福建寧化城南稀土礦特征及成礦規(guī)律分析

陳榮國 （福建省閩西地質(zhì)大隊，福建 廈門361012）

寧化城南稀土礦位于閩西北隆起帶與閩西南坳陷帶交接部位，處在寧化－南平北東東向構(gòu)造巖漿帶與光澤－武平北北東向斷裂帶交匯部位［1］。區(qū)內(nèi)加里東中晚期巖漿活動強烈，大面積出露寧化復(fù)式巖體。區(qū)域上褶皺構(gòu)造發(fā)育，經(jīng)歷加里東、華力西－印支、燕山等構(gòu)造運動，總體構(gòu)造線呈北東向展布。斷裂構(gòu)造主要圍繞巖體或穿切巖體成群出現(xiàn)，并形成明顯構(gòu)造破碎帶，主要斷裂有北北東向、北東向、北西向等3組。具有尋找稀土礦床極為有利的成礦地質(zhì)背景。

1 礦床特征

礦床賦存于巖體的風化殼中，尤其是全風化層。礦體分布均受到巖石風化程度及地形地貌的制約。在低矮平緩山包或山脊部位風化殼厚度大，稀土含量較高，往往構(gòu)成工業(yè)礦體；在山坡或溝谷風化殼厚度小，多為貧礦或非礦體。礦體形態(tài)隨著山脊寬窄與彎曲變化而變化。

1.1 礦體特征

共圈39個礦體，延展面積0.025～0.93km2，規(guī)模大于0.1km2的礦體25個，其中最大為26號礦體，長1975m，最寬850m，面積0.93km2；鉛直厚度0～10.36m，平均鉛直厚度3.45m。最小18－2號礦體，長210m，寬120m。礦體厚度一般0～12.32m，最厚達17.29m，各礦體平均厚度在0.72～7.45m間，礦床平均厚度3.46m。厚度變化系數(shù)9.38%～57.94%，平均40.20%，屬穩(wěn)定類型。

礦體在平面上形態(tài)因風化殼遭受地表逕流沖刷切割，常呈不連續(xù)展布，其主要形態(tài)多呈長條狀、港灣狀、不規(guī)則狀等；在剖面上形態(tài)總體隨地形起伏呈似層狀產(chǎn)出。

礦體產(chǎn)狀隨地形變化而變化，其傾角基本與地形坡角相同，沿山脊礦體傾斜較緩，一般5～15°，沿山坡礦體傾斜變陡，多數(shù)10～25°，平均傾角約15°。礦體出露標高一般為330～410m，最高473.1m，最低310m，絕大多數(shù)礦體位于當?shù)厍治g基準面以上。

1.2 礦石質(zhì)量

1）結(jié)構(gòu)構(gòu)造及物質(zhì)組分 ①礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造。礦石主要為全風化型，少數(shù)為半風化型。礦石結(jié)構(gòu)松散，多呈砂土狀、松散狀或粉末狀。②礦石的礦物成分。主要由高嶺石、埃洛石、水云母等粘土礦物和少量副礦物組成。③礦石主要化學成分。SiO270.85%、TiO20.48%、Al2O313.44%、Fe2O30.78%、FeO 2.81%、MnO 0.05%、MgO 1.01%、CaO 1.35%、K2O 4.52%、Na2O 3.25%、P2O52.1%、灼減0.86%［2］。堿性度分異指數(shù)低，與中國花崗巖相比屬于過飽和花崗巖。礦石中稀土元素含量偏高，ΣREE （Rare Earth Element，稀土元素）為280.72mg／L。輕、重稀土比值 （LREE／HREE）達3.97。

2）稀土元素含量及其變化特征 ①稀土元素含量。礦石中的有益組分為稀土元素，REO（rareearthoxide，稀土元素氧化物）一般為0.05%～0.20%，單樣最高品位0.347%，最低品位0.015%；單工程平均品位最高為0.143%，最低0.050%；單礦體平均品位在0.083%～0.114%之間，礦床平均品位0.099%。礦石中離子相稀土浸取率總趨勢隨著礦石的REO增高而提高。如表1所示，4個礦體的平均浸取率在40.79%～71.92%；其中各品位區(qū)間各礦體的浸取率也有差異。②REO在水平方向上的變化。經(jīng)統(tǒng)計，30個工程密度控制較高的礦體品位變化系數(shù)在14.87%～58.40%，平均品位變化系數(shù)為28.98%，屬于均勻類型。REO在垂向上的變化，礦化主要富集于全風化層的中上部，少數(shù)富集于下部。總體礦化形式是上貧－中富－下貧。地表及上部REO多數(shù)為0.05%～0.08%；往下2～10m，REO出現(xiàn)最高值，達到0.1%～0.2%；到12～15m以后，絕大部分REO漸變?yōu)?.05%以下，甚至接近基巖。

表1 稀土礦石離子相率統(tǒng)計一覽表

3）稀土元素配分類型 稀土元素配分采用 “二組分”所做配分值，區(qū)內(nèi)18個礦體輕稀土主要元素含量如下：La2O3（109.99～205.20）×10－6，平均144.20×10－6；CeO2（121.38～205.30）×10－6，平均161.20×10－6；Nd2O3（95.80～155.77）×10－6，平均123.40×10－6；重稀土主要元素含量 Y2O3（95.33～293.61）×10－6，平均170.10×10－6；各礦體輕、重稀土元素含量比值 （LREE／HREE）為1.03～3.00，平均1.93，屬輕稀土富集型。Eu配分值比值在0.4749%～0.7775%，平均0.7500%，屬中等；Y含量在16.160%～33.511%，平均22.244%，屬中等；（Sm＋Eu＋Gd）含量在6.4965%～8.7645%，平均7.5470%，屬低中等。綜上所述，該稀土礦床屬低中二中型。

4）礦石稀土元素的分布模式 區(qū)內(nèi)18個礦體稀土元素分布模式有以下特點：①各礦體礦石的稀土元素分布模式曲線都呈向右傾，出現(xiàn)了明顯的Ce的負異常，Ce強烈虧損是由于風化殼最上部Ce3＋易氧化成Ce4＋，在地表弱酸條件下極易用發(fā)生水解作用而滯留原地，使淋濾出的溶液中貧Ce，形成Ce負異常 （δCe值在0.422～0.850之間，平均0.537，均小于1）。②δEu反映Eu異常的程度。Eu屬變價元素，在自然條件下呈Eu3＋，在還原條件下部分Eu3＋還原為Eu2＋，因堿性度整體差別較大發(fā)生分離，造成在REE球粒隕石標準化圖解中Eu位置出現(xiàn) “谷”值，δEu值在0.356～0.588之間，平均0.492，為負異常，說明δEu為虧損而呈現(xiàn) “V”字型 （由寬緩到尖銳－虧損趨勢）。④指示稀土元素之間富集程度和分餾程度的N（La／Yb）值在4.405～15.423，平均9.182；N（La／Yb）值＞1，說明巖體中稀土元素分異較顯著。⑤指示輕稀土之間富集程度和分餾程度的N（La／Sm）值在2.843～3.769，平均3.345；N（La／Sm）值＞1，說明各礦體礦石中的富集程度和分餾程度高。⑥指示重稀土之間的富集程度和分餾程度的N（Sm／Nd）值在0.591～0.811，平均0.676；花崗巖為1.17，說明各礦體礦石中的富集程度和分餾程度低于原巖。

1.3 礦石類型

礦石呈土黃、褐紅色。結(jié)構(gòu)松散，具砂土狀、粉末狀，長石均徹底風化成高嶺石、埃洛石和水云母等；半風化層下部雖可見部份保留原生長石外形，但手捏呈粉末或砂土狀。其自然類型為花崗巖全風化型稀土礦石；根據(jù)礦石自然類型組合特征和稀土賦存在狀態(tài)及工業(yè)利用 （采、選、冶）加工技術(shù)性能，其工業(yè)類型為風化殼離子吸附型稀土礦石。礦石濕度較大，滲透性能較好，屬易選礦石。

1.4 礦床成因

稀土礦床賦存于二長花崗巖風化殼中。礦體由花崗巖中原生的稀土礦物和含稀土礦物經(jīng)風化淋濾，稀土元素以離子狀態(tài)進入弱酸的孔 （裂）隙水中；而造巖礦物長石、黑云母等因風化作用而形成多水高嶺土、埃洛石、水云母等粘土礦物，對孔 （裂）隙水中滲透的稀土離子進行吸附或置換，粘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富集形成風化殼離子吸附型稀土礦床。故該礦床成因?qū)倩◢弾r風化殼離子吸附型稀土礦床。

2 成礦規(guī)律

2.1 在時間上

風化殼離子吸附型稀土礦床，是礦源巖在風化作用下，將稀土元素吸附富集形成礦床，風化作用一般發(fā)生在第四紀［3］。該區(qū)礦源巖主要為寧化復(fù)式巖體，分布面積大，其巖性為肉紅色似斑狀中－粗粒黑云母二長花崗巖。成礦母巖的成巖年齡在400～422Ma，為加里東晚期，時代屬志留紀。其主要特點是巖石分析值一般高于地殼平均豐度2～5倍。

2.2 在空間上

礦區(qū)位于寧化－南平北東東向構(gòu)造巖漿帶中；處于福建省重要的離子吸附型稀土礦成礦帶光澤－武平Ⅲ1級成礦帶重點找礦靶區(qū)的Ⅳ2級成礦遠景區(qū)內(nèi)。寧化地區(qū)花崗巖集中在加里東晚期，離子吸附型礦床均有廣泛分布。礦床在空間上主要表現(xiàn)為稀土元素在全風化層中的分布總體較為均勻，在平面上往往具有成區(qū)帶集中分布的特點；但在垂向上，不同部位稀土礦化程度顯示有規(guī)律的變化：全風化層的中上部礦石品位相對較高，形成礦體上、下貧，中間富的分層富集的特點。

3.3 礦床形成與地形地貌關(guān)系

離子吸附型礦床的形成與地形地貌關(guān)系密切，含礦花崗巖只有經(jīng)過風化作用富集才有可能形成離子吸附型礦床。風化殼在地表遭受強烈逕流沖刷、剝蝕與切割作用下，形成寬緩低山丘陵地貌，從而促使深厚的殘積風化殼普遍較完整地保存下來，一般海拔標高在330～410m有利于風化殼離子吸附型稀土礦床的形成，以海拔350～380m最為有利。低矮平緩的山丘風化殼的保存較完整，礦體厚度較大、礦石品位較高，往往易形成具有較大規(guī)模的礦床［3］。這是尋找此類礦床典型標志之一。

3.4 成礦物質(zhì)來源

該區(qū)加里東期似斑狀中－粗粒黑云母二長花崗巖為稀土礦成礦母巖。據(jù)研究，該區(qū)稀土元素主要來源于獨居石、磷釔礦、褐簾石、褐釔鈮礦、氟鈰礦、氟碳鈣鈰礦等獨立礦物和含稀土礦物，少部分來自于類質(zhì)同象。由于巖漿構(gòu)造多次活動及各種地質(zhì)應(yīng)力的相互作用，促使巖體不斷被剝蝕而裸露地表，直至第四紀新構(gòu)造運動控制的丘陵低山地帶形成硅鋁粘土質(zhì)型風化殼。在表生作用下，對地表巖石物理化學風化十分有利。如溫暖潮濕、植被發(fā)育的氣候環(huán)境和適宜的pH值 （5.6～6.5）［3］水介質(zhì)環(huán)境下，加速了巖體物理和化學風化，造成巖石中造巖礦物斜長石、鉀長石等形成粘土礦物類，它們成為稀土的主要載體或吸附劑；而巖石中稀土礦物等隨之解體轉(zhuǎn)為呈稀土離子狀態(tài)隨地表水逐漸地向下遷移至深部被粘土礦物類所吸附，停留在風化殼中，不斷次生富集。同時稀土元素被粘土礦物吸附的能力隨原子序數(shù)的增加和半徑的減少而減弱［4］（如Ce被吸附的能力大于Y）；因此對稀土陽離子的吸附能力大小還取決于粘土礦物種類，當粘土礦物以埃洛石、多水高嶺石為主時，其吸附容量最大，則常可富集形成品位較高的離子吸附型稀土礦床。

3 成礦預(yù)測

寧化境內(nèi)加里東期巖漿活動十分強烈，以晚期為主，大面積出露富含稀土元素的花崗巖。以寧化縣城為中心，南至鐵樹坪一帶，北經(jīng)中沙、下伊、河龍、營上至增坑一帶。主要分布寧化復(fù)式巖體 （伍家坊、大坪、連屋、下沙4個巖體）、和尚莊巖體和營上復(fù)式巖體 （由連塘、增坑、朱地、砂鍋4個巖體）、江頭復(fù)式巖體 （茶垣、上坪巖體）等。這些巖體不僅處于同一構(gòu)造單元，且均具有如下特點：①形態(tài)呈不規(guī)則長條狀或橢圓狀；②具不明顯的相帶，主要是中心相和過渡相，邊緣相分布局限且不連續(xù)；③同屬S型花崗巖；④分布面積多超過300km2；⑤巖性以片麻狀似斑狀中－粗粒二長花崗巖為主；⑥具有相近成巖年齡，如寧化復(fù)式巖體在400～422Ma，營上朱地巖體433.9Ma［3］，時代均屬志留紀。此外，其巖石的礦物特征、巖石地球化學特征基本相似。該區(qū)自第四紀即處于溫暖潮濕氣候環(huán)境和風化剝蝕狀態(tài)，具有良好的離子吸附型稀土礦床成礦地質(zhì)背景和條件。目前區(qū)內(nèi)已探明城南礦區(qū)1處中型稀土礦床，以及多處小型稀土礦床和礦點。因此，對寧化境內(nèi)花崗巖，尤其以丘陵地區(qū)的加里東期片麻狀似斑狀中－粗粒二長花崗巖的風化區(qū)域，進一步尋找離子吸附型稀土礦床，必將擴大寧化離子吸附型稀土礦床遠景并取得新突破。值得一提的是，該類礦床具有規(guī)模大、礦石品位較高、找礦標志明顯、開采容易、選礦簡單 （原地浸提法）、成本低等特點，具有較好的經(jīng)濟效益。

對王方權(quán)高級工程師在論文寫作中的指導(dǎo)表示感謝！