福建连城朋口稀土矿床地质特征及找矿标志①

黄良伟

（福建省地质调查研究院，福州，350013）

福建省属于华夏陆块和东南沿海环太平洋岩浆带的重要组成部分，岩浆活动频繁，是华南侵入岩最为发育的省份之一，侵入岩约占全省陆地总面积的三分之一，主要发育有燕山期、加里东期侵入岩，其它期次侵入岩规模相对较小［1－2］。福建属温暖湿润的亚热带气候，致使含稀土元素的花岗岩遭受强烈的风化淋滤作用，从而使花岗岩体中的稀土元素主要呈离子相吸附于黏土矿物中，形成风化壳离子吸附型稀土矿床［3］。闽西南地区是风化壳离子吸附型稀土矿最为发育的区域，发现有上杭洋坡坑［4］、龙岩万安［5］、宁化城南［6］、明溪后洋［7］等大量稀土矿床，连城朋口稀土矿床是2021年新发现的稀土矿床，规模达到大型，笔者根据最新勘查成果，总结了矿床地质特征和找矿标志，初步探讨控矿因素和矿床成因，为指导区域风化壳离子吸附型稀土矿的进一步找矿工作提供参考，同时也为该类型矿床的研究工作提供信息。

1 区域地质概况

矿区大地构造处于南武夷晚古生代坳陷区明溪—武平坳陷带。地层出露较少，主要分布于东北和东南侧边部，有晚泥盆世桃子坑组、早石炭世林地组、中二叠世栖霞组、晚白垩世沙县组和崇安组及第四纪全新世（图1）。

图1 连城朋口矿区区域地质简图Fig.1 Regional geological diagram of Pengkou deposit in Liancheng county

区域岩浆活动频繁，侵入岩分布广泛，主要出露宣和岩体，呈近南北向展布，东西两侧受印支期推覆与滑脱构造影响，出露不完整，与周围古生代地层呈断层接触。该区域内宣和岩体可分为少斑中细粒、似斑状中粒、似斑状中粗粒及斑状细粒等4种正长花岗岩侵入体，过渡相为少斑中细粒、似斑状中粒正长花岗岩，中心相为似斑状中粗粒正长花岗岩，末期为斑状细粒正长花岗岩。宣和岩体形成时代为志留纪，属高钾钙碱性过铝质S型花岗岩，岩体中稀土元素含量高（平均值为308.21×10－6），为华南加里东期板内造山作用的产物［8－9］。

区域内地质构造较为复杂，自新元古代以来经历了多期次、多阶段的构造变形，以北东－北北东向构造骨架为主，同时还存在北西向断裂、南北向断裂和印支期逆冲推覆以及滑覆构造。

宣和岩体稀土元素总量较高［10］，是风化壳离子吸附型稀土矿的成矿母岩，目前已发现有宣和、文坊、黄沙坑、洋背等大、中－小型矿床。

2 矿区地质特征

矿区出露地层较简单，主要以大面积出露侵入岩为典型特征，出露地层主要在地势低洼的河流两侧有少量第四纪全新世地层。面积约为21.1km2。

矿区构造主要发现有2条断裂，均为正断层，分别呈北西、北东向。北西向断裂总体产状为200°∠65°，矿区内延伸长约为3.5km，宽约为1～15m，破碎带中岩石硅化强烈，局部发育有闪长岩脉、石英脉等。北西向断裂显示多期活动的特征，早期表现为压性，见有硅化碎裂岩；晚期表现为张性，局部见有石英脉和密集的张性节理。北东向断裂总体产状为145°∠70°，矿区内延伸长约为3.18km，宽为1～20m，断面较为粗糙，主要由构造角砾、硅化岩组成，局部表现为密集的节理，具张性特征，在矿区内为正断层性质，推测形成于燕山晚期。

矿区侵入岩大范围出露，岩性主要有3种，为似斑状中粗粒正长花岗岩、似斑状中粒正长花岗岩和斑状细粒正长花岗岩。岩石普遍遭受动力作用影响产生破碎，呈定向排列，形成风化强烈的碎裂岩化花岗岩，少量新鲜的基岩保留于地势低洼地段，其中似斑状中粗粒、中粒正长花岗岩的稀土元素总量分别为311.89×10－6、304.6×10－6，高于自然界花岗岩稀土平均总量288×10－6，也高于上部陆壳的平均总量210.07×10－6［11］。矿区岩体是宣和岩体的一部分，总体显示富硅、富碱，贫钙、镁的特征，属高钾钙碱性过铝质花岗岩，具有高分异“S”型花岗岩的特征，是稀土矿化的成矿母岩和贮矿围岩。根据不同岩性花岗岩与矿体贮存关系研究表明（表1），3种正长花岗岩稀土矿体平均品位较为相近，斑状细粒正长花岗岩中矿体平均厚度最大（为10.03m），而似斑状中粗粒正长花岗岩中矿体平均厚度最小（为8.01m）。

表1 朋口矿区侵入岩与矿体关系特征Table 1 Relationship characteristics between invasive rock and mineral body in Pengkou deposit

此外，矿区脉岩主要发育有少量花岗斑岩脉、闪长岩脉和细粒花岗岩脉等。

3 风化壳特征

3.1 风化发育程度及类型

矿区风化壳发育，仅局部地势低洼地段出露有少量新鲜基岩。从地形来看，一般在高程为400～600m，风化壳最为发育，风化壳厚度一般为15～25m，该地段稀土矿化发育，矿体厚度也普遍较大。在高程小于400m或大于600m地段，风化壳也较为发育，风化壳厚度一般为5～20m，多数地段具稀土矿化，但矿体厚度一般较小。

根据独立地貌单元（山头、山腰、山脚）的微地貌因素，风化壳可分为全覆式、裸脚式、残留式3种类型。矿区风化壳大部分为全覆式，少量裸脚式。全覆式风化壳特征是风化壳发育、连续性好，风化壳面积大，物理、化学风化作用比较彻底，矿体保存比较好、规模较大，厚度达侵蚀夷平面，几乎无基岩裸露。风化层厚度一般为1～30m，局部可达45m，从钻孔控制来看，矿区风化壳平均厚度为17.92m。

3.2 风化壳垂向特征

根据矿区露头及取样钻孔资料，矿区风化壳完整的垂直分层从上到下分为表土层、全风化层、半风化层，各层厚度随岩体所处的地貌类型及微地貌部位不同而变化（照片1）。

照片1 朋口矿区风化壳垂向分带Photo.1 Vertical zonation of weathering crust in Pengkou deposit

①表土层：进一步划分为腐殖层、黏土层2个亚层。

腐殖层为风化壳顶部，植物根系发育，一般呈灰褐、褐黑色，厚度一般为0～0.4m，主要由腐殖土、黏土等组成。腐殖层一般不含稀土矿化。

黏土层位于腐殖层之下，颜色多呈土黄色、红褐色、浅肉红色等，黏性高、固结性较好，呈土状构造，厚度一般为0.3～3m，主要成分为黏土、石英。黏土层稀土元素含量低，但局部全相稀土含量可达边界品位（0.05%）或以上。

②全风化层：颜色一般呈浅肉红色、浅土黄、灰白色等，结构松散，呈砂土状构造，厚度一般为2～25m。主要由黏土矿物（主要为高岭石、埃洛石、蒙脱石等，含量50%～70%）、石英（含量10%～30%）、少量未风化完全残余长石（少于10%）及黑云母（少于5%）等组成，黑云母一般风化成黑色铁质，未风化完全的长石一般保留半自形－自形柱状形态，手捏易碎。全风化层与上部黏土层一般无明显界线，为渐变过渡关系。全风化层稀土含矿性最好，是工业矿体的主要贮矿层位。

③半风化层：主要呈浅肉红色、灰白色，厚度数厘米至数十米，以发育风化不完全、较硬的长石、石英颗粒为典型特征，主要矿物由长石（30%～40%）、石英（20%～30%）、黏土矿物（10%～30%）及黑云母（5%）等组成，长石一般风化不完全保留原岩结构构造且较为坚硬。半风化层与上部全风化层一般呈渐变过渡关系，其分层界线肉眼一般较难分辨。半风化层全相稀土含量一般低于边界品位（0.05%），为离子吸附型稀土矿体的底板层。半风化层底部为新鲜基岩，二者一般也呈渐变过渡关系。

4 矿体地质特征

4.1 矿体特征

矿区稀土矿体贮存于花岗岩风化壳中，一般呈隐伏式，矿体未受剥削、保存好，成矿母岩为志留纪似斑状中粗粒、中粒正长花岗岩与斑状细粒正长花岗岩。贮矿层位主要为全风化层，矿体顶板主要为全风化正长花岗岩、黏土层，底板为全风化、半风化正长花岗岩，矿体和其顶底板贮矿围岩均为同一花岗岩的风化产物，二者在外貌、物理性质无明显的区别，呈渐变过渡关系，其界线只能根据基本分析成果圈定。矿体分布总体受地形（地貌）控制，主要分布于低山、低山－丘陵、丘陵地貌。矿体出露标高主要为400～600m，最高为617m，最低为355m。剖面上矿体贮存深度为0～30m，多数为2～20m。总体来看，矿体在中北部规模大、品位较高，在南部则规模小、品位较低。

矿体形态变化大，由山脊向山坡两侧倾斜，随地形波浪起伏呈层状、似层状产出（图2），一般呈现山顶和山脊厚、山坡薄特征，产状与岩体风化壳、地貌形态基本一致。地表矿体风化壳由于受地表径流的冲刷切割，连续性受到破坏，形态较为复杂，呈不规则状、港湾状等。矿区共圈定工业矿体11个，总面积为10.37km2。矿体面积为0.015～7.042km2，矿体厚度为1.50～7.80m，平均厚度为6.94m；矿体稀土氧化物（REO）品位为0.083%～0.099%，平均品位为0.095%，矿床规模达到大型。其中Ⅰ、Ⅲ矿体为主矿体（表2），并且Ⅰ矿体是区内面积最大的矿体，面积约为7.042km2。矿体呈层状、似层状贮存于正长花岗岩风化壳中，主要分布于山脊，部分分布于山坡和山谷。矿体平面形态复杂，主要呈不规则状、港湾状，长轴走向155°，最长为5 509m，最宽为2 843m。单工程矿体厚度为1～20.4m，平均厚度为7.80m，厚度变化系数为51.9%；单工程稀土氧化物（REO）品位为0.080%～0.140%，平均品位0.095%，品位变化系数为32.3%，属于厚度稳定、品位较均匀的矿体。矿体浸取率一般为8.90%～95.61%，平均浸取率为62.64%。

图2 朋口矿区A－A＇线地质剖面略图Fig.2 The sketch map of geological profile of the A－A＇line in Pengkou deposit

表2 朋口矿区主次要矿体基本特征Table 2 Basic characteristics of the main and secondary ore bodies in Pengkou deposit

此外，在工业矿体水平投影重叠与边部连片范围还圈定了低品位矿体11个，总面积为7.362km2，其中ⅠD2号矿体为主矿体，面积为4.845km2。低品位矿体平均厚度为4.01m，稀土氧化物（REO）平均品位为0.059%。

4.2 矿石特征

4.2.1 矿石类型、结构构造

矿石的自然类型为全风化正长花岗岩型，工业类型为花岗岩风化壳离子吸附型。

矿石一般呈疏松砂土状，手捏呈粉末状，大多具石英颗粒，部分含未风化完全的长石斑晶颗粒。矿石为残余似斑状结构、残余斑状结构，矿石构造为疏松砂土状构造、粉状构造。

4.2.2 矿石矿物成分

研究表明［12－14］，离子吸附型稀土矿床的矿石稀土元素贮存状态主要呈离子相，具可交换性吸附态，吸附于黏土矿物的表面或颗粒间，次为类质同象、微固体混入相、矿物相等。矿区内矿石矿物成分主要有黏土矿物、石英、长石及少量云母，其中主要以高岭土类黏土矿物为主。高岭土类黏土矿物主要有高岭石、埃洛石、蒙脱石、水云母、伊利石等，含量一般为40%～80%，为稀土离子的主要载体或吸附剂。其次为石英，含量一般为10%～30%，粒度多为1～3mm，还含有少量未风化完全的残余长石（手捏易碎），含量一般小于10%。此外，另有极少量云母、磷灰石、钙钇矿、锆石、独居石、磷钇矿等副矿物。

4.2.3 矿石化学成分

矿石中有益组分为稀土元素，单样全相稀土氧化物品位最高为0.217%，主要矿体稀土氧化物品位变化系数为24.0%～35.2%，属于较均匀－均匀型。根据193个见矿工程成果，约128个见矿工程矿石品位自地表至地下呈中间富、上下贫特征；约30个见矿工程矿石品位富集于上部，约38个见矿工程矿石品位富集于下部。总体来看，矿石品位在垂向上呈现出中间富、上下贫的变化特征。

通过矿石与原岩的主量元素特征对比（表3），风化似斑状中（粗）粒正长花岗岩矿石3件样品SiO2含量为56.16%～68.70%，均降低，斑状细粒正长花岗岩矿石SiO2含量为71.20%、71.43%，与基岩相当。Al2O3含量为15.87%～24.99%，普遍升高；Fe2O3含量为2.38%～5.16%，普遍升高；Ti2O、MnO含量分别为0.34%～0.97%、0.03%～0.13%，与原岩相比轻微升高；FeO、Na2O、K2O、CaO、MgO、P2O5含量相对降低，尤其Na2O的含量降低偏多，矿石烧失量比原岩高。矿石与原岩化学成分变化特征，恰是表生风化淋滤富集作用的反映。

表3 朋口矿区矿石与原岩主量元素含量（%）Table 3 Main quantity element content of ore and original rock in Pengkou deposit

矿石中微量元素含量很低，均达不到伴生元素工业品位要求，无工业意义。此外，矿石中有害组分含量也非常低，对矿石质量无影响。

4.2.4 矿石稀土元素配分特征

82件矿石轻重稀土元素比值（∑Ce／∑Y）为1.26～5.07，平均为2.29，轻、重稀土分馏明显，属于轻稀土矿床。其中，∑Ce／∑Y比值为1～1.5的有6件样品（占7.31%），∑Ce／∑Y比值为1.5～3的有66件样品（占80.49%），∑Ce／∑Y比值大于3（最大5.07）的样品有10件（占12.20%）。矿石中轻稀土元素（∑Ce）为55.74%～83.52%，平均为68.22%，重稀土元素（∑Y）为16.48%～44.26%，平均为31.78%。根据球粒陨石标准化稀土元素配分曲线图（图3），矿石配分模式曲线基本相似，呈轻稀土相对富集、重稀土相对亏损的右倾缓斜曲线，具较强的Eu负异常，Eu负异常出现可能是在岩浆分离结晶过程中，与斜长石的大量晶出导致形成明显负异常相关。

图3 朋口矿区3种轻重稀土比值的矿石球粒陨石标准化稀土配分曲线Fig.3 Standardized rare earth partition curve of the three light and heavy rare earth ratios in Pengkou deposit

根据稀土元素三分组，即轻稀土（La－Nd），用LREE表示；中稀土（Sm－Gd），用MREE表示；重稀土（Tb－Lu＋Y），用HREE表示。朋口矿区轻稀土（LREE）含量为52.52%～78.45%，平均为64.00%；中稀土（MREE）含量为5.67%～8.82%，平均为7.57%；重稀土（HREE）含量为13.73%～40.99%，平均为28.43%。

根据稀土矿床配分类型，Y2O3配分含量为9.30%～30.61%，平均为20.15%；Eu2O3含量为0.38%～0.73%，平均为0.56%。按照规范划分，41件矿石配分类型属于低钇中铕型，40件为中钇中铕型，1件为中钇低铕型，因此矿区配分类型属于低钇中铕、中钇中铕型轻稀土矿。

此外，根据矿石与原岩的稀土元素含量平均值比来看（图4），矿石与原岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式图解变化基本一致，除Ce富集相对少（矿石为原岩的1.2倍），矿石与原岩相比其他稀土元素均呈明显富集，矿石中稀土元素一般为原岩的3.7～4.8倍，Gd元素相对最为富集。

图4 朋口矿区矿石与花岗岩球粒陨石标准化稀土配分曲线Fig.4 Standardized rare earth partition curve of the ore and granite chondrite in Pengkou deposit

5 控矿因素与矿床成因

5.1 控矿因素

（1）岩浆岩成矿一般具有成矿专属性，矿区内似斑状中粗粒、中粒正长花岗岩和斑状细粒花岗岩是稀土矿体的成矿岩体，为稀土元素成矿提供了物质来源。3种花岗岩中矿体平均品位接近，斑状细粒正长花岗岩中矿体平均厚度最大，而似斑状中粗粒正长花岗岩中矿体平均厚度最小。

（2）气候环境也是风化壳离子吸附型矿床重要的控矿因素之一［15］，气候因素是导致花岗岩遭受风化作用的重要原因。矿区位于中亚、南亚热带过渡地段，属亚热带季风气候，具有温暖、湿润、多雨的气候条件，常经历雨季与少雨的气候交替变化，有利于表生风化淋滤作用进行，使岩石中的矿物发生分解并充分氧化，从而形成稀土矿（化）体。

（3）pH环境也是该类型矿床重要的控矿因素之一，矿区地表水pH值为5.81，地表弱酸性环境有利于稀土元素活化，控制着稀土元素的分馏与沉淀。风化壳自上而下pH值逐渐变大，黏土矿物对稀土元素的吸附率随pH值的升高而增大，全风化层中pH值环境最有利于稀土元素的沉淀［16－17］。

（4）地形（地貌）对稀土矿的成矿与富集也具有明显的控制作用，矿区内稀土矿（化）体在低山，低山－丘陵，丘陵类型均有分布；340～623m标高稀土矿化均有分布，其中以高程400～600m地段矿体规模最大；稀土矿厚大部位一般分布于地形较平缓（地形坡度一般小于20°）的山坡、山脊、山顶等地段，这些部位地形坡度相对平缓，岩石易遭受风化作用改造，并且稀土矿体也相对容易保存。因此，低山、低山－丘陵、丘陵以及高程在400～600m的山坡、山脊、山顶的低缓地段为矿区稀土成矿最为有利的地形地貌。

5.2 矿床成因

研究表明［18－19］，风化壳离子吸附型稀土矿床具有成矿物质来源单一、成矿阶段和矿床成因简单的特点。矿区稀土矿的成矿物质来自正长花岗岩，成矿阶段主要经历了含矿岩体的形成、区域构造演化（地壳抬升）和含矿岩体接受风化、淋滤、富集形成稀土矿体3个阶段。前2个阶段主要为第3阶段的发生提供条件，对矿化富集没有明显的影响。第一阶段为含矿岩体形成阶段，由于受华南加里东期志留纪板内造山作用形成了富含稀土元素的正长花岗岩体，之后经历了受区域构造作用造成地壳抬升阶段。第三阶段主要为矿化富集、矿体形成阶段：由于受第四纪新构造运动作用，正长花岗岩中原生的稀土矿物和含稀土元素矿物由于遭受表生风化淋滤作用影响，稀土元素一般以离子状态进入弱酸的孔隙裂隙水中，造岩矿物长石、黑云母等因风化作用而变成高岭石、埃洛石、水云母等黏土矿物，对孔隙裂隙水中渗透的稀土离子进行吸附或置换，黏土矿物为稀土离子的吸附剂或主要载体。在风化剥蚀向深部发展演化过程中，稀土元素逐渐在风化壳中淋滤富集，最终形成风化壳离子吸附型稀土矿（化）体。因此，矿床成因类型归属于次生富集花岗岩风化壳离子吸附型稀土矿床。

6 找矿标志

（1）矿区稀土（化）体成矿母岩为志留纪似斑状中粗粒、中粒正长花岗岩和斑状细粒正长花岗岩，且成矿岩体的化学成分以富硅、铝、钾、钠及挥发分为特点，这些正长花岗岩是区内风化壳离子吸附型花岗岩稀土矿的主要“矿源层”，为主要的直接找矿标志。

（2）花岗岩风化壳发育完全、保存程度好、未受剥削，尤其风化壳的全风化层发育且保存状况好的地段，矿体规模一般也较大。因此，花岗岩风化壳也是离子吸附型稀土矿（化）体的直接标志之一。

（3）矿区稀土矿体主要贮存于高程400～600m，地貌环境一般为低山、低山－丘陵和丘陵类型地貌，地形较平缓（地形坡度一般小于20°）的山坡、山脊、山顶等地段，地貌类型一般具有潮湿的亚热带气候、充沛的雨量、植被茂盛、地壳升降的相对稳定和平缓的地貌剥蚀不强烈等特征，且次级构造裂隙较发育，有利于面型风化壳的发育，地形（地貌）环境是良好的稀土富集区，可作为间接的找矿标志之一。

（4）根据水系沉积物测量成果，稀土元素的水系沉积物异常发育部位一般也是稀土矿体的富集部位，因此稀土族、Zr、Y等元素的化探异常也是风化壳离子吸附型稀土矿床矿（化）体的间接找矿标志之一。

7 结论

（1）矿区稀土矿（化）体的成矿母岩为志留纪似斑状中粗粒、中粒正长花岗岩和斑状细粒正长花岗岩。矿区风化壳发育、保存好，全风化层是主要贮矿层位。矿体在平面上呈不规则面型分布，中北部规模大、品位较高；垂向上主要呈层状或似层状，呈现中间富、上下贫的特征。

（2）成矿阶段经历了志留纪含矿岩体的形成、区域构造演化（地壳抬升）和第四纪时期含矿岩体接受表生风化作用形成矿体3个阶段，矿床成因属于次生富集花岗岩风化壳离子吸附型稀土矿床。