稀土矿床类型

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广西钟山—富川县花山矿区南矿段稀土矿矿床成因分析

广西钟山—富川县花山矿区南矿段稀土矿矿床成因分析

广西钟山—富川县花山矿区南矿段稀土矿矿床成因分析广西钟山-富川县花山矿区南矿段稀土矿位于南华活动带的桂中~桂东北褶皱系内的大瑶山隆起北侧,与海洋山凸起区接壤。

区内经历了加里东、海西、燕山和喜玛拉雅等多旋回地壳运动。

该矿区共有5个矿体,以花岗岩全风化层为主要赋矿层位,平面上呈面形分布,剖面上呈似层状,受地形地貌控制明显。

矿体长1000~4200m,宽500~2800m,平均矿厚为4.86m,全相矿石平均品位(TREO)为0.081%。

矿床为勘查类型中等(第Ⅱ类型)的花岗岩风化壳离子吸附型轻稀土矿床。

标签:稀土矿;花山矿区;钟山-富川县1、区域地质背景1.1地层(1)寒武系寒武系上统边溪组(∈b):下部以灰黑色页岩为主,夹炭质页岩、砂质页岩、砂岩及灰岩、泥灰岩等。

中上部以灰绿色块状砂岩、长石石英砂岩、异粒砂岩为主,夹少量灰黑色、灰绿色页岩。

总厚度638~1220m。

砂岩中斜层理、沉积韵律发育,具复理石特征。

(2)泥盆系莲花山组(D1l):紫红色、灰白色厚层状砾岩、含砾砂岩、杂砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩等组成1~3个小旋回,下部砂砾岩具槽状、板状交错层理,中上部砂岩、粉砂岩为人字形交错层理,泥质粉砂岩具垂直虫孔,属河流相-滨岸碎屑岩相沉积。

厚225~1732m。

(3)石炭系英塘组(C1yt):黄灰色-灰黑色泥岩、砂岩、泥灰岩、灰岩、燧石灰岩。

厚度150~1006m。

1.2构造本地区主要受加里东、印支、燕山期构造运动所影响,形成有东西向、南北向、北东向、北西向的地质构造带。

南北向构造最为发育,特别是在海洋山凸起区,构造形迹紧密并列,由一系列深大断裂及复式褶皱组成,其中区域大断裂粟木-马江断裂、富川大断裂在矿区所在的花山岩体两侧切过;东西向构造主要表现为一系列次级褶皱及一些花岗岩体组成,对区内的构造格局影响重大,花山一金子岭一姑婆山花岗岩带,就是受此东西向的花山一姑婆山深断裂的所控制。

北东向与北西向构造发育相对较弱,主要在矿区南部的大瑶山隆起交叠,其北东向构造主要由扭性断裂和印支期褶皱组成,北西向构造则主要由压扭性断裂、及印支期、燕山期和喜山期褶皱组成。

稀土矿床中稀土富集机制

稀土矿床中稀土富集机制

稀土矿床中稀土富集机制稀土元素是一组17种化学元素的总称,它们在自然界中并不罕见,但由于它们的主要用途是在高科技和新能源产业中,因此受到了广泛关注。

稀土元素在地壳中的分布并不均匀,它们在矿床中的富集机制一直是地质学家和矿产资源学家们关注的焦点问题之一。

本文将从矿床形成的角度,探讨稀土矿床中稀土富集的机制。

一、稀土元素的地质分布稀土元素主要分布在地壳中,它们的含量比较低,通常在地壳中的含量为每千万分之一至每亿分之一。

稀土元素主要分布在独属岩、花岗岩和玄武岩中,特别是在碱性玄武岩和花岗岩中含量较高。

此外,稀土元素还主要存在于火山岩、碳酸盐岩和蒴合岩中,这些岩石常常是矿床富集的主要宿主。

二、矿床形成机制稀土矿床的形成涉及多种地质作用和矿物成因,主要包括岩浆热液作用、沉积作用和变质作用。

岩浆热液作用是指岩浆在形成过程中释放热液,其中含有大量的稀土元素,并在特定的地质条件下,形成富集稀土元素的矿床。

沉积作用是指稀土元素随着海水或湖水的沉积作用,富集在特定的岩石或沉积物中,形成稀土矿床。

变质作用是指岩石在高温、高压等地质作用下,发生成分、结构和性状的变化,从而形成富集稀土元素的矿床。

三、稀土矿床的类型根据形成机制和地质特征,稀土矿床可以分为多种类型,主要包括火山岩型、伴生型和碱性岩型。

火山岩型稀土矿床主要由火山喷发产生的火山岩形成,矿石中含有丰富的稀土元素。

伴生型稀土矿床主要伴生在其他矿床中,如铀矿、铝土矿和磷灰石矿中,矿石中含有大量的稀土元素。

碱性岩型稀土矿床主要由碱性花岗质岩浆热液作用而形成,矿石中含有较高含量的稀土元素。

四、稀土矿床的地质特征稀土矿床的地质特征主要包括矿石的成分、结构和矿物组成。

矿石的成分主要由稀土元素、铀、钍等元素组成,其中稀土元素含量很高。

矿石的结构主要以块状、脉状或砂状为主,矿石中含有大量的稀土矿物。

稀土矿床中的矿物组成主要以方钙矿、磷灰石、独属矿、燧石、磷灰石和白云石等矿物为主。

扎鲁特旗八0一(巴尔哲)稀有稀土矿床特征浅析

扎鲁特旗八0一(巴尔哲)稀有稀土矿床特征浅析

扎鲁特旗八0一(巴尔哲)稀有稀土矿床特征浅析作者:李雪娇佟卉李佳洋来源:《西部资源》2023年第06期[關键词]八0一;稀有稀土;碱性花岗岩;大型矿床扎鲁特旗八0一(巴尔哲)稀土矿床位于内蒙古通辽市扎鲁特旗乌兰哈达乡巴尔扎拉格北侧,巴仁哲里木镇南西约30 km处,地处大兴安岭东南坡。

该矿床为1975年吉林省地质局区测二分队发现的矿点,之后由吉林省地质局化探大队(原第八地质队)三分队进行详查,内蒙古一一五地质队、内蒙古地质实验测试中心、包头稀土研究院与包钢矿山研究所等单位联合进行可选性试验,但是由于矿石中放射性元素含量较高,目前还未找到合适的提取分离方法,因此该矿床目前尚未开发利用。

1. 区域地质概况八0一稀有稀土矿床大地构造位置属西伯利亚板块兴蒙古生代造山带锡林浩特古生代岩浆弧艾里格庙—大石寨古生代陆缘弧,其上叠加中生代大兴安岭岩浆岩带。

成矿区带属大兴安岭成矿省突泉—翁牛特铅锌银铜铁锡稀土成矿带神山—大井子铜铅锌银铁钼锡稀土铌钽萤石成矿亚带。

矿床处于大兴安岭—燕山火山岩带南段。

地层主要出露有上侏罗统满克头鄂博组(J3mk)酸性火山熔岩、酸性火山碎屑岩夹中性火山岩与玛尼吐组(J3mn)中性火山熔岩、中酸性火山碎屑岩夹碎屑沉积岩。

满克头鄂博组在矿区周围出露面积较大,岩石在近含矿侵入岩附近遭受不同程度的硅化、角岩化、黄铁矿化。

此外,在沟谷与坡麓地带发育有第四系松散堆积。

区内侵入岩较为发育,主要为燕山期中酸性、酸性、酸碱性侵入岩,多呈岩株或岩脉产出,显示构造侵位特征。

规模较大的岩株均出露在巴尔哲扎拉格东西向构造与北北东向构造的复合部位。

岩石类型主要有钠闪石花岗岩(赋矿母岩),其次为闪长玢岩、安山玢岩、长石斑岩、石英斑岩、花岗细晶岩等。

脉岩主要有花岗细晶岩脉、闪长玢岩脉、二长斑岩脉等,呈北北东向雁行状排列,西部多呈近南北向锯齿状延伸。

矿区位于霍林河近东西断裂带的南侧,区域断裂构造较发育,以北北东向(压扭性)与近东西(压性)向为主,次为近南北向(张性)向、北西向(扭性)与北东向(扭性)。

22种矿床勘查类型划分依据

22种矿床勘查类型划分依据

22种矿床勘查类型划分依据22种矿床勘查类型划分依据!本文根据地质矿产勘查行业标准汇编而成,涵盖22种矿床勘查类型:岩金矿床铜、铅、锌、银、镍、钼矿床高岭土、膨润土、耐火粘土矿床冶金、化工用石灰岩及白云岩、水泥原料矿床硫铁矿——硫铁矿和多金属型矿床硫铁矿——煤系沉积型矿床钨、锡、汞、锑矿床盐湖和盐类矿床——固体矿床盐湖和盐类矿床——浅藏卤水矿床深藏卤水矿床磷矿床砂矿床玻璃硅质原料、饰面石材、石膏、温石棉、硅灰石、滑石、石墨矿床重晶石、毒重石、萤石、硼矿床铝土矿、冶镁菱镁矿煤矿床泥炭矿床煤矿床水文地质勘查类型稀有金属矿床稀土内生矿床风化壳离子吸附型稀土矿床铀矿床01岩金矿床确定因素:第Ⅰ勘查类型(简单型):矿体规模大,形态简单,厚度稳定,构造、脉岩影响程度小,主要有用组分分布均匀的层状一似层状、板状一似板状的大脉体、大透镜体、大矿柱第Ⅱ勘查类型(中等型):矿体规模中等,产状变化中等,厚度较稳定,构造、脉岩影响程度中等,破坏不大,主要有用组分分布较均匀的脉体、透镜体、矿柱、矿囊第Ⅲ勘查类型(复杂型):矿体规模小,形态复杂,厚度不稳定,构造、脉岩影响大,主要有用组分分布不均匀的脉状体、小脉状体、小矿柱、小矿囊具体类型特征:02铜、铅、锌、银、镍、钼矿床确定因素:第Ⅰ勘查类型:为简单型,五个地质因素类型系数之和为2.5-3.0,主矿体规模大到巨大,形态简单到较简单,厚度稳定到较稳定,主要有用组分分布均匀到较均匀,构造对矿体影响小或中等第Ⅱ勘查类型:为中等型,五个地质因素类型系数之和为1.7-2.4,主矿体规模中等到大,形态复杂到较复杂,厚度不稳定,主要有用组分分布较均匀到不均匀,构造对矿体形状影响明显第Ⅲ勘查类型:为复杂型,五个地质因素类型系数之和为1-1.6,主矿体规模小到中等,形态复杂,厚度不稳定,主要有用组分分布较均匀到不均匀,构造对矿体形状影响明显到严重具体类型特征:03高岭土、膨润土、耐火粘土矿床确定因素:Ⅰ勘查类型:矿体(层)延展规模大型,形态规则,厚度稳定,内部结构、地质构造简单Ⅱ勘查类型:矿体(层)延展规模中一大型,形态较规则,厚度较稳定,内部结构、地质特征简单至较简单Ⅲ勘查类型:矿体(层)延展规模中一小型,形态较规则至不规则,厚度较稳定至不稳定,内部结构、地质构造较简单至复杂具体类型特征:04冶金、化工用石灰岩及白云岩、水泥原料矿床确定因素:第Ⅰ勘查类型:矿体内部结构简单,厚度稳定,构造简单至中等,岩浆岩与变质岩不发育至较发育,岩溶不发育至较发育第Ⅱ勘查类型:矿体内部结构中等,厚度较稳定,构造中等至复杂,岩浆岩与变质岩较发育至发育,岩溶较发育至发育第Ⅲ勘查类型:矿体内部结构复杂,厚度不稳定,构造复杂,岩浆岩与变质岩发育,岩溶发育具体类型特征:05硫铁矿——硫铁矿和多金属型矿床确定因素:第Ⅰ勘查类型:矿体形状简单-较简单,厚度稳定-较稳定,构造简单-中等的大型矿床第Ⅱ勘查类型:矿体形状较简单,厚度较稳定-不稳定,构造简单-复杂的大-中型矿床,矿体形状较简单,厚度较稳定,构造中等的中小型矿床第Ⅲ勘查类型:矿体形状复杂,厚度不稳定,构造中等-复杂的中-小型矿床具体类型特征:06硫铁矿——煤系沉积型矿床确定因素:第Ⅰ勘查类型:矿体形状简单,厚度稳定-较稳定,连续性好,构造简单的大型矿床第Ⅱ勘查类型:矿体形状简单-较简单,厚度较稳定,连续性较好,构造简单-中等的大-中型矿床第Ⅲ勘查类型:矿体形状较简单-复杂,厚度不稳定,连续性差,构造中等的中-小型矿床具体类型特征:07钨、锡、汞、锑矿床具体类型特征:08盐湖和盐类矿床——固体矿床确定因素:第Ⅰ勘查类型:矿体延展规模大型,矿体稳定,构造简单或岩(盐)溶不发育(或界线规则)第Ⅱ勘查类型:矿体延展规模大-中型,矿体较稳定,构造简单-中等或岩(盐)溶中等-发育(或界线较规则)第Ⅲ勘查类型:矿体延展规模中-小型,矿体不稳定,构造较简单-复杂或岩(盐)溶不发育-发育(或破坏矿体)具体类型特征:09盐湖和盐类矿床——浅藏卤水矿床确定因素:第1勘查类型:矿体延展规模大型、矿体稳定、构造简单或岩(盐)溶不发育(或界则)第Ⅱ勘查类型:矿体延展规模大-中型,矿体较稳定,构造简单-中等或岩(盐)中等-发育(或界线较规则)第Ⅲ勘查类型:矿体延展规模中-小型,矿体不稳定,构造较简单-复杂或岩(盐)溶不发育-发育(或破坏矿体)具体类型特征:10深藏卤水矿床确定因素:第Ⅰ勘查类型:无河流补给,或虽有常年性、季节性河流补给,但补给强度弱:周边地下水及盐下水富水性弱,卤水动态稳定,卤水层结构简单,水化学组分分布均匀-较均匀、水平分带和垂直分异不明显第Ⅱ勘查类型:有常年性河流注入并形成湖泊,补给强度中等,周边地下水及盐下水富水性弱-中等,卤水动态较稳定,卤水层结构较简单;水化学组分分布较均匀,但水平分带和垂直分异较明显第Ⅲ勘查类型:河流补给较丰富,有常年性湖泊,周边淡水含水层-直延伸到矿层之下,具承压性,水头高,富水性强,卤水动态不稳定,卤水层结构较简单-较复杂,水化学组分变化较大、水平分带和垂直分异明显具体类型特征:11磷矿床确定因素:第Ⅰ勘查类型:矿体延展规模大型、矿体稳定、构造简单或岩(盐)溶不发育(或界线规则)第Ⅱ勘查类型:矿体延展规模大一中型、矿体较稳定、构造简单一中等或岩(盐)溶中等一发育(或界线较规则)第Ⅲ勘查类型:矿体延展规模中一小型、矿体不稳定、构造较简单一复杂或岩(盐)溶不发育一发育(或破坏矿体)具体类型特征:12砂矿床确定因素:第工类型(简单型):主要矿体延展规模大,宽度较稳定,形态简单-较简单,有用组分分布较均匀第Ⅱ类型(中等型):主要矿体延展规模大-中等,宽度不稳定-很不稳定,形态较简单-复杂,有用组分分布不均匀-很不均匀第Ⅲ类型(复杂型):主要矿体延展规模中等-小,形态复杂,宽度很不稳定,有用组分分布很不均匀,底板极不平坦,属于此类型的多为规模小的支谷砂矿,残积、坡积、洪积砂矿和以岩溶为基底的砂矿,以及人工堆积的砂具体类型特征:13玻璃硅质原料、饰面石材、石膏、温石棉、硅灰石、滑石、石墨矿床确定因素:矿床勘查类型根据矿体规模、主矿体形态和内部结构、主矿体厚度稳定程度、矿石质量稳定程度及矿床构造、岩浆岩、岩溶对矿体的影响和破坏程度五个方面划分为三个类型,即:Ⅰ地质条件简单型,Ⅱ地质条件中等型,Ⅲ地质条件复杂型。

广西岑溪糯垌稀土矿床地质特征及成矿规律

广西岑溪糯垌稀土矿床地质特征及成矿规律

广西岑溪糯垌稀土矿床地质特征及成矿规律广西岑溪糯垌稀土矿床是中国南方地区最大的稀土矿床之一。

其地质特征和成矿规律十分重要,对于了解该矿床的形成机制及指导糯垌稀土矿床的开发和利用具有非常重要的意义。

下面将对该矿床的地质特征和成矿规律进行详细的论述。

一、地质背景岑溪糯垌稀土矿床位于广西壮族自治区岑溪市西南20公里处,属于广西东北部的磷酸盐岩地区,曾经是庙溪组白垩系磷灰石矿区的一部分。

磷灰石矿区被中国地质科学院岩石矿物地球化学研究所发现,后转为岑溪磷矿局负责开采,糯垌地区因稀土含量较高而逐渐成为稀土矿床。

糯垌稀土矿床的主要矿体是磷酸盐岩型矿体,矿体长1.5千米,宽0.3千米,厚约30米。

糯垌地区的磷酸盐岩主要由磷灰石、方铁矿、白话石等矿物组成。

稀土主要以独居石为主,其他还有石榴石、锰矿、铈铁矿等。

二、成矿规律1.地质构造岑溪糯垌稀土矿床所处的岑溪-七塘-乌石地区为广西东北部的磷酸盐岩区,属于广西地区的幕府山早期构造带。

该区域经历多期构造变形和加热作用,于白垩纪中期经历了一次山脉隆升运动,使得该地区构造呈现复杂的断层、褶皱和岩浆侵入等特征。

其中,南北向的主要断层及东西向的褶皱是稀土矿床形成的主要基础。

2.岩石组成稀土矿床的形成与岩石组成密切相关。

岑溪糯垌稀土矿床中,独居石是主要的稀土矿物,其次为石榴石、铈铁矿等。

独居石在磷酸盐岩中是较为稀有的,但在糯垌地区却分布较为集中,其原因是约束独居石形成和分布的因素在该区域中较为适宜。

3.物质来源岑溪糯垌稀土矿床的稀土元素来源于不同的岩石/矿物以及其周围的岩浆、地下水等地质物质。

岑溪地区磷酸盐岩向来以富含磷的地层著名,因此稀土矿床中的独居石也很可能来源于磷灰石的溶解。

另外,岑溪地区的矿床经历了早期地质时期的多次构造变形和加热作用,形成了若干矿床样式的岩浆侵入体。

这些侵入体种类丰富,含有多种稀有元素,提供了极好的稀土矿床形成机会。

4.成矿作用及成矿时间岑溪糯垌稀土矿床的形成经历了多次成矿作用。

稀土基本知识

稀土基本知识

稀土基本知识目录一、稀土概述 (3)1.1 稀土的定义与分类 (4)1.2 稀土在元素周期表中的位置 (5)1.3 稀土元素的性质与应用 (5)二、稀土元素简介 (6)2.1 镧系元素 (9)2.2 铽系元素 (10)2.3 钇系元素 (11)2.4 铌系元素 (12)2.5 钼系元素 (13)三、稀土矿床类型及特点 (14)3.1 水源型矿床 (15)3.2 磁性地层型矿床 (17)3.3 热液型矿床 (18)3.4 混合型矿床 (19)四、稀土提取工艺 (20)4.1 重选法 (21)4.2 浮选法 (22)4.3 磁选法 (23)4.4 电选法 (25)4.5 化学选矿法 (26)五、稀土金属的制备 (27)5.1 熔炼法 (28)5.2 合金化法 (29)5.3 离子交换法 (30)5.4 湿法冶金法 (31)六、稀土材料及其应用 (32)6.1 稀土永磁材料 (33)6.2 稀土发光材料 (34)6.3 稀土催化材料 (36)6.4 稀土储氢材料 (37)七、稀土在高科技领域的应用 (38)7.1 稀土在信息技术中的应用 (39)7.2 稀土在新能源、环保领域的应用 (40)7.3 稀土在生物医学、农业领域的应用 (41)八、稀土资源保护与可持续发展 (42)8.1 稀土资源的现状与面临的问题 (43)8.2 稀土资源的保护和合理利用 (44)8.3 稀土产业的绿色转型与可持续发展 (45)一、稀土概述也称为镧系元素和钇族元素,包括17种化学元素:镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、钇(Y)、镱(Yb)和镥(Lu)。

这些元素在自然界中通常以矿石的形式存在,如独居石、氟碳铈矿等。

稀土元素在地壳中的分布不均,但在某些地区,如中国、美国和印度,它们的储量相对丰富。

稀土元素具有独特的物理和化学性质,如荧光性、磁性、催化活性和电导性等,这使得它们在许多高科技领域具有重要的应用价值。

中国稀土分布概况和我国稀土资源与地质科学发展述评和世界稀土资源分布

中国稀土分布概况中国的稀土资源主要分布在内蒙、江西、广东、广西、四川、山东等地。

自1927年丁道衡教授发现白云鄂博铁矿,1934年何作霖教授发现白云鄂博铁矿中含有稀土元素矿物以来,中国地质科学工作者不断探索和总结中国地质构造演化、发展的特点,运用和创立新的成矿理论,在全国范围内发现并探明了一批重要稀土矿床。

20世纪50年代初期发现并探明超大型白云鄂博铁铌稀土矿床,20世纪60年代中期发现江西、广东等地的风化淋积型(离子吸附型)稀土矿床,20世纪70年代初期发现山东微山稀土矿床,20世纪80年代中期发现四川凉山"牦牛坪式"大型稀土矿床等。

这些发现和地质勘探成果为中国稀土工业的发展提供了最可靠的资源保证,同时还总结出中国稀土资源具有成矿条件好、分布面广、矿床成因类型多、资源潜力大、有价元素含量高、综合利用价值大等最基本的特点。

截止目前为止,地质工作者已在全国三分之二以上的省(区)发现上千处矿床、矿点和矿化产地,除内蒙古的白云鄂博、江西赣南、广东粤北、四川凉山为稀土资源集中分布区外,山东、湖南、广西、云南、贵州、福建、浙江、湖北、河南、山西、辽宁、陕西、新疆等省区亦有稀土矿床发现,但是资源量要比矿化集中富集区少得多。

全国稀土资源总量的98%分布在内蒙、江西、广东、四川、山东等地区,形成北、南、东、西的分布格局,并具有北轻南重的分布特点。

中国稀土资源的时代分布,主要集中在中晚元古代以后的地质历史时期,太古代时期很少有稀土元素富集成矿,这与活动的中国大陆板块演化发展历史有关。

中晚元古代时期华北地区北缘西段形成了巨型的白云鄂博铁铌稀土矿床;早古生代(寒武系)形成了贵州织金等地的大型稀土磷块岩矿床;晚古生代有花岗岩型和碱性岩型稀土矿床形成;中生代花岗岩型和碱性岩型稀土矿床广布于中国南方;新生代(喜山期)有碱性花岗岩和英碱岩稀土矿床的形成;第四纪有中国南方风化淋积型稀土矿床的形成。

中国稀土矿床成矿时代之多、分布时限之长是世界上其他国家所没有的。

四川牦牛坪稀土矿床萤石地质特征简述

四川牦牛坪稀土矿床萤石地质特征简述四川冕宁牦牛坪稀土矿床是我西南地区发现的第一大稀土矿床,矿区构造裂隙发育,常被伟晶岩脉充填。

矿区矿石类型主要有重晶石伟晶岩型、碳酸盐伟晶岩型至细脉碱长花岗岩型,内部萤石有深紫色、紫色、浅紫色、浅绿色及无色之分,产状及粒度也有差异,总体呈渐变过渡关系。

结合前人对萤石稀土地球化学特征进行分析,认为从早到晚,萤石从LREE富集型→LREE平坦型→LREE亏损型逐渐过渡。

萤石的成矿流体来源于正长岩与碳酸岩。

标签:牦牛坪稀土矿床;萤石;地球化学特征1 矿区地质概况牦牛坪矿区位于四川南部冕宁南22km,攀西裂谷的北段(也有学者认为是攀西裂谷中段西缘),属于冕宁轻稀土成矿带,(也有人称之为喜山期稀土矿带)。

该区出露的地层有泥盆系(D2)泥砂碎屑岩、碳酸盐岩、上二叠统(P2)峨眉山玄武岩、上三叠统(T3)白果湾组含煤岩系以及第四系(Q)洪积、坡积物;矿区构造发育,以NNE向断裂为主,主要有南河断裂、哈哈断裂、马头山断裂等,且各种构造裂隙常被后期的伟晶岩脉充填[1]。

矿区处于冕西碱长花岗岩体中段。

区内岩浆岩分布广泛,冕西花岗岩(燕山期侵入)、正长岩(喜山期侵入),还有少量的玄武岩和流纹岩(时代不明)[2]。

2 矿床地特征矿体主要呈一系列NNE向的平行大脉,长60-1000m,厚4-90m,主要呈脉状、透镜状以及网脉状。

矿化富集在碱性杂岩体内。

该矿床的矿石类型主要为重晶石伟晶岩型、碳酸岩伟晶岩型,以及少量细脉碱长花岗岩型。

矿石结构为自形-半自形粒状,伟晶、交生、交代结构,镶嵌交代残余花岗结构;斑杂状,条带状、细脉状、星散浸染状、细网脉状构造。

矿石矿物主要为氟碳铈矿、硅钛铈矿、氟碳钙铈矿、重晶石,脉石矿物以萤石为主,也有霓辉石、方解石、石英、长石等次之[3、4]。

蚀变类型多。

其中霓长岩化强烈,黑云母化绢云母化,钠铁闪石和钠长石化次之。

陈从德、蒲广平等将牦牛坪稀土矿床作用过程成矿分为4期6阶段,及正岩浆期、残余岩浆-气化热液期、热液期以及表生期[4],具体划分情况如表1所示:表1 牦牛坪稀土矿床成矿期次-阶段划分表3 矿区萤石的特点3.1 萤石的岩相学特征矿区矿石类型主要有重晶石伟晶岩型、碳酸盐伟晶岩型至细脉碱长花岗岩型,许成等选取了矿区不同岩石类型中,不同产状、颜色和粒度的萤石进行分析和研究,结果如表2所示。

碱性花岗岩型稀有稀土矿床类型及成矿作用研究进展

©Editorial Office of Bulletin of Geological Science and T echnology.This is an open access article under the CC BY -NC -ND license.https:ʊ碱性花岗岩型稀有稀土矿床类型及成矿作用研究进展季浩1,李艳军1∗,李一鸣2,3,冷双梁2,3,杨紫文11.中国地质大学(武汉)资源学院,武汉430074;2.湖北省地质调查院,武汉430034;3.湖北省地质勘查工程技术研究中心,武汉430034㊀第一作者,E-mail:jihao@∗通信作者,E-mail:liyj@2022-10-04收稿;2022-10-07修回;2022-10-14接受基金项目:中国地质大学(武汉)中央高校基本科研业务费项目(CUGCJ1817);国家自然科学基金项目(42172084);湖北省地质局项目(KCDZ-2022015;KJ2022-48)中图分类号:P618.7;P588.15㊀㊀㊀文章编号:2096-8523(2024)01-0023-16㊀㊀㊀doi:10.19509/ki.dzkq.tb20220397摘㊀要:碱性花岗岩因富集稀有稀土元素而成为一种重要的成矿岩体㊂近年来碱性花岗岩型稀有稀土矿床在矿床类型分类㊁成矿流体和成矿物质来源及成矿机制等方面取得一些重要的研究进展㊂碱性花岗岩通常富集高场强元素(HFSEs )和稀土元素(REEs ),根据暗色矿物与主矿种之间的关系该类型矿床可分为富Nb-Zr-REEs 钠(铁)闪石碱性花岗岩型㊁富Nb-U-HREEs 碱性杂岩型和富Nb-Sn 黑云母碱性花岗岩型3种类型㊂碱性花岗岩型稀有稀土矿床成矿时代主要集中于古生代-新生代,与大陆㊁超大陆的裂解和聚合后期伸展构造背景有关㊂成矿流体经历了早期岩浆分异与晚期热液交代2个演化阶段㊂研究表明从岩浆中出溶的成矿流体具有低温㊁高盐度㊁富F 等特征,可导致HFSEs 和REEs 等元素在碱性花岗岩中超常富集㊂母岩浆中不相容元素浓集到出溶流体中,并随着后期含F 流体结晶或交代原岩而形成稀有稀土矿物㊂成矿物质通常来源于地幔岩浆或地幔与地壳的混合,但也可能来源于俯冲洋壳㊂岩浆结晶分异与热液交代为碱性花岗岩型稀有稀土矿床的2种主要成矿机制,但该类矿床大多为2种机制的复合形成㊂关键词:碱性花岗岩;稀有稀土矿床;成矿流体;成矿物质;成矿机制㊀㊀稀有金属和稀土元素最重要的寄主岩石为碳酸岩,其次为碱性花岗岩㊂相对于前者,碱性花岗岩略富集重稀土元素[1]㊂加拿大Strange Lake 超大型REE-Zr-Nb 矿床[2]是目前研究最深入的碱性花岗岩型稀有稀土矿床,其他如蒙古Khaldzan Buregtey [3]㊁埃及El Seboah [4]㊁格陵兰Ilímaussaq [5]和美国Bokanmountain [6]等稀有稀土矿床也均与碱性花岗岩密切相关㊂该类型矿床也是我国当前重点关注的战略性金属矿产类型之一,已发现的重要矿床包括内蒙古巴尔哲[7]和赵井沟[8]㊁辽宁赛马[9]㊁新疆波孜果尔[10]和杨庄[11]㊁甘肃余石山[12]和福建大坪[13]等大型-超大型Zr-Nb-Ta(-REE)矿床㊂以往针对碱性花岗岩型稀有稀土矿床的研究主要局限于花岗岩地球化学组成及特征㊂近年来,该类型矿床在熔体-流体包裹体岩相学及温压特征㊁矿床的时空分布㊁成矿物质来源和成矿机制等方面取得了大量相关研究成果㊂笔者拟对碱性花岗岩型稀有稀土矿床分类㊁成矿流体和成矿物质来源及成矿机制等方面的最新研究进展进行归纳总结,以期为该类型矿床成矿理论研究及找矿工作提供参考和借鉴㊂1㊀碱性花岗岩型稀有稀土矿床特征及分类㊀㊀碱性花岗岩是指碱饱和或过饱和(即分子数比(Na2O+K2O)/Al2O3ȡ1.0),并含有碱性暗色矿物(碱性角闪石㊁碱性辉石㊁黑云母及铁锂云母等)的花岗岩,通常含有大量REEs㊁HFSEs(如Zr,Nb,Hf, Ta,Th,U),且重稀土相较于轻稀土富集[14-15]㊂碱性花岗岩具有相对简单的矿物组合,主要由碱性长石㊁石英㊁富Na角闪石或辉石(通常为钠辉石和霓石)和黑云母组成㊂根据造岩矿物及岩石结构的差异,碱性花岗岩可分为霓石(或霓辉石)碱性花岗岩㊁钠闪石(或钠铁闪石)碱性花岗岩㊁透辉石碱性花岗岩㊁角闪石碱性花岗岩和黑云母碱性花岗岩等类型[16]㊂碱性花岗岩通常从属于A型花岗岩,并可进一步分为非造山型和后造山型[14]㊂成岩机制主要有基性玄武岩浆高程度分离结晶演化[17-18]㊁下地壳与幔源基性岩浆混合[19-20]㊁地壳部分熔融[21-22]和俯冲洋壳的熔融[23]等㊂与稀有稀土矿床有关的碱性花岗岩通常为钠铁闪石花岗岩㊁霓石正长岩及黑云母花岗岩等㊂成矿岩体规模通常较小,以1km2左右的岩株状或岩瘤状小岩体居多[24]㊂矿石矿物主要有锆石㊁兴安石㊁铌铁矿㊁氟碳铈矿㊁烧绿石和独居石等,Zr赋存于锆石中,Nb赋存于铌铁矿和烧绿石中,REEs主要赋存于独居石㊁氟碳铈矿㊁兴安石和锆石中[25]㊂根据暗色矿物与主要稀有稀土矿物之间的关系,该类型矿床可分为富Nb-REEs钠铁闪石碱性花岗岩型㊁富Nb-U-HREEs碱性杂岩型和富Nb-Sn黑云母碱性花岗岩型3种类型㊂(1)富Nb-REEs钠铁闪石碱性花岗岩型矿床该类矿床分布最为广泛,矿化也最为强烈㊂成矿岩体主要为钠铁闪石碱性花岗岩,造岩矿物为石英㊁微斜长石和钠长石,具有高硅㊁高碱㊁高卤素和低Al等特征㊂矿石矿物有锆石㊁兴安石㊁铌铁矿㊁烧绿石㊁复稀金矿和氟碳铈矿等,通常富集Zr,Nb,Ta和REEs等㊂以Strange Lake[26-27]与巴尔哲矿床[7]为典型,成矿元素主要富集于顶部强钠化亚固熔相花岗岩中,轻稀土元素富集㊂具有垂直分带特征,从地表往下依次为强钠化亚固熔相花岗岩㊁中钠化过渡相花岗岩㊁弱钠化过渡相花岗岩和超固熔相钠闪石花岗岩,甚至在外围发育矿化伟晶岩[27]㊂(2)富Nb-U-HREEs碱性杂岩型矿床矿化在碱性花岗岩与伴生的碱性岩中均有发现㊂矿石矿物通常为锆石㊁铌铁矿㊁异性石和独居石等㊂Zr和HREE通常富集于锆石中,Nb和U赋存于铌铁矿和铌钛铀矿中,而LREE主要赋存于独居石中㊂MARKS等[28]将该类含碱性杂岩体分为Ag-paite和Miaskite2种㊂Agpaite为含Zr和Ti矿物混合特征的㊁含有大量卤素的Na-Ca-HFSE矿物的霞石正长岩㊂该类碱性岩通常富集REE,Zr,Nb,U等元素,如辽宁赛马岩体由响岩㊁霞石正长岩和异霞正长岩组成,Zr,U,REEs等元素赋存于异霞正长岩中,矿石矿物包括绿层硅铈钛矿㊁异性石㊁沥青铀矿㊁铀方钍矿等[29]㊂Miaskite为(Na2O+K2O)/Al2O3比值<1.0的云霞正长岩,是一种含浅色矿物的霞石二长花岗岩,REEs和HFSEs主要赋存于锆石和铌钛铁矿中,以格陵兰岛Ilímaussaq矿床[30]为代表㊂(3)富Nb-Sn黑云母碱性花岗岩型矿床该类矿床分布较少,仅发现波孜果尔㊁卡拉麦里-哈尔里克[31]碱性岩带等存在Nb-Sn矿化的黑云母碱性花岗岩㊂Nb,Ta主要赋存于黑云母㊁锆石㊁独居石㊁烧绿石㊁星叶石等矿物中㊂黑云母中Nb含量为全岩的数十倍,而稀土含量则较低[32]㊂Sn则赋存于锡石中㊂Sn矿化明显的黑云母碱性花岗岩成矿流体通常具有中高温㊁低盐度的特点[33]㊂图1㊀全球范围碱性岩形成年代及碱性花岗岩型矿床成矿时代统计图(数据及来源见表1及文献[28]) Fig.1㊀Diagram of ages for global alkaline rocks and histogram of mineralization ages of alkaline granite-related raremetal mineral deposits2㊀成矿时代全球碱性岩在时间和空间分布上非常广泛,集中分布于中元古代㊁古生代和中生代(图1),主要以42季㊀浩等:碱性花岗岩型稀有稀土矿床类型及成矿作用研究进展深成碱性杂岩体(如辽宁赛马晚三叠世-早侏罗世碱性杂岩体[9])㊁碱性火成岩-次火成岩(如乌克兰中元古代Oktiabrski碱性岩[34])及碱性花岗岩(如内蒙古巴尔哲早白垩世碱性花岗岩[35])为主㊂碱性岩多产于拉张性构造环境,对应于超大陆和陆块的聚合和裂解作用[28]㊂矿化的碱性花岗岩形成年代分布于古元古代2.1~1.8Ga(如加拿大部Thor Lake碱性杂岩体[36])㊁中-新元古代1.3~0.9Ga (如加拿大Strange Lake碱性花岗岩[37]和格陵兰岛Ilímaussaq碱性杂岩体[38])㊁古生代550~300Ma(如蒙古Khaldzan Burgedey碱性杂岩体[39])㊁中生代250~100Ma(如美国加博坎山碱性杂岩体[40])和新生代25~15Ma(如马达加斯加Ambohimirahavavy碱性杂岩体[41])等时期均有发现(图1)㊂中-新元古代碱性花岗岩稀有金属成矿主要对应于Rodinia超大陆的聚合,如Strange Lake碱性花岗岩(约1240 Ma)由1.46~1.24Ga埃尔森运动诱导的陆块裂谷作用伴随的碱性岩浆形成[42]㊂这与格陵兰岛南部Ilímaussaq碱性岩侵入事件的性质和时间相似,暗示了Rodinia超大陆在中元古代的聚合作用㊂我国碱性花岗岩型稀有稀土矿床集中形成于海西期㊁印支期与燕山期㊂海西期矿床主要集中于塔里木板块北缘的碱性岩带[43-44]㊂印支期矿床主要与同期的伸展构造或大火成岩省有关,如位于华北克拉通边缘的辽宁赛马岩体,其形成与苏鲁造山期后板内伸展背景有关[45],同时也与华北克拉通拼合事件的后造山作用有关[46];扬子板块西缘攀西裂谷碱性岩带与同期峨眉山大火成岩省有关[47],为扬子板块下地壳物质的部分熔融㊂燕山期相关矿床主要分布于东部㊁东南部和东北地区,以巴尔哲[48]㊁赵井沟[8]和大坪[49]等矿床为代表㊂巴尔哲矿床成矿岩体为钠铁闪石碱性花岗岩,Zr-REE-Nb资源量达超大型,锆石年代学结果显示碱性花岗岩形成时代为(124ʃ1)Ma[50],矿床的形成与晚侏罗世-早白垩世的西太平洋板块俯冲有关[23]㊂甚至部分矿床发育多期稀有稀土矿化,如赵井沟矿床发育约130Ma 和约114Ma2期Nb-Ta矿化[51],第一期成矿主要赋存于黑云母碱长花岗岩,第二期与天河石花岗伟晶岩脉有关㊂近年来也有一些关于新元古代碱性岩浆有关稀有稀土成矿的记录,如朱煜翔[52]报道的东秦岭新元古代方城碱性杂岩有关的Nb-Ta矿成矿年龄为869~850Ma,该形成年代预示了东秦岭地区Ro-dinia超大陆的解体㊂我国典型碱性花岗岩型稀有稀土矿床成岩成矿年龄见表1㊂表1 我国典型碱性花岗岩型稀有稀土矿床成岩成矿年龄统计Table1㊀Statistics of magmatism and mineralization ages of alkaline granite-related rare metal mineral deposits in China产地成矿年龄/Ma成矿岩体矿石成矿元素测试方法资料来源巴尔哲124ʃ1钠闪石碱性花岗岩锆石㊁氟碳铈矿㊁兴安石㊁独居石㊁烧绿石Nb,Zr,REEs LA-ICP-MS锆石U-Pb文献[50]波孜果尔290ʃ1黑云母花岗岩㊁石英碱长正长岩烧绿石㊁锆石㊁氟碳铈矿㊁独居石㊁磷灰石Nb,Ta,Zr,U,Th,LREE LA-ICP-MS锆石U-Pb文献[53]交通社453ʃ3碱长花岗岩烧绿石㊁铌铁矿㊁钛铁矿Nb,Ta,REEs LA-ICP-MS锆石U-Pb文献[54]杨庄313ʃ2花岗斑岩烧绿石Nb,Ta LA-ICP-MS锆石U-Pb文献[11]余石山829.4ʃ2.7变粒岩㊁正长岩金红石Nb,Ta,Rb LA-ICP-MS锆石U-Pb文献[55]巴什苏洪277ʃ2碱长花岗岩㊁辉长岩独居石㊁铌钽铁矿Nb,Ta,REEs SHIRMP锆石U-Pb文献[56]于沟子210ʃ1钾长花岗岩㊁二长花岗岩烧绿石㊁褐帘石Nb,Rb,Zr LA-ICP-MS锆石U-Pb文献[57]方城854ʃ8,445ʃ8正长花岗岩㊁石英正长岩㊁黑云母正长岩㊁霓辉正长岩榍石㊁烧绿石㊁铌钛铁矿㊁黑稀金矿Nb,Ta LA-ICP-MS锆石U-Pb文献[51,58]大巴山241~240粗面岩铌铁矿㊁锆石Nb,REEs LA-ICP-MS锆石U-Pb文献[59]赛马224~193霓霞正长岩㊁异霞正长岩异性石㊁层硅铈钛矿U,Th,REEs LA-ICP-MS锆石U-Pb文献[60]赵井沟126ʃ1,127ʃ2碱长花岗岩㊁伟晶岩锆石㊁铌铁矿Nb,Ta,Zr SIMS锆石U-Pb文献[61]茨达240.5ʃ0.76碱长石英正长岩㊁碱性花岗岩褐钇铌矿㊁榍石REEs,Nb,Ta LA-ICP-MS锆石U-Pb文献[62]黄山129ʃ1.4黑云母二长花岗岩铌铁矿㊁铌铁金红石Nb,Ta LA-ICP-MS独居石U-Pb文献[63]大坪182ʃ3正长花岗岩铌铁矿㊁钽铁矿Nb,Ta LA-ICP-MS铌铁矿-钽铁矿U-Pb文献[49]52地质科技通报㊀㊀2024年㊀第43卷㊀第1期3㊀成矿流体特征及演化相对低温的富F富碱(富钠或富钙)流体大规模热液蚀变对稀有稀土元素富集至工业品位以上至关重要[32]㊂DINGWELL等[64]研究表明在高温高压条件下富F流体对HFSEs和REEs具有较强的迁移和解耦能力㊂在富F流体中,Ta和LREE比Nb和HREE更容易溶解,流体化学活动导致了Nb-Ta的极端分离㊁蚀变矿物的形成及LREE的富集[65]㊂由于花岗岩浆往往具有高黏度甚至均匀的结晶粥状,会使岩浆结晶分异困难㊂熔体中F,B,Li质量分数的增加可以降低熔体黏度,也可以增加Nb和Ta等稀有元素的溶解度㊂ZARAISKY等[66]在温度550ħ压力100MPa的条件下测试了铌钽铁矿在含F溶液中的溶解度,结果表明溶解度随着F浓度的增加而急剧增加㊂最近研究显示,部分矿化的高演化花岗岩在岩浆分异结晶的晚期阶段超常富集碱性氟化物[67]㊂波孜果尔成矿岩体中角闪石和黑云母就具有高F特征(角闪石F质量分数为1.68%~4.82%;黑云母F质量分数为3.81%~4.82%)[53];巴尔哲矿床也发现具有较大的晶洞和萤石,表明流体中含有丰富的挥发分[7];Amis成矿岩体中熔融包裹体F 质量分数(10.6%)和H2O质量分数(2.2%)极高[68]㊂富F流体在800ħ以上的温度过饱和,当岩浆温度降低,含F矿物结晶促使大量稀有金属结晶成矿[69]㊂热液流体中REEs的迁移能力主要受控于Cl-和SO2-4含量[70]㊂F-含量的增加虽然可以使得部分稀土氟络合物的稳定性增强,但降低了流体迁移Nd元素的能力,表明碳酸岩岩浆-热液系统中F-并不是影响REEs迁移的主要配体[70-71]㊂但F-对流体中REEs的沉淀起关键作用并形成大量含氟稀土矿物,如氟碳铈矿[70-71]㊂此外,富集REEs-HFSEs 矿物的亚固相碱性花岗岩存在大量的钠交代作用,说明成矿热液中富含大量的钠,钠长石置换的温度估计为350ħ,与霓石置换的温度和热液锆石沉淀的温度相一致[72]㊂强烈的钠交代作用可能是富Na 和F的低温流体混合的结果[72],岩浆流体中Na浓度对HFSE的持续富集至关重要㊂如秦岭方城碱性杂岩体形成过程中发生了早期岩浆与晚期热液2次稀有金属富集作用,晚期热液榍石核部到交代成因的边部CaO,Na2O和F含量与Nb2O5含量具有正相关关系,也表明晚期流体相对富F和Na[52]㊂加拿大Thor Lake Zr-Nb-REE矿床也发现了类似的钠交代作用[73]㊂相比之下,Strange Lake超大型Zr-Y-REE矿床被认为是由于含F和富Ca流体的热液交代作用而形成的[74]㊂Saliv等[74]发现蚀变程度最弱的花岗岩中的CaO浓度比硅酸盐熔体包裹体高得多,说明钙交代作用同样存在于碱性花岗岩型稀有稀土矿床中㊂Strange Lake[75]和Thor Lake[76]等超大型REE-Zr-Nb矿床流体包裹体往往具有多种类型:①与熔融包裹体共生的富子晶流体包裹体(>25%),其温度往往高于450ħ,部分矿床岩浆流体与熔体分离的温度高于700ħ;②富CH4-CO2的原生富水包裹体(9%~23%),温度为300~360ħ;③不含碳组分的原生富水包裹体(4%),温度为225~300ħ;④次生富水包裹体(4%~19%),温度为90~200ħ㊂Thor Lake超固相碱性长石的存在表明岩浆结晶温度至少为650~700ħ,甚至达800ħ,代表着液相线结晶的最高温度[76]㊂早期由于钠铁闪石的结晶消耗了大量的氧气,流体由高盐度(>25%)水相和高度还原的CH4+H2气体组成[2]㊂在冷却过程中,由于流体-岩石相互作用,气体被逐渐氧化,先后氧化为较高的碳氢化合物(如C2H6㊁C3H8)和CO2,盐度降至4%而温度为225~300ħ[77]㊂晚期大气降水与残余热液结合形成的流体交代矿化岩体,部分矿床晚期在低温条件下由于不混溶的水溶液与钾长石和钠(铁)闪石反应形成Al-,K-和Fe-层状硅酸盐而消耗了H2O,盐度增加到19%时LREE被高温高盐度流体重新活化,而HREE则被晚期低温高盐度流体(以第4种包裹体的形式捕获)以较小规模重新活化,而Zr,Nb和Ta等HFSEs则以第2种包裹体形式保存㊂MARKS等[28]总结碱性花岗岩岩浆结晶过程中氧化还原条件发现,成矿岩体具有相对低温与低氧逸度特征,如马达加斯加Ambohimirahavavy碱性杂岩中粗粒花岗岩和含异性石花岗岩分别存在miaskitic和agpaitic过碱性岩组合,在108Pa条件下,硅不饱和熔体结晶温度为700~1000ħ,氧逸度为0.4~0.8[17]㊂并且在低氧逸度的条件下,可以抑制磁铁矿和铁橄榄石的结晶,并增加SiO2的活性㊂碱性花岗岩型稀有稀土矿床成矿作用往往经历了岩浆和热液流体2个演化阶段[2]㊂早期高温岩浆不断分异,顶部高度演化的熔体中富集挥发分(F,H2O和Cl等)㊂随着富F流体的出溶,可携带多种REEs和HFSEs[78](图2)㊂流体出溶早期,少量相对氧化的热液与结晶的花岗岩发生反应,形成钠长石㊁霓石等蚀变矿物㊂而出溶晚期,大量富F62季㊀浩等:碱性花岗岩型稀有稀土矿床类型及成矿作用研究进展a.裂谷环境下碱性流体的演化;b.俯冲带伸展背景下碱性流体的演化图2㊀碱性花岗岩成矿流体演化过程(据文献[79]修改) Fig.2㊀Evolution of ore-forming fluids associated with alkaline granites和CO2的碱性流体交代形成钠长石和Fe-Ti氧化物㊂同时,由于温度降低㊁氧逸度增大㊁pH升高,大量的HFSEs和REEs矿物析出㊂流体演化晚期低温高盐度流体再次活化HREE后停止,导致HREE富集在顶部的伟晶岩并导致强烈的赤铁矿化[80]㊂Vasyukova等[2]认为在后期热液阶段流体主要起源于围岩和大气降水的低温富钙流体,并与晚期岩浆脱气流体混合㊂由于络合物浓度的急剧降低和pH 的升高,导致了氟化物的沉淀和Zr-,HREE-及其他HFSE-氟化物的不稳定㊂Sun等[72]则认为碱性花岗岩成矿岩浆-流体主要经历了3个阶段:岩浆阶段(795~915ħ)㊁晚期岩浆流体阶段(514~580ħ)和热液流体阶段(<462ħ)㊂晚期岩浆流体阶段被分为伟晶岩和细晶岩亚阶段,热液阶段则有大气水的加入㊂最强烈的稀有金属矿化集中于岩浆晚期阶段的细晶岩亚阶段,Zr和Nb质量分数极高(w(Zr)=52548ˑ10-6, w(Nb)=4104ˑ10-6)[72]㊂晚期岩浆与流体分离形成的含F流体中富集REEs和Li,而在残余熔体中亏损㊂氧同位素数据(δ18O=1.5ɢ~17ɢ)显示原生岩浆-热液流体与大气降水混合[23]㊂4㊀成矿物质来源为了解释HFSEs和REEs的超常富集,前人[14,44,47]普遍认为母岩浆需要一个富集地幔来源㊂EBY[14]通过微量元素(如高Nb/Y比值)和O,Sr, Nd,Hf和Pb同位素分析表明产生碱性花岗岩的初始岩浆起源于地幔,其母岩浆成分接近霞石橄榄岩㊂地幔熔融需要极低的H2O含量并且需要50~70km 的深度才可能发生[81],即大陆裂谷构造环境下地幔熔融产生碱性岩浆,并沿着断裂上升冷凝结晶形成碱性花岗岩㊂碱性花岗岩岩浆的另一个来源是地幔柱[47]㊂如塔里木北缘超长碱性岩带中波孜果尔[44]与哈拉峻地区[75]碱性花岗岩高温(>721ħ)与年代学特征(形成年代主要集中在300~285Ma,与同期300~280Ma地幔柱活动时间一致)表明岩体的形成与塔里木二叠系地幔柱活动有关[10]㊂此外,攀西裂谷带的形成也被认为与地幔柱热点事件(地幔柱-岩石圈相互作用导致扬子板块岩石圈减薄)有关[82]㊂碱性玄武质岩浆分离结晶会形成硅质不饱和岩石,然而,部分矿床中成矿岩石表现为硅质过饱和,如辽宁赛马霞石正长岩[9],从而表明其经历了地壳混染作用或下地壳的部分熔融㊂且由于早期岩浆侵入与地壳围岩的相互作用,硅质饱和岩石往往侵入于硅不饱和侵入体之前,如Ilímaussaq碱性杂岩体中碱性花岗岩侵入时间早于成矿霞石正长岩[38]㊂VASYUKOVA等[2]提出亏损地幔岩浆与地壳物质的混合作用来解释HFSEs的富集,认为如果壳幔混合作用沿着岩浆房的裂隙发生,特别是上地壳高度富集HFSEs对成矿元素富集的影响相当大㊂在经历岩石圈减薄后,幔源岩浆底侵分异出稳定的富含挥发分的流体,携带深部软流圈中的卤素㊁HFSEs㊁REEs和碱元素并转移到浅层岩石圈[53]㊂这个过程可能会局部熔融下陆壳并发生地幔与地壳物质相互交代,导致F㊁碱性元素㊁HFSEs和REEs在岩浆中富集㊂如WU等[78]认为巴尔哲矿床Zr在早期富集幔源岩浆演化阶段富集后期被流体再次活化,而REE -Nb-Be等矿化则发生于后期岩浆热液阶段,通过水岩反应而富集㊂壳幔混合模式不仅能解释碱性花岗岩成矿元素富集作用,还能解释部分A型花岗岩浆中异常高的F含量(因为大陆地壳强烈富F,平均553ˑ10-6[83])㊂此外,部分学者[23]也认为俯冲洋壳与地幔楔的部分熔融可能是富集HFSEs的过碱性岩浆的来源㊂IONOV等[84]获得地幔碱性玄武质捕虏体角闪石中Nb和Ta含量已富集到原始地幔的50~200倍㊂当俯冲板片脱水产生的流体上升时,包括Nb和Ta在内的高度不相容元素通过角闪石等矿物转移到地幔楔中㊂这些富Nb和Ta的角闪石在板片俯冲环境下熔融分解,导致稀有金属元素释放到岩浆熔体中并沿断裂上升至地壳并结晶形成稀有金属矿物㊂Siah-kuh碱性花岗岩就被认为是三叠纪Neotethys72地质科技通报㊀㊀2024年㊀第43卷㊀第1期俯冲洋壳与地幔楔的部分熔融交代岩石圈地幔形成的[85]㊂KOVALENKO等[86]提出Khan Bogd成矿岩体为地幔柱在北亚古大陆碰撞过后对俯冲的岩石圈加热熔融形成的㊂巴尔哲矿床成矿岩体的富集地幔端元也被认为是由蚀变洋壳组份和富集地幔的混合[23]㊂成矿碱性花岗岩岩浆源区可以通过Sr-Nd同位素及锆石Hf-O同位素等数据来确定㊂BLAX-LAND[87]测得的Ilímaussaq碱性杂岩体初始87Sr/86Sr 比值为0.7096ʃ0.0022,其较高的比值被认为是与早期地壳中不稳定的Rb晶格中放射性87Sr的淋滤作用有关[88],暗示Ilímaussaq碱性杂岩体的岩浆来源为地幔㊂新疆波孜果尔成矿有关的侵入体附近并没有发现镁铁质-超镁铁质岩石,全岩Nd同位素组成(εNd(t)=-4.4~-3.1)与南天山南缘同时期地幔成因的基性岩Nd同位素(εNd(t)=+0.6~-0.3)差异较大,排除了由幔源岩浆分异结晶的可能性,推断岩体主要为地壳物质和地幔岩浆的混合[52]㊂华北克拉通北缘赵井沟Nb-Ta矿床成矿岩体Nd同位素(εNd(t)=-9.6~-7.6)的研究(图3)表明原生岩浆主要来源于古元古代伸展晚期地壳物质部分熔融, MgO(0.01%~0.05%),Cr(约1ˑ10-6)和Ni质量分数(0.2ˑ10-6~3.4ˑ10-6)都非常低,表明没有幔源岩浆的参与[50]㊂巴尔哲成矿岩体锆石Hf-O同位素组成(图3)(δ18O=(1.8ʃ0.3)ɢ~(5.1ʃ0.3)ɢ;εHf(t)=1.5~17)显示其源区为俯冲洋壳与地幔源区混合[23]㊂Norra Kärr岩体εHf(t)加权平均值为6.58ʃ0.36,被认为与Sub-Fennoscandian岩石圈地幔特征类似[89]㊂经数学综合统计分析确定与稀有稀土元素成矿有关的碱性花岗岩εNd(t)值最佳范围为6~8,εHf(t)值为-3~9(图3),显示岩浆源区富集地幔或壳幔混合来源性质㊂图3㊀部分碱性花岗岩与碱性杂岩εNd(t)㊁锆石εHf(t)与年龄关系图(数据及来源见文献[2]及表2) Fig.3㊀εNd(t)andεHf(t)vs.age diagrams of alkaline granite and alkaline complex rocks5㊀成矿机制基于对世界各地碱性花岗岩型稀有稀土矿床的研究表明,HFSEs和REEs的富集机制主要有岩浆结晶分异和热液交代2种[2]㊂部分学者[69]支持岩浆结晶分异作用对矿化起主导作用,如:岩浆结晶分异作用;另一部分学者[74]认为岩浆后的热液主导着HFSEs和REEs的矿化,并伴有广泛的蚀变和交代㊂5.1㊀岩浆结晶分异作用以往研究[53,68]认为碱性花岗岩中稀有金属成矿过程与岩浆源区和岩浆结晶分异作用有关㊂SCHMITT等[68]通过对Brandbergy过碱性花岗岩中熔融包裹体研究发现了高演化程度的残余花岗岩熔体并提出了Zr-Nb-REE岩浆结晶分异成矿模式㊂结晶分异过程中富F和成矿元素的岩浆首先结晶出钾长石㊁斜长石㊁石英㊁云母㊁角闪石等造岩矿物[53](图4)㊂Zr,Nb,Ta等稀有金属元素在富F富Na岩浆中溶解度极高,致使幔源硅不饱和的残余岩82季㊀浩等:碱性花岗岩型稀有稀土矿床类型及成矿作用研究进展a.演化早期优先结晶高温弱矿化的镁铁质矿物,稀有稀土元素等保护在熔体中;b.岩浆演化晚期稀有稀土矿物在间隙大量结晶,并出现大量热液钠长石化图4㊀碱性花岗岩型稀有稀土矿床岩浆热液演化示意图(引自文献[53])Fig.4㊀Sketch showing the magmatic hydrothermal evolution in alkaline granite-related rare metal and rare earth ele-ment deposits浆熔体逐渐富集稀有金属元素和挥发分并且可能会发生地壳混染作用㊂钠铁闪石的结晶耗尽了岩浆中的OH -和Fe 从而导致F -和Na +保留在岩浆中,使得岩浆中HFSEs 进一步富集[2]㊂当其富集到一定程度时,含F 矿物如萤石等开始结晶,熔体中的F 含量明显降低并促使稀有金属矿物,如:烧绿石等结晶[53](图4)㊂岩浆于侵入体顶部演化结束并结晶形成伟晶岩,部分矿床中伟晶岩可能含有HF-SEs [90-91]甚至是多期HFSEs 矿化[92]㊂尽管稀有金属元素含量在不同类型花岗岩中差异很大,但在岩浆末期都表现出显著的Nb 和Zr 等HFSEs 富集特征[93]㊂如纳米比亚Amis 碱性杂岩熔融包裹体中Nb,Zr 最大质量分数分别为3680ˑ10-6,19940ˑ10-6[69]㊂另Khaldzan Buregtey 矿化碱性花岗岩熔融包裹体中鉴定出钾长石㊁钠长石㊁钛铁矿㊁萤石及各种稀有金属子矿物,几乎涵盖了成矿碱性花岗岩中所有的主副矿物,熔融包裹体中Nb,Zr 质量分数分别为5720ˑ10-6,26530ˑ10-6,表明稀有金属在岩浆期已经富集[94]㊂结晶分异过程中影响HFSEs 和REEs 浓度最重要的因素是母岩浆中MgO和CaO 含量[2]㊂Strange Lake 矿床成矿碱性花岗岩岩浆演化过程中,MgO 和CaO 质量分数分别从15%和14%降低至<1%(w (MgO)=0.03%,w (CaO)=0.54%),这与富镁橄榄石和辉石的结晶导致Al 2O 3含量增加有关[95]㊂MgO 含量的下降促使Fe /Mg 比值急剧升高和钠铁闪石的结晶,可以进一步抑制HFSEs 的结晶从而导致成矿元素超常富集[2]㊂随后斜长石的结晶也对岩浆演化过程中稀有金属元素的富集也起了重要作用㊂其在液相线下结晶时岩浆中的Al 2O 3含量开始降低,也可同时导致CaO 含量持续下降,这解释了碱性花岗岩的显著Eu 负异常特征(Eu 2+替代斜长石中的Ca 2+)㊂此外,斜长石结晶还提高了岩浆中碱的浓度,进而提高了富含HF-SEs 矿物的饱和度并抑制了它们的结晶,HFSEs 富集作用持续到岩浆演化晚期[2]㊂5.2㊀热液交代作用传统观点认为REEs 和HFSEs 在水介质中并不活跃[96]㊂然而越来越多的研究表明稀有稀土金属矿物是岩浆期后形成的,并具有交代结构[97]㊂岩浆演化晚期的热液流体强烈富集Na,F,Nb,Ta 和REE 等元素,流体沿裂隙交代早期结晶矿物而发生交代作用,残余熔体成分发生改变且络合物分解,这促使含Nb,Ta 等元素的矿物沉淀析出[97]㊂全球多个碱性花岗岩型矿床成矿过程中均发育多个重要的热液蚀变阶段,包括钠长石化㊁霓石化㊁赤铁矿化㊁钙交代㊁硅化或氟化[98],如Strange Lake矿床[99]㊁Thor Lake 矿床[36]和巴尔哲矿床[100]就发育上述典型蚀变现象㊂兴安石㊁易解石㊁铌铁矿和萤石等形成于蚀变岩石中,而未发生交代作用的岩石中尚未发现这些矿物㊂钠长石化从岩体底部到顶部92。

稀土资源的开采和利用研究

稀土资源的开采和利用研究一、前言稀土元素是指周期表中镧系元素及铈、钕、铕等元素的统称,它们应用非常广泛,包括电子、军事、新能源、环保等众多领域。

目前,中国是全球最大的稀土资源生产国,拥有丰富的稀土资源。

本文将探讨稀土资源的开采和利用研究。

二、稀土资源的开采稀土矿床分为天然氧化带矿床、碳酸盐矿床和杂质型矿床。

常见的稀土矿物有独居石、磷灰石、硫铈矿、钍矿等。

稀土资源的开采一般包括矿山开发、选矿分离和浸出提取等步骤。

1.矿山开发矿山开发是稀土资源开采的第一步,其目的是发现和确定稀土矿床的体积、品位、含量和成分等特征。

矿床的开采一般分为露天开采和井下开采。

露天开采相对简单,但破坏性较大;井下开采对矿山的地质情况和矿床性质要求较高,但不易对外界造成环境污染。

2.选矿分离选矿分离是将矿物中的稀土元素与杂质分离出来的过程,其目的是提高稀土的品位和纯度。

选矿分离有多种方法,包括浮选法、重选法、磁选法、电选法等。

其中,浮选法是最常用的方法之一,适用于处理硬质矿物,如磷灰石等,工艺简单,应用广泛。

3.浸出提取浸出提取是将含稀土元素的矿物浸入相应的溶液中,将其溶解出来的过程,其目的是提取纯净的稀土元素。

浸出提取涉及到多个环节,常见的有浸出、分离、净化、沉淀等。

目前,有机相萃取法是目前稀土浸出提取的主流方法之一,该方法具有高效、低成本、高产出等优点。

三、稀土资源的利用稀土资源的利用主要涵盖电子、军事、新能源、环保等多个领域。

以下是几个主要领域及其应用:1.电子领域:稀土元素被广泛应用于电子工业,如高效荧光粉、永磁材料、石墨烯等。

其中,高效荧光粉是制造彩色显示器和白炽灯的关键材料,永磁材料则被广泛应用于电机、发电机等领域。

2.军事领域:稀土元素在军事领域有着广泛的应用,如雷达、导弹、武器等。

其中,磁铁石是一种重要的磁性材料,被广泛用于制造电子设备和武器。

3.新能源领域:稀土元素在新能源领域发挥着重要作用,如风力发电、太阳能等。

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稀土矿床类型
我国稀土矿床类型的划分,因稀土元素常与稀有元素共生在一起,故矿床分类都以稀有、稀土矿床表示。

现将以稀土为主并具有工业意义的矿床类型,简介如下:
1.白云鄂博型铁-铌、稀土矿床
这是一种特殊类型迄今独一无二的超大型稀土矿床,以其规模巨大,储量丰富,铈族稀土品位高而著称于世,具有巨大的经济价值,是我国稀土矿物原料最大的生产基地。

对其成因类型划分至今众说纷纭,诸如特种高温热液说、沉积变质-热液交代说、岩浆碳酸岩说、火山碳酸岩沉积说、层控说、热卤水沉积说以及复合成因说等。

该类型矿床地质特征将在典型矿区中加以简要介绍。

2.花岗岩型铌、稀土矿床
该类型是与花岗岩类岩石有关的岩浆矿床,主要分布在赣南、粤北及湘南、桂东一带,如姑婆山含褐钇铌矿花岗岩。

碱性花岗岩型稀土矿床主要分布在川西和内蒙古的东部地区,如内蒙古巴尔哲碱性花岗岩铌、稀土矿床。

花岗岩型稀土矿床的特点是,储量大、品位稳定,颇有远景。

但品位较低,矿物粒度较细,目前尚未大规模开采利用。

然而在其上发育的风化壳矿床和形成的冲积砂矿、海滨砂矿,易采易选,具有重要工业意义,五六十年代已开采这些砂矿中的独居石、磷钇矿、铌钽铁矿、锆石英等稀土、稀有元素矿物原料。

3.花岗伟晶岩型稀土矿床
我国花岗伟晶岩主要富含锂、铍、钽等稀有元素,富含稀土元素并不多见,仅在江西发现有稀土-铌钽-锂伟晶岩型矿床。

这类矿床的特点是稀土品位较高,矿物粒度较大,易采易选,但规模有限,适于地方开采。

4.含稀土氟碳酸盐热液脉状型矿床
该类型是独立的轻稀土矿床,经济价值巨大,为国外稀土矿的主要类型之一,如美国著名的芒廷帕斯特大型氟碳铈矿即属此类。

我国目前已勘查出四川冕宁牦牛坪稀土矿床(大型)和山东微山湖郗山稀土矿床(中型)。

这类矿床的形成常与碱性侵入岩有关,规模较大,稀土品位富,主要矿石矿物为氟碳铈矿,富含镧、铈、镨、钕等元素,矿石嵌布粒度大,属易选矿石类型。

这两个矿床已开发利用,经济、社会效益十分可观。

5.含铌、稀土正长岩-碳酸岩型矿床
这种类型矿床也是稀土矿床主要类型之一。

具有规模大,共伴生组分多的特点,颇有综合利用价值。

主要矿石矿物以铈族稀土为主。

有独居石、氟碳铈矿、氟碳铈钙矿等,铌矿物有烧绿石、铌铁矿、铌铁金红石等。

在秦岭东段南坡,鄂陕交界处已勘查的湖北竹山庙垭大型铌稀土矿床,探明轻稀土氧化物121.5万t,五氧化二铌92.95万t,尚待开发利用。

6.化学沉积型含稀土磷块岩矿床
在化学沉积型矿床中,目前在国内尚未发现独立的稀土矿床。

稀土元素只是作为伴生组分富集在某些磷矿床、铝土矿床和铁矿床中,具有综合回收利用价值。

其中在磷块岩中的稀土元素主要呈类质同象形式赋存于胶磷矿或微晶磷灰石中,稀土含量与主元素磷的含量有密
切的相关关系,最高含量可达0.3%,且钇族稀土往往有较高的比例。

70年代初,勘探的贵州织金县新华磷矿床,探明的稀土氧化物储量已达大型矿床规模,其中氧化钇的储量占总储量的1/3。

目前,磷矿已开采,稀土矿待综合回收利用。

7.沉积变质型铌、稀土、磷矿床
该类型是近年来发现的一种变质矿床,分布甘肃北部和内蒙古西部。

矿床产于前寒武系大理岩中。

矿石矿物主要有铌铁矿、铌易解石、铌铁金红石、独居石、磷灰石等。

矿床规模较大,以铌为主,稀土和磷可综合回收利用,具有潜在的工业意义。

8.混合岩型稀土矿床
这种稀土矿床是含独居石、磷钇矿的混合岩或混合岩化花岗岩。

70年代以来在广东、辽宁、内蒙古陆续发现矿化区和矿床。

如广东的五和含稀土混合岩矿床,辽宁的翁泉沟混合岩化交代型硼铁稀土矿床,内蒙古乌拉山—集宁一带的花岗片麻岩或混合岩中稀土元素含量很高,有可能找到混合岩型稀土矿床。

这种矿床的矿石矿物主要是独居石、磷钇矿、褐帘石和锆石等,辽宁的混合岩中还有铈硼硅石等。

混合岩型稀土矿床,一般规模较大,特别是在南方由混合岩型稀土矿床形成的风化壳矿床和海滨砂矿具有重要开采价值。

9.风化壳稀土矿床
这类矿床广泛分布于南岭和福建一带的花岗岩型、混合岩型稀土矿床和个别含稀土火山岩发育的地区,多呈面型分布。

根据稀土元素的赋存状态,风化壳矿床分为单矿物型和离子吸附型两类。

单矿物型风化壳矿床的稀土元素主要以稀土矿物形式出现,其工业矿物种类,视其原岩而定。

有的以褐钇铌矿为主,如湖南和广西富贺钟三县的风化壳花岗岩;有的则以磷钇矿和独居石为主。

其含矿母岩为含矿花岗岩和混合岩。

这类矿床采选简易,已成为稀土特别是重稀土的主要矿物原料来源。

离子吸附型风化壳稀土矿床,是一种新类型稀土矿床。

稀土元素呈离子状态吸附于粘土矿物表面,提取工艺简便,加之规模之大,开采容易,已成为我国重稀土、中稀土提取的主要来源。

这类矿床在我国南方有较广泛的分布,开发这类矿床经济、社会效益十分显著。

10.独居石、磷钇矿冲积砂矿和海滨砂矿
在华东、中南、滇西南等地区第四系冲积层中遍布独居石和磷钇矿砂矿。

其原岩为含矿花岗岩和混合岩,砂矿富集程度、品位随地貌单元趋新而渐富。

矿床规模较小,但易采易选,适于边采边探,易于发挥经济效益。

海滨砂矿比冲积砂矿规模大,也易采易选,经济价值巨大。

主要分布在广东、海南、台湾省等沿海一带。

矿体赋于第四纪滨海相细粒石英砂中,主要矿物为钛铁矿、金红石、锆石、独居石和磷钇矿等,均可综合开发、综合回收利用。

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