張 民，譚 偉，何顯川，趙甫峰，羅蓮英

（1 四川旅游學(xué)院，四川成都 610100；2 中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所，中國科學(xué)院礦物學(xué)與成礦學(xué)重點實驗室，廣東省礦物物理與材料研究開發(fā)重點實驗室，廣東廣州 510640；3 四川省冶金地質(zhì)勘查院，四川成都 610057；4 成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川成都 610059）

離子吸附型稀土礦是發(fā)現(xiàn)于20 世紀(jì)60 年代末中國獨特的具有戰(zhàn)略意義的優(yōu)勢礦產(chǎn)資源之一，具有元素齊全、開采簡單、資源潛力大等特點，成為支撐中國新一代核心材料、能源、武器、信息技術(shù)發(fā)展的礦產(chǎn)資源之一（王登紅等，2013a；2013b;2016；毛景文等，2019a；楊岳清等，2021）。目前，中國離子吸附型稀土礦主要分布在江西、福建、湖南、廣東、廣西等省市（Wang et al.,1989;張祖海等,1990）。對該類型礦床的形成過程、基本特征、成礦機制及開發(fā)利用等已有系統(tǒng)的研究（賀倫燕等，1989；湯詢忠等，1998；Chi et al.,2007；李永秀等，2014；趙芝等，2017；王臻等，2019），也取得了豐碩的成果。

滇西地區(qū)在20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)與臨滄花崗巖風(fēng)化殼有關(guān)的磷釔礦、獨居石、鋯石沉積型稀土砂礦，但由于這些礦床均位于山間構(gòu)造盆地的富饒農(nóng)田區(qū)，均無法開采。近年來圍繞臨滄花崗巖風(fēng)化殼在離子吸附型稀土方面取得了找礦突破，在回龍卡、岔河、勐海等地區(qū)發(fā)現(xiàn)一批離子吸附型稀土礦床（毛景文等，2019b；張保濤等，2020；王長兵等，2021；藍信杰等，2021；明添學(xué)等，2021）。特別是自2014至今，核工業(yè)西藏地質(zhì)調(diào)查院、中國地質(zhì)調(diào)查局、中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所相繼在臨滄花崗巖中南段的瀾滄縣富邦、上允、富東、東河、南嶺、新城等地區(qū)開展稀土調(diào)查科研項目，集中發(fā)現(xiàn)大型離子吸附型稀土礦床2處，中、小型3處，圈定礦產(chǎn)地、找礦靶區(qū)5處，提交遠(yuǎn)景資源量超百萬噸。目前，對該區(qū)風(fēng)化殼離子吸附型稀土礦的研究主要集中在礦床成因、控礦因素、成礦規(guī)律、成礦預(yù)測等方面（趙汀等，2014；刀俊山等，2017；張民等，2018），對礦床稀土相態(tài)特征，礦石浸出率，地形地貌、風(fēng)化殼與礦體關(guān)系特征等方面研究有所不足。因此，本文通過對該區(qū)賦存于花崗巖風(fēng)化殼的離子吸附型稀土礦床的成礦地質(zhì)地球化學(xué)特征研究，揭示該類礦床的礦化富集規(guī)律，以期指導(dǎo)本區(qū)離子吸附型稀土資源的進一步找礦工作。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

臨滄花崗巖是中國滇西地區(qū)出露面積最大的復(fù)式巖體，主要形成于晚三疊世緬泰馬陸塊與思茅地塊碰撞造山過程中的后碰撞階段（莫玄學(xué)等，1998；彭頭平等，2006；孔會磊等，2012），總體上沿瀾滄江斷裂西側(cè)呈反“S”狀展布，南北長約350 km，東西寬10～48 km，平均寬22.5 km，分布范圍由南至北涉及鳳慶縣、云縣、臨滄市臨翔區(qū)、雙江縣、瀾滄縣、勐?？h的全部或部分地區(qū)，出露面積達7400 km2（圖1a），巖性以印支期黑云母二長花崗巖和花崗閃長巖為主，本次研究范圍主要集中在瀾滄縣內(nèi)（圖1b）。

2 樣品采集與分析

2.1 野外樣品采集

本文研究區(qū)是指北起瀾滄縣富東鄉(xiāng)，南至糯扎渡鎮(zhèn)黑河之間約2000 km2的區(qū)域（圖1b）。本次研究樣品取自區(qū)內(nèi)晚三疊世黑云母二長花崗巖風(fēng)化殼全風(fēng)化層的剖面及鉆孔。風(fēng)化殼剖面樣品取自位于山腰部位的黑云母二長花崗巖風(fēng)化殼全風(fēng)化層切開剖面，采樣方式為不跨層的連續(xù)采樣，每件樣品重4 kg。風(fēng)化殼鉆孔樣品取自位于山腰部位的黑云母二長花崗巖風(fēng)化殼全風(fēng)化層的鉆孔，樣品為組合樣，為與全風(fēng)化層剖面樣品區(qū)別，該全風(fēng)化層鉆孔樣品稱為礦石樣品，該樣品組合過程為：選取穿透全風(fēng)化層的鉆孔，在全風(fēng)化層段礦層內(nèi)按每米連續(xù)取樣，然后再將所取的樣品充分混勻重新組成1 個組合樣，取重量4 kg。所有樣品均采用內(nèi)裝塑封袋、外裝樣品袋的雙層包裝，確保樣品無損和不受污染。

圖1 臨滄花崗巖帶分布示意圖（a）及臨滄花崗巖帶地質(zhì)和離子吸附型礦床分布簡圖（b）（底圖據(jù)方良好等，2013修改）Fig.1 The distribution map of Lincang granite belt(a)and simplified geological and ion-adsorption type REE deposits map of Lincang granite belt(b)（base map modified after Fang et al.,2017）

2.2 實驗室樣品分析

將送測樣品風(fēng)干后，使用對輥機分別將每件樣品破碎至～1 mm 粒度，再按切喬特縮分公式Q=Kd2（K=0.2）進行縮分；然后再將縮分后的樣品細(xì)磨至200目，細(xì)磨損耗率低于4%。實驗設(shè)備及條件為：全相稀土元素分析設(shè)備采用Agilent7700x 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(D483)，樣品重量0.1 g；浸出設(shè)備采用HY-2A 調(diào)速多用振蕩器，浸取實驗采用柱浸法，注入5%的(NH4)2SO4浸取液獲取浸出相，液固比1∶1，浸出時長8 h；分析浸出相稀土氧化物組成；數(shù)據(jù)分析結(jié)果相對誤差小于5%。檢測環(huán)境為溫度1℃，濕度50%～60%。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 氣候、地形、地貌特征

研究區(qū)氣候?qū)賮啛釒降丶撅L(fēng)氣候，干濕兩季明顯，雨量集中且充沛；區(qū)內(nèi)地形地貌復(fù)雜多樣，局部氣候差異明顯。濕熱的氣候條件造就了該區(qū)強烈的化學(xué)風(fēng)化作用，進而導(dǎo)致在花崗巖中形成了巨厚的風(fēng)化殼（何耀等，2015）。研究區(qū)北部和西部以中山為主，南部以中山和中山丘陵為主，東部為中山和瀾滄江河谷地帶；地形整體上呈現(xiàn)出北高南低、西高東低，周邊高中部低的特點。第四紀(jì)以來，區(qū)內(nèi)構(gòu)造運動相對穩(wěn)定，在地勢平緩的山頂、山腰和山脊，剝蝕速率低于沉積速率，花崗巖風(fēng)化殼保存完好，呈現(xiàn)出不同的風(fēng)化殼地形地貌及產(chǎn)出特征（圖2）。

圖2 研究區(qū)花崗巖風(fēng)化殼地形、地貌、形態(tài)及產(chǎn)狀關(guān)系圖Fig.2 Relational graph about topography,landform,shape,and occurrence of granite weathering crust in research area

3.2 風(fēng)化殼原巖特征

中國離子吸附型稀土礦的賦礦巖石原巖主要為加里東期、華力西期、印支期、燕山期的酸性花崗巖（池汝安，1988；曾勵訓(xùn)，1989；賀倫燕等，1989；何明珊，1990；李景陽等，1998；李杰緯等，2005；凌洪飛等，2006；華仁民等，2007；楊大歡等，2011；袁忠信等，2012；李學(xué)彪等，2012；李永秀等，2014；范飛鵬等，2014）。此外，在混合巖風(fēng)化殼、峨眉山玄武巖風(fēng)化殼及碳酸鹽巖風(fēng)化殼也發(fā)現(xiàn)稀土元素富集（Nesbitt et al.,1979；Banfield et al.,1989；Braun et al.,1990；Walter et al.,1995；明添學(xué)等，2013）。研究區(qū)離子吸附型稀土礦的賦礦巖石原巖為臨滄花崗巖，主體巖石類型包括中細(xì)粒-中粗粒黑云母二長花崗巖。其中，中粗粒黑云母二長花崗巖約占研究區(qū)花崗巖分布面積的2/3，中細(xì)粒黑云母二長花崗巖約占1/3。

巖石呈灰白色，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦物組成比較單一，主要礦物組合為鉀長石（40%）+斜長石（25%）+石英（25%）+黑云母（5%～10%）+其他礦物（0～5%）（圖3a～d）。副礦物主要為磷灰石+鋯石+釷石+錫石，在黑云母顆粒內(nèi)或邊緣可見不透明礦物呈稀散分布。鉀長石主要為正長石和微斜長石，他形-半自形板狀，多無雙晶，偶見具格子雙晶者，粒度一般1～4 mm，形態(tài)多呈略受擠壓圓化或橢圓化粒狀，顆粒邊緣略呈凹凸或參差狀，大致均勻分布。斜長石主要為半自形—自形板狀，具聚片雙晶，粒度及形態(tài)與鉀長石相似，稀散分布。石英，無色潔凈，干涉色一級暗灰色至一級黃白色，粒度懸殊，0.1～2.2 mm，形態(tài)為他形粒狀，顆粒多具波狀消光，呈受擠壓的不規(guī)則團狀，不均勻充填于長石粒間。黑云母具淡紅棕色至棕紅色多色性，粒度0.2～1.5 mm，呈擠壓變形片狀，與石英夾雜稀散充填于圓化長石粒間。

圖3 黑云母二長花崗巖顯微特征a.自形板狀斜長石（+）；b.不規(guī)則團狀石英呈充填于長石粒間（+）；c.黑云母呈擠壓變形片狀（+）；d.鉀長石邊緣參差不齊（+）Qtz—石英；Bt—黑云母；Pl—斜長石；Or—鉀長石Fig.3 Microscopic characteristics of porphyritic biotite monzogranitea.Tabular plagioclase(+);b.Quartz is filled in feldspar with irregular crumb structure(+);c.Biotite is schistose by pressed;d.Orthoclase has jagged edges(+)Qtz—Quartz;Bt—Biotite;Pl—Plagioclase;Or—Orthoclase

3.3 花崗巖風(fēng)化殼分層特征

研究區(qū)花崗巖風(fēng)化殼主要發(fā)育在平緩山頂、傾緩山脊及低緩山丘處，在溝谷內(nèi)分布較薄，甚至尖滅。根據(jù)物質(zhì)組分及風(fēng)化程度的不同，完整的花崗巖風(fēng)化殼由地表至基巖依次可分為腐殖土層、亞黏土層、全風(fēng)化層、半風(fēng)化層、弱風(fēng)化層5 個層位（圖4張民等，2018）。腐殖土層主要為腐殖土，厚度為0～0.5 m，幾乎不含稀土元素。亞黏土層主要為紅黏土，含少量的石英顆粒和長石碎屑，可塑性、含水性強，厚度為0.5～3.0 m，幾乎不含稀土元素。全風(fēng)化層為由石英、長石、黑云母和黏土礦物組成的分解破碎粉砂質(zhì)堆積巖，厚度為3～29 m；該層黏土礦物含量達50%～80%，是稀土礦的主要含礦層位。半風(fēng)化層與全風(fēng)化層的物質(zhì)成分基本一致，兩者主要區(qū)別在于風(fēng)化程度和稀土元素富集程度的差異，一般規(guī)律是：全風(fēng)化層的稀土元素富集程度高于半風(fēng)化層；隨埋深加大，巖石風(fēng)化程度減弱至未風(fēng)化的新鮮基巖即不含離子吸附型稀土礦。

圖4 離子吸附型稀土礦床中花崗巖風(fēng)化殼分層特征示意圖（底圖據(jù)張民等，2018）Fig.4 Stratified feature of granite weathering crust in ion-adsorption type REE deposits(base map after Zhang et al.,2018）

并不是所有風(fēng)化殼都非常完整，有些風(fēng)化程度較低的風(fēng)化殼會缺失全風(fēng)化層，直接從亞黏土層過渡到半風(fēng)化層；有些風(fēng)化殼由于剝蝕程度較高，會缺失亞黏土層或全風(fēng)化層。從腐殖土層到全風(fēng)化層，風(fēng)化程度逐漸減弱，黏土礦物含量逐漸增多，分層內(nèi)壓力逐漸加大；礦物顆粒間越發(fā)緊密，水溶液越往下滲透性逐漸變差。從全風(fēng)化層到弱風(fēng)化層，風(fēng)化程度陡然減弱，黏土礦物含量急劇減少，分層內(nèi)壓力快速加大，水溶液也很難再往下滲透。

3.4 礦體特征

礦體主要賦存在花崗巖風(fēng)化殼全風(fēng)化層中，礦體規(guī)模及形態(tài)嚴(yán)格受風(fēng)化殼發(fā)育程度及微地貌形態(tài)控制（圖5），具有順區(qū)域構(gòu)造線及分水嶺隨山勢水平展布的特點；總體產(chǎn)狀呈層狀和似層狀。礦石品位在全風(fēng)化層中部及下部最高，屬風(fēng)化殼全風(fēng)化層中部及下部富集型。礦體在傾緩山脊或平緩山頂因風(fēng)化殼保存程度最好，埋藏最深，平均達到10～15 m，最深超過30 m，呈隱伏式或半隱伏式；礦體品位較高，厚度最大，厚度達到5～15 m，最厚超過20 m，礦體厚度變化系數(shù)和品位變化系數(shù)均較小。在山脊兩側(cè)或山頂四周，剝蝕作用逐漸變強，風(fēng)化殼保存完好程度逐漸降低，礦體埋深變淺，呈裸露式或殘留式，部分地段礦體已遭受淋濾剝蝕，因此礦體厚度及品位隨之降低，厚度一般在1～10 m，特別是殘留式礦體，連續(xù)性差，厚度及品位變化系數(shù)較大。

圖5 離子吸附型稀土礦體形態(tài)、產(chǎn)狀特征示意圖Fig.5 The sketch map to show the stratified feature about morphology and attitude of the ion-adsorption type REE ore body

礦體厚度在橫縱方向有所差異，在順主山脊走向上礦體厚度延伸總體比橫剖面上穩(wěn)定，品位也相對穩(wěn)定，但仍具有隨坡度變陡，礦體埋深變淺、厚度變小、品位逐漸降低的特點；垂直山脊方向呈波狀起伏變化，在低緩山丘的山腰及山頂處厚度最大，向兩側(cè)山溝處礦體減薄，切割較深區(qū)域的礦體被第四系沖溝切斷，而沿礦體總體延長方向主山脊厚度穩(wěn)定（圖6a、b）。

圖6 風(fēng)化殼全風(fēng)化層中礦體特征剖面示意圖（a）及礦體厚度、品位變化示意圖（b）Fig.6 The diagrammatic cross-section of orebody characteristics about the full weathering layer of weathering crust(a)and the diagrammatic of ore body thickness with grade change(b)

4 礦床地球化學(xué)特征

4.1 花崗巖風(fēng)化殼全風(fēng)化層元素地球化學(xué)特征

樣品取自黑云母二長花崗巖風(fēng)化殼全風(fēng)化層，中粗粒松散砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，土狀構(gòu)造，顏色為灰褐色、雜色。分析結(jié)果表明，全風(fēng)化層的稀土元素發(fā)生了富集，具備形成離子吸附型稀土礦的條件，其地球化學(xué)特征主要表現(xiàn)為以下幾個方面：

（1）主量元素特征

研究區(qū)離子吸附型稀土礦床中黑云母二長花崗巖風(fēng)化殼全風(fēng)化層主量元素及相關(guān)參數(shù)見表1，可以看出：w(SiO2)為65.62%～73.01%，平均值為69.41%；風(fēng)化作用對w(SiO2)影響較小，但風(fēng)化作用的強弱決定了石英顆粒的大小、磨圓度，這些都會影響風(fēng)化殼的滲透性，影響攜帶稀土離子的酸性溶液運移的方向和速度。w(Al2O3) 為14.01%～17.28%，平均值為15.60%；Al2O3被風(fēng)化后會提供呈游離態(tài)的Al3+，這些鋁離子具有和稀土離子一樣的吸附特性，成為離子吸附型稀土礦中主要的雜質(zhì)離子。w(MgO)為0.24%～1.68%，平均值為0.85%；w(Fe2O3)為1.35%～4.74%，平均為2.80%；w(FeO)為0.43%～0.96%，平均為0.67%；w(CaO) 為0.05%～0.52%，平均為0.12%；w(Na2O)為0.10%～1.68%，平均為0.36%，與臨滄花崗巖全巖主量元素平均數(shù)據(jù)中對應(yīng)元素的值相比，除了w(Fe2O)增加，其他都有所下降，這表明風(fēng)化作用使部分Fe2+離子被氧化成Fe3+離子，同時呈游離態(tài)Fe2+、Mg2+、Ca2+離子被黏土礦物吸附形成膠態(tài)沉積物，或者被水沖刷流失，導(dǎo)致風(fēng)化殼中w(MgO)、w(FeO)、w(CaO)降低；Na+離子易溶于水，流失更為嚴(yán)重。

表1 研究區(qū)黑云母二長花崗巖風(fēng)化殼全風(fēng)化層主量元素及相關(guān)參數(shù)表Table1 The major elements and related parameters about the full weathering layer of weathering crust of biotite monzogranite in research area

（2）稀土元素特征

研究區(qū)離子吸附型稀土礦床中黑云母二長花崗巖風(fēng)化殼全風(fēng)化層稀土元素組成和相關(guān)參數(shù)見表2，可以看出：∑LREE 為166.80×10-6～903.12×10-6，平均為417.57×10-6；∑HREE 為56.94×10-6～914.10×10-6，平均為248.22×10-6；LREE/HREE 為0.99～4.11，平均為2.48，輕、重稀土元素分異強烈，其配分曲線（圖7a）呈右傾平滑的淺“W”型；HREE 部分分布較為平坦，w(Y)約是w(Yb)的10 倍。δEu 為0.21～0.53，平均值為0.36，呈負(fù)δEu異常；δCe為0.21～0.92，平均值為0.58，呈負(fù)δCe異常。(La/Yb)N為3.15～16.20，平均值為9.64；(La/Sm)N為2.92～5.16，平均值為3.91；(Gd/Yb)N為0.85～2.12，平均值為1.54。表明風(fēng)化殼中輕、重稀土元素都發(fā)生了較強的分異，且重稀土元素分異程度相對較弱。

表2 研究區(qū)黑云母二長花崗巖風(fēng)化殼全風(fēng)化層稀土元素及相關(guān)參數(shù)表Table 2 The REE concentrations and related parameters about the full weathering layer of weathering crust of biotite monzogranite in research area

以上風(fēng)化殼稀土元素的特征指示：

a.風(fēng)化殼稀土元素與臨滄花崗巖全巖稀土元素總量相比有了增加，說明風(fēng)化過程中稀土元素發(fā)生了富集。

b.據(jù)表3 可見，輕稀土元素的平均占比為73.33%，說明風(fēng)化殼的稀土類型為以輕稀土元素為主，輕稀土元素中又以La和Ce這2種元素為主。

c.稀土元素配分曲線呈“W”形，整體仍然表現(xiàn)出輕稀土元素富集，與臨滄花崗巖輕稀土元素富集的配分模式相似，沒有從根本上改變稀土元素的配分模式。

d.母巖中w(Eu)平均值為1.53%（表2），而風(fēng)化殼中w(Eu)平均值為1.96%，說明風(fēng)化作用使得Eu元素呈略富集。

（3）微量元素特征

研究區(qū)離子吸附型稀土礦床中黑云母二長花崗巖風(fēng)化殼全風(fēng)化層微量元素組成和相關(guān)參數(shù)見表3。從原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖（圖7b）上可以看出：富集大離子親石元素Th 和Rb，特別是Th 元素可達到原始地幔豐度的300～400 倍；明顯虧損高場強元素Nb 和Sr。大部分微量元素受風(fēng)化淋濾影響較小，基本上與臨滄花崗巖富集、虧損形式一致。

表3 研究區(qū)黑云母二長花崗巖風(fēng)化殼全風(fēng)化層微量元素參數(shù)表Table 3 The trace elements about the full weathering layer of weathering crust of biotite monzogranite in research area

4.2 礦石和礦石浸出相全相稀土氧化物組成特征

礦石全相稀土氧化物組成及相關(guān)參數(shù)見表4，可以看出：∑LREE 為402.09×10-6～1119.60×10-6，平均587.92×10-6；∑HREE 為124.68×10-6～410.84×10-6，平均為268.29×10-6；LREE/HREE 為1.31～3.61，平均為2.29。稀土氧化物配分曲線（圖8a）呈右傾平滑的淺“W”型，與黑云母二長花崗巖風(fēng)化殼全風(fēng)化層剖面樣品的稀土元素配分曲線（圖7a）基本一致，表明鉆孔礦石組合樣品的稀土氧化物分析可以替代并較之風(fēng)化殼全風(fēng)化層剖面樣品的稀土元素分析更具有代表性，也為進一步對比分析礦石浸出相全相稀土氧化物組成特征準(zhǔn)備了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

圖7 黑云母二長花崗巖風(fēng)化殼全風(fēng)化層稀土元素配分曲線(a)和微量元素蛛網(wǎng)圖(b)Fig.7 The REE distribution patterns(a)and trace element spidergrams(b)about the full weathering layer of weathering crust of biotite monzogranite

礦石浸出相稀土氧化物組成及相關(guān)參數(shù)見表5，可以看出：∑LREE 為131.95×10-6～502.47×10-6，平均為99.99 ×10-6；∑HREE 為74.67×10-6～285.36×10-6，平 均 為179.98×10-6，LREE/HREE 為1.21～2.00，平均為1.68。Ce 元素繼續(xù)呈現(xiàn)出強烈負(fù)異常，稀土元素配分曲線（圖8b）呈右傾平滑的深“W”型，重稀土元素部分分布較為平坦。w(SY2O3)是w(SYb2O3)的13～17 倍，w(SLa2O3)是w(SSm2O3)的5.0～6.5 倍，w(SGd2O3)是w(SYb2O3)的2～3 倍，(SLa/SYb)N平均為10.68，(SLa/SSm)N平均為3.56，(SGd/SYb)N平均為2.00。這說明，鹽類溶液的浸出作用使輕重稀土元素發(fā)生進一步分異，輕稀土元素的分異程度仍然強于重稀土元素。

圖8 礦石全相稀土氧化物（a）和礦石浸出相稀土氧化物（b）配分曲線Fig.8 Ore REES’distribution patterns of all-phase(a)and leaching-phase(b)

4.3 礦石稀土氧化物浸出特征

研究區(qū)離子吸附型稀土礦床礦石稀土氧化物浸出率相關(guān)參數(shù)見表6，可以看出各樣品的總浸出率在31.62%～79.77%之間，平均總浸出率為54.46%。其中，輕稀土元素浸出率為31.76%～75.68%，平均為50.20%，重稀土元素浸出率為41.64%～89.50%，平均為66.11%，但是，這并不能表明在相同的浸出條件下，重稀土元素浸出率明顯高于輕稀土氧化物，由于“Ce 虧效應(yīng)”，含礦層Ce 元素較少，Ce 元素浸出率較低，拉低了輕稀土浸出率的整體水平，除Ce 元素外，輕稀土元素浸出率是略高于重稀土的，由圖9 可以看出，除了Ce 元素出現(xiàn)波谷，整個曲線呈現(xiàn)出平滑右傾的形態(tài)；輕稀土氧化物中的SNd/QNd、SSm/QSm、SEu/QEu浸出率較高；重稀土氧化物中的SGd/QGd、STb/QTb、SY/QY浸出率較高。

圖9 礦石各稀土氧化物浸出率分布圖Fig.9 The leaching rate distribution diagram of each rare earth oxides

表6 礦石稀土氧化物浸出率一覽表Table 6 The leaching rates of ore rare earth oxides

礦石全相稀土氧化物中，輕稀土元素占稀土元素總量的52.36%～74.68%，中稀土元素占稀土元素總量8.49%～13.94%，重稀土元素占稀土元素總量15.97%～33.70%。輕稀土元素中，La 和Ce 元素所占比重最大，中稀土元素中，Sm、Gd 和Dy 所占比重較大，重稀土元素中，Y所占比重最大。

礦石浸出相稀土氧化物中，輕稀土元素占稀土元素總量的49.75%～64.88%，中稀土元素占稀土元素總量13.56%～16.18%，重稀土元素占稀土元素總量21.55%～38.59%。輕稀土元素中，La 和Ce 所占比重最大，中稀土元素中，Sm、Gd和Dy占比重較大，重稀土元素中，Y 所占比重最大。因此，礦石類型是以輕稀土元素為主、中重稀土元素配分齊全的混合型稀土礦。

5 討論

5.1 成礦過程

離子吸附型稀土礦的成礦過程主要表現(xiàn)為風(fēng)化殼原巖—花崗巖在遭受風(fēng)化分解過程中，由引發(fā)風(fēng)化分解的化學(xué)溶液攜帶的異地或原地解離的稀土離子或稀土氧化物礦質(zhì)運移至風(fēng)化殼全風(fēng)化層破碎巖石中被再吸附從而富集成礦，該過程可細(xì)分以下階段及應(yīng)具備的基本條件為：

（1）水介質(zhì)環(huán)境。地表的腐殖質(zhì)使得滲入地下的水溶液呈弱酸性，風(fēng)化殼的水介質(zhì)環(huán)境呈中性-弱酸性。由于原巖礦物粒度及組成不同、礦物抗風(fēng)化能力不同等，導(dǎo)致巖石風(fēng)化不均勻，形成的花崗巖風(fēng)化殼為一個由上至下各分層內(nèi)應(yīng)力由弱至強的開放體系（李永秀等，2014），其中的薄膜水、孔隙水和吸附水組成的風(fēng)化水溶液是驅(qū)動稀土元素遷移的載體及離子交換的重要介質(zhì)；該風(fēng)化水溶液的化學(xué)組成、pH 值和水動力條件對元素的遷移富集具有控制作用。

（2）稀土元素解離和遷移。異地或原地水溶液在氧化環(huán)境下作用于花崗巖風(fēng)化殼，其中攜帶的稀土礦質(zhì)中，Ce3+不穩(wěn)定而轉(zhuǎn)化為Ce4+（王中剛等，1989），Ce4+離子半徑小，離子電位高，配位能力較強，在弱酸環(huán)境下相對容易形成氫氧化物沉淀或被黏土礦物吸附（Rankin et al.,1976；Marsh,1991；王長兵等，2021），Eu 離子也有相似的性質(zhì)；因此，在稀土元素解離和遷移后的最終歸屬體中，無論是礦石亦或浸出相溶液中的Ce 和Eu 離子相對其他稀土離子明顯虧損。

（3）稀土元素吸附。在強烈的風(fēng)化作用下，花崗巖的許多造巖礦物被風(fēng)化成了以高嶺石、埃洛石為主的黏土礦物，這些黏土礦物顆粒微小，比表面積大，攜帶表面電荷，因此具吸附性和離子交換性。稀土離子隨風(fēng)化水溶液酸性流體沿風(fēng)化殼剖面向下滲透運移過程中，沿途在不同層位反復(fù)被黏土礦物吸附和解吸，不斷進行離子交換和疊加富集，為最終在適宜部位沉淀吸附并富集成礦奠定基礎(chǔ)。

（4）稀土元素富集。稀土元素的富集與花崗巖風(fēng)化程度、層內(nèi)應(yīng)力大小、水溶液運移及黏土礦含量密切相關(guān)。從腐殖土層至全風(fēng)化層，風(fēng)化程度逐漸減弱，層內(nèi)壓力逐漸加大，酸性溶液攜帶稀土離子向下運移至全風(fēng)化層，在這里被大量黏土礦物所吸附進而富集，形成含礦層。半風(fēng)化層和弱風(fēng)化層由于內(nèi)部應(yīng)力陡然增大，酸性水溶液運移至這些層位的能力逐漸減弱，黏土礦物含量急劇減少，無法吸附更多的稀土元素，所以這兩層不是主要的含礦層。

5.2 地形地貌與風(fēng)化殼和礦體露頭的關(guān)系

研究區(qū)地貌類型多樣，根據(jù)中山和中山丘陵地貌特征，結(jié)合海拔高度及山體發(fā)育形態(tài)，作者總結(jié)出研究區(qū)3 種地形地貌與風(fēng)化殼和稀土礦體露頭的關(guān)系，如圖10所示。

（1）傾緩山脊型。該地形的海拔主要在1300～2100 m，山脊傾緩綿長，風(fēng)化殼發(fā)育，保存較好；山頂陡峭，剝蝕速率高，花崗巖風(fēng)化殼不發(fā)育，基巖出露較多；山腳海拔較低，溝谷發(fā)育，流水沖刷嚴(yán)重，花崗巖風(fēng)化殼鮮有保存。因此，傾緩山脊上可保存風(fēng)化殼的全風(fēng)化層和相應(yīng)礦體露頭(圖10a)。

（2）平緩山頂型。該地形的海拔在1800～2100 m，山頂寬厚綿長，起伏較小，花崗巖風(fēng)化殼保存較好；山腰至山腳地勢變得陡峭，風(fēng)化殼發(fā)育不完整，多數(shù)風(fēng)化殼的全風(fēng)化層被剝蝕掉。因此，平緩山頂上可保存風(fēng)化殼的全風(fēng)化層和相應(yīng)礦體露頭(圖10b)。

（3）低緩山丘型。該地形的海拔主要在900～1200 m，以相對獨立的饅頭狀山包為主，整體地勢平緩，山頂山腳高差較小，山包與山包之間水系較為發(fā)達，每個獨立山包的風(fēng)化殼發(fā)育較為完整。因此，低緩山丘型獨立山包上可保存風(fēng)化殼的全風(fēng)化層和相應(yīng)礦體露頭(圖10c)。

圖10 瀾滄縣不同地形地貌與風(fēng)化殼、礦體露頭關(guān)系示意圖a.傾緩山脊區(qū)；b.平緩山頂區(qū)；c.低緩山丘區(qū)Fig.10 The characteristic diagram of relationships between landform with weathering crust and ore outcrop in Lancang Countya.The ridge of slope area;b.The gently mountaintop area;c.The low and gentle massif area

6 結(jié)論

（1）濕熱的氣候、相對平緩的地形使黑云母二長花崗巖風(fēng)化殼發(fā)育保存良好；完整的風(fēng)化殼由地表至基巖依次可分為腐殖土層、亞黏土層、全風(fēng)化層、半風(fēng)化層和弱風(fēng)化層5 個層位；稀土礦質(zhì)以離子吸附方式呈層狀、似層狀定位富集于風(fēng)化殼全風(fēng)化層；殘留風(fēng)化殼和稀土礦體露頭主要分布于傾緩山脊、平緩山頂和低緩山丘型獨立山包。

（2）礦石全相和浸出相稀土氧化物分析表明輕稀土元素的分異程度強于重稀土元素；配分曲線呈右傾平滑的淺“W”型；礦石類型為以輕稀土元素為主、中重稀土元素配分齊全的混合型稀土礦。

（3）研究區(qū)離子吸附型稀土礦床的關(guān)鍵成礦過程可以概括為：風(fēng)化殼原巖——花崗巖在遭受風(fēng)化分解過程中，由引發(fā)風(fēng)化分解并攜帶異地或原地解離的稀土離子或稀土氧化物礦質(zhì)的化學(xué)溶液運移至風(fēng)化殼，并沿該剖面向下滲透過程中，由腐殖土層經(jīng)亞黏土層至全風(fēng)化層，盡管各分層的巖石風(fēng)化程度和黏土礦物含量較高，但其內(nèi)應(yīng)力由小逐步增大，導(dǎo)致風(fēng)化水溶液向下滲透運移的能力由強逐步減弱，由此決定各分層黏土礦物對稀土礦質(zhì)的吸附能力由弱至強；隨剖面進一步加深，經(jīng)半風(fēng)化層至弱風(fēng)化層再到未風(fēng)化的基巖，各分層因巖石風(fēng)化程度急劇減弱導(dǎo)致黏土礦物含量相應(yīng)急劇降低，同時，分層內(nèi)應(yīng)力則可能陡然增大，進而導(dǎo)致風(fēng)化水溶液向下滲透運移的能力也急劇減弱，由此決定全風(fēng)化層以下各分層不具備吸附和富集稀土礦質(zhì)，形成礦體（層）的條件。顯然，上述4 個主要因素方面（內(nèi)應(yīng)力、滲透能力、風(fēng)化程度、黏土礦物含量）在風(fēng)化殼剖面中由上至下變化均在全風(fēng)化層形成拐點并由此綜合決定了稀土礦體主要定位于風(fēng)化殼全風(fēng)化層。

致 謝衷心感謝匿名審稿專家對提高本文質(zhì)量提供的寶貴意見。