刘琰研究组-MD,OGR: 牦牛坪超大型稀土矿床“三层楼”式脉状矿化与成矿流体演化

在全球范围内，碳酸岩型稀土（REE）矿床是最重要的稀土矿床类型。相对于斑岩型和浅成低温热液型矿床，碳酸岩型REE矿床的研究程度相对不高，其详细的矿床地质及REE元素的迁移和富集机制等研究相对较少。

川西冕宁-德昌碳酸岩型稀土矿带是我国最具经济价值的稀土基地之一，包含牦牛坪、大陆槽、木落寨和里庄四个矿床和一系列矿化点。为深入解剖碳酸岩型稀土矿床的形成机理，中国地质科学院地质研究所刘琰副研究员研究组对该矿带四个矿床进行了1：5000构造-蚀变-矿化地质专题填图。在此基础之上，采用了多种研究手段相结合的办法，发现了牦牛坪矿床“三层楼”式的脉状矿化，并进一步明确了成矿流体的演化过程和REE的沉淀富集机制：

1．牦牛坪矿床的主矿体中，从底部至顶部逐步发育了网脉、细脉和粗脉 “三层楼”式的脉状矿化（图1）。 成因矿物学的研究结果显示，自矿体底部到顶部，围岩蚀变和REE矿化逐渐增强，流体中REE含量显著增高。典型的含矿粗脉具有完整的矿物分带，由边部向中心依次发育铁镁云母、碱性辉石、钠闪石、钾长石、方解石、萤石、重晶石和氟碳铈矿。其中，氟碳铈矿叠加在已经形成的脉石矿物之上，显示了REE元素在热液期的晚阶段大规模富集成矿的特征。

图1牦牛坪超大型稀土矿床的脉状稀土矿化

2. 成矿流体大量富集Na⁺、 K⁺、 Cl⁻、F⁻、(SO₄)²⁻和CO₂，属于富硫酸盐碳质流体体系（Na₂SO₄-NaCl-CO₂-H₂O），而非卤水体系（NaCl-H₂O± KCl / CaCl₂），明显区别于斑岩型、浅成低温热液型和花岗岩型REE矿床成矿流体。

3. 流体包裹体的演化过程表明，初始成矿流体来自岩浆出溶，后期经历开放体系的流体混合作用。成矿流体早阶段为高温高压中盐度（T >480℃、P >2.5 kbar、X>40 wt.%）；中阶段经历流体不混溶作用成为中高温高压中高盐度（T=300~350℃、P=2.0~2.4 kbar、X=9.4–42.8 wt.%）富CO₂+ CH₄+ H₂挥发分流体体系； 晚阶段大规模矿化发生在低温低压低盐度的（T=160~240 °C、P < 500bars、X=8.8–13.1 wt.%）开放环境中（图2）。

4.成矿流体中的微量气体（CO、CH₄、H₂、N₂）和CO₂含量的协变关系具体表现为：早阶段流体具有较高的N₂/ Ar比值（~88）；中阶段CO₂含量达到峰值，CH₄、H₂、N₂、CO含量大量增加且具有较高的CO₂/ N₂和CO₂/ CH₄比值(9–64、17–472)；晚阶段CH₄、H₂、N₂、CO含量大量降低。成矿流体中的微量气体的变化表明流体大规模不混溶事件发生在REE大规模矿化之前，流体冷却和大气降水混合稀释成矿流体很可能是导致稀土大规模富集成矿的重要机制。

图2：牦牛坪矿床成矿流体演化过程（a）及P-T约束（b）图解

该研究成果不仅揭示了牦牛坪超大型稀土矿床的矿床成因及形成机制，而且明确了碳酸岩型稀土矿床中成矿流体的性质、组成和演化机制，最终进一步阐明了稀土元素的富集和成矿过程。 上述研究成果近期发表于国际矿床学权威期刊Minerlium Deposita和Ore Geology Reviews上:

Liu, Y*., Chakhmouradian, A.R*., Hou, Z.Q., Song, W.L., Kynický, J., 2019. Development of REE mineralization in the giant Maoniuping deposit (Sichuan, China): insights from mineralogy, fluid inclusions, and trace-element geochemistry, Mineralim Deposita, 54, 701–718.

Guo, D. X., Liu, Y*., 2019. Occurrence and geochemistry of bastnäsite in carbonatite-related REE deposits, Mianning-Dechang REE belt, Sichuan Province, SW China, Ore Geology Reviews, 107, 266–282.

Shu, X.C., Liu, Y*., 2019. Fluid inclusion constraints on the hydrothermal evolution of the Dalucao Carbonatite-related REE deposit, Sichuan Province, China. Ore Geology Reviews, 107, 41–57.

Zheng, X., Liu, Y*., 2019. Mechanisms of element precipitation in carbonatite-related rare-earth element deposits: evidence from fluid inclusions in the Maoniuping deposit, Sichuan Province, southwestern China. Ore Geology Reviews, 107, 218–238.