滇西盈江地区新泡山离子吸附型稀土矿床成矿条件及找矿前景

陈曹军，邓志祥，吴清华，燕利军，佘中明，严志安

(1.云南省地质调查院，云南昆明 650216；2.自然资源部三江成矿作用及资源勘查利用重点实验室，云南昆明 650051；3.云南省地质勘查基金管理中心，云南昆明 650224)

0 引言

稀土元素因其特殊而广泛的用途被誉为“万能之土”、“工业维生素”、“农业激素”、“战争金属”。稀土矿产资源所发挥的经济、社会效益日益显著，需求量持续增加，已成为国内外公认的关乎新兴产业发展的战略性资源(王登红等，2013a)。离子吸附型稀土矿床富含的稀土元素通过其它途径很难获得，且开采成本低、矿山生产周期短，在各种稀土矿床类型中独占鳌头(王登红等，2013b)。作为我国南方特有的稀土矿床类型，离子吸附型稀土矿自20世纪60年代末在赣州龙南地区首次发现以来，前人对其成因机制、开采技术、矿山环境等方面的问题进行了大量研究，并认为该类型的矿床主要分布在低海拔的丘陵区，海拔高度多在160～400 m(吴澄宇等，1989；袁忠信等，2013；王登红等，2013b；梁发辉，2014；刘新星等，2016；赵芝等，2017)。

云南省自1993年发现离子吸附型稀土矿床以来(陆蕾等，2020)，因其并非云南省优势矿种，且开采程度不高，对稀土矿床的研究一直未受到重视。随着社会发展对稀土矿产资源的需求日益增长，云南省稀土矿床逐渐引起重视，很有可能成为继赣南之后的另一个离子吸附型稀土矿产资源基地。滇西盈江地区属高海拔(>1000 m)中高山地貌区，区内分布大面积碱性花岗岩，具有较高的稀土背景值，这为稀土元素的活化、运移、富集提供了良好的基础地质条件，在表生成矿作用下容易形成稀土矿床(张彬等，2018；燕利军等，2020；陆蕾等，2020)。近年来云南省稀土矿找矿工作取得了重大突破，在滇西高海拔地区相继发现了多个稀土矿床或矿化带(冯文杰等，2016；王登红等，2017；张民等，2018；赵芝等，2019)。盈江地区作为近年稀土矿找矿的重点区域，云南省地质调查院、成都地质调查中心等多家地勘单位在该区开展了离子吸附型稀土矿的调查工作，发现了多个稀土矿床(点)。前人主要对该区稀土矿床的形成条件、矿床特征(张彬等，2018；燕利军等，2020)进行了简单的研究报道。但总体研究程度较低，特别是该类型矿床在滇西高海拔地区的控矿因素、成矿条件、成矿机制等方面的研究十分薄弱。研究程度不足导致该区稀土矿后续勘查工作滞后的现象已显现出来，因此急需加强对区内离子吸附型稀土矿床的成矿条件、成矿规律等方面的综合研究。新泡山稀土矿床为滇西盈江地区新发现的离子吸附型稀土矿床，矿床规模达中型。本文以该矿床为重点剖析对象，对矿床的地质特征、成矿条件进行了分析和总结，进一步探讨了区域找矿前景，旨在为滇西高海拔地区寻找同类型的稀土矿床提供理论依据，扩大该区的找矿成果。

1 区域地质背景

研究区位于怒江断裂以西，属波密-腾冲锡铁铜铅锌多金属成矿带南段。大地构造位置为冈底斯-察隅弧盆系，属班戈-腾冲岩浆弧。区域上主要出露元古界、古生界及新生界地层，其它地层缺失(图1)。其中古元古界高黎贡山岩群(Pt1GL)呈断片、捕掳体分布，区域上属高黎贡山变质带，变质程度达角闪岩相，岩性主要为黑云斜长角闪岩、黑云角闪斜长片麻岩、石英岩、黑云石英片岩、二云石英片岩、变粒岩、浅粒岩等；泥盆系狮子山组(D1s)、关上组(D1g)为一套浅变质的碎屑岩-碳酸盐岩建造，岩性主要有变质石英砂岩、粉砂质板岩、绢云板岩、大理岩化灰岩等；新近系中新统南林组(N1n)和上新统芒棒组(N2m)岩性主要为砾岩、粉砂岩、粘土岩夹煤线。

研究区岩浆活动强烈，中酸性侵入岩广泛发育，形成时代主要为古近纪和晚三叠世，岩性以中粗粒、细粒二长花岗岩为主。其中古近纪始新世中-粗粒黑云二长花岗岩是区内离子吸附型稀土矿的主要成矿母岩，目前在该期侵入岩形成的风化壳内已发现了多个稀土矿床或矿点。其锆石U-Pb同位素年龄为49.72～54.91 Ma，是陆缘板块相互作用的产物①。花岗岩地球化学特征显示其富集轻稀土、明显Eu负异常，富集Rb、Th、U大离子亲石元素，相对亏损Sr、Hf、Ba、Ti、Nb、Ta等(燕利军等，2020)。区域构造形迹以NE向脆-韧性断裂带、韧性剪切带、推覆构造带、脆性断裂带为主，局部被晚期NW向断裂错断。

2 矿床地质特征

矿体由14个工程控制，其中XPQYZ012未见矿，控制矿体南北长约4000 m，东西宽约1500 m，矿体向南侧未圈闭(图2)。矿体产状和平面形态受花岗岩风化壳和地形地貌控制，分布范围及平面形状与风化壳基本一致，局部被沟谷、溪流分割，形态整体呈阔叶状，边缘局部呈港湾状。矿体剖面上主要呈层状、似层状赋存于花岗岩风化壳的全风化层-半风化层内。矿体单工程厚1.53～14 m，平均厚6.87 m，矿石品位为0.0501%～0.2604%，平均品位为0.1020%。矿石成分较简单，由二长花岗岩风化而成，继承了原岩的主要矿物成分，主要由石英、粘土矿物及少量黑云母和未完全风化的长石等组成。如表1所示，矿石组合样离子相稀土浸出率在17.27%～51.00%之间，平均34.03%，浸出品位0.019%～0.064%之间，平均0.043%。矿床以富集轻稀土为主，轻稀土占比在66.10%～86.75%，平均82.56%；从单元素来看，Nd2O3占22.22%～30.15%、Pr6O11占6.12%～9.09%，矿床类型为富钕轻稀土离子吸附型稀土矿；而重稀土元素中Y2O3含量最高，占比在6.63%～24.44%之间，说明矿床中伴生有重稀土钇。

图2 滇西新泡山稀土矿区地质简图Fig.2 Geological sketch map of the Xinpaoshan REE deposit in Western Yunnan1-古元古界高黎贡山岩群；2-古近纪粗粒二长花岗岩；3-古近纪中-细粒似斑状二长花岗岩；4-古近纪中细粒花岗闪长岩；5-地质界 线；6-基岩与风化壳界线；7-断层及编号；8-见矿钻孔；9-未见矿钻孔；10-矿体；11-风化壳1-Palaeoproterozoic Gaoligongshan Group；2-Paleocene coarse-grained monzogranite；3-Paleocene medium-fine grain porphyritic monzogranite；4-Paleocene medium-to fine-grain granodiorite；5-geological boundary；6-boundary of rock and weathering crust；7-fault and number;8-ore drillhole and number；9-barren drillhole and number；10-ore body；11-weathering crust

表1 新泡山稀土矿区组合样品浸出率(%)

从成矿母岩和矿石稀土元素分析结果(表2)可以看出，稀土矿石中∑REE在822.78×10-6～1184.75×10-6之间，平均为1007.00×10-6；母岩∑REE在553.64×10-6～750.12×10-6之间，平均为649.66×10-6。矿石∑REE与母岩相比，富集1.5倍左右。从LREE/HREE比值来看，矿石为9.21～18.55，母岩为11.39～16.51，二者大致相当，个别矿石样品LREE更为富集。图3显示，矿石和母岩均为右倾轻稀土富集型，具有明显的δEu负异常，矿石δEu为0.13～0.28，母岩为0.17～0.44，二者之间在稀土元素上具有明显的继承性。与母岩相比，矿石中Pr和Yb富集特征明显，可能暗示风化作用过程中粘土矿物对Pr和Yb的吸附能力增强。

表2 新泡山矿区稀土元素(×10-6)分析结果

续表2

图3 研究区样品的稀土元素球粒陨石标准化配分模式 (球粒陨石标准据Sun and McDorough,1989)Fig.3 Chondrite-normalized REE pattern of samples in the study area(after Sun and McDonough,1989)

此外，为了查明矿石中稀土元素赋存状态和离子相稀土元素来源，本研究系统采集了新泡山稀土矿区成矿母岩(基岩)的人工重砂样，在成矿花岗岩中未发现含有明显的易风化的稀土重矿物，如氟碳铈矿、硅铍钇矿等，仅含有少量的独居石、磁铁矿、钛铁矿、褐帘石、榍石、锆石等。

3 岩体风化壳特征及矿体变化特征

3.1 岩体风化壳特征

新泡山稀土矿区位于第四系盈江盆地的南东侧，地势总体南高北低，区内气候湿热，降雨量丰富，岩体化学风化作用强烈，形成了大面积分布的岩体风化壳，风化壳厚度一般为8～15 m，局部可达20 m以上。岩体风化壳的发育程度主要受风化强度和风化壳的剥蚀保存程度两方面的因素制约，具体表现在地形、地貌对岩体风化壳的控制。由于受地形地貌和风化剥蚀作用影响，导致岩体风化壳平面形态和垂向特征在同一地貌单元内变化较大。平面上受沟谷、水系的影响，形态总体呈阔叶状，边缘局部呈港湾状。垂向上在地形平缓山脊、山顶、半山腰处岩体风化壳分布较为均匀、连续厚度较大，如位于平缓山顶的XPQYZ004孔深达14m，仍未能揭穿花岗岩风化壳；而坡度相对较陡的山坡，岩体风化壳厚度较薄。此外，如图4示，对于受河谷、水系切割影响较大的地貌区，南坡(向阳侧)花岗岩的风化强大、风化壳的厚度均大于北坡(背阴侧)。

图4 岩体风化壳形态示意图(据燕利军等，2020)Fig.4 Sketch showing weathering crust form of rock body (after Yan et al.,2020)1-二长花岗岩基岩；2-全风化层；3-半风化层；4-稀土矿层；5-河流；6-日照1-monzogranite bedrock；2-completely weathered layer；3-half weathered layer；4-REE ore layer；5-river；6-sunlight

岩体风化壳根据风化强度的差异，垂向上呈现层状分带特征。参照我国南岭及西南地区同类型稀土矿床的划分依据(陈宏毅等，2012；裴秋明等，2015；王小六等，2019；曾凯等，2019；陆蕾等，2019)，结合风化壳的颜色、结构、构造和矿物成分的解离、新生状况等综合特征，将花岗岩风化壳自上而下分为表土层、全风化层、半风化层、基岩层(图5)。

图5 岩体风化壳垂向结构特征Fig.5 Vertical structural features of weathered crust of rock body

(1)表土层：在岩体风化壳中广泛存在，可细分为上部的腐殖土层(0～0.8 m)和下部的黏土层(0～1.6 m)。该层原岩结构完全消失，矿物组分以粘土矿物为主，石英较少。土体结构紧密，孔隙较少，手搓略具滑感，肉眼可见少量的细小鳞片状绢云母。表土层平面上分布连续，但厚度变化较大，局部具有一定的含矿性。

(2)全风化层：以浅灰黄色、灰白色、白色为主，一般厚0.5～15 m，原岩组构基本消失，矿物组分以粘土矿物为主，石英、黑云母较少。粘土矿物多为长石类风化产物，局部见颗粒细小的石英、黑云母等残留矿物。总体结构稍密，易掘进，孔隙较少，手搓略有砂感。该层为稀土矿的主要含矿层位。

(3)半风化层：主要呈黄白、黄褐或略带红色，岩石组构特征可辨，长石类大部分已风化呈高岭土等粘土矿物，但原生矿物的形态及组构关系仍可见。主要由粘土矿物及少量的石英颗粒和片状黑云母组成，一般厚度大于3 m，局部可达15 m以上。该层顶部靠近全风化层部位局部含矿。

(4)基岩层：岩石较为坚硬完整，除局部弱风化部位可见长石蚀变为粘土矿物外，岩石基本保留了原始组构特征和矿物组成，为稀土成矿母岩，不含矿。

3.2 稀土矿体垂向变化特征

稀土矿体主要赋存于全风化层下部和半风化层上部，表土层中局部也有矿化显示，如钻孔XPQYZ004、XPQYZ009、XPQYZ013。从岩性来看，一般花岗岩粒度较粗的部位稀土含量较高。从图6中可以看出，完整的风化壳剖面中，稀土元素含量呈现出一定的规律性变化，按稀土氧化物总量(TREO)垂向变化特征可划分为两类(张彬等，2018；陆蕾等，2019)：(1)弓背式；(2)波浪式。多数钻孔TREO垂向变化呈现出弓背式分布特征，如钻孔XPQYZ002、XPQYZ003、XPQYZ009、XPQYZ011、XPQYZ013、JQYZ033，稀土元素垂向分布呈现出两边低、中间高的弓形，且为突变关系，稀土富矿体分布深度较浅，具有“潜伏式”分布特征，向深部稀土品位减低，变为无矿或弱矿化；而XPQYZ004、XPQYZ007呈现出波浪式分布特征，向深部矿体品位没有明显的下降趋势，垂向上局部出现品位升高，具有多层富集特征。

图6 风化壳稀土总量垂向变化Fig.6 Diagrams showing vertical variations of total REE amount (TREO)in weathering crust

4 成矿条件分析

滇西盈江地区属于低纬度亚热带气候区，区内分布大面积的中酸性岩体，与我国赣南、岭南等具有较为相似的成矿条件，十分有利于离子吸附型稀土矿的形成。

4.1 成矿母岩

中酸性侵入岩是形成与花岗岩有关的离子吸附型稀土矿的先决条件，侵入岩为稀土矿床的形成提供了成矿物质。滇西盈江一带出露大面积的中酸性侵入岩，达研究区面积50%以上，岩石类型以中酸性花岗岩为主，岩浆活动主要为晚三叠纪、古近纪。其中，又以古近纪(包括古新世和始新世)为主，占比达85%以上。这些侵入体与成矿作用关系密切，控制了区内稀土产出。

母岩的稀土元素丰度的高低决定了离子吸附型稀土矿床的形成与否，如南方五省稀土矿成矿花岗岩稀土总量下限值为112×10-6(张彬等，2018)。研究区内古近纪始新世花岗岩稀土元素总量远高于该下限值，高达649.66×10-6，具备了形成离子吸附型稀土矿的物质条件。

稀土元素赋存矿物风化的难易程度对离子吸附型稀土矿的形成也十分关键。含稀土元素矿物的风化程度由易至难为：稀土氟碳酸盐→稀土(含稀土)硅酸盐→稀土铌钽酸岩→稀土砷酸盐→稀土磷酸岩(杨学明等，1992)。锆石、独居石、磷钇矿等矿物难风化，多形成风化壳砂矿床；褐钇铌矿、褐帘石等可出现残坡积砂矿和离子吸附型稀土矿床并存的现象；氟碳铈矿、硅铍钇矿等矿物易风化，经过迁移富集，形成离子吸附型稀土矿(张恋等，2015)。如前文所述，稀土矿成矿母岩人工重砂样中未发现易风化的含稀土重矿物，多为难风化的稀土重矿物，表明稀土元素并非主要赋存于易风化解离的稀土重矿物中，推测该区稀土元素可能主要赋存于长石类及其它易解离的副矿物中。

4.2 气候条件

滇西盈江地区为温润多雨的亚热带气候区，这样的气候条件十分有利于化学风化作用的进行，加速了成矿母岩的风化，形成了大面积的花岗岩风化壳。在丰富的降水条件下，风化壳中植物腐殖酸较多，形成了弱酸性的水介质环境，使得原岩中的稀土元素发生解离，大部分形成溶于水的稀土阳离子，在地表水的向下渗滤过程中，使得稀土元素离子进一步发生迁移(池汝安等，2012)。随着深度的增加，风化壳的pH值逐渐增高、含水量逐渐减少、风化程度降低、岩石板结度提高、黏土矿物的吸附能力增强、离子相稀土迁移能力变弱，最终在岩体风化壳的全风化层下部-半风化层上部富集成矿。

4.3 地形地貌条件

与我国南方稀土矿主要产于低海拔(<550 m)丘陵地带不同，盈江地区稀土矿分布在中高山地貌区，海拔均大于1000 m，而与滇西临沧花岗岩中段离子吸附型稀土矿分布特征相似(张民等，2018)。地形地貌条件是影响风化壳发育的最主要因素(杨大欢等，2011)，主要影响风化壳的剥蚀保存、地下水的动态、风化壳的地球化学特征等。从我国南方稀土矿的分布规律来看，最有利于离子吸附性稀土矿形成与保存的地形地貌条件为海拔低(<500 m)、切割浅、坡度小(池汝安和田居，2007；王登红等，2007；范飞鹏等，2014；杨岳清等，2016)。高海拔地区一般地形切割和坡度较大，总体来看不利于离子吸附性稀土矿的形成和保存，海拔太高，地形太陡，风化层容易被剥蚀，保存差，最终富集形成的矿层也较薄。此外，滇西高海拔地区由于地形切割较大，河流沟谷较发育，这也容易导致风化壳被冲刷，基岩出露较多，不利于矿床的形成。但近年来在临沧花岗岩中段和滇西盈江地区发现的离子吸附性稀土矿都分布在高海拔山区，主要发育在低缓山脊、平缓山顶、低缓山丘等地貌单元中(李家云等；2010；朱多录等，2016；冯文杰，2016；肖仕银等，2018；张民等，2018；张彬等，2018；陆蕾等，2019；张保涛等，2020；燕利军等，2020)，这表明高海拔地区特殊的地形地貌条件下同样能富集形成离子吸附性稀土矿床。

新泡山稀土矿出露标高在2000 m以上的高海拔地区，盈江地区地形地貌在北东向的断裂构造带和喜山期新构造运动的影响下，形成了“沟-谷-盆”地貌特征，“沟-谷-盆”两侧及周缘多为低缓山丘和平缓山坡、山脊，从区内已发现的矿床来看主要分布于这类地形地貌条件中。总体来看，低缓的山体是成矿的有利地貌区。

5 找矿前景分析

基于上述对研究区成矿条件的分析结果及结合在盈江一带开展的矿产地质调查成果，目前在该区已发现了一系列规模大小不一的稀土矿床(点)，如新泡山、石岭卡、老麻撒、松山、弄盏等，全区预测潜在稀土氧化物远景规模达超大型②。区内主要成矿母岩古近纪始新世(E2)二长花岗岩分布面积达160 km2以上，风化壳广泛发育，通过取样钻工程验证均存在不同程度的稀土矿化。此外，该区主要稀土成矿带北部的芒章一带，已有初步调查成果显示较好的稀土矿找矿前景。需要指出的是，研究区由南至北重稀土含量逐渐增高(燕利军等，2020)，表明在研究区北部的石岭卡-芒章一带具有寻找重稀土矿的潜力。

区域上西起陇川东至腾冲的冈底斯构造岩浆岩带分布十分广泛，不同时期不同大地构造背景的岩浆岩均有分布，成矿条件十分有利。目前在腾冲岩浆岩弧内的稀土矿找矿工作已取得重大突破，除目前已开采的龙安稀土矿外，多家地勘单位在腾冲、梁河、陇川已带已发现了多个中-大型稀土矿床①(张彬等，2018；燕利军等，2020)，表明该区离子吸附型稀土矿的找矿前景较好，有望成为一个重要的稀土矿产基地。

6 结论

(1)新泡山稀土矿床类型为富钕轻稀土离子吸附型稀土矿，并伴生有重稀土钇。矿体主要产于古近纪始新世中粗粒黑云二长花岗岩风化壳的全风化层-半风化层中。矿体垂向上以“弓背式”为主，稀土富矿体分布深度较浅，具有“潜伏式”分布特征。

(2)滇西盈江地区离子吸附型稀土矿床主要产于“沟-谷-盆”两侧及周缘低缓山丘和平缓山坡、山脊，低缓的山体是成矿的有利地貌区。

(3)根据滇西盈江地区离子吸附型稀土矿成矿条件和找矿潜力分析，认为该区稀土矿找矿前景较好。

致谢：衷心感谢审稿专家提出的宝贵意见，感谢莫雄提供了研究区相关的区域地质图件，感谢云南大学孙涛副教授对论文的细心指导。

[注 释]

①云南省地质调查院．2020．云南1∶5万东棚羊幅勐弄街幅芒章幅昔马幅盈江县幅旧城幅区域地质调查报告[R]．

②云南省地质调查院．2020．云南省1∶5万盈江县旧城梁河街河头村矿产地质调查报告[R]．