地化所碳酸岩型稀土矿床中稀土成矿流体研究取得新进展

碳酸岩型稀土矿床是世界上最重要的稀土矿床类型，贡献了世界稀土资源总量的一半以上。现有研究表明，富含稀土元素以及H₂O、CO₂、F、Cl、S等挥发分的碳酸质岩浆通过持续的分异演化以及后续的富稀土流体出溶，是导致这类矿床形成的重要过程。在这个过程中，稀土元素在岩浆热液流体中高效迁移、沉淀对成矿至关重要，且主要受控于流体的性质（成分、温度等等）。因此，如何定量确定成矿流体性质对理解该类矿床稀土成矿机制有重要意义。相比于其他岩浆-热液矿床成矿流体较为简单的H₂O-（CO₂）-NaCl体系，碳酸岩型稀土矿床成矿流体除Cl^-外，还含有大量SO₄^2-、CO₃^2-、PO₄^3- 等离子，体系较为复杂。前人研究根据显微测温观察、传统的压碎（爆破）-萃取法以及单个包裹体LA-ICP-MS定性分析等手段，确定了该类矿床的成矿流体可能为富硫酸盐体系。然而，这些研究对成矿流体中各组分普遍缺乏定量的限制（如硫酸盐矿物的含量、种类等等），并且大多仅针对成矿中后期的流体包裹体，对早期成矿流体性质仍缺乏系统约束，制约了对碳酸岩型稀土矿床成矿过程的完整把握。

针对上述问题，矿床室陈伟研究员团队张伟博士后与澳大利亚国立大学Terrence P. Mernagh教授合作，对冕宁-德昌稀土矿带大路槽稀土矿床不同成矿阶段的萤石、石英以及氟碳铈矿中流体包裹体开展了系统岩相学、显微测温以及高精度激光拉曼光谱分析，并对早期富子晶的流体包裹体开展了详细的拉曼扫面分析，主要取得了以下认识：

1）确定了大路槽稀土矿床成矿过程可以分为成矿前、成矿期和成矿后三个阶段。其中，成矿前阶段主要发育含子晶高盐度包裹体和富CO₂包裹体（Fig. 1a-f），包裹体均一温度分别为459～>600 °C 和470～538 °C。成矿阶段发育含子晶高盐度包裹体、富CO₂包裹体以及富液相水溶液包裹体（Fig. 1g-h），其中含子晶高盐度包裹体均一温度为247～320 °C、富CO₂包裹体均一温度为240～285 °C，富液相水溶液包裹体均一温度为236～327 °C。成矿后阶段包裹体类型与成矿阶段一致（Fig. 1i），含子晶高盐度包裹体均一温度为232～307 °C、富CO₂包裹体均一温度为225～280 °C，富液相水溶液包裹体均一温度为231～315 °C。

图1：大路槽稀土矿床中不同类型流体包裹体照片

（a-b成矿前富CO₂流体包裹体；b-f成矿前阶段含子晶高盐度流体包裹体；

g-h成矿期含子晶高盐度流体包裹体；i成矿后阶段富液相流体包裹体）

2） 定量确定了不同阶段流体组分及变化特点。拉曼扫面分析结果表明，成矿前流体包裹体中子晶以硫酸盐为主（92.3%），包括无水芒硝、钾芒硝、重晶石等，并含有少量的碳酸盐（4.4%）和NaCl（3.1%）（图2、图3）。在包裹体升温过程中,子矿物消失温度明显低于气泡消失温度，包裹体最终均一至液相，形成富硫酸盐的流体。此外，拉曼光谱分析在晚期富液相水溶液流体包裹体中也检测到硫酸根离子。这些现象说明硫酸盐是大路槽稀土矿床成矿流体中的主要盐类。这些结果表明，稀土元素在成矿流体中主要与SO₄^2-形成络合物进行搬运，并伴随了整个稀土成矿过程。

3）确定降温是导致大路槽稀土矿床中稀土元素沉淀的主控因素。流体中稀土元素的沉淀是通过破坏稀土-硫酸盐络合物的稳定性而达成，通常受控于流体压力、温度、pH值或体系化学组成的变化等。我们的研究表明，成矿前阶段演化至成矿阶段的温度明显降低，是促进该矿床稀土沉淀的主要因素，这可能与流体中稀土-硫酸盐络合物的溶解度显著降低有关（Cui et al. 2020）。而其它可能的机制如流体混合抑或水-岩反应等导致的相关参数变化，对大路槽稀土矿床中稀土沉淀的影响较小。

图2：含子晶高盐度流体包裹体扫面分析

图3：含子晶高盐度流体包裹体中不同子矿物（a）以及盐类（b）质量百分比

相关成果已发表于国际知名矿床学期刊《Mineralium Deposita》，文章具体信息如下：Zhang W, Chen TW, Mernagh TP, Zhou L (2021) Quantifying the nature of ore forming fluids in the Dalucao carbonatite related REE deposit, Southwest China: implication for the transport and deposition of REEs. Mineralium Deposita. https://doi.org/10.1007/s00126-021-01081-0.

该成果由国家自然科学基金项目（41822303），科技部重点研发计划（2017YFC0602302）和中国科学院前沿科学重点研究项目（QYZDB-SSW-DQC008）联合资助。

参考文献：

Cui H, Zhong RC, Xie YL, Yuan XY, Liu WH, Brugger J, Yu C (2020) Forming sulfate- and REE-rich fluids in the presence of quartz. Geology 48: 145-148.

（矿床室 陈伟课题组/供稿）