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碳酸岩研究进展

碳酸岩研究进展 阳光创译语言翻译
2025-01-10
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碳酸岩(carbonatite)一词自首次被提出至今已有一百多年的历史, 它是一种神秘而颇具争议的岩石类型。碳酸岩富含碳酸盐矿物, 通常与基性、超基性或碱性硅酸盐岩伴生形成碳酸岩-硅酸盐岩杂岩体, 具有独特的化学成分和矿物学特征并具有承载重要经济矿床的能力。在过去的几十年里, 碳酸岩的研究在岩石成因及岩浆起源、地球化学与地质年代学、高温高压实验、与碳酸岩相关的经济矿产、碳酸岩型稀土矿床中稀土元素的富集分异及成矿机理等领域取得了巨大进步。

The term “carbonatite” has a history of over a hundred years since it was first proposed, and it represents a mysterious and controversial type of rock. Carbonatites are rich in carbonate minerals and are usually found in association with basic, ultrabasic, or alkaline silicate rocks, forming carbonatite-silicate rock complexes. They possess unique chemical compositions and mineralogical characteristics, as well as the capacity to host significant economic mineral deposits. In recent decades, research on carbonatites has made significant advancements in various fields, including petrogenesis and magmatic origin, geochemistry and geochronology, high-temperature and high-pressure experiments, economic minerals associated with carbonatites, and the enrichment, differentiation, and metallogenic mechanisms of rare earth elements in carbonatite-related rare earth deposits.

本文从碳酸岩的定义与分类、成岩背景与时空分布、岩石学特征及矿物组成、岩浆起源及演化过程以及与碳酸岩相关的矿产资源等方面对碳酸岩的研究进展进行了综述与评论, 提出从成因角度探索碳酸岩分类方案的必要性, 总结和梳理了我国目前发现的碳酸岩的产地和分布特征, 并认为碳酸岩岩浆与硅酸盐岩浆演化具有差异性, 应重视对碳酸岩岩浆演化过程中熔体-流体过渡阶段的研究。最后从文献计量学角度利用大数据和可视化手段对来自Scopus数据库的近十年以"carbonatite"为检索词的近千篇文献进行了可视化分析, 总结归纳了碳酸岩现阶段的研究热点, 并对未来碳酸岩的研究趋势进行了展望。

代表性图件

图1 碳酸岩的四种分类方案图解。(a)碳酸岩的IUGS经典CaO-MgO-(FeO+Fe2O3+MnO)分类图解,不包含硅质碳酸岩;(b)包含硅质碳酸岩的(CaO+MgO)-SiO2-(FeO+Fe2O3+Al2O3)分类图解;(c)基于摩尔分数改进的CaO-MgO-(FeO+MnO)分类图解;(d)碳酸岩的CaO-MgO-SiO2-Fe2O3T四面体分类图解,F代表含铁白云石中的最大Fe2O3T/MgO值,Di为透辉石,TFP为铁金云母(teraferriphlogopite),Dol为白云石,MS为镁菱铁矿。

图3 碳酸岩的3种主流成因卡通图。(a)上涌的软流圈地幔热侵诱发角闪石橄榄岩发生部分熔融形成短暂的钠质白云石碳酸岩熔体,上升过程中与岩石圈斜方辉石发生反应形成异剥橄榄岩层. 如果异剥橄榄岩形成了岩浆通道,白云石碳酸岩熔体会抵达地壳;如果白云石碳酸岩与异剥橄榄岩反应可以产生钙质碳酸岩熔体,也能到达地壳; 或者沿岩石圈破碎带(黑色线)快速上升直接在地壳侵位。(b)硅不饱和的碳酸盐化硅酸盐熔体中橄榄石、单斜辉石和霞石的结晶分异导致不混溶作用的发生,形成碳酸岩熔(流)体, 在地幔发生交代作用,在地壳发生霓长岩化。(c)硅不饱和的碳酸盐化硅酸盐熔体的结晶分异导致熔体高度演化,碳酸岩熔(流)体没有发生不混溶。

图5 克拉通边缘碳酸岩型稀土矿床成矿模式图
展望

通过大数据与可视化手段对2013年至今在国际著名期刊上发表的以“carbonatite”作为关键词的文章进行了调研,近10年来碳酸岩的研究热点主要集中以下几个领域:碳酸岩的岩石成因及岩浆物质来源(相关关键词:地幔、岩石圈地幔、地幔柱、俯冲、交代作用、部分熔融、不混溶作用等),地球化学与地质年代学(相关关键词:微量元素、同位素、锆石、LA-ICP-MS等),与碳酸岩相关的岩石(相关关键词:金伯利岩、正长岩、碱性岩等)和矿床(相关关键词:稀土、铌、磷灰石等),稀土元素富集、分异及矿化机制(相关关键词:熔体包裹体、流体包裹体、霓长岩化等),高温高压实验(相关关键词:高压实验、实验岩石学等)等。所有相关矿床中我国的白云鄂博REEs-Fe-Nb矿床的研究热度最高,其次是巴西的铌矿床,坦桑尼亚Ol Doinyo Lengai也受到较多的关注。

碳酸岩虽然只有100多年的研究历史,在地表的出露也相对较少,但它独特的化学成分、复杂的成因机制以及所表现出来的巨大的经济潜力,使其成为既神秘又备受瞩目的热点。目前随着研究的深入,有关碳酸岩的岩石学特征、矿物学特征、地球化学特征、成岩成矿机制以及高温高压实验等领域都积累了大量的资料,除了以上总结的研究热点外,仍存在很多问题值得关注:

(1) 需要建立以岩石成因为依据的新的碳酸岩定义与分类方案,从成因角度对现有碳酸岩重新定义与评估;

(2) 需要加强碳酸岩的发现与识别,之前被认为是沉积成因的碳酸盐岩有可能存在岩浆成因的;

(3) 碳酸岩岩浆熔流体转化阶段的熔(流)体特征及此阶段的REEs富集分异行为需要更多的关注,这可能依赖于更多的熔体、熔流体包裹体研究和实验模拟;

(4) 目前碳酸岩侵入体和火山岩的化学成分都不能很好地代表原生碳酸岩母岩浆的成分,具有代表性的熔体包裹体研究和进行更接近自然成分的热力学模拟将是未来必要和具有挑战性的工作;

(5) 许多年轻碳酸岩显示出地壳再循环成分的贡献,如何准确识别并评估来自地幔或具有地壳再循环成分的碳酸岩,需要更多更深入的同位素研究,并可能对碳酸岩起源与成因机制提供更多的约束;

(6) 有用经济元素,如REEs、Nb、Ta、P等在碳酸岩岩浆、热液中的地球化学行为和富集分异机制,碳酸岩熔体、流体体系中各种阴离子对它们的络合作用与影响需要更多的探索;

(7) 一直以来,碳酸岩型稀土矿床的研究重点多集中在LREE,但目前碳酸岩中的HREE矿化已有相关报道,相对于LREE,HREE具有更高的价值和更广泛的需求,需要更多的关注。

引用本文:尹淑苹, 谢玉玲, 侯增谦, 等. 2024. 碳酸岩研究进展[J]. 岩石学报, 40(3): 1003-1022.


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文章版权声明:本文来源 尹淑苹, 谢玉玲, 侯增谦, 等. 2024. 碳酸岩研究进展[J]. 岩石学报, 40(3): 1003-1022版权归原作者所有,本文不代表阳光创译立场,并对文中观点保持中立,仅供各位阅读者交流参考之目的。本号所转载内容没有任何商业宣传目的,仅供交流,如有侵权,请联系主编删除(主编微信:suntrans2008),另外图片版权归原作者所有,如有侵权请联系我们,我们将会立刻删除!给您带来的不便,尽请谅解!

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