滇西瀾滄—勐海地區三疊紀花崗巖地球化學特征與稀土成礦

　　摘要：瀾滄-勐海地區三疊紀花崗巖位于臨滄花崗巖帶南段，呈近南北向展布，主體巖性為黑云母二長花崗巖，風化殼發育，具有離子型稀土礦床的有利成礦條件。為查明三疊紀花崗巖與稀土成礦的內在聯系，對區內三疊紀黑云母二長花崗巖及其風化殼的巖石學、地球化學特征以及典型礦床開展了研究。結果表明，三疊紀花崗巖內部相帶中粒、中粗粒以及似斑狀黑云母二長花崗巖比外部相帶細粒結構花崗巖更有利于成礦，在風化淋濾作用下，黑云母二長花崗巖中稀土元素從稀土獨立礦物或含稀土副礦物中游離出來后吸附于全風化層黏土礦物中富集成礦。本區黑云母二長花崗巖具有高硅、富鉀和鋁的地球化學特征，風化殼全風化層更富鋁且 MgO、TFeO、CaO 含量降低，微量元素 Ce 的含量顯著降低，其他主量元素、微量元素及稀土元素特征繼承了母巖特征。綜合研究認為，研究區三疊紀黑云母二長花崗巖是吸附型稀土礦床成礦的基礎條件，可解離的稀土獨立礦物和含稀土副礦物的含量是能否形成離子型稀土礦床的重要因素。

　　關鍵詞：三疊紀花崗巖;地球化學特征;稀土成礦;瀾滄-勐海地區

　　曾凱; 王騰; 劉恒達; 漆雙林; 農良春; 李雪峰 吉林大學學報(地球科學版) 2021-12-30

　　0 引言

　　臨滄花崗巖帶位于西南三江地區，呈反“S”狀沿瀾滄江斷裂(南段)西側近南北向展布，該巖帶被小街-那東斷裂和南嶺-城子斷裂分為北、中、南三段[1-4](圖 1a)。瀾滄-勐海地區三疊紀花崗巖屬臨滄花崗巖帶南段，主體巖性為黑云母二長花崗巖，其次為花崗閃長巖，兩者呈侵入接觸關系①[5]。區域上構造復雜、礦產種類繁多，前人對于瀾滄-勐海地區三疊紀花崗巖的研究主要集中在巖石學、年代學、地球化學、構造演化、多金屬成礦學等方面[6-11]，而花崗巖與稀土成礦的關系研究較少，系統地研究滇西瀾滄勐海地區花崗巖地球化學特征對探討印支期中酸性巖體與稀土成礦、指導稀土找礦預測具有重要意義。筆者以滇西瀾滄-勐海地區三疊紀花崗巖為研究對象，從巖石學、巖石地球化學特征方面入手，以區內典型離子吸附型稀土礦床為例，探討三疊紀花崗巖與稀土成礦的關系，為滇西地區離子吸附型稀土礦成礦規律的研究提供依據。

　　1 區域地質背景

　　滇西地區地質作用始于元古宙，經歷了復雜的構造運動，形成了規模巨大的臨滄花崗巖帶。研究區位于其南段(圖 1)，區內北東向、北西向斷裂構造發育，建造類型復雜，主要包括不同期次中酸性侵入體建造、前寒武系復雜變質巖建造、晚古生代-中生代碳酸鹽巖、碎屑巖及火山巖建造。巖漿巖以黑云母二長花崗巖為主，出露規模巨大，同位素年齡為 203.38~250Ma②，形成時代為三疊紀，是臨滄花崗巖帶的主要組成部分，二長花崗巖、花崗閃長巖等出露規模相對較小(圖 1a)。在近代表生作用下，當氣候、地貌、水動力、地質構造等條件較適宜時，黑云母二長花崗巖發生風化淋濾作用，風化殼普遍發育，厚度在 1~30m 之間，平均厚度 20m[12,13]。

　　2 巖石及稀土礦化特征

　　2.1 巖石學特征

　　瀾滄-勐海地區花崗巖體(俗稱“勐啊巖體”)自內部向外部，按礦物粒度粗略地分為：內部中粗粒(似斑狀)、中粒帶和外部細、中細粒帶③④。內部中粗粒帶為巖基的主體，以中粗粒(似斑狀)黑云二長花崗巖為主，局部有少量黑云花崗閃長巖。外部相仍以黑云二長花崗巖為主，混染作用較明顯③。

　　研究區出露大面積晚三疊世花崗巖，從礦物組合特征定名來看，區內主要巖性為黑云母二長花崗巖，其中似斑狀中粒(圖 2a)、中粗粒結構的黑云母二長花崗巖與稀土成礦關系密切[12,14]，巖石主要礦物為斜長石、鉀長石和石英，次為黑云母(圖 2c)，斜長石含量 40%~45%，鉀長石 20%~30%，石英 15%~25%，黑云母 10%~15%，副礦物有鋯石、獨居石、磷灰石、褐簾石、鈦鐵礦等(圖 2d) ③④。各礦物鏡下特征如下：斜長石主要呈半自形板狀，粒徑最小約 0.25 mm ，最大約 3.0 mm，雜亂分布，多見聚片雙晶，略顯波狀消光，礦化蝕變主要有絹云母化和高嶺土化。鉀長石大多呈近半自形板狀，粒徑與斜長石相近，蝕變較斜長石明顯，大多被高嶺土和黝簾石不均勻交代，局部表現出文象交生結構。石英呈它形粒狀結構，粒徑相差較大，最小約為 0.05mm，最大約為 1.0mm，單礦物較少，多為集合體，波狀消光和帶狀消光較常見，大多充填在長石顆粒間。黑云母呈鱗片狀，定向分布很明顯，片徑 0.1~1.8 mm，在單偏光鏡下可見明顯的多色性，Ng=深紅棕色，Np=淺黃色。鋯石為無色透明，金剛光澤，由柱面(110)、(100)，正錐面(111)、偏錐面(311)(131)組成聚形晶④。獨居石多呈黃綠色，粒度 0.1～ 0.3mm 不等，具油脂光澤，多為不規則狀、半自形狀，少數呈碎塊狀，其中半自形的獨居石晶棱有熔蝕現象，并有部分晶形殘骸保留④。區內黑云母二長花崗巖普遍風化強烈，風化殼發育，在風化殼底部可見呈團塊狀、橢球狀的半風化黑云母二長花崗巖(圖 2b)。

　　三疊紀其他花崗巖，如花崗閃長巖、斜長花崗巖等，因出露面積小、風化殼發育程度低，本文不做討論。

　　2.2 稀土礦化特征

　　研究區離子型稀土礦主要賦存于風化殼中。野外調查發現，內部相帶黑云二長花崗巖出露區比外部邊緣相細粒花崗巖風化更強烈、風化殼發育更完整、礦化更好。黑云二長花崗巖風化殼(圖 3)上部以磚紅色為主，中下部新鮮面顏色為土黃色-灰白色，自上而下依據風化程度不同可劃分為腐殖土層、亞粘土層、全風化層、半風化層。其中全風化層為主要的賦礦層位，表現為松散顆粒狀，新鮮面呈灰白-灰黃色，主要由石英、黏土組成，少量云母，呈疏松多孔狀，易粉碎，保留原巖結構 [15]。從目前的已發現的離子型稀土礦床來看，稀土礦化富集均發生在全風化層。

　　3 取樣位置與測試方法

　　筆者在臨滄花崗巖帶南段火盤山稀土礦區、回龍卡稀土礦區分別進行了地表基巖、風化殼斷面和淺鉆采樣工作。其中基巖樣品 10 件，編號為 MH1~MH10，用于成礦母巖的巖石學和地球化學研究。因在稀土礦重點檢查過程中，采集的風化殼斷面和淺鉆(針對風化殼)樣品較多，在此選取有代表性的風化殼樣品 7 件，未進行系統編號，用于研究風化殼的物質組成和地球化學特征。基巖磨制成薄片，利用偏光顯微鏡詳細觀察，圈定目標礦物并拍照。主量元素分析采用 X 射線熒光光譜法(XRF)，稀土元素測試方法為等離子質譜分析(ICP-MS)，實驗儀器為 X-Series 型電感耦合等離子體質譜儀，分析誤差小于 5%，以上分析測試及巖礦鑒定由中國冶金地質總局中南局中心實驗室完成。微量元素分析和部分稀土礦浸出相分析由西南冶金地質測試所完成。

　　4 地球化學測試結果

　　研究區三疊紀黑云二長花崗巖主量元素測試分析結果見表 1，全風化黑云母二長花崗巖稀土元素分析結果見表 2

　　5 三疊紀花崗巖與稀土成礦的關系 5.1 地球化學特征 5.1.1 主量元素特征

　　瀾滄-勐海地區典型稀土礦床產出地段三疊紀黑云二長花崗巖 SiO2含量范圍為 65.15%～69.68%(平均值為 68.02%)，依據化學成分分類本區巖石屬花崗巖和花崗閃長巖，分異指數在 71~87 之間，在數值上低于高分異花崗巖。全堿 AR(K2O+Na2O)含量最大值為 6.74%，最小值為 5.12%(平均值為 6.24%)，在 AR-SiO2圖解中，樣品落在過堿性-堿性區域內，顯示堿性系列巖石特征(圖 4A);K2O/Na2O 值較高，最大值為 7.68，平均值為 2.65，Al2O3含量高，最大值為 16.68%，平均 13.79%， A/CNK 為 1.77，所有樣品的鋁飽和指數均大于 1.1，屬于強過鋁質巖石，在鋁質判別圖中也都落在過鋁質巖石區域，顯示過鋁質巖石系列特征(圖 4B)。樣品里特曼組合指數 1.18-1.73，均值為 1.36，屬于鈣堿性系列，該區花崗巖在 MALI-SiO2 圖解中也都落入鈣堿性系列(圖 4C)，與里特曼指數所反映的特征一致。總體來看，該區花崗巖為堿性系列的高鉀鈣堿性過鋁-強過鋁花崗巖。

　　5.1.2 微量元素和稀土元素特征

　　從區內三疊紀黑云母二長花崗巖稀土配分模式圖看①，巖石 Eu 值位于 0.26~0.68 之間，表現出明顯的負 Eu 異常，(La/Yb)N=8.3~37.7，富集輕稀土元素。微量元素方面，該類巖石富集 U、Th、輕稀土等大離子親石元素，明顯虧損 Nb、Ta、Sr、P 和 Ti 等元素，相對于 Rb 和 Th 虧損 Ba(圖 4)。瀾滄-勐海地區黑云母二長花崗巖風化殼發育，野外調查過程中采集了瀾滄上允、勐海勐啊、勐海縣的黑云母二長花崗巖風化殼樣品若干，對稀土分量和總量均做了分析測試，先統計其平均值再與母巖相應數據[16]進行對比(表 2)，并繪制稀土配分型式圖(圖 6)，可以發現風化殼稀土配分型式與母巖一致，均表現為右傾平緩的淺“V”型，巖石從基巖到風化殼稀土配分型式變化很小，表現出負 Eu 很明顯的特征。與臨滄花崗巖北段相比，該區黑云二長花崗巖風化殼全風化層除了有負 Eu 異常外，還表現出負 Ce 異常(圖 6)，說明研究區花崗巖在風化淋濾過程中 Ce 元素發生了虧損，即“Ce 虧效應”[17,18]，同時也反映了南段風化淋濾作用更強烈。

　　5.2 花崗巖與稀土礦化關系 5.2.1 典型稀土礦床成礦母巖特征

　　瀾滄-勐海地區典型離子吸附型稀土礦由北至南主要有瀾滄上允(SY)、勐海火盤山(HPS)、勐海回龍卡(HLK)等，均為小型規模礦床，各稀土礦床成礦母巖特征總結如下(表 3)：下面以火盤山稀土礦為例，分析典型礦床成礦母巖及其風化殼地球化學特征。火盤山稀土礦以三疊紀黑云母二長花崗巖為母巖，母巖新鮮面呈淺灰白色，具中粒結構，鏡下鑒定巖石具似斑狀結構，巖石主要礦物為鉀長石和石英，次為斜長石、黑云母等。礦化主要位于全風化層中，已發現的稀土工業礦體平均品位(稀土氧化物總量)為 0.0815%~0.084%，礦體厚度 2~7m[14]。火盤山稀土礦西南側斷陷盆地發育勐啊磷釔礦—獨居石—鋯石大型砂礦，其稀土礦物來源于本區三疊紀黑云二長花崗巖③。同時，火盤山稀土礦處于“獨居石(17)重砂異常”范圍內③，1 ：5 萬水系沉積物測量顯示 La、Y 與 F、P 元素相關性好，離子型稀土礦化較好地段 La、Y 與 F、P 元素套合較好，以氟碳鈰鑭礦這一稀土獨立礦物存在的可能性大[21,22]。結合前人研究成果認為成礦母巖中稀土元素主要賦存在稀土獨立礦物和含稀土副礦物中，且以輕稀土元素為主。成礦母巖三疊紀黑云母二長花崗巖總體上表現為富鉀、硅和鋁，貧鈣、鎂、鈦的特征，以中粒(似斑狀)、中粗粒黑云母二長花崗巖表現最為明顯。微量元素富集大離子親石元素 U 和 Th，明顯虧損高場強元素(如 Nb，Ta，Sr，P 和 Ti)，相對于 Rb 和 Th 虧損 Ba，可能反應其經歷了含鈦礦物(榍石、鈦鐵礦)、磷灰石等的分離結晶作用[23]，具有 S 型花崗巖類的特征。與基巖相比，風化殼基本保留了原巖高硅、富鉀和鋁，貧鈣、鎂、鈦的特征。成礦母巖稀土元素平均背景值為 327×10-6，其對應的風化殼稀土總量平均值為 585×10-6，風化后稀土元素相對富集。風化殼與母巖稀土配分形式一致，表現出輕稀土相對富集的右傾型配分型式，明顯負 Eu，且風化殼中 Ce 的配分顯著降低，Eu 的配分略有增加。

　　5.2.2 與稀土成礦的關系

　　討論花崗巖地球化學特征與礦化的關系，實際上是討論成礦專屬性的問題[24,25]。花崗巖地球化學特征建立在大量分析測試數據之上，通過一定的數據處理和對比分析，往往能夠反映出某種趨勢或者規律。滇西瀾滄-勐海地區三疊紀花崗巖出露規模巨大，風化殼普遍發育，目前已發現的稀土礦床成礦母巖均為三疊紀黑云母二長花崗巖[12-13,19]。但并非三疊紀黑云母二長花崗巖出露且風化殼發育好的地方均有稀土礦的產出，筆者認為對于稀土礦化來說三疊紀黑云母二長花崗巖成礦趨向性明顯，即區內稀土礦床的形成需具備特定的巖石地球化學特征。為此，本文采用對比的方法來說明三疊紀黑云母二長花崗巖及其風化殼地球化學特征與稀土礦化的關系。

　　(1)瀾滄-勐海地區已發現的稀土礦類型可分為砂礦型和離子吸附型。稀土砂礦中稀土礦物主要來源于三疊紀黑云母二長花崗巖中的副礦物，與母巖地球化學特征關系不明顯。研究區離子吸附型稀土礦化較好地段母巖為中粒、中粗粒或似斑狀結構，鏡下一般可見磷灰石、褐簾石等副礦物，主要礦物為鉀長石、石英、斜長石和黑云母，稀土元素主要賦存在稀土獨立礦物(可能為氟碳鈰鑭礦)和含稀土副礦物中，且以輕稀土元素為主。如何從地球化學的角度闡明三疊紀黑云母二長花崗巖與離子型稀土成礦的關系，通過野外地質調查和綜合資料分析初步認為，印支末期大規模酸性巖漿侵入，巖漿演化過程中經歷了含鈦礦物(榍石、鈦鐵礦)、磷灰石等的分離結晶作用，最終形成不同相帶的黑云母二長花崗巖，該花崗巖類主要礦物為鉀長石、石英，稀土獨立礦物以及含稀土副礦物賦存在主要礦物之間。巖石總體上具有高硅、富鉀和鋁，貧鈣、鎂、鈦的特征，稀土元素平均背景值較高。在有利的條件(裂隙發育、濕熱氣候、相對平緩山坡等)下中粒(似斑狀)、粗粒黑云母二長花崗巖更容易發生風化淋濾作用[22,26]，鉀長石、黑云母等礦物發生次生蝕變，形成高嶺石等粘土礦物，成為吸附劑。在此過程中易溶的 K+、Na+、 Mg2+等被遷出，難溶的 Si4+、Al3+多原地保留，CaO 的含量也有所降低，因 Na+、Ca2+與 REE3+離子半徑相似，可知 Na+、Ca2+的遷出能夠促進 REE3+的遷入和保存 [12]。作為稀土元素來源的稀土獨立礦物(如氟碳鈰鑭礦)風化淋濾游離出 REE3+，呈可交換水合陽離子態，在一定的 pH 值條件下進入溶液，隨地表水和地下水流動、滲透，在全風化層中上部吸附于黏土礦物中而富集成礦。K 是鉀長石組成元素之一， Si、Al 是高嶺石等黏土礦物的組成元素，且鉀長石比斜長石更易風化為黏土礦物，而黏土礦物是稀土元素的主要吸附劑，可知高硅、富鉀和鋁是本區離子型稀土礦富集的必要條件之一。

　　(2)已發現的離子型稀土礦床成礦母巖稀土配分呈輕稀土富集的平緩右傾的“V”字形，顯示明顯的負 Eu 異常。風化殼整體繼承了基巖的稀土配分型式，輕稀土相對富集，輕稀土元素在風化殼中的含量比基巖高出 2~3 倍。與基巖相比，風化殼全風化層中 Ce 顯著降低，因 Ce3+容易被氧化成 Ce4+，以致于風化殼中的 Ce 主要以 Ce4+存在，而 Ce4+惰性強、不易被水遷移且配位能力強，因此 Ce 主要在風化殼的上層富集[27]，也就是說 Ce 的含量在腐殖土層和亞黏土層中含量較高。瀾滄-勐海地區離子型稀土礦均產于全風化層中，全風化層稀土配分型式繼承了三疊紀黑云母二長花崗巖基巖特征，且出現明顯的 Ce 含量降低，這一地球化學特征是本區離子型稀土礦的重要特征之一。

　　(3)研究區三疊紀黑云母二長花崗巖風化殼發育，風化殼結構中全風化層是離子型稀土礦產出部位，稀土元素的富集取決于母巖特征[28-30]。與母巖相比，本區風化殼富鋁且 MgO、TFeO、CaO 含量降低，微量元素 Ce 的含量顯著降低[19]，其他主量元素、微量元素及稀土元素特征繼承了母巖特征。據此，本區風化殼地球化學特征可以為稀土礦化富集規律的研究提供依據。

　　6 結論

　　1)三疊紀花崗巖內部相帶中粒、中粗粒以及似斑狀黑云母二長花崗巖比外部相帶細粒結構的同類巖石更有利于成礦。富含稀土元素的獨立礦物或含稀土副礦物的成礦母巖在風化淋濾作用下，稀土元素游離出來，呈可交換水合陽離子態隨地表水和地下水流動和滲透，在全風化層中上部吸附于黏土礦物中富集成礦。

　　2)研究區黑云母二長花崗巖顯示高鉀鈣堿性過鋁-強過鋁特征。通過野外地質調查和對區內典型離子型稀土礦床成礦母巖特征分析，認為高硅、富鉀和鋁的黑云母二長花崗巖是本區稀土成礦的基礎條件，能否形成離子型稀土礦床還取決于可解離的稀土獨立礦物和含稀土副礦物的含量等因素，巖石地球化學特征可作為本區稀土找礦標志之一。另外，本區稀土元素作為成礦主元素，在三疊紀黑云母二長花崗巖中含量明顯高于地殼平均含量，進一步說明了該巖石類型具備稀土富集成礦的可能。

　　3)研究區黑云母二長花崗巖全風化層更富鋁且 MgO、TFeO、CaO 含量降低，微量元素 Ce 的含量顯著降低，其他主量元素、微量元素及稀土元素特征繼承了母巖特征。