华南离子吸附型稀土矿床是全球重稀土的主要来源，目前全球利用的重稀土90%以上来自该类矿床。华南花岗岩和长英质火山岩在亚热带季风气候下遭受强烈的化学风化作用，进而可以形成厚达数十米的风化壳。在风化壳形成过程中，含稀土矿物风化溶解，释放出的稀土元素随淋滤流体迁移至风化壳的下部，随后被黏土矿物和铁锰氢氧化物吸附，从而富集矿化。在该类矿床形成过程中，地下水对风化壳的物理化学环境有多重影响。例如，干燥的土壤有更多孔隙供空气充填，而湿润的土壤则会降低氧化还原反应的电势从而抑制氧化反应。除此以外，地下水在风化壳中还可为稀土元素的迁移和富集提供驱动力。潜水面的存在将风化壳划分为了两个具有独特水文条件的区域。其中，包气带是指从表土层到潜水面之间的区域，它由不饱和的多孔介质和风化残余的矿物组成。包气带中的孔隙一般是由空气充填，只有在雨水下渗进来的时候才会被水充填，并且随孔隙中的水快速排出而又逐渐干燥。与之相对，饱水带是指出现在潜水面以下的一个非承压的含水层，这一含水层可以保持稳定水文的状态长达数年。因此，潜水面可以作为一个重要的地球化学屏障，代表着风化壳中水文条件和氧化还原环境显著变化的界面。再者，包气带和饱水带各自特有的渗透速率也能对淋积作用的动力及水岩反应产生潜在的影响。但是，包气带与饱水带中的水对风化壳中稀土的活化、迁移和富集的具体作用至今仍未可知。 

       针对以上问题，中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室的何宏平研究员、博士研究生黄健等对仁居稀土矿床进行系统的地球化学和矿物学研究发现，Ce异常的急剧变化（图1）、Fe-REE氧化物胶体的出现（图2）、以及针铁矿和赤铁矿相对含量的急剧变化（图3）均可作为确定风化壳中潜水面的有效指标。潜水面对华南离子吸附型稀土矿床的矿化过程有至关重要的影响。在潜水面之上的包气带中，从含稀土矿物中风化释放出的稀土元素很容易随淋滤流体向下迁移。而潜水面之下的饱水带，渗透率较低，强烈地促进了黏土矿物和其它次生矿物固定稀土离子。经过长期的淋滤过程，稀土元素在潜水面附近的饱水带中不断积累，从而形成透镜状的稀土矿体（图4）。 

图1.（a）RJ-1和（b）RJ-2风化剖面风化层及全岩的化学蚀变指数（CIA）、pH值、蒙脱石/伊利石、高岭石/埃洛石、总稀土含量（ΣREE）、离子交换态稀土含量（iREEs）和Ce异常（δCe）随深度的变化曲线。其中δCe = CeN/(LaN × PrN)1/2，N表示进行了C1球粒陨石标准化 

图2. 仁居风化壳中渣状和层状Fe-REE氧化物胶体的扫描电镜背散射图像。（a-c）渣状和层状胶体在RJ-1风化壳10 m左右和（d-f）RJ-2风化壳5 m左右出现。Fe-REE：Fe-REE氧化物；Kln–高岭石；Qz–石英 

     图3. （a、b）RJ-1和（c、d）RJ-2风化全岩400-600 nm 可见光-短波红外反射光谱和铁氧化物相对含量随深度的变化。赤铁矿（Hem）和针铁矿（Gth）的P500特征吸收峰分别为550 nm和480 nm 

图4.（a）在仁居风化流域，控制稀土迁移和再分布的主要因素，以及稀土矿体的分布。（b）仁居离子吸附型稀土矿床的形成图解。缩写：Hem–赤铁矿；Gth–针铁矿；δCe–Ce异常；IREEs–离子交换态稀土；ΣREE–总稀土含量；Fgt–潜水面波动带；VZ–包气带（淋滤区）；SZ–饱水带 

       该研究得到国家重点研发计划（2017YFC0602306）、中国科学院地质与地球物理研究所重点部署项目（IGGCAS-201901）、广东省基础与应用基础研究重大项目（2019B030302013）、、广州市科技计划重点项目（201804020037）、国家自然科学基金项目（41773113、41702041、42022012、41921003）、国家自然科学基金青年科学基金（41703062）和广东省科学技术厅“珠江人才计划”（2017GC010578）支持，研究成果发表于 Chemical Geology。 

       论文信息： Huang Jian, He Hongping, Tan Wei, Liang Xiaoliang, Ma Lingya, Wang Yuanyuan, Qin Xiaorong, Zhu Jianxian. Groundwater controls REE mineralisation in the regolith of South China [J], Chemical Geology  2021, 577: 120295. 链接： https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0009254121002394