新疆且干布拉克
湖北庙垭
Zhang, Liu Y*, et al., OGR, 2019
三、稀土在岩浆-热液阶段的二次富集
冕宁-德昌REE矿带：大比例尺构造-蚀变-矿化填图发现，碳酸岩主要 为方解石碳酸岩；发育大量的伟晶岩脉；区域矿化伴随强烈的热液蚀变
不同规模稀土矿床矿化填图
伟晶岩和不同类型热液蚀变
络合物分解
高温Cl络合物 溶解度线
高温SO4络合物 溶解度线
低温Cl络合物
溶解度线
低温SO4络合物 溶解度线
不同阶段主要络合阴离子协变
不同络合物溶解度曲线变化相图
Zheng and Liu., OGR,2019; Shu and Liu., OGR,2019; Shu, Liu et al., JGE, 2020
大规模矿化 REE (5-7×105 ppm)
强围岩蚀变 REE ( 1-3×105 ppm)
弱围岩蚀变 REE (0.5-1×104 ppm)
Liu et al, MD, 2019a
三、稀土在岩浆-热液阶段的二次富集
三类锆石详细地记录了REE的富集过程：从新鲜锆石，蚀变锆石到热液 锆石，稀土含量骤然增加，再次证明了REE在热液阶段晚期大规模富集
美国内政部，2017《关键金属战略》 欧盟-日-美关键金属紧急讨论（2011） 欧盟，2010《对欧盟生死攸关的原料》
一、研究背景-Critical Metal
总统行政命令确保关键矿产安全可靠供应的联邦战略
欧盟，2010《对欧盟生死攸关的原料》 美国内政部，2017《关键金属战略》
Gulley et al, PNAS, 2018
全球对比
青藏高原
重点解剖
冕宁-德昌 REE矿带
目录
CONTENTS
一
研究背景
二 稀土在岩浆岩浆源区的初始富集
三 稀土在岩浆-热液阶段的二次富集
四 碳酸岩型稀土矿床的成矿多样性
8
二：稀土在碳酸岩岩浆源区的初始富集
全球对比研究发现：成矿碳酸岩多数分布于大陆克拉通的边缘
Liu Y and Hou ZQ, JAES, 2017
三 稀土在岩浆-热液阶段的二次富集
四 碳酸岩型稀土矿床的成矿多样性
31
四、碳酸岩型稀土矿床的成矿多样性 碳酸岩型REE矿床的成矿多样性
新型风化矿
Liu et al., OGR, 2015c
四、碳酸岩型稀土矿床的成矿多样性
风化过程让稀土元素进一步富集
➢Ba、Sr、Ca、 CO32-、SO42-丢失
牦牛坪（世界第三） 扬子克拉通西缘；在新元 古代遭受大规模俯冲（ Guo et al., 2005）
二：稀土在碳酸岩岩浆源区的初始富集
川西冕宁-德昌新生代REE成矿带位于扬子西缘的锦屏山元古造山带
牦牛坪（~25 Ma） 木落寨（~26 Ma） 里庄（~27 Ma）
大陆槽（~12 Ma）
Liu et al ., OGR, 2015a
二：稀土在碳酸岩岩浆源区的初始富集
大洋沉积物及CO2流体携带大量REE交代岩石圈地幔，使之碳酸盐化， 并初始富集REE
洋壳深俯冲 大量脱出CO2
现代海底沉积物富含大量REE元素 深俯冲释放CO2流体，携带大量REE
KerricKkaatnodetCaoln.,nNoGlly,,22001111, Nature
目录
CONTENTS
一 研究背景
二 稀土在碳酸岩岩浆源区的初始富集
三 稀土在岩浆-热液阶段的二次富集
四 碳酸岩型稀土矿床的成矿多样性
18
三、REE成矿“三要素”：源区富集+再次富集+有效沉淀
初始富集：俯冲导致REE在地幔源 区富集，后期产生富REE碳酸岩
富集成矿：REE在岩浆-热液系统 高度浓集？REE如何有效沉淀？
Migdisov et al., CG，2016
小结
揭示了REE在岩浆-热液系统中的详细富集过程； 重塑了成矿流体P-T-X演化过程，提出温度降低和络合物分解是
导致REE沉淀的重要机制；
科学发现，提高了REE资源利用效率
典型实例
发现牦牛坪矿床脉状矿化分带，为矿山采用不同的选矿方法提供了依据； 发现了大陆槽新类型风化矿（品位达60%），极大地提高了矿山效益； 查明了大陆槽矿床REE元素赋存状态，使REE回采率提高了45%。
成矿年龄介于27-12 Ma，受控于印度-亚洲大陆碰撞产生的走滑断裂，时空上与晚 碰撞产生的煌斑岩和钾质岩（34-32 Ma）一致，形成于统一的后碰撞动力学背景
二：稀土在碳酸岩岩浆源区的初始富集
冕宁-德昌稀土矿带成岩成矿时代
氟碳铈矿、钠铁闪石、黑云 母、锆石
大陆槽： 11-12Ma，26 Ma 牦牛坪：12 Ma、25 Ma 里庄：27 Ma 木落寨：29 Ma
Yang et al., JAAS, 2014 Ling et al., JAAS, 2016 Liu et al., 2015b Liu and Hou, 2017
二：稀土在碳酸岩岩浆源区的初始富集
含REE岩浆碳酸岩具有与煌斑岩和钾质岩一致的Nd模式年龄
牦牛坪（~25 Ma） 木落寨（~26 Ma） 里庄（~27 Ma）
三、稀土在岩浆-热液阶段的二次富集
稀土富集成矿
成矿碳酸岩岩浆-流体成矿系统示意图
流体强烈活动
（热液阶段）
成矿流体出溶
（伟晶岩阶段）
岩浆结晶分异
（岩浆阶段）
三、稀土在岩浆-热液阶段的二次富集
岩浆阶段富集：碳酸岩在岩浆房中结晶分异，REE浓度高达5000 ppm
无矿碳酸岩 REE （仅100-500 ppm） 含矿碳酸岩 REE （高达5000 ppm）
新型风化矿
不混溶区 矿化区
不混溶区
流体快速冷却
不混溶作用 310-350 ℃，2.0-2.4 kbar 大规模矿化 200℃，<0.5 kbar
Zheng and Liu*, OGR，2019
三、稀土在岩浆-热液阶段的二次富集
采用四极杆质谱和离子色谱定量分析，并结合实验岩石学，发现：在高 温时，REE与Cl-和SO42-易形成络合物，高效迁移；温度降低时，REE络 合物溶解度降低，导致分解，引起REE大规模沉淀
我们统计发现：全球共产出527个碳酸岩岩体，主要分布于裂谷和造山带等环境 ，但仅有4%的形成REE矿床。分析发现：这些矿床大部分都位于克拉通边缘。
二：稀土在碳酸岩岩浆源区的初始富集
大陆克拉通边缘在地质历史时期曾遭受大洋板块的俯冲改造
中国超大型REE矿床
白云鄂博（世界第一） 华北克拉通北缘；曾经遭 受古元代的俯冲改造 (Xu et al., 2018)
碳酸岩杂岩体型稀土矿床
—川西冕宁-德昌碳酸岩杂岩体型稀土矿带
刘琰
中国地质科学院地质研究所 2020年4月
目录
CONTENTS
一
研究背景
二 稀土在碳酸岩岩浆源区的初始富集
三 稀土在岩浆-热液阶段的二次富集
四 碳酸岩型稀土矿床的成矿多样性
2
研究背景
稀土元素矿产资源：关乎国家经济和国防安全
既是《2025中国制造》迫切需求的关键矿产， 也是全球竞相争夺的战略资源，更是大国博 弈的国之利器！欧美国家相继推出国家战略， 启动重大研究计划。
含矿碳酸岩中极度富Sr 、Ba、REE 碳酸岩与沉积物的REE-Sr/Ba一致
Liu and Hou, 2017, JAES
小结
发现碳酸岩不仅仅来自于地幔柱，还可以形成于富CO2和REE的板 片流体交代的富集岩石圈地幔；
提出REE在碳酸岩岩浆源区的富集机制，为解决碳酸岩型REE矿床 成因问题提供了关键证据。
四、碳酸岩型稀土矿床的成矿多样性
成矿物质来源
矿带中的脉石矿物的地球化学特 征与正长岩-碳酸岩杂岩体一致 Liu and Hou, 2017
四、碳酸岩型稀土矿床的成矿多样性
REE来源
认识：物质来源、流体演化和成矿过程一致，矿化多样性的实质是控矿构造差异
Jia and Liu Y OGR，2020
四、碳酸岩型稀土矿床的成矿多样性
新鲜锆石
REE 1130 ppm
蚀变锆石
REE 1210 ppm
热液锆石
REE 9000 ppm
Th、U、Pb、F、SO4、Cl、CO2增加，蚀变和矿化程度增强
Liu et al., EG, 2019b
三、稀土在岩浆-热液阶段的二次富集
基于流体包裹体的研究，建立了流体演化的P-T-X轨迹。提出成矿流体经 历不混溶过程后，与大气降水混合，流体快速冷却，导致REE大量沉淀
Ore Geology Reviews
Ore Geology Reviews
大陆槽矿床角砾状矿石矿物学和 地球化学研究
Liu et al., OGR, 2015b
大陆槽矿床风化型矿石的矿物学 和地球化学研究
Liu et al., OGR, 2015c
目录
CONTENTS
一 研究背景
二 稀土在碳酸岩岩浆源区的初始富集
亟待解决的关 键科学问题
成矿碳酸岩岩浆源区是否存在REE初始富集? REE在岩浆-热液系统如何大规模富集与成矿?
研究思路
通过全球对比与重点解剖，查明成矿和无矿碳酸岩浆的差异性； 通过同位素地球化学示踪，揭示岩浆源区的REE初始富集机制； 通过多学科综合研究，重塑岩浆至热液阶段的REE富集过程。
大陆槽（~12 Ma）
暗示：含REE碳酸岩浆也可能起源于古俯冲流体交代的富集岩石圈地幔
二：稀土在碳酸岩岩浆源区的初始富集
含REE碳酸岩及方解石Sr-Nd同位素，显示岩浆起源于俯冲板片交代的 岩石圈地幔，显著区别于来自地幔柱的东非裂谷无矿碳酸岩；