陕西渭北风化壳型稀土矿和沉积金红石型钛矿床的发现及找矿意义

Discovery and Prospecting Significance of Weathering Crust-Type Rare Earth Element Deposits and Sedimentary Rutile-Type Titanium Deposits in Weibei Area，Shaanxi Province

摘要

陕西渭北地区奥陶系马家沟组灰岩顶部发育一套以黏土岩为主的古风化壳。通过地质地球化学剖面测量、稀疏工程揭露和样品测试分析等手段在该风化壳中发现了稀土、金红石、铷和锂等战略性关键矿产资源超常富集现象，在地表初步圈定出含稀土、Ti和Li等矿化地段3处，圈定出风化壳型稀土矿（化）体2条、TREO品位为0.0321%~0.2723%；圈定出沉积金红石型钛矿体2条，TiO₂品位为1.16%~2.81%，伴生TREO最高品位为0.1009%，Li₂O最高品位为0.332%，Rb含量最高为345×10^-6。研究表明，陕西渭北地区具有寻找风化壳型稀土矿、沉积金红石型钛矿及伴生锂、铷等战略性关键矿产的较好潜力。风化壳型轻稀土矿和金红石型钛矿的首次发现，对渭北地区战略性关键矿产资源找矿具有重要引领示范和指导意义。

Abstract

A paleo-weathering crust predominantly composed of claystone has formed atop the Ordovician Majiagou Formation limestone in the Weibei region of Shaanxi. Through comprehensive geological and geochemical profiling, limited engineering exposure, and rigorous sample testing and analysis, this study has identified anomalous enrichment of strategic critical mineral resources, including rare earth elements（REE）, rutile, rubidium（Rb）, and lithium （Li）, within this weathering crust. Preliminary delineation has identified three surface areas enriched with rare earth elements, titanium, and lithium. Two weathering crust -type rare earth（mineralization） bodies have been preliminarily delineated, exhibiting total rare earth oxide（TREO） grades ranging from 0.0321% to 0.2723%. Additionally, two weathering crust sedimentary rutile -type titanium ore bodies have been identified, with titanium dioxide（TiO₂） grades ranging from 1.16% to 2.81%, associated TREO content of 0.1009%, associated lithium oxide（Li₂O） content of 0.332%, and a maximum rubidium content of 345×10^-6. The ore-bearing lithology primarily comprises various claystones, with the predominant minerals being clay minerals such as kaolinite, illite, and montmorillonite, followed by hydromuscovite and limonite, and minor constituents including rutile and sphene. Typical geochemical profiles indicate that rare earth element（REE） mineralization is characterized by enrichment, with higher concentrations observed in the middle to lower sections, though（not exposed at the base）, and relatively elevated concentrations in the upper section. Titanium（Ti） mineralization is more enriched in the upper section, with relatively high enrichment in the middle to lower sections, also（not exposed at） the base. In contrast, lithium（Li） mineralization is localized. This is particularly evident in the pronounced fractionation among light rare earth elements（LREE）, while fractionation among heavy rare earth elements（HREE） is less distinct. Additionally, trace elements such as Th, Zr, Hf, and Rb are relatively enriched, whereas Nb, Ba, and Sr are relatively depleted. The combined proportion of praseodymium oxide （Pr₆O₁₁） and neodymium oxide（Nd₂O₃） in the rare earth ore varies from 14.68% to 23.63%, with an average value of 19.68%. In contrast, the proportion of terbium oxide（Tb₄O₇） and dysprosium oxide（Dy₂O₃） ranges from 1.45% to 5.54%, with an average of 2.85%. These compositional characteristics suggest that the deposit is classified as a low-praseodymium-neodymium, low-dysprosium-terbium, light rare earth element（LREE） deposit. This classification underscores the potential of the Weibei area in Shaanxi Province for the exploration of strategic key mineral resources, including weathering crust-type rare earth ore, sedimentary rutile-type titanium ore, and associated lithium and rubidium deposits. The initial discovery of weathering crust type rare earth ore and sedimentary rutile-type titanium ore holds significant implications for the exploration of strategic mineral resources in the Weibei area, providing valuable demonstration and guidance for future endeavors.

Graphical abstract

关键词

风化壳型稀土矿 / 沉积金红石型钛矿 / 地球化学特征 / 找矿意义 / 渭北地区 / 陕西省

Key words

weathering crust type rare earth ore / sedimentary rutile type titanium ore / geochemical charac-teristics / significance of mineral exploration / Weibei area / Shaanxi Province

稀土被誉为21世纪的“工业维生素”，广泛应用于国防、航天、电子和新能源等现代工业和尖端科技领域，是支撑能源转型、国防安全和经济竞争力的重要战略保障（池汝安等，2019；范宏瑞等，2020）。我国稀土资源丰富，以北方的碱性岩—碳酸岩型稀土矿床和南方的风化壳（离子吸附）型稀土矿床为主要来源（周美夫等，2020；雒恺等，2022；杨佐怀等，2023）。近年来，随着国家新一轮找矿突破战略行动的实施，我国南方地区与碱性花岗岩和玄武岩体风化有关的风化壳（离子吸附）型稀土矿找矿工作取得显著进展（张恋等，2015；张彬等，2019；陆蕾等，2020；郭金承等，2024）。北方地区也实现了风化壳型“三稀”矿产找矿新突破，如河北井陉盆地、开平盆地和山东淄博等地区奥陶纪碳酸盐岩顶部的石炭系本溪组中陆续发现了风化壳型稀土矿和沉积金红石型钛矿，取得了较好的找矿效果（张保涛等，2022；杨鑫朋等，2023；张运强等，2023）。风化壳型稀土矿和沉积金红石型钛矿的含矿层位具有分布范围广、层位稳定、厚度较大和成矿元素多等特点，找矿前景良好，成矿潜力大（李中明等，2007；金中国等，2019；衮民汕等，2021）。

通过系统整理现有成果资料（王忠世等，1991；宋小文等，2004；张拴厚等，2014），发现渭北地区奥陶纪碳酸盐岩顶部石炭系太原组（含本溪组）岩性以各类黏土岩为主，与北方地区新发现的风化壳型稀土矿和金红石型钛矿成矿地质背景相似。1∶5万区调成果（黏土X射线衍射分析报告）显示，渭北地区局部黏土中存在稀土矿物褐帘石（含量约为5%）和锐钛矿（含量为3%~5%）（王忠世等，1991），表明渭北地区具备寻找风化壳型矿产的潜力，但却鲜有此类矿产的找矿报道。

基于此，本文通过野外地质调查、剖面测量和样品测试分析，在陕西渭北地区石炭系太原组中首次发现了稀土、Ti和Li等元素高度富集现象，在地表初步圈定出3处含稀土和Ti等矿化段，圈定出2条风化壳型轻稀土矿（化）体和2条金红石型钛矿体，初步了解了含矿层位和矿化富集特征，并探讨了该稀土矿沉积环境和赋存状态。渭北地区风化壳型稀土矿和金红石型钛矿的首次发现，为渭北地区风化壳型矿产找矿部署提供了方向，具有重要的示范引领和指导意义。

1 地质背景

1.1 区域地质背景

陕西渭北地处华北板块之鄂尔多斯地块南缘的渭河断陷盆地内［图1（a）］，区内大面积分布第四系松散堆积层，寒武系和奥陶系呈小面积出露，石炭系和二叠系多呈带状出露于奥陶纪灰岩顶部，三叠系、侏罗系和白垩系等地层沿沟谷断续出露。区内构造较简单：奥陶系组成宽缓开阔的背斜和向斜，石炭—二叠系组成总体向北缓倾的单斜层不整合于其上；断裂走向多呈近EW向，为一多期活动的逆断层。区内岩浆岩不发育［图1（b）］。区内优势矿种煤矿主要赋存在三叠—侏罗系，石灰岩主要赋存于奥陶系。此次新发现的风化壳型稀土矿和金红石型钛矿赋存于石炭系太原组，其出露范围、厚度和形态直接控制着风化壳型稀土矿和金红石型钛矿的规模形态和空间分布（图2）。

1.2 研究区地质特征

研究区出露地层主要为寒武系张夏组（∈_2-3），奥陶系马家沟组（O₂m）和泾河组（O₂j），石炭系太原组（C₃t），二叠系山西组（P₁s）和石盒子组（P_2-3sh），以及第四系（Q）。寒武—奥陶系为一碳酸盐建造，太原组呈零星带状角度不整合于马家沟组灰岩顶部的古侵蚀面之上，岩性以黏土岩为主；山西组多整合于太原组之上，局部以角度不整合或断裂与马家沟组灰岩接触，岩性以长石石英砂岩为主，局部夹黏土岩透镜体。研究区构造简单，仅发育1条近EW向断裂。区内岩浆岩不发育。

研究区石炭系太原组为风化壳型稀土矿和金红石型钛矿主要含矿层位，由北向南圈出KH1、KH2和KH3矿化段3处（图2）。其中，北部KH1矿化段地表出露长度大于2 000 m，垂向剖面上可见厚度为2~10 m（未见底），北侧倾向35°~45°，南侧倾向175°，倾角为10°~17°，呈宽缓背斜层状产出。在KH1矿化段东部初步圈出长度大于1 000 m、可见厚度为2.5~4.0 m（未见底）的K1-1风化壳型稀土矿（化）体1条（按TREO品位大于0.05%圈定）。该矿体上部为浅灰绿色黏土岩，TREO品位为0.0474%~0.0538%，LREO品位为0.036%~0.0453%（La₂O₃品位为0.0091%~0.0135%，CeO₂品位为0.0152%~0.0228%），HREO品位为0.0084%~0.0114%，伴生TiO₂品位为0.80%~1.49%；下部褐红色铁质黏土岩TREO品位为0.1228%，LREO品位为0.0764%（La₂O₃品位为0.011%，CeO₂品位为0.0257%、Nd₂O₃品位为0.0245%），HREO品位为0.0464%（Y₂O₃品位为0.0269%），伴生TiO₂品位为0.43%。

中部KH2矿化段出露长度大于5 000 m，垂向剖面上可见厚度为5~15 m，倾向140°~238°，倾角为15°~33°，呈层状产出。在KH2矿化段中部初步圈出长度大于1 000 m、可见厚度为3~10 m的K2-1风化壳型稀土矿体1条（按TREO品位大于0.05%圈定）。该矿体上部褐红色—杂色铁质黏土岩TREO品位为0.0689%~0.0941%，LREO品位为0.047%~0.0779%（La₂O₃品位为0.0113%~0.0201%，CeO₂品位为0.0194%~0.036%，Nd₂O₃品位为0.0107%~0.0148%），HREO品位为0.0162%~0.0219%（Y₂O₃品位为0.0099%~0.0145%），伴生TiO₂品位为0.70%~1.29%；中部灰—灰绿色黏土岩TREO品位为0.05%~0.2723%，LREO品位为0.0386%~0.1968%（La₂O₃品位为0.0087%~0.0412%，CeO₂品位为0.0189%~0.0863%，Nd₂O₃品位为0.0073%~0.0454%），HREO品位为0.0112%~0.0754%（Y₂O₃品位为0.0063%~0.0491%），伴生TiO₂品位为1.6%~1.78%；中下部紫红—杂色铁质黏土岩TREO品位为0.0566%~0.1347%，LREO品位为0.0475%~0.1174%（La₂O₃品位为0.0116%~0.238%，CeO₂品位为0.0216%~0.0583%，Nd₂O₃品位为0.0077%~0.0239%），HREO品位为0.0087%~0.0439%（Y₂O₃品位为0.0049%~0.0298%），伴生TiO₂品位为0.94%~1.72%。

K2-1矿体稀土单元素氧化物平均配分值为CeO₂（35.18%）>La₂O₃（17.93%）>Y₂O₃（15.31%）>Nd₂O₃（14.79%）>Pr₆O₁₁（4.14%）>Sm₂O₃（2.77%）>Gd₂O₃（2.55%）>Dy₂O₃（2.50%）>Er₂O₃（1.47%）>Yb₂O₃（1.41%）>Ho₂O₃（0.53%）>Eu₂O₃（0.51%）>Tb₄O₇（0.45%）>Tm₂O₃（0.24%）>Lu₂O₃（0.23%），属风化壳型轻稀土矿，局部共生重稀土（图3）。

此外，在KH2矿化段上部和KH3矿化段中部分别圈出长度大于1 000 m、可见厚度为2~5 m的金红石型钛矿体各1条，编号为K2-2和K3-1，赋矿岩性为灰色（鲕粒）黏土岩和褐红色铁质黏土岩，TiO₂品位为1.16%~2.81%，伴生稀土TREO品位为0.0261%~0.1009%，伴生Li₂O最高品位为0.332%。

研究区风化壳型稀土矿和金红石型钛矿矿石为各类黏土岩［图4（a）~4（d）］，主要矿物为高岭石、伊利石和蒙脱石等黏土矿物，次要矿物为水白云母和褐铁矿，含少量金红石和榍石等［图4（e）~4（h）］。矿石结构主要有砂泥状、隐晶质、显微鳞片和细粒—粗粒砂状等，矿石构造以块状为主，其次为条带状。

2 样品采集与测试

在研究区北部KH1矿化段布置地质地球化学剖面4条，编号为D001、D002、D003和D004；在KH2矿化段布置地质地球化学剖面2条，编号为D101和D103；在KH3矿化段布置地质地球化学剖面2条，编号为D201和D203（图2）。在KH1矿化段D001剖面［图5（a）］逐层连续采集光谱样4件，主要分析稀土15项；在D002剖面［图5（b）］逐层连续采集光谱样12件，分析主量、微量元素和稀土15项；在D004剖面［图5（c）］逐层连续采集光谱样4件，分析微量元素和稀土15项，采集基本分析样2件，分析15种稀土氧化物。在KH2矿化段D101剖面［图5（d）］逐层连续采集光谱样7件，分析主量、微量元素和稀土15项，分2批采集基本分析样11件，分析15种稀土氧化物；在D103剖面逐层连续采集光谱样4件，分析稀土15项，采集基本分析样3件，分析15种稀土氧化物。在KH3矿化段D203剖面［图5（e）］逐层连续采集光谱样3件，分析主量、微量元素和稀土15项，采集基本分析样2件，分析15种稀土氧化物。

样品分析工作由陕西省地质矿产实验研究所有限公司（自然资源部西安矿产资源检测中心）完成。其中，主量元素SiO₂采用碳酸钠熔融，盐酸浸取，重量法测定；Al₂O₃采用碳酸钠熔融，取分离二氧化硅后的滤液，容量法测定；CaO采用碳酸钠熔融，分离二氧化硅后的滤液，除去干扰元素，容量法测定；MgO采用碳酸钠熔融，分离二氧化硅后的滤液，以酸性络蓝K-茶酚绿B为指示剂，用EDTA容量法测定；TiO₂采用碳酸钠熔融，分离二氧化硅后滤液，分光光度法测定；MnO采用碳酸钠熔融，分离二氧化硅后的滤液酸化处理，分光光度法测定；P₂O₅采用酸溶分解，分光光度法测定；Fe₂O₃采用过氧化钠熔融，FeO采用氢氟酸和硫酸分解，重铬酸钾滴定液容量法测定；K₂O和Na₂O采用硫酸和氢氟酸分解，原子吸收法测定。Li和Ti元素采用酸溶分解，电感合等离子体原子发射光谱法测定；稀土元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y和微量元素Ga、Nb、Ta、Ba、Hf、Rb、Sr、Th、Zr采用氢氟酸和硝酸熔融，ICP-MS外标法直接测定。分析过程中用标样控制结果的可靠性。测试结果见表1~表3。

3 结果分析

3.1 主量元素特征

北部KH1矿化段主量元素除SiO₂（含量为16.75%~75.23%）、Al₂O₃（含量为6.93%~37.68%）、Fe₂O₃（含量为0.31%~41.51%）、TiO₂（含量为0.137%~2.190%）、CaO（含量为0.136%~32.700%）和K₂O（含量为0.25%~9.41%）在不同岩性层含量变化较大外，FeO、MgO、Na₂O、P₂O₅和MnO等含量变化较小（表1），表现为下部富铝高钛低铁钙（局部高钾），上部总体贫铝钛钾（局部高钙）的特征。中部KH2矿化段除Fe₂O₃（含量为0.65%~6.16%）和K₂O（含量为1.31%~9.85%）在不同岩性层含量变化较大外，SiO₂、Al₂O₃、TiO₂、CaO、FeO、MgO、Na₂O、P₂O₅和MnO等含量变化较小（表1），表现为富铝高钛钾贫钙的特征。南部KH3矿化段浅灰色含鲕粒状黏土岩中SiO₂含量为36.55%、Al₂O₃含量为25.80%、Fe₂O₃含量为10.15%、TiO₂含量为1.26%、CaO+K₂O含量为15.22%，而铁质黏土岩中除SiO₂含量最高为88.65%之外，其他元素含量偏低（表1），表现为铝钛钾钙相对富集的特征。

3.2 稀土和微量元素特征

在KH1矿化段中（D002/7Gp褐铁矿透镜体除外）La（含量为26.90×10^-6~178.00×10^-6）、Ce（含量为46.80×10^-6~505.00×10^-6）和Nd（含量为18.50×10^-6~150.00×10^-6）等元素含量较高，其他元素含量普遍偏低（表2）。球粒陨石标准化稀土元素配分曲线呈右倾V型［图6（a）］。∑REE含量（D002/7Gp褐铁矿透镜体除外）为175.75×10^-6~985.69×10^-6，LREE含量为114.46×10^-6~801.66×10^-6，HREE含量为47.14×10^-6~184.03×10^-6，LREE/HREE比值为1.87~10.74，以轻稀土元素最为富集。δEu值为0.43~0.64，Eu负异常变化较明显，表明Eu元素发生强烈亏损；La_N/Yb_N值为4.58~20.85，La_N/Sm_N值为2.94~10.02，Gd_N/Yb_N值为0.80~2.29（表3），表明KH1矿化段样品轻、重稀土元素分异较大，轻稀土元素之间分异明显，重稀土元素之间分异不明显。微量元素地幔标准化蛛网图［图6（b）］显示，高场强元素Th、Zr和Hf等相对富集，Nb和Ti等相对亏损；大离子亲石元素Rb和K等相对富集，Ba和Sr等相对亏损。

KH2矿化段除La（含量为40.30×10^-6~182.00×10^-6）、Ce（含量为77.10×10^-6~397.00×10^-6）、Nd（含量为30.90×10^-6~133.00×10^-6）和Y（含量为43.10~125.00×10^-6）元素含量较高外，其他元素含量普遍偏低（表2）。球粒陨石标准化稀土元素配分曲线呈右倾V型［图6（c）］。∑REE、LREE和HREE含量分别为253.35×10^-6~877.55×10^-6、164.70×10^-6~732.49×10^-6和81.50×10^-6~207.45×10^-6，LREE/HREE比值为1.86~7.14，以轻稀土元素最为富集。δEu值为0.43~0.75，显示Eu负异常变化较明显，表明Eu元素发生强烈亏损；La_N/Yb_N、La_N/Sm_N和Gd_N/Yb_N值分别为4.62~15.53、3.89~8.81和0.89~1.82（表3），表明KH2矿化段样品轻、重稀土元素分异较大，轻稀土元素之间分异明显，重稀土元素之间分异不明显。微量元素原始地幔标准化蛛网图［图6（b）］显示，高场强元素Th相对富集，Nb和Ti等相对亏损；大离子亲石元素Rb相对富集，K、Ba和Sr等相对亏损。

KH3矿化段除Ce（含量为118×10^-6~152×10^-6）元素含量较高外，其他元素含量普遍偏低（表2）。球粒陨石标准化稀土元素配分曲线呈右倾V型［图6（d）］。稀土∑REE含量为269.53×10^-6~393.61×10^-6，LREE含量为198.86×10^-6~311.29×10^-6，HREE含量为65.79×10^-6~89.89×10^-6，LREE/HREE比值为2.81~3.78，以轻稀土元素较为富集。δEu值为0.59~0.64，显示Eu负异常变化较明显；La_N/Yb_N值为4.61~8.07，La_N/Sm_N值为3.42~4.73，Gd_N/Yb_N值为0.84~1.24，表明KH3矿化段样品轻、重稀土元素分异较大，轻稀土元素之间分异相对明显，重稀土元素之间分异不明显（表3）。微量元素地幔标准化蛛网图［图6（b）］显示，高场强元素Th相对富集，Nb和Ti等相对亏损；大离子亲石元素Rb和K相对富集，Ba和Sr等相对亏损。

3.3 元素富集特征

北部KH1矿化段由上至下稀土∑REE含量呈较高—高—较高的变化趋势，Ti含量呈较高—高的变化趋势，Li含量呈低—高—低的变化趋势。中部KH2矿化段由上至下稀土∑REE含量呈较高—高的变化趋势，Ti含量呈高—较高—高的变化趋势，Li含量呈高—低—较高的变化趋势（局部富集）。南部KH3矿化段由上至下稀土∑REE含量变化不明显，Ti含量呈降低趋势（图7）。

4 讨论

4.1 稀土矿石类型

根据（Pr₆O₁₁+Nd₂O₃）和（Tb₄O₇+Dy₂O₃）配分方案划分的稀土矿石类型（彭琳琳等，2021），研究区（Pr₆O₁₁+Nd₂O₃）配分之和为14.68%~23.63%，平均值为19.68%，（Tb₄O₇+Dy₂O₃）配分之和为1.45%~5.54%，平均值为2.85%，属低镨钕低镝铽轻稀土矿（图8）。

由图8可知，研究区只有1个样品投点到低镨钕中镝铽配分范围内，其他样品投点均落在低镨钕低镝铽配分范围内，大致与云南离子吸附型稀土矿配分范围相当，但镨钕配分大于四川离子吸附型稀土矿（成矿与二叠纪晚期钾长花岗岩风化有关），低于云南离子吸附型稀土矿（成矿与燕山期花岗岩风化有关）。镝铽配分明显高于云南离子吸附型稀土矿，低于四川和江西（成矿与浅变质岩和花岗岩风化有关）等离子吸附型稀土矿（数据引自郭金承等，2024），上述稀土配分差异可能与稀土矿成矿母岩类型有关。

4.2 风化壳型稀土矿沉积环境

前人研究认为，风化壳中稀土元素富集矿化经历了风化壳阶段稀土元素的初始富集和沉积成岩阶段稀土元素的再富集，并受环境酸碱程度和氧化还原条件的影响（金中国等，2019；杨鑫朋等；2023）。酸性条件下稀土元素活动性较强，易淋失，碱性条件则易沉淀，有利于稀土元素的富集，二者之间具有良好的协同变化关系（周美夫等，2020；唐波等，2021；何宏平等，2024；陈斌锋等，2025）。La/Y比值作为环境敏感元素，能够很好地表征沉积环境的酸碱程度（La/Y>1为碱性环境、La/Y<1为酸性环境）。研究区KH1矿化段La/Y比值为1.10~4.65（表3），KH2矿化段除D101/2-1Gp样品La/Y比值为0.73外，其余样品La/Y比值为1.14~3.07（表3），KH3矿化段样品La/Y比值为0.96~1.64（表3），表明研究区稀土元素富集环境总体为碱性环境。∑REE-La/Y投图（图9）表明，研究区∑REE含量与La/Y比值具有较好的协同变化关系，反映碱性环境有利于稀土元素的富集。∑REE与La/Y折线对比图（图10）显示，研究区所采集测试样品∑REE含量与La/Y比值存在一定的正相关关系，表明碱性环境更有利于本区稀土元素的富集。

在氧化条件下，Ce³⁺易被氧化成难容的Ce⁴⁺，可优先吸附在黏土颗粒表面，从而造成Ce与其他稀土元素相分离，出现矿物中Ce的正异常，导致水体中Ce的负异常，因此Ce异常与氧化还原环境有着很好的对应关系。相关研究认为，La_N/Sm_N值大于0.35，δCe与La_N/Sm_N值无相关性时，δCe异常可反映古水体的沉积环境（German et al，1990；Morad et al，2001；梁坤萍等，2024）。研究区KH1和KH2矿化段δCe值为1.15~3.03，为Ce的正异常；La_N/Sm_N值为2.96~10.02，大于0.35，δCe与La_N/Sm_N值相关系数（R²）分别为0.3723和0.6235（图11），δCe与La_N/Sm_N值具有一定的相关性，表明其Ce异常可能受古水体中La贫化等因素的影响，不能直接反映古水体沉积环境。KH3矿化段δCe值为1.05~1.67，为Ce弱正异常；La_N/Sm_N值为3.42~4.73，大于0.35，δCe与La_N/Sm_N值相关系数（R²）为0.0915（图11），δCe与La_N/Sm_N值无相关性，其Ce异常可基本反映古水体沉积环境，表明研究区在沉积成岩阶段古水体可能经历了氧化—还原环境交替，在KH2矿化段D101剖面呈现出上部为褐红—杂色铁质黏土岩，中部为灰—深灰色黏土岩，以及下部为褐红色—杂色铁质黏土岩的沉积规律。

前人研究认为，Ce异常指数Ce_anom<-0.1时指示氧化的古水体环境，Ce_anom>-0.1时指示缺氧、还原的古水体环境（Wright et al，1987；Morad et al，2001；高爽，2017；梁坤萍等，2024）。研究区KH1、KH2和KH3矿化段Ce异常指数Ce_anom为-0.08~0.4（>-0.1），表明研究区各类黏土矿物接受沉积时，古水体为缺氧、还原环境。此外，Ce_anom-Nd相关图解也能较好地反映古水体环境和沉积物形成时的沉积速率。研究区所采集样品结果显示，Ce_anom-Nd关系图解（图12）投点只有KH2矿化段1个样品落在氧化环境靠近慢速沉积区域，其余样品均落在氧化与还原过渡界线附近，更靠近还原环境一侧的快速沉积区域，表明研究区各类黏土矿物接受沉积时，水体为缺氧、还原环境。随着水体由上部（酸性为主）至中下部（碱性为主）环境条件的改变，溶解在水体中的REE³⁺（主要为LREE³⁺）被下部黏土矿物所吸附（杨鑫朋等，2023），并快速沉积再富集，与KH2矿化段D101剖面中灰—深灰色黏土岩中TREO含量最高的分析结果相一致。

4.3 赋存状态

前人研究认为，风化壳内稀土元素易与伊利石、蒙脱石和高岭石等黏土矿物中的Li⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺和Ti²⁺等发生置换，主要以类质同象的形式存在于上述黏土矿物，少量以化合态形式赋存于独立重矿物中（周美夫等，2020；杨鑫朋等，2023；张蕊等，2024；侯谦等，2025）。研究区含矿岩石黏土岩中以高岭石、伊利石和蒙脱石等黏土矿物为主，含有少量金红石和榍石［图4（e）~4（h）］，K1-1矿（化）体局部含有少量褐帘石（1∶5万区调岩矿鉴定资料）（王忠世等，1991）。初步认为，本区稀土元素可能主要以类质同象赋存于高岭石、伊利石和蒙脱石等黏土矿物中，少部分以化合态赋存于独立重矿物褐帘石中；Ti主要赋存在金红石中，少量赋存在榍石中。

5 找矿意义

（1）研究区风化壳型稀土矿和金红石型钛矿的首次发现，实现了本区除煤炭资源外战略性关键矿产找矿新发现，对鄂尔多斯盆地周缘风化壳型稀土矿和金红石型钛矿找矿工作具有重要的示范引领和指导意义。

（2）研究区太原组出露地段矿化富集特征略有差异。KH1矿化段下部轻稀土相对富集，局部富集钛；KH2矿化段上部钛富集，中—下部稀土较为富集（局部富集钛和锂）；南部KH3矿化段钛相对富集。

（3）研究区风化壳型稀土矿为低镨钕低镝铽轻稀土矿，局部地段轻稀土TREO品位高于最低工业品位（0.08%）1.5~3.4倍，具备形成工业矿体的潜力，对后续开展潜力评价、成矿规律和赋存状态等研究具有重要意义。

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基金资助

陕西地矿集团科研专项“陕西渭北地区战略性关键矿产资源勘查前景调查”(KY202313)

咸阳市2023年科技计划“咸阳渭北地区战略性矿产资源潜力调查评价研究”(L2023-ZDYF-SF-080)

咸阳市创新能力支撑计划(L2023CXNLCXPTGCISZX003)