《科学通报》
开博时间：2019-09-06 16:50:00《科学通报》是主要报道自然科学各学科基础理论和应用研究方面具有创新性、高水平和重要意义的研究成果。报道及时快速，文章可读性强，力求在比较宽泛的学术领域产生深刻影响。
稀土哪里来？
2021-03-11 18:15:00稀土包括15个镧系金属，还有钇和钪，广泛应用于高科技、航空航天、绿色能源等, 在国际资源战略中占有重要地位。我国的稀土资源极其丰富，是世界上最大的稀土生产国和稀土资源国，而这其中约98%来自于碳酸岩型稀土矿床。什么是碳酸岩呢?这是一种主要由碳酸盐矿物组成的岩浆岩，与花岗岩等岩浆岩相比它非常小众，在世界的分布也非常有限，但它确提供了世界上90%以上的稀土资源。
碳酸岩是典型的幔源岩浆岩，那么地幔富稀土吗?一般不是，需要经过俯冲流体或熔体的交代、富稀土大洋沉积物的再循环才能形成富稀土的地幔源区，因此碳酸岩型稀土矿床都沿古老的克拉通边缘分布，比如白云鄂博、庙垭、郗山、牦牛坪。富稀土的岩石圈地幔经过部分熔融形成了碳酸岩的初始岩浆-碳酸盐化硅酸岩浆，岩浆在上侵过程中又经历了复杂的演化过程，包括不混溶、结晶分异，特别是镁铁质-超镁铁质岩浆与碳酸岩浆的不混溶和基性矿物的结晶分离可能是造成碳酸岩浆稀土富集的重要原因，而碳酸盐矿物的结晶分异使稀土进一步在晚期富流体的碳酸岩浆中富集，这可以解释为什么碳酸岩型稀土矿化都发生在碳酸岩浆演化晚期。那么碳酸岩型稀土矿床是岩浆矿床吗?大多不是，碳酸岩型稀土矿床的稀土矿化主要发生在碳酸岩流体阶段，稀土矿物和同期的重晶石中的包裹体以流体包裹体为主。那么碳酸岩流体性质是什么?为何能这么富稀土呢?Xie 等人通过对牦牛坪稀土矿床萤石中的熔体、熔流体包裹体(图2(a~c))研究发现，碳酸岩流体明显不同于其他内生金属矿床的成矿流体体系，其非常的富SO42−，并富含多种金属元素，包括K, Na, Ca, Sr, Ba, REE, Pb, Zn 等，是一种独特的富硫酸盐流体体系，这种流体具有相当高的稀土溶解能力。高温下硫酸盐的溶解度一般随温度升高而降低，为什么碳酸岩流体具有这么高的硫酸盐溶解度呢?Cui 等人通过水热金刚石压腔实验证实，在石英存在的情况下，硫酸盐的熔点可以非常低，且当硫酸盐熔融后，其溶解度会随温度升高而升高，而降温则会出现硫酸盐熔体与水流体的不混溶，这与Xie et al.[1,2]的包裹体研究结果完全吻合(图2(d))。硫酸盐熔体与水流体不混溶会显著降低流体中SO42−含量，并因此造成了稀土的大规模沉淀。碳酸岩流体的这种演化模式非常独特，不利于远程矿化的发生，因此碳酸岩型稀土矿化不会远离碳酸岩体，就形成在碳酸岩体内或边部。既然稀土沉淀主要发生在碳酸岩浆演化晚期的流体阶段，那么碳酸岩体顶部或近岩体的热液脉中、碳酸岩体岩相分带的中间相是稀土成矿的最有利地方。这一碳酸岩型稀土矿床稀土富集机理和矿化分带的认识为今后的稀土找矿提供了新的思路。
图2 牦牛坪稀土矿床萤石中富硫酸盐熔流体和熔体包裹体的显微镜下照[ 1,2] .
(a) 含网状硫酸盐的熔流体包裹体; (b) 多晶状熔流体包裹体; (c) 熔体包裹体; (d) 图2(a)中包裹体加热至408℃的显微镜下照片; S-硫酸盐固相; SN-针状硫酸盐矿物; Ms-硫酸盐熔体相; Car-碳酸盐矿物; A-水流体相; V-气相
这一研究成果发表于《科学通报》2020年第65卷, 第33期上，标题为“中国碳酸岩型稀土矿床: 时空分布与成矿过程”。该文系统总结了我国碳酸岩型稀土矿床的时空分布、岩浆起源、稀土富集及沉淀机理,旨在为我国的稀土成矿理论研究和稀土找矿提供参考。
文/谢玉玲, 夏加明
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