据了解，在近日举行的第十六届中国包头·稀土产业论坛上，中国稀土学会发布稀土学术研究年度报告，由中国科学院地质与地球物流研究所、包头稀土研究院申报的《白云鄂博巨量稀土富集机理及资源潜力》被评为2023年度稀土科学技术奖特等奖。
稀土矿图片
云鄂博稀土-铌-铁矿床的稀土资源储量在全球位居榜首，其独特的地质特征备受关注。该地区广泛发育着多种类型的岩浆碳酸岩脉，尤其是晚期形成的钙质碳酸岩脉，其中的稀土氧化物含量异常丰富，超过20%。因此，深入探究碳酸岩浆在强烈分异演化过程中稀土元素的富集机制，被视为解开白云鄂博地质之谜的重要线索。
白云鄂博地区的岩浆碳酸岩主要可分为铁质、镁质和钙质三大类。通过观察不同类型碳酸岩脉之间的穿插关系、碳酸岩脉的似斑状结构，以及碳酸岩脉中白云石、方解石矿物的核边结构特征，我们可以推断出碳酸岩经历了一个从铁质到镁质，再到钙质的逐步演化过程。在这个过程中，随着碳酸岩浆由早期的铁质逐步向晚期的钙质转变，稀土元素的含量，尤其是轻稀土元素的含量，呈现出显的富趋势。同时，碳酸岩脉中的全铁含量与稀土含量之间呈现出明显的负相关关系，即碳酸岩脉中白云石和方解石矿物的核部富含铁元素，而边部则更富集稀土元素。这表明，铁质在碳酸岩浆分异演化过程中的逐步分离，可能是导致稀土元素在晚期岩浆中富集的重要因素。
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那么，是什么因素驱动了碳酸岩浆发生如此强烈的分异演化呢？
通过对细粒白云石中早期共生的大量球形赤铁矿和初始碳酸盐岩捕掳体的深入研究，我们发现铁矿浆与碳酸岩浆之间的不混熔作用，可能是推动铁质碳酸岩向镁碳酸岩演化重要机制。此外，铁质碳酸岩中磁铁矿的分离结晶作用，也进一步促进了碳酸岩浆向富镁方向的演化。值得注意的是，赤铁矿与磁铁矿均含有较低的稀土元素含量，因此赤铁矿的不混熔以及磁铁矿的分离结晶作用，共同促使了残余碳酸岩浆中的稀土元素发生初步富集。同时，早期熔离的铁矿浆也为白云鄂博的铁矿化提供了丰富的物质来源。随后，富镁白云石的分离结晶作用又进一步推动了镁质碳酸岩浆向钙质碳酸岩浆的演化。在这个过程中，方解石通常出现在似斑状镁质碳酸岩的基质中，充填于白云石晶体间隙生长。而且，晚期结晶的方解石矿物具有更高的锶和稀土含量，这均是分离结晶作用的结果。最后，残余碳酸岩与围岩之间发生的强烈霓长岩化作用，进一步消耗了碳酸岩中的铁、镁元素，从而推动了镁质碳酸岩最终向钙质碳酸岩的演化，并导致了稀土元素的强烈富集。
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