摘要
稀土元素是我国战略性关键矿产资源，其赋存状态与成矿机制研究具有重要的科学意义。贵州富稀土海相磷块岩是近年来发现的一种新的稀土矿床类型，具有高稀土品位及其环保上的优势，可为未来解决全球稀土危机的新途径。本文以贵州海相磷块岩型稀土矿床为研究对象，结合野外考察和室内岩相学观察，进行稀土元素赋存状态、矿床地球化学特征、成矿物质来源、成矿机制等研究，并开展磷灰石在水盐体系中溶解度实验以及磷灰石-含REE水热流体反应实验进行验证，获得主要认识如下: 1)野外地质考察和室内岩相学特征表明，样品采自下寒武统戈仲伍组的磷块岩型稀土矿矿体下部，主要为白云质磷块岩和含磷白云岩互层，上部为硅质磷块岩，矿石矿物为碳氟磷灰石，脉石矿物主要为白云石和石英胶结物。EPMA稀土元素面扫描分析，表明REY在磷灰石中的赋存状态主要是以类质同像替代Ca的位置分布，不是以独立矿物的形式存在。磷灰石中REY配分模式表明研究区REY主要呈LREE、MREE富集和HREE亏损的帽型特征。 2)磷灰石的溶解实验和磷灰石-REY热水流体反应实验结果表明，温度和一定范围内盐度的升高均有利于成矿元素的迁移和富集，且高浓度REY热液会显著影响REY在磷灰石中的扩散，从边缘到核心REY呈递减趋势，符合元素在矿物中的扩散迁移，计算的La元素扩散系数为4.35±1.54×10-15m2/s，Y扩散系数为2.7±0.61×10-15m2/s。 3)织金磷灰石REY配分模式明显不同于海底洋中脊热液的REY配分模式，虽然织金磷块岩中胶结物所捕获的流体包裹体显微测温结果揭示了磷块岩成岩的热液信息，但这些热液不是REY的主要贡献者。 4)铁锰氢氧化物吸附的轻稀土(LREE)和中稀土(MREE)，在还原条件下被溶解释放，导致局部海水中稀土浓度急剧增大，其后随着上升洋流到达浅部环境，形成了具有独特的REY配分模式的磷块岩。基于矿物/海水间的REY分配系数与离子半径存在简单的抛物线关系，在一定程度上说明磷灰石中的REY来源单一，结合PAAS和海水标准化磷灰石REY配分模式特征，指示磷灰石中REY主要是来源于海水。 通过主微量元素地球化学特征研究，结合实验结果，建立一个成矿模式，即铁锰氢氧化物吸附表层氧化水体中LREE和MREE，沉降于海底。在Rodinia超大陆的裂解过程中，火山活动强烈，还原性热液溢出海底，加速了LREE和MRREE的还原释放，并且加热了深海海水，产生了上升洋流，这些洋流携带大量的成矿物质经由“陆缘坻”这种特殊的构造单元，到达浅部水体，由于氧化还原环境的转变，P、REY与Ca等成矿物质同时沉淀结晶成磷灰石。
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