大兴安岭南段石灰窑超大型Rb-Nb-Ta矿床成矿机制研究

The Shihuiyao Rb-Nb-Ta deposit, a newly discovered super-large rare metal deposit in the southern Great Xing'an Range, is the largest Rb2O resource worldwide. It is important to investigate how ore-forming elements are accumulated in super-large rare metal deposits. In this study, we use electron microprobe, XRF, LA-ICP-MS, isotopes, and geochronology to constrain the geochemical compositions, timing of events, magma sources, and hosting state of ore-forming elements of the Shihuiyao deposit. Petrographic and thermodynamic analyses of fluid inclusions in quartz, K-feldspar, and albite, combined with in situ micro zone composition analyses of individual inclusions, are performed to characterize the geochemistry of the ore-forming fluid during exsolution and subsequent evolution of the fluid, and to constraint the migration and enrichment mechanism of ore-forming elements by fluid immiscibility during the magmatic-hydrothermal stage. The results have important theoretical and practical significance regarding the mineralization and metallogenesis of rare metal deposits, and provide guidance for further mineral prospecting in the region.

石灰窑Rb-Nb-Ta矿床是大兴安岭南段新发现的超大型稀有金属矿床，其Rb2O资源量居世界首位。稀有金属成矿元素如何富集成超大矿是一个重要科学问题，有待于解开。本申请项目拟利用电子探针、XRF、LA-ICP-MS、同位素和年代学等研究手段，查明石灰窑矿床成矿岩体的岩石地球化学组成、成岩时代、岩浆来源及成矿元素的赋存状态。同时，对成矿岩体中石英、钾长石、钠长石的包裹体开展岩相学和热力学研究，结合单个包裹体的原位微区成分分析，确定成矿流体出溶及演化过程中的地球化学特征，揭示岩浆-热液演化阶段流体不混溶作用对成矿元素的迁移行为及富集机制的制约。该项目的开展，对揭示稀有金属矿床的成矿演化过程和成矿机制，指导矿区进一步找矿勘查，均具有十分重要的理论和实际意义。

石灰窑超大型Rb-Nb-Ta矿床是大兴安岭南段的一个重要稀有金属矿床，成矿作用与碱性花岗岩密切相关。矿物学研究显示，铌、钽主要以锰铌钽铁矿、铌坦铁矿的形式出现，铷、铯多赋存于铁锂云母和微斜长石中，锂主要赋存于铁锂云母中；云母多为铁锂云母、黑鳞云母和铁叶云母，锆石具有特征的地球化学组成特征（Th/U=0.23–0.41, Y/Ho=22.8–29.8, Nb/Y=0–0.04 and Hf<2wt. %）。含矿岩体以黑云母花岗岩、钠化花岗岩、云英岩化花岗岩和伟晶岩为主，为碱性、过铝质S型花岗岩，亏损大离子亲石元素（LILEs；如Ba, K和Sr），富集高场强元素（HFSEs；如Ta, Nb, Th和Pb），具有明显的M型四分组效应，初始岩浆主要来自于地壳中富铝质沉积岩的部分熔融且源区混有不同程度的粘土物质。包裹体显微测温、激光拉曼和单个包裹体LA-ICP-MS成分分析结果显示，成矿流体的均一温度集中在200–350 ℃之间，盐度集中于1–9% NaCleqv之间，属于中温低盐度、高挥发份流体，成矿过程中CO2的逃逸、不混溶作用和流体混合是成矿的主要原因。钠化花岗岩和伟晶岩中白云母的Ar-Ar坪年龄分别为145.6±1.0 Ma 和146.3±1.1 Ma，表明矿床形成于晚侏罗世。东北地区稀有金属矿化形成于六个主要阶段（ca. 1300–1400 Ma, 507–267 Ma, ca. 230 Ma, 199–174 Ma, 146–138 Ma, ca. 120 Ma），并分别对应于超大陆裂解、古亚洲洋俯冲、后碰撞伸展、古太平洋板块和/或蒙古–鄂霍茨克大洋俯冲、构造体制大转换和岩石圈减薄等构造背景。通过本项目研究，综合已有资料分析，我们认为高场强元素（如Nb、Ta、Zr和Hf）和大离子亲石元素（如Rb、Sr、Cs、K和Ba）可以有效的反映稀有金属成矿的差异性和成矿潜力。与Sn–Nb–Ta–Rb矿化有关花岗岩具有低的K/Rb比值（<100）和Ti/Zr（<5）和Sr含量（<60 ppm），Rb含量（>400ppm）和Rb/Sr比值（>5）较高；与钨矿化有关的花岗岩具有相对高的K/Rb比值（>140）和低的Rb含量（<300ppm）。不含矿花岗岩的Zr/Hf比值介于32–47，Nb/Ta比值介于6–16，具有高的Sr含量（>100 ppm）和低的Rb/Sr比值（<2）。