湖南省炎陵縣東風稀土礦區風化殼特征及其找礦意義

龍首航，李 唐

（湖南省核工業地質局三0一大隊，湖南 長沙 410000）

1 地質背景

湖南省炎陵縣東風稀土礦區位于東風巖體內，東部為萬洋山巖體、諸廣山北體，南面為彭公廟巖體，巖漿活動頻繁。該區處于華南加里東褶皺帶資汝斷隆的北緣，地質構造復雜，褶皺斷裂發育，出露地層為古生界奧陶系、泥盆系及第四系。

2 巖體特征

東風巖體分布于東風鄉及船形鄉境內，出露面積43km2，走向近南北，延伸約15km，東西延伸較窄，約3公里。巖體侵入期次為加里東期第二階段第一次侵入（γ32），巖體內部構造及脈巖不發育，僅發育一些小的裂隙節理構造。

巖體巖石呈灰色—淺灰色，似斑狀結構，塊狀構造；斑晶為斜長石、鉀長石。巖石主要由粒徑2～9mm的自形—半自形板柱狀鉀長石、斜長石，它形石英，片狀黑云母等相互緊密鑲嵌組成，構成基質粗中粒花崗巖結構。

副礦物微量，主要為磷灰石、鋯石等，分布在黑云母解理縫中。巖石中SiO2含量69.4%，Al2O3含量14%，Ti、Ca、Mg等氧化物含量低。

3 礦床特征

3.1 風化殼特征

（1）風化殼發育。東風巖體整體剝蝕程度中等；巖體北部及中部剝蝕程度比較強烈，地勢上多為渾圓形小山包及比較低洼平坦地勢，海拔一般在500m以下，相對高差多小于100m，巖石風化程度較高；巖體南部剝蝕程度較弱，地勢海拔較高，山勢陡峭，海拔多大于500m，相對高差一般為100m以上，巖石風化程度較弱；巖體東西兩側多為高山，海拔在600m以上，多為古生界地層及花崗巖。

（2）風化殼結構。風化殼是地球表層的巖石圈在大氣圈、水圈、生物圈的影響下，經過長期的物理、化學、生物的風化作用形成的，有一定形體的松散殼層。由于母巖經受的風化程度不同，自上往下可將風化殼分為四層：腐殖層、殘坡積層、全風化層、半風化層（見圖1）。

（3）風化殼的礦物成分。腐殖層：本層以腐殖質、粘土為主，一般為 0-3.5m，不同地區厚度不同，植被發育地區較厚，山頂或植被相對不發育地區較薄或缺失，一般呈棕黃色或棕紅色，可見植物根系，結構松散。

殘坡積層：一般厚 1-3 m，本層以花崗巖風化殘積坡為主，且各處厚度不一，一般山脊至山頂較薄有的甚至缺失，山坡至山腳變厚。巖層一般為棕黃色或棕紅色，主要為粘土、砂土、可見少量花崗巖或砂巖、板巖碎塊，結構較為松散。

圖1 東風礦區風化殼

全風化層：厚度一般 10-30 m，最厚39 m。巖層一般棕紅色、棕黃色或者褐黃色，主要成分為石英及長石、黑云母等礦物風化后形成的粘土、砂土等。巖層結構松散，濕度較小，局部接近地下水層的部分濕度較大，滲透性較好，解體后的長石（鉀長石、斜長石）呈白色斑點，大小約2～5mm，高嶺土化，形成粘土，呈土狀光澤，手捏有滑感，手捏成形，表面粗糙；石英粒狀灰白色或暗灰色，顆粒為1～3mm；黑云母已析出鐵質呈銹色，部分已蝕變為白云母。

半風化層：全風化層下部為半風化層，其巖石顏色、結構構造特征與原巖差別不大，質地較松散，多數呈粒狀至塊狀，長石多呈碎粒狀，手捻不易呈碎末狀，厚度不詳。

（4）風化殼中稀土元素的含量與分布。根據工程樣品分析結果統計，稀土氧化物的含量在垂直剖面上品位的變化有上下貧、中間富的特點，主要賦存于全風化層的中上部，稀土含量一般在0.03-0.248 %之間變化。

3.2 礦體特征

礦體呈層狀、似層狀產出，產狀與全風化層基本一致，但礦體的規模要小于風化殼，有的能連續成片，有的被地形分割成單個礦塊。礦體大部分被表土層覆蓋，蓋層厚度一般2～4m。礦體的底板隨地形起伏而起伏，一般與地形坡向基本一致，但傾角比地形略為平緩，底板傾角山坡處稍陡，整個礦體坡度變化在15～35°之間。

3.3 礦石特征

礦石品位與花崗巖風化程度有關。化學分析測試結果表明，全風化層的稀土品位均高于半風化層的稀土品位，半風化層的稀土品位又高于基巖的稀土品位。

礦石中稀土元素主要以交換的陽離子形式吸附于粘土礦物表面；少量以類質同象或微包體方式分散于造巖礦物或副礦物中；部分呈獨立礦物，磷釔礦、獨居石等。礦石中鈦、磷、鐵等雜質含量較少，鐵平均含量為4.09%，鈦平均含量為0.64%，磷平均含量為0.05%。

4 成礦地質條件分析

（1）母巖稀土豐度。母巖稀土元素的豐度高低，直接影響能否在花崗巖風化殼中形成稀土礦床[1]，當具有同樣有利的稀土賦存狀態條件時，一般情況下，母巖稀土豐度值（稀土總量）越高，越有利于在風化殼中形成稀土礦床。根據研究資料加里東期、印支期及燕山期礦床（點）的基巖豐度值統計表明，其含礦母巖的RE2O3豐度值197～490ppm，平均為329ppm，這種基巖的豐度值對在風化殼形成離子型稀土礦床較有利。

（2）水介質條件。在風化殼不同的層位中，由于水的存在方式與水動力條件不同，稀土元素的遷移方向也是變化的。風化殼表層由于直接受大氣降水的沖蝕和淋溶，沿地形斜坡方向的沖蝕又最強，不易于離子態的稀土存在與富集。在全風化層中，水以垂向運動為主，孔隙、裂隙水較發育，尤其是毛細孔隙水具有雙向運動的特點，有利于稀土離子在全風化層中下部富集。此外，在本層中大量存在有吸附水、毛細水與薄膜水的水介質環境，這些水與空氣接觸溶解大氣中CO2及游離O2較多，pH值較低（多在5～7范圍內變化），使原來分散的稀土元素在風化殼的有利部位富集。

半風化層由于更遠離地表，常位于潛水面以下，地下水沿潛水向低處運移，但其上部孔隙、裂隙水較活躍，水的運動仍以垂向為主，側向運動次之。水質pH值與全風化層下部相似，并承接了全風化層淋濾下來的稀土，加之本層大部分長石已風化成粘土礦物，有利于吸附呈離子狀態的稀土，故本層上部有利部位可能富集成礦。隨著深度加大，風化程度降低，水溶液的酸度降低為堿性，因此，在半風化層下部及微風化層，由于被釋放出來的稀土元素被水解形成氫氧化物膠體沉淀，不易被遷移富集，所以水介質對風化殼中的稀土元素的遷移，富集起著一定的控制作用。

（3）氣候條件。該區屬大陸中亞熱帶濕潤季風型氣候，常年氣溫較高，濕度也較大。根據化學動力學范荷甫規則指出，溫度每升高10℃，化學反應速度約增加2～4倍，風化殼的化學作用強度隨溫度升高而加強；濕度增大，風化殼中陽離子濃度降低，淋濾作用加強。風化殼發育程度與降雨量和蒸發量等因素有關。

（4）新構造運動與地貌條件。晚第三紀和第四紀的新構造運動控制本區山丘、盆地不同地貌的分布，并對風化殼的形成與保留起著重要作用。此階段形成的風化殼是我們主要找礦對象。新構造運動以上升為主的山區，風化殼剝蝕速度大于形成的速度，風化殼難以形成。

5 結論

具有高豐度稀土元素的母巖，在亞熱帶潮濕氣候條件下，當新構造運動緩慢上升或相對穩定時期，低山丘陵地區的風化殼得以保存和增厚，隨著物理及化學風化作用不斷進行，易溶性稀土元素隨雨水等介質遷移、沉淀、富集于全風化層，最后形成具有一定規模的花崗巖風化殼離子吸附型稀土礦床。