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许成研究员课题组在Nature Communications上发表论文,揭示我国南岭地区重稀土成矿的关键因素

  日期:2017-2-23 15:23:48    浏览次数:

稀土元素是现代工业的“维生素”,广泛应用于国防以及新能源技术中,而该类元素中的重稀土更是21世纪重要的战略资源,国际市场对这一矿产品的需求与日剧增。全球约98%的重稀土资源来源于我国南岭地区花岗岩风化壳型稀土矿床,其稀土元素主要以离子态吸附在风化壳中的粘土矿物上,离子吸附过程一直被看作重稀土元素富集成矿的关键因素。然而花岗岩是地球表面出露最为广泛的岩石,其风化壳广泛发育,为何全球花岗岩重稀土元素成矿只集中在我国南岭地区?长期以来一直是地质学家的一个谜。许成研究员课题组对江西多处风化壳进行了大量的钻孔采样,发现风化层顶部和底部均出现高的轻稀土和重稀土含量矿物,不同风化层位显示变化的稀土组成和Ce负异常,Ce亏损越大,其风化壳稀土含量越高;部分基岩花岗岩也显示强烈的Ce负异常和高的稀土富集;他们首次在花岗岩中发现了三类新的稀土矿物(图1):REE-1、REE-2和REE-3,前两类为磷灰石交代产物。其中REE-1的F含量低(~ 1%)、稀土含量变化较大(La2O3 = 4.5-12%; Y2O3 = 10-36%);REE-2的F含量较高(6-9%),富含重稀土,并以Y为主(Y2O3 ~ 46%);REE-3呈它形产于粒间,为稀土氟碳酸盐矿物,富含轻、重稀土(La2O3 = 4.5-12%;Y2O3 = 10-36%)。这三类新的矿物均未在自然界中发现,它们的Ce含量极低(Ce2O3 < 0.1%),改变了传统认为轻稀土元素具有一致相似的地球化学行为,显示其形成于高氧逸度的环境,远高于花岗岩内磁铁矿-石英组合的氧逸度。利用原位激光分析,确定花岗岩内原生独居石和磷灰石具有极低的Nd同位素(εNd ~ -11),而三类新的稀土矿物的εNd为1左右。上述证据很好的证明了高氧逸度、富稀土俯冲流体交代南岭花岗岩是重稀土强烈富集的关键因素,南岭重稀土成矿并不是以往认识的单一外生过程。相关成果以论文形式发表在近期的Nature Communications: http://www.nature.com/articles/ncomms14598,Nature Communications副主编Melissa Plail对此项工作给予了很好的评价“Heavy rare earth elements (HREE) are an important global resource for many industries. Here Xu et al. have discovered new REE minerals, which represent oxidised REE-rich fluids that metasomatized granites resulting in an enrichment of HREE, therefore contributing to our knowledge of global REE resources”.

许成研究员2010年作为北京大学‘百人计划’特聘研究员进入北大地空学院,2016年通过北京大学国际评估获Tenure 副教授岗位。他一直从事碳酸岩和稀土矿床成因研究,主持了六项国家自然科学基金项目,先后获得国家自然科学基金委优秀青年基金、中国矿物岩石地球化学学会‘侯德封青年科学家奖’和中国地质学会‘银锤奖’等。

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图1,南岭花岗岩内三种新的稀土矿物(REE-1, REE-2, REE-3)。Ap, 磷灰石;Bt, 黑云母;Kfs, 钾长石;Q, 石英。