在西孟加拉邦普鲁利亚地区的贝尔迪氟磷灰石岩中，磷元素诱导了稀土元素（REE）的富集及热液蚀变作用：这一现象对稀土元素矿化的意义

《Geochemistry》：Phosphorus-induced REE enrichment and hydrothermal alteration in the Beldih fluorapatite-bearing rock, Purulia, West Bengal: Implications for REE mineralization

稀土元素在碳酸盐岩熔融体中磷饱和作用下的分离机制及热液再分配研究，通过岩相学与地球化学分析揭示氟磷灰石早期结晶如何隔离REEs，并探讨热液过程对局部REE再分配的影响。

　　在印度东部的南普鲁利亚剪切带（也称作Beldih-Kutni剪切带）中，Beldih碳酸岩-碱性岩复合体中的磷灰石岩（phoscorites）被研究，以探讨磷（P）在岩浆中的存在如何影响碳酸岩中稀土元素（REEs）的富集过程。这项研究结合了详细的岩石学和地球化学分析，旨在揭示REEs在碳酸岩和磷灰石岩形成过程中，尤其是在岩浆和热液演化阶段，其富集行为。研究结果表明，Beldih地区的早期岩浆演化阶段中，磷饱和促使了早期氟磷灰石的形成，通过岩浆分异结晶或碳酸岩岩浆中磷富集熔体的析出，最终形成了磷灰石岩。这一过程导致了几乎所有的REEs从岩浆中分离出来，从而避免了直接的REEs结晶。

研究还涉及与磷灰石岩共生的含碳酸钙的超镁铁质硅酸盐岩石，揭示了氟磷灰石的两种类型——岩浆型（Fap1a和Fap1b）和热液或次生型（Fap2），以及与之共存的独居石、氟碳铈矿、氟绿柱石和少量的坏地石和贝塔菲特矿。Fap1a和Fap1b的ΣREE?O?含量高于Fap2，最高可达1.50 wt%。这些氟磷灰石在背散射电子图像（BSE）中表现出更高的Z对比度，表明其化学成分的显著差异。此外，热液溶解-再沉淀和REEs再分配的现象被观察到，表现为次生Fap2、氟碳铈矿、独居石和氟绿柱石与岩浆型和热液型氟磷灰石的复杂共生关系。这些地球化学和岩石学证据表明，REEs的沉淀主要通过两种相互兼容、低迁移率的路径实现：溶解-再沉淀和原位转化。在这些过程中，REEs的迁移范围非常有限，仅在微米级别或几乎不发生迁移。这些路径导致了磷灰石岩中独居石的形成，以及超镁铁质岩石中氟绿柱石的沉淀，这些矿物的形成与氟磷灰石的溶解和快速的REEs固定密切相关。

研究还指出，铝质流体的输入在氟磷灰石溶解期间促使了磷灰石岩中氟绿柱石的沉淀。这些发现表明，热液过程在REEs的再分配中主要表现为局部化，而非大规模的迁移。尽管磷灰石岩被认为是REEs和高场强元素（HFSEs）的重要储库，但其REEs/HFSEs的富集机制仍然存在争议。一些研究认为，REEs的富集主要源于岩浆过程，而另一些则强调热液过程的作用。

在大多数地质环境中，HFSEs（如REEs、Y、Zr、Nb等）在热液过程中通常保持高度不移动性。然而，在特定条件下，流体可以通过与硫酸盐、氯化物、氟化物、氢氧化物和碳酸盐等的络合作用，将部分或全部这些元素从岩石中迁移。特别是在存在碱性元素（如钠和钾）的条件下，这种迁移可能更为显著。不过，也有研究指出，碳酸岩中的REEs富集是纯岩浆过程的结果，由一种富含REEs和其他不相容元素（包括Na、K、氯化物、硫酸盐、氟化物、H?O和CO?）的熔体——卤水熔体（brine-melt）所驱动，而不是由析出的热液流体造成。卤水熔体由于其高流体含量，能够引起显著的REEs迁移，并形成岩浆期的REEs矿物化，如布兰基特（burbankite）和卡博森奈特（carbocernaite）矿物。相比之下，热液流体主要溶解这些矿物，提取其成分，并将REEs重新分配到次生矿物如 bastn?site 和独居石中，迁移量非常有限或几乎不发生迁移。

本研究聚焦于Beldih磷灰石岩，试图填补上述研究中的空白。Beldih复合体之前已被研究，主要关注其成因、磷酸盐矿物化以及通过热液作用形成的独居石矿物化。然而，关于其岩石学环境、矿物学和矿物化学的全面研究，特别是磷在碳酸岩和磷灰石岩中REEs/HFSEs富集过程中的关键作用，仍然缺乏。此外，关于次生REEs/HFSEs矿物的形成机制，如（i）原生矿物的溶解和元素的淋滤，以及（ii）在流体-岩石相互作用中次生矿物的沉淀，也尚未得到充分关注。因此，本研究通过详细的岩石学观察和相应的地球化学数据，探讨了流体介导的溶解-再沉淀或再分配机制，并试图解决关于热液流体是否能够进行长距离迁移，或其作用是否主要局限于原生矿物的溶解、淋滤和REEs的再分配这一争议。理解这些岩浆后次生过程不仅对评估任何矿床中REEs的经济价值至关重要，而且对于推进关键金属（或矿物）的勘探策略也具有重要意义，特别是在原生矿床资源有限的情况下，对次生矿源的关注变得愈发重要。

在研究区域的地质背景中，南普鲁利亚剪切带是广阔东西走向至东南-西北走向的塔马尔-波拉帕哈尔剪切带的一部分，这是一个经历构造变形的韧性至脆韧性剪切带，长度约100公里，宽度4至5公里。该剪切带北侧被1.87至0.78十亿年的恰塔纳格普尔花岗片麻岩复合体（Chhotanagpur Granite Gneissic Complex）所包围，南侧则与北辛格布hum活动带相邻。这一区域的地质特征为研究REEs的富集机制提供了重要的背景。

为了深入了解Beldih磷灰石岩的矿物学和地球化学特征，研究人员收集了约21个代表不同岩石类型的样本，并对这些样本的薄片进行了详细的岩石学研究。这些研究利用偏光显微镜，在印度理工学院达格帕尔分校地球与环境研究系进行，重点分析了岩石的纹理、矿物特征以及系统的岩石分类。这些技术的应用为揭示磷灰石岩中REEs的分布和富集机制提供了关键的证据。

研究发现，磷灰石岩中的主要矿物是氟磷灰石，而氟磷灰石则是Beldih岩石中REEs的主要载体。Beldih碳酸岩-磷灰石岩复合体的母岩浆含有较高的磷含量，这有助于熔体吸收大量REEs。随后，母岩浆经历了REEs贫乏、锶丰富的碳酸钙的分异结晶过程。这一过程导致了磷灰石岩中REEs的富集，同时也影响了其矿物学特征。氟磷灰石的早期形成不仅阻止了REEs的直接结晶，还通过其高选择性分离能力，使得REEs在熔体中得以富集。

此外，研究还揭示了热液过程在REEs再分配中的作用。在某些情况下，热液流体可以溶解原生矿物，并通过复杂的化学反应将REEs重新分配到次生矿物中。这种再分配机制在Beldih磷灰石岩和超镁铁质岩石中得到了观察。然而，热液过程通常局限于局部范围，无法实现大规模的REEs迁移。因此，研究结果强调了热液过程在REEs再分配中的局部性，而非其作为大规模迁移机制的作用。

在分析技术方面，研究人员采用了多种方法，包括偏光显微镜、电子探针和能量色散X射线光谱（EDS）等，以获取详细的矿物学和地球化学数据。这些技术的应用不仅有助于识别矿物的化学成分，还能够揭示其形成过程和演化路径。例如，通过电子探针分析，研究人员能够确定氟磷灰石和次生矿物的化学组成，从而进一步理解它们在REEs富集过程中的作用。

在讨论部分，研究者进一步探讨了Beldih磷灰石岩的形成机制，以及其高REEs浓度的成因。研究指出，氟磷灰石的早期形成在REEs的富集过程中起到了关键作用，而热液过程则在后续阶段中对REEs的再分配产生了影响。这种多阶段的矿物学演化不仅反映了岩浆和热液过程的复杂性，也揭示了REEs在不同地质条件下的行为特征。例如，氟磷灰石的溶解和再沉淀过程可能在局部范围内导致REEs的再分配，而热液流体则可能通过其化学作用影响REEs的迁移路径。

总结与结论部分指出，Beldih碳酸岩-磷灰石岩复合体是印度东部一个典型的碳酸岩与磷灰石岩共生的例子。该地区的磷灰石岩富含氟磷灰石，而氟磷灰石则是REEs的主要载体。母岩浆中的高磷含量促进了REEs的富集，随后通过分异结晶过程形成了REEs贫乏、锶丰富的碳酸钙。这一过程不仅影响了磷灰石岩的矿物学特征，还对其REEs的分布和富集机制提供了重要的解释。研究还强调了热液过程在REEs再分配中的作用，尽管其迁移范围有限，但在矿物学和岩石学演化中具有重要意义。

在作者贡献声明中，Reeya Ghosh负责撰写原始草稿、软件、方法论、形式分析、数据整理、概念化；Ashim Kumar Patel负责撰写审阅与编辑、形式分析、数据整理、概念化；Manoj Kumar Ozha负责撰写审阅与编辑、验证、监督、资源、方法论、资金获取、概念化；Sakthi Saravanan Chinnasamy负责验证和概念化。这些贡献表明，研究是一个团队合作的成果，涉及多个方面的专业知识和技术。

研究中还提到了一些未引用的参考文献，如Gieré和Williams（1992）、Jaganmohan（2024a和2024b）、Lehmann等人（1994）、Salvi和Williams-Jones（1990）以及Smith和Henderson（2000）。这些文献可能提供了相关的背景信息或方法论支持，但由于某些原因未被引用。研究者声明没有在财务或个人关系上存在竞争利益，这表明研究的独立性和客观性。

最后，研究者表达了对支持机构的感谢，包括Reeya Ghosh的博士论文资助、Manoj Kumar Ozha的分析资金支持，以及来自Anusandhan国家研究基金会（ANRF）的部分资金支持。这些支持对于完成研究和获取必要的分析数据起到了关键作用。研究的结论不仅为理解REEs在碳酸岩和磷灰石岩中的富集机制提供了新的视角，也为未来的资源勘探和开发策略提供了重要的参考。