用地球化学“基因”找大矿

　　——云南红河地区超大规模中重稀土矿发现纪实

　　◎  特约记者 周飞飞

　　阅读提示：1月16日，中国地质调查局发布消息，在云南省红河地区发现超大规模离子吸附型稀土矿，潜在资源达115万吨，有望成为中国最大的中重稀土矿床。这一发现，是1969年在江西首次发现离子吸附型稀土矿以后，我国离子吸附型稀土找矿的又一重大突破，是中国地质调查局为国家找大矿、找好矿、找急需的矿作出的重要贡献。该稀土矿的发现，进一步巩固了我国在中重稀土找矿领域的世界领先地位，对夯实我国稀土资源优势、完善稀土产业链、掌控全球中重稀土资源具有重要战略意义。

　　“中国地质调查局在云南省红河地区发现超大规模离子吸附型稀土矿，潜在资源达115万吨，有望成为中国最大的中重稀土矿床。”1月16日，中国地质调查局发布消息。随即，记者采访了本次重大发现的科研团队，进一步了解该团队科研与调查紧密结合、十余年不懈创新，在中重稀土勘查方面的探索与实践。

　　云南省红河州稀土地球化学勘查团队应用赣南钻取样 刘昱恒 摄

　　聚焦“异常”，发现超大规模离子吸附型稀土矿集中区

　　“稀土元素家族共有17个稀土元素，分为轻、中、重三组。”据科研团队负责人王学求介绍，我国的稀土资源主要分布在内蒙古、四川、江西等地，以轻稀土为主。“轻稀土矿主要分布在内蒙古白云鄂博和四川牦牛坪等地，但中重稀土主要分布在江西等地，资源较为稀缺。”

　　中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所党委书记覃家海告诉记者，中重稀土元素是现代高科技、低碳能源、国防安全等领域不可替代的原材料，是发展高新技术产业的关键金属。近年来，随着新兴产业的快速发展，全球中重稀土的需求量在急剧增加，已被多个国家列为战略资源。

　　为何与轻稀土相比，中重稀土发现较少？

　　一个重要因素就是，中重稀土元素地壳丰度低，矿产资源稀少、分布极不均匀，且以离子形态吸附在风化壳的黏土矿物中，难以肉眼识别，不像镧铈等轻稀土那样含量较高且以稀土矿物形态直接赋存于火成碳酸岩中，能通过可见的岩体和矿物加以鉴别。这也是地球化学勘查当仁不让地成为此次红河州超大规模稀土矿面世关键技术手段的原因。

　　“先通过地球化学填图的元素‘基因筛查’总揽全局，再‘按图索骥’，探究稀土元素超常富集规律，圈定靶区，一步步地精细勘查。”王学求介绍了红河中重稀土矿的发现过程。

　　2008年～2012年，王学求团队通过“深部探测技术与实验研究”专项所属项目“全国地球化学基准值建立与综合研究”，建立了中国大陆81项指标（含76个化学元素）地球化学基准值和全国地球化学基准网，并据此分析了自然界存在的16个稀土元素，形成了多张“关键性”图件——《中国稀土元素地球化学基准图》和《中国轻稀土元素地球化学基准图》《中国重稀土元素地球化学基准图》。通过这几张图，哪里有稀土，哪里有轻稀土、重稀土，一目了然。这也是云南红河州南部中重稀土元素超常富集区首次进入科学家的视野。

　　在位于河北省廊坊市的中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，记者看到了包括稀土在内更多元素的地球化学基准图。这些图件就像一张张矿产“寻宝图”，为后面的勘查指明了方向。

　　事实也是如此。

　　从2008年提出“化学地球”概念和研究框架，攻克地壳全元素探测技术，到2016年开始实施“化学地球”大科学计划，王学求团队结合稀土元素地球化学基准图，在全国圈定稀土元素地球化学异常区35处。他们发现，其中26处异常与已知稀土矿或稀土成矿带相吻合，基本囊括了国内所有已经发现的大型以上稀土矿，但有9处超常富集区是之前没有涉及的“新区”，其中，云南红河州的稀土元素富集程度备受瞩目。

　　王学求团队对新发现的超常富集区进行了研究筛选，通过对各地地质背景、成矿母岩、气候和地形地貌特点等情况的综合分析，进一步判断云南红河州最有快速突破的可能——具有寻找类似华南富含重稀土的离子吸附型稀土矿资源潜力。

　　2019年~2024年，他们先是在红河地区开展了约1万平方千米异常核心区的1∶25万地球化学调查，圈定6处稀土异常中心，之后又对3处重要异常开展了1∶5万地球化学调查，将异常核心区聚焦于100平方千米范围内。2021年，王学求带队到异常核心区开展风化壳剖面查证，发现第一个达工业品位的稀土矿层位。随后，团队对382处河流切割等自然出露风化壳开展剖面测量和338个钻孔的科学验证，最终在红河州马鞍底乡、勐桥乡和贾沙乡圈定超大规模离子吸附型稀土矿集中区，包含马鞍底、勐桥、大寨、贾沙4个矿区，总面积92.75平方千米。根据两个区的普查钻探结果，估算全区潜在稀土氧化物资源达115万吨，其中高价值急需的镨钕镝铽等关键稀土元素超过47万吨，离子浸出相稀土占比高达57%。

　　“这是在滇南首次发现稀土超常富集区，是真正‘零的突破’。”王学求自豪地说。

　　科技创新，建立中重稀土矿地球化学勘查理论技术体系

　　从零开始，理论和技术的创新突破更为关键。

　　据项目现场负责人周建介绍，快速圈定富含中重稀土矿床是新一轮找矿突破战略行动中急需解决的科学难题。项目负责人王学求通过中国地球化学基准研究，发现轻稀土矿轻重稀土比值大于5.0，中重稀土矿轻重稀土比值小于3.5，并根据这一判别标志，将云南省红河州作为中重稀土找矿靶区。

　　“这一规律性发现非常重要，可作为中重稀矿找矿判别标志！”王学求强调，“可以说，红河州超大规模离子吸附型稀土矿勘查每一个阶段的突破性成果，都来自地球化学技术的创新应用。”

　　在区域调查阶段，科研团队根据红土植被区稀土离子吸附在高岭石、埃洛石黏土矿物和非晶质铁锰氧化物上的特点，发展了极低密度的全国地球化学基准河漫滩采样方法，研发了1∶25万和1∶5万细粒级水系沉积物地球化学调查技术。

　　在矿区勘查阶段，科研团队针对高海拔红土植被覆盖区地表3米~5米以内风化层中稀土被淋滤贫化、无法用肉眼判别矿化现象、难以发现含矿层位的难题，研发了土壤剖面穿透性地球化学技术和浅钻地球化学取样技术。

　　在实验室分析阶段，科研团队使用四酸溶样和 ICP-MS分析技术，并研制了16个稀土元素定值的标准物质，实现了对16个稀土元素的高精度分析。同时，利用野外现场分析技术可以初步快速判别离子吸附型稀土矿，利用实验室浸出相分析技术可以精确测量浸出率。

　　“通过红河州稀土勘查项目，我们初步形成了稀土矿多尺度地球化学调查技术系列，填补了离子吸附型稀土矿地球化学勘查技术空白。”王学求说。

　　说起这套未有先例的技术体系，从事1∶20万和1∶5万地球化学调查野外采样的团队骨干乔宇和王强详细描述了野外工作的场景：“红土植被区发育区与常规的基岩出露区采样方法相比有很大创新，不是传统采集河流沉积物中的岩屑，而是针对性采集细粒级沉积物。采样点位要求很严格，为了采到一个合格的样品，有时要走四五个小时的路才能完成，工作难度极大。”

　　每年都有五六个月泡在红河州矿区的现场负责人周建，则对勘查技术的创新如数家珍：“云南红河州气候温暖潮湿，生物作用强烈，地表发育厚达20余米的风化壳，在找离子吸附型稀土矿时，传统的地表土壤测量方法和异常查证方法均难以奏效。所以，我们利用自然切割风化壳剖面和手动浅钻联合取样的方法，进行异常查证，可以快速发现稀土富集层位。”

　　所谓风化壳剖面异常查证，就是针对离子吸附型稀土矿位于基岩上方风化壳中的特点，利用河流切割和地形落差出露的风化壳剖面进行系统测量；手动浅钻，则是应用江西地矿局为离子吸附型稀土矿普查勘探发明的专用取样钻——赣南钻，快速查明矿体及其埋深、产状、规模、矿石质量、品位变化及空间分布特征等。

　　团队成员谢明君和吴慧向记者展示了两张稀土离子吸附在黏土矿物缝隙中的显微照片。一张，稀土离子吸附在书页状高岭石的夹缝中；另一张，吸附在针状的埃洛石上。“这样的景象只有通过实验室中的扫描电镜才能看到。”王学求补充说。

　　从野外到实验室分析、制图，再到野外，整个链条无缝衔接、高效运转。王学求指着团队成员们介绍了整个流程：在野外，科研人员刘煜恒用滴定技术进行现场快速分析判断稀土含量高低。加了试剂以后，如果样品形成雪花状，说明稀土含量较高可达0.1%以上；如果变成了牛奶状，说明含量中等，可达0.03%～0.1%左右；如果没有稀土离子，溶液状就不会有任何改变，还是像清水一样。样品采回驻地后，科研人员李龙雪用稀土快速分析仪，进行半定量分析。这样可以大大加快野外异常查证速度。如果要获得精确含量，再把样品送到实验室，白金峰带领实验分析人员用高分辨率质谱仪等专业仪器进行每个稀土元素全量分析和浸出相分析，把各种稀土元素的精确含量检测出来。团队成员王玮再把实验室的数据迅速用专业软件制作出地球化学图，把图反馈给野外人员，野外人员按图索骥进一步工作。

　　“这个矿的发现不仅体现了系统的理论技术创新，也体现了我们科学团队密切协作的高效工作流程。”王学求这样总结。

　　进一步巩固我国在稀土资源领域的战略优势

　　中东有石油，中国有稀土。发挥好稀土的战略资源优势是国家重大需求。

　　云南红河州超大规模离子吸附型稀土矿的发现，是1969年在江西首次发现离子吸附型稀土矿以后，我国离子吸附型稀土找矿的又一重大突破，是中国地质调查局为国家找大矿、找好矿、找急需的矿作出的重要贡献。“该稀土矿的发现进一步巩固了我稀土矿野外剖面采样一斑。”王学求告诉记者，该离子吸附型稀土矿以紧缺的铽镝等中重稀土和高价值的轻稀土钕为主，矿体厚度大，具有重大经济价值。特别是镨钕铽镝，是现代高科技和电动汽车的重要原材料，对于应对当前高科技、国防安全需要，以及“碳达峰”“碳中和”节能材料需求的快速增长，均具有重要意义。

　　更加深远的意义来自科学认知上的进步：此前我国已发现的富含重稀土离子吸附型稀土矿均位于华南造山带、低海拔气候炎热潮湿的地区，而红河稀土矿位于特提斯构造域、扬子克拉通西缘与华南造山带交会处、滇南高海拔地区。因而，这一发现不仅丰富了稀土成矿模式，还将大大推动对高海拔区离子吸附型稀土矿轻重稀土分异机理，以及中缅老越比邻区稀土矿分布规律的认识，为矿业领域交流合作提供了全新视野。

　　2025年，项目组将继续在已发现的矿区开展加密钻探，进一步查明稀土矿的资源量，同时，在外围继续开展异常查证工作，圈定新的稀土矿靶区，扩大找矿成果。周建介绍：“云南红河州离子吸附型稀土矿是如何形成的？从科学研究的角度，很多问题的答案还有待于进一步揭示。作为公益性地质领域的科研院所，我们将深入开展相关的科学研究，通过查明云南省红河州高海拔地区稀土矿成矿规律和富集机理，为中国拓展中重稀土资源版图作出贡献。”