湖南省汝城县早禾埂矿区离子吸附型稀土矿地质特征及找矿前景分析

易元顺， 刘阳生， 黎 原， 肖颖斌， 黎传标

(湖南省湘南地质勘察院，湖南 郴州 423000)

早禾埂矿区离子吸附型稀土矿床位于汝城县南东部，是湘南地质勘察院近些年勘查发现的。通过地质预查工作，发现了花岗岩风化壳离子吸附型稀土矿，大致了解矿体的分布情况及成矿地质条件, 矿床规模已达中型。通过研究, 认为矿区及外围具有较大的找矿前景。

1 区域地质背景

位于华南褶皱系(Ⅰ)湘东南加里东褶皱带(Ⅱ)中南部。区内地层自震旦系-白垩系除志留系外均有分布，分布面积以震旦系-奥陶系为主，次为泥盆-白垩系(图1)。

图1 汝城—桂东地区区域地质略图

区内构造活动频繁，经历了雪峰运动、加里东运动、印支运动、燕山运动及喜山运动等5期主要的构造运动。构造形迹的显著特点是以北东向的三隆三凹为骨架，即三条北东向的加里东褶皱隆起带为主，间夹三条北东向印支凹陷，点缀燕山断陷盆地。

区内岩浆岩活动频繁，自加里东至燕山期均有活动。侵入的岩体主要有：彭公庙、九峰、益将、热水、苦蕨岭等。岩性主要为斑状黑云母花岗岩、花岗闪长岩，次为伟晶岩、辉绿岩等。岩石中SiO2含量70.01%～73.93%，属酸性花岗岩类。岩石中副矿物种类较多，共有40余种，并以普遍出现铌、钽、钨、锡、稀土、铀钍矿物及电气石、石榴石、锆石等为特征。岩石中稀土元素总量(∑REE)在198.31～347.88之间，轻重稀土比(∑LREE/∑HREE)在1.92～3.70之间，属轻稀土富集型花岗岩。

2 矿区地质特征

2.1 地层

仅矿区北面见小范围的震旦系正圆岭组(Z2z)地层出露，岩性主要为浅变质泥质粉砂岩、浅变质石英砂岩夹板岩等。

2.2 构造

矿区构造以断层为主，褶皱不甚发育。断裂构造有北东向、北东东向和近南北向三组，以北东向为主。

北东向断裂：主要为F1，性质为压扭性逆断层。整体呈北东—南西方向展布，走向30°～45°，倾向南东，倾角60°～75°。断层长约11.5 km，可见0.3～1.3 m宽的硅化破碎带，由构造角砾岩及热液石英等组成，多数地段地貌上形成负地形，挤压片理发育，局部地段可见糜棱岩。破碎带中见硅化、绿泥石化、绢云母化等蚀变。

2.3 岩浆岩

区内岩浆岩分布广泛，为九峰岩体的一部分。属燕山早期第一阶段(γ52-1)和第二阶段 (γ52-2)产物。

2.3.1 岩石特征

燕山早期第一次花岗岩(γ52-1)：岩性为中粒斑状黑(二)云母二长花岗岩：灰白色，似斑状结构，块状构造，主要矿物成分为石英(30%)、钾长石(32%)、斜长石(33%)、黑云母(3%～5%)，局部见少量白云母，由后期的蚀变作用而形成。

燕山早期第二次花岗岩(γ52-2)：侵入于中侏罗纪第一次侵入花岗岩中，岩性为中细粒少斑黑云母二长花岗岩：灰白色，灰色，似斑状结构，块状构造，主要矿物成分为钾长石(39%)、斜长石(28%)、石英(25%)、黑云母(3%)，斑晶成分为钾长石、斜长石及石英等，斑晶含量为5%～8%。基质为中细粒花岗结构。

2.3.2 岩石化学特征

岩石化学成分上有着某些相似性, 并受不同程度的钠长石化、高岭土化等。本次共采取17个岩石化学样，化学成分如表1。

燕山早期第一次花岗岩(γ52-1)： SiO2含量在66.88%～69.47%之间，平均68.37%，属于岩石SiO2过饱和，与中国花岗岩(黎丹)的71.27%和南岭花岗岩(王联奎)的72.06%相比较，岩石中SiO2平均含量稍低；Al2O3>Na2O+K2O+CaO，属于铝过饱和的S型花岗岩；里特曼指数2.24～2.76，平均2.58(<3.3)，属于钙碱性花岗岩。

燕山早期第二次花岗岩(γ52-2)： SiO2含量在66.27%～75.64%之间，平均72.05%，属于岩石SiO2过饱和，处于中国花岗岩(黎丹)的71.27%和南岭花岗岩(王联奎)的72.06%之间；Al2O3>Na2O+K2O+CaO，属于铝过饱和的S型花岗岩；里特曼指数1.15～3.92，平均2.23(<3.3)，属于钙碱性花岗岩。

2.3.3 岩石稀土元素特征

岩石稀土元素总量(288.1～303.33)×10-6，平均295.54×10-6，略高于维诺格拉多夫(1962)酸性值(表2)，其中轻稀土总量∑LREE>∑HREE，属于轻稀土富集型。稀土配分结果：轻稀土总量∑LREE约占稀土总量的59.53%，Eu占0.28%，铕显著亏损，Y占24.30%(见表3)，属于中钇轻稀土型。

3 矿床地质特征

3.1 风化壳特征

3.1.1 风化壳的垂直分层

区内风化壳自上而下一般可分为腐殖层、红色粘土化层、全风化花岗岩、半风化花岗岩和微风化花岗岩五层。

(1)腐殖层：居于花岗岩风化壳的最上部，呈黑色-黑褐色，由腐殖质、亚砂土、石英等组成，表层透气性较好，干燥时粘性较差，湿润时粘性较强，厚度0～2.8 m，平均0.4 m。为矿体的覆盖壤土。

表1 岩石化学成分及含量

表2 早禾埂矿区岩浆岩岩石稀土分量分析结果表

表3 早禾埂矿区岩浆岩岩石稀土配分结果表

(2)红色粘土化层：主要由红色粘土组成，夹含少量石英砂，有时夹含极少量的花岗岩残块。该层粘性强，结块，渗透性差。自上而下颜色变浅、变杂、粘土含量减少，粘性变差。该层厚度一般在0～2 m之间，主要为矿体的覆盖壤土。

(3)全风化花岗岩：岩石中的斜长石已经全部风化解离为粘土，无风化残余残核，但钾长石残余仍然可见，有的含量还较高。该层结构疏松、粘性差，渗透性好，湿度较大但又不结块，厚度一般在15上，最厚可达50余米。该层是稀土矿最重要的含矿层，稀土矿主要赋存于该层的中下部，层内粘土是稀土元素的主要载体。

(4)半风化花岗岩：风化程度仅次于全风化花岗岩，无论是颜色、结构构造还是母岩矿物的解离程度都与全风化花岗岩呈渐变过渡关系。判断该层的唯一标志是以斜长石残核的出现为标志。该层自上而下，斜长石残核逐渐增多，钾长石越来越难于风化，晶形保存越来越完整，粘土矿物越来越少，物质结构逐渐不呈全松散状态，而呈不甚坚固的团块状。厚度一般3～10 m，最厚可达20余米。该层也是稀土矿的重要含矿层，稀土矿主要赋存于该层的中上部。

(5)微风化花岗岩：岩石与母岩的颜色、结构构造基本一致，区别是斜长石表面具有微弱的粘土化，黑云母具有不同程度的弱风化。该层厚度变化较大，一般3～5 m，但是裂隙发育处厚度可能很大。

3.1.2 风化壳的平面形态

风化壳的平面形态受含矿地质体的地形，地貌条件和母岩的风化程度的制约。面型风化壳的平面形态除与含矿地质体轮廓有关外，更主要的是受沟谷第四系堆积物分布的影响。一般是沟谷网络越复杂，风化壳平面形态越复杂，相反则较简单、规整；而沟谷网络的复杂程度则与含矿地质体较大不连续结构面及地形的相对切割深度直接相关(图2)。当含矿地质体相对切割较浅时，其风化壳形态较规整，分布随着相对切割深度的增大，其平面形态愈加复杂多姿，但个体连续性较好。

3.2 矿体特征

区内共圈出了轻稀土矿体16，重稀土矿体4个，其中轻稀土矿体以1号规模最大，其他规模较大的还有2号、5号、8号、9号等矿体；重稀土矿4号和6号矿体规模最大,现择要简述如下：

1矿体：呈似层状、不规则的饼状产出，平面形态复杂，平面面积达到1.539 km2；根据工程控制的情况，已经控制的矿体顶板赋存标高在481～781 m之间，顶板相对高差达到300 m。单工程矿体厚度在2.10～34.75 m，厚度差达到32.65 m，矿体厚度变化系数74.36，矿体的平均厚度11.90 m，单工程矿块平均品位在0.051%～0.245%之间，矿体品位变化系数81.34。

图2 不同相对切深下的风化壳平面形态图

4矿体：呈似层状、面积0.124 km2，已经控制的矿体顶板赋存标高在594～657 m之间，顶板相对高差63 m。单工程矿体厚度在15.38～38.45 m之间，平均厚度21.87 m；单工程矿体平均品位分别在0.036%～0.039%之间，矿体的平均品位0.038%。

3.3 矿石特征

3.3.1 矿石的矿物成分

稀土矿石为离子吸附性稀土矿石，有用的稀土金属元素氧化物呈近似简单阳离子状态吸附于粘土矿物表面，因此，矿石的矿物均为脉石矿物。其主要矿物为高岭石、埃洛石、水云母等粘土矿物，次要矿物为石英、钾长石残留体及少量稀土类副矿物。

3.3.2 矿石的稀土元素赋存状态

离子吸附型稀土矿石中的稀土元素有42%～90%的总量是以离子吸附相可交换吸附态存在，主要呈水合稀土阳离子吸附于粘土矿物、云母等常负荷的矿物表面双电层中，可以被(NH4)SO4、NaCl、HCl等强电解质溶液淋洗提取出来。

3.3.3 矿石稀土的浸取率

采用浸泡法获得的矿石稀土(REO)的平均浸取率为54%，采用淋洗法(图3)获得的矿石稀土(REO)的平均浸取率为65%。

图3 矿石小样淋洗法流程图

4 富集规律的分析

4.1 与风化壳的发育程度有关

一般情况下花岗岩的风化壳越发育，风化壳越厚，越有利于稀土矿的富集。矿化富集部位的风化壳平均厚度较未富集部位厚。

4.2 与地形地貌有关

稀土矿一般富集在地形坡度既不太陡也不太平的次圆状山丘，太陡的山坡及太平的台地稀土矿富集较差；同一山坡主要富集在山头和山腰部位，山脚部位矿层最薄。这与风化壳发育的自然特征及稀土元素的富集成矿特征有关。离子吸附型稀土矿的成矿作用要经历成矿母岩长期的风化、解离、淋溶、渗滤、吸附反复作用，稀土元素逐渐迁移富集而成。地形坡度太陡则风化物不易保存，不但风化壳薄甚至无风化壳，稀土元素也容易淋失而难于富集成矿；相反，如果地形坡度太过平缓，则地下水的下渗深度有限，很快就会以水平运动为主，这样稀土元素在迁移过程中，在到达一定深度后将难于继续下渗，有很大一部分会随着地下水的水平运动而从风化壳中被带出。

4.3 与成矿母岩本身的稀土丰度有关

在岩性大致相同(稀土丰度可能大致相当)和有利的赋存状态下，含矿岩体的化学风化程度与风化壳的矿体保存程度都会使矿石品位发生较大的变化。

一般情况下，单工程中轻稀土矿体如果存在工业矿层，其表现形式常常为工业-低品位或工业-低品位-工业，这表明轻稀土元素一旦富集成矿，矿体上部品位往往较下部高；而重稀土恰恰相反。

4.4 与风化物的颜色有一定的关系

总体来讲，浅肉红色的花岗岩风化物更易形成品位较高的工业矿体。

5 找矿前景分析

本区位于南岭成矿带中段北缘，大地构造位置处于南岭东西向构造隆起带东段北缘。区内岩浆活动频繁，岩石中稀土丰度高，且大面积分布着厚大的花岗岩风化壳，为稀土矿的富集提供了有利场所。另本区位于湘、粤、赣三省交界处，周边粤北、赣西、赣南均有大中型稀土矿分布 ，因而本区稀土成矿条件极为有利。

区内开展了1∶25000土壤测量，共圈定11处综合异常，异常中各元素均有不同强度的异常反映。主要稀土成矿元素La、Pr、 Nd 、Sm、 Gd异常范围较大，异常强度较高，吻合性和相关性较好，浓集中心较明显。说明该区是寻找花岗岩风化壳离子吸附型稀土矿床的有利地区。

通过这几年的预查找矿工作，已在区内圈出了轻稀土矿体16，重稀土矿体4个，各矿体因工作量有限，并未完全控制。且外围的大片花岗岩风化壳未开展工作，因此该区具良好的风化壳离子吸附型稀土矿找矿前景。