滇西遮放盆地西緣芒棒組稀土元素富集特征 及其地質意義

劉 兵 , 孫載波 , 陳 棵 , 周家喜 *, 馬進華, 張 虎 , 段向東, 王 敏 宋冬虎, 肖高強 , 包佳鳳 , 方 雄

(1.云南省地質調查院, 云南 昆明 650216; 2.云南大學 地球科學學院, 云南 昆明 650500; 3.自然資源部三江成礦作用及資源勘查利用重點實驗室, 云南 昆明 650061; 4.云南省地質環境檢測院, 云南 昆明 650216; 5.云南省地質調查局, 云南 昆明 650061; 6.云南省國土資源規劃設計研究院, 云南 昆明 650216)

0 引 言

自20世紀60年代末在贛南地區發現首個離子吸附型稀土礦床后, 離子吸附型稀土礦床逐漸引起了國家和地學界的高度關注, 先后在江西、廣東、廣西及云南等地發現了一批離子吸附型稀土礦床(賀倫燕和王似男, 1989; 張祖海, 1990)。近十年來, 江西贛南、福建武夷山、廣西、云南等地與花崗巖/堿性巖風化殼有關的離子吸附型稀土礦的找礦和研究取得重大突破(趙芝等, 2014, 2017; 王登紅等, 2017; 王敏等, 2020), 與變質巖和火山巖風化殼有關的稀土礦也開始陸續報道(王銀喜等, 2000; 李中明等, 2007; 王臻等, 2019; 劉殿蕊, 2020), 拓展了稀土礦的找礦方向。

云南省是我國南方離子吸附型稀土礦資源勘查的重要地區。滇西南臨滄及滇西騰沖地塊隴川、盈江和遮放等地大面積出露花崗巖, 是花崗巖風化殼離子吸附型稀土礦資源勘查和研究的重要區域, 離子吸附型稀土礦的勘查和研究取得諸多新進展(張彬等, 2018, 2019; 陸蕾等, 2019, 2020; 張保濤等, 2020; 燕利軍等, 2020; 明添學等, 2020; 王敏等, 2020)。滇西騰沖地塊除花崗巖外還分布有大面積沉積巖, 劉東盛等(2020)研究發現, 芒棒組沉積巖稀土元素背景較高。探討芒棒組沉積巖中稀土元素的含量、分布及富集特征、遷移規律等對研究芒棒組沉積巖的稀土含礦性有重要指示意義。

本文在對芒市地區遮放盆地西緣芒棒組泥巖、砂巖、礫巖和粉砂巖及盆地西側細粒-中細粒二長花崗巖進行野外調查取樣、工程揭露和測試分析等基礎上, 對芒棒組沉積巖的稀土元素富集特征和來源等進行了探討, 初步研究了芒棒組不同巖性和巖相沉積巖中稀土元素富集特征及地質意義, 為開展芒棒組沉積巖中稀土的資源評價提供參考。

1 區域地質背景

滇西是印度板塊、印支地塊和揚子板塊的拼接地帶, 由騰沖地塊、保山地塊等微地塊及其間的縫合帶(包括怒江縫合帶)等組成(Morley, 2004; Metcalfe, 2006; Kapp et al., 2007)。騰沖地塊位于怒江縫合帶以西、密支那縫合帶以東(Hou et al., 2007; 鄧軍等, 2011, 2016; Xu et al., 2012; 蔡志慧等, 2013; Deng et al., 2014a, 2014b; 崔曉琳等, 2017), 由古元古界高黎貢山巖群片麻巖等深變質巖、古生界淺變質砂板巖、中生界和新近系上新統芒棒組沉積巖及第四系沉積物組成, 發育印支期、燕山晚期和喜馬拉雅期酸性侵入巖(圖1a)。新近紀中新世以來, 怒江斷裂等大規模構造轉化為平移斷層, 形成了大量陸內斷陷盆地。盆地由新近系上新統芒棒組和第四系組成。芒棒組巖層產狀平緩, 多數層理傾角＜10°, 稀土元素平均豐度394×10-6, 為地殼克拉克值的3倍(劉東盛等, 2020), 單一樣品稀土元素含量高達1122×10-6(張建軍等, 2017)。第四系主要分布于盆地中心區, 由火山巖和河湖相松散堆積物組成。盆地基底和周緣主要為喜馬拉雅期-燕山晚期酸性花崗巖和古元古界深變質巖, 少量印支期酸性花崗巖(圖1a), 喜馬拉雅期酸性花崗巖為一套粗粒-似斑狀中粗粒二長花崗巖; 燕山晚期酸性花崗巖主要呈帶狀發育于騰沖地塊東部, 為一套細粒-中細粒二長花崗巖; 印支期花崗巖發育于騰沖地塊大盈江斷裂以西地區, 為一套中粒-中粗?；◢弾r(云南省地質調查院, 2008, 2020)。規模較大的代表性新生代陸內盆地有瑞麗盆地、遮放盆地、芒市盆地、隴川盆地、戶撒盆地、盈江盆地、梁河盆地、龍江盆地和騰沖盆地等, 遮放盆地位于騰沖地塊與保山地塊交界地區, 盆地東側基底主要出露古生界和中生界沉積巖系, 盆地西側基底出露燕山晚期細粒-中細粒二長花崗巖, 巖石中普遍含有白云母, 局部見古元古界高黎貢山巖群深變質巖系(圖1b)。

圖1 研究區地質簡圖(據云南省地質調查院, 2008, 2020修改) Fig.1 Geological background of the study area

2 樣品采集與測試分析

研究區位于遮放盆地西緣, 首先采集芒棒組沉積巖稀土礦化信息樣進行稀土元素測試, 根據分析結果對芒棒組沉積巖和盆地西側燕山晚期二長花崗巖進行剝土、取樣、全巖稀土元素含量分析以及薄片和重砂礦物鑒定, 并對芒棒組泥巖進行全巖離子吸附態稀土元素組成分析和X粉晶衍射分析。

2.1 樣品采集

在遮放盆地西緣芒棒組出露區選擇新開挖的高陡人工邊坡, 剝去坡面風化基巖, 按巖性進行分層刻槽取樣, 采集新鮮的稀土礦化學分析樣品進行初步分析, 樣槽垂直巖層和地面, 斷面為10.0 cm×5.0 cm, 樣長1.0 m。在對芒棒組沉積巖進行初步取樣分析研究的基礎上, 完成芒棒組剝土工程2個, 工程間距4.0 km。BT005長20.0 m, 高3.0～8.3 m, 按5.0 m等間距布置3條垂向取樣槽; BT006長25.0 m, 高8.0～ 12.1 m, 按照20.0 m間距布置2條垂向取樣槽(圖2)。剝去坡面風化基巖后, 按巖性對芒棒組進行分層和連續刻槽取樣, 采集新鮮巖石樣品, 同時避免不同巖性間的污染, 將樣品及時送至實驗室進行測試分析。剝土坡面基巖剝去厚度均大于0.5 m, 其中坡面頂部剝去基巖厚0.5～0.8 m, 坡面底部剝去基巖厚1.0～2.5 m, 確保了所采集樣品新鮮無風化; 樣槽垂直地面和巖層, 樣槽斷面10.0 cm×5.0 cm, 樣長如圖2所示。同時選擇遮放盆地西側燕山晚期細粒-中細粒二長花崗巖完成剝土BT007, 工程高11.7 m, 長10.0 m, 按照巖石風化程度可自上而下分為腐殖層、黏土層、全風化層、半風化層和基巖, 并對各風化層和基巖進行連續刻槽取樣, 采集巖石分析樣品, 樣槽斷面為10.0 cm×5.0 cm, 樣長0.9～1.3 m(圖2)。

圖2 芒棒組沉積巖和盆地西側花崗巖剝土剖面圖 Fig.2 REE enrichment and differentiation in profiles of the Mangbang Formation sedimentary rocks and the weathering crust of the granite

2.2 測試分析

全巖稀土元素及離子吸附態稀土元素分析在自然資源部昆明礦產資源監督檢測中心采用iCAP RQ型電感耦合等離子體質譜儀完成, 將樣品干燥混合均勻并粉碎至200目作為全巖稀土元素分析和離子吸附態稀土元素分析試樣, 共完成全巖稀土元素分析54件, 并對剝土BT005底部7件泥巖進行了離子態稀土元素分析。

稱取0.2500±0.0002 g試樣放于聚四氟乙烯坩堝中用于全巖稀土元素實驗分析測試, 加入10 mL HNO3+10 mL HF+2 mL H2SO4混合酸, 加蓋, 置于控溫電熱板上分解, 待測物分解完全后蒸至近干, 加入王水, 趁熱浸取, 冷卻。將浸取液全部轉移至容器并定容至25 mL, 搖勻, 稀釋10倍, 備用。將ICP-MS開機預熱30 分鐘并調節至最佳狀態, 檢測儀器穩定后開始測試La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y等15項稀土元素含量, 隨同試料分析全過程做三份空白對比試驗。

稱取5 g試樣置于300 mL錐形瓶中用于離子態稀土含量測定, 加入100 mL 濃度為20 g/L 的硫酸銨溶液, 搖勻, 置于振蕩器上振蕩2 小時, 取下, 室溫靜置30 分鐘, 待溶液清亮后用中速定量濾紙干過濾。移取2 mL浸取液至100 mL容量瓶中, 加入銦內標和硝酸介質, 用水定容至100 mL, 搖勻備用。調節電感耦合等離子體質譜儀至最佳狀態, 測定La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu和Y等15種稀土元素含量, 隨同樣品分析全過程做三份空白對比實驗。

XRD分析在國土資源部昆明礦產資源監督檢測中心采用日本理學DMAXⅢA衍射儀完成, 將樣品研制成200目的粉末, 壓入樣品支架, 調整儀器參數(電壓40 kV、電流20 mA、發射狹縫1°、接收狹縫0.3 mm、掃描速度2°/min), 使用Data System of X-ray Diffractometer V2.2軟件自動檢測樣品單礦物晶面距離, 并確定礦物名稱。

3 結 果

3.1 剖面及巖性特征

芒棒組為一套弱固結軟巖, 由礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖及其過渡型巖石組成(圖2)。剝土BT005下部為泥巖和粉砂巖互層, 巖層界面平直, 層厚1.8～2.0 m, 厚度和橫向特征穩定, 巖石發育水平層理和塊狀層理; 巖石組成礦物顆粒細, 大小均勻。剝土BT005上部為礫巖、砂巖夾泥巖組合, 巖石發育塊狀層理和粒序層理。礫巖主要由礫屑和砂屑組成, 砂泥質充填, 礫石呈次棱角狀到次圓狀, 細礫與中礫混雜, 偶見粗礫, 成分主要為細粒-中細粒二長花崗巖(圖3a), 含白云母礦物碎屑; 砂屑成分有花崗巖巖屑和長石、石英、云母礦物碎屑; 砂礫分選差, 磨圓中等, 巖石成分成熟度和結構成熟度較低。砂巖主要由花崗巖巖屑和長石、石英礦物碎屑組成, 含少量云母碎屑, 部分巖石中含少量礫屑, 成分主要為細粒-中細粒二長花崗巖, 碎屑分選和磨圓差。粉砂巖主要由長石和石英礦物碎屑組成; 泥巖呈楔形或不連續條帶夾層狀產出, 厚0.2～0.4 m, 主要發育塊狀層理, 見小型交錯層理、透鏡狀層理及火焰狀泄水構造, 局部偶見礫石, 成分為細粒-中細粒二長花崗巖(圖3b), 同時巖石中可見大量白云母碎屑(圖3d)。

剝土BT006主要由礫巖、砂礫巖、砂巖組成, 夾楔形狀或透鏡狀粉砂巖和泥巖; 巖石碎屑成分和特征與BT005上部巖石相似, 巖石中碎屑的分選和磨圓差, 主要發育塊狀層理, 見粒序層理; 巖層橫向厚度變化大, 相鄰巖層界面彎曲, 沖刷面構造發育, 部分泥巖、礫巖呈不穩定的楔形狀或透鏡夾層狀產出; 此外, 砂巖、粉砂巖中可見細礫, 泥巖中含粉砂并偶見礫屑, 礫屑成分主要為細粒-中細粒二長花崗巖。

按照巖石風化程度, 遮放盆地西部細粒-中細粒二長花崗巖剝土BT007可分為腐殖層、黏土層、全風化層、半風化層和基巖層。其中腐殖層呈深褐色, 厚1.3 m; 黏土層呈褐色, 厚2.0 m, 巖石風化呈土狀; 全風化層呈褐黃色-黃色, 厚5.0 m, 巖石風化呈砂土狀、砂狀, 局部殘余少量花崗巖(圖3c); 半風化層呈灰色, 厚2.0 m, 巖石風化呈角礫狀, 殘余有大量長石和石英礦物, 但長石普遍發生黏土化; 基巖呈淺灰色, 厚0.9 m, 局部見風化裂隙。

圖3 芒棒組沉積巖及全風化花崗巖野外照片 Fig.3 Field photos of the Mangbang Formation sedimentary rocks and the weathered granite

3.2 巖相學與礦物學特征

薄片觀察、重砂礦物鑒定(圖4)和X粉晶衍射分析(圖5)表明, 芒棒組泥巖主要由白云母、高嶺石、石英和鉀長石組成, 少量斜長石, 含磁鐵礦、鈦鐵礦、鋯石和獨居石等重礦物(圖4a、b)。白云母含量5%～15%(圖4d), 部分巖石中可達20%左右; 高嶺石含量5%～15%, 部分巖石達30%; 石英含量25%～60%, 鉀長石含量10%～35%, 斜長石含量1%～10%?；◢弾r主要由鉀長石、斜長石、石英、黑云母和白云母組成, 礦物粒徑d=1～5 mm, 多數礦物粒徑d＜2 mm, 呈細粒-中細粒狀; 少量磷灰石、鋯石和磁鐵礦等(圖4e), 偶見褐簾石(圖4f), 礦物粒徑d≤0.5 mm, 呈細粒狀。鉀長石風化后沿礦物邊緣和表面出現次生黏土化和綠泥石化(圖4e)。此外, 剝土BT005和BT006的泥巖均含磁鐵礦、鈦鐵礦、鋯石和獨居石等重礦物(圖4a、b)。BT005泥巖重砂礦物顆粒較細, 大小均勻, 多呈次棱角狀到次圓狀, 部分呈棱角狀, 礦物分選好、磨圓中等。鋯石呈半自形短柱狀到它形粒狀, 粒徑10～20 μm, 少量20～30 μm; 獨居石為黃綠色, 呈板狀、次圓狀到次棱角狀, 粒徑10～20 μm; 鈦鐵礦和磁鐵礦呈粒狀, 粒徑10～20 μm, 少量20～ 30 μm(圖4a)。BT006中泥巖組成重砂礦物顆粒粗, 大小混雜, 多呈次棱角狀, 部分棱角狀, 礦物分選差, 磨圓中等; 鋯石呈半自形短柱狀到它形粒狀, 粒徑15～30 μm, 少量20～40 μm; 獨居石呈次棱角狀到棱角狀, 粒徑15～30 μm; 鈦鐵礦和磁鐵礦粒徑15～40 μm, 部分50～60 μm(圖4b)?；◢弾r中重礦物呈棱角狀, 大小混雜; 鋯石呈自形短柱狀到半自形粒狀, 粒徑10～50 μm; 獨居石呈板狀, 粒徑10～40 μm; 鈦鐵礦和磁體礦呈粒狀, 粒徑15～50 μm(圖4c)。

圖4 芒棒組泥巖及盆地西側花崗巖礦物組成 Fig.4 Mineral compositions and photomicrographs of the Mangbang Formation sedimentary rocks and the granite

圖5 芒棒組泥巖X射線衍射分析圖譜 Fig.5 X-ray diffraction analysis of mudstone in the Mangbang Formation

3.3 稀土元素地球化學特征

全巖稀土元素分析結果見表1。芒棒組沉積巖稀土元素總量較高, TREY(REE+Y, 下同)=155×10-6～ 539×10-6(平均263×10-6); LREE/HREE=7.7～15, 富集輕稀土元素; δEu=0.30～0.52(平均0.4), 具明顯的Eu負異常(圖6a); 此外, 芒棒組沉積巖具弱Tm正異常, 與盆地西側細粒-中細粒二長花崗巖風化殼的Tm異常特征一致(圖6b); δCe=0.84～1.20 (平均1.0), Ce異常不明顯或表現弱Ce異常。其中,礫巖TREY=176×10-6～271×10-6(平均217×10-6), LREE/ HREE=10～15(平均 12); 砂巖TREY=156×10-6～245× 10-6(平均200×10-6), LREE/HREE=10～13(平均12); 粉 砂 巖 TREY=155×10-6～251×10-6(平 均 206×10-6), LREE/HREE=8.9～13(平均11); 泥巖TREY=222× 10-6～539×10-6(平均367×10-6), LREE/HREE=7.7～11 (平均10)。

盆地西側11件花崗巖及其風化殼的TREY= 334×10-6～405×10-6(平 均 375×10-6), LREE/HREE= 15～19, 屬輕稀土元素富集型; δEu=0.39～0.41(平均0.40), 具Eu負異常(圖6), 這與巖漿演化過程中斜長石和鉀長石的結晶分離作用有關; δCe=0.94～ 1.2(平均1.0), 基巖具有Ce負異常, 風化殼主要表現Ce正異常, 且隨著基巖風化程度的增強δCe值增大, 說明Ce異常與風化作用強度有關。此外, 花崗巖基巖中無Tm異常, 但風化殼呈現Tm弱正異常, 且隨風化作用程度的增強Tm正異常的程度增強(圖6), 說明花崗巖風化殼的Tm異?？赡芘c巖石風化程度有關。

圖6 芒棒組沉積巖(a)及其盆地西側花崗巖(b)稀土元素配分模式圖 Fig.6 Chondrite-normalized REY patterns of the Mangbang Formation sedimentary rocks (a) and the granite (b)

BT005底部7件泥巖中離子吸附態稀土元素分析結果見表2。BT005底部7件泥巖的離子吸附態輕重稀土元素比值(LREE/HREE)為7.5～8.3; 離子吸附態稀土元素總量SREY=177×10-6～370×10-6, 在全巖稀土元素總量中的占比＞50%(SREY/TREY=52%～69%, 平均62%); 其中, 4件粉砂質泥巖(BT005-H2、-H10、-H18、-H19)的離子吸附態稀土元素總量SREY= 177×10-6～270×10-6, 其余3件泥巖(BT005-H3、-H11、-H20)中離子吸附態稀土元素總量SREY=314×10-6～ 370×10-6。

表2 滇西遮放盆地芒棒組湖泊相泥巖離子吸附態稀土元素含量(×10-6) Table 2 The ion-exchangeable REY contents of the Mangbang Formation lacustrine mudstone (×10-6)

4 討 論

4.1 稀土元素分布特征和賦存狀態

遮放盆地芒棒組沉積巖中稀土元素分布受巖性控制, 礫巖TREY平均含量為217×10-6, 砂巖TREY平均含量為200×10-6, 粉砂巖TREY平均含量為206×10-6, 泥巖TREY平均含量為367×10-6, 泥巖中TREY含量明顯高于礫巖、砂巖和粉砂巖, 泥巖LREE/HREE值較礫巖、砂巖和粉砂巖小。樣品的TREY含量隨巖性變化曲線形態與 LREE/HREE值隨巖性變化曲線呈現一定反相關性(圖7a、b)。而遮放盆地西側細粒-中細粒二長花崗巖風化殼中TREY隨巖性變化曲線形態與LREE/HREE值隨巖性變化曲線形態呈現一定的相似性(圖7c), 與前人研究的花崗巖風化殼中稀土元素分布特征相同(張彬等, 2018, 2019; 陸蕾等, 2019, 2020; 張保濤等, 2020; 燕利軍等, 2020; 明添學等, 2020; 王敏等, 2020)。此外, BT005底部7件泥巖的TREY含量(342×10-6～ 539×10-6), 高于BT005上部和BT007中泥巖的TREY含量(TREY=222×10-6～348×10-6)。前人研究認為, 騰沖地塊新近系上新統芒棒組為一套沖積扇-扇三角洲-湖泊沼澤相沉積組合(李錫康等, 2004; 孫澤軒等, 2004; 云南省地質調查院, 2008, 2020; 伍皓, 2016)。BT005下部為一套細碎屑巖, 巖層界面平直, 巖石發育水平層理、均勻塊狀層理, 巖石組成碎屑顆粒較細、分選好、磨圓中等, 巖相穩定, 屬湖泊相沉積; BT005上部和BT006為一套礫巖、砂巖夾泥巖及其過渡型碎屑巖組合, 巖石發育塊狀層理和粒序層理, 見小型交錯層理、透鏡狀層理及火焰狀泄水構造, 沖刷構造發育; 巖石中含有大量長石和云母碎屑, 碎屑分選和磨圓均較差, 成分成熟度和結構成熟度均較低, 具近源快速沉積特征, 屬沖積扇-扇三角洲相沉積, 說明芒棒組湖泊相泥巖較沖積扇-扇三角洲相泥巖具有更高的TREY含量, 芒棒組泥巖中稀土元素含量和分布受巖相控制。

圖7 芒棒組沉積巖和盆地西側花崗巖稀土元素分布規律圖 Fig.7 REY enrichment and differentiation of profiles of the Mangbang Formation sedimentary rocks and in the weathering crust of the granite

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稀土元素具有離子吸附相、獨立礦物相和類質同象3種賦存狀態(李余華等, 2021)。巖相學研究發現, 芒棒組泥巖等碎屑巖中含有鋯石等含稀土礦物和獨居石等稀土獨立重礦物。泥巖中還含有大量高嶺石, 含量高達30%, 是主要的造巖礦物。前人研究認為, 高嶺石類礦物中絕大多數稀土元素呈離子吸附相賦存, 是離子吸附相稀土元素的主要載體礦物;鋯石等含稀土礦物和獨居石等稀土獨立礦物中稀土元素多呈單礦物相和類質同象賦存(陳德潛等, 1990; 魏斌等, 2011; 李余華等, 2021)。巖石中稀土元素載體礦物(包含稀土獨立礦物和含稀土礦物以及離子吸附相稀土賦存礦物)的含量和種類決定了其稀土元素的含量和賦存狀態(趙芝等, 2014)。芒棒組沉積巖稀土元素分析結果(表2)表明, BT005底部泥巖中離子吸附相稀土元素含量在巖石稀土元素總量中的占比＞50%(平均62%), 是稀土元素的主要賦存狀態, 其余稀土元素則以獨居石單礦物相、類質同象狀態賦存。鋯石和獨居石屬穩定副礦物, 在巖石中的含量較低, 因此不同碎屑巖中的含量差異不大; 高嶺石是泥巖的主要造巖礦物, 在泥巖中的含量遠高于粉砂巖、砂巖和礫巖, 這也是芒棒組粉砂巖、砂巖與礫巖中TREY含量相近, 但遠低于泥巖中TREY含量的主要原因之一。此外, 由于粉砂巖、砂巖和礫巖具有較高的孔隙度, 在成巖過程中離子吸附相稀土元素可能會隨孔隙水遷出, 并有可能被泥巖中黏土礦物再吸附, 致使礫巖、砂巖和粉砂巖中稀土元素含量減少而泥巖中稀土元素含量增加, 這可能是導致芒棒組粉砂巖、砂巖與礫巖中TREY含量較泥巖中TREY含量低的原因之一。此外, 湖泊相具有相對安靜和封閉的沉積環境, 較沖積扇相更有利于高嶺石和稀土元素的沉積和吸附富集, 因此芒棒組湖泊相泥巖中稀土元素含量高于沖積扇相泥巖, 并且稀土元素主要以離子吸附相存在。

4.2 物源分析

稀土元素在巖石風化等外動力地質作用過程中往往被固體物質結合或吸附, 并隨顆粒一起搬運和沉積, 對揭示物源具有重要指示意義(Bhatia, 1986; 周圓圓等, 2016; 張建軍等, 2017)。在搬運和沉積過程中, Eu3+不易被還原為Eu2+, 通常保留源區δEu特征(周圓圓等, 2016), 稀土元素整體上也具有與源區巖石相似的配分模式(Wronkiewicz and Condie, 1987; Mclennan and Taylor, 1991)。遮放盆地西緣芒棒組沉積巖的稀土元素配分模式右傾、并具有明顯的Eu負異常(δEu=0.30～0.52), 與盆地西側二長花崗巖(圖6)相似。芒棒組沉積巖δEu＜1, 說明其母巖為花崗巖、長英質變質巖(周圓圓等, 2016)。在La/Yb-ΣREE圖(圖8)中, 芒棒組沉積巖樣品投點位于花崗巖及其邊界區域, 進一步說明其物源為花崗巖。區域上騰沖地塊花崗巖主要以喜馬拉雅期粗粒-似斑狀中粗?；◢弾r和燕山晚期細粒-中細?；◢弾r為主, 少量印支期中粒-中粗?；◢弾r(圖1a)。遮放盆地西緣芒棒組沉積巖沉積覆蓋于燕山晚期細粒-中細粒二長花崗巖之上(圖1a), 巖石中含有大量花崗巖礫屑以及白云母和長石等礦物碎屑, 礫屑成分為細粒-中細粒二長花崗巖, 碎屑成分和特征與遮放盆地基底和西側燕山晚期細粒-中細粒二長花崗巖相同(圖3a～c), 沉積巖中所含重砂礦物與盆地西側燕山晚期細粒-中細粒二長花崗巖所含重砂礦物一致(圖4a、e), 二者在物質組成上具有較好的繼承性。遮放盆地芒棒組沉積巖中尚未發現粗粒-似斑狀中粗?；◢弾r和中粒-中粗?；◢弾r礫屑, 與騰沖地塊喜馬拉雅期和印支期花崗巖的物質成分繼承特征不明顯。此外, 礫巖、砂巖、粉砂巖和泥巖中均可見礫屑、巖屑、長石和云母礦物碎屑以及鈦鐵礦、磁鐵礦、獨居石和鋯石等重礦物, 并且礫屑和巖屑以及重礦物的分選和磨圓整體較差, 巖石成分成熟度和結構成熟度低, 屬于近源快速沉積。因此, 遮放盆地西側燕山晚期細粒-中細粒二長花崗巖應是芒棒組的主要物源。

圖8 芒棒組沉積巖源巖La/Yb-∑REE判別圖解 Fig.8 La/Yb vs. ∑REE diagram for the Mangbang Formation sedimentary rocks

晚白堊世-始新世, 受印度板塊向北俯沖作用影響, 騰沖地塊持續收縮導致地勢抬升并形成山系(孫澤軒等, 2004)。新近紀以后, 騰沖地塊轉為碰撞后伸展環境(闞榮舉等, 1996), 形成了遮放盆地等大量新生代小型山間斷陷沉積盆地, 芒棒組陸相沉積逐漸發育(孫澤軒等, 2004)。地勢抬升導致大規模古河流系統的發育, 為遮放盆地輸入了大量的碎屑物源。遮放盆地西側細粒-中細粒二長花崗巖中含有大量磷灰石、褐簾石和獨居石等副礦物(圖4c～f), 含稀土礦物磷灰石和褐簾石在表生條件下極易破碎和分解并釋放出離子吸附態稀土元素(王臻等, 2019; 陸蕾等, 2019), 與固體物質結合或吸附并隨碎屑顆粒一起搬運和沉積; 抗風化能力強的稀土獨立礦物獨居石則以碎屑形式搬運和沉積。燕山晚期細粒-中細粒二長花崗巖風化形成的離子吸附態稀土元素和稀土獨立礦物中的稀土元素均為芒棒組沉積巖提供了主要稀土物源。

4.3 地質意義

目前, 稀土成礦主要包括氣成-熱液、鈉長石化、云英巖化、碳酸鹽化、熱液等內生和風化淋積、砂礦搬運富集等表生兩大類成礦作用(王登紅等, 2013; 王瑞江等, 2015)。其中表生稀土成礦作用既可以形成風化殼型稀土礦床(如: 云南臨滄回龍卡稀土礦床, 張保濤等, 2020; 滇東南建水普雄鈮稀土礦床, 王敏等, 2020; 等等), 也可以形成沉積巖型稀土礦床(如滇東-黔西二疊系宣威組黏土巖中沉積型稀土礦床, 賴楊等, 2021)。

新近紀以來, 遮放盆地芒棒組分布區并無巖漿活動, 沉積巖中也尚未發現火山物質, 無交代蝕變等熱液活動現象, 巖石中稀土元素主要呈離子吸附相賦存, 與內生稀土成礦作用特征不符。遮放盆地芒棒組的稀土元素主要富集于BT005剝土工程底部的湖泊相泥巖中(圖2), 在距離地面不同深度的同一巖層中稀土元素含量相同(圖2, 表1), 與風化殼型稀土礦床具有不同的分布特征。礫巖、砂巖和粉砂巖中稀土元素含量較泥巖低, 且底部湖泊相泥巖中稀土元素含量較沖積扇相泥巖高。芒棒組沉積巖中稀土元素分布受巖性和沉積相控制, 屬沉積巖型稀土礦床。

騰沖地塊稀土元素背景高, 大面積分布的芒棒組沉積巖明顯富集稀土元素(劉東盛等, 2020)。除局部第四系沉積物覆蓋外, 芒棒組出露面積約1200 km2(圖1), 地層厚278～845 m, 巖性以礫巖、砂巖、粉砂巖和泥巖為主, 為沖積扇、扇三角洲和湖泊沼澤相沉積, 其中以湖泊相沉積最發育(李錫康等, 2004), 厚度超過124 m, 巖性以泥巖為主(地礦部云南省地質礦產勘查開發局, 1996; 云南省地質調查院, 2008, 2020)。芒棒組湖泊相泥巖占比高, 稀土找礦潛力較大; 同時湖泊相泥巖中離子吸附態稀土元素占比高(SREY/TREY=52%～69%), 加之毗鄰遮放盆地西側燕山晚期細粒-中細粒二長花崗巖物源區具高稀土元素背景。因此, 騰沖地塊芒棒組具有潛在的REY資源價值。

5 結 論

(1) 遮放盆地芒棒組沉積巖中稀土元素分布與巖性有關, 泥巖中稀土元素含量最高, TREY=222× 10-6～539×10-6, LREE/HREE=7.7～11; 礫巖TREY= 176×10-6～271×10-6, LREE/HREE=10～15; 砂 巖TREY=156×10-6～245×10-6, LREE/HREE=10～13; 粉砂巖TREY=155×10-6～251×10-6, LREE/HREE=8.9～13。

(2) 遮放盆地芒棒組沉積巖稀土物源主要來自盆地西側燕山晚期細粒-中細粒二長花崗巖。

(3) 芒棒組沉積巖稀土元素分布受巖性和巖相控制, 湖泊相泥巖稀土含量最高, 稀土元素主要以離子吸附相賦存, 全巖離子吸附相稀土元素總量SREY=177×10-6～370×10-6, SREY/TREY=52%～69%, 大于50%, 屬沉積成因, 具有潛在的稀土資源價值和研究意義。

致謝:中國科學院廣州地球化學研究所包志偉研究員和另外三位匿名專家在審稿時提出了寶貴的意見, 自然資源部昆明礦產資源監督檢測中心樂智廣、杜白和李偉三位工程師在樣品分析測試過程中給予了幫助, 云南大學何小虎副教授、陳劍波助理研究員和李祥忠研究員在地球化學研究方面提供了有益建議, 云南省地質礦產勘查開發局張翼飛正高級工程師和云南省地質勘查院田應貴正高級工程師在文章撰寫過程中給予了鼓勵和幫助, 在此一并表示感謝！