广西平南县上龙稀土矿地质特征及成矿地质条件

李小英

(广西壮族自治区三○七核地质大队，广西 贵港 537100)

广西平南县上龙稀土矿区位于南岭成矿带的西南部，南岭成矿带稀土矿产资源丰富，是中国离子吸附型稀土矿的矿集区[1]，成矿带横跨扬子、华夏板块[2]，构造运动复杂，岩浆活动频繁，花岗岩类分布广泛，岩体常含较高的稀土元素，区域地质成矿条件良好。通过对平南县上龙稀土矿床的成矿特点、地质条件进行深入总结研究，为今后寻找同类型矿床提供参考。

1 区域地质特征

广西平南县上龙稀土矿区位于南岭华南板块华夏陆块钦州褶皱系六万大山凸起的北东部[3]。

区域内出露地层主要有寒武系、奥陶系、泥盆系、侏罗系、白垩系、古近系及第四系等。

区域内历经了加里东、华力西、印支、燕山期等多期多阶段构造运动。褶皱、断裂构造发育，构造线总体呈NE向展布。基底褶皱主要为加里东期线状褶皱，盖层褶皱为燕山期宽缓向斜，断裂构造主要为灵山—藤县大断裂，起于藤县县城，向西经平南县六陈、灵山县平山、防城延出越南，断裂在海西至印支期南升北降，燕山期以来北升南降，晚期活动强度减弱，并向张性转化，断裂对岩浆活动、沉积岩相及成矿作用起着明显的控制作用。

强烈的岩浆活动是本区的显著特点之一，华力西-印支期酸性岩浆侵入，形成大规模的构造花岗岩带[3]，沿灵山—藤县断裂带分布有大容山花岗岩体、六陈花岗岩体、十万大山花岗岩体、六万山花岗岩体等，其中六陈岩体和大容山岩体，为上龙矿区离子型稀土矿的成矿母体(图1)。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区西部主要出露奥陶系黄隘组(O1h)碎屑岩。第四系主要分布于花岗岩体风化壳的地势低洼、平坦处，沉积物以冲积为主的松散砂、砾石、粉砂质黏土、亚黏土、黏土等，厚度为1～31.0 m。

2.2 构造

矿区构造以断裂构造为主，区域性灵山—藤县大断裂，自西南部至东北部贯通矿区，大断裂旁侧的NE向、NW向、SN向断裂发育，与大断裂呈交叉、错断或平行形态。

2.3 岩浆岩

矿区内岩浆岩分布有六陈岩体和大容山岩体。六陈岩体，形成于华力西期晚期，岩性主要为中—中粗粒黑云母钾长花岗岩，岩相分带不甚明显，由岩体中心向边缘，粒度由中粗粒—粗粒过渡为中粒—中细粒。岩石一般呈肉红色，具花岗结构，块状构造。主要矿物成分及含量变化小，石英含量为24%～30%，钾长石含量为60%～65%，斜长石含量远小于钾长石，约占岩石总量的5%～8%。次要矿物以黑云母占绝大多数，含量为3%～5%，局部含少量角闪石。副矿物种类较多，有磁铁矿、钛铁矿、白钛矿、锆石、褐帘石、榍石、磷灰石等，零星散布于主、次要矿物粒间或被包裹于矿物中。化学成分特点为富K、Si，贫Ca、Mg，属SiO2、Al过饱和系列，偏碱性(表1)[3]。

大容山复式岩体，形成于华力西-印支期早阶段，该岩体呈岩基侵入六陈岩体，岩性主要为中—中粗粒斑状黑云二长花岗岩，岩石一般呈灰色、浅黄色，具花岗结构，大部分同时还具似斑状结构，偶见多斑结构，块状构造。主要矿物成分变化不大，钾长石、斜长石、石英三者含量相近，石英含量为27%～43%、钾长石含量为15%～42%、斜长石含量为15%～43%。次要矿物为黑云母，含量为2%～12%，多大于6%。副矿物种类繁多，有磷灰石、磁铁矿、钛铁矿、白钛矿、锆石、榍石、褐帘石等，普遍出现堇青石，含量较六陈岩体丰富。岩体中发育多个补充侵入体，侵入体岩性为细粒花岗岩及细粒黑云母花岗岩、花岗斑岩；岩体边缘见细粒花岗岩脉、花岗斑岩脉、石英斑岩脉及石英脉等。岩体呈现多期次侵入特点，岩体中常见捕虏体。岩石的同化混染作用明显，化学成分特点为铝过饱和、钙碱性系列[6]。

2.4 花岗岩风化壳特征

六陈岩体和大容山岩体的风化壳发育，为全复式类，保存较好，分布较广，厚度一般为20～30 m，最大厚度达50 m。矿区花岗岩风化壳由上至下一般具有四元结构特征(图2)

图2 上龙花岗岩风化壳垂直剖面示意图 (据广西三○七核地质大队)Fig.2 Vertical section diagram of the weathering crust of Shanglong granite

1)残坡积层：厚0～7 m，一般小于2 m，为腐植层和花岗岩风化后残留的黏土、碎块、碎粒及碎粉混杂而成，呈褐黄色、褐红色、土黄色，主要由石英、高岭石、云母、长石、褐铁矿、赤铁矿、锆石、白钛石等组成，结构松散，具弱黏性及可塑性；pH值为4.7～6.2。该层稀土氧化物(REO)含量低，只有在极少数部位形成矿体。

2)全风化层：该层厚5～50 m，一般厚10～30 m，与上部残坡积层呈渐变过渡关系，无明显分界，由基岩完全风化而成，以褐黄色、土黄色、褐红色间夹灰白色、浅灰色为主，夹杂黄褐色和灰白色，主要由高岭石、长石、石英、云母、褐铁矿、赤铁矿、锆石等组成，长石多已高岭土化，原岩结构构造已基本被破坏，呈疏松砂土状；pH值为4.4～6.4。此层中稀土元素富集程度较高，常在该层的中、下部富集成矿，为矿体的主要赋存部位。

3)半风化层：该层厚1.5～20 m，与上覆全风化层呈渐变过渡关系，局部呈突变过渡。呈褐黄色、褐红色间夹灰白色、浅灰色；主要由石英、长石、云母、褐铁矿、赤铁矿、锆石、白钛石等组成，长石类矿物已不同程度地蚀变为高岭石及绢云母化，风化残余花岗结构，呈破碎块状；该层pH值为弱酸性—弱碱性。由于黏土矿物含量剧烈减少，因此稀土含量明显下降，除了与全风化层的过渡地带，只有少量的矿体赋存其中。

4)基岩：含矿母岩，与下伏基岩及上覆半风化层呈渐变过渡关系。厚0.2～2.5 m，平均厚1.26 m。为淡肉红色、浅灰色、灰白色间夹褐黄色、褐红色的弱风化六陈花岗岩，或灰白色弱风化大容山花岗岩；少量的长石高岭石化，裂隙不发育。该层稀土阳离子和黏土矿物含量极少，因此在该层中无离子吸附型矿体赋存。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

矿区稀土矿体主要赋存于六陈岩体及大容山岩体的风化壳中，矿体大部分地段有残坡积层覆盖，呈面状分布，平面上呈不规则状、树枝状，矿体产状平缓且较稳定，倾角一般为5°～15°；剖面上呈似层状、透镜状，其形态和产状与地形变化基本一致，随地形变化呈波状起伏展布，在开阔平坦地带产状较平缓，斜坡地带较陡(图3)；大体连续成片，局部地段偶见无矿天窗；矿体在花岗岩全风化层的中、下部最为富集，内部结构简单，无夹层出现。

图3 上龙矿床27号勘探线地质剖面图(据文献[4])Fig.3 Geological section map of the prospecting ling No.27 in Shanglong deposit 1—浮土层 2—二叠纪中—粗粒钾长花岗岩 3—地层界线 4—钻孔及编号 5—矿体

矿体长4000～5200 m，宽400～2000 m。矿体单工程离子相稀土品位为420×10-6～3110×10-6，平均品位为1150×10-6；全相稀土品位为540×10-6～3840×10-6，平均品位为1420×10-6；品位变化系数为33.28%，有用组分分布较均匀。矿体厚1.00～36.40 m，平均厚12.26 m，变化系数为55.10%，厚度变化属稳定；单工程见矿最厚处达36.40 m。矿体具有坡顶部最富和最厚、向山脚方向变贫变薄的变化规律，较平缓地段的矿体品位、厚度匀大于地形变陡的部位。

3.2 矿石特征

3.2.1 矿石的矿物组分特征

经过对矿石在双目体视显微镜下观察，并将有代表性的碎块制作成薄片在显微镜下鉴定，其矿物成分[5](表2)主要是石英、钾长石、高岭石、绢云母，未能观察到稀土元素的独立矿物。对3个矿石样有针对性地进行X衍射分析，可知矿石是花岗岩风化形成的产物。矿石主要由高岭石、绢云母等黏土矿物和石英、长石、云母等母岩残留矿物及少量难风化稀土矿物、副矿物组成。

表2 显微镜下矿石的矿物成分及含量Table 2 Mineral composition and content of ores under microscope

3.2.2 矿石化学成分

通过对6个矿石样本进行光谱分析，矿石的主要化学成分及含量：w(SiO2)为55.19%～63.81%，w(Al2O3)为21.65%～25.07%，w(TFe2O3)为1.69%～8.40%，w(CaO)为0.003%～0.019%，w(MgO)为0.20%～0.72%，w(Na2O)为 0.029%～ 0.34%，w(K2O)为1.70% ～ 7.19%，w(P2O5)为 0.022% ～ 0.031%，w(TiO2)为 0.51%～0.55%，w(ZrO2)为0.075%～0.078%。对矿石综合样进行了化学多项分析，矿石中稀土元素总量∑REE为850×10-6～1640×10-6，已达到工业品位，具有利用价值，其他组分的含量未达到综合利用要求。

3.2.3 矿石类型

矿石工业类型为单一稀土矿石。依据稀土的赋存状态，本区稀土矿石为离子吸附型矿石。按风化程度，可分为花岗岩全风化稀土矿石、半风化稀土矿石、残坡积矿石、第四系黏土矿石。根据32个矿石组合样稀土总量及分量分析结果进行配分统计，轻、中、重稀土的占比分别为62.27%、9.17%、28.50%，ΣYO<50%，w(Y2O3)略大于20%，w(Eu2O3)=0.51%，属于低钇中铕轻稀土配分型。矿石的结构松散，手捏粉末状、疏松砂土状、风化残余花岗结构，土状构造、疏松块状构造、碎裂构造。稀土元素主要呈离子状态吸附于黏土矿物表面，其次以类质同象或微包体方式分散于造岩矿物或副矿物中，少量呈独立矿物[6]。

4 成矿地质条件

4.1 成矿母岩条件

上龙稀土矿床的成矿母体是六陈花岗岩体和大容山花岗岩体。六陈岩体稀土元素总量ΣREE为203.53×10-6[7]，是地壳平均丰度(112×10-6)的1.81倍，大容山岩体稀土元素总量为231.06×10-6[7]，是地壳平均丰度的2.06倍，两个岩体均富含稀土元素。花岗岩体中稀土元素在易风化的造岩矿物长石、白云母中以类质同象产出，少部分则呈独立矿物(如磷灰石、独居石)[7]；稀土元素极易被弱酸溶液浸出，六陈岩体的矿体浸出率为80.84%，大容山岩体的矿体浸出率为75.91%[7]。可见六陈岩体和大容山岩体稀土元素丰度为矿区稀土矿床的形成提供物质来源。

4.2 风化壳条件

由于长期风化作用，本区风化壳发育且保存较好，厚度一般为20～30 m，最厚者超过50 m；风化壳与地形地貌大体一致，平面形态随地形起伏，但坡度小于地形坡度的变化；风化壳具有在平缓的顶部或山脊较厚、向低洼地变薄的变化规律；花岗岩风化壳越厚，离子吸附型稀土矿矿体越厚，品位越高，可见风化壳的发育程度控制着稀土元素富集和赋存。

4.3 气候条件

风化壳的发育程度直接影响着稀土富集，而气候条件是风化壳发育的主要控制因素。一般而言，高温湿热，植被发育的气候条件有利于风化壳的形成。在温带、亚热带地区潮湿的气候条件下形成的风化壳，不仅能提供丰富的黏土物质，并且由于雨量充沛，植被发育，使原岩中的稀土矿物、造岩矿物晶格破坏，有利于释放出稀土元素和进一步富集，因此，温带、亚热带气候是形成吸附型稀土矿床的最有利环境[8]。上龙矿区地处南岭西南侧，属亚热带气候，炎热潮湿、雨量充沛，生物活动力强，岩石易于发生强烈的化学风化作用，形成了广泛的且保存较好风化壳。该气候环境具备了形成离子吸附型稀土矿的有利条件。

4.4 地形地貌条件

矿区属低山丘陵地形，整体南高北低、中部高四周低，高程为83～396 m，相对高差多为90～220 m，地形比高不大，地貌上呈圆顶山包及平缓山坡，坡度角多在5°～20°之间，沟谷切割不深，地表泾流发育，第四系在花岗岩体风化壳的地势低洼、平坦处分布。该地形地貌既有利于岩石风化壳发育和保存，也对地表水、地下水运动和渗透有利，从而有利于稀土元素在有利部位富集。

4.5 构造条件

构造运动对岩浆岩的形成、地形地貌及风化壳的发育和保存起着关键作用。区域上六陈岩体和大容山岩体等岩浆岩，沿区域性灵山—藤县大断裂呈带状分布，可见大断裂控制着矿源体的形成与展布，是稀土矿床形成的重要条件。矿区内花岗岩体中发育着不同程度不同方向的断裂、节理、裂隙，岩石渗透性增强，从而加速风化淋滤作用的进行，对风化壳的形成十分有利。地壳只有在处于缓慢上升或间歇期，风化作用远远大于剥蚀作用，才有利于风化壳形成。矿区位于钦州褶皱系六万大山凸起地带，印支运动后，地壳处于长期隆起和相对稳定状态[3]，形成矿区低山、丘陵地貌，使风化壳得以较好发育和保存。

4.6 风化壳水介质pH值条件

矿区湿热多雨的气候，地表植被发育，有机质和微生物丰富，在地表水的淋滤作用下，有机物质分解形成较多的有机酸，再有CO2溶于水形成的碳酸、风化壳中矿物质氧化产生的无机酸等，是水介质pH值呈酸性的来源。

地表弱酸性条件下，稀土元素转化为溶液状态[7]，随地表水流动和运移，在下渗过程中，酸性水介质逐渐转变为弱碱性，在接近中性的水介质条件下，稀土元素活性减弱，易被黏土矿物所吸附；表现在矿区风化壳，由地表腐植层向深部至基岩，pH值逐渐升高，即从酸性→弱酸性→中性→弱碱性，稀土矿体主要富集在水介质pH值由弱酸性接近中性的全风化层中、下部。

5 找矿标志

1)矿源体标志：稀土元素含量丰富的岩浆岩，是风化壳离子吸附型稀土矿成矿的物质来源，是寻找稀土矿主要标志。

2)风化壳标志：岩浆岩风化壳为离子吸附型稀土矿床提供赋存空间，具有一定规模、风化发育程度较高和保存良好的风化壳，是寻找稀土矿的直接标志。

3)地形地貌标志：相对高差不大，切割弱—中等、坡度相对较平缓的低山丘陵地貌，利于风化壳的保存及离子吸附型稀土矿的形成，是寻找稀土矿的重要标志。

4)断裂构造标志：构造、裂隙发育地区，为风化作用的进行提供有利的条件，是稀土矿找矿的间接标志。

5)含矿标志：在野外肉眼无法分辨出风化壳中是否含有离子吸附型稀土矿，利用硫酸铵饱和溶液浸泡和草酸还原，进行现场快速定性分析，可大致判断是否存在稀土矿体。

6 结论

上龙风化壳离子吸附型稀土矿赋存于华力西期六陈岩体和华力西-印支期大容山岩体风化壳中，具有埋藏浅、规模大、厚度较稳定、品位较高、连续性和矿石质量较好的特点。

岩体稀土元素含量丰富，是上龙稀土矿床形成的先决条件，发育和保存良好的风化壳是稀土矿体赋存的主要条件，区域性构造控制着花岗岩体分布，构造运动形成的丘陵缓坡地貌、花岗岩体内裂隙的发育、炎热多雨的亚热带气候、酸性的介质环境等是风化壳和矿体形成的重要条件。

六陈岩体和大容山岩体沿灵山—藤县大断裂呈大面积带状出露，在其风化壳中已发现有上龙、马安肚、大洲、龙江等离子吸附型稀土矿床，且在上龙矿床外围岩体风化壳中采用有稀疏的工程揭露多见矿，显示六陈岩体和大容山岩体进一步找矿空间巨大。沿灵山—藤县大断裂分布着大规模的花岗岩带，存在着大面积保存较好的风化壳，其与上龙稀土矿床的成矿地质条件相似，具有广阔的找矿前景。