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我国稀土资源与地质科学发展述评

  • 时间:   2018-01-21      
  • 作者:   侯宗林      
  • 来源:   稀土地质、采矿、选矿专业委员会     
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稀土元素作为新材料、新技术革命的战略资源在原始地幔和超基性岩中含量甚微,不易富集成具有工业意义的稀土矿床。而在地壳及其发展演化形成的花岗岩类、碳酸岩类、碱性岩类岩石中则大量富集,常形成具有工业意义的大-超大型矿床。中国地处欧亚板块、太平洋板块和南亚(印度)板块构造作用中间区,沿板块边缘构造活动带或板内裂谷带,组成大陆地壳的物质发生多期重熔、分异、迁移、富集,从而形成多种成因类型的稀土矿床。

  中国是世界上稀土资源最丰富的国家,全国已有22个省(区)先后发现一批稀土矿床,主要分布在内蒙、江西、广东、广西、四川、山东等地。
自1927年丁道衡教授发现白云鄂博铁矿,1934年何作霖教授发现白云鄂博铁矿中含有稀土元素矿物以来,中国地质科学工作者不断探索和总结中国地质构造演化、发展的特点,运用和创立新的成矿理论,在全国范围内发现并探明了一批重要稀土矿床。20世纪50年代初期发现并探明超大型白云鄂博铁铌稀土矿床,20世纪60年代中期发现江西、广东等地的风化淋积型(离子吸附型)稀土矿床,20世纪70年代初期发现山东微山稀土矿床,20世纪80年代中期发现四川凉山"牦牛坪式"大型稀土矿床等。这些发现和地质勘探成果为中国稀土工业的发展提供了最可靠的资源保证,同时还总结出中国稀土资源具有成矿条件好、分布面广、矿床成因类型多、资源潜力大、有价元素含量高、综合利用价值大等最基本的特点。 

  中国稀土矿床在地域分布上具有面广而又相对集中的特点。截止目前为止,地质工作者已在全国三分之二以上的省(区)发现上千处矿床、矿点和矿化产地,除内蒙古的白云鄂博、江西赣南、广东粤北、四川凉山为稀土资源集中分布区外,山东、湖南、广西、云南、贵州、福建、浙江、湖北、河南、山西、辽宁、陕西、新疆等省区亦有稀土矿床发现,但是资源量要比矿化集中富集区少得多。全国稀土资源总量的98%分布在内蒙、江西、广东、四川、山东等地区,形成北、南、东、西的分布格局,并具有北轻南重的分布特点。

  中国稀土资源的时代分布,主要集中在中晚元古代以后的地质历史时期,太古代时期很少有稀土元素富集成矿,这与活动的中国大陆板块演化发展历史有关。中晚元古代时期华北地区北缘西段形成了巨型的白云鄂博铁铌稀土矿床;早古生代(寒武系)形成了贵州织金等地的大型稀土磷块岩矿床;晚古生代有花岗岩型和碱性岩型稀土矿床形成;中生代花岗岩型和碱性岩型稀土矿床广布于中国南方;新生代(喜山期)有碱性花岗岩和英碱岩稀土矿床的形成;第四纪有中国南方风化淋积型稀土矿床的形成。中国稀土矿床成矿时代之多、分布时限之长是世界上其他国家所没有的。但我国稀土资源最主要的富集期是中晚元古代和中-新生代,其他时代的稀土矿床一般规模较小。

  中国稀土矿床不论其成因类型为何,在构造分区上,同世界其他地区的稀土矿床一样,均分布于地壳活动区的褶皱系或过渡带,如秦岭褶皱带、华南褶皱带、三江褶皱带、华北板块北缘裂谷系、川滇裂谷系等。在相对稳定的华北板块、扬子板块区虽也有一些稀土矿床的分布,但不是主要的。稀土资源这种受控大地构造环境的分布与活动大陆壳的发展、演化密切相关。 

  由于中国地质构造的特殊性和稀土、稀有金属成矿的复杂性和多样性,因而形成了多种成因类型的稀土矿床,众多学者多以赋矿围岩为主要判别特征作为成因类型的划分依据。中国地质科学研究院白鸽、袁忠信研究员将中国已知稀土矿床划分为三大类、九亚类、三十二种类型,中国科学院地质研究所张培善先生则划分为十种主要类型。根据成矿主要地质特征、赋矿围岩性质及矿床规模与工业意义,中国稀土矿床主要成因类型可分为八种,即:海底喷流(溢)沉积型(或海相火山沉积稀有金属碳酸岩型)(白云鄂博)、沉积型(贵州织金、云南昆阳)、变质岩型(湖北大别山)、花岗岩型(山东微山、内蒙"801"矿),花岗岩风化淋积型(江西寻乌、龙南等)、岩浆碳酸岩型(湖北庙垭、新疆瓦吉尔塔格等)、碱性岩型(四川冕宁、辽宁赛马等)、海滨砂矿(广东、海南、台湾)。
 
  在已发现的稀土矿床中,以海底喷流(溢)沉积型、碱性岩型、花岗岩类风化淋积型稀土矿床在我国最具工业意义。在世界稀土矿床成因类型中,除含铀稀土变质砾岩型、含铀稀土砾岩、磷稀土碱性岩和铌稀土碳酸岩风化壳在我国少有发现外,其他类型均有发现。而在我国南方七省区广泛分布的风化淋积型稀土矿床,世界级超大型"白云鄂博式"铁铌稀土矿床,成矿时代(喜山期)最新的四川冕宁"牦牛坪式"稀土矿床,仅在我国有所发现,未见世界其他国家和地区有这类矿床发现的报导。

  由于成矿地质条件有利,中国稀土资源不仅成因类型齐全,而且资源量十分丰富,为世界之最。我国稀土资源的勘查与开发研究,始于20世纪50年代初期至80年代末发现并探明了一批重要稀土矿床。据有关地质勘探和矿山生产部门提供的数据统计,截止2000年底全国已探明稀土资源量(REO)超过10000万吨,预测资源远景量大于21000万吨,显示出我国稀土资源的巨大潜力。我国西部地区是轻稀土资源的最主要分布区,仅内蒙古的白云鄂博矿区地表至地下200m范围内已探明稀土资源量约10000万吨,平均含稀土氧化物(REO)3%~5%,预测全区稀土资源量超过13500万吨;中国南方的风化淋积型稀土矿已探明资源量正式公布的数字为150万吨,另有调查资料统计,南方七省区(江西、广东、广西、湖南、云南、福建、浙江)已探明稀土资源量840万吨,预测资源远景为5000万吨,表明我国南方中重稀土资源潜力巨大。另外,我国四川凉山州的冕宁和德昌县境内已探明稀土资源量约250万吨,于冕宁花岗岩体东西两侧及其以南地区成矿条件有利,是寻找单一氟碳铈矿的最佳有望区,预测稀土资源远景超过500万吨。

  除已知主要成矿区具有很大的资源潜力外,我国内蒙古东部地区与碱性花岗岩有关的稀有稀土矿床;我国湖北、新疆等地与碳酸岩有关的铌稀土矿床;我国云南、四川等地与贵州织金相同类型的含稀土磷块岩矿床等均具有很大的资源潜力。有利的成矿条件,丰富的资源,为我国稀土的开发利用提供了最基本的物质条件。

  稀土矿床由于成矿作用的复杂性和多样性,常与多种有价元素或矿物共生,构成综合利用价值极大的共生矿床,如铁、铌、稀土矿床,铌、稀土碳酸岩矿床,含稀土磷块岩矿床,含稀有稀土碱性花岗岩矿床,含铀砾岩型稀土矿床等,而作为单一稀土矿床的则所见不多。我国已发现的重要稀土矿床,常与多种金属或非金属矿物共生,有益组分含量高,综合利用价值大。内蒙古白云鄂博铁、铌、稀土矿床,除铁、铌、稀土储量巨大外,且富含钛、钍、锰、金、氟、磷、钾等,具有极高的综合利用价值。矿区内储量巨大的含稀土白云岩(Ca>20%、MgO>12%、RE2O3>3%、Nb2O5>0.05%),经科学试验,可制成炼钢用稀土钙硅镁(铌)铁合金,具有良好的开发应用前景。白云矿区铌资源十分丰富,已探明储量218万吨,资源远景超过600万吨,就资源量而论为世界铌矿床之最,因此白云矿区铌资源的研究与开发利用具有十分重要的意义。白云矿区含K2O>12%的富钾板岩,资源量巨大,已探明储量2.4亿吨,资源远景超过4亿吨,经试验研究可制成氯化钾、碳酸钾、沸石分子筛、白炭黑产品,其工艺流程基本达到无废水、废碴、废气的"三无"高效工业要求。另外,白云矿区矿石中的氟、磷、钛、钍等资源量大,具有潜在的综合利用价值。四川凉山地区稀土矿虽为单一的氟碳铈矿床,除主元素稀土外,还伴生有大量的萤石、重晶石等工业矿物以及Pb、Mo、Bi、Ag等可综合利用元素。中国许多稀土矿床均为稀土、铌,稀土、铁,稀土、磷,稀土、稀有等共生矿床,且储量都很大,有用组分含量高,可在开采主元素的同时回收利用与之伴生的有益元素,经济效益可观。 

  世界稀土资源储量巨大,除我国已探明资源量居世界之首外,澳大利亚、俄罗斯、美国、巴西、加拿大和印度等国稀土资源也很丰富,近年来在越南也发现了大型稀土矿床。另外,南非、马来西亚、印度尼西亚、斯里南卡、蒙古、朝鲜、阿富汗、沙特阿拉伯、土耳其、挪威、格陵兰、尼日利亚、肯尼亚、坦桑尼亚、布隆迪、马达加斯加、莫桑比克、埃及等国家和地区也发现具有一定规模的稀土矿床。世界上主要稀土资源国中一批大-超大型稀土矿床的发现与开发是世界稀土资源的主要来源。中国内蒙古白云鄂博铁、铌、稀土矿床,中国四川冕宁"牦牛坪式"单一氟碳铈矿矿床,中国南方风化淋积型稀土矿床;澳大利亚韦尔德山碳酸岩风化壳稀土矿床,澳大亚利东、西海岸的独居石砂矿床;美国芒顿帕斯碳酸岩氟碳铈矿矿床;巴西阿腊夏、寨斯拉估什碳酸岩风化壳稀土矿床;俄罗斯托姆托尔碳酸岩风化壳稀土矿床,希宾磷霞岩稀土矿床;越南茂塞碳酸岩稀土矿床等,其稀土资源量均在100万吨以上,有的达到上千万吨,个别超过1亿吨,构成世界稀土资源的主体。据有关资料统计,我国稀土资源从20世纪70年代占世界总量的74%,到80年代下降到69%,至90年代末下降到45%左右,这主要是澳大利亚、俄罗斯、加拿大、巴西、越南等国近20年来在稀土资源的勘查与研究方面取得重大进展,先后发现了一批大-超大型稀土矿床,如澳大利亚的韦尔德山、俄罗斯的托姆托尔、加拿大的圣霍诺雷、越南的茂塞等稀土矿床。但我国稀土资源仍占世界首位,且资源潜力很大,因此有理由认为今后相当长的时间内不会改变中国稀土资源大国的地位。

  我国不仅稀土资源丰富,而且还具有资源质量方面的许多优势,不同的稀土矿床具有不同的优势。

  白云鄂博铁、铌、稀土共生矿床,不仅稀土储量居世界之最,而且稀土元素含量高,种类多,稀土矿物中轻稀土占79%,钐、铕比美国芒顿帕斯稀土矿高一倍,尤其是铈、钕等稀土元素含量丰富,具有重要工业价值。从稀土氧化物的构成明显反映出富铈贫钇,高富集钐、铕、钕等特点。其中镧、铈、镨、钕、钐占稀土氧化物总量的97%,以CeO2为最高,达48.7%,Ce∶La∶Nd=50∶30∶15。钐、铕多富集在易解石矿物中,其含量为氟碳铈矿的1.25倍,为独居石的3~4倍,这是国内外其他稀土矿床少有的稀土氧化物组成特征。白云鄂博稀土随铁矿大规模采、选,成本低,同品级稀土精矿售价比国外低60%。

  另外,四川凉山地区"牦牛坪式"单一氟碳铈矿矿床,矿物粒度粗,有害杂质含量低,易选冶,可直接入炉冶炼中间合金,工艺简单易行,成本低,拥有资源质量优势。我国山东微山稀土矿,为一典型的氟碳铈镧矿床,稀土元素La、Ce、Pr、Nd之和占稀土总量的98%,稀土矿物粒度粗,有害杂质含量低,稀土精矿易于深加工分离成单一稀土元素,亦具有明显的资源质量优势。

  我国南方的江西、广东、广西等七省(区)风化淋积型中重稀土资源十分丰富,且品位高,类型齐全,易于采选。江西寻乌等地风化淋积型稀土矿中Sm2O3、Eu2O3、Gd2O3、Tb4O7分别比美国芒顿帕斯氟碳铈矿中含量高10倍、5倍、12倍和20倍;世界上钇资源主要分布在中国,我国江西龙南等地的磷钇矿储量巨大(16万吨),是国外钇工业储量的4倍,是美国的47倍。因此,我国南方风化淋积型中重稀土资源不论其资源量还是元素种类与配分形式都是世界上任何国家无法比拟的。

  我国稀土地质科学研究,在不断吸引国外科技新理论的同时,根据中国大陆地质构造演化发展的规律,总结并创立具有自己特点的稀土成矿新理论,建立成矿模式,预测资源远景,不断取得突破性进展。白云鄂博稀土矿床的发现,从特种高温热液成矿理论的提出,到海底喷流沉积成矿(或海相火山沉积稀有金属碳酸岩成矿)理论的建立,不但推动了稀土资源勘查的重大突破,同时丰富了世界稀土成矿新理论。我国南方风化淋积型(离子吸附型)稀土矿床的发现不但丰富了世界稀土矿床的类型,也为世界中重稀土资源的开发利用提供了可靠的资源保证。四川凉山地区喜山期"牦牛坪式"单一氟碳铈矿矿床的发现,是迄今为止世界上发现的最新时代内生热液型稀土矿床,为世界稀土资源的研究与勘查开辟了新的思路。我国稀土资源地质科学研究一个重要的方面,是对稀土矿物的系统研究。至目前为止全世界已发现稀土矿物170余种,可供利用的稀土矿物约有50余种,而作为稀土开发利用主要来源的稀土矿物仅十余种,氟碳铈矿、独居石、磷钇矿等是最主要的来源。我国地质科学工作者20世纪80~90年代,在对稀土矿床、矿物系统研究工作中,先后发现了大青山矿、中华铈锶矿、β褐钇铌矿、钕褐钇铌矿、兴安矿等一批新矿物,这些发现不但丰富了世界稀土矿物学宝库,同时揭示了不同类型稀土矿床的演化发展历史与特点,这对稀土资源的研究与勘查无疑是非常重要的。

  综上所述,中国不仅是世界稀土资源大国,而且在稀土资源的质量、品种和可利用性等许多方面都具有明显的优势,这种优势为中国稀土工业的可持续发展提供了最基本的资源保证,也为中国稀土在国际市场上立于主导地位创造了条件,更为新世纪、新材料、新技术革命奠定了物质基础。事实证明:我国稀土资源勘查的不断突破与发现和成矿理论的创新已居世界先进水平。

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