加里东期上犹岩体重稀土预富集机制及其对离子吸附型重稀土矿床形成的启示

《Minerals》：Petrogenesis of the Caledonian Shangyou Pluton in Southern Jiangxi: Implications for the Pre-Enrichment of Heavy Rare Earth Elements

　　

摘要

离子吸附型重稀土元素（HREE）矿床主要赋存于燕山期花岗岩的风化壳中，而由加里东期花岗岩发育而成的重稀土矿床鲜有报道。本研究对重稀土矿化的母岩——加里东期上犹岩体开展了锆石和独居石U–Pb年代学、全岩地球化学、锆石Lu–Hf同位素分析以及含稀土矿物的扫描电子显微镜（SEM）研究，以探讨母岩中重稀土预富集的机制。两个样品的锆石U–Pb定年分别给出加权平均年龄442 ± 3 Ma（MSWD = 0.20，n = 20）和442 ± 4 Ma（MSWD = 1.15，n = 16），而独居石U–Pb定年给出Tera–Wasserburg下交点年龄452 ± 7 Ma（MSWD = 2.30，n = 40），表明该岩体为晚奥陶世–早志留世（凯迪期–鲁丹期）花岗岩。岩石以高SiO₂（75.90–78.49 wt.%）、Al₂O₃（11.91–12.88 wt.%）和K₂O（4.04–4.95 wt.%）含量为特征，A/CNK比值为1.13–1.25，分异指数（DIs）为95–96，锆石饱和温度为716–740 °C。其Nb/Ta和Zr/Hf比值分别为3.70–5.91和19.69–23.83，表明上犹岩体为高分异S型花岗岩。两个样品的锆石ε_Hf(t)值分别为?15.28至0.86和?9.33至1.49，对应的两阶段Hf模式年龄（T_DM2）分别为1375–2392 Ma和1335–2019 Ma。这些同位素特征表明，岩浆主要来源于元古代变沉积地壳，并有少量幔源物质参与。上犹岩体的ΣREY含量为91.1–208.1 ppm，ΣLREE/ΣHREY比值为0.57–1.39，表明其具备通过风化作用形成离子吸附型重稀土矿床的有利母岩条件。重稀土富集发生在广泛的岩浆分异之后的晚岩浆和/或热液阶段。在晚岩浆–热液演化过程中，富F流体交代了晚岩浆阶段结晶的较抗风化矿物，产生了易风化的含稀土矿物，如氟碳钙钇矿（synchysite-(Y)）。这种矿物学转变为此后风化过程中离子吸附型稀土矿床的形成提供了有利的物质基础。