与碳酸岩-碱性岩有关的铌-稀土矿床成矿作用及成因机制

铌和稀土资源主要来自与碳酸岩-碱性岩相关的矿床,加强碳酸岩-碱性岩系统铌和稀土成矿作用研究,对指导我国铌和稀土资源的找矿都具有重要意义。本文对与碳酸岩-碱性岩有关的铌-稀土矿床成矿作用及成因机制进行了梳理和总结。碳酸岩-碱性岩系统中铌和稀土的初始富集一般与富集地幔的部分熔融有关,地幔源区稀土和稀有金属、碱金属和挥发分的富集是成矿的关键。橄榄石、单斜辉石等早期岩浆矿物的高度分离结晶导致残余碱性岩浆中铌和稀土的进一步富集,结晶铌和稀土矿物;碳酸岩中铌矿物结晶有堆晶岩成因和交代成因两种机制。大多数与碳酸岩-碱性岩相关的铌-稀土矿床均经历了热液蚀变,岩浆铌矿物被原地蚀变成热液铌矿物;而碳酸岩-碱性岩中矿石矿物和脉石矿物中的轻重稀土在热液过程中均可被溶解迁移再沉淀为稀土矿物。包括物理富集、化学富集和/或生物富集过程在内的地表风化过程可进一步提升碳酸岩型铌-稀土矿床的品位;在碱性硅酸岩体系中,少数矿床通过物理富集提升铌和稀土品位,而大多数矿床的风化会导致稀土矿物的分解形成一些不易被经济利用的次生稀土矿物。

湖北庙垭碱性杂岩体中铌成矿作用:来自金红石矿物学和年代学的制约

庙垭碱性杂岩体主要由富Nb和REE的碳酸岩和正长岩组成,已探明Nb_(2)O_(5)储量93万吨,平均品位0.12%,是国内仅次于白云鄂博的碳酸岩型Nb-REE矿床。前人对碳酸岩成因及稀土成矿作用开展了大量的研究,但对正长岩中铌的赋存状态和富集机制尚不清楚。文章在野外地质调查的基础上,结合TIMA、电子探针和LA-ICP-MS分析技术对正长岩中含铌矿物开展了详细的岩相学、矿物化学和U-Pb年代学研究。结果显示庙垭正长岩中主要含铌矿物为金红石,根据矿物结构和化学组成可划分为岩浆金红石和热液金红石两类。其中岩浆金红石少见,而热液金红石在各类正长岩中广泛发育,多呈浸染状沿原生金红石边缘或裂隙分布,或与黑云母和钛铁矿等其它矿物紧密共生。在化学组成上,原生金红石显示低Nb2O5(1.43%~2.56%)、FeO(0.74%~1.01%)和微量元素(如Ta、Cr、V、W、Mo、Sb)含量特征;而热液金红石具有不同程度的Nb_(2)O_(5)(3.48%~20.68%)、FeO(1.18%~6.92%)和微量元素富集特征。原位微区U-Pb定年显示两类金红石形成于不同的时代,原生金红石形成时代为446±21 Ma,而热液金红石形成时代为240±19 Ma,表明正长岩中铌矿化经历了早古生代岩浆阶段的初次富集和三叠纪热液交代阶段的二次富集。综上,我们认为庙垭杂岩体中铌富集成矿受控于岩浆和热液过程。在早古生代岩浆阶段,正长岩中Nb主要以晶格置换的方式进入早期金红石、黑云母等含钛矿物中;在三叠纪热液交代阶段,热液流体可分解黑云母形成次生富铌金红石和铌铁矿,亦或交代早期金红石和钛铁矿最终形成富铌金红石。