仁差盆地凝灰巖風化殼離子吸附型稀土礦成礦特征

黃文生

（廣東省核工業地質局二九二大隊，廣東 河源 517001）

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

1 區域地質背景

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，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合部位。

仁差盆地是一個以北東向和近東西向斷裂構造為骨架的斷陷火山盆地。南至麻樓，北至江西中山一帶，呈北北東向的不規則梯形面積250多平方公里。盆地基地比較復雜，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，據巖相分析，火山巖系經歷了爆發—噴溢—噴發—侵出幾個階段。巖層下部為含角礫凝灰巖、流紋巖，中部為熔結凝灰巖，上部為晶屑凝灰巖，形成了噴發頻繁、時間長、強度大、間歇多、厚度較大的酸性火山巖系（圖1）。區內構造較為復雜，巖漿活動強烈、頻繁，具有優越的區域地質成礦背景。

圖1 仁差盆地地質簡圖

2 礦床地質特征

2.1 礦區地層特征

礦區位于仁差盆地的北部，區內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，呈單斜產出，產狀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巖、熔結凝灰巖、含礫凝灰巖、流紋巖等組成，是區內主要含礦巖系；古近系，單斜巖層，產狀275°～320°，傾角10°～28°，為一套內陸河湖相沉積的淺色復理石建造和磨拉石建造，主要巖性為泥灰巖、砂巖、砂礫巖、礫巖，不整合覆蓋在上白堊統之上。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巖風化殼，該層為區內稀土礦的主要賦礦層位。

2.2 礦體特征

仁差盆地凝灰巖型稀土礦礦體主要賦存在近地表處的凝灰巖全風化層及半風化層的上部；其次產于風化殼上部覆蓋層—殘積層中的砂質亞粘土中。礦體嚴格受凝灰巖風化殼控制，但由于受風化殼發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立的礦塊[2]。礦體的規模、形態、產狀與地形地貌及凝灰巖的風化發育程度密切相關。總體來說，礦體順山勢產出，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巖上部。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化凝灰巖，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%）。

含礦的全風化或半風化凝灰巖呈泥質結構，土狀、砂土狀構造。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，屬凝灰巖風化殼型稀土礦。

2.4 稀土元素的存在形式

稀土元素在礦石中呈三種狀態出現：即離子吸附相、礦物相、類質同象或固體分散相。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%，而以獨立礦物和類質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。

根據在仁差盆地西部齋公坪地段熔結凝灰巖風化殼中7個樣品進行全相及離子相稀土氧化物分析，結果表明其中6個分析結果離子相稀土氧化物質量分數≥0.05%的樣品計算浸取率為63.14%。離子相ω（REO）質量分數在0.061%～0.078%之間，平均ω（REO）質量分數0.067%，全相ω（REO）質量分數在0.094%～0.121%之間，平均ω（REO）質量分數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段各礦體中，可代表熔結凝灰巖風化殼中離子相稀土占全相稀土的比例（63.14%）。

表1 熔結凝灰巖風化殼組合樣分析結果表

根據6個組合樣離子相及全相稀土的分析結果，對組合樣全相、離子相ω（REO）質量分數曲線擬合，擬合直線為y=a+bx，其中 ：a=0.001155592，b=1.568017（見圖2）。

圖2 熔結凝灰巖風化殼組合樣全相、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化殼發育程度不同。

2.5 稀土元素的配分

根據仁差盆地南部赤雞坳地段開展的凝灰巖礦石稀土配分分析結果顯示（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%。凝灰巖風化殼中的稀土礦為中釔富銪輕稀土礦，礦石的質量較好。

表2 熔結凝灰巖風化殼稀土氧化物配分分析結果表

3 凝灰巖風化殼分布特征及富集規律

3.1 風化殼的垂直分布特征

仁差盆地屬亞熱帶季風氣候，充足的雨量有利于含礦母巖進行化學風化，形成巨厚的風化殼。通過野外調查及采樣結果，并參考區內赤雞坳稀土礦、齋公坪稀土礦資料，認為火山巖風化殼結構模式自上而下可分為4層（圖3）。

圖3 仁差盆地風化殼垂直剖面結構模式圖

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

（4）半風化層（D）：基本保持原巖顏色，淺灰色、肉紅色，主要由半風化長石、石英和高嶺石類粘土礦物組成。原巖結構構造基本清楚，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，未風化。

3.2 稀土元素的富集規律

從水平方向上看，稀土元素的含量與風化殼風化程度和厚度呈正比關系。在低緩山坡、開闊渾圓的山頭部位風化程度較高，風化殼厚度較大、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，有明顯的規律性，稀土元素主要集中在全風化層。全風化層高于半風化層。稀土元素的分布呈現中間富、上下貧特點（圖4）。

4 礦床成因

仁差盆地火山巖型稀土礦產于凝灰巖風化殼中。礦區處于亞熱帶，溫濕多雨，植被發育，有機酸來源豐富；礦區內硅化帶、硅破碎帶、脈巖、裂隙等發育，以化學風化為主的表生作用強烈，凝灰巖風化殼發育厚度較大。含稀土元素的凝灰巖在表生作用下形成風化殼離子吸附型稀土礦。

凝灰巖在地表遭受風化作用時，巖石發生分解，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。凝灰巖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進行到水溶液中。隨著水溶液的滲透，稀土元素由風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，使稀土離子在風化殼中富集[4，5]。風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、再吸附反復循環，最后在全風化層中形成具工業規模的風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巖風化殼離子吸附型稀土礦床。

5 結論

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

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

（3）稀土礦床屬于以表生作用為主的凝灰巖風化殼離子吸附型稀土礦床。