新疆阿尔泰富锂伟晶岩锆石中Ce负异常的形成机制研究

As one common accessory mineral, zircon can provide more plentiful information of geochemistry than any other mineral. Previous experimental and nature sample studies have demonstrated that the igneous, hydrothermal and metamorphic zircons are commonly characterized by positive Ce anomaly which is mainly controlled by the oxygen fugacity condition on Earth. However, the negative Ce anomaly in zircon from Li-rich pegmatite, Xinjiang Altai, has been found recently by the applicant. And the study of negative Ce anomaly in zircon is absent at home and abroad so far. On the basis of the existing works, the applicant proposes two possible mechanisms, including provenance inheritance and CeO2 precipitate or adsorption of Ce4+ by secondary Fe-Mn hydroxides induced by increased oxygen fugacity of hydrothermal fluid. Therefore, the studies of crystal structure, spectroscopy, composition, U-Pb chronology and Hf-O isotopes of zircons, the physical-chemical features of paragenetic REE-bearing minerals with zircon from different mineralization types' pegmatites, and the studies of bulk major, trace compositions and Li isotope of pegmatite and sedimentary rocks, are proposed to conduct in this program. Inorder to not only reveal the mechanism for the negative Ce anomaly in zircon from Li-rich pegmatite, but also to provide significant evidence for the external (provenance) or interal (the effect of volatiles dominated by H2O on element differentiation in pegmatite) cause of pegmatite petrogenesis.

锆石作为普遍存在的副矿物，其富含的丰富地球化学信息是任何其它矿物都无法比拟的。已有大量实验和天然样品研究表明，在地球氧逸度的主要控制条件下，岩浆、热液和变质锆石都以普遍发育的Ce正异常为特征。申请人最近在新疆阿尔泰富Li伟晶岩锆石中发现了锆石Ce负异常。目前国内外对该现象的发现和研究基本空白。基于已有工作基础，申请人提出了物源继承和热液中氧逸度升高引起CeO2沉淀或Ce4+被次生铁锰矿物吸附两种可能的机制。因此，针对性的开展不同矿化类型伟晶岩中锆石矿物的晶体结构、光谱学、元素组成、U-Pb年代学和Hf-O同位素研究，与锆石共生的含稀土矿物、包裹体进行成分和温压测试，同时开展伟晶岩与沉积岩主微量、Li同位素研究，不但可以揭示富Li伟晶岩锆石中Ce异常的形成机制，而且可为伟晶岩的外部(物质来源)或内部(以H2O为主的挥发组分对伟晶岩中元素分异的作用)成因提供重要依据。

本项目对新疆阿尔泰、贵州梵净山、湖南幕阜山和四川甲基卡的稀有金属伟晶岩中的锆石开展了年代学、同位素和矿物学等研究，目的在于揭示锆石Ce负异常的形成机理，进而揭示锆石Ce负异常潜在的物源示踪和/或岩浆演化与稀有金属成矿关系指示等方面的地质意义。研究结果显示，阿尔泰二叠和三叠纪稀有金属伟晶岩具有显著不同的物源，且锆石Ce负异常仅出现在三叠纪的锂成矿伟晶岩中（卡鲁安805和806号脉以及柯鲁木特112号脉VI带）。然而，具有相同物源的阿祖拜铍矿化伟晶岩以及112号脉其它结构皆不显示锆石的Ce负异常，表明物源（如海相沉积物）不是导致富锂伟晶岩锆石Ce负异常的主要因素。此外，对贵州梵净山、湖南幕阜山和四川甲基卡三地的稀有金属伟晶岩中的锆石稀土组成显示Ce的负异常现象并不普遍，仅局限于少数遭受蚀变的锆石中。上述研究表明锆石的Ce负异常很可能与伟晶岩岩浆的演化过程中有关。对发育锆石Ce负异常的卡鲁安805和806号脉以及柯鲁木特112号脉VI带进行了流体包裹体成分分析，结果显示包裹体中的流体主要为H2O-CO2-NaCl体系，其中的稀土元素含量非常低，且大多低于检测限。这表明Ce负异常不是Ce在锆石/流体间分配的结果。观察发现，锆石通常与钍石、磷钙钍矿和铀细晶石等矿物共生，而这些矿物非常富集轻稀土元素且大多显示Ce的正异常，表明这些矿物对Ce的优先富集是造成锆石Ce负异常的主要机制。根据具有Ce负异常的锆石的形貌、成分和共生矿物组合，我们认为锆石Ce负异局限于熔体-流体作用较强的环境，通常伴生显著的稀有金属成矿作用，或可用作找矿指标。富铍和富锂伟晶岩迥异的锆石成分指示岩浆和岩浆-热液阶段成矿特点，而阿尔泰、甲基卡和幕阜山的富锂伟晶岩显示出不同的锆石稀土组成，指示出物源、岩浆演化和成因上的不同。本项目在江南造山带中首次发现了锆石的Eu正异常，与Ce负异常一样，都是对经典地球化学理论的扩展，值得进一步研究。