稀土是一种重要的战略资源，关乎国民经济发展和国家安全。秦岭造山带是我国中央造山带的重要组成部分，从北到南通常依次划分为华北陆块南缘、北秦岭、南秦岭和扬子陆块北缘四个构造单元。近些年来，随着勘探工作的深入，不同单元中陆续发现有规模不等的稀土矿床，典型例子包括南秦岭的庙垭和杀熊洞稀土-铌矿床、北秦岭的太平镇稀土矿床以及华北陆块南缘的黄龙铺、黄水庵和华阳川等稀土-多金属矿床（图1）。初步统计显示，该带稀土总储量（REO）超过200万吨，有望成为我国继白云鄂博、南方和川西之后的又一重要稀土成矿带。因此，理清该成矿带稀土成矿时代和成因机制、建立稀土成矿模型不仅对丰富稀土成矿理论具有重要意义，也将对区域稀土找矿预测提供理论支撑。

图1 秦岭造山带构造简图（a, b）与各构造单元代表矿床的地质简图（c-黄水庵；d-太平镇；e-庙垭）

已有研究表明，这些稀土矿床的分布在空间上与碳酸岩或碱性岩相关，但两者究竟有何成因联系仍缺乏系统约束。在前人研究工作基础上，本室陈伟研究员团队针对秦岭造山带中不同构造单元的稀土矿床开展了系统的矿床学、矿物学及稀土矿物U-Th-Pb定年、矿物原位主-微量元素和Sr-Nd同位素分析等工作，并结合流体包裹体显微测温及LA-ICPMS成分测定，在该成矿带的稀土成矿时空格架、成矿流体性质及稀土富集机制等方面获得了以下新认识。

1、揭露了秦岭造山带的两期稀土成矿事件。因缺乏系统的稀土矿物直接定年工作，秦岭地区的稀土成矿时代格架和背景尚待完善。我们通过对不同构造单元稀土矿床中主要稀土矿物（氟碳铈矿、独居石等；图2）开展LA-ICPMS U-Th-Pb定年分析，完善了区域稀土成矿时空格架和背景（图3）。分析结果表明，第一期成矿事件年龄为440-410 Ma，主要发生于南秦岭和北秦岭单元：前者的代表为庙垭和杀熊洞矿床，形成于裂谷环境；后者的代表为太平镇矿床，形成于弧后盆地环境。第二期成矿事件年龄为220-200 Ma，主要发生于华北陆块南缘，代表矿床为黄龙铺、黄水庵、华阳川等，形成于碰撞后的局部拉张环境。两期稀土矿化在时空上均与区域上分布的碳酸岩或碱性岩相对应。

图2 秦岭造山带不同矿床中稀土矿化的镜下特征

（a）黄水庵稀土矿床碳酸岩中原生氟碳钙铈矿；（b）太平镇稀土矿床碳酸岩中氟碳铈矿；（c）太平镇稀土矿床中热液脉型矿化；（d）庙垭稀土矿床中碳酸岩中独居石

图3 秦岭造山带稀土矿床成矿时代总结

SQL—南秦岭；NQL—北秦岭；S-NCC—华北陆块南缘

2、限定了后期热液导致的稀土活化与再富集也是南秦岭碳酸岩-碱性岩杂岩体中稀土矿化的重要方式之一。通常认为碳酸岩（-碱性岩）相关的稀土矿床形成于自身碳酸岩浆分异演化及晚期流体过程。我们通过对南秦岭庙垭碳酸岩-碱性岩杂岩体中稀土成矿的精细矿物学和微区分析研究，提出后期外来流体对早期杂岩体中分散稀土的活化与再富集过程是导致该类岩石中稀土成矿的另一种重要方式：① 详细的矿物学工作显示，庙垭的稀土矿物（氟碳铈矿、独居石等）（>95%）主要形成于~220Ma热液期（图4），而成岩期（~430Ma）并未出现大量、具有经济意义的稀土矿物；② 矿物原位Sr-Nd同位素分析和质量平衡计算证实，后期热液是通过活化早期碳酸岩或碱性岩中的稀土（如以磷灰石、方解石形式存在）、再重新富集沉淀为有经济价值的独居石和氟碳铈矿等稀土矿物（图5）；③ 流体包裹体研究进一步揭示，成矿热液为中温、低盐度的富CO₂流体，可能与区域上200-220Ma造山型Au-Ag矿床存在紧密关联。这些新认识不仅丰富了碳酸岩相关稀土矿床的成矿理论，而且为区域稀土找矿提供了新思路。例如，在板块汇聚带（断裂发育、流体活动强烈）的富稀土碳酸岩/碱性岩体抑或其它富稀土的岩石均可作为潜在的稀土勘探目标。

图4 庙垭杂岩体中稀土矿化的镜下特征。磷灰石被强烈改造，呈现不规则且界线截然的接触面（a），或包含大颗粒的独居石包裹体（b）；碳酸岩中浸染状独居石（c）和氟碳铈矿（d）；正长岩中的独居石+石墨+铁白云石细脉（e）和碳酸岩中的氟碳铈矿+褐帘石细脉（f）

图5 磷灰石（a）和方解石（b）在蚀变过程中不同元素的相对于Tm和Lu的富集系数

图6 庙垭碳酸岩-碱性岩杂岩体中稀土矿化卡通图。

（a）430 Ma左右庙垭碳酸岩-碱性岩杂岩体形成，仅少量稀土矿物形成；（b和c）220 Ma左右的后期热液叠加活化-淋滤了岩浆期分散的稀土元素，并在短距离内再富集-沉淀成矿

3、精确限定了华北陆块南缘稀土-多金属矿床的初始成矿流体性质。成矿流体性质的精确约束对确定成矿类型和成因机制至关重要。华北陆块南缘的稀土矿床（黄龙铺、黄水庵、华阳川等）以不同程度富集REE、Mo、Pb、Zn等金属、空间上与含石英的碳酸岩紧密共生等特点而著称（图7）。尽管前人开展了不少研究，但稀土矿化与该独特碳酸岩之间的成因联系、早期成矿流体性质等问题仍缺乏可靠约束。我们对黄水庵Mo-REE矿床碳酸岩中的原生石英开展了详细的流体包裹体测温和LA-ICP-MS成分分析，针对上述问题获得了一些新认识。显微测温结果表明石英中流体包裹体具高温（~400oC）、低盐度（~3.88wt.%）、富CO₂的特点，并进一步确定其代表了早期从碳酸岩浆中出溶的超临界流体；单个流体包裹体LA-ICP-MS分析显示该成矿流体富含REE、Ba、Sr、Cu、Pb、Zn等元素（图8），与黄水庵矿床的矿物组合基本对应，有力证实了这些稀土-多金属矿床的形成与含石英碳酸岩具密切的成因联系。鉴于含石英碳酸岩在华北南缘具有较广的分布，我们的研究成果也预示着石英流体包裹体的LA-ICP-MS成分分析可以作为判断该类碳酸岩是否具稀土或其它金属成矿潜力的有效手段。

图7 黄水庵矿床稀土矿物与辉钼矿、方铅矿、闪锌矿共生

图8 黄水庵碳酸岩原生石英中流体包裹体LA-ICP-MS信号图

相关成果发表于国际知名矿床学和矿物学期刊Mineralium Deposita，American Mineralogists和Ore Geology Reviews，文章具体信息如下：

Zhang, W., Chen, W.T.*, Gao, J-F., Chen, H-K., and Li, J-H., 2019. Two episodes of REE mineralization in the Qinling Orogenic Belt, Central China: in-situ U-Th-Pb dating of bastn？site and monazite. Mineralium Deposita, 54, 1265-1280.

Ma, R-L., Chen, W.T.*, Zhang, W., and Chen, Y-W., 2021. Hydrothermal upgrading as an important tool for the REE mineralization in the Miaoya carbonatite-syenite complex, Central China. American Mineralogist, 106: in press. DOI: http://doi.org/10.2138/am-2021-7779.

Zhang, W., Chen, H-K., Li, J-H., Chen, W.T.*, Zhang, X-C., and Tang, Y-W., 2021. Composition of ore-forming fluids in the Huangshuian carbonatite-related Mo-(REE) deposit: Insights from LA-ICP-MS analyses of fluid inclusions. Ore Geology Reviews, 136, 104284.

这三项研究成果由科技部重点研发计划（2017YFC0602302），国家自然科学基金项目（41822303）和中国科学院前沿科学重点研究项目（QYZDB-SSW-DQC008）联合资助。