澳大利亚稀土矿床主要类型及其成矿特征

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收藏文章 赞一个 已赞 2016-06-21 矿业澳洲


稀土金属在能源、化工、冶金、机械、轻工、环保、农业、电子信息、国防军工等多个领域中的应用十分广泛,近年来,新兴工业对于稀土的依赖程度正逐步提高,其战略地位日益凸显,必将掀起全球稀土生产的热潮。


全球的稀土需求量在逐年增加,自2010年以来,全球年稀土产量已低于年需求,2012年世界稀土的年需求达到了18万吨,到2014年,预计全球稀土年需求量将达到20万吨,每年需求缺口至少4万吨。近年来,随着世界稀土资源的开采和消耗,稀土矿床的开发对稀土行业的供给越来越重要。


澳大利亚已探明稀土储量位居世界第四位,截止2010年澳大利亚的稀土金属资源量为1.65Mt(以稀土氧化物REO计),占世界资源量的1.45%。1913年,西澳的Cooglegong地区首次对伟晶岩脉中富Y矿物(铍钇矿)进行了小规模开采,后又陆续在西澳、新南威尔士州及昆士兰州的海滨砂矿中获得含REE的重矿物——独居石及磷钇矿。1952—1995年政府对稀土产业“临时关闭”期间,澳大利亚共出口约26.5万吨独居石,出口总值约为2.8亿美元。


为了研究澳大利亚稀土矿床的主要类型和成矿特征,本文对澳大利亚170余处稀土矿床的成矿地质背景、成矿类型、成矿特征等进行了归纳整理和分析,并在此基础上初步划分了9个稀土矿床的矿集区。


【稀土矿床探采现状】


澳大利亚稀土矿床探采状态及分布如下表所示。目前,澳大利亚共有12个含稀土元素的矿床处于运行状态,韦尔德山矿床和奥林匹克坝矿床均为原生矿床,余下的10个矿床均属于重矿物砂矿床。其中,韦尔德山矿床是唯一在生产的稀土矿床。




【区域成矿地质背景】


稀土元素成矿的整个过程是,在岩浆或热液流体中富集,在沉淀和矿物形成过程中进行分配,并在之后的风化及表生作用下发生再分配与再次富集。


在澳大利亚,稀土元素的富集与不同地质环境下形成的岩浆岩、沉积岩和变质岩有关。重矿物砂矿(海滨、沙丘、近海、海峡等)、碳酸岩侵入体、碱性岩浆岩、铁氧化物角砾杂岩、夕卡岩、氟磷灰石脉、伟晶岩、磷灰石、河流相砂岩、不整合型铀矿和褐煤中都记录了稀土元素的富集。澳大利亚最常见的稀土矿床与重矿物砂有关。始新世—全新世的海滩、高沙丘和滨外浅海矿床主要分布在西澳西南部的沿海地带,从新南威尔士州的戈斯福德延伸至昆士兰州的罗克汉普顿北边,约1300km。年龄相近的浅海潮矿床出现在Murray盆地内陆,南澳、维多利亚州和新南威尔士州的交界处附近,主要的矿床沿着内陆的古海岸线分布,南澳和西澳的Eucla盆地和Murray盆地在靠近维多利亚州与新南威尔士州、南澳的交界处发育重要矿床。在海滩、高沙丘和远离浅海环境下的重矿物砂矿床一般形成于新生代,而河道重矿物砂矿床则可追溯到中生代,重矿物砂矿含有不同浓度的独居石、磷钇矿、锆石和含钽氧化物。


在澳大利亚的东部地区,发现与显生宙超基性—基性岩有关的含钪红土和寒武纪含稀土元素的磷块岩,澳大利亚东部的中生代碱性火山岩省中粗面岩及相关的碱性杂岩体是低品位多金属矿床发育的主要区域。


西澳含岩株和岩墙的碳酸岩杂岩中发育稀土矿床,如伊尔岗地块(韦尔德山矿床)、Capricorn地块(Yangibana矿床)、HallsCreek地块(CumminsRange矿床),其中韦尔德山矿床残余红土中的矿化发生在中生代晚期—新生代早期。


北领地Arunta地区诺兰矿床矿化的原生代氟磷灰石脉被认为来源于碳酸岩或碱性岩浆。


稀土的容矿岩石的年龄范围变化较大,从西澳地区约2890Ma(太古宙)的伟晶岩中的稀土矿到整个澳大利亚东部地区的新生代晚期残余红土矿床和重矿物砂矿,各个时代均有分布,元古宙稀土矿床资源量比重最大,占所有成矿时代资源量总和的89.7%。




整个澳大利亚大陆广泛分布原生稀土矿床,元古宙和显生宙尤为显著。澳大利亚最古老的稀土矿床赋存于PilbaraCraton东部太古宙的伟晶岩中(西澳的PingaCreek和Cooglegong)。伟晶岩发育时期可分为2个阶段:早期阶段介于2880~2890Ma之间,晚期阶段介于2830~2840Ma之间。


【成矿类型及成矿特征】稀土矿床有多种分类方法。


如Neary等把世界上主要的稀土矿床简单地分为5类:碱性岩和碳酸岩、岩脉、砂矿、磷灰石和其它矿床。


Wu等根据岩石类型将稀土矿床分为10个主要亚群,包括:碳酸岩、石英正长岩、碱性花岗岩、碱性杂岩、碱性伟晶岩、变质岩、磷、铝土矿、红土风化壳和砂矿。


Cassidy等基于矿床中稀土元素成分的相对富集程度对世界稀土矿床进行分类。


美国地质调查局Long等将稀土矿床分为过碱性火成岩、碳酸岩、铁氧化物铜金矿、伟晶岩、斑岩型钼矿、变质岩、残留的层状磷块岩、古砂矿—砂矿9类,再次一级有更细致的34个分类。


英国地质调查局Walters等把稀土矿床大致分为2类:①与岩浆和热液有关的原生矿床(碳酸岩、碱性火成岩、铁稀土和与碱性火成岩无关的热液);②通过沉积和风化富集的次生矿床(海洋砂矿、冲击砂矿、古砂矿和含有红土的离子吸附粘土)。


为了从地质过程的角度解释特殊矿床类型的形成,并对成矿类型及潜力区进行识别和预测,Dean等综合各方面的矿化标准和与之相联系的地质事件,将澳大利亚的稀土矿床划分为岩浆相关、盆地相关、表生型及变质相关4种主要的成矿类型和13种亚类。


本文参考Dean等的分类方法,对澳大利亚稀土矿床从成因类型和地质特征方面进行划分,主要分为4种成矿类型:


①与岩浆活动有关——(过)碱性岩、碳酸岩、伟晶岩、夕卡岩、磷灰石/萤石脉、铁氧化物角砾杂岩中的稀土矿床;


②与沉积盆地有关——磷块岩、褐煤、不整合相关型稀土矿床;


③与近代河流和滨海砂矿有关——海滩、高沙丘、浅海潮汐和潮汐环境中的重矿物砂稀土矿床;


与表生风化作用有关——碳酸岩有关、超基性/基性有关稀土矿床。


并在划分矿床类型的基础上,从成矿地质特征、矿床类型、规模、时空分布等方面归纳总结了澳大利亚各类型稀土矿床特征,如下表所示。




澳大利亚稀土矿床规模不等,从稀土矿点到超大型矿床均有。如位于西澳的韦尔德山矿床和南澳的奥林匹克坝矿床,其规模都在100×104t以上,是世界级的超大型稀土矿床。结合表2可以得出,澳大利亚不同类型矿床之间的资源量比并不均衡。




【与岩浆有关的稀土矿床】成矿时代从太古宙—中生代均有分布,现今发现时代最老的稀土矿床为岩浆成因。铁氧化物角砾杂岩型稀土矿床(IOCG)的资源量占全澳资源量的87.4%,主要来自奥林匹克坝矿床及东部Curnamona省MountPainter-Olary地区的一些元古宙矿床;磷灰石/萤石脉型和与碱性岩有关的稀土矿床,其资源量分别占全澳资源量的1.4%和1.1%;在澳大利亚西南沿海、新南威尔士北部沿海、昆士兰南部沿海、Murray盆地中心的内陆古海岸线(维多利亚、新南威尔士州、南澳的交界处附近)、南澳和西澳的尤克拉盆地,分布着数量众多的重矿物砂型稀土矿床,矿床数量虽多,其资源量仅占全澳资源量的6%。其中东海岸的一系列矿床的重矿物来源于中生代及新生代沉积岩,成矿时代主要为更新世晚期—全新世。


【与表生风化作用有关的稀土矿床】Yilgarn地块中与碳酸岩有关的残余红土形成了澳洲超大型的韦尔德山矿床,其资源量占全澳资源量的3.1%。Greenvale区及EasternLachlan区分布有数个小型与超基性—基性岩有关的含钪红土型稀土矿床。


【与沉积盆地有关的稀土矿床】可分为磷块岩、褐煤和不整合相关型3种类型,其资源量不足全澳资源量的1%。与磷块岩有关的稀土矿床集中在Georgina盆地,约有20个已知的中寒武世早期的磷块岩矿床;尤克拉盆地与砂岩中的褐煤多金属铀矿床有关的稀土矿,其稀土仅赋存于矿化的褐煤中;Birrindudu盆地中的KilliKilliHills铀—稀土远景区为不整合相关型。




【稀土矿集区划分与找矿潜力】



A—Perth区;B—EasternGoldfields区;C—Arunta区;D—Stuart区;E—EasternLachlan区;F—Murray区;G—NewEngland区;H—HallsCreek区;I—MountIsa区

澳大利亚稀土矿主要矿集区分布


结合澳大利亚稀土矿床的地质背景、成矿特征等因素,我们初步划分出了9个主要的矿集区,包括澳大利亚主要的稀土矿产地及潜力地区,以期能体现澳大利亚主要稀土聚集区的基本特征。如上图所示,A区、F区和G区主要为集中在沿海及内陆古海岸线的重矿物砂矿床,B区以与碳酸岩有关的残余红土型矿床为主,C区的矿床类型主要为磷灰石—萤石脉型;D区为超大型奥林匹克坝矿床所在,为IOCG型矿床;E区主要分布与碱性岩有关的稀土矿床;H区成矿类型多样化,岩浆成因及与沉积盆地有关的稀土矿床均有分布;I区主要为夕卡岩型稀土矿床。


下图为澳大利亚稀土矿床主要矿集区资源量比例图。结合对澳大利亚稀土矿成因类型及成矿特征进行分析,针对上述划分的9个矿集区各自的成矿地质背景、成矿类型特征及已知矿床规模,来讨论各区不同的找矿潜力。


从商业价值角度分析,与碳酸岩及碱性岩浆岩有关的岩浆矿床及风化矿床,如韦尔德山矿床,其规模较大,为大型—超大型,很容易被开采,也不需要大量的压碎和碾磨,具有极高的开采价值(H区、E区);重矿物砂矿床以数量繁多、开采较易为特点(A区、F区及G区);大规模的铁氧化物角砾杂岩是稀土副产品的一个重要来源,或可成为开采的重点(D区)。


澳大利亚稀土矿主要矿集区资源量比例图


从资源潜力角度分析,潜力最好的地区为B区,其矿床类型为与碳酸岩有关的残余红土型稀土矿;其次是H区和E区,矿床类型较多(图4),2种主要类型分别为前寒武世地体的碱性岩浆岩中分布的高品位、大吨位多金属稀土矿和与火成碳酸岩有关的稀土矿;A区、F区和G区的重矿物砂矿床亦具有较大的开采潜力。


【结论】


(1)澳大利亚稀土矿床具有“类型多样,各区均有”的特征,但不同类型矿床所占的资源量并不均衡。与岩浆有关的6种矿床,其资源量占全澳资源量的89.9%;重矿物砂型稀土矿床资源量占全澳资源量的6%;与表生风化作用有关的稀土矿床资源量占全澳资源量的3.1%;与沉积盆地有关的稀土矿床可分为磷块岩、褐煤和不整合相关型3种类型,其资源量不足全澳资源量的1%。


(2)澳大利亚稀土矿床的容矿岩石年龄范围变化较大,各个时代均有分布,从矿床资源量角度分析,元古宙时期稀土矿床的资源量所占的比重最大。


(3)结合稀土矿床的地质背景、成矿特征等因素,将澳大利亚稀土矿床划分出了9个主要的矿集区,并初步确定了各区不同的找矿潜力。


致谢:南京地质调查中心王天刚博士和中国有色矿业集团有限公司胡朋博士。


——张婷,汪传胜等,江苏省有色金属华东地质勘查局


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