赣县谢公坑稀土矿地质特征及矿床成因探讨

王林坡，陈斌锋，周兴华

（江西省地质矿产勘查开发局赣南地质调查大队，赣州 341000）

赣南的稀土成矿母岩包括岩浆岩、火山岩及近年新发现的浅变质岩，赣南岩浆活动频繁，富含稀土的成矿岩体广布，成岩时代有加里东期、印支期、燕山期[1-4]。其中以燕山期为成矿母岩的主要时代，而关于加里东期成矿母岩的研究较少。本次研究的垇子下（阳埠）岩体为赣南最早发现含稀土的岩体之一，岩体形成时代为加里东晚期[5]。岩体内稀土民采历史悠久，可追溯至上世纪80年代，目前，岩体内有稀土采矿权1宗，2012年中央基金在岩体内设立谢公坑稀土普查矿区，2014年相关部委在此设立了赣南（南）国家中稀土规划区，对区内稀土矿产资源进行了普查评价。本文在上述野外工作的基础之上，对成矿机理和矿床成因进行总结分析，提出一些认识与看法，为今后寻找同类型稀土矿床提供借鉴。

1 区域地质概况

垇子下岩体大地构造位置位于南岭纬向构造带东段，与武夷山NE-NNE构造带南段的复合部位。区域出露地层有震旦系、寒武系、泥盆系、白垩系和第四系。区内主要以NE向构造带为主，与区域岩浆活动及内生成矿关系极为密切，主要为燕山期形成的区域性断裂、断陷盆地及其伴生配套与低序次派生断裂所组成，具有连续成带、等距出现、东强西弱的特点。区内岩浆活动较频繁，岩体一般都富含稀土元素，加之赣南的温暖湿润亚热带气候，对形成风化壳离子吸附型稀土矿床十分有利。

2 成矿母岩地质特征

垇子下岩体平面形态呈东西向长条状，岩株状产出，出露面积约25 km2。岩体侵入震旦系老虎塘组和坝里组中，岩体的锆石U-Pb同位素测年数据显示，成岩年龄为461.1±1.3 Ma，时代归属于中奥陶世[5]。

2.1 岩石学特征

垇子下岩体有三个岩性段，岩性包括中粒含斑黑云母花岗闪长岩、中粒少斑黑云母二长花岗岩和中细粒斑状黑云母二长花岗岩。似斑状花岗结构，矿物粒径0.6～5mm，中粒-中细粒结构，斑晶含量3%～10%，斑晶成分：斜长石和钾长石，斑晶大小5～15mm，钾长石均具较明显的卡氏双晶、格子状双晶以及条纹构造。斜长石晶形多呈自形—半自形板状，具有发育的聚片双晶和环带构造，内环为绢云母、黝帘石化，外环为绢云母化，种类为中长石-更长石。石英颗粒以它形粒状为主，普遍具清楚的波状消光，表明岩石结晶过程中受到一定应力作用，黑云母多色性明显。副矿物以稀有稀土元素矿物和钛矿物为主，但种类较少，主要有锆石、磁铁矿、赤褐铁矿和黄铁矿等。稀有元素矿物中见有磷钇矿和少量的褐铌钇矿、钍石。岩石蚀变作用较普遍，主要为白云母、钾长石化、高岭土化、萤石-氟碳酸盐化[6]。

2.2 地球化学特征

岩体主量元素化学成分见表1所示，岩石样品SiO2含量偏低（66.36%～73.79%，平均值69.82%），碱性组分含量中等（K2O+Na2O=6.24%～7.71%，平均值7.09%），里特曼指数δ为1.67～2.04，平均值1.88，属钙碱性系列。富钾（K2O/Na2O=1.28～2.8，平均值1.65），A/CNK值=1.63～2.04，平均值1.78，为强过铝质花岗岩。综上所述岩石为过铝质、高钾钙碱性花岗岩。

岩体稀土元素丰度（191.81～211.15）×10-6，平均值199.75×10-6，高于南岭稀土成矿母岩下限值150×10-6。轻重稀土比值∑Ce/∑Y为1.69～3.67，平均值2.57，（La/Yb）N平均值为7.14，属轻-中稀土富集型。δEu平均值为0.60，铕中小负异常。球粒陨石标准化稀土元素配分曲线见图2，曲线呈左高向右倾斜，而右呈锯齿状，三种岩性稀土总量及特征差异不甚明显，反映出同源岩浆演化规律的一致性。

表1 垇子下岩体主量元素化学成分表（%）[6]

图1 赣南垇子下岩体地质简图

图2 垇子下岩体球粒陨石标准化稀土元素配分曲线图

2.3 风化壳特征

该区地貌属低山丘陵地貌，地形起伏平缓，总体呈东、西部较高、中部较低之势，沟谷纵横发育。区内海拔标高145.2～370.3 m，风化壳出露标高149～297.5 m，相对切深一般小于100 m。矿区风化壳厚度一般为1.8～20 m，平均9.79 m，由于风化堆积作用大于剥蚀作用，造成山形多呈不规则的浑圆状或馍头状外貌，山坡冲沟发育，呈放射状分向四方。风化壳主要发育在平缓的山顶和山坡上，植被发育较好，在植被不发育的部分低丘地带，常见许多切沟，形成新的冲沟，风化壳遭受破坏。由于风化作用强弱不均及地形地貌等因素影响，显示出风化岩石的结构构造、物质成分在垂直剖面上存在差异，自上而下划分为表土层、全风化层、半风化层、微风化层和基岩，各层之间呈渐变过渡关系[7]。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

按地貌组合和沟谷切割区内划分为7个矿体，矿体走向延长一般1000～3000m，宽500～1000m，矿体厚度3.09～5.42 m，平均为4.35 m，根据参与资源量估算的124个工程统计，矿体埋深小于5米的工程有81个，埋深小于10米的有30个，埋深小于15米的有13个，以上数据说明本区稀土矿体全部赋存在地表15米之内，赋存在地表10米以浅的占90%。

矿体呈似层状沿全风化层分布，平面形态受风化壳形态的控制，矿体倾角较为平缓，山顶一般为5°～10°，沿山坡变陡为20°～30°，总体倾角较地形坡度略为平缓（图3）。矿体海拔标高为149 m（YJ52）～292.1m（YJ3）之间，矿体标高总体随地势由西向东逐渐降低，一般地势较高矿体完整性较好，反之，地势较低的地方受流水侵蚀作用而被严重破坏。

图3 矿体剖面变化特征示意图

3.2 矿石质量

3.2.1 矿石成分

矿石矿物成分主要由粘土矿物、石英、残余长石、云母类组成，次为花岗岩中难风化分解的各种副矿物，如磁铁矿、钛铁矿、锆石、独居石、榍石和磷灰石等。矿石中粘土矿物主要有高岭土、埃洛石、水云母等，总含量为15%～40%，石英40%～45%，残余长石10～25%，云母5%左右。粘土矿物在风化壳形成过程中，是稀土离子的良好载体。

3.2.2 矿石稀土含量变化特征

矿区共采集样品2024件基本化学样品（含槽探样品99件），最高SRE2O3品位0.160%，最低SRE2O3品位0.004%，其中SRE2O3品位大于0.035%，小于0.05%的样品有197件，占样品总数的10.23%，大于0.05%的有290件，占样品总数的15%，说明矿体品位相对较集中于工业矿之间。单工程样品品位在0.035%～0.121%之间，矿体品位变化系数为28.33%，说明品位变化较均匀。

矿体品位在平剖面上也有一定的规律。稀土品位在平面上的变化，稀土品位变化主要与母岩岩性、地形地貌的变化有关。一般而言，稀土品位高低与粘土类矿物含量成正比，粘土类矿物含量愈多，稀土品位相对较富；就单个微地貌特征来说，山头、山脊处的稀土品位一般较高，往山坳、山脚处稀土品位逐渐变低直至为非矿。稀土品位在剖面上表现为地表品位低，向下升高，而后逐渐变低的大肚子形[8]。

3.2.3 矿石配分类型

矿区矿石浸取相配分采用见矿单工程组合分析，19件样品ΣYO平均值43.24%，Y2O3的配分平均值28.12%，Eu2O3的配分平均值0.79%，La2O3的配分平均值25.55%，平均属中钇中铕轻稀土配分类型。

4 矿床形成机理及成因

4.1 成矿机理

风化壳离子吸附型稀土矿床的形成，是由内因和外因共同作用的。内因是基础，包括原岩稀土元素丰度、稀土矿物种类和构造，外因是必要条件，包括地貌、气候、表生作用和物理化学环境等[10]。

（1）构造对成矿的作用

构造除导致成矿母岩生成并控制其分布外，在表生成矿作用中，主要起切割母岩，极大限度地增加岩石表面积，为水化学作用、元素的转移提供大量通道。

（2）成矿过程中稀土元素的主要来源

在母岩中虽含有几种稀土矿物，但提供形成离子交换吸附稀土物质来源的，主要是原岩中易溶、不稳定的稀土矿物。风化壳中稀土矿物种类少、晶形不完整，说明原岩中稀土矿物，除难溶的独居石外，大都变为稀土离子而转入矿石中，这是矿石中稀土元素的主要来源。除此之外，提供吸附稀土来源的矿物还有钾长石，以类质同象或固体分散相存在于钾长石中的稀土，随钾长石的大量解体而释出。

（3）离子吸附状态的研究证明，高岭土类粘土矿物是吸附稀土离子的主要吸附矿物，铝过饱和富碱的原岩为此提供了丰富的物质基础。原岩经风化形成了大量高岭土类粘土矿物，使稀土离子得以吸附其上，富集而成矿。因此，矿床的形成与高岭土类粘土矿物有着极密切的关系。

（4）垇子下岩体地处亚热带，气候湿热多雨、植被发育，花岗岩风化是在H2O、CO2及有机酸等作用下进行。这些弱酸性水溶液有利于长石风化形成粘土，有利于稀土矿物分解。解离出来的稀土阳离子随水向下迁移，最终被粘土矿物吸附成矿[9]。

4.2 矿床成因

垇子下岩体被区域各组断裂、裂隙分割成大大小小的块体，在物理、化学、生物风化等作用下，原岩逐渐解体，原岩中的稀土矿物也随之分解，大部转为离子状态，进入天然水中，不断向深部渗透。在亚热带温暖潮湿的气候和弱酸性（pH值5～5.5）水介质条件下，原岩中钾长石高岭土化，具高原子价高原子价和高原子量的稀土离子赋有强的交换“势”，其与高岭土相遇，便交换早已被吸附的其他阳离子而固定其上。岩石风化后会从水中和空气中吸收一些等，形成弱酸或铵盐，把已吸附的稀土离子交换析出，随水向下运动逐渐富集成矿。

综上所述，矿床类型为以表生风化作用为主，构造、岩石等条件为前提的风化壳离子吸附型稀土矿床。