吴欢欢、黄河等-Lithos：南秦岭粗面岩型铌矿成岩与成矿机制研究取得新进展

　　铌（Nb）是一种重要的稀有金属，被广泛应用于尖端技术装备及高精度仪器制造中。世界上已发现的内生型铌矿床主要赋存在各类侵入岩中，火山岩型稀有金属矿床由于其矿物组合复杂、稀有金属矿物颗粒细小，经济性相对较差，故而对此类矿床的研究较为缺乏。随着全球范围内对关键金属需求的持续增加，以及选冶技术的进步，此类矿床近年来受到学界的广泛关注。对此类矿床研究的焦点在于：赋矿富碱火山岩具有怎样的源区和演化历史？铌等关键金属在富碱火山岩浆—热液体系中是如何实现富集与成矿的？氟等挥发分元素的演化、出溶等行为如何影响了关键金属的富集成矿？

　　在南秦岭地区，早古生代火山-侵入岩沿北西-南东向出露，形成一条长近200km的碱性岩带（图1）。近年来，在该区域的粗面质火山岩地层中发现了如蒿坪、土地岭、天宝、朱家院、双河口等多个火山岩型Nb-REE矿床，揭示该区火山岩型铌矿的重大成矿潜力。在中国地质科学院地质研究所、中国地质大学（北京）和地调局西安矿产资源调查中心通力合作下，吴欢欢、黄河等对区内双河口大型铌矿床开展了详细的岩石学和矿床学研究，厘定了源区初始富集、结晶分异及热液交代几个岩浆热液过程在稀有金属富集成矿过程中所发挥的作用。

　　研究取得以下认识：

　　（1）系统梳理了早古生代研究区富碱岩浆活动和相关成矿事件的时空格架。双河口矿区不同层位粗面质岩石形成时代均在433–432 Ma之间（锆石U-Pb定年），为早志留纪喷发。结合该碱性岩带内其他已发表的碱性岩年代学数据，提出南秦岭地区在早志留纪（440–430 Ma）发生了一期大规模的碱性岩浆事件。

　　（2）厘定了富碱火山岩的源区预富集和高程度岩浆演化对关键金属成矿的重要意义。碱性岩带内富碱基性岩与富碱中性岩具有紧密的时空联系，且均具有类似OIB的微量元素和Nd同位素特征。提出两者同源于受软流圈熔体交代的岩石圈地幔的低程度部分熔融，源区的初始富集使得原始岩浆富集Nb及REE等关键金属，同时结晶分异导致了基性至中性的成分演化。

图1（a）中国大地构造示意图。（b）秦岭造山带构造简图（据Dong et al.，2011修改）。（c）北大巴山区域地质图（据Wang et al.，2017修改）。

　　（3）基于热力学模拟等手段复现了区内富碱岩浆的演化序列。Rhyolite-MELTS热力学模拟显示，伴随着单斜辉石、斜方辉石、磁铁矿、斜长石、碱性长石、钛铁矿及磷灰石等矿物的分离结晶，基性的母岩浆成分可演化至粗面质岩浆成分，且模拟曲线较好地复现了自然样品的成分演化趋势。而进一步的微量元素模拟显示，单纯的分离结晶作用难以促成粗面岩中的稀有金属矿化。

　　（4）查明富氟热液活动的叠加是火山岩型铌矿床成矿的关键。双河口铌矿的主要经济矿物（铌铁矿、氟碳铈矿等）指示强烈的热液活动特征，且成矿元素与全岩氟（F）含量具有良好的正相关性。结合对F在岩浆中的演化—饱和模拟，认为火山岩体系中含Nb-LREE的富氟热液出溶造成了粗面质岩石强烈的成矿叠加作用，是火山岩型铌矿的成矿关键。

图2 紫阳-竹山地区碱基性—碱中性岩哈克图解及Rhyolite-MELTS模拟曲线

图3 双河口粗面岩型铌矿成岩-成矿模式简图

　　本研究指出南秦岭粗面岩型铌矿的形成是源区初始富集、高程度的结晶分异作用、以及强烈的富氟热液交代等多个岩浆热液作用过程共同作用的结果，提出的粗面岩型铌矿成岩成矿模型为研究同类型稀有金属矿床的形成、演化和成矿提供了新思路，为地勘单位和矿业企业在区内寻找同类矿床提供了重要的理论支撑和基础资料。

　　本研究成果由国家自然科学基金项目（42173052，92162322）和地质调查项目（ZD20220303）联合资助。研究成果发表于国际岩石学知名期刊Lithos上：Wu H.H., Huang H.*, Zhang Z.C., Wang T., Guo L., Gao Y.B., Zhang Z. Highly differentiated trachytic magma linked with rare metal mineralization: A case study from the Shuanghekou Nb deposit, South Qinling. Lithos. 2022 Dec 15:106990.

　　原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0024493722003991