稀土元素（REE）是21世紀全球重要的關鍵金屬礦產資源之一。我國是REE大國，擁有全球最多的REE資源（43%），提供全球90%以上REE。REE與多種礦床類型密切相關，如：碳酸巖型、堿性花崗巖/偉晶巖型、鋁土礦/粘土型、鐵銅金氧化物型等，其中碳酸巖型REE礦床是最主要的REE礦床類型。與碳酸巖型REE礦床相關的成礦流體較為復雜，通常為富Cl-、SO42-、F-、CO2、堿的多元流體體系（Rankin, 2003）。

碳酸巖型REE礦床成礦流體成分及定量化研究一直是國內外礦床學家關注的科學難題。由于成礦流體富含大量硫酸根離子和揮發分，目前常用的成分分析測試手段（如LA–ICPMS和ICP–AES）較難定量其流體成分。有關REE在熱液中的遷移和沉淀過程研究，以往主要基于大量實驗巖石學和數值模擬，且簡化了流體中的復雜組分，自然實例研究較少。另外，常規的LA–ICPMS成分分析測試方法并不能有效檢測成礦流體中與REE遷移密切相關的絡合陰離子（如：Cl-，SO42-，NO3-，PO43-，CO3-/HCO3-）的種類和含量，阻礙了我們對REE在熱液中運移和沉淀機理的理解。

中國川西冕寧-德昌碳酸巖型REE礦帶擁有牦牛坪超大型、大陸槽大型、木落寨中型和里莊小型四個不同規模礦床，其成礦時代年輕（~12–25 Ma, Liu and Hou, 2017），成礦流體演化階段完整而連續，一直被認為是研究碳酸巖型REE成礦的理想對象。中國地質科學院地質研究所劉琰研究員團隊以冕寧-德昌REE成礦帶四個不同規模礦床為研究對象，深入開展了REE在富硫堿性鹵水熱液中遷移和沉淀規律研究。研究表明：

（1）根據典型的礦物分帶和礦物中流體包裹體巖相學特征劃分了三個完整的熱液演化階段（圖1）。

（2）多種質譜相結合的方法可以有效確定成礦流體組分。綜合運用 ICP-MS、離子色譜（IC）和四極桿質譜（QMS）分析手段，對四個礦床不同階段典型單礦物中群體包裹體液相和氣相成分進行測試。測試結果如圖2， F：高達7 wt%，Cl：12–20 wt%，SO4：2–8 wt%，Na + K: ~5 wt%，REE：>5 wt%，CO2：>20 mol%。

（3）量化碳酸巖型稀土礦床中富硫和鹵素的堿性成礦流體，揭示其具有十分強大的REE搬運能力。相比貧鹵素（<0.5 wt%）的碳酸巖體系，富鹵素、硫和堿的碳酸巖體系在流體出溶過程中，成礦流體能夠高效遷移大量的REE元素。一方面，高堿和鹵素含量不僅能夠降低碳酸巖巖漿固相線溫度，延長巖漿固結時間，促使REE高度富集；另一方面，鹵素和硫還能夠與REE絡合使流體攜帶REE。

（4）查明REE在富硫堿性熱液鹵水中的遷移和沉淀過程?；诹黧w演化不同階段的REE和絡合陰離子含量變化關系（圖3）及已有實驗巖石學模擬結果（Migdisov et al., 2016），認識到F、Cl和SO4在早階段成礦流體中（~480 ℃，pH<3.5）均能起到對REE絡合遷移作用，其中以Cl絡合物占主導，而在中階段流體自然冷卻（~350 ℃）和pH值增加（>3.5），F以沉淀REE為主，到晚階段流體進一步冷卻和大氣降水混合（流體溫度<260℃）促使Cl、SO42-的REE絡合物不穩定和脈石礦物（螢石和重晶石）沉淀，致使REE在熱液期晚階段大規模沉淀。

（5）總結出能夠形成大型或超大型碳酸巖型REE礦床的有利因素。通過礦帶內四個不同規模REE礦床成礦流體成分特征對比，顯示流體中高Cl-、SO42-、F-含量與大量稀土礦化相關，較高的流體出溶溫度（>400℃）和高堿含量也是形成大型和超大型REE礦床的有利因素（圖4）。

本次研究結果對冕寧-德昌碳酸巖型稀土礦床中成礦流體的組成實現定量化，查明富硫堿性熱液高效遷移REE能力，揭示了REE在熱液階段的超常富集機制。該研究為碳酸巖型REE礦床中成礦流體的演化、稀土成礦理論，碳酸巖成礦潛力和找礦勘察提供了一定的理論依據。該研究得到中國科學院A類戰略性先導科技專項（XDA20070304）等項目的支持。

原文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002449372100044X?via%3Dihub

相關參考文獻：

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Migdisov, A.A., Williams-Jones, A.E., Brugger, J., Caporuscio, F.A., 2016. Hydrothermal transport, deposition, and fractionation of the REE: Experimental data and thermodynamic calculations. Chemical Geologly, 439, 13–42.