稀土元素在热液中的迁移与沉淀

近年来,高新技术产业的不断发展使得全球稀土资源需求不断上涨,此外稀土元素作为研究地球起源与演化等有关地球科学问题的重要工具也深受地球科学界的重视。而热水溶液体系中稀土元素迁移、富集、沉淀及分馏机制等相关理论知识的不断完善对于理解稀土成矿作用、稀土地球化学特征以及微量元素示踪等方面均具有重要意义。本文总结了近年来有关稀土元素在热液体系中迁移、沉淀以及轻、重稀土分馏的最新研究进展,对不同稀土络合物的稳定性、溶解度以及搬运稀土元素的能干性进行了阐述,最后展望了"稀土元素在热液中迁移与沉淀"研究中仍需完善及拓展的方向。     

海底热液沉积物稀土元素组成及其意义

总结了海底热液及其沉积物的稀土元素组成特征和控制因素。热水沉积物作为热液与海水混合的产物,其稀土元素组成及配分模式随海水混入的比例增加而发生一系列变化,反映了二端元流体不同混合程度的地球化学特征。Ｅｕ异常、Ｃｅ异常以及ｗ（Ｙ）／ｗ（Ｈｏ）比值是用来示踪古流体形成的物理化学环境及流体组成的重要参数。     

冲绳海槽中部Jade热液活动区中块状硫化物的稀土元素地球化学特征

用ICP－MS对冲绳海槽Jade热液活动区中6个块状硫化物样品进行了稀土元素分析。除一个样品表现出极微弱的正Eu异常外(δEu=1.09)，其他样品均表现出负Eu异常(δEu=0.58-0.71)和LREE相对富集((La/Yb)N=1.29-47.87)的球粒陨石标准化配分模式。块状硫化物样品之间稀土元素组成的变化是由于热液流体－岩石的相互作用以及海水和热液流体不同程度混合的结果，与深海沉积物，火山岩和海水稀土元素配分模式对比，表明块状硫休物的REE部分来自沉积物和火山岩，海水的混合作用对块状硫化物的REE配分模式具有一定的影响。海底热液硫化物稀土元素组成的变化可以一定程度的反映在出热液流体的演化特征。     

热液矿床中萤石的稀土元素地球化学及其地质意义

萤石是许多热液矿床中重要的脉石矿物,其稀土元素含量及相关参数（如∑REE、LREE/HREE、Eu/Eu^*、Ce/Ce^*、Y/La、Tb/Ca-Tb/La图解等）,能为揭示成矿流体性质、来源与演化,建立成矿模式,评价区域成矿潜力等提供重要信息。然而,随着微区分析技术的日趋成熟,原位实测数据显示,萤石中微量元素（包括稀土元素）的分配在显微尺度上可能具有不均一性,致使依据萤石溶液法获得的稀土元素含量所反映地质信息的可靠性受到质疑。因此,在应用萤石稀土元素地球化学探讨相关地质问题前,有必要加强萤石微观结构的观察和配套的流体包裹体以及相关同位素组成分析。本文在综述萤石稀土元素地球化学研究基础上,初步探讨了影响萤石稀土元素不均一分配的主要机制,以期为萤石稀土元素在热液矿床成因研究中的应用提供借鉴。     

热液矿床中萤石的稀土元素地球化学及其地质意义

萤石是许多热液矿床中重要的脉石矿物,其稀土元素含量及相关参数(如∑REE、LREE/HREE、Eu/Eu*、Ce/Ce*、Y/La、Tb/Ca-Tb/La图解等),能为揭示成矿流体性质、来源与演化,建立成矿模式,评价区域成矿潜力等提供重要信息。然而,随着微区分析技术的日趋成熟,原位实测数据显示,萤石中微量元素(包括稀土元素)的分配在显微尺度上可能具有不均一性,致使依据萤石溶液法获得的稀土元素含量所反映地质信息的可靠性受到质疑。因此,在应用萤石稀土元素地球化学探讨相关地质问题前,有必要加强萤石微观结构的观察和配套的流体包裹体以及相关同位素组成分析。本文在综述萤石稀土元素地球化学研究基础上,初步探讨了影响萤石稀土元素不均一分配的主要机制,以期为萤石稀土元素在热液矿床成因研究中的应用提供借鉴。     

海底热液系统高温流体的稀土元素组成及其控制因素

研究稀土元素在流体中的地球化学行为及其控制因素,对利用稀土示踪与流体有关的地球化学过程具有重要意义。海底高温流体稀土组成研究表明,不同背景、岩性热液系统喷口流体的稀土含量差别较大,与海水之间可达几个数量级,但配分模式却非常类似,即普遍具有LREE富集、高的正Eu异常特征。流体的稀土组成与岩石或矿物的蚀变程度、结构构造有关,同时受流体的温压、pH值、Eh值、络合介质种类等因素的影响,其配分模式是流体循环、迁移过程中络合、吸附、矿物沉淀等不同因素共同作用而再次调整的结果。正Eu异常作为高温流体的特征标志,可以用来示踪与高温流体有关的地球化学作用过程,同时Y/Ho比值、负Ce异常可以用来示踪与流体/海水混合有关的化学过程。     

若干热液铀、金矿床稀土元素地球化学行为对比及其成因解释

通过对若干热液铀、金矿床稀土元素地球化学的研究,指出铀矿床中矿石具有相对围岩稀土总量高,富重稀土,稀土配分曲线高的特征;金矿床中矿石具有相对围岩稀土总量低,富轻稀土,稀土配分曲线低的特征。造成这种差异的原因,主要是金、铀、稀土元素之间的地球化学性质不同,以及在热液活动中迁移、沉淀方式的差异造成的。     

湘西花垣矿田热液方解石稀土元素地球化学

近年来,位于扬子板块东南缘的花垣铅锌矿田取得重大找矿突破,杨家寨和大脑坡等一系列大型-超大型铅锌矿的发现,该区新增铅锌资源储量已经超过1000万t,有望成为世界级铅锌资源基地。虽然该矿田地质地球化学研究已经积累了较多成果,但关于铅锌成矿流体的来源及其演化过程研究相对薄弱,制约了花垣矿田的成矿机制深入。本文通过对该矿田不同成矿阶段热液方解石稀土组成研究,并与矿区围岩和不同时代地层对比,探讨矿田内铅锌成矿流体来源及其演化。研究表明,不同成矿阶段的方解石稀土元素及配分模式差异明显,其中成矿早晚2阶段方解石REE与围岩较相似,而主成矿阶段方解石明显富集REE,暗示成矿流体不可能完全由赋矿地层提供,应有来自下伏地层以及基底岩石相对富集REE的流体加入,这种流体可能携带了大量的Pb、Zn成矿物质,为铅锌矿成矿提供了物质来源。此外,成矿早阶段到主成矿阶段,δEu值均小于1,暗示成矿早阶段到主成矿阶段的流体呈现相对还原的特征;而成矿晚阶段方解石的δEu远大于1,表明成矿晚阶段热液流体呈现较氧化特征,总体而言,本区成矿环境在铅锌成矿过程中由相对还原向相对氧化的演化。     

滇东北茂租铅锌矿床热液方解石稀土元素地球化学特征

滇东北茂租铅锌矿床赋存于震旦系灯影组白云岩中,矿体呈似层状、脉状和不规则状,矿石主要由黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、方解石和白云石等组成。方解石是该矿床中最为主要的脉石矿物,其形成贯穿整个成矿过程。本文选择与硫化物紧密共生的团斑状方解石为研究对象,借助等离子体质谱仪(ICP-MS),获得了5件热液方解石的稀土元素含量数据。结果显示,全部样品的总稀土元素含量较低(ΣREE=19.56×10-6⁶2.55×10-6),轻、重稀土元素间分异较明显[ΣLREE/ΣHREE=1.3062.55×10-6),轻、重稀土元素间分异较明显[ΣLREE/ΣHREE=1.30¹0.83,(La/Yb)N=2.8310.83,(La/Yb)N=2.83³1.40]。全部样品的(La/Sm)N(0.9231.40]。全部样品的(La/Sm)N(0.92⁶.30)和(Gd/Yb)N(3.086.30)和(Gd/Yb)N(3.08⁵.24)值表明轻稀土和重稀土元素内部分异不显著,δEu=1.875.24)值表明轻稀土和重稀土元素内部分异不显著,δEu=1.87⁴.27,呈明显的Eu正异常特征,而δCe=0.834.27,呈明显的Eu正异常特征,而δCe=0.83¹.18,显示Ce异常特征不明显。茂租铅锌矿床中热液方解石稀土元素含量、配分模式及相关参数与赋矿围岩灯影组白云岩不同,与区域上不同时代地层沉积岩及二叠纪峨眉山玄武岩也不同,但与会泽超大型铅锌矿床中的团斑和脉状热液方解石相似,暗示茂租铅锌矿床成矿流体中的REE来源与可能会泽矿床相似。结合同标本的C-O同位素组成和Sm-Nd同位素年龄,认为茂租铅锌矿床形成于晚三叠纪(196±13 Ma),其成矿流体中的不同组分具有不同的来源,可能与川滇黔铅锌矿床属于同构造热事件的产物,与VMS、SEDEX和MVT型不同,暂归为川滇黔型。     

热液铀成矿作用中稀土元素地球化学研究综述

全面总结了我国主要热液铀矿床类型及其产铀地质体的稀土元素(REE)地球化学特征,指出REE的研究不但有助于阐明产铀岩体(岩石)的成因,而且可以有效地追溯铀的来源。与围岩相比,铀矿石通常具有稀土元素总量(∑REE)偏高,重稀土元素(HREE)富集、轻重稀土元素分馏强烈,并具有明显的铕负异常等特征。REE和铀在热液中主要呈碳酸盐、氟化物和磷酸盐的络合物形式搬运,在适宜的条件下又共同沉淀。热液铀矿床中的REE主要来自矿源岩(以燕山期岩浆岩及古生代地层为主),并通过成矿前和成矿期的热液蚀变作用进入古矿溶液。最后强调,加强热液铀矿床的REE地球化学研究不仅具有重要的理论意义,而且可以指导找矿和勘探。     

西南印度洋中脊热液沉积稀土元素地球化学特征

西南印度洋中脊(SWIR)超慢速扩张段特殊的构造环境是了解洋脊深部过程和热液系统的又一天然验室,为进一步认识全球洋中脊热液系统提供了新的思路和内容。同时,慢速扩张脊较低频率的构造事件或许促进热液上升流的长寿命、多期次活动,与高度不稳定的快速扩张热液系统相比更有利于大型矿床的形成。     

滇东北矿集区茂租铅锌矿床热液白云石稀土元素特征

茂租铅锌矿床位于扬子地台西南缘,是滇东北矿集区内的一个大型矿床,矿体呈似层状产于震旦系灯影组白云岩中。矿石矿物以闪锌矿为主,次为方铅矿。脉石矿物主要为白云石、萤石和方解石。矿床的矿化蚀变分带明显,从围岩到矿体,矿化蚀变分带分别为:斑点状白云石化带、脉状白云石化带、星点状矿化带、细脉浸染状矿化带和矿体。白云石是该矿床的重要脉石矿物,除了震旦系灯影组的微晶-细晶白云石外,与成矿热液活动有关的白云石主要有斑点状白云石、脉状白云石和团块状白云石。文章对茂租铅锌矿床3种热液白云石及围岩灯影组白云岩的稀土元素地球化学特征进行了对比研究。结果表明:3种热液白云石与灯影组白云岩的稀土元素配分模式比较接近,总体上具有稀土元素总量低、轻稀土元素富集和Ce元素负异常的特征,这些相似的稀土元素特征表明3种蚀变白云石与围岩之间存在着成因联系。灯影组白云岩ΣREE含量较低,具有Eu元素负异常,而脉状和团块状热液白云石具有明显的Eu元素正异常,反映了存在较高温度的流体活动,热液蚀变白云岩是由高温热液流体形成。斑点状热液白云石Eu元素异常不太明显,可能是由于蚀变强度较弱,继承了原岩Eu元素负异常的特征。团块状白云石ΣREE和w(Y)、w(Sm)较高,表明有其他REE富集流体的加入。3种热液白云石是由高温流体形成,流体主要来源于地层,并有其他富含REE流体加入。     

Juan de Fuca洋脊Endeavour段热液硫化物稀土元素地球化学特征

用 ICP-MS对取自 Juan de Fuca洋脊 Endeavour段 5块热液硫化物样品的 13个分析样进行了稀土元素(REE)测试.结果显示该区硫化物样品的 REE含量较低(0.35～ 14.8 μ g/g),所有样品的 REE球粒陨石标准化分布模式均表现出 Eu正异常和 LREE富集的特征,表明硫化物中的 REE来自热液.不同喷口硫化物的 REE含量变化较大,同一块状硫化物不同部位的含量也有较大差异,主要是由于硫化物形成过程中,热液和海水的混合不均一性以及不同矿物沉淀和 (或 )溶解的结果.硫化物 REE的分布特征主要受热液的影响,烟囱内外层 Eu正异常的变化主要受矿物组成和物理化学条件的控制.     

湘东北栗山铜铅锌多金属矿床热液萤石稀土元素地球化学特征及其指示意义

江南造山带中段幕阜山地区栗山大型铜铅锌多金属矿床中伴生规模可观的萤石资源, 储量达41.5万t。该区萤石形成过程与机制尚缺乏有效约束, 制约了对其矿床成因机制的认识和找矿实践。本文通过栗山绿色、紫色及蓝色萤石组构分析、荧光测试和ICP-MS微量元素含量分析, 探讨栗山矿床成矿过程与物理化学环境。岩相学与矿相学证据指示栗山热液活动可划分为四个阶段: 乳白色石英+少量绿色萤石(Ⅰ), 蓝色、紫色萤石+石英+绿泥石+金属硫化物阶段(Ⅱ), 石英+绿色萤石+绿泥石+金属硫化物阶段(Ⅲ)以及石英+方解石阶段(Ⅳ)。各颜色萤石Diamond View荧光测试结果显示深紫色萤石荧光最弱, 蓝色萤石次之, 绿色萤石荧光最强。绿色萤石的∑REE高于蓝色、紫色萤石, 且绿色萤石LREE相对富集而蓝色、紫色萤石HREE相对富集, 表明成矿Ⅱ阶段至Ⅲ阶段成矿温度整体降低且pH值升高。Tb/Ca-Tb/La以及Y/Ho-La/Ho图解指示不同颜色萤石属同源岩浆流体和大气降水产物, 栗山萤石的沉淀机制主要为水岩反应并伴随流体混合。

     

华南低温热液脉状萤石矿床稀土元素地球化学特征

华南地区广东、福建、江西等省内的萤石矿床，多数处于花岗岩的内外接触带上。成矿方式为脉状充填（交代）式。成矿严格受中国东部北东向构造控制。近百个样品稀土分析表明，萤石中稀土含量为１００×１０~（－６）－２００×１０~（－６），并且随着围岩中稀土含量的增加和萤石绿度的增加而增高，随着围岩蚀变强度的增强和矿化由早到晚而降低。萤石中的稀土配分曲线为右倾斜的平缓曲线，与黑云母花岗岩及其中的黑云母具有相似性和同步性。在稀土组成三角图中，由围岩到萤石，向中或重稀土转移。在Ｍｏｌｌｅｒｅｔａｌ．的Ｔｂ／Ｃａ－Ｔｂ／Ｌａ图中，这类与花岗岩有关的萤石均落在热液区中间部位。产于陆源碳酸盐岩（海相火山沉积岩与沉积碳酸盐接触面）中的以及产于沉积碳酸盐中的萤石，处于花岗岩的下部，而与火山岩有关的处于花岗岩之上。显然在Ｍｏｌｌｅｒｅｔａｌ．的图中，此类低温热液矿床的位置，仅与围岩的岩性有关。研究后确认，华南低温热液脉状萤石矿床，是在花岗宕及与其接触的其他岩石成岩后，由大气降水组成的地下热水溶液，不断对围岩进行淋滤，使Ｃａ、Ｆ、ＲＥＥ等重新活化、转移，最后成矿的。     

水—岩反应与稀土元素行为

大量研究表明，水－岩反应过程中REE表现为不同程度的活动性。富含各种络合剂的流体与岩石反应时可活化REE；水－岩反应过程中既可出身HREE优先活化，亦可出现LREE优先活化，这取决于流体的化学成分、Eh、pH以及REE的寄主相及其赋存状态；水－岩反应过程中的可出现Eu的正异常、负异常和无异常。其主要影响因素是流体的氧化－还原状态；单矿物组合的REE行为受制于矿物的晶体化学性质，而多矿物组合则取决于体系的Eh、pH、水／岩值和络合剂浓度等，目前亟待开发实验工作有：①流体的化学组成及其性质，尤其是各种络合剂的活度及其对REE的活性的影响；②REE在热液矿物与流体相之间的分异机制及控制因素；③T、P、pH、Eh和水／岩比如何影响REE的活动性和分异行为。     

岩浆在热液矿床形成中的作用

岩浆流体是在火山岛弧中形成的热液矿床中许多成分的初始来源。这些成分从不同来源以不同方式聚集在岩浆中。热液流体也从岩石中淋滤出了许多成分，尤其当深部循环的天水吸收酸性岩浆气体之后，淋滤作用更加强烈。对这些成矿热液体系认识的提高，得益于对活动热水体系的研究，它们在地表形成热泉和火山喷气。