稀土元素(REE)因其优异的磁、光、电等性能,是支撑现代高新技术产业和低碳经济转型的重要战略资源。全球已探明稀土资源中,离子吸附型稀土矿床以独特的风化壳成矿机制和富含高价值重稀土(HREE)而备受关注,其广泛分布于华南地区,占我国中重稀土资源储量的80%以上。外生作用是控制这一类矿床形成和规模的关键控制因素,目前关于风化作用对稀土在风化壳内的分异并最终富集成矿,以及轻重稀土的赋存相态的研究还较为薄弱。本文选取了广西大瑶山大进离子吸附型重稀土矿床中的一个典型风化剖面作为研究对象,在野外地质调查基础上,对该矿区的一个富稀土风化壳开展了地球化学、矿物组成、稀土赋存相态、元素迁移特征和纳米赋存载体研究,取得的主要认识有: (1)研究区风化壳剖面自地表向下划分为全风化层、强风化层与半风化层,稀土元素总量(∑REE)介于196.20~1063.25 ppm之间,呈现由上至下“先增后减”的“弓背式”富集模式。轻、重稀土表现出显著的空间分异特征:轻稀土(LREE)主要富集于全风化层及强风化层中上部,而重稀土(HREE)则在强风化层下部及半风化层显著富集,形成典型的“上轻下重”垂向分异格局。 (2)风化作用强度是风化壳内造岩矿物以及次生黏土矿物含量的关键控制因素,风化壳内的强风化层及半风化层处于风化中期阶段(CIA介于65~85%之间),在上述风化层内的稀土富集效应显著,该现象与母岩风化与黏土矿物以及铁氧化物的形成有关;全风化层处于风化晚期阶段(CIA>85%),在该风化层内稀土含量较低,该现象由于强烈的风化作用导致黏土矿物的结构破坏,其阳离子交换能力减弱有关。 (3)稀土以离子交换态、有机结合态、铁锰氧化物结合态及残渣态赋存,其中离子交换态占比60~75%,是主要的赋存形态。质量平衡计算表明,轻稀土主要通过离子交换吸附于黏土矿物表面或与有机质络合,重稀土则更易被铁锰氧化物选择性吸附(吸附能力较黏土高15~20%),导致垂向分异。 (4)除黏土矿物和铁锰氧化物外,土壤中的配体络合作用、稀土络合物稳定性的差异、pH值、风化壳有机质以及微生物等多种因素,对于风化壳内轻重稀土的分异富集均具有一定的控制作用。