刘琰、侯增谦等-EG：碳酸岩型REE矿床稀土大规模成矿

可以始于岩浆阶段

　　碳酸岩型REE矿是重要的稀土矿床类型，提供全球约51.4%的稀土资源。研究显示，该类矿床的形成是一系列构造活动、岩浆演化和交代作用叠加耦合的结果。特别是，后期受到流体和构造作用的叠加，改造了矿床早期的成矿信息，影响了人们对碳酸岩型REE矿床成矿过程的认识。因此，揭示碳酸岩型REE矿床成因机制是一项极为复杂的研究工作。位于四川冕宁-德昌超大型REE矿带的木落寨碳酸岩型REE矿床，具有形成时代新、受后期构造活动影响小、矿体未出现明显蚀变等特点，为研究碳酸岩型REE矿床中REE的成矿富集过程提供了理想的研究对象。

　　为深化认识碳酸岩型REE矿床成因机制，中国地质科学院地质研究所刘琰研究员和侯增谦院士与加拿大曼尼托巴大学Chakhmouradian教授合作，对木落寨矿床郑家梁子矿体的赋矿岩石和围岩采用岩相学和地球化学相结合方式进行综合分析，取得了以下认识：

1.多种同位素体系约束了碳酸岩的源区及其与围岩的混染

　　碳酸岩和大理岩中的方解石微量元素和C-O-Ca同位素组成（图1）以及全岩数据表明，碳酸岩岩浆来源于富集岩石圈地幔，岩浆侵位后与阳新组大理岩发生微量元素和C-O-Ca同位素的再平衡。Sr-Nd-Pb同位素组成显示，碳酸岩杂岩体和矿脉中主要矿物的矿脉物质组成其没有受到大理岩围岩混染影响。木落寨碳酸岩杂岩体地幔岩浆源区与冕宁-德昌REE矿带其它碳酸岩均经历了地壳再循环的影响。

图1. 郑家梁子矿区矿脉中方解石、氟碳铈矿和大理岩方解石Ca-C-O稳定同位素组成

2.岩相学特征表明大规模REE矿化发生在岩浆阶段

　　岩相学特征显示矿石具有明显的岩浆结构（图2），其矿物生成顺序为：钠长石或微斜长石±金云母→氟碳铈矿（独居石或氟磷灰石）+钍石→辉石+硅钛铈矿→角闪石±烧绿石±辉钼矿→重晶石→方解石→天青石→萤石+白云石+氟碳钙铈矿→黄铁矿 (±方铅矿) +白云母+石英。此外，还发现了钍石、贝塔石、辉钼矿和烧绿石等稀有金属矿物。这些观察表明木落寨矿床氟碳铈矿大规模结晶在岩浆阶段，晚期热液过程仅有少量的氟碳钙铈矿形成；早期形成的氟碳铈矿后期受到了断裂、破碎、韧性变形等。

图2. 郑家梁子矿区矿脉和围岩捕虏体的显微结构特征

3.岩浆演化和蚀变的影响制约了对碳酸岩和正长岩不混溶成因的认识

　　已报道的实例矿床中碳酸岩和正长岩的密切的空间关系、Sr-Nd-Pb同位素组成及其REE配分模式的相似性显示碳酸岩和正长岩经历了不混溶过程形成。但是以上研究并未从微量元素角度考虑两种岩石的不混溶成因联系。根据本次研究，郑家梁子碳酸岩和正长岩经历了演化和霓长岩化过程，其中的微量元素组成已经不能代表原始岩浆的组成，其地球化学特征很难显示出两者经历了不混溶的过程。因此，实例矿床研究中碳酸岩及其空间上密切相关的正长岩是否来经历过不混溶作用形成仍需要深入研究。

图3.（A）四川冕宁-德昌稀土成矿带矿床碳酸岩型REE成矿模式

和（B）矿化多样性成因模式图

　　本研究通过对冕宁-德昌稀土矿带郑家梁子矿体岩相学和地球化学的综合研究，揭示了碳酸岩型REE矿床稀土大规模成矿始于岩浆阶段，建立了冕宁-德昌稀土成矿带矿床碳酸岩型REE成矿和矿化多样性的模式（图3），提升了对碳酸岩型REE矿床成因机制的认识，为区域碳酸岩型REE矿床的找矿勘察提供了研究实例。

　　该研究由国家自然科学基金委重大研究计划重点基金项目（项目编号：92162216）等项目资助。相关成果发表在国际矿床学权威期刊《Economic Geology》上：Liu, Y., Chakhmouradian, A.R., Reguir, E.P., Hou, Z.Q., Zheng, X., Fu, H.B., & Sun, J. (2024). The Origin and Evolution of Rare Earth Element Mineralization in the Muluozhai Deposit (Sichuan, China): Insights from Mineralogical, Trace Element, and Sr-Nd-Pb-C-O-Ca Isotope Data. Economic Geology, 119 (3): 681-712. 

　　原文链接：https://doi.org/10.5382/econgeo.5066