中国中部湖北省广水市以变质沉积岩为载体的HREE（稀土元素）矿床的成矿过程

《Journal of Geochemical Exploration》：Metallogenic process of the metasedimentary rock-hosted HREE deposit at Guangshui (Hubei Province, Central China)

重稀土元素矿物形成与变质作用耦合机制研究：以湖北 Guangshui 矿床为例，通过 U-Pb 定年、Nd 同位素分析及矿物化学表征，揭示单斜石（239±13 Ma）、氟碳铈矿（210±6 Ma）两期矿物形成与三叠世大别造山带变质阶段（前-峰-退变质）的时空耦合，论证地壳源、流体-岩石相互作用主导的矿化过程，建立构造-变质-成矿关联模型。

　　广水重稀土矿床位于中国中部的湖北省，是全球罕见的重稀土元素（HREE）矿床之一，其形成与一系列变质沉积岩（如片岩）密切相关。该矿床的矿物化过程受到区域变质作用和流体-岩石相互作用的控制，体现了大陆碰撞环境下独特的金属成因机制。本研究通过综合分析矿物的详细岩石学特征、原位铀-铅（U-Pb）年代学、钕（Nd）同位素体系和主要稀土元素（REE）矿物的化学组成，重建了矿床的形成时间、来源和成矿机制。

广水矿床中识别出四种主要的REE矿物：独居石、氟碳铈矿、钆矿和独居石。每种矿石都表现出两个世代的特征，其形成与矿物的晶体形态和共生关系密切相关。独居石-I（Mnz-I）的年代测定结果显示其形成时间为239±13百万年，而独居石-II（Mnz-II）则显示出更复杂的成因关系。氟碳铈矿-I（Fgs-I）和钆矿-I（Gad-I）的形成时间与Triassic期的正向和逆向变质作用阶段吻合，表明区域变质作用对HREE的迁移和富集起到了直接作用。同时，氟碳铈矿-II（Fgs-II）和钆矿-II（Gad-II）的形成时间则与HREE的进一步富集和迁移有关，这可能与同时期的热液活动有关。

在矿物化学方面，独居石-I和独居石-II表现出较低的钍（Th）含量，这支持其热液成因的假说。而独居石-II与氟碳铈矿-II在空间上密切相关，且其显著的HREE富集现象与氟碳铈矿-I到氟碳铈矿-II的HREE亏损相一致，表明氟碳铈矿-II可能是由氟碳铈矿-I经过热液蚀变形成的。此外，氟碳铈矿-I和钆矿-I中出现的正的铈（Ce）异常，表明它们可能在氧化条件下结晶，这一特征与区域变质作用和热液活动的氧化环境相呼应。

钕同位素组成分析显示，独居石-I的εNd(t)值为-5.1至-5.6，TDM2值为1.38至1.43 Ga，而独居石-II的εNd(t)值为-4.8至-5.8，TDM2值为1.38至1.45 Ga。这些同位素数据表明，矿床的形成材料可能来源于中元古代岩石，进一步支持了该矿床的区域变质作用和热液活动成因的假说。同时，区域上的富磷黄-mailing组和Triassic期的变质作用在HREE的富集过程中起到了关键作用。

在研究方法上，本研究采集了超过30个样品，包括白云母-长石片岩和单长岩片岩，这些样品经过详细的分析，以获取有关矿床形成时间和成矿机制的关键信息。通过原位U-Pb年代学测定和Nd同位素分析，结合矿物的岩石学和地球化学特征，对四种REE矿物的成因进行了系统研究。这些方法不仅有助于厘清广水矿床的形成时间，也为理解HREE矿床的成因提供了新的视角。

在矿床的形成过程中，正向变质作用阶段（244±4百万年）和逆向变质作用阶段（216±6百万年）是关键的两个阶段。这些阶段与矿床中不同矿物的形成时间相吻合，表明HREE的迁移和富集过程与区域变质作用密切相关。独居石-I和氟碳铈矿-I的形成时间与正向变质作用阶段一致，而独居石-II和氟碳铈矿-II的形成时间则与逆向变质作用阶段相吻合。这表明HREE的富集过程可能是在区域变质作用的不同阶段逐步进行的。

此外，研究还发现，氟碳铈矿-II的形成可能受到同时期热液活动的影响，其形成过程可能涉及稀土元素的再分配。通过分析矿物的化学组成和同位素特征，研究者能够进一步探讨HREE在不同矿物中的分配规律，以及这些矿物如何在热液活动中相互作用。例如，氟碳铈矿-II中显著的HREE富集可能与早期氟碳铈矿-I中的HREE亏损相呼应，这表明HREE在热液活动中的迁移可能通过矿物之间的相互作用实现。

在矿床的成因机制上，研究者认为，区域变质作用和热液活动共同作用，使得HREE得以富集并形成矿床。这种成矿机制不仅适用于广水矿床，也可能适用于其他类似的HREE矿床。通过对矿床的详细研究，研究者能够揭示其形成过程与区域地质演化之间的关系，从而为HREE矿床的勘探提供科学依据。

广水矿床的研究还强调了热液活动在HREE富集中的重要性。独居石-I和独居石-II的形成时间与热液活动的高峰期相吻合，表明热液活动可能在矿床的形成过程中起到了关键作用。同时，研究还发现，不同矿物的形成时间与区域变质作用的不同阶段相呼应，这表明HREE的迁移和富集可能是一个多阶段的过程，涉及区域变质作用和热液活动的协同作用。

通过本研究，广水矿床的成矿机制得到了更深入的理解。研究者发现，该矿床的形成时间与Triassic期的区域变质作用阶段密切相关，这表明HREE的富集过程可能是在区域变质作用的不同阶段逐步进行的。此外，研究还揭示了不同矿物之间的相互作用，以及这些矿物如何在热液活动中发生改变，从而形成不同的矿物组合。

广水矿床的研究不仅对理解该矿床的成因具有重要意义，也为全球HREE矿床的成因研究提供了新的视角。通过结合多种分析方法，研究者能够更全面地探讨HREE的形成过程，以及这些过程如何与区域地质演化相互作用。这种研究方法对于未来HREE矿床的勘探和资源评估具有重要的指导意义。

此外，研究还发现，该矿床的形成可能受到区域构造活动的影响。例如，Dabie造山带的构造演化可能与HREE的富集过程密切相关，这表明构造活动在HREE矿床的形成中起到了关键作用。通过对矿床的详细研究，研究者能够揭示构造活动如何影响HREE的迁移和富集，从而为HREE矿床的成因提供更全面的解释。

综上所述，广水矿床的研究为理解HREE矿床的成因提供了重要的科学依据。通过结合多种分析方法，研究者能够揭示矿床的形成时间、来源和成矿机制，以及这些机制如何与区域地质演化相互作用。这种研究不仅有助于厘清广水矿床的成因，也为全球HREE矿床的成因研究提供了新的视角。未来，随着更多研究的开展，HREE矿床的成因机制将得到更深入的理解，从而为资源勘探和开发提供更科学的指导。