贛縣謝公坑稀土礦地質(zhì)特征及礦床成因探討

王林坡，陳斌鋒，周興華

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局贛南地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)，贛州 341000）

贛南的稀土成礦母巖包括巖漿巖、火山巖及近年新發(fā)現(xiàn)的淺變質(zhì)巖，贛南巖漿活動(dòng)頻繁，富含稀土的成礦巖體廣布，成巖時(shí)代有加里東期、印支期、燕山期[1-4]。其中以燕山期為成礦母巖的主要時(shí)代，而關(guān)于加里東期成礦母巖的研究較少。本次研究的垇?zhàn)酉拢?yáng)埠）巖體為贛南最早發(fā)現(xiàn)含稀土的巖體之一，巖體形成時(shí)代為加里東晚期[5]。巖體內(nèi)稀土民采歷史悠久，可追溯至上世紀(jì)80年代，目前，巖體內(nèi)有稀土采礦權(quán)1宗，2012年中央基金在巖體內(nèi)設(shè)立謝公坑稀土普查礦區(qū)，2014年相關(guān)部委在此設(shè)立了贛南（南）國(guó)家中稀土規(guī)劃區(qū)，對(duì)區(qū)內(nèi)稀土礦產(chǎn)資源進(jìn)行了普查評(píng)價(jià)。本文在上述野外工作的基礎(chǔ)之上，對(duì)成礦機(jī)理和礦床成因進(jìn)行總結(jié)分析，提出一些認(rèn)識(shí)與看法，為今后尋找同類型稀土礦床提供借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

垇?zhàn)酉聨r體大地構(gòu)造位置位于南嶺緯向構(gòu)造帶東段，與武夷山NE-NNE構(gòu)造帶南段的復(fù)合部位。區(qū)域出露地層有震旦系、寒武系、泥盆系、白堊系和第四系。區(qū)內(nèi)主要以NE向構(gòu)造帶為主，與區(qū)域巖漿活動(dòng)及內(nèi)生成礦關(guān)系極為密切，主要為燕山期形成的區(qū)域性斷裂、斷陷盆地及其伴生配套與低序次派生斷裂所組成，具有連續(xù)成帶、等距出現(xiàn)、東強(qiáng)西弱的特點(diǎn)。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)較頻繁，巖體一般都富含稀土元素，加之贛南的溫暖濕潤(rùn)亞熱帶氣候，對(duì)形成風(fēng)化殼離子吸附型稀土礦床十分有利。

2 成礦母巖地質(zhì)特征

垇?zhàn)酉聨r體平面形態(tài)呈東西向長(zhǎng)條狀，巖株?duì)町a(chǎn)出，出露面積約25 km2。巖體侵入震旦系老虎塘組和壩里組中，巖體的鋯石U-Pb同位素測(cè)年數(shù)據(jù)顯示，成巖年齡為461.1±1.3 Ma，時(shí)代歸屬于中奧陶世[5]。

2.1 巖石學(xué)特征

垇?zhàn)酉聨r體有三個(gè)巖性段，巖性包括中粒含斑黑云母花崗閃長(zhǎng)巖、中粒少斑黑云母二長(zhǎng)花崗巖和中細(xì)粒斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖。似斑狀花崗結(jié)構(gòu)，礦物粒徑0.6～5mm，中粒-中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，斑晶含量3%～10%，斑晶成分：斜長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石，斑晶大小5～15mm，鉀長(zhǎng)石均具較明顯的卡氏雙晶、格子狀雙晶以及條紋構(gòu)造。斜長(zhǎng)石晶形多呈自形—半自形板狀，具有發(fā)育的聚片雙晶和環(huán)帶構(gòu)造，內(nèi)環(huán)為絹云母、黝簾石化，外環(huán)為絹云母化，種類為中長(zhǎng)石-更長(zhǎng)石。石英顆粒以它形粒狀為主，普遍具清楚的波狀消光，表明巖石結(jié)晶過(guò)程中受到一定應(yīng)力作用，黑云母多色性明顯。副礦物以稀有稀土元素礦物和鈦礦物為主，但種類較少，主要有鋯石、磁鐵礦、赤褐鐵礦和黃鐵礦等。稀有元素礦物中見有磷釔礦和少量的褐鈮釔礦、釷石。巖石蝕變作用較普遍，主要為白云母、鉀長(zhǎng)石化、高嶺土化、螢石-氟碳酸鹽化[6]。

2.2 地球化學(xué)特征

巖體主量元素化學(xué)成分見表1所示，巖石樣品SiO2含量偏低（66.36%～73.79%，平均值69.82%），堿性組分含量中等（K2O+Na2O=6.24%～7.71%，平均值7.09%），里特曼指數(shù)δ為1.67～2.04，平均值1.88，屬鈣堿性系列。富鉀（K2O/Na2O=1.28～2.8，平均值1.65），A/CNK值=1.63～2.04，平均值1.78，為強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)花崗巖。綜上所述巖石為過(guò)鋁質(zhì)、高鉀鈣堿性花崗巖。

巖體稀土元素豐度（191.81～211.15）×10-6，平均值199.75×10-6，高于南嶺稀土成礦母巖下限值150×10-6。輕重稀土比值∑Ce/∑Y為1.69～3.67，平均值2.57，（La/Yb）N平均值為7.14，屬輕-中稀土富集型。δEu平均值為0.60，銪中小負(fù)異常。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線見圖2，曲線呈左高向右傾斜，而右呈鋸齒狀，三種巖性稀土總量及特征差異不甚明顯，反映出同源巖漿演化規(guī)律的一致性。

表1 垇?zhàn)酉聨r體主量元素化學(xué)成分表（%）[6]

圖1 贛南垇?zhàn)酉聨r體地質(zhì)簡(jiǎn)圖

圖2 垇?zhàn)酉聨r體球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線圖

2.3 風(fēng)化殼特征

該區(qū)地貌屬低山丘陵地貌，地形起伏平緩，總體呈東、西部較高、中部較低之勢(shì)，溝谷縱橫發(fā)育。區(qū)內(nèi)海拔標(biāo)高145.2～370.3 m，風(fēng)化殼出露標(biāo)高149～297.5 m，相對(duì)切深一般小于100 m。礦區(qū)風(fēng)化殼厚度一般為1.8～20 m，平均9.79 m，由于風(fēng)化堆積作用大于剝蝕作用，造成山形多呈不規(guī)則的渾圓狀或饃頭狀外貌，山坡沖溝發(fā)育，呈放射狀分向四方。風(fēng)化殼主要發(fā)育在平緩的山頂和山坡上，植被發(fā)育較好，在植被不發(fā)育的部分低丘地帶，常見許多切溝，形成新的沖溝，風(fēng)化殼遭受破壞。由于風(fēng)化作用強(qiáng)弱不均及地形地貌等因素影響，顯示出風(fēng)化巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、物質(zhì)成分在垂直剖面上存在差異，自上而下劃分為表土層、全風(fēng)化層、半風(fēng)化層、微風(fēng)化層和基巖，各層之間呈漸變過(guò)渡關(guān)系[7]。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

按地貌組合和溝谷切割區(qū)內(nèi)劃分為7個(gè)礦體，礦體走向延長(zhǎng)一般1000～3000m，寬500～1000m，礦體厚度3.09～5.42 m，平均為4.35 m，根據(jù)參與資源量估算的124個(gè)工程統(tǒng)計(jì)，礦體埋深小于5米的工程有81個(gè)，埋深小于10米的有30個(gè)，埋深小于15米的有13個(gè)，以上數(shù)據(jù)說(shuō)明本區(qū)稀土礦體全部賦存在地表15米之內(nèi)，賦存在地表10米以淺的占90%。

礦體呈似層狀沿全風(fēng)化層分布，平面形態(tài)受風(fēng)化殼形態(tài)的控制，礦體傾角較為平緩，山頂一般為5°～10°，沿山坡變陡為20°～30°，總體傾角較地形坡度略為平緩（圖3）。礦體海拔標(biāo)高為149 m（YJ52）～292.1m（YJ3）之間，礦體標(biāo)高總體隨地勢(shì)由西向東逐漸降低，一般地勢(shì)較高礦體完整性較好，反之，地勢(shì)較低的地方受流水侵蝕作用而被嚴(yán)重破壞。

圖3 礦體剖面變化特征示意圖

3.2 礦石質(zhì)量

3.2.1 礦石成分

礦石礦物成分主要由粘土礦物、石英、殘余長(zhǎng)石、云母類組成，次為花崗巖中難風(fēng)化分解的各種副礦物，如磁鐵礦、鈦鐵礦、鋯石、獨(dú)居石、榍石和磷灰石等。礦石中粘土礦物主要有高嶺土、埃洛石、水云母等，總含量為15%～40%，石英40%～45%，殘余長(zhǎng)石10～25%，云母5%左右。粘土礦物在風(fēng)化殼形成過(guò)程中，是稀土離子的良好載體。

3.2.2 礦石稀土含量變化特征

礦區(qū)共采集樣品2024件基本化學(xué)樣品（含槽探樣品99件），最高SRE2O3品位0.160%，最低SRE2O3品位0.004%，其中SRE2O3品位大于0.035%，小于0.05%的樣品有197件，占樣品總數(shù)的10.23%，大于0.05%的有290件，占樣品總數(shù)的15%，說(shuō)明礦體品位相對(duì)較集中于工業(yè)礦之間。單工程樣品品位在0.035%～0.121%之間，礦體品位變化系數(shù)為28.33%，說(shuō)明品位變化較均勻。

礦體品位在平剖面上也有一定的規(guī)律。稀土品位在平面上的變化，稀土品位變化主要與母巖巖性、地形地貌的變化有關(guān)。一般而言，稀土品位高低與粘土類礦物含量成正比，粘土類礦物含量愈多，稀土品位相對(duì)較富；就單個(gè)微地貌特征來(lái)說(shuō)，山頭、山脊處的稀土品位一般較高，往山坳、山腳處稀土品位逐漸變低直至為非礦。稀土品位在剖面上表現(xiàn)為地表品位低，向下升高，而后逐漸變低的大肚子形[8]。

3.2.3 礦石配分類型

礦區(qū)礦石浸取相配分采用見礦單工程組合分析，19件樣品ΣYO平均值43.24%，Y2O3的配分平均值28.12%，Eu2O3的配分平均值0.79%，La2O3的配分平均值25.55%，平均屬中釔中銪輕稀土配分類型。

4 礦床形成機(jī)理及成因

4.1 成礦機(jī)理

風(fēng)化殼離子吸附型稀土礦床的形成，是由內(nèi)因和外因共同作用的。內(nèi)因是基礎(chǔ)，包括原巖稀土元素豐度、稀土礦物種類和構(gòu)造，外因是必要條件，包括地貌、氣候、表生作用和物理化學(xué)環(huán)境等[10]。

（1）構(gòu)造對(duì)成礦的作用

構(gòu)造除導(dǎo)致成礦母巖生成并控制其分布外，在表生成礦作用中，主要起切割母巖，極大限度地增加巖石表面積，為水化學(xué)作用、元素的轉(zhuǎn)移提供大量通道。

（2）成礦過(guò)程中稀土元素的主要來(lái)源

在母巖中雖含有幾種稀土礦物，但提供形成離子交換吸附稀土物質(zhì)來(lái)源的，主要是原巖中易溶、不穩(wěn)定的稀土礦物。風(fēng)化殼中稀土礦物種類少、晶形不完整，說(shuō)明原巖中稀土礦物，除難溶的獨(dú)居石外，大都變?yōu)橄⊥岭x子而轉(zhuǎn)入礦石中，這是礦石中稀土元素的主要來(lái)源。除此之外，提供吸附稀土來(lái)源的礦物還有鉀長(zhǎng)石，以類質(zhì)同象或固體分散相存在于鉀長(zhǎng)石中的稀土，隨鉀長(zhǎng)石的大量解體而釋出。

（3）離子吸附狀態(tài)的研究證明，高嶺土類粘土礦物是吸附稀土離子的主要吸附礦物，鋁過(guò)飽和富堿的原巖為此提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。原巖經(jīng)風(fēng)化形成了大量高嶺土類粘土礦物，使稀土離子得以吸附其上，富集而成礦。因此，礦床的形成與高嶺土類粘土礦物有著極密切的關(guān)系。

（4）垇?zhàn)酉聨r體地處亞熱帶，氣候濕熱多雨、植被發(fā)育，花崗巖風(fēng)化是在H2O、CO2及有機(jī)酸等作用下進(jìn)行。這些弱酸性水溶液有利于長(zhǎng)石風(fēng)化形成粘土，有利于稀土礦物分解。解離出來(lái)的稀土陽(yáng)離子隨水向下遷移，最終被粘土礦物吸附成礦[9]。

4.2 礦床成因

垇?zhàn)酉聨r體被區(qū)域各組斷裂、裂隙分割成大大小小的塊體，在物理、化學(xué)、生物風(fēng)化等作用下，原巖逐漸解體，原巖中的稀土礦物也隨之分解，大部轉(zhuǎn)為離子狀態(tài)，進(jìn)入天然水中，不斷向深部滲透。在亞熱帶溫暖潮濕的氣候和弱酸性（pH值5～5.5）水介質(zhì)條件下，原巖中鉀長(zhǎng)石高嶺土化，具高原子價(jià)高原子價(jià)和高原子量的稀土離子賦有強(qiáng)的交換“勢(shì)”，其與高嶺土相遇，便交換早已被吸附的其他陽(yáng)離子而固定其上。巖石風(fēng)化后會(huì)從水中和空氣中吸收一些等，形成弱酸或銨鹽，把已吸附的稀土離子交換析出，隨水向下運(yùn)動(dòng)逐漸富集成礦。

綜上所述，礦床類型為以表生風(fēng)化作用為主，構(gòu)造、巖石等條件為前提的風(fēng)化殼離子吸附型稀土礦床。