0 引言

离子吸附型稀土矿床的一般工业指标用全相稀土氧化物（TRE₂O₃）表示，而该类矿床利用对象是可交换阳离子稀土氧化物（SRE₂O₃）含量。前人对采用现行“总量”指标圈矿的弊端进行论述（池汝安和施泽民，1994；池汝安等，1995，1998；张家菁等， 2003；邓茂春等，2013；丁嘉榆和邓国庆，2013；王登红等，2013a，2013b；王炯辉，2016），认为在当前经济技术条件下能够回收利用的可交换离子吸附相稀土，其他相态的稀土在目前经济技术条件下不具备工业利用价值（王炯辉，2016），以 TRE₂O₃圈定矿体容易造成稀土资源量失真，对矿床经济价值的准确评估不准确，困扰后期矿山生产建设规划和资源储量管理等工作，甚至误导国家宏观决策和相关政策的制定（丁嘉榆和邓国庆，2013）。提出对离子吸附型稀土矿产地质勘查规范修订建议：在“规范”中应以“离子相”稀土为主要评价对象，“全相”稀土作为次要评价对象。但是现行“规范”对“离子相”稀土一般工业指标并未规定，在矿产勘查工作中，仍采用目前规范“全相”稀土一般工业指标进行矿体圈定和资源量估算。本文以云南省建水离子吸附型稀土矿（简称“建水稀土矿”）为例，在找矿勘查实践基础上，通过系统的取样工程，对不同矿层中 TRE₂O₃和SRE₂O₃，稀土配分等地球化学特征进行研究，提出按现行“规范”如何合理的采用 TRE₂O₃和 SRE₂O₃双指标进行矿体圈定的方法，研究成果具有实际意义和推广应用价值。

建水稀土矿是滇东南建水县普雄乡的一处超大型稀土矿床（王学武等，2018），矿床位于扬子地块、华夏地块和右江盆地 3 大地质构造单元汇聚地带（图1a），区域经历了多期次复杂的构造-岩浆活动（李新仁等，2018），区域岩浆岩成岩时限范围为 74~119 Ma，80~100 Ma（毛景文等，2008a，2008b），由辉长岩、闪长岩、黑云母二长花岗岩、碱长花岗岩、霞石正长岩及碱长正长岩组成（图1b）。建水稀土矿位于长岭岗碱性杂岩体内，成矿母岩为霞石正长岩及少量碱长正长岩（李新仁等，2018；王长兵等，2021），矿床类型属离子吸附型轻稀土矿床（王学武等，2018）。截止2018年底，建水稀土矿床累计探获稀土矿石量3.6亿t，全相稀土氧化物量47万t，共（伴）生氧化铌5.7万t（李余华等，2019a）。此外，建水稀土矿床外围的黑云母二长花岗岩、碱长花岗岩的风化壳中已经发现稀土矿点成群分布，稀土资源潜力大，但由于工作程度低，一直未开展系统找矿工作。建水稀土矿床与花岗岩类风化壳离子吸附型稀土矿床相比具有鲜明的特色：①矿床成因类型属于碱性岩风化壳离子吸附型稀土矿床；②碱性岩风化壳厚度大（平均厚度 25 m，最大可达 90 m），风化壳含矿率可达 100%；③矿体发育于高海拔地区（1980～2280 m），区别于南岭各省的丘陵—低山地貌类型（60～100 m）；④矿床共伴生的稀散元素种类多（铌、镓、钪、铷）、规模大，矿产资源综合利用潜力大；⑤矿石类型分为全风化型矿石、半风化型矿石，与目前认知的以全风化型矿石为主稀土矿床具有区别明显；⑥矿床平均浸取率仅 40%，但离子相稀土平均品位可达0. 073%。

前人对建水稀土矿床的矿物学、元素地球化学特征、赋存状态、矿床成因等进行探讨（张祖海， 1990；霍明远，1992；李立主，1993；李永绣，2014；李余华等，2019b，2020，2021；王敏等，2020；王长兵等，2021），研究表明建水稀土矿床矿体残留造岩矿物主要有正长石、斜长石、霞石、云母和磁铁矿等，次生矿物主要为高岭石、三水铝石和蒙脱石等，主要稀土矿物及含稀土矿物为独居石、氟碳铈矿、铅锰铈矿和方钍石等（王敏等，2020）；矿石中稀土元素主要赋存在稀土矿物和黏土类矿物中，离子相稀土元素赋存于高岭石类、云母类矿物中（李余华等， 2021）。李余华等（2020）对建水稀土矿各风化层中 TRE₂O₃和 SRE₂O₃的分布特征、规律进行了论述，提高了对离子吸附型稀土矿成矿机理的认识，为本次研究提供有益借鉴；矿床形成是碱性岩浆演化晚期更加富碱，更高程度的结晶分异作用是稀土元素 （REE）、铌（Nb）等元素超常富集内生成矿作用（王长兵等，2021）和相对均衡的构造隆升速率、有利气候和地貌条件外生成矿作用共同作用结果。

1—第四纪沉积物；2—上三叠统火把冲组；3—中三叠统法郎组；4—中三叠统个旧组；5—下三叠统飞仙关组；6—碱长花岗岩； 7—中粗粒黑云碱长花岗岩；8—霞石正长岩；9—似斑状黑云二长花岗岩；10—闪长岩；11—辉长岩；12—玄武岩；13—Ⅰ级断裂； 14—Ⅱ级断裂；15—Ⅲ级断裂；16—地质界线；17—取样钻孔位置

矿区风化壳自上而下划分为：黏土层、全风化层、半风化层、弱风化层。产于黏土层、全风化层中之矿体称为上矿层，平均厚度 10. 00 m，全相平均品位 0.146%；产于半风化层中之矿体称为下矿层，平均厚度 12. 00 m，全相平均品位 0.142%。上矿层和下矿层品位均接近于“规范”规定的轻稀土一般工业指标上限，但二者离子相含量却相差很大，若采用统一的全相工业指标衡量，则下矿层中带入了大量“离子相”品位低非矿地段，严重地影响到对矿床资源量的准确评价。为此，分别对该矿床上矿层和下矿层中 SRE₂O₃和 TRE₂O₃内在联系进行探讨，为合理划分建水稀土矿的边界品位与工业品位奠定基础。

1 研究历史与现状

离子吸附型轻稀土矿边界品位与工业品位的划分方法，大致划分为3种类型。

1.1 双指标法

20 世纪80年代至90年代早期的稀土资源远景调查，大多使用TRE₂O₃和浸取率确定离子吸附型轻稀土矿的边界品位和工业品位。1987年，原地质矿产部决定在中国南部地区江西、广西、广东、湖南、福建等地开展稀土资源远景调查。承担此项任务的各个单位均于1989年提交了调查报告。

广东、广西离子吸附型稀土资源远景调查中规定：①轻稀土的边界品位、工业品位分别为TRE₂O₃≥ 0. 05%、TRE₂O₃≥0.10%；②浸取率≥50%属离子型稀土矿，浸取率≥30%～＜50% 属混合型稀土矿。其中，广西还划分了矿石品级：Ⅰ品级的 TRE₂O₃≥ 0.10%，稀土浸取率 ≥50%；Ⅱ 品级的 TRE₂O₃＜ 0.10%，SRE₂O₃≥0. 05%；Ⅲ品级的 TRE₂O₃＜0.10%， SRE₂O₃≥0. 03%。

江西、福建省将矿石划分为2个品级（表1）。福建省还规定：稀土浸取率≥50% 为离子型稀土矿， 30%～50%为混合型稀土矿，＜30%按矿物型处理。 1992年，安徽省开展的离子吸附型稀土资源远景调查，划分边界品位和工业品位的标准也与之相似（表1）。

本类稀土资源远景调查划分矿石品级、资源/储量类别的共同特点是：①轻稀土矿划分边界品位、工业品位的 TRE₂O₃界线分别为≥0. 05%、≥0.10%； ②Ⅰ品级矿石大致相当于工业矿，Ⅱ品级矿石大致相当于低品位矿；③稀土浸取率≥50% 为离子型稀土矿，30%～50%为混合型稀土矿，＜30%为矿物型稀土矿。

上述南方各省对稀土资源远景进行评价时，主要考虑 TRE₂O₃ 含量和浸取率高低，忽略了运用 SRE₂O₃含量指标评价该类矿床。丁嘉榆和邓国庆 （2013）按“离子吸附相”中的“可交换性吸附态”稀土，在全部稀土中占有率 42%~90% 计，并以规范指标为基础，折算出“离子相”轻稀土工业指标得出，不同地区、不同类型的离子型稀土矿床，由于“离子相”稀土占“全相”稀土比例不同，其“边界品位”与 “最低工业品位”的波动范围，大致相差一倍。因此，笔者认为用浸取率是否≥50% 来定义矿床类型是否属离子型稀土矿存在局限性。

1.2 全相稀土元素质量分数法

地质勘查中必须依据国家制定和颁布的相关规范、规程等要求开展工作，全相稀土元素质量分数法的使用时间较长，自1986年延续至今。

《矿产工业要求参考手册》（全国矿产储量委员会办公室，1986）规定：风化壳离子吸附型轻稀土矿的边界品位和工业品位的 TRE₂O₃ 界线分别为≥ 0. 07%、≥0.10%。《稀土矿产地质勘查规范》（DZ/T 0204-2002）规定：在风化壳离子吸附型轻稀土矿体中，利用 TRE₂O₃圈定矿体和划分矿石品级时，边界品位为 0. 05%～0.10%、工业品位为 0. 08%～0.15%。“规范”还规定：①矿床规模大，开采技术条件、矿石选冶性、外部建设条件好的矿床取“下限值”；反之采用“上限值”；②根据浸取率确定取值，浸取率高时取“下限值”，低时取上限值；③根据计价元素确定取值，计价元素比例高时取“下限值”，低时取“上限值”（中华人民共和国自然资源部， 2003）。《矿产资源工业要求手册》（矿产资源工业要求手册编委会，2014）确定边界品位与工业品位的方法与“规范”相同。

1.3 离子相稀土元素质量分数法

离子吸附型稀土矿的原地浸矿过程中，离子相稀土元素为离子吸附型稀土矿的开采主体。为此，近年来有学者强调根据 SRE₂O₃确定边界品位和工业品位。张家菁等（2003）选取南方某稀土矿运用 TRE₂O₃和SRE₂O₃指标试算储量对比研究，建议轻稀土运用 SRE₂O₃圈定矿体，边界品位、工业品位分别为 0. 035%，0. 050%。丁嘉榆和邓国庆（2013）指出轻稀土矿体 SRE₂O₃平均品位≤0. 030%~0. 035% 时，矿山难以维持。邓茂春等（2013）对赣南一些稀土矿山的调查，采用一般临界品位的推算公式，获得轻稀土 SRE₂O₃最低工业指标为 0. 035%～0. 045%。江西省国土资源厅（2015^①）发文规定：风化壳离子吸附型轻稀土矿床中，可利用 SRE₂O₃圈定矿体，边界品位、工业品位分别为0. 035%、0. 050%。王炯辉 （2016）以广东八尺稀土矿地质勘查为研究基础，按照原地浸矿工艺可行和经济合理的原则，将南方风化壳离子吸附型轻稀土矿 SRE₂O₃的边界品位和工业品位分别确定为 0. 015%～0. 020%、0. 030%～0. 040%。邓茂春等（2013）与江西省国土资源厅 （2015^①）规定指标相差不大，但与王炯辉（2016）的认识，存在明显的差异。综合前人研究成果认为，评价离子吸附型轻稀土矿床利用 SRE₂O₃圈定矿体和划分矿石品级时，边界品位为0. 015%～0. 035%、工业品位为0. 030%～0. 050%。

2 稀土元素特征

2.1 稀土元素含量

为查明建水稀土矿稀土元素的质量分数，在建水稀土矿床施工的 88 个钻孔长岭岗碱性岩体风化壳黏土层、全风化层、半风化层、弱风化层中按照1/2 切分法采集了144件样品，分析SRE₂O₃、TRE₂O₃。在全风化层、半风化层中：当厚度较大时，分上部、中部、下部进行组合；当厚度较小时，在全风化层、半风化层中各采集1件样品。

为便于表述，本文根据 TRE₂O₃将矿石划分为 3 种类型：①0. 07%≤低品位矿＜0.10%；②0.10%≤工业贫矿＜0.15%；③工业富矿≥0.15%（李余华等， 2020）。工业贫矿和工业富矿合称工业矿。为简洁文字：已经划分上部、中部、下部的全风化层和半风化层分布合称全风化层已分和半风化层已分，未划分上部、中部、下部的全风化层和半风化层分别简称全风化层未分和半风化层未分。

全相稀土总量和稀土分量，离子相稀土总量和稀土分量的测试分析工作由云南省核工业二〇九地质大队实验室完成，采用等离子体质谱法（等离子体质谱仪PE300X），分析精度优于5%。岩石样品经破碎后用玛瑙研磨至 200 目，称取 0.1 g 样品，采用氢氟酸、硝酸、硫酸等复合酸溶，在电感耦合等离子体质谱仪上测定。稀土浸取率是稀土 SRE₂O₃含量与与稀土 TRE₂O₃的比值。13 件外检样送江西金源有色地质测试有限公司分析，SRE₂O₃、TRE₂O₃的外检合格率均为 92.31%，符合《稀土矿产地质勘查规范》（DZ/T 0204-2002）外检合格率＞90%的要求。

TRE₂O₃受层位控制表现为（表1、图2a）：①低品位矿体和工业贫矿在各层中含量变化不明显；工业富矿则表现为“凸”型，即黏土层较高→全风化层最高（中部达到最大值）→半风化层上部和中部次高 →弱风化层中最低。②TRE₂O₃ 品位变化系数为 27.60%~52.63%，平均 38.91%，组分分布由均匀向较均匀过渡。其中，在黏土层、全风化层、半风化层中品位变化系数为较均匀型，而弱风化层中为均匀型。

SRE₂O₃受层位控制表现为（表2、图2b）：①黏土层较高→全风化层最高→半风化层较低→弱风化层最低。将全风化层、半风化层进一步划分后，层位对 SRE₂O₃的控制更为明显。SRE₂O₃在黏土层中次高，至全风化层中部达最高值，往下层位后依次降低。②SRE₂O₃品位变化系数51.95%~72.20%，平均 62.55%，组分分布由较均匀向不均匀过渡。其中黏土层和半风化层中 SRE₂O₃品位变化系数均大于 60. 00%，属于不均匀型；全风化层 SRE₂O₃品位变化系数51.95%~65.38%，属于较均匀型。说明不同风化壳层结构中以离子相形式存在的稀土含量变化大，SRE₂O₃受层位控制明显，TRE₂O₃含量越高，则 SRE₂O₃含量越高，越有利于形成离子吸附型稀土矿床（弱风化层除外）。

2.2 稀土元素配分

建水稀土矿床矿层样品的 REE 模式为轻稀土元素富集型，各曲线形态相似，均具有明显的铕负异常和铈异常特征（图3a、图3b），但全相稀土配分与离子相稀土配分具有显著差异（表3）：①全相稀土元素含量越高，则离子相稀土元素越高；②全相工业富矿（工业贫矿）上矿层和下矿层中离子相具有显著差异，上矿层较下矿层离子相稀土含量更高。

1 —低品位矿；2—工业贫矿；3—工业富矿

结果显示（表4），建水稀土矿床配分类型属于富镧钕低铕低钇轻稀土型，稀土矿床配分一方面继承成矿母岩配分型式，另一方面又受表生成矿作用的控制，矿体全相稀土配分→离子相稀土配分有显著变化：①矿体中 LREO 配分值呈降低趋势，MREO 和HREO配分值呈增加趋势，但平均增（降）幅不大。 ②矿体中 LREO 离子相铈元素配分大幅度降低（变化系数 64.15%~133.40%，平均 111.27%）；镧、谱、钕配分值均显著增加，其中镧元素增幅度最大（变化系数 28.27%~42.78%，平均 36.99%），其次是谱元素和钕元素（变化系数分别为 26.36%~39.89%，平均31.43%和22.30%~33.52%，平均26.70%）；③ MREO 和 HREO 元素配分值整体呈增加趋势，少数元素偶有降低（镱、镥）。稀土配分变化显示，离子相稀土较全相稀土更加富集高计价元素。

2.3 稀土元素的相关性分析

以 0.50 为临界相关系数，由相关系数矩阵表5 可知：① 全区黏土层、全风化层和半风化层中SRE₂O₃与TRE₂O₃和浸取率均呈正相关。②从“黏土层→全风化层→半风化层→弱风化层” SRE₂O₃与 TRE₂O₃相关系数呈“低（0.537）→高（0.761）→较低 （0.613）→极低（0.125）”趋势。说明黏土层、全风化层和半风化层中，TRE₂O₃含量越高，则 SRE₂O₃含量越高，越有利于形成离子吸附型稀土矿床，尤其在全风化层中增加幅度最大；弱风化层中，TRE₂O₃ 含量高或低，均不能形成离子吸附型稀土矿床（图4）。③黏土层、全风化层和半风化层中TRE₂O₃与浸取率虽均为正相关，但是相关性均不明显，且在弱风化层甚至为负相关。说明浸取率变化受 SRE₂O₃ 含量影响最大，与TRE₂O₃含量关系不大。

注：测试单位为云南省核工业二〇九地质大队（2017年11月～2018年9月）；相关系数因子为TRE₂O₃与SRE₂O₃。

1 —全相工业贫矿；2—离子相工业贫矿；3—全相工业富矿； 4—离子相工业富矿

3 稀土价值估算

建水稀土矿上矿层产品中氧化镧（65.81%）、氧化钕（16.65%）、氧化镨（6.88%）、氧化铈（2.64%） 占比高，占稀土氧化物的 91.99%以上；下矿层产品中氧化镧（63.60%）、氧化钕（14.47%）、氧化铈 （9.11%）、氧化镨（5.94%）占比高，占稀土氧化物的 93.12%（表6）。将建水稀土矿区各稀土分量折算成所占比例后，再乘于各稀土分量的单价，求和后即为每吨稀土元素的价格。由表6 可知，建水稀土矿上矿层价值（17.63~25.37 万元/t）明显高于下矿层（16.25~21.93万元/t），相同矿层中以SRE₂O₃计算的价值（21.93~25.37 万元/t）显著高于 TRE₂O₃ （16.25 万元/t~17.63 万元/t）；建水稀土矿上矿层的价值略低于同类矿区的稀土矿平均值（30.57 万元/ t），属计价元素比例较低的矿石，在确定边界品位和工业品位时应取“上限值”。

4 边界品位与工业品位的确定结果

根据上述结果和原则，矿区不同层位的边界品位和工业品位确定如下。

（1）建水稀土矿中，低品位矿的分析样品数较少，代表性不强，且主要以小于或等于夹石剔除厚度的样品形式介于工业品位之间。因此，低品位矿在确定工业品位的基础上适当推定，对矿体的形态、规模和资源量影响较小。

（2）弱风化层中，TRE₂O₃的平均值为 0.106%，已达到工业品位（0.10%），但 SRE₂O₃仅为 0. 003%，不能划属离子吸附型稀土矿床。

（3）全风化工业贫矿与工业富矿经常呈“兼层状”产出，不易分别圈定。合并后全风化层的工业矿中，以样品件数为权重进行加权平均，SRE₂O₃的平均值分别为上部 0. 054%、中部 0.121%、下部 0. 065%、未分 0. 076%。此组数据均大于用 SRE₂O₃ 划分的工业品位的下限（0. 050%），说明矿区可以根据 TRE₂O₃≥0. 010% 作为工业品位。工业贫矿的 SRE₂O₃平均值为 0. 038%，已经超过矿区边界品位的下限（0. 035%），可采用 TRE₂O₃≥0. 070% 划定边界品位。

（4）黏土层的工业贫矿与工业富矿中，以样品件数为权重进行加权平均，SRE₂O₃ 的平均值为0.04 5%，已经接近用 SRE₂O₃进行划分的工业品位下限（0. 050%）。由于黏土层厚度较小（一般 0.5~1. 0 m），其中的矿体难于单独圈定，并入全风化层较为适宜。考虑到黏土层的矿体厚度远小于全风化层（平均 15 m），将其并入全风化层后，SRE₂O₃的加权平均质量分数仍应≥0. 050%，不会影响矿石质量。因此，黏土层中矿体的边界品位、工业品位，仍采用全风化层的划分方案。即：TRE₂O₃≥0.100% 作为工业品位，≥0. 070%为边界品位。

注：测试单位为云南省核工业二〇九地质大队（2017年11月—2018年9月）；ΣCe由轻稀土元素组成；ΣY由重稀土元素和Y元素组成；La_N/ Yb_N为球粒陨石标准化后比值，δCe=Ce/Ce^*=Ce_N/（La_N×Pr_N）1/2；δEu=Eu_N/（Sm_N+Gd_N）1/2。

注：测试单位为云南省核工业二〇九地质大队（2017年11月—2018年9月）。

注：**. 在0. 01水平（双侧）上显著相关；*. 在0. 05水平（双侧）上显著相关。

a—黏土层；b—全风化层；c—半风化层；d—弱风化层

（5）半风化层中的边界品位和工业品位分 3 种情况进行处理：①半风化层下部的SRE₂O₃明显偏低 （0. 011%~0. 016%），TRE₂O₃达到工业品位后，也不能划属风化壳离子吸附型稀土矿床；②半风化层上部、半风化层中部、半风化层未分的工业富矿中， SRE₂O₃ 平均为 0. 044%，其中半风化层未分中 SRE₂O₃（0. 057%）已经超过 SRE₂O₃划分工业品位的下限（≥0. 050%），可将 TRE₂O₃≥0.150% 作为划分工业品位的界线；③半风化层上部、半风化层中部、半风化层未分的工业贫矿中，SRE₂O₃平均为 0. 015%，其中半风化层上部和半风化层未分中 SRE₂O₃分别为 0. 021%和 0. 025%，已经接近用 SRE₂O₃划分边界品位的下限（≥0. 030%），可将 TRE₂O₃≥0. 010% 确定为边界品位（图4）。通过该指标运用，可以圈定和评价半风化层中的矿体，以防漏矿。

注：“－”表示未检出。

5 结论与建议

SRE₂O₃是离子吸附型稀土矿床的主要开采对象，应该将其作为确定矿床边界品位和工业品位的主要指标；但是以现行“规范”为依据，决定了圈定矿体、划分矿石类型所采用的方法是以TRE₂O₃分析为基础，充分考虑 SRE₂O₃。因此离子吸附型稀土矿床工业品位的确定具体方法为：①当 SRE₂O₃≥50% （浸取率高）时，边界品位、工业品位取“规范”的下限值，分别为 0. 05%、0. 08% 乘于 50%，等于 0. 025%、0. 040%。②当 30%≤SRE₂O₃＜50%（浸取率较低）时，边界品位、工业品位取“规范”的上限值，分别为 0.10%、0.15% 乘于 30%，等于 0. 030%、 0. 045%；即：利用 SRE₂O₃圈定矿体和划分矿石品级时，边界品位、工业品位分别为 0. 025%～0. 030%、 0. 040%～0. 045%。③在此基础上根据计价元素确定取上限值或下限值。

建水稀土矿中，黏土层厚度小于最低可采厚度，矿体难于单独圈定，因此并入全风化层考虑。上矿层浸取率和下矿层中浸取率变化大，SRE₂O₃品位变化系数相差大，因此二者应采用不同指标圈定矿体。结合矿床规模，开采技术条件、矿石可选性、外部建设条件，浸取率，计价元素等几个因素综合考虑，得出建水稀土矿床一般工业指标（表7）。同时，依据现行“规范”规定的离子型稀土矿床一般工业指标（“全相”稀土），在估算“离子相”稀土资源时，用矿体有“代表性”的或平均的“离子相”稀土在 “全相”稀土中的“占有率”，去反推其资源量（储量）。

对离子吸附型稀土矿的资源储量评价工作，既要满足“规范”的技术要求，又要根据该类型稀土矿床独特的地质特征和现有提取工艺特点，还要根据混合稀土市场价格确定矿床一般工业指标，寻找最佳的经济技术平衡点。本文确定的建水稀土矿一般工业指标既能准确地估算资源的“量”，又能实用性地评价资源的“质”，是一种经济适用的工业指标，为矿业权出让和矿山生产建设提供依据。建议在同类型稀土矿的资源储量评价工作中推广应用。

致谢 本文是建水离子吸附型稀土矿成矿机理与勘查关键技术研究的部分成果。李音、张黎、官斌、李誓参加了此项工作，借此机会致以诚挚的谢意！

注释

① 江西省国土资源厅.2015. 江西省风化壳离子吸附型稀土矿床一般工业指标[R]. 南昌：江西省国土资源厅.

参考文献