磷灰石示踪熔体-流体演化及稀土元素富集过程:以南秦岭紫阳地区碱性岩为例摘要
南秦岭紫阳地区发育一系列早古生代碱性岩,包括辉长岩类(辉石岩、玄武岩、辉长岩和辉绿岩)、闪长岩类(辉石闪长岩和角闪二长岩),以及正长岩类(黑云母正长岩和粗面岩)。前人研究认为这些岩石源自同一富集地幔源区,并形成于同一岩浆演化序列。本文通过对这套杂岩中岩浆成因和交代成因的两类磷灰石进行系统研究,揭示了它们在结构、主微量元素(特别是稀土元素)和Rb-Sr同位素组成方面的变化规律,进一步探讨了熔体-流体演化过程中REE的富集机制,为理解碱性岩型REE矿床的形成机制提供了重要的理论依据。研究发现,岩浆磷灰石的REE含量从辉长岩类(平均2823×10–6)到闪长岩类(5417×10–6)再到正长岩类(37103×10–6)逐渐增加。与此同时,大离子亲石元素(如Sr、Ba)和相容元素(如V、Sc)的含量呈现下降趋势。这一现象反映了熔体演化过程中辉石、角闪石和长石等造岩矿物的分离结晶作用,导致残余熔体中REE逐渐富集。这与全岩成分中REE含量从镁铁质向长英质逐渐增加的规律一致,表明磷灰石中的REE含量变化主要受控于熔体成分。通过计算磷灰石与熔体之间的REE分配系数,我们发现随着熔体聚合度的降低,REE在磷灰石与熔体中的分配系数呈指数升高,进一步解释了磷灰石中的REE含量会在熔体演化末期显著提升的现象。此外,利用磷灰石F含量反算推熔体F含量,结果显示熔体F含量从辉长岩类(平均25026×10–6)到闪长岩类(25685×10–6),再到正长岩类(27983×10–6)逐渐增加,与REE含量的变化趋势一致,表明熔体F含量的增加可以进一步促进REE的溶解和富集。交代磷灰石主要发育于长英质岩中,通常沿着岩浆磷灰石的边部或裂隙发生交代,并伴生次生独居石。交代磷灰石的REE含量(平均10482×10–6)显著低于岩浆磷灰石,但更富Sr、F、Cl、Ca,表明富Sr、F、Cl和Ca的热液流体活化了磷灰石中的REE,并将其迁出且在附近沉淀形成了次生独居石。各类岩石中岩浆磷灰石具有一致的87Sr/86Sr比值(0.7033~0.7046),表明它们源自同一岩浆源区;而交代磷灰石则表现出更高的87Sr/86Sr比值(0.7090~0.7107),表明交代热液并非来自同一岩浆源区,可能为自三叠纪区域变质流体。因此,研究区碱性岩的REE富集机制可归因于两个主要过程:(1)熔体结晶分异导致REE在残余熔体中逐渐富集;(2)后期外来流体交代作用导致REE活化并进一步迁移富集沉淀。
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