黃文生

（廣東省核工業(yè)地質(zhì)局二九二大隊，廣東 河源 517001）

前人對花崗巖離子吸附型稀土礦在風(fēng)化殼中的存在、遷移形式、富集進(jìn)行了大量的研究[1]，但對火山巖風(fēng)化殼中的稀土元素的富集、配分形式及控礦因素研究較少。廣東是風(fēng)化殼離子吸附型稀土礦的重要產(chǎn)區(qū)之一?，F(xiàn)以廣東平遠(yuǎn)仁差盆地中晚白堊世凝灰?guī)r為研究對象，對風(fēng)化殼中的稀土元素分布特點和富集規(guī)律進(jìn)行探討。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

仁差盆地位于華南加里東褶皺系，永安—梅縣晚古生代坳陷，河源深斷裂東北部，仁（居）差（干）斷陷火山巖盆地（K2）北部地區(qū)，處于北東向武夷多金屬成礦帶南端與東西向南嶺成礦帶東端交叉復(fù)合部位。

仁差盆地是一個以北東向和近東西向斷裂構(gòu)造為骨架的斷陷火山盆地。南至麻樓，北至江西中山一帶，呈北北東向的不規(guī)則梯形面積250多平方公里。盆地基地比較復(fù)雜，西部為震旦系混合巖/片巖、千枚巖及印支—燕山期桂坑花崗巖體（γ51—γ52）；南部為寒武系片巖及上古生界沉積巖；東部為燕山早期大神壩花崗巖體（γ52）；北部為寒武系片巖和花崗斑巖。蓋層主要由晚白堊世火山巖組成，火山活動從弱到強(qiáng)，據(jù)巖相分析，火山巖系經(jīng)歷了爆發(fā)—噴溢—噴發(fā)—侵出幾個階段。巖層下部為含角礫凝灰?guī)r、流紋巖，中部為熔結(jié)凝灰?guī)r，上部為晶屑凝灰?guī)r，形成了噴發(fā)頻繁、時間長、強(qiáng)度大、間歇多、厚度較大的酸性火山巖系（圖1）。區(qū)內(nèi)構(gòu)造較為復(fù)雜，巖漿活動強(qiáng)烈、頻繁，具有優(yōu)越的區(qū)域地質(zhì)成礦背景。

圖1 仁差盆地地質(zhì)簡圖

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地層特征

礦區(qū)位于仁差盆地的北部，區(qū)內(nèi)大面積出露晚白堊世火山巖地層，主要分為晚白堊世葉塘組上段、古近系地層。晚白堊世葉塘組上段，呈單斜產(chǎn)出，產(chǎn)狀260°～325°，傾角10°～20°，局部受斷層影響，傾角50°～70°，主要巖性為晶屑凝灰?guī)r、熔結(jié)凝灰?guī)r、含礫凝灰?guī)r、流紋巖等組成，是區(qū)內(nèi)主要含礦巖系；古近系，單斜巖層，產(chǎn)狀275°～320°，傾角10°～28°，為一套內(nèi)陸河湖相沉積的淺色復(fù)理石建造和磨拉石建造，主要巖性為泥灰?guī)r、砂巖、砂礫巖、礫巖，不整合覆蓋在上白堊統(tǒng)之上。仁差盆地火山巖型稀土礦主要找礦目的層是晚白堊世凝灰?guī)r風(fēng)化殼，該層為區(qū)內(nèi)稀土礦的主要賦礦層位。

2.2 礦體特征

仁差盆地凝灰?guī)r型稀土礦礦體主要賦存在近地表處的凝灰?guī)r全風(fēng)化層及半風(fēng)化層的上部；其次產(chǎn)于風(fēng)化殼上部覆蓋層—?dú)埛e層中的砂質(zhì)亞粘土中。礦體嚴(yán)格受凝灰?guī)r風(fēng)化殼控制，但由于受風(fēng)化殼發(fā)育程度及地表水徑流的沖刷作用，基巖裸露或被第四系覆蓋等因素的影響，礦體往往被分割成若干獨(dú)立的礦塊[2]。礦體的規(guī)模、形態(tài)、產(chǎn)狀與地形地貌及凝灰?guī)r的風(fēng)化發(fā)育程度密切相關(guān)?？傮w來說，礦體順山勢產(chǎn)出，一般山頂、山坡（脊）礦體較厚，山溝較薄，直至無礦。從剖面上看呈弧形覆蓋于凝灰?guī)r上部。礦體的底板隨地形起伏變化而變化。

2.3 含礦主巖特征

含礦巖石主要為土狀和砂土狀的全風(fēng)化凝灰?guī)r，礦石的礦物成分有火山灰、高嶺石類粘土（60%～85%），少量石英晶屑和長石晶屑（8%～20%），副礦物有磁鐵礦、鋯石、褐鐵礦、銳鈦礦、赤鐵礦、黃鐵礦、金紅石、重晶石等（7%～8%）。

含礦的全風(fēng)化或半風(fēng)化凝灰?guī)r呈泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，土狀、砂土狀構(gòu)造。礦石中的長石、石英碎屑雜亂排列，粘土礦物以高嶺石為主，水云母、蒙脫石、三水云母次之；充填物為高嶺土、水云母等粘土礦物，屬凝灰?guī)r風(fēng)化殼型稀土礦。

2.4 稀土元素的存在形式

稀土元素在礦石中呈三種狀態(tài)出現(xiàn)：即離子吸附相、礦物相、類質(zhì)同象或固體分散相。絕大部分稀土元素呈離子吸附相存在于粘土礦物中，約占90%，而以獨(dú)立礦物和類質(zhì)同象形式存在的稀土元素僅占很少一部分。礦石中離子相稀土主要賦存于粘土礦物中。

根據(jù)在仁差盆地西部齋公坪地段熔結(jié)凝灰?guī)r風(fēng)化殼中7個樣品進(jìn)行全相及離子相稀土氧化物分析，結(jié)果表明其中6個分析結(jié)果離子相稀土氧化物質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥0.05%的樣品計算浸取率為63.14%。離子相ω（REO）質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.061%～0.078%之間，平均ω（REO）質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.067%，全相ω（REO）質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.094%～0.121%之間，平均ω（REO）質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.107%，離子相稀土占全相稀土總量的54.39%～66.67%，平均63.14%（見表1）。組合樣均勻分布于區(qū)段各礦體中，可代表熔結(jié)凝灰?guī)r風(fēng)化殼中離子相稀土占全相稀土的比例（63.14%）。

表1 熔結(jié)凝灰?guī)r風(fēng)化殼組合樣分析結(jié)果表

根據(jù)6個組合樣離子相及全相稀土的分析結(jié)果，對組合樣全相、離子相ω（REO）質(zhì)量分?jǐn)?shù)曲線擬合，擬合直線為y=a+bx，其中 ：a=0.001155592，b=1.568017（見圖2）。

圖2 熔結(jié)凝灰?guī)r風(fēng)化殼組合樣全相、離子相稀土氧化物總量擬合曲線圖

組合樣分析結(jié)果對比可知，稀土元素有超過50%以上吸附在粘土礦物中，其它稀土元素主要分散在石英、長石、云母、石英斑晶等殘留造巖礦物和少量難風(fēng)化含稀土礦物中，造成離子相稀土占全相稀土的比例變化的主要原因是風(fēng)化殼發(fā)育程度不同。

2.5 稀土元素的配分

根據(jù)仁差盆地南部赤雞坳地段開展的凝灰?guī)r礦石稀土配分分析結(jié)果顯示（見表2），原礦中輕稀土組平均占81.23%；重稀土組平均占18.77%。礦石中La2O3平均占有率22.08%，Nd2O3平均占有率35.50%，Eu2O3平均占有率0.26%；重稀土Y2O3平均占有率15.08%。凝灰?guī)r風(fēng)化殼中的稀土礦為中釔富銪輕稀土礦，礦石的質(zhì)量較好。

表2 熔結(jié)凝灰?guī)r風(fēng)化殼稀土氧化物配分分析結(jié)果表

3 凝灰?guī)r風(fēng)化殼分布特征及富集規(guī)律

3.1 風(fēng)化殼的垂直分布特征

仁差盆地屬亞熱帶季風(fēng)氣候，充足的雨量有利于含礦母巖進(jìn)行化學(xué)風(fēng)化，形成巨厚的風(fēng)化殼。通過野外調(diào)查及采樣結(jié)果，并參考區(qū)內(nèi)赤雞坳稀土礦、齋公坪稀土礦資料，認(rèn)為火山巖風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)模式自上而下可分為4層（圖3）。

圖3 仁差盆地風(fēng)化殼垂直剖面結(jié)構(gòu)模式圖

（1）腐殖層（A）：灰褐色，含大量的植物根莖。主要由粘土、石英及腐殖酸組成。厚0～1m，在部分地段腐殖層不可見，僅保留殘坡積層。該層不含稀土礦。

圖4 ZK807號鉆孔凝灰?guī)r風(fēng)化殼樣品品位變化曲線圖

（2）殘坡積層（B）：土黃色、棕黃色，主要由石英、粘土和亞粘土組成，局部可見少量巖石碎屑、長石晶屑和腐殖土，厚1m～4m。該層稀土含量較低。

（3）全風(fēng)化層（C）：原巖顏色發(fā)生改變，灰白、淺灰色、淺紅色，松散土狀為主，主要由石英和風(fēng)化長石組成，長石已完全風(fēng)化成高嶺石等粘土礦物，多數(shù)仍保留其外形，原巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造隱約可辨，厚度1m～20m，約占整個風(fēng)化殼厚度的3/5以上。此層稀土含量最高，為稀土礦主要富集部位。

（4）半風(fēng)化層（D）：基本保持原巖顏色，淺灰色、肉紅色，主要由半風(fēng)化長石、石英和高嶺石類粘土礦物組成。原巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造基本清楚，厚度1m～4m。該層尚可形成稀土礦，部分地段重稀土含量較高。

D層之下即為基巖—含礦母巖，未風(fēng)化。

3.2 稀土元素的富集規(guī)律

從水平方向上看，稀土元素的含量與風(fēng)化殼風(fēng)化程度和厚度呈正比關(guān)系。在低緩山坡、開闊渾圓的山頭部位風(fēng)化程度較高，風(fēng)化殼厚度較大、平均品位也高；而在溝谷中厚度較小，平均品位也較低。

稀土含量在垂直剖面上，有明顯的規(guī)律性，稀土元素主要集中在全風(fēng)化層。全風(fēng)化層高于半風(fēng)化層。稀土元素的分布呈現(xiàn)中間富、上下貧特點（圖4）。

4 礦床成因

仁差盆地火山巖型稀土礦產(chǎn)于凝灰?guī)r風(fēng)化殼中。礦區(qū)處于亞熱帶，溫濕多雨，植被發(fā)育，有機(jī)酸來源豐富；礦區(qū)內(nèi)硅化帶、硅破碎帶、脈巖、裂隙等發(fā)育，以化學(xué)風(fēng)化為主的表生作用強(qiáng)烈，凝灰?guī)r風(fēng)化殼發(fā)育厚度較大。含稀土元素的凝灰?guī)r在表生作用下形成風(fēng)化殼離子吸附型稀土礦。

凝灰?guī)r在地表遭受風(fēng)化作用時，巖石發(fā)生分解，造巖礦物長石、云母類礦物被分解為高嶺石、絹云母、綠泥石等粘土礦物。凝灰?guī)r中所含的硅酸鹽和稀土礦物被破壞、分解、釋放出來的稀土元素以離子狀態(tài)進(jìn)行到水溶液中。隨著水溶液的滲透，稀土元素由風(fēng)化殼上部向下部遷移，在遷移過程中，阻礙pH值的增加，溶液偏堿性，使稀土元素氫氧化物或碳酸鹽沉淀，降低了稀土元素的遷移能力，被高嶺石、水云母、蒙脫石等粘土礦物所吸附，使稀土離子在風(fēng)化殼中富集[4，5]。風(fēng)化殼上部粘土礦物中的稀土元素較容易從礦物中被解吸、淋溶隨水繼續(xù)向下遷移和吸附，稀土離子再被粘土礦物吸附固定，這樣遷移、吸附、解吸、再遷移、再吸附反復(fù)循環(huán)，最后在全風(fēng)化層中形成具工業(yè)規(guī)模的風(fēng)化殼離子吸附型稀土礦床。

綜上所述，本礦床屬以表生作用為主的凝灰?guī)r風(fēng)化殼離子吸附型稀土礦床。

5 結(jié)論

（1）仁差盆地晚白堊世凝灰?guī)r風(fēng)化殼稀土礦屬于輕稀土富集型，礦體受凝灰?guī)r風(fēng)化殼及地形地貌的控制。

（2）凝灰?guī)r風(fēng)化殼垂直分為4層，輕稀土元素（LREE）在風(fēng)化殼的中下部富集，而重稀土元素（HREE）在風(fēng)化殼的下部更趨富集。稀土元素（REE）總體在風(fēng)化殼的中下部富集。

（3）稀土礦床屬于以表生作用為主的凝灰?guī)r風(fēng)化殼離子吸附型稀土礦床。