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稀土元素作为一组拥有特殊物理化学性质的元素（包括15个镧系元素和钪、钇），在国防军工、高新技术领域不可或缺（Chen et al., 2011; Wall, 2021）。占全球储量近80%的碳酸岩-碱性岩型稀土矿床是目前最主要的稀土元素来源（Weng et al.,2015; Liu et al., 2023）。碳酸岩是指碳酸盐矿物含量大于50%（体积分数）、二氧化硅含量小于20%（质量分数）的火成岩（Yaxley et al., 2022），碳酸岩中稀土元素的迁移、富集和成矿已经得到广泛研究（Xie et al., 2009;宋文磊等，2013; 2015; Xu et al., 2015; Liu et al., 2017; Wang et al., 2019），提出了2种富稀土元素碳酸岩的成因模型：①源自交代作用改造后的碳酸盐化地幔，经极低程度（<1%）熔融而来的碱性碳酸岩质熔体（如白云鄂博稀土-铁-铌矿床; Lee et al., 2000；李以科等，2022；李嘉琦等，2024）；②源自碳酸盐化硅不饱和岩浆的分离结晶后发生硅酸盐与碳酸盐熔体的液态不混溶（如牦牛坪、微山稀土矿床; Brooker et al., 2010）。
山东微山稀土矿床是一超大型稀土矿床（Wang et al., 2019）。近年来，前人对该矿床开展了一系列研究工作，发现稀土矿体赋矿岩体为碱性岩-碳酸岩杂岩体。碱性杂岩体是来源于富集地幔的造山期后岩浆活动产物，其侵入年龄略早于微山稀土矿的成矿年龄（Ding et al., 2022），在时间上存在继承关系，因此可认为其与稀土元素矿化关系密切。然而，关于微山稀土矿中是什么类型的碱性岩岩浆，在何种物理化学条件下，稀土元素会发生持续富集仍不明晰。因此，本研究对微山稀土矿碱性岩体进行了岩相学、全岩地球化学和锆石矿物的原位微区分析工作，探讨含碳酸盐的碱性硅酸盐熔体在出溶碳酸盐熔体之前的岩浆演化过程和稀土元素配分行为，分析稀土元素在碳酸盐熔体中富集的主要受控因素，揭示碱性岩-碳酸岩稀土矿床成矿前端重要地质过程对于稀土元素富集成矿的贡献，从而建立一套寻找含稀土元素碳酸岩矿床的碱性岩-碳酸岩杂岩体和地球化学指标。
1 区域地质背景和矿床地质特征华北克拉通是最古老的太古代克拉通之一（Zhao et al., 2001），其东部陆块的基底主要由太古宙至古元古代的英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩和绿片岩-麻粒岩相火山沉积岩组成，盖层为中元古代至新元古代的火山-沉积岩、寒武系至奥陶系的陆缘碳酸盐岩、石炭系至二叠系海陆交互沉积岩和中新生代盆地沉积物（Lu et al., 2008）。自晚古生代以来，华北克拉通经历古亚洲洋俯冲-增生、与蒙古地体碰撞，扬子板块俯冲和拼贴，以及古太平洋俯冲，诱发华北克拉通东部岩石圈发生了显著减薄（翟明国，2025），爆发大规模岩浆活动，并伴随金、铜、稀土元素等的成矿作用，形成一大批大型-超大型矿床，包括胶东金矿、木吉村铜矿、微山稀土矿床等（图1a；Zheng et al., 2018; Wu et al., 2019）。
微山稀土矿位于华北克拉通东南缘的鲁西地区。由于早古生代扬子板块的俯冲拼贴，中生代古太平洋板块的2期俯冲（Wu et al., 2019），形成了WE向和NE向深大断裂，这些构造特征塑造了鲁西地区近平行四边形的地貌。（图1b; Zhao et al., 2001）。中生代岩浆活动强烈，来自富集岩石圈地幔富CO2和H2O的碱性硅酸岩熔体沿着重新活化的古老岩石圈断裂通道运移（Wu et al., 2019），经过多阶段液态不混熔作用，形成碱性硅酸盐熔体和富稀土元素的碳酸岩熔体，代表性的岩体有沙沟、铜石、微山、龙宝山等，形成时代约为125 Ma（蓝延广等, 2011），主要岩性为碱性花岗岩、石英钠长斑岩、含霓辉石英正长岩、石英钾长斑岩及闪长玢岩等。
微山稀土矿是中国第三大轻稀土矿床（Wang et al., 2019），是中国最为典型的碱性岩-碳酸岩型稀土矿床，矿区主要出露新太古界泰山岩群山草峪组片麻岩及新生界第四系。出露碱性岩按照产出深度、长石矿物的含量、颗粒大小和晶型可以分为4种岩性：碱性花岗岩、石英钠长斑岩、含霓辉石英正长斑岩以及石英钾长斑岩（图2a、b），主要由长石和石英组成，副矿物可见富轻稀土元素的氟碳铈矿、磷灰石和独居石等矿物。碱性岩与碳酸岩构成碱性岩-碳酸岩杂岩体，且碳酸岩呈脉状产出，沿NW向、NE向断层分别侵入前寒武结晶基底，切穿碱性岩体（Wang et al., 2019），说明碳酸岩形成于晚期。根据碳酸岩矿脉中全岩稀土氧化物含量的多少，稀土矿体分为低品位矿体（<1%）、中等品位矿体（1%~5%）和高品位矿体（>5%），目前主要开采中品位和高品位稀土矿体。
2 岩相学特征研究区露头较少，仅在井下采场附近可见含稀土元素碳酸岩矿体呈单脉状或细脉浸染状侵入碱性岩体中，碱性岩体是其主要的赋矿围岩。本研究所用样品采集自矿区西部ZK39-1钻孔，采样深度84~776 m。根据矿物组合和结构特征，结合采样深度以及演化的先后顺序，可分为：①碱性花岗岩（图3a~c）；②石英钠长斑岩（图3d~f）；③含霓辉石英正长岩（图3g~i）；④石英钾长斑岩（图3j~l）。
碱性花岗岩分布于岩体较深处，通常以岩床状顺层产出，且较少遭受蚀变和矿化。这类岩石的主要成分包括钾长石（约35%）、钠长石（约30%）和石英（25%~30%），同时，可见磷灰石（约0.5%）、方解石（约1%）、霓石等副矿物（图3b）。2种长石交织生长，含量相近，均为中粒半自形-他形（粒径约1~3 mm）（图3c）。石英呈现他形中细粒结构。方解石分布于钾长石和钠长石颗粒之间（图3c）。
石英钠长斑岩多以岩株和岩脉状产出，岩石呈浅灰色到肉红色，斑状结构（图3d~f），斑晶主要为钠长石（35%）、石英（10%）和环带状碱性长石（25%）。基质主要为钾长石、钠长石和石英，偶见钠质硅酸盐熔体和钾质硅酸盐熔体不混溶现象（图3e）。因此，按基质组成可进一步细分为“富钾”和“富钠”2种斑岩，在代表“富钾”的斑岩中，基质为钾长石和石英；而在代表“富钠”的斑岩中，基质为钠长石和石英。2种斑岩中均可见方解石呈0.2~0.4 mm的细粒出现，周围常见粒度细小的磷灰石（约1%）。“富钾”和“富钠”2种类型的不同点在于基质的类型以及后者中可见重晶石、天青石等硫酸盐矿物，且方解石含量（约3%）也更高。
含霓辉石英正长岩主要矿物组成为自形巨粒具有环带结构的碱性长石（约75%）和他形石英（<20%）；副矿物为方解石、磷灰石、霓石、黄铁矿、黑云母和重晶石等（<1%；图3h）。巨粒碱性长石呈堆晶结构，长石矿物颗粒之间存在大量的三联点结构（图3i），粒径多在2~3 mm，最大直径达5~6 mm，钾长石和钠长石循环组成多个环带结构，单个环带的宽度一般在50~200 μm（图3h、i）。石英呈他形粒状充填在长石矿物颗粒的间隙中。霓辉石和方解石呈细粒短柱、板片状分布于环带碱性长石矿物颗粒之间。方解石周围或晶体内部可见磷灰石。
石英钾长斑岩为似斑状结构，大颗粒钾长石（约25%）与小颗粒的钠长石和石英，副矿物可见方解石、磷灰石、重晶石、氟碳铈矿等，代表岩浆演化过程中“富钠”阶段的晚期（图3j~l）。长石内部可见钾长石和钠长石相互交替，但并未出现截然分明的环带界线。与碱性花岗岩和石英钠长斑岩相比，方解石（约5%）和磷灰石（约2%）、重晶石、氟碳铈矿等矿物含量明显增多，表明其在富钠，富CO32-的残余熔体从岩浆房抽离上涌的过程中，携带岩浆房中早期结晶的大颗粒长石而后固结成岩。
3 样品采集与分析方法样品采集于微山矿区钻孔及井下采场中。将采集的岩石手标本逐一拍照后，选择代表性的手标本制作成相应的探针片、树脂靶和粉末样等。
岩石学和矿物学的相识别在长安大学成矿作用及其动力学实验室完成。采用仪器为TESCAN全自动矿物分析（TIMA4-X GMH）系统，该系统是一种基于SEM-EDS的全自动矿物识别系统，利用BSE图像和EDS能谱数据来区分不同矿物相。本次研究在加速电压为25 kV，束流电流为18~20 nA，工作距离为15 mm的条件下，采用BSE和EDS信号采集间隔分别为3 μm和9 μm的点阵分析模式，每个EDS采集点的X射线计数为1000进行分析。使用2.6.5版本的TIMA软件进行数据采集和处理，该软件将仪器采集的各种信号进行整合、汇总与统计计算，并最终呈现出伪彩色的矿物分布图。
全岩主微量成分分析在长安大学成矿作用及其动力学实验室完成。选取新鲜的全岩样品用碳化钨球磨机粉碎至200目。2个样品之间利用高压气枪吹洗加酒精棉球擦拭的方法，防止交叉污染。将制备好的粉末置于烘干箱内，在100℃下烘干8 h后取出放入干燥皿。测试前，先将样品粉末置于高压聚四氟乙烯容器中，使用10 ml HF、HClO4和HNO3（2∶1∶1）的三酸混合物在190℃下至少溶解48 h，随后进行稀释和蒸发至干燥。溶解操作进行两轮，以保证样品充分被溶解。之后，将干燥得到的残留物重新溶解在5 ml王水中。加入蒸馏去离子水，将最终溶液稀释至50 ml进行分析。主量元素和微量元素分别采用ICP-OES（PE 8300V）和ICP-MS（Agilent 7700）进行分析。微量元素采用103Rh和185Re作为内标。大部分主元素和微量元素的分析精度一般分别优于5%和10%。
锆石的年龄测定和原位微量元素测定采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪（LA-ICP-MS）完成。剥蚀系统为美国PhotonMachines公司生产的193 nm气态准分子激光剥蚀系统；分析系统为Agilent 7700 ICP-MS四级杆等离子体质谱仪。测试过程中，激光束斑直径为30μm，样品表面的激光能量密度为6.0 J/cm2，激光脉冲频率为5 Hz，剥蚀时间为40 s，每2个测试点之间的时间间隔为120 s。使用氦气作为载气将剥蚀产生的气溶胶吹至ICP-MS中完成测试。在每组测试开始和结束，以及每测试10个样品点后，插入1组标样，对测试结果进行监控和校正。标样采用NIST-SRM-610和/或NIST-SRM-612玻璃。数据处理采用软件ICPMS-DataCal完成，元素分析精度（相对偏RSD）优于10%。
4 结 果4.1全岩地球化学本次研究分别对矿区4类不同硅酸岩进行了主微量元素分析测试，分析结果见表1、表2。
主量元素测试结果表明，碱性花岗岩具有较高的w(SiO2)(69.69%~75.08%)；w(MgO)、w(CaO)和w(TFe2O3)分别为0.27%~0.32%、1.46%~2.98%和0.28%~0.54%。岩石具有低w(TiO2)(0.03%~0.08%）、富Al（w(Al2O3)为12.59%~13.81%）特征。碱性花岗岩的碱值（w(Na2O+K2O)）在8.74%~9.53%之间，K2O/Na2O比值在1左右，与岩相学中2种长石的含量相对应。在TAS图解（图4a）中，投点落在石英二长岩及花岗岩区域内，显示酸性岩浆的特点。
石英钠长斑岩与碱性花岗岩具有相似的主微量地球化学特征，具有较高w(SiO2)(68.52%~70.60%)，属于酸性岩类，石英钠长斑岩的K2O/Na2O比值基本小于1，w(Na2O+K2O)为8.94%~9.23%，w(MgO)、w(CaO)和w(TFe2O3)分别为0.23%~0.63%、1.76%~2.47%和0.99%~1.27%。投点主要落在石英二长岩及花岗岩区域内（图4a）。
含霓辉石英正长岩有较高的w(SiO2)(69.91%)，w(Na2O+K2O)为10.74%，w(MgO)、w(CaO)和w(TFe2O3)分别为0.26%、1.41%和1.41%。含霓辉石石英正长岩的碱值（w(Na2O+K2O)）为10.74%，K2O/Na2O比值与碱性花岗岩类似，均在1左右。TAS投图（图4a）中，该类岩石投点位于石英二长岩区域内。
石英钾长斑岩的w(SiO2)为63.01%~70.86%，属中酸性岩类，w(Na2O+K2O)为8.46%~12.23%，w(MgO)和w(CaO)分别为0.13%~0.32%和2.10%~4.43%。石英钾长斑岩的碱值(w(Na2O+K2O))在8.46%~12.23%之间，K2O/Na2O比值多大于1或在1附近（表1）。石英钾长斑岩落在石英二长岩及正长岩区域内。4类岩体的里特曼指数在2.38~6.25（表1）之间，平均3.69，为碱性系列。在SiO2-AR图解（图5a）中，岩石样品投影在碱性岩区域，表明4类岩体均属于碱性岩系列。
岩浆早期的碱性花岗岩、石英钠长斑岩ΣREE值分别为104×10-6~429×10-6、92×10-6~407×10-6。随着演化的进行，含霓辉石英正长岩的ΣREE值升高至720×10-6，在最晚期的石英钾长斑岩中有着最高的稀土元素含量，即438×10-6~9906×10-6（表2），从早到晚4类岩石的(La/Yb)N值逐渐升高，岩浆早期的碱性花岗岩和石英钠长斑岩(La/Yb)N值多数在4.7~64.6之间，此时岩石并未发生轻、重稀土元素的强烈分异，含霓辉石英正长岩和石英钾长斑岩中的值多数在223.6~1754.9之间，说明岩石发生轻、重稀土元素的强烈分异，呈轻稀土元素高度富集的分布模式，且相较其他3类岩石更加接近前人所做该地区碳酸岩脉矿体的稀土元素含量。在原始地幔标准化微量元素蛛网图（图6b）中，4类碱性硅酸岩与前人所作矿体均有相似的微量元素特点:富集Ba、U亏损Nb、Ta、Zr和Hf。
4.2锆石微山碱性杂岩体中锆石普遍偏小，蜕晶化发育，完整的锆石较少见。本次研究挑选的3类锆石中，除含霓辉石英正长岩的锆石颗粒较少，所作有效年龄个数不够未能做出有效年龄外，从岩浆早期的碱性花岗岩和晚期石英钾长斑岩中挑选出的具典型震荡环带的锆石进行U-Pb定年，成功限定了碱性岩体的成岩年龄（表3）。
碱性花岗岩中锆石为自形-半自形不规则柱状，晶体大小100~180μm，长宽比介于1.5∶1至2.2∶1，CL图像以灰白色为主，可见典型岩浆震荡环带结构（图7b）。对18个有效数据进行206Pb/238U-207Pb/235U谐和曲线投影，并对206Pb/238U年龄进行加权平均（图7a），结果显示其年龄为（124.97±0.71）Ma（MSWD=1.7）。
石英钾长斑岩中的锆石，呈自形-半自形不规则短柱状或粒状，有较明显的蜕晶化现象。长宽比1.2∶1至1.8∶1，晶体大小在80~200 μm不等，个别表面发育微裂隙。少数锆石包裹继承锆石的残余核，CL图像大多为灰白亮色，少数为暗色（图7d），Th/U值几乎全大于0.4，显示了中酸性硅酸岩浆锆石的特点，具有典型的震荡环带。对17个有效数据进行206Pb/238U-207Pb/235U谐和曲线投影，并对206Pb/238U年龄进行加权平均（图7c），结果显示其年龄为（124.73±0.93）Ma（MSWD=0.41）。
4.3锆石微量元素分析结果选择3类碱性岩体中挑选出的具有典型震荡环带的锆石单矿物进行微量元素成分分析测试，以限定熔体演化过程中熔体理化性质的变化（表4、表5）。
碱性花岗岩锆石w(Th)、w(U)分别为40×10-6~544×10-6和67×10-6~3620×10-6，Th/U比值为0.13~1.37，w(Ce)为11.55×10-6~74.57×10-6，w(Ti)为1.98×10-6~18.56×10-6，稀土元素总量在3类锆石中最低，数值介于295×10-6~1078×10-6（平均631×10-6）。
含霓辉石英正长岩锆石的w(Th)、w(U)分别为151×10-6~539×10-6和725×10-6~1821×10-6，Th/U比值为0.14~0.31，w(Ce)为15.07×10-6~31.40×10-6，w(Ti)为1.68×10-6~9.00×10-6，稀土元素总量介于507×10-6~906×10-6（平均699×10-6）。
石英钾长斑岩锆石中的w(Th)为86×10-6~3529×10-6，w(U)为153×10-6~3432×10-6，Th/U比值为0.44~2.12，w(Ce)为66.72×10-6~185.66×10-6，w(Ti)为1.90×10-6~24.49×10-6。拥有3类锆石中最高的稀土元素含量，数值介于607×10-6~3840×10-6（平均3164×10-6）。其中，稀土元素可分为表现为Eu负异常的和未出现Eu负异常的2组，且未出现Eu负异常1组的稀土元素总含量在所有锆石样品中均处于较高水平。
3类碱性岩体的锆石中可看到，随着Zr/Hf比值降低，Hf、U、Y、Th含量升高，此时的Eu/Eu*比值和稀土元素含量稳步升高，同时，w(Ce/Nd)/w(Y）值下降。与另2类锆石相比，石英钾长斑岩的锆石展现出相对较低的(Ce/Nd)/Y比值和更高的Eu/Eu*比值、Hf、U、Y、Th和稀土元素含量。
5 讨 论5.1碱性岩浆岩的演化微山稀土矿碱性岩从早到晚可分为：碱性花岗岩、石英钠长斑岩、含霓辉石英正长岩、石英钾长斑岩。不同岩性的年代学结果无明显差异，同时在相对有限的空间范围内出露，且前人所作全岩Sr-Nd同位素数据表明其具有相同的岩浆源区（Ding et al., 2022），暗示这些岩体的形成与岩浆-熔体演化有关，揭示了岩浆补给作用、富钾和富钠熔体的分离、熔体的结晶分异和堆晶、熔体从岩浆房的抽离和碳酸质组分的累积等过程（董国臣等, 2006; Barnes et al., 2016；陈国超等, 2017; Sarjoughian et al., 2018; Barnes et al., 2021）。
碱性花岗岩表明早期的岩浆同时富钾和钠，且两者的含量相近（图3b）。由于该熔体从岩浆房上升进入地表，冷却速度较快，因此结晶形成的钾长石和钠长石均为中粒半自形-他形结构，2种长石交织生长（图3c）。
对于保存在岩浆房中的碱性岩浆，随着演化的进行，会发生晶体的结晶。长石大多具有环带结构，这样的结构在花岗岩中常见（Vernon et al., 2016）。环带的产生可能是由于结晶过程中微量元素扩散或熔体成分的改变（杨献忠等, 2022）。这些环带结构单个的宽度一般不超过5μm。也有钾长石巨晶周围发育一圈连续或不连续的斜长石外壳的“环斑结构”长石，但这种结构通常只有核部的钾长石和边部的钠长石2个环带（赵迁迁等, 2022）。而微山矿区含霓辉石英正长岩中的长石具有钾长石和钠长石循环组成的环带结构（图8），单个环带的宽度一般在50~200μm，远远超过结晶过程中微量元素扩散或熔体成分局部变化导致的环带宽度，表明环带在生长时，有长时间稳定的相同物质供应。环带数量也超过了“环斑结构”长石的环带数量。含霓辉石英正长岩矿物颗粒之间还存在大量的三联点结构（图3i），表明矿物生长过程中处于一个相对稳定的环境（Chen et al., 2021; 2023）。Veksler(2012)的实验模拟阐述了碱性岩浆系统中钠质、钾质熔体的分离，阳离子的性质和非硅酸盐阴离子对不混溶性的影响。事实上，对微山稀土矿的岩相学研究显示，在一定条件下会发生钠质硅酸盐熔体和钾质硅酸盐熔体的不混溶作用（图3d~f），即在岩浆房中钾质和钠质混合的熔体可以分离形成了2种不同的熔体。2种熔体可以分别为环带提供稳定的钾质或钠质组分的供应。长石斑晶多有超过2个环带（图3h、i），暗示斑晶生成的过程中，岩浆房存在熔体的多次注入同时富钾和钠的熔体，熔体在岩浆房中先发生液态不混溶(Andreeva et al., 2007)，再分别形成长石斑晶的环带。岩相学显示，含霓辉石英正长岩的“基质”组分主要为钠长石（图3k），表明岩浆房中熔体演化中晚期残余熔体的性质为钠质硅酸盐熔体。此外，在基质中发现了少量的他形方解石晶体，表明岩浆房演化至晚期，残余熔体中CO32-的含量较高。这是岩浆房熔体多次注入，通过长石等硅酸盐矿物的结晶，多次叠加富集的结果。
富钠、CO32-的残余熔体从岩浆房抽离上涌的过程中，会携带在岩浆房中早期结晶的钾长石斑晶，形成石英钾长斑岩（Cao et al., 2016）。更重要的是，石英钾长斑岩的基质中可见较多的岩浆成因方解石，含量约3%~10%（未发表数据，图3k、l）。Weidendorfer等(2017)采用含CO2次火山玄武岩-霞石岩和霞石正长岩的混合物为初始物质的实验证实，碳酸岩在1100~950℃沿着碧玄岩-霞石岩熔体分离轨迹产生碳酸盐熔体。对于碳酸盐熔体共轭的硅酸盐熔体的主微量测试结果表明，这些硅酸盐熔体为富钠的熔体，Na2O/K2O比值介于1.1~2.1（表1），这与本次研究的结果一致，即产生碳酸盐熔体的硅酸盐熔体为钠质熔体。
5.2熔体演化过程中物理化学性质的变化锆石作为常见的火成岩副矿物（Hoskin et al., 2003），因其稳定的物理化学性质、较低的普通Pb含量以及较高的U-Th-Pb同位素体系封闭温度，被广泛用于同位素定年、限定岩浆源区性质、示踪岩浆及热液演化过程（Hoskin et al., 2003; Hoskin, 2005; Geisler et al., 2007）。此外，近期的研究表明锆石的矿物学和地球化学特征不仅记录了熔体的演化历程，而且能反映熔体物理化学性质的变化，特别是熔体氧逸度和水含量的变化，这些性质又进一步控制着稀土元素在熔体中的富集程度（Zou et al., 2019;邹心宇等，2021）。
碱性花岗岩锆石（图9中Zr-1）的负Eu异常可能是由早期斜长石形成和从演化的熔体中移除所引起的（图9a），因为斜长石可以通过取代Ca来富集Eu2+（Kynicky et al., 2019），这些特征不同于晚期的热液锆石。含霓辉石英正长岩和石英钾长斑岩（图9中Zr-2、Zr-3）所处的这2个阶段氧逸度的快速升高，导致Eu2+更多的被变为Eu3+，而长石是通过相容Eu2+的方式消耗熔体中的Eu，从而导致其他矿物出现负Eu异常，这也说明岩浆演化过程中氧逸度具有变高特征。随着岩浆演化至晚期（石英钾长斑岩阶段），氧逸度显著升高，Eu²⁺被氧化为Eu³⁺。由于Eu³⁺不易被斜长石等矿物捕获，熔体中Eu亏损程度降低，导致部分Zr-3锆石中Eu异常减弱或消失（Ghaderi et al.,1999;郑方顺等, 2023）。并且石英钾长斑岩中基质富含方解石，表明晚期熔体富集CO₃²⁻。碳酸盐熔体可能通过改变熔体成分或氧逸度，抑制Eu的矿物分异，使Eu更多保留在熔体中，从而减弱锆石的Eu异常。
在氧逸度研究方面，Loucks等（2020）进一步明确了锆石中Ce、U和Ti含量之间比值的代表性意义，提出了一种熔体氧逸度计算方法。这一方法基于锆石微量元素的变化，推算出岩浆的氧逸度，适用范围涵盖从镁铁质至硅酸盐质岩浆。氧逸度作为岩浆演化过程中的重要参数，影响着多价元素（如Fe、Cu、Au、V、S和C）的价态分配和固体地球的氧化还原状态，通过锆石微量元素记录，笔者能更深入分析和解释岩浆成因和演化机制。在微山碱性岩3类岩体的锆石中，依照上述方法测得3组对应岩体的氧逸度，笔者研究发现，随着锆石所反映熔体的氧逸度逐渐升高，稀土元素含量也逐渐升高（图9c），然而二者并不是完全的线性关系，可以看到在由碱性花岗岩到含霓辉石英正长岩演化的过程中，随着氧逸度升高，稀土元素含量并未一同提高（Zr-1到Zr-2）；而随着进一步演化，最晚期石英钾长斑岩锆石中的稀土元素急剧升高（Zr-3）。由此笔者认为，从最初始碱性花岗岩到中晚期的含霓辉石英正长岩阶段，熔体氧逸度升高使得稀土元素倾向于赋存在磷灰石、独居石等矿物的晶格中，随着熔体氧逸度进一步升高，到了演化最晚期的石英钾长斑岩阶段，以大量氟碳铈矿、独居石等富稀土元素矿物的形式富集在熔体中。
5.3熔体中钠含量对稀土元素迁移和富集的影响Anenburg等(2020)的实验模拟了REE配分行为，证实岩浆阶段，REE始终表现出不相容的行为特征，而碱元素(钠)可以从碳酸岩岩浆中萃取REE元素，并进一步迁移。当岩浆演化进入晚期阶段，结晶分异过程中稀土元素不断的在残余熔体中富集，导致稀土元素含量升高。岩相学显示，微山矿区碱性岩岩浆房通过熔体多次注入，在长石等硅酸盐矿物结晶后，多次叠加富集使得最晚期残余熔体的性质为钠质硅酸盐熔体。岩相学上表现为演化后期的石英钾长斑岩基质组分主要为钠长石，同时，基质中大量的他形方解石晶体也表明残余熔体中CO32-的含量较高。这与上述实验岩石学的推论吻合。因此，岩浆演化过程中钠和CO32-含量的不断增加对稀土元素的迁移起到了积极作用，这一结果在全岩的稀土元素含量变化趋势以及3个世代锆石稀土元素含量的增加上都有所体现。
在岩浆演化晚期形成的含霓辉石英正长岩和石英钾长斑岩中，观察到了大量霓辉石、氟碳铈矿，表明此时体系中除了富含钠元素，还同时富含硅、铁和铝元素。钠在高温的条件下会优先选择与硅、铁或铝结晶为霓辉石等碱性硅酸盐矿物，这将使得钠的活度显著下降，导致稀土元素与氟离子和碳酸根结晶为氟碳铈矿这种稳定矿物，大大增加了稀土元素的富集程度，从而形成富集轻稀土元素的矿床。且在前人总结的不同矿物在熔流体中发生溶解和结晶的演化顺序中（Yuan et al., 2024），若氟碳铈矿结晶析出后残余的熔流体相对富钠（如本次划分的石英钾长斑岩中基质为钠长石），稀土元素还会继续结晶形成稀土碳酸盐矿物，这将进一步使得稀土元素富集。
综合前人实验研究与本次在微山稀土矿区碱性硅酸岩中的发现，可为碱性岩-碳酸岩型稀土矿床的找矿勘探提供一些新的找矿地质和地球化学指标。
6 结 论（1） 矿区出露碱性岩体的稀土元素含量整体较高，且轻重稀土元素明显分异，相对富集CO32-，个别较富稀土元素和Ba、Sr等元素。根据岩体产出深度及岩浆演化顺序对应的矿物形态组合可分为：碱性花岗岩、石英钠长斑岩、含霓辉石英正长岩、石英钾长斑岩。4类不同岩性揭示了岩浆补给作用、富钾和富钠熔体的分离、结晶分异和堆积以及熔体从岩浆房抽离后钠质、碳酸质组分的累积等过程。
（2） 选取碱性花岗岩及石英钾长斑岩中的锆石进行定年，二者年龄分别为（124.97±0.71）Ma(MSWD=1.7)和（124.73±0.93）Ma(MSWD=0.41)，二者年龄无明显差异且与含矿碳酸岩中所测得的氟碳铈矿成矿年龄具有继承关系，表明碱性岩与稀土成矿密切相关。
（3） 微山稀土矿碱性岩体中锆石的微量数据显示，从早期的碱性花岗岩、石英钠长斑岩到晚期的含霓辉石英正长岩、石英钾长斑岩的演化过程中，岩浆逐渐变得氧化，熔体内稀土元素逐渐富集。碱性硅酸盐熔体的多次叠加导致最晚期残余熔体具有富钠、富CO32-和富稀土元素的特征。因此，当富稀土元素的碳酸岩脉作为找矿标志难以追索时，在构造发育部位具有富碳酸质、钠质等岩浆演化晚期特征的碱性硅酸岩体亦可作为找矿有利线索之一。
致谢本次野外调研和样品采集工作获得了微山稀土矿山张新柱和李得建高级工程师的大力支持，长安大学刘艳荣高级工程师在样品处理与实验测试和岩相学方面提供的帮助，匿名评审专家的修改意见显著提升了论文质量，在此表示诚挚的感谢!
表1微山稀土矿区碱性岩体主量元素(w(B)/%)分析结果Table 1 Major elements contents (w(B)/%) of alkaline rock body of the Weishan rare earth mining area组分
碱性花岗岩
石英钠长斑岩
含霓辉石英正长岩
石英钾长斑岩
ZK-84
ZK-711
ZK-774
ZK-776
ZK-61
ZK-67
ZK-75
ZK-108
WS-15
WS-3
WS-10-1
WS-10-2
WS-10-3
ZK-515-1
ZK-515-2
ZK-515-3
SiO2
73.87
75.08
73.94
69.69
70.60
69.34
70.25
69.68
68.52
69.91
67.61
64.18
65.86
64.72
63.01
70.86
TiO2
0.03
0.06
0.06
0.08
0.19
0.14
0.20
0.14
0.19
0.12
0.04
0.02
0.03
0.17
0.17
0.16
Al2O3
13.18
13.28
12.59
13.81
14.69
14.75
14.73
14.55
15.06
14.82
13.08
13.37
13.16
14.19
14.34
11.37
TFe2O3
0.40
0.54
0.43
0.28
0.99
1.21
1.27
1.16
1.12
1.41
0.17
<0.01
<0.01
1.92
1.72
1.29
MnO
0.07
0.03
0.05
0.10
0.09
0.10
0.14
0.05
0.03
0.05
0.09
0.10
0.10
0.10
0.08
0.04
MgO
0.32
0.29
0.27
0.28
0.53
0.52
0.56
0.23
0.63
0.26
0.25
0.19
0.16
0.29
0.32
0.13
CaO
1.46
1.49
1.60
2.98
1.88
2.03
1.76
2.39
2.47
1.41
2.63
2.83
2.79
4.43
3.44
2.10
Na2O
4.66
4.32
4.23
5.00
7.07
8.21
8.43
8.42
5.37
6.71
3.10
2.75
2.41
5.38
5.67
4.15
K2O
4.84
4.42
4.80
4.53
2.03
1.02
0.51
0.58
3.85
4.03
7.31
9.48
8.35
4.50
4.46
4.31
P2O5
0.02
0.02
0.03
0.05
0.07
0.07
0.07
0.06
0.07
0.05
0.05
0.08
0.04
0.14
0.11
0.01
烧失量
1.49
1.03
1.86
2.98
2.30
2.64
2.52
2.71
3.05
1.45
5.37
6.20
6.21
4.11
5.92
4.80
总和
100.34
100.56
99.86
99.78
100.44
100.03
100.44
99.97
100.36
100.22
99.70
99.20
99.11
99.95
99.24
99.22
ACNK
0.85
0.91
0.83
0.74
0.85
0.81
0.84
0.77
0.86
0.82
0.73
0.67
0.73
0.65
0.70
0.74
ANK
1.02
1.12
1.03
1.05
1.06
1.01
1.02
1.00
1.16
0.96
1.00
0.90
1.01
1.03
1.01
0.99
Na2O+K2O
9.50
8.74
9.03
9.53
9.10
9.23
8.94
9.00
9.22
10.74
10.41
12.23
10.76
9.88
10.13
8.46
AR
4.70
3.90
4.50
3.63
3.44
3.45
3.37
3.27
3.22
4.91
4.93
7.16
5.15
3.26
3.65
4.38
SiO2
73.87
75.08
73.94
69.69
70.60
69.34
70.25
69.68
68.52
69.91
67.61
63.18
65.86
64.72
63.01
70.86
K2O/Na2O
1.04
1.02
1.13
0.91
0.29
0.12
0.06
0.07
0.72
0.60
2.36
3.45
3.46
0.84
0.79
1.04
σ
2.92
2.38
2.64
3.40
3.00
3.23
2.93
3.04
3.33
4.29
4.40
7.06
5.06
4.49
5.13
2.57
注：比值单位为1。表2微山稀土矿区碱性岩体微量元素(w(B)/10-6)分析结果Table 2 Trace elements contents (w(B)/10-6) of alkaline rock body of the Weishan rare earth mining area组分
碱性花岗岩
石英钠长斑岩
含霓辉石英正长岩
石英钾长斑岩
ZK-84
ZK-711
ZK-774
ZK-776
ZK-61
ZK-67
ZK-75
ZK-108
WS-15
WS-3
WS-10-1
WS-10-2
WS-10-3
ZK-515-1
ZK-515-2
ZK-515-3
La
40.5
24.7
119.9
101.9
37.4
33.5
19.0
95.7
23.2
212.0
1788.5
3705.4
2633.4
1263.6
1301.2
181.3
Ce
77
42
202
201
76
70
44
163
39
337
2257
4639
3234
1869
1891
284
Pr
9.3
4.4
19.6
20.0
10.1
9.2
6.5
18.7
4.5
32.6
181.9
370.9
261.1
168.0
164.6
28.1
Nd
33.4
14.5
58.3
38.6
40.0
37.0
27.1
67.0
15.1
98.4
474.4
966.5
687.8
462.3
457.7
86.4
Sm
5.6
2.6
6.2
5.1
9.6
9.4
10.7
13.0
2.5
11.5
37.0
72.5
54.6
51.2
50.0
10.1
Eu
1.56
0.69
2.11
1.72
2.72
2.71
3.47
4.24
0.92
2.88
9.98
17.09
13.72
11.28
10.57
5.27
Gd
4.57
2.25
5.31
4.93
6.98
7.29
9.64
9.38
1.74
8.84
41.86
80
59.53
43.2
43.57
7.27
Tb
0.56
0.29
0.48
2.68
0.86
0.93
1.48
1.07
0.17
0.72
2.08
3.75
2.98
2.78
2.91
0.56
Dy
2.62
1.41
1.8
6.3
3.93
4.34
7.56
4.7
0.65
2.38
4.87
7.05
6.29
8.49
9.45
1.9
Ho
0.49
0.28
0.32
0.96
0.69
0.77
1.36
0.81
0.11
0.37
0.77
1.00
0.92
1.40
1.53
0.35
Er
1.39
0.83
0.94
3.36
1.76
1.94
3.36
2.05
0.29
1.00
2.74
4.02
3.40
4.18
4.30
1.17
Tm
0.20
0.13
0.12
0.27
0.24
0.26
0.47
0.27
0.04
0.11
0.23
0.26
0.25
0.46
0.46
0.17
Yb
1.20
0.83
0.73
1.57
1.47
1.61
2.82
1.61
0.25
0.66
1.32
1.47
1.43
2.76
2.72
1.28
Lu
0.18
0.15
0.12
0.22
0.18
0.20
0.35
0.20
0.04
0.10
0.17
0.18
0.18
0.33
0.33
0.18
Y
16.76
8.48
10.71
26.66
21.47
25.04
42.06
25.17
3.27
11.07
28.05
36.66
33.22
46.24
50.92
10.82
Rb
120.6
120.8
109.3
94.3
33.4
14.9
6.3
8.7
46.1
44.2
193.2
247.9
220.5
70.2
69.6
108.6
Ba
867
426
3613
4912
1173
1228
802
6292
1763
2658
16671
19415
16578
8125
3084
18593
Th
25.4
43.2
79.8
75.9
108.0
87.9
327.3
153.2
4.3
71.7
15.2
15.1
14.4
95.1
112.7
38.7
U
5.2
30.4
18.4
16.4
13.3
5.9
14.3
11.2
2.4
9.3
54.6
52.0
9.9
29.6
36.5
147.4
Nb
10.1
12.8
16.2
51.0
41.3
42.2
49.2
34.4
5.2
30.2
50.9
49.3
19.0
53.5
63.7
303.8
Ta
2.1
2.8
1.9
2.2
2.0
2.6
1.8
2.4
1.4
2.3
2.0
1.1
1.3
2.2
2.6
7.3
Sr
258
206
2127
2238
1132
1159
1135
1136
575
1755
9450
11139
9570
1638
1267
2093
Zr
48
165
92
32
141
153
189
171
111
45
6
4
7
245
246
1191
Hf
1.8
5.4
2.6
1.0
3.2
3.3
4.0
3.8
3.1
1.0
0.3
0.2
0.4
4.2
4.4
17.6
Yb
1.20
0.83
0.73
1.57
1.47
1.61
2.82
1.61
0.25
0.66
1.32
1.47
1.43
2.76
2.72
1.28
(La/Yb)N
23.5
20.7
114.3
45.2
17.7
14.5
4.7
41.4
64.6
223.6
943.3
1754.9
1282.1
318.7
333.0
98.6
ΣREE
195
104
429
416
214
204
180
407
92
720
4831
9906
6993
3935
3991
438
注：比值单位为1。表3微山稀土矿碱性花岗岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄测试结果Table 3 LA-ICP-MS U-Pb data of zircons in alkaline rock body of the Weishan rare earth mining area分析点号
207Pb/206Pb
207Pb/235U
206Pb/238U
207Pb/235U
206Pb/238U
比值
误差（1σ）
比值
误差（1σ）
比值
误差（1σ）
年龄/Ma
误差（1σ）
年龄/Ma
误差（1σ）
ZK-711-1
0.049
0.00105
0.128
0.00293
0.019
0.00029
122.0
2.6
121.5
1.8
ZK-711-2
0.051
0.00102
0.133
0.00252
0.019
0.00029
127.2
2.3
120.9
1.8
ZK-711-3
0.048
0.00097
0.127
0.00258
0.019
0.00031
121.8
2.3
122.4
1.9
ZK-711-4
0.048
0.00084
0.131
0.00277
0.020
0.00032
124.5
2.5
125.8
2.0
ZK-711-5
0.047
0.00219
0.139
0.00383
0.019
0.00039
132.0
3.4
124.2
2.5
ZK-711-6
0.048
0.00223
0.141
0.00324
0.019
0.00024
133.8
2.9
123.0
1.5
ZK-711-7
0.047
0.00218
0.129
0.00298
0.020
0.00028
123.4
2.7
127.3
1.7
ZK-711-8
0.049
0.00080
0.132
0.00300
0.020
0.00035
125.5
2.7
124.6
2.2
ZK-711-9
0.050
0.00113
0.132
0.00299
0.019
0.00021
125.8
2.7
122.0
1.3
ZK-711-10
0.048
0.00081
0.129
0.00223
0.019
0.00025
123.0
2.0
123.5
1.6
ZK-711-11
0.049
0.00088
0.136
0.00264
0.020
0.00031
129.4
2.4
128.5
2.0
ZK-711-12
0.048
0.00122
0.131
0.00292
0.020
0.00028
125.0
2.6
125.3
1.8
ZK-711-13
0.050
0.00075
0.134
0.00236
0.019
0.00030
127.6
2.1
124.1
1.9
ZK-711-14
0.051
0.00118
0.136
0.00311
0.020
0.00025
129.4
2.8
124.7
1.6
ZK-711-15
0.050
0.00089
0.137
0.00249
0.020
0.00026
130.7
2.2
127.3
1.6
ZK-711-16
0.053
0.00145
0.141
0.00448
0.019
0.00036
133.7
4.0
123.5
2.2
ZK-711-17
0.048
0.00074
0.132
0.00264
0.020
0.00030
125.8
2.4
126.4
1.9
ZK-711-18
0.049
0.00105
0.131
0.00285
0.019
0.00030
124.9
2.6
124.2
1.9
表4微山稀土矿区石英钾长斑岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄测试结果Table 4 LA-ICP-MS U-Pb data of zircons in alkaline rock body of the Weishan rare earth mining area分析点号
207Pb/235U
206Pb/238U
207Pb/235U
206Pb/238U
误差相关系数
比值
误差（2σ）
比值
误差（2σ）
年龄/Ma
年龄/Ma
206Pb/238U-207Pb/235U
ZK-515-1
0.130
0.00609
0.019
0.00041
123.4
123.9
0.442
ZK-515-2
0.133
0.00514
0.019
0.00032
126.4
123.3
0.386
ZK-515-3
0.131
0.00586
0.019
0.00040
124.2
122.9
0.296
ZK-515-4
0.130
0.00395
0.019
0.00039
124.2
124.0
0.667
ZK-515-5
0.136
0.00761
0.019
0.00033
129.5
123.4
0.215
ZK-515-6
0.130
0.00416
0.019
0.00036
124.5
123.0
0.648
ZK-515-7
0.133
0.00533
0.019
0.00042
127.0
123.4
0.690
ZK-515-8
0.132
0.00696
0.019
0.00047
125.5
123.7
0.746
ZK-515-9
0.130
0.00439
0.019
0.00037
124.3
123.5
0.697
ZK-515-10
0.129
0.00323
0.019
0.00030
122.9
123.4
0.411
ZK-515-11
0.131
0.00360
0.019
0.00040
125.0
123.9
0.674
ZK-515-12
0.130
0.00284
0.019
0.00029
124.2
123.7
0.488
ZK-515-13
0.131
0.00358
0.019
0.00032
125.1
123.7
0.542
ZK-515-14
0.130
0.00380
0.019
0.00025
123.6
124.0
0.638
ZK-515-15
0.131
0.00403
0.019
0.00030
125.2
123.9
0.334
ZK-515-16
0.132
0.00555
0.019
0.00031
125.2
123.1
0.369
表5微山稀土矿区碱性岩体锆石微量元素组成(w(B)/10-6)Table 5 Trace element composition (w(B)/10-6) of zircons in alkaline rock body of the Weishan rare earth mining area岩性
分析点位
Ti
Sr
Y
La
Ce
Pr
Nd
Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Lu
Hf
Th
U
Th/U
ΣREE
(Ce/Nd)/Y
∆FMQ
碱性花岗岩
Zr1-1
8.74
41.89
611.0
5.71
45.50
1.47
6.04
3.41
0.90
14.99
4.34
49.69
19.37
90.11
21.80
225.25
45.16
8628
197
238
0.83
534
0.012
0.20
Zr1-2
6.23
215.30
339.8
1.53
17.63
0.32
1.74
1.83
0.80
9.89
2.61
30.89
10.79
53.57
11.83
123.70
27.66
9134
40
67
0.59
295
0.030
-1.04
Zr1-3
2.04
0.22
342.0
0.00
19.86
0.05
1.02
1.37
0.74
7.21
2.11
27.25
10.28
52.97
12.80
137.65
29.30
9119
74
173
0.43
303
0.057
0.16
Zr1-4
1.98
16.77
1299.5
0.08
41.81
0.21
3.62
5.75
1.43
30.13
9.65
115.61
43.76
210.21
44.03
416.89
78.50
8403
318
295
1.08
1002
0.009
1.37
Zr1-5
11.02
1.29
1107.4
1.49
66.69
0.96
9.68
10.5
3.58
43.30
10.79
112.99
37.64
159.19
32.29
289.29
52.31
8530
126
108
1.17
831
0.006
0.74
Zr1-6
10.17
97.42
1195.6
0.84
43.96
0.62
6.10
7.03
2.35
26.76
8.06
95.81
37.46
179.08
40.73
408.42
81.48
11069
131
1119
0.12
939
0.006
1.08
Zr1-7
5.74
32.39
683.6
0.65
27.79
0.29
2.38
3.23
0.97
14.91
4.69
55.66
21.99
106.80
25.01
265.09
50.33
10512
159
315
0.50
580
0.017
-0.18
Zr1-8
5.26
3265.13
1056.0
9.07
53.22
1.80
9.77
7.57
2.14
29.06
8.40
88.48
34.86
159.24
38.81
371.58
76.63
9302
396
369
1.07
891
0.005
1.01
Zr1-9
6.75
3.83
1124.0
0.00
59.14
0.40
4.83
10.5
1.94
42.07
12.28
113.92
39.75
156.06
33.84
304.51
56.36
8147
153
112
1.37
836
0.011
0.91
Zr1-10
2.25
24.68
1010.3
0.00
23.39
0.12
2.29
4.47
0.99
24.05
7.48
91.45
34.56
150.94
34.10
321.94
60.53
8035
150
171
0.88
756
0.010
0.22
Zr1-11
10.01
4.42
1159.1
0.14
74.57
0.29
4.39
8.64
1.52
37.78
11.09
116.86
40.85
163.52
36.95
332.59
58.74
8742
129
114
1.14
888
0.015
0.95
Zr1-12
12.06
60.23
1300.3
0.14
36.72
0.17
2.75
5.18
0.99
30.23
11.41
124.63
45.29
186.57
41.83
358.97
63.25
11367
247
1343
0.18
908
0.010
0.25
Zr1-13
2.68
7.19
590.4
0.02
26.59
0.04
0.98
2.00
0.46
10.33
3.47
45.51
19.89
93.75
23.45
248.79
48.90
9066
151
208
0.72
524
0.046
0.31
Zr1-14
2.43
0.93
938.7
0.09
18.98
0.16
2.48
3.33
0.84
15.97
6.31
78.68
31.40
155.71
36.20
379.63
73.22
9297
107
486
0.22
803
0.008
0.13
Zr1-15
10.07
0.31
685.5
0.01
17.22
0.06
1.90
3.77
0.84
14.84
4.90
58.15
24.20
108.80
24.96
253.37
47.90
7267
80
91
0.88
561
0.013
-1.61
Zr1-16
2.47
1.33
457.7
0.00
11.55
0.04
0.84
2.10
0.78
9.61
3.06
37.87
15.20
71.84
18.18
179.81
35.74
7437
91
109
0.83
387
0.030
-1.01
Zr1-17
10.49
48.19
549.5
0.05
14.18
0.03
0.70
2.40
0.74
8.05
3.80
52.17
19.32
86.20
20.39
215.80
40.77
10695
129
960
0.13
465
0.037
-1.47
Zr1-18
18.56
9.76
1490.5
0.22
19.93
0.22
1.55
4.73
1.48
28.38
10.48
125.59
48.99
222.57
47.86
479.36
86.54
9453
544
3620
0.15
1078
0.009
-1.02
含霓辉石英正长岩
Zr2-1
1.88
4.92
809.2
0.02
31.40
0.06
1.05
4.84
2.93
25.66
7.29
74.24
26.61
111.63
23.53
220.19
41.54
10574
539
1751
0.31
571
0.037
3.34
Zr2-2
8.49
14.51
722.7
0.00
29.26
0.04
0.60
3.70
1.89
20.19
6.88
69.88
21.69
98.44
19.82
207.62
38.11
11138
471
1528
0.31
518
0.067
1.97
Zr2-3
9.00
5.64
1329.4
0.20
25.55
0.16
1.36
5.59
3.99
31.02
11.12
113.24
39.96
183.40
40.66
379.42
70.13
10655
335
1379
0.24
906
0.014
1.61
Zr2-4
3.61
2.31
804.2
0.03
15.07
0.04
0.79
1.18
0.97
16.12
4.91
62.38
22.32
114.36
26.62
286.58
52.03
11795
153
1121
0.14
603
0.024
1.55
Zr2-5
1.68
25.09
706.9
0.15
21.58
0.30
1.95
2.32
1.51
13.93
3.54
47.42
20.67
92.30
22.29
232.39
46.57
10629
392
1449
0.27
507
0.016
2.74
Zr2-6
2.71
2.06
809.7
0.05
20.48
0.00
0.84
2.12
1.32
15.04
5.42
62.85
24.49
102.59
20.83
222.07
42.99
10165
382
1821
0.21
521
0.030
2.11
Zr2-7
5.41
10.01
757.3
0.01
26.38
0.03
1.08
2.63
1.84
18.37
5.51
56.19
22.33
103.00
23.75
235.63
45.09
10300
409
1308
0.31
542
0.032
2.11
岩性
分析点位
Ti
Sr
Y
La
Ce
Pr
Nd
Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Lu
Hf
Th
U
Th/U
ΣREE
(Ce/Nd)/Y
∆FMQ
含霓辉石英正长岩
Zr2-8
4.64
236.80
999.8
0.20
17.95
0.13
4.51
3.46
1.82
21.22
7.26
87.48
32.37
136.26
32.63
319.85
55.96
9681
151
896
0.17
721
0.004
1.53
Zr2-9
4.67
0.91
982.7
0.12
22.92
0.04
0.75
2.89
1.67
22.20
6.45
73.37
27.99
131.55
29.33
283.11
52.07
11213
277
1471
0.19
654
0.031
2.04
Zr2-10
4.65
1.65
970.1
0.09
18.53
0.19
1.72
4.16
2.25
28.35
7.63
85.60
29.27
127.20
28.08
251.82
52.57
10533
168
800
0.21
637
0.011
1.75
Zr2-11
3.17
38.79
1043.7
0.17
30.86
0.13
1.99
4.00
2.61
29.39
8.61
92.88
32.20
141.09
32.10
314.15
59.00
9907
317
1059
0.30
749
0.015
2.89
Zr2-12
3.90
20.01
930.7
0.04
24.21
0.05
1.24
3.32
1.92
21.08
6.74
72.32
27.25
126.30
28.19
276.88
52.05
10275
171
725
0.24
642
0.021
2.39
石英钾长斑岩
Zr3-1
10.96
138.45
459.5
5.20
103.70
3.52
18.5
32.7
0.40
129.24
82.87
37.34
15.41
67.48
15.81
148.89
27.90
9587
111
254
0.44
689
0.012
3.11
Zr3-2
6.76
36.93
5011.8
0.62
132.67
0.88
11.7
42.3
34.4
221.99
68.69
689.56
190.81
699.88
123.46
848.35
115.20
15515
3529
1666
2.12
3181
0.002
4.61
Zr3-3
3.02
72.04
5003.0
0.19
143.24
1.61
29.5
62.6
46.3
266.53
76.29
679.62
193.33
650.16
124.32
870.69
121.58
13958
3455
2224
1.55
3266
0.001
5.41
Zr3-4
2.65
26.34
2269.2
0.09
72.79
0.30
4.72
9.57
0.13
63.05
20.41
239.20
89.59
360.64
74.32
615.46
106.41
9454
100
191
0.52
1657
0.007
3.01
Zr3-5
3.38
15.64
885.8
0.97
82.71
0.26
2.14
6.30
0.98
18.45
46.90
75.57
29.24
139.31
31.80
293.57
57.89
9912
209
353
0.59
786
0.044
2.53
Zr3-6
8.16
3.43
632.2
1.33
66.72
0.65
6.44
3.58
0.89
81.16
54.87
50.75
20.01
94.26
20.64
195.00
77.40
8879
220
386
0.57
674
0.016
2.72
Zr3-7
4.37
30.79
1460.4
5.05
85.48
1.34
4.14
7.25
0.14
63.70
11.88
149.35
55.13
233.58
43.33
364.68
65.79
8488
86
153
0.56
1091
0.014
2.68
Zr3-8
5.78
754.71
5811.0
1.29
185.66
2.45
40.5
81.0
59.7
314.86
92.47
793.79
237.25
759.34
139.89
994.68
136.77
16085
2955
3172
0.93
3840
0.001
5.05
Zr3-9
4.23
69.39
4653.1
1.19
167.12
2.04
32.8
72.9
50.4
272.14
76.75
665.47
178.75
625.18
111.62
781.68
106.26
13165
2460
3431
0.72
3144
0.001
5.01
Zr3-10
9.72
129.43
5498.2
0.15
143.53
1.03
21.2
58.9
42.9
236.70
81.37
743.09
225.96
758.70
140.22
982.11
127.32
17220
3204
1755
1.83
3563
0.001
4.49
Zr3-11
4.23
0.57
863.2
4.27
135.35
1.33
7.71
6.13
0.59
23.14
27.08
80.00
30.58
134.28
28.83
253.61
146.62
9890
465
424
1.10
880
0.020
4.31
Zr3-12
1.90
14.29
506.3
0.06
121.67
0.07
0.79
2.42
0.27
11.38
43.96
48.37
17.11
76.82
15.13
138.82
130.43
9503
340
314
1.08
607
0.305
4.67
Zr3-13
13.64
0.18
661.0
0.00
138.77
0.02
0.64
2.36
0.35
12.91
34.87
57.68
22.69
104.65
22.27
207.94
138.68
9009
137
278
0.49
744
0.330
3.84
Zr3-14
14.59
0.14
616.7
0.00
140.02
0.04
0.80
2.08
0.34
92.49
54.62
51.91
20.47
96.84
20.34
195.32
137.29
8921
166
333
0.50
813
0.282
3.78
Zr3-15
24.49
0.13
664.2
0.01
149.07
0.02
0.85
2.95
0.38
83.92
34.44
58.90
23.54
100.57
21.73
203.73
98.00
9367
132
257
0.51
778
0.265
3.44
Zr3-16
7.06
0.20
992.6
0.01
160.11
0.10
2.06
4.50
0.42
24.35
58.35
91.38
34.66
147.58
31.56
280.78
119.98
8652
186
292
0.64
956
0.078
4.63
图1微山稀土矿大地构造位置(a)和鲁西区域地质简图(b)(改自王世进等，2009；田京祥等，2015；安茂国等，2022)
Fig. 1 Geotectonic location of the Weishan rare earth deposit (a) and the regional geological map of the western Shandong (b) (modified from Wang et al., 2009; Tian et al., 2015; An et al., 2022)
图2微山稀土矿区地质简图与39-1号钻孔柱状图(a)和第39勘探线地质剖面图(b)(改自蓝延广等，2011)
Fig. 2 Geological sketch map of the Weishan deposit area and the columnar histogram of borehole 39-1 (a) and geological section at the exploration line No.39 through the Weishan rare earth deposit (b) (modified from Lan et al., 2011)
图4微山稀土矿床碱性岩主量元素地球化学图解
Fig. 4 Geochemical diagrams of major elements in alkaline rocks from the Weishan rare earth deposit
图5微山稀土矿碱性岩主量元素地球化学图解
Fig. 5 Geochemical diagrams of major elements in alkaline rocks from the Weishan rare earth deposit
图6微山稀土矿床碱性岩稀土元素球粒陨石标准化配分曲线图(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)
Fig. 6 Chondrite-normalized REE patterns of alkaline rocks from the Weishan rare earth deposit (a) and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams of alkaline rocks from the Weishan rare earth deposit (b) (data after Sun et al.,1989；McDonough et al.,1995; shadow part is the previous data of carbonatite ore bodies, after Wang et al., 2019)
图7微山稀土矿床碱性岩锆石阴极发光图及其U-Pb年龄图
Fig. 7 Cathodoluminescence (CL) images and U-Pb age dating of zircons in alkaline rocks from the Weishan rare earth deposit
图8微山稀土矿床含霓辉石英正长岩代表性长石颗粒的部分元素EDS-Mapping图 a、g.代表性长石颗粒的显微照片；b、h.代表性长石颗粒Na（钠）元素分布图；c、i.代表性长石颗粒K（钾）元素分布图；d、j.代表性长石颗粒Ca（钙）元素分布图；e、k.代表性长石颗粒Al（铝）元素分布图；f、l.代表性长石颗粒Si（硅）元素分布图
Fig. 8 EDS-Mapping diagram of some elements of representative feldspar particles containing aegirine quartz syenite in Weishan rare earth deposit a, g. Microscopic photograph of feldspar grains; b, h. The distribution map of sodium element(Na) in feldspar grains; c, i. Potassium element(K) distribution map of feldspar grains; d, j. The distribution map of calcium element(Ca) in feldspar grains; e, k. The distribution map of aluminum element(Al) in feldspar grains; f, l. The distribution map of silicon element(Si) in feldspar grains
图9微山稀土矿床碱性岩锆石稀土元素配分曲线（a）和二元图（b~d）（标准化数值引自Sun et al.,1989；氧逸度计算方法引自Loucks et al., 2020）
Fig. 9 Rare earth elements distribution patterns (a) and binary diagrams (b~d) of zircons in alkaline rocks from the Weishan rare earth deposit(chondrite values after Sun et al.,1989; the calculation method of oxygen fugacity is cited from Loucks et al., 2020)
图3微山稀土矿床碱性岩手标本照片及岩石显微镜下照片 a.碱性花岗岩手标本照片；b.碱性花岗岩TIMA伪彩相图；c.碱性花岗岩显微照片；d.石英钠长斑岩手标本照片；e.石英钠长斑岩TIMA伪彩相图；f.石英钠长斑岩显微照片；g.含霓辉石英正长岩手标本照片；h.含霓辉石英正长岩TIMA伪彩相图；i.含霓辉石英正长岩显微照片；j.石英钾长斑岩手标本照片；k.石英钾长斑岩TIMA伪彩相图；l.石英钾长斑岩显微照片，见稀土矿物与方解石 Pl—斜长石；Or—正长石；Qtz—石英；Agt—霓辉石；Cal—方解石；Ap—磷灰石；Cel—天青石；Bsn—氟碳铈矿
Fig. 3 Photographs and micrographs of alkaline rocks from the Weishan rare earth deposita. Photograph of alkaline granite hand specimen; b. TIMA Pseudo color image of alkaline granite; c. Microscopic photo of alkaline granite; d. Photograph of quartz-albite porphyry hand specimen; e. TIMA Pseudo color image of quartz-albite porphyry; f. Microscopic photo of quartz-albite porphyry; g. Photograph of aegirine augite-containing quartz syenite; h. TIMA Pseudo color image of aegirine augite- containing quartz syenite; i. Microscopic photo of aegirine augite- containing quartz syenite; j. Photograph of quartz-potassium feldspar porphyry; k. TIMA Pseudo color image of quartz- potassium feldspar porphyry; l. Microscopic photo of quartz-potassium feldspar porphyry, rare earth minerals and calcite were observed Pl—Plagioclase; Or—Orthoclase; Qtz—Quartz; Agt—Aegirine-augite; Cal—Calcite; Ap—Apatite; Cel—Celestite; Bsn—Bastnaesite
-
参考文献
摘要
微山碱性岩-碳酸岩型稀土矿位于华北克拉通东部的鲁西地块，是中国第三大轻稀土矿床。为探究微山稀土矿碱性杂岩体岩浆演化与稀土成矿间的关系，文章对碱性杂岩体进行岩相学、地球化学和锆石U-Pb年代学分析工作。结果表明，该区岩体可分为碱性花岗岩、石英钠长斑岩、含霓辉石英正长岩和石英钾长斑岩，4类岩石均具有相似的地球化学特征，归属于碱性岩石，表现出富水、富CO32-，并且轻重稀土元素明显分馏的特点，晚期的石英钾长斑岩高度富集轻稀土元素。碱性花岗岩和石英钾长斑岩中的岩浆锆石年龄分别为（124.97±0.71）Ma（MSWD=1.7）和（124.73±0.93）Ma（MSWD=0.41），二者年龄相近且与前人报道的稀土成矿年龄（119±1.4）Ma具有继承关系，表明碱性杂岩体与稀土成矿存在成因联系。4类碱性岩石地球化学特征表明岩浆演化过程中氧逸度不断升高，钠质、CO32-等成分不断增加，稀土元素富集程度几何倍增。综上所述，富CO2的碱性岩浆经历高程度结晶分异作用、岩浆氧逸度升高、CO32-和钠质含量的富集，是形成碱性岩-碳酸岩型稀土矿的重要地质过程，为该类型稀土矿床的找矿勘探提供了重要岩石和地球化学指标。
Abstract
The Weishan rare earth deposit, located in the eastern part of the North China Craton within the Luxi Block, is the third-largest alkaline rock-carbonatite-type light rare earth deposit in China. To explore the relationship between the magmatic evolution of alkaline intrusive complex and rare earth mineralization in the Weishan deposit, petrographic, geochemical, and zircon U-Pb dating analyses were performed on the alkaline intrusions. The results indicate that the intrusions in this region can be classified into four main rock types: Alkaline granite, quartz-albite porphyry, aegirine augite-bearing quartz syenite, and quartz-potassium feldspar porphyry. These rocks all exhibit similar geochemical characteristics and are classified as alkaline rocks. They are characterized by high water content, enrichment in CO₃²⁻, and distinct fractionation of light and heavy rare earth elements, with late-stage quartz-potassium feldspar porphyry showing significant enrichment in light rare earth elements. Zircon U-Pb ages for alkaline granite and quartz-potassium feldspar porphyry are（124.97±0.71）Ma（MSWD=1.7）and（124.73±0.93）Ma（MSWD=0.41）, respectively. These ages are closely similar and are consistent with previously reported rare earth mineralization ages ((119±1.4)Ma), suggesting a genetic relationship between the alkaline intrusions and rare earth mineralization. Geochemical features of the four alkaline rock types indicate that during magmatic evolution, oxygen fugacity steadily increased, leading to an enrichment of sodium components, CO₃²⁻, and other elements. This resulted in a dramatic increase in the mobility and enrichment of rare earth elements. In conclusion, the formation of alkaline rock-carbonatite-type rare earth deposits is closely linked to high-degree crystallization differentiation, increased oxygen fugacity, and the accumulation of CO₃²⁻ and sodium components⁻ in CO²⁻rich alkaline magmas. These processes represent critical geological factors for the formation of such deposits and provide important petrological and geochemical indicators for exploration.
