云南永平縣卓潘磷灰石型稀土礦特征及成礦條件

汪永華，楊豐銘，范景丹

(1.云南省有色地質(zhì)局地質(zhì)研究所，云南 昆明 650216； 2.云南省有色地質(zhì)局地質(zhì)地球物理化學(xué)勘查院，云南 昆明 650216)

云南永平縣卓潘稀土礦區(qū)處于揚(yáng)子板塊西緣多島-弧-盆系、蘭坪-思茅雙向弧后-陸內(nèi)坳陷盆地中段的西緣。中-新生代以來(lái)，由于印度板塊的北緣向北東俯沖并與歐亞板塊碰撞，處于側(cè)向擠壓帶的蘭坪-普洱盆地被向南擠出，沿邊界形成走滑斷裂，大規(guī)模走滑拉分，形成了蘭坪-永平喜馬拉雅期拉分盆地等一系列的擴(kuò)容中心，這些擴(kuò)容中心為云南喜馬拉雅期富堿巖漿上升提供了通道。蘭坪-永平拉分?jǐn)嗔训闹黧w正好處于過(guò)堿性巖體出露的位置，由于其拉張深度大，對(duì)堿性巖體巖漿的形成、演化和稀土多金屬成礦有獨(dú)特的控制作用。

1 礦床地質(zhì)特征

1.1 礦區(qū)地層

礦區(qū)主要出露第四系及中生界白堊系。

(1)第四系：按成因類型可劃分為全新統(tǒng)的沖積層和殘坡積層。本區(qū)稀土礦與全新統(tǒng)巖體風(fēng)化殼殘坡積層關(guān)系密切。

區(qū)內(nèi)堿性雜巖風(fēng)化殼的第四系殘坡積層，其厚薄依地形地貌變化而不同，一般緩坡、緩谷等地的殘坡積層較厚。根據(jù)顏色、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及礦物組合特點(diǎn)，殘坡積層可劃分為褐色粘土、砂質(zhì)粘土和砂土三層。殘坡積層的厚度約為1m～30m，巖體風(fēng)化殼是本礦區(qū)磷灰石型稀土礦的主要含礦層。

(2)中生界白堊系：主要出露下白堊統(tǒng)南新組(K1n)和景星組(K1j)，均為河湖相沉積建造為主。主要巖性為泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、長(zhǎng)石石英砂巖、石英砂巖、砂巖夾砂礫巖、礫巖等。

1.2 構(gòu)造特征

研究區(qū)褶皺構(gòu)造不發(fā)育，斷裂構(gòu)造較發(fā)育，屬瀾滄江大斷裂構(gòu)造體系中的次級(jí)構(gòu)造，分別呈北東向、北西向展布；其次為規(guī)模更小的次一級(jí)斷裂構(gòu)，呈近南北向展布。

1.3 巖漿巖特征

研究區(qū)主要發(fā)育喜馬拉雅期過(guò)堿性巖體，為中-深成侵入巖，其與金沙江-哀牢山斷裂富堿性斑巖帶的堿性巖完全不同，是一套SiO2強(qiáng)烈不飽和，富稀土、富稀有元素、富磷的過(guò)堿性、超基性-基性-中性雜巖體，為研究區(qū)稀土礦的成礦母巖(圖1)。

圖1 礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig 1.Geological Sketch Map of Orefield

2 巖體及巖石學(xué)特征

過(guò)堿性雜巖體出露于永平弧型斷裂南西側(cè)，沿大卓潘背斜侵入于白堊系砂頁(yè)巖地層中，為中-深成相產(chǎn)出的過(guò)堿性雜巖體。巖體近東西向展布，呈巖株?duì)睢r體與圍巖呈侵入接觸關(guān)系，圍巖接觸變質(zhì)明顯，具有硅化、角巖化等。巖體剝蝕不深，各種巖脈發(fā)育，尚保留較多圍巖捕虜體。內(nèi)部節(jié)理裂隙發(fā)育，并呈放射狀排列。正長(zhǎng)巖中黑云母年齡為36.7Ma，為喜馬拉雅期的堿性雜巖體。

2.1 巖相分帶特征

研究區(qū)過(guò)堿性雜巖體分相分帶明顯，巖體至西向東，自下而上由深色相過(guò)渡為淺色相，根據(jù)巖石成分、結(jié)構(gòu)可分為三個(gè)巖相，五個(gè)巖帶，各相帶呈漸變過(guò)渡關(guān)系，且水平分帶與垂直剖面上均相近似，也與巖漿一般分異順序相符。

(1)中心相：由堿性輝石巖帶和輝長(zhǎng)巖帶組成，巖石結(jié)構(gòu)為自形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)，以自形程度較好為特征；

(2)中間相：即輝石正長(zhǎng)巖相帶，巖性主要為輝石正長(zhǎng)巖，與中心相之間常分布有等色巖，形成過(guò)渡帶。巖石結(jié)構(gòu)上以粒狀嵌晶或斑狀為主；

(3)邊部相：由堿性正長(zhǎng)巖帶、霞石正長(zhǎng)巖帶組成。沿巖體外側(cè)邊緣的凸出部分呈長(zhǎng)條狀、不規(guī)則狀斷續(xù)分布。

2.2 巖石礦物特征

研究區(qū)巖體主要造巖礦物為含霓輝石、堿性長(zhǎng)石，其次為霞石、角閃石和黑云母。副礦物主要為磷灰石、鋯石、榍石、磁鐵礦等。根據(jù)巖石礦物中主要造巖礦物輝石和堿性長(zhǎng)石的含量及其它礦物特征，可分為堿性輝石巖、正長(zhǎng)輝石巖、等色巖、輝石正長(zhǎng)巖、堿性正長(zhǎng)巖和霞石正長(zhǎng)巖六種巖石。

2.3 巖石化學(xué)特征

研究區(qū)巖體巖石在整個(gè)云南富堿斑巖帶的巖體中具有酸度最低、堿度最高、磷含量最高，高鉀、富鈣(表1)，且稀土、稀有金屬元素背景值亦較高的特點(diǎn)。

表1 研究區(qū)過(guò)堿性雜巖體不同巖相巖石化學(xué)成分表Tab 1.Chemical Analysis of Different Rock of Peralkalic Complex Rock Body in Study Area

(1)酸度低：巖體SiO240.59%～66.35%，平均51.9%，屬超基性-基性-中性-局部酸性的雜巖體。霞石、方柱石、歪長(zhǎng)石等似長(zhǎng)石礦物普遍出現(xiàn)，表明原始巖漿的SiO2強(qiáng)烈不飽和，是云南富堿斑巖帶中酸度最低的巖體。

(2)堿度高：巖體巖石的堿度(李特曼指數(shù)σ平均為9.7)最高：輝石巖σ為13.9、輝長(zhǎng)巖σ為10.0、正長(zhǎng)巖σ為7.4，為過(guò)堿性巖；是云南富堿斑巖帶中堿度最高的巖體。

(3)磷含量高：據(jù)53件巖石化學(xué)分析樣統(tǒng)計(jì)，巖體的磷含量從邊緣相到中心相逐漸增高，即從霞石正長(zhǎng)巖(0.46%)→輝石正長(zhǎng)巖(0.78%)→輝長(zhǎng)巖(1.35%)→輝石巖(3.15%)逐漸增高；其中，輝石巖相的磷含量(3.15%)比中國(guó)輝石巖的磷含量(0.16%)高約20倍，其含量達(dá)到基性-堿性巖型磷灰石礦床Ⅲ級(jí)品礦石要求。

(4)高鉀、高鈣、貧鎂：與世界輝石巖、輝長(zhǎng)巖比較，永平巖體的輝石巖-輝長(zhǎng)巖顯著鉀高、鈣高、鎂低。輝長(zhǎng)巖-輝石正長(zhǎng)巖-霞石正長(zhǎng)巖的K2O含量6.4%，滿足含鉀巖石鉀肥低品位礦(K2O含量 6%)的要求。

(5)稀土、稀有金屬元素背景值高：研究區(qū)過(guò)堿性雜巖體的稀土、鈧、鋯、鉿、磷、銣、鍶、鋇等元素的背景值遠(yuǎn)高于云南富堿斑巖帶的巖石及世界同類巖石(表2)，顯示出明顯的獨(dú)特性，為巖體頂部風(fēng)化殼磷灰石型稀土礦的成礦奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

表2 研究區(qū)過(guò)堿性雜巖體成礦元素背景值Tab 2.Background Value of Metallogenesis Element in Peralkalic Complex Rock Body in Study Area

與世界基性巖類比較：研究區(qū)過(guò)堿性輝石巖-輝長(zhǎng)巖相稀土高22倍，鈧高1.2倍，鋯高2.8倍，鉿高11倍，釷高15.7倍，磷高16.4倍，銣高4.2倍，鍶高8.5倍，鋇高15倍。

與云南喜馬拉雅期富堿斑巖或世界正長(zhǎng)巖類比較：研究區(qū)過(guò)堿性雜巖體稀土高5倍，鈧高7倍，鈷高25倍，鋯高1.6倍，磷高18倍，銣高1.1倍，鍶高20倍，鋇高2.5倍。

3 磷灰石型稀土礦床特征

研究區(qū)主要為巖體風(fēng)化殼型磷灰石稀土(砂)礦床，其次為巖體風(fēng)化殼離子吸附型稀土礦。研究區(qū)過(guò)堿性雜巖體的稀土、磷含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于世界基性巖及云南富堿斑巖帶巖石的稀土、磷含量，巖體初始巖漿中磷過(guò)飽和，在巖漿演化結(jié)晶過(guò)程中，由于稀土的離子半徑與磷的離子半徑接近，它們優(yōu)先與磷結(jié)合生成磷灰石、獨(dú)居石等副礦物。

分布于研究區(qū)過(guò)堿性雜巖體中西部的輝石巖-輝長(zhǎng)巖，其磷及稀土含量最高，但其風(fēng)化殼的稀土浸出率最低。由于輝石巖-輝長(zhǎng)巖的副礦物磷灰石含量最高、結(jié)晶粒度大，隨著巖體風(fēng)化程度的加深，稀土載體礦物磷灰石在巖體頂部風(fēng)化殼的全風(fēng)化帶中逐漸富集，形成巖體風(fēng)化殼型磷灰石稀土(砂)礦床。

該類型礦床面狀分布，平面自然邊界受輝石巖-輝長(zhǎng)巖相的控制。剖面上，礦體賦存于巖體風(fēng)化殼的全風(fēng)化帶中。礦床分布東西長(zhǎng)約5km、南北寬約2km、平均厚度約10m、稀土品位約50kg/m3、規(guī)模大，并共伴生多種有用組分，為礦區(qū)最為重要的礦床類型。根據(jù)風(fēng)化強(qiáng)弱程度、垂直分帶情況及結(jié)構(gòu)構(gòu)造，研究區(qū)過(guò)堿性雜巖體風(fēng)化殼型磷灰石稀土(砂)礦床礦石自上而下可分為褐色粘層礦石、砂土層礦石兩種自然類型。卓潘堿性巖體風(fēng)化殼分帶及稀土多金屬垂向富集(圖2)。

圖2 卓潘巖體風(fēng)化殼分帶及稀土垂向富集圖Fig 2.Weathering Crust Zonation and REE Vertical Concentration of Zhuopan Rock Body

3.1 礦石物質(zhì)成分特征

稀土(砂)礦體均賦存于輝石巖-輝長(zhǎng)巖全風(fēng)化帶和半風(fēng)化帶中，在全風(fēng)化帶褐色粘土層、砂質(zhì)粘土層及砂土層中，稀土氧化物品位約0.3ω%；在半風(fēng)化腐巖層中，稀土氧化物品位約0.25ω%；在基巖中，稀土氧化物品位約0.2ω%。

據(jù)物質(zhì)組分分析結(jié)果，稀土(砂)礦礦石礦物主要有磷酸鹽類礦物磷灰石、偶見獨(dú)居石；金屬氧化物有磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦、鈦鐵礦、金紅石等；硅酸鹽類礦物榍石、鋯石、輝石、綠簾石、透閃石等；鐵泥質(zhì)粘土礦物水黑云母、高嶺石、綠泥石等。

通過(guò)對(duì)過(guò)堿性雜巖體輝石巖-輝長(zhǎng)巖風(fēng)化殼全風(fēng)化帶的硅酸鹽分析及磷、稀土分析，從弱風(fēng)化基巖至全風(fēng)化帶，Al2O3、Fe2O3、K2O的含量增高，REO、P2O5、TiO2明顯富集，而SiO2、FeO、CaO、MgO、Na2O等組分減少或淋漓流失。REO、P2O5顯示出明顯的同步富集現(xiàn)象。

3.2 稀土元素及配分組成特征

礦石輕稀土組、中稀土組、重稀土組占比分別為：LREE占85.29%，MREE占7.69%，HREE占7.02%。輕稀土組中，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的鐠、釹含量占輕稀土含量的33.9%。稀土元素配分型式為輕稀土富集型，屬低鑭，高鈰、釹，富鐠、釤、鏑、釓、鉺、釔的輕稀土礦床，礦床的經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高。

4 成礦條件簡(jiǎn)析

成礦地質(zhì)條件按控礦因素，有直接或間接的控制因素。永平卓潘過(guò)堿性巖體巖漿作用、巖相(性)因素、風(fēng)化作用、古氣候、水文地質(zhì)條件、地形地貌及時(shí)效性等多因素都直接或間接影響、控制了礦體的形成及分布。

4.1 巖漿作用條件

永平雜巖體形成于瀾滄江深大斷裂東側(cè)的蘭坪-永平喜馬拉雅期走滑拉分盆地內(nèi)。拉分?jǐn)嗔训闹黧w正好處于卓潘巖體出露的位置，由于拉伸強(qiáng)度大、斷裂深度大，導(dǎo)致受交代的富集型上地幔部分熔融，形成富磷、富稀土及富稀有元素的高堿、高鈣、低鎂巖漿。在巖漿侵位、演化及結(jié)晶過(guò)程中，由于稀土的離子半徑與磷、鈣的離子半徑接近，它們優(yōu)先與磷、鈣結(jié)合生成大量富含稀土的磷灰石(磷灰石含量最高達(dá)30%)、獨(dú)居石、榍石、鋯石等副礦物，形成SiO2強(qiáng)烈不飽和的、富稀土、富稀有元素、富磷的---卓潘過(guò)堿性雜巖體，為卓潘堿性雜巖體頂部風(fēng)化殼磷灰石型稀土礦的形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

稀土多金屬礦賦存于巖體頂部的風(fēng)化殼中，其成礦母巖是過(guò)堿性輝石巖-輝長(zhǎng)巖，尤其是富含磷灰石、榍石等副礦物的輝石巖和輝長(zhǎng)巖對(duì)成礦極為有利。

4.2 巖相(性)對(duì)成礦的控制條件

巖體的成礦元素背景值及稀土載體礦物的種類、含量，是巖體風(fēng)化殼磷灰石型稀土礦形成的最基本條件。永平巖體的不同巖相，其礦物組成不同、成礦元素背景值不同及稀土載體礦物也不同，巖相決定了永平巖體風(fēng)化殼型稀土礦的礦床類型、品位高低及規(guī)模大小，并對(duì)稀土浸取率有制約作用。

在永平過(guò)堿性雜巖體中：稀土背景值最高的輝石巖-輝長(zhǎng)巖相，其風(fēng)化殼的稀土含量也最高；副礦物磷灰石、榍石等含量最高的輝石巖-輝長(zhǎng)巖相，其風(fēng)化殼中相應(yīng)副礦物的含量亦成倍增加；稀土含量最高及副礦物磷灰石含量最高的輝石巖-輝長(zhǎng)巖相，其風(fēng)化殼的稀土浸取率低或偏低。而磷灰石含量最低的、稀土含量相對(duì)偏低的堿性正長(zhǎng)巖-霞石正長(zhǎng)巖相，其風(fēng)化殼的稀土浸取率相對(duì)偏高。

4.3 風(fēng)化作用條件

巖體在大氣、水、生物等營(yíng)力機(jī)械和化學(xué)作用影響下，發(fā)生物理的、化學(xué)的以及生物化學(xué)的變化。使富含稀土等有用物質(zhì)的耐風(fēng)化礦物殘留、遷移富集成礦。風(fēng)化作用是風(fēng)化殼型稀土礦床形成的重要原因，只有經(jīng)歷較長(zhǎng)的風(fēng)化作用時(shí)期，才能使巖石中絕大部分組分被分解淋失，耐風(fēng)化的有用組分殘留下來(lái)，形成厚大的殘積型風(fēng)化殼礦床。母巖物質(zhì)成分、氣候條件、地形條件、地下水條件、地質(zhì)構(gòu)造和風(fēng)化時(shí)間等因素對(duì)風(fēng)化殼型稀土礦床形成起決定控制作用，就是這些因素的耦合效果，使卓潘巖體的中的霓輝石、角閃石等暗色礦物被風(fēng)化解離，Ca、Mg、Na、K、Si等組分淋濾流失，而稀土載體礦物磷灰石、獨(dú)居石、褐簾石等不易被風(fēng)化，沿緩坡、緩脊、緩谷遷移并富集于風(fēng)化殼中，形成巖體風(fēng)化-解離-易溶組分淋濾-副礦物富集-剝蝕的反復(fù)成礦作用機(jī)制，最終成為以磷灰石為主要稀土載體礦物的巖體風(fēng)化殼磷灰石型稀土(砂)礦床。

4.4 氣候條件

氣候?qū)︼L(fēng)化殼型稀土礦床形成的影響主要表現(xiàn)在溫度、降雨量、生物活動(dòng)等方面。更新世以來(lái)，永平的氣候環(huán)境整體屬亞熱帶季風(fēng)氣候和暖溫帶氣候。溫暖濕潤(rùn)、雨量充沛、氧氣充足、植被繁茂、生物繁殖極快，因而化學(xué)風(fēng)化作用和生物風(fēng)化作用進(jìn)行強(qiáng)烈并不斷向深部發(fā)展，巖石和礦物被迅速破壞和分解，加速了卓潘堿性雜巖體巖石的化學(xué)、生物風(fēng)化作用進(jìn)程。過(guò)堿性輝石巖-輝長(zhǎng)巖中富含的霓輝石、堿性角閃石等暗色礦物較易風(fēng)化解離，其Ca、Mg、Na、K、Si等組分易淋濾流失；而巖石中的磷灰石、獨(dú)居石、褐簾石等副礦物較難風(fēng)化，而沿緩坡、緩脊、緩谷遷移和富集。溫暖濕潤(rùn)的氣候特征，有利于巖體的風(fēng)化作用，為厚大風(fēng)化殼的形成創(chuàng)造了條件。

4.5 地形地貌條件

地形地貌條件直接影響地表水和地下水的運(yùn)動(dòng)，因而關(guān)系到風(fēng)化作用能否徹底進(jìn)行，以及風(fēng)化產(chǎn)物能否很好地保存下來(lái)。陡峻的山岳地形，水流迅速，侵蝕作用強(qiáng)烈，物理風(fēng)化超過(guò)化學(xué)風(fēng)化，風(fēng)化產(chǎn)物往往以粗碎屑物為主，并且常被地表水沖走，因而不利于風(fēng)化礦床的形成；平原洼地，水流不暢，是沉積堆積的場(chǎng)所，亦不利于風(fēng)化作用的進(jìn)行；高差不大的山區(qū)及平緩邱陵地形對(duì)風(fēng)化殼型礦床的形成最為有利。卓潘堿性雜巖體分布區(qū)，地形起伏不大，自然坡度一般為10°～35°左右，溝谷發(fā)育，排泄條件良好，地表水和地下水的流動(dòng)都比較緩，侵蝕作用亦較微弱，而且化學(xué)風(fēng)化作用占主要地位，風(fēng)化產(chǎn)物能大量殘留原地，形成平原化地貌，有利于風(fēng)化礦床形成。

4.6 水文地質(zhì)條件

永平巖體位于瀾滄江水系東側(cè)之Ⅰ級(jí)侵蝕基準(zhǔn)面，按照巖石性質(zhì)及風(fēng)化營(yíng)力條件，堿性雜巖體分布區(qū)屬構(gòu)造侵蝕、溶蝕低中山坡麓地貌單元。研究區(qū)卓潘巖體出露范圍主要位于潛水面以上，隨著潛水面的升降變化，浸蝕作用影響范圍也在不斷變化，浸蝕基準(zhǔn)面的變化在某種程度上影響了礦床的厚度和規(guī)模。

礦區(qū)潛水面適中，強(qiáng)烈的化學(xué)風(fēng)化疊加淋濾作用使殘留的磷灰石、獨(dú)居石、褐簾石等富集成礦。因此，巖石的分解和淋濾作用相適應(yīng)，有利于風(fēng)化礦床的形成。

4.7 時(shí)效條件

各種風(fēng)化作用持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)風(fēng)化礦床的形成具有重要的影響，形成厚大的、成熟的風(fēng)化礦床要求具備有利的“時(shí)效條件”。在卓潘巖體附近，第四紀(jì)更新統(tǒng)為河湖相堆積層，其底部為礫巖，礫石成分主要有堿性巖及脈石英等，表明卓潘堿性雜巖體于更新世早期就已遭受風(fēng)化剝蝕，風(fēng)化作用持續(xù)至今達(dá)200多萬(wàn)年，風(fēng)化作用持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)風(fēng)化殼的發(fā)育及稀土多金屬元素富集有利。

5 結(jié) 論

永平卓潘過(guò)堿性雜巖體因其獨(dú)特的大地構(gòu)造背景導(dǎo)致上地幔部分融熔，形成富稀土、富磷、富稀有金屬元素的過(guò)堿性雜巖體，為稀土多金屬礦床的形成提供了有利的背景條件。加之溫暖的古氣候環(huán)境、持久的風(fēng)化作用，相對(duì)較緩的地形地貌、以及巖體風(fēng)化殼的完整保留等，這些因素的相互影響、相互作用、相互促進(jìn)，為稀土礦的富集創(chuàng)造了條件。巖體風(fēng)化殼磷灰石型稀土礦中的稀土元素主要載體礦物為磷灰石。礦石的稀土品位與磷灰石含量呈正相關(guān)關(guān)系。