风化壳型稀土矿床中稀土元素的活化与迁移

稀土元素(REE)广泛应用于新能源、国防军工等高科技产业中,是一类战略性关键矿产资源。风化壳型稀土矿床是中国最具竞争优势的稀土资源,其供应了全球90%以上的重稀土。阐明这类稀土矿床的成矿机制,可为寻找和高效开采利用该类稀土资源提供理论支持。文章以稀土元素的活化和迁移这两个关键过程为切入点,总结近年来取得的最新研究成果,并对未来的研究方向提出展望。该类矿床主要发育于富稀土花岗岩类的风化壳中,其中稀土配分模式主要受基岩控制。花岗岩类风化壳的形成以化学风化和生物风化作用为主。长石、云母和角闪石等主要造岩矿物风化形成的黏土矿物和铁锰氧化物是该类矿床中离子态稀土的主要赋存载体。而离子态稀土则来源于基岩中易风化和中等抗风化(含)稀土副矿物的风化和分解。此外,微生物分泌的有机酸等代谢产物可以促进难风化的独居石和磷钇矿等副矿物的风化和分解,加速稀土元素活化-迁移。与此同时,微生物作用还会导致轻稀土和重稀土的显著分异,其中革兰氏阳性细菌对重稀土的选择性显著高于轻稀土。在风化淋积过程中,稀土元素的络合离子可能是风化壳中稀土迁移的主要形式,主要受pH值、次生矿物形成和络合环境影响。值得注意的是,除了F^(-)和CO_(3)^(2-)等无机配体,有机质也可以直接与稀土离子络合或螯合,充当有机配体促进稀土的运移。因此,风化壳型稀土矿床中稀土元素的活化和迁移机制主要受化学风化和生物风化过程控制,是无机和有机共同作用的结果,但其对该类矿床形成的贡献尚待定量评估。

稀土稳定同位素分析方法及在风化壳淋积型稀土矿研究中的应用展望

稀土元素因其特殊的化学性质和在地球科学研究中的重要价值而受到广泛关注。随着化学纯化方法的发展和质谱测定技术的提高,国内外对稀土稳定同位素体系开展了一系列探索。近年来,逐渐发展起来的稳定Ce和Nd同位素分析方法,为表生地质过程、氧化还原环境示踪以及生态环境演变等方面的研究提供了新的手段,也将为研究稀土矿提供直接证据。本文先系统介绍了稀土元素及其同位素体系的地球化学特征,总结稀土稳定同位素分析方法的发展历程与研究现状,并对其未来可能突破的方向进行评述。在此基础上,对稀土稳定同位素在风化壳淋积型稀土矿床研究中的应用前景进行了展望,指出稀土稳定同位素地球化学手段是深入了解风化壳淋积型稀土矿床形成过程与控矿机制的良好指标,其与稀土元素地球化学指标相结合有望在稀土矿化过程与机制方面取得新的认识。

风化壳型矿床划分地质块段的数理统计与图解分析——以云南省武定县梅子箐钛铁砂矿V1号矿体南矿段为例

风化壳型矿床的资源储量,大多采用水平投影地质块段法进行估算,目前划分地质块段的原则与方法尚不统一。以云南省武定县梅子箐风化壳型钛铁砂矿V_(1)号矿体由78个钻孔控制的南矿段为研究实例,对划分地质块段的主要参数——矿体铅直厚度(m)、钛铁矿含量(kg/m^(3))、金红石含量(kg/m^(3))进行数理统计与图解分析,提出划分地质块段的方法。具体方法是:(1)以勘查网中地理位置相邻的3个或4个探矿工程围成的区域,作为划分地质块段的基本区块;(2)对单工程、基本区块的主要参数进行统计与计算,对基本区块的主要参数、关键参数进行图解分析;(3)将地理位置相邻、关键参数类型相同的基本区块进行归并,得出合理的地质块段划分方案。该方法能够合理地控制地质块段数量,优化地质块段划分方案,科学合理、简单易行,可在风化壳型钛铁砂矿和其他风化壳型矿床中推广使用。

川西冕宁-德昌REE矿带风化型矿床的矿石类型及成因

川西冕宁-德昌REE矿带中的风化型矿石研究相对缺乏.根据近几年的野外地质调查,采用电子探针、X光粉晶衍射、全岩分析等对大陆槽、牦牛坪和木落寨矿床中疑似风化矿的样品进行类型和成因分析.结果表明:大陆槽风化型矿石中大量粘土矿物(达40%)和矿石矿物(达60%)发育,风化程度高;相反,牦牛坪和木落寨疑似风化型矿石中几乎没有粘土矿物,风化程度低.通过对牦牛坪和木落寨疑似风化型矿石进行地球化学特征、矿物组成分析并与围岩、矿脉的组成和产状对比,表明疑似风化型矿石主要是由矿脉和围岩在强烈的构造作用下发生机械风化形成.频繁的角砾构造使大陆槽矿石发生强烈的机械风化作用,并加速了矿石发生一定的水岩反应,促进矿石发生中等强度的化学风化作用.目前整个矿带中未发现明显的生物风化作用.整个稀土矿带的风化型矿石比南岭离子吸附型稀土矿石的风化程度低,形成时间较晚(11Ma),氟碳铈矿大量保存,还没有形成离子吸附型矿床.

武夷-云开造山带早古生代镁铁-超镁铁质岩富钪风化壳的首次发现及其意义

本文首次报道华南古生代武夷-云开造山带东南缘的兰排镁铁-超镁铁质岩体富钪(Sc)风化壳,初步计算获得区域内钪的潜在资源为524~566 t,为一潜在大型风化壳型钪矿。兰排岩体呈小型岩株侵入到永和闪长质岩体内,主要由橄榄岩、辉石岩和辉长岩组成,辉石岩锆石^(206)Pb/^(238)U年龄为(428.3±2.0)Ma(MSWD=0.92)。镁铁-超镁铁质岩全岩w(TFe_(2)O_(3))为12.1%~18.7%,其中辉石岩钪含量为44×10^(–6)~97×10^(–6),总体高于橄榄岩(20×10^(–6)~89×10^(–6))和辉长岩(28×10^(–6)~48×10^(–6))。兰排这类富钪岩石组合与以往认为富钪的碳酸岩-碱性岩体和阿拉斯加型岩体都存在较大差异,可能代表了一种新的钪成矿母岩类型,推测碰撞后陆内伸展诱发富钪地幔源区熔融可能是富钪母岩浆形成的重要机制。镁铁-超镁铁质岩体上部发育完整的风化壳剖面,可分为全风化层和半风化层。全风化层的上部富集铁(氢)氧化物(磁铁矿、赤铁矿、针铁矿),而中下部以高岭石等黏土矿物为主。半风化层除了包含蒙脱石等黏土矿物,还包括铁钛氧化物及辉石等硅酸盐矿物或相关蚀变矿物。风化壳样品的Sc含量为21×10^(–6)~304×10^(–6),富集程度最高可达相应基岩的3倍以上。其中,钪含量最高的样品主要分布在铁氧化物最富集的全风化层上部,其钪含量多数超过100×10^(–6)。风化壳钪含量与红土化指数(IOL)呈明显的正相关性,表明红土化过程对风化壳钪的富集有显著影响。初步研究认为钪在风化壳红土化过程中经历了活化-迁移-沉淀的多阶段富集过程:1)风化早期钪以类质同象替换的形式赋存在蒙脱石等黏土矿物中;2)风化后期磁铁矿和蒙脱石溶解,钪赋存在以铁(氢)氧化物为主的矿物中,并达到最高程度的富集(Sc>100×10^(–6));3)风化晚期铁(氢)氧化物溶解,一部分钪向下迁移到特定层位。兰排镁铁-超镁铁质岩体富钪风化壳的发现弥补了我国高品位风化壳型钪矿床的空白,丰富了成矿母岩的类型,为华南早古生代成矿作用的理论研究和战略性矿产的找矿勘查提供了一个新的方向。

风化矿床基本分析样采样长度确定的数理统计法——以滇中地区梅子箐风化壳型钛铁矿为例

为确定风化矿床在详查、勘探阶段基本分析样的采样长度,对云南省武定县梅子箐风化壳型钛铁矿2个代表性较好的钻孔进行了数理统计。在采样基本长度为1.0m的基础上,换算出样品基本长度为1.5m、2.0m的化学分析结果。据此在单工程中进行了矿体圈定、低品位矿与工业矿划分、各矿层的低品位矿与工业矿的厚度与平均品位的计算。

福建沙县琅口巨斑状花岗岩风化型钾长石矿床地质特征及成因

沙县琅口钾长石矿是近年来福建省发现的巨斑状中粗粒角闪黑云二长花岗岩风化型钾长石矿床。矿体赋存于巨斑状中粗粒角闪黑云二长花岗岩弱风化带中。通过野外工作,总结钾长石矿床的赋存规律和空间分布,并对矿区地质特征、成矿作用及成因等进行了探讨。

李四光地质科学奖获奖者研究成果专辑(第三辑)

本期为李四光地质科学奖获奖者研究成果专辑(第三辑),共刊登了8篇论文,其中6篇是关于稀土、金、油气资源研究与勘查成果和相关基础地质研究成果;另外2篇是关于重要经济区带区域稳定性以及高山峡谷区重大滑坡灾害问题。何宏平等的《风化壳型稀土矿床中稀土元素的活化与迁移》,以稀土元素的活化和迁移这两个关键过程为切入点,总结近年来取得的最新研究成果,并对未来的研究方向提出展望,以加深对风化壳型稀土矿床形成机制的认识和理解。文章明确指出,风化壳型稀土矿床中稀土元素的活化和迁移机制主要受化学风化和生物风化过程控制,是无机和有机共同作用的结果,但其对该类矿床形成的贡献尚待定量评估。

云南富宁县牛场钛铁砂矿矿床成因及富集规律

富宁地区里达断裂东侧出露大量的中三叠世印支期第一期第四亚期侵入的辉长辉绿岩体,经过漫长的风化、水解作用,岩体岩石结构构造遭受破坏,钛铁矿、钛磁铁矿、金红石等矿石矿物从原岩中彻底解离,从而形成了易开采利用的辉长辉绿岩风化壳型钛铁矿(砂)矿床。

潮州市高岭土矿床成矿特征及找矿远景初探

潮州市辖区内上侏罗统火山岩地层广布,有很好的找矿远景,通过对该套地层和外生成矿作用的研究,对寻找高岭土矿床有很好的指导意义。

云南临沧岔河稀土矿床矿物学和微量元素地球化学特征

岔河矿床位于临沧岩体(临沧花岗岩体)中段临沧城附近,是近年新发现的风化壳型稀土矿床。对岔河稀土矿床ZK11-50、ZK01-36和ZK01-60三个钻孔中风化壳样品进行矿物学、微量和稀土元素地球化学研究表明:(1)黏土层、全风化层和半风化层样品中主要矿物有黏土矿物、石英、长石、云母、以及少量赤铁矿和锆石等,随着风化程度增加,黏土矿物含量增多,云母和长石类矿物含量减少,石英含量变化不明显;(2)全部样品中稀土矿物主要有独居石、硅铈石、方铈石、锰铈矿和磷铝镧矿等,且稀土矿物多分布在黏土矿物集合体内或石英、长石和云母间隙中;(3)从风化壳底部向上,Rb、Ba和Sr逐渐亏损,而Ga和Y在全风化层中下部强烈富集,稀土元素总量(ΣREE)呈现中间富、上下贫的分布规律;(4)大部分样品具Eu负异常(δEu=0.35~0.80,除3个样品δEu=1.02~1.17),黏土层和部分全风化层样品具Ce正异常(δCe=1.02~2.91),大部分全风化层和半风化层样品以负Ce异常为主(δCe=0.17~0.99,除3个样品δCe=1.05~1.41),表明Eu异常主要受原岩控制,少量Eu弱正异常可能与局部富斜长石有关,而Ce异常主要与导致氧化还原环境变化的潜水面波动有关。综上,临沧岔河稀土矿床的形成主要受到外生风化作用的制约,风化作用导致了REE在风化壳中间部位(全风化层中下部和半风化层上部)富集。

云南安宁白泥山磷矿成因类型与成矿模式

白泥山磷矿属于独立风化矿床。磷矿体呈似层状面形赋存于第四系残坡积层的混杂层中,与原生下寒武统海相沉积型磷块岩矿床有着密切关系,但又相对独立,属于具有残坡积和淋滤次生双重特点的风化淋滤残积型矿床。在阐述地质背景和矿床地质特征的基础上,分析了矿床的成因类型、形成条件、成矿过程、成矿作用及机理,初步建立了该类型矿床的成矿模式。

乌干达苏库卢磷铁铌稀土矿矿床开采技术条件浅析

苏库卢磷铁铌稀土矿是一个大型风化壳型的磷铁铌稀土矿,矿体呈面状分布;矿床地处水文地质单元的径排区,其水文地质条件简单;矿床工程地质条件中等,矿区环境地质质量中等,该矿床开采技术条件属于工程地质及环境地质复合的中等类型。

湖北省竹山县观山寺绿松石矿床成因及控矿因素

观山寺绿松石矿床是竹山县具有代表性的绿松石矿床之一,近年来显示良好的找矿潜力,但其地质特征、控矿因素、矿床成因及成矿规律并不明晰,对矿床后续的勘查工作形成了严重阻碍。为此,本文在收集前人资料的基础上,进行了全面的野外地质调查工作和系统的勘查工程布置,并结合必要的室内分析手段,查明了观山寺绿松石矿床的基本特征:含矿岩系为一套含碳的泥质板岩、硅质板岩的岩石组合;矿区北东部寒武系庄子沟组地层中密集发育并与褶皱轴平行的扇形节理和裂隙是绿松石良好的导矿和容矿构造;绿松石矿体的形态为透镜状、脉状、葡萄状和板状,其中以透镜状为主,多顺层产出,常发育于含矿层的层间挤压破碎带中,在空间上呈单体或首尾相接的串珠状、藕节状成群出现。矿石构造主要为结核状、鲕状、镶嵌状,其次为脉状、板状以及薄膜状。本文初步认为观山寺矿床的成因类型为风化淋滤型,其中物质组分来源、构造条件、氧化还原环境、自然地理4个方面的因素控制了矿床的形成,并在此基础上提出了具体的找矿标志,以期对该矿区进一步的找矿工作和类似矿床的勘查部署提供指导和帮助。

风化壳型稀土和钪矿床成矿过程的研究进展和展望

稀土和钪是世界各国竞相争夺的战略矿产资源.世界上90%以上的重稀土来自中国南方及邻区的风化壳型稀土矿床,而全球各地也有越来越多风化壳型钪矿床被发现,提供了潜在可用的钪资源.因此,风化壳型矿床的特点和成矿过程亟需更多的研究以助于圈定有利的地质地貌环境,开展稀土和钪的勘查找矿工作.前人研究表明,风化壳型稀土和钪矿床分别主要源于长英质岩浆岩和基性-超基性岩的风化,矿体成分对母岩有很强的继承性,暗示成矿母岩在成岩过程中已经发生稀土和钪的预富集作用.风化过程中,稀土和钪分别主要吸附在黏土矿物和铁氢氧化物中.这些元素的活化-迁移与地下水的活动和它们在次生矿物中的吸附和解吸密切相关,并最终导致这些元素富集成矿.表生地质过程对风化壳型矿床的成矿和保存有重要的制约,强弱侵蚀间歇交替对厚大矿体的发展有利,而风化作用与剥蚀作用之间存在的某种平衡亦可能对这类矿床的形成有重要影响.未来仍需更多研究关注成矿母岩中元素的预富集机制、矿体形成及保存有利的表生条件、元素赋存状态等问题.此外,可见-近红外光谱技术在找矿上的应用也是未来有关研究的一个重要方向.

赣南小坑超大型高岭土矿床原岩时代及源区:锆石及独居石U⁃Pb年代学及Hf同位素制约

华南是我国风化型高岭土矿床的重要分布区,但鲜有三叠纪岩浆岩形成的风化型高岭土矿床的报道.小坑高岭土矿床是赣南地区新近发现的超大型风化型高岭土矿床,远景资源量超30 Mt.本文以该矿床为研究对象,开展了高岭土矿LA-ICPMS锆石和独居石U-Pb定年及Hf同位素研究,精确限定其原岩形成时代和岩浆源区.锆石U-Pb法厘定该矿床成矿原岩年龄为231~230 Ma.独居石为岩浆成因,其U-Pb年龄为230±1 Ma.晚三叠世锆石ε_(Hf)(t)=‒19.9~‒1.2,二阶段Hf模式年龄T_(DM2)=2228~1198 Ma.Hf同位素及1018~987 Ma的继承锆石表明小坑矿床成矿原岩来源于中‒新元古代基底物质的熔融,且有部分幔源物质加入.小坑高岭土矿床的发现表明华南地区晚三叠世含电气石白云母(二云母)花岗岩可形成优质高岭土,拓展了高岭土矿找矿方向.

南岭稀土花岗岩、钨锡花岗岩及其成矿作用的对比

南岭地区的钨锡和稀土矿床都与花岗岩类有直接成因联系,但二者的成矿作用有许多不同之处。钨锡是典型的热液成矿,而稀土则主要形成于风化作用。随着花岗岩类的分异演化,岩石中的W、Sn等元素含量逐渐增加,因此钨锡等矿床主要与高度分异演化的晚阶段小岩体有关;但是稀土的表现与钨锡不同,由于花岗岩类的分异演化导致稀土载体黑云母及许多副矿物的减少,因此稀土元素含量在晚阶段岩体中反而降低。赣南的五里亭-大吉山岩体、桂东北的花山-姑婆山岩体等提供了很好的范例。因此,南岭地区与风化壳型稀土矿床有关的岩石主要有:印支期准铝质花岗岩,燕山期A型花岗岩,燕山中-晚期黑云母二长花岗岩等。

鄂北三合店钾长石矿地质特征及开发应用前景

鄂北三合店钾长石矿属一中一大型斑状花岗岩风化型矿床,该矿床具有资源储量大,质量好,裸露于地表,易于开采与加工等特点。矿石可选性好,选矿工艺流程简单,钾长石回收率高。矿石中有害成份为Fe_2O_3,在通过洗矿和高强度的电磁分离后,Fe_2O_3,的含量可以降低到0.20%以下。目前该矿广泛应用于玻璃、陶瓷、冶金、化工等领域,其加工后的产品市场畅销,开发应用前景广阔,实为省内不可多得的矿产资源。

黔西上二叠统宣威组下段超常富集稀土元素的沉积环境分析

目前世界上稀土矿床类型主要包括中国内蒙古白云鄂博型稀土矿床、花岗岩型风化壳离子吸附型稀土矿床、以及最新研究发现的深海远洋粘土沉积型稀土矿床。然而贵州西部毕节地区上二叠统宣威组下段高岭石质硬质粘土岩系超常富集稀土的成矿特征研究却并未引起人们的足够重视。

唐县马家峪瓷土矿地质特征及成因浅析

河北唐县马家峪瓷土矿区域地质成矿条件良好,赋存层位为碳酸盐系地层、次级断裂发育的控矿构造、矿体规模较大及矿体产状随接触带变化而变化的矿体地质特征;从一般瓷土矿与瓷土配料不同矿石品级及工业类型详细阐述了该矿床地质特征;该矿床属于风化残积型矿床,简析了瓷土矿床的形成过程主要与成矿原岩、构造、岩相古地理、介质条件、温度、压力等因素有关,该矿床研究价值前景广阔。