伊犁马萨克(Ilimaussaq)岩体位于格陵兰岛西南部那萨克(Narsaq)镇 ^[1]，是全球分布极少的钠质碱性岩的典型代表，其极端的地球化学成分导致了独特丰富的矿物组成^[2] 。该岩体以其独特的过碱性岩石组合和超过220种稀有矿物而闻名于世，其中有15种矿物为该岩体所独有，目前在世界其他地方并未发现^[3]。伊犁马萨克岩体是目前世界上第二大稀土资源富集地，发现有可凡湾(Kvanefjeld)和克林格勒(Kringlerne)2个世界级稀土矿床^[4]，其独特的地质背景、极大的矿床价值以及独特的岩石矿物组合等无不吸引着全世界的地质学家。可凡湾稀土矿床的资源储量巨大，重稀土占比较高，属富镝的矿物型重稀土矿床。稀土元素主要赋存在全球少见的斯坦硅石和异性石中。本文在综合收集前人研究基础上，系统总结了可凡湾稀土矿床的地质特征、稀土矿物特征、成矿模式，对于探讨钠质碱性岩成因模式、岩浆演化及其与稀土成矿关系具有重要的理论和实际意义。

1.   区域地质背景

南格陵兰包括3个主要构造-地层单元：（1）太古宙基底，（2）古元古代凯蒂利安造山带；（3）中元古代加达尔碱性火成岩省^[4]。太古宙基底由中-新太古宙的片麻岩组成，分布于南格陵兰北部；古元古代凯蒂利安造山带细分为中部和南部，中部地区主要分布1850 ~1780 Ma朱利安哈火成岩杂岩，南部地区主要分布强烈变形变质的区域变质岩及镁铁质变质火山岩和火山碎屑岩^[4]。中元古代加达尔（Gardar）碱性火山岩省横跨太古宙基底和凯蒂利安造山带，形成于一个封闭的裂谷构造环境，岩浆活动从1350 Ma持续到1160 Ma^[5]，主要在1300~1250 Ma和1180~1140 Ma两个时间段以大量的岩墙和岩墙群以及许多大小不同的岩浆复合体形式侵入到古元古代-太古宙基底之中^[6] 。Gardar侵入体常呈椭圆形，长约300 m至50 km不等，岩性主要有碱性玄武岩、粗面岩、钠质碱流岩、碱性辉长岩、碱性正长岩、碱性花岗岩、霞石正长岩和碳酸岩等^[7]。

2.   矿区地质概况

伊犁马萨克碱性杂岩体是Gardar碱性火山岩省的晚期岩浆代表，年龄约1160 Ma，侵入花岗质基底，上覆元古界Eriksfjord组砂岩和熔岩^[8]，反应了南格陵兰中元古代大陆裂谷的隆起和侵蚀事件^[6] 。杂岩体地表出露呈椭圆形，长约18 km，宽约8 km，受断裂构造控制，呈北西-南东向展布，其层状构造明显，通常被认为由三个侵入阶段组成：（1）顶部岩相带由碱性普通辉石正长岩组成；（2）中部过渡岩相带由过碱性石英正长岩和碱性花岗岩组成；（3）下部岩相带为碱性霞石正长岩，又细分为顶层霞石正长岩，中间层异霞正长岩，底层条纹霞石正长岩^[9]。岩体分为南北两个部分，北部形成可凡湾(Kvanefjeld)稀土矿，南部形成克林格勒（Kringlerne）稀土矿。碱性杂岩围岩主要为Eriksfjord组一套韵律交替的陆源沉积和火山岩组合，沉积岩有砂岩、砾岩，火山岩有玄武岩、碳酸岩和火山碎屑岩等^[10]。矿区构造主要有北东向和近东西向断裂两组，断裂的交汇位置往往为岩浆侵入的中心。

3.   矿床地质特征

伊犁马萨克(Ilimaussaq)杂岩体的西北边缘分布有该区规模最大的可凡湾(Kvanefjeld)稀土-铀多金属典型矿床，据格陵兰矿物和能源公司2015年公布的数据，为世界级超大型稀土矿床，也是该地区首先探明且资源储量最大的矿床，已施工钻孔间距40～70 m，已达到勘探程度。早期可凡湾矿床仅指岩体西北部Kvanefjeld地区，后期在该矿床南部和南东部分别发现Zone2和Zone3矿段，其成矿地质条件、矿床特征、矿体特征等方面都与Kvanefjeld 矿段基本一致。目前的可凡湾( Kvanefjeld )稀土矿床共有3个矿段，探明稀土氧化物（TREO）资源量172万t，控制资源量342万t，推断资源量600万t，估计总资源量1114万t^[11]。矿区岩浆岩主要出露伊犁马萨克(Ilimaussaq)杂岩体的顶部岩相、中部过渡岩相带，以及下部岩相带顶层和中间层，岩性主要有辉石正长岩、霞石正长岩、霓石异霞正长岩、钠铁闪石异霞正长岩和方钠异霞正长岩伟晶岩等，其中与稀土成矿有关是2种重要的钠质碱性岩是钠铁闪石异霞正长岩和霓石异霞正长岩^[4]，主要分布于矿区北东部Kvanefjeld矿区，南部Zone2矿区和南东部Zone矿区。霓石异霞正长岩呈灰白色，不等粒状结构，块状构造，主要矿物有方钠石、霓石、斜长石、霞石和正长石，次要矿物有异性石、钠云母、辉石、正长石、闪锌矿，稀土矿物有独居石、铈硅磷灰石、斯坦硅石和磷硅铈钠石等。钠铁闪石异霞正长岩呈灰黑色，具半自形针状结构，致密块状构造，主要矿物有钠铁闪石、瑙云母、钠长石等，次要矿物有正长石、霓石、斯坦硅石，副矿物有异性石、方沸石、方钠石、霞石和氟化钠等。

3.1   矿体特征

可凡湾矿床主要由岩浆热液作用形成的方钠异霞正长伟晶岩脉和岩浆结晶作用形成的层状钠铁闪石异霞正长岩体组成。伟晶岩脉受断层，岩石劈理、节理等构造控制，赋存于辉石正长岩、霞石正长岩和霓石异霞正长岩中，矿脉与围岩之间接触界限清晰，蚀变较弱，矿脉内矿物和围岩矿物迥然不同，显示了成矿流体的充填成矿作用。在可凡湾矿床3个矿段中共发现9条伟晶岩脉，其中W01规模最大，位于Zone3矿区东侧，其余8条脉体规模较小。对于伟晶岩脉，矿体边界不等于矿脉边界，但是有时可与矿脉边界重合，矿体基本由单一矿脉构成。W01矿（化）体形态为脉状，整体走向呈北西-南东向，地表出露长度约为968.7 m，平均厚度约100 m。

方钠异霞正长伟晶岩脉主要由方钠石、钠铁闪石、钠长石、霞石和异性石组成，少量钠云母、辉石、正长石、闪锌矿等，稀土矿物有异性石、独居石、铈硅磷灰石、斯坦硅石和磷硅铈钠石等。矿体ω（REO）品位一般在0.8%~1.1%之间，最高可达3%，重稀土相对富集，重稀土占比约33.02%，富含Pr、Nd、Dy、Y等高值稀土元素，并伴生有Hf、Rb、Ta、W、Th等稀有元素。

层状钠铁闪石异霞正长岩体本身稀土含量极高，平均∑REE高达8606.8×10^-6，且富U、Th等元素，稀土在岩浆结晶分异过程中局部富集导致岩体直接矿化，因此，岩体基本就是矿体。矿体边界与岩体边界基本一致，矿体形态为层状、似层状、透镜状。该类矿石稀土含量平均1.41%，稀土配分以轻稀土为主，含少量重稀土，重稀土占比16.02%，富含U、Th等元素。

3.2   稀土矿物特征

根据矿石矿物与脉石矿物组合以及赋存形式可把可凡湾稀土矿床的矿石分为钠长石-斯坦硅石型和方钠石-异性2种类型:（1）钠长石-斯坦硅石型矿石具块状构造，细晶针状结构，矿物颗粒在显微镜下较难辨认。对矿石进行初步破碎制成砂光片，在中国地质科学院矿产综合利用研究所采用澳大利亚AMICS矿物参数自动定量分析系统（SIGMA 300场发射扫描电子显微镜系统、布鲁Quantax 200 Xflash能谱仪和AMICS矿物参数自动定量分析软件组成）进行矿物组成分析，发现矿物种类繁多，多达20多种（图1），其中矿石矿物主要为斯坦硅石（也叫菱黑稀土矿，矿物含量约5.58%），其次为独居石（矿物含量约0.09%）、磷铈钠石、独居石等十多种副矿物，几者常呈团块状，并含伴生铀、钍等元素，放射性异常显著，脉石矿物主要有钠铁闪石（31.68%）、瑙云母（11.46%）、钠长石（11.27%）、正长石（9.51%）等；（2）方钠石-异性石型矿石具粗粒状结构、伟晶状结构，脉状构造、块状构造，矿石内矿物清晰，矿石矿物主要为异性石，含量约50%～60%，肉红色，呈团块状集合体，粒径大于2 cm，镜下呈浅玫瑰红色，常伴生有铌、钽等稀有元素，脉石矿物主要有方钠石，含量约20%～30%，钠铁闪石，含量约10%～20%。

图  1  钠长石-斯坦硅石型矿石中矿物组成（MLA分析）

Figure  1.  Mineral composition of Ab-Ste Ore (Analysed by MLA)

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从以上分析可以看出，钠长石-斯坦硅石型和方钠石-异性石型矿石的主要工业矿物分别为斯坦硅石和异性石。

（1）斯坦硅石

斯坦硅石[Na₁₄Mn₂(Fe,Mn)₂(REE)₆ZrSi₁₂O₃₆(PO₄)₇·3H₂O]，又称菱黑稀土矿，一种由钠、镧系元素、钙、锰、铁、锆和钍等多种元素组成的复杂磷酸硅盐矿物，赋含稀土和铀，是钠长石-斯坦硅石型矿石中最主要工业矿物，含量约5.58%。斯坦硅石是伊犁马萨克岩体中钠质矿物组合中重要的成岩矿物，是可凡湾矿床的主要放射性矿物。这种矿物一般是原生的，其内部具有成分分带性在很长一段时间内就已经被人们所认识，但它们的起源却没有被很好的解释^[12]。斯坦硅石呈黑色，粒度极细，呈细粒状、针状，平均嵌布粒度约187.5 μm，矿物中ω(REO) 含量31.5%～44.9%，平均35.9%。在强烈蚀变条件下，斯坦硅石往往被独居石、铀钍石和U-Zr-Na硅酸盐的细粒团聚体所取代而留下原矿物假形。

以前的学者对斯坦硅石的元素组成进行了研究，指出斯坦硅石中至少包含有21种以上元素^[10]，并且发现斯坦硅石主要富集REE₂O₃ , Fe₂O₃, CaO 和H₂O，贫Na₂O、SiO₂和P₂O₅。斯坦硅石中元素还呈带状分布，从中心到边缘Nb₂O₅ , MnO, SrO, Na₂O, REE₂O₃、P₂O₅等元素和Mn/Fe, La/Nd, REE/Th and Nb/Ti等元素比值逐渐增高，相反的TiO₂ , FeO, CaO 和 Y₂O₃ 则逐渐减低，尤其是非均质的边缘比矿物核部具有很低的U和Th^[13]。

（2）异性石［Na₄(Ca，Ce)₂(Fe²⁺，Mn²⁺)ZrSi₈O₂₂(OH，Cl)₂］，是一种富钠的锆硅酸盐矿物，含有不同数量的Ca、Fe、Mn、REE、Sr、Nb、K、Y和Ti，最早就发现于伊犁马萨克碱性岩体^[14-15]，主要赋存于异霞正长伟晶岩以及霓石异霞正长岩中，是方钠石-异性石型矿石的主要成分^[16]，常与霞石、钠铁闪石、钾长石、钠长石等紧密共生。矿石中异性石呈棕褐色，自形长条状，四方晶型，晶体大小约5 mm×10 mm，矿物中 REO平均含量2.33%。通常，稀土元素以类质同像形式置换Ca元素而进入异性石，但是，采用电子探针（型号：Shimadzu EPMA1720，实验条件：Accv=15.0 KV，BC=20.0 nA，SC=18.9 nA，Beam Size=10 μm，测试单位：中国地质科学院矿产综合利用研究所）对大量异性石微区化学元素分析发现，异性石中仅检测到少量稀土， REO平均含量0.73%，初步估算这部分稀土仅占异性石中稀土总量的31.33%。进一步采用能谱仪（型号：布鲁仪Quantax 200 Xflash）对异性石进行能谱面分析发现，异性石中常赋存极细的其他稀土矿物包体，这些包体矿物主要为独居石和斯坦硅石，统计发现独居石平均粒径0.018 mm，斯坦硅石平均粒径0.032 mm。因此，总体上异性石中稀土元素赋存状态主要有类质同像和矿物包体2种状态。

4.   成矿模式探讨

稀土矿床通常与碱性岩浆岩共生，碱性岩浆演化过程可以为矿床成因提供重要信息^[17]。前已叙述，可凡湾矿区出露碱性岩主要有辉石正长岩、碱性花岗岩、霞石正长岩、霓石异霞正长岩和钠铁闪石异霞正长岩等。这几种岩性成岩年龄基本一致，大约在1134~1160 Ma^[18]，层状-似层状垂直分带明显^[19]，因此，前人普遍认为伊犁马萨克碱性岩是响岩质岩浆深部分馏上侵^[9]-浅部堆晶作用的产物^[20]，成岩模式主要有“三明治”模式^[21-23]和“多幕侵入”模式^[10]。“三明治”模式强调岩浆的就地结晶分异作用，指出异霞正长岩是在一个封闭的岩浆房中，顶部和底部首先结晶后留下中部富含挥发性和稀有元素的残余熔体再结晶形成的。详细的野外观察发现，杂岩体中辉石正长岩、霞石正长岩、霓石异霞正长岩和钠铁闪石异霞正长岩等几种岩石具有明显的穿插关系和捕虏体现象，说明几种岩石并不完全是同一岩浆就地结晶分异作用形成，因此，一些学者提出了“多幕侵入”的成岩模式，认为碱性岩浆首先来源于地壳深处分馏碱性玄武质岩浆库 ^[9,24]，岩浆在1134~1160 Ma期间多次脉冲上侵形成辉石正长岩、碱性花岗岩、霞石正长岩和异霞正长岩的岩浆层序^[10]。同时，由于几种岩石具有比较一致的近球粒陨石初始ε(Nd)，显示都来源于地幔源区，因此，持“多幕侵入”模式的学者还强调伊犁马萨克(Ilimaussaq)杂岩体不同岩性的同源性，并认为霓石异霞正长岩和钠铁闪石异霞正长岩这两种异霞正长岩是同一幕岩浆结晶分异的结果^[10]。进一步的研究发现，几种岩性在岩石分类、岩浆源区和成岩过程还明显不同，一方面证实该碱性杂岩体具有多期活动特点，也进一步指示不同岩性来源于不同地球化学组分源区。新的岩石地球化学和Sr-Nd-Pb同位素研究发现，在A.R.-SiO2图解上，辉石正长岩、霞石正长岩落入钙碱性区，方钠异霞正长岩、钠铁闪石异霞正长岩落入碱性区，在K₂O-Na₂O图解上，辉石正长岩、霞石正长岩落在钾质区，方钠异霞正长岩、钠铁闪石异霞正长岩落入钠质区，表明辉石正长岩、霞石正长岩属钾质钙碱性岩石，而含异性石的霓石异霞正长岩和钠铁闪石异霞正长岩为钠质碱性岩；在(²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb)_i-(²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb)_i和(²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb)_i-(²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb)_i图中，辉石正长岩和霞石正长岩在常常紧密伴随，投点在亏损地幔，方钠异霞正长岩投点在地幔演化线下面靠近原始地幔一侧，钠铁闪石异霞正长岩则投点在地幔演化线下面靠近高μ地幔一侧，表明这些碱性岩浆源区具有不同组分；在La/Sm-La关系图上，辉石正长岩、霞石正长岩及霓石异霞正长岩的成岩过程主要为结晶分离，而钠铁闪石异霞正长岩成岩过程主要为部分熔融；霓石异霞正长岩浆熔融深度最深，结晶分异作用程度高，钠铁闪石异霞正长岩浆部分熔融深度浅，熔融程度低。因此，推测这些碱性岩是在同一构造-岩浆活动背景下，不同深度源区形成的岩浆上侵到浅部于同一构造部位沿早期岩石顺层侵入的结果，整体上形成层状-透镜状构造，而杂岩体的成矿作用主要是伴随碱性杂岩体的多幕式成岩过程，在霓石异霞正长岩阶段发生岩浆热液成矿作用，在钠铁闪石异霞正长岩阶段发生岩浆结晶成矿作用，分别形成方钠石-霓石-异性石型矿石和钠铁闪石-钠长石-斯坦硅石型矿石，从而提出伊犁马萨克岩体“异源-多幕-同位侵入”的成岩-成矿模型。

5.   结 论

（1）伊犁马萨克岩体是格陵兰岛西南部中元古代加达尔碱性岩省的典型代表，也是全球分布极少的钠质碱性岩的典型代表。岩体具有多阶段活动特点，并形成独特、丰富的矿物组成，其中有15种矿物为该岩体所独有。

（2）可凡湾稀土矿床的成矿作用主要与钠铁闪石异霞正长岩和霓石异霞正长岩这两种钠质碱性岩有关。这些碱性岩浆来源于不同深度和熔融程度，并在浅部同一构造部位常沿早期岩石水平顺层侵入，整体上形成层状-透镜状构造，成岩-成矿模型具有“异源-多幕-同位侵入”的特征。

（3）伴随碱性杂岩体的多阶段成岩过程，碱性岩浆分别在霓石异霞正长岩阶段发生岩浆热液成矿作用和钠铁闪石异霞正长岩阶段发生岩浆成矿作用，形成方钠石-霓石-异性石型矿石和钠铁闪石-钠长石-斯坦硅石型矿石。钠铁闪石-钠长石-斯坦硅石型矿石具细晶针状结构，块状构造，稀土矿物主要为斯坦硅石，并含伴生铀、钍等元素；方钠石-霓石-异性石型矿石具粗粒状结构、伟晶状结构，脉状构造、块状构造，稀土矿物主要为异性石，少量独居石和斯坦硅石，并伴生伴生铌、钽等稀有元素。

（4）斯坦硅石和异性石是钠质碱性岩钠质矿物组合中重要的成岩矿物，也是可凡湾稀土矿床中2种十分特别的含稀土矿物。斯坦硅石内部具有成分分带性，其中的稀土氧化物REO含量31.5%～44.9%，平均35.9%，并富含U、Th；异性石中稀土元素有类质同像和其他稀土矿物包体2种赋存状态，稀土含量相对较低。