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地球与空间科学学院许成研究员课题组在Nature Communications上发表论文
揭示我国南岭地区重稀土成矿的关键因素
日期: 2017-02-23  信息来源: 地球与空间科学学院

稀土元素是现代工业的“维生素”,广泛应用于国防以及新能源技术中,而该类元素中的重稀土更是21世纪重要的战略资源,国际市场对这一矿产品的需求与日剧增。全球约98%的重稀土资源来源于我国南岭地区花岗岩风化壳型稀土矿床,其稀土元素主要以离子态吸附在风化壳中的粘土矿物上,离子吸附过程一直被看作重稀土元素富集成矿的关键因素。然而花岗岩是地球表面出露最为广泛的岩石,其风化壳广泛发育,为何全球花岗岩重稀土元素成矿只集中在我国南岭地区?长期以来一直是地质学家的一个谜。

北京大学地球与空间科学学院许成研究员课题组对江西多处风化壳进行了大量的钻孔采样,发现风化层顶部和底部均出现高的轻稀土和重稀土含量矿物,不同风化层位显示变化的稀土组成和Ce负异常,Ce亏损越大,其风化壳稀土含量越高;部分基岩花岗岩也显示强烈的Ce负异常和高的稀土富集;他们首次在花岗岩中发现了三类新的稀土矿物:REE-1、REE-2和REE-3,前两类为磷灰石交代产物。其中REE-1的F含量低(~1%)、稀土含量变化较大(La2O3=4.5-12%;Y2O3=10-36%);REE-2的F含量较高(6-9%),富含重稀土,并以Y为主(Y2O3~46%);REE-3呈它形产于粒间,为稀土氟碳酸盐矿物,富含轻、重稀土(La2O3=4.5-12%;Y2O3=10-36%)。这三类新的矿物均未在自然界中发现,它们的Ce含量极低(Ce2O3<0.1%),改变了传统认为轻稀土元素具有一致相似的地球化学行为,显示其形成于高氧逸度的环境,远高于花岗岩内磁铁矿-石英组合的氧逸度。利用原位激光分析,确定花岗岩内原生独居石和磷灰石具有极低的Nd同位素(εNd~-11),而三类新的稀土矿物的εNd为1左右。上述证据很好地证明了高氧逸度、富稀土俯冲流体交代南岭花岗岩是重稀土强烈富集的关键因素,南岭重稀土成矿并不是以往认识的单一外生过程。相关成果以题为“Origin of heavy rare earth mineralization in South China”的论文发表在近期的Nature Communications

Nature Communications副主编Melissa Plail对此项工作给予了很高的评价:“Heavy rare earth elements(HREE)are an important global resource for many industries. Here Xu et al. have discovered new REE minerals, which represent oxidised REE-rich fluids that metasomatized granites resulting in an enrichment of HREE, therefore contributing to our knowledge of global REE resources.”

南岭花岗岩内三种新的稀土矿物(REE-1,REE-2,REE-3)。Ap:磷灰石;Bt:黑云母;Kfs:钾长石;Q:石英。

许成研究员2010年作为北京大学“百人计划”特聘研究员进入北大地空学院,2016年通过北京大学国际评估获Tenure副教授岗位。他一直从事碳酸岩和稀土矿床成因研究,主持了六项国家自然科学基金项目,先后获得国家自然科学基金委优秀青年基金、中国矿物岩石地球化学学会“侯德封青年科学家奖”和中国地质学会“银锤奖”等。

编辑:山石


   
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