Geology(2024)：E.A.A. Mororó-碳酸岩系统中流体相关稀土元素的迁移和成矿
稀土元素（REEs）在现代技术中至关重要，其经济矿床通常与碳酸岩系统有关。这些富含碳酸盐矿物的火成岩是稀土元素的重要来源，而矿化作用通常与流体活动相关。在碳酸岩系统中，稀土元素的运输和矿化过程涉及岩浆、热液和交代流体之间的复杂相互作用。在碳酸岩系统中，稀土元素的运输和矿化受到流体活动的极大影响。富含稀土元素和挥发性成分的岩浆流体在特定地质环境中富集和集中这些元素起到了关键作用。随着全球对稀土元素需求的增长，详细了解这些过程对于发现和开发新资源至关重要。
研究内容包括以下几个方面：碳酸岩岩浆作用与稀土富集，岩浆分异：碳酸岩由富含不相容元素（包括稀土元素）的地幔低程度部分熔融形成。随着这些熔体上升，它们经历分异作用，使稀土元素在残余液体中富集。原生矿化：在早期阶段，稀土元素被纳入主要的岩浆矿物中，如氟碳铈矿、独居石和磷灰石，这些矿物直接从碳酸岩岩浆中结晶。
流体介导的稀土元素运输，热液流体：随着碳酸岩冷却，晚期的岩浆流体富集了CO₂、F、Cl和H₂O等挥发性成分。这些流体非常有效地从围岩或早期结晶矿物中淋滤出稀土元素，并将其运输至远离碳酸岩侵入体的地方。流体-岩石相互作用：当这些流体与围岩相互作用时，它们可以动员稀土元素，将其从碳酸岩侵入体中运走。稀土元素在这些流体中的溶解度受温度、压力、pH值以及配位离子（如F⁻、Cl⁻）的影响。
稀土元素矿化，沉淀机制：随着热液流体迁移和冷却，压力、温度或流体成分的变化可能导致稀土矿物的沉淀。这些矿物可以沉淀在裂缝、脉络或交代带中，形成次生的稀土矿床。矿物学分带：稀土矿物的沉淀常表现出分带现象，随着流体条件的演变，不同的稀土矿物在不同的带中形成。例如，在流体化学变化的过程中，可能先沉淀出更多的轻稀土元素（LREEs），随后沉淀出较重的稀土元素（HREEs）。
实例与意义，全球实例：与碳酸岩相关的主要稀土矿床包括美国的山口矿床、中国的白云鄂博矿床以及澳大利亚的威尔德山矿床。这些矿床展示了流体过程在将稀土元素集中到经济可行水平的重要性。经济重要性：了解碳酸岩系统中的流体动力学对稀土元素的勘探至关重要。通过识别稀土元素集中所需的路径和条件，地质学家可以更好地预测潜在稀土矿床的位置和质量。
以下内容，主要来自于 碳酸岩系统中流体相关稀土元素的迁移和成矿
主体内容
稀土元素是现代技术中至关重要的组成部分，其中一些最大的自然资源矿床与碳酸岩系统有关。然而，导致稀土元素矿化的机制以及岩浆流体在碳酸岩系统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体中的流体，首次对天然碳酸岩系统中的流体及其微量元素组成进行了原位表征。通过将数据与来自不同碳酸岩系统的其他流体和熔体进行比较，构建了一个流体介导的稀土元素运输和矿化模型。研究表明，碳酸岩相关的流体富含碱金属-碳酸盐+硫酸盐+氯化物和CO2，但贫水（pO），且它们可以成为稀土元素的重要载体（超过1600 ppm）。结果揭示，流体中的CO2含量对于在迁移过程中防止或减缓与围岩的相互作用至关重要，而流体介导的稀土元素矿化发生在流体中CO2分压降低时（即在脱气过程中）。
主体结论
碳酸岩系统中的同生和副岩浆流体通常具有碱金属-碳酸盐+硫酸盐+氯化物的成分，贫水（pO）且富含CO2，总稀土元素（REE）含量较高（>1600 ppm）。这些流体与碳酸岩熔体的区别在于其密度较低、无法冷凝成充填体积的矿物组合、挥发性成分（CO2+pO）富集，以及较高的（Na+K）/Ca比值。流体介导的稀土元素矿化和碱交代作用与流体相中的CO2含量密切相关，因为高CO2逸度通过阻止流体中的碳酸盐成分与硅质围岩反应来保持稀土元素在流体相中的溶解度。考虑到CO2在将碳酸岩衍生流体与地壳中其他流体类型区分开来的重要性，建议，在解释碳酸岩系统中稀土元素的迁移性时，应关注碱金属-碳酸盐在同生或副岩浆流体中的作用，而不是pO-NaCl流体。尽管类似的流体已被提出可以在不混溶性的情况下形成，但，不混溶性是CO2富集系统中产生碱金属-碳酸盐流体成分的主要过程。
石英包裹体中的次生流体包裹体（FIs），Oldoinyo Lengai，坦桑尼亚。
(A) 流体包裹体沿裂隙封闭排列。 (B) 在室温下的流体包裹体内部，包含固体(S)、液体(CO2 L)和气体(CO2 V)相（光学显微镜图像）。 (C) 露出的流体包裹体显示有盐石、光卤石、含稀土元素的钠铁矿（钠铁矿固溶体）和碳酸氢钠晶相（扫描电子图像）。 (D) 代表性的流体包裹体三维模型：粉红色—石盐；红色—光卤石；黄色—含稀土元素的钠铁矿；绿色—碳酸氢钠；空腔（灰色）—暴露前的CO2。
碳酸岩系统中的流体和熔体
(A) 伪四面体（顶角代表成分）展示以下几种成分的重量百分比（wt%）：本研究中的副岩浆流体；Kerimasi同生岩浆流体；来自Oldoinyo Lengai (OL) 和Kerimasi的碳酸岩熔体；以及OL喷发的钠碳酸岩熔岩。V—气相；L—液相；S—固相。
(B) pO–CO2+SO3–NaCl三元图，显示以下研究中的流体的挥发性成分：本研究；Kerimasi；白云鄂博；Okurusu和Kalkfeld；Alnö；Siilinjärvi；Oka；Kaiserstuhl；以及Amba Dongar。FIB-SEM-EDS—聚焦离子束扫描电子显微镜能量色散光谱。
经球粒陨石标准化的碳酸岩系统中副岩浆和后岩浆流体的稀土元素（REE）分布。这些成分通过以下方法确定：激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）、扫描电子显微镜能量色散光谱（SEM-EDS）分析爆裂残留物、压碎-浸取产物的ICP-MS分析，以及火山气体和大气水的ICP-MS分析。绿色代表副岩浆流体，蓝色代表后岩浆流体。
模型展示了同生岩浆流体从其源头演化至通过碱交代作用被消耗的过程，流体从碳酸岩系统中脱溶并迁移穿过硅质围岩（B–E）或碳酸岩围岩（F–I）。(A) 同生岩浆流体相从熔体中脱溶。 (B, F) 流体作为均一相从岩浆房源头迁移至围岩中。 (C, G) 流体迁移至较低的温压条件下，均一流体将分离成不混溶相：碱金属-碳酸盐流体相（绿色）和富CO2、贫pO的流体相（紫色）。 (D, H) CO2-pO流体相分离，留下碱金属-碳酸盐流体相。 (E, I) 碱交代作用和稀土元素（REE）的沉淀作为碱金属-碳酸盐流体相与围岩反应的结果。
