巴西Araxá碱性-碳酸岩杂岩体的岩石成因与演化模型：来自化学、矿物学及Sr-Nd-C-O同位素的约束

本研究针对巴西Araxá碱性-碳酸岩杂岩体的成因问题，通过化学、矿物学及Sr-Nd-C-O同位素分析，揭示了其形成于富集地幔（EM-I）的多阶段岩浆演化过程。研究发现核心富铌金云母岩与环带碳酸岩具有不同的演化路径，提出岩浆分异-液态不混溶-同化作用的复合模型，为理解碱性-碳酸岩杂岩与大型火成岩省（LIPs）的成因联系提供了新证据，对全球铌矿资源勘探具有指导意义。

　　

论文解读

研究背景

在全球铌资源供应中，巴西Araxá碱性-碳酸岩杂岩体占据重要地位，但其岩石成因长期缺乏系统研究。该杂岩体位于上巴拉那伊巴火成岩省（APIP），形成于南美克拉通碰撞带，核心富铌金云母岩与环带碳酸岩的共生现象引发争议：它们是同源岩浆分异的产物，还是独立熔融事件的结果？更关键的是，其与邻近的巴拉那大陆溢流玄武岩（PCFB）是否存在成因联系？这些问题对理解地幔富集机制和资源勘探至关重要。

研究方法与技术

研究团队基于73个钻孔岩芯样本，整合全岩主微量元素、Sr-Nd-C-O同位素（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr、¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd、δ¹³C_PDB、δ¹⁸O_SMOW）及矿物学数据，通过热电离质谱（TIMS）和气体同位素质谱（GasBench II）分析，结合多元素图解和稀土元素（REE）模式，构建了岩浆演化模型。

研究结果

1. 岩石学特征

• 核心金云母岩（phlogopitite）：含65-70%金云母、15%磁铁矿及10%磷灰石，区别于传统云母岩（glimmerite），其高Nb₂O₅（达5.5 wt%）和Ba-Sr富集特征指示地幔熔融残留。
• 碳酸岩环带：内部富Sr-P碳酸岩（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr=0.7054）向外过渡为贫矿方解石碳酸岩（0.7047），反映分异趋势。

2. 同位素示踪

• Sr-Nd同位素：初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr（0.7047-0.7059）与εNd_(t)（-8.66至-4.84）落入EM-I富集地幔域，与MARID（云母-角闪石-金红石-钛铁矿-透辉石）地幔包体及I型金伯利岩重叠。
• C-O同位素：δ¹³C_PDB（-8.03‰至-4.74‰）与δ¹⁸O_SMOW（8.21‰-15.88‰）相关性指示岩浆-热液叠加过程。

3. 地球化学模拟

• 多阶段演化模型：岩浆经历同化-分异-液态不混溶（AFCLI），早期（97.6 Ma）形成金云母岩，晚期（77.4 Ma）分异为碳酸岩，中间阶段（86.4 Ma）热液活动导致磷灰石-磁铁矿再富集。

结论与意义

研究证实Araxá杂岩体源于新元古代（1.1-0.78 Ga）富集地幔（EM-I）的部分熔融，与MARID/PIC地幔交代作用相关，而非PCFB残留。其成矿（Nb-P富集）受控于液态不混溶与地壳同化，为全球碱性-碳酸岩杂岩的成因提供了新范式。该成果发表于《Journal of South American Earth Sciences》，不仅深化了地幔不均一性认知，也为铌-磷资源勘探指明了方向。