随着全球对稀有金属和稀土元素（REEs）需求的不断增加，科学界对这些战略资源的成矿机制进行了广泛的研究和探讨。在以往的研究中，硅酸盐熔体不混熔作为一种可能的成矿机制，虽然在显微尺度上得到了有效的验证，但缺乏宏观尺度上的证据，始终限制了对这一机制的广泛认可。针对这一科学问题，中国地质大学（武汉）资源学院、紧缺战略矿产资源协同创新中心、地质过程与矿产资源国家重点实验室蒋少涌教授团队苏慧敏副教授对中国东北部巴尔哲矿床的成岩成矿过程进行了详细研究，通过详细的矿物学和地球化学分析，揭示了硅酸盐熔体不混熔在形成大规模稀有金属矿化中的关键作用，尤为重要的是，本研究为这一成矿机制提供了宏观尺度上的确凿证据。这一发现为理解巴尔哲矿床的成因提供了全新的视角，从而推进了我们对稀有金属成矿机制的认识。
巴尔哲矿床位于中国内蒙古大兴安岭南缘，矿化赋存在巴尔哲过碱性花岗岩体内。该岩体出露面积0.4 km2，可分为东岩体和西岩体两部分。剖面上，岩体从下到上可分为三个相，超熔花岗岩相，转熔花岗岩相和亚熔花岗岩相。 我们发现巴尔哲矿床中存在球粒花岗岩，属于转熔花岗岩相（图1）。球粒花岗岩呈灰色，主要由球粒及其周围的基质组成。球粒体积比例在不同样品中变化较大（10%-85%）。每个球粒由两个不同的区域组成：核心部分为暗色，由角闪石集合体或单晶组成，边缘部分为浅色，主要由石英和长石组成。此外，大量的稀有和稀土金属矿物分布于球粒的边缘部分。球粒与基质的界限明显，基质主要由均粒、中粒的钾长石、石英、钠长石和钠铁闪石组成。 对巴尔哲矿床中不同类型的角闪石进行了系统的矿物学分类，识别出四种主要的角闪石类型（Amp-I、Amp-IIa、Amp-IIb和Amp-III），以及一种次要类型Amp-IV。Amp-I角闪石是球粒花岗岩中最早结晶的相，主要存在于石英和长石的包裹体中。Amp-IIa和Amp-IIb角闪石分别存在于球粒的核部和边缘。Amp-III角闪石则主要存在于球粒花岗岩的基质中。Amp-IV角闪石主要存在于亚熔花岗岩中。几种类型的角闪石显示了不同的稀土和微量元素特征（图2）。▲图2. 巴尔哲矿床不同类型角闪石的微量元素箱型图
综合以上研究成果，我们提出了一个新的成矿模型（图3）：在巴尔哲矿床的早期岩浆演化过程中，初始熔体已是高度演化的，且富含Na和F。大量挥发分的存在显著降低了熔体的粘度，使得熔体能够在较低温度下继续演化。Amp-I角闪石的形成标志着最早的结晶。随着岩浆的持续演化，熔体中的挥发分含量积累到临界值时，硅酸盐熔体开始发生不混熔作用，分离出两种不同的熔体，贫矿的硅酸盐熔体（sm-A），以及富含稀有金属和高场强元素（如Zr，Nb，Th，等）的硅酸盐熔体（sm-B）。该过程导致了稀有金属的强烈富集，并触发了球粒的形成。球粒内部的角闪石（Amp-IIa）首先在sm-B熔体中结晶，由于其结晶速率较低，形成大晶体，并将周围的Fe、Mg和F等元素耗尽，导致其在核心区域相对富集。而围绕核部的边缘区域则主要由石英和长石组成，这些矿物逐渐从中心向外结晶，并夹杂着少量的角闪石（Amp-IIb）和其他稀有金属矿物（如锆石、铌铁矿和独居石）。较为贫化的sm-A熔体继续在基质中演化。由于挥发分的减少，基质中的矿物开始以不同的顺序结晶，首先是石英和长石，然后是粒间的Amp-III。随着岩浆系统的进一步演化，残余熔体逐渐冷却并进入亚熔花岗岩阶段，并导致Amp-IV的结晶。Amp-IV的化学特征表明它是在一个更加演化的熔体中形成的。此外，残余熔体释放出大量的流体，这些流体在整个岩体中引发了广泛的热液改造，主要为钠长石化和Fe-Ti氧化物的交代作用。与此同时，稀有金属元素在流体的作用下发生了大规模的迁移和重新分布，最终导致了巴尔哲矿床中稀有金属的超常富集。 我们的成矿模型展示了硅酸盐熔体不混熔在巴尔哲矿床稀有金属成矿中的关键作用。在球粒阶段，富含稀有金属的熔体由于其特殊的物理化学性质，导致了这些元素的在球粒中的预富集。这一过程在巴尔哲矿床的形成中发挥了核心作用，并为理解其他类似矿床的成因提供了新的思路。 研究成果2024年发表在国际SCI期刊Lithos上，本研究受国家自然科学基金项目（项目号：42273068和42030811）和自然资源部稀土稀有稀散矿产重点实验室开放基金（项目号：KLRM-KF202001）项目资助。 论文信息：Su Hui-Min, Jiang Shao-Yong*, Tao Jin, Che Yu-Ying,
Zhu Xin-You. Silicate melt immiscibility as the cause of large-scale rare-metal
mineralization in a peralkaline granite system: The case of the Baerzhe deposit
in NE China. Lithos, 2024, 474-475: 107595
