江西上饒某稀土礦地質(zhì)及稀土元素地球化學(xué)特征*

雷 煉 余 飛 王 哲 吳德海 張 蕊 劉 斌

（1.江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六五大隊(duì)；2.江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院資源環(huán)境與珠寶學(xué)院；3.東華理工大學(xué)-核資源與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；4.會(huì)昌縣自然資源局）

鵝公山火山盆地位于贛杭構(gòu)造帶中段，是我國重要的鈾多金屬找礦遠(yuǎn)景區(qū)［1］。前人對(duì)該盆地鈾礦及多金屬礦開展過多方面研究工作，如鵝公山火山盆地鈾成礦條件及成礦要素分析［2］、鵝公山火山盆地找礦前景及方向探討［3］、鵝公山火山盆地鈾礦控礦因素［4-5］、鵝公山火山盆地多金屬礦成礦條件分析［6］、鵝公山火山盆地多金屬成礦地質(zhì)背景和找礦方向［7］。但對(duì)該盆地內(nèi)稀土礦的研究和報(bào)道較為稀少。通過詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，盆地內(nèi)次火山巖具有富集稀土元素的特征，因此，在野外調(diào)查該稀土礦地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，本項(xiàng)目對(duì)該盆地內(nèi)次火山巖風(fēng)化剖面進(jìn)行了分層研究，系統(tǒng)開展了稀土元素地球化學(xué)特征分析，查明了該稀土礦元素地球化學(xué)特征，并進(jìn)一步總結(jié)出了稀土元素的富集分布特征，為該類巖石稀土礦的找礦勘探工作提供了方向。

1 地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)特征

鵝公山火山盆地位于華夏板塊武功山—會(huì)稽山前緣褶沖帶之饒南坳陷北部［8］（圖1）。該區(qū)構(gòu)造環(huán)境極其薄弱，區(qū)域性構(gòu)造縱橫交錯(cuò)，火山—巖漿活動(dòng)劇烈，期次較多，熱液活動(dòng)強(qiáng)、范圍廣，火山巖發(fā)育廣泛。

1.2 地層

該稀土礦區(qū)位于鵝公山火山盆地東部，區(qū)內(nèi)巖漿、構(gòu)造發(fā)育（圖2）?；鹕交顒?dòng)始于中侏羅世，但強(qiáng)度弱、范圍小，早白堊世火山活動(dòng)達(dá)到高潮，且遍布全區(qū)，并呈現(xiàn)出自西向東增強(qiáng)之勢(shì)［9］?；鹕綆r呈火山盆地形式產(chǎn)出，巖性以早白堊世打鼓頂組（K1d）和鵝湖嶺組（K1e）的酸—中酸性熔巖和火山碎屑巖為主。最上層為晚白堊世周田組（K2z）的紅色礫巖、砂礫巖、雜砂巖、粉砂巖。

1.3 構(gòu)造

該稀土礦在區(qū)域范圍內(nèi)經(jīng)歷了多次構(gòu)造活動(dòng)，形成了錯(cuò)綜復(fù)雜的斷裂構(gòu)造格架，且礦區(qū)內(nèi)主要分布2條NE向斷裂及多條NNW向斷裂構(gòu)造，控制著稀土礦的產(chǎn)出及分布。

1.4 巖漿巖

鵝公山火山盆地內(nèi)巖漿巖極其發(fā)育，類別較齊全，從酸性、中酸性到基性巖類均有，巖漿活動(dòng)具多期次、多種類及多層次造漿與多層次就位的特點(diǎn)。礦區(qū)內(nèi)主要分布粗面英安斑巖，即為該稀土礦原巖。

2 樣品的采集與測(cè)試

根據(jù)江西省稀土礦產(chǎn)找礦現(xiàn)狀和發(fā)展方向，在研究區(qū)開展了詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查工作，選擇風(fēng)化層較厚的花崗巖、火山巖、火山碎屑巖及部分淺變質(zhì)火山巖分布區(qū)，開展了稀土含量調(diào)查分析，對(duì)重點(diǎn)地區(qū)采用洛陽鏟開展風(fēng)化層垂向連續(xù)取樣14個(gè)，通過對(duì)比不同地段風(fēng)化層特征，建立該區(qū)粗面英安巖風(fēng)化殼分層結(jié)構(gòu)，基本確定各風(fēng)化殼厚度，取樣了解粗面英安巖風(fēng)化殼不同部位稀土含量。樣品分析與測(cè)試工作依據(jù)《地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)測(cè)試質(zhì)量管理規(guī)》（DZ/T10130—2006），采用X Series 2電感耦合等離子體質(zhì)譜儀對(duì)所取樣品進(jìn)行稀土15項(xiàng)元素化學(xué)分析。

3 分析結(jié)果

3.1 礦床地質(zhì)特征分析

通過野外路線觀察對(duì)比，總結(jié)出粗面英安斑巖稀土礦的風(fēng)化殼剖面特征如下。

（1）基巖層巖石呈紫紅色，塊狀，粗面斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要為石英、長石；基質(zhì)為隱晶質(zhì)，主要礦物為長石。巖石堅(jiān)硬致密，風(fēng)化極弱。

（2）半風(fēng)化層巖石呈紫紅色，塊狀，粗面斑狀結(jié)構(gòu)，其斑晶主要為石英、長石；基質(zhì)為隱晶質(zhì)，主要礦物為長石；含少量黏土礦物，其蝕變主要有黏土化，褐鐵礦化。巖石較為堅(jiān)硬致密，原巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造明顯，發(fā)育較多細(xì)小裂隙，風(fēng)化程度較弱。

（3）全風(fēng)化層下段巖石呈紫紅色、灰白色，土狀，原巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造不可見，巖石質(zhì)地松散，石英含量較少，部分長石風(fēng)化形成高嶺石，蝕變主要有褐鐵礦化、高嶺土化及少量赤鐵礦化。

（4）全風(fēng)化層上段巖石呈灰白色，土狀，原巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造不可見，巖石黏土化蝕變強(qiáng)烈。該層位黏土礦物含量最高，主要為高嶺石，同時(shí)也是稀土含量最高的層位。

（5）浮土層為第四系，含植物根系，主要為第四系土壤。

3.2 結(jié)果分析

各風(fēng)化層位中稀土元素含量分析結(jié)果見表1。由表1可知，稀土元素在全風(fēng)化層上段含量最高，其含量介 于722.83×10-6～948.49×10-6，其均值為857.38×10-6；風(fēng)化層下段稀土元素含量變化范圍為403.24×10-6～516.59×10-6，平均值為442.21×10-6；半風(fēng)化層中稀土元素含量為392.91×10-6～468.84×10-6，均值為419.04×10-6；基巖層僅取了2個(gè)樣品，其稀土元素含量分別為376.23×10-6和376.51×10-6，其平均值為376.37×10-6。將各層的均值對(duì)比得到以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)。

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（1）巖石風(fēng)化殼中全風(fēng)化層上段樣品的含量最高，基巖層中稀土元素含量最低。但該巖石中基巖層稀土元素含量平均值達(dá)376.37×10-6，表明巖石稀土元素背景值較高。

（2）全風(fēng)化層下段及半風(fēng)化層中稀土元素含量差異不大，推測(cè)該風(fēng)化階段可能主要以物理風(fēng)化為主，僅含少量化學(xué)風(fēng)化。

（3）∑LREE/∑HREE比值介于2.86～8.29，且輕稀土元素含量明顯大于重稀土，表明該稀土礦主要富集輕稀土元素。

4 討 論

巖石在風(fēng)化過程中，物理和化學(xué)風(fēng)化作用必不可少，主要的化學(xué)風(fēng)化作用包括①水的溶解作用；②水化作用；③水解作用；④氧化作用［10］。區(qū)內(nèi)物理、化學(xué)風(fēng)化對(duì)稀土礦的形成同樣具有極為重要的作用，其主要的風(fēng)化過程包括下述3個(gè)階段。

（1）原巖在熱液活動(dòng)作用下出露于地表，經(jīng)物理風(fēng)化剝蝕作用，導(dǎo)致巖石發(fā)育大量細(xì)小裂隙，但結(jié)構(gòu)構(gòu)造未被破壞，僅有少量的長石和稀土礦物因水解作用分別形成黏土礦物和稀土元素離子。

（2）經(jīng)進(jìn)一步物理風(fēng)化后，巖石呈紫色土狀，其結(jié)構(gòu)構(gòu)造被破壞，該階段主要為脫硅富鋁過程，礦物中的硅以游離硅的氧化物形式離析并淋失，致使硅的含量減少，宏觀表現(xiàn)為巖石中石英含量減少；形成的OH-與Al3+結(jié)合形成氫氧化鋁（沉淀），導(dǎo)致Al的含量增加［11］。

（3）在該區(qū)得天獨(dú)厚的環(huán)境氣候條件下，巖體中大量的長石及稀土礦物經(jīng)水解分別形成黏土礦物以及稀土元素離子，其長石經(jīng)水解主要形成高嶺石，呈灰白色。當(dāng)越來越多的長石經(jīng)水解形成灰白色的高嶺石時(shí)，巖石由紫色逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榛野咨?，而形成灰白色土層，此時(shí)黏土礦物含量最高。

稀土礦主要賦存于全風(fēng)化層上段，該層位巖石呈灰白色，黏土礦物含量最高，主要為高嶺石。黏土礦物具有粒度小、比表面積大，且表面因破鍵出現(xiàn)未飽和過剩負(fù)電荷，從而吸附介質(zhì)中溶解度較低的稀土元素離子而保持電價(jià)平衡，進(jìn)而導(dǎo)致稀土元素在黏土礦物中富集。全風(fēng)化層中黏土礦物含量最多，能夠吸附更多的稀土離子，使得該層位稀土元素富集含量最高。

5 結(jié)論

（1）通過野外觀察及樣品分析結(jié)果，將該稀土礦原巖風(fēng)化殼分為5層，分別為基巖層、半風(fēng)化層、全風(fēng)化層下段、全風(fēng)化層上段、浮土層。該區(qū)主要富集輕稀土元素，且稀土礦主要富集在次火山巖全風(fēng)化層上段。

（2）從原巖到全風(fēng)化層下段過程中，主要以物理風(fēng)化為主，含少量化學(xué)風(fēng)化作用；從全風(fēng)化層下段到全風(fēng)化層上段主要以化學(xué)風(fēng)化作用為主，即長石和稀土礦物水解形成黏土礦物以及稀土礦物離子，該過程是區(qū)內(nèi)稀土元素最主要的富集方式。