Geology(2024)：E.A.A. Mororó-碳酸巖系統中流體相關稀土元素的遷移和成礦
稀土元素（REEs）在現代技術中至關重要，其經濟礦床通常與碳酸巖系統有關。這些富含碳酸鹽礦物的火成巖是稀土元素的重要來源，而礦化作用通常與流體活動相關。在碳酸巖系統中，稀土元素的運輸和礦化過程涉及巖漿、熱液和交代流體之間的復雜相互作用。在碳酸巖系統中，稀土元素的運輸和礦化受到流體活動的極大影響。富含稀土元素和揮發性成分的巖漿流體在特定地質環境中富集和集中這些元素起到了關鍵作用。隨著全球對稀土元素需求的增長，詳細了解這些過程對於發現和開發新資源至關重要。
研究內容包括以下幾個方面：碳酸巖巖漿作用與稀土富集，巖漿分異：碳酸巖由富含不相容元素（包括稀土元素）的地幔低程度部份熔融形成。隨著這些熔體上升，它們經歷分異作用，使稀土元素在殘余液體中富集。原生礦化：在早期階段，稀土元素被納入主要的巖漿礦物中，如氟碳鈰礦、獨居石和磷灰石，這些礦物直接從碳酸巖巖漿中結晶。
流體介導的稀土元素運輸，熱液流體：隨著碳酸巖冷卻，晚期的巖漿流體富集了CO₂、F、Cl和H₂O等揮發性成分。這些流體非常有效地從圍巖或早期結晶礦物中淋濾出稀土元素，並將其運輸至遠離碳酸巖侵入體的地方。流體-巖石相互作用：當這些流體與圍巖相互作用時，它們可以動員稀土元素，將其從碳酸巖侵入體中運走。稀土元素在這些流體中的溶解度受溫度、壓力、pH值以及配位離子（如F⁻、Cl⁻）的影響。
稀土元素礦化，沈澱機制：隨著熱液流體遷移和冷卻，壓力、溫度或流體成分的變化可能導致稀土礦物的沈澱。這些礦物可以沈澱在裂縫、脈絡或交代帶中，形成次生的稀土礦床。礦物學分帶：稀土礦物的沈澱常表現出分帶現象，隨著流體條件的演變，不同的稀土礦物在不同的帶中形成。例如，在流體化學變化的過程中，可能先沈澱出更多的輕稀土元素（LREEs），隨後沈澱出較重的稀土元素（HREEs）。
例項與意義，全球例項：與碳酸巖相關的主要稀土礦床包括美國的山口礦床、中國的白雲鄂博礦床以及澳洲的威爾德山礦床。這些礦床展示了流體過程在將稀土元素集中到經濟可行水平的重要性。經濟重要性：了解碳酸巖系統中的流體動力學對稀土元素的勘探至關重要。透過辨識稀土元素集中所需的路徑和條件，地質學家可以更好地預測潛在稀土礦床的位置和質素。
以下內容，主要來自於 碳酸巖系統中流體相關稀土元素的遷移和成礦
主體內容
稀土元素是現代技術中至關重要的組成部份，其中一些最大的自然資源礦床與碳酸巖系統有關。然而，導致稀土元素礦化的機制以及巖漿流體在碳酸巖系統中的作用仍然理解不足。在此，研究Oldoinyo Lengai火山中次生石英包裹體中的流體，首次對天然碳酸巖系統中的流體及其微量元素組成進行了原位表征。透過將數據與來自不同碳酸巖系統的其他流體和熔體進行比較，構建了一個流體介導的稀土元素運輸和礦化模型。研究表明，碳酸巖相關的流體富含堿金屬-碳酸鹽+硫酸鹽+氯化物和CO2，但貧水（pO），且它們可以成為稀土元素的重要載體（超過1600 ppm）。結果揭示，流體中的CO2含量對於在遷移過程中防止或減緩與圍巖的相互作用至關重要，而流體介導的稀土元素礦化發生在流體中CO2分壓降低時（即在脫氣過程中）。
主體結論
碳酸巖系統中的同生和副巖漿流體通常具有堿金屬-碳酸鹽+硫酸鹽+氯化物的成分，貧水（pO）且富含CO2，總稀土元素（REE）含量較高（>1600 ppm）。這些流體與碳酸巖熔體的區別在於其密度較低、無法冷凝成充填體積的礦物組合、揮發性成分（CO2+pO）富集，以及較高的（Na+K）/Ca比值。流體介導的稀土元素礦化和堿交代作用與流體相中的CO2含量密切相關，因為高CO2逸度透過阻止流體中的碳酸鹽成分與矽質圍巖反應來保持稀土元素在流體相中的溶解度。考慮到CO2在將碳酸巖衍生流體與地殼中其他流體類別區分開來的重要性，建議，在解釋碳酸巖系統中稀土元素的遷移性時，應關註堿金屬-碳酸鹽在同生或副巖漿流體中的作用，而不是pO-NaCl流體。盡管類似的流體已被提出可以在不混溶性的情況下形成，但，不混溶性是CO2富集系統中產生堿金屬-碳酸鹽流體成分的主要過程。
石英包裹體中的次生流體包裹體（FIs），Oldoinyo Lengai，坦桑尼亞。
(A) 流體包裹體沿裂隙封閉排列。 (B) 在室溫下的流體包裹體內部，包含固體(S)、液體(CO2 L)和氣體(CO2 V)相（光學顯微鏡影像）。 (C) 露出的流體包裹體顯示有鹽石、光鹵石、含稀土元素的鈉鐵礦（鈉鐵礦固溶體）和碳酸氫鈉晶相（掃描電子影像）。 (D) 代表性的流體包裹體三維模型：粉紅色—石鹽；紅色—光鹵石；黃色—含稀土元素的鈉鐵礦；綠色—碳酸氫鈉；空腔（灰色）—暴露前的CO2。
碳酸巖系統中的流體和熔體
(A) 偽四面體（頂角代表成分）展示以下幾種成分的重量百分比（wt%）：本研究中的副巖漿流體；Kerimasi同生巖漿流體；來自Oldoinyo Lengai (OL) 和Kerimasi的碳酸巖熔體；以及OL噴發的鈉碳酸巖熔巖。V—氣相；L—液相；S—固相。
(B) pO–CO2+SO3–NaCl三元圖，顯示以下研究中的流體的揮發性成分：本研究；Kerimasi；白雲鄂博；Okurusu和Kalkfeld；Alnö；Siilinjärvi；Oka；Kaiserstuhl；以及Amba Dongar。FIB-SEM-EDS—聚焦離子束掃描電子顯微鏡能量色散光譜。
經球粒隕石標準化的碳酸巖系統中副巖漿和後巖漿流體的稀土元素（REE）分布。這些成分透過以下方法確定：激光剝蝕-電感耦合等離子體質譜（LA-ICP-MS）、掃描電子顯微鏡能量色散光譜（SEM-EDS）分析爆裂殘留物、壓碎-浸取產物的ICP-MS分析，以及火山氣體和大氣水的ICP-MS分析。綠色代表副巖漿流體，藍色代表後巖漿流體。
模型展示了同生巖漿流體從其源頭演化至透過堿交代作用被消耗的過程，流體從碳酸巖系統中脫溶並遷移穿過矽質圍巖（B–E）或碳酸巖圍巖（F–I）。(A) 同生巖漿流體相從熔體中脫溶。 (B, F) 流體作為均一相從巖漿房源頭遷移至圍巖中。 (C, G) 流體遷移至較低的溫壓條件下，均一流體將分離成不混溶相：堿金屬-碳酸鹽流體相（綠色）和富CO2、貧pO的流體相（紫色）。 (D, H) CO2-pO流體相分離，留下堿金屬-碳酸鹽流體相。 (E, I) 堿交代作用和稀土元素（REE）的沈澱作為堿金屬-碳酸鹽流體相與圍巖反應的結果。
