“寨背式”離子吸附型稀土礦床多類型稀土礦化及其成因*

趙芝 王登紅 鄒新勇

1.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，自然資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100037 2.江西省地質(zhì)局第七地質(zhì)大隊(duì)，贛州 341000

離子吸附型稀土礦自20世紀(jì)80年代在我國南方規(guī)模性開采以來產(chǎn)品備受全球青睞(丁嘉榆，2012)，多年來供應(yīng)了世界90%以上的重稀土(Kynickyetal.,2012)。近十年來由于稀土資源尤其是重稀土的戰(zhàn)略地位越發(fā)凸顯，離子吸附型稀土礦被全球礦業(yè)界高度關(guān)注，掀起了此類礦床勘探、開發(fā)及研究的熱潮，目前已在越南、緬甸、泰國、菲律賓、馬達(dá)加斯加、馬拉維、智利等國家發(fā)現(xiàn)了此類資源(Sanematsuetal.,2009,2013,2015,2016;Imaietal.,2013;張波等，2013;Bergeretal.,2014;Maulanaetal.,2014;Sanematsu and Watanabe,2016;Padronesetal.,2017)；華南離子吸附型稀土勘查和研究也取得了較大進(jìn)展(王登紅等，2013，2017；趙芝等，2017，2019；Wangetal.,2018；周美夫等，2020)。尋找優(yōu)質(zhì)的重稀土資源，探索重稀土成礦機(jī)制是研究此類礦床的重中之重。早期大量的研究顯示，輕稀土型母巖風(fēng)化形成輕稀土型風(fēng)化殼而重稀土型母巖風(fēng)化形成重稀土型風(fēng)化殼(楊岳清等，1981；Bao and Zhao,2008)，即使風(fēng)化過程中稀土元素因地球化學(xué)性質(zhì)上的微弱差異而發(fā)生分餾效應(yīng)也不足以改變風(fēng)化殼稀土配分類型對(duì)母巖的繼承性(吳澄宇等，1989)。眾所周知，華南地區(qū)重稀土型巖體數(shù)量有限，重稀土礦床更是稀有(吳澄宇等，1992；袁忠信等，2012；Lietal.,2017;Zhaoetal.,2021)。值得注意的是，華南一些輕稀土型花崗巖風(fēng)化后也可形成重稀土型風(fēng)化殼(白鴿等，1989(1)白鴿,吳澄宇,丁孝石,袁忠信,黃典豪.1989.南嶺離子型稀土礦床形成條件和分布規(guī)律.北京:地質(zhì)礦產(chǎn)部礦床地質(zhì)研究所)。近年，在贛南一些輕稀土礦床中也發(fā)現(xiàn)了重稀土礦體/層(劉東杰等，2017；王登紅等，2017；陳斌鋒等，2019)，這類礦床不同于典型的輕稀土或重稀土礦床。在全球重稀土資源需求不斷增加、華南重稀土礦床長(zhǎng)期開采的背景下，過渡型礦床/礦體顯得十分重要。研究此類礦床中輕、重稀土元素分異機(jī)制將豐富稀土成礦理論、拓寬重稀土找礦方向。

贛南寨背巖體是南嶺東段眾多含稀土巖體之一，與聞名世界的足洞巖體(產(chǎn)重稀土礦)相鄰(黃典豪等，1988；趙芝等，2014；Lietal.,2019)。前人對(duì)寨背花崗巖的地球化學(xué)特征進(jìn)行了較詳細(xì)地研究，均認(rèn)為是輕稀土型巖體(陳培榮等，1998；Lietal.,2003；Ishiharaetal.,2008；Wangetal.,2015)，近年在寨背花崗巖中也發(fā)現(xiàn)了重稀土型花崗巖(Zhaoetal.,2022)。作者對(duì)寨背花崗巖風(fēng)化殼進(jìn)行了系統(tǒng)采樣并對(duì)其開展了元素地球化學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)風(fēng)化殼的稀土配分類型除了輕稀土型外還有過渡型(輕、重稀土比例相近)和重稀土型，甚至同一風(fēng)化殼剖面上顯示稀土配分類型從過渡型轉(zhuǎn)變?yōu)橹叵⊥列?。為了探討輕稀土型花崗巖風(fēng)化過程中稀土配分類型從輕稀土轉(zhuǎn)變?yōu)橹叵⊥恋臋C(jī)制，總結(jié)輕、重稀土元素分布規(guī)律，本文選取了區(qū)內(nèi)三個(gè)具有代表性的風(fēng)化殼鉆孔，對(duì)其樣品進(jìn)行了元素地球化學(xué)特征研究，并與華南典型輕稀土和重稀土礦床進(jìn)行了對(duì)比分析。

1 寨背花崗巖的地質(zhì)特征

寨背巖體出露于江西南部的定南一帶，呈巖基狀產(chǎn)出，出露面積達(dá)480km2(圖1)，與其西側(cè)的關(guān)西同屬一巨型侵入體，關(guān)西巖體與足洞巖體斷層接觸。寨背巖體北側(cè)與寒武系變質(zhì)巖呈斷層接觸，東側(cè)侵入于海西期隘高巖體(Rb-Sr等時(shí)線年齡為260Ma，范春方和陳培榮，2000)，南側(cè)侵入于印支期的定南巖體(鋯石U-Pb年齡為236Ma，作者未發(fā)表資料)，西南側(cè)侵入于晚侏羅世火山巖，西北部被晚白堊世紅層沉積覆蓋。鋯石U-Pb年代學(xué)研究結(jié)果顯示，寨背花崗巖的結(jié)晶年齡分布在171～199Ma之間(Lietal.,2003;Wangetal.,2015;Heetal.,2017)；也有學(xué)者認(rèn)為寨背花崗巖基的侵位-結(jié)晶時(shí)差達(dá)21Myr，其侵位年齡約為195Ma(章邦桐等，2011)。

據(jù)1:20萬尋烏幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告(江西省地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)，1973(2)江西省地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊(duì).1973.1:20萬尋烏幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告)，寨背巖體各巖相帶出露較為齊全，邊緣相巖石多為細(xì)粒似斑狀黑云母花崗巖，交代作用較強(qiáng)烈地區(qū)相變?yōu)榧?xì)粒二云母堿長(zhǎng)花崗巖。邊緣相比較發(fā)育，寬度自幾百米至千米以上，出露于巖體的東側(cè)及南側(cè)，與過渡相巖石呈漸變關(guān)系。過渡相巖石為肉紅色中細(xì)粒至中粒黑云母鉀長(zhǎng)花崗巖，為巖體的主要出露相帶。內(nèi)部相為粗粒黑云母鉀長(zhǎng)花崗巖，局部為粗粒角閃黑云石英二長(zhǎng)巖，出露局限僅見于寨背一帶，面積約十幾平方千米，與過渡相呈漸變關(guān)系。

2 寨背花崗巖風(fēng)化殼特征

寨背稀土礦床發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)80年代，開采繁盛時(shí)期有16個(gè)采礦區(qū)，2012年采礦權(quán)區(qū)整合后仍有10個(gè)。礦區(qū)集中分布在巖體中部地勢(shì)相對(duì)平緩的地帶，地貌以中低山丘陵為主(圖2a)，海拔標(biāo)高多在300～500m，山坡坡度一般為10°～35°，局部可達(dá)45°；氣候溫暖潮濕，化學(xué)風(fēng)化作用顯著，厚大的風(fēng)化殼十分發(fā)育。平面上風(fēng)化殼呈橢圓狀、闊葉形或不規(guī)則狀，垂向上具有明顯的分帶性，厚度多在10m左右，局部可達(dá)50m，往往在低緩山丘的山頂最厚、沿山坡向下逐漸變薄。發(fā)育完整的風(fēng)化殼自上而下可劃分為：表土層、全風(fēng)化層、半風(fēng)化層和基巖，各層之間沒有截然界線，呈似層狀漸變過渡關(guān)系(圖2b，c)。風(fēng)化殼呈土黃色至磚紅色，表土層中常見植物根系，黏性大、粒度細(xì)，厚度一般不超過2m。全風(fēng)化層結(jié)構(gòu)疏松(圖2d)，礦物主要為石英、堿性長(zhǎng)石、高嶺石和少量伊利石，下部和半風(fēng)化層可見少量的斜長(zhǎng)石，該層是風(fēng)化殼的主體，也是礦體的賦存部位。半風(fēng)化層整體保留了基巖的特征，粘土礦物含量降低，堿性長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石比例增高，可見巖石碎塊，海拔較高地區(qū)見球形風(fēng)化(圖2e)。

3 風(fēng)化殼樣品特征及分析測(cè)試方法

本文選擇了3個(gè)具有代表性的風(fēng)化殼鉆孔(ZK1、ZK2和ZK4)。鉆孔ZK1位于寨背巖體中部低緩山丘的山腰，山體植被茂盛，海拔標(biāo)高459m(最高處為479m)，陽坡，坡度約10°。樣品通過贛南鉆采集，孔深12m，其中0～2m為表土層，2～12m為全風(fēng)化層。自2m取樣至11m結(jié)束，樣長(zhǎng)1m，混合后縮分采樣，共采集9件樣品。鉆孔ZK2位于巖體南部靠近巖體邊緣，處于山脊部位，植被覆蓋，海拔標(biāo)高為413m，坡度為10°。贛南鉆孔深14m，0～8m為全風(fēng)化層，8～14m為半風(fēng)化層。0～1m縮分后采集一件樣品，即ZK2-H1；1～13m每隔1m采一件樣品，合計(jì)6件；13～14m縮分后采集一件樣品，即ZK2-H14。鉆孔ZK4位于車步巖體東側(cè)的寨背花崗巖風(fēng)化殼中，處于山脊位置，植被覆蓋，海拔標(biāo)高472m，坡度為20°。鉆孔為機(jī)械淺鉆，孔深46m，其中0～41m為全風(fēng)化層，41～46m為半風(fēng)化層，分別在0～1m、5～6m、10～11m、15～16m、20～21m、25～26m、30～31m、35～36m、40～41m、45～46m采樣，1m長(zhǎng)的風(fēng)化殼縮分，共取10件樣品。

樣品破碎至小于200目后開展了主量、微量、全相稀土和離子交換相稀土元素的分析測(cè)試工作，測(cè)試工作均在國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心完成。主量元素測(cè)試采用X熒光(XRF)，分析誤差小于5%，分析結(jié)果見表1。離子交換相稀土元素測(cè)試工作之前開展了淋慮實(shí)驗(yàn)，其過程如下：將4.0g 磨碎至200目的樣品浸泡于8mL濃度為2.5 %的硫酸銨溶液中，震蕩搖勻后浸泡24h，每瓶取1mL上清液過濾，加入9mL的5%硝酸稀釋，稀釋倍數(shù)為20倍，搖勻后測(cè)試。稀土和微量元素分析均采用等離子質(zhì)譜(ICP-MS)，儀器型號(hào)為PE300D，分析誤差小于5%，結(jié)果見表2和表3。

表1 江西寨背花崗巖風(fēng)化殼內(nèi)三個(gè)代表性鉆孔樣品的主量元素測(cè)試結(jié)果(wt%)Table 1 Major element contents for the studied weathering profile from the Zhaibei granite (wt%)

4 測(cè)試結(jié)果

4.1 主量元素

三個(gè)鉆孔中主量元素含量隨深度變化特征見圖3，其中SiO2的含量最高，其次是Al2O3、K2O、Fe2O3、TiO2、MgO及CaO。SiO2含量與Al2O3和Fe2O3含量呈負(fù)相關(guān)性，F(xiàn)e2O3與TiO2含量可呈負(fù)相關(guān)性(ZK1)，也可呈正相關(guān)性(ZK2和ZK4)。整體看，鉆孔ZK1中主量元素含量變化范圍較小，ZK4中含量變化范圍較大，ZK2中含量變化范圍介于兩者之間。與寨背花崗巖相比，風(fēng)化殼鉆孔中Na2O(<0.01%)、CaO(<0.10%)、P2O5(≤0.01%)的含量顯著偏低，Al2O3、TiO2、MgO及SiO2含量變化較小。

化學(xué)蝕變指數(shù)CIA =Al2O3/(Al2O3+CaO*+K2O+Na2O)，其中CaO*為硅酸鹽中的CaO含量，硅酸鹽礦物中CaO與Na2O通常以1:1存在，當(dāng)MCaO>MNa2O時(shí)，可認(rèn)為MCaO*=MNa2O；當(dāng)MCaO

4.2 稀土元素

離子吸附型稀土礦床中風(fēng)化殼的稀土元素總和，即全相稀土，主要由離子交換相(約占全相稀土的40%～95 %)及少量的離子相專性吸附態(tài)、膠體分散相、獨(dú)立礦物相(含表生礦物態(tài)，如方鈰石；殘留礦物態(tài)，如獨(dú)居石、磷釔礦等)以及晶格雜質(zhì)相(Tianetal.,2013；鄧茂春等，2013；丁嘉榆和鄧國慶，2013)。本文研究對(duì)象為風(fēng)化殼的全相稀土和離子交換相稀土元素。為了顯示三個(gè)鉆孔中稀土元素的分布和遷移特征，計(jì)算了單個(gè)稀土元素的配分，即以稀土元素總和計(jì)為100%時(shí)單個(gè)稀土元素所占的百分比(圖4)，同時(shí)繪制了稀土單元素含量曲線分布圖(圖5)和南嶺輕稀土型風(fēng)化殼標(biāo)準(zhǔn)化的稀土元素配分模式圖(圖6)。

三個(gè)鉆孔中ZK1的稀土含量最高，全相稀土總量介于1526×10-6～2087×10-6之間，均值為1861×10-6(n=9)。其中，離子交換相稀土總量占全相的57%～100%，其中樣品ZK1-H6至ZK1-H10中離子交換相稀土比例大于90%。全相稀土中單元素稀土配分比值：Y>La>Nd>Ce>Dy>Gd>Pr>Sm>Er>Yb>Ho>Tb>Eu>Tm>Lu。相對(duì)于全相稀土，離子交換相稀土最顯著的特征是La(19.5%→30.2%)和Nd(14.7%→18.4%)的配分值顯著提高，Ce(8.3%→1.4%)和Y(33%→25%)的配分值顯著降低(圖4)。

ZK2剖面中全風(fēng)化層(1～8m)的稀土總量(1516×10-6)高于半風(fēng)化層(8～14m)(376.0×10-6)。其中，離子交換相稀土含量占全相的30%～74%，全風(fēng)化層的離子交換相稀土含量高于半風(fēng)化層。全相稀土中各元素配分：Y>La>Nd>Ce>Dy>Gd>Pr>Sm>Er>Yb>Ho>Tb>Eu>Tm>Lu。與全相稀土相比，離子交換相稀土中Y(32%→35%)、La(21%→25%)、Nd(12%→13%)和Gd(4%→5%)略有增加，Ce顯著降低(11%→3%)，Dy略有降低(5%→3%)(圖4)。

ZK4剖面中稀土總量最低，全相稀土總量介于340.0×10-6～1376×10-6之間，均值為739.2×10-6(n=10)。離子交換相稀土占全相稀土總量的3%～80%，全相稀土含量高的樣品離子交換相稀土的含量也相對(duì)較高。全相稀土各元素配分：Ce>La>Nd>Y>Pr>Sm>Gd>Dy>Er>Yb>Tb>Ho>Eu>Tm>Lu。與全相稀土相比，離子交換相稀土中La顯著增加(22%→38%)，Nd有所增加(16%→21%)，Ce顯著降低(32%→12%)(圖4)。

從三個(gè)風(fēng)化殼剖面稀土單元素的含量變化曲線可知(圖5)：ZK1中各稀土元素含量曲線均呈“波浪式”遞增，離子交換相稀土除Ce以外，其余元素含量呈“波浪式”遞增趨勢(shì)更加顯著。ZK2的全相稀土中重稀土的含量曲線呈典型的“弓背式”，輕稀土含量曲線呈上高下低的“喇叭式”；離子交換相稀土中重稀土的含量曲線亦呈“弓背式”，但含量最高的層位下移更靠近全風(fēng)化層下部。離子交換相輕稀土元素中La、Ce、Pr、Nd含量在全風(fēng)化層中并無顯著增減，半風(fēng)化層中具有降低趨勢(shì)。離子交換相Eu的含量在全風(fēng)化層中略有增加，半風(fēng)化層中顯著降低。ZK4的各全相稀土含量曲線呈垂直的“波浪式”，各離子交換相稀土含量曲線呈“波浪式”的特征更為顯著。

三個(gè)鉆孔的稀土配分類型：ZK1為過渡型，全相LREE/HREE=0.97～1.07。與南嶺輕稀土型風(fēng)化殼相比(415件樣品均值)，全相稀土配分曲線呈“左傾式”，HREE相對(duì)富集，Ce顯示負(fù)異常(圖6a)；離子交換相稀土LREE/HREE=1.30～1.65，配分曲線呈“近水平”，Ce顯示強(qiáng)烈虧損，HREE弱富集(圖6b)。ZK2自上而下由過渡型轉(zhuǎn)變?yōu)橹叵⊥列?，全相LREE/HREE=0.45～1.81。與南嶺輕稀土型風(fēng)化殼相比，全相稀土配分曲線呈明顯的“左傾式”，Ce和Eu具有不同程度的負(fù)異常(圖6c)。樣品ZK2-H5和ZK2-H7中重稀土富集尤為顯著，屬重稀土型。離子交換相稀土LREE/HREE=0.43～2.25，配分曲線呈弱“左傾式”，Ce顯示負(fù)異常(圖6d)，樣品ZK2-H5至ZK2-H14均屬重稀土型。ZK4為典型的輕稀土型，全相LREE/HREE=2.29～4.56。與南嶺輕稀土型風(fēng)化殼相比配分曲線呈“平坦式”至“右傾式”，富集Ce，虧損Eu(圖6e)。離子交換相稀土LREE/HREE=2.28～10.78，配分曲線呈“右傾式”，虧損Ce和部分重稀土元素如Tm、Yb和Lu(圖6f)。

5 討論

風(fēng)化過程中稀土元素的遷移、分餾和富集機(jī)制一直是離子吸附型稀土礦床研究的重點(diǎn)。大量研究已表明：風(fēng)化過程中稀土元素的遷移、分餾和富集受母巖、風(fēng)化殼介質(zhì)、pH值、微生物以及各稀土元素地球化學(xué)性質(zhì)差異等多種因素制約(Wuetal.,1990;Hill and Rosenbaum,1998;Bergeretal.,2014;趙芝等,2015;Sanematsu and Watanabe,2016)。然而，以往的研究中風(fēng)化殼往往是單一的輕稀土型或重稀土型，同時(shí)受分析測(cè)試技術(shù)的制約，風(fēng)化殼的稀土為全相稀土而非成礦的離子交換相稀土。近年來風(fēng)化殼中離子交換相稀土單元素測(cè)試技術(shù)已成熟，這使離子交換相稀土元素遷移、分餾和富集機(jī)制研究更為準(zhǔn)確。寨背花崗巖風(fēng)化殼的稀土配分類型具有多樣性(輕稀土型、過渡型和重稀土型)，其在風(fēng)化過程中上述因素如何影響稀土元素的富集、遷移及分餾？對(duì)其討論如下。

5.1 寨背花崗巖風(fēng)化殼中稀土富集機(jī)制

三個(gè)風(fēng)化殼鉆孔中稀土含量差別較大，全相稀土含量與離子交換相稀土含量呈正相關(guān)(圖7a)，同時(shí)稀土含量與風(fēng)化程度(CIA值)具有明顯的正相關(guān)性(圖7b)。同一鉆孔不同層位的樣品，稀土含量差別也很大。鉆孔ZK1的全風(fēng)化層中稀土元素發(fā)生了富集，全風(fēng)化層下部稀土含量最高；ZK2中稀土僅富集在全風(fēng)化層中下部；ZK4的全風(fēng)化層中稀土間斷富集(圖5)。從三個(gè)鉆孔的位置來看，ZK1在平緩的山腰部位，表土層發(fā)育，淋濾作用除了垂向的滲流外可能還有側(cè)向的滲流，但因坡度平緩側(cè)向滲流不顯著，離子交換相稀土單元素含量曲線呈右傾起伏的“喇叭式”。ZK2位于平緩的饅頭山山頂，淋濾作用以垂向滲流為主，稀土含量曲線呈典型的“弓背式”。相對(duì)前兩個(gè)鉆孔，ZK4所在的山脊坡度較大海拔較高，淋濾作用雖以垂向滲流為主，但因風(fēng)化程度極不均勻，導(dǎo)致稀土含量呈大“波浪式”變化。可見，表生階段三個(gè)鉆孔中稀土元素的富集主要受風(fēng)化程度及風(fēng)化層位(淋濾作用)的影響。

毫無疑問，母巖提供了風(fēng)化殼中稀土次生富集的物質(zhì)基礎(chǔ)。通過對(duì)三個(gè)鉆孔全風(fēng)化層下部風(fēng)化程度相似(CIA≈76%)的樣品進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)ZK2-H5和ZK2-H7的稀土總量最高，其次是ZK1-H5至ZK1-H7，而ZK4-H41的稀土含量最低(圖7b)。推測(cè)，ZK4的母巖中稀土含量低于ZK2和ZK1的母巖，后兩者的母巖稀土含量相差不大。但由于ZK1的風(fēng)化程度高且均一、全風(fēng)化層深度大，其礦體厚度大(3～12m)稀土品位高。ZK2的風(fēng)化程度不如ZK1，其礦體厚度(0～7m)和稀土品位均不如ZK1。ZK4的母巖稀土含量略低，加上風(fēng)化程度極不均一，盡管全風(fēng)化層厚度大，但稀土礦體不連續(xù)且品位不如ZK2。

5.2 寨背花崗巖風(fēng)化殼中輕、重稀土元素分餾機(jī)制

三個(gè)鉆孔中離子相稀土配分類型多樣：ZK1 中LREE/HREE=1.44，為過渡型，富集La(30%)、Y(25%)、Nd(18%)、Dy(6%)和Pr(5%)。ZK2全風(fēng)化層上部為過渡型，全風(fēng)化層下部和半風(fēng)化層為重稀土型，整孔以富Y(35%)、La(25%)、Nd(13%)、Gd(5%)為特征。ZK4為輕稀土型(LREE/HREE=2.28～10.78)，以La(38%)、Nd(21%)、Ce(12%)及Y(11%)為主。三個(gè)鉆孔的母巖稀土配分是否存在差異？

風(fēng)化過程中Nb、Ta、Zr、Hf等元素相對(duì)比較穩(wěn)定，因此通過對(duì)比風(fēng)化殼和花崗巖中的Na/Ta和Zr/Hf比值可推測(cè)母巖特征。在Nb/Ta-Zr/Hf比值圖解中(圖8a)，三個(gè)鉆孔的樣品比值與寨背巖體過渡相黑云母正長(zhǎng)花崗巖的比值相近，但從ZK1至ZK4至ZK2，Na/Ta和Zr/Hf比值逐漸減少，整體上ZK2中的比值接近邊緣相巖石的比值，ZK1的比值更接近于內(nèi)部相巖石的比值。寨背花崗巖體從內(nèi)部相、過渡相至邊緣相，銪異常值逐漸減小，稀土配分類型從輕稀土型轉(zhuǎn)變?yōu)橹叵⊥列汀?nèi)部相和過渡相巖石的LREE/HREE=1.45～5.17，部分樣品LREE/HREE比值在1.45～2.65之間(圖8a)，Y的配分值在16%～25%之間(Zhaoetal.,2022)。ZK2和ZK1的母巖中重稀土含量相對(duì)較高，與過渡相中LREE/HREE比值在1.45～2.65之間的巖石(前人稱之為中釔輕稀土型)更相似。而ZK4的母巖中重稀土含量相對(duì)最低，推測(cè)可能是過渡相中LREE/HREE比值在3.20～5.17之間的巖石。同一鉆孔中稀土配分類型仍具有多樣性，ZK2中全相稀土配分類型有過渡型(LREE/HREE=1.11～1.81)和重稀土型(LREE/HREE=0.45～0.51)。部分全相稀土配分類型為過渡型的樣品(ZK2-H9，ZK2-H11，ZK2-H13，ZK2-H14)，離子交換相稀土配分類型轉(zhuǎn)變成重稀土型(LREE/HREE=0.43～0.98)。同一母巖風(fēng)化過程中稀土配分類型為何發(fā)生轉(zhuǎn)變？在有利的母巖條件和風(fēng)化殼充分發(fā)育的基礎(chǔ)上，稀土淋濾富集過程便成為成礦的關(guān)鍵因素。風(fēng)化殼中各稀土元素的富集程度主要取決于溶液中遷移出的該離子的濃度(楊岳清等，1981)。表生條件下，同價(jià)稀土離子半徑越小其遷移能力就越大，故輕稀土易滯留在風(fēng)化殼上部重稀土易向下遷移(陳德潛和吳靜淑，1990)。持續(xù)的淋濾作用使LREE/HREE比值由上而下逐漸降低，這種現(xiàn)象在輕稀土型風(fēng)化殼剖面中是常見的，但僅此不足以改變風(fēng)化殼的稀土配分類型。ZK2離子交換相輕稀土富集在全風(fēng)化層上部，重稀土尤其是Y富集在下部，由于母巖相對(duì)富集重稀土并且風(fēng)化過程中易被釋放出來，較高濃度的離子交換相重稀土增大了風(fēng)化殼下部已有的輕、重稀土分餾程度，以至于稀土配分類型從輕稀土型轉(zhuǎn)變?yōu)橹叵⊥列?。雖然，ZK1與ZK2具有相似稀土配分的母巖，但ZK1自上而下稀土配分類型均為過渡型未見重稀土型。與ZK2對(duì)比發(fā)現(xiàn)，ZK1的全風(fēng)化層厚度大于ZK2且輕、重稀土并未顯著分餾。風(fēng)化殼的發(fā)育是一動(dòng)態(tài)的變化過程，在風(fēng)化作用的初始階段，輕稀土的確被粘土優(yōu)先吸附(Condieetal.，1995)，但當(dāng)風(fēng)化程度持續(xù)增加，風(fēng)化殼上部輕稀土的濃度不斷增加并逐漸向下遷移，使輕、重稀土一同富集在風(fēng)化殼下部(趙芝等，2015，2017)。Braunetal.(1993)研究表明，當(dāng)風(fēng)化程度更加徹底時(shí)，重稀土逐漸從風(fēng)化殼中遷移并流失。ZK1中從全相稀土至離子交換相稀土，重稀土的配分減少，尤其是Y(33%→25%)。推測(cè)，因風(fēng)化程度的增大，輕稀土亦向下遷移而部分重稀土流失，從而縮小了輕、重稀土的分餾程度，致使風(fēng)化殼垂向上LREE/HREE變化不大。ZK4中稀土配分類型繼承了母巖，為單一的輕稀土型，即使風(fēng)化程度高的層位LREE/HREE>2。

5.3 華南三類典型離子吸附型稀土礦床中輕、重稀土富集規(guī)律

全球重稀土資源絕大部分來自離子吸附型稀土礦，而此類礦床中重稀土大部分來自像足洞這樣的重稀土礦，即“足洞式”，部分則來自如寨背這樣的輕稀土礦(“寨背式”)，少量來自似河嶺輕稀土礦(“河嶺式”)。足洞礦床中成礦母巖為白云母鉀長(zhǎng)-堿長(zhǎng)花崗巖，稀土礦物以磷釔礦、氟碳鈣釔礦、硅鈹釔礦、砷釔礦、釔易解石等富重稀土的礦物為主(黃典豪等，1988；吳澄宇等，1992；Bao and Zhao,2008;Lietal.,2019)；風(fēng)化殼中全相稀土LREE/HREE=0.38，Eu/REE=0.05%，Y/REE=48%(為64件樣品的均值)(圖9)。華南地區(qū)具有相似特征的重稀土礦床還有江西的大埠以及廣東的寨背頂(吳開興等，2017)。“足洞式”重稀土礦床中，風(fēng)化殼稀土配分類型繼承了母巖特征為重稀土型，重稀土的富集層位與風(fēng)化殼的發(fā)育程度有關(guān)。

寨背礦床中形成重稀土礦體的母巖主體為黑云母正長(zhǎng)花崗巖，以含氟碳鈰礦、氟碳釔鈰礦及富釔釷石等稀土獨(dú)立礦物為顯著特征，母巖LREE/HREE=1.45～2.65，其中Y的配分值可達(dá)15%～25%。風(fēng)化殼鉆孔ZK1和ZK2中17件樣品的全相稀土LREE/HREE=1.08，Eu/REE=0.50%，Y/REE=32%(均值)。此類礦床近年在廣西、江西等省均有發(fā)現(xiàn)?！罢呈健陛p稀土礦床中，風(fēng)化殼的稀土配分類型可以繼承母巖，仍為輕稀土型，也可改變對(duì)母巖的繼承性轉(zhuǎn)變?yōu)橹叵⊥列?，重稀土往往富集在全風(fēng)化層下部。

河嶺礦床中母巖為酸性火山熔巖及花崗斑巖，稀土礦物分別以獨(dú)居石、氟碳鈰礦、異相硅鈦鈰礦、氟碳鈣鈰礦、鈰磷灰石等富集輕稀土的礦物為主(王京彬和阮道源，1989；Bao and Zhao,2008;Sanematsu and Watanabe,2016)。2件花崗斑巖的LREE/HREE>4.62，其風(fēng)化殼樣品中全相稀土LREE/HREE=8.76，Eu/REE=0.33%，Y/REE=7%(26件樣品的均值)。這類礦床在華南地區(qū)十分普遍，母巖類型多樣(趙芝等，2014)。“河嶺式”輕稀土礦床中，風(fēng)化殼稀土配分類型同樣繼承了母巖特征為輕稀土型。在發(fā)育較為完整的風(fēng)化殼剖面中，重稀土往往分布在全風(fēng)化層下部，而輕稀土可富集在風(fēng)化層上部，也可富集在下部。

6 結(jié)論

贛南寨背花崗巖風(fēng)化殼的稀土配分類型多樣，有輕稀土型(鉆孔ZK4)、過渡型(鉆孔ZK1)和重稀土型(ZK2 下部)。以鉆孔ZK4為代表的輕稀土型風(fēng)化殼，母巖可能為寨背巖體過渡相的輕稀土型黑云母正長(zhǎng)花崗巖，其繼承了母巖的稀土配分類型。過渡型-重稀土型風(fēng)化殼，如ZK2和ZK1，母巖可能為過渡相的中釔輕稀土型黑云母正長(zhǎng)花崗巖。母巖風(fēng)化過程中，輕稀土首先富集在風(fēng)化殼上部重稀土則富集在下部，從母巖中釋放出的較高濃度的重稀土增大了風(fēng)化殼下部已有的輕、重稀土分餾程度，導(dǎo)致風(fēng)化殼的稀土配分類型從過渡型轉(zhuǎn)變?yōu)橹叵⊥列?，如ZK2剖面。隨風(fēng)化程度增加，富集在風(fēng)化殼上部的輕稀土逐漸向下遷移并發(fā)生富集。同時(shí)，富集在下部的重稀土部分從剖面中遷出至地表水中，從而縮小了輕、重稀土的分餾程度，風(fēng)化殼的稀土配分類型仍為過渡型，如ZK1剖面。

致謝感謝審稿專家提出的建議和意見，提高了本文質(zhì)量；感謝國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心屈文俊研究員和朱云副研究員在稀土淋濾實(shí)驗(yàn)上給予的幫助。