江西石城地區(qū)雙峰式變火山巖稀土礦地質特征及找礦預測

吳明珠，郭家松，陳新衛(wèi)，鄭俊鵬

（江西有色地質勘查二隊，江西 贛州 341000）

0 引 言

稀土元素素有“工業(yè)味精”的美譽，是公認新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略性資源[1]。 離子吸附型稀土礦是江西獨具特色的優(yōu)勢礦產(chǎn)，在贛南開采的離子吸附型稀土礦床的成礦母巖均為花崗巖，近幾年在變質巖風化殼中也發(fā)現(xiàn)了離子吸附型稀土礦。 在開展“江西寧都河源—石城海羅嶺錫、鋰多金屬礦整裝勘查區(qū)礦產(chǎn)調(diào)查與找礦預測”中，發(fā)現(xiàn)在石城地區(qū)南華系萬源巖組下部雙峰式變火山巖風化殼中富含離子吸附型稀土，這類成礦母巖的發(fā)現(xiàn)豐富了區(qū)內(nèi)成礦母巖的類型，拓寬了找礦方向[2]。 目前，國內(nèi)外對花崗巖風化殼離子吸附型稀土礦成礦母巖研究程度較高，積累了豐富的成果資料[3]，對變質巖風化殼離子吸附型稀土礦也有相關研究報道。石城地區(qū)雙峰式變火山巖離子吸附型稀土礦床與早些在安遠孔田地區(qū)變質巖中發(fā)現(xiàn)的稀土礦有相似之處，兩者形成時代均為南華系，同為中深變質巖，不同的是雙峰式變火山巖稀土礦變質原巖為火山巖，巖性為變玄武巖、變流紋英安質凝灰片巖，安遠孔田地區(qū)變質巖型稀土礦原巖為沉積巖，變質巖以片巖、變粒巖和片麻巖夾變余長石石英砂巖為主[4]。 雙峰式變火山巖稀土礦賦礦層位與花崗巖型、變質巖型稀土礦同為風化殼，但花崗巖型、變質巖型稀土礦主要賦存于風化殼的全風化層，而石城地區(qū)雙峰式變火山巖稀土礦賦存于全風化-半風化層，且半風化層的稀土品位明顯高于全風化層，半風化層為其最主要的賦礦層位。本文試圖從雙峰式變火山巖風化殼特征、稀土配分及成礦條件等方面分析稀土礦床成礦地質特征，評價資源潛力，為尋找雙峰式變火山巖類型的稀土礦提供參考。

1 成礦背景

研究區(qū)位于華夏造山系武夷地塊變質基底雜巖中西部，武夷山西坡多金屬成礦帶的中南段與南嶺成礦帶的東段結合部位[5]，見圖1。

圖1 石城地區(qū)區(qū)域地質簡圖注：1.第四系；2.白堊紀周田組；3.白堊紀茅店組；4.侏羅紀水北組；5.南華紀萬源巖組；6.青白口紀周潭巖組；7.前震旦系二巖段；8.前震旦系一巖段；9.似斑狀黑云二長花崗巖；10.細粒黑云二長花崗巖；11.偉晶巖；12.花崗斑巖；13.石英脈；14.花崗巖；15.斷層；16.片理化帶。

研究區(qū)發(fā)育新-古元古代的前震旦系（AnZ）、周潭(巖)組（Pt2-3z）、南華系萬源巖組（Nh1w）、白堊系贛州群周田組（K2z）和茅店組（K2m）地層。前震旦系（AnZ）為區(qū)內(nèi)最老的基底地層，為一套中淺變質的海相火山巖建造和砂泥、硅質復理石建造，主要巖性為白云片巖、二云片巖、石英片巖、透閃透輝石巖、石英巖、黑云斜長變粒巖等；周潭(巖)組（Pt2-3z）為一套淺海相復理石建造，經(jīng)區(qū)域變質及加里東期混合巖化作用，形成一套片巖、片麻巖、變粒巖、混合巖、片麻狀花崗巖組合；萬源巖組（Nh1w）為一套陸源海相泥石質復理石夾火山巖沉積，主體巖性為石榴石黑云斜長變粒巖，矽線石斜長變粒巖夾矽線石二云片巖、矽線石黑云片巖及少許黑云二長片麻巖[6]，下部發(fā)育一套富輕稀土變火山巖（碎屑）建造；區(qū)域蓋層較新，有白堊系贛州群周田組 （K2z）、茅店組（K2m）地層，均為內(nèi)陸盆地礫巖、砂礫巖、砂巖與粉砂巖、泥巖沉積；第四系為現(xiàn)代河流沖積相殘坡堆積。

巖漿巖為早志留世及晚侏羅世中酸性侵入巖為主。 區(qū)內(nèi)北東及南西部，出露早志留世中粗粒似斑狀黑云母花崗巖、中細粒似斑狀黑云母二長花崗巖，巖體內(nèi)部定向組構較發(fā)育，與斷裂走向基本一致，說明巖漿的侵位受斷裂控制。 巖體與萬源巖組圍巖呈明顯的侵入關系，侵入面呈舒緩波狀、外傾，傾角一般40°～70°，圍巖接觸變質現(xiàn)象明顯，但變化程度較弱[7]。 區(qū)內(nèi)東部出露晚侏羅世中細粒少斑狀黑云母二長花崗巖，巖體與變質巖侵入關系清楚，接觸面多切割圍巖片理。圍巖接觸變質較明顯，形成綠泥石、絹云母等變質礦物[7]。

區(qū)域構造形跡以脆性斷裂為主，主要為NNE、NE 向構造最為醒目。 NNE 向斷裂為控礦構造，主要為區(qū)域永平—尋烏斷裂帶及其低序次派生斷裂，不僅是礦區(qū)富含稀土的變火山巖控巖控礦構造之一，也控制著區(qū)域螢石、地熱、硅石、稀有及部分有色金屬的分布；NE 向黃崗山—驛前斷裂，為構造反轉斷裂，見構造角礫巖，擠壓片理等，蝕變類型以硅化為主，多為花崗斑巖脈、石英細網(wǎng)脈，含鈮鉭鈹稀有金屬礦化偉晶巖充填。

區(qū)內(nèi)富含稀土的雙峰式變火山巖，受上述兩條深大斷裂帶共同限制，形成于深大斷裂早期、疊加后期區(qū)域構造及變質作用改造，含礦火山原巖經(jīng)表生風化作用，稀土元素次生富集形成稀土礦床。 該雙峰式變火山巖位于1∶5 萬水系沉積物測量HS-06-甲 2 綜合異常中，主要異常元素為 F、Au、Bi、As、Be、Ta、La，其中在金龍土—千擔壟一帶 La 單元素濃集中心明顯，具二級濃度分帶，極大值為La 1.93×10-4，平均強度 1.073×10-4，富集趨勢較為明顯，如圖2 所示，顯示雙峰式火山巖為稀土礦成礦提供了豐富物質來源，是其成礦母巖。

2 礦床地質特征

2.1 成礦母巖特征及規(guī)模

圖2 HS-06-甲2 綜合異常剖析圖注：1.第四紀晚世沖洪積物；2.堊紀晚世贛州群周田組；3.白堊紀晚世贛州群茅店組；4.南華紀萬源巖組；5.偉晶巖脈；6.實測地質界線；7.斷層；8.綜合異常及編號；9.鈮鉭礦點；10.稀土礦點。

研究區(qū)稀土礦成礦母巖為萬源巖組下部新發(fā)現(xiàn)的雙峰式變火山巖（碎屑）建造，礦化總體受雙峰式變火山巖層位直接控制，為稀土礦成礦地質體，其受NNE 向永平—尋烏深大斷裂（F1）與NE 向黃崗山—驛前大斷裂（F2）共同限制，呈似層狀、帶狀出露，變形變質強烈，由酸性變流紋英安質凝灰片巖夾擠壓透鏡體狀變基性熔巖組成，工程樣品分析值表明變火山巖層中，風化-半風化變流紋英安質凝灰片巖礦化良好，大多數(shù)工程樣品分析值達工業(yè)品位要求；雙峰式變火山巖組合中變玄武巖透鏡體含礦性較差，表明其稀土礦體主要賦礦母巖為風化-半風化變流紋英安質凝灰片巖。

變流紋英安質凝灰片巖巖相特征：巖石由石英＜5%、白云母50%、黑云母 30%、火山塵 10%和鐵質5%組成。 石英為他形粒狀，無色透明，有的可見細小云母包裹體，少量石英具裂紋和波狀消光，粒徑0.05～0.20 mm，多集中分布。 白云母為長片狀，無色，平行消光，干涉色為鮮艷的二至三級，片徑 0.05～0.15 mm，有連續(xù)定向排列現(xiàn)象。 少量次生黑云母片徑0.05～0.10 mm，定向排列，含量不足5%。 黑云母為火山碎屑，板片狀，具紅褐-淺紅褐多色性，一組完全解理，可見熔蝕灣和熔蝕孔，多具裂紋，有的呈碎裂狀，平行消光，干涉色多受自身顏色影響，多析出鐵質，少量有綠泥石化現(xiàn)象，片徑0.10～0.50 mm，有弱定向排列現(xiàn)象。 火山塵已脫玻化呈霏細質點。 黑色鐵質為不規(guī)則粒狀，紅褐色鐵質多呈膠結物式存在，如圖3 所示。

雙峰式變火山巖，呈北東—北北東向帶狀展布，地表可見長度約12 km，最大寬度約2.5 km，面積近 20 km2，見圖 4。

圖3 變流紋英安凝灰片巖鏡下巖石礦物特征注：石英（Qtz）；白云母（Ms）；黑云母（Bt）。

圖4 雙峰式火山巖稀土礦分布位置略圖注：1.第四系；2.白堊紀周田組；3.白堊紀茅店組；4.侏羅紀水北組；5.南華紀萬源巖組；6.青白口紀周潭巖組；7.前震旦系二巖段；8.前震旦系一巖段；9.似斑狀黑云二長花崗巖；10.細粒黑云二長花崗巖；11.偉晶巖；12.花崗斑巖；13.石英脈；14.花崗巖；15.斷層；16.片理化帶；17.贛南鉆。

2.2 成礦母巖稀土元素化學特征

根據(jù)對雙峰式變火山巖帶中的4 件凝灰質片巖稀土元素含量分析結果統(tǒng)計（表1），雙峰式變火山巖稀土元素總量∑REE 為（3.5876～5.0414）×10-4，平均值4.5084×10-4，稀土元素含量較高。 輕重稀土比值（LREE/HREE）為 7.06～9.83，平均值為 8.7，（La/Yb）N 值為（13.51～18.63），平均為 15.89，說明輕稀土元素分餾強，輕稀土強烈富集；δEu 為0.50～0.65，平均值為 6.0，稀土元素配分 Ce、Eu 虧損，δEu＜0.7 說明巖漿來源較淺；變火山巖稀土配分曲線，如圖5，呈向右陡傾型REE 配分形式，說明酸性火山巖在形成的過程中，輕稀土元素發(fā)生較強的分餾，而重稀土元素分餾不明顯[8]。

2.3 成礦母巖風化殼特征

含礦火山巖原巖中，以長石為主的礦物經(jīng)風化后，變成黏土礦物，離子型稀土元素被吸附在黏土礦物表面，經(jīng)風化淋濾作用后，局部富集形成稀土礦（床）體。 稀土礦體的規(guī)模與成礦母巖所處地域氣候、母巖風化程度、風化后的賦礦堆積物保存地貌條件等因素密切相關。 研究區(qū)地處贛南亞熱帶季風氣候區(qū)，濕熱多雨，地形地貌以山間盆地和丘陵為主，山脊、山坡地形較平緩，海拔標高一般為287～385 m，相對切深不超過100 m，植被繁茂、剝蝕不強烈。 因此區(qū)內(nèi)火山原巖風化殼堆積保存條件良好，在金龍峰一帶風化殼具面型分布特征。 稀土元素以離子狀態(tài)吸附于次生黏土礦物中，風化殼中的黏土礦物是稀土元素富集場所和重要載體[9]。

2.4 成礦母巖風化殼垂向層狀結構

雙峰式變火山巖風化殼受地形地貌及外部環(huán)境等因素影響，導致成礦母巖風化強度不均勻，據(jù)工程揭露，雙峰式變火山巖風化殼剖面上自上而下大致可劃分為：表土層、全風化層、半風化層[10]、基巖層（圖6），與贛南地區(qū)花崗巖風化殼結構基本相同[4]。

表土層：一般厚約0.2～1 m，由灰褐色、灰綠色亞粘土、亞砂土及腐殖物組成，結構松散，上部見0.1～0.2 m 厚腐殖土；下部為黏土、亞黏土層和變火山巖碎屑組成，黏土含量一般在40%~60%。表土層厚度變化一般是山頂較薄，厚0.2～1 m 左右不等，山脊、山腳較厚平均2 m 左右。

全風化層：工程揭露及人工露頭顯示厚度一般在1～3 m，呈黃褐色、紅褐色、灰白色，質地較均一，結構松散，造巖礦物解體黏土化，呈土狀產(chǎn)出，石英顆粒細小，黑云母多蝕變?yōu)榘自颇浮?該層具有在山包、山脊部位厚度大，山腳較薄的特點。

半風化層：厚度數(shù)米至不小于30 m，巖石較疏松，該層與全風化層呈逐漸過渡關系，為稀土礦體最主要層位，區(qū)內(nèi)絕大多數(shù)半風化層工程樣品，滿足工業(yè)品位要求。

基巖層：巖石結構構造未遭破壞，基本保持原貌，厚度受巖石破碎和裂隙發(fā)育程度制約，黏土含量極微。

2.5 礦體形態(tài)特征

礦體賦存于萬源巖組下部雙峰式變火山巖變流紋英安質凝灰片巖全風化層下部及半風化層中，平面上受風化殼形態(tài)的控制，呈帶狀、橢圓狀隨地形而變化，邊界一般受溝谷展布所控制；礦體傾角較為平緩，山頂一般為 5°～15°，沿山坡變陡為 20°～30°，總體傾角較地形坡度略為平緩[4，10-11]；剖面上呈不規(guī)則半月狀隨地形變化、礦體厚度一般山頂較厚，山脊次之，山坡兩翼及坡腳厚度較薄。工程揭露礦體厚度一般2～10 m，最大厚度16 m，平均厚度5.33 m。 一般地勢較高礦體完整性較好，反之地勢較低的地方受流水侵蝕作用而被嚴重破壞，礦體完整性較差[10]。

表1 雙峰式變火山巖稀土元素含量及特征參數(shù)表

圖5 雙峰式變火山巖稀土元素球粒隕石標準化分布型式

圖6 風化殼垂向剖面結構示意注：1.表土層；2.變流紋英安質凝灰片巖；3.礦體。

圖7 稀土元素垂向剖面品位變化曲線注：1.半風化變流紋質凝灰片巖；2.稀土礦體；3.品位變化曲線；4.工程編號。

2.6 礦體品位變化特征

根據(jù)對119 件稀土樣品分析結果統(tǒng)計，區(qū)內(nèi)雙峰式變火山巖稀土礦浸取相（SRE2O3）品位一般為0.035%～0.10%，最高 0.11%，平均品位 0.071%。 單個樣品浸取相（SRE2O3）品位在0.035%～0.05%之間的占16.8%，小于0.035%的占56.3%，大于0.05%占26.9%。稀土品位與微地貌特征相關，平緩山頭、山脊處，品位較高，往山坳、山腳處稀土品位逐漸變低；在垂向剖面上表現(xiàn)為地表品位低，向下升高，而后逐漸變低[10，12]，見圖 7。 雙峰式變火山巖組合中變玄武巖透鏡體則不含礦。

2.7 稀土配分特征

根據(jù)稀土配分樣分析結果統(tǒng)計，母巖稀土配分顯示輕稀土氧化物總量（ΣCe）占有率為82.89%～94.40%，重稀土氧化物總量∑Y 占有率 5.6%～17.11%，Eu2O3占有率 0.56%～1.10%，配分結果表明，本區(qū)為低釔中—高富銪型輕稀土，以La、Ce、Nd 占有最大比值，其次為 Y、Pr、Sm、Gd。 輕稀土含量相對較高，重稀土含量相對較低，以輕稀土為主，如表2 所列。

2.8 礦石特征

1）礦石礦物成分：礦石礦物主要由石英、長石、云母類及黏土類礦物組成，次為火山巖中的各種副礦物。粘土礦物主要為高嶺土、水云母等，黏土礦物占約15%～40%，石英占約40%～45%，長石占約5%~10%，云母占約15%。

表2 稀土樣品配分分析結果

2）礦石化學成分：硅酸鹽樣品分析結果顯示，礦石化學成分以SiO2和Al2O3為主，占84.63%，相對贛南花崗巖SiO2和Al2O3的總含量基本一致，但SiO2含量略有減少，Al2O3含量略有增加。 其次為Fe2O3、FeO、MgO 占 5.71%，K2O、TiO2、Na2O 占 6.63%，其他化學成分含量較低，見表3。

3）礦石結構構造：礦體成礦母巖主要為變流紋英安質凝灰片巖，其風化發(fā)育程度不一，礦石的結構構造也有所差異，風化較弱時，則保留原巖結構構造，巖石可見粒狀片狀變晶結構，變余凝灰質結構，片狀構造等；風化較強時，原巖結構構造均遭破壞，礦石結構松散，主要為砂土狀結構，少部分呈土狀結構，礦石構造為似層狀構造[13]。

3 成礦條件分析

雙峰式變火山巖離子吸附型稀土礦床，其形成具有“內(nèi)生外成”的特征[14]，主要表現(xiàn)為受原巖、氣候、地貌、地質構造等因素的控制。 內(nèi)生作用決定REE 在原巖中的豐度，從而在外生條件下REE 的進一步富集成礦奠定物質基礎[13]。

1）成礦物質來源：萬源巖組下部新發(fā)現(xiàn)的雙峰式變火山巖含礦建造，巖石變形變質強烈，由酸性變余流紋英安質凝灰片巖夾擠壓透鏡體狀變基性熔巖組成，以變火山巖組合中的酸性端元—變余流紋英安質凝灰片巖富含稀土，其稀土元素豐度平均值達4.5×10-4，遠大于贛南地區(qū)花崗巖稀土豐度平均值3.5×10-4，為稀土礦化提供了必需物質來源，在以化學作用為主導的表生作用下，原巖礦石、礦物遭受不同程度的分解[11]，化學成分發(fā)生顯著變化，SiO2、MgO 等不斷被淋失減少，REE 呈離子態(tài)不斷遷移聚集，黏土礦物增加形成松散風化殼，稀土元素隨著表生作用的進行和巖石礦物的分解，呈離子狀態(tài)發(fā)生遷移，而黏土礦物又具較強的吸附作用，使稀土元素在風化殼中發(fā)生次生富集而形成工業(yè)礦體。

2）氣候：研究區(qū)屬亞熱帶季風氣候，溫暖潮濕，雨量充沛，植被發(fā)育，土壤生物作用活躍，有機酸來源豐富，在表生風化作用下，含礦的雙峰式變火山巖風化瓦解，易風化的造巖礦物解體，礦物中的稀土元素被分解離釋，在強酸性雨水的淋濾條件下，稀土元素活化遷移，在表生環(huán)境中形成黏土礦物，從而使稀土元素次生富集以至形成礦床[15]。

3）地形地貌：風化殼的發(fā)育是形成離子吸附型稀土礦床的重要先決條件之一，它構成REE 富集成礦的基本場所。 統(tǒng)計表明，海拔300～400 m 的低緩丘陵山區(qū)最有利于風化殼的發(fā)育[16]，研究區(qū)海拔標高 287～385 m 不等，相對切割深度 20～80 m，成礦母巖風化產(chǎn)物在地形坡度小于15°的緩坡[16]、寬闊山頂、緩傾山脊等有利部位堆積保存，形成面型風化殼，最有利于稀土元素的富集，常形成富礦體；陡壁或溝谷風化殼厚度小，礦體較薄或不發(fā)育[4]。

表3 稀土礦礦石樣品化學全分析結果

4）構造：雙峰式變火山巖帶受區(qū)域NNE 向永平—尋烏深大斷裂及NE 向黃崗山—驛前大斷裂控制，分布于兩條大斷裂圍限區(qū)域，是區(qū)內(nèi)最主要的控礦控巖成礦斷裂，兩條深大斷裂早期為張性正向滑動拆離帶，存在構造反轉特征，早期張性，晚期壓扭性，保留反轉前張性構造特征，由它們產(chǎn)生的不同方向的擠壓破碎帶及次級斷裂、裂隙，有利于變火山巖組合帶的風化，從而促使風化殼的發(fā)育，為稀土元素的風化富集提供了有利構造條件[17]。

4 找礦預測

4.1 找礦標志

石城地區(qū)雙峰式變火山巖離子吸附型稀土礦找礦標志包含巖石地層標志、構造標志、化學異常標志、地形地貌及風化殼標志等。

1）巖石層位標志：雙峰式變火山巖具有高鉀富硅、貧鈉，富集Th 虧損 Nb，具明顯 Eu 異常，富集LREE 巖石化學特征，其中風化-半風化流紋英安質凝灰片巖酸性端元富集輕稀土礦，是稀土找礦的直接巖石層位標志。

2）構造標志：萬源巖組發(fā)育同斜倒轉向斜褶皺及疊加區(qū)域永平—尋烏區(qū)域深大斷裂及其他NNE 向斷裂組成張性正向滑動拆離帶構成地塹盆地，是賦礦變火山巖建造堆積就位有利構造部位。

3）化學異常標志：母巖區(qū)高稀土豐度值、具富堿貧鐵鎂礦母巖組分特性、分布1∶5 萬水系沉積物鑭元素異常等，是稀土找礦的化學異常標志。

4）地形地貌標志：低山緩坡丘陵地形地貌部位風化殼發(fā)育，是風化殼離子吸附型稀土礦理想保存場所，絹云母化、黏土化蝕變發(fā)育的部位礦物富集度較高，是稀土找礦有利的地形地貌標志。

5）風化殼標志：雙峰式變火山巖全風化層-半風化層是離子吸附型稀土礦富集有利部位。

4.2 找礦潛力

石城地區(qū)雙峰式變火山巖，具有高鉀貧鈉，富集 Th、虧損 Nb、具明顯 Eu 異常、富集 LREE 巖石化學特征，巖性組合為變流紋英安質凝灰片巖夾擠壓透鏡體狀變基性熔巖組成，以酸性變流紋英安質凝灰片巖占優(yōu)，基性熔巖僅呈透鏡體狀零星出露，工程查證表明尤以其中半風化-風化狀態(tài)的變流紋英安質凝灰片巖富含輕稀土，工程揭露礦體厚度一般 2～10 m，最大厚度 16 m，SRE2O3品位一般為0.035%～0.10%，平均品位0.071%。 離子相稀土浸取率73.9%。 雙峰式變火山巖地表可見長度約12 km，最大寬度約2.5 km，出露面積約19.31 km2，規(guī)模大，品位高，礦化較均勻連續(xù)，呈層狀、似層狀裸露于地表，且風化殼賦礦層巖性松軟，基本連續(xù)成片，顯示本區(qū)具有尋找大型以上變火山巖風化殼離子吸附型稀土礦的前景。

5 結 論

1）石城地區(qū)雙峰式變火山巖離子吸附型稀土礦床為低釔中—高富銪型輕稀土礦床，礦體主要賦存于雙峰式變火山巖風化殼的全風化-半風化層中，礦體垂向上以“淺伏式”為主，礦體縱向受地形坡度控制明顯，平緩山頭、山脊處礦體厚度大品位高，山坡兩翼及坡腳厚度較薄且品位低，基性的透鏡狀變玄武巖不含礦。

2）雙峰式變火山巖出露于萬源巖組下部，形成于由區(qū)域黃崗山—驛前與永平—尋烏深大斷裂圍限的裂陷環(huán)境，由變流紋英安質凝灰片巖夾擠壓透鏡體狀變基性熔巖組成，稀土礦化受萬源巖組下部帶狀、似層狀變火山巖母巖層位直接控制，是風化殼離子吸附型稀土礦礦源層，為石城地區(qū)輕稀土礦床的新類型。 該富含輕稀土的變火山巖的發(fā)現(xiàn)具有區(qū)域找礦指導意義——在區(qū)域永平—尋烏斷裂走向兩側的贛閩毗鄰區(qū)，沿萬源巖組下部進行雙峰式變火山巖追蹤，可能發(fā)現(xiàn)新的風化殼離子吸附型稀土礦。