湘東南離子吸附型稀土成礦地質(zhì)條件和找礦

申錫坤

(中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心湖南總隊(duì)，湖南 株洲 412011)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識(shí)了稀土的性質(zhì)，使其應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛，用量逐漸增大，如冶金、石油、玻璃陶瓷、電器、原子能等領(lǐng)域，稀土資源是21世紀(jì)國(guó)防工業(yè)發(fā)展的重要戰(zhàn)略物質(zhì)。

筆者曾于2011年在湘東南進(jìn)行稀土找礦，通過(guò)實(shí)際工作及對(duì)相關(guān)資料的分析，對(duì)湘東南離子吸附型稀土成礦地質(zhì)條件和找礦進(jìn)行探討。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

湘東南系江西懷玉山稀土成礦帶的西延部分，南與粵北稀土成礦帶相毗鄰，屬南嶺成礦帶東段，其大地構(gòu)造位置處于陵(炎陵縣)—汝(汝城縣)南北向隆起帶。隆起帶最主要的是一系列復(fù)式巖體，主要有加里東期萬(wàn)洋山、東風(fēng)、東洛、彭公廟等黑云母二長(zhǎng)花崗巖，桂東花崗閃長(zhǎng)巖，燕山早期諸廣山、下村黑云母花崗巖等巖體，共同構(gòu)成隆起帶的主體，充填于由震旦系、寒武系組成的復(fù)式背斜中，總體呈南北伸展。

炎陵—汝城一線由古生界組成的復(fù)背斜、復(fù)向斜及斷裂帶，都呈南北走向緊密線性展布。

2 巖漿巖及其與稀土礦的關(guān)系

2.1 巖漿巖的時(shí)代與分布

湘東南巖漿巖發(fā)育，各類巖體出露面積2210km2，巖性各異，侵入時(shí)代不盡相同。加里東期巖漿活動(dòng)頻繁，主要有彭公廟、萬(wàn)洋山、東風(fēng)、桂東及東洛等巖體，面積1500km2。其巖石特征見(jiàn)表1。

燕山早期巖漿活動(dòng)是湖南省內(nèi)巖漿活動(dòng)最繁盛時(shí)期，其中燕山早期巖體與稀土成礦密切，由諸廣山、下村等巖體組成，區(qū)內(nèi)出露面積710km2。其巖石特征見(jiàn)表2。

表1 加里東期花崗巖巖石特征

表2 燕山早期花崗巖巖石特征

巖體副礦物：獨(dú)居石、磷釔礦、褐簾石，巖石稀土元素豐度值240～490×10-6。

2.2 巖漿巖與稀土礦的關(guān)系

加里東期含礦巖體主要為黑云母二長(zhǎng)花崗巖，其次為花崗閃長(zhǎng)巖、花崗巖；燕山早期含礦巖體主要為黑云母花崗巖。不同時(shí)代的含礦巖體巖石化學(xué)成分見(jiàn)表3，不同類型的巖石化學(xué)成分見(jiàn)表4。

表3 各時(shí)代巖體化學(xué)成分(%)

表4 不同類型的巖石化學(xué)成分(%)

表3、表4說(shuō)明各類巖體K2O＞Na2O，屬鋁過(guò)飽和系列，為鈣堿性的酸性—中酸性巖類。巖石中含有大量的鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石，礦物粒度較大，易風(fēng)化成弱酸性含大量粘土的硅鋁質(zhì)風(fēng)化殼，有利于吸附稀土離子。各種類型巖石中普遍含有獨(dú)居石、褐簾石、磷釔礦、褐釔鈮礦等稀土礦物，為離子吸附型稀土成礦提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 風(fēng)化殼類型

離子型稀土礦產(chǎn)于風(fēng)化殼中，巖體在風(fēng)化殼中裸露情況可分全復(fù)式、裸腳式、半裸式和裸露式(殘留式)等類型。

(1)全復(fù)式：巖體風(fēng)化殼發(fā)育，巖體幾乎被風(fēng)化殼所覆蓋，極少有基巖裸露，在較寬緩的溝谷發(fā)育第四系沉積物，風(fēng)化殼區(qū)直接與第四系沉積區(qū)相接壤。該類型巖體多處在低丘地貌地帶。

(2)裸腳式：主要特征是山腳部位常有基巖出露，而其他地貌部分有風(fēng)化殼覆蓋，溝谷中的第四系與風(fēng)化殼不直接接觸。往往呈現(xiàn)由風(fēng)化殼→基巖→第四系變化。低中山地區(qū)多屬該類風(fēng)化殼。

(3)半裸式：主要特征是山腳、山頭及較陡山坡中部及其附近往往有基巖裸露，在同一地貌單元中風(fēng)化殼不連續(xù)。一般半裸式風(fēng)化殼分布在高丘地貌地帶。

(4)裸露式：主要特征是除巖體局部較緩的部位有薄的殘留風(fēng)化殼之外，巖體絕大部分基巖出露地表，裸露式風(fēng)化殼多分布在低山地貌區(qū)。

3.2 風(fēng)化殼剖面發(fā)育特征

根據(jù)巖體風(fēng)化程度、巖體結(jié)構(gòu)、構(gòu)造的保留程度，從地表至深部可分為：強(qiáng)風(fēng)化層(A層)、弱風(fēng)化層(B層)、微風(fēng)化層(C)。

(1)強(qiáng)風(fēng)化層：該層由花崗巖類巖石風(fēng)化之后，原巖中大量鋁硅酸性礦物解離，一般以高嶺土為主，其顏色隨巖性的不同而變化，一般多為灰白色、肉紅色、麻灰色。在強(qiáng)風(fēng)化層頂部有由腐殖土或紅土組成的表土層。礦物成分主要由高嶺石、7A埃洛石、伊利石等粘土礦物和石英組成。一般結(jié)構(gòu)松散，呈土狀，手捻易碎有砂感。該層為稀土元素主要富集層。

(2)弱風(fēng)化層：位于強(qiáng)風(fēng)化層之下，呈灰白色、淺褐黃色等，呈松散土狀，但基本上仍保留了花崗結(jié)構(gòu)構(gòu)造。該帶中大部分長(zhǎng)石和云母已經(jīng)解體，轉(zhuǎn)變?yōu)楦邘X石和7A埃洛石，其中斜長(zhǎng)石轉(zhuǎn)變速度最快。

(3)微風(fēng)化層：基本上保持了原巖的結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征，巖石呈半松散的塊狀。黑云母開(kāi)始褪色，部分鐵質(zhì)排出，使巖石呈褐紅色等。長(zhǎng)石、云母開(kāi)始水化，部分向高嶺石類礦物轉(zhuǎn)變。微風(fēng)化層與下伏原巖呈過(guò)渡關(guān)系。

3.3 礦物組合和化學(xué)組分

據(jù)X-射線衍射資料，在風(fēng)化過(guò)程中，高嶺石類礦物集中分布于弱風(fēng)化層之上，而相應(yīng)的在這個(gè)階段長(zhǎng)石類礦物大量減少，證明含礦風(fēng)化剖面中高嶺石類礦物主要由長(zhǎng)石風(fēng)化而來(lái)。強(qiáng)風(fēng)化層、弱風(fēng)化層礦物組合基本相同，僅礦物含量有所不同(見(jiàn)表5)。

風(fēng)化殼化學(xué)成分見(jiàn)及含量見(jiàn)表6。

表5 風(fēng)化層主要礦物組成(%)

表6 風(fēng)化殼與基巖化學(xué)成分(%)

4 成礦地質(zhì)條件

花崗巖風(fēng)化殼離子吸附型稀土礦的形成主要受內(nèi)生和表生成礦條件的制約。原巖稀土元素豐度及賦存狀態(tài)是不可缺少的內(nèi)在條件，適宜的氣候、地貌和水介質(zhì)(pH值)是稀土元素富集的外生條件，二者缺一不可。

4.1 內(nèi)生成礦條件

原巖稀土元素(RE2O3)豐度是稀土成礦物質(zhì)來(lái)源基礎(chǔ)，RE2O3高低直接影響到稀土元素在風(fēng)化殼中能否富集成礦。據(jù)湖南省21個(gè)巖體ω(REO)豐度值統(tǒng)計(jì)資料，其豐度值為220～490×10-6。

原巖稀土元素賦存狀態(tài)：當(dāng)母巖RE2O3豐度值相同，其他形成條件相近時(shí)，母巖中易風(fēng)化稀土礦物含量越高越有利于離子吸附型稀土礦的形成。

稀土元素在花崗巖巖體中主要以稀土礦物型及類質(zhì)同象型兩種形式存在，湖南省花崗巖中普遍含有褐簾石、褐釔鈮礦、獨(dú)居石、磷釔礦等。原巖中稀土元素除少量賦存在造巖礦物和副礦物中外，大多數(shù)賦存在稀土礦物中，且多呈上述獨(dú)立稀土礦物形式存在。其中褐簾石雖本身含稀土不高，但由于在巖體中普遍含量高，且褐簾石易于在表生地質(zhì)作用下風(fēng)化解體釋出稀土陽(yáng)離子，為稀土成礦提供了物質(zhì)來(lái)源，是湖南省稀土成礦的重要礦物。

4.2 外生成礦條件

(1)水介質(zhì)條件。

巖石的風(fēng)化、稀土元素的遷移富集都與水介質(zhì)條件密切相關(guān)。在風(fēng)化殼不同的層位中，水的存在和水的動(dòng)力條件不同，稀土元素的遷移方向也是變化的。

強(qiáng)風(fēng)化層頂部的表土層，直接受大氣降水的沖蝕和淋濾，沿地形斜坡方向的沖蝕最強(qiáng)，不利于離子態(tài)的稀土存在與富集。

在強(qiáng)風(fēng)化層中上部，孔隙、裂隙水較發(fā)育，為稀土元素的遷移富集提供了有利條件。且在本層中有大量吸附水、毛細(xì)水與薄膜水的水介質(zhì)環(huán)境，這些水與空氣接觸溶解大氣中的CO2及游離O2較多，pH值較低(多為5～7)，使原來(lái)分散的稀土元素在風(fēng)化殼的有利部位富集。

弱風(fēng)化層長(zhǎng)位于潛水面以下，地下水沿潛水向低處運(yùn)移，但其上部孔隙、裂隙水較活躍，水仍以垂向?yàn)橹?，?cè)向運(yùn)動(dòng)次之。水質(zhì)pH值與強(qiáng)風(fēng)化層下部相似，并承接了全風(fēng)化層淋濾下來(lái)的稀土，因而本層上部有利部位有富集成礦的可能。

(2)風(fēng)化殼發(fā)育和保存條件。

諸廣山—萬(wàn)洋山一帶屬大陸中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，宜于植被發(fā)育生長(zhǎng)，有利于物理、化學(xué)風(fēng)化作用的進(jìn)行，對(duì)于花崗巖類風(fēng)化殼的形成有利。

氣候?qū)τ陲L(fēng)化殼的形成具有決定性意義。但要使風(fēng)化殼得到較完整發(fā)育，除了氣候條件以外，還和地形條件有著密切的關(guān)系，它要求不能有強(qiáng)烈剝蝕作用及強(qiáng)烈的堆積作用。

當(dāng)風(fēng)化殼剝蝕速度大于形成速度，則已形成的風(fēng)化殼厚度被剝蝕。以沉降為主的盆地，由于沉積物覆蓋，花崗巖風(fēng)化殼不能露出地表，唯有在新構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定時(shí)期或緩慢上升階段，剝蝕速度小于風(fēng)化速度，在低山丘陵區(qū)風(fēng)化殼才有利于形成和增厚。

5 成礦規(guī)律及找礦方向

前述可知，離子吸附型稀土礦的形成除氣候條件外，還與成礦母巖的巖石類型密切相關(guān)，其在湖南省內(nèi)的成礦母巖均為酸性—中酸性巖漿巖，是最有利的成礦母巖。該類巖石一般的稀土豐度值較高，最低240×10-6，最高490×10-6，花崗巖類巖石含有大量長(zhǎng)石和少量石英，礦物顆粒較大，易風(fēng)化形成弱酸性含大量粘土礦物的硅鋁質(zhì)風(fēng)化殼，有利于吸附稀土陽(yáng)離子，且?guī)r石含鐵鎂成分較少，形成正電荷的礦物少，對(duì)稀土吸附較有利。

萬(wàn)洋山—諸廣山處于南嶺成礦帶的東段，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，巖體有加里東期、燕山早期，呈南北向分布。巖體屬鋁過(guò)飽和系列，酸性巖類，今后可對(duì)萬(wàn)洋山、東風(fēng)、諸廣山和下村等巖體開(kāi)展找礦工作。