江西上饶某稀土矿地质及稀土元素地球化学特征*

雷 炼 余 飞 王 哲 吴德海 张 蕊 刘 斌

（1.江西省核工业地质局二六五大队；2.江西应用技术职业学院资源环境与珠宝学院；3.东华理工大学-核资源与环境国家重点实验室；4.会昌县自然资源局）

鹅公山火山盆地位于赣杭构造带中段，是我国重要的铀多金属找矿远景区［1］。前人对该盆地铀矿及多金属矿开展过多方面研究工作，如鹅公山火山盆地铀成矿条件及成矿要素分析［2］、鹅公山火山盆地找矿前景及方向探讨［3］、鹅公山火山盆地铀矿控矿因素［4-5］、鹅公山火山盆地多金属矿成矿条件分析［6］、鹅公山火山盆地多金属成矿地质背景和找矿方向［7］。但对该盆地内稀土矿的研究和报道较为稀少。通过详细的野外地质调查发现，盆地内次火山岩具有富集稀土元素的特征，因此，在野外调查该稀土矿地质特征的基础上，本项目对该盆地内次火山岩风化剖面进行了分层研究，系统开展了稀土元素地球化学特征分析，查明了该稀土矿元素地球化学特征，并进一步总结出了稀土元素的富集分布特征，为该类岩石稀土矿的找矿勘探工作提供了方向。

1 地质背景

1.1 区域地质特征

鹅公山火山盆地位于华夏板块武功山—会稽山前缘褶冲带之饶南坳陷北部［8］（图1）。该区构造环境极其薄弱，区域性构造纵横交错，火山—岩浆活动剧烈，期次较多，热液活动强、范围广，火山岩发育广泛。

1.2 地层

该稀土矿区位于鹅公山火山盆地东部，区内岩浆、构造发育（图2）。火山活动始于中侏罗世，但强度弱、范围小，早白垩世火山活动达到高潮，且遍布全区，并呈现出自西向东增强之势［9］。火山岩呈火山盆地形式产出，岩性以早白垩世打鼓顶组（K1d）和鹅湖岭组（K1e）的酸—中酸性熔岩和火山碎屑岩为主。最上层为晚白垩世周田组（K2z）的红色砾岩、砂砾岩、杂砂岩、粉砂岩。

1.3 构造

该稀土矿在区域范围内经历了多次构造活动，形成了错综复杂的断裂构造格架，且矿区内主要分布2条NE向断裂及多条NNW向断裂构造，控制着稀土矿的产出及分布。

1.4 岩浆岩

鹅公山火山盆地内岩浆岩极其发育，类别较齐全，从酸性、中酸性到基性岩类均有，岩浆活动具多期次、多种类及多层次造浆与多层次就位的特点。矿区内主要分布粗面英安斑岩，即为该稀土矿原岩。

2 样品的采集与测试

根据江西省稀土矿产找矿现状和发展方向，在研究区开展了详细的野外地质调查工作，选择风化层较厚的花岗岩、火山岩、火山碎屑岩及部分浅变质火山岩分布区，开展了稀土含量调查分析，对重点地区采用洛阳铲开展风化层垂向连续取样14个，通过对比不同地段风化层特征，建立该区粗面英安岩风化壳分层结构，基本确定各风化壳厚度，取样了解粗面英安岩风化壳不同部位稀土含量。样品分析与测试工作依据《地质矿产实验测试质量管理规》（DZ/T10130—2006），采用X Series 2电感耦合等离子体质谱仪对所取样品进行稀土15项元素化学分析。

3 分析结果

3.1 矿床地质特征分析

通过野外路线观察对比，总结出粗面英安斑岩稀土矿的风化壳剖面特征如下。

（1）基岩层岩石呈紫红色，块状，粗面斑状结构，斑晶主要为石英、长石；基质为隐晶质，主要矿物为长石。岩石坚硬致密，风化极弱。

（2）半风化层岩石呈紫红色，块状，粗面斑状结构，其斑晶主要为石英、长石；基质为隐晶质，主要矿物为长石；含少量黏土矿物，其蚀变主要有黏土化，褐铁矿化。岩石较为坚硬致密，原岩结构构造明显，发育较多细小裂隙，风化程度较弱。

（3）全风化层下段岩石呈紫红色、灰白色，土状，原岩结构构造不可见，岩石质地松散，石英含量较少，部分长石风化形成高岭石，蚀变主要有褐铁矿化、高岭土化及少量赤铁矿化。

（4）全风化层上段岩石呈灰白色，土状，原岩结构构造不可见，岩石黏土化蚀变强烈。该层位黏土矿物含量最高，主要为高岭石，同时也是稀土含量最高的层位。

（5）浮土层为第四系，含植物根系，主要为第四系土壤。

3.2 结果分析

各风化层位中稀土元素含量分析结果见表1。由表1可知，稀土元素在全风化层上段含量最高，其含量介 于722.83×10-6～948.49×10-6，其均值为857.38×10-6；风化层下段稀土元素含量变化范围为403.24×10-6～516.59×10-6，平均值为442.21×10-6；半风化层中稀土元素含量为392.91×10-6～468.84×10-6，均值为419.04×10-6；基岩层仅取了2个样品，其稀土元素含量分别为376.23×10-6和376.51×10-6，其平均值为376.37×10-6。将各层的均值对比得到以下几点认识。

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（1）岩石风化壳中全风化层上段样品的含量最高，基岩层中稀土元素含量最低。但该岩石中基岩层稀土元素含量平均值达376.37×10-6，表明岩石稀土元素背景值较高。

（2）全风化层下段及半风化层中稀土元素含量差异不大，推测该风化阶段可能主要以物理风化为主，仅含少量化学风化。

（3）∑LREE/∑HREE比值介于2.86～8.29，且轻稀土元素含量明显大于重稀土，表明该稀土矿主要富集轻稀土元素。

4 讨 论

岩石在风化过程中，物理和化学风化作用必不可少，主要的化学风化作用包括①水的溶解作用；②水化作用；③水解作用；④氧化作用［10］。区内物理、化学风化对稀土矿的形成同样具有极为重要的作用，其主要的风化过程包括下述3个阶段。

（1）原岩在热液活动作用下出露于地表，经物理风化剥蚀作用，导致岩石发育大量细小裂隙，但结构构造未被破坏，仅有少量的长石和稀土矿物因水解作用分别形成黏土矿物和稀土元素离子。

（2）经进一步物理风化后，岩石呈紫色土状，其结构构造被破坏，该阶段主要为脱硅富铝过程，矿物中的硅以游离硅的氧化物形式离析并淋失，致使硅的含量减少，宏观表现为岩石中石英含量减少；形成的OH-与Al3+结合形成氢氧化铝（沉淀），导致Al的含量增加［11］。

（3）在该区得天独厚的环境气候条件下，岩体中大量的长石及稀土矿物经水解分别形成黏土矿物以及稀土元素离子，其长石经水解主要形成高岭石，呈灰白色。当越来越多的长石经水解形成灰白色的高岭石时，岩石由紫色逐渐转变为灰白色，而形成灰白色土层，此时黏土矿物含量最高。

稀土矿主要赋存于全风化层上段，该层位岩石呈灰白色，黏土矿物含量最高，主要为高岭石。黏土矿物具有粒度小、比表面积大，且表面因破键出现未饱和过剩负电荷，从而吸附介质中溶解度较低的稀土元素离子而保持电价平衡，进而导致稀土元素在黏土矿物中富集。全风化层中黏土矿物含量最多，能够吸附更多的稀土离子，使得该层位稀土元素富集含量最高。

5 结论

（1）通过野外观察及样品分析结果，将该稀土矿原岩风化壳分为5层，分别为基岩层、半风化层、全风化层下段、全风化层上段、浮土层。该区主要富集轻稀土元素，且稀土矿主要富集在次火山岩全风化层上段。

（2）从原岩到全风化层下段过程中，主要以物理风化为主，含少量化学风化作用；从全风化层下段到全风化层上段主要以化学风化作用为主，即长石和稀土矿物水解形成黏土矿物以及稀土矿物离子，该过程是区内稀土元素最主要的富集方式。