喀麦隆中非造山带北部地区花岗岩寄主稀有金属（钽、铌、锂、钇及稀土元素、锆）-氟矿物矿床的岩石年代学与成因

《Precambrian Research》：Petrochronology and genesis of granite-hosted rare metal (Ta, Nb, Li, Y + REE, Zr)-F-bearing mineral occurrences in the Cameroon Northern Domain of the Central African Orogenic Belt

中国摘要：本文研究刚果中非造山带北部域Ngoutchoumi花岗岩复杂体的稀有金属矿物形成。通过LA-ICP-MS和Ar-Ar年代学，确定正磁阶段年龄为639±11 Ma和640.2±12.7 Ma，变质阶段为549.02±0.85 Ma和552.17±0.22 Ma。揭示稀有金属矿物经历正磁、岩浆-热液过渡和热液阶段形成，扩展了ND的时空指纹，对全球稀有金属勘探有指导意义。

　　
中非造山带北部域（ND）的Ngoutchoumi花岗岩杂岩中发现了未报告的稀有金属矿物组合，包括钽、铌、锆、锂、铈族稀土元素（REE）及氟化物。本研究通过综合同位素年代学、矿物学与地球化学方法，揭示了该区域稀有金属矿化的多阶段成因，并扩展了其时空范围，为全球花岗岩型稀有金属矿床勘探提供了新依据。

### 1. 研究背景与意义
中非造山带（CAOB）是非洲大陆东部的重要构造单元，由西非克拉通与刚果克拉通的碰撞形成。其北部域（ND）以富含稀有金属的岩浆岩著称，但此前研究多集中于已知矿床（如马约萨勒花岗岩体），而Ngoutchoumi杂岩的地质演化与矿物形成机制尚不明确。本研究首次系统报道了该区域稀有金属矿物组合的时空分布特征，填补了CAOB ND中新生代矿化研究的空白。

### 2. 地质背景与区域构造
ND位于CAOB核心区域，由Cryogenian（约740-630 Ma）和Ediacaran（约620-560 Ma）岩浆事件主导。Ngoutchoumi杂岩由三部分构成：
- **HD花岗岩**（约639 Ma）：主体岩系，过铝质，富含稀土元素（100-445 ppm），具有显著铀负异常（Eu/Eu* = 0.06-0.10），显示岩浆分异过程中斜长石优先结晶。
- **HN花岗岩**（约526 Ma）：晚期侵入体，以钨为主，与HD花岗岩形成侵入接触关系。
- **花岗岩脉**（约552 Ma）：横切HD花岗岩，年龄较新，显示区域构造活动的多期性。

### 3. 关键发现与年代学证据
**（1）同位素测年结果**：
- **锆石U-Pb测年**：HD花岗岩中锆石年龄为639±11 Ma，证实其形成于Pan-African造山期早期。
- **Fe-Columbite U-Pb测年**：同一岩体中铀-钼矿物的年龄为640.2±12.7 Ma，与锆石年龄一致，表明铌钽稀有金属矿物与岩浆结晶阶段共生。
- **白云母与黑云母Ar-Ar测年**：花岗岩脉中矿物年龄为552±0.22 Ma和549±0.86 Ma，显示岩浆活动持续至Ediacaran晚期。

**（2）矿物组合与空间关系**：
- **正磁相矿物**（形成于岩浆结晶阶段）：富铌-钽的Fe-Columbite、高铌含量锐钛矿（Nb-rich rutile）、早期锆石（Zrn I）及氟化钙（CaF?）。
- **岩浆-热液过渡相矿物**（约640-580 Ma）：铀-钼矿物边部出现低铌含量锐钛矿（Rt II-III），显示流体分异作用。
- **热液相矿物**（晚于552 Ma）：稀土萤石（F-REE minerals）、氟磷钇矿（parisite）、铈锡矿（cerianite）等，多呈脉状或包裹于早期矿物中。

### 4. 地球化学特征与成因机制
**（1）岩石地球化学**：
- HD花岗岩SiO?含量68-75%，Al?O? 12-16%，显示过铝质特征。
- 稀土元素显示强烈轻稀土富集（La/Yb 2.38-41.4），铈/铽比值>10，指示岩浆源区可能存在石榴子石残留。
- 钨含量达31.4 ppm（NG7样本），铌含量最高达66.1 ppm（NG19样本），但Nb/Ta比值均>5，符合未受热液改造的过铝质花岗岩特征。

**（2）矿物学证据**：
- **Fe-Columbite**：核心富铌（65.8% Nb?O?），边缘富钽（21% Ta?O?），显示分异结晶过程中元素再分配。
- **锐钛矿**：分三个世代，早期Nb-rich（Rt I，含13.8% Nb?O?），晚期贫铌（Rt III，<6.5% Nb?O?），反映流体成分变化。
- **氟化物**：萤石呈现双相结构（Ca-poor萤石I与Ca-rich萤石II），后者与富含萤石铈族稀土矿物共生，指示热液活动叠加。

**（3）成因模型**：
- **岩浆分异阶段**（约640 Ma）：过铝质岩浆中铌、钽、稀土元素因结晶顺序差异富集于早期矿物（Fe-Columbite、锐钛矿）。
- **岩浆-热液过渡阶段**：残余岩浆中挥发分（F、Cl）升高，导致锐钛矿边缘化、萤石形成包裹体。
- **热液再沉淀阶段**（晚于552 Ma）：流体携带Li、F、稀土元素，选择性置换黑云母、斜长石，形成脉状铈锡矿、氟磷钇矿等。

### 5. 探索意义与全球对比
**（1）区域找矿指示**：
- 目标岩体：过铝质、高稀土（ΣREE >100 ppm）、低磷（<0.06%）的花岗岩。
- 矿化标志：铌-钽矿物与萤石共生，铈族稀土矿物包裹于黑云母裂隙中，锐钛矿呈网状或孔隙结构。
- 勘探靶区：优先选择640-580 Ma时代岩体，特别是与花岗岩脉接触带。

**（2）全球矿床对比**：
- 与 Nigerian Older Pegmatite（OOP）和 Egyptian Arabian Shield的稀有金属花岗岩类似，均显示轻稀土富集与负铀异常。
- 不同之处：Ngoutchoumi杂岩中铌/钽比值更高（平均8.74），可能反映源区石榴子石分解程度不同。

**（3）技术方法创新**：
- 首次将LA-ICP-MS用于Fe-Columbite测年，突破传统铌矿物测年技术限制。
- Raman光谱结合SEM-EDS，精准识别萤石亚种（如Ca-poor萤石I与Ca-rich萤石II），揭示流体分阶段活动。

### 6. 研究局限与展望
- **样本代表性**：仅分析HD花岗岩局部样本，需扩大采样范围验证。
- **流体演化**：未直接测定流体成分，需结合稳定同位素（如δ1?O、δD）研究。
- **成矿深度**：现有数据无法确定矿化深度，需补充深部钻探数据。

### 7. 结论
Ngoutchoumi杂岩的稀有金属矿化是岩浆分异与热液叠加作用的结果：
1. **正磁相阶段**（640 Ma）：岩浆结晶分异形成Fe-Columbite、高铌锐钛矿。
2. **岩浆-热液过渡阶段**（640-580 Ma）：残余岩浆中挥发分富集导致矿物边部化。
3. **热液阶段**（晚于580 Ma）：流体改造早期矿物，形成脉状氟-稀土矿物。

该研究证实，稀有金属在过铝质花岗岩中的富集不仅需要岩浆分异，还需热液改造作用。这一模型可推广至全球Pan-African造山带的花岗岩型稀有金属矿床，为新能源材料（如固态电池用钽酸锂）的勘探提供理论支撑。