稀土元素在礦床學(xué)研究中的應(yīng)用

摘要：稀土元素是一組特殊的微量元素，在地球化學(xué)和地質(zhì)學(xué)研究中占有很重要的地位。如今稀土元素在巖石學(xué)研究中的應(yīng)用已經(jīng)比較深入，而在礦床學(xué)研究中的應(yīng)用進(jìn)展相對較緩慢。在總結(jié)稀土元素在礦床學(xué)研究中的應(yīng)用基礎(chǔ)上，闡述了稀土元素在成礦物質(zhì)來源、成礦過程和成礦流體演化示蹤、成礦類型和成礦種屬判別以及找礦標(biāo)志確定等方面的應(yīng)用。引言稀土元素是指周期表中原子序數(shù)從57到71的鑭系15個元素加上原子序數(shù)為39的釔（Y），它們原子結(jié)構(gòu)相似，離子半徑相近，并且在自然界中密切共生。習(xí)慣分為輕稀土（LREE）La-Eu和重稀土（HREE）Gd-Lu+Y兩組。稀土元素在巖石學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究起步較早，特別是在巖漿巖及巖漿起源及演化方面已發(fā)展得比較成熟。由于地幔巖、陸殼基性巖形成過程相對比較簡單，稀土元素的應(yīng)用解釋就比較容易，而在其他巖類(如中性和酸性巖類中)的應(yīng)用解釋相對困難。稀土元素在礦床學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究起步較晚，由于礦床是在巖漿演化及后期地質(zhì)作用改造的特定條件下形成的，所以其演化和發(fā)展過程比巖石形成更復(fù)雜，解釋起來也比較困難。但由于稀土元素本身固有的性質(zhì)，其在礦床學(xué)研究中的作用備受關(guān)注。本文從不同角度綜述稀土元素在礦床學(xué)研究中的應(yīng)用、應(yīng)用前景以及存在的問題，有助于研究工作的進(jìn)一步發(fā)展。1稀土元素在成礦物質(zhì)來源方面的應(yīng)用在探討成礦物質(zhì)來源方面，學(xué)者對熱液型礦床研究的相對較多。通常借助熱液礦物(如石英、黃鐵礦、螢石等)的稀土元素特征來探討熱液和成礦物質(zhì)的可能來源。熱液礦物中流體包裹體的成分研究是對熱液流體的直接測定，它能很好地代表熱液的物質(zhì)成分，而且還可以測定和計算成礦時的溫度和其他物理化學(xué)參數(shù)。但是稀土元素在流體包裹體中的含量比較少，對樣品的選擇、處理和測試分析要求比較嚴(yán)格。而有些熱液礦物的稀土元素特征和其流體包裹體中的稀土元素特征比較相似，所以可以利用熱液礦物的稀土元素特征來間接代表成礦流體的稀土元素特征。同時熱液在沉淀過程中往往會發(fā)生一定程度的物質(zhì)(包括稀土元素)分餾，因此運用熱液礦物的稀土特征來代表熱液的稀土特征就應(yīng)慎重考慮。當(dāng)然對于不同的熱液礦物研究有所不同，石英的稀土元素主要集中于流體包裹體中，這與石英的晶體結(jié)構(gòu)關(guān)系密切，因此石英的REE特征與其流體包裹體的REE特征相差不大，可以近似代表其沉淀時熱液流體的REE特征。對于其他熱液礦物在應(yīng)用研究時首先要考慮其晶體結(jié)構(gòu)特征，確定是否能代表熱液的稀土元素特征。含礦熱液在成礦有利部位沉淀后會發(fā)生一定程度的地質(zhì)改造，在不是特別強(qiáng)烈的情況下往往對稀土元素的分布特征影響比較微弱，最終的稀土元素特征一般能保持熱液沉淀時稀土元素的基本狀態(tài)，所以這些熱液礦物或礦物流體包裹體的稀土元素特征可近似代表當(dāng)時含礦熱液沉淀前的稀土元素特征。胡明銘（1999）先生對藏東玉龍銅礦似層狀礦體的稀土元素特征進(jìn)行了研究。銅礦床不同類型巖石及熱液礦物(黃鐵礦)的稀土元素特征(圖1)表明，黃鐵礦單礦物稀土元素組成同蝕變斑巖相差異較大，前者具明顯的Ce負(fù)異常，呈較平緩的右傾型；后者顯Eu負(fù)異常，呈較陡的右傾型。但與三疊系圍巖的稀土元素組成則較為相似：都具有明顯Ce負(fù)異常，呈較平緩的右傾型。因此認(rèn)為圍巖沉積地層提供了一定的成礦物質(zhì)，而排除了蝕變斑巖作為礦源巖的可能。在探討成礦物質(zhì)來源時，將不同地質(zhì)體稀土特征與熱液礦物的稀土特征進(jìn)行對比，根據(jù)它們之間的相似性來判斷成礦物質(zhì)的可能來源。然而稀土元素在演化過程中會發(fā)生分餾并經(jīng)受一定的后期改造，所以成礦物質(zhì)來源相同的地質(zhì)體稀土元素分布曲線特征總會存在一定差異，但是在一定范圍內(nèi)并不影響對成礦物質(zhì)來源的判。如果后期的地質(zhì)改造程度超過一定的限度就會導(dǎo)致地質(zhì)體稀土元素配分型式發(fā)生強(qiáng)烈的變化，發(fā)生輕重稀土元素嚴(yán)重分異的現(xiàn)象，勢必影響判斷成礦物質(zhì)的來源，加大了應(yīng)用研究的難度，所以在應(yīng)用研究前首先要對成礦地質(zhì)背景有深入的了解。此外，還可以根據(jù)稀土元素的異常來判斷物質(zhì)來源的深淺。由于稀土元素在多數(shù)情況下為不相容元素，在巖漿結(jié)晶過程中易保存在殘余流體相中(酸性巖體除外)，而且其在流體演化過程中會發(fā)生輕重稀土元素的分餾，所以對于深部形成的熱液流體(地幔源)其稀土元素總量較低，輕重稀土元素分異較弱。因此可以通過熱液礦物中稀土元素總量大小和輕重稀土元素分異程度來定性判斷成礦流體來源的深度。2稀土元素在成礦種和成礦類型判別中的應(yīng)用4稀土元素在礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用4．1稀土元素在判別巖體含礦性方面的應(yīng)用稀土元素在判別巖體含礦性方面的應(yīng)用比較廣泛，特別是對巖漿礦床、巖漿熱液礦床以及火山、次火山巖型熱液礦床含礦性的研究已經(jīng)比較成熟。由于巖體與成礦關(guān)系比較密切，有時巖體本身就是礦體。所以對巖體稀土元素特征的研究有助于對巖體含礦性的評價，特別是對已知含礦巖體與待評價巖體的對比，往往能起到比較好的評價效果。以巖漿礦床為例。巖漿礦床的礦床類型比較少，主要有與基性巖有關(guān)的銅鎳硫化物礦床以及鉻鐵礦礦床，由于稀土元素的典型不相容性，使巖漿演化過程中稀土元素在固液兩相間含量(分配系數(shù)小于1)和元素間比值發(fā)生差異。銅鎳硫化物礦床是巖漿熔融、分異的產(chǎn)物，稀土元素特征具有稀土元素總量高、輕稀土富集的特征，同時由于銅鎳硫化物礦漿對Yb元素極不相容，而對Lu相對相容，從而使經(jīng)歷過銅鎳硫化物礦漿熔離作用的成礦巖體Yb元素含量增高而Lu元素含量降低。所以根據(jù)巖體的稀土總量、輕重稀土元素分異值((La／Yb)N，(La／Sm)N，(Gd／Yb)N)，δ(Yb)和δ(Lu)等判斷基性巖體的銅鎳含礦性。對同一地區(qū)不同巖體(已知含礦巖體和未知巖體)的稀土元素特征對比可以對未知巖體的含礦性進(jìn)行評價。尹意求(2004)對新疆吉木乃艾丁克羅賽巖體的含礦性進(jìn)行了評價，主要是與本區(qū)的喀拉通克含礦巖體進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)二巖體的稀土元素分布型式相似，說明兩者可能具有相似的物質(zhì)來源，艾丁克羅賽巖體同樣具有形成銅鎳硫化物礦床的成礦條件。4．2構(gòu)造巖稀土元素特征在找礦中的應(yīng)用斷裂構(gòu)造是成礦物質(zhì)運移和沉淀的主要通道，在成礦中起著導(dǎo)礦、配礦和儲礦的作用，同時也是良好的找礦標(biāo)志。作為含礦流體運移通道和礦質(zhì)沉淀空間的各種構(gòu)造裂隙，由于其經(jīng)過強(qiáng)烈的氣液活動，所以在構(gòu)造裂隙中保留了一些微觀的稀土元素活動痕跡，使得與成礦有關(guān)的構(gòu)造和沒有經(jīng)歷成礦的構(gòu)造之間在稀土特征上存在差別。馬德云(2003)對個舊礦區(qū)的構(gòu)造巖稀土元素進(jìn)行研究，認(rèn)為構(gòu)造巖的稀土富集程度、配分模式明顯不同于圍巖，而與礦石的稀土富集程度、配分模式相近，說明構(gòu)造巖中與礦石中稀土來源相近。相對于構(gòu)造不發(fā)育的圍巖和巖體，構(gòu)造巖的稀土元素異常能有效地代表成礦異常，能為隱伏礦的預(yù)測提供相關(guān)信息。5稀土元素在礦床研究中的應(yīng)用前景稀土元素在礦床學(xué)研究中的應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展到不同的領(lǐng)域，但是與在巖石學(xué)中的應(yīng)用相比還有所差距，一方面由于礦床的形成比巖石更復(fù)雜，另一方面由于對礦床的稀土研究起步比較晚、數(shù)據(jù)積累比較少、在區(qū)域?qū)Ρ鹊确矫孢€比較欠缺、基本理論體系還沒有形成。相信隨著研究的深入、數(shù)據(jù)的不斷積累和模型的不斷完善，稀土元素在礦床學(xué)研究中的應(yīng)用將會顯示出其獨有的特色。同時，稀土元素在礦床學(xué)研究中的應(yīng)用存在著一定的區(qū)域性限制和不確定性因素制約：在一個地區(qū)構(gòu)建的稀土元素應(yīng)用體系不能直接移植于其他地區(qū)，必須對其他地區(qū)的地質(zhì)背景條件進(jìn)行具體分析。不確定性是地質(zhì)研究的共同特點，由于其形成的復(fù)雜性，同時還有一些假設(shè)條件不能完全滿足，所以稀土元素的應(yīng)用必須與其他地質(zhì)一地球化學(xué)方法相結(jié)合，互相印證，以得出比較客觀的認(rèn)識。相信稀土元素的礦床學(xué)應(yīng)用研究會取得不斷的進(jìn)展。致謝：在本文編寫過程中，主要借鑒了李閆華、鄢云飛、譚俊和李飛發(fā)表的《稀土元素在礦床學(xué)研究中的應(yīng)用》一文，在此，對以上幾位表示感謝，同時也感謝那些為本文寫作提供資料的學(xué)者和單位。參考文獻(xiàn)：①韓