全球稀土矿床主要类型与研究进展

知自然

作者

全球稀土矿床的主要类型和成因研究进展

胡朋¹，刘国平¹，江思宏²，莫江平³

1 中国有色矿业集团有限公司

2 中国地质科学院矿产资源研究所

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3 中国有色集团桂林矿产地质研究院有限公司

第一作者：胡朋，高级工程师，从事矿产勘查管理和矿业项目评价工作。

导读：

美乌两国签署矿产合作协议，标志着国际矿产资源竞争正日趋激烈，尤其是稀土资源的争夺。全球稀土矿产资源呈现显著分布不均特征，中国稀土的储量、产量和消费量均居于世界前列。随着全球能源转型加速推进，俄罗斯、乌克兰、美国、澳大利亚、印度、巴西及东非部分国家都有稀土矿发现和开发。作为战略性关键矿产资源，稀土元素因其在新兴产业中的不可替代性，被广泛应用于新能源、军工、航空航天等高科技产业。

稀土资源已成为国际战略博弈的焦点，掌握全球稀土矿床研究进展，对勘查开发稀土资源具有积极作用。自然界中稀土矿物及含稀土矿物种类繁多，但具有工业开采价值的仅有独居石、磷钇矿和氟碳铈矿等少数几种。其中，离子吸附型稀土矿因富含重稀土元素而具有更高的经济价值。

稀土矿床主要分为内生矿床和外生矿床两大类。内生矿床可进一步细分为碳酸岩型、碱性火成岩型、热液脉型等；外生矿床则包括砂矿型、风化壳型和离子吸附型。稀土矿床具有显著的成矿专属性，绝大多数矿床与碳酸岩-碱性杂岩体或其风化壳密切相关。其中，与碳酸岩相关的原生岩浆型矿床是地幔来源的碳酸岩浆在岩浆演化阶段的产物。而风化壳型稀土矿床的形成机制主要涉及原岩风化过程中原生稀土矿物的迁移活化以及次生稀土矿物的生成富集。离子吸附型稀土矿作为一种特殊的风化壳型矿床，是在特定地形地貌和气候条件下，由花岗岩母岩中的稀土载体矿物经解离、淋滤后与黏土矿物结合形成的产物。

本文系统分析了稀土元素的产出特征，归纳总结了主要稀土矿床类型，并综述了各类矿床的成因研究进展。相关研究成果可为稀土矿床的选区勘查工作提供科学依据和实践参考。

基金项目：自然资源部中央地质勘查基金管理中心国外风险勘查专项综合研究类项目(201130D04900110) 中国地质调查局项目(DD20230564)联合资助。

说明：参考文献以原文为准，本推文未作详细标注。

------内容提纲------

0 引言

1 稀土元素的产出特征

1.1 稀土不“稀”

1.2 稀土元素的赋存形式

1.3 稀土矿物学特征

2 稀土矿床的类型及其分布

3 典型稀土矿床的矿化地质特征

3.1 碳酸岩型稀土矿床

3.2 碱性火成岩型稀土矿床

3.3 风化壳型稀土矿床

3.4 离子吸附型稀土矿床

4 成因研究进展

4.1 碳酸岩型稀土矿床

4.2 碱性火成岩型稀土矿

4.3 风化壳型稀土矿床

4.4 离子吸附型稀土矿床

5 结论

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0 引言

稀土元素（rare earth elements，REE）是一组化学性质相似的元素的统称，包括镧系元素（从镧到镥）、钇和钪等17种金属元素，因用途广泛且特殊而被称为“工业维生素”。近几十年来，稀土元素由于在绿色能源技术、高新技术材料产业中的关键应用，而被美、英、欧盟、日本等国家/地区视为战略金属或关键性金属。稀土元素通常可分为两组：铈组稀土或轻稀土元素（包括镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕）和钇组稀土或重稀土元素（包括钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥和钇），钪与其他稀土元素性质相似，但不与其他稀土元素共生，故不归入轻稀土组或重稀土组。

一般认为，稀土是中国的优势矿产资源，其产量和消费量均居于世界前列。其实，从全球范围来看，稀土矿产分布比较广泛，俄罗斯、美国、澳大利亚、印度、巴西以及一些东部非洲国家都有稀土矿发现和开发，中国真正具有战略价值的是南方离子吸附型稀土矿床中丰富的重稀土资源（刘国平等，2011；王登红等，2013）。本文分析了稀土元素的产出特征，总结了稀土矿床的主要类型，并简要概述主要类型稀土矿床的成因研究进展，以期为稀土矿床的选区和勘查提供一定的理论指导和借鉴。

1 稀土元素的产出特征

1.1 稀土不“稀”

稀土元素在上地壳中的背景值并不低，作为一个元素组合，其平均值在160×10^-6～250×10^-6 间，高于铜、锌、锡、镍等常见金属元素。之所以被称为“稀土”元素，是因为自然界中独立稀土矿物比较罕见，且形成单独的稀土矿床更少。从单一的稀土元素看，镧、铈、钕、钇等的地壳丰度一般大于10×10^-6，高于其他稀土元素。稀土元素在各类岩石中的分布为：碱性岩0.021%、花岗岩0.025%、中性岩0.013%、基性岩0.0085%、超基性岩0.00045%（邵厥年和陶维屏，2010）。

1.2 稀土元素的赋存形式

稀土元素在自然界中的存在形式主要有下列3种：独立矿物、类质同象和离子状态。（1）稀土元素参加矿物晶格，成为矿物必不可少的组成部分，形成独立矿物，如独居石、氟碳铈矿、磷钇矿等。（2）稀土元素以类质同象置换某些矿物中Ca、Sr、Ba、Mn、Zr 等元素，特别是分散在含Ca 的造岩矿物中，一般称为含稀土矿物。这类矿物稀土含量较低，如含稀土的萤石、磷灰石、烧绿石和褐帘石等。（3）稀土元素以离子态吸附在高岭石、埃洛石等黏土矿物的表面或颗粒之间，在特定地理环境的风化壳中富集。在这种赋存状态下，pH值对稀土元素在黏土矿物表面的附着性能有显著影响。

1.3 稀土矿物学特征

世界上已知的稀土矿物和含有稀土元素的矿物（指REO 含量在0.5%～5.0%之间的矿物）有250多种，主要的稀土矿物有20 余种，其中有工业价值的常见稀土矿物见表1。稀土矿物总的特点有：（1）缺少硫酸盐和硫化物，表明稀土元素具有亲氧性；（2）部分稀土矿物，特别是氧化物和硅酸盐类稀土矿物，呈现非晶质状态；（3）在岩浆岩、伟晶岩及与其有关的热液脉中，稀土矿物以硅酸盐及氧化物为主，在风化壳矿床中，稀土矿物以氟碳酸盐类为主，富钇的矿物多赋存在花岗岩及与其有关的热液脉中。

表1 常见的有工业价值的稀土矿物

2 稀土矿床的类型及其分布

全球范围内已经识别出来的稀土矿床（点）约760 处（刘国平等，2014①）（图1）。根据稀土富集过程中的地质作用不同，可以将稀土矿床分为两大类：（1）与岩浆熔融、分离结晶等过程和岩浆期后热液作用有关的内生矿床；（2）受地表风化作用和其他表生过程富集形成的外生矿床。在这两类稀土矿床中，根据其产出方式、矿物特征及成因组合可进一步细分，其中内生矿床中有少量伴生的稀土矿床，由于成因不明或受多期次地质作用叠加影响难以归入明确的类型中，因此单独列示（表2）。

图1 全球稀土矿床分布示意图（据Hoshino et al.，2016修改）

表2 稀土矿床主要类型及实例

稀土矿床具有明显的成矿专属性，即绝大部分内生稀土矿床与不太常见的岩浆岩-碳酸岩密切相关，而外生矿床中的风化壳型稀土矿床的成矿母岩也多为碳酸岩或碳酸岩-碱性杂岩体。碳酸岩是碳酸盐矿物含量超过50%的侵入岩，产出方式多样，除了呈独立的岩墙/岩床、岩脉外，常以不规则侵入体方式与碱性岩（如正长岩、霞石正长岩和霞石岩等）共同构成碳酸岩-碱性杂岩体，其中碳酸岩常出现在杂岩体的中心，结晶于晚期岩浆。目前在全球已识别出碳酸岩体共527 处（Woolley and Kjarsgaard，2008②），主要分布于俄罗斯科拉半岛、加拿大地盾东部、巴西南部、华北克拉通等古老的前寒武纪克拉通内，以及东非裂谷、贝加尔裂谷、美国西部盆山裂谷、加拿大圣劳伦斯裂谷等克拉通内部的深大断裂和大陆裂谷内部。绝大多数（90%以上）的岩浆型或热液型稀土矿床与识别出的碳酸岩体空间上重合，分布在俄罗斯、澳大利亚、巴西、中国、美国和非洲东部等国家和地区。

碳酸岩中常富集稀土、铌、铀、钍、磷、氟等有用元素，而碳酸岩型稀土矿床以轻稀土为主，稀土金属主要赋存在氟碳铈矿、独居石和磷灰石等矿物中。碱性火成岩来源于富碱性金属Na、Ca、K 的岩浆，形成一些在其他岩石中不常见的钠钾含量高的碱性矿物，如似长石、碱性辉石和碱性角闪石，碱性火成岩的硅含量变化较大，从超镁铁质到长英质都有分布。与碳酸岩型稀土矿床相比，与碱性火成岩有关的稀土矿床品位较低，稀土金属主要赋存在异性石、铈铌钙钛矿和磷灰石等矿物中（Castor，2008）。热液脉型稀土矿床是以伟晶岩大脉或细网脉状穿插于碳酸岩-碱性杂岩体内外接触带及其围岩中为特点，稀土矿物常与方解石、萤石、重晶石、石英等矿物共生，或者以裂隙或空洞充填物的形式交代早期形成的矿物。这类矿床数量较多，稀土矿物较为简单，以氟碳（钙）铈矿为主。需要强调的是，虽然碳酸岩型或碱性火成岩型稀土矿床的矿化特征与热液脉型不同，但它们之间的差别并非绝对，一些矿床通常具有两种矿化特征，只是以某一种为主。如美国Mt Pass稀土矿床，稀土矿化既赋存在碳酸岩体内，也在岩体外围的含氟碳铈矿的方解石-重晶石（萤石）热液脉中出现。马拉维的Kangankunde 热液脉型矿床也兼具一些原生岩浆型矿化特征（宋文磊等，2013）。

外生稀土矿床主要包括砂矿型（含稀土矿物的残-坡积、河流冲积和海滨砂矿床）、特定原岩和地理气候下形成的风化壳型以及中国南方独有的离子吸附型3 种。砂矿型在全球分布较为广泛，在全球范围内识别出了360 多处砂矿型稀土矿床（Orris and Grauch，2002），以海滨砂矿床为主，它们沿现代海岸线分布，如美国东南部海岸、中国东南沿海海岸、印度西南海岸、澳大利亚东西海岸以及马来西亚海岸等地。它们是在河流/海水冲积作用下，抗风化的重矿物与砂砾石一起被搬运、沉积并富集形成的，其中主要的稀土矿物是独居石和磷钇矿，常伴生金红石、钛铁矿和锆石等重矿物。历史上海滨砂矿床曾经是稀土的主要来源，但由于砂矿的钍含量高具有放射性，且一般砂矿床的稀土品位低，只有与共伴生矿产一起综合利用才具有经济价值，因此现在只有极少量的稀土资源获取自砂矿床。风化壳型稀土矿的原岩一般是富稀土元素的碳酸岩-碱性火成岩，在热带气候条件下经历强烈的化学风化作用，富钙镁的矿物淋滤丢失，稀土元素赋存在红土层中残余的岩浆成因烧绿石或磷灰石中，或在次生的磷酸盐矿物中富集，典型实例有澳大利亚的Mt Weld稀土-铌-磷矿床、巴西的Araxa铌-稀土-磷矿床。离子吸附型稀土矿床主要在中国南方江西、福建、广东、广西、湖南等地产出，近期在东南亚一些国家也有发现的报道（Sanematsu et al.，2011；杨铁铮和胡良吉，2018；陈小平等，2022；张民等，2022）。这类矿床虽然也产在风化壳内，但由于其独特的成矿母岩、形成条件和经济价值，稀土赋存状态与风化壳型稀土矿床也有明显差异，一般将这类矿床从风化壳型稀土矿床中分离出来，单独分类。外生稀土矿床除了上述3类外，在中国贵州、云南等地的磷块岩和山西铝土矿中也富含稀土元素（张杰等，2002；许成等，2015），俄罗斯远东的一些新生代盆地的煤层中发现异常高的稀土含量（0.03%～0.1%REE）。日本学者在太平洋、东印度洋3500～6000 m 的深海海底泥中发现含有大量的稀土资源（Kato et al.，2011；Yasukawa et al.，2014），据体积推算其稀土资源量巨大，但这些稀土资源在可预见的未来不具备开采利用的可能。