福建寧化城南稀土礦特征及成礦規律分析

陳榮國 （福建省閩西地質大隊，福建 廈門361012）

寧化城南稀土礦位于閩西北隆起帶與閩西南坳陷帶交接部位，處在寧化－南平北東東向構造巖漿帶與光澤－武平北北東向斷裂帶交匯部位［1］。區內加里東中晚期巖漿活動強烈，大面積出露寧化復式巖體。區域上褶皺構造發育，經歷加里東、華力西－印支、燕山等構造運動，總體構造線呈北東向展布。斷裂構造主要圍繞巖體或穿切巖體成群出現，并形成明顯構造破碎帶，主要斷裂有北北東向、北東向、北西向等3組。具有尋找稀土礦床極為有利的成礦地質背景。

1 礦床特征

礦床賦存于巖體的風化殼中，尤其是全風化層。礦體分布均受到巖石風化程度及地形地貌的制約。在低矮平緩山包或山脊部位風化殼厚度大，稀土含量較高，往往構成工業礦體；在山坡或溝谷風化殼厚度小，多為貧礦或非礦體。礦體形態隨著山脊寬窄與彎曲變化而變化。

1.1 礦體特征

共圈39個礦體，延展面積0.025～0.93km2，規模大于0.1km2的礦體25個，其中最大為26號礦體，長1975m，最寬850m，面積0.93km2；鉛直厚度0～10.36m，平均鉛直厚度3.45m。最小18－2號礦體，長210m，寬120m。礦體厚度一般0～12.32m，最厚達17.29m，各礦體平均厚度在0.72～7.45m間，礦床平均厚度3.46m。厚度變化系數9.38%～57.94%，平均40.20%，屬穩定類型。

礦體在平面上形態因風化殼遭受地表逕流沖刷切割，常呈不連續展布，其主要形態多呈長條狀、港灣狀、不規則狀等；在剖面上形態總體隨地形起伏呈似層狀產出。

礦體產狀隨地形變化而變化，其傾角基本與地形坡角相同，沿山脊礦體傾斜較緩，一般5～15°，沿山坡礦體傾斜變陡，多數10～25°，平均傾角約15°。礦體出露標高一般為330～410m，最高473.1m，最低310m，絕大多數礦體位于當地侵蝕基準面以上。

1.2 礦石質量

1）結構構造及物質組分 ①礦石結構構造。礦石主要為全風化型，少數為半風化型。礦石結構松散，多呈砂土狀、松散狀或粉末狀。②礦石的礦物成分。主要由高嶺石、埃洛石、水云母等粘土礦物和少量副礦物組成。③礦石主要化學成分。SiO270.85%、TiO20.48%、Al2O313.44%、Fe2O30.78%、FeO 2.81%、MnO 0.05%、MgO 1.01%、CaO 1.35%、K2O 4.52%、Na2O 3.25%、P2O52.1%、灼減0.86%［2］。堿性度分異指數低，與中國花崗巖相比屬于過飽和花崗巖。礦石中稀土元素含量偏高，ΣREE （Rare Earth Element，稀土元素）為280.72mg／L。輕、重稀土比值 （LREE／HREE）達3.97。

2）稀土元素含量及其變化特征 ①稀土元素含量。礦石中的有益組分為稀土元素，REO（rareearthoxide，稀土元素氧化物）一般為0.05%～0.20%，單樣最高品位0.347%，最低品位0.015%；單工程平均品位最高為0.143%，最低0.050%；單礦體平均品位在0.083%～0.114%之間，礦床平均品位0.099%。礦石中離子相稀土浸取率總趨勢隨著礦石的REO增高而提高。如表1所示，4個礦體的平均浸取率在40.79%～71.92%；其中各品位區間各礦體的浸取率也有差異。②REO在水平方向上的變化。經統計，30個工程密度控制較高的礦體品位變化系數在14.87%～58.40%，平均品位變化系數為28.98%，屬于均勻類型。REO在垂向上的變化，礦化主要富集于全風化層的中上部，少數富集于下部。總體礦化形式是上貧－中富－下貧。地表及上部REO多數為0.05%～0.08%；往下2～10m，REO出現最高值，達到0.1%～0.2%；到12～15m以后，絕大部分REO漸變為0.05%以下，甚至接近基巖。

表1 稀土礦石離子相率統計一覽表

3）稀土元素配分類型 稀土元素配分采用 “二組分”所做配分值，區內18個礦體輕稀土主要元素含量如下：La2O3（109.99～205.20）×10－6，平均144.20×10－6；CeO2（121.38～205.30）×10－6，平均161.20×10－6；Nd2O3（95.80～155.77）×10－6，平均123.40×10－6；重稀土主要元素含量 Y2O3（95.33～293.61）×10－6，平均170.10×10－6；各礦體輕、重稀土元素含量比值 （LREE／HREE）為1.03～3.00，平均1.93，屬輕稀土富集型。Eu配分值比值在0.4749%～0.7775%，平均0.7500%，屬中等；Y含量在16.160%～33.511%，平均22.244%，屬中等；（Sm＋Eu＋Gd）含量在6.4965%～8.7645%，平均7.5470%，屬低中等。綜上所述，該稀土礦床屬低中二中型。

4）礦石稀土元素的分布模式 區內18個礦體稀土元素分布模式有以下特點：①各礦體礦石的稀土元素分布模式曲線都呈向右傾，出現了明顯的Ce的負異常，Ce強烈虧損是由于風化殼最上部Ce3＋易氧化成Ce4＋，在地表弱酸條件下極易用發生水解作用而滯留原地，使淋濾出的溶液中貧Ce，形成Ce負異常 （δCe值在0.422～0.850之間，平均0.537，均小于1）。②δEu反映Eu異常的程度。Eu屬變價元素，在自然條件下呈Eu3＋，在還原條件下部分Eu3＋還原為Eu2＋，因堿性度整體差別較大發生分離，造成在REE球粒隕石標準化圖解中Eu位置出現 “谷”值，δEu值在0.356～0.588之間，平均0.492，為負異常，說明δEu為虧損而呈現 “V”字型 （由寬緩到尖銳－虧損趨勢）。④指示稀土元素之間富集程度和分餾程度的N（La／Yb）值在4.405～15.423，平均9.182；N（La／Yb）值＞1，說明巖體中稀土元素分異較顯著。⑤指示輕稀土之間富集程度和分餾程度的N（La／Sm）值在2.843～3.769，平均3.345；N（La／Sm）值＞1，說明各礦體礦石中的富集程度和分餾程度高。⑥指示重稀土之間的富集程度和分餾程度的N（Sm／Nd）值在0.591～0.811，平均0.676；花崗巖為1.17，說明各礦體礦石中的富集程度和分餾程度低于原巖。

1.3 礦石類型

礦石呈土黃、褐紅色。結構松散，具砂土狀、粉末狀，長石均徹底風化成高嶺石、埃洛石和水云母等；半風化層下部雖可見部份保留原生長石外形，但手捏呈粉末或砂土狀。其自然類型為花崗巖全風化型稀土礦石；根據礦石自然類型組合特征和稀土賦存在狀態及工業利用 （采、選、冶）加工技術性能，其工業類型為風化殼離子吸附型稀土礦石。礦石濕度較大，滲透性能較好，屬易選礦石。

1.4 礦床成因

稀土礦床賦存于二長花崗巖風化殼中。礦體由花崗巖中原生的稀土礦物和含稀土礦物經風化淋濾，稀土元素以離子狀態進入弱酸的孔 （裂）隙水中；而造巖礦物長石、黑云母等因風化作用而形成多水高嶺土、埃洛石、水云母等粘土礦物，對孔 （裂）隙水中滲透的稀土離子進行吸附或置換，粘土礦物為稀土離子的吸附劑或主要載體。在風化剝蝕向深部發展演化過程中，稀土元素逐漸在風化殼中富集形成風化殼離子吸附型稀土礦床。故該礦床成因屬花崗巖風化殼離子吸附型稀土礦床。

2 成礦規律

2.1 在時間上

風化殼離子吸附型稀土礦床，是礦源巖在風化作用下，將稀土元素吸附富集形成礦床，風化作用一般發生在第四紀［3］。該區礦源巖主要為寧化復式巖體，分布面積大，其巖性為肉紅色似斑狀中－粗粒黑云母二長花崗巖。成礦母巖的成巖年齡在400～422Ma，為加里東晚期，時代屬志留紀。其主要特點是巖石分析值一般高于地殼平均豐度2～5倍。

2.2 在空間上

礦區位于寧化－南平北東東向構造巖漿帶中；處于福建省重要的離子吸附型稀土礦成礦帶光澤－武平Ⅲ1級成礦帶重點找礦靶區的Ⅳ2級成礦遠景區內。寧化地區花崗巖集中在加里東晚期，離子吸附型礦床均有廣泛分布。礦床在空間上主要表現為稀土元素在全風化層中的分布總體較為均勻，在平面上往往具有成區帶集中分布的特點；但在垂向上，不同部位稀土礦化程度顯示有規律的變化：全風化層的中上部礦石品位相對較高，形成礦體上、下貧，中間富的分層富集的特點。

3.3 礦床形成與地形地貌關系

離子吸附型礦床的形成與地形地貌關系密切，含礦花崗巖只有經過風化作用富集才有可能形成離子吸附型礦床。風化殼在地表遭受強烈逕流沖刷、剝蝕與切割作用下，形成寬緩低山丘陵地貌，從而促使深厚的殘積風化殼普遍較完整地保存下來，一般海拔標高在330～410m有利于風化殼離子吸附型稀土礦床的形成，以海拔350～380m最為有利。低矮平緩的山丘風化殼的保存較完整，礦體厚度較大、礦石品位較高，往往易形成具有較大規模的礦床［3］。這是尋找此類礦床典型標志之一。

3.4 成礦物質來源

該區加里東期似斑狀中－粗粒黑云母二長花崗巖為稀土礦成礦母巖。據研究，該區稀土元素主要來源于獨居石、磷釔礦、褐簾石、褐釔鈮礦、氟鈰礦、氟碳鈣鈰礦等獨立礦物和含稀土礦物，少部分來自于類質同象。由于巖漿構造多次活動及各種地質應力的相互作用，促使巖體不斷被剝蝕而裸露地表，直至第四紀新構造運動控制的丘陵低山地帶形成硅鋁粘土質型風化殼。在表生作用下，對地表巖石物理化學風化十分有利。如溫暖潮濕、植被發育的氣候環境和適宜的pH值 （5.6～6.5）［3］水介質環境下，加速了巖體物理和化學風化，造成巖石中造巖礦物斜長石、鉀長石等形成粘土礦物類，它們成為稀土的主要載體或吸附劑；而巖石中稀土礦物等隨之解體轉為呈稀土離子狀態隨地表水逐漸地向下遷移至深部被粘土礦物類所吸附，停留在風化殼中，不斷次生富集。同時稀土元素被粘土礦物吸附的能力隨原子序數的增加和半徑的減少而減弱［4］（如Ce被吸附的能力大于Y）；因此對稀土陽離子的吸附能力大小還取決于粘土礦物種類，當粘土礦物以埃洛石、多水高嶺石為主時，其吸附容量最大，則常可富集形成品位較高的離子吸附型稀土礦床。

3 成礦預測

寧化境內加里東期巖漿活動十分強烈，以晚期為主，大面積出露富含稀土元素的花崗巖。以寧化縣城為中心，南至鐵樹坪一帶，北經中沙、下伊、河龍、營上至增坑一帶。主要分布寧化復式巖體 （伍家坊、大坪、連屋、下沙4個巖體）、和尚莊巖體和營上復式巖體 （由連塘、增坑、朱地、砂鍋4個巖體）、江頭復式巖體 （茶垣、上坪巖體）等。這些巖體不僅處于同一構造單元，且均具有如下特點：①形態呈不規則長條狀或橢圓狀；②具不明顯的相帶，主要是中心相和過渡相，邊緣相分布局限且不連續；③同屬S型花崗巖；④分布面積多超過300km2；⑤巖性以片麻狀似斑狀中－粗粒二長花崗巖為主；⑥具有相近成巖年齡，如寧化復式巖體在400～422Ma，營上朱地巖體433.9Ma［3］，時代均屬志留紀。此外，其巖石的礦物特征、巖石地球化學特征基本相似。該區自第四紀即處于溫暖潮濕氣候環境和風化剝蝕狀態，具有良好的離子吸附型稀土礦床成礦地質背景和條件。目前區內已探明城南礦區1處中型稀土礦床，以及多處小型稀土礦床和礦點。因此，對寧化境內花崗巖，尤其以丘陵地區的加里東期片麻狀似斑狀中－粗粒二長花崗巖的風化區域，進一步尋找離子吸附型稀土礦床，必將擴大寧化離子吸附型稀土礦床遠景并取得新突破。值得一提的是，該類礦床具有規模大、礦石品位較高、找礦標志明顯、開采容易、選礦簡單 （原地浸提法）、成本低等特點，具有較好的經濟效益。

對王方權高級工程師在論文寫作中的指導表示感謝！