滇西盈江地區新泡山離子吸附型稀土礦床成礦條件及找礦前景

陳曹軍，鄧志祥，吳清華，燕利軍，佘中明，嚴志安

(1.云南省地質調查院，云南昆明 650216；2.自然資源部三江成礦作用及資源勘查利用重點實驗室，云南昆明 650051；3.云南省地質勘查基金管理中心，云南昆明 650224)

0 引言

稀土元素因其特殊而廣泛的用途被譽為“萬能之土”、“工業維生素”、“農業激素”、“戰爭金屬”。稀土礦產資源所發揮的經濟、社會效益日益顯著，需求量持續增加，已成為國內外公認的關乎新興產業發展的戰略性資源(王登紅等，2013a)。離子吸附型稀土礦床富含的稀土元素通過其它途徑很難獲得，且開采成本低、礦山生產周期短，在各種稀土礦床類型中獨占鰲頭(王登紅等，2013b)。作為我國南方特有的稀土礦床類型，離子吸附型稀土礦自20世紀60年代末在贛州龍南地區首次發現以來，前人對其成因機制、開采技術、礦山環境等方面的問題進行了大量研究，并認為該類型的礦床主要分布在低海拔的丘陵區，海拔高度多在160～400 m(吳澄宇等，1989；袁忠信等，2013；王登紅等，2013b；梁發輝，2014；劉新星等，2016；趙芝等，2017)。

云南省自1993年發現離子吸附型稀土礦床以來(陸蕾等，2020)，因其并非云南省優勢礦種，且開采程度不高，對稀土礦床的研究一直未受到重視。隨著社會發展對稀土礦產資源的需求日益增長，云南省稀土礦床逐漸引起重視，很有可能成為繼贛南之后的另一個離子吸附型稀土礦產資源基地。滇西盈江地區屬高海拔(>1000 m)中高山地貌區，區內分布大面積堿性花崗巖，具有較高的稀土背景值，這為稀土元素的活化、運移、富集提供了良好的基礎地質條件，在表生成礦作用下容易形成稀土礦床(張彬等，2018；燕利軍等，2020；陸蕾等，2020)。近年來云南省稀土礦找礦工作取得了重大突破，在滇西高海拔地區相繼發現了多個稀土礦床或礦化帶(馮文杰等，2016；王登紅等，2017；張民等，2018；趙芝等，2019)。盈江地區作為近年稀土礦找礦的重點區域，云南省地質調查院、成都地質調查中心等多家地勘單位在該區開展了離子吸附型稀土礦的調查工作，發現了多個稀土礦床(點)。前人主要對該區稀土礦床的形成條件、礦床特征(張彬等，2018；燕利軍等，2020)進行了簡單的研究報道。但總體研究程度較低，特別是該類型礦床在滇西高海拔地區的控礦因素、成礦條件、成礦機制等方面的研究十分薄弱。研究程度不足導致該區稀土礦后續勘查工作滯后的現象已顯現出來，因此急需加強對區內離子吸附型稀土礦床的成礦條件、成礦規律等方面的綜合研究。新泡山稀土礦床為滇西盈江地區新發現的離子吸附型稀土礦床，礦床規模達中型。本文以該礦床為重點剖析對象，對礦床的地質特征、成礦條件進行了分析和總結，進一步探討了區域找礦前景，旨在為滇西高海拔地區尋找同類型的稀土礦床提供理論依據，擴大該區的找礦成果。

1 區域地質背景

研究區位于怒江斷裂以西，屬波密-騰沖錫鐵銅鉛鋅多金屬成礦帶南段。大地構造位置為岡底斯-察隅弧盆系，屬班戈-騰沖巖漿弧。區域上主要出露元古界、古生界及新生界地層，其它地層缺失(圖1)。其中古元古界高黎貢山巖群(Pt1GL)呈斷片、捕擄體分布，區域上屬高黎貢山變質帶，變質程度達角閃巖相，巖性主要為黑云斜長角閃巖、黑云角閃斜長片麻巖、石英巖、黑云石英片巖、二云石英片巖、變粒巖、淺粒巖等；泥盆系獅子山組(D1s)、關上組(D1g)為一套淺變質的碎屑巖-碳酸鹽巖建造，巖性主要有變質石英砂巖、粉砂質板巖、絹云板巖、大理巖化灰巖等；新近系中新統南林組(N1n)和上新統芒棒組(N2m)巖性主要為礫巖、粉砂巖、粘土巖夾煤線。

研究區巖漿活動強烈，中酸性侵入巖廣泛發育，形成時代主要為古近紀和晚三疊世，巖性以中粗粒、細粒二長花崗巖為主。其中古近紀始新世中-粗粒黑云二長花崗巖是區內離子吸附型稀土礦的主要成礦母巖，目前在該期侵入巖形成的風化殼內已發現了多個稀土礦床或礦點。其鋯石U-Pb同位素年齡為49.72～54.91 Ma，是陸緣板塊相互作用的產物①?；◢弾r地球化學特征顯示其富集輕稀土、明顯Eu負異常，富集Rb、Th、U大離子親石元素，相對虧損Sr、Hf、Ba、Ti、Nb、Ta等(燕利軍等，2020)。區域構造形跡以NE向脆-韌性斷裂帶、韌性剪切帶、推覆構造帶、脆性斷裂帶為主，局部被晚期NW向斷裂錯斷。

2 礦床地質特征

礦體由14個工程控制，其中XPQYZ012未見礦，控制礦體南北長約4000 m，東西寬約1500 m，礦體向南側未圈閉(圖2)。礦體產狀和平面形態受花崗巖風化殼和地形地貌控制，分布范圍及平面形狀與風化殼基本一致，局部被溝谷、溪流分割，形態整體呈闊葉狀，邊緣局部呈港灣狀。礦體剖面上主要呈層狀、似層狀賦存于花崗巖風化殼的全風化層-半風化層內。礦體單工程厚1.53～14 m，平均厚6.87 m，礦石品位為0.0501%～0.2604%，平均品位為0.1020%。礦石成分較簡單，由二長花崗巖風化而成，繼承了原巖的主要礦物成分，主要由石英、粘土礦物及少量黑云母和未完全風化的長石等組成。如表1所示，礦石組合樣離子相稀土浸出率在17.27%～51.00%之間，平均34.03%，浸出品位0.019%～0.064%之間，平均0.043%。礦床以富集輕稀土為主，輕稀土占比在66.10%～86.75%，平均82.56%；從單元素來看，Nd2O3占22.22%～30.15%、Pr6O11占6.12%～9.09%，礦床類型為富釹輕稀土離子吸附型稀土礦；而重稀土元素中Y2O3含量最高，占比在6.63%～24.44%之間，說明礦床中伴生有重稀土釔。

圖2 滇西新泡山稀土礦區地質簡圖Fig.2 Geological sketch map of the Xinpaoshan REE deposit in Western Yunnan1-古元古界高黎貢山巖群；2-古近紀粗粒二長花崗巖；3-古近紀中-細粒似斑狀二長花崗巖；4-古近紀中細?；◢忛W長巖；5-地質界 線；6-基巖與風化殼界線；7-斷層及編號；8-見礦鉆孔；9-未見礦鉆孔；10-礦體；11-風化殼1-Palaeoproterozoic Gaoligongshan Group；2-Paleocene coarse-grained monzogranite；3-Paleocene medium-fine grain porphyritic monzogranite；4-Paleocene medium-to fine-grain granodiorite；5-geological boundary；6-boundary of rock and weathering crust；7-fault and number;8-ore drillhole and number；9-barren drillhole and number；10-ore body；11-weathering crust

表1 新泡山稀土礦區組合樣品浸出率(%)

從成礦母巖和礦石稀土元素分析結果(表2)可以看出，稀土礦石中∑REE在822.78×10-6～1184.75×10-6之間，平均為1007.00×10-6；母巖∑REE在553.64×10-6～750.12×10-6之間，平均為649.66×10-6。礦石∑REE與母巖相比，富集1.5倍左右。從LREE/HREE比值來看，礦石為9.21～18.55，母巖為11.39～16.51，二者大致相當，個別礦石樣品LREE更為富集。圖3顯示，礦石和母巖均為右傾輕稀土富集型，具有明顯的δEu負異常，礦石δEu為0.13～0.28，母巖為0.17～0.44，二者之間在稀土元素上具有明顯的繼承性。與母巖相比，礦石中Pr和Yb富集特征明顯，可能暗示風化作用過程中粘土礦物對Pr和Yb的吸附能力增強。

表2 新泡山礦區稀土元素(×10-6)分析結果

續表2

圖3 研究區樣品的稀土元素球粒隕石標準化配分模式 (球粒隕石標準據Sun and McDorough,1989)Fig.3 Chondrite-normalized REE pattern of samples in the study area(after Sun and McDonough,1989)

此外，為了查明礦石中稀土元素賦存狀態和離子相稀土元素來源，本研究系統采集了新泡山稀土礦區成礦母巖(基巖)的人工重砂樣，在成礦花崗巖中未發現含有明顯的易風化的稀土重礦物，如氟碳鈰礦、硅鈹釔礦等，僅含有少量的獨居石、磁鐵礦、鈦鐵礦、褐簾石、榍石、鋯石等。

3 巖體風化殼特征及礦體變化特征

3.1 巖體風化殼特征

新泡山稀土礦區位于第四系盈江盆地的南東側，地勢總體南高北低，區內氣候濕熱，降雨量豐富，巖體化學風化作用強烈，形成了大面積分布的巖體風化殼，風化殼厚度一般為8～15 m，局部可達20 m以上。巖體風化殼的發育程度主要受風化強度和風化殼的剝蝕保存程度兩方面的因素制約，具體表現在地形、地貌對巖體風化殼的控制。由于受地形地貌和風化剝蝕作用影響，導致巖體風化殼平面形態和垂向特征在同一地貌單元內變化較大。平面上受溝谷、水系的影響，形態總體呈闊葉狀，邊緣局部呈港灣狀。垂向上在地形平緩山脊、山頂、半山腰處巖體風化殼分布較為均勻、連續厚度較大，如位于平緩山頂的XPQYZ004孔深達14m，仍未能揭穿花崗巖風化殼；而坡度相對較陡的山坡，巖體風化殼厚度較薄。此外，如圖4示，對于受河谷、水系切割影響較大的地貌區，南坡(向陽側)花崗巖的風化強大、風化殼的厚度均大于北坡(背陰側)。

圖4 巖體風化殼形態示意圖(據燕利軍等，2020)Fig.4 Sketch showing weathering crust form of rock body (after Yan et al.,2020)1-二長花崗巖基巖；2-全風化層；3-半風化層；4-稀土礦層；5-河流；6-日照1-monzogranite bedrock；2-completely weathered layer；3-half weathered layer；4-REE ore layer；5-river；6-sunlight

巖體風化殼根據風化強度的差異，垂向上呈現層狀分帶特征。參照我國南嶺及西南地區同類型稀土礦床的劃分依據(陳宏毅等，2012；裴秋明等，2015；王小六等，2019；曾凱等，2019；陸蕾等，2019)，結合風化殼的顏色、結構、構造和礦物成分的解離、新生狀況等綜合特征，將花崗巖風化殼自上而下分為表土層、全風化層、半風化層、基巖層(圖5)。

圖5 巖體風化殼垂向結構特征Fig.5 Vertical structural features of weathered crust of rock body

(1)表土層：在巖體風化殼中廣泛存在，可細分為上部的腐殖土層(0～0.8 m)和下部的黏土層(0～1.6 m)。該層原巖結構完全消失，礦物組分以粘土礦物為主，石英較少。土體結構緊密，孔隙較少，手搓略具滑感，肉眼可見少量的細小鱗片狀絹云母。表土層平面上分布連續，但厚度變化較大，局部具有一定的含礦性。

(2)全風化層：以淺灰黃色、灰白色、白色為主，一般厚0.5～15 m，原巖組構基本消失，礦物組分以粘土礦物為主，石英、黑云母較少。粘土礦物多為長石類風化產物，局部見顆粒細小的石英、黑云母等殘留礦物?？傮w結構稍密，易掘進，孔隙較少，手搓略有砂感。該層為稀土礦的主要含礦層位。

(3)半風化層：主要呈黃白、黃褐或略帶紅色，巖石組構特征可辨，長石類大部分已風化呈高嶺土等粘土礦物，但原生礦物的形態及組構關系仍可見。主要由粘土礦物及少量的石英顆粒和片狀黑云母組成，一般厚度大于3 m，局部可達15 m以上。該層頂部靠近全風化層部位局部含礦。

(4)基巖層：巖石較為堅硬完整，除局部弱風化部位可見長石蝕變為粘土礦物外，巖石基本保留了原始組構特征和礦物組成，為稀土成礦母巖，不含礦。

3.2 稀土礦體垂向變化特征

稀土礦體主要賦存于全風化層下部和半風化層上部，表土層中局部也有礦化顯示，如鉆孔XPQYZ004、XPQYZ009、XPQYZ013。從巖性來看，一般花崗巖粒度較粗的部位稀土含量較高。從圖6中可以看出，完整的風化殼剖面中，稀土元素含量呈現出一定的規律性變化，按稀土氧化物總量(TREO)垂向變化特征可劃分為兩類(張彬等，2018；陸蕾等，2019)：(1)弓背式；(2)波浪式。多數鉆孔TREO垂向變化呈現出弓背式分布特征，如鉆孔XPQYZ002、XPQYZ003、XPQYZ009、XPQYZ011、XPQYZ013、JQYZ033，稀土元素垂向分布呈現出兩邊低、中間高的弓形，且為突變關系，稀土富礦體分布深度較淺，具有“潛伏式”分布特征，向深部稀土品位減低，變為無礦或弱礦化；而XPQYZ004、XPQYZ007呈現出波浪式分布特征，向深部礦體品位沒有明顯的下降趨勢，垂向上局部出現品位升高，具有多層富集特征。

圖6 風化殼稀土總量垂向變化Fig.6 Diagrams showing vertical variations of total REE amount (TREO)in weathering crust

4 成礦條件分析

滇西盈江地區屬于低緯度亞熱帶氣候區，區內分布大面積的中酸性巖體，與我國贛南、嶺南等具有較為相似的成礦條件，十分有利于離子吸附型稀土礦的形成。

4.1 成礦母巖

中酸性侵入巖是形成與花崗巖有關的離子吸附型稀土礦的先決條件，侵入巖為稀土礦床的形成提供了成礦物質。滇西盈江一帶出露大面積的中酸性侵入巖，達研究區面積50%以上，巖石類型以中酸性花崗巖為主，巖漿活動主要為晚三疊紀、古近紀。其中，又以古近紀(包括古新世和始新世)為主，占比達85%以上。這些侵入體與成礦作用關系密切，控制了區內稀土產出。

母巖的稀土元素豐度的高低決定了離子吸附型稀土礦床的形成與否，如南方五省稀土礦成礦花崗巖稀土總量下限值為112×10-6(張彬等，2018)。研究區內古近紀始新世花崗巖稀土元素總量遠高于該下限值，高達649.66×10-6，具備了形成離子吸附型稀土礦的物質條件。

稀土元素賦存礦物風化的難易程度對離子吸附型稀土礦的形成也十分關鍵。含稀土元素礦物的風化程度由易至難為：稀土氟碳酸鹽→稀土(含稀土)硅酸鹽→稀土鈮鉭酸巖→稀土砷酸鹽→稀土磷酸巖(楊學明等，1992)。鋯石、獨居石、磷釔礦等礦物難風化，多形成風化殼砂礦床；褐釔鈮礦、褐簾石等可出現殘坡積砂礦和離子吸附型稀土礦床并存的現象；氟碳鈰礦、硅鈹釔礦等礦物易風化，經過遷移富集，形成離子吸附型稀土礦(張戀等，2015)。如前文所述，稀土礦成礦母巖人工重砂樣中未發現易風化的含稀土重礦物，多為難風化的稀土重礦物，表明稀土元素并非主要賦存于易風化解離的稀土重礦物中，推測該區稀土元素可能主要賦存于長石類及其它易解離的副礦物中。

4.2 氣候條件

滇西盈江地區為溫潤多雨的亞熱帶氣候區，這樣的氣候條件十分有利于化學風化作用的進行，加速了成礦母巖的風化，形成了大面積的花崗巖風化殼。在豐富的降水條件下，風化殼中植物腐殖酸較多，形成了弱酸性的水介質環境，使得原巖中的稀土元素發生解離，大部分形成溶于水的稀土陽離子，在地表水的向下滲濾過程中，使得稀土元素離子進一步發生遷移(池汝安等，2012)。隨著深度的增加，風化殼的pH值逐漸增高、含水量逐漸減少、風化程度降低、巖石板結度提高、黏土礦物的吸附能力增強、離子相稀土遷移能力變弱，最終在巖體風化殼的全風化層下部-半風化層上部富集成礦。

4.3 地形地貌條件

與我國南方稀土礦主要產于低海拔(<550 m)丘陵地帶不同，盈江地區稀土礦分布在中高山地貌區，海拔均大于1000 m，而與滇西臨滄花崗巖中段離子吸附型稀土礦分布特征相似(張民等，2018)。地形地貌條件是影響風化殼發育的最主要因素(楊大歡等，2011)，主要影響風化殼的剝蝕保存、地下水的動態、風化殼的地球化學特征等。從我國南方稀土礦的分布規律來看，最有利于離子吸附性稀土礦形成與保存的地形地貌條件為海拔低(<500 m)、切割淺、坡度小(池汝安和田居，2007；王登紅等，2007；范飛鵬等，2014；楊岳清等，2016)。高海拔地區一般地形切割和坡度較大，總體來看不利于離子吸附性稀土礦的形成和保存，海拔太高，地形太陡，風化層容易被剝蝕，保存差，最終富集形成的礦層也較薄。此外，滇西高海拔地區由于地形切割較大，河流溝谷較發育，這也容易導致風化殼被沖刷，基巖出露較多，不利于礦床的形成。但近年來在臨滄花崗巖中段和滇西盈江地區發現的離子吸附性稀土礦都分布在高海拔山區，主要發育在低緩山脊、平緩山頂、低緩山丘等地貌單元中(李家云等；2010；朱多錄等，2016；馮文杰，2016；肖仕銀等，2018；張民等，2018；張彬等，2018；陸蕾等，2019；張保濤等，2020；燕利軍等，2020)，這表明高海拔地區特殊的地形地貌條件下同樣能富集形成離子吸附性稀土礦床。

新泡山稀土礦出露標高在2000 m以上的高海拔地區，盈江地區地形地貌在北東向的斷裂構造帶和喜山期新構造運動的影響下，形成了“溝-谷-盆”地貌特征，“溝-谷-盆”兩側及周緣多為低緩山丘和平緩山坡、山脊，從區內已發現的礦床來看主要分布于這類地形地貌條件中?？傮w來看，低緩的山體是成礦的有利地貌區。

5 找礦前景分析

基于上述對研究區成礦條件的分析結果及結合在盈江一帶開展的礦產地質調查成果，目前在該區已發現了一系列規模大小不一的稀土礦床(點)，如新泡山、石嶺卡、老麻撒、松山、弄盞等，全區預測潛在稀土氧化物遠景規模達超大型②。區內主要成礦母巖古近紀始新世(E2)二長花崗巖分布面積達160 km2以上，風化殼廣泛發育，通過取樣鉆工程驗證均存在不同程度的稀土礦化。此外，該區主要稀土成礦帶北部的芒章一帶，已有初步調查成果顯示較好的稀土礦找礦前景。需要指出的是，研究區由南至北重稀土含量逐漸增高(燕利軍等，2020)，表明在研究區北部的石嶺卡-芒章一帶具有尋找重稀土礦的潛力。

區域上西起隴川東至騰沖的岡底斯構造巖漿巖帶分布十分廣泛，不同時期不同大地構造背景的巖漿巖均有分布，成礦條件十分有利。目前在騰沖巖漿巖弧內的稀土礦找礦工作已取得重大突破，除目前已開采的龍安稀土礦外，多家地勘單位在騰沖、梁河、隴川已帶已發現了多個中-大型稀土礦床①(張彬等，2018；燕利軍等，2020)，表明該區離子吸附型稀土礦的找礦前景較好，有望成為一個重要的稀土礦產基地。

6 結論

(1)新泡山稀土礦床類型為富釹輕稀土離子吸附型稀土礦，并伴生有重稀土釔。礦體主要產于古近紀始新世中粗粒黑云二長花崗巖風化殼的全風化層-半風化層中。礦體垂向上以“弓背式”為主，稀土富礦體分布深度較淺，具有“潛伏式”分布特征。

(2)滇西盈江地區離子吸附型稀土礦床主要產于“溝-谷-盆”兩側及周緣低緩山丘和平緩山坡、山脊，低緩的山體是成礦的有利地貌區。

(3)根據滇西盈江地區離子吸附型稀土礦成礦條件和找礦潛力分析，認為該區稀土礦找礦前景較好。

致謝：衷心感謝審稿專家提出的寶貴意見，感謝莫雄提供了研究區相關的區域地質圖件，感謝云南大學孫濤副教授對論文的細心指導。

[注 釋]

①云南省地質調查院．2020．云南1∶5萬東棚羊幅勐弄街幅芒章幅昔馬幅盈江縣幅舊城幅區域地質調查報告[R]．

②云南省地質調查院．2020．云南省1∶5萬盈江縣舊城梁河街河頭村礦產地質調查報告[R]．