云南永平县卓潘磷灰石型稀土矿特征及成矿条件

汪永华，杨丰铭，范景丹

(1.云南省有色地质局地质研究所，云南 昆明 650216； 2.云南省有色地质局地质地球物理化学勘查院，云南 昆明 650216)

云南永平县卓潘稀土矿区处于扬子板块西缘多岛-弧-盆系、兰坪-思茅双向弧后-陆内坳陷盆地中段的西缘。中-新生代以来，由于印度板块的北缘向北东俯冲并与欧亚板块碰撞，处于侧向挤压带的兰坪-普洱盆地被向南挤出，沿边界形成走滑断裂，大规模走滑拉分，形成了兰坪-永平喜马拉雅期拉分盆地等一系列的扩容中心，这些扩容中心为云南喜马拉雅期富碱岩浆上升提供了通道。兰坪-永平拉分断裂的主体正好处于过碱性岩体出露的位置，由于其拉张深度大，对碱性岩体岩浆的形成、演化和稀土多金属成矿有独特的控制作用。

1 矿床地质特征

1.1 矿区地层

矿区主要出露第四系及中生界白垩系。

(1)第四系：按成因类型可划分为全新统的冲积层和残坡积层。本区稀土矿与全新统岩体风化壳残坡积层关系密切。

区内碱性杂岩风化壳的第四系残坡积层，其厚薄依地形地貌变化而不同，一般缓坡、缓谷等地的残坡积层较厚。根据颜色、结构、构造及矿物组合特点，残坡积层可划分为褐色粘土、砂质粘土和砂土三层。残坡积层的厚度约为1m～30m，岩体风化壳是本矿区磷灰石型稀土矿的主要含矿层。

(2)中生界白垩系：主要出露下白垩统南新组(K1n)和景星组(K1j)，均为河湖相沉积建造为主。主要岩性为泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩、长石石英砂岩、石英砂岩、砂岩夹砂砾岩、砾岩等。

1.2 构造特征

研究区褶皱构造不发育，断裂构造较发育，属澜沧江大断裂构造体系中的次级构造，分别呈北东向、北西向展布；其次为规模更小的次一级断裂构，呈近南北向展布。

1.3 岩浆岩特征

研究区主要发育喜马拉雅期过碱性岩体，为中-深成侵入岩，其与金沙江-哀牢山断裂富碱性斑岩带的碱性岩完全不同，是一套SiO2强烈不饱和，富稀土、富稀有元素、富磷的过碱性、超基性-基性-中性杂岩体，为研究区稀土矿的成矿母岩(图1)。

图1 矿区地质简图Fig 1.Geological Sketch Map of Orefield

2 岩体及岩石学特征

过碱性杂岩体出露于永平弧型断裂南西侧，沿大卓潘背斜侵入于白垩系砂页岩地层中，为中-深成相产出的过碱性杂岩体。岩体近东西向展布，呈岩株状。岩体与围岩呈侵入接触关系，围岩接触变质明显，具有硅化、角岩化等。岩体剥蚀不深，各种岩脉发育，尚保留较多围岩捕虏体。内部节理裂隙发育，并呈放射状排列。正长岩中黑云母年龄为36.7Ma，为喜马拉雅期的碱性杂岩体。

2.1 岩相分带特征

研究区过碱性杂岩体分相分带明显，岩体至西向东，自下而上由深色相过渡为浅色相，根据岩石成分、结构可分为三个岩相，五个岩带，各相带呈渐变过渡关系，且水平分带与垂直剖面上均相近似，也与岩浆一般分异顺序相符。

(1)中心相：由碱性辉石岩带和辉长岩带组成，岩石结构为自形-半自形粒状结构，以自形程度较好为特征；

(2)中间相：即辉石正长岩相带，岩性主要为辉石正长岩，与中心相之间常分布有等色岩，形成过渡带。岩石结构上以粒状嵌晶或斑状为主；

(3)边部相：由碱性正长岩带、霞石正长岩带组成。沿岩体外侧边缘的凸出部分呈长条状、不规则状断续分布。

2.2 岩石矿物特征

研究区岩体主要造岩矿物为含霓辉石、碱性长石，其次为霞石、角闪石和黑云母。副矿物主要为磷灰石、锆石、榍石、磁铁矿等。根据岩石矿物中主要造岩矿物辉石和碱性长石的含量及其它矿物特征，可分为碱性辉石岩、正长辉石岩、等色岩、辉石正长岩、碱性正长岩和霞石正长岩六种岩石。

2.3 岩石化学特征

研究区岩体岩石在整个云南富碱斑岩带的岩体中具有酸度最低、碱度最高、磷含量最高，高钾、富钙(表1)，且稀土、稀有金属元素背景值亦较高的特点。

表1 研究区过碱性杂岩体不同岩相岩石化学成分表Tab 1.Chemical Analysis of Different Rock of Peralkalic Complex Rock Body in Study Area

(1)酸度低：岩体SiO240.59%～66.35%，平均51.9%，属超基性-基性-中性-局部酸性的杂岩体。霞石、方柱石、歪长石等似长石矿物普遍出现，表明原始岩浆的SiO2强烈不饱和，是云南富碱斑岩带中酸度最低的岩体。

(2)碱度高：岩体岩石的碱度(李特曼指数σ平均为9.7)最高：辉石岩σ为13.9、辉长岩σ为10.0、正长岩σ为7.4，为过碱性岩；是云南富碱斑岩带中碱度最高的岩体。

(3)磷含量高：据53件岩石化学分析样统计，岩体的磷含量从边缘相到中心相逐渐增高，即从霞石正长岩(0.46%)→辉石正长岩(0.78%)→辉长岩(1.35%)→辉石岩(3.15%)逐渐增高；其中，辉石岩相的磷含量(3.15%)比中国辉石岩的磷含量(0.16%)高约20倍，其含量达到基性-碱性岩型磷灰石矿床Ⅲ级品矿石要求。

(4)高钾、高钙、贫镁：与世界辉石岩、辉长岩比较，永平岩体的辉石岩-辉长岩显著钾高、钙高、镁低。辉长岩-辉石正长岩-霞石正长岩的K2O含量6.4%，满足含钾岩石钾肥低品位矿(K2O含量 6%)的要求。

(5)稀土、稀有金属元素背景值高：研究区过碱性杂岩体的稀土、钪、锆、铪、磷、铷、锶、钡等元素的背景值远高于云南富碱斑岩带的岩石及世界同类岩石(表2)，显示出明显的独特性，为岩体顶部风化壳磷灰石型稀土矿的成矿奠定了物质基础。

表2 研究区过碱性杂岩体成矿元素背景值Tab 2.Background Value of Metallogenesis Element in Peralkalic Complex Rock Body in Study Area

与世界基性岩类比较：研究区过碱性辉石岩-辉长岩相稀土高22倍，钪高1.2倍，锆高2.8倍，铪高11倍，钍高15.7倍，磷高16.4倍，铷高4.2倍，锶高8.5倍，钡高15倍。

与云南喜马拉雅期富碱斑岩或世界正长岩类比较：研究区过碱性杂岩体稀土高5倍，钪高7倍，钴高25倍，锆高1.6倍，磷高18倍，铷高1.1倍，锶高20倍，钡高2.5倍。

3 磷灰石型稀土矿床特征

研究区主要为岩体风化壳型磷灰石稀土(砂)矿床，其次为岩体风化壳离子吸附型稀土矿。研究区过碱性杂岩体的稀土、磷含量远远高于世界基性岩及云南富碱斑岩带岩石的稀土、磷含量，岩体初始岩浆中磷过饱和，在岩浆演化结晶过程中，由于稀土的离子半径与磷的离子半径接近，它们优先与磷结合生成磷灰石、独居石等副矿物。

分布于研究区过碱性杂岩体中西部的辉石岩-辉长岩，其磷及稀土含量最高，但其风化壳的稀土浸出率最低。由于辉石岩-辉长岩的副矿物磷灰石含量最高、结晶粒度大，随着岩体风化程度的加深，稀土载体矿物磷灰石在岩体顶部风化壳的全风化带中逐渐富集，形成岩体风化壳型磷灰石稀土(砂)矿床。

该类型矿床面状分布，平面自然边界受辉石岩-辉长岩相的控制。剖面上，矿体赋存于岩体风化壳的全风化带中。矿床分布东西长约5km、南北宽约2km、平均厚度约10m、稀土品位约50kg/m3、规模大，并共伴生多种有用组分，为矿区最为重要的矿床类型。根据风化强弱程度、垂直分带情况及结构构造，研究区过碱性杂岩体风化壳型磷灰石稀土(砂)矿床矿石自上而下可分为褐色粘层矿石、砂土层矿石两种自然类型。卓潘碱性岩体风化壳分带及稀土多金属垂向富集(图2)。

图2 卓潘岩体风化壳分带及稀土垂向富集图Fig 2.Weathering Crust Zonation and REE Vertical Concentration of Zhuopan Rock Body

3.1 矿石物质成分特征

稀土(砂)矿体均赋存于辉石岩-辉长岩全风化带和半风化带中，在全风化带褐色粘土层、砂质粘土层及砂土层中，稀土氧化物品位约0.3ω%；在半风化腐岩层中，稀土氧化物品位约0.25ω%；在基岩中，稀土氧化物品位约0.2ω%。

据物质组分分析结果，稀土(砂)矿矿石矿物主要有磷酸盐类矿物磷灰石、偶见独居石；金属氧化物有磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、钛铁矿、金红石等；硅酸盐类矿物榍石、锆石、辉石、绿帘石、透闪石等；铁泥质粘土矿物水黑云母、高岭石、绿泥石等。

通过对过碱性杂岩体辉石岩-辉长岩风化壳全风化带的硅酸盐分析及磷、稀土分析，从弱风化基岩至全风化带，Al2O3、Fe2O3、K2O的含量增高，REO、P2O5、TiO2明显富集，而SiO2、FeO、CaO、MgO、Na2O等组分减少或淋漓流失。REO、P2O5显示出明显的同步富集现象。

3.2 稀土元素及配分组成特征

矿石轻稀土组、中稀土组、重稀土组占比分别为：LREE占85.29%，MREE占7.69%，HREE占7.02%。轻稀土组中，经济价值高的镨、钕含量占轻稀土含量的33.9%。稀土元素配分型式为轻稀土富集型，属低镧，高铈、钕，富镨、钐、镝、钆、铒、钇的轻稀土矿床，矿床的经济价值较高。

4 成矿条件简析

成矿地质条件按控矿因素，有直接或间接的控制因素。永平卓潘过碱性岩体岩浆作用、岩相(性)因素、风化作用、古气候、水文地质条件、地形地貌及时效性等多因素都直接或间接影响、控制了矿体的形成及分布。

4.1 岩浆作用条件

永平杂岩体形成于澜沧江深大断裂东侧的兰坪-永平喜马拉雅期走滑拉分盆地内。拉分断裂的主体正好处于卓潘岩体出露的位置，由于拉伸强度大、断裂深度大，导致受交代的富集型上地幔部分熔融，形成富磷、富稀土及富稀有元素的高碱、高钙、低镁岩浆。在岩浆侵位、演化及结晶过程中，由于稀土的离子半径与磷、钙的离子半径接近，它们优先与磷、钙结合生成大量富含稀土的磷灰石(磷灰石含量最高达30%)、独居石、榍石、锆石等副矿物，形成SiO2强烈不饱和的、富稀土、富稀有元素、富磷的---卓潘过碱性杂岩体，为卓潘碱性杂岩体顶部风化壳磷灰石型稀土矿的形成奠定了物质基础。

稀土多金属矿赋存于岩体顶部的风化壳中，其成矿母岩是过碱性辉石岩-辉长岩，尤其是富含磷灰石、榍石等副矿物的辉石岩和辉长岩对成矿极为有利。

4.2 岩相(性)对成矿的控制条件

岩体的成矿元素背景值及稀土载体矿物的种类、含量，是岩体风化壳磷灰石型稀土矿形成的最基本条件。永平岩体的不同岩相，其矿物组成不同、成矿元素背景值不同及稀土载体矿物也不同，岩相决定了永平岩体风化壳型稀土矿的矿床类型、品位高低及规模大小，并对稀土浸取率有制约作用。

在永平过碱性杂岩体中：稀土背景值最高的辉石岩-辉长岩相，其风化壳的稀土含量也最高；副矿物磷灰石、榍石等含量最高的辉石岩-辉长岩相，其风化壳中相应副矿物的含量亦成倍增加；稀土含量最高及副矿物磷灰石含量最高的辉石岩-辉长岩相，其风化壳的稀土浸取率低或偏低。而磷灰石含量最低的、稀土含量相对偏低的碱性正长岩-霞石正长岩相，其风化壳的稀土浸取率相对偏高。

4.3 风化作用条件

岩体在大气、水、生物等营力机械和化学作用影响下，发生物理的、化学的以及生物化学的变化。使富含稀土等有用物质的耐风化矿物残留、迁移富集成矿。风化作用是风化壳型稀土矿床形成的重要原因，只有经历较长的风化作用时期，才能使岩石中绝大部分组分被分解淋失，耐风化的有用组分残留下来，形成厚大的残积型风化壳矿床。母岩物质成分、气候条件、地形条件、地下水条件、地质构造和风化时间等因素对风化壳型稀土矿床形成起决定控制作用，就是这些因素的耦合效果，使卓潘岩体的中的霓辉石、角闪石等暗色矿物被风化解离，Ca、Mg、Na、K、Si等组分淋滤流失，而稀土载体矿物磷灰石、独居石、褐帘石等不易被风化，沿缓坡、缓脊、缓谷迁移并富集于风化壳中，形成岩体风化-解离-易溶组分淋滤-副矿物富集-剥蚀的反复成矿作用机制，最终成为以磷灰石为主要稀土载体矿物的岩体风化壳磷灰石型稀土(砂)矿床。

4.4 气候条件

气候对风化壳型稀土矿床形成的影响主要表现在温度、降雨量、生物活动等方面。更新世以来，永平的气候环境整体属亚热带季风气候和暖温带气候。温暖湿润、雨量充沛、氧气充足、植被繁茂、生物繁殖极快，因而化学风化作用和生物风化作用进行强烈并不断向深部发展，岩石和矿物被迅速破坏和分解，加速了卓潘碱性杂岩体岩石的化学、生物风化作用进程。过碱性辉石岩-辉长岩中富含的霓辉石、碱性角闪石等暗色矿物较易风化解离，其Ca、Mg、Na、K、Si等组分易淋滤流失；而岩石中的磷灰石、独居石、褐帘石等副矿物较难风化，而沿缓坡、缓脊、缓谷迁移和富集。温暖湿润的气候特征，有利于岩体的风化作用，为厚大风化壳的形成创造了条件。

4.5 地形地貌条件

地形地貌条件直接影响地表水和地下水的运动，因而关系到风化作用能否彻底进行，以及风化产物能否很好地保存下来。陡峻的山岳地形，水流迅速，侵蚀作用强烈，物理风化超过化学风化，风化产物往往以粗碎屑物为主，并且常被地表水冲走，因而不利于风化矿床的形成；平原洼地，水流不畅，是沉积堆积的场所，亦不利于风化作用的进行；高差不大的山区及平缓邱陵地形对风化壳型矿床的形成最为有利。卓潘碱性杂岩体分布区，地形起伏不大，自然坡度一般为10°～35°左右，沟谷发育，排泄条件良好，地表水和地下水的流动都比较缓，侵蚀作用亦较微弱，而且化学风化作用占主要地位，风化产物能大量残留原地，形成平原化地貌，有利于风化矿床形成。

4.6 水文地质条件

永平岩体位于澜沧江水系东侧之Ⅰ级侵蚀基准面，按照岩石性质及风化营力条件，碱性杂岩体分布区属构造侵蚀、溶蚀低中山坡麓地貌单元。研究区卓潘岩体出露范围主要位于潜水面以上，随着潜水面的升降变化，浸蚀作用影响范围也在不断变化，浸蚀基准面的变化在某种程度上影响了矿床的厚度和规模。

矿区潜水面适中，强烈的化学风化叠加淋滤作用使残留的磷灰石、独居石、褐帘石等富集成矿。因此，岩石的分解和淋滤作用相适应，有利于风化矿床的形成。

4.7 时效条件

各种风化作用持续时间的长短对风化矿床的形成具有重要的影响，形成厚大的、成熟的风化矿床要求具备有利的“时效条件”。在卓潘岩体附近，第四纪更新统为河湖相堆积层，其底部为砾岩，砾石成分主要有碱性岩及脉石英等，表明卓潘碱性杂岩体于更新世早期就已遭受风化剥蚀，风化作用持续至今达200多万年，风化作用持续时间长，对风化壳的发育及稀土多金属元素富集有利。

5 结 论

永平卓潘过碱性杂岩体因其独特的大地构造背景导致上地幔部分融熔，形成富稀土、富磷、富稀有金属元素的过碱性杂岩体，为稀土多金属矿床的形成提供了有利的背景条件。加之温暖的古气候环境、持久的风化作用，相对较缓的地形地貌、以及岩体风化壳的完整保留等，这些因素的相互影响、相互作用、相互促进，为稀土矿的富集创造了条件。岩体风化壳磷灰石型稀土矿中的稀土元素主要载体矿物为磷灰石。矿石的稀土品位与磷灰石含量呈正相关关系。