王學(xué)求, 周 建, 張必敏, 劉東盛, 徐善法, 王 瑋, 王 強(qiáng), 喬 宇,謝明君, 劉福田, 遲清華, 劉昱恒, 胡慶海, 嚴(yán)桃桃, 李瑞紅, 田 密,吳 慧, 劉漢糧, 柳青青

自然資源部地球化學(xué)探測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所, 河北廊坊 065000;聯(lián)合國(guó)教科文組織全球尺度地球化學(xué)國(guó)際研究中心, 河北廊坊 065000

稀土(REE)是我國(guó), 也是國(guó)際上公認(rèn)的戰(zhàn)略資源或關(guān)鍵資源(European Commission, 2014; U. S.Geological Survey, 2017), 尤其近年新能源和高科技產(chǎn)品對(duì)重稀土(HREE)需求的顯著增長(zhǎng), 保障重稀土資源需求具有更為重要的戰(zhàn)略意義。重稀土主要來(lái)源于風(fēng)化殼離子吸附型稀土礦床, 資源儲(chǔ)量占全球總儲(chǔ)量的80%以上(池汝安和劉雪梅, 2019)。該類型稀土礦床主要分布于我國(guó)華南地區(qū), 很多學(xué)者對(duì)其礦床特征和成因進(jìn)行了大量研究(王登紅等,2013; Li et al., 2019; 李余華等, 2019; 毛景文等,2019; 王登紅, 2019; 陸蕾等, 2020; 周美夫等, 2020;明添學(xué)等, 2021)。王學(xué)求等(2020)從全國(guó)地球化學(xué)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)得出巖石和土壤(風(fēng)化物)輕重稀土比值均為3.5, 即地殼中輕稀土(LREE)豐度是重稀土的3.5倍。表明重稀土相對(duì)輕稀土而言, 更為稀少。如何快速有效地發(fā)現(xiàn)異常, 并判斷富含重稀土礦床的找礦靶區(qū)是勘查地球化學(xué)急需解決的問(wèn)題。20世紀(jì)70年代末期開(kāi)始的“區(qū)域化探全國(guó)掃面計(jì)劃”分析了39個(gè)元素, 僅包含鑭和釔兩個(gè)稀土元素(謝學(xué)錦,1978), 限于當(dāng)時(shí)稀土元素測(cè)試技術(shù)落后, 給出的稀土異常信息價(jià)值有限。2008年開(kāi)始實(shí)施的“全國(guó)地球化學(xué)基準(zhǔn)計(jì)劃”分析了81個(gè)指標(biāo)(王學(xué)求等, 2011,2016; 王學(xué)求, 2012; Wang, 2015; Wang et al., 2020),使用 ICP-MS分析了全部 16個(gè)稀土元素(張勤等,2012), 獲得全國(guó)高質(zhì)量稀土元素?cái)?shù)據(jù), 在全國(guó)共圈定稀土異常 35處, 新發(fā)現(xiàn)稀土超常富集區(qū) 9處(王學(xué)求等, 2020)。其中在云南紅河州的中越邊界地區(qū)圈定的稀土異常, 輕重稀土比值(LREE/HREE)與華南稀土異常 LREE/HREE最為接近, 因此選擇該區(qū)開(kāi)展 1:25萬(wàn)、1:5萬(wàn)和風(fēng)化剖面地球化學(xué)勘查, 并經(jīng)鉆探驗(yàn)證在馬鞍底發(fā)現(xiàn)潛在超大型離子吸附型稀土礦。本文對(duì)這一發(fā)現(xiàn)過(guò)程、使用的方法技術(shù)和鉆探驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行介紹, 并對(duì)發(fā)現(xiàn)的意義進(jìn)行簡(jiǎn)要討論。后續(xù)文章將對(duì)方法技術(shù)和礦體特征進(jìn)行專門闡述。

1 發(fā)現(xiàn)歷程與方法技術(shù)

1.1 云南紅河州稀土元素超常富集區(qū)的發(fā)現(xiàn)

2008—2014年, 深部探測(cè)與實(shí)驗(yàn)專項(xiàng)(董樹文和李廷棟, 2009)的“中國(guó)地球化學(xué)基準(zhǔn)與綜合研究”項(xiàng)目(簡(jiǎn)稱 CGB 計(jì)劃)(王學(xué)求, 2012; 王學(xué)求等,2011, 2016; Wang, 2015)利用匯水域沉積物采樣, 獲得全國(guó)81個(gè)指標(biāo)(含76個(gè)化學(xué)元素)地球化學(xué)基準(zhǔn)值。2016年開(kāi)始實(shí)施的“化學(xué)地球”大科學(xué)計(jì)劃(Wang et al., 2020), 對(duì)地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析,采用累積頻率 85%做異常下限, 在全國(guó)共圈定稀土元素地球化學(xué)異常區(qū)35處(王學(xué)求等, 2020)。異?？傮w特點(diǎn)是南高北低, 連片大規(guī)模異常主要分布于華南造山帶、松潘—甘孜造山帶和岡底斯—三江造山帶, 北方除白云鄂博以外, 其它異常相對(duì)較弱。26個(gè)異常與已知稀土礦或稀土成礦帶相吻合, 已知大型以上稀土礦都存在累積頻率大于95%的強(qiáng)異常富集中心。異常含量值一般是地殼豐度2倍以上(富集系數(shù)大于 2), 異常規(guī)模達(dá)到地球化學(xué)省以上(一般面積大于 1000 km2), 把這種具有強(qiáng)富集中心的多層套合結(jié)構(gòu)地球化學(xué)異常稱作超常富集區(qū)。新發(fā)現(xiàn)超常富集區(qū)9處(王學(xué)求等, 2020)。云南紅河稀土超常富集區(qū), 在累計(jì)頻率 95%圈定的濃集中心范圍內(nèi), 稀土總量平均值 353 μg/g, 是全國(guó)背景(173 μg/g)的 2 倍; 輕稀土平均值 257 μg/g, 是全國(guó)背景(134 μg/g)的 1.9 倍; 重稀土平均值 65 μg/g, 是全國(guó)背景(37 μg/g)的1.8倍。這是在滇南首次發(fā)現(xiàn)稀土超常富集區(qū), 在以往的文獻(xiàn)中均未見(jiàn)報(bào)道(袁忠信和白鴿, 2001; 袁忠信等, 2012; 陳毓川等, 2015;Xie, 2016; 李童斐等, 2018; 明添學(xué)等, 2021)。

根據(jù)全國(guó)已知典型輕稀土礦地球化學(xué)異常輕、重稀土含量和比值研究, 得出水系沉積物或風(fēng)化物土壤中輕稀土礦 LREE/HREE＞5, 如內(nèi)蒙古白云鄂博和四川牦牛坪碳酸巖-堿性巖超大型輕稀土礦異常LREE/HREE比值分別為5.8和6.7, 而華南富含重稀土的離子吸附型稀土礦LREE/HREE為3.5。新發(fā)現(xiàn)的云南紅河異常LREE/HREE比值為3.2, 與華南異常輕重稀土比值一致, 這一特點(diǎn)非常有利于尋找富含重稀土的離子吸附型稀土礦。在越南一側(cè)已經(jīng)發(fā)現(xiàn) Dong Pao離子吸附型稀土礦(Chau et al.,2017)。該稀土異常富集區(qū)位于華南造山帶、松潘甘孜造山帶和揚(yáng)子克拉通交界區(qū)(圖1), 燕山期、印支期正長(zhǎng)花崗巖和元古界哀牢山群花崗質(zhì)片麻巖沿紅河、中越邊境地區(qū)廣泛出露, 氣候溫暖潮濕, 生物作用強(qiáng)烈, 發(fā)育厚達(dá)20余m風(fēng)化殼, 且異常重稀土比例較高, 接近江西足洞和廣西陸川富含重稀土礦異常輕重稀土比值 3.5, 初步判斷具有尋找富含重稀土離子吸附型稀土礦潛力。

圖1 全國(guó)稀土超常富集區(qū)與新發(fā)現(xiàn)云南紅河州稀土礦位置Fig. 1 Geochemical provinces of super-enriched REEs in China and location of new finding of HREE-enriched deposits at the study area of Honghe, Yunnan, China

1.2 1:25萬(wàn)地球化學(xué)調(diào)查

基于上述研究結(jié)果, 2019年在地質(zhì)調(diào)查計(jì)劃支持下, 實(shí)施“化學(xué)地球”大科學(xué)計(jì)劃, 開(kāi)展“一帶一路”關(guān)鍵資源地球化學(xué)調(diào)查, 選擇云南紅河州中越毗鄰區(qū)的異常核心區(qū)約6000 km2, 開(kāi)展1:25萬(wàn)稀土資源地球化學(xué)調(diào)查, 采樣密度為1個(gè)樣/4 km2。

在調(diào)查區(qū)范圍內(nèi)共圈定 13處稀土異常。結(jié)合成礦母巖分布、地形地貌特點(diǎn)和風(fēng)化殼發(fā)育程度,初步判斷紅河I號(hào)、紅河II號(hào)、紅河III號(hào)、紅河IV號(hào)、紅河 V號(hào)異常最有可能形成離子吸附型稀土礦(圖2)。表1給出了異常的各種地球化學(xué)參數(shù)。限于篇幅僅對(duì)紅河I號(hào)異常進(jìn)行描述。紅河I號(hào)異常位于馬鞍底鄉(xiāng), 向南延伸至中-越邊境, 呈未封閉狀態(tài)。異常區(qū)內(nèi) 34件樣品 TREE含量平均值為585 μg/g, 最高值單點(diǎn)達(dá)到 1523 μg/g; LREE平均474 μg/g, 最高值 1438 μg/g; HREE 平均 111 μg/g,最高值345 μg/g。輕重稀土平均值之比4.27。異常區(qū)內(nèi)還伴生強(qiáng)烈的Zr、Nb、Ta等異常。

圖2 云南省紅河州1:25萬(wàn)稀土地球化學(xué)圖及主要異常編號(hào)Fig. 2 REE geochemical map with anomalies delineated by 1:250 000 geochemical survey at Honghe, Yunnan

表1 紅河工區(qū)1:25萬(wàn)地球化學(xué)調(diào)查稀土元素異常參數(shù)統(tǒng)計(jì)表(μg/g)Table 1 Statistical parameters of REE geochemical anomalies delineated by 1:250 000 geochemical survey at Honghe, Yunnan

該異常位于華南板塊與印支板塊之間的哀牢山—紅河斷裂南段, 沿紅河斷裂兩側(cè)分布, 可一直延伸到越南境內(nèi)。異常區(qū)內(nèi)巖性主要有印支期和燕山期正長(zhǎng)花崗巖, 元古界哀牢山群斜長(zhǎng)片麻巖、變粒巖、二云片巖、黑云片巖、云母石英片巖等, 沿?cái)嗔褞∶娣e分布的二輝橄欖巖(圖3)。稀土核心區(qū)異常分布與印支期正長(zhǎng)花崗巖和元古界哀牢山群花崗質(zhì)鉀長(zhǎng)片麻巖、變粒巖密切相關(guān)。

圖3 工作區(qū)地質(zhì)圖與礦區(qū)位置Fig. 3 Geological map with geochemical anomalies at Honghe, Yunnan

1.3 1:5萬(wàn)地球化學(xué)調(diào)查

2020年, 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“穿透性地球化學(xué)勘查技術(shù)”項(xiàng)目資助下, 針對(duì)紅河Ⅰ號(hào)異常、紅河II號(hào)異常和紅河III號(hào)異常開(kāi)展1:5萬(wàn)稀土元素地球化學(xué)調(diào)查。按照500 m×500 m網(wǎng)格布置采樣點(diǎn)位,局部交通困難地區(qū)適當(dāng)放稀。

圖4是紅河I號(hào)馬鞍底異常的1:5萬(wàn)稀土總量地球化學(xué)點(diǎn)位圖。異常區(qū)共采集細(xì)粒級(jí)水系沉積物樣品654件, 稀土總量為55.2～6525 μg/g, 平均值421 μg/g。輕稀土含量范圍 47.8～6412 μg/g, 平均值349 μg/g; 重稀土含量范圍 7.2～302 μg/g, 平均值71.8。輕重稀土比為4.8。細(xì)粒級(jí)水系沉積物樣品稀土總量大于 450 μg/g的邊界品位有 213個(gè), 大于1000 μg/g的有21個(gè), 富集輕稀土和重稀土。

圖4 紅河州紅河I號(hào)馬鞍底異常1:5萬(wàn)地球化學(xué)測(cè)量Fig. 4 REE geochemical data dot map by 1:50 000 geochemical survey at Maandi, Honghe, Yunnan

2 風(fēng)化殼剖面測(cè)量與鉆探驗(yàn)證

2.1 風(fēng)化殼剖面異常查證

針對(duì)離子吸附型稀土礦位于基巖上方風(fēng)化殼中的特點(diǎn), 首先利用河流切割和地形落差出露的風(fēng)化殼剖面進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)量。風(fēng)化殼離子吸附型稀土礦主要分布在全風(fēng)化層, 部分可向上延續(xù)到黏土化層、向下延續(xù)到半風(fēng)化層, 地表腐殖層和部分黏土化層為淋失層, 分別按不同層位連續(xù)取樣(圖5)。對(duì)部分樣品, 利用野外快速分析方法初步判別礦化體(圖6), 全部樣品送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行稀土全量分析和浸出相分析。共采集風(fēng)化殼剖面 84個(gè), 樣品 377件,其中達(dá)到邊界品位剖面70個(gè)(表2)。

圖5 離子吸附型稀土礦風(fēng)化殼剖面采樣Fig. 5 Geochemical survey for ion-adsorption REE hosted in regolith profile

圖6 野外駐地快速分析判別離子吸附型稀土礦: 雪花狀沉淀(原照片)Fig. 6 Snowflake showing ion-adsorbed REE using field chemical analysis

表2 贛南鉆與自然風(fēng)化殼測(cè)量實(shí)物工作量Table 2 Work quantity of natural and drilling regolith profiles

2.2 鉆探取樣驗(yàn)證

贛南鉆是江西地礦局為離子吸附型稀土礦普查勘探發(fā)明的專用取樣鉆(圖7)。利用贛南鉆快速查明礦體、深度、產(chǎn)狀、規(guī)模、礦石質(zhì)量、品位變化及空間分布特征。贛南鉆按照山頂、山腰、山腳的地貌形態(tài)布置孔位, 鉆探深度揭穿全風(fēng)化層, 盡量達(dá)到礦體底板, 每1 m采集1件樣品。從上往下逐層采集腐殖層、黏土化層、全風(fēng)化層、半風(fēng)化層、基巖樣品(圖8)。樣品混勻后送實(shí)驗(yàn)室分析, 樣品重量1 kg。圖8是馬鞍底礦體GNZ4鉆孔巖芯稀土氧化物總量、離子相分布。從含量分布可以看出, 稀土氧化物總量按 0.05%邊界品位, 全孔含量均高于礦體邊界品位, 但利用浸出離子吸附相0.035%邊界品位, 從4 m以下達(dá)到邊界品位(圖8)。使用贛南鉆進(jìn)行鉆探驗(yàn)證孔共29個(gè), 其中28個(gè)孔達(dá)到邊界品位(表2)。

3 潛在資源量初步估算

潛在資源量的估算是依據(jù)28個(gè)鉆孔和70個(gè)風(fēng)化殼剖面揭示達(dá)到邊界品位的礦體進(jìn)行估算, 但勘探程度遠(yuǎn)未達(dá)到提交資源量工作程度, 因此本文使用潛在資源量這一表述。

根據(jù)稀土礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范(DZ/T 0204—2002)和風(fēng)化殼離子吸附型稀土礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范(DB 36/T 1158—2019), 輕稀土礦稀土氧化物(TRE2O3)最低邊界品位和工業(yè)品位分別為 0.05%和 0.08%,重稀土礦稀土氧化物(TRE2O3)最低邊界品位和工業(yè)品位分別為0.03%和0.06%。

潛在礦石量和資源量的估算:

離子吸附型稀土礦含礦層位是基巖上方風(fēng)化殼, 受成礦母巖和地形地貌控制, 因此礦體面積根據(jù)邊界品位、地形和母巖綜合圈定。平均品位和礦體厚度根據(jù)自然剖面和鉆探實(shí)際測(cè)量結(jié)果, 礦區(qū)內(nèi)風(fēng)化殼稀土總量高于邊界品位所有樣品的平均值。礦石密度按照0.5 m×0.5 m×0.5 m采集礦石樣, 稱重求得礦石密度為2.0 t/m3。浸出率是衡量風(fēng)化殼離子吸附型稀土礦床重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。按照國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“離子型稀土原礦化學(xué)分析方法離子相稀土總量的測(cè)定(XB/T 619—2015)”分析測(cè)定了平均浸出率。綜合考慮上述因素, 圈定了潛在馬鞍底超大型、賈沙大型和大寨中型稀土礦。

馬鞍底稀土礦位于云南省紅河州金平縣馬鞍底鄉(xiāng)—勐橋鄉(xiāng)一帶, 達(dá)到品位的自然剖面/贛南鉆數(shù)量為 62個(gè), 稀土氧化物總量(TRE2O3)平均品位0.14%。礦床類型以離子吸附型為主, 在局部地區(qū)發(fā)現(xiàn)砂礦, 砂礦稀土氧化物總量(TRE2O3)達(dá)2.6%。圈定的礦體面積為 24.37 km2, 估算的潛在礦石量為4.77億噸, 潛在稀土氧化物資源量為63.6萬(wàn)噸, 達(dá)到超大型規(guī)模。馬鞍底稀土礦主要由印支期正長(zhǎng)花崗巖和元古代哀牢山群花崗質(zhì)片麻巖和變粒巖風(fēng)化形成, 根據(jù)自然剖面和鉆探結(jié)果, 結(jié)合地形地貌綜合圈定礦體6處, 分別為1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)和6號(hào)礦體。

馬鞍底1號(hào)礦體: 由哀牢山群褐黃色含霓輝石花崗質(zhì)片麻巖、白色鉀長(zhǎng)變粒巖和灰白色二長(zhǎng)變粒巖風(fēng)化形成。遙感影像圖顯示, 稀土礦分布在盆山過(guò)渡帶的平緩丘陵區(qū), 有利于風(fēng)化殼稀土礦的保存。初步探明礦區(qū)出露面積 5.82 km2, 礦體厚度7.2～21 m, 平均厚度13.12 m, 12個(gè)贛南鉆/自然風(fēng)化剖面達(dá)到邊界品位。稀土氧化物 TRE2O3含量0.05%～0.33%, 平均為 0.12%。稀土離子相 SRE2O3含量0.035%～0.29%, 浸出率平均為52%。以富集輕稀土鑭、鈰、鐠、釹為主, 富集重稀土元素釓、鏑、釔, Y2O3離子相最高達(dá)到367 μg/g, Dy2O3離子相最高達(dá)到91.5 μg/g, Tb2O3離子相最高達(dá)到17.2 μg/g,Gd2O3離子相最高達(dá)到 113 μg/g。初步估算稀土氧化物資源量為19.08萬(wàn)噸, 達(dá)到大型規(guī)模(表3)。

表3 根據(jù)鉆孔和風(fēng)化殼剖面潛在資源量估算表Table 3 Estimated reserves of undiscovered deposits

馬鞍底2號(hào)礦體: 由哀牢山群白色鉀長(zhǎng)變粒巖風(fēng)化形成。遙感影像圖顯示, 稀土礦體分布在盆山過(guò)渡帶的平緩丘陵區(qū), 有利于風(fēng)化殼稀土礦的保存。初步探明礦區(qū)出露面積 2.55 km2, 礦體厚度2.5～14 m, 平均厚度9.38 m, 9個(gè)贛南鉆/自然風(fēng)化剖面達(dá)到邊界品位。礦體以離子吸附型為主, 在局部地區(qū)形成砂礦。離子吸附型稀土礦體稀土氧化物TRE2O3含量 0.05%～0.38%, 平均為0.15%。稀土離子相 SR2O3含量 0.035%～0.12%, 浸出率平均為34%。砂礦礦體稀土氧化物TR2O3含量最高為2.6%。以富集輕稀土鑭、鈰、鐠、釹為主, 局部地區(qū)富集重稀土釤、釓、鋱、鏑和釔。Y2O3離子相最高達(dá)到195 μg/g, Dy2O3離子相最高達(dá)到 39.4 μg/g, Gd2O3離子相最高達(dá)到44.6 μg/g。初步估算TRE2O3資源量為7.08萬(wàn)噸, 達(dá)到中型規(guī)模。

馬鞍底3號(hào)礦體: 由哀牢山群花崗質(zhì)片麻巖和印支期花崗巖風(fēng)化形成。遙感影像圖顯示, 稀土礦體分布在高山的斜坡地區(qū), 有利于風(fēng)化殼稀土礦的保存。初步探明礦區(qū)出露面積 1.34 km2, 礦體厚度3.7～10 m, 平均厚度6.38 m, 6個(gè)贛南鉆/自然風(fēng)化剖面達(dá)到邊界品位。稀土氧化物 TRE2O3含量0.05%～0.25%, 平均為 0.11%。稀土離子相 SRE2O3含量0.035%～0.15%, 浸出率平均為41%。以富集輕稀土鑭、鈰、鐠、釹為主, 局部地區(qū)富集重稀土釤、釓、鋱、鏑和釔。Y2O3離子相最高達(dá)到 154 μg/g,Dy2O3離子相最高達(dá)到32.2 μg/g, Gd2O3離子相最高達(dá)到55.4 μg/g。初步估算TRE2O3資源量為2.09萬(wàn)噸, 達(dá)到中型規(guī)模。

馬鞍底4號(hào)礦體: 由印支期灰色弱碎裂化正長(zhǎng)花崗巖風(fēng)化形成。遙感影像圖顯示, 稀土礦體分布在盆山過(guò)渡帶的平緩丘陵區(qū), 有利于風(fēng)化殼稀土礦的保存。初步探明礦區(qū)出露面積 5.12 km2, 礦體厚度4.4～13 m, 平均厚度9.68 m, 9個(gè)贛南鉆/自然風(fēng)化剖面達(dá)到邊界品位。稀土氧化物 TRE2O3含量0.05%～0.32%, 平均為 0.11%。稀土離子相 SRE2O3含量0.035%～0.24%, 浸出率平均為53%。以富集輕稀土鑭、鈰、鐠、釹為主, 富集重稀土釤、釓、鋱、鏑和釔。Y2O3離子相最高達(dá)到78 μg/g, Dy2O3離子相最高達(dá)到 40.1 μg/g, Gd2O3離子相最高達(dá)到73.8 μg/g。初步估算 TRE2O3資源量為 10.76萬(wàn)噸,達(dá)到大型規(guī)模。

馬鞍底5號(hào)礦體: 由哀牢山群灰白色含霓輝石鉀長(zhǎng)片麻巖和灰色黑云母片巖風(fēng)化形成。遙感影像圖顯示, 稀土礦體分布在盆山過(guò)渡帶的平緩丘陵區(qū),有利于風(fēng)化殼稀土礦的保存。初步探明礦區(qū)出露面積3.64 km2, 礦體厚度3～20 m, 平均厚度10.48 m,14個(gè)贛南鉆/自然風(fēng)化剖面達(dá)到邊界品位。礦體以離子吸附型為主, 在局部地區(qū)形成砂礦。離子吸附型稀土礦體稀土氧化物TRE2O3含量 0.05%～0.82%,平均為 0.21%。稀土離子相 SRE2O3含量0.035%～0.27%, 浸出率平均為41%。砂礦礦體稀土氧化物TR2O3含量最高為1.7%。以富集輕稀土鑭、鈰、鐠、釹為主, 局部地區(qū)富集重稀土釤、釓、鋱、鏑和釔。初步估算TRE2O3資源量為16.02萬(wàn)噸, 達(dá)到大型規(guī)模。

馬鞍底 6號(hào)礦體: 由哀牢山群灰白色含霓輝石花崗質(zhì)片麻巖和印支期花崗巖風(fēng)化形成。遙感影像圖顯示, 稀土礦分布在盆山過(guò)渡帶的平緩丘陵區(qū),有利于風(fēng)化殼稀土礦的保存。初步探明礦區(qū)出露面積 5.89 km2, 礦體厚度 3～8 m, 平均厚度 6.25 m,12個(gè)贛南鉆/自然風(fēng)化剖面達(dá)到邊界品位。稀土氧化物TRE2O3含量0.05%～0.37%, 平均為0.12%。稀土離子相 SRE2O3含量 0.035%～0.22%, 浸出率平均為45%。富集輕稀土和重稀土, 以鑭、鈰、釹、釓、鏑、釔為主。Y2O3離子相最高達(dá)到 420 μg/g,Dy2O3離子相最高達(dá)到90.8 μg/g, Gd2O3離子相最高達(dá)到 118 μg/g。初步估算 TRE2O3資源量為16.02萬(wàn)噸, 達(dá)到大型規(guī)模。

4 意義與結(jié)論

4.1 意義

科學(xué)意義: 這是我國(guó)首次在滇南紅河州的最南端中越邊境地區(qū)發(fā)現(xiàn)潛在超大型離子吸附型礦床集中區(qū), 該礦床的特點(diǎn)是位于高海拔地區(qū), 且同時(shí)富集輕、重稀土和稀散元素, 對(duì)于重新認(rèn)識(shí)中國(guó)及鄰區(qū)稀土礦的分布規(guī)律和形成機(jī)理具有重要的科學(xué)意義, 豐富了稀土找礦模式。

我國(guó)已發(fā)現(xiàn)的富含重稀土離子吸附型稀土礦均位于低海拔、氣候炎熱、潮濕, 有利于巖石強(qiáng)化學(xué)風(fēng)化的華南花崗巖風(fēng)化殼地區(qū)。盡管近些年在云南滇西高海拔地區(qū)的騰沖—龍川相繼發(fā)現(xiàn)了多個(gè)離子吸附型稀土礦(李建忠等, 2017; 毛景文等, 2019;李余華等, 2019; 陸蕾等, 2020; 明添學(xué)等, 2021),但都以輕稀土礦為主。本次在滇南高海拔地區(qū)發(fā)現(xiàn)富含重稀土離子吸附型稀土礦, 尚屬首次。高海拔區(qū)同時(shí)富含輕、重稀土和稀有分散元素離子吸附型稀土礦是如何形成的, 與氣候、降雨量、生物作用和地形地貌的關(guān)系, 每個(gè)稀土元素的品位等都有待于進(jìn)一步研究。

研究區(qū)位于特提斯構(gòu)造域、揚(yáng)子克拉通西緣與華南造山帶交匯處, 是印度與歐亞大陸碰撞事件的重要響應(yīng)帶。該礦帶在攀西裂谷中形成與喜馬拉雅期碳酸巖-堿性雜巖體有關(guān)的稀土礦(侯增謙等,2008), 如世界第三大的牦牛坪稀土礦。近年在這一成礦帶的南段建水發(fā)現(xiàn)與堿性雜巖體風(fēng)化有關(guān)的大型普雄離子吸附型鈮稀土礦床(李余華等, 2019)。本次發(fā)現(xiàn)的礦床成礦母巖不僅有印支期和燕山期花崗巖, 還有元古界花崗質(zhì)片麻巖和變粒巖。盡管與變質(zhì)巖作為成礦母巖的離子吸附型稀土礦已有報(bào)道(毛景文等, 2019), 但該區(qū)的成礦地質(zhì)背景和成礦母巖有待進(jìn)一步研究。

根據(jù)目前自然剖面和鉆探測(cè)量初步發(fā)現(xiàn)稀土礦體在風(fēng)化層中的分布有 3種模式: (I)中間高兩頭低, 即稀土元素在中部全風(fēng)化層富集, 在上部腐殖層和黏土層、下部接近基巖的半風(fēng)化層含量低; (II)表層低深層高, 即稀土含量在風(fēng)化層中從地表到深部逐漸增高; (III)表層高深層低, 即稀土元素在風(fēng)化剖面中的含量從地表到接近基巖降低。三種分布模式與地形地貌、地表剝蝕程度、降雨量、生物作用、成礦母巖等的控制因素有待進(jìn)一步研究。

技術(shù)意義:聯(lián)合攻關(guān)解決了離子吸附型稀土礦由于表生淋濾作用和粗顆粒水系沉積物難以發(fā)現(xiàn)異常的難題, 實(shí)現(xiàn)了高海拔山區(qū)離子吸附型稀土礦地球化學(xué)勘查理論和方法技術(shù)創(chuàng)新, 填補(bǔ)了高海拔山區(qū)離子吸附型稀土礦勘查技術(shù)空白。發(fā)展了多尺度地球化學(xué)勘查技術(shù)和異常查證技術(shù), 初步形成從區(qū)域戰(zhàn)略選區(qū)到礦區(qū)普查和異常查證的地球化學(xué)勘查技術(shù)系列。

我國(guó)20世紀(jì)70年代末期開(kāi)始的基于水系沉積物測(cè)量的“區(qū)域化探全國(guó)掃面計(jì)劃”對(duì)金礦和有色金屬礦發(fā)揮了重要作用(Wang et al., 2016)。但由于當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)室能力限制, 分析的 39個(gè)元素僅包含鑭和釔兩個(gè)稀土元素(謝學(xué)錦, 1978), 再加上對(duì)稀土的存在形式和異常形成機(jī)理缺少研究, 當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)的水系沉積物采樣方法, 無(wú)法提供有價(jià)值的稀土異常信息。此次專門對(duì)稀土礦地球化學(xué)勘查理論技術(shù)研究,根據(jù)稀土元素易于風(fēng)化形成離子被細(xì)粒級(jí)黏土礦物吸附的特點(diǎn), 發(fā)展了從極低密度的全國(guó)地球化學(xué)基準(zhǔn)河漫灘采樣方法、1:25萬(wàn)和1:5萬(wàn)細(xì)粒級(jí)水系沉積物采樣方法、自然風(fēng)化殼剖面采樣和淺鉆采樣異常查證方法、實(shí)驗(yàn)室稀土元素的高精度分析技術(shù),形成了稀土礦地球化學(xué)勘查完整技術(shù)系列。

離子吸附型稀土礦由于在地表被淋濾貧化和難以肉眼判別礦化現(xiàn)象, 因此傳統(tǒng)的地表土壤測(cè)量方法和異常查證方法難以奏效。利用自然切割風(fēng)化殼剖面和快速簡(jiǎn)易的手動(dòng)淺鉆聯(lián)合取樣方法, 用于異常查證, 可以快速發(fā)現(xiàn)稀土富集層位。

實(shí)驗(yàn)室使用四酸溶樣和 ICP-MS分析技術(shù), 實(shí)現(xiàn)對(duì)全部 16個(gè)稀土元素的高精度分析, 分析檢出限可以達(dá)到 0.1 μg/g。同時(shí)利用野外現(xiàn)場(chǎng)分析技術(shù)針可以初步快速判別離子吸附型稀土礦, 利用實(shí)驗(yàn)室浸出相分析技術(shù)可以精確判斷浸出率。

經(jīng)濟(jì)意義:通過(guò)84個(gè)風(fēng)化殼剖面和29個(gè)鉆孔測(cè)量, 有 70個(gè)剖面和 28個(gè)鉆孔達(dá)到邊界品位, 初步圈定馬鞍底潛在超大型、大寨和賈沙潛在大中型富含重稀土的離子吸附型稀土礦。本文使用富含重稀土離子吸附型稀土礦(HREE-enriched ion-adsorption deposit)表述, 而不使用重稀土離子吸附型稀土礦(HREE ion-adsorption deposit)這一概念, 因?yàn)槟壳皩?duì)重稀土礦的定義還沒(méi)有統(tǒng)一認(rèn)識(shí),每個(gè)單個(gè)稀土元素品位和資源量有待于進(jìn)一步勘查。初步估算稀土潛在礦石量9.46億噸, 稀土氧化物潛在資源約100萬(wàn)噸。這是我國(guó)首次在滇南地區(qū)發(fā)現(xiàn)超大型離子吸附型稀土礦。該離子吸附型稀土礦同時(shí)富集輕稀土(鑭、鈰、鐠、釹)和重稀土(釓、鋱、鏑、釔)和稀散元素(鈮、鉭、鎵、鋯、鈧), 礦體厚度大, 可以通過(guò)復(fù)墾開(kāi)采, 具有重大經(jīng)濟(jì)價(jià)值,特別是鐠、釹、釓、鋱、鏑是現(xiàn)代高科技和電動(dòng)汽車的重要原材料, 對(duì)高科技和國(guó)防安全快速增長(zhǎng)的需求以及“碳達(dá)峰”和“碳中和”節(jié)能材料的需求,具有重要的戰(zhàn)略意義。

4.2 結(jié)論

這是我國(guó)首次利用從極低密度、低密度直到高密度地球化學(xué)填圖技術(shù), 獲得高質(zhì)量“化學(xué)地球”數(shù)據(jù), 在滇南發(fā)現(xiàn)超大型離子吸附型稀土礦床集中區(qū), 具有重大經(jīng)濟(jì)價(jià)值和戰(zhàn)略意義。初步形成了稀土礦多尺度地球化學(xué)調(diào)查技術(shù)系列, 填補(bǔ)了離子吸附型稀土礦地球化學(xué)勘查技術(shù)空白。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于認(rèn)識(shí)高海拔區(qū)富含重稀土的離子吸附型稀土礦成因及中緬老越比鄰區(qū)稀土礦的分布規(guī)律具有重要科學(xué)意義, 為“一帶一路”沿線國(guó)家稀土礦勘查提供了全新的視野。這一發(fā)現(xiàn)只對(duì)滇南富集區(qū)的3個(gè)異常進(jìn)行了 1:5萬(wàn)和鉆探驗(yàn)證工作, 還需開(kāi)展下一步的普查和詳查勘探工作, 系統(tǒng)查明礦體深度和品位。

致謝:該項(xiàng)成果是在中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目“化學(xué)地球基準(zhǔn)與調(diào)查評(píng)價(jià)”(編號(hào): DD20190451)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目“穿透性地球化學(xué)勘查技術(shù)”(編號(hào): 2016YFC0600600)和原國(guó)土資源部行業(yè)專項(xiàng)項(xiàng)目“全國(guó)地球化學(xué)基準(zhǔn)與調(diào)查評(píng)價(jià)”(編號(hào): Sinoprobe-04)等支持下, 歷經(jīng) 10余年的科研與調(diào)查緊密結(jié)合的成果, 得到了自然資源部、科技部、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的大力支持。先后有30余人參加了野外采樣、實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)試和薄片鑒定工作。感謝中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所王登紅研究員等對(duì)這一工作提出的寶貴意見(jiàn)。在此一并向給予項(xiàng)目支持的單位和個(gè)人表示衷心感謝！

Acknowledgements:

This study was supported by China Geological Survey (No. DD20190451), National Key Research and Development Program of China (No.2016YFC0600600), and SinoProbe (No. Sinoprobe-04).