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AM|冯雨周、陈华勇等:榍石稀土元素活化迁移对华南离子吸附型稀土矿床重稀土富集矿化的指示

日期: 2022-12-08
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稀土是我国优势矿产资源,其中华南地区的离子吸附型稀土矿床为全球提供了约80 %的重稀土。该类型矿床的主要特点是矿体分布于花岗岩风化壳中,前人认为花岗岩母岩对该类矿床的形成有很大的控制作用。离子吸附型稀土矿床的花岗岩母岩通常具有演化程度高的特征,甚至很多花岗岩母岩在其结晶之后还受到了岩浆演化晚阶段形成的热液影响发生了自交代作用。伴随着自交代作用,母岩中一些富含稀土的原生矿物(榍石、褐帘石、磷灰石、锆石等)蚀变形成了次生的富含稀土的矿物(如氟碳钙铈矿、氟碳钇矿、磷钇矿、褐钇铌矿、硅铍钇矿等)。然而,前人对于这一蚀变过程中稀土元素的活化和迁移机制以及其对稀土矿化的影响关注较少。古城矿床是华南地区新发现的一个以重稀土矿化为主的矿床,其重稀土氧化物含量占稀土氧化物总量约为55 %,矿体主要分布于粗粒黑云母花岗岩风化后形成的风化壳中。显微观察发现粗粒黑云母花岗岩中发育有较多的榍石,且榍石有被热液流体交代形成富重稀土矿物(褐钇铌矿和硅铍钇矿)的现象。因此,对古城矿床花岗岩母岩中的榍石及其蚀变形成的矿物开展系统的结构和化学成分研究有利于我们对离子吸附型稀土矿床重稀土元素活化和迁移机制及其对重稀土矿化的影响进行深入分析。
针对上述科学问题,中国科学院矿物学与成矿学实验室冯雨周博士后和陈华勇研究员及其合作者,对古城矿床成矿花岗岩母岩中的榍石开展BSE-CL-TIMA结构分析、电子探针和LA-ICP-MS成分分析、LA-ICP-MS U-Pb年龄分析以及MC-ICP-MS Nd同位素分析,获得以下结论:(1)古城矿床成矿花岗岩母岩中的榍石形成于岩浆演化晚阶段富H2O和高氧逸度环境中,其U-Pb年龄为102.6 ± 1.9 Ma。(2)古城矿床成矿花岗岩母岩结晶之后经历了三个期次热液流体的交代作用,第一次热液流体交代时母岩中的榍石蚀变形成了褐钇铌矿、金红石、石英和方解石,这个过程中榍石中的重稀土被淋滤出来后大部分进入到褐钇铌矿中发生了重稀土元素的富集;随后第二次热液流体交代时褐钇铌矿被完全交代,金红石被部分交代,同时伴随有硅铍钇矿和氟碳钙铈矿的形成,这个过程中重稀土元素在硅铍钇矿中发生了进一步富集;硅铍钇矿之后又被大气降水来源的热液流体交代释放出重稀土元素并在风化壳中富集成矿。(3)古城矿床成矿花岗岩母岩中含重稀土元素的榍石经历了热液流体的交代后蚀变形成了易风化分解的次级富稀土矿物硅铍钇矿,在这个过程中重稀土元素发生了活化、迁移和富集,该过程有利于重稀土元素在风化壳中富集成矿,同时该过程可能也是华南地区离子吸附型稀土矿床重稀土成矿的一种重要机制。

AM|冯雨周、陈华勇等:榍石稀土元素活化迁移对华南离子吸附型稀土矿床重稀土富集矿化的指示

古城矿床榍石及其蚀变形成的矿物结构特征

Aln-褐帘石; Ap-磷灰石; Bt-黑云母; Cal-方解石; Chl-绿泥石; Fgs-褐钇铌矿; Gad-硅铍钇矿; Hbl-角闪石; Kfsp-钾长石; Mag-磁铁矿; Ms-白云母; Pl-斜长石; Qz-石英; Rt-金红石; Syn-氟碳钙铈矿; Ttn-榍石

上述研究成果发表在American Mineralogist期刊上,得到了广东省基础与应用基础研究重大项目(2019B030302013)、国家自然科学基金(41725009、42103058、41921003和42173065)和广东省重点实验室项目(2020B1212060055)的联合资助。

文章信息如下:

Yuzhou Feng, Yuanming Pan, Bing Xiao, Gaobin Chu, Huayong Chen*. Hydrothermal alteration of magmatic titanite: Implications for REE remobilization and the formation of ion-adsorption HREE deposits, South China. American Mineralogist: 2022. DOI: 10.2138/am-2022-8644.



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