滇西遮放盆地西缘芒棒组稀土元素富集特征 及其地质意义

刘 兵 , 孙载波 , 陈 棵 , 周家喜 *, 马进华, 张 虎 , 段向东, 王 敏 宋冬虎, 肖高强 , 包佳凤 , 方 雄

(1.云南省地质调查院, 云南 昆明 650216; 2.云南大学 地球科学学院, 云南 昆明 650500; 3.自然资源部三江成矿作用及资源勘查利用重点实验室, 云南 昆明 650061; 4.云南省地质环境检测院, 云南 昆明 650216; 5.云南省地质调查局, 云南 昆明 650061; 6.云南省国土资源规划设计研究院, 云南 昆明 650216)

0 引 言

自20世纪60年代末在赣南地区发现首个离子吸附型稀土矿床后, 离子吸附型稀土矿床逐渐引起了国家和地学界的高度关注, 先后在江西、广东、广西及云南等地发现了一批离子吸附型稀土矿床(贺伦燕和王似男, 1989; 张祖海, 1990)。近十年来, 江西赣南、福建武夷山、广西、云南等地与花岗岩/碱性岩风化壳有关的离子吸附型稀土矿的找矿和研究取得重大突破(赵芝等, 2014, 2017; 王登红等, 2017; 王敏等, 2020), 与变质岩和火山岩风化壳有关的稀土矿也开始陆续报道(王银喜等, 2000; 李中明等, 2007; 王臻等, 2019; 刘殿蕊, 2020), 拓展了稀土矿的找矿方向。

云南省是我国南方离子吸附型稀土矿资源勘查的重要地区。滇西南临沧及滇西腾冲地块陇川、盈江和遮放等地大面积出露花岗岩, 是花岗岩风化壳离子吸附型稀土矿资源勘查和研究的重要区域, 离子吸附型稀土矿的勘查和研究取得诸多新进展(张彬等, 2018, 2019; 陆蕾等, 2019, 2020; 张保涛等, 2020; 燕利军等, 2020; 明添学等, 2020; 王敏等, 2020)。滇西腾冲地块除花岗岩外还分布有大面积沉积岩, 刘东盛等(2020)研究发现, 芒棒组沉积岩稀土元素背景较高。探讨芒棒组沉积岩中稀土元素的含量、分布及富集特征、迁移规律等对研究芒棒组沉积岩的稀土含矿性有重要指示意义。

本文在对芒市地区遮放盆地西缘芒棒组泥岩、砂岩、砾岩和粉砂岩及盆地西侧细粒-中细粒二长花岗岩进行野外调查取样、工程揭露和测试分析等基础上, 对芒棒组沉积岩的稀土元素富集特征和来源等进行了探讨, 初步研究了芒棒组不同岩性和岩相沉积岩中稀土元素富集特征及地质意义, 为开展芒棒组沉积岩中稀土的资源评价提供参考。

1 区域地质背景

滇西是印度板块、印支地块和扬子板块的拼接地带, 由腾冲地块、保山地块等微地块及其间的缝合带(包括怒江缝合带)等组成(Morley, 2004; Metcalfe, 2006; Kapp et al., 2007)。腾冲地块位于怒江缝合带以西、密支那缝合带以东(Hou et al., 2007; 邓军等, 2011, 2016; Xu et al., 2012; 蔡志慧等, 2013; Deng et al., 2014a, 2014b; 崔晓琳等, 2017), 由古元古界高黎贡山岩群片麻岩等深变质岩、古生界浅变质砂板岩、中生界和新近系上新统芒棒组沉积岩及第四系沉积物组成, 发育印支期、燕山晚期和喜马拉雅期酸性侵入岩(图1a)。新近纪中新世以来, 怒江断裂等大规模构造转化为平移断层, 形成了大量陆内断陷盆地。盆地由新近系上新统芒棒组和第四系组成。芒棒组岩层产状平缓, 多数层理倾角＜10°, 稀土元素平均丰度394×10-6, 为地壳克拉克值的3倍(刘东盛等, 2020), 单一样品稀土元素含量高达1122×10-6(张建军等, 2017)。第四系主要分布于盆地中心区, 由火山岩和河湖相松散堆积物组成。盆地基底和周缘主要为喜马拉雅期-燕山晚期酸性花岗岩和古元古界深变质岩, 少量印支期酸性花岗岩(图1a), 喜马拉雅期酸性花岗岩为一套粗粒-似斑状中粗粒二长花岗岩; 燕山晚期酸性花岗岩主要呈带状发育于腾冲地块东部, 为一套细粒-中细粒二长花岗岩; 印支期花岗岩发育于腾冲地块大盈江断裂以西地区, 为一套中粒-中粗粒花岗岩(云南省地质调查院, 2008, 2020)。规模较大的代表性新生代陆内盆地有瑞丽盆地、遮放盆地、芒市盆地、陇川盆地、户撒盆地、盈江盆地、梁河盆地、龙江盆地和腾冲盆地等, 遮放盆地位于腾冲地块与保山地块交界地区, 盆地东侧基底主要出露古生界和中生界沉积岩系, 盆地西侧基底出露燕山晚期细粒-中细粒二长花岗岩, 岩石中普遍含有白云母, 局部见古元古界高黎贡山岩群深变质岩系(图1b)。

图1 研究区地质简图(据云南省地质调查院, 2008, 2020修改) Fig.1 Geological background of the study area

2 样品采集与测试分析

研究区位于遮放盆地西缘, 首先采集芒棒组沉积岩稀土矿化信息样进行稀土元素测试, 根据分析结果对芒棒组沉积岩和盆地西侧燕山晚期二长花岗岩进行剥土、取样、全岩稀土元素含量分析以及薄片和重砂矿物鉴定, 并对芒棒组泥岩进行全岩离子吸附态稀土元素组成分析和X粉晶衍射分析。

2.1 样品采集

在遮放盆地西缘芒棒组出露区选择新开挖的高陡人工边坡, 剥去坡面风化基岩, 按岩性进行分层刻槽取样, 采集新鲜的稀土矿化学分析样品进行初步分析, 样槽垂直岩层和地面, 断面为10.0 cm×5.0 cm, 样长1.0 m。在对芒棒组沉积岩进行初步取样分析研究的基础上, 完成芒棒组剥土工程2个, 工程间距4.0 km。BT005长20.0 m, 高3.0～8.3 m, 按5.0 m等间距布置3条垂向取样槽; BT006长25.0 m, 高8.0～ 12.1 m, 按照20.0 m间距布置2条垂向取样槽(图2)。剥去坡面风化基岩后, 按岩性对芒棒组进行分层和连续刻槽取样, 采集新鲜岩石样品, 同时避免不同岩性间的污染, 将样品及时送至实验室进行测试分析。剥土坡面基岩剥去厚度均大于0.5 m, 其中坡面顶部剥去基岩厚0.5～0.8 m, 坡面底部剥去基岩厚1.0～2.5 m, 确保了所采集样品新鲜无风化; 样槽垂直地面和岩层, 样槽断面10.0 cm×5.0 cm, 样长如图2所示。同时选择遮放盆地西侧燕山晚期细粒-中细粒二长花岗岩完成剥土BT007, 工程高11.7 m, 长10.0 m, 按照岩石风化程度可自上而下分为腐殖层、黏土层、全风化层、半风化层和基岩, 并对各风化层和基岩进行连续刻槽取样, 采集岩石分析样品, 样槽断面为10.0 cm×5.0 cm, 样长0.9～1.3 m(图2)。

图2 芒棒组沉积岩和盆地西侧花岗岩剥土剖面图 Fig.2 REE enrichment and differentiation in profiles of the Mangbang Formation sedimentary rocks and the weathering crust of the granite

2.2 测试分析

全岩稀土元素及离子吸附态稀土元素分析在自然资源部昆明矿产资源监督检测中心采用iCAP RQ型电感耦合等离子体质谱仪完成, 将样品干燥混合均匀并粉碎至200目作为全岩稀土元素分析和离子吸附态稀土元素分析试样, 共完成全岩稀土元素分析54件, 并对剥土BT005底部7件泥岩进行了离子态稀土元素分析。

称取0.2500±0.0002 g试样放于聚四氟乙烯坩埚中用于全岩稀土元素实验分析测试, 加入10 mL HNO3+10 mL HF+2 mL H2SO4混合酸, 加盖, 置于控温电热板上分解, 待测物分解完全后蒸至近干, 加入王水, 趁热浸取, 冷却。将浸取液全部转移至容器并定容至25 mL, 摇匀, 稀释10倍, 备用。将ICP-MS开机预热30 分钟并调节至最佳状态, 检测仪器稳定后开始测试La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y等15项稀土元素含量, 随同试料分析全过程做三份空白对比试验。

称取5 g试样置于300 mL锥形瓶中用于离子态稀土含量测定, 加入100 mL 浓度为20 g/L 的硫酸铵溶液, 摇匀, 置于振荡器上振荡2 小时, 取下, 室温静置30 分钟, 待溶液清亮后用中速定量滤纸干过滤。移取2 mL浸取液至100 mL容量瓶中, 加入铟内标和硝酸介质, 用水定容至100 mL, 摇匀备用。调节电感耦合等离子体质谱仪至最佳状态, 测定La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu和Y等15种稀土元素含量, 随同样品分析全过程做三份空白对比实验。

XRD分析在国土资源部昆明矿产资源监督检测中心采用日本理学DMAXⅢA衍射仪完成, 将样品研制成200目的粉末, 压入样品支架, 调整仪器参数(电压40 kV、电流20 mA、发射狭缝1°、接收狭缝0.3 mm、扫描速度2°/min), 使用Data System of X-ray Diffractometer V2.2软件自动检测样品单矿物晶面距离, 并确定矿物名称。

3 结 果

3.1 剖面及岩性特征

芒棒组为一套弱固结软岩, 由砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩及其过渡型岩石组成(图2)。剥土BT005下部为泥岩和粉砂岩互层, 岩层界面平直, 层厚1.8～2.0 m, 厚度和横向特征稳定, 岩石发育水平层理和块状层理; 岩石组成矿物颗粒细, 大小均匀。剥土BT005上部为砾岩、砂岩夹泥岩组合, 岩石发育块状层理和粒序层理。砾岩主要由砾屑和砂屑组成, 砂泥质充填, 砾石呈次棱角状到次圆状, 细砾与中砾混杂, 偶见粗砾, 成分主要为细粒-中细粒二长花岗岩(图3a), 含白云母矿物碎屑; 砂屑成分有花岗岩岩屑和长石、石英、云母矿物碎屑; 砂砾分选差, 磨圆中等, 岩石成分成熟度和结构成熟度较低。砂岩主要由花岗岩岩屑和长石、石英矿物碎屑组成, 含少量云母碎屑, 部分岩石中含少量砾屑, 成分主要为细粒-中细粒二长花岗岩, 碎屑分选和磨圆差。粉砂岩主要由长石和石英矿物碎屑组成; 泥岩呈楔形或不连续条带夹层状产出, 厚0.2～0.4 m, 主要发育块状层理, 见小型交错层理、透镜状层理及火焰状泄水构造, 局部偶见砾石, 成分为细粒-中细粒二长花岗岩(图3b), 同时岩石中可见大量白云母碎屑(图3d)。

剥土BT006主要由砾岩、砂砾岩、砂岩组成, 夹楔形状或透镜状粉砂岩和泥岩; 岩石碎屑成分和特征与BT005上部岩石相似, 岩石中碎屑的分选和磨圆差, 主要发育块状层理, 见粒序层理; 岩层横向厚度变化大, 相邻岩层界面弯曲, 冲刷面构造发育, 部分泥岩、砾岩呈不稳定的楔形状或透镜夹层状产出; 此外, 砂岩、粉砂岩中可见细砾, 泥岩中含粉砂并偶见砾屑, 砾屑成分主要为细粒-中细粒二长花岗岩。

按照岩石风化程度, 遮放盆地西部细粒-中细粒二长花岗岩剥土BT007可分为腐殖层、黏土层、全风化层、半风化层和基岩层。其中腐殖层呈深褐色, 厚1.3 m; 黏土层呈褐色, 厚2.0 m, 岩石风化呈土状; 全风化层呈褐黄色-黄色, 厚5.0 m, 岩石风化呈砂土状、砂状, 局部残余少量花岗岩(图3c); 半风化层呈灰色, 厚2.0 m, 岩石风化呈角砾状, 残余有大量长石和石英矿物, 但长石普遍发生黏土化; 基岩呈浅灰色, 厚0.9 m, 局部见风化裂隙。

图3 芒棒组沉积岩及全风化花岗岩野外照片 Fig.3 Field photos of the Mangbang Formation sedimentary rocks and the weathered granite

3.2 岩相学与矿物学特征

薄片观察、重砂矿物鉴定(图4)和X粉晶衍射分析(图5)表明, 芒棒组泥岩主要由白云母、高岭石、石英和钾长石组成, 少量斜长石, 含磁铁矿、钛铁矿、锆石和独居石等重矿物(图4a、b)。白云母含量5%～15%(图4d), 部分岩石中可达20%左右; 高岭石含量5%～15%, 部分岩石达30%; 石英含量25%～60%, 钾长石含量10%～35%, 斜长石含量1%～10%。花岗岩主要由钾长石、斜长石、石英、黑云母和白云母组成, 矿物粒径d=1～5 mm, 多数矿物粒径d＜2 mm, 呈细粒-中细粒状; 少量磷灰石、锆石和磁铁矿等(图4e), 偶见褐帘石(图4f), 矿物粒径d≤0.5 mm, 呈细粒状。钾长石风化后沿矿物边缘和表面出现次生黏土化和绿泥石化(图4e)。此外, 剥土BT005和BT006的泥岩均含磁铁矿、钛铁矿、锆石和独居石等重矿物(图4a、b)。BT005泥岩重砂矿物颗粒较细, 大小均匀, 多呈次棱角状到次圆状, 部分呈棱角状, 矿物分选好、磨圆中等。锆石呈半自形短柱状到它形粒状, 粒径10～20 μm, 少量20～30 μm; 独居石为黄绿色, 呈板状、次圆状到次棱角状, 粒径10～20 μm; 钛铁矿和磁铁矿呈粒状, 粒径10～20 μm, 少量20～ 30 μm(图4a)。BT006中泥岩组成重砂矿物颗粒粗, 大小混杂, 多呈次棱角状, 部分棱角状, 矿物分选差, 磨圆中等; 锆石呈半自形短柱状到它形粒状, 粒径15～30 μm, 少量20～40 μm; 独居石呈次棱角状到棱角状, 粒径15～30 μm; 钛铁矿和磁铁矿粒径15～40 μm, 部分50～60 μm(图4b)。花岗岩中重矿物呈棱角状, 大小混杂; 锆石呈自形短柱状到半自形粒状, 粒径10～50 μm; 独居石呈板状, 粒径10～40 μm; 钛铁矿和磁体矿呈粒状, 粒径15～50 μm(图4c)。

图4 芒棒组泥岩及盆地西侧花岗岩矿物组成 Fig.4 Mineral compositions and photomicrographs of the Mangbang Formation sedimentary rocks and the granite

图5 芒棒组泥岩X射线衍射分析图谱 Fig.5 X-ray diffraction analysis of mudstone in the Mangbang Formation

3.3 稀土元素地球化学特征

全岩稀土元素分析结果见表1。芒棒组沉积岩稀土元素总量较高, TREY(REE+Y, 下同)=155×10-6～ 539×10-6(平均263×10-6); LREE/HREE=7.7～15, 富集轻稀土元素; δEu=0.30～0.52(平均0.4), 具明显的Eu负异常(图6a); 此外, 芒棒组沉积岩具弱Tm正异常, 与盆地西侧细粒-中细粒二长花岗岩风化壳的Tm异常特征一致(图6b); δCe=0.84～1.20 (平均1.0), Ce异常不明显或表现弱Ce异常。其中,砾岩TREY=176×10-6～271×10-6(平均217×10-6), LREE/ HREE=10～15(平均 12); 砂岩TREY=156×10-6～245× 10-6(平均200×10-6), LREE/HREE=10～13(平均12); 粉 砂 岩 TREY=155×10-6～251×10-6(平 均 206×10-6), LREE/HREE=8.9～13(平均11); 泥岩TREY=222× 10-6～539×10-6(平均367×10-6), LREE/HREE=7.7～11 (平均10)。

盆地西侧11件花岗岩及其风化壳的TREY= 334×10-6～405×10-6(平 均 375×10-6), LREE/HREE= 15～19, 属轻稀土元素富集型; δEu=0.39～0.41(平均0.40), 具Eu负异常(图6), 这与岩浆演化过程中斜长石和钾长石的结晶分离作用有关; δCe=0.94～ 1.2(平均1.0), 基岩具有Ce负异常, 风化壳主要表现Ce正异常, 且随着基岩风化程度的增强δCe值增大, 说明Ce异常与风化作用强度有关。此外, 花岗岩基岩中无Tm异常, 但风化壳呈现Tm弱正异常, 且随风化作用程度的增强Tm正异常的程度增强(图6), 说明花岗岩风化壳的Tm异常可能与岩石风化程度有关。

图6 芒棒组沉积岩(a)及其盆地西侧花岗岩(b)稀土元素配分模式图 Fig.6 Chondrite-normalized REY patterns of the Mangbang Formation sedimentary rocks (a) and the granite (b)

BT005底部7件泥岩中离子吸附态稀土元素分析结果见表2。BT005底部7件泥岩的离子吸附态轻重稀土元素比值(LREE/HREE)为7.5～8.3; 离子吸附态稀土元素总量SREY=177×10-6～370×10-6, 在全岩稀土元素总量中的占比＞50%(SREY/TREY=52%～69%, 平均62%); 其中, 4件粉砂质泥岩(BT005-H2、-H10、-H18、-H19)的离子吸附态稀土元素总量SREY= 177×10-6～270×10-6, 其余3件泥岩(BT005-H3、-H11、-H20)中离子吸附态稀土元素总量SREY=314×10-6～ 370×10-6。

表2 滇西遮放盆地芒棒组湖泊相泥岩离子吸附态稀土元素含量(×10-6) Table 2 The ion-exchangeable REY contents of the Mangbang Formation lacustrine mudstone (×10-6)

4 讨 论

4.1 稀土元素分布特征和赋存状态

遮放盆地芒棒组沉积岩中稀土元素分布受岩性控制, 砾岩TREY平均含量为217×10-6, 砂岩TREY平均含量为200×10-6, 粉砂岩TREY平均含量为206×10-6, 泥岩TREY平均含量为367×10-6, 泥岩中TREY含量明显高于砾岩、砂岩和粉砂岩, 泥岩LREE/HREE值较砾岩、砂岩和粉砂岩小。样品的TREY含量随岩性变化曲线形态与 LREE/HREE值随岩性变化曲线呈现一定反相关性(图7a、b)。而遮放盆地西侧细粒-中细粒二长花岗岩风化壳中TREY随岩性变化曲线形态与LREE/HREE值随岩性变化曲线形态呈现一定的相似性(图7c), 与前人研究的花岗岩风化壳中稀土元素分布特征相同(张彬等, 2018, 2019; 陆蕾等, 2019, 2020; 张保涛等, 2020; 燕利军等, 2020; 明添学等, 2020; 王敏等, 2020)。此外, BT005底部7件泥岩的TREY含量(342×10-6～ 539×10-6), 高于BT005上部和BT007中泥岩的TREY含量(TREY=222×10-6～348×10-6)。前人研究认为, 腾冲地块新近系上新统芒棒组为一套冲积扇-扇三角洲-湖泊沼泽相沉积组合(李锡康等, 2004; 孙泽轩等, 2004; 云南省地质调查院, 2008, 2020; 伍皓, 2016)。BT005下部为一套细碎屑岩, 岩层界面平直, 岩石发育水平层理、均匀块状层理, 岩石组成碎屑颗粒较细、分选好、磨圆中等, 岩相稳定, 属湖泊相沉积; BT005上部和BT006为一套砾岩、砂岩夹泥岩及其过渡型碎屑岩组合, 岩石发育块状层理和粒序层理, 见小型交错层理、透镜状层理及火焰状泄水构造, 冲刷构造发育; 岩石中含有大量长石和云母碎屑, 碎屑分选和磨圆均较差, 成分成熟度和结构成熟度均较低, 具近源快速沉积特征, 属冲积扇-扇三角洲相沉积, 说明芒棒组湖泊相泥岩较冲积扇-扇三角洲相泥岩具有更高的TREY含量, 芒棒组泥岩中稀土元素含量和分布受岩相控制。

图7 芒棒组沉积岩和盆地西侧花岗岩稀土元素分布规律图 Fig.7 REY enrichment and differentiation of profiles of the Mangbang Formation sedimentary rocks and in the weathering crust of the granite

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稀土元素具有离子吸附相、独立矿物相和类质同象3种赋存状态(李余华等, 2021)。岩相学研究发现, 芒棒组泥岩等碎屑岩中含有锆石等含稀土矿物和独居石等稀土独立重矿物。泥岩中还含有大量高岭石, 含量高达30%, 是主要的造岩矿物。前人研究认为, 高岭石类矿物中绝大多数稀土元素呈离子吸附相赋存, 是离子吸附相稀土元素的主要载体矿物;锆石等含稀土矿物和独居石等稀土独立矿物中稀土元素多呈单矿物相和类质同象赋存(陈德潜等, 1990; 魏斌等, 2011; 李余华等, 2021)。岩石中稀土元素载体矿物(包含稀土独立矿物和含稀土矿物以及离子吸附相稀土赋存矿物)的含量和种类决定了其稀土元素的含量和赋存状态(赵芝等, 2014)。芒棒组沉积岩稀土元素分析结果(表2)表明, BT005底部泥岩中离子吸附相稀土元素含量在岩石稀土元素总量中的占比＞50%(平均62%), 是稀土元素的主要赋存状态, 其余稀土元素则以独居石单矿物相、类质同象状态赋存。锆石和独居石属稳定副矿物, 在岩石中的含量较低, 因此不同碎屑岩中的含量差异不大; 高岭石是泥岩的主要造岩矿物, 在泥岩中的含量远高于粉砂岩、砂岩和砾岩, 这也是芒棒组粉砂岩、砂岩与砾岩中TREY含量相近, 但远低于泥岩中TREY含量的主要原因之一。此外, 由于粉砂岩、砂岩和砾岩具有较高的孔隙度, 在成岩过程中离子吸附相稀土元素可能会随孔隙水迁出, 并有可能被泥岩中黏土矿物再吸附, 致使砾岩、砂岩和粉砂岩中稀土元素含量减少而泥岩中稀土元素含量增加, 这可能是导致芒棒组粉砂岩、砂岩与砾岩中TREY含量较泥岩中TREY含量低的原因之一。此外, 湖泊相具有相对安静和封闭的沉积环境, 较冲积扇相更有利于高岭石和稀土元素的沉积和吸附富集, 因此芒棒组湖泊相泥岩中稀土元素含量高于冲积扇相泥岩, 并且稀土元素主要以离子吸附相存在。

4.2 物源分析

稀土元素在岩石风化等外动力地质作用过程中往往被固体物质结合或吸附, 并随颗粒一起搬运和沉积, 对揭示物源具有重要指示意义(Bhatia, 1986; 周圆圆等, 2016; 张建军等, 2017)。在搬运和沉积过程中, Eu3+不易被还原为Eu2+, 通常保留源区δEu特征(周圆圆等, 2016), 稀土元素整体上也具有与源区岩石相似的配分模式(Wronkiewicz and Condie, 1987; Mclennan and Taylor, 1991)。遮放盆地西缘芒棒组沉积岩的稀土元素配分模式右倾、并具有明显的Eu负异常(δEu=0.30～0.52), 与盆地西侧二长花岗岩(图6)相似。芒棒组沉积岩δEu＜1, 说明其母岩为花岗岩、长英质变质岩(周圆圆等, 2016)。在La/Yb-ΣREE图(图8)中, 芒棒组沉积岩样品投点位于花岗岩及其边界区域, 进一步说明其物源为花岗岩。区域上腾冲地块花岗岩主要以喜马拉雅期粗粒-似斑状中粗粒花岗岩和燕山晚期细粒-中细粒花岗岩为主, 少量印支期中粒-中粗粒花岗岩(图1a)。遮放盆地西缘芒棒组沉积岩沉积覆盖于燕山晚期细粒-中细粒二长花岗岩之上(图1a), 岩石中含有大量花岗岩砾屑以及白云母和长石等矿物碎屑, 砾屑成分为细粒-中细粒二长花岗岩, 碎屑成分和特征与遮放盆地基底和西侧燕山晚期细粒-中细粒二长花岗岩相同(图3a～c), 沉积岩中所含重砂矿物与盆地西侧燕山晚期细粒-中细粒二长花岗岩所含重砂矿物一致(图4a、e), 二者在物质组成上具有较好的继承性。遮放盆地芒棒组沉积岩中尚未发现粗粒-似斑状中粗粒花岗岩和中粒-中粗粒花岗岩砾屑, 与腾冲地块喜马拉雅期和印支期花岗岩的物质成分继承特征不明显。此外, 砾岩、砂岩、粉砂岩和泥岩中均可见砾屑、岩屑、长石和云母矿物碎屑以及钛铁矿、磁铁矿、独居石和锆石等重矿物, 并且砾屑和岩屑以及重矿物的分选和磨圆整体较差, 岩石成分成熟度和结构成熟度低, 属于近源快速沉积。因此, 遮放盆地西侧燕山晚期细粒-中细粒二长花岗岩应是芒棒组的主要物源。

图8 芒棒组沉积岩源岩La/Yb-∑REE判别图解 Fig.8 La/Yb vs. ∑REE diagram for the Mangbang Formation sedimentary rocks

晚白垩世-始新世, 受印度板块向北俯冲作用影响, 腾冲地块持续收缩导致地势抬升并形成山系(孙泽轩等, 2004)。新近纪以后, 腾冲地块转为碰撞后伸展环境(阚荣举等, 1996), 形成了遮放盆地等大量新生代小型山间断陷沉积盆地, 芒棒组陆相沉积逐渐发育(孙泽轩等, 2004)。地势抬升导致大规模古河流系统的发育, 为遮放盆地输入了大量的碎屑物源。遮放盆地西侧细粒-中细粒二长花岗岩中含有大量磷灰石、褐帘石和独居石等副矿物(图4c～f), 含稀土矿物磷灰石和褐帘石在表生条件下极易破碎和分解并释放出离子吸附态稀土元素(王臻等, 2019; 陆蕾等, 2019), 与固体物质结合或吸附并随碎屑颗粒一起搬运和沉积; 抗风化能力强的稀土独立矿物独居石则以碎屑形式搬运和沉积。燕山晚期细粒-中细粒二长花岗岩风化形成的离子吸附态稀土元素和稀土独立矿物中的稀土元素均为芒棒组沉积岩提供了主要稀土物源。

4.3 地质意义

目前, 稀土成矿主要包括气成-热液、钠长石化、云英岩化、碳酸盐化、热液等内生和风化淋积、砂矿搬运富集等表生两大类成矿作用(王登红等, 2013; 王瑞江等, 2015)。其中表生稀土成矿作用既可以形成风化壳型稀土矿床(如: 云南临沧回龙卡稀土矿床, 张保涛等, 2020; 滇东南建水普雄铌稀土矿床, 王敏等, 2020; 等等), 也可以形成沉积岩型稀土矿床(如滇东-黔西二叠系宣威组黏土岩中沉积型稀土矿床, 赖杨等, 2021)。

新近纪以来, 遮放盆地芒棒组分布区并无岩浆活动, 沉积岩中也尚未发现火山物质, 无交代蚀变等热液活动现象, 岩石中稀土元素主要呈离子吸附相赋存, 与内生稀土成矿作用特征不符。遮放盆地芒棒组的稀土元素主要富集于BT005剥土工程底部的湖泊相泥岩中(图2), 在距离地面不同深度的同一岩层中稀土元素含量相同(图2, 表1), 与风化壳型稀土矿床具有不同的分布特征。砾岩、砂岩和粉砂岩中稀土元素含量较泥岩低, 且底部湖泊相泥岩中稀土元素含量较冲积扇相泥岩高。芒棒组沉积岩中稀土元素分布受岩性和沉积相控制, 属沉积岩型稀土矿床。

腾冲地块稀土元素背景高, 大面积分布的芒棒组沉积岩明显富集稀土元素(刘东盛等, 2020)。除局部第四系沉积物覆盖外, 芒棒组出露面积约1200 km2(图1), 地层厚278～845 m, 岩性以砾岩、砂岩、粉砂岩和泥岩为主, 为冲积扇、扇三角洲和湖泊沼泽相沉积, 其中以湖泊相沉积最发育(李锡康等, 2004), 厚度超过124 m, 岩性以泥岩为主(地矿部云南省地质矿产勘查开发局, 1996; 云南省地质调查院, 2008, 2020)。芒棒组湖泊相泥岩占比高, 稀土找矿潜力较大; 同时湖泊相泥岩中离子吸附态稀土元素占比高(SREY/TREY=52%～69%), 加之毗邻遮放盆地西侧燕山晚期细粒-中细粒二长花岗岩物源区具高稀土元素背景。因此, 腾冲地块芒棒组具有潜在的REY资源价值。

5 结 论

(1) 遮放盆地芒棒组沉积岩中稀土元素分布与岩性有关, 泥岩中稀土元素含量最高, TREY=222× 10-6～539×10-6, LREE/HREE=7.7～11; 砾岩TREY= 176×10-6～271×10-6, LREE/HREE=10～15; 砂 岩TREY=156×10-6～245×10-6, LREE/HREE=10～13; 粉砂岩TREY=155×10-6～251×10-6, LREE/HREE=8.9～13。

(2) 遮放盆地芒棒组沉积岩稀土物源主要来自盆地西侧燕山晚期细粒-中细粒二长花岗岩。

(3) 芒棒组沉积岩稀土元素分布受岩性和岩相控制, 湖泊相泥岩稀土含量最高, 稀土元素主要以离子吸附相赋存, 全岩离子吸附相稀土元素总量SREY=177×10-6～370×10-6, SREY/TREY=52%～69%, 大于50%, 属沉积成因, 具有潜在的稀土资源价值和研究意义。

致谢:中国科学院广州地球化学研究所包志伟研究员和另外三位匿名专家在审稿时提出了宝贵的意见, 自然资源部昆明矿产资源监督检测中心乐智广、杜白和李伟三位工程师在样品分析测试过程中给予了帮助, 云南大学何小虎副教授、陈剑波助理研究员和李祥忠研究员在地球化学研究方面提供了有益建议, 云南省地质矿产勘查开发局张翼飞正高级工程师和云南省地质勘查院田应贵正高级工程师在文章撰写过程中给予了鼓励和帮助, 在此一并表示感谢！