碱性花岗岩-正长岩体系中高场强元素成矿作用的实验研究

Alkaline granite-syenite systems are always characterized by extreme enrichment in high-field strength elements (HFSE) (e.g., Nb and Zr), and commonly potential repositories of large to super-large deposits fo these metals. However, the genesis of the associated HFSE mineralization is poorly understood nd therr is still considerable debate. High temperature and high pressure experiments are designed in this project to investigate the solubility of typical HFSE-bearing minerals in alkline granite-syenite melt and partition coefficients of HFSE between the volatile-riched alkaline melt and the coexisting aqueous fluid. the experiments aim to establish the relationship between the solubility and partition coefficients of HFSE and the melt composition, volatiles, and temperature-pressure, to reveal the geochemical behavior of HFSE during the evolution of the alkaline granite-syenite system, to discuss the mechanism of genesis of the HFSE mineralization, and to provide direct constrains on the conditions of favorable mineralization.

碱性花岗岩-正长岩通常以富集高场强元素（如Nb和Zr）为特征，并往往能形成大型-超大型高场强元素矿床。但高场强元素在该体系中富集成矿机制还存在着很大的争议，本项目拟采用高温高压实验手段，开展不同温度压力条件下，高场强元素在富挥发分碱性花岗岩-正长岩体系中的溶解度以及高场强元素在流体-碱性熔体相间的分配行为的研究，建立高场强元素溶解度和分配系数与熔体组成、挥发分以及温度压力的关系，揭示碱性花岗岩-正长岩体系演化过程中高场强元素的地球化学行为，探讨该体系中高场强元素富集成矿机理，为寻找有利的成矿条件提供直接的实验依据和约束。

尽管碱性花岗岩-正长岩在地壳中出露面积较少，但因其往往能形成超大型-大型REE-Zr-Nb矿床，从而引起了国外地球化学家和矿床学家的广泛关注。已有的研究从多个方面探讨了碱性花岗岩-正长岩体系中高场强元素富集成矿的机理，获了许多重要的结论，但因为缺乏基础的实验数据的支持，有些关键性的问题仍没有得到很好的解决，从而制约了对碱性岩浆中高场强元素成矿机制的深入认识。因此本项目拟在重点剖析典型矿床的基础上，以高温高压实验研究为手段，开展锆石和烧绿石等矿物在富F碱性熔体中的溶解度以及铌和锆在流体/熔体相间分配行为的实验，以期阐明富F碱性岩浆结晶分异过程中，高场强元素的地球化学行为和富集成矿机理；探讨岩浆流体相的出溶对高场强元素富集成矿的意义。.本项目研究表明，温度和铝饱和指数是影响烧绿石溶解度的两个重要参数，随着温度升高和铝饱和指数的降低，烧绿石的溶解度显著升高，而熔体中F含量的变化对烧绿石的溶解度影响不大。利用本次获得了烧绿石溶解度与温度和铝饱和指数的关系，计算了典型碱性岩型铌矿中烧绿石的结晶温度，其结果表明，烧绿石可以直接从岩浆中结晶出来。.铝饱和指数同样对锆石溶解度具有显著的影响，随铝饱和指数降低，锆石溶解度急剧增加，因为其极高的溶解度，锆石在碱性岩浆体系中将很难晶出，锆将主要以复杂的锆碱性硅酸盐形式存在；温度对锆石在碱性熔体中的溶解度几乎没有影响，该结果表明，锆石饱和温度计将不适用于计算碱性岩浆的结晶温度；熔体中的F会增加锆石的溶解度，暗示富氟的熔体可携带更多的锆，具有更大的成矿潜力。.实验结果表明铌和锆在流体/相间的分配系数远小于1，表明铌和锆更倾向进入到到熔体中，流体出溶不会导致体系中铌和锆的亏损。.精细的矿物学研究表明，烧绿石是双山霞石正长岩中主要的含铌矿物，热液蚀变对活化铌起到了一定的作用，但热液对铌的迁移能力较弱。结合本次实验结果，我们认为碱性岩型高场强元素的超常富集成矿主要以岩浆作用为主。