粵東豐順-揭西地區(qū)離子吸附型重稀土礦床內(nèi) 生成礦條件探討

李 瑞，王建榮，凌 懇，王忠強，曾鈞躍，胡 弦，朱世博

（廣東省地質(zhì)調(diào)查院，廣州 510080）

南嶺地區(qū)是我國重要的有色金屬、稀有和放射性金屬礦床成礦區(qū)，同時也是重要的離子吸附型重稀土礦集區(qū)，區(qū)內(nèi)出露的大面積花崗巖為稀土礦床的形成提供了成礦物質(zhì)來源。前人對南嶺稀土礦及其成礦有關(guān)的花崗巖研究較為深入，特別是基本查明了離子吸附型稀土礦床的分布和規(guī)模、成礦母巖的基本特征、風(fēng)化殼中稀土元素的分布、遷移及富集規(guī)律等[1-2]。但由于此類礦床的重要性和敏感性，許多有價值的研究資料尚未公開發(fā)表，且以往研究區(qū)域局限于南嶺東段以及粵北、粵西部分區(qū)域[3-4]，而對廣東省的其余地區(qū)鮮有研究。

粵東地區(qū)大地構(gòu)造位置處于東南沿海西南端火山巖、侵入巖帶與南嶺東西向構(gòu)造巖漿帶交匯處[5-6]，區(qū)內(nèi)分布著較多的火山-侵入巖，發(fā)育大量與侵入巖相關(guān)的W、Sn、Cu、Pb、Zn多金屬和離子吸附型稀土礦床，屬華南成礦?。á蚣墸┱汩}粵沿海成礦帶（Ⅲ級）和永安-梅州-惠州成礦帶，是我國重要的鎢錫多金屬、稀土成礦區(qū)。前人對粵東花崗巖巖體展開了許多研究，包括成巖時代、巖漿來源、成因及其與鎢、錫、銅等多金屬礦床之間的關(guān)系[7-9]，而對于稀土礦床與花崗巖之間的成因關(guān)系則未有詳細的研究。

粵東豐順-揭西稀土礦區(qū)發(fā)育饅頭山重稀土礦床、五經(jīng)富稀土礦床、埔寨重稀土礦床等多個離子吸附型礦床。所有礦床無一例外地發(fā)育在花崗巖體風(fēng)化帶中。因為風(fēng)化嚴重，該地區(qū)花崗巖的礦物學(xué)、巖石學(xué)、地球化學(xué)及年代學(xué)研究成果報道較少。本文以饅頭山花崗巖體為研究對象，從成礦母巖的巖石學(xué)、礦物學(xué)、地球化學(xué)及年代學(xué)等方面開展研究，探討其成礦內(nèi)生條件，以揭示稀土成礦作用與成礦母巖的成因聯(lián)系。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

粵東地區(qū)位于北東向蓮花山斷裂帶、東西向佛岡-豐良構(gòu)造巖漿巖帶、北西向饒平-大埔斷裂帶的交匯部位，位于東南沿海火山巖成礦帶（Ⅲ級成礦帶）的南西段，是環(huán)太平洋成礦域的一個重要組成部分[5,10]?；洊|地區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，主體斷裂由北東向五華-深圳斷裂和大埔-海豐斷裂構(gòu)成的蓮花山斷裂帶、潮州-汕尾斷裂以及北西榕江斷裂構(gòu)成，影響和控制著整個粵東地區(qū)的巖漿活動（火山巖-侵入巖帶）及礦產(chǎn)的空間分布。特別是在北東向斷裂與北西、東西向次級斷裂交匯部位，常發(fā)育火山巖盆地、花崗巖及相關(guān)礦產(chǎn)。

區(qū)域主要出露晚三疊世艮口群，侏羅紀藍塘群、橋源組、漳平組、高基坪群和白堊紀官草湖組；巖性主要為砂巖、粉砂巖、泥巖等陸源碎屑巖和凝灰?guī)r、凝灰熔巖、流紋巖等火山巖。此外還分布有第四紀殘坡積、沖洪積和海積成因的松散堆積物。

粵東地區(qū)從古生代到晚中生代發(fā)生了大規(guī)模、多期次的巖漿活動，形成一套較為復(fù)雜的火山-侵入雜巖系，以燕山期花崗巖出露面積最廣，幾乎遍及整個地區(qū)。燕山期花崗巖巖性主要為斑狀黑云母二長花崗巖、黑云母二長花崗巖、花崗斑巖、石英斑巖等。最新研究成果表明，粵東地區(qū)侵入巖的形成時代主要有以下三個階段：中晚侏羅世、早白堊世早期和早白堊世晚期，時間界限分別為170-155 Ma、145-135 Ma和130-120 Ma[9,11]。

2 礦區(qū)地質(zhì)

豐順-揭西礦集區(qū)發(fā)育有五經(jīng)富、饅頭山、埔寨、五房等重稀土礦床以及塘湖山、林錫坑等鎢錫多金屬礦床。該區(qū)出露豐順復(fù)式花崗巖基，由饅頭山巖體和葫蘆田巖體組成，其中饅頭山巖體是饅頭山、五經(jīng)富稀土礦床的成礦母巖。本文以饅頭山重稀土礦床為例，描述離子吸附型稀土礦床的礦床地質(zhì)特征（圖1）。

圖1 饅頭山花崗巖體地質(zhì)圖Fig. 1 Geological map of the Mantoushan granite

饅頭山重稀土礦床位于揭陽市北西方向，是豐順-揭西離子吸附型稀土礦集區(qū)的典型礦床，目前查明稀土（REO）資源量7.4萬t，品位最高為0.315%，礦床規(guī)模為大型[12]。饅頭山巖體主要巖性為斑狀黑云母花崗巖和黑云母二長花崗巖，是礦區(qū)內(nèi)的主要含礦母巖，稀土礦體賦存于花崗巖全風(fēng)化層中，礦體的規(guī)模、形態(tài)、產(chǎn)狀、厚度等受多種地質(zhì)因素控制，稀土含量達工業(yè)指標便是礦體。礦床內(nèi)輕、重稀土兩種礦石類型主要受巖性控制：重稀土礦石主要賦存于黑云母二長花崗巖風(fēng)化殼中，輕稀土礦石賦存于黑云母花崗巖風(fēng)化殼中[13]。

礦區(qū)處于低山丘陵地帶，風(fēng)化剝蝕強烈，風(fēng)化殼發(fā)育。由于第四紀沖積層和沖溝的切割，形成了厚度幾米到三十米不等的不均勻風(fēng)化殼[12]。礦體的形態(tài)取決于巖體出露的形態(tài)。饅頭山巖體呈巖基產(chǎn)出，稀土礦體本應(yīng)呈面型分布，但由于后期的剝蝕、構(gòu)造的切割、第四系的覆蓋，完整的礦體被分割成孤立的“饅頭山”，或是在其邊緣形成“爪”形。礦體的厚薄與花崗巖風(fēng)化殼的厚薄、稀土元素的淋積、遷移、富集以及后期的剝蝕有密切的關(guān)系，礦層一般在山脊、山頂較厚，為5-8 m；在邊坡，山腳較薄，為0-3 m，呈“新月形”順山勢產(chǎn)出（圖2）。

圖2 饅頭山重稀土礦床19線地質(zhì)剖面圖Fig. 2 No.19 line geological profile of the Mantoushan heavy rare earth deposit

3 巖石學(xué)特征

饅頭山巖體中與成礦相關(guān)的主要為二長花崗巖。二長花崗巖可以劃分為中粗粒黑云母二長花崗巖、中粒黑云母二長花崗巖及細粒黑云母二長花崗巖，根據(jù)不同巖相之間的接觸關(guān)系和野外特征將其分為早、晚兩個侵入階段，早階段為中粗粒黑云母二長花崗巖，晚階段為中粒和細粒黑云母二長花崗巖。

中粗粒黑云母二長花崗巖為黃白色，具中粗?；◢徑Y(jié)構(gòu)、似斑狀結(jié)構(gòu)和塊狀構(gòu)造（圖3a），主要由鉀長石（30%～35%）、斜長石（25%～30%）、石英（25%～30%）和黑云母（3%～5%）組成。

圖3 饅頭山花崗巖體手標本及顯微鏡下照片F(xiàn)ig. 3 Hand specimen and microscopic photographs of the Mantoushan granite

中粒黑云母二長花崗巖（圖3b）呈淺灰色，具似斑狀結(jié)構(gòu)、中?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由鉀 長 石（30%～40%）、斜 長 石（30%～35%）、石 英（25%～30%）及黑云母（3%～5%）組成。斜長石呈自形的板狀、柱板狀，聚片雙晶發(fā)育，部分環(huán)帶構(gòu)造發(fā)育；鉀長石主要為微斜條紋長石，呈半自形-自形板狀，具格子雙晶、鈉長石顯微條紋（圖3c）。

細粒黑云母二長花崗巖（圖3d），淺灰色，具細粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由鉀長石（30%～35%）、斜長石（25%～35%）、石英（25%～30%）及黑云母（3%～5%）組成?？梢娢⑿睏l紋長石、少部分條紋長石，格子雙晶以及正長石卡式雙晶發(fā)育。鉀長石局部交代斜長石，部分晶體內(nèi)包嵌少量斜長石、石英、黑云母，少與石英構(gòu)成文象結(jié)構(gòu)。斜長石與鉀長石接觸處可見交代蠕蟲、交代凈邊、交代蠶食結(jié)構(gòu)（圖3e）。斜長石發(fā)育聚片雙晶，與鉀長石接觸處可見交代蠕蟲、交代凈邊結(jié)構(gòu)，有時可見環(huán)帶結(jié)構(gòu)。微斜條紋長石、條紋長石，部分粒內(nèi)可見格子雙晶發(fā)育，局部交代斜長石（圖3f）。

4 成礦母巖重砂礦物特征

與普通花崗巖相比，富集稀土礦物是成稀土母巖最為顯著的特征。成礦母巖中95%以上的主要造巖礦物對全巖稀土元素含量的貢獻只占5%-50%，絕大多數(shù)酸性巖的副礦物（特別是稀土礦物）對全巖稀土元素含量起著決定性作用[14-16]。

本次在饅頭山巖體選取9個樣品（約5-6 kg/個）進行破碎、篩分、淘洗、磁選等工序以獲得人工重砂礦物（表1）。所獲重砂礦物總重量為150-920 mg，約占分析樣品總量的0.01%。結(jié)果表明，饅頭山巖體副礦物主要由稀有-稀土、放射性礦物組成，含稀土礦物占到總量一半以上，主要為鋯石、褐簾石、磷灰石、獨居石、黑復(fù)希金礦、鈦鐵礦、鈮鉭鐵礦等，少量燒綠石、晶質(zhì)鈾礦等；說明饅頭山巖體含有豐富的稀土礦物，為稀土礦床的形成提供了直接的物質(zhì)來源。

表1 饅頭山巖體黑云母二長花崗巖副礦物含量表Table 1 Accessory mineral content of biotite monzogranite in the Mantoushan granite

5 地球化學(xué)特征

為了研究饅頭山巖體的地球化學(xué)性質(zhì)，本次采集了饅頭山花崗巖體三種巖相共16件樣品進行全巖地球化學(xué)分析，具體采樣地點見圖1，測試結(jié)果見表2。

饅頭山巖體SiO2含量在69.04～76.1 wt%之間，平均值為73.74 wt%，屬酸性巖范疇；全堿（Na2O+K2O）含量較高，范圍在6.86～8.43 wt%之間，平均值為7.72 wt%；K2O/Na2O值變化小，為1.12～1.84；全鐵（TF2O3）含量在1.71～3.39 wt%之間，里特曼指數(shù)σ43值范圍為1.58-2.59，為鈣堿性巖；Al2O3含量在12.69～15.62 wt%之間，平均值為13.61%，鋁飽和指數(shù)（A/CNK值）范圍為0.99-1.15，為準鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)。

饅頭山花崗巖稀土元素含量很高，∑REE為167.42×10-6～398.08×10-6，個別可達757.21×10-6， 平均含量291.58×10-6，高于地殼巖漿平均值165.35×10-6[17]。LREE含 量 為71.83×10-6～390.70 ×10-6，平均為184.06×10-6，HREE含量為49.14×10-6～366.17×10-6，平 均 為107.51×10-6，LREE/HREE為0.48～5.15，平均為2.22，（La/Yb）N值為1.01-8.64，顯示花崗巖體輕稀土相對富集。球粒隕石標準化稀土元素配分曲線（圖4a）呈較為平緩的右傾型，輕稀土相對富集，具有明顯的Eu負異常（δEu=0.05-0.52，平均0.29），Ce負異常不明顯。

圖4 饅頭山花崗巖球粒隕石標準化稀土元素配分模式圖（a）和原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖（b）[18]Fig. 4 Chondrite-normalized REE distribution patterns diagram(a) and primitive mantle-normalized trace element spider diagram (b) of the Mantoushan granite[18]

巖體微量元素Rb/Sr值為0.81-7.18，平均值為2.69，顯著高于中國東部上地殼(0.31)[19]和全球上地殼（0.32）[20]的平均值；Rb/Nb值為10.45-25.53，平均值為17.53，顯著高于中國東部上地殼（6.8）[19]和全球上地殼（4.5）[20]的平均值，表明成巖物質(zhì)主要來自地殼。Nb/Ta值為4.02-10.85，Zr/Hf值為19.4-31.9，平均值分別為7.24和26.28，均低于正?；◢弾rNb/Ta值（11）和Zr/Hf值（33-40）[21-22]，反映巖漿形成過程中巖體高度演化分異。原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖（圖4b）顯示，巖石存在明顯的Ba、Nb、Sr、P和Ti的負異常和比較強烈的Th、U、Zr、Hf和La、Ce等富集。

6 成礦母巖年代學(xué)特征

6.1 樣品采集和分析方法

本次在饅頭山成礦母巖中采集了4件樣品進行鋯石U-Pb測年，包括中粗粒黑云母二長花崗巖（DY5401）、中粒黑云母二長花崗巖（DY5341）、細粒黑云母二長花崗巖（DY0020，DY0040）。將樣品粉碎后在顯微鏡下挑選晶形完好的鋯石，用于制作鋯石環(huán)氧樹脂靶，打磨拋光使鋯石基本露出最大晶面，進行透反射、陰極發(fā)光顯微照相，進而選取沒有包體、晶形完整、環(huán)帶清晰的鋯石準備LA-ICPMS U-Pb測試。測試工作在合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院開展，由激光剝蝕系統(tǒng)和ICP-MS聯(lián)機完成。ICP-MS 為美國Agilent 公司生產(chǎn)的Agilent 7500 a，該儀器獨有的屏蔽炬（ShieldTorch）可明顯提高分析靈敏度。激光剝蝕系統(tǒng)為美國Coherent Inc. 公司生產(chǎn)的GeoLasPro，該系統(tǒng)為工作波長193 nm 的ComPex102 ArF 準分子激光器，光斑大小為30μm，能量密度范圍1-45 J/cm2，單脈沖能量可達200 mJ，最高重復(fù)頻率20 Hz。

6.2 測試結(jié)果

饅頭山成礦母巖的鋯石呈半自形柱狀，粒徑以0.02-0.25 mm為主，晶面平直，棱角清晰，晶群聚集；鋯石長寬比在2:1～3:1之間，CL圖像上可見大部分鋯石具有非常典型的巖漿振蕩環(huán)帶和較為清晰的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，少數(shù)鋯石存在核部-環(huán)邊結(jié)構(gòu)（圖5），具巖漿鋯石特征。

圖5 饅頭山花崗巖鋯石陰極發(fā)光圖Fig. 5 Typical CL images and isotopic ages of Zircons of the Mantoushan granite白圓點為年齡測試位置.

鋯石Th和U含量較高，Th含量范圍為58× 10-6-1175×10-6，U含量范圍為115×10-6-3701×10-6，絕大部分鋯石的Th/U比值大于0.4。鋯石形貌結(jié)構(gòu)和Th/U比值表明這些鋯石為典型的巖漿鋯石。

4件鋯石樣品LA-ICP-MS U-Pb測年結(jié)果見表3，U-Pb年齡諧和圖見圖6。DY5401樣品的13顆鋯石206Pb/238U年齡集中在157-178 Ma，測點均落在諧和曲線上或附近，諧和度較好，加權(quán)平均年齡 為169.0±4.9 Ma（MSWD=2.6）（圖6a），代 表中粗粒黑云母二長花崗巖形成時代。DY5401為早階段形成的花崗巖，該階段花崗巖被后期花崗巖體侵入，在埔寨鎮(zhèn)附近可見該期巖體呈捕擄體狀分布于晚階段的中粒黑云母二長花崗巖（ηγJ22）中，因此早階段花崗巖體形成時代為中侏羅世169.0±4.9 Ma。

DY5341樣品16顆鋯石U-Pb同位素分析測點均落在諧和曲線上，具有很好的諧和度，鋯石206Pb/238U年齡介于159-173 Ma之間，加權(quán)平均年齡為165.0±2.4 Ma（MSWD=0.92）（圖6b）；DY0020 樣品中20顆鋯石U-Pb同位素分析測點均落在諧和曲線上，諧和度高，鋯石206Pb/238U年齡介于160-171 Ma，加權(quán)平均年齡為163.6±1.9 Ma（MSWD=0.40）（圖6c）；DY0040樣品中22顆鋯石U-Pb同位素測點均落在諧和曲線上或臨近諧和曲線，具有較好的群落性，DY0040樣品鋯石表面年齡介于158-169 Ma，加權(quán)平均年齡為163.0±1.7 Ma（MSWD=0.46）（圖6d）。

圖6 饅頭山花崗巖鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig. 6 U-Pb age concordat Zircons of the Mantoushan granite

DY5341、DY0020和DY0040三件花崗巖樣品代表晚階段侵入的巖體，其形成時間明顯晚于早階段花崗巖169.0±4.9 Ma，與野外地質(zhì)事實符合，因此晚階段花崗巖體的形成時間為中侏羅世163-165 Ma。

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7. 討論

7.1 成礦母巖年代學(xué)

趙芝等[23]對南嶺東段北部的22個稀土成礦花崗巖的年代學(xué)進行了總結(jié)，認為南嶺東段稀土成礦花崗巖的鋯石年齡集中分布在461-384 Ma、228-242 Ma和189-94 Ma三個區(qū)間，在成巖時代上重稀土礦成礦花崗巖沒有規(guī)律性，加里東期、印支期和燕山期巖漿巖均可成礦。例如韓坊巖體的粗?；◢弾r形成時間為晚奧陶世（445 Ma），細粒花崗巖形成時間為中侏羅世（170 Ma），兩者為稀土礦的良好成礦母巖[24]；同時加里東期巖體也有稀土礦產(chǎn)出，如贛南的龍舌巖體（457 Ma）[25]和陽埠（垇子下）巖體（461 Ma）[26]都產(chǎn)出離子吸附型稀土礦床。本文的饅頭山重稀土礦成礦巖體鋯石年齡集中在169.0-163.0 Ma，并與南嶺東段稀土成礦花崗巖主成礦時代一致。

賈麗輝[9]、劉鵬[11]收集和統(tǒng)計了大量南嶺地區(qū)東段火山—侵入雜巖的鋯石U-Pb年齡，證實巖漿活動集中在190-80 Ma之間，呈南西—北東向展布，劃分為170-155 Ma、145-135 Ma、110-90 Ma三個峰期，其中粵東地區(qū)主要集中在170-155 Ma 和145-135 Ma。本文的饅頭山重稀土礦成礦巖體鋯石年齡集中在169.0-163.0 Ma，代表了粵東地區(qū)主體巖漿活動時間，同時證明稀土礦成礦母巖與主體巖漿活動密切相關(guān)。

7.2 成礦母巖性質(zhì)

吳澄宇等[27-28]認為南嶺重稀土礦成礦花崗巖多呈復(fù)式巖體的邊緣相或最晚期產(chǎn)出，也可以獨立產(chǎn)出。按照巖石類型劃分，重稀土礦成礦花崗巖巖性多為黑云母鉀長花崗巖、白云母鉀長—堿長花崗巖、黑云母花崗巖、二長花崗巖以及含石榴石二長花崗巖，最明顯的特征是含有白云母，蝕變類型主要為重稀土礦化、碳酸鹽化、螢石化和白（絹）云母化。

本文中豐順-揭西重稀土礦集區(qū)內(nèi)的成礦母巖為鈣堿性酸性侵入巖，主要巖性為黑云母二長花崗巖，巖體具有較高的分異指數(shù)（DI=79.33-94.97）和較低的固結(jié)指數(shù)（SI=1.04-6.35），巖體巖漿的分異程度相對較高。趙芝等[23]認為根據(jù)巖漿的產(chǎn)出形態(tài)和侵入深度，與重稀土成礦有關(guān)的花崗巖主要為巖體的中深成相，局部淺成-超淺成相，是巖漿晚期高分異作用形成的產(chǎn)物，也有可能受流體交代影響，與混合巖化、火山作用沒有關(guān)系。這表明礦區(qū)中侵入巖的高分異特征與重稀土礦的成礦作用有一定的聯(lián)系。

7.3 重稀土來源

稀土礦床為“內(nèi)生外成”的礦床，在內(nèi)生條件和外生條件同時影響下形成[29]。稀土礦化的母巖是離子吸附型稀土礦床的物質(zhì)基礎(chǔ)[28，30-31]，成礦母巖副礦物的組合特征對成礦具有非常重要的作用。

前人研究顯示花崗巖風(fēng)化過程中稀土元素的富集和分餾受稀土礦物的影響和制約[32-35]。獨居石、磷釔礦及褐釔鈮礦等礦物在風(fēng)化過程中仍保持穩(wěn)定，保留在風(fēng)化殼中，而稀土硅酸鹽和氟碳酸鹽礦物等易于風(fēng)化的礦物，在物理、化學(xué)等風(fēng)化解體后形成離子吸附型稀土礦床[36]。研究表明獨居石、褐簾石和氟碳鈰礦等稀土礦物富集輕稀土元素，而磷釔礦、黑復(fù)稀金礦及富釔釷石等稀土礦物富集重稀土元素[37]。饅頭山巖體重砂鑒定結(jié)果顯示，褐簾石、獨居石、黑復(fù)稀金礦等稀土礦物含量較高，并且電子探針測試結(jié)果顯示還含有磷釔礦、氟碳鈰礦、釷石等稀土礦物（筆者未發(fā)表資料）。其中，易風(fēng)化的黑復(fù)稀金礦釋放出大量的重稀土元素被高嶺土等粘土礦物所吸附，而富釔釷石、褐簾石、氟碳鈰礦等也有一定的稀土元素貢獻；不易風(fēng)化的磷釔礦和獨居石則以獨立礦物或類質(zhì)同象的形式留存在風(fēng)化殼中。礦床前者以吸附型為主，占稀土元素總含量的7成以上。因此，富含重稀土元素的黑復(fù)稀金礦和磷釔礦是重稀土礦床的直接物質(zhì)來源，而其它稀土礦物對礦床也有一定的貢獻。

8 結(jié)論

（1）豐順-揭西重稀土礦區(qū)成礦母巖的形成時代為169.0±4.9-163.0±1.7 Ma，與南嶺東段稀土成礦花崗巖主成礦時代一致。

（2）成礦母巖主要巖性為黑云母二長花崗巖，屬高分異鈣堿性花崗巖，具有高稀土元素含量，重稀土礦床成因與其有密切聯(lián)系。

（3）離子吸附型重稀土礦床成礦物質(zhì)的主要載體為黑復(fù)稀金礦和磷釔礦，其易風(fēng)化特性使其在風(fēng)化后釋放出大量重稀土元素，被風(fēng)化形成的粘土礦物高嶺石等吸附而富集，從而形成稀土礦床。