三明市域离子吸附型稀土矿远景评价

2023-05-26彭春龙

能源与环境 2023年2期

彭春龙

（福建省闽西地质大队福建三明 365000）

1 地质背景

三明市处于福建省中西部，面积约22 965 km2。区域上位于北武夷隆起区、南武夷晚古生代拗陷区、闽东火山断坳带三大构造单元交汇处的南西部。区域性主干断裂南平－宁化构造－岩浆带与政和－大埔断裂带经过本区，经历多阶段多期次岩浆侵入活动，构成本区基本构造格架。

福建省闽西地质大队2019 年开展了三明市稀土矿调查及重点区资源评价项目，对16 个调查区和4 个重点区开展地质工作，调查区面积1 845 km2，重点区面积150 km2。

含稀土矿岩体主要为加里东期、印支期及燕山期中地形地貌条件好、风化壳发育、原岩稀土丰度高的中酸性和酸性岩体，其中早侏罗世成矿岩体分布面积最广，占主体地位。

含稀土矿火山岩主要为南园组火山岩，分布在尤溪洋中后楼—大田一线。以酸性－中酸性熔岩、火山碎屑岩为主。主要由粒状碎斑熔岩、流纹质凝灰熔岩等组成。主要岩石类型稀土总量中，凝灰熔岩和酸性碎斑熔岩岩石稀土总量较高。

2 调查区地质特征

2.1 地层

域内地层出露较全，从古元古代至第四纪均有发育，有前泥盆纪变质岩系，晚泥盆世－三叠世海相、海陆交互相沉积岩系，早侏罗世-新近纪陆相沉积－火山岩系及第四纪松散堆积层。

2.2 构造

三明地区位于闽西北隆起带南缘、闽西南华力西－印支坳陷带的一部分。浦城－武平大断裂、崇安－石城北东向深断裂带、南平－宁化北东东向构造岩浆带斜贯本区，断裂构造发育。域内自古元古代以来地壳活动十分频繁，吕梁期、晋宁期主要表现为韧性剪切变形，形成韧性、脆韧性剪切带。印支期、燕山期发育推覆、滑脱构造，致使晚古生代地层多呈构造窗出露。燕山期以脆性断裂为主，北东向及北西向脆性断裂最为醒目。褶皱构造不发育，为一些宽缓的背、向斜构造。

2.3 岩浆岩

2.3.1 侵入岩

域内岩浆活动强烈，东部分布面积较大，西北部和东南角分布较零星，从古元古代到新近纪均有侵入岩出露。岩性有基性岩、中性岩、中酸性岩、酸性岩类。各时期的侵入岩特征既有相似之处，又各有差异。不同时期同一岩类的微量元素丰度也不同。

2.3.2 火山岩

域内含火山岩地层出露较全，从古元古代至新近纪均有发育，岩性有基性、中酸性、酸性火山岩类。各时期的火山岩特征既有相似之处，又各有差异。其中东部尤溪县洋中一带的侏罗世南园组火山岩规模较大，通过稀土矿调查，稀土矿含矿性较好。

侏罗世碎斑熔岩：分布于北东向火山喷发带的际口－后楼－洋中－龙洋－溪尾一带。受区域性断裂带及火山喷发带控制明显，超覆于南园组第四段或第三段英安质晶屑熔结凝灰岩之上，呈厚层状产出。为稀土矿成矿母岩。

2.4 风化壳特征

域内风化壳发育类型主要以“裸脚式”为主，少数为“全覆式”或“残留式”，随地形起伏而变化，局部见有球状风化（图1）。风化壳出露面积大，占比41.07%～94.46%，平均73.39%，风化壳平均厚18.05 m；风化壳类型为红土型。稀土矿主要赋存在全风化层，局部赋存在表土层和半风化层。

图1 风化壳特征示意图

3 矿体地质特征

域内矿体主要分布于山脊，其次为山坡及山坳。主要赋存于全风化花岗岩层、全风化碎斑熔岩中，半风化层稀土矿化一般较差。矿体厚度一般在1.0～22.02 m，最大厚度为22.02 m。垂深分布位置在0～34.65 m，均分布在当地侵蚀基准面之上。在地形较缓的山包，风化较深，因而矿体厚度亦较大，垂直分布位置亦较深。矿体一般呈单层产出，即1 处垂直面上只有1 个矿体，少部分有2～3 层矿。

域内矿体呈层状、似层状、透镜状，产状随地形起伏而变化。主矿体厚度变化系数在4.44%～56.42%，大部分＜50%，属稳定类型。少数＞50%，属较稳定类型。主矿体品位变化系数在3.03%～65.89%，大部分＜60%，属均匀类型。少数＞60%，属较均匀型。各调查区矿体主要特征见表1。

表1 调查区稀土矿见矿情况一览表

4 矿石质量

4.1 矿石结构构造

域内稀土矿类型属花岗岩、火山岩风化壳离子吸附型，其容矿母岩为中粗粒黑云母花岗岩及碎斑熔岩，矿石主要为全风化型，含矿层主要为全风化花岗岩层、全风化碎斑熔岩。因此，矿石的结构构造与花岗岩、火山岩风化程度有密切关系；其结构为残余花岗结构、碎斑结构，呈（无胶结）砂土状的无规则结构；矿石具松散粉粒状、砂土状构造。

4.2 矿石矿物成分

域内离子吸附型稀土矿床的表生矿物以粘土类矿物为主，如高岭石、埃洛石、蒙脱石、伊利石、水云母等，含量一般50%～75%。表生稀土矿物（氟碳铈矿、氟铈矿、钇易解石、钇萤石、褐帘石等）含量少。残留矿物以石英为主，含量15%～30%，其次是少量的残留长石、云母和少量的副矿物（磁铁矿、钛铁矿、榍石、独居石、锆石、铌钽铁矿等）。从地表往深部，表生矿物的种类、含量逐渐减少，残留矿物逐步增多。

4.3 矿石的稀土元素浸取率特征

分析域内浸取率统计情况及平均浸取率。矿石中离子相稀土浸取率与测区REO 品位高低有相关性（图2、图3），矿石中离子相稀土浸取率总体趋势随着矿石的REO 增高而提高，各品位区间、各矿体的浸取率也有差异。

图2 花岗岩地区稀土浸取率与REO 品位高低相关性示意图

图3 火山岩地区稀土浸取率与REO 品位高低相关性示意图

4.4 矿体氧化稀土总量REO 的变化特征

4.4.1 REO 在水平方向上的变化规律

在地形地貌较为平缓区域，如馒头状山包，其全风化层发育、保存较好，风化层厚度较大，其赋存的矿体也相对其他区域较稳定，连续性均好；在地形地貌切割强烈的区域，风化层发育、保存的厚度不一，矿体厚度及品位不稳定，其连续性也遭到破坏。

4.4.2 REO 在垂直方向上的变化规律

矿体主要分布于山顶、山脊、鞍部，其次为山腰、山坡，矿体赋存于全风化花岗岩或碎斑熔岩中。从表土层至全风化层稀土氧化物总量由少增多，然后又逐渐降低，至半风化层含量较低；离子吸附相的稀土矿物含量亦有类似的变化，而非离子相的稀土矿物含量相对逐步增高。在垂直方向上REO 含量变化，常随孔深呈单峰式或多峰式曲线变化。故而地形地势越低缓，风化程度较深，矿体厚度也较大，埋深亦深。

4.4.3 REE 模式图

域内稀土配分模式图显示为曲线右倾、轻稀土富集，在铈和铕处下凹的形态（见图4）。火山岩（7 件样品）Y2O3的配分特征值15.40%～22.29%，平均17.56%；Eu2O3的配分特征值0.60%～0.91%，平均0.71%；ΣCeO%配分特征值为63.86%～74.06%，平均70.74%；∑YO%配分特征值为25.94%～36.14%，平均29.25%；ΣCeO%/∑YO%配分特征值为1.77～2.86，平均2.42。

图4 福建省三明市域花岗岩及火山岩稀土元素REE 模式图解

花岗岩（61 件样品）Y2O3的配分特征值3.61%～35.38%，平均19.39%；Eu2O3的配分特征值0.21%～1.05%，平均0.63%；ΣCeO%配分特征值为48.11%～91.31%，平均68.27%；∑YO%配分特征值为8.69%～51.89%，平均31.72%；ΣCeO%/∑YO%配分特征值为0.93～10.51，平均2.15。

5 矿石类型

矿石按风化程度划分，为全风化壳型稀土矿石，呈疏松砂土状、不规则的颗粒状矿石，具砂土状、粉粒状构造。

按稀土轻、重划分，则为轻稀土富集型矿床。

按照岩石及赋存状态划分为，花岗岩或火山岩离子吸附型轻稀土矿石。

6 矿体围岩和夹石

域内矿体均以稀土元素呈离子相赋存于全风化花岗岩或火山岩母岩内，被吸附于粘土矿物的表面或颗粒之间。矿体和围岩均为花岗岩或火山岩的高度风化产物，只能依靠化学分析资料加以确定。

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矿体夹石一般为含矿不均所致，岩性与赋矿层相同。主要为似斑状全风化黑云母花岗岩和全风化碎斑熔岩，局部为后期规模较小的全风化小岩脉，岩脉一般1.5～3.0 m，对矿体的破坏及资源量影响不大。

7 矿床成因及找矿标志

7.1 矿床成因

成矿母岩在湿润炎热气候条件下，逐渐风化分解。长石等造岩矿物有2 方面的作用：①风化为高岭石等粘土矿物，成为吸附剂；②从长石等矿物中释放出的稀土为粘土的吸附提供了物质来源。这2 方面的作用在风化程度好、有机酸丰富的风化壳上部为稀土迁移、富集创造有利条件。地表处于弱酸性条件下，稀土元素以水合离子状态进入弱酸的天然水中，随地表径流和地表水流动和迁移。在垂直剖面上，稀土元素向下、向两侧渗滤迁移，稀土阳离子被粘土矿物进行吸附。酸度不断被冲淡，pH 值升高，使粘土矿物在弱酸性介质中吸附能力提高，出现稀土元素的富集带。随着深度越深、距地面越远，水、气到达的越少，风化作用减弱，释出的稀土和渗透下来的稀土量就越少，稀土含量逐渐降低，最后品位接近母岩。

随着风化剥蚀、淋滤吸附作用长期不断地进行。虽然矿体富集部位有所不同，但富集部位始终处于风化壳中部，其pH值一般在5～7 之间。在风化剥蚀向深部发展演化过程中，稀土元素逐渐在风化壳中淋滤富集，形成风化壳离子吸附型稀土矿床。

7.2 稀土矿（化）富集规律

稀土元素在风化壳中的分布规律视岩性、地形地貌及孔深均有不同。

7.2.1 REO 在水平方向上的变化规律

7.2.2 REO 在垂直方向上的变化规律

7.3 找矿标志

对于稀土矿矿产找矿标志较为单一，主要有岩性标志、表生作用及地貌标志。

7.3.1 岩性标志

（1）花岗岩类含矿岩体：域内花岗岩类含矿岩体主要为黑云母花岗岩、二长花岗岩、正长花岗岩。其时代自加里东期至燕山晚期均有产出。

（2）火山岩类含矿岩石：稀土矿分布于中酸性－酸性粒状碎斑熔岩，品位富，含铕高。层位属晚侏罗世南园组。

7.3.2 表生作用及地貌标志

表生作用因素主要包括潮湿的亚热带气候、充沛的雨量、植被茂盛、地壳升降的相对稳定和平缓的地貌。前者是风化壳形成的先决条件及保存好坏的重要因素，后者是风化壳离子型稀土矿富集的地貌标志。一般情况低矮平缓的山包，花岗岩风化较彻底，风化壳厚度大，呈面型分布，是寻找风化壳离子吸附型稀土矿的有利部位。风化壳的中－上部是稀土矿主要富集地段。