中国稀土矿床多样性

稀土矿床的多样性——以中国的重要矿床为例

摘要：稀土是发展高科技所必需的战略资源，而中国拥有世界级的稀土资源。世界上最富集的稀土元素组合体位于白云鄂博矿床，同时，以低成本投入从残积矿床开采极有价值的重稀土元素使中国几乎成为了全球垄断者。对一定范围内的中国矿床研究表明：不仅是原生，也有次生成矿过程来形成具经济价值的稀土矿床。这些矿床具有独特的稀土元素分布模式，其范围从主要的轻稀土富集地白云鄂博到稀土异常分布的德昌—冕宁造山带碳酸岩类，到中国南部富集重稀土的风化淋积型（离子吸附型）稀土矿床等。

关键字：稀土矿床、白云鄂博、离子吸附型、碳酸岩类、中国

引言

自80年代中期以来，中国逐渐成为了主要的稀土矿供应国。中国的稀土矿占全球已探明储量的50%，并且占据世界产量的90%以上(2011年)。中国在全球稀土市场的统治地位与1927年内蒙古白云鄂博矿的发现有关。以及其他具有重要意义的矿床如与碳酸岩类有关的喜马拉雅德昌–冕宁带和秦岭造山带和华南的离子吸附型矿床等(表1)。离子吸附型矿床因其含有高比例的重稀土(HREEs)这一在工业和经济上有重要地位的矿而变得很重要。过去三十年来中国混乱的稀土矿采矿管理产生了严重的环境污染问题，这一问题现在正在通过在采矿和选矿过程严格的工序标准得以处理。本文我们回顾中国的主要稀土矿床(表1；图1)，并且讨论了这一罕见现象的地质原因。

中国不同的稀土矿

中国稀土矿表现出广泛的空间分布及与碳酸岩类和花岗岩风化密切相关(图1)。目前采矿主要集中在以下三个类型：

1、中国北部元古代碳酸盐流体所作用的白云石化大理岩（白云鄂博）；

2、中国南部深度风化残余矿床(离子吸附型稀土矿床)；

3、喜马拉雅德昌—冕宁造山带和秦岭造山带碳酸岩类。

这些矿床的分布受东南亚大规模构造运动的控制，同样也受气候带分布的影响，比如离子吸附型稀土矿床。白云鄂博位于元古宙华北克拉通北缘，接近加里东俯冲带。中国中部秦岭造山带碳酸岩与晚中生代裂谷盆地有关，之后受新生代俯冲改造。在整个中国南部及其他东南亚地区地质背景内，离子吸附矿床与风化岩石有关（主要是花岗岩）。

白云鄂博岩和大部分碳酸岩稀土含量均达到全球平均水平。然而，在秦岭造山带黄龙埔和华阳川这两个硫化物异常富集矿床(图1A–D)对于重稀土和Y（钇，与典型的碳酸岩有关）富集有重大意义(图2A)。岩体由原岩是花岗岩的深部风化残余（含红土的）矿石组成，但是粘土中的稀土含量被风化过程改造，导致重稀土相对富集和Ce负异常(图2B)。现在，稀土矿在白云鄂博和华南一些中小型离子吸附型矿床中得以开采。庙垭矿床（秦岭造山带）计划在不久的将来把稀土矿作为铌钽矿的副矿物进行开采。德昌-冕宁带的许多稀土矿一直在被开采，并且这些矿床具有战略意义。

图—1

白云鄂博—世界上最大的稀土矿

地质特征

白云鄂博矿床（图1E，F）含有世界级的铁和稀土元素储量，伴生的低品位Nb作为副产品开采(表 1)。正是这个矿床使中国在世界稀土矿市场上占有绝对优势。该矿床赋存于白云鄂博组白云质大理岩，属受砂岩和板岩控制的元古宙变质沉积岩。该矿床由三个主矿体组成，矿体在向斜核部叠加于板岩之上。大量的小矿体和浸染状矿化出现在整个大理石单元中。稀土资源受轻稀土控制(图2A)，轻稀土主要富集在含少量氟碳酸盐类的氟碳铈矿和独居石中，Nb主要赋存于分散的金红石，铌铁矿，易解石和烧绿石中。矿床起源较复杂，至少包含7个阶段。首先是碳酸盐沉积，随后矿体南部受了海西期花岗岩影响发生变质和矿化作用。变形加强的交代带、厘米—分米级的褶皱、香肠构造和交叉切割的未变形矿脉都是矿石复杂演化的明显标志。

大量豆荚状钠质辉石和角闪石也表示出了方解石，萤石，重晶石晚期的孔隙填充以及Nb—Ti和稀土相。多级演化也反应在微观结构上(图1G)。地球化学上，这些岩石与碳酸岩相似 (图 2A)，出现在这片区域的碳酸岩脉从太古代五台片麻岩穿插到矿体北部以及白云鄂博群。

白云鄂博矿床成因研究

这一矿床确定无疑是热液交代形成的，热液交代产生了碱和氟富

集的蚀变组合。除了确定与碳酸盐岩的密切关系之外，主要矿物白云石和矿体的形成充满了争议，因为地质年代学和同位素证据相互矛盾。独居石的钍-铅同位素分析给出的年代主要是430–420Ma，在这一时期的初始Nd同位素比值表明了稀土矿是壳源的(图4)。然而其他放射性技术却得到了元古宙的形成年龄：Ar–Ar法对矿石中的角闪石测年给出了1260Ma到343Ma的年代，以及K–Ar法对钾长石测年得到最年轻的年龄225±7Ma，该钾长石来源于白云鄂博组沉积中切割黑云母片岩的结晶花岗岩岩脉。主要的大理岩单元中粗粒白云质大理岩的单颗粒锆石晶体的锆石测年显示了锆石为元古宙(1370—1257Ma)，热液变质为加里东期(455 Ma)。

碳酸岩脉显示出相似的年代范围(图4)。这一同位素数据和矿石结构特征可以简单的解释是元古宙碳酸岩侵入变质大理岩造成的，随后的稀土矿化发展使Nd同位素比值接近富集地幔(图4)。矿床在555 -420Ma之间，以及343Ma-225Ma之间持续发生变质作用导致了矿石现在的性质以及各种放射性测年系统的重新计数，比如长石角闪石云母的Ar丢失。实际上这一模式仍然过于简单，因为富氟碱性流体在变形前后都会渗透矿体。流体测定主要变形阶段也许来自与俯冲有关的花岗岩，也许会显示出更进一步的碱性岩浆作用。这一模式扩大了岩浆作用和变质作用的作用时期，流体作用使得白云鄂博地区积累了巨大的稀土储量。

图—2

球粒陨石标准化曲线显示了本文中相关矿床的稀土元素分布。Y作为Dy和Ho 之间的准镧系元素被投图。(A)碳酸岩和相关矿物的全岩组成。灰色领域为全球范围的碳酸岩；(B) 离子吸附型（红土）矿物的全岩组成。

图—3

在显微构造上的证据显示多期次流体作用，白云鄂博发生多次成矿作用和变质作用。在这一电子成像上，自形独居石（Mnz）被氟碳酸盐类（Bst）和磷灰石（Ap）所取代。