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地质学报 2025年第4期99卷 1289-1311页

作者：毛志奇于津海蔡元峰孙涛夏浪苟树林南京大学地球科学与工程学院南京大学关键地球物质循环与成矿全国重点实验室

华南板块东南部的华夏地块和江南造山带是我国前寒武纪基底和显生宙铌钽等稀有金属矿床重点分布地区。显生宙铌钽等稀有金属成矿作用是否与前寒武纪基底成分有关，以及基底变质岩中铌钽等稀有金属的赋存状态如何影响部分熔融产生的岩浆... 详细信息

华南板块东南部的华夏地块和江南造山带是我国前寒武纪基底和显生宙铌钽等稀有金属矿床重点分布地区。显生宙铌钽等稀有金属成矿作用是否与前寒武纪基底成分有关，以及基底变质岩中铌钽等稀有金属的赋存状态如何影响部分熔融产生的岩浆中铌钽含量和比值是重要的基础科学问题。本文详细分析了华夏地块和江南造山带各种基底变质岩中变质矿物的Nb-Ta含量。结合全岩地球化学、矿物成分、矿物含量、变质温度和部分熔融模拟，本研究揭示了各种变质矿物的Nb-Ta含量和变化的规律，讨论了不同条件下不同矿物熔融对熔体Nb-Ta富集的影响。分析结果显示，黑云母是华南变质岩中最富集Nb-Ta的造岩矿物，Nb和Ta平均含量分别为64.1×10-6和4.93×10-6,对Nb和Ta的相容性相似。白云母的Nb-Ta富集能力略弱，在固相线下更相容Nb,平均Nb/Ta比值为16.9,是潜在的高Nb/Ta储库。辉石、角闪石、石榴子石和长石等造岩矿物的Nb-Ta含量很低，不会对体系Nb-Ta富集和分异产生明显的影响。固相线下黑云母和白云母的Nb-Ta含量、Nb/Ta比值以及与全岩的分配系数主要受控于寄主岩成分、矿物组合、矿物晶体化学成分以及变质温度。云母中的Nb-Ta含量和与全岩的分配系数与变质温度呈良好的线性正相关，与矿物含量呈反相关，体现了矿物含量效应。当云母发生部分熔融后，其化学成分和分配系数发生变化，Nb-Ta含量快速下降，不再受控于固相线下的影响因素，这种转变被称之为“熔融效应”。根据对南岭地区一个二云母片岩的部分熔融模拟，可以得出熔体的Nb-Ta富集和分异程度主要取决于原岩Nb-Ta含量、熔融矿物组合、氧逸度以及熔融程度。高的氧逸度和压力能有效促进Nb-Ta在熔体中的富集。模拟结果显示在0.6 GPa和FMQ+2条件下，熔体的Nb和Ta含量最高分别达45.1×10-6和3.44×10-6,相比于原岩富集了2.65倍。分离结晶模拟指出正常的分离结晶对熔体的Nb-Ta富集作用非常有限，极端的分异，达到富流体阶段，才能导致Nb-Ta在熔流体中明显的富集。

关键词：华南板块基底变质岩变质矿物铌钽含量部分熔融和分离结晶模拟

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华南基底变质岩的铌钽丰度和赋存状态及对铌钽富集和分异的指示

华南基底变质岩的铌钽丰度和赋存状态及对铌钽富集和分异的指示

引用

作者：毛志奇南京大学

学位级别：硕士

华南板块东南部的华夏地块和江南造山带是我国前寒武纪基底和显生宙铌钽等稀有金属矿床重点分布地区。华南前寒武纪基底岩石在早古生代和早中生代造山作用影响下,发生了广泛的区域变质作用,形成各类区域变质岩,它们很可能是晚中生代以... 详细信息

华南板块东南部的华夏地块和江南造山带是我国前寒武纪基底和显生宙铌钽等稀有金属矿床重点分布地区。华南前寒武纪基底岩石在早古生代和早中生代造山作用影响下,发生了广泛的区域变质作用,形成各类区域变质岩,它们很可能是晚中生代以来成岩成矿的源岩。显生宙铌钽等稀有金属成矿作用是否与前寒武纪基底成分有关,以及基底变质岩中铌钽等稀有金属的含量和赋存状态如何影响部分熔融产生的岩浆中铌钽含量和比值是重要的基础科学问题。本文聚焦华夏地块和江南造山带的基底变质岩,详细分析了各种变质岩和变质矿物的铌钽含量。结合全岩地球化学、矿物成分、矿物含量、变质温度、Hf-Nd同位素示踪、部分熔融和分离结晶模拟,本研究揭示了基底变质岩铌钽的富集机制和分异规律,以及各种变质矿物的铌钽含量和变化的规律,讨论了不同条件下不同矿物熔融-结晶对熔体铌钽富集和分异的影响,提出铌钽富集成矿的最有利条件。华南板块不同地区基底变质岩的铌钽丰度和铌钽比值有显著差异,各地区变质岩的铌钽平均丰度和铌钽比值都高于上地壳平均成分,指示华南基底变质岩的原岩具有较强的地壳分异和成熟的物质来源。华南基底主要由副变质岩组成,它们的铌钽含量与岩石中的TiO2含量具有很好的正相关,说明Nb-Ta富集主要与含Ti矿物（如富Ti的副矿物）的富集相关。此外,副变质岩中的Nb-Ta含量还与CIA指数呈正相关,说明沉积岩中的黏土矿物有利于Nb-Ta的富集。铌钽具有强不相容性,易于富集在熔体和演化晚期的岩浆中,故正变质岩的铌钽丰度和铌钽比值明显地受岩性和岩浆演化强度控制。黑云母是基底变质岩中最富集铌钽的造岩矿物,铌钽平均含量为64.1 ppm和4.93 ppm,对铌和钽的相容性相似。白云母的铌钽富集能力略弱,在固相线下更相容铌,平均铌钽比值为16.9,是潜在的高铌钽比值储库。辉石、角闪石、石榴子石和长石等造岩矿物的铌钽含量很低,不会对体系铌钽富集和分异产生明显的影响。榍石、金红石、钛铁矿等含钛副矿物具有极高的铌钽含量和相对较低的铌钽比值,它们在源区的稳定存在将导致部分熔融产生的熔体中铌钽的亏损和铌钽比值的升高。固相线下黑云母和白云母的铌钽含量、铌钽比值以及与全岩的分配系数主要受控于矿物晶体化学、寄主岩的成分、矿物组合、以及变质温度。云母中的铌钽含量和与全岩的分配系数与变质温度呈良好的正相关,与云母的含量呈反相关,体现了矿物含量效应（modal abundance effect）。当云母发生部分熔融后,其化学成分和分配系数发生变化,铌钽含量快速下降,不受控于固相线下的影响因素,而与部分熔融程度（熔体抽取量）有关,这种效应称之为“熔融效应”（melting effect）。华南基底变质岩和显生宙铌钽成矿花岗岩具有相似的Hf-Nd同位素特征,表明二者存在源-汇关系。在此基础上对南岭地区一个二云母片岩进行部分熔融模拟,得出熔体铌钽富集和分异程度主要取决于原岩铌钽含量、熔融矿物组合、氧逸度以及熔融程度。高的氧逸度和熔融程度能有效促进铌钽在熔体中的富集。模拟结果显示在0.6 GPa和FMQ+2条件下,熔体的铌钽含量最高达45.1 ppm和3.44 ppm,相比于原岩富集了2.65～3.00倍。分离结晶模拟指出正常的分离结晶对熔体铌钽富集作用非常有限,需要极端的分异演化达到富流体阶段,才能导致铌钽在熔流体中明显的富集,并最终形成花岗伟晶岩型铌钽矿床。

关键词：华南板块基底变质岩变质矿物铌钽含量铌钽富集和分异部分熔融和分离结晶模拟

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