福建連城朋口稀土礦床地質特征及找礦標志①

黃良偉

（福建省地質調(diào)查研究院，福州，350013）

福建省屬于華夏陸塊和東南沿海環(huán)太平洋巖漿帶的重要組成部分，巖漿活動頻繁，是華南侵入巖最為發(fā)育的省份之一，侵入巖約占全省陸地總面積的三分之一，主要發(fā)育有燕山期、加里東期侵入巖，其它期次侵入巖規(guī)模相對較小［1－2］。福建屬溫暖濕潤的亞熱帶氣候，致使含稀土元素的花崗巖遭受強烈的風化淋濾作用，從而使花崗巖體中的稀土元素主要呈離子相吸附于黏土礦物中，形成風化殼離子吸附型稀土礦床［3］。閩西南地區(qū)是風化殼離子吸附型稀土礦最為發(fā)育的區(qū)域，發(fā)現(xiàn)有上杭洋坡坑［4］、龍巖萬安［5］、寧化城南［6］、明溪后洋［7］等大量稀土礦床，連城朋口稀土礦床是2021年新發(fā)現(xiàn)的稀土礦床，規(guī)模達到大型，筆者根據(jù)最新勘查成果，總結了礦床地質特征和找礦標志，初步探討控礦因素和礦床成因，為指導區(qū)域風化殼離子吸附型稀土礦的進一步找礦工作提供參考，同時也為該類型礦床的研究工作提供信息。

1 區(qū)域地質概況

礦區(qū)大地構造處于南武夷晚古生代坳陷區(qū)明溪—武平坳陷帶。地層出露較少，主要分布于東北和東南側邊部，有晚泥盆世桃子坑組、早石炭世林地組、中二疊世棲霞組、晚白堊世沙縣組和崇安組及第四紀全新世（圖1）。

圖1 連城朋口礦區(qū)區(qū)域地質簡圖Fig.1 Regional geological diagram of Pengkou deposit in Liancheng county

區(qū)域巖漿活動頻繁，侵入巖分布廣泛，主要出露宣和巖體，呈近南北向展布，東西兩側受印支期推覆與滑脫構造影響，出露不完整，與周圍古生代地層呈斷層接觸。該區(qū)域內(nèi)宣和巖體可分為少斑中細粒、似斑狀中粒、似斑狀中粗粒及斑狀細粒等4種正長花崗巖侵入體，過渡相為少斑中細粒、似斑狀中粒正長花崗巖，中心相為似斑狀中粗粒正長花崗巖，末期為斑狀細粒正長花崗巖。宣和巖體形成時代為志留紀，屬高鉀鈣堿性過鋁質S型花崗巖，巖體中稀土元素含量高（平均值為308.21×10－6），為華南加里東期板內(nèi)造山作用的產(chǎn)物［8－9］。

區(qū)域內(nèi)地質構造較為復雜，自新元古代以來經(jīng)歷了多期次、多階段的構造變形，以北東－北北東向構造骨架為主，同時還存在北西向斷裂、南北向斷裂和印支期逆沖推覆以及滑覆構造。

宣和巖體稀土元素總量較高［10］，是風化殼離子吸附型稀土礦的成礦母巖，目前已發(fā)現(xiàn)有宣和、文坊、黃沙坑、洋背等大、中－小型礦床。

2 礦區(qū)地質特征

礦區(qū)出露地層較簡單，主要以大面積出露侵入巖為典型特征，出露地層主要在地勢低洼的河流兩側有少量第四紀全新世地層。面積約為21.1km2。

礦區(qū)構造主要發(fā)現(xiàn)有2條斷裂，均為正斷層，分別呈北西、北東向。北西向斷裂總體產(chǎn)狀為200°∠65°，礦區(qū)內(nèi)延伸長約為3.5km，寬約為1～15m，破碎帶中巖石硅化強烈，局部發(fā)育有閃長巖脈、石英脈等。北西向斷裂顯示多期活動的特征，早期表現(xiàn)為壓性，見有硅化碎裂巖；晚期表現(xiàn)為張性，局部見有石英脈和密集的張性節(jié)理。北東向斷裂總體產(chǎn)狀為145°∠70°，礦區(qū)內(nèi)延伸長約為3.18km，寬為1～20m，斷面較為粗糙，主要由構造角礫、硅化巖組成，局部表現(xiàn)為密集的節(jié)理，具張性特征，在礦區(qū)內(nèi)為正斷層性質，推測形成于燕山晚期。

礦區(qū)侵入巖大范圍出露，巖性主要有3種，為似斑狀中粗粒正長花崗巖、似斑狀中粒正長花崗巖和斑狀細粒正長花崗巖。巖石普遍遭受動力作用影響產(chǎn)生破碎，呈定向排列，形成風化強烈的碎裂巖化花崗巖，少量新鮮的基巖保留于地勢低洼地段，其中似斑狀中粗粒、中粒正長花崗巖的稀土元素總量分別為311.89×10－6、304.6×10－6，高于自然界花崗巖稀土平均總量288×10－6，也高于上部陸殼的平均總量210.07×10－6［11］。礦區(qū)巖體是宣和巖體的一部分，總體顯示富硅、富堿，貧鈣、鎂的特征，屬高鉀鈣堿性過鋁質花崗巖，具有高分異“S”型花崗巖的特征，是稀土礦化的成礦母巖和貯礦圍巖。根據(jù)不同巖性花崗巖與礦體貯存關系研究表明（表1），3種正長花崗巖稀土礦體平均品位較為相近，斑狀細粒正長花崗巖中礦體平均厚度最大（為10.03m），而似斑狀中粗粒正長花崗巖中礦體平均厚度最小（為8.01m）。

表1 朋口礦區(qū)侵入巖與礦體關系特征Table 1 Relationship characteristics between invasive rock and mineral body in Pengkou deposit

此外，礦區(qū)脈巖主要發(fā)育有少量花崗斑巖脈、閃長巖脈和細?；◢弾r脈等。

3 風化殼特征

3.1 風化發(fā)育程度及類型

礦區(qū)風化殼發(fā)育，僅局部地勢低洼地段出露有少量新鮮基巖。從地形來看，一般在高程為400～600m，風化殼最為發(fā)育，風化殼厚度一般為15～25m，該地段稀土礦化發(fā)育，礦體厚度也普遍較大。在高程小于400m或大于600m地段，風化殼也較為發(fā)育，風化殼厚度一般為5～20m，多數(shù)地段具稀土礦化，但礦體厚度一般較小。

根據(jù)獨立地貌單元（山頭、山腰、山腳）的微地貌因素，風化殼可分為全覆式、裸腳式、殘留式3種類型。礦區(qū)風化殼大部分為全覆式，少量裸腳式。全覆式風化殼特征是風化殼發(fā)育、連續(xù)性好，風化殼面積大，物理、化學風化作用比較徹底，礦體保存比較好、規(guī)模較大，厚度達侵蝕夷平面，幾乎無基巖裸露。風化層厚度一般為1～30m，局部可達45m，從鉆孔控制來看，礦區(qū)風化殼平均厚度為17.92m。

3.2 風化殼垂向特征

根據(jù)礦區(qū)露頭及取樣鉆孔資料，礦區(qū)風化殼完整的垂直分層從上到下分為表土層、全風化層、半風化層，各層厚度隨巖體所處的地貌類型及微地貌部位不同而變化（照片1）。

照片1 朋口礦區(qū)風化殼垂向分帶Photo.1 Vertical zonation of weathering crust in Pengkou deposit

①表土層：進一步劃分為腐殖層、黏土層2個亞層。

腐殖層為風化殼頂部，植物根系發(fā)育，一般呈灰褐、褐黑色，厚度一般為0～0.4m，主要由腐殖土、黏土等組成。腐殖層一般不含稀土礦化。

黏土層位于腐殖層之下，顏色多呈土黃色、紅褐色、淺肉紅色等，黏性高、固結性較好，呈土狀構造，厚度一般為0.3～3m，主要成分為黏土、石英。黏土層稀土元素含量低，但局部全相稀土含量可達邊界品位（0.05%）或以上。

②全風化層：顏色一般呈淺肉紅色、淺土黃、灰白色等，結構松散，呈砂土狀構造，厚度一般為2～25m。主要由黏土礦物（主要為高嶺石、埃洛石、蒙脫石等，含量50%～70%）、石英（含量10%～30%）、少量未風化完全殘余長石（少于10%）及黑云母（少于5%）等組成，黑云母一般風化成黑色鐵質，未風化完全的長石一般保留半自形－自形柱狀形態(tài)，手捏易碎。全風化層與上部黏土層一般無明顯界線，為漸變過渡關系。全風化層稀土含礦性最好，是工業(yè)礦體的主要貯礦層位。

③半風化層：主要呈淺肉紅色、灰白色，厚度數(shù)厘米至數(shù)十米，以發(fā)育風化不完全、較硬的長石、石英顆粒為典型特征，主要礦物由長石（30%～40%）、石英（20%～30%）、黏土礦物（10%～30%）及黑云母（5%）等組成，長石一般風化不完全保留原巖結構構造且較為堅硬。半風化層與上部全風化層一般呈漸變過渡關系，其分層界線肉眼一般較難分辨。半風化層全相稀土含量一般低于邊界品位（0.05%），為離子吸附型稀土礦體的底板層。半風化層底部為新鮮基巖，二者一般也呈漸變過渡關系。

4 礦體地質特征

4.1 礦體特征

礦區(qū)稀土礦體貯存于花崗巖風化殼中，一般呈隱伏式，礦體未受剝削、保存好，成礦母巖為志留紀似斑狀中粗粒、中粒正長花崗巖與斑狀細粒正長花崗巖。貯礦層位主要為全風化層，礦體頂板主要為全風化正長花崗巖、黏土層，底板為全風化、半風化正長花崗巖，礦體和其頂?shù)装遒A礦圍巖均為同一花崗巖的風化產(chǎn)物，二者在外貌、物理性質無明顯的區(qū)別，呈漸變過渡關系，其界線只能根據(jù)基本分析成果圈定。礦體分布總體受地形（地貌）控制，主要分布于低山、低山－丘陵、丘陵地貌。礦體出露標高主要為400～600m，最高為617m，最低為355m。剖面上礦體貯存深度為0～30m，多數(shù)為2～20m?？傮w來看，礦體在中北部規(guī)模大、品位較高，在南部則規(guī)模小、品位較低。

礦體形態(tài)變化大，由山脊向山坡兩側傾斜，隨地形波浪起伏呈層狀、似層狀產(chǎn)出（圖2），一般呈現(xiàn)山頂和山脊厚、山坡薄特征，產(chǎn)狀與巖體風化殼、地貌形態(tài)基本一致。地表礦體風化殼由于受地表徑流的沖刷切割，連續(xù)性受到破壞，形態(tài)較為復雜，呈不規(guī)則狀、港灣狀等。礦區(qū)共圈定工業(yè)礦體11個，總面積為10.37km2。礦體面積為0.015～7.042km2，礦體厚度為1.50～7.80m，平均厚度為6.94m；礦體稀土氧化物（REO）品位為0.083%～0.099%，平均品位為0.095%，礦床規(guī)模達到大型。其中Ⅰ、Ⅲ礦體為主礦體（表2），并且Ⅰ礦體是區(qū)內(nèi)面積最大的礦體，面積約為7.042km2。礦體呈層狀、似層狀貯存于正長花崗巖風化殼中，主要分布于山脊，部分分布于山坡和山谷。礦體平面形態(tài)復雜，主要呈不規(guī)則狀、港灣狀，長軸走向155°，最長為5 509m，最寬為2 843m。單工程礦體厚度為1～20.4m，平均厚度為7.80m，厚度變化系數(shù)為51.9%；單工程稀土氧化物（REO）品位為0.080%～0.140%，平均品位0.095%，品位變化系數(shù)為32.3%，屬于厚度穩(wěn)定、品位較均勻的礦體。礦體浸取率一般為8.90%～95.61%，平均浸取率為62.64%。

圖2 朋口礦區(qū)A－A＇線地質剖面略圖Fig.2 The sketch map of geological profile of the A－A＇line in Pengkou deposit

表2 朋口礦區(qū)主次要礦體基本特征Table 2 Basic characteristics of the main and secondary ore bodies in Pengkou deposit

此外，在工業(yè)礦體水平投影重疊與邊部連片范圍還圈定了低品位礦體11個，總面積為7.362km2，其中ⅠD2號礦體為主礦體，面積為4.845km2。低品位礦體平均厚度為4.01m，稀土氧化物（REO）平均品位為0.059%。

4.2 礦石特征

4.2.1 礦石類型、結構構造

礦石的自然類型為全風化正長花崗巖型，工業(yè)類型為花崗巖風化殼離子吸附型。

礦石一般呈疏松砂土狀，手捏呈粉末狀，大多具石英顆粒，部分含未風化完全的長石斑晶顆粒。礦石為殘余似斑狀結構、殘余斑狀結構，礦石構造為疏松砂土狀構造、粉狀構造。

4.2.2 礦石礦物成分

研究表明［12－14］，離子吸附型稀土礦床的礦石稀土元素貯存狀態(tài)主要呈離子相，具可交換性吸附態(tài)，吸附于黏土礦物的表面或顆粒間，次為類質同象、微固體混入相、礦物相等。礦區(qū)內(nèi)礦石礦物成分主要有黏土礦物、石英、長石及少量云母，其中主要以高嶺土類黏土礦物為主。高嶺土類黏土礦物主要有高嶺石、埃洛石、蒙脫石、水云母、伊利石等，含量一般為40%～80%，為稀土離子的主要載體或吸附劑。其次為石英，含量一般為10%～30%，粒度多為1～3mm，還含有少量未風化完全的殘余長石（手捏易碎），含量一般小于10%。此外，另有極少量云母、磷灰石、鈣釔礦、鋯石、獨居石、磷釔礦等副礦物。

4.2.3 礦石化學成分

礦石中有益組分為稀土元素，單樣全相稀土氧化物品位最高為0.217%，主要礦體稀土氧化物品位變化系數(shù)為24.0%～35.2%，屬于較均勻－均勻型。根據(jù)193個見礦工程成果，約128個見礦工程礦石品位自地表至地下呈中間富、上下貧特征；約30個見礦工程礦石品位富集于上部，約38個見礦工程礦石品位富集于下部?？傮w來看，礦石品位在垂向上呈現(xiàn)出中間富、上下貧的變化特征。

通過礦石與原巖的主量元素特征對比（表3），風化似斑狀中（粗）粒正長花崗巖礦石3件樣品SiO2含量為56.16%～68.70%，均降低，斑狀細粒正長花崗巖礦石SiO2含量為71.20%、71.43%，與基巖相當。Al2O3含量為15.87%～24.99%，普遍升高；Fe2O3含量為2.38%～5.16%，普遍升高；Ti2O、MnO含量分別為0.34%～0.97%、0.03%～0.13%，與原巖相比輕微升高；FeO、Na2O、K2O、CaO、MgO、P2O5含量相對降低，尤其Na2O的含量降低偏多，礦石燒失量比原巖高。礦石與原巖化學成分變化特征，恰是表生風化淋濾富集作用的反映。

表3 朋口礦區(qū)礦石與原巖主量元素含量（%）Table 3 Main quantity element content of ore and original rock in Pengkou deposit

礦石中微量元素含量很低，均達不到伴生元素工業(yè)品位要求，無工業(yè)意義。此外，礦石中有害組分含量也非常低，對礦石質量無影響。

4.2.4 礦石稀土元素配分特征

82件礦石輕重稀土元素比值（∑Ce／∑Y）為1.26～5.07，平均為2.29，輕、重稀土分餾明顯，屬于輕稀土礦床。其中，∑Ce／∑Y比值為1～1.5的有6件樣品（占7.31%），∑Ce／∑Y比值為1.5～3的有66件樣品（占80.49%），∑Ce／∑Y比值大于3（最大5.07）的樣品有10件（占12.20%）。礦石中輕稀土元素（∑Ce）為55.74%～83.52%，平均為68.22%，重稀土元素（∑Y）為16.48%～44.26%，平均為31.78%。根據(jù)球粒隕石標準化稀土元素配分曲線圖（圖3），礦石配分模式曲線基本相似，呈輕稀土相對富集、重稀土相對虧損的右傾緩斜曲線，具較強的Eu負異常，Eu負異常出現(xiàn)可能是在巖漿分離結晶過程中，與斜長石的大量晶出導致形成明顯負異常相關。

圖3 朋口礦區(qū)3種輕重稀土比值的礦石球粒隕石標準化稀土配分曲線Fig.3 Standardized rare earth partition curve of the three light and heavy rare earth ratios in Pengkou deposit

根據(jù)稀土元素三分組，即輕稀土（La－Nd），用LREE表示；中稀土（Sm－Gd），用MREE表示；重稀土（Tb－Lu＋Y），用HREE表示。朋口礦區(qū)輕稀土（LREE）含量為52.52%～78.45%，平均為64.00%；中稀土（MREE）含量為5.67%～8.82%，平均為7.57%；重稀土（HREE）含量為13.73%～40.99%，平均為28.43%。

根據(jù)稀土礦床配分類型，Y2O3配分含量為9.30%～30.61%，平均為20.15%；Eu2O3含量為0.38%～0.73%，平均為0.56%。按照規(guī)范劃分，41件礦石配分類型屬于低釔中銪型，40件為中釔中銪型，1件為中釔低銪型，因此礦區(qū)配分類型屬于低釔中銪、中釔中銪型輕稀土礦。

此外，根據(jù)礦石與原巖的稀土元素含量平均值比來看（圖4），礦石與原巖稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖解變化基本一致，除Ce富集相對少（礦石為原巖的1.2倍），礦石與原巖相比其他稀土元素均呈明顯富集，礦石中稀土元素一般為原巖的3.7～4.8倍，Gd元素相對最為富集。

圖4 朋口礦區(qū)礦石與花崗巖球粒隕石標準化稀土配分曲線Fig.4 Standardized rare earth partition curve of the ore and granite chondrite in Pengkou deposit

5 控礦因素與礦床成因

5.1 控礦因素

（1）巖漿巖成礦一般具有成礦專屬性，礦區(qū)內(nèi)似斑狀中粗粒、中粒正長花崗巖和斑狀細粒花崗巖是稀土礦體的成礦巖體，為稀土元素成礦提供了物質來源。3種花崗巖中礦體平均品位接近，斑狀細粒正長花崗巖中礦體平均厚度最大，而似斑狀中粗粒正長花崗巖中礦體平均厚度最小。

（2）氣候環(huán)境也是風化殼離子吸附型礦床重要的控礦因素之一［15］，氣候因素是導致花崗巖遭受風化作用的重要原因。礦區(qū)位于中亞、南亞熱帶過渡地段，屬亞熱帶季風氣候，具有溫暖、濕潤、多雨的氣候條件，常經(jīng)歷雨季與少雨的氣候交替變化，有利于表生風化淋濾作用進行，使巖石中的礦物發(fā)生分解并充分氧化，從而形成稀土礦（化）體。

（3）pH環(huán)境也是該類型礦床重要的控礦因素之一，礦區(qū)地表水pH值為5.81，地表弱酸性環(huán)境有利于稀土元素活化，控制著稀土元素的分餾與沉淀。風化殼自上而下pH值逐漸變大，黏土礦物對稀土元素的吸附率隨pH值的升高而增大，全風化層中pH值環(huán)境最有利于稀土元素的沉淀［16－17］。

（4）地形（地貌）對稀土礦的成礦與富集也具有明顯的控制作用，礦區(qū)內(nèi)稀土礦（化）體在低山，低山－丘陵，丘陵類型均有分布；340～623m標高稀土礦化均有分布，其中以高程400～600m地段礦體規(guī)模最大；稀土礦厚大部位一般分布于地形較平緩（地形坡度一般小于20°）的山坡、山脊、山頂?shù)鹊囟?，這些部位地形坡度相對平緩，巖石易遭受風化作用改造，并且稀土礦體也相對容易保存。因此，低山、低山－丘陵、丘陵以及高程在400～600m的山坡、山脊、山頂?shù)牡途彽囟螢榈V區(qū)稀土成礦最為有利的地形地貌。

5.2 礦床成因

研究表明［18－19］，風化殼離子吸附型稀土礦床具有成礦物質來源單一、成礦階段和礦床成因簡單的特點。礦區(qū)稀土礦的成礦物質來自正長花崗巖，成礦階段主要經(jīng)歷了含礦巖體的形成、區(qū)域構造演化（地殼抬升）和含礦巖體接受風化、淋濾、富集形成稀土礦體3個階段。前2個階段主要為第3階段的發(fā)生提供條件，對礦化富集沒有明顯的影響。第一階段為含礦巖體形成階段，由于受華南加里東期志留紀板內(nèi)造山作用形成了富含稀土元素的正長花崗巖體，之后經(jīng)歷了受區(qū)域構造作用造成地殼抬升階段。第三階段主要為礦化富集、礦體形成階段：由于受第四紀新構造運動作用，正長花崗巖中原生的稀土礦物和含稀土元素礦物由于遭受表生風化淋濾作用影響，稀土元素一般以離子狀態(tài)進入弱酸的孔隙裂隙水中，造巖礦物長石、黑云母等因風化作用而變成高嶺石、埃洛石、水云母等黏土礦物，對孔隙裂隙水中滲透的稀土離子進行吸附或置換，黏土礦物為稀土離子的吸附劑或主要載體。在風化剝蝕向深部發(fā)展演化過程中，稀土元素逐漸在風化殼中淋濾富集，最終形成風化殼離子吸附型稀土礦（化）體。因此，礦床成因類型歸屬于次生富集花崗巖風化殼離子吸附型稀土礦床。

6 找礦標志

（1）礦區(qū)稀土（化）體成礦母巖為志留紀似斑狀中粗粒、中粒正長花崗巖和斑狀細粒正長花崗巖，且成礦巖體的化學成分以富硅、鋁、鉀、鈉及揮發(fā)分為特點，這些正長花崗巖是區(qū)內(nèi)風化殼離子吸附型花崗巖稀土礦的主要“礦源層”，為主要的直接找礦標志。

（2）花崗巖風化殼發(fā)育完全、保存程度好、未受剝削，尤其風化殼的全風化層發(fā)育且保存狀況好的地段，礦體規(guī)模一般也較大。因此，花崗巖風化殼也是離子吸附型稀土礦（化）體的直接標志之一。

（3）礦區(qū)稀土礦體主要貯存于高程400～600m，地貌環(huán)境一般為低山、低山－丘陵和丘陵類型地貌，地形較平緩（地形坡度一般小于20°）的山坡、山脊、山頂?shù)鹊囟?，地貌類型一般具有潮濕的亞熱帶氣候、充沛的雨量、植被茂盛、地殼升降的相對穩(wěn)定和平緩的地貌剝蝕不強烈等特征，且次級構造裂隙較發(fā)育，有利于面型風化殼的發(fā)育，地形（地貌）環(huán)境是良好的稀土富集區(qū)，可作為間接的找礦標志之一。

（4）根據(jù)水系沉積物測量成果，稀土元素的水系沉積物異常發(fā)育部位一般也是稀土礦體的富集部位，因此稀土族、Zr、Y等元素的化探異常也是風化殼離子吸附型稀土礦床礦（化）體的間接找礦標志之一。

7 結論

（1）礦區(qū)稀土礦（化）體的成礦母巖為志留紀似斑狀中粗粒、中粒正長花崗巖和斑狀細粒正長花崗巖。礦區(qū)風化殼發(fā)育、保存好，全風化層是主要貯礦層位。礦體在平面上呈不規(guī)則面型分布，中北部規(guī)模大、品位較高；垂向上主要呈層狀或似層狀，呈現(xiàn)中間富、上下貧的特征。

（2）成礦階段經(jīng)歷了志留紀含礦巖體的形成、區(qū)域構造演化（地殼抬升）和第四紀時期含礦巖體接受表生風化作用形成礦體3個階段，礦床成因屬于次生富集花崗巖風化殼離子吸附型稀土礦床。