钠交代作用对碱性花岗岩体系中稀土富集成矿的贡献

碱性岩是全球稀土资源的主要来源之一,特别是中-重稀土资源。针对碱性花岗岩体系中稀土(REE)和部分高场强元素(HFSE)超常富集机制及其控制因素等关键科学问题,目前尚缺乏深入系统的研究工作。本文重点关注碱性花岗岩成矿体系中的钠交代作用,对常见的钠长石化、钠铁闪石化和钠辉石化等热液交代过程中的矿物交代反应过程及其稀有稀土元素再活化-迁移过程开展分析和讨论。在碱性岩中,碱性角闪石和辉石被认为是REE和HFSE的重要载体,同时也是岩浆分异演化的有效示踪剂。以中国黑龙江碾子山碱性花岗岩为例,岩浆晚期的热液交代会导致碱性角闪石和辉石从富钙的矿物相向富钠的矿物相转变,在这个相转变过程中会导致REE和HFSE的活化和迁移。特别是岩浆晚期热液富钠霓辉石的形成过程中REE和HFSE会大规模释放到交代流体中,可能是导致这些关键金属元素在岩浆晚期超常富集和成矿的关键控制因素。因此,碱性角闪石和辉石的钠指数[Na^(#)=Na/(Na+Ca)摩尔比]可能是一个潜在的矿物地球化学指标,或将为碱性岩型稀土资源勘查提供新的方法。

黄铁矿微量元素地球化学特征及其对成矿流体性质的指示

姚安金矿床两个成矿阶段矿石矿物黄铁矿的REE和高场强元素(HFSE)研究结果表明,REE总量高,LREE富集、HFSE和REE比值(Th/La、Hf/Sm)小于1,成矿流体为富Cl的流体体系。

山东蒙阴科马提岩地球化学特征及其意义

山东蒙阴科马提岩具有典型的鬣刺结构,高镁低钛,铝不亏损,具有正的 Rb、Ba、Sr、U 异常,轻稀土元素亏损,重稀土元素平坦,稀土元素总量很低,高场强元素与稀土元素发生分异,Nb/Nb＞1,与加拿大蒙罗镇科马提岩地球化学特征和同位素特征相似。研究表明,蒙阴科马提岩可能起源于长期亏损的地幔源区,岩浆不可能来源于以橄榄石、辉石和石榴石(或者 majorite)为主要矿物相的地幔源区。最新 Sm-Nd 同位素研究显示,蒙阴科马提岩样品的εNd 值为-0.4～+3.6,新鲜样品一般为+3.3,也证实了科马提岩来自长期亏损的地幔源区,并且地幔柱在上升过程中受到地壳混染程度很小,推测研究区科马提岩的喷出可能是新太古代大陆增生事件的重要组成部分。

金红石-榍石转变过程中元素地球化学行为——以雅鲁藏布江缝合带角闪岩为例

金红石边缘形成榍石冠状边结构在变质中-基性岩中普遍存在,是金红石与退变质流体携带的SiO_2与CaO作用的结果,反应形成的榍石微量元素特征受到金红石和流体的共同影响。雅鲁藏布江缝合带中角闪岩LZ06-04在抬升过程经历近等温降压退变质作用,石榴子石分解导致同一样品中含石榴子石部分与不含石榴子石部分的退变质流体成分的差异。两种流体分别与金红石反应,对应形成的榍石具有相似的Nb、Ta含量和Nb/Ta比值特征,但截然不同的REE特征。榍石的Nb、Ta来源于金红石,残余金红石与含水流体再平衡Nb、Ta的分配系数增大,且D_(Nb)^(Rt/Fluid)≥D_(Ta)^(Rt/Fluid);虽然Nb和Ta在含水流体中都表现为不活动元素,但相对于Nb,Ta在含水流体中活动性较高。榍石的Zr-Hf体系特征受到锆石、石榴子石等矿物的综合影响,并且Zr-Hf在含水流体中表现出比Nb-Ta更高的活动性。榍石的REE特征受流体中REE特征、榍石与流体配分系数以及共生矿物的影响。在岩浆或变质体系,榍石形成过程中,REE富集矿物(如石榴子石、锆石、褐帘石、独居石、磷灰石等)形成或分解将影响榍石的REE分布特征或形成REE环带结构。含水流体中金红石退变质形成榍石反应的进行受流体中TiO_2、CaO和SiO_2活度的影响。因此榍石常见于钙碱性岩浆岩、富Ca基性变质岩和矽卡岩中。流体中CaO活度的变化影响榍石的形成,进而影响Ti、Nb、Ta在流体中的运移能力。俯冲板片产生流体在交代上覆富Ca地幔楔物质过程中形成榍石残留同样可以造成部分熔融体具有亏损HFSE特征。

青藏高原北缘红柳峡富锆安山岩脉的成因:钙长石分离结晶作用和锆石的异常溶解

在阿尔金走滑断裂与祁连山北缘逆冲断裂带交汇的酒西盆地出露年龄约为85Ma的富锆安山岩脉,切割年龄大约为105Ma的基性熔岩(粗面玄武岩和玄武安粗岩)。这条安山岩脉具有十分特殊的地球化学特征,具体表现为 (1)强烈过碱性,Na2O+K2O达11．8％,A／CNK比值为0．5540;(2)强烈富集高场强元素(HFSE),如Zr(1421μg／g),Hf (26．4μg/g),Y(48．2μg/g),Nb(104．0μg/g),Ta(8．5μg/g)等;(3)明显的Ce正异常;(4)近平直的MREE和HREE稀土配分模式;(5)与基性熔岩相似的初始Sr但明显较低的Nd同位素比值(大于28εNd单位)。这些差异性不仅反映了它们各自源区地球化学特征的差异性,而且反映了部分熔融和岩浆后期演化过程中主要矿物和副矿物溶解或结晶行为的差异性。分析表明,钙长石的结晶分离作用和部分熔融过程中锆石溶解程度的升高是导致该岩脉异常地球化学特征的主控因素。该岩脉所揭示的地球化学过程有助于解译青藏高原内部中生代以来的相似中酸性碱性火山岩的成因。

塔里木盆地东南缘安南坝地区镁铁质麻粒岩的成因--来自地球化学及Sr-Nd-Pb同位素的制约

甘肃阿克塞县安南坝地区镁铁质麻粒岩呈脉状、透镜状赋存于新太古代米兰岩群和TTG片麻岩中。岩石主要由斜长石(Pl)+斜方辉石(Opx)+单斜辉石(Cpx)+角闪石(Amp)+磁铁矿(Mt)等组成。安南坝镁铁质麻粒岩中Ti、P、Nb、Ta、Th、Hf、Sr及REE等元素与Zr相关性较好,表明其在变质作用过程中保持基本稳定。地球化学数据显示其原岩属于拉斑玄武质岩系列,Si O_2、Ti O_2、Al_2O_3、P_2O_5含量相对较低,Ca O、Mg O含量相对较高。Mg~#值为41.52~43.09,低于原生玄武质岩石的Mg~#值,Fe_2O_3~T、Mg O、Ca O与Si O_2含量呈负相关性,指示原岩岩浆演化过程中可能发生了辉石、角闪石等镁铁质矿物的分异结晶作用。镁铁质麻粒岩∑REE较低,稀土元素配分模式为轻稀土元素弱富集、重稀土元素相对平坦的右倾型,Eu异常不明显(Eu/Eu~*=0.91~1.01)。岩石富集Rb、Ba、Sr等大离子亲石元素,亏损Nb、Ta、Zr、Ti等高场强元素,具有显生宙典型岛弧玄武质岩石的地球化学特征。Sr、Nd、Pb同位素组成显示镁铁质麻粒岩原岩源自富集地幔,并受到一定程度的地壳物质混染。构造环境分析表明安南坝镁铁质麻粒岩原岩形成于与俯冲有关的岛弧环境。在俯冲作用机制下,俯冲板片流体交代使地幔楔发生富集,形成富集地幔,随着(弧后)伸展作用的加强,进一步诱发富集地幔的部分熔融形成镁铁质岩浆,最终岩浆就位形成辉长岩或辉绿岩脉,后期在麻粒岩相变质作用条件下变质为镁铁质麻粒岩。

本溪地区BIF中玄武质围岩的高场强元素特征

辽宁本溪地区条带状铁矿（BIF）与其玄武质火山围岩之间的时空关联非常密切.对于玄武质火山围岩高场强元素（HFSE）的研究表明：wNb/wTa比值（7.00-19.93）表现出明显的分异,而wZr/wHf比值（33.46-38.28）则变化不大;从弓长岭到南芬、歪头山样品的wNb/wTa比值变化具有明显的循序性.这种高场强元素的迁移和分异特征反映出俯冲作用与盆地演化之间的关联.研究区玄武质火山围岩（wNb/wYb）N比值大于1（1.21-18.45,平均2.72）,这进一步表明,其形成的构造背景为陆内弧后盆地提供了有利于BIF形成的条件.

超高压榴辉岩中高场强元素的分配——以大别山碧溪岭为例

本文通过对来自大别山中部碧溪岭地区的3块含柯石英榴辉岩中石榴子石、绿辉石以及角闪石进行主量、微量元素分析,研究了榴辉岩中微量元素,特别是高场强元素在峰期变质作用阶段以及随后的角闪岩相退变质作用阶段的分配特征。榴辉岩中代表峰期变质作用的石榴子石与绿辉石颗粒的δEu呈现出相关性,线性拟合斜率为0.75,与前人结论相似,说明微量元素在它们之间的分配达到平衡。绿辉石颗粒中的Na_(2)O含量(6.14%~7.92%)和硬玉组分含量(>50%)较高,且通过石榴子石-单斜辉石地质温度计得到平均变质温度为T=699℃,表明这些绿辉石属于超高压榴辉岩相原生矿物。在超高压变质作用过程中,Zr (Kd=0.18~0.91)倾向于进入石榴子石,而Hf (K_(d)=0.60~3.92)相对于Zr更倾向于进入绿辉石。绿辉石中高场强元素(Zr)的含量与Mg、Fe^(2+)含量之和呈正相关,说明Zr在绿辉石中占据八面体M1位置。Zr在绿辉石中的含量与硬玉组分含量呈负相关性,其原因为伴随着硬玉含量降低,绿辉石中M1-O键长缩短从而更适合Zr进入。而中阿尔卑斯地区幔源榴辉岩中绿辉石的硬玉含量较低(28.4%~42.8%),碧溪岭地区榴辉岩中绿辉石的硬玉含量较高(44%~55%)。这解释了中阿尔卑斯地区幔源榴辉岩捕虏体中Zr倾向于进入绿辉石,而大别山地区榴辉岩中Zr倾向于进入石榴子石的原因,也说明了寄主矿物的化学成分是影响高场强元素分配行为的主要因素。具有明显转变关系的绿辉石与角闪石的微量元素组成表明,在角闪岩相退变质阶段,绿辉石中轻稀土元素与重稀土元素发生明显分异,其中轻稀土元素倾向于进入次生角闪石中,而重稀土元素则倾向于保存在绿辉石中。微量元素在角闪石与绿辉石之间虽然未达到平衡,但Zr、Ba倾向于进入角闪石而Sr倾向于保存在绿辉石中。

Characteristics of Paleoproterozoic Subduction System in Western Margin of Yangtze Plate

Paleoproterozoic subduction strongly occurred in the western margin of Yangtze plate. The basalticandesite volcanics of Ailaoshan Group and Dibadu Formation had been formed during paleo QinghaiTibet oceanic plate subduction under the paleoYangtze plate. Their trace element geochemistry suggests that their forming environments are continentalmarginarc and back arcbasin respectively. Consequently, the Paleoproterozoic subduction system in the western margin of Yangtze plate was established. Ailaoshan Group and Dibadu Formation came from an enriched mantle source that was contaminated by crustal sediments carried by subducted slab, and formed the Paleoroterozoic metamorphic basement of western margin of Yangtze plate. Ailaoshan Group is actually western boundary of Yangtze plate.