碳酸岩分离结晶过程中铌溶解度的剧降触发铌成矿作用：实验与模拟研究

《Geochemistry》：A dramatic drop in Nb solubility during fractional crystallization of carbonatites triggers Nb ore formation

本综述通过高温高压实验，揭示了碳酸岩（carbonatite）熔体分离结晶过程中铌（Nb）溶解度受温度、Ca/Na比和氟（F）含量的关键控制。研究建立了Nb溶解度定量模型，表明随着岩浆冷却和Na富集，Nb溶解度急剧下降，导致烧绿石（pyrochlore）在700–750?℃的晚期岩浆中沉淀，为碳酸岩型高品位Nb矿床（Nb2O5 >0.5?wt%）的岩浆成因提供了新机制。

　　

Highlight

高温实验揭示铌的溶解奥秘：温度与钙钠比的博弈

关键因素影响铌在碳酸岩熔体中的溶解度

先前关于铌在碳酸岩熔体中行为的研究显示出极大的溶解度差异（>10?wt%?Nb₂O₅ 对比约200?ppm?Nb），暗示熔体成分可能具有关键影响（Mitchell和Kjarsgaard, 2004; Mollé等, 2022）。本研究基于新的高温实验数据，通过提出的计算模型调和了先前矛盾的数据（图2D）。我们的结果表明，Ca/Na比的变化与温度共同控制着铌的溶解度。具体而言，铌溶解度与温度呈正相关，并与熔体的Ca/Na摩尔比呈正相关。氟的加入仅略微增加铌溶解度。这些发现表明，在碳酸岩岩浆演化过程中，随着温度降低和分离结晶作用导致熔体向富钠成分演化，铌溶解度会急剧下降。这种溶解度的剧降最终在约700–750°C的晚期岩浆阶段触发了主要经济铌矿物——烧绿石的沉淀。

结论

总而言之，本研究强调了温度和熔体成分演化对碳酸岩体系中铌溶解度和结晶的关键控制作用。我们的实验和模拟结果表明，碳酸岩熔体中铌的溶解度随着冷却和钠含量增加而急剧下降，在岩浆分异过程中从几个重量百分比骤降至不足0.03?wt%。这一剧降在一个狭窄的温度窗口（约700–750°C）触发了烧绿石的结晶，标志着高品位铌矿化的开始。这些发现为碳酸岩中铌成矿作用的岩浆成因提供了有力证据，并可能指导未来高品位铌矿床的勘探策略。