Research progress on chemical composition of apatite: Application in petrogenesis, ore genesis and mineral exploration
TAN HouMingRui, HUANG XiaoWen, Liang Qi, GAO JianFeng, Meng Yumiao, XIE Huan
Abstract
磷灰石广泛分布于各类岩石和矿床中, 根据其F、OH以及Cl阴离子种类可分为氟磷灰石、氯磷灰石和羟基磷灰石。磷灰石对其自身结构的变形以及化学取代有良好的耐受性, 一系列元素可以替代磷灰石中的Ca、P、F、Cl和OH, 因此其化学组成复杂。磷灰石中Ca位存在两种不同的阳离子位置, 影响不同元素在这两种位置取代的因素包括离子半径、价态以及磷灰石的种类等。岩浆过程中, 稀土(REE)、Y、Sr是磷灰石中的相容元素, 而F、Cl、OH的相容性随物理化学条件不同而变化。相较于元素在磷灰石与熔体相间的分配研究, 目前对于元素在磷灰石与流体相间的分配研究较少。磷灰石化学组成可以判别母岩类型: 如F、Cl、As、V含量可以区分Ⅰ型与S型花岗岩; REE、Sr、Y、Mn、As、Th的含量、轻稀土(LREE)的富集程度和球粒陨石标准化稀土元素配分模式可以用于判别碳酸岩、二辉橄榄岩、镁铁质岩石等岩石类型。利用磷灰石的F、Cl和CO<sub>3</sub>等挥发分的含量, 并结合Sr-Nd同位素组成, 可以识别地幔源区及其流体交代作用。磷灰石Sr/Th与La/Sm的变化可用于指示岩浆来自脱水板块或熔融沉积物。磷灰石的主微量元素(Mn、Eu)含量或元素比值(F/Cl)能够反映岩浆的分异程度, 而且Ce/Pb和Th/U比值可以反映岩浆形成过程中流体参与程度。磷灰石中的变价元素如Eu、Ce、Ga和S含量及<i>δ</i>Eu和<i>δ</i>Ce可用于推断岩浆的氧化还原状态。由于磷灰石对热液交代作用非常敏感, 所以磷灰石的结构和化学组成已广泛用于成矿过程研究。在与花岗岩有关的关键金属矿床中, 磷灰石的主、微量元素含量和Sr-Nd同位素比值常常用于区分不同花岗质岩浆的源区特征, <i>δ</i>Ce、<i>δ</i>Eu也可以用于指示花岗质侵入体的氧化还原状态; 斑岩有关的多金属矿床F、Cl、S、Mn含量以及F/Cl比值能够指示成矿岩浆-热液的来源及演化, <i>δ</i>Ce、<i>δ</i>Eu可以用于指示岩浆热液的氧逸度; 铁氧化物-铜-金和铁氧化物-磷灰石矿床中磷灰石结构、共生稀土矿物结合Na、F、Cl以及REE含量能够反映与成矿有关的岩浆-流体作用以及流体性质。磷灰石中Mn、Fe、REE、Y、F、Cl、SO<sub>3</sub>的含量或比值的差异可用于判别矿化与未矿化的岩石或者蚀变类型, 并用于区分不同矿床类型等, 对矿产勘查具有一定指示意义。磷灰石化学组成结合机器学习方法, 可以更好地识别磷灰石的来源。综上所述, 磷灰石作为一种新兴的指示矿物, 除了在成岩和成矿过程示踪方面体现出独特优势, 在矿产勘查应用方面也具有重要的应用前景。