广东省平远县象牙矿区稀土矿地质特征及成因浅析

谭 瑜，凡欠荣，龙 勇

（广东省有色金属地质局九四〇队，广东 清远 511520）

象牙矿区稀土矿区域构造位于南岭东西复杂构造带东段北侧，与武夷、戴云新华夏系隆起褶皱带西缘交接复合地区，属滨太平洋（环太平洋）构造域中生代构造带的南东部。本区处于永梅—惠阳凹陷（Ⅲ6）、永梅凹褶断束（Ⅳ8）北侧江西省与广东省接壤处附近，全区地层发育比较齐全，地质构造运动强烈，岩浆活动相对频繁，蕴藏着极其丰富的矿产资源。

1 矿区地质

1.1 地层

本区东部为寒武纪，山区为第四系。寒武系下统林田组（∈1l），分布在矿区东部，与燕山期黑云母花岗岩呈侵入接触关系。主要成分为变晶细砂岩夹粉砂质板岩、灰绿色绢云母长石石英细砂岩，其底部为灰黑色炭质板岩[1]。地层产状倾向250°～260°，倾角30°～55°。

第四系（Q）松散层，主要分布在白沙坑、南湖坑、山寨里等河谷及山沟低洼地段。由粘土、砂质粘土、粗砂、砾石组成。其成因以冲洪积为主，其次为残坡积物。

1.2 构造

矿区处于华南加里东断褶带，永安～梅县上古生代凹陷带南段。矿区构造较简单，仅在矿区中西部发现两条北西向和东西向断裂构造。

1.3 岩浆岩

矿区内岩浆活动频繁，出露面积较广，为侵入岩，侵入时间为早侏罗世（燕山三期）。岩性为中细粒花岗岩，分布于矿区中西部，与寒武系、震旦系呈侵入接触，属快湖岩体，为罗浮山岩体的一部分。中细粒的花岗岩呈淡淡的粉红，中细的花岗结构，呈块状，其主要矿物成份为石英，钾长石，斜长石，黑云母质，常见的次生矿物为绿泥石和绢云母，副矿物见榍石；矿物紧密嵌镶构成花岗结构，粒径一般在0.25mm～7.00mm间，见插图1。岩石经过风化后呈灰白色、浅肉红色，松散土状或砂状，黑云母、钾长石及斜长石分解成高岭石等粘土矿物，形成花岗岩风化壳[2]。

图1 中细粒黑云母花岗岩

1.4 地貌特征

该矿区地形以地势低矮、丘陵为主，在整个矿区范围内连绵不断，是该地区最大的地形单位。属构造微上升区，现今侵蚀度不大，地形切割较大，地面起伏较大。丘体平面形态呈不规则状，丘坡较平缓～陡，坡度15°～70°，以25°～35°居多，上缓下陡；山体欠浑厚，致沟谷发育，多呈“V”型谷，少量“U”型谷。

2 矿床地质

2.1 矿体覆盖层情况

矿体覆盖层为残坡积层，位于风化壳顶部，其顶层一般可见一层腐殖土层。腐殖土层中植物根系发育，一般呈灰黑色，主要由腐殖质及粘土等组成；结构松散，厚度一般0.00m～0.50m，一般不含稀土矿。残坡积层位于腐殖土层之下，呈浅褐色；该层主要成分粘土，含有少量石英和植物残骸；粘性程度较高，固结性较好。因强烈淋滤作用稀土矿化弱，稀土氧化物（REO）的含量通常在0.02%以下，并与上层的腐殖质土壤共同构成了被称为阳离子吸收的稀土矿，厚度一般在1.00m～4.00m左右。

2.2 花岗岩风化壳特征

矿区属中低山丘陵地貌，花岗岩风化壳发育程度较高，总体平缓，局部地形切割较强烈，沟壑发育，多将山体切割为窄条带状山脊，沟谷底部多发育溪流，溪沟内多出露花岗岩基岩；地形沿山脊方向坡度较缓，山脊两侧坡度较陡，山坡自然坡度沿山脊一般为5°～15°，山脊两侧坡度一般为25°～35°，少数地段坡度可达40°或以上。风化壳总体形态受地形影响多呈现不规则港湾状、纺锤状、阔叶状、马蹄状等。

矿区中西部为花岗岩分布区，占全区的68%，在亚热带温暖潮湿的气侯条件下，成矿母岩（中细粒黑云母花岗岩）经化学和物理风化作用，形成花岗岩风化壳，岩石中解离出的稀土矿物阳离子以水合阳离子的形式被吸附在埃洛石、高岭石、蒙脱石等粘土矿物上富集形成花岗岩风化壳离子吸附型稀土矿床[3]。

风化壳出露标高+304.80～+597.60m，矿区内分布面积约8.10m2。通常在峰顶上有较大的风化壳层，其次是半山腰，底板较细，在矿区北部的山口和较高的山头上都有少量的基岩。

花岗石的风化壳学特点主要有：水平剖面和纵向剖面两种类型。

（1）风化壳体的平面分布特点：按不同地形单元（山顶、山腰、山脚）的微观地形要素，将其划分为两种。

矿床的风化壳体分布于中、低山区、丘陵地带，以覆盖型的风化壳体为主，占85%左右。其特点是：风化壳发育，连续性好，基岩暴露量小，壳厚达到冲刷基准面。典型的，风化壳层的厚度为1.00m～31.00m。

在局部地区的山脚下，可见有一种球状的风化物质或一些基岩，其特征为很细的风化壳层，偶尔有零星的间断出现，大约为15%。

（2）风化壳层纵向分层特点：整个风化壳层由上至下可划分为三个层次：全部风化花岗岩层、半风化花岗岩层和基岩层。

全风化的花岗岩：在斜坡沉积物下面，以黄褐色、浅黄色、红褐色、浅红色为主，以40%～60%的粘土矿物、20%～25%石英为主，其他是完全不风化的钾、云母；多数造岩矿物分解，以高岭土代替长石，以粘土为主，用双手摩擦有滑的感觉；黑云母多沉淀出铁以发生退色，有些已经腐蚀成了白云母片。结构疏松，不牢固，由上到下，色泽逐渐均匀，变浅，粘性变差，疏松度逐渐增强。这一地层为风化壳-离子型稀土矿床的主产层，其厚度根据矿化区的地形特征和微观地形特征而有很大差异，通常为1.00m～29.00m。

半风化的花岗岩：灰白色或淡粉色，基本上维持了原岩体的色泽和结构，质地比较疏松～略有块状，长石以碎粒状、小碎块为主，有的用手揉捏，有的则是高岭状，粘土的含量小于30%，随着地层高度的不同，泥质的比例也会随之改变，随着地层的高度而改变，随着地层的高度而增加，长石的分解非常不完整，可以保存原岩的构造特点，但在撞击后容易碎裂。本地层底层的非风化原岩碎片数量增加，裂缝宽度为1.00mm，以铁为主。在整个风化阶段，在较低的风化阶段，在较低的风化阶段，以及在较低的风化阶段，基本为渐进的过渡。它的稀土元素含量通常难以满足工业化应用的需要，是一种以几公分～几米厚的离子性吸附稀土矿，下面是一种新型的岩石。

在剖面上，风化壳形态与地形相似，大部分覆盖于山顶（基岩）之上，被第四系分割呈各种不规则形状，剖面上呈层状、似层状等，其伸展的方位与山脊线的走向是一致的，且与坡面的倾向性是一样的，而趋势则比地势的坡度稍慢。

2.3 稀土矿矿体特征

该矿区稀土矿化赋存于花岗岩风化壳，产于低山丘陵地貌基岩上部的全风化、半风化花岗岩中，其产状、形态与该地区花岗岩风化壳一致。矿区由沟壑分隔，多为长轴状、马蹄状、不规则状等，其断面形状大致为层状、似层状、新月状等，沿山的隆起伸展，沿山脊的方向逐渐变小。一般来说，矿石的厚度都是山岭的厚度，到了山腰和山脚，就会逐渐稀疏，直至消失。

矿体上盘围岩为残坡积物或全风化花岗岩，矿体下盘围岩为全风化花岗岩或半风化花岗岩，矿体和围岩无明显界线。

2.3.1 矿石质量

从矿体的风化、矿化性等方面对其矿物进行了分类，分别是全风化稀土矿石、半风化稀土矿石和原生稀土矿石。全风化和半风化的稀土矿物属较疏松的矿物，以全风化的稀土矿物为主。

该矿床系统是由花岗质成矿母岩形成的，在全风化作用下，基岩的分解、元素的迁移、吸附和富集形成了矿石。选冶试验经MLA测定矿区花岗岩风化壳稀土样品的元素组成，其稀土元素主要以轻稀土镧（La）、铈（Ce）、钕（Nd）和重稀土钇（Y）为主。通过对矿石样品进行X射线衍射分析，解谱分析可知，原矿以石英和钾长石为主，粘土矿物衍射峰不明显。为进一步确定粘土矿物的种类，对筛分样品-0.043mm粒级产品进行X射线衍射分析，解谱分析可知，该样品以高岭石为主，其次为石英和钾长石，少量白云母。从矿石样品矿物组成结果可以看出，样品中的稀土矿物含量较少，约占0.82%，以磷钇矿和胶态稀土为主，少量独居石、氟碳铈矿和含稀土褐铁矿。脉石矿物以石英、钾长石和粘土矿物为主，粘土矿物主要以高岭石为主，少量白云母-伊利石和蒙脱石等。

造岩矿物：石英，中细粒石英，钾长石，云母及深色的次生矿物是造岩的主要成分。石英是一种具有不规则颗粒的矿物，其颗粒大小通常为0.25mm～5.00mm，占28%～32%。钾长石非风化成的块状体，其颗粒大小一般在1.50mm～10.50mm之间，含3%～12%，由地面向地面的沉积物中的含量增加。云母属云母，水云母，多为薄片云母，颗粒大小约1.50毫米，占4%。黑色的次生矿物质很低。

次生矿物：以高岭土为主，占总储量40%，由地面向地面递减。在磁铁矿中，以粘土矿为吸附体，其中75%的稀土都被吸附于粘土中，是稀土的重要来源。粘土矿物主要有高岭石、埃洛石、伊利石、少量蒙脱石等。粘土矿物的含量多少与稀土元素含量尤其是离子相稀土元素具有非常密切的关系。

2.3.2 稀土元素含量及变化规律

（1）矿石中稀土元素由原岩稀土矿物是由表层风化和淋滤作用分解而形成的。其中，稀土的含量通常是原始岩石的2～5倍，单工程平均品位一般为0.080%～0.115%，最高达0.243%，全区矿石中稀土氧化物总量平均含量为0.095%，离子相平均含量0.053%。

（2）在平面上，山脊和山脊部位的REE含量高，山坡和山脚的含量相对较少，而沿山脊和缓坡的矿体的变动幅度较大（见图2）。

图2 矿石厚度品位变化曲线图

（3）主要由4个钻探工程样品品位数据统计分析，表明在垂向上，一般情况下，REE的成分是上、下贫、中富。这些规律的改变是由离子吸收式的风化壳形成的。结果表明：在风蚀条件下，REE的运移特性表现为：纵向上，富矿和富矿之间存在3～5倍的差异；特别是当风化壳分层越完整、厚度越大时，以上等级的改变就越显著，且矿床的品位变动也就越显著；随着残坡沉积和完全风化的花岗岩的剥落，其品位的改变也逐渐趋于平稳。

（4）根据矿体厚度等值线图及矿体品位等值线图，高含量稀土区与较宽的矿区是一致的，表明随着矿厚增加，REE的含量增加，且呈共生和变化。

2.4 成因分析

矿床的形成主要受内生条件和外生条件的影响。内生条件是原岩（母岩）所含稀土元素的丰度、稀土矿物、稀土副矿物和含稀土副矿物的矿物种类及易风化程度，该地区的外生环境与新的第四系构造活动密切相关。在亚热带温暖、湿润的天气和良好的地形条件下，在弱酸性地下水介质的长期化学侵蚀作用下，长石经过水解，经过脱碱脱硅，吸收水分成为高岭石—埃洛，同时，水解后的稀土元素和其他元素会随着雨水和地下水的迁移而被泥土吸收。部分形成的新矿物被水带走流失，随着这种作用和过程的周而复始，产生了自然分馏，最后稀土矿物元素在有利部位不断富集，最终，已有了较大的储量和质量，并且可以进行经济再循环的资源化。

3 结论

本区的REE为离子吸收作用，主要产于花岗石的风化壳层，是一种二次富集的离子吸收矿体。风化壳离子吸附型稀土矿床成矿地质条件受多种因素控制，具体因素如下：

（1）矿区成矿母岩（原岩）为燕山三期中细粒花岗岩，是构成该类工业矿床的重要条件。

（2）矿区东西向、北东向构造带主导成矿母岩的产出，对该区地形地貌和母岩的风化速率有一定的控制作用。

（3）具有低山丘陵地形地貌，海拔高度大都小于500m，一般高差在150m，矿区地貌上局部表现微细地形起伏，有利于花岗岩风化壳的形成和保存。

（4）位于热带、亚热带的地理区域，具有湿热潮湿雨多的气候，植被发育，且有机酸来源丰富，物理、化学和生物的风化作用更加强烈，对于形成风化壳、富集成矿和提高稀土含量具有十分关键的作用。