【摘 要】
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白云鄂博Fe-REE-Nb矿床是世界上最大的轻稀土矿床,经历了多期次复杂的变质作用,目前对其岩石成因和成矿机理仍存在较大争议。最新高温高压实验表明碱质岩浆或热液环境利于稀土迁移(Anenburg et al.,2020),而碳酸岩岩浆侵位过程中普遍存在的碱交代作用(霓长岩化)对稀土富集矿化的贡献尚不明确。本研究以白云鄂博霓长岩化发育良好的典型碳酸岩脉(1号脉,Wu dyke)为对象,通过详细的岩相
【机 构】
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中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室
【出 处】
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第十四届中国包头·稀土产业论坛、中国稀土学会2022学术年会
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白云鄂博Fe-REE-Nb矿床是世界上最大的轻稀土矿床,经历了多期次复杂的变质作用,目前对其岩石成因和成矿机理仍存在较大争议。最新高温高压实验表明碱质岩浆或热液环境利于稀土迁移(Anenburg et al.,2020),而碳酸岩岩浆侵位过程中普遍存在的碱交代作用(霓长岩化)对稀土富集矿化的贡献尚不明确。本研究以白云鄂博霓长岩化发育良好的典型碳酸岩脉(1号脉,Wu dyke)为对象,通过详细的岩相学、全岩及矿物地球化学和C-Sr同位素组成和独居石Th-Pb年龄,探究霓长岩化过程中稀土迁移富集机理。1号脉碳酸岩主要由方解石和霓石组成,侵入至石英角砾岩中,发生霓长岩化,依次发育有钠质和钾质霓长岩带。钠质霓长岩主要由方解石、霓石、钠闪石、磷灰石组成;钾质霓长岩主要由钾长石、石英、钠长石组成。随霓长岩化作用减弱,钠质霓长岩中方解石、霓石含量减少,钠闪石含量增加,磷灰石则主要富集在中级钠质霓长岩中。碳酸岩高度富集稀土(高达7.39 wt%),轻重稀土分异明显(La/YbN=1203),稀土矿物以氟碳(钙)铈矿为主,部分样品含有碳酸锶铈矿、氟碳铈钡矿,均与重晶石紧密共生。钠质霓长岩中稀土较为富集(9876-22492ppm),稀土矿物以独居石为主,与重晶石共生;而钾质霓长岩中REE含量显著降低(389ppm)。此外,霓长岩化过程中轻重稀土发生分异,LREE在高级钠质霓长岩中最为富集,HREE则主要富集在中级钠质霓长岩的磷灰石中(含量为653-3059 ppm)。钠质与钾质霓长岩中轻重稀土分异程度(La/YbN=53-170)均明显低于碳酸岩。高级、中级钠质霓长岩中磷灰石呈条带状集合体产出,La/NdN平均值为0.64,La/YbN平均值为11.4,为典型热液磷灰石。主量元素数据表明稀土替换机制主要为2REE3++Na+=Ca2++P5+。磷灰石与独居石产出相对独立,且富钠流体会抑制磷灰石中REE的迁出,因此独居石主要是热液沉淀生成。值得一提的是,白云鄂博碳酸岩霓长岩化过程中,稀土的迁移与硫酸盐成分关系密切,REE与SO3含量呈现很好的正相关关系,表明稀土迁移的主要载体为SO42-。硫酸盐矿物的结晶导致流体对REE搬运能力减弱,从而产生独居石与重晶石共沉淀现象。方解石原位C和Sr同位素表明中心方解石碳酸岩同位素组成较为均一,均指示典型地幔来源(δ13C=-4.36~-5.16;87Sr/86Sr=0.70344~0.70358)。霓长岩中方解石的δ13C值显著偏负(δ13C=-4.92~-9.87),表明了霓长岩化过程中伴随着CO2脱气作用;Sr同位素组成变化较大且更为富集放射性同位素(87Sr/86Sr=0.70358-0.70620)。结合霓长岩中独居石多期次Th-Pb年龄,从420Ma到1.27Ga均有分布,表明霓长岩经历了早古生代热液交代作用。通过模拟计算,碳酸盐流体与围岩组分两端元混合对Sr同位素组成变化的影响十分有限(<0.01%),87Sr/86Sr值可能记录了热液过程中富Rb矿物(如钾长石)中放射性Sr的迁移活化。此外,低级钠质霓长岩中方解石的Sr同位素组成较高,且方解石颗粒较大(>1cm),具有明显的重结晶特征。方解石的Sr同位素组成与Sr含量呈现良好的正相关关系,表明重结晶过程发生了Sr的再分配。此外,方解石的REE含量相对降低,表明重结晶过程发生了REE的再分配,REE进入晚期重结晶形成的独居石。经模拟计算,方解石中活化迁出的REE可形成约0.04%的独居石,对霓长岩中稀土矿化贡献有限。结合Th-Pb年代学数据,霓长岩中独居石主要形成于中元古代霓长岩化过程且在早古生代热液交代中重结晶而年龄重置。白云鄂博1号脉碳酸岩相伴生的钠质霓长岩中大量独居石的结晶表明霓长岩化过程会导致轻稀土的局部矿化,但相对碳酸岩规模较小。霓长岩中HREE/LREE值明显高于碳酸岩,表明出溶的碱性流体相对富集HREE,形成重稀土局部富集的霓长岩。此外,碱性流体出溶进一步导致残余碳酸岩熔体轻重稀土分异,利于碳酸岩轻稀土矿化。早古生代热液过程对霓长岩的Sr同位素组成进行改造,而对REE矿化的贡献较小。
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