钠交代作用对碱性花岗岩体系中稀土富集成矿的贡献.pdf

书书书（）：岩 石 学 报：张 东，杨 武 斌，牛 贺 才 钠 交 代 作 用 对 碱 性 花 岗 岩 体 系 中 稀 土 富 集 成 矿 的 贡 献岩 石 学 报，（）：，：钠 交 代 作 用 对 碱 性 花 岗 岩 体 系 中 稀 土 富 集 成 矿 的 贡 献张 东，杨 武 斌 牛 贺 才，中 国 科 学 院 广 州 地 球 化 学 研 究 所 矿 物 学 与 成 矿 学 重 点 实 验 室，广 东 省 矿 物 物 理 与 材 料 研 究 开 发 重 点 实 验 室，广 州 中 国 科 学 院 大 学，北 京 ，收 稿，改 回，（）：，：，（）（），（），；（）摘要 碱 性 岩 是 全 球 稀 土 资 源 的 主 要 来 源 之 一，特 别 是 中重 稀 土 资 源。针 对 碱 性 花 岗 岩 体 系 中 稀 土（）和 部 分 高 场强 元 素（）超 常 富 集 机 制 及 其 控 制 因 素 等 关 键 科 学 问 题，目 前 尚 缺 乏 深 入 系 统 的 研 究 工 作。本 文 重 点 关 注 碱 性 花 岗 岩 成矿 体 系 中 的 钠 交 代 作 用，对 常 见 的 钠 长 石 化、钠 铁 闪 石 化 和 钠 辉 石 化 等 热 液 交 代 过 程 中 的 矿 物 交 代 反 应 过 程 及 其 稀 有 稀 土 元素 再 活 化迁 移 过 程 开 展 分 析 和 讨 论。在 碱 性 岩 中，碱 性 角 闪 石 和 辉 石 被 认 为 是和的 重 要 载 体，同 时 也 是 岩 浆 分 异演 化 的 有 效 示 踪 剂。以 中 国 黑 龙 江 碾 子 山 碱 性 花 岗 岩 为 例，岩 浆 晚 期 的 热 液 交 代 会 导 致 碱 性 角 闪 石 和 辉 石 从 富 钙 的 矿 物 相向 富 钠 的 矿 物 相 转 变，在 这 个 相 转 变 过 程 中 会 导 致和的 活 化 和 迁 移。特 别 是 岩 浆 晚 期 热 液 富 钠 霓 辉 石 的 形 成 过程 中和会 大 规 模 释 放 到 交 代 流 体 中，可 能 是 导 致 这 些 关 键 金 属 元 素 在 岩 浆 晚 期 超 常 富 集 和 成 矿 的 关 键 控 制 因 素。因 此，碱 性 角 闪 石 和 辉 石 的 钠 指 数 （）摩 尔 比 可 能 是 一 个 潜 在 的 矿 物 地 球 化 学 指 标，或 将 为 碱 性 岩 型 稀 土资 源 勘 查 提 供 新 的 方 法。本 文 受 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目（、）、广 东 省 基 础 与 应 用 基 础 研 究 重 大 项 目（）、广 东 省 科 技 计 划 项 目（）和 中 国 科 学 院 青 年 创 新 促 进 会 项 目（）联 合 资 助第 一 作 者 简 介：张 东，男，年 生，博 士 生，矿 物 学、岩 石 学、矿 床 学 专 业，：通 讯 作 者：杨 武 斌，男，年 生，研 究 员，从 事 矿 床 地 球 化 学 研 究，：关 键 词 碱 性 花 岗 岩；碱 性 角 闪 石；钠 交 代 作 用；稀 土；钠 指 数（）中 图 法 分 类 号 ；图花 岗 岩和含 量 与 铝 指 数 的 关 系数 据 来 源 于数 据 库，数 据 分 布 密 度 用 右 侧 颜 色 柱 表 示 （），稀 土（）是 重 要 的 战 略 资 源，尤 其 是 中重 稀 土 对 国家 经 济 发 展 和 国 防 安 全 具 有 不 可 替 代 的 作 用。我 国 是 稀 土资 源 大 国，但 中 重 稀 土 储 量 全 球 占 比 不 高。碱 性 岩 和 碳 酸 岩是 全 球 稀 土 的 主 要 来 源，稀 土 资 源 储 量 占 全 球 已 探 明 稀 土 资源 总 量 的（，）。与 碳 酸 岩 型 稀 土 矿 床 不同 的 是，碱 性 岩 型 稀 土 矿 床 相 对 富 集 中重 稀 土，稀 土 元 素 主要 赋 存 在 硅 铍 钇 矿、异 性 石 和 磷 灰 石 等 副 矿 物 中。另 外 一 个显 著 特 征 是 该 类 矿 床 经 常 伴 生 有 多 种 类 型 的 高 场 强 元 素（），从 而 形 成 稀 土、稀 有 多 金 属 矿 床。例 如，格 林 兰 多 金 属 矿 床、加 拿 大 矿 床 和 矿 床、我 国 巴 尔 哲矿 床、以 及 俄 罗 斯和 矿 床（，）。通 常，碱 性 岩 型 稀 土 矿床 成 矿 特 征 可 以 概 述 为：（）大 多 数 与 高 分 异 碱 性 岩（如 正长 岩 和 碱 性 花 岗 岩 等）密 切 相 关，无 碳 酸 岩 组 合，岩 体 由 多 个分 异 相 带 组 成 或 构 成 碱 性 岩 杂 岩 体；（）该 类 型 矿 床 富 含 中重 稀 土，且 通 常 伴 生 有、等 高 场 强 元 素 矿 化；（）岩体 普 遍 经 历 过 强 烈 的 岩 浆 期 后 热 液 交 代 作 用，其 经 济 矿 物 多为 热 液 交 代 成 因（范 宏 瑞 等，；何 宏 平 和 杨 武 斌，）。在 花 岗 岩 体 系 中，根 据 铝 指 数 （）摩 尔 比 通 常 可 分 为 铝 质 花 岗 岩 和 碱 性 花 岗 岩 两 大 类。据 统 计 显 示，碱 性 花 岗 岩 具 有 显 著 高 的和含 量，特 别 是 部 分 成 矿 碱 性 花 岗 岩 中 稀 土 和 铌 的 含 量 是 全 球 平 均值 的 数 十 至 数 百 倍（图）。碱 性 花 岗 岩 体 系 中和的 来 源 和 超 常 富 集 机 制 一 直 以 来 备 受 关 注。由 于 具 有 较 大的 离 子 价 态 或 高 电 荷 属 性，和是 不 溶 于 水 的 不 活动 性 元 素，因 此 通 常 被 认 为 是 示 踪 地 质 系 统 演 化 的 可 靠 指 标（，）。然 而，近 年 来 越 来 越 多 的 研 究 表明和在 岩 浆热 液 演 化 过 程 中 可 以 高 度 活 化迁移，特 别 是 在 富 碱 和 富的 花 岗 质 体 系 中（，；，；，）。在 部 分 碱 性岩 体 系 中，和的 大 规 模 迁 移 会 导 致 其 超 常 富 集 数百 甚 至 数 千 倍，从 而 形 成 具 有 经 济 价 值 的 可 开 采 资 源（，）。前 人 研 究 显 示，碱 性 角 闪 石 和 辉 石 是和的 重 要 载 体（图），同 时 也 是 碱 性 岩 浆 分 异 的有 效 示 踪 剂（，；，）。例如，来 自 加 拿 大杂 岩 和 埃 及 杂 岩 的碱 性 角 闪 石总 量（，），最 近 对 矿 床 的 研 究 表 明 全 岩 大 部 分重 稀 土 含 量 存 在 于 角 闪 石 中（，；，）。因 此，在 碱 性 岩 体 系 中 厘 清和的 赋 存 状 态 对 于 探 究 其 富 集 机 制 至 关 重 要，但 目 前的 认 识 仍 然 不 足，特 别 是 这 些 关 键 金 属 元 素 在 不 同 地 球 化 学条 件 下 的 来 源 和 运 移 机 制 尚 不 明 确。钠交代作用碱 性 岩 浆热 液 体 系 中，钠 交 代 作 用 通 常 是 一 种 碱 性 矿物 的 自 交 代 作 用，发 生 在 碱 性 岩 体 的 上 部 或 外 围，如 碱 性 长张 东 等：钠 交 代 作 用 对 碱 性 花 岗 岩 体 系 中 稀 土 富 集 成 矿 的 贡 献图碱 性 花 岗 岩 主 要 造 岩 矿 物 及 其 中和分 布 图（据 ，）钠 长 石；角 闪 石；单 斜 辉 石；钾 长 石；石 英 （，）；石 的 钠 长 石 化（）、碱 性 角 闪 石 的 钠 铁 闪 石 化（）和 碱 性 辉 石 的 霓 辉 石 化（）。钠 交 代 反 应 过 程 在 矿 物 学 上 主 要 以 钠 离 子 进 入 碱 性 长 石、角闪 石 和 辉 石 等 矿 物 晶 格 为 特 征（，；，；，；，）。在 碱 性 岩碳 酸 岩 型 稀 有 稀 土 成 矿 体 系 中，上 述 热 液交 代 现 象 也 常 被 称 为“碱 交 代”或“霓 长 岩 化”（，；，；，）。通 常 认 为，上述 矿 物 再 平 衡 反 应 是 在 热 液 体 系 中 矿 物 的 表 界 面 溶 解再 沉淀 机 制 所 致。除 了 上 述 热 液 交 代 过 程，在 岩 浆 结 晶 分 异 过 程中 碱 性 长 石、角 闪 石 和 辉 石 等 碱 性 矿 物 族 会 优 先 结 晶 富 钙 系列 然 后 结 晶 富 钠 系 列。在 早 期 岩 浆 阶 段，上 述 碱 性 岩 浆 矿 物从 富 钙 端 元 向 富 钠 端 元 的 演 化 本 质 上 也 可 以 认 为 是 一 种 钠交 代 或 钠 演 化 过 程。据 此，本 文 中 讨 论 的“钠 交 代 作 用”既 包括 热 液 阶 段 的 钠 交 代 过 程，同 时 也 包 括 岩 浆 阶 段 的 钠 演 化过 程。钠 长 石 化长 石 钠 交 代 是 一 种 广 泛 发 育 的 水岩 反 应 现 象，可 以 发生 在 多 种 岩 石 类 型 和 构 造 背 景 下，通 常 与 热 液 成 矿 作 用 有关。在 有 利 的 流 体 运 移 条 件 下，流 体 可 以 穿 过 高 渗 透 率 的 岩石 单 元 而 发 生 长 距 离 的 运 移，从 而 形 成 区 域 尺 度（千 米 尺 度）的 长 石 钠 交 代 现 象（，）。在 矿 物 尺 度，长 石钠 交 代 以 斜 长 石 或 碱 性 长 石 被 交 代 而 形 成 钠 长 石 为 特 征，常与 水岩 相 互 作 用 或 交 代 反 应 相 关。碱 性 长 石 是 碱 性 岩 中 主要 的 造 岩 矿 物，包 括 钾 长 石 和 钠 长 石。如 图所 示，长 石 钠交 代 反 应 表 现 为 钾 长 石 被 钠 长 石 交 代。碱 性 长 石 的 钠 交 代 可 以 用 如 下 反 应 式 表 达：（）（）（）显 然，长 石 钠 交 代 现 象 记 录 的 是 碱 性 长 石 与 富 钠 流 体 之间 的 再 平 衡 反 应，这 对 约 束 成 岩 成 矿 过 程 具 有 重 要 指 示 意义。例 如，在 巴 尔 哲 矿 床 中 广 泛 发 育 的 钠 长 石 化 被 认 为 是 碱性 花 岗 岩 体 系 亚 固 熔 相 再 平 衡 的 矿 物 学 标 志（，）。此 外，里 庄 稀 土 矿 床 中 的 强 烈 钠 长 石 化 表 明 导 致 霓长 岩 化 的 热 液 具 有 显 著 富 钠 的 特 征，推 测 其 源 于 岩 浆 晚 期 的碱 性 岩 浆 热 液（，）。据 此，在 产 出的 大 范 围 乳 白 色 糖 粒 状 钠 长 石 的 出 现 通 常 可 以 视 为 长 石 钠交 代 反 应 的 地 质 判 别 标 志（，）。钠 铁 闪 石 化在 碱 性 岩 体 系 中，碱 性 角 闪 石 是 主 要 的 镁 铁 质 矿 物，其种 类 和 成 分 的 演 化 通 常 可 以 用 来 反 演 碱 性 岩 体 的 分 异 演 化路 径 和 物 理 化 学 条 件（，；，；，；，；，）。有 学 者 认 为，碱 性 花 岗 岩 中 角 闪 石 的 成 分 变 化主 要 受 控 于 岩 浆 结 晶 分 异 或 熔 体 再 平 衡（，；，；，），通常 表 现 为 从 富 钙 的 端 元 到 富 钠 为 主 的 端 元 的 演 化 趋 势（图）。例 如，在 碾 子 山 过 碱 性 花 岗 岩 中，碱 性 角 闪 石 岩 浆 演 化路 径 为 从 富红 闪 石（）到 钠 铁 闪 石（）的 连 续 变 化（，）。根 据（）和（）对 角 闪 石 族 矿 物 的 命 名 和 分 类方 案，该 角 闪 石 种 类 从 钙 质 到 钠钙 质 再 到 钠 质 演 化。这 种演 化 涉 及 到从 碱 性 岩 浆 或 流 体 中 进 入 角 闪 石，如 巴 尔 哲和 岩 体 等 过 碱 性 体 系 中 的 钠 交 代 作 用（，；，）。角 闪 石 是 人 类 已 知 的 最 为 复 杂 的 矿 物 超 群，一 般 化 学 式为（，），其 中和位 置 以 碱 金 属 为主 的 被 称 为“碱 性 角 闪 石”，可 分 为 钙 质、钠钙 质 和 钠 质 三 个亚 类（，）。在 碱 性 角 闪 石 系 列 中，岩 石 学 报，（）：图碱 性 岩 中 的 长 石 钠 交 代 现 象钠 铁 闪 石 、或；、，位 于 八 次 配 位 的位 置；、，位 于 六 次 配 位 的、位 置；和，位 于 四 面 体 位 置。在 角 闪 石 的 晶 体 结 构中，离 子 半 径 较 小 的为 六 次 配 位，而 离 子 半 径 较 大 的为 八 次 配 位，例 如 离 子 半 径 较 小 的通 常 位 于位，而 离 子 半 径 较 大 的 主 要 位 于位（，）。碱 性 角 闪 石 成 分 从 钙 质 到 钠 质 的 演 变 可 归 因 于角 闪 石 的 钠 交 代 作 用，反 映 了和 逐 渐 取 代 和，如 下 取 代 公 式 所 示：（）（）在 碱 性 岩 浆 分 异 演 化 过 程 中，上 述 碱 性 角 闪 石 钠 交 代 反应 在 矿 物 学 上 通 常 表 现 为 钙 角 闪 石 向 钠 角 闪 石 端 元 的 演 化，如：铁 钠 透 闪 石：（，）（，）红 钠 闪 石：（，）（，）钠 铁 闪 石：（）（，），或 红 钠 闪 石铁 钠 闪 石：（，）（，）钠 铁 闪 石（，；，）。上 述碱 性 角 闪 石 种 类 的 演 化，主 要 受 控 于 熔 体 或 流 体 中 的 钠 离 子含 量 和 氧 逸 度（图）。霓 辉 石 化碱 性 角 闪 石 和 辉 石 通 过 钠 交 代 作 用 形 成 霓 辉 石 的 过 程，被 通 称 为 霓 辉 石 化。碱 性 角 闪 石 被 交 代 成 霓 辉 石 是 一 种 较为 普 遍 的 现 象，有 时 会 被 称 为 霓 辉 石 化（），而 在碱 性 岩碳 酸 岩 成 矿 体 系 中 也 常 称 为 霓 长 岩 化（）。如 果 将 矿 物 中（）的 总 摩 尔 比 定 义 为 钠 指 数（），富 钙 角 闪 石富 钠 角 闪 石霓 辉 石 的 交 代 反 应 可 以视 为 一 个 持 续 的 钠 交 代 过 程，在 这 个 钠 交 代 过 程 中 矿 物 的 钠指 数 在 持 续 升 高（，）。（，）在 研 究 加 拿 大 矿 床 时 发 现 钠 铁 闪 石 交 代 形 成 霓 辉 石 可 以 分 为 两 个阶 段：早 期 交 代 发 生 在 约 ，以 钠 铁 闪 石 被 霓 石 取代 为 标 志（如 反 应 式）；晚 期 交 代 发 生 在条 件 下，以钠 铁 闪 石 水 解 为 霓 石 和 赤 铁 矿 为 标 志（如 反 应 式）。（）（）碱 性 辉 石 是 碱 性 岩 体 中 另 一 种 重 要 的 铁 镁 质 矿 物，主 要为 单 斜 辉 石 系 列 的 普 通 辉 石霓 辉 石 类。碱 性 辉 石 化 学 式 通常 表 述 为：，其 中 、等，、等，和等。因 此，碱 性 辉 石 的 晶 体结 构 中 也 能 够 捕 获 大 量 的 微 量 元 素，表 明 其 具 备 地 球 化 学 示踪 的 潜 力（，；，）。在岩 浆 分 异 过 程 中，碱 性 辉 石 通 常 由 富端 元 或端 元向端 演 化 是 一 种 非 常 普 遍 的 现 象。这 种 演 化 与 氧 逸 度 相对 较 低 的 典 型 碱 性 岩 体 中 的 单 斜 辉 石 类 似（图），例 如 加 拿大 的霞 石 正 长 岩、格 陵 兰 南 部 的 霞 石 正长 岩 和辉 石 正 长 岩（，；，；，）。近 期，（）研 究 发 现 碾 子 山 过 碱 性 花 岗 岩 中 也 普 遍 存 在 碱 性 辉张 东 等：钠 交 代 作 用 对 碱 性 花 岗 岩 体 系 中 稀 土 富 集 成 矿 的 贡 献图碱 性 岩 浆 体 系 中 碱 性 角 闪 石 和 辉 石 的 交 代 演 化 路 径（据 ，）（，）图碾 子 山 碱 性 花 岗 岩 体 中 碱 性 辉 石 成 分 演 化 图（据 ，）（，）岩 石 学 报，（）：石 交 代 成 霓 辉 石 的 现 象，并 根 据 矿 物 生 成 顺 序 将 霓 辉 石 分 成多 种 成 因 类 型：原 生 岩 浆 成 因 霓 辉 石普 通 辉 石、碱 性 角 闪 石交 代 成 因 霓 辉 石、热 液 交 代 成 因 霓 辉 石 和 晚 期 热 液 成 因 霓辉 石。普 通 辉 石 钠 交 代 形 成 霓 辉 石 的 过 程，可 以 用 下 列 反 应 式表 示：（，）（，）（）显 然，上 述 钠 交 代 反 应 的 发 生 需 要 除 了 受 控 于 富 钠 的 流体 交 代，同 时 也 受 控 于 体 系 的 氧 逸 度。如 图所 示，碱 性 辉石 从 富 钙 的 端 元 向 富 钠 的 端 元 演 化 有 两 条 显 著 不 同 的 路 径：（）直 接 从 透 辉 石 向 霓 辉 石 演 化，氧 逸 度 相 对 较 高 时 不 存 在大 量 的；（）从 透 辉 石 通 过 钙 铁 辉 石 向 霓 辉 石 演 化，氧逸 度 相 对 较 低 时 存 在 大 量 的。事 实 上，上 述 两 种 演 化 路径 经 常 同 时 发 生，因 为 岩 浆 分 异 过 程 中 的 含 量 主 要 取 决于 体 系 的 氧 逸 度。此 外，熔 体 或 流 体 的（）比 值 对上 述 辉 石 演 化 路 径 也 具 有 重 要 影 响（，）。稀土的再活化和迁移行为碱 性 花 岗 岩 体 系 中，碱 性 长 石 为 主 要 的 造 岩 矿 物，但 其稀 土 和 高 场 强 元 素 含 量 较 低。由 于 和的 离 子 半 径与相 似，但 比离 子 大 得 多，因 此和更 容 易 类 质同 象 进 入 钾 长 石 中。如 图所 示，在 碾 子 山 碱 性 花 岗 岩 中和在 钾 长 石 或 钠 长 石 中 具 有 相 似 的 分 配 特 征，都介 于 之 间，表 现 为 不 相 容 元 素 的 性 质。因 此，在 碱性 岩 体 系 中 碱 性 长 石 的 结 晶 分 异 作 用 是 导 致 这 些 不 相 容 元素 在 岩 浆 晚 期 富 集 的 主 要 原 因。然 而，在 碱 性 长 石 发 生 钠 长石 化 的 过 程 中 是 否 会 导 致 稀 有 稀 土 元 素 的 再 分 配 行 为，仍 然是 一 个 值 得 探 讨 的 问 题。例 如，在 川 西 里 庄 霓 长 岩 带 中，未交 代 的 碱 性 长 石 总 稀 土 含 量 约 为，经 过 两 期 钠 交 代之 后 形 成 的 钠 长 石 稀 土 总 含 量 分 别 降 至 和 小 于，与 此 同 时 碱 性 长 石 中、和的 含 量 也 有 显著 降 低（图）。与 此 相 似 的 是，（）的实 验 也 同 样 表 明，钠 长 石 化 过 程 会 导 致 相 对 不 活 动 性 元 素和的 再 活 化，并 被 释 放 到 交 代 的 流 体 中，从 而 可 能 在岩 浆 晚 期 热 液 系 统 中 形 成 稀 土 矿 物。碱 性 角 闪 石 是 碱 性 花 岗 岩 体 系 中 主 要 的 含 稀 土 造 岩 矿物。在 碱 性 角 闪 石 晶 体 结 构 中，重 稀 土 通 常 被 认 为 在 六 配 位的位，轻 稀 土 主 要 在 八 配 位 的，而 重 稀 土（）既可 以 在位 也 可 以 在位，主 要 由 于 稀 土 元 素 的 离 子 半径 介 于 角 闪 石和位 的 理 想 离 子 半 径 之 间（，）。根 据 反 应 式（）和（）可 知，在和位 置 的 连 续 取 代 将 可 能 会 导 致位 的 轻 稀 土 降低，但 同 时 可 能 会 导 致位 的 重 稀 土 升 高。近 年 来 越 来 越多 的 研 究 表 明，自 然 体 系 中 碱 性 角 闪 石 中 稀 土 的 分 配 模 式 非常 复 杂，影 响 因 素 众 多，因 而 通 过 理 论 模 拟 开 展 精 确 约 束 非常 困 难。例 如，（）通 过 晶 体 场 理 论 模 拟 研究 表 明，在 角 闪 石 与 弧 岩 浆 中 的 分 配 系 数 随 着 弧 岩 浆 分异 程 度 的 增 加 而 增 大，在 分 异 程 度 最 高 的 弧 岩 浆 结 晶 形 成 的富 含 角 闪 石 的 堆 晶 岩 中 稀 土 元 素 的 富 集 尤 为 明 显。以 此 相反，加 拿 大 岩 体 不 同 相 带 中 碱 性 角 闪 石 和 熔 体包 裹 体 的 原 位 分 析 发 现 岩 浆 早 期 超 固 熔 相 花 岗 岩 中 碱 性 角闪 石 具 有 显 著 更 高 的分 配 系 数，而 岩 浆 晚 期 碱 性 角 闪石 在 过 碱 性 花 岗 伟 晶 岩 中 的 分 配 系 数 降 低 了 两 个 数 量 级（，）。自 然 体 系 中 碱 性 角闪 石 的 原 位 分 析 显 示，岩 体 早 期 超 固 熔 相 中 碱性 角 闪 石 的分 配 系 数 介 于 之 间（，），而 碾 子 山 岩 体 中 的 碱 性 角 闪 石 的分 配 系 数 介 于 之 间（，）。这 表明，岩 浆 早 期 结 晶 的 角 闪 石 具 有 更 高 的 稀 土 元 素 含 量，而 岩浆 晚 期 结 晶 或 交 代 成 因 的 碱 性 角 闪 石 稀 土 含 量 显 著 降 低，并 伴 随 富矿 物（如 热 液 锆 石、兴 安 矿、氟 碳 铈 矿 等）的 结晶。（）在 研 究 地 中 海 的碱 性 杂 岩 体时 发 现 岩 浆 早 期 的 红 钠 闪 石（）核 部 的 总 稀 土 含 量为，而 外 围 交 代 成 因 的 铁 钠 闪 石（）和 钠 铁闪 石（）的 稀 土 含 量 分 别 为 和（图）。此 外，钠 铁 闪 石 进 一 步 发 生 钠 交 代 反 应 形 成霓 辉 石 是 碱 性 岩 体 系 中 常 见 的 一 种 交 代 现 象，此 现 象 在 巴 尔哲 和 岩 体 中 均 被 认 为 是 一 种 富和、且 贫的 岩 浆 流 体 交 代 的 结 果（，；，）。上 述 碱 性 角 闪 石 钠 交 代 反 应 的 发 生 主 要 受 熔 体 成 分和 氧 逸 度 等 条 件 控 制，可 以 用 如 下 平 衡 方 程 式 表 示：。因 此，岩 浆 早 期 碱 性 角 闪 石 是一 种 重 要 的 含 稀 土 矿 物，而 在 岩 浆 晚 期热 液 阶 段 钠 铁 闪 石化 的 过 程 中 可 能 会 有 大 量 的被 释 放 到 交 代 的 熔 体 或 流体 中（图）。在 辉 石 晶 体 结 构 中，晶 体 场 理 论 认 为 轻 重 稀 土 分 别 赋 存在 辉 石 结 构 中 的 不 同 位 置，即 轻 稀 土 主 要 在 八 配 位位 置，而 重 稀 土 在 六 配 位位 置（，）。然 而，（）认 为 霓 石霓 辉 石（）系 列可 能 是 个 例 外，其 全 部 稀 土 元 素 均 在 八 配 位 的位 置。这表 明 除 了 熔 体 或 流 体 的 化 学 成 分 和 辉 石 矿 物 的 晶 体 结 构 之外，矿 物 化 学 成 分 可 能 是 影 响 其 分 配 系 数 的 一 个 重 要 因 素，例 如 辉 石 中或的 相 对 含 量。在 富 的 碱 性 辉 石中，辉 石位 置 更 容 易 容 纳 离 子 半 径 小 的 重 稀 土 元 素，这 表明 碱 性 辉 石 具 有 更 高 的 重 稀 土 含 量。其位 置 电 价 平 衡 置换 反 应 式 可 以 简 单 表 述 为：。在 岩 浆 结晶 分 异 过 程 中，和 通 过 耦 合 替 代 机 制 在 岩 浆 早 期钠 交 代 阶 段 被 捕 获 形 成 相 对 富的 霓 石霓 辉 石（）。这 表 明，岩 浆 早 期 阶 段 碱 性 辉 石 钠 演 化 过 程 中，稀土 元 素 会 随 着 碱 性 辉 石 的逐 渐 升 高。然 而，岩 浆 晚 期 的热 液 阶 段 碱 性 辉 石 的 进 一 步 钠 交 代 作 用 将 会 导 致 其 稀 土 含量 的 显 著 降 低 并 释 放 到 流 体 中。例 如，原 位 微 区 分 析 显 示 碾张 东 等：钠 交 代 作 用 对 碱 性 花 岗 岩 体 系 中 稀 土 富 集 成 矿 的 贡 献图钠 交 代 过 程 中 稀 土 和 其 他 关 键 金 属 元 素 活 化迁 移 行 为（数 据 据 ，；，；，）霓 石霓 辉 石；红 钠 闪 石；铁 钠 闪 石 （，；，；，）；岩 石 学 报，（）：图单 斜 辉 石 和 角 闪 石 中的 捕 获释 放 过 程与指 数 关 系 图 解（据 ，）（，）子 山 碱 性 花 岗 岩 中 的 岩 浆 晚 期 两 期 交 代 成 因 霓 辉 石 的 稀 土含 量 相 对 于 钠 铁 闪 石 先 后 降 低 了和（，），这 表 明 霓 辉 石 化 过 程 会 导 致 碱 性 辉 石 中 的 稀 土 元 素大 规 模 释 放 到 交 代 流 体 中（图）。对资源勘查的启示将 碱 性 角 闪 石 和 辉 石 中（）总 摩 尔 比 定 义 为钠 指 数（），碱 性 岩 浆 分 异 演 化 过 程 中 角 闪 石 和 辉 石 显 示出 相 似 的 演 化 趋 势，均 表 现 出随 岩 浆 演 化 程 度 逐 渐 升 高，主 要 受 富 钠 熔 体 或 流 体 交 代 作 用 所 致。如 图所 示，碱 性 角闪 石 和 辉 石 的指 数 可 以 作 为 一 个 指 示 钠 交 代 程 度 的 定 量指 标，用 来 反 演 碱 性 岩 体 系 钠 交 代 作 用 的 进 行 程 度。在 碱 性岩 型 稀 土 矿 床 中，上 述 钠 交 代 过 程 广 泛 发 育 于 岩 浆 后 期 的 岩浆热 液 过 程 中，被 认 为 是 导 致 碱 性 岩 成 矿 系 统 中和进 一 步 超 常 富 集 的 主 要 原 因（，；，；，）。因 此，碱 性 角 闪 石 和 辉 石 的可 能 是 一 个 潜 在 矿 物地 球 化 学 指 标，将 为 碱 性 岩 型 稀 土 矿 床 的 资 源 勘 查 提 供 一 个新 的 手 段（图）。碱 性 角 闪 石 和 辉 石 是 碱 性 岩 中 重 要 的 造 岩 矿 物，同 时 也是 重 要 的和元 素 赋 存 矿 物。然 而，岩 浆 晚 期 强 烈的 钠 交 代 作 用 会 导 致 这 些 关 键 金 属 元 素 从 稳 定 的 矿 物 相 中释 放 到 熔 体 或 流 体 中，在 岩 浆热 液 演 化 过 程 中，这 是 一 个 关键 金 属 元 素 逐 渐 捕 获集 中 释 放 的 机 制（图），是 导 致在 岩 浆 晚 期 超 常 富 集 成 矿 的 重 要 机 制。显 然，上 述“捕获释 放”过 程 主 要 受 钠 交 代 作 用 强 度 控 制，其 影 响 因 素 主 要包 括 岩 浆 晚 期 熔 体 或 流 体 的 成 分、矿 物 结 构 和 氧 逸 度 等。根据 碾 子 山 碱 性 花 岗 岩 体 中 主 要 造 岩 矿 物 的 成 分 显 示（图），大 部 分 的和以 及以 上 的 重 稀 土 都 赋 存 在 碱 性 角闪 石 和 碱 性 辉 石 中，考 虑 到 该 岩 体 的 出 露 面 积 为，可以 初 步 估 算 出 角 闪 石 和 单 斜 辉 石 富 含 了 约万 和万，分 别 是 矿 床 储 量 的倍 和 巴 尔哲 矿 床 储 量 的倍（，）。假 如 整 个 岩 体 都发 生 了 强 烈 的 钠 交 代 作 用，将 会 有 巨 量 的和活化富 集 成 矿，因 此 我 们 有 理 由 认 为 碾 子 山 过 碱 性 岩 体 有 潜力 成 为 类 似 和 巴 尔 哲 岩 体 等 的 关 键 金 属 的 巨 型资 源 矿 床。值 得 注 意 的 是，被 交 代 的 碱 性 角 闪 石 和 辉 石 规 模和将 成 为 该 类 矿 床 找 矿 勘 探 的 有 效 矿 物 学 指 标。结论和展望钠 交 代 作 用 指 的 是 岩 浆热 液 体 系 中 早 期 形 成 的 矿 物 被 富钠 的 熔 体 或 流 体 交 代 的 地 质 过 程，是 碱 性 岩 体 系 中 一 种 普 遍 发育 的 交 代 现 象。本 文 详 细 分 析 和 解 剖 了 钠 交 代 现 象 常 见 的 钠 交代 反 应 过 程 中 矿 物 的 交 代 演 化 路 径，并 对 其 过 程 中和元 素 活 化迁 移 机 制 进 行 了 探 讨。通 过 综 述 近 年 来 相 关 研究 进 展，本 文 梳 理 了 以 下 几 个 方 面 的 主 要 新 认 识 和 不 足：（）钠 交 代 作 用 主 要 包 括 钠 长 石 化、钠 铁 闪 石 化 和 霓 辉石 化，然 而 上 述 过 程 中 矿 物 交 代 反 应 路 径 及 其 化 学 动 力 学 驱动 机 制 尚 不 清 楚，亟 需 实 验 岩 石 学 和 热 力 学 深 入 研 究。（）钠 交 代 过 程 会 导 致和在 碱 性 岩 浆热 液体 系 中 发 生 显 著 的 再 活 化迁 移，但 目 前 对和在角 闪 石 和 辉 石 族 矿 物 系 列 中 的 替 换 机 制、分 配 行 为 及 其 主 要控 制 因 素 尚 缺 乏 系 统 的 了 解。（）定 量 估 算 钠 交 代 过 程 中和的 活 化 迁 移量 对 评 价 碱 性 岩 体 的 成 矿 潜 力 和 资 源 勘 查 都 具 有 重 要 意 义，但 目 前 尚 缺 乏 合 理 高 效 的 技 术 方 法。（）碱 性 角 闪 石 和 辉 石 的 钠 指 数 （）摩尔 比 ，能 有 效 反 映 矿 物 晶 体 结 构 中 钠 离 子（耦 合）置 换 程度，可 以 作 为 一 个 衡 量 钠 交 代 反 应 发 生 强 度 的 指 标。但 其 能否 作 为 一 个 有 效 的 矿 物 地 球 化 学 指 标，并 用 于 稀 土 资 源 的 找矿 勘 查 尚 待 进 一 步 的 勘 查 实 例 验 证。：，（）：，：，张 东 等：钠 交 代 作 用 对 碱 性 花 岗 岩 体 系 中 稀 土 富 集 成 矿 的 贡 献 ，（）：，：，（）：，：，（）：，：，（）：，（）：（），（）：，（）：，：，（）：，（）：，（）：（），：，：，：，（）：，：（）：，：，：，：，：，（）：，：，（）：，：，（）：，（）：，（）：，：，（）：，（）：，：，：，（）：，（）：，：，：，：，：，：，：，（）：，：，：，：附 中 文 参 考 文 献范 宏 瑞，牛 贺 才，李 晓 春，杨 奎 锋，杨 占 峰，王 其 伟 中 国 内生 稀 土 矿 床 类 型、成 矿 规 律 与 资 源 展 望科 学 通 报，（）：何 宏 平，杨 武 斌 我 国 稀 土 资 源 现 状 和 评 价大 地 构 造 与 成矿 学，（）：岩 石 学 报，（）：