Question

碳酸岩与成矿的关系

Answer 1

碳酸岩熔体具有一定的携带铂族元素（PGE）的能力，可利用PGE地球化学来探讨碳酸岩的源区特征和岩浆形成与演化过程。

国内外学者对碳酸岩和铂族元素地球化学均已做了大量研究工作并取得了许多重要的研究成果，但有关碳酸岩本身的PGE地球化学研究却鲜为人知。在所收集的上千篇碳酸岩和PGE文献中，只有Когарко等（1994）利用中子活化法分析了两件俄罗斯西伯利亚Guli杂岩体中碳酸岩的PGE含量。其含量范围分别为（10^-9，下同）：Os ＜0.10～0.18、Ir 0.09～0.33、Ru 0.30～0.96、Pt ＜10.0～22.3，相对低于与之共生的碱性-超基性岩的PGE含量，但两类岩石的PGE配分模式相似。Когарко等（1994）认为岩浆分异是造成两类岩石PGE含量差异的主要原因。

本次工作利用 ICP-MS 测定了冕宁稀土矿床碳酸岩7件样品的 PGE 含量，其含量（10^-9）范围分别为：Ir 0.50～0.78、Ru 1.61～6.75、Rh 0.08～0.14、Pt 2.62～12.15、Pd 1.11～3.65和Au 1.24～8.61。该含量明显低于原始地幔，但高于Wedepoh（1995）报道的平均地壳含量，总体在基性超基性岩PGE含量范围之内。这表明碳酸岩具有一定的携带PGE的能力。

研究区碳酸岩PGE具Ru-Pt型分布规律（Pt＞Ru＞Pd＞Ir＞Rh），与球粒陨石和原始地幔PGE分布规律一致（McDonough and Sun，1995）。原始地幔标准化的PGE配分模式呈Ru、Pt、Pd相对富集和Ir、Rh相对亏损的“燕子型”（图3-28），与西藏大竹卡蛇绿岩中地幔橄榄岩PGE配分模式（喻亨祥等，2000）相似，暗示碳酸岩PGE配分模式可能是其源区地幔PGE配分模式的反演。同时认为，深源富CO₂流体交代作用原始地幔可能是形成其“燕子型”PGE配分模式的主要因素。以下证据也表明，碳酸岩熔体具有一定携带PGE的能力，可利用PGE地球化学来探讨碳酸岩的源区特征和岩浆形成与演化过程：

图3-25 冕宁REE矿床萤石和岩浆岩REE配分模式对比

Fig.3-25 The correlation of REE patterns of fluorites and rocks from the Mianning REE deposit

球粒陨石据Boynton（1984），图中仅示出范围

图3-26 冕宁REE矿床萤石(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i-(¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd)_i图

Fig.3-26 The(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i-(¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd)_idiagram of fluorites from the Mianning REE deposit

◇—爱尔兰 Galway 矿床中的萤石（Menuge et al.，1997）；▲—西班牙 Sierra del Guadarrama矿床中的萤石（Galindo et al.，1994）；●—阿根廷Sierras Pampeanas矿床中的萤石（Galindo et al.，1994）；■—印度Amba Dongar矿床中的萤石（Simonetti and Bell，1995）；◆—冕宁REE矿床萤石、碳酸岩和正长岩（△—萤石，□—碳酸岩，○—正长岩）；DMM、HIMU、EM I和EM II据Zindler and Hart（1986）

第一，C、H、O和S是地幔流体的重要组成（刘丛强等，2001），C-H-O-S体系是一种强有力的地幔交代剂，在碳酸岩源区富集地幔和母岩浆形成过程中具有重要地位。Zhou（1989）的实验结果显示，PGE能在C-H-O-S体系中迁移，其迁移能力为：COS＞H₂S＞CO₂＞CO，表明碳酸岩可能具有相对富集PGE的地幔源区，同时也暗示碳酸岩熔体具有一定携带PGE的能力。

第二，碱性-超基性岩常与碳酸岩组成环状杂岩体。在南非Phalaborwa地区Loolecop碱性-超基性岩体的铁磷橄榄岩和碳酸岩中均已发现PGE矿化现象（Rudashevsky等，2001）。俄罗斯研究人员将常与碳酸岩组成环状杂岩体的碱性超基性岩归入含PGE建造之列，并已在科拉半岛、阿尔丹地盾和兴凯地块边缘等的碱性-超基性岩体发现了PGE矿物，其中科拉半岛Kovdor碱性-超基性岩体的PGE矿物产于磷磁橄榄岩和碳酸岩中（Ivanikov等，1996；Rudashevsky等，2001）。除南非和俄罗斯外，加拿大、澳大利亚、英国、美国和印度也在开展碳酸岩PGE找矿勘查工作（网上消息）。Rudashevsky等（2001）认为，碳酸岩中的PGE矿物可能是碳酸岩母岩浆演化后期分异出富含PGE硫化物熔体结晶产物，同样表明碳酸岩熔体具有携带PGE的能力。

图3-27 冕宁REE矿床萤石中的流体—熔融包裹体（10×32）

Fig.3-27 The fluid-melt inclusions in fluorites from the Mianning REE deposit（10×32）

图3-28 冕宁REE矿床碳酸岩PGE配分模式

Fig.3-28 The PGE patterns of carbonatites from the Mianning REE deposit

原始地幔据McDoonough and Sun（1995），碳酸岩样品号未标出，西藏大竹卡蛇绿岩中地幔橄榄岩PGE配分模式据喻亨祥等（2000），MORB据Barnes and Picard（1993）

第三，业已证实，富CO₂流体交代地幔岩在熔融程度小于1%的情况下可以直接熔融出碳酸岩熔体。Simonetti等（1998）的研究表明，具碳酸岩-正长岩组合的富CO₂碱性硅酸岩岩浆（碳酸岩母岩浆）是地幔部分熔融程度小于5%的产物。地幔中PGE地球化学性质与S的变化密切相关，Rehkämper等（1999）的实验结果表明，当地幔部分熔融程度小于5%时，硫化物没有出熔，PGE 各元素地球化学性质相似，IPGE（Os、Ir、Ru）和PPGE（Rh、Pt、Pd）之间不发生明显分异；当部分熔融大于5%时，硫化物开始出熔，IPGE和PPGE地球化学性质发生变化，两组元素之间发生分异。因此，地幔熔融程度小于1%直接熔融出碳酸岩熔体中的PGE配分模式可能是其源区地幔PGE配分模式的反演；而地幔低程度部分熔融（小于5%）形成的富CO₂碱性硅酸岩岩浆（碳酸岩母岩浆）中的PGE可能主要受CO₂的控制。富CO₂碱性硅酸岩岩浆（碳酸岩母岩浆）在演化过程中发生液态不混溶作用形成碳酸岩熔体和硅酸盐熔体已被众多实际和实验资料所证实，目前还没有文献报道PGE在碳酸岩熔体-硅酸盐熔体液态不混溶过程中的分配规律的实验研究。Когарко等（1994）的研究表明，在碱性超基性岩-碳酸岩组合中PGE相对在碱性超基性岩中富集，但两类岩石的PGE配分模式相似。对碳酸岩-正长岩组合中PGE的分配规律还没有实际资料，考虑到正长岩富Si、ALK（Na₂O+K₂O），贫Fe、Mg和S，不利于携带PGE，因而可认为碳酸岩熔体-正长岩熔体液态不混溶过程中PGE相对富集于碳酸岩熔体中。以上分析均表明，碳酸岩PGE地球化学可以用来探讨其地幔源区性质和岩浆形成与演化过程。