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桂东南印支期含稀土矿物花岗岩岩相学研究

申报人：黄美玲 申报日期：2025-01-02

基本情况

2025年批次
桂东南印支期含稀土矿物花岗岩岩相学研究 学生申报
创新训练项目
工学
地质类
学生来源于教师科研项目选题
一年期
桂东南印支期含稀土矿物花岗岩岩相学研究项目，旨在通过岩相学分析探讨该区域印支期花岗岩中稀土矿物的分布、种类及其与花岗岩成因的关联。项目重点研究稀土矿物在花岗岩中的分布特征、富集特点及其对源区岩浆演化的指示作用，结合区域地质资料，旨在揭示稀土元素在花岗岩中的地球化学行为及其对花岗岩成分变化的影响机制。研究成果将为稀土资源勘查、花岗岩成因研究及地质构造解析提供重要科学依据。
无
  1. 国家自然科学基金面上项目“桂东南印支期花岗岩轻-重稀土分异和重稀土富集机制研究”（2024-2027），负责人。
  2. 广西自然科学基金面上项目“广西钦防一带晚古生代-早中生代岩浆作用记录及其大地构造意义”（2017-2020），负责人。
       指导确定项目的研究内容及意义；为本项目研究提供技术路线和方法；为项目开展提供所需样品；为本项目进行实验指导；指导将相关成果转化成报告或者论文等。
区级

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
黄美玲 地球科学学院 资源勘查工程 2023 统筹安排
蒋军领 地球科学学院 资源勘查工程 2023 矿物分析
谢海银 地球科学学院 资源勘查工程 2023 矿物分析
黄延凤 地球科学学院 资源勘查工程 2023 矿物分析
祝靖骅 地球科学学院 地球化学（拔尖班） 2024 资料收集

指导教师

序号 教师姓名 所属学院 是否企业导师 教师类型
周云 地球科学学院 否

立项依据

       稀土元素在岩石中的分布和富集特征受到岩石成因和构造背景的影响。不同的岩石成因和构造环境会导致稀土元素在岩石中的分馏情况和配分模式产生差异。因此，通过分析稀土元素在岩石中的分布特征，可以推断岩石的成因类型、形成环境以及构造背景。通过分析稀土元素在岩石中的分布和富集规律，可以预测稀土资源的分布区域和潜在储量，为稀土资源的勘查和开发提供科学依据。稀土元素的存在还可能对岩石的物理性质和工程特性产生影响。例如，稀土元素的富集可能会改变岩石的硬度、韧性、抗风化能力等物理性质，从而影响岩石的开采和利用。此外，稀土元素还可能影响岩石的热导率、电导率等物理性质，对岩石的工程应用也具有重要意义。
       稀土元素是现代工业中不可或缺的重要资源，具有广泛的应用领域和战略价值。它们被广泛用于原子能、航空航天、半导体、电子技术、特种钢材、超级合金以及导弹火箭、军工等众多关乎国计民生和国防安全的关键领域。因此，稀土矿物在岩石中的存在和富集不仅具有地质学意义，还具有重大的经济效益和社会效益。
       本项目的研究目的是对广西桂东南印支期含稀土矿物花岗岩进行深入的岩相学分析，从而揭示稀土矿物在花岗岩中的分布、富集特征及其对花岗岩成因和演化的影响。通过系统的矿物岩石学、岩相学，结合区域扫描电镜和矿物微量元素地球化学分析数据资料，探讨稀土元素在花岗岩中的地球化学行为及其对花岗岩成分变化的影响机制，为重稀土找矿勘查提供理论依据。
稀土元素在花岗岩中扮演着至关重要的角色。它们不仅在花岗岩的成因和物质来源研究中具有重要的指示意义，还影响着花岗岩的形成作用与机理以及分异演化过程。在花岗岩中，稀土元素主要赋存于特定的矿物中，如磷灰石族磷酸盐、铌矿和富锆硅酸盐矿物等，这些矿物的存在和分布对于理解稀土元素在花岗岩中的行为至关重要。
       通过本项目的研究，我们可以进一步了解广西桂东南印支期花岗岩中稀土矿物的分布规律和富集特征，为稀土资源的勘查和开发提供科学依据。同时，本项目的研究也将有助于深化我们对花岗岩成因和演化的认识，推动地质学领域的发展。 
       研究的核心在于探讨含稀土矿物花岗岩在形成富稀土元素风化壳矿床演化过程中具体起何种作用。首先，稀土矿物作为花岗岩中重要的副矿物，其存在和分布特征能够反映岩浆演化过程中的物理化学条件变化，为理解花岗岩的成因和演化提供关键线索。其次，稀土元素在花岗岩中的分异和富集机制与稀土矿物的形成密切相关，通过深入研究稀土矿物的地球化学特征，可以揭示岩浆分异过程中稀土元素的迁移和富集规律，为稀土资源的勘查提供理论依据。此外，稀土矿物还可能对花岗岩的物理性质和工程特性产生影响，如影响岩石的硬度、韧性、抗风化能力等，这对于花岗岩的开采和利用也具有重要意义。
本项目拟展开花岗岩样品的矿物鉴定分析、花岗岩样品中稀土矿物含量的测定、对比分析无稀土矿物或含少量稀土矿物的花岗岩样品与含稀土矿物的花岗岩样品之间的差异。
       本项目将系统采集广西桂东南地区印支期花岗岩样品，通过详细的岩相学观察，揭示花岗岩中稀土矿物的种类、形态、分布特征及其与岩石结构、构造的关系，以及稀土矿物作为副矿物对花岗岩形成富稀土矿床的影响及所起的作用。
       据USGS数据，全球稀土资源储量大约为1.1亿吨。其中，中国稀土储量为4400万吨，占全球资源的40%；中国、越南、巴西、俄罗斯合计CR4达到88%。中重稀土含量高的离子型稀土矿分布则更为集中，仅中国、缅甸等少数国家拥有。中国稀土资源“北轻南重”，轻稀土主要集中在内蒙古、山东等北部省份及四川省部分地区；中重稀土主要集中在江西赣州地区、广东粤东地区、广西、福建、湖南等地。我国已有稀土矿床主要是与黑色、稀有金属等共生或伴生的内生矿床，其次为风化壳离子吸附型矿床，砂矿则甚少（中国国土资源部，2002）。
                                                                               summernote-img
图1-1 全球稀土储量分布图
单位（万吨）
       离子吸附型稀土矿床：花岗岩体在有利条件下其风化壳可构成具有重要经济意义的风化壳离子吸附型重稀土矿床。国内对离子吸附型稀土矿床的研究较为深入。离子吸附型稀土矿主要以离子吸附相形式赋存于花岗岩风化壳的全风化层中，离子吸附型稀土矿矿床的形成与母岩、气候、地貌、构造、风化壳的pH值等条件密切相关，相关学者总结出了离子吸附型稀土矿矿床的成因机制和富集规律。
赣南地区是我国离子吸附型稀土矿的首次发现地和主要矿产地。大埠复式岩体是赣南地区重要的重稀土成矿母岩，此外还与钨锡、铌钽和铀矿床等关系密切，地表出露面积达515km2。（张青等，2020）研究表明，高稀土含量的花岗岩母岩、变质或岩浆热液蚀变、湿热气候和平缓地势等因素是形成离子吸附型稀土矿床的重要条件。例如，陆蕾等（2023）邦棍尖山花岗岩中发现了多种含稀土矿物，如榍石、锆石、褐钇铌矿等，这些矿物的存在为形成离子吸附型稀土矿床提供了物质基础。
       成矿机制研究：碱性岩和碳酸岩是全球稀土的主要来源，稀土资源储量占全球已探明稀土资源总量的75％。与碳酸岩型稀土矿床不同的是，碱性岩型稀土矿床相对富集中重稀土，稀土元素主要赋存在硅铍钇矿、异性石和磷灰石等副矿物中。张东等（2024）得出另外一个显著特征是该类矿床经常伴生有多种类型的高场强元素（HFSE），从而形成稀土、稀有多金属矿床。
近年来越来越多的研究表明REE和HFSE在岩浆-热液演化过程中可以高度活化-迁移,特别是在富碱和富F的花岗质体系中。在部分碱性岩体系中，REE和HFSE的大规模迁移会导致其超常富集数百甚至数千倍，从而形成具有经济价值的可开采资源。
图2 碱性花岗岩主要造岩矿物及其中REE和HFSE分布图
Ab-钠长石；Amp-角闪石;Cpx-单斜辉石；Kfs-钾长石；Qtz-石英
                                                         summernote-img
       赵芝等（2017）对广西某地花岗岩风化壳剖面样品进行了Ｘ射线衍射及主量、稀土元素地球化学特征的研究。剖面自上而下可划分为腐殖土层（Ａ１）、亚粘土层（Ａ２）、网纹状风化层（Ｂ１）和全风化层（Ｂ２）；自Ａ１至Ｂ２，粘土矿物的含量和化学风化蚀变指数快速降低；与母岩相比Ａ１、Ａ２、Ｂ１中全相Ｃｅ、Ｎｄ和HREE相对富集，Ｂ２中全相稀土与母岩特征相似，所有样品的离子交换相HREE亏损，Ｙ相对富集；离子交换相轻、重稀土一起富集在Ｂ２中，据此推测，花岗岩中褐帘石、榍石等易风化的稀土矿物为离子交换相稀土提供了主要的物源，锆石、磷钇矿等难风化的稀土矿物的残留及表生稀土矿物的形成使全相HREE相对富集；离子交换相轻、重稀土元素的分馏程度随风化程度的增加而变化，从而了解了风化壳中离子交换相稀土元素的特征。
       新发现的稀土矿物：近年来，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：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%），其形成与高氧逸度环境下的富稀土俯冲流体交代作用密切相关。
参考文献：
[1]国务院新闻办发布《中国的稀土状况与政策》白皮书[J].稀土信息,2012,(07):4.
[2]张青,陈斌锋,张兴文.江西赣县峰山重稀土矿床地质、地球化学特征及意义[J].华东地质,2020,41(04):359-367.
[3]张青,陈斌锋,阙兴华.大埠峰山重稀土矿床地球化学特征及其年代学意义[C]//江西省地质学会2020年论文汇编I.江西省地质矿产勘查开发局赣南地质调查大队;,2020:9.
[4]陆蕾,王成辉,王登红,等.云南邦棍尖山花岗岩的岩石学、地球化学和年代学特征对离子吸附型稀土成矿的制约[J].地质学报,2023,97(05):1494-1507.
[5]张东,杨武斌,牛贺才.钠交代作用对碱性花岗岩体系中稀土富集成矿的贡献[J].岩石学报,2024,40(03):864-872.
[6]赵芝,王登红,潘华,等.广西某地花岗岩风化壳中稀土元素特征与iREE矿床成矿机制[J].地球科学,2017,42(10):1697-1706.
1、创新点：
(1)稀土元素在国防工业与高科技领域占据着不可或缺的战略地位，被誉为关键的战略资源。本研究课题致力于对桂东南部印支期花岗岩进行深入的矿物稀土元素剖析，旨在探讨稀土元素在花岗岩中的地球化学行为及其对花岗岩成分变化的影响机制。
(2)该研究将为桂东南稀土资源的勘探与开发提供新的视角和理论支持，进一步深化对广西桂东南部印支期花岗岩成因及稀土元素富集规律的理解，为揭示花岗岩的形成机理及稀土元素富集机制提供了新的理论依据，并为稀土矿的勘查提供了理论指导和方向。
(3)项目将重点探究花岗岩稀土矿物的岩相学结构及富集特征等，为寻找离子吸附型稀土矿床提供了关键线索，具有显著的经济价值；为重稀土资源的勘查提供坚实的科学理论基础。
2、项目特色：
(1)聚焦印支期花岗岩： 项目专注于研究印支期形成的花岗岩，尤其S型花岗岩，该类型花岗岩与稀土元素富集密切相关，具有重要的找矿意义。S型花岗岩形成于后碰撞环境，源区物质以古老陆壳为主，其富铝特征和独特的地球化学特征使其成为寻找稀土元素矿床的重要对象。
(2)多种地球化学手段结合：项目将开展岩相学分析、微量元素分析及稀土元素分析。本项目计划采用扫描电镜技术对桂东南地区的花岗岩进行矿物学分析，并结合区域地质资料，如LA-ICP-MS（激光剥蚀电感耦合等离子体质谱）等地球化学数据，从多个角度揭示花岗岩的稀土元素富集规律。岩相学分析可以观察花岗岩的矿物组成、结构构造等特征，微量元素分析可以揭示花岗岩的物质来源和形成环境，稀土元素分析可以揭示花岗岩的成因类型和演化过程。
(3)注重找矿应用： 项目通过对花岗岩的地球化学特征和风化壳特征进行研究，为稀土矿找矿提供理论依据和找矿方向。项目将重点研究花岗岩中稀土矿物的分布及富集规律，为寻找离子吸附型稀土矿床提供重要线索。
技术路线
1、资料文献收集：收集并阅读大量国内外关于稀土元素、花岗岩、岩相学、矿物学、地球化学等方面的文献，了解该领域的研究现状和水平。整理归纳相关文献，掌握区域地质背景、成矿规律、岩石类型和地球化学特征等信息，为野外样品采集和室内分析做好准备。
2、样品收集与准备：
(1)野外地质调查：对研究区进行详细的野外调查，查明印支期花岗岩的分布规律、产状特征、岩性变化和成矿特征。利用 GPS定位，记录岩体的地理位置和样品采集点信息。采集新鲜、未经风化的含稀土矿物花岗岩样品，并记录样品的岩性、产状、蚀变特征等信息。
(2)样品加工：将采集的岩石样品进行清洗、干燥、破碎和研磨，制备成符合分析要求的样品。对样品进行编号、登记和保存，并建立样品数据库。
3、岩石学和矿物学研究：
(1)薄片制备：选择新鲜、未经蚀变的花岗岩样品，进行磨片和抛光，制备成高质量的岩石薄片。利用偏光显微镜和透射光显微镜观察岩石薄片的矿物组成、结构和构造特征。
(2)手标本观察：对花岗岩手标本进行观察，记录岩石的宏观特征，如颜色、质地、结构、构造和矿物组成等。利用放大镜或手持显微镜观察手标本中的矿物特征，初步判断矿物的种类和形态。
4、稀土矿物分析：
扫描电镜分析：利用扫描电子显微镜 (SEM) 对含稀土矿物花岗岩样品中的稀土矿物进行观察和鉴定，确定稀土矿物的种类、形态、大小、分布特征和与其他矿物之间的空间关系。利用能谱仪 (EDS) 对稀土矿物进行元素成分分析，确定稀土元素的种类和含量。
5、综合研究:
(1)数据整理和分析：对含稀土矿物花岗岩的岩石学、矿物学和稀土矿物分析数据进行整理和分析，建立数据库。利用统计分析方法对数据资料进行处理，提取有用信息。
(2)成因分析：结合区域地质背景、岩石学特征和稀土元素特征，分析含稀土矿物花岗岩的成因和形成过程。
(3)成矿规律研究：探讨稀土元素在花岗岩中的地球化学行为及其对花岗岩成分变化的影响机制，揭示区域稀土成矿规律。
(4)找矿预测：基于研究成果，提出区域稀土资源勘查和开发的建议，并进行找矿预测。
拟解决的问题以及解决方法
拟解决的问题：
1．稀土元素在印支期花岗岩中的赋存状态：通过岩相学分析，确定稀土矿物分布特征，并揭示矿物结构特征（如矿物颗粒、包裹体、裂隙充填物等）。
2．稀土矿物在印支期花岗岩中的富集特征：结合区域岩石学、地球化学资料，探讨稀土矿物在印支期花岗岩中的富集特征和影响因素。
3．区域稀土成矿规律：通过对印支期含稀土矿物花岗岩的岩相学研究，为揭示稀土成矿规律及区域稀土资源勘查和开发提供理论依据。
解决方法：
1．岩相学分析：利用偏光显微镜、透射光显微镜等仪器，观察岩石薄片的矿物组成、结构和构造特征，确定稀土元素的赋存状态。分析不同岩性样品的矿物组成差异，以及矿物受蚀变影响的情况。
2．稀土矿物分析：利用扫描电镜、能谱仪等仪器，对岩石样品中的稀土矿物进行观察和鉴定，确定稀土矿物的种类、形态、大小、分布特征和与其他矿物之间的空间关系。分析稀土矿物的元素成分和微量元素组成，为稀土元素富集机理研究提供矿物学证据。
3．成因分析：结合区域地质资料、岩石学特征和稀土元素特征，分析印支期花岗岩的成因和形成过程，探讨稀土元素富集的地质条件。
4．成矿规律研究：综合岩相学和稀土矿物分析结果，揭示区域稀土成矿规律，为区域稀土资源勘查和开发提供理论依据。
预期结果：
查明研究区印支期含稀土矿物花岗岩的岩相学特征、矿物组成、结构构造和稀土元素地球化学特征。揭示稀土元素在含稀土矿物花岗岩中的赋存状态、富集机理和成矿规律，为区域稀土资源勘查和开发提供理论依据，为区域经济发展和产业升级提供理论依据。


起止时间 工作内容和要求
2025.5-2025.6
学习稀土元素和花岗岩相关知识并搜集资料
2025.7-2025.8
进行野外地质考察，系统采集具代表性岩石样品 
2025.9-2025.10
对样品进行一系列实验研究，对稀土元素进行分析，编写有关报告
2025.11-2026.1
结合前一阶段的研究成果，深入研究花岗岩中稀土矿物的微量元素变化特征，对所测得的实验数据深入分析
2026. 2-2026.4
整理各阶段的研究成果及资料，撰写研究报告并总结研究成果
2026.5
结题答辩


①目前国内外学者对桂东南花岗岩已有较为广泛的研究，这些研究成果对我们研究桂东南印支期含稀土矿物花岗岩岩相学分析提供了较好的地质背景资料，有利于我们进一步深入研究和分析含稀土矿物花岗岩岩相特征，为本项目的开展奠定了基础。
②本课题组前期通过对国内外学者关于含稀土矿物花岗岩文献的大量阅读与整理，对以往学者的研究有了较为细致的了解和深入的认识。还对含稀土矿物花岗岩产地进行了分析和概括，并在此基础上对含稀土矿物花岗岩形成过程进行分析，为后续进一步对桂东南印支期含稀土矿物花岗岩的岩相学分析提供可靠的支持。
③课题组成员具有较强的学习能力和研究分析能力，专业基础扎实。对本课题充满极大兴趣，对课题展开的各项工作具有较高的积极性，在经验丰富的专业指导老师的带领下，课题的具体安排有了较为明确的计划，通过查阅大量相关文献加深对课题的理解，对项目的每一部分都有了清晰的认识，并展开进一步研究和分析，为项目工作的顺利展开提供了有力支撑。
（1）已具备的条件
申请者所在单位桂林理工大学拥有“有色及贵金属隐伏矿床勘查教育部工程研究中心”、“有色金属矿产勘查与资源高效利用省部共建协同创新中心”、“广西隐伏金属矿产勘查重点实验室”等重点实验室，拥有完成本项目所必需的主要仪器设备，包括∑IGMA扫描电镜和偏光显微镜等仪器，便于开展含稀土矿物花岗岩中稀土元素的含量分析等工作。
（2）尚缺少的条件
获取花岗岩稀土矿物能谱数据存在一定的不确定性。
（3）解决方法
通过大量查阅文献和资料搜集整理对桂东南及其他地区印支期的含稀土矿物花岗岩数据资料来进行对比，从而支撑课题组的进一步分析和研究。 

经费预算

开支科目 预算经费（元） 主要用途 阶段下达经费计划（元）
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 35000.00 无 15000.00 20000.00
1. 业务费 33000.00 无 14000.00 19000.00
（1）计算、分析、测试费 18000.00 测试费 9000.00 9000.00
（2）能源动力费 0.00 无 0.00 0.00
（3）会议、差旅费 8000.00 野外采集样品差旅费 4000.00 4000.00
（4）文献检索费 2000.00 资料文献打印 1000.00 1000.00
（5）论文出版费 5000.00 版面费 0.00 5000.00
2. 仪器设备购置费 0.00 无 0.00 0.00
3. 实验装置试制费 0.00 无 0.00 0.00
4. 材料费 2000.00 样品采集材料购置 1000.00 1000.00
结束

用户单位： 桂林理工大学        

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