黄陵断穹某离子吸附型稀土矿点成矿地质特征

杨 朋， 胡胜华， 聂开红， 牟宗玉， 向 萌， 周 舟

(湖北省地质局 第七地质大队，湖北 宜昌 443100)

离子吸附型稀土矿是一种极为重要的稀土矿床类型，一般由富含稀土元素的地质体经风化后，在风化壳的全风化层中富集成矿。在该类稀土矿发现初期，前人普遍认为其仅产出于中国低海拔、低纬度的南岭及周边区域，但随着地质找矿及研究工作的逐渐深入，在中国高海拔、高纬度地区甚至东南亚地区也相继发现了该类型矿床[1]。同时离子吸附型稀土矿易开采，提取加工工艺较为简单，因此越来越受到地勘单位和矿山企业的重视[2]。

湖北省黄陵地区以往针对金、铅锌、石墨、磷等矿产开展了大量勘查与研究工作，但对于稀土矿几乎未开展相关工作，造成该区稀土矿工作程度偏低。近年来，湖北省地质局、湖北省地质勘查基金管理中心等单位加大了该区稀土矿找矿力度，并首次在黄陵断穹北部发现了离子吸附型稀土矿点，取得重要找矿进展。本文对该稀土矿点的成矿地质特征进行总结，以期指导黄陵地区后续的稀土矿找矿工作。

1 区域地质背景

研究区位于湖北省宜昌市夷陵区西北部，大地构造位置为扬子准地台鄂中褶断区之黄陵断穹北部。区域出露地层以中太古代—古元古代变质杂岩为主，并发育新元古代花岗岩和酸性、中基性岩脉，震旦系—寒武系沉积盖层呈环形分布于前震旦系结晶基底之上，并向四周倾斜(图1)。区域构造活动强烈，褶皱和断裂十分发育，褶皱主要为EW向的黄家祠—马粮坪复向斜和NE向的圈椅埫穹状复背斜、巴山寺复向斜，断裂主要为NWW-NW向的雾渡河断裂、盐池河断裂。

图1 黄陵断穹地质略图Fig.1 Geological sketch of Huangling fault dome1.新元古代钾长花岗岩；2.新元古代黑云二长花岗岩；3.新元古代斑状黑云花岗闪长岩；4.新元古代英云闪长岩；5.新元古代黑云花岗闪长岩；6.新元古代黑云角闪英云闪长岩；7.新元古代角闪石英闪长岩；8.新元古代角闪闪长岩；9.中元古代超基性岩；10.古元古代黄凉河岩组+中元古代力耳坪岩组；11.古元古代黄凉河岩组+中元古代庙湾岩组；12.中太古代东冲河片麻杂岩；13.南华系—奥陶系；14.断裂；15.研究区位置；F1.板仓河断裂；F2.雾渡河断裂；F3.盐池河断裂。

研究区及周边地区广泛发育中太古代东冲河片麻杂岩，该套杂岩总体上呈NE向狭长带状展布，其上被古元古代黄凉河岩组、南华系—震旦系沉积盖层不整合覆盖，并被中元古代核桃园基性—超基性岩、新元古代华山观超单元(圈椅埫岩体)和小坪杂岩体、新元古代晚期的基性岩墙等侵入。前人一般将东冲河片麻杂岩作为变质地层处理，后虽将其解体，但杂岩中各类岩石的均一性较差，岩体界线较模糊，目前难以细分，因此本文暂统称为东冲河片麻杂岩。

2 成矿母岩特征

东冲河片麻杂岩为区内离子吸附型稀土矿的成矿母岩,岩性主要为英云闪长质片麻岩、花岗闪长质片麻岩和奥长花岗质片麻岩，零星可见石英闪长质片麻岩。前人测得该杂岩锆石U-Pb年龄多集中于3 200～2 900 Ma[3]，据此可判断其侵位时代为中太古代。由于后期变质变形作用的改造，杂岩中各类岩石间界线不清，岩石均发育变晶结构(图2)。岩体中片麻理十分发育，主要呈NE向，局部略有偏转，可见流状褶皱、无根褶皱、紧闭同斜褶皱甚至是宽缓开阔褶皱。

图2 东冲河片麻杂岩代表性岩石露头及镜下显微照片Fig.2 Microscopic outcrop and microscopic characteristics of representative rocks of Dongchonghe gneissic complex a.奥长花岗质片麻岩露头；b.英云闪长质片麻岩的变晶结构；c.花岗闪长质片麻岩的变晶结构。

为探究研究区东冲河片麻杂岩的稀土元素特征，采集了4件岩石样(2件花岗闪长质片麻岩样、1件奥长花岗质片麻岩、1件英云闪长质片麻岩)进行稀土元素分析测试。此次分析测试工作在江西省地质局赣南地质调查大队赣南中心实验室完成，分析方法为电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)。

东冲河片麻杂岩稀土元素分析结果见表1。由表1可看出，东冲河片麻杂岩4种岩性的稀土元素组成特征相近，暗示其具有一致的物质来源。东冲河片麻杂岩稀土元素含量较高，稀土元素总量为661.51×10-6～882.38×10-6，远高于离子吸附型稀土矿床成矿母岩的稀土总量丰度(240×10-6)[4]。从稀土元素配分情况来看，ΣCe/ΣY为2.60～5.99，其球粒陨石标准化曲线明显右倾(图3)，表现出强烈的轻稀土富集特征。

图3 东冲河片麻杂岩稀土元素球粒陨石标准化配分图Fig.3 Distribution graph of rare earth element standardized bychondrite of Dongchonghe gneissic complex

表1 东冲河片麻杂岩稀土元素含量及特征参数Table 1 Rare earth element content and characteristic parameters of Dongchonghe gneiss

3 矿点地质特征

3.1 矿区地质特征

研究区位于黄陵断穹北部，东冲河片麻杂岩主要出露于研究区西部，陡山沱组、灯影组地层主要分布于研究区东北部和东南部(图4)，地层倾向NE-E，倾角18°～30°。东冲河片麻杂岩岩性包括花岗闪长质片麻岩、奥长花岗质片麻岩、英云闪长质片麻岩等，陡山沱组、灯影组岩性以白云岩为主。区内断裂构造较发育，主要有近EW向、NW向和NNE向三组。东冲河片麻杂岩风化后形成灰黄色、黄褐色、红棕色风化壳，构成稀土矿含矿地质体。

图4 研究区地质简图Fig.4 Geological sketch map of the study area1.震旦系下统陡山沱组;2.震旦系上统—寒武系下统灯影组;3.中太古代东冲河片麻杂岩;4.断层;5.地质界线；6.地层产状;7.片麻理产状;8.研究区范围。

3.2 风化壳特征

东冲河片麻杂岩风化壳主要分布于研究区中部与中南部海拔标高800～1 050 m的地段，该地段地势相对平缓，有利于风化壳保存。风化壳在坡度相对较小的山顶、山脊处更为集中，厚度一般为1～9 m，最厚可达13 m。受地形地貌和母岩风化程度的影响，风化壳的结构构造、物质成分在垂向上存在明显差异[4]。调查发现，区内发育完整的风化壳自上而下可分为表土层、全风化层、半风化层和微风化基岩4层。

(1) 表土层。可细分为腐殖层、黏土化层，腐殖层厚5～20 cm，腐殖土呈灰黑色、灰绿色，结构松散，由亚黏土、亚砂土及腐殖质组成，见有植物根系；黏土化层又称“红土层”，岩性为红棕色黏土夹杂石英砂和黑云母碎片。表土层一般为山脊与山腰厚、山脚薄，厚0.5～1 m。该层的黏土化层偶尔含矿。

(2) 全风化层。该层为稀土矿(化)体的主要赋存部位，以原岩中长石与浅色矿物全部分解、结构全部破坏为特征。颜色主要为黄白色、黄褐色，局部为紫红色，质地较均一，结构松散，手轻捏即碎。上部以黏土矿物为主，含少量石英砂，具黏土质结构；下部同样以黏土矿物为主，但石英砂较上部增多，其下部偶见风化残存球状体，具砂质黏土结构、块状构造。全风化层厚1～8 m，与上部表土层无明显分界。稀土矿(化)体主要赋存于全风化层中、下部，全相稀土氧化物总量一般为0.06%～0.24%。

(3) 半风化层。该层为原岩未完全风化的原地残积物，颜色为灰褐色、褐黄色，具细—中粒疏松结构、块状构造，偶见未风化的长英质脉岩穿插其中。主要成分为石英砂砾和高岭土等黏土矿物，黏土矿物由上而下逐渐减少。该层与上覆全风化层呈渐变过渡，全相稀土氧化物总量<0.06%。

(4) 微风化基岩。该层即东冲河片麻杂岩原岩。在地形切割较大地段和沟谷常见基岩微风化，岩石中发育少量节理裂隙，除少量长石微弱风化、稍微变色外，大部分保留其原岩结构。该层无稀土矿化。

3.3 矿(化)体特征

稀土矿(化)体在风化壳全风化层中呈面状分布，剖面上呈似层状(图5)。矿(化)体形态完整程度与所处地貌单元有关，一般而言，地势陡峻、沟谷发育的地段，因剥蚀作用较发育而出露大片基岩，矿(化)体完整性较差；地势相对平缓、沟谷相对不发育的地段，矿(化)体完整性较好。矿(化)体厚度为1.00～7.86 m，平均厚3.20 m；全相稀土氧化物总量为0.10%～0.24%，平均为0.12%；离子相稀土氧化物总量为0.021%～0.076%，大多为0.032%～0.045%。与成矿母岩相比，稀土总量富集了1.5～3倍。覆盖层厚度为0～2.5 m，矿(化)体常直接出露地表。

图5 稀土矿(化)体剖面示意图Fig.5 Schematic diagram of rare earth element ore (mineralization) body profile1.表土层；2.全风化层；3.稀土矿(化)体；4.半风化层；5.微风化基岩；6.东冲河片麻杂岩；7.片麻理产状。

3.4 矿石质量

3.4.1矿石物质成分

区内稀土矿石均为全风化型，主要由高岭石、埃洛石等黏土矿物(含量20%～70%)，石英、钾长石、云母等残留原岩矿物和少量难风化的稀土矿物、副矿物组成。矿石结构松散，湿度较大(照片1)。

照片1 松散土状矿石Photo 1 Loose earthy ore

3.4.2矿石稀土浸取率

研究表明，离子相的稀土元素很容易被相关化学试剂浸出[5]。样品中离子相稀土总量与全相稀土总量之比即为矿石浸取率，是评价稀土矿石质量的重要指标之一。为测定矿石中稀土元素浸取率，选取部分见矿钻孔，按单孔、多孔进行组合形成组合分析样，分别测定离子相稀土分量和全相稀土分量。测试结果表明，本区稀土矿石浸取率为19.57%～57.05%，平均为32%。总体而言，全相稀土总量越高，其浸取率越大，但也存在全相稀土总量高而浸取率极低的现象，其原因是稀土元素主要以难风化的独立矿物保存在风化壳中[6]。

3.4.3矿石稀土元素配分特征

为探究矿石稀土元素配分特征，选取2件组合样测定了离子相稀土元素和全相稀土元素含量(表2)，分析测试工作在江西省地质局赣南地质调查大队赣南中心实验室完成，分析方法为电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)。

从全相稀土元素角度看(表2，图6)，∑Ce占比81.75%～86.53%，∑Y占比13.47%～18.25%，Eu2O3占比仅0.17%～0.25%，Y2O3占比仅6.72%～9.82%，全相稀土氧化物配分特征与成矿母岩稀土元素基本一致，是以轻稀土为主、中重稀土齐全的低铕低钇型轻稀土矿。从离子相稀土元素角度看(表2，图7)，∑SCe占比60.95%～75.18%，其中La2O3和Nd2O3所占比重最大，Eu2O3占比仅为0.3%左右；∑SY占比24.84%～39.05%，其中Y2O3占比最大，为16.79%～25.37%，是以轻稀土为主、中重稀土齐全的低铕低钇—低铕中钇型轻稀土矿。

图6 矿石全相稀土元素配分图Fig.6 Distribution diagram of all-phase rare earth element in ore

图7 矿石离子相稀土元素配分图Fig.7 Distribution diagram of ionic-phase rare earth element in ore

表2 矿石全相、离子相稀土元素配分表Table 2 Distribution table of all-phase and ionic-phase rare earth element in ore

综上所述，矿石中全相和离子相稀土元素都以轻稀土元素为主、重稀土元素为辅；全相轻稀土元素中以La和Ce为主，重稀土元素中以Y为主；而离子相轻稀土元素中以La和Nd为主，重稀土元素中仍以Y为主。可注意到，在离子相轻稀土元素中，Ce强烈亏损，这是因为风化解离的Ce首先以Ce3+形式存在，但很容易被氧化成Ce4+而以氢氧化物和氧化物形式残留在风化壳中，造成仅有少部分Ce呈离子相吸附于黏土矿物表面[7]。

4 矿床成因浅析

该稀土矿主要赋存于东冲河片麻杂岩风化壳中，其成矿受多个内因与外因的制约。东冲河片麻杂岩为成矿母岩，其稀土元素丰度值可达800×10-6，为稀土矿的形成提供了充足的物质来源。研究区属亚热带季风气候区，气候湿热，为岩石风化创造了适宜的气候条件。本区以中低山为主，中部、中南部地势相对平缓，地表植被发育，地下水和地表水流动缓慢，加上新生代以来地壳处于缓慢抬升状态，造成岩石风化速度大于表生剥蚀速度，为风化壳的形成和保存创造了良好的地形与构造条件。在岩石风化过程中，易分解稀土矿物中的稀土元素以离子态被解离出来，吸附于全风化层的黏土矿物表面并逐渐富集成矿，而独居石、磷钇矿等难分解稀土矿物则以独立矿物形式存在[8]。

5 结语

本区稀土矿点是黄陵断穹北部新发现的离子吸附型稀土矿点，矿(化)体呈似层状赋存于东冲河片麻杂岩风化壳的全风化层中。该矿点为多种因素耦合成矿的结果，东冲河片麻杂岩是其成矿母岩，提供了物质来源；湿热气候、中低山较平缓地形则为风化壳的形成和保存提供了适宜的外部环境。该矿点的发现对区域稀土矿找矿勘查工作具有重要的推动意义，建议加大黄陵地区离子吸附型稀土矿找矿工作力度。