Question

（一）外生矿床的成矿地质条件和富集因素

Answer 1

1.冲积、残坡积、风化壳砂矿

这类矿床主要的成矿地质条件和富集因素有：

图10-6 福建南平花岗伟晶岩密集区分布略图

1）构造：持续缓慢上升的新构造运动是砂矿成矿的重要因素。地区上升过快，风化剥蚀强烈，成矿物质多被带走，不利于成矿。过缓则风化作用不发育，对成矿也不利。持续缓慢上升的新构造运动有利于剥蚀丘陵、侵蚀堆积地形以及厚大风化壳的形成。上升间歇有利于河谷成矿物质的堆积。

2）成矿物质来源：已知这类矿床的矿源岩石主要是燕山期黑云母花岗岩。其中钽铌铁矿除来源于黑云母花岗岩外，也来源于花岗伟晶岩。褐钇铌矿除来源于黑云母花岗岩外，也来源于钠铁闪石碱性花岗岩。独居石和磷钇矿还来自于混合岩、混合花岗岩和花岗片麻岩。锆石还来源于混合岩、石英闪长岩和正长岩等。

3）气候：我国华南高温多雨，具备有利于岩石风化的气候条件。

4）地貌：河流地貌对冲积砂矿的富集关系极大。一般河谷的横剖面如图10-7所示。砂矿最易富集在Ⅰ、Ⅱ级阶地及现代河床和河漫滩中。大体上，地貌单元时代愈新，含矿愈富。在现代河床及河漫滩中的矿体，多直接出露地表。它们直接受河水冲刷及外力的破坏，可进一步富集，矿体形态仍变动不定。赋存在Ⅰ级阶地，特别是Ⅱ级阶地的矿体，矿层稳定，矿体厚较大，埋藏较深。采矿时需进行剥离工作，有时剥离深度可达数米。沿河流流向，冲积砂矿多富集在河流地形由陡变缓，河床由窄变宽以及几条水系汇合处。

图10-7 河谷横剖面示意图

5）地表径流：地表径流作用与地区水量及地形地貌的变化有关。夏季河水暴涨，地表径流的水量和流速增大，便于风化岩石的冲刷以及粗碎屑的搬运和沉积。冬季河水的水量和流速减小，有利于中细沙的沉积。水量和流速变化是冲积砂矿沉积的重要条件。

2.风化壳离子吸附矿

这类矿床主要的成矿地质条件和富集因素如下：

1）构造：新构造运动既决定地区地貌景观，也决定地区风化壳的发育与保存。构造运动强烈，地区快速上升，常促使已形成的风化壳被冲刷和淋滤，风化物质被带走。构造运动过于微弱，山顶及山脊可能被夷平，也不利于风化壳的发育与保存。构造抬升、基岩风化、游离稀土元素向下淋滤，三者间保持适当比例，均衡制约，可促成风化壳中稀土元素最大限度的富集。基岩中构造裂隙及破碎带发育有利于天水循环，促进岩石风化。此外，均粒岩石与非均粒岩石，粗晶与细晶等结构构造不同也影响岩石的风化及风化岩石的保存。

2）成矿物质来源：离子吸附型稀土矿床的成矿物质来源于基岩，已知有花岗闪长岩、花岗岩、二长岩、石英正长斑岩、花岗斑岩、流纹斑岩、混合岩以及酸性火山岩等。基岩硅化强或岩石中广布石英脉，不利于岩石风化，不利于稀土金属成矿。基岩的稀土金属含量或丰度不是成矿富集的决定性因素。在南岭及其邻区，现知风化壳离子型矿床的基岩，其稀土元素含量最低的是112×10^-6，地区内绝大多数火成岩的稀土元素含量达到或高于这一数值。当然，基岩稀土元素含量愈高，在其他相同条件下，愈有利于成矿。基岩的稀土元素配分是不同类型稀土元素风化成矿的决定性因素。斜长花岗岩、花岗闪长岩、二长花岗岩，岩石的w（LRE₂O₃）/w（HRE₂O₃）值较大，形成的风化壳矿床该比值也大。花岗斑岩、石英正长斑岩、流纹斑岩的w（LRE₂O₃）/w（HRE₂O₃）比值最大，形成的风化壳矿床富集轻稀土元素。二长岩及某些二长花岗岩富铕，风化后常形成高铕的轻稀土矿床。受到后期蚀变改造的二云母花岗岩，尤其是岩浆分异晚期形成的白云母化、萤石化花岗岩中重稀土元素明显富集，岩石的w（LRE₂O₃）/w（HRE₂O₃）常小于1，风化后可形成高钇的重稀土矿床。

基岩中稀土元素或呈独立矿物产出，或分散在其他造岩矿物和副矿物中，两种赋存形式产出的稀土元素均可成为风化壳离子型矿床的稀土金属来源。岩石中的大部分稀土金属是呈副矿物产出的，稀土副矿物抗风化的能力是风化壳稀土金属能否形成离子吸附型矿的关键。稀土副矿物抗风化的能力是稀土磷酸盐＞稀土硅酸盐＞稀土氟碳酸盐。独居石和磷钇矿抗风化力强，富含这些矿物的岩石，其中稀土矿物很难风化，难以成矿。褐帘石、榍石、硅铍钇矿较易风化，尤其是已不同程度似晶体化的这类矿物，易于风化解体，促成风化壳稀土金属富集成矿。氟碳铈矿、氟碳钙铈矿、氟碳钙钇矿及稀土萤石等最易风化解体。基岩富集这些矿物，结合其他有利条件，最易形成风化壳富矿。江西足洞（701）大型风化壳离子吸附型高钇矿床主要就是由氟碳钙钇矿、硅铍钇矿提供物源的。呈类质同象形式存在的稀土元素多半赋存在黑云母及长石等造岩矿物中。这些矿物风化解体形成粘土矿物，稀土元素解离出来即被粘土吸附。

3）气候：一般说来，雨量充沛，气候湿润有利于风化壳形成。但气候过于湿热、雨水冲刷强烈，化学风化作用十分彻底，此时发育砖红土壤型铁铝风化壳，不利于形成吸附稀土元素的粘土型硅铝风化壳。温带、亚热带是风化稀土成矿最理想的气候带。我国北纬21°以北，28°以南地区具有这样的气候条件，是有利于形成稀土风化壳矿床的地区。气候决定地区植被是否发育。植物腐烂后形成的腐植酸有助于稀土矿物解体，促使稀土离子在风化壳中随溶液向下迁移。含稀土离子的酸性溶液向下渗透淋滤，至基岩附近溶液酸度降低，稀土离子脱离溶液被粘土吸附。

4）地貌：低缓山丘有利于稀土风化壳发育，地形起伏过大或地形过于平缓均不利。在低缓山丘地区，一般山顶及山脊部位风化壳厚度大，常构成富矿段，在陡壁及沟谷中风化壳厚度小，矿层薄或不发育。

5）风化壳结构及稀土元素次生富集：风化壳在垂直剖面上具壳层结构（图10-8）。大体上，花岗岩风化壳自上而下可分出表土层、全风化层和半风化层，半风化层之下为基岩。各层之间以及与基岩之间均为渐变的连续过渡。在低缓山头及山脊，壳层结构最发育。表土层岩石疏松呈土状，顶部常覆盖一层腐植质土，其下常见铁铝氧化物发育的砖红色土。表土层主要由粘土及石英组成。全风化层岩石疏松易散，但仍保持基岩外貌，在风化壳中厚度最大，主要由粘土及石英组成。在此层下部产出长石、云母等风化残留矿物。半风化层岩石较为坚硬，岩石中长石、云母大量增加。由半风化层向下逐渐过渡为基岩。风化壳粘土矿物表面常带负电荷。风化壳中的稀土元素主要是呈阳离子形式被粘土矿物吸附。风化壳厚度愈大，粘土矿物含量愈高，稀土元素愈富集。同时，不同粘土矿物对稀土离子吸附的能力不同。大体上，粘土矿物对稀土元素的吸附能力为蒙脱石＞埃洛石＞多水高岭石＞高岭石。此外，在不同的水化学条件下，同一粘土矿物对稀土阳离子的吸附能力亦不同，不同稀土阳离子的被吸附能力也略有不同。风化壳中稀土元素主要富集在全风化层。与基岩相比全风化层稀土元素含量一般高2～5倍，个别可高达10多倍。风化壳稀土元素富集成矿是一个长期的不断的次生富集过程。基岩风化，长石风化成粘土，矿物中的稀土元素被解离出来。由于地表水pH值较小，解离出来的稀土元素随酸性水溶液向下淋滤。在下淋过程中，水溶液的pH值会不断增大，稀土离子随溶液的中和而沉淀并为粘土矿物吸附，稀土元素有了初步富集。随着风化作用向深处拓展，初次富集的稀土元素可随淋滤水再向下迁移，再次沉淀并进一步富集。风化强度逐渐增大，风化壳深度逐渐增大，上部带来的稀土元素逐渐增多，最后在全风化层中的富集可较基岩高达数倍量的稀土元素。稀土元素中的铈在次生富集中具有不同于其他稀土元素的地球化学行为。由于稀土矿物中的铈经风化作用易氧化成四价铈（CeO₂），四价铈不溶于水，不能随水溶液向下迁移，结果在风化壳表层以铈石（CeO₂）等形式就地沉淀。因此，全风化层中铈的含量较基岩中的会相对减少或近似，而除铈以外的其他稀土元素含量较基岩相对增大。风化壳离子吸附稀土矿床成矿模式见图10-16。

图10-8 风化壳剖面示意图

3.海滨砂矿

这类矿床主要的成矿地质条件和富集因素如下。

1）构造：我国海滨砂矿主要赋存于东部及东南部沿海地区。大地构造上它们分属于胶辽台隆、东南沿海造山系及台湾造山系，从而可分出三大海滨砂矿成矿区。对胶辽台隆成矿区和东南沿海成矿区而言，前者大陆架开阔平缓，内接大平原，后者大陆架狭窄陡立，内接丘陵山地。尤其是东南沿海地区，自中生代以来长期处于上隆和剥蚀状态，有助于岩石风化剥蚀，有利于形成厚大矿层。另一方面，历史上的海平面上升，促成目前陆上古沙堤砂矿形成。此外，不同规模的断裂活动、岩石崩解，有助于岩石风化，也是成矿的一个重要构造条件。

2）成矿物质来源：滨海地带基岩是滨海砂矿的物质来源地。寻找独居石、磷钇矿和锆石，首先要了解沿岸地区有无含大量这些矿物的基岩存在。胶辽台隆为太古宇片麻岩、混合花岗岩发育地区，岩石含有大量锆石和独居石副矿物。东南沿海地区，燕山期花岗岩及花岗闪长岩广泛分布，其中稀有稀土矿物含量很高。具体看，海南岛砂矿主要产出锆石和钛铁矿，它们分别来自岛上广泛分布的中生界石英闪长岩、闪长岩、花岗闪长岩、正长岩和石英正长岩。粤西和雷州半岛产出的锆石来自沿岸燕山期花岗岩及新生界玄武岩。在山东荣成石岛，锆石砂矿中的锆石来源于正长岩。磷钇矿砂矿主要分布在粤西海岸，岸上发育着厚大的寒武系八村群混合岩和混合花岗岩，含大量磷钇矿和独居石。粤西桂东陆上发育的混合岩型稀土元素风化壳砂矿床，本身就构成独居石和磷钇矿的富集。

3）气候和水文：东南沿海滨海砂矿区位于北回归线以南，属亚热带气候，高温多雨炎热潮湿，利于崩解岩石风化。风化物质被河流带入大海。在这里，水动力作用是促使稀有稀土矿物迁移、分选、富集的重要因素。河流、海浪、沿岸流和风暴潮具有不同的水动力性质，在重矿物富集中起不同的作用。我国东部沿海有长江、黄河等大江大河入海，现在这些地方没有砂矿富集。相反，东南沿海砂矿富集地一般无大河流。小溪、小河虽然流量和流速不大，但分布面积广，冲刷的基岩多，尤其在雨季，带入海中的陆上物质也相当可观，随着河流入海，流速减小，重矿物沉淀在河口三角洲附近。海滨波浪多由海潮引起，能进一步冲刷和剥蚀沿岸陆上或海下风化岩石，冲刷其中重矿物，随浪的起落而促进重矿物富集。沿岸流多由季风引起。我国东南沿海，冬季以东北风为主，夏季以东南风或西南风为主。东北风强劲，由东北风引起的沿岸流促使沿岩海水中的重矿物由东北向西南方向迁移，并在海港、岬湾等避风处沉淀富集。风暴潮由台风引起，是最强劲的海水动力作用。风暴潮过后常导致滨海地带砂矿产量增大。海南岛东南海岸带和粤西海岸带，大、中、小砂矿异常发育，海南岛西海岸滨海砂矿少见。前者面临台风带来的风暴潮袭击，后者很少受到台风干扰，可能是前者砂矿发育的一个原因。

4）地貌：沿海地貌对滨海砂矿的富集和分布起决定性作用。我国东南沿海在杭州湾以北属下降平原区滨海地貌，杭州湾以南属上升丘陵区或山地区滨海地貌。目前绝大部分砂矿集中在后一地貌单元中。在后一地貌单元中由沙质岬湾包围的海滩区、浅滩区和堆积阶地（图10-9）常是重矿物的富集场所。上述海潮区砂矿多见于海滩区，沙堤砂矿主要富集于浅滩区，沙地砂矿多富集于海成阶地，而堆积阶地砂矿主要见于堆积平台及海蚀阶地。在这些地貌单元中，有用矿物的富集又受次一级地貌单元的制约。大体上，滨海砂矿多分布于两地貌单元交界处、河流出口处、孤山向海伸出拐角的岬湾处，而靠内陆的砂矿主要分布于近山的海成地貌单元，如近海沙堤前鞍、远海沙堤后鞍等。沿海大陆架的地貌形态也是决定砂矿形成和富集的因素。对比我国沿海砂矿分布密度与大陆架宽度可知，大陆架宽度变窄，砂矿分布密度增大，二者具有相关关系。鲁东-辽东海岸带大陆架宽度大，砂矿密度小，粤西海岸带大陆架宽度较小，砂矿密度增大，海南岛东海岸大陆架宽度最小，沿岸赋存的滨海砂矿数量最大。窄大陆架的海滨地貌，特别是台阶式窄大陆架的海滨地带有利于砂矿的形成和富集。海滨地带狭窄的大陆架利于风暴潮抵达，并在该地造成强大的水动力场，而台阶式海底地貌有利于被强大潮水或波浪带来的碎屑物质按阶分级沉淀和保存。

图10-9 滨海地貌剖面示意图

4.现代盐湖沉积矿

这类矿床主要见于青海柴达木盆地，现以该盆地为例讨论盐湖矿的成矿地质条件和富集因素。

1）构造：大地构造上，柴达木盆地位于东昆仑造山系的二级构造单元——柴达木坳陷内。柴达木盆地北缘有柴达木深断裂，该断裂走向北西西，燕山期以来直到近代，断裂北侧上升，南侧沉降。柴达木盆地南缘有格尔木断裂，断裂呈北西西向或东西向，更新世以来受喜马拉雅运动影响，断裂南侧与西侧剧烈抬升，北侧与东侧相对下降。柴达木盆地就形成于这样四周抬升，中心相对下降的断陷或坳陷地质条件下，并在中更新世时成为一个统一的大水湖。其后，随着新构造运动的加强，盆地内部又发育一系列次级及更次级的断裂，断裂走向大体遵循两侧主断裂方向，多作北西西向，其次有北北西—南北向。这些次级或更次级的断裂活动，进一步导致盆地内不同地段的相对抬升与下降，使原来的统一大湖被分割成北西西向呈串珠状分布的大小湖盆（图10-10）。

图10-10 柴达木盆地察尔汗盐湖区盐湖及水系分布略图

2）成矿物质来源：柴达木盆地内最富锂的盐湖是一里坪湖、东台吉乃尔湖及西台吉乃尔湖，朱允铸等研究认为三个盐湖在成因上属由那棱格勒河形成的冲积扇的扇前湖。那棱格勒河上游的一条主要支流为洪水河。洪水河发源地分布着众多的新生代火山口，有的火山口1984年仍有火山爆发，沿火山四周及其附近的断裂至今仍有温泉热水溢出。据朱允铸等的资料，洪水河河水矿化度高达1321mg/L，锂含量2.04mg/L。与柴达木盆地内其他河流相比，那棱格勒河河水的锂含量高出其他河流50～100倍（朱允铸等，1990）。柴达木盆地盐湖中的锂多半来自其南侧昆仑山中的现代火山岩及热泉，这对进一步找寻富锂矿有重要的参考意义。

3）气候和水文：由于南北两侧高山峻岭的阻隔，柴达木盆地内部相对封闭，气候干旱少雨，年降雨量不到70mm，年蒸发量高达数千毫米。盆地内河流常出现干涸和断流，流向也时有变化。由河水带入盐湖的成矿物质因蒸发浓缩，或以盐类矿物呈固相沉淀，或仍残存于卤液中。干旱的气候条件是盐湖干涸，转变成干盐滩，并使其中盐类沉淀的重要条件。另一方面，要形成大盐湖锂矿必须有一定水流并携带矿质不断补充进入湖盆。盆地西南缘的阿尔金山及昆仑山，常年积雪，每年夏季冰雪融化，雪水与现代热泉向北东注入湖盆，使盐湖水不断得到补充。

4）地球化学：锂、铷、铯为稀有的碱性元素，地球化学性质极为活泼，常与氯结合呈氯化物赋存在水溶液中。锂的离子半径与盐类矿物各种金属元素的离子半径差异较大，加之锂的水合能强，锂不易进入盐类矿物晶格而存留在残余卤液中。铷的离子半与钾离子相近，可以类质同象形式赋存在钾矿物中，比如光卤石中。残存于卤液中的铷可能呈离子状态被粘土矿物吸附。碱金属元素中铯的离子半径最大，具有最为活泼的地球化学行为，加之地壳稀碱元素中铯的丰度最小，不易富集成矿。铯除赋存于残存卤液中外，据郑绵平等（1995）资料，在西藏谷露、色米、搭格架等热泉中铯呈水合物与硅的水合物结合，赋存在含水蛋白石等硅华中。