所。 统计表明，海拔300～400 m 的低缓丘陵山区最有利于风化壳的发育[16]，研究区海拔标高 287～385 m 不等，相对切割深度 20～80 m，成矿母岩风化产物在地形坡度小于15°的缓坡[16]、宽阔山顶、缓倾山脊等有利部位堆积保存，形成面型风化壳，最有利于稀土元素的富集，常形成富矿体；陡壁或沟谷风化壳厚度小，矿体较薄或不发育[4]。

表3 稀土矿矿石样品化学全分析结果

4）构造：双峰式变火山岩带受区域NNE 向永平—寻乌深大断裂及NE 向黄岗山—驿前大断裂控制，分布于两条大断裂围限区域，是区内最主要的控矿控岩成矿断裂，两条深大断裂早期为张性正向滑动拆离带，存在构造反转特征，早期张性，晚期压扭性，保留反转前张性构造特征，由它们产生的不同方向的挤压破碎带及次级断裂、裂隙，有利于变火山岩组合带的风化，从而促使风化壳的发育，为稀土元素的风化富集提供了有利构造条件[17]。

4 找矿预测

4.1 找矿标志

石城地区双峰式变火山岩离子吸附型稀土矿找矿标志包含岩石地层标志、构造标志、化学异常标志、地形地貌及风化壳标志等。

1）岩石层位标志：双峰式变火山岩具有高钾富硅、贫钠，富集Th 亏损 Nb，具明显 Eu 异常，富集LREE 岩石化学特征，其中风化-半风化流纹英安质凝灰片岩酸性端元富集轻稀土矿，是稀土找矿的直接岩石层位标志。

2）构造标志：万源岩组发育同斜倒转向斜褶皱及叠加区域永平—寻乌区域深大断裂及其他NNE 向断裂组成张性正向滑动拆离带构成地堑盆地，是赋矿变火山岩建造堆积就位有利构造部位。

3）化学异常标志：母岩区高稀土丰度值、具富碱贫铁镁矿母岩组分特性、分布1∶5 万水系沉积物镧元素异常等，是稀土找矿的化学异常标志。

4）地形地貌标志：低山缓坡丘陵地形地貌部位风化壳发育，是风化壳离子吸附型稀土矿理想保存场所，绢云母化、黏土化蚀变发育的部位矿物富集度较高，是稀土找矿有利的地形地貌标志。

5）风化壳标志：双峰式变火山岩全风化层-半风化层是离子吸附型稀土矿富集有利部位。

4.2 找矿潜力

石城地区双峰式变火山岩，具有高钾贫钠，富集 Th、亏损 Nb、具明显 Eu 异常、富集 LREE 岩石化学特征，岩性组合为变流纹英安质凝灰片岩夹挤压透镜体状变基性熔岩组成，以酸性变流纹英安质凝灰片岩占优，基性熔岩仅呈透镜体状零星出露，工程查证表明尤以其中半风化-风化状态的变流纹英安质凝灰片岩富含轻稀土，工程揭露矿体厚度一般 2～10 m，最大厚度 16 m，SRE2O3品位一般为0.035%～0.10%，平均品位0.071%。 离子相稀土浸取率73.9%。 双峰式变火山岩地表可见长度约12 km，最大宽度约2.5 km，出露面积约19.31 km2，规模大，品位高，矿化较均匀连续，呈层状、似层状裸露于地表，且风化壳赋矿层岩性松软，基本连续成片，显示本区具有寻找大型以上变火山岩风化壳离子吸附型稀土矿的前景。

5 结 论

1）石城地区双峰式变火山岩离子吸附型稀土矿床为低钇中—高富铕型轻稀土矿床，矿体主要赋存于双峰式变火山岩风化壳的全风化-半风化层中，矿体垂向上以“浅伏式”为主，矿体纵向受地形坡度控制明显，平缓山头、山脊处矿体厚度大品位高，山坡两翼及坡脚厚度较薄且品位低，基性的透镜状变玄武岩不含矿。

2）双峰式变火山岩出露于万源岩组下部，形成于由区域黄岗山—驿前与永平—寻乌深大断裂围限的裂陷环境，由变流纹英安质凝灰片岩夹挤压透镜体状变基性熔岩组成，稀土矿化受万源岩组下部带状、似层状变火山岩母岩层位直接控制，是风化壳离子吸附型稀土矿矿源层，为石城地区轻稀土矿床的新类型。 该富含轻稀土的变火山岩的发现具有区域找矿指导意义——在区域永平—寻乌断裂走向两侧的赣闽毗邻区，沿万源岩组下部进行双峰式变火山岩追踪，可能发现新的风化壳离子吸附型稀土矿。