新疆巴楚碳酸岩型稀土矿床成矿机制研究

Bachu rare earth elements (REE) deposit is located in the northwestern Tarim Basin, Xinjiang, which is a typical REE deposit ralated to the carbonatite. This deposit not only has a complete evolution from calcio- to magnesiocarbonatite, but also displays the characteristics of the hydrothermal alteration (barite + celestine + quartz + REE minerals association). Our project will foucus on the Bachu carbonatite-type REE deposit. Based on the filed relation of the different types of the carbonatite, we will homogenize the melt inclusions hosted in apatite from the carbonatites, and analyze the chemical composition of them. Then we will evaluate the characters of the primary melts of the carbonatites. By using the LA-ICP-MS in-situ analysis of the mineral trace elements, we will throw light on the REE mineralization types of the carbonatites, the occurrences of the REE and the variation of the trace elements during the magma evolution. Study on the fluids inclusions of the hydrothermal veins will provide property and P-T conditions for the hydrothermal fluids. On basis of the results, we will further discuss the behavior of the REE in the fractional crystallization and the fluid system, to provide important constraints on the metallogenesis of the carbonatite-type REE deposit.

新疆巴楚稀土矿床是一处典型的碳酸岩型稀土矿床，该矿床不仅具有完整的碳酸岩演化序列（包括镁质、钙镁质、镁钙质和钙质碳酸岩），而且具有显著的热液蚀变特征（重晶石+天青石+石英+稀土矿物组合），为我们研究碳酸岩型稀土矿床的成矿机制提供了一个很好的天然实例。本项目拟以巴楚碳酸岩型稀土矿床为研究对象，在查明各类型碳酸岩地质关系的基础上，通过对磷灰石熔融包裹体的研究，揭示碳酸岩原始岩浆性质；结合碳酸盐矿物和其他矿物的LA-ICP-MS微区原位分析，查明碳酸岩矿化类型、稀土元素的赋存状态以及岩浆演化的不同阶段成矿元素的变化规律；利用热液脉中的流体包裹体研究碳酸岩中的流体的性质和物理化学条件。在此基础上，进一步分析稀土元素在岩浆演化过程以及热液演化中的富集过程，为揭示碳酸岩型稀土元素矿床的成矿机制提供重要约束。

本次研究以新疆巴楚碳酸岩型稀土矿床为研究对象，在详细野外地质调查的基础上，揭示出巴楚碳酸岩由镁质碳酸岩和钙质碳酸岩组成，其中以镁质碳酸岩为主。不同类型碳酸岩具有不同的成矿类型，镁质碳酸岩呈现出轻稀土富集，以出现独居石和氟碳铈矿为特征，钙质碳酸岩以重稀土富集为特征，并可见磷钇矿等重稀土矿物。电子探针和TIMA分析表明稀土矿物可呈自形粒状产出，也可呈粒间相分布于碳酸盐矿物粒间。系统的矿物学和岩石学工作重新厘定研究区的“金伯利岩”应为方解霞黄煌岩，并推测该岩石可能代表了巴楚碳酸岩的原始岩浆成分。磷灰石熔融包裹体研究揭示镁质碳酸岩母岩浆富集轻稀土（如CeO2含量约为5.38 wt.%），指示在镁质碳酸岩演化阶段，母岩浆已经具有极高的稀土含量。基于原位的LA-ICP-MS分析，白云石（∑REE=112-436ppm）和方解石（∑REE=88-336ppm）的稀土总量相对较低，这些具有低稀土含量的碳酸盐矿物的强烈分离结晶会导致残余岩浆更加富集稀土元素，并最终导致了稀土矿物的结晶。另一方面，本次研究在镁质碳酸岩中识别出极富稀土的红色热液脉，其主要由重晶石、天青石、磷灰石、磁铁矿、黄铁矿和稀土矿物组成，是典型的热液矿物组合，结合其中的重晶石流体包裹体测温研究表明其均一温度为198-267°C，指示热液在巴楚碳酸岩的成矿过程中同样起到了重要作用。据此，我们提出一个二阶段成矿模式来解释巴楚碳酸岩稀土矿成矿过程：第一阶段：早期的碳酸盐矿物分离结晶造成稀土元素预富集，此阶段同样伴随着一定规模的稀土矿物（独居石）的分离结晶；第二阶段为晚期的热液成矿阶段，主要形成红色热液脉和碳酸盐矿物之间的粒间相稀土矿物，为成矿的主要类型。