来源的异质性导致了中国西南部云南省临沧岩基中的长石岩类（granitoids）中稀土元素（REE）的富集

《Journal of Asian Earth Sciences》：Source heterogeneity drives REE enrichment in granitoids from the Lincang Batholith, Yunnan Province, southwestern China

　　

宋晓|刘妍

中国地质科学院地质研究所深部地球与矿产资源勘查国家重点实验室，北京100037

摘要

花岗岩体是离子吸附型稀土元素（REE）矿床的主要原岩。尽管岩浆分异和热液蚀变被广泛认为是REE富集的关键控制因素，但岩浆来源的作用仍不明确。位于中国西南部的林场岩基中含有三块形成时间相近（约2.33–2.15亿年前）、成分相似但岩石学性质不同的花岗岩体[查禾（CH）、泉内（QN）、蒙海（MH）]，尽管岩浆分异作用有限，但它们的REE含量仍有差异（CH：153–322 ppm，QN：213–749 ppm，MH：222–225 ppm），这为研究岩浆来源对REE富集的影响提供了理想的案例。本研究提供了查禾花岗岩体的新的锆石U-Pb、Sr-Nd和Hf-O同位素数据，并结合已发表的QN和MH数据，以评估岩浆来源对REE富集的影响。结果表明，查禾花岗岩体属于A型花岗岩，锆石U-Pb年龄为2.222–2.153亿年。其同位素组成（初始^87Sr/^86Sr = 0.708–0.741，ε_Nd(t) = –12.1至–10.2，锆石ε_Hf(t) = –17.3至–6.4，δ^18O = 7.3–9.7‰）得到的Nd和Hf模型年龄分别为15.8–17.2亿年和16.5–23.5亿年，与QN和MH花岗岩体的结果一致。这三个岩体来源于古元古代下部地壳（兰场群）的部分熔融作用，该地壳包含变质火山岩和变质沉积岩成分。地球化学和同位素建模表明，源岩的异质性，特别是变质云母片岩的混入，是REE总量（ΣREE）变化的主要控制因素，而岩浆分异作用的影响可以忽略不计。这些发现表明，在分异作用较弱的花岗岩中，岩浆来源可以控制REE的富集，为理解REE矿化的岩石学机制提供了新的见解。

引言

稀土元素（REE）包括周期表中的镧系元素以及Sc和Y（Sanematsu和Watanabe，2016；Jowitt等人，2017）。在地壳中，这些元素通常不以单独的形式存在，而是共同存在于多种矿物中（Taniou等人，2025）。根据物理化学性质的差异，REE进一步分为轻稀土元素（LREE；从La到Eu）和重稀土元素（HREE；从Gd到Lu，以及Y和Sc）（Hoshino等人，2016）。由于稀土元素在高端制造、先进技术产业和国防领域中的重要性，世界各国都非常重视对其矿床的科学研究和勘探。

REE存在于多种矿床类型中（Li等人，2017），其中碳酸盐岩型稀土矿床约占全球产量的80%。然而，全球超过90%的HREE来源于离子吸附型稀土矿床（Roskill Information Services，2011）。由于这些矿床具有强烈的REE分异作用、简单的提取工艺和较低的采矿成本，它们已成为极其重要的稀土资源类型（Chi等人，2005；Moldoveanu和Papangelakis，2013；Moldoveanu和Papangelakis，2016）。全球大多数离子吸附型稀土矿床形成于花岗岩侵入体形成的风化层中（Bai等人，1989；Wu等人，1990；Huang等人，1993；Bao和Zhao，2008；Murakami和Ishihara，2008；Wang等人，2015；Xu等人，2017；Li等人，2019；Li和Zhou，2020；Zhou等人，2020）。由于REE在岩浆作用期间表现出不相容性，高度分异的花岗岩体（如白云母花岗岩和白云母-黑云母花岗岩）传统上被认为是离子吸附型稀土矿床形成的有利原岩，通常伴有含REE的副矿物，如独居石和磷灰石（Bao和Zhao，2008；Sanematsu和Watanabe，2016；Wu等人，2017）。然而，最新研究表明，在花岗岩中分异作用的程度与REE（尤其是LREE）的富集之间没有明显的相关性（Fan等人，2023），这突显了评估其他机制（包括岩浆来源和热液蚀变）的必要性。目前的研究普遍认为，岩浆分异和热液蚀变是控制花岗岩中REE富集的关键因素，但分异作用的具体作用仍存在争议，暗示热液蚀变可能尤为重要。在这种情况下，热液蚀变可以将相对耐风化的原始REE矿物（如磷灰石、锆石）转化为容易被风化的含REE相（如REE氟碳酸盐、氟碳钙石和REE磷酸盐）（Sanematsu和Kon，2013；Sanematsu和Watanabe，2016；Bern等人，2017；Xu等人，2017；Li等人，2019；Zhao等人，2022a；Zhao等人，2022b；Wang等人，2023；Li和Zhou，2024），从而促进REE在风化前的迁移和富集。

章节摘录

地质背景

林场岩基位于中国西南部三江地区（包括怒江、澜沧江和金沙江）的南部。作为苏霍泰洋脊构造带的重要组成部分，它位于西马奥-印度支那地块和西布马苏地块之间（图1a），保留了该地区古特提斯演化过程中的关键地质记录。先前的研究表明，西布马苏地块已经

林场岩基中富REE花岗岩的岩相特征

在本研究中，从林场岩基中部的查禾离子吸附型稀土矿床采集了8块新鲜岩样（图1b），这些岩样作为该矿床的原岩。查禾花岗岩具有灰白色的新鲜表面，具有中等到粗粒的花岗岩纹理（图2a）。岩相分析显示，主要矿物组合包括石英、斜长石、正长石和黑云母

分析方法和结果

本研究分析了8块查禾花岗岩样本（CH-1、CH-4、CH-7、CH-8、CH-10、CH-16、CH-18和CH-22）的全岩主元素、微量元素和Sr-Nd同位素组成。其中4个样本（CH-1、CH-7、CH-10和CH-16）进行了原位锆石U-Pb定年及微量元素分析。此外，这4个样本以及3个泉内花岗岩样本（YNlc2-j2、YNlc2-j3和YNlc4-j1）和1个蒙海花岗岩样本（YNmh1-j1）还进行了锆石Hf-O同位素分析

查禾花岗岩的成因

林场岩基是由二叠纪至中晚三叠纪的花岗岩组成的复合岩体（Yu等人，2003；Hennig等人，2009；Wang等人，2014；Wang等人，2015）。先前的研究报告指出，三叠纪花岗岩的锆石U-Pb年龄为2.35亿至2.03亿年（Peng等人，2006；Fan等人，2009；Nie等人，2012；Kong等人，2012；Dong等人，2013；Peng等人，2013；Wang等人，2014；Wang等人，2015；Cong等人，2020；Cong等人，2021

结论

• (1)
  查禾花岗岩属于A型花岗岩，主要由花岗闪长岩组成。LA-ICP-MS锆石U–Pb定年结果表明其结晶时间为晚三叠纪，年龄范围为2.222至2.153亿年。查禾、泉内和蒙海花岗岩的同位素组成表明，它们来源于兰场群变质火山岩和变质沉积岩的部分熔融。
• 林场岩基中查禾、泉内和蒙海花岗岩的ΣREE含量存在显著差异

未引用参考文献

Ballouard等人，2016；Shaw，1968；Xiao，2019；Zeng，2020。

CRediT作者贡献声明

宋晓：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿撰写，数据管理，概念构思。刘妍：撰写 – 审稿与编辑，项目管理，方法论设计，资金申请。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了以下项目的资助：国家自然科学基金联合资金项目（U2544220）、深部地球探测与矿产资源勘查-国家重点科技创新项目（2024ZD1001001）、包头稀土研究院项目（2025Z2629）、中国地质科学院基础研究基金（JKYDM2025114）以及国家自然科学基金（42572092）。