尹淑蘋，謝玉玲，梁亞運

（1中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所，北京100037；2北京科技大學土木與資源工程學院，北京100083）

稀土元素（rare earth elements，REE）以其優(yōu)良的光、電、磁等物理特性，在尖端科學和高新技術(shù)等新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域占據(jù)著不可替代的優(yōu)勢和地位。2011年，財政部辦公廳、國土資源部辦公廳發(fā)布通知將稀土列入“三稀資源（稀有、稀土、稀散）”重點支持。稀土是中國重要的戰(zhàn)略性礦產(chǎn)，也是世界各國競相爭取的緊缺戰(zhàn)略資源（翟明國等，2019；王登紅，2019；范宏瑞等，2020）。一直以來，中國稀土資源的儲量和產(chǎn)量在全球位居首位，國際上對稀土未來供應的擔憂日益加?。═ucker et al.,2011；Weng et al.,2013，2015），并加大了對稀土資源勘查和開發(fā)的力度。據(jù)最新數(shù)據(jù)顯示，中國已探明稀土資源儲量約為4400萬噸，已從20世紀70年代的占世界總量的74%下滑至37%，對中國稀土資源優(yōu)勢地位提出了嚴峻挑戰(zhàn)。加強稀土成礦理論研究對于指導找礦并保持中國稀土大國的優(yōu)勢地位具有重要的現(xiàn)實和戰(zhàn)略意義，稀土元素的超常富集機制一直是稀土礦床研究領(lǐng)域面臨的重大科學問題。

碳酸巖型稀土礦床是世界稀土的主要來源（Verplanck et al.,2011；2016），其資源量占全球稀土資源總量的51.4%（Weng et al.,2015），中國98%的稀土資源來自于碳酸巖型稀土礦（Xie et al.,2016）。從空間分布上看，目前中國已發(fā)現(xiàn)的碳酸巖型稀土礦床多沿古老的克拉通邊緣分布，構(gòu)成4條時代各異的稀土成礦帶（Xie et al.,2019；圖1），包括：①中元古代狼山-白云鄂博稀土成礦帶，空間上位于華北克拉通北緣，世界最大的內(nèi)蒙古白云鄂博鐵、鈮、稀土礦床分布于此，礦區(qū)東部發(fā)現(xiàn)有東介勒格勒、菠蘿頭山等礦化體；②早中生代東秦嶺-大別稀土成礦帶，位于華北克拉通南緣，主要有湖北廟埡大型稀土礦床和一些小型礦床（點），如黃龍鋪、黃水庵等；③晚中生代山東萊蕪-淄博-微山稀土成礦帶，位于華北克拉通東緣，包括山東郗山中型稀土礦以及龍寶山、八陡山等中小型礦床；④新生代四川冕寧-德昌稀土成礦帶，位于揚子克拉通西緣，印度-亞洲碰撞帶的東側(cè)，主要包括四川牦牛坪超大型、大陸槽、木落寨等大型礦床（點）等。另外，在塔里木克拉通北緣和南緣也分布著一些小的稀土礦床，如新疆瓦吉爾塔格等（李鳳鳴等，2015；謝玉玲等，2020）。本文在對稀土碳酸巖的起源、巖漿演化過程及在此過程中REE的富集與分異行為進行詳細的文獻調(diào)研和評述的基礎(chǔ)上，基于筆者在冕寧牦牛坪稀土礦床前期的研究工作和最新發(fā)現(xiàn)，認為碳酸巖中普遍存在礦物學分帶，碳酸巖的礦物學分帶是巖漿演化過程的最佳記錄，是不同成分礦物結(jié)晶分異作用的體現(xiàn)，同時，對冕寧牦牛坪稀土礦床碳酸巖的礦物學分帶及其中的熔體、熔流體和流體包裹體特征進行了初步描述與探討，以期拋磚引玉，為研究碳酸巖的巖漿演化、巖漿-流體轉(zhuǎn)化過程及稀土元素的富集與分異機理提供新的思路，使研究者對稀土碳酸巖的礦物學分帶及其對稀土元素富集與分異的研究引起更多的關(guān)注和重視。

圖1 中國碳酸巖型稀土礦床的分布位置圖（據(jù)謝玉玲等，2020；范宏瑞等，2020修編）Fig.1 Location of carbonatite-related REE deposits in China(modified after Xie Yuling et al.,2020;Fan Hongrui et al.,2020)

1 稀土碳酸巖的巖漿起源

碳酸巖是一種相對罕見的火成巖，是典型的幔源巖漿巖，多形成于板內(nèi)裂谷環(huán)境，在大洋或造山帶環(huán)境中也有發(fā)育（Woolley et al.,2008）。碳酸巖是所有火成巖中REE含量最高的巖石，有的碳酸巖本身就構(gòu)成了具有重要戰(zhàn)略意義的稀土元素礦體（范宏瑞等，2001）。但并不是所有的碳酸巖都能形成稀土礦床，截至2008年，世界上已發(fā)現(xiàn)的527處碳酸巖中僅有約20%發(fā)育具有經(jīng)濟意義的稀土礦化（Woolley et al.,2008），且主要以輕稀土元素為主。目前對造成碳酸巖REE富集的原因仍存在不同認識。前人對成礦碳酸巖的巖漿起源、演化過程以及稀土元素成礦機理等進行了大量的工作（Meen,1987；Green et al.,1988；Jackson,2007；Xie et al.,2009；Hou et al.,2009；2015；Xu et al.,2011；2014；Litasov et al.,2013；），取得了一系列的重要進展，但對于成礦碳酸巖巖漿的形成機制、演化過程特別是REE的富集分異機制依然存在較多爭議（Bell et al.,1982；2010；Walter et al.,1988；Harmer et al.,1998；Chmyz et al.,2019；Slezak et al.,2020）。

目前，關(guān)于碳酸巖巖漿起源的主流觀點有3種：①直接來源于富CO2巖石圈或軟流圈地幔橄欖巖的低程度部分熔融（Dawson,1964；Gittins,1988；Harm‐er et al.,1998；Woolley et al.,2008）；②富CO2的堿性硅酸鹽巖漿的不混溶作用（Van Groos et al.,1963；Rankin et al.,1974；Hamilton et al.,1979；Wendlandt et al.,1979；Freestone et al.,1980；Kjarsgaard et al.,1989；Baker et al.,1990；Hou et al.,2006）；③富CO2的硅酸鹽巖漿強烈的結(jié)晶分異作用（Twyman et al.,1987；Lee et al.,1994；Doroshkevich et al.,2017）。已有數(shù)據(jù)表明，原始地幔中REE含量很低，且輕重稀土元素沒有明顯的分異（Sun et al.,1989；圖2a）。由地幔部分熔融形成的碳酸巖巖漿或富CO2的硅酸鹽巖漿本身的REE含量可達到原始地幔的10～100倍（Foley et al.,2009;Jones et al.,2013），輕重稀土元素分異不明顯（圖2b），而成礦碳酸巖中REE平均含量高達3000×10-6～10000×10-6，是原始地幔的500～1000倍，其輕稀土元素（LREE）含量可達原始地幔的數(shù)千至數(shù)萬倍（Verplanck et al.,2016；圖2d），且輕重稀土元素強烈分異，其La/Lu值高達200～2000（Woolley，1989）。Hou等（2015）通過對全球成礦碳酸巖和無礦碳酸巖的對比研究，認為成礦碳酸巖與無礦碳酸巖在空間分布、地球化學特征，尤其是在同位素特征上存在顯著不同，暗示其巖漿起源和地球動力學背景存在差異，并提出成礦碳酸巖巖漿可能來源于交代富集的巖石圈地幔源區(qū)。俯沖板片交代或大洋沉積物再循環(huán)可能是造成源區(qū)REE富集的原因（Hou et al.,2015）。深海鐵錳結(jié)殼或大洋沉積物中REE含量很高，最高可達2000×10-6以上，其La/Lu值在70左右（Kato et al.,2011；Hein et al.,2014），且大洋沉積物中不僅富集LREE，其重稀土元素（HREE）含量也很高（Kato et al.,2011），輕重稀土元素沒有發(fā)生強烈分異（圖2c）。因此，部分熔融很難解釋成礦碳酸巖強烈富集LREE的特征，碳酸巖巖漿演化過程對REE的富集與分異可能具有重要的控制作用。

圖2 原始地幔（a）、地幔部分熔融（b）、深海鐵錳結(jié)殼（c）及典型碳酸巖型輕稀土礦床（d）的稀土元素配分模式對比圖（標準化數(shù)據(jù)據(jù)Sun et al.，1989）Fig.2 Chondricte-normalized REE distribution patterns of primitive mantle(a),partial melting of mantle(b),deep-ocean ferromanganese crusts(c)and typical carbonatite-related REE deposits(d)(normalized data are from Sun et al.,1989)

2 碳酸巖巖漿演化過程中的REE富集與分異

初始碳酸巖巖漿中的REE富集成礦需要經(jīng)歷長期的巖漿演化過程（范宏瑞等，2020），在此過程中的不混溶作用和結(jié)晶分異作用對REE的富集與分異有重要影響，但不同學者對此存在不同的認識。

2.1 不混溶作用及對REE富集與分異的影響

不混溶作用包括熔體-熔體之間、熔體-流體之間和流體-流體之間不混溶。大多數(shù)的內(nèi)生輕稀土礦床都與碳酸巖和（或）堿性雜巖體相關(guān)（宋文磊等，2013），有學者認為巖漿演化過程中碳酸鹽熔體與堿性硅酸鹽熔體的不混溶是造成碳酸巖中REE富集的一個可能的機制（Le Bas,1987；Harmer et al.,1998；Harmer,1999；Hou et al.,2006；Guzmics et al.,2015；Feng et al.,2020），但也有學者提出相反的觀點，認為碳酸鹽熔體與堿性硅酸鹽熔體的不混溶過程中REE更傾向于在硅酸鹽熔體中富集（Veksler et al.,1998；2012）。Wendlandt等（1979）對鉀透長石-碳酸鹽體系進行了高溫熔融模擬實驗，提出不混溶過程中REE趨向于進入碳酸鹽熔體，且HREE較LREE更傾向于進入碳酸鹽熔體相，即碳酸鹽熔體與堿性硅酸鹽熔體的不混溶作用可以造成碳酸巖中REE的富集，但不能造成其強烈的富集LREE。Hamilton等（1989）的高溫高壓配分實驗結(jié)果顯示LREE更容易賦存在碳酸鹽熔體中，碳酸鹽熔體中的HREE含量低于硅酸鹽熔體，這與碳酸巖中LREE富集的特征吻合。Veksler等（1998；2012）進行了多種不同成分的硅酸鹽熔體與碳酸鹽熔體模擬實驗，顯示各稀土元素在碳酸鹽熔體和硅酸鹽熔體中的分配系數(shù)DC/Si均小于1，即在液態(tài)不混溶過程中REE優(yōu)先進入硅酸鹽熔體（圖3），導致初始的碳酸巖巖漿相對貧REE，從而很難形成具有經(jīng)濟價值的稀土礦。另外，Martin等（2012）通過碳酸鹽-鉀鎂石熔體的實驗巖石學研究，發(fā)現(xiàn)不混溶過程中Nb、Zr強烈分配到硅酸鹽熔體中，而REE的分配行為隨熔體成分的不同而變化，大多數(shù)情況下，HREE更趨向于進入硅酸鹽熔體相，但并不會造成輕重稀土元素的強烈分異，天然樣品中稀土元素在碳酸鹽熔體和硅酸鹽熔體中的分配系數(shù)差別也比較大（圖3），但無論是實驗樣品還是天然樣品，輕重稀土元素配分系數(shù)曲線均顯示出右傾的趨勢，表明輕稀土元素更趨向于富集在碳酸鹽熔體中，重稀土元素則更趨向于富集在硅酸鹽熔體中；Martin等（2013）進一步的實驗證明，若體系中含有較多的H2O，會導致REE更強烈地分配到碳酸鹽熔體相，從堿性火山巖體系中進化出的富H2O的碳酸巖更容易形成稀土礦。上述研究成果表明，堿性硅酸鹽-碳酸鹽熔體的不混溶作用對REE富集和輕重稀土元素分異的作用仍不明確，可能受熔體體系、熔體中水的含量等多種因素控制。

圖3 碳酸鹽-硅酸鹽熔體液態(tài)不混溶體系中稀土元素的分配系數(shù)圖Fig.3 REE partition coefficients in the carbonate-silicate liquids immiscible system

除堿性硅酸鹽巖外，碳酸巖還常與時代相近的鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖密切共生，因此，碳酸巖巖漿演化過程中可能存在碳酸巖、堿性硅酸鹽巖和超鎂鐵質(zhì)巖等的多相不混溶（Amundsen,1987）。來自中國南海海底火山噴發(fā)形成的碎屑巖中發(fā)現(xiàn)了相當于碳酸巖、鎂鐵質(zhì)巖、堿性硅酸鹽巖和磷鎂巖成分的球粒，也證實了多相不混溶的存在（Zhang et al.,2017）。相對于碳酸巖來說，鎂鐵質(zhì)巖、超鎂鐵質(zhì)巖相對貧REE，并具有相對較低的輕重稀土元素比值（謝玉玲等，2020及其中文獻）。碳酸巖與鎂鐵質(zhì)巖、超基性巖可能具有成因聯(lián)系，鎂鐵質(zhì)、超鎂鐵質(zhì)巖漿與碳酸巖巖漿的不混溶作用可能導致碳酸巖巖漿中富集REE，特別是LREE。

2.2 結(jié)晶分異作用及對REE富集與分異的影響

碳酸巖巖漿演化過程中的基性礦物、碳酸鹽礦物的結(jié)晶分異可能是造成晚期碳酸巖巖漿中REE富集的重要原因。Ionov等（2002）通過對南非Spitskop碳酸巖的研究認為，結(jié)晶分異對REE的富集和沉淀起著重要的作用，在巖漿漫長而復雜的結(jié)晶分異過程中，硅酸鹽礦物最先從巖漿體系中結(jié)晶出來，并導致REE在殘余的碳酸鹽熔體中富集，然后碳酸鹽礦物繼續(xù)結(jié)晶分異，造成REE在殘余熔體中進一步富集，直至沉淀成礦。

實驗巖石學結(jié)果表明，REE在碳酸鹽礦物和碳酸鹽熔體間的分配系數(shù)明顯＜1，且在碳酸鹽礦物中，LREE相對于HREE更加難相容（Chebotarev et al.,2019）。Xu等（2008；2010a；2010b）通過對冕西大陸槽、牦牛坪以及湖北廟埡稀土碳酸巖的研究，提出碳酸巖巖漿演化過程中方解石等碳酸鹽礦物的結(jié)晶分異造成了殘余熔體或流體中的LREE富集；Dorosh‐kevich等（2017）對俄羅斯Belaya Zima碳酸巖雜巖體的研究表明，碳酸巖巖漿演化從早期到晚期，形成的鈣質(zhì)碳酸巖→鎂質(zhì)碳酸巖→鐵質(zhì)碳酸巖中，碳酸鹽單礦物REE含量逐漸升高，La/Yb值呈下降趨勢，而全巖REE含量逐漸升高，La/Yb值也明顯升高，表明巖漿演化過程中REE主要在晚期碳酸巖巖漿熔體中富集；Yang等（2019）對白云鄂博碳酸巖的研究也發(fā)現(xiàn)，從早期到晚期發(fā)育鐵質(zhì)碳酸巖→鎂質(zhì)碳酸巖→鈣質(zhì)碳酸巖，雖與前者的碳酸鹽結(jié)晶礦物序列相反，但從早期碳酸巖到晚期碳酸巖，其REE（特別是LREE）含量也逐漸升高。另外，巖漿演化過程中基性礦物（如黑云母）的結(jié)晶分異也可以造成殘余碳酸巖巖漿熔體中REE的進一步富集和輕重稀土元素的分異。謝玉玲等（2019）對白云鄂博H9巖石單元的最新研究表明，其中的黑云母巖、富黑云母碳酸巖應是賦礦碳酸巖的一部分，黑云母巖代表了巖漿早期的結(jié)晶產(chǎn)物，相對于賦礦碳酸巖和方解石碳酸巖，黑云母巖具有明顯低的REE總量和輕重稀土元素比值（張宗清等，2003）；湖北廟埡稀土碳酸巖也存在早期為黑云母碳酸巖、晚期為鐵白云石碳酸巖的演化規(guī)律，黑云母作為碳酸巖巖漿早期結(jié)晶產(chǎn)物分布于碳酸巖體邊部，從早期黑云母碳酸巖到晚期鐵白云石碳酸巖，其中的REE含量明顯升高（劉源駿等，1985）。

在復雜的自然體系下，不混溶作用與結(jié)晶分異作用可能并不是彼此分別單獨存在，二者可以相互貫穿和共存于整個巖漿演化過程（Panina et al.，2008）。除不混溶作用外，結(jié)晶分異可能對REE的進一步富集和分異起到了關(guān)鍵作用，但目前國內(nèi)外對碳酸巖巖漿演化過程中礦物的結(jié)晶分異，特別是硅酸鹽礦物的結(jié)晶分異以及在此過程中REE的富集與分異行為的研究相對薄弱。

3 碳酸巖流體過程中的REE富集與分異

稀土礦化可以發(fā)生在碳酸巖巖漿階段，如美國芒廷帕斯（Mariano，1989）、中國廟埡（吳敏等，2011），但大多數(shù)稀土礦化和主要稀土礦物的沉淀則主要發(fā)生在碳酸巖流體階段，如中國的白云鄂博（范宏瑞等，2001）、牦牛坪（袁忠信等，1995）等礦床。巖漿演化各個階段都可以發(fā)生流體相的出溶。

碳酸巖巖漿演化晚期成礦流體發(fā)生了富揮發(fā)分流體相與富水流體相的不混溶作用，流體-流體不混溶可能是造成REE發(fā)生沉淀的主要機制。Wend‐landt等（1979）的模擬實驗顯示，不混溶的硅酸鹽熔體-碳酸鹽熔體可以和CO2流體相共存，REE（特別是HREE）趨向于富集在碳酸鹽熔體相，而LREE則更趨向于富集在CO2流體相。即碳酸巖巖漿的流體出溶（碳酸巖的熔體-流體不混溶作用）可能是造成REE特 別 是LREE富 集 的關(guān)鍵（Wendlandt et al.,1979；Xie et al.,2019）。Liu等（2019）和舒小超等（2019）的研究顯示，在霓長巖化作用中，碳酸巖流體中富Mg、Fe等礦物的結(jié)晶分異對殘余流體中REE的遷移沉淀也有著重要的影響。碳酸巖流體有著不同的體系，包括堿-氯流體、堿-碳酸鹽-水鹽流體、碳質(zhì)-H2O流體或H2O-CO2-NaCl-（F-REE）流體體系等（謝玉玲等，2019）。實驗地球化學和地球化學熱力學研究結(jié)果則表明，在碳酸巖流體中對REE遷移起關(guān)鍵作用的配體主要為硫酸根和氯離子（Cl-），而氟離子（F-）、碳酸根和磷酸根與REE絡合往往會導致稀土元素的快速沉淀，它們對于稀土元素的遷移作用不大（Migdisov et al.,2014；2016）。

綜上，對于成礦碳酸巖的巖漿起源、碳酸巖巖漿演化、巖漿-流體轉(zhuǎn)化過程，以及在此過程中REE的富集與分異機制尚存在較多的疑問。富集的初始地幔來源及巖漿不混溶、結(jié)晶分異、流體出溶過程中REE的進一步富集與輕重稀土元素分異是碳酸巖發(fā)生REE超常富集與大規(guī)模成礦的重要前提與條件。盡管大多數(shù)稀土礦化發(fā)生在熱液流體階段，但初始巖漿以及巖漿演化過程中REE的富集與分異形成的富REE的熔體是造成后期出溶流體富REE并得以進一步沉淀成礦的關(guān)鍵。

4 碳酸巖的礦物學分帶及研究意義

4.1 碳酸巖中普遍存在礦物學分帶

母巖漿形成之后，因上升過程中受圍巖混染、結(jié)晶分異、不混溶等作用的影響，巖漿組分不斷發(fā)生變化，致使侵位形成的巖漿巖常在空間上呈現(xiàn)組分的分帶性。各巖相帶中的礦物共生組合、礦物化學成分特征會隨巖漿演化階段的不同而呈現(xiàn)明顯變化，而礦物中的原生熔體包裹體也會記錄礦物結(jié)晶過程中殘余熔體的物理化學性質(zhì)。巖漿巖的礦物分帶是巖漿演化過程中不同成分礦物結(jié)晶分異作用的體現(xiàn)，是巖漿侵位、冷凝、結(jié)晶過程中巖漿成分變化的重要地質(zhì)證據(jù)。

碳酸巖中普遍存在礦物學分帶，如內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)渾源窯地區(qū)發(fā)育的磷灰石透輝石-碳酸巖脈，從邊緣至中心大體分為透輝巖帶→磷灰石碳酸巖帶→塊狀磷灰石帶（閻國翰等，2007）；山東萊蕪-淄博地區(qū)發(fā)育的碳酸巖，在雪野等地見到黑云母巖向深部漸變?yōu)檩x石巖，向頂部則方解石增多，在西石馬也見到黑云母巖過渡為方解石碳酸巖的現(xiàn)象（白鴿等，1985）；內(nèi)蒙古赤峰地區(qū)的古元古代碳酸巖，從邊緣至中心表現(xiàn)為金云母（片）巖→富含鎂橄欖石和金云母的碳酸巖→方解石或方解石-白云石碳酸巖的分帶（Xie et al.,2019）。可見，碳酸巖中的礦物學分帶是存在的，不同分帶中的礦物共生組合、組成礦物的化學成分變化以及其中的包裹體特征，記錄了巖漿演化和巖漿-流體演化過程中的成分變化，可以有效示蹤巖漿演化過程中結(jié)晶分異對殘余巖漿化學組成變化的影響，碳酸巖的礦物學分帶為揭示成礦碳酸巖巖漿演化過程及REE的富集與分異機理提供了新的思路和可行性。

4.2 牦牛坪稀土礦床碳酸巖的礦物學分帶及研究意義

冕寧-德昌稀土成礦帶是目前中國發(fā)現(xiàn)的最年輕的碳酸巖型稀土礦帶，牦牛坪是該成礦帶中規(guī)模最大的稀土礦床，其資源量僅次于內(nèi)蒙古白云鄂博，是中國第二大稀土礦床，也是世界級的超大型稀土礦床之一。牦牛坪稀土礦床因其巨大的資源意義、獨特的成礦構(gòu)造背景，已成為研究碰撞造山條件下碳酸巖及稀土成礦作用的典型代表（Hou et al.,2009；Xie et al.,2009）。前人對牦牛坪礦床的地質(zhì)特征（袁忠信等，1995；陽正熙等，2000；2001）、成礦碳酸巖巖漿起源（牛賀才等，1996；田世洪等，2006；Hou et al.,2015）、成巖成礦年代學（田世洪等，2008；Liu et al.,2015）、礦床成因與稀土成礦作用（蒲廣平，2001；王登紅等，2002；許成等，2002；2004；劉叢強等，2004；謝玉玲等，2005；侯增謙等，2008）等方面做了大量的研究，取得了一系列的重要進展。已有研究表明，牦牛坪成礦碳酸巖起源于受大洋板片流體交代和地殼物質(zhì)深俯沖及循環(huán)而形成的富集地幔的低程度部分熔融（Hou et al.,2015），巖漿演化經(jīng)歷了碳酸巖-堿性正長巖的巖漿不混溶（許成等，2002；Hou et al.,2006），大規(guī)模的稀土礦化發(fā)生在晚期碳酸巖流體階段，熔體-流體不混溶是碳酸巖流體的出溶機制（Xie et al.,2009），與成礦有關(guān)的流體以高溫、高壓、超高鹽度、富和高密度CO2為特征，為具有高溶解能力和高滲透性的超臨界流體（謝玉玲等，2006a），流體演化過程中硫酸鹽熔體與水流體的不混溶、富CO2流體與水流體的不混溶（Xie et al.,2009；2016）或大氣降水的加入（Liu et al.,2019）是造成REE沉淀的主要機制。研究顯示，碳酸鹽熔體-堿性硅酸鹽熔體不混溶造成了REE在碳酸巖中富集（許成等，2002；Hou et al.,2006），但與碳酸巖同期的正長巖中REE含量也很高，且具有更強烈的輕重稀土元素分異特征（Hou et al.,2006），因此，碳酸鹽-堿性硅酸鹽熔體不混溶不是碳酸巖中輕重稀土元素強烈分異的主要原因，造成碳酸巖巖漿演化晚期和碳酸巖流體中強烈LREE富集的原因目前仍不清楚。

筆者最新的研究和最近的鉆孔資料表明，冕寧牦牛坪稀土礦床無論是垂向上還是側(cè)向上均發(fā)育明顯的礦物學分帶。深部-900 m鉆孔揭露的碳酸巖較淺部碳酸巖明顯富含黑云母（圖4a），這與廟埡（李石，1980）、白云鄂博（謝玉玲等，2019）礦床早期碳酸巖富含黑云母的特征相吻合。另外，礦區(qū)地表和露天采坑中揭露出大量的霓輝石脈（圖4b）、霓輝石-碳酸鹽脈或霓輝石-碳酸鹽-螢石+重晶石+石英+稀土礦脈，這些脈體具有明顯的礦物學分帶，從外向內(nèi)分別為霓輝石帶→碳酸鹽帶→螢石+重晶石+石英+稀土礦物帶（圖4c、d）。這些脈體過去一直被認為是熱液成因，前人（謝玉玲等，2006a；2006b）對其中的螢石、重晶石、石英中的熔-流體、流體包裹體進行了大量的工作，確認了其中的螢石形成于熔-流體轉(zhuǎn)化階段，而石英、重晶石、稀土礦物中主要發(fā)育流體包裹體（圖5c、d），形成于流體階段。筆者最新的包裹體巖相學結(jié)果表明，這些脈體外帶的霓輝石和方解石中的包裹體為熔體包裹體（圖5a），這些熔體包裹體在室溫下呈單一的熔體玻璃相或呈子礦物相+玻璃相，有些含有小氣泡，前期研究結(jié)果顯示熔體中富含H2O和CO2，均一溫度大于790℃（謝玉玲等，2006b）。因此，無論是霓輝石脈還是霓輝石-碳酸鹽脈均應是巖漿成因，脈體的礦物學分帶記錄了巖漿和巖漿-流體演化的全過程。霓輝石和方解石中的熔體包裹體記錄了巖漿演化過程中的物理化學性質(zhì)變化。通過碳酸巖中早期結(jié)晶礦物（如黑云母）、碳酸巖脈不同礦物學分帶中主要組成礦物（如霓輝石、方解石）及其中的原生熔體包裹體成分的微區(qū)、微量元素分析，可以示蹤碳酸巖巖漿演化過程中巖漿組成的變化，為研究碳酸巖巖漿演化過程中REE的富集與分異提供了可能。

圖4 牦牛坪稀土礦床碳酸巖的礦物學分帶特征a.-900 m深部鉆孔中的碳酸巖，含有較多黑云母；b.淺部碳酸巖的礦物學分帶現(xiàn)象，石英等淺色礦物增加，發(fā)育較多黑色霓輝石脈；c，d.明顯的礦物學分帶，從外向內(nèi)分別為霓輝石帶→碳酸鹽帶→螢石+重晶石+石英+稀土礦物帶Agt—霓輝石；Cal—方解石；Fl—螢石；Brt—重晶石；Qtz—石英；Bas—氟碳鈰礦（礦物縮寫符號據(jù)沈其韓，2009）Fig.4 Photographs of mineral zonation of carbonatite in the Maoniuping REE deposit a.Carbonatite in deep bore hole(-900 m depth),containing biotite;b.The mineral zonation in carbonatite at shallow depth,containing more light colour minerals such as quartz,more black aegirine veins;c,d.Obvious mineral zonation:aegirine→carbonate→fluorite+barite+quartz+bastnaesite mineral from outside to inside Agt—Aegirine;Cal—Calcite;Fl—Fluorite;Brt—Barite;Qtz—Quartz;Bas—Bastnaesite(mineral abbreviations were according to Shen,2009)

圖5 牦牛坪稀土礦床碳酸巖不同礦物學分帶中的包裹體照片a.早期方解石中的熔體包裹體；b.螢石中晶簇狀的多子晶熔流體包裹體；c.晚期氟碳鈰礦中的流體包裹體；d.石英中水-液相（氣相）CO2型包裹體M—熔體包裹體；A—水溶液相；D—子礦物；LC—液相CO2；Bubble—氣泡Fig.5 Micrographs of inclusions in different mineral zone in carbonatite from the Maoniuping REE deposit a.Melt inclusions in early calcite;b.Melt-fluid inclusions in fluorile;c.Fluid inclusions in the late bastnaesite;d.H2O-liquid/gas CO2 type inclusions in quartz M—Melt inclusions;A—Aqueous phase;D—Daughter mineral;LC—Liquid phase CO2;Bubble—The bubbles

5 結(jié)論

（1）富集的初始地幔來源及碳酸巖巖漿演化過程中REE的富集與輕重稀土元素分異是碳酸巖發(fā)生REE超常富集并大規(guī)模成礦的重要前提與條件。盡管大多數(shù)稀土礦化發(fā)生在流體階段，但巖漿演化晚期富REE的熔體是造成出溶流體富REE并得以進一步沉淀成礦的關(guān)鍵。碳酸巖的巖漿起源以及初始巖漿中REE的富集特征尚不十分明確，碳酸巖巖漿演化過程（不混溶與結(jié)晶分異）對REE的進一步富集與分異具有重要的控制作用，但不混溶過程中REE的富集分異機制需要更多的實驗數(shù)據(jù)驗證，結(jié)晶分異過程中REE的富集分異行為研究有待加強。

（2）碳酸巖中普遍存在礦物學分帶，不同分帶中的礦物共生組合、組成礦物的化學成分變化以及其中的包裹體特征，記錄了巖漿演化和巖漿-流體演化過程中的成分變化，可以有效示蹤巖漿演化過程中結(jié)晶分異對殘余巖漿化學組成變化的影響，碳酸巖的礦物學分帶為揭示成礦碳酸巖巖漿演化過程及REE的富集與分異機理提供了新的思路和可行性。

（3）牦牛坪稀土礦床無論是垂向上還是側(cè)向上均發(fā)育明顯的礦物學分帶。過去一直被認為是熱液成因的霓輝石脈或霓輝石-碳酸鹽脈，均應是巖漿成因，脈體的礦物學分帶記錄了巖漿和巖漿-流體演化的全過程。霓輝石和方解石中的熔體包裹體記錄了巖漿演化過程中的物理化學性質(zhì)變化。碳酸巖的礦物學分帶對REE富集與分異的機理研究具有重要意義，有待于后期更加深入的研究。