“寨背式”离子吸附型稀土矿床多类型稀土矿化及其成因

引用本文

赵芝, 王登红, 邹新勇. 2022. “寨背式”离子吸附型稀土矿床多类型稀土矿化及其成因. 岩石学报, 38(2): 356-370, doi: 10.18654/1000-0569/2022.02.04

Zhao Z, Wang DH and Zou XY. 2022. The genesis and diversity of ion adsorption REE mineralization in the Zhaibei deposit, Jiangxi Province, South China. Acta Petrologica Sinica, 38(2): 356-370(in Chinese with English abstract)

“寨背式”离子吸附型稀土矿床多类型稀土矿化及其成因

赵芝¹, 王登红¹, 邹新勇²

1. 中国地质科学院矿产资源研究所, 自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室, 北京 100037;
2. 江西省地质局第七地质大队, 赣州 341000

2021-07-16 收稿; 2021-11-06 改回.

基金项目: 本文受国家社会科学基金重大项目（19ZDA111）和中国地质调查项目（DD20190379）联合资助

第一作者简介: 赵芝, 女, 1984年生, 博士, 副研究员, 主要从事稀土矿床成矿理论研究, E-mail: zhaozhi_sun@163.com

摘要: 赣南寨背离子吸附型稀土矿床产于寨背复式花岗岩体的风化壳中，自20世纪80年代发现以来一直以轻稀土型开采，近年在轻稀土型花岗岩风化壳中发现了重稀土矿。为了探讨轻稀土型花岗岩风化过程中重稀土元素的迁移、分馏和富集机制，本文选择了区内三个具有代表性的风化壳钻孔（ZK1、ZK2和ZK4）对其进行了全相和离子交换相稀土元素地球化学研究。结果显示：钻孔ZK4中离子交换相稀土含量介于14.90×10^-6~835.8×10^-6之间，并富集轻稀土（LREE/HREE=2.28~10.78）；钻孔ZK1中离子交换相稀土含量达1470×10^-6（9件样品均值），具有从轻稀土型向重稀土型过渡的配分特征（LREE/HREE=1.30~1.65），并且剖面自上而下显示轻、重稀土逐渐富集的趋势；钻孔ZK2中离子交换相稀土含量为492.4×10^-6（8件样品均值），自上而下稀土配分类型从轻稀土型过渡至重稀土型（LREE/HREE=0.43~2.25），且轻稀土富集在全风化层上部而重稀土则富集在下部。三个钻孔的Nb/Ta和Zr/Hf比值与寨背花岗岩过渡相的黑云母正长花岗岩比值范围相近。此类岩石的稀土配分类型具有从轻稀土型（LREE/HREE>3.20）向过渡型转变的特征（LREE/HREE=1.45~2.65，Y/REE=15%~25%，前人称之为中钇轻稀土型）。由此推测：风化壳ZK4的母岩可能是轻稀土型黑云母正长花岗岩，其稀土配分类型继承了母岩特征。风化壳ZK2和ZK1的母岩可能为中钇轻稀土型黑云母正长花岗岩。ZK2中从母岩释放出的较高浓度的重稀土向剖面下部迁移，逐渐增大了轻、重稀土的分馏程度，最终使风化壳的稀土配分类型从轻稀土型转变为重稀土型。与ZK2相比，ZK1具有较高的风化蚀变指数（CIA值），随风化程度增加富集在风化壳上部的轻稀土逐渐向下迁移，而已富集在下部的重稀土部分从剖面中迁出至地表水从而缩小了轻、重稀土的分馏程度，剖面ZK1的稀土配分类型均为过渡型。可见，华南地区中钇轻稀土型母岩风化后可形成重稀土矿体/矿层。

关键词: 风化壳全相稀土离子交换相稀土稀土分馏寨背岩体江西

The genesis and diversity of ion adsorption REE mineralization in the Zhaibei deposit, Jiangxi Province, South China

ZHAO Zhi¹, WANG DengHong¹, ZOU XinYong²

1. MNR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment, Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China;
2. The Seventh Geological Brigade of Jiangxi Geological Bureau, Ganzhou 341000, China

Abstract: The Zhaibei deposit, located in Dingnan County of Jiangxi Province, is hosted in regolith developed over the Zhaibei granite. It has been mined as a LREE deposit since its discovery in the 1980s. Recently, HREE ores have also been found from weathering crusts of the LREE-rich granitic rocks. In this study, REE geochemical characteristics of three representative weathering profiles (ZK1, ZK2 and ZK4) from the Zhaibei granite were analysed to reveal the migration, fractionation and enrichment of REE related to the ion-adsorption mineralisation. The result shows that the ZK4 is highly variable in its ion-exchange REE contents (14.90×10^-6~835.8×10^-6) with a typical LREE enrichment (LREE/HREE=2.28~10.78). The ZK1 is enriched in ion-exchange REEs (average 1470×10^-6) and shows a transitional characteristic from LREE type to HREE type with LREE/HREE ranging from 1.30 to 1.65. LREEs and HREEs are enriched in the lower part of the ZK1. The ZK2 contains moderate ion-exchange REEs (average 492.4×10^-6) and shows a variable REE pattern from slight LREE enrichment to depletion with LREE/HREE ranging from 0.43 to 2.25. LREEs are mainly enriched in the upper part of the ZK2 while HREEs are mainly enriched in the lower part. The ratio of Nb/Ta and Zr/Hf in the three weathering profiles is similar to that of biotite sienogranite in the transition phase of the Zhaibei granite. The biotite sienogranite also shows an REE variation pattern of LREE enrichment with an LREE/HREE ratio ranging from 1 to 5. These observations indicate that the biotite sienogranite with typical LREE-enriched pattern (LREE/HREE>3) is probably the parent rock of the ZK4. In contrast, the biotite sienogranite with LREE/HREE ranging from 1.45 to 2.56 is probably the parent rock of the ZK1 and ZK2. During the weathering, high concentrations of HREE released from the bedrock are removed from the upper part of ZK2 profile and accumulate in the lower part, leading to a high fractionation between LREE and HREE. Ultimately, the REE pattern of the profile changed from LREE type to HREE type. Compared with the ZK2, the ZK1 has a higher weathering index (CIA value) as the weathering degree increases, LREEs enriched in the upper part of the weathering crust gradually migrated downward and HREEs enriched in the lower part are mobilized and removed from the profile to the surface water, leading to a low fractionation between LREEs and HREEs. Thus, the REE pattern of the ZK1 shows a transitional type. In conclusion, HREE mineralisation could be formed by weathering of the LREE and Y-rich granitic rocks.

Key words: Weathering crust Rare earth element Ion-exchange rare earth element Fractionation Zhaibei granite Jiangxi Province

离子吸附型稀土矿自20世纪80年代在我国南方规模性开采以来产品备受全球青睐(丁嘉榆，2012)，多年来供应了世界90%以上的重稀土(Kynicky et al., 2012)。近十年来由于稀土资源尤其是重稀土的战略地位越发凸显，离子吸附型稀土矿被全球矿业界高度关注，掀起了此类矿床勘探、开发及研究的热潮，目前已在越南、缅甸、泰国、菲律宾、马达加斯加、马拉维、智利等国家发现了此类资源(Sanematsu et al., 2009, 2013, 2015, 2016; Imai et al., 2013; 张波等，2013; Berger et al., 2014; Maulana et al., 2014; Sanematsu and Watanabe, 2016; Padrones et al., 2017)；华南离子吸附型稀土勘查和研究也取得了较大进展(王登红等, 2013, 2017；赵芝等, 2017, 2019；Wang et al., 2018；周美夫等，2020)。寻找优质的重稀土资源，探索重稀土成矿机制是研究此类矿床的重中之重。早期大量的研究显示，轻稀土型母岩风化形成轻稀土型风化壳而重稀土型母岩风化形成重稀土型风化壳(杨岳清等，1981；Bao and Zhao, 2008)，即使风化过程中稀土元素因地球化学性质上的微弱差异而发生分馏效应也不足以改变风化壳稀土配分类型对母岩的继承性(吴澄宇等，1989)。众所周知，华南地区重稀土型岩体数量有限，重稀土矿床更是稀有(吴澄宇等，1992；袁忠信等，2012；Li et al., 2017; Zhao et al., 2021)。值得注意的是，华南一些轻稀土型花岗岩风化后也可形成重稀土型风化壳(白鸽等，1989^①)。近年，在赣南一些轻稀土矿床中也发现了重稀土矿体/层(刘东杰等，2017；王登红等，2017；陈斌锋等，2019)，这类矿床不同于典型的轻稀土或重稀土矿床。在全球重稀土资源需求不断增加、华南重稀土矿床长期开采的背景下，过渡型矿床/矿体显得十分重要。研究此类矿床中轻、重稀土元素分异机制将丰富稀土成矿理论、拓宽重稀土找矿方向。

① 白鸽, 吴澄宇, 丁孝石, 袁忠信, 黄典豪. 1989. 南岭离子型稀土矿床形成条件和分布规律. 北京: 地质矿产部矿床地质研究所

赣南寨背岩体是南岭东段众多含稀土岩体之一，与闻名世界的足洞岩体(产重稀土矿)相邻(黄典豪等，1988；赵芝等，2014；Li et al., 2019)。前人对寨背花岗岩的地球化学特征进行了较详细地研究，均认为是轻稀土型岩体(陈培荣等，1998；Li et al., 2003；Ishihara et al., 2008；Wang et al., 2015)，近年在寨背花岗岩中也发现了重稀土型花岗岩(Zhao et al., 2022)。作者对寨背花岗岩风化壳进行了系统采样并对其开展了元素地球化学研究，发现风化壳的稀土配分类型除了轻稀土型外还有过渡型(轻、重稀土比例相近)和重稀土型，甚至同一风化壳剖面上显示稀土配分类型从过渡型转变为重稀土型。为了探讨轻稀土型花岗岩风化过程中稀土配分类型从轻稀土转变为重稀土的机制，总结轻、重稀土元素分布规律，本文选取了区内三个具有代表性的风化壳钻孔，对其样品进行了元素地球化学特征研究，并与华南典型轻稀土和重稀土矿床进行了对比分析。

1 寨背花岗岩的地质特征

寨背岩体出露于江西南部的定南一带，呈岩基状产出，出露面积达480km²(图 1)，与其西侧的关西同属一巨型侵入体，关西岩体与足洞岩体断层接触。寨背岩体北侧与寒武系变质岩呈断层接触，东侧侵入于海西期隘高岩体(Rb-Sr等时线年龄为260Ma，范春方和陈培荣，2000)，南侧侵入于印支期的定南岩体(锆石U-Pb年龄为236Ma，作者未发表资料)，西南侧侵入于晚侏罗世火山岩，西北部被晚白垩世红层沉积覆盖。锆石U-Pb年代学研究结果显示，寨背花岗岩的结晶年龄分布在171~199Ma之间(Li et al., 2003; Wang et al., 2015; He et al., 2017)；也有学者认为寨背花岗岩基的侵位-结晶时差达21Myr，其侵位年龄约为195Ma(章邦桐等，2011)。

图 1 南岭地区花岗岩分布图(a, 据孙涛等，2006修编)及江西寨背花岗岩地质简图(b) Fig. 1 Geological maps showing the distribution of granites in the Nanling tectono-magmatic zone (a, modified after Sun, 2006) and the distribution of the Zhaibei granite (b)

据1:20万寻乌幅区域地质调查报告(江西省地质局区域地质调查大队，1973^②)，寨背岩体各岩相带出露较为齐全，边缘相岩石多为细粒似斑状黑云母花岗岩，交代作用较强烈地区相变为细粒二云母碱长花岗岩。边缘相比较发育，宽度自几百米至千米以上，出露于岩体的东侧及南侧，与过渡相岩石呈渐变关系。过渡相岩石为肉红色中细粒至中粒黑云母钾长花岗岩，为岩体的主要出露相带。内部相为粗粒黑云母钾长花岗岩，局部为粗粒角闪黑云石英二长岩，出露局限仅见于寨背一带，面积约十几平方千米，与过渡相呈渐变关系。

② 江西省地质局区域地质调查大队. 1973. 1:20万寻乌幅区域地质调查报告

2 寨背花岗岩风化壳特征

寨背稀土矿床发现于20世纪80年代，开采繁盛时期有16个采矿区，2012年采矿权区整合后仍有10个。矿区集中分布在岩体中部地势相对平缓的地带，地貌以中低山丘陵为主(图 2a)，海拔标高多在300~500m，山坡坡度一般为10°~35°，局部可达45°；气候温暖潮湿，化学风化作用显著，厚大的风化壳十分发育。平面上风化壳呈椭圆状、阔叶形或不规则状，垂向上具有明显的分带性，厚度多在10m左右，局部可达50m，往往在低缓山丘的山顶最厚、沿山坡向下逐渐变薄。发育完整的风化壳自上而下可划分为：表土层、全风化层、半风化层和基岩，各层之间没有截然界线，呈似层状渐变过渡关系(图 2b，c)。风化壳呈土黄色至砖红色，表土层中常见植物根系，黏性大、粒度细，厚度一般不超过2m。全风化层结构疏松(图 2d)，矿物主要为石英、碱性长石、高岭石和少量伊利石，下部和半风化层可见少量的斜长石，该层是风化壳的主体，也是矿体的赋存部位。半风化层整体保留了基岩的特征，粘土矿物含量降低，碱性长石和斜长石比例增高，可见岩石碎块，海拔较高地区见球形风化(图 2e)。

图 2 江西寨背花岗岩岩体出露区地形地貌(a)及风化壳发育特征(b-e) (b、c)风化壳的层状结构; (d)全风化层; (e)半风化层 Fig. 2 Photographs showing representative geomorphology (a) and weathering profiles (b-e) of the Zhaibei granite

3 风化壳样品特征及分析测试方法

本文选择了3个具有代表性的风化壳钻孔(ZK1、ZK2和ZK4)。钻孔ZK1位于寨背岩体中部低缓山丘的山腰，山体植被茂盛，海拔标高459m(最高处为479m)，阳坡，坡度约10°。样品通过赣南钻采集，孔深12m，其中0~2m为表土层，2~12m为全风化层。自2m取样至11m结束，样长1m，混合后缩分采样，共采集9件样品。钻孔ZK2位于岩体南部靠近岩体边缘，处于山脊部位，植被覆盖，海拔标高为413m，坡度为10°。赣南钻孔深14m，0~8m为全风化层，8~14m为半风化层。0~1m缩分后采集一件样品，即ZK2-H1；1~13m每隔1m采一件样品，合计6件；13~14m缩分后采集一件样品，即ZK2-H14。钻孔ZK4位于车步岩体东侧的寨背花岗岩风化壳中，处于山脊位置，植被覆盖，海拔标高472m，坡度为20°。钻孔为机械浅钻，孔深46m，其中0~41m为全风化层，41~46m为半风化层，分别在0~1m、5~6m、10~11m、15~16m、20~21m、25~26m、30~31m、35~36m、40~41m、45~46m采样，1m长的风化壳缩分，共取10件样品。

样品破碎至小于200目后开展了主量、微量、全相稀土和离子交换相稀土元素的分析测试工作，测试工作均在国家地质实验测试中心完成。主量元素测试采用X荧光(XRF)，分析误差小于5%，分析结果见表 1。离子交换相稀土元素测试工作之前开展了淋虑实验，其过程如下：将4.0g磨碎至200目的样品浸泡于8mL浓度为2.5 %的硫酸铵溶液中，震荡摇匀后浸泡24h，每瓶取1mL上清液过滤，加入9mL的5%硝酸稀释，稀释倍数为20倍，摇匀后测试。稀土和微量元素分析均采用等离子质谱(ICP-MS)，仪器型号为PE300D，分析误差小于5%，结果见表 2和表 3。

表 1 江西寨背花岗岩风化壳内三个代表性钻孔样品的主量元素测试结果(wt%) Table 1 Major element contents for the studied weathering profile from the Zhaibei granite (wt%)

样品号	深度	层位	SiO₂	Al₂O₃	CaO	Fe₂O₃	FeO	K₂O	MgO	MnO	Na₂O	P₂O₅	TiO₂	CO₂	H₂O⁺	LOI	CIA
ZK1-3	3m	B	69.33	15.62	0.06	3.41	0.63	4.37	0.36	0.05	< 0.01	0.01	0.46	0.51	4.86	5.04	77
ZK1-4	4m	B	67.76	16.41	0.06	3.29	1.01	4.13	0.40	0.07	< 0.01	0.01	0.50	0.45	5.47	5.54	79
ZK1-5	5m	B	69.39	15.31	0.06	3.94	0.59	4.39	0.38	0.08	< 0.01	0.01	0.51	0.29	4.64	4.63	76
ZK1-6	6m	B	69.72	15.38	0.08	3.15	0.99	4.35	0.37	0.07	< 0.01	0.01	0.49	0.27	4.90	4.60	76
ZK1-7	7m	B	68.52	15.69	0.05	3.82	0.65	4.51	0.40	0.07	< 0.01	0.01	0.54	0.57	4.82	5.12	76
ZK1-8	8m	B	68.67	15.64	0.06	3.93	0.52	4.27	0.38	0.09	< 0.01	0.01	0.51	0.33	5.01	5.29	77
ZK1-9	9m	B	68.34	15.95	0.05	3.74	0.64	4.25	0.38	0.08	< 0.01	0.01	0.49	0.65	4.92	5.35	78
ZK1-10	10m	B	69.46	15.35	0.06	3.63	0.79	4.17	0.38	0.08	< 0.01	0.01	0.51	0.27	5.12	4.89	77
ZK1-11	11m	B	67.79	16.30	0.06	3.16	1.05	4.05	0.38	0.07	< 0.01	0.01	0.46	0.50	5.63	6.04	79
ZK2-H1	1m	B	71.86	16.02	0.04	1.56	0.62	2.74	0.19	0.11	< 0.01	< 0.01	0.20	0.51	5.34	5.43	84
ZK2-H3	3m	B	72.91	15.64	0.04	1.49	0.53	3.23	0.14	0.14	0.04	< 0.01	0.17	0.42	4.96	4.99	81
ZK2-H5	5m	B	73.59	14.49	0.05	1.63	0.26	4.07	0.22	0.17	0.06	< 0.01	0.18	0.20	4.30	4.33	76
ZK2-H7	7m	B	71.55	15.53	0.04	1.84	0.30	4.32	0.28	0.25	0.05	< 0.01	0.20	0.22	4.50	4.49	76
ZK2-H9	9m	C	73.39	14.79	0.04	1.55	0.40	4.78	0.18	0.08	0.08	< 0.01	0.19	0.20	3.66	3.69	73
ZK2-H11	11m	C	73.58	14.27	0.04	1.55	0.59	4.63	0.19	0.11	0.08	< 0.01	0.20	0.33	3.78	3.74	73
ZK2-H13	13m	C	72.80	15.12	0.05	1.56	0.36	4.97	0.19	0.08	0.07	0.01	0.20	0.25	3.88	3.86	73
ZK2-H14	14m	C	66.27	18.45	0.06	2.59	0.33	4.4	0.27	0.17	1.03	0.02	0.26	0.22	5.04	5.21	74
ZK4-H1	1m	B	70.88	16.02	0.05	2.48	0.60	3.14	0.18	0.04	< 0.01	< 0.01	0.29	0.55	5.40	5.56	82
ZK4-H6	6m	B	73.12	14.10	0.04	2.06	0.78	4.70	0.17	0.07	0.04	< 0.01	0.26	< 0.10	3.76	3.69	73
ZK4-H11	11m	B	74.10	13.68	0.05	2.07	0.48	5.33	0.16	0.05	0.06	< 0.01	0.26	< 0.10	3.16	3.31	70
ZK4-H16	16m	B	76.23	12.60	0.06	1.62	0.5	5.15	0.12	0.04	0.11	< 0.01	0.23	0.13	2.90	2.89	68
ZK4-H21	21m	B	72.76	14.13	0.06	2.31	0.36	4.61	0.23	0.05	0.07	< 0.01	0.29	< 0.10	4.10	4.06	73
ZK4-H26	26m	B	74.38	13.19	0.05	1.84	0.57	4.77	0.2	0.07	0.07	< 0.01	0.25	< 0.10	3.58	3.51	71
ZK4-H31	31m	B	73.57	13.42	0.07	2.11	0.72	5.66	0.17	0.05	0.11	< 0.01	0.32	0.13	3.08	2.99	68
ZK4-H36	36m	B	72.53	14.13	0.06	2.56	0.46	5.63	0.18	0.05	0.11	< 0.01	0.35	< 0.10	3.42	3.46	69
ZK4-H41	41m	B	72.91	14.30	0.06	2.38	0.29	4.41	0.17	0.05	0.06	< 0.01	0.30	< 0.10	4.06	3.93	74
ZK4-H46	46m	C	72.46	13.83	0.08	2.18	0.56	5.79	0.15	0.05	0.50	< 0.01	0.26	0.69	3.34	3.36	66
注：CIA = Al₂O₃/(Al₂O₃+CaO^*+K₂O+Na₂O)；B-全风化层，C-半风化层

表 1 江西寨背花岗岩风化壳内三个代表性钻孔样品的主量元素测试结果(wt%) Table 1 Major element contents for the studied weathering profile from the Zhaibei granite (wt%)

表 2 江西寨背花岗岩风化壳内三个代表性钻孔样品的全相稀土元素测试结果(×10^-6) Table 2 Rare earth element contents for the studied weathering profile from the Zhaibei granite (×10^-6)

样品号	深度	层位	La	Ce	Pr	Nd	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu	Y	REE	LREE	HREE	L/H	Eu^*	Ce^*
ZK1-3	3m	B	293.0	124.0	65.10	231.0	47.90	7.97	71.70	13.20	80.30	15.10	38.70	4.85	27.40	3.85	502.0	1526	769.0	757.1	1.02	0.42	0.20
ZK1-4	4m	B	383.0	178.0	82.60	289.0	61.60	10.40	92.40	17.10	102.0	18.70	48.90	6.10	34.40	4.83	619.0	1948	1005	943.4	1.06	0.42	0.23
ZK1-5	5m	B	330.0	138.0	71.70	248.0	53.50	9.05	80.90	14.90	90.00	16.50	43.10	5.44	31.00	4.32	556.0	1692	850.3	842.2	1.01	0.42	0.20
ZK1-6	6m	B	321.0	141.0	69.50	242.0	52.40	8.79	79.60	14.60	89.00	16.40	42.80	5.34	30.40	4.24	552.0	1669	834.7	834.4	1.00	0.42	0.21
ZK1-7	7m	B	362.0	143.0	78.00	273.0	58.80	9.97	90.80	16.40	99.20	18.20	48.20	6.00	34.20	4.81	631.0	1874	924.8	948.8	0.97	0.42	0.19
ZK1-8	8m	B	419.0	184.0	89.10	306.0	67.00	11.20	101.0	18.30	109.0	20.10	52.20	6.59	38.10	5.31	660.0	2087	1076	1011	1.07	0.42	0.21
ZK1-9	9m	B	390.0	186.0	84.00	295.0	63.00	10.60	96.00	17.30	103.0	19.60	50.40	6.31	35.40	5.10	634.0	1996	1029	967.1	1.06	0.42	0.23
ZK1-10	10m	B	400.0	164.0	84.90	297.0	64.60	10.80	99.00	17.90	107.0	19.80	52.10	6.54	37.30	5.28	648.0	2014	1021	992.9	1.03	0.41	0.20
ZK1-11	11m	B	387.0	128.0	83.80	292.0	62.90	10.70	97.40	17.60	106.0	19.40	50.30	6.27	35.30	4.85	645.0	1947	964.4	982.1	0.98	0.42	0.16
ZK2-H1	1m	B	373.0	81.60	67.80	236.0	52.10	7.08	47.70	8.93	49.20	9.31	26.80	3.70	23.80	3.57	279.0	1270	817.6	452.0	1.81	0.43	0.11
ZK2-H3	3m	B	273.0	63.80	43.30	151.0	39.90	5.91	47.40	9.56	56.30	11.10	31.70	4.34	27.80	4.13	328.0	1097	576.9	520.3	1.11	0.42	0.13
ZK2-H5	5m	B	304.0	98.80	46.80	164.0	48.40	8.26	82.30	20.20	129.0	25.90	74.80	9.90	62.10	9.21	892.0	1976	670.3	1305	0.51	0.40	0.18
ZK2-H7	7m	B	215.0	119.0	34.30	127.0	36.40	6.17	68.40	17.30	112.0	22.50	66.10	8.63	52.80	7.62	827.0	1720	537.9	1182	0.45	0.38	0.30
ZK2-H9	9m	C	70.40	49.30	12.20	42.80	10.70	1.54	12.50	2.65	15.60	3.22	9.21	1.30	8.17	1.21	101.0	341.8	186.9	154.9	1.21	0.41	0.37
ZK2-H11	11m	C	71.00	46.80	11.90	43.30	10.70	1.53	13.00	2.62	15.70	3.13	9.08	1.29	8.28	1.23	105.0	344.6	185.2	159.3	1.16	0.40	0.35
ZK2-H13	13m	C	81.70	56.00	14.10	49.30	12.10	1.67	13.70	2.74	16.10	3.13	9.41	1.32	8.44	1.28	106.0	377.0	214.9	162.1	1.33	0.40	0.36
ZK2-H14	14m	C	96.30	81.70	16.60	56.30	13.80	1.79	14.80	3.04	17.90	3.44	10.50	1.48	9.64	1.43	112.0	440.7	266.5	174.2	1.53	0.38	0.45
ZK4-H1	1m	B	226.0	281.0	46.20	166.0	35.40	3.77	39.50	7.00	38.70	7.35	19.30	2.43	14.40	2.08	200.0	1089	758.4	330.8	2.29	0.31	0.62
ZK4-H6	6m	B	132.0	258.0	26.80	96.90	17.60	1.70	16.90	2.58	13.20	2.52	6.84	0.87	5.44	0.78	67.70	649.8	533.0	116.8	4.56	0.30	0.97
ZK4-H11	11m	B	121.0	118.0	23.40	85.40	16.00	1.51	13.90	2.25	11.70	2.16	5.89	0.74	4.46	0.66	58.40	465.5	365.3	100.2	3.65	0.31	0.49
ZK4-H16	16m	B	79.50	110.0	15.40	57.10	10.70	1.11	9.40	1.46	7.71	1.49	4.42	0.62	3.83	0.57	36.70	340.0	273.8	66.2	4.14	0.34	0.70
ZK4-H21	21m	B	178.0	185.0	34.80	128.0	23.90	2.16	21.70	3.56	18.50	3.40	8.89	1.14	6.75	0.95	89.70	706.5	551.9	154.6	3.57	0.29	0.52
ZK4-H26	26m	B	215.0	402.0	45.10	157.0	29.00	2.88	30.90	4.57	23.00	4.13	11.10	1.42	8.35	1.18	116.0	1052	851.0	200.7	4.24	0.29	0.92
ZK4-H31	31m	B	120.0	210.0	23.00	88.00	16.00	1.79	15.10	2.39	12.30	2.34	6.52	0.83	4.94	0.70	65.60	569.5	458.8	110.7	4.14	0.35	0.89
ZK4-H36	36m	B	144.0	233.0	27.70	103.0	18.40	2.01	17.40	2.79	14.30	2.70	7.28	0.95	5.94	0.84	73.00	653.3	528.1	125.2	4.22	0.34	0.82
ZK4-H41	41m	B	345.0	281.0	67.70	235.0	47.80	5.14	49.20	8.79	45.50	8.37	22.70	2.75	16.40	2.28	238.0	1376	981.6	394.0	2.49	0.32	0.41
ZK4-H46	46m	C	94.50	197.0	18.70	64.30	12.60	1.26	13.20	2.04	10.80	2.13	6.52	0.88	5.56	0.81	60.50	490.8	388.4	102.4	3.79	0.30	1.04

表 3 江西寨背花岗岩风化壳中三个代表性钻孔样品的离子交换相稀土元素测试结果(×10^-6) Table 3 Ion-exchangeable rare earth element contents for the studied weathering profile from the Zhaibei granite (×10^-6)

样品号	深度	层位	La	Ce	Pr	Nd	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu	Y	REE	LREE	HREE	L/H	Eu^*	Ce^*
ZK1-3	3m	B	291.7	20.27	50.37	177.5	26.97	5.93	50.21	8.71	47.09	8.48	20.11	1.89	8.27	1.20	242.0	960.8	572.8	387.9	1.48	0.49	0.04
ZK1-4	4m	B	405.1	20.67	68.78	240.9	37.74	8.58	72.95	12.24	67.34	11.88	28.98	2.72	11.72	1.72	321.3	1313	781.8	530.9	1.47	0.50	0.03
ZK1-5	5m	B	364.0	16.86	54.64	188.6	28.04	6.26	57.51	8.98	48.02	8.78	20.38	1.90	7.84	1.14	268.2	1081	658.4	422.8	1.56	0.48	0.03
ZK1-6	6m	B	439.9	21.82	79.58	287.8	47.28	10.62	88.64	15.81	87.36	15.83	38.15	3.76	16.97	2.30	4110	1567	887.1	679.8	1.30	0.50	0.03
ZK1-7	7m	B	432.9	20.06	77.49	272.1	45.39	10.13	84.86	14.61	79.17	14.62	34.62	3.49	15.47	2.23	385.3	1493	858.1	634.4	1.35	0.50	0.02
ZK1-8	8m	B	551.3	18.52	99.82	354.7	59.67	13.54	111.0	18.92	104.0	18.83	46.05	4.53	19.95	2.81	464.1	1888	1098	790.1	1.39	0.51	0.02
ZK1-9	9m	B	565.5	26.44	106.0	382.2	64.65	14.16	115.9	20.41	114.0	20.89	50.75	5.18	23.96	3.29	488.7	2002	1159	843.1	1.37	0.50	0.02
ZK1-10	10m	B	525.8	20.94	95.37	336.2	56.36	12.51	104.1	17.96	98.80	17.78	43.31	4.23	18.89	2.63	468.9	1824	1047	776.6	1.35	0.50	0.02
ZK1-11	11m	B	372.5	17.18	58.41	202.0	30.02	6.55	57.14	9.05	48.59	8.87	20.63	1.99	7.94	1.13	2620	1104	686.7	417.3	1.65	0.48	0.02
ZK2-H1	1m	B	181.2	7.05	25.67	87.42	14.07	2.78	19.78	2.68	14.44	2.68	7.21	0.80	4.06	0.59	89.19	459.6	318.2	141.4	2.25	0.51	0.02
ZK2-H3	3m	B	200.2	6.38	27.84	94.23	17.29	3.93	32.20	5.14	29.01	5.57	14.40	1.62	7.11	1.10	187.9	634.0	349.9	284.1	1.23	0.51	0.02
ZK2-H5	5m	B	192.4	10.80	26.54	92.65	20.15	5.21	55.78	10.98	63.64	12.90	32.45	3.60	16.53	2.46	434.6	980.7	347.7	633.0	0.55	0.47	0.03
ZK2-H7	7m	B	190.8	19.85	30.21	108.7	24.43	6.14	68.54	14.85	89.91	18.65	47.62	5.58	26.48	3.96	615.6	1271	380.1	891.2	0.43	0.46	0.06
ZK2-H9	9m	C	23.60	5.85	3.82	13.71	2.76	0.56	4.95	0.91	5.28	1.07	3.01	0.40	2.23	0.34	32.90	101.4	50.30	51.10	0.98	0.46	0.13
ZK2-H11	11m	C	30.65	6.84	4.36	15.06	2.70	0.55	5.30	0.89	4.94	1.01	2.64	0.29	1.42	0.21	40.80	117.7	60.20	57.50	1.05	0.44	0.12
ZK2-H13	13m	C	41.78	7.14	7.28	25.62	5.12	1.12	9.71	1.72	10.28	2.06	5.63	0.73	3.97	0.59	71.65	194.4	88.10	106.4	0.83	0.48	0.09
ZK2-H14	14m	C	35.30	6.53	6.62	24.45	4.89	1.09	9.53	1.72	10.33	2.07	5.66	0.74	4.00	0.59	66.37	179.9	78.90	101.0	0.78	0.49	0.09
ZK4-H1	1m	B	196.3	163.9	41.19	151.7	24.38	3.77	35.85	5.78	33.32	5.91	15.15	1.70	7.89	1.15	147.9	835.8	581.2	254.6	2.28	0.39	0.41
ZK4-H6	6m	B	29.13	9.45	3.12	10.01	0.92	0.10	0.98	0.10	0.50	0.08	0.23	0.02	0.07	0.01	2.91	57.60	52.70	4.90	10.78	0.32	0.19
ZK4-H11	11m	B	59.38	17.73	12.92	46.70	5.92	0.71	6.51	0.81	4.29	0.70	1.90	0.17	0.84	0.12	19.84	178.6	143.4	35.20	4.08	0.35	0.14
ZK4-H16	16m	B	28.62	9.38	4.86	16.95	1.97	0.23	2.19	0.26	1.39	0.23	0.63	0.05	0.26	0.04	6.79	73.80	62.00	11.80	5.24	0.34	0.17
ZK4-H21	21m	B	164.5	68.37	37.03	135.7	20.41	2.72	23.33	3.27	18.19	3.11	8.31	0.87	4.37	0.60	73.29	564.0	428.7	135.3	3.17	0.38	0.20
ZK4-H26	26m	B	97.75	36.83	14.46	47.61	5.34	0.66	5.99	0.76	3.78	0.60	1.64	0.13	0.61	0.08	19.73	236.0	202.6	33.30	6.08	0.36	0.21
ZK4-H31	31m	B	23.72	5.03	2.84	9.08	0.97	0.13	1.11	0.12	0.64	0.10	0.29	0.02	0.10	0.01	3.86	48.00	41.80	6.30	6.67	0.37	0.12
ZK4-H36	36m	B	58.78	16.06	10.74	37.42	4.51	0.64	5.06	0.67	3.56	0.57	1.59	0.13	0.65	0.09	18.77	159.3	128.1	31.10	4.12	0.41	0.14
ZK4-H41	41m	B	241.5	27.32	47.25	169.2	25.21	3.81	33.91	4.95	27.85	4.80	12.20	1.23	5.32	0.77	129.6	734.9	514.3	220.6	2.33	0.40	0.06
ZK4-H46	46m	C	7.23	1.88	0.71	2.30	0.25	0.03	0.34	0.04	0.23	0.04	0.10	0.01	0.04	0.01	1.68	14.90	12.40	2.50	4.97	0.31	0.16

4 测试结果 4.1 主量元素

三个钻孔中主量元素含量随深度变化特征见图 3，其中SiO₂的含量最高，其次是Al₂O₃、K₂O、Fe₂O₃、TiO₂、MgO及CaO。SiO₂含量与Al₂O₃和Fe₂O₃含量呈负相关性，Fe₂O₃与TiO₂含量可呈负相关性(ZK1)，也可呈正相关性(ZK2和ZK4)。整体看，钻孔ZK1中主量元素含量变化范围较小，ZK4中含量变化范围较大，ZK2中含量变化范围介于两者之间。与寨背花岗岩相比，风化壳钻孔中Na₂O(＜0.01%)、CaO(＜0.10%)、P₂O₅(≤0.01%)的含量显著偏低，Al₂O₃、TiO₂、MgO及SiO₂含量变化较小。

图 3 江西寨背花岗岩风化壳钻孔中主量元素含量及CIA值变化曲线 Fig. 3 Plots of depth vs. major elements and depth vs. CIA ratio for the studied weathering profiles from the Zhaibei granite

化学蚀变指数CIA = Al₂O₃/(Al₂O₃+CaO^*+K₂O+Na₂O)，其中CaO^*为硅酸盐中的CaO含量，硅酸盐矿物中CaO与Na₂O通常以1:1存在，当M_CaO＞M_Na2O时，可认为M_CaO^*=M_Na2O；当M_CaO＜M_Na2O时，可认为M_CaO^*=M_CaO。该指数是判别风化壳发育程度的重要指标，其值越大风化程度也就越高。三个钻孔中，ZK1的化学蚀变指数介于76%~79%之间，显示钻孔自上而下风化程度较为均一；钻孔ZK2中CIA值变化较大，自上而下呈递减趋势(84%→73%)；钻孔ZK4中CIA值变化范围最大(66%~82%)，自上而下呈波浪式递减，显示样品风化程度的不均一性。三个钻孔中CIA值与K₂O含量均呈负相关性，风化壳中K₂O(碱性长石)的含量也可代表风化壳的风化程度。

4.2 稀土元素

离子吸附型稀土矿床中风化壳的稀土元素总和，即全相稀土，主要由离子交换相(约占全相稀土的40%~95 %)及少量的离子相专性吸附态、胶体分散相、独立矿物相(含表生矿物态，如方铈石；残留矿物态，如独居石、磷钇矿等)以及晶格杂质相(Tian et al., 2013；邓茂春等，2013；丁嘉榆和邓国庆，2013)。本文研究对象为风化壳的全相稀土和离子交换相稀土元素。为了显示三个钻孔中稀土元素的分布和迁移特征，计算了单个稀土元素的配分，即以稀土元素总和计为100%时单个稀土元素所占的百分比(图 4)，同时绘制了稀土单元素含量曲线分布图(图 5)和南岭轻稀土型风化壳标准化的稀土元素配分模式图(图 6)。

图 4 江西寨背花岗岩风化壳钻孔中全相和离子交换相稀土配分 Fig. 4 REEs distribution for the studied weathering profiles from the Zhaibei granite

图 5 江西寨背花岗岩风化壳钻孔中全相稀土单元素和离子交换相稀土单元素的含量变化曲线(a、c和e为全相稀土；b、d和f为离子交换相稀土) Fig. 5 Plots of depth vs. REEs for the studied weathering profiles from the Zhaibei granite (whole rock REEs in a, c and e; and ion-exchangeable REEs in b, d and f)

图 6 南岭轻稀土型风化壳标准化的寨背花岗岩风化壳的稀土元素配分模式(a、c和e为全相稀土；b、d和f为离子交换相稀土) Fig. 6 LREE-rich weathering crust from the Nanling range-normalized REE patterns for the studied weathering profiles from the Zhaibei granite (whole rock REEs in a, c and e; and ion-exchangeable REEs in b, d and f)

三个钻孔中ZK1的稀土含量最高，全相稀土总量介于1526×10^-6~2087×10^-6之间，均值为1861×10^-6(n=9)。其中，离子交换相稀土总量占全相的57%~100%，其中样品ZK1-H6至ZK1-H10中离子交换相稀土比例大于90%。全相稀土中单元素稀土配分比值：Y＞La＞Nd＞Ce＞Dy＞Gd＞Pr＞Sm＞Er＞Yb＞Ho＞Tb＞Eu＞Tm＞Lu。相对于全相稀土，离子交换相稀土最显著的特征是La(19.5%→30.2%)和Nd(14.7%→18.4%)的配分值显著提高，Ce(8.3%→1.4%)和Y(33%→25%)的配分值显著降低(图 4)。

ZK2剖面中全风化层(1~8m)的稀土总量(1516×10^-6)高于半风化层(8~14m)(376.0×10^-6)。其中，离子交换相稀土含量占全相的30%~74%，全风化层的离子交换相稀土含量高于半风化层。全相稀土中各元素配分：Y＞La＞Nd＞Ce＞Dy＞Gd＞Pr＞Sm＞Er＞Yb＞Ho＞Tb＞Eu＞Tm＞Lu。与全相稀土相比，离子交换相稀土中Y(32%→35%)、La(21%→25%)、Nd(12%→13%)和Gd(4%→5%)略有增加，Ce显著降低(11%→3%)，Dy略有降低(5%→3%)(图 4)。

ZK4剖面中稀土总量最低，全相稀土总量介于340.0×10^-6~1376×10^-6之间，均值为739.2×10^-6(n=10)。离子交换相稀土占全相稀土总量的3%~80%，全相稀土含量高的样品离子交换相稀土的含量也相对较高。全相稀土各元素配分：Ce＞La＞Nd＞Y＞Pr＞Sm＞Gd＞Dy＞Er＞Yb＞Tb＞Ho＞Eu＞Tm＞Lu。与全相稀土相比，离子交换相稀土中La显著增加(22%→38%)，Nd有所增加(16%→21%)，Ce显著降低(32%→12%)(图 4)。

从三个风化壳剖面稀土单元素的含量变化曲线可知(图 5)：ZK1中各稀土元素含量曲线均呈“波浪式”递增，离子交换相稀土除Ce以外，其余元素含量呈“波浪式”递增趋势更加显著。ZK2的全相稀土中重稀土的含量曲线呈典型的“弓背式”，轻稀土含量曲线呈上高下低的“喇叭式”；离子交换相稀土中重稀土的含量曲线亦呈“弓背式”，但含量最高的层位下移更靠近全风化层下部。离子交换相轻稀土元素中La、Ce、Pr、Nd含量在全风化层中并无显著增减，半风化层中具有降低趋势。离子交换相Eu的含量在全风化层中略有增加，半风化层中显著降低。ZK4的各全相稀土含量曲线呈垂直的“波浪式”，各离子交换相稀土含量曲线呈“波浪式”的特征更为显著。

三个钻孔的稀土配分类型：ZK1为过渡型，全相LREE/HREE=0.97~1.07。与南岭轻稀土型风化壳相比(415件样品均值)，全相稀土配分曲线呈“左倾式”，HREE相对富集，Ce显示负异常(图 6a)；离子交换相稀土LREE/HREE=1.30~1.65，配分曲线呈“近水平”，Ce显示强烈亏损，HREE弱富集(图 6b)。ZK2自上而下由过渡型转变为重稀土型，全相LREE/HREE=0.45~1.81。与南岭轻稀土型风化壳相比，全相稀土配分曲线呈明显的“左倾式”，Ce和Eu具有不同程度的负异常(图 6c)。样品ZK2-H5和ZK2-H7中重稀土富集尤为显著，属重稀土型。离子交换相稀土LREE/HREE=0.43~2.25，配分曲线呈弱“左倾式”，Ce显示负异常(图 6d)，样品ZK2-H5至ZK2-H14均属重稀土型。ZK4为典型的轻稀土型，全相LREE/HREE=2.29~4.56。与南岭轻稀土型风化壳相比配分曲线呈“平坦式”至“右倾式”，富集Ce，亏损Eu(图 6e)。离子交换相稀土LREE/HREE=2.28~10.78，配分曲线呈“右倾式”，亏损Ce和部分重稀土元素如Tm、Yb和Lu(图 6f)。

5 讨论

风化过程中稀土元素的迁移、分馏和富集机制一直是离子吸附型稀土矿床研究的重点。大量研究已表明：风化过程中稀土元素的迁移、分馏和富集受母岩、风化壳介质、pH值、微生物以及各稀土元素地球化学性质差异等多种因素制约(Wu et al., 1990; Hill and Rosenbaum, 1998; Berger et al., 2014; 赵芝等, 2015; Sanematsu and Watanabe, 2016)。然而，以往的研究中风化壳往往是单一的轻稀土型或重稀土型，同时受分析测试技术的制约，风化壳的稀土为全相稀土而非成矿的离子交换相稀土。近年来风化壳中离子交换相稀土单元素测试技术已成熟，这使离子交换相稀土元素迁移、分馏和富集机制研究更为准确。寨背花岗岩风化壳的稀土配分类型具有多样性(轻稀土型、过渡型和重稀土型)，其在风化过程中上述因素如何影响稀土元素的富集、迁移及分馏？对其讨论如下。

5.1 寨背花岗岩风化壳中稀土富集机制

三个风化壳钻孔中稀土含量差别较大，全相稀土含量与离子交换相稀土含量呈正相关(图 7a)，同时稀土含量与风化程度(CIA值)具有明显的正相关性(图 7b)。同一钻孔不同层位的样品，稀土含量差别也很大。钻孔ZK1的全风化层中稀土元素发生了富集，全风化层下部稀土含量最高；ZK2中稀土仅富集在全风化层中下部；ZK4的全风化层中稀土间断富集(图 5)。从三个钻孔的位置来看，ZK1在平缓的山腰部位，表土层发育，淋滤作用除了垂向的渗流外可能还有侧向的渗流，但因坡度平缓侧向渗流不显著，离子交换相稀土单元素含量曲线呈右倾起伏的“喇叭式”。ZK2位于平缓的馒头山山顶，淋滤作用以垂向渗流为主，稀土含量曲线呈典型的“弓背式”。相对前两个钻孔，ZK4所在的山脊坡度较大海拔较高，淋滤作用虽以垂向渗流为主，但因风化程度极不均匀，导致稀土含量呈大“波浪式”变化。可见，表生阶段三个钻孔中稀土元素的富集主要受风化程度及风化层位(淋滤作用)的影响。

图 7 江西寨背花岗岩风化壳中∑REE-∑IREE图(a)和CIA-∑IREE图(b) Fig. 7 Plots of ∑REE vs.∑IREE (a) and CIA vs.∑IREE (b) for the studied weathering profiles from the Zhaibei granite

毫无疑问，母岩提供了风化壳中稀土次生富集的物质基础。通过对三个钻孔全风化层下部风化程度相似(CIA≈76%)的样品进行对比，发现ZK2-H5和ZK2-H7的稀土总量最高，其次是ZK1-H5至ZK1-H7，而ZK4-H41的稀土含量最低(图 7b)。推测，ZK4的母岩中稀土含量低于ZK2和ZK1的母岩，后两者的母岩稀土含量相差不大。但由于ZK1的风化程度高且均一、全风化层深度大，其矿体厚度大(3~12m)稀土品位高。ZK2的风化程度不如ZK1，其矿体厚度(0~7m)和稀土品位均不如ZK1。ZK4的母岩稀土含量略低，加上风化程度极不均一，尽管全风化层厚度大，但稀土矿体不连续且品位不如ZK2。

5.2 寨背花岗岩风化壳中轻、重稀土元素分馏机制

三个钻孔中离子相稀土配分类型多样：ZK1中LREE/HREE=1.44，为过渡型，富集La(30%)、Y(25%)、Nd(18%)、Dy(6%)和Pr(5%)。ZK2全风化层上部为过渡型，全风化层下部和半风化层为重稀土型，整孔以富Y(35%)、La(25%)、Nd(13%)、Gd(5%)为特征。ZK4为轻稀土型(LREE/HREE=2.28~10.78)，以La(38%)、Nd(21%)、Ce(12%)及Y(11%)为主。三个钻孔的母岩稀土配分是否存在差异？

风化过程中Nb、Ta、Zr、Hf等元素相对比较稳定，因此通过对比风化壳和花岗岩中的Na/Ta和Zr/Hf比值可推测母岩特征。在Nb/Ta-Zr/Hf比值图解中(图 8a)，三个钻孔的样品比值与寨背岩体过渡相黑云母正长花岗岩的比值相近，但从ZK1至ZK4至ZK2，Na/Ta和Zr/Hf比值逐渐减少，整体上ZK2中的比值接近边缘相岩石的比值，ZK1的比值更接近于内部相岩石的比值。寨背花岗岩体从内部相、过渡相至边缘相，铕异常值逐渐减小，稀土配分类型从轻稀土型转变为重稀土型。内部相和过渡相岩石的LREE/HREE=1.45~5.17，部分样品LREE/HREE比值在1.45~2.65之间(图 8a)，Y的配分值在16%~25%之间(Zhao et al., 2022)。ZK2和ZK1的母岩中重稀土含量相对较高，与过渡相中LREE/HREE比值在1.45~2.65之间的岩石(前人称之为中钇轻稀土型)更相似。而ZK4的母岩中重稀土含量相对最低，推测可能是过渡相中LREE/HREE比值在3.20~5.17之间的岩石。同一钻孔中稀土配分类型仍具有多样性，ZK2中全相稀土配分类型有过渡型(LREE/HREE=1.11~1.81)和重稀土型(LREE/HREE=0.45~0.51)。部分全相稀土配分类型为过渡型的样品(ZK2-H9，ZK2-H11，ZK2-H13，ZK2-H14)，离子交换相稀土配分类型转变成重稀土型(LREE/HREE=0.43~0.98)。同一母岩风化过程中稀土配分类型为何发生转变？在有利的母岩条件和风化壳充分发育的基础上，稀土淋滤富集过程便成为成矿的关键因素。风化壳中各稀土元素的富集程度主要取决于溶液中迁移出的该离子的浓度(杨岳清等，1981)。表生条件下，同价稀土离子半径越小其迁移能力就越大，故轻稀土易滞留在风化壳上部重稀土易向下迁移(陈德潜和吴静淑，1990)。持续的淋滤作用使LREE/HREE比值由上而下逐渐降低，这种现象在轻稀土型风化壳剖面中是常见的，但仅此不足以改变风化壳的稀土配分类型。ZK2离子交换相轻稀土富集在全风化层上部，重稀土尤其是Y富集在下部，由于母岩相对富集重稀土并且风化过程中易被释放出来，较高浓度的离子交换相重稀土增大了风化壳下部已有的轻、重稀土分馏程度，以至于稀土配分类型从轻稀土型转变为重稀土型。虽然，ZK1与ZK2具有相似稀土配分的母岩，但ZK1自上而下稀土配分类型均为过渡型未见重稀土型。与ZK2对比发现，ZK1的全风化层厚度大于ZK2且轻、重稀土并未显著分馏。风化壳的发育是一动态的变化过程，在风化作用的初始阶段，轻稀土的确被粘土优先吸附(Condie et al., 1995)，但当风化程度持续增加，风化壳上部轻稀土的浓度不断增加并逐渐向下迁移，使轻、重稀土一同富集在风化壳下部(赵芝等, 2015, 2017)。Braun et al. (1993)研究表明，当风化程度更加彻底时，重稀土逐渐从风化壳中迁移并流失。ZK1中从全相稀土至离子交换相稀土，重稀土的配分减少，尤其是Y(33%→25%)。推测，因风化程度的增大，轻稀土亦向下迁移而部分重稀土流失，从而缩小了轻、重稀土的分馏程度，致使风化壳垂向上LREE/HREE变化不大。ZK4中稀土配分类型继承了母岩，为单一的轻稀土型，即使风化程度高的层位LREE/HREE＞2。

图 8 江西寨背花岗岩及风化壳中Zr/Hf-Nb/Ta图解(a)及δEu-LREE/HREE图解(b) Fig. 8 Plots of Zr/Hf vs. Nb/Ta (a) and δEu vs. LREE/HREE (b) for the studied weathering profiles and granites from the Zhaibei granite

5.3 华南三类典型离子吸附型稀土矿床中轻、重稀土富集规律

全球重稀土资源绝大部分来自离子吸附型稀土矿，而此类矿床中重稀土大部分来自像足洞这样的重稀土矿，即“足洞式”，部分则来自如寨背这样的轻稀土矿(“寨背式”)，少量来自似河岭轻稀土矿(“河岭式”)。足洞矿床中成矿母岩为白云母钾长-碱长花岗岩，稀土矿物以磷钇矿、氟碳钙钇矿、硅铍钇矿、砷钇矿、钇易解石等富重稀土的矿物为主(黄典豪等，1988；吴澄宇等，1992；Bao and Zhao, 2008; Li et al., 2019)；风化壳中全相稀土LREE/HREE=0.38，Eu/REE=0.05%，Y/REE=48%(为64件样品的均值)(图 9)。华南地区具有相似特征的重稀土矿床还有江西的大埠以及广东的寨背顶(吴开兴等，2017)。“足洞式”重稀土矿床中，风化壳稀土配分类型继承了母岩特征为重稀土型，重稀土的富集层位与风化壳的发育程度有关。

图 9 华南典型离子吸附型稀土矿床中稀土元素组成及轻、重稀土垂向分布规律 Fig. 9 REE composition and vertical distribution of light and heavy REE in the representativee REE deposits in South China

寨背矿床中形成重稀土矿体的母岩主体为黑云母正长花岗岩，以含氟碳铈矿、氟碳钇铈矿及富钇钍石等稀土独立矿物为显著特征，母岩LREE/HREE=1.45~2.65，其中Y的配分值可达15%~25%。风化壳钻孔ZK1和ZK2中17件样品的全相稀土LREE/HREE=1.08，Eu/REE=0.50%，Y/REE=32%(均值)。此类矿床近年在广西、江西等省均有发现。“寨背式”轻稀土矿床中，风化壳的稀土配分类型可以继承母岩，仍为轻稀土型，也可改变对母岩的继承性转变为重稀土型，重稀土往往富集在全风化层下部。

河岭矿床中母岩为酸性火山熔岩及花岗斑岩，稀土矿物分别以独居石、氟碳铈矿、异相硅钛铈矿、氟碳钙铈矿、铈磷灰石等富集轻稀土的矿物为主(王京彬和阮道源，1989；Bao and Zhao, 2008; Sanematsu and Watanabe, 2016)。2件花岗斑岩的LREE/HREE＞4.62，其风化壳样品中全相稀土LREE/HREE=8.76，Eu/REE=0.33%，Y/REE=7%(26件样品的均值)。这类矿床在华南地区十分普遍，母岩类型多样(赵芝等，2014)。“河岭式”轻稀土矿床中，风化壳稀土配分类型同样继承了母岩特征为轻稀土型。在发育较为完整的风化壳剖面中，重稀土往往分布在全风化层下部，而轻稀土可富集在风化层上部，也可富集在下部。

6 结论

赣南寨背花岗岩风化壳的稀土配分类型多样，有轻稀土型(钻孔ZK4)、过渡型(钻孔ZK1)和重稀土型(ZK2下部)。以钻孔ZK4为代表的轻稀土型风化壳，母岩可能为寨背岩体过渡相的轻稀土型黑云母正长花岗岩，其继承了母岩的稀土配分类型。过渡型-重稀土型风化壳，如ZK2和ZK1，母岩可能为过渡相的中钇轻稀土型黑云母正长花岗岩。母岩风化过程中，轻稀土首先富集在风化壳上部重稀土则富集在下部，从母岩中释放出的较高浓度的重稀土增大了风化壳下部已有的轻、重稀土分馏程度，导致风化壳的稀土配分类型从过渡型转变为重稀土型，如ZK2剖面。随风化程度增加，富集在风化壳上部的轻稀土逐渐向下迁移并发生富集。同时，富集在下部的重稀土部分从剖面中迁出至地表水中，从而缩小了轻、重稀土的分馏程度，风化壳的稀土配分类型仍为过渡型，如ZK1剖面。

致谢感谢审稿专家提出的建议和意见，提高了本文质量；感谢国家地质实验测试中心屈文俊研究员和朱云副研究员在稀土淋滤实验上给予的帮助。

参考文献

Bao ZW and Zhao ZH. 2008. Geochemistry of mineralization with exchangeable REY in the weathering crusts of granitic rocks in south China. Ore Geology Reviews, 33(3-4): 519-535 DOI:10.1016/j.oregeorev.2007.03.005

Berger A, Janots E, Gnos E, Frei R and Bernier F. 2014. Rare earth element mineralogy and geochemistry in a laterite profile from Madagascar. Applied Geochemistry, 41: 218-228 DOI:10.1016/j.apgeochem.2013.12.013

Braun JJ, Pagel M, Herbillon A and Rosin C. 1993. Mobilization and redistribution of REEs and thorium in a syenitic lateritic profile: A mass balance study. Geochimica et Cosmochimica Acta, 57(18): 4419-4434 DOI:10.1016/0016-7037(93)90492-F

Chen BF, Zou XY, Peng LL, Qi FY, Que XH, Zhang Q and Zhou XH. 2019. Geological characteristics and heavy rare earth ore prospecting potential of Qingxi pluton rare earth deposit. Chinese Rare Earths, 40(4): 20-31 (in Chinese with English abstract)

Chen DQ and Wu JS. 1990. Ore-forming mechanism of ion-adsorption type REE deposits. Journal of the Chinese Rare Earth Society, 8(2): 175-179 (in Chinese)

Chen PR, Zhang BT, Kong XG, Cai BC, Ling HF and Ni QS. 1998. Geochemical characteristics and tectonic implication of Zhaibei A-type granitic intrusive in South Jiangxi Province. Acta Petrologica Sinica, 14(3): 289-298 (in Chinese with English abstract)

Chen ZC, Yu SJ, Fu QC, Chen BH and Zhang LJ. 1997. Study on the organic metallogenic mechanism of weathering crust REE deposits. Journal of the Chinese Rare Earth Society, 15(3): 244-251 (in Chinese with English abstract)

Condie KC, Dengate J and Cullers RL. 1995. Behavior of rare earth elements in a paleoweathering profile on granodiorite in the Front Range, Colorado, USA. Geochimica et Cosmochimica Acta, 59(2): 279-294 DOI:10.1016/0016-7037(94)00280-Y

Deng MC, Wang DH, Zeng ZL, Zhang YZ, Zhao Z, Zou XY and Chen BF. 2013. Evaluation on delineation methods for ion-adsorption type rare earth ore body. Rock and Mineral Analaysis, 32(5): 803-810 (in Chinese with English abstract)

Ding JY. 2012. Historical review of the ionic rare earth mining: In: Honor of the 60 Anniversaries of GNMRI. Nonferrous Metals Science and Engineering, 3(4): 14-19 (in Chinese with English abstract)

Ding JY and Deng GQ. 2013. Main problems in the current ionic adsorption rare earth exploration specifications and their amendment proposals. Nonferrous Metals Science and Engineering, 4(4): 96-102 (in Chinese with English abstract)

Fan CF and Chen PR. 2000. Characteristics and significance of the population typology of zircon from granitoids in southern Jiangxi Province. Contributions to Geology and Mineral Resources Research, 15(4): 299-306 (in Chinese with English abstract)

He C, Xu C, Zhao Z, Kynicky J, Song WL and Wang LZ. 2017. Petrogenesis and mineralization of REE-rich granites in Qingxi and Guanxi, Nanling region, South China. Ore Geology Reviews, 81: 309-325 DOI:10.1016/j.oregeorev.2016.10.021

Hill SE and Rosenbaum MS. 1998. Assessing the significant factors in a rock weathering system. Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology, 31(2): 85-94 DOI:10.1144/GSL.QJEG.1998.031.P2.02

Huang DH, Wu CY and Han JZ. 1988. REE geochemistry and mineralization characteristics of the Zudong and Guanxi granites, Jiangxi Province. Acta Geologica Sinica, (4): 311-328 (in Chinese with English abstract)

Imai A, Yonezu K, Sanematsu K, Ikuno T, Ishida S, Watanabe K, Pisutha-Arnond V, Nakapadungrat S and Boosayasak J. 2013. Rare earth elements in hydrothermally altered granitic rocks in the Ranong and Takua Pa Tin-Field, Southern Thailand. Resource Geology, 63(1): 84-98 DOI:10.1111/j.1751-3928.2012.00212.x

Ishihara S, Hua RM, Hoshino M and Murakami H. 2008. REE abundance and REE minerals in granitic rocks in the Nanling Range, Jiangxi Province, Southern China, and generation of the REE-rich weathered crust deposits. Resource Geology, 58(4): 355-372 DOI:10.1111/j.1751-3928.2008.00070.x

Kynicky J, Smith M P and Xu C. 2012. Diversity of rare earth deposits: The key example of China. Elements, 8(5): 361-367 DOI:10.2113/gselements.8.5.361

Li MYH, Zhou MF and Williams-Jones A E. 2019. The genesis of regolith-hosted heavy rare earth element deposits: Insights from the world-class Zudong deposit in Jiangxi Province, South China. Economic Geology, 114(3): 541-568 DOI:10.5382/econgeo.4642

Li XH, Chen ZG, Liu DY and Li WX. 2003. Jurassic gabbro-granite-syenite suites from southern Jiangxi Province, SE China: Age, origin, and tectonic significance. International Geology Review, 45(10): 898-921 DOI:10.2747/0020-6814.45.10.898

Li YHM, Zhao WW and Zhou MF. 2017. Nature of parent rocks, mineralization styles and ore genesis of regolith-hosted REE deposits in South China: An integrated genetic model. Journal of Asian Earth Sciences, 148: 65-95 DOI:10.1016/j.jseaes.2017.08.004

Liu DJ, Li GF, Wang B and Cao YF. 2017. The ore-forming geological characteristics and the prospecting significance of heavy REE deposit of weathering and leaching illuviation crust type within an Early Silurian granite in south of Jiangxi. Mineral Resources and Geology, 31(6): 1042-1047 (in Chinese with English abstract)

Maulana A, Yonezu K and Watanabe K. 2014. Geochemistry of rare earth elements (REE) in the weathered crusts from the granitic rocks in Sulawesi Island, Indonesia. Journal of Earth Science, 25(3): 460-472 DOI:10.1007/s12583-014-0449-z

Padrones JT, Imai A and Takahashi R. 2017. Geochemical behavior of rare earth elements in weathered granitic rocks in Northern Palawan, Philippines. Resource Geology, 67(3): 231-253 DOI:10.1111/rge.12123

Sanematsu K, Murakami H, Watanabe Y, Duangsurigna S and Vilayhack S. 2009. Enrichment of rare earth elements (REE) in granitic rocks and their weathered crusts in central and southern Laos. Bulletin of the Geological Survey of Japan, 60(11-12): 527-558 DOI:10.9795/bullgsj.60.527

Sanematsu K, Kon Y, Imai A, Watanabe K and Watanabe Y. 2013. Geochemical and mineralogical characteristics of ion-adsorption type REE mineralization in Phuket, Thailand. Mineralium Deposita, 48(4): 437-451 DOI:10.1007/s00126-011-0380-5

Sanematsu K, Kon Y and Imai A. 2015. Influence of phosphate on mobility and adsorption of REEs during weathering of granites in Thailand. Journal of Asian Earth Sciences, 111: 14-30 DOI:10.1016/j.jseaes.2015.05.018

Sanematsu K and Watanabe Y. 2016. Characteristics and genesis of ion adsorption-type rare earth element deposits. In: Verplanck PL and Hitzman MW (eds. ). Reviews in Economic Geology Vol. 18: Rare Earth and Critical Elements in Ore Deposits. Littleton, Colorado: Society of Economic Geologists, 55-79

Sanematsu K, Ejima T, Kon Y, Manaka T, Zaw K, Morita S and Seo Y. 2016. Fractionation of rare-earth elements during magmatic differentiation and weathering of calc-alkaline granites in southern Myanmar. Mineralogical Magazine, 80(1): 77-102 DOI:10.1180/minmag.2016.080.053

Sun T. 2006. A new map showing the distribution of granites in South China and its explanatory notes. Geological Bulletin of China, 25(3): 332-335 (in Chinese with English abstract)

Tian J, Tang XK, Yin JQ, Luo XP, Rao GH and Jiang MT. 2013. Process optimization on leaching of a lean weathered crust elution-deposited rare earth ores. International Journal of Mineral Processing, 119: 83-88 DOI:10.1016/j.minpro.2013.01.004

Wang DH, Zhao Z, Yu Y, Zhao T, Li JK, Dai JJ, Liu XX and He HH. 2013. Progress, problems and research orientation of ion-adsorption type rare earth resources. Rock and Mineral Analysis, 32(5): 796-802 (in Chinese with English abstract)

Wang DH, Zhao Z, Yu Y, Wang CH, Da JJ, Sun Y, Zhao T, Li JK, Huang F, Chen ZY, Zeng ZL, Deng MC, Zou XY, Huang HG, Zhou H and Feng WJ. 2017. A review of the achievements in the survey and study of ion-adsorption type REE deposits in China. Acta Geoscientica Sinica, 38(3): 317-325 (in Chinese with English abstract)

Wang DH, Zhao Z, Yu Y, Dai JJ, Deng MC, Zhao T and Liu LJ. 2018. Exploration and research progress on ion-adsorption type REE deposit in South China. China Geology, 1(3): 415-424

Wang JB and Ruan DY. 1989. Evolution and REE concentration of Heling-type REE acidic volcanic rock series. Journal of the Chinese Rare Earth Society, 7(2): 68-72 (in Chinese with English abstract)

Wang LZ, Xu C, Zhao Z, Song WL and Kynicky J. 2015. Petrological and geochemical characteristics of Zhaibei granites in Nanling region, Southeast China: Implications for REE mineralization. Ore Geology Reviews, 64: 569-582 DOI:10.1016/j.oregeorev.2014.04.004

Wu CY, Huang DH and Guo ZX. 1989. REE geochemistry in the weathering process of granites in Longnan County, Jiangxi Province. Acta Geologica Sinica, (4): 349-362, 387-388 (in Chinese with English abstract)

Wu CY, Huang DH and Guo ZX. 1990. REE geochemistry in the weathered crust of granites, Longnan area, Jiangxi Province. Acta Geologica Sinica, 3(2): 193-210, 237

Wu CY, Bai G, Huang DH and Zhu ZS. 1992. Characteristics and significance of HREE-rich granitoids of the Nanling Mountain area. Bulletin of the Chinese Academy of Geological Sciences, (1): 43-58, 147 (in Chinese with English abstract)

Wu KX, Zhu P, Sun T, Chen LK, Ouyang H and Xiong F. 2017. Study on the ore-controlling factors and the mineralization and enrichment features of Dabu HREE deposit, southern Jiangxi Province. Chinese Rare Earths, 38(2): 1-10 (in Chinese with English abstract)

Yang YQ, Hu CS and Luo ZM. 1981. Geological characteristic of mineralization of rare earth deposits of the ion-adsorption type and their prospecting direction. Bulletin of the Chinese Academy of Geological Sciences, 2(1): 102-118 (in Chinese with English abstract)

Yuan ZX, Li JK, Wang DH, Zheng G D, Lou DB, Chen ZH, Zhao Z and Yu Y. 2012. Metallogenic Regularity of REE Ore Deposits in China. Beijing: Geological Publishing House, 1-116 (in Chinese with English abstract)

Zhang B, Deng TJ and Liu YH. 2013. A review of the prospecting potential of the global ion-adsorption REE deposits. Geological Review, 59(Suppl.): 579-581 (in Chinese)

Zhang BT, Wu JQ, Ling HF and Chen PR. 2011. Magma-dynamic evidence for Indo-Sinian cycle emplacement of the Zhaibei and Pitou granite batholith of Nanling range in South China and the tectonic implication. Contributions to Geology and Mineral Resources Research, 26(2): 119-130 (in Chinese with English abstract)

Zhao Z, Wang DH, Chen ZY, Chen ZH, Zheng GD and Liu XX. 2014. Zircon U-Pb age, endogenic mineralization and petrogenesis of rare earth ore-bearing granite in Longnan, Jiangxi Province. Acta Geoscientia Sinica, 35(6): 719-725 (in Chinese with English abstract)

Zhao Z, Wang DH, Liu XX, Zhang QW, Yao M and Gu WA. 2015. Geochemical features of rare earth elements in different weathering stage of the Guangxi Huashan granite and its influence factors. Chinese Rare Earths, 36(3): 14-20 (in Chinese with English abstract)

Zhao Z, Wang DH, Chen ZH and Chen ZY. 2017. Progress of research on metallogenic regularity of ion-adsorption type REE deposit in the Nanling Range. Acta Geologica Sinica, 91(12): 2814-2827 (in Chinese with English abstract)

Zhao Z, Wang DH, Wang CH, Wang Z, Zou XY, Feng WJ, Zhou H, Huang XP and Huang HG. 2019. Progress in prospecting and research of ion-adsorption type REE deposits. Acta Geologica Sinica, 93(6): 1454-1465 (in Chinese with English abstract)

Zhao Z, Fu TY, Gan JW, Liu C, Wang DH, Sheng JF, Li WB, Wang PA, Yu ZF and Chen YC. 2021. A synthesis of mineralization style and regional distribution and a proposed new metallogenic model of Mesozoic W-dominated polymentallic deposits in South China. Ore Geology Reviews, 133: 104008 DOI:10.1016/j.oregeorev.2021.104008

Zhao Z, Wang DH, Bagas L and Chen ZY. 2022. Geochemical and REE mineralogical characteristics of the Zhaibei Granite in Jiangxi Province, southern China, and a model for the genesis of ion-adsorption REE deposits. Ore Geology Reviews, 140: 104579 DOI:10.1016/j.oregeorev.2021.104579

Zhou MF, Li MYH, Wang ZC, Li XC and Liu JC. 2020. The genesis of regolith-hosted rare earth element and scandium deposits: Current understanding and outlook to future prospecting. Chinese Science Bulletin, 65(33): 3809-3824 (in Chinese) DOI:10.1360/TB-2020-0350

陈斌锋, 邹新勇, 彭琳琳, 漆富勇, 阙兴华, 张青, 周兴华. 2019. 清溪岩体稀土矿床地质特征及重稀土找矿潜力. 稀土, 40(4): 20-31.

陈德潜, 吴静淑. 1990. 离子吸附型稀土矿床的成矿机制. 中国稀土学报, 8(2): 175-179. DOI:10.3321/j.issn:1000-4343.1990.02.019

陈培荣, 章邦桐, 孔兴功, 蔡笔聪, 凌洪飞, 倪琦生. 1998. 赣南寨背A型花岗岩体的地球化学特征及其构造地质意义. 岩石学报, 14(3): 289-298.

丁嘉榆, 邓国庆. 2013. 现行离子型稀土勘查规范存在的主要问题与修订建议. 有色金属科学与工程, 4(4): 96-102.

丁嘉榆. 2012. 离子型稀土矿开发的历史回顾——纪念赣州有色冶金研究所建所60周年. 有色金属科学与工程, 3(4): 14-19.

邓茂春, 王登红, 曾载淋, 张永忠, 赵芝, 邹新勇, 陈斌锋. 2013. 风化壳离子吸附型稀土矿圈矿方法. 岩矿测试, 32(5): 803-810. DOI:10.3969/j.issn.0254-5357.2013.05.021

范春方, 陈培荣. 2000. 赣南不同类型花岗岩体的锆石形态群特征及其意义. 地质找矿论丛, 15(4): 299-306. DOI:10.3969/j.issn.1001-1412.2000.04.002

黄典豪, 吴澄宇, 韩久竹. 1988. 江西足洞和关西花岗岩的稀土元素地球化学及矿化特征. 地质学报, (4): 311-328.

刘东杰, 李光复, 王彪, 曹远福. 2017. 赣南某早志留世岩体风化壳淋积型重稀土矿成矿地质特征及其找矿意义. 矿产与地质, 31(6): 1042-1047. DOI:10.3969/j.issn.1001-5663.2017.06.005

王登红, 赵芝, 于扬, 赵汀, 李建康, 代晶晶, 刘新星, 何晗晗. 2013. 离子吸附型稀土资源研究进展、存在问题及今后研究方向. 岩矿测试, 32(5): 796-802. DOI:10.3969/j.issn.0254-5357.2013.05.020

王登红, 赵芝, 于扬, 王成辉, 代晶晶, 孙艳, 赵汀, 李建康, 黄凡, 陈振宇, 曾载淋, 邓茂春, 邹新勇, 黄华谷, 周辉, 冯文杰. 2017. 我国离子吸附型稀土矿产科学研究和调查评价新进展. 地球学报, 38(3): 317-325.

王京彬, 阮道源. 1989. 河岭式酸性稀土火山岩系的演化特征与稀土富集. 中国稀土学报, 7(2): 68-72. DOI:10.3321/j.issn:1000-4343.1989.02.015

吴澄宇, 黄典豪, 郭中勋. 1989. 江西龙南地区花岗岩风化壳中稀土元素的地球化学研究. 地质学报, (4): 349-362, 387-388.

吴澄宇, 白鸽, 黄典豪, 朱正书. 1992. 南岭富重稀土花岗岩类的特征和意义. 中国地质科学院院报, (1): 43-58, 147.

吴开兴, 朱平, 孙涛, 陈陵康, 欧阳怀, 熊锋. 2017. 赣南大埠重稀土矿床矿化富集规律与控矿因素研究. 稀土, 38(2): 1-10.

孙涛. 2006. 新编华南花岗岩分布图及其说明. 地质通报, 25(3): 332-335. DOI:10.3969/j.issn.1671-2552.2006.03.002

杨岳清, 胡淙声, 罗展明. 1981. 离子吸附型稀土矿床成矿地质特征及找矿方向. 中国地质科学院院报矿床地质研究所分刊, 2(1): 102-118.

袁忠信, 李建康, 王登红, 郑国栋, 娄德波, 陈郑辉, 赵芝, 于扬. 2012. 中国稀土矿床成矿规律. 北京: 地质出版社, 1-116.

张波, 邓廷军, 刘运鄂. 2013. 全球离子吸附型稀土矿找矿潜力评述. 地质论评, 59(增): 579-581.

章邦桐, 吴俊奇, 凌洪飞, 陈培荣. 2011. 南岭寨背和陂头花岗岩基属印支期侵位的岩浆动力学证据及构造意义. 地质找矿论丛, 26(2): 119-130.

赵芝, 王登红, 陈振宇, 郭娜欣, 刘新星, 何晗晗. 2014. 南岭东段与稀土矿有关岩浆岩的成矿专属性特征. 大地构造与成矿学, 38(2): 255-263.

赵芝, 王登红, 刘新星, 张青伟, 姚明, 顾文鳌. 2015. 广西花山岩体不同风化阶段稀土元素特征及其影响因素. 稀土, 36(3): 14-20.

赵芝, 王登红, 陈郑辉, 陈振宇. 2017. 南岭离子吸附型稀土矿床成矿规律研究新进展. 地质学报, 91(12): 2814-2827. DOI:10.3969/j.issn.0001-5717.2017.12.016

赵芝, 王登红, 王成辉, 王瑧, 邹新勇, 冯文杰, 周辉, 黄新鹏, 黄华谷. 2019. 离子吸附型稀土找矿及研究新进展. 地质学报, 93(6): 1454-1465. DOI:10.3969/j.issn.0001-5717.2019.06.021

周美夫, 李欣禧, 王振朝, 李晓春, 刘嘉成. 2020. 风化壳型稀土和钪矿床成矿过程的研究进展和展望. 科学通报, 65(33): 3809-3824.


岩石学报 2022, Vol. 38 Issue (2): 356-370, doi: 10.18654/1000-0569/2022.02.04	PDF