广东怀集县古城离子吸附型稀土矿床地质特征及找矿标志

2022-06-24李江

世界有色金属 2022年2期

关键词：花岗岩矿体稀土

李江

（广东省有色金属地质局九三三队，广东肇庆 526060）

1 矿区地质

1.1 地层

矿区内地层仅出露第四系（Q），可分为残坡积层、冲洪积层及山麓堆积层。

（1）残坡积层：呈大面积面状分布在中低山丘陵地貌区的地表，主要分布在山脊、山坡等地势平缓地段。岩性主要为浅褐黄、浅黄色砂质粘土、砂、岩屑及基岩风化碎块，厚0.50m～4.0m，平均2.55m，顶部一般见0.1m～0.3m厚的腐殖土层，表层受腐殖质影响呈灰色、黄灰色，局部含植物碎屑等。

（2）冲洪积层：主要分布在现代河流和一级阶地上，厚度0.30m～4.00m、平均为2.15m。岩性主要为黄色、褐黄色粉砂质、砂质亚粘土、粘土，现多为农田。

（3）山麓堆积层：主要分布于矿区西北部、中部和东南部，厚度约1.0m～10.0m，平均7.50m。主要由砾石、砂砾、含砾砂质粘土组成。

1.2 构造

矿区内未发现断裂构造，仅在局部发育少量裂隙，多为石英脉充填，不成规模。

1.3 岩浆岩

（1）斑状黑云母花岗岩：主要分布于矿区内东南部、中部及西北部地区，出露面积约7.78km2，呈灰白色、肉红色，似斑状结构，块状构造，主要矿物成分为条纹长石（35%～50%）、正长石（1%～5%）、更-中长石（20%～25%）、石英（20%～35%）、黑云母(4%～7%)。岩石化学特征：岩石化学成分SiO269.36%～71.68%，Al2O312.83%～13.72%，K2O+Na2O 5.52%～6.33%，K2O＞Na2O。里特曼指数σ介于1.81～1.97之间，属钙碱性花岗岩类。

（2）黑云母花岗岩：主要分布于矿区内东北部、西北部及南部偏西地区，出露面积约8.77km2，呈灰白色、少量肉红色，中细粒花岗结构，主要矿物成分为正长石（10%～30%）、条纹长石（10%～35%）、钠-更长石（20%～25%）、石英（20%～25%）、黑云母（3%）。岩石化学特征：岩石化学成分SiO269.36%～71.68%，Al2O312.83%～13.72%，K2O+Na2O 5.52%～6.33%，K2O ＞Na2O。里特曼指数σ介于1.81～1.97之间，属钙碱性花岗岩类。

1.4 围岩蚀变

区内围岩蚀变发育比较明显，热液蚀变受岩浆岩和断裂等控制，从钻探揭露的结果来看，蚀变现象主要有钾长石化、钠长石化，其次为绿泥石、硅化、绢云母化、碳酸盐化、泥化等。

钾长石：呈半自形-他形板状，粒径1.4mm～12.8mm，大于10mm者视为斑晶。

绿泥石化：主要由斜长石蚀变而来，一种附着在斜长石表面，成鳞片状集合体充填于矿物间隙中；另一种成细脉状，一般为淡绿色。

硅化：以细脉充填为主，小团块状交代为次，呈他形粒状或不规则状（粒径1.6mm～9mm），少数为细晶状，充填状分布于长石颗粒间。

绢云母化：花岗岩中斜长石普遍出现浅黄绿色的绢云母化。

碳酸盐化：多数成细脉状、不规则状充填，少数成薄膜状，呈灰白色和浅肉红色。

1.5 地貌特征

矿区整体属粤西北中低山丘陵地貌，区内地貌类型为中低山、丘陵和第四系冲洪积地貌，多为植被覆盖；地势总体北东高南西低，最高点海拔约+670m（东面中部山伯顶西面山坡），最低海拔标高约+118m（南面古城河面），最大高差552m。山间丘陵洼地多分布季节性溪沟。第四系冲洪积地貌主要分布于矿区内中部偏东面、东南面、西北面地区，分布面积约3.54km2；低山丘陵地貌广泛分布于全区，海拔标高+200m～+500m，分布面积约16.36km2；中山地貌主要分布于矿区东面中部山伯顶山，海拔标高+500m～+670m，分布面积约0.19km2。中低山丘体岩石为花岗岩，表层一般覆盖数米厚的残坡积层，岩石风化带厚度较大；林业较为发达，本类型地貌是稀土矿体所在地貌单元,因局部山坡体坡度较大，易产生崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害，对采矿不利。区内北东高南西低，有一条经由蓝钟镇到古城村和太平村的乡道呈“Y”字形穿叉，两边为低山区环绕，其间溪流和小型鱼塘零星分布。

1.6 花岗岩风化壳特征

矿区内中低山丘陵地貌，为矿区最大的地貌单元，多呈浑圆山顶，凸形缓坡坡形。风化壳出露标高118.0m～670.0m，分布面积约16.55km2。风化壳一般山头（脊）厚度大，山腰次之，山脚薄，在矿区东面山顶有基岩零星出露。风化壳颜色主要为土黄色、灰白色、浅肉红色，呈疏松砂状结构。发育完整的风化壳按其风化程度从上至下可分为残坡积层、全风化层、中风化层三层，彼此逐渐过渡，往深部过渡为弱-未风化基岩。有的地方仅出现其中的一层或两层。具体如下：

1.6.1 上部残坡积层

由腐殖土、残坡积层砂土组成；顶部腐殖土，黑褐色，主要由植物根系、粘土、砂质组成，几乎覆盖全区，为花岗岩风化壳上部覆盖层，厚度0m～0.30m，个别厚达2.00m；残坡积层砂土由灰褐色、土黄色亚粘土及少量花岗岩碎屑组成，厚0m～3.00m，个别厚度达10.00m，平均厚度1.96m。

1.6.2 中部全风化层

颜色为淡黄色、黄褐色、灰白色及浅肉红色，主要由粘土矿物、石英、黑云母及高岭土矿物组成，偶见花岗岩的碎块；结构松散，手捏易碎，石英颗粒较稀散，颗粒粒径0.2mm～2.60mm。全风化花岗岩形态简单，平面上呈面状分布，形成不规则面状块体，厚度一般为3.00m～25.00m，少量达30.00m，平均厚度17.97m，为稀土矿主要含矿层。

1.6.3 下部为中风化层

颜色为灰白色、浅肉红色，主要由长石、石英、黑云母等矿物组成，该层保持了花岗岩的结构构造，但长石已经开始风化。风化壳形态与地形相似，大部分覆盖于山顶（基岩）之上，平面上呈面状分布，剖面上呈层状、似层状，延伸方向与山脊方向相一致，倾斜方向与地形坡向相同，倾角较地形坡角略缓。通过机械钻探验证，矿区沟谷中风化壳发育良好，厚度一般介于1.60m～14.50m之间；根据样品分析结果得知一、二级水系风化壳中所有样品均未达到工业品位，只有个别样品达到边界品位，说明本区一、二级水系将稀土矿体分隔，构成矿体边界，可视为离子吸附型稀土矿体的底板层。

2 矿床地质特征

2.1 矿体特征

矿区为花岗岩风化壳离子吸附型稀土矿床，矿体赋存于花岗岩风化壳中，矿体的形态、产状与风化壳基本一致，呈面形分布，覆盖于山顶（基岩）之上。根据沟谷、溪（河）流分割情况在探矿权范围内圈定了6个稀土工业矿体，自西向东、自北而南编号依次为V1～V6。全区稀土矿体呈似层状赋存于燕山三期花岗岩风化壳中。矿体的形态、产状与风化壳基本一致，呈面形分布；受沟谷、溪流分割及矿区边界所限，矿体平面形态呈不规则状；剖面形态呈层状、似层状，呈“新月形”，矿体顺山脊侧伏延伸，顺山坡坡向倾斜，倾角较地形坡角略缓；矿体厚度一般是山脊得知厚，山腰、山脚逐渐变薄乃至尖灭。矿区共圈定6个稀土工业矿体，现就2号主要矿体特征简述如下：

V2工业矿体：矿体平面上总体呈东西向展布的不规则多边形，分布面积约2.18km2，空间上呈似层状产出，产状较平缓，一般倾角在5°～15°。矿体东西向长最大约2.13km，南北向宽最大约1.91km，赋存标高+367m～+131m，埋深2.0m～27.0m。矿体厚度3.18m～15.57m，平均7.78m。根据采样测试结果，矿体单工程全相REO平均品位0.0520%～0.1305%，离子相REO平均品位0.0329%～0.1117%。经加权计算，矿体全相REO平均品位为0.0945%，离子相REO平均品位0.0783%。

2.2 矿石特征

（1）矿物组成：矿区内矿体主要赋存在斑状黑云母花岗岩的风化壳中，其次为黑云母花岗岩的风化壳中；颜色呈淡黄色、灰白色、浅肉红色，主要由高岭土、石英及风化残留的钾长石、斜长石、云母等组成，含少量褐铁矿、普通角闪石、锆石等副矿物。

（2）结构构造：原岩经风化后，仍具原岩结构构造特征。中风化层仍保持原岩似斑状花岗结构、花岗结构和块状构造（原岩的钾长石和斜长石被高岭土类粘土矿物取代）；全风化上层则为残破积砂土，呈松散土状，石英呈颗粒状，质地松散；全风化层介于两者之间，靠近残坡积层偏松散，靠近中风化层较致密，可见原岩结构特征，剖面上呈层状、似层状。

（3）矿石主要化学成分：较之原岩岩石化学成分，矿石（或风化壳）SiO2含量较高，普遍高于60%，Al2O3含量12.37%～14.86%,Na2O含量普遍偏低，K2O含量较原岩变化不大，CaO含量降低，不同岩类矿石化学成分特征差异不大。

2.3 矿石稀土元素特征

（1）稀土元素氧化物含量：花岗岩风化壳离子吸附型稀土矿床是由含稀土丰度较高的母岩（斑状黑云母花岗岩、黑云母花岗岩）经表生风化作用解离粘土矿物吸附并富集成矿，稀土含量一般为原岩的3～8倍，单工程矿石全相REO平均品位一般为0.08%～0.12%，最高达0.23%，全区矿石中全相REO平均品位为0.0916%。

（2）稀土元素变化规律：平面上，在山顶、山脊部位稀土元素含量较高，山坡、山脚部位含量较低，顺山脊及缓山坡矿体变化幅度小，横切山脊及陡山坡变化幅度较大（图1）；垂向上，自地表往下至中风化层，稀土元素含量由低到高，又由高到低，直至接近原岩含量（图2）；从图1、图2看，稀土元素含量高地段和矿体厚度大地段基本吻合，说明稀土元素含量随矿体厚度的增大而增高，具有共消长的关系。

图1 矿体厚度品位变化曲线图

图2 单工程稀土含量变化曲线图

（3）稀土配分特征：根据离子相稀土氧化物总量配分结果看，本区花岗岩风化壳离子吸附型稀土矿总体上属富钇贫铕重稀土。

离子相稀土氧化物总量配分为：轻稀土（La2O3+CeO2+Pr6O11+Nd2O3）：44.77%；中稀土（Sm2O3+Eu2O3+Gd2O3）：8.36%；重稀土（Tb4O7+Dy2O3+Ho2O3+Er2O3+Tm2O3+Yb2O3+Lu2O3+Y2O3）：46.87%。

主要计价元素配分平均为：Y2O335.22%；Pr6O114.53%；Nd2O316.43%；Eu2O30.41%；Tb4O70.76%；Dy2O34.33%。

3 矿床成因

离子吸附型稀土矿床主要由含稀土的斑状黑云母花岗岩及黑云母花岗岩经风化而成，发育程度与岩石的矿物成分和表生作用密切相关。亚热带温暖湿润的气候条件下，稀土矿物随原生岩石风化后，长石类矿物变为粘土矿物作为稀土阳离子的吸附剂，稀土矿物逐渐解体形成稀土离子进入水溶液，在沿风化层裂隙向下渗滤过程中，最后形成了有一定规模的富含稀土并能够经济回收利用的花岗岩风化壳。矿区位于广东省怀集县，地处金鸡顶岩体西南缘，成矿物质主要来源于燕山三期斑状黑云母花岗岩及黑云母花岗岩；该区地处热带亚热带，植被发育良好，常年不断的中等降雨构成了地表的长久温湿条件，最有利于风化壳和离子吸附型稀土矿床的形成。