仁差盆地凝灰岩风化壳离子吸附型稀土矿成矿特征

黄文生

（广东省核工业地质局二九二大队，广东 河源 517001）

前人对花岗岩离子吸附型稀土矿在风化壳中的存在、迁移形式、富集进行了大量的研究[1]，但对火山岩风化壳中的稀土元素的富集、配分形式及控矿因素研究较少。广东是风化壳离子吸附型稀土矿的重要产区之一。现以广东平远仁差盆地中晚白垩世凝灰岩为研究对象，对风化壳中的稀土元素分布特点和富集规律进行探讨。

1 区域地质背景

仁差盆地位于华南加里东褶皱系，永安—梅县晚古生代坳陷，河源深断裂东北部，仁（居）差（干）断陷火山岩盆地（K2）北部地区，处于北东向武夷多金属成矿带南端与东西向南岭成矿带东端交叉复合部位。

仁差盆地是一个以北东向和近东西向断裂构造为骨架的断陷火山盆地。南至麻楼，北至江西中山一带，呈北北东向的不规则梯形面积250多平方公里。盆地基地比较复杂，西部为震旦系混合岩/片岩、千枚岩及印支—燕山期桂坑花岗岩体（γ51—γ52）；南部为寒武系片岩及上古生界沉积岩；东部为燕山早期大神坝花岗岩体（γ52）；北部为寒武系片岩和花岗斑岩。盖层主要由晚白垩世火山岩组成，火山活动从弱到强，据岩相分析，火山岩系经历了爆发—喷溢—喷发—侵出几个阶段。岩层下部为含角砾凝灰岩、流纹岩，中部为熔结凝灰岩，上部为晶屑凝灰岩，形成了喷发频繁、时间长、强度大、间歇多、厚度较大的酸性火山岩系（图1）。区内构造较为复杂，岩浆活动强烈、频繁，具有优越的区域地质成矿背景。

图1 仁差盆地地质简图

2 矿床地质特征

2.1 矿区地层特征

矿区位于仁差盆地的北部，区内大面积出露晚白垩世火山岩地层，主要分为晚白垩世叶塘组上段、古近系地层。晚白垩世叶塘组上段，呈单斜产出，产状260°～325°，倾角10°～20°，局部受断层影响，倾角50°～70°，主要岩性为晶屑凝灰岩、熔结凝灰岩、含砾凝灰岩、流纹岩等组成，是区内主要含矿岩系；古近系，单斜岩层，产状275°～320°，倾角10°～28°，为一套内陆河湖相沉积的浅色复理石建造和磨拉石建造，主要岩性为泥灰岩、砂岩、砂砾岩、砾岩，不整合覆盖在上白垩统之上。仁差盆地火山岩型稀土矿主要找矿目的层是晚白垩世凝灰岩风化壳，该层为区内稀土矿的主要赋矿层位。

2.2 矿体特征

仁差盆地凝灰岩型稀土矿矿体主要赋存在近地表处的凝灰岩全风化层及半风化层的上部；其次产于风化壳上部覆盖层—残积层中的砂质亚粘土中。矿体严格受凝灰岩风化壳控制，但由于受风化壳发育程度及地表水径流的冲刷作用，基岩裸露或被第四系覆盖等因素的影响，矿体往往被分割成若干独立的矿块[2]。矿体的规模、形态、产状与地形地貌及凝灰岩的风化发育程度密切相关。总体来说，矿体顺山势产出，一般山顶、山坡（脊）矿体较厚，山沟较薄，直至无矿。从剖面上看呈弧形覆盖于凝灰岩上部。矿体的底板随地形起伏变化而变化。

2.3 含矿主岩特征

含矿岩石主要为土状和砂土状的全风化凝灰岩，矿石的矿物成分有火山灰、高岭石类粘土（60%～85%），少量石英晶屑和长石晶屑（8%～20%），副矿物有磁铁矿、锆石、褐铁矿、锐钛矿、赤铁矿、黄铁矿、金红石、重晶石等（7%～8%）。

含矿的全风化或半风化凝灰岩呈泥质结构，土状、砂土状构造。矿石中的长石、石英碎屑杂乱排列，粘土矿物以高岭石为主，水云母、蒙脱石、三水云母次之；充填物为高岭土、水云母等粘土矿物，属凝灰岩风化壳型稀土矿。

2.4 稀土元素的存在形式

稀土元素在矿石中呈三种状态出现：即离子吸附相、矿物相、类质同象或固体分散相。绝大部分稀土元素呈离子吸附相存在于粘土矿物中，约占90%，而以独立矿物和类质同象形式存在的稀土元素仅占很少一部分。矿石中离子相稀土主要赋存于粘土矿物中。

根据在仁差盆地西部斋公坪地段熔结凝灰岩风化壳中7个样品进行全相及离子相稀土氧化物分析，结果表明其中6个分析结果离子相稀土氧化物质量分数≥0.05%的样品计算浸取率为63.14%。离子相ω（REO）质量分数在0.061%～0.078%之间，平均ω（REO）质量分数0.067%，全相ω（REO）质量分数在0.094%～0.121%之间，平均ω（REO）质量分数0.107%，离子相稀土占全相稀土总量的54.39%～66.67%，平均63.14%（见表1）。组合样均匀分布于区段各矿体中，可代表熔结凝灰岩风化壳中离子相稀土占全相稀土的比例（63.14%）。

表1 熔结凝灰岩风化壳组合样分析结果表

根据6个组合样离子相及全相稀土的分析结果，对组合样全相、离子相ω（REO）质量分数曲线拟合，拟合直线为y=a+bx，其中 ：a=0.001155592，b=1.568017（见图2）。

图2 熔结凝灰岩风化壳组合样全相、离子相稀土氧化物总量拟合曲线图

组合样分析结果对比可知，稀土元素有超过50%以上吸附在粘土矿物中，其它稀土元素主要分散在石英、长石、云母、石英斑晶等残留造岩矿物和少量难风化含稀土矿物中，造成离子相稀土占全相稀土的比例变化的主要原因是风化壳发育程度不同。

2.5 稀土元素的配分

根据仁差盆地南部赤鸡坳地段开展的凝灰岩矿石稀土配分分析结果显示（见表2），原矿中轻稀土组平均占81.23%；重稀土组平均占18.77%。矿石中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%。凝灰岩风化壳中的稀土矿为中钇富铕轻稀土矿，矿石的质量较好。

表2 熔结凝灰岩风化壳稀土氧化物配分分析结果表

3 凝灰岩风化壳分布特征及富集规律

3.1 风化壳的垂直分布特征

仁差盆地属亚热带季风气候，充足的雨量有利于含矿母岩进行化学风化，形成巨厚的风化壳。通过野外调查及采样结果，并参考区内赤鸡坳稀土矿、斋公坪稀土矿资料，认为火山岩风化壳结构模式自上而下可分为4层（图3）。

图3 仁差盆地风化壳垂直剖面结构模式图

（1）腐殖层（A）：灰褐色，含大量的植物根茎。主要由粘土、石英及腐殖酸组成。厚0～1m，在部分地段腐殖层不可见，仅保留残坡积层。该层不含稀土矿。

图4 ZK807号钻孔凝灰岩风化壳样品品位变化曲线图

（2）残坡积层（B）：土黄色、棕黄色，主要由石英、粘土和亚粘土组成，局部可见少量岩石碎屑、长石晶屑和腐殖土，厚1m～4m。该层稀土含量较低。

（3）全风化层（C）：原岩颜色发生改变，灰白、浅灰色、浅红色，松散土状为主，主要由石英和风化长石组成，长石已完全风化成高岭石等粘土矿物，多数仍保留其外形，原岩结构构造隐约可辨，厚度1m～20m，约占整个风化壳厚度的3/5以上。此层稀土含量最高，为稀土矿主要富集部位。

（4）半风化层（D）：基本保持原岩颜色，浅灰色、肉红色，主要由半风化长石、石英和高岭石类粘土矿物组成。原岩结构构造基本清楚，厚度1m～4m。该层尚可形成稀土矿，部分地段重稀土含量较高。

D层之下即为基岩—含矿母岩，未风化。

3.2 稀土元素的富集规律

从水平方向上看，稀土元素的含量与风化壳风化程度和厚度呈正比关系。在低缓山坡、开阔浑圆的山头部位风化程度较高，风化壳厚度较大、平均品位也高；而在沟谷中厚度较小，平均品位也较低。

稀土含量在垂直剖面上，有明显的规律性，稀土元素主要集中在全风化层。全风化层高于半风化层。稀土元素的分布呈现中间富、上下贫特点（图4）。

4 矿床成因

仁差盆地火山岩型稀土矿产于凝灰岩风化壳中。矿区处于亚热带，温湿多雨，植被发育，有机酸来源丰富；矿区内硅化带、硅破碎带、脉岩、裂隙等发育，以化学风化为主的表生作用强烈，凝灰岩风化壳发育厚度较大。含稀土元素的凝灰岩在表生作用下形成风化壳离子吸附型稀土矿。

凝灰岩在地表遭受风化作用时，岩石发生分解，造岩矿物长石、云母类矿物被分解为高岭石、绢云母、绿泥石等粘土矿物。凝灰岩中所含的硅酸盐和稀土矿物被破坏、分解、释放出来的稀土元素以离子状态进行到水溶液中。随着水溶液的渗透，稀土元素由风化壳上部向下部迁移，在迁移过程中，阻碍pH值的增加，溶液偏碱性，使稀土元素氢氧化物或碳酸盐沉淀，降低了稀土元素的迁移能力，被高岭石、水云母、蒙脱石等粘土矿物所吸附，使稀土离子在风化壳中富集[4，5]。风化壳上部粘土矿物中的稀土元素较容易从矿物中被解吸、淋溶随水继续向下迁移和吸附，稀土离子再被粘土矿物吸附固定，这样迁移、吸附、解吸、再迁移、再吸附反复循环，最后在全风化层中形成具工业规模的风化壳离子吸附型稀土矿床。

综上所述，本矿床属以表生作用为主的凝灰岩风化壳离子吸附型稀土矿床。

5 结论

（1）仁差盆地晚白垩世凝灰岩风化壳稀土矿属于轻稀土富集型，矿体受凝灰岩风化壳及地形地貌的控制。

（2）凝灰岩风化壳垂直分为4层，轻稀土元素（LREE）在风化壳的中下部富集，而重稀土元素（HREE）在风化壳的下部更趋富集。稀土元素（REE）总体在风化壳的中下部富集。

（3）稀土矿床属于以表生作用为主的凝灰岩风化壳离子吸附型稀土矿床。