稀土元素在矿床学研究中的应用

摘要：稀土元素是一组特殊的微量元素，在地球化学和地质学研究中占有很重要的地位。如今稀土元素在岩石学研究中的应用已经比较深入，而在矿床学研究中的应用进展相对较缓慢。在总结稀土元素在矿床学研究中的应用基础上，阐述了稀土元素在成矿物质来源、成矿过程和成矿流体演化示踪、成矿类型和成矿种属判别以及找矿标志确定等方面的应用。

引言

稀土元素是指周期表中原子序数从57到71的镧系15个元素加上原子序数为39的钇（Y），它们原子结构相似，离子半径相近，并且在自然界中密切共生。习惯分为轻稀土（LREE）La-Eu和重稀土（HREE）Gd-Lu+Y两组。稀土元素在岩石学领域的应用研究起步较早，特别是在岩浆岩及岩浆起源及演化方面已发展得比较成熟。由于地幔岩、陆壳基性岩形成过程相对比较简单，稀土元素的应用解释就比较容易，而在其他岩类(如中性和酸性岩类中)的应用解释相对困难。稀土元素在矿床学领域的应用研究起步较晚，由于矿床是在岩浆演化及后期地质作用改造的特定条件下形成的，所以其演化和发展过程比岩石形成更复杂，解释起来也比较困难。但由于稀土元素本身固有的性质，其在矿床学研究中的作用备受关注。本文从不同角度综述稀土元素在矿床学研究中的应用、应用前景以及存在的问题，有助于研究工作的进一步发展。

1 稀土元素在成矿物质来源方面的应用

在探讨成矿物质来源方面，学者对热液型矿床研究的相对较多。通常借助热液矿物(如石英、黄铁矿、萤石等)的稀土元素特征来探讨热液和成矿物质的可能来源。热液矿物中流体包裹体的成分研究是对热液流体的直接测定，它能很好地代表热液的物质成分，而且还可以测定和计算成矿时的温度和其他物理化学参数。但是稀土元素在流体包裹体中的含量比较少，对样品的选择、处理和测试分析要求比较严格。而有些热液矿物的稀土元素特征和其流体包裹体中的稀土元素特征比较相似，所以可以利用热液矿物的稀土元素特征来间接代表成矿流体的稀土元素特征。同时热液在沉淀过程中往往会发生一定程度的物质(包括稀土元素)分馏，因此运用热液矿物的稀土特征来代表热液的稀土特征就应慎重考虑。当然对于不同的热液矿物研究有所不同，石英的稀土元素主要集中于流体包裹体中，这与石英的晶体结构关系密切，因此石英的REE特征与其流体包裹体的REE特征相差不大，可以近似代表其沉淀时热液流体的REE特征。对于其他热液矿物在应用研究时首先要考虑其晶体结构特征，确定是否能代表热液的稀土元素特征。含矿热液在成矿有利部位沉淀后会发生一定程度的地质改造，在不是特别强烈的情况下往往对稀土元素的分布特征影响比较微弱，最终的稀土元素特征一般

能保持热液沉淀时稀土元素的基本状态，所以这些热液矿物或矿物流体包裹体的稀土元素特征可近似代表当时含矿热液沉淀前的稀土元素特征。

胡明铭（1999）先生对藏东玉龙铜矿似层状矿体的稀土元素特征进行了研究。铜矿床不同类型岩石及热液矿物(黄铁矿)的稀土元素特征(图1)表明，黄铁矿单矿物稀土元素组成同蚀变斑岩相差异较大，前者具明显的Ce负异常，呈较平缓的右倾型；后者显Eu负异常，呈较陡的右倾型。但与三叠系围岩的稀土元素组成则较为相似：都具有明显Ce负异常，呈较平缓的右倾型。因此认为围岩沉积地层提供了一定的成矿物质，而排除了蚀变斑岩作为矿源岩的可能。

在探讨成矿物质来源时，将不同地质体稀土特征与热液矿物的稀土特征进行对比，根据它们之间的相似性来判断成矿物质的可能来源。然而稀土元素在演化过程中会发生分馏并经受一定的后期改造，所以成矿物质来源相同的地质体稀土元素分布曲线特征总会存在一定差异，但是在一定范围内并不影响对成矿物质来源的判。如果后期的地质改造程度超过一定的限度就会导致地质体稀土元素配分型式发生强烈的变化，发生轻重稀土元素严重分异的现象，势必影响判断成矿物质的来源，加大了应用研究的难度，所以在应用研究前首先要对成矿地质背景有深入的了解。

此外，还可以根据稀土元素的异常来判断物质来源的深浅。由于稀土元素在多数情况下为不相容元素，在岩浆结晶过程中易保存在残余流体相中(酸性岩体除外)，而且其在流体演化过程中会发生轻重稀土元素的分馏，所以对于深部形成的热液流体(地幔源)其稀土元素总量较低，轻重稀土元素分异较弱。因此可以通过热液矿物中稀土元素总量大小和轻重稀土元素分异程度来定性判断成矿流体来源的深度。

2稀土元素在成矿种和成矿类型判别中的应用

2．1用岩石稀土元素异常型式判别矿化种属

岩石稀土元素异常型式是指以δ(Ce)，δ(Eu)，δ(Tb)，δ(Tm)为序的稀土异常特征。稀土异常型式反映了自岩浆源至就位、结晶乃至蚀变过程的演化特点，体现了岩浆岩形成的地质环境以及这一环境与成矿的直接联系。由于岩浆在演化过程中发生稀土元素的整体聚集和差异分馏，所以不同的岩石稀土元素异常型式代表着不同的岩浆演化过程。在一个特定的成矿带内，某一特定的稀土元素异常型式就代表着某一(种或类)特定的矿种。这就构成了岩体稀土元素异常型式和成矿种属之间的专属性关系。

杨明银(1995)总结鄂东南地区岩体稀土元素异常型式和成矿种属专属性之间的对应关系，主要有以下8种类型(“-”表示负异常，“+”表示正异常，“0”表示无异常)．[- - + 0]与单一铁矿有关；[- - + +]多与铁(铜)矿有关；[- 0 0 +]与铜铁矿有关；[- - 0 0]与铜(钼)或与钨、钼、铜矿有关；[0 0 0 0]或[0 - 0 0]与金铜矿关系密切；[0 - + +]或[0 0 + +]与铜、钼(硫)矿关系密切。

必须指出的是，这种异常类型与成矿类型之间对应关系的应用有其局限性，由于鄂东南地区具有相似的成矿背景，所以只在这一特定地区此结果才有意义。对于不同的地区必须具有相似的地质背景才有可比性。在应用岩石的稀土异常型式时，应该对区域成矿地质背景有深入的了解，因为区域成矿背景相似，成矿类型和成矿种属比较固定，才能建立起异常型式与成矿种属之间的专属性关系，进而对本区未知地质体进行成矿种属的预测。

2．2 稀土元素在矿化类型判别中的应用

不同的矿化类型形成于不同的地质环境和地质过程中，不同的地质特征是判断不同矿化类型的依据。稀土元素的配分型式作为一种重要的地球化学特征，在不同的矿化类型中具有不同的分布型式，而在相同的矿化类型中则有一定程度的相似性。

前人对不同类型矿床的典型稀土元素分布特征都有研究，但是比较成熟的只有少数几种矿床类型，其中特别是对海底热液喷流沉积矿床，国内外学者都作了深入探讨，应用比较广泛。

现代海底热水沉积作用的发现为热液喷流沉积矿床的研究提供了重要的线索。对现代洋底热水沉积作用的研究表明，硅质岩是热液喷流沉积矿床的主要同沉积成矿围岩，其对该类型矿床有重要的指示意义。硅质岩主要有正常沉积和热液沉积两种成因。通过稀土元素研究区分硅质岩成因类别，可为寻找和判别热水沉积矿床提供重要依据。

热水沉积物的典型稀土特征是土元素总量比较低，多数具有Ce负异常和弱的Eu正异常。此类特征是通过对现代和古代热水沉积物的研究得出的，是判别热水沉积成因的重要依据之一。

熊先孝等(1997)在对石门雄黄矿床硅质岩的研究中，对矿区3个有代表性的