赣南葛藤嘴稀土矿风化壳剖面元素迁移特征研究_丁永.pdf

收稿日期:2022 10 08;修订日期:2022 12 16作者简介:丁永(1998)，男，硕士研究生，主要从事离子吸附型稀土矿床研究。基金项目:东华理工大学核资源与环境重点实验室自主基金项目(Z1601)。*通信作者:韩善楚(1982)，男，博士，讲师，主要从事矿床地球化学研究。E mail:hanshanchu ecut edu cn。第 41 卷第 1 期2023 年 2 月江西科学JIANGXISCIENCEVol 41 No 1Feb 2023doi:1013990/j issn1001 3679 202301022赣南葛藤嘴稀土矿风化壳剖面元素迁移特征研究丁永，韩善楚*，万弘，瞿琮，姜垚，陈斌锋，邹新勇(东华理工大学地球科学学院，330013，南昌)摘要:近年来在赣南葛藤嘴地区首次报道了以浅变质岩为母岩的风化壳离子吸附型稀土矿床，这一发现极大地拓宽了离子吸附型稀土矿床的找矿空间。对赣南葛藤嘴浅变质岩离子吸附型稀土矿床的原岩与风化壳进行研究，共采集了 3 个变质沉凝灰岩原岩样品和 12 个风化壳剖面全风化层样品，开展元素地球化学特征分析，以探讨风化壳剖面中元素迁移与稀土元素富集特征。研究结果表明，风化壳风化程度已进入到风化中晚期，质量平衡计算显示其主量元素 Ca、Na、P 等元素基本淋滤殆尽，Si、Al、Mg、K 迁出程度依次增强，Fe、Ti 等元素保持相对稳定;稀土元素除 Ce 外，其他稀土元素均表现出明显的迁入特点;风化壳剖面全风化层样品的总稀土元素含量约为其原岩的 3 4 倍，稀土元素的富集主要由于原岩中富含稀土元素的矿物发生分解，释放的稀土阳离子在随地下水迁移过程中，被黏土矿物吸附导致。关键词:葛藤嘴;浅变质岩;离子吸附型稀土矿;元素迁移;质量平衡计算中图分类号:P588 121文献标识码:A文章编号:1001 3679(2023)01 127 09Characteristics of Element Migration in Weathering Crust Profileof Getenzui EE Deposits，Southern JiangxiDING Yong，HAN Shanchu*，WAN Hong，QU Cong，JIANG Yao，CHEN Binfeng，ZOU Xinyong(East China University of Technology，330013，Nanchang，PC)Abstract:In recent years，a ion adsorption type EE deposits in the weathering crust with epi metamorphic rock as parent rock has been reported for the first time in Getenzui area，Southern Jian-gxi province，which greatly expands the prospecting space of ion adsorption type EE deposits Inthis paper，the parent rocks and weathering crust of the Getengzui ion adsorption type EE depos-its in southern Jiangxi were studied We discussed that the characteristics of element migration andEE enrichment in weathering crust profiles through elements geochemical characteristics from 3metamorphic tuff samples and 12 completely weathering samples The results show that the weathe-ring degree of weathering crust has entered the middle and late period The mass balance calculationshows that the main elements Ca Na P are almost leached out，migration intensity of Si，Al，Mgand K are gradually increased，and Fe Ti remain relatively stable EE show obvious migrationcharacteristics except Ce The content of EE in the weathering crust was about 3 4 times that ofthe parent rock The enrichment of EE was mainly due to the decomposition of rich EE mineralsand the adsorption by clay minerals during the migration of EE with groundwaterKey words:Getenzui;epi metamorphic rock;ion adsorption type EE deposits;element migra-tion;mass balance calculation0引言稀土元素独特的光、电、磁等特性，广泛应用于冶金、化工、原子能、军事等高精尖产业，受到世界各国的高度重视。风化壳离子吸附型稀土矿供给了全球约 90%的重稀土资源1，是全球重要的稀土矿床类型之一。华南地区作为世界上最重要的风化壳离子吸附型稀土资源基地，受到国内外学者的广泛关注和研究。随着对离子吸附型稀土矿的勘探开发，近年来，在赣南葛藤嘴地区新发现了以浅变质岩为母岩的风化壳离子吸附型稀土矿，这一发现进一步丰富了该类矿床的成矿母岩类型，拓展了离子吸附型稀土矿床的找矿空间2。赣南葛藤嘴地区浅变质岩离子吸附型稀土矿床的成矿母岩为青白口系的浅变质岩系地层，矿区地层主要为神山组和库里组，岩石类型有变质砂岩、变质沉凝灰岩、变质凝灰岩、千枚岩及片岩类等2 3。前人对该地区浅变质岩型稀土矿已开展了一定的研究，赵芝等4 对该矿床的地质特征、浅变质岩岩石类型等特征进行了分析，探讨了矿床成因和成矿模式;王臻等5 对赣南浅变质岩岩石学与地球化学特征进行分析，并探讨了不同岩石类型的稀土成矿潜力;赵芝等6 对浅变质岩的矿化特征进行了研究，分析了浅变质岩中的矿物组成，并认为新奇钙铈矿是矿体中离子吸附型稀土的主要来源。周雪桂等7 对赣南地区新元古代青白口纪浅变质岩稀土矿点的浅变质岩和风化壳进行了研究，认为稀土元素富集程度主要受控于原岩稀土元素丰度和风化指数 CIA。王臻等8 对赣南新元古代不同类型变质岩进行了研究，探讨了不同浅变质岩中稀土矿物组成及成因、稀土元素来源以及稀土成矿潜力等。Huang 等9 对宁都浅变质岩稀土矿床的成矿母岩与风化壳剖面进行了研究，认为热液作用可能是变质岩中稀土元素的主要来源，是变质岩风化成矿的关键，低渗透性导致稀土矿体主要分布于全风化层的中上部。从以上研究可以发现，尽管前人做了一定的研究，但对于该类型的稀土矿研究程度仍较低，特别是对风化壳剖面的元素迁移特征研究不够深入。因此，本研究选择了葛腾嘴矿床中库里组变质沉凝灰岩风化壳剖面，对其原岩和风化壳剖面全风化层样品开展系统的元素地球化学特征研究，探讨稀土原岩与风化壳剖面中元素组成及其迁移特征，进而分析稀土元素的富集规律，为风化壳离子吸附型稀土矿床的成矿作用研究与找矿勘探提供参考。1区域地质背景葛滕嘴矿区大地构造位置处于南岭东西复杂构造带东段北侧，与武夷、戴云新华夏系隆起褶皱带西缘交接复合地区10。该区褶皱基底由新元古代青白口纪的一套成层有序的浅变质岩系构成，为一套海底火山 沉积建造。寒武纪地层为一套韵律式复理石砂板岩建造，分布于矿区南部。加里东期的鹅婆岩体和会同岩体侵入基底形成巨大岩基，分布在矿区的北西侧和北东侧，燕山运动形成大量中生代断陷盆地，沉积了一套红色内陆湖泊相建造。白垩系地层与下伏地层呈角度不整合接触，主要分布于矿区的西北、北、东部区域。本区构造运动强烈，岩浆活动频繁，蕴藏着极其丰富的钨、锡、铌、钽、铀及稀土等矿产资源(图 1)。1 白垩纪河口组;2 石炭纪梓山组;3 寒武纪牛角河组;4 震旦纪老虎塘组;5 震旦纪坝里组;6 青白口纪库里组;7 青白口纪神山组;8 燕山晚期花岗斑岩;9 湖坊岩体;10 王英岩体;11 鹅婆岩体;12 会同岩体;13 付坊岩体;14 葛藤嘴矿区范围;15 断层;16 不整合界线;17 稀土民采点图 1葛藤嘴矿区地质图2矿床地质特征葛藤嘴矿床位于江西省宁都县，区内以山间盆地和丘陵为主，地形起伏平缓，相对切深小于150 m。剥蚀不强烈，风化壳具面型分布，主要分布在平缓的山顶和山坡，厚度 1 4 20 3 m，平均厚度 9 5 m。风化壳剖面从上到下依次为表土层、全风化层、半风化层和基岩3。区内地层主要有青白口系神山组和库里组，南华系上施组、沙坝黄组和洪山组，震旦系坝里组821江西科学2023 年第 41 卷和寒武系，其中青白口系神山组和库里组的浅变质岩为最主要成矿母岩3，6。神山组(Pt3s)主要分布在矿区北部，其走向呈东西向带状展布，并且与上覆的库里组平行不整合接触。主要岩石类型为千枚岩，并含有少量片岩。库里组(Pt3k)主要分布在矿区南部，走向与神山组一致，与上覆中生代地层呈角不整合接触，岩石类型以变质沉凝灰岩为主，并含有少量变质砂岩。矿区的断层较为发育，其走向主要由北东向、北西向和近东西向组成，其中北东方向和北西方向的断层控制着赋矿地层的展布，延展较长。矿区经历新元古代 新生代多期构造 岩浆事件7，岩浆岩活动频繁，地质构造极其复杂。矿区内主要出露有加里东期花岗岩、侏罗系花岗岩和侏罗系石英闪长岩，其中加里东期花岗岩位于矿区的西北部，大面积出露，呈面状展布，侏罗系花岗岩和侏罗系石英闪长岩仅有小面积出露于矿区的北部。矿体主要分布于矿区中部库里组的风化壳中，矿体平面多为阔叶、椭圆形或馒头状，剖面随地形起伏分层，厚度变化如图 2 所示3。山顶矿体较厚，山脊次之，山坡和坡脚矿体较薄。矿体沿地层走向连续形成，一般长 1 000 3 000 m，宽500 2 000 m，厚 1 1 8 0 m，平均厚 5 66 m。根据资源估算涉及的 231 个项目的统计，发现矿体埋深 0 5 m 的项目有 79 个(占 34 2%);矿体埋深 5 10 m 的项目有 86 个(占 37 2%);矿体埋深 10 15 m 的项目有 53 个(占 22 9%);埋深15 m 以上的项目有 16 个(占 6 9%)，表明该区大多数矿体存在于 15 m 的浅层全风化层中。231个含矿工程中有 123 个已暴露于地表，表明该地区剥蚀较强，矿体多为剥蚀变薄。单工程样品的稀土浸出相品位为 0 035%0 139%，平均品位为 0 07%3。1 第四系;2 绢云千枚岩;3 粉砂质千枚岩;4 变质沉凝灰岩;5 全风化层;6 稀土矿体;7 半风化层;8 神山组一段;9 神山组二段;10 库里组一段;11 产状图 2葛藤嘴地区浅变质岩离子吸附型稀土矿床矿体剖面示意图3样品与分析测试方法原岩样品采自葛藤嘴矿区库里组变质沉凝灰岩(ZK 01、YW7 1、YW7 2)3 个样品，及其风化壳剖面全风化层(GTZ 01 12)12 个样品，对这些样品开展了元素地球化学分析。元素地球化学分析在中国澳实分析检测(广州)有限公司进行。其中主量元素采用 X 射线荧光光谱(XF)测定，将样品研磨至 200 目烘干，在1 000 炉中灼烧2 h，取出待冷却后再称取重