白云鄂博地区相关地质单元的铁同位素特征及其对白云鄂博矿床成因的制约

白云鄂博Fe-REE-Nb矿床是世界著名的巨型多金属矿床,它的成因一直是个激烈争论的问题,观点主要集中在沉积成因和岩浆成因上,而铁的物质来源问题是争论的焦点之一。近年来Fe同位素的快速发展为解决白云鄂博铁矿的成因提供了新思路。对白云鄂博地区发育的白云鄂博群尖山组铁质板岩、宽沟北沉积型铁矿、腮林忽洞微晶丘、灰绿岩墙这些相关地质单元的Fe同位素组成特征进行了研究,为白云鄂博矿床成因研究提供了最直接的参考。结果表明,尖山组铁质板岩的δ56Fe值为-0.49‰～0.48‰,平均值为-0.03‰±0.84‰,2SD,n=5;宽沟北沉积型铁矿的δ56Fe值为-0.68‰～0.23‰,平均值为-0.10‰±0.78‰,2SD,n=5;腮林忽洞微晶丘δ56Fe值为-0.64‰～0.12‰,平均值为-0.28‰±0.57‰,2SD,n=6;辉绿岩的Fe同位素组成δ56Fe值集中在0.11‰～0.16‰。腮林忽洞微晶丘总体上比白云鄂博赋矿白云岩富集Fe的轻同位素,Fe同位素组成变化也相对更大,表明两者可能有不同的成因。白云鄂博地区尖山组铁质板岩、宽沟北沉积型铁矿与世界其他地区含铁沉积建造的Fe同位素组成类似,其共同特征是,Fe同位素变化较大,总体上δ56Fe大于0‰。这一特征与白云鄂博铁矿的Fe同位素组成差别较大。白云鄂博矿床的δ56Fe集中在0‰附近,与白云鄂博地区灰绿岩、世界不同地区火成岩和岩浆型铁矿的Fe同位素组成特征一致。表明白云鄂博铁矿可能不是沉积成因的,更有可能与岩浆作用有关。     

白云鄂博Fe-REE-Nb建造地球化学特征及成因：元素及同位素新证据

通过野外地质观察和室内镜下研究,利用XRF和ICP-MS对白云岩及其周围的板岩的主、微量元素进行分析,同时对硫化矿化的样品开展硫同位素测试。元素测试结果显示白云鄂博Fe-REE-Nb建造白云岩既具有部分火成碳酸岩的地球化学特征,也具有部分沉积碳酸岩的地球化学特征,表明白云鄂博Fe-REE-Nb建造赋矿白云岩不是典型的火成碳酸岩或沉积碳酸盐岩。硫同位素的测试结果表明,全岩的硫同位素组成不呈塔式模型分布,出现两个比较明显的峰值,一个在0‰左右,具有深源特征;另一个在+8‰左右,明显高于幔源硫,这个结果说明其来源可能有两个:地幔和海水。赋矿白云岩中Nb随着稀土的富集也发生富集作用,但是Ta的富集作用却十分微弱,显示了成矿热液强烈富REE和Nb及贫Ta的元素地球化学特征。据元素和硫同位素结果,我们认为白云鄂博赋矿白云岩是沉积碳酸盐受地幔碳酸岩岩浆及派生的流体交代的产物,而非直接源于火山碳酸岩喷发成因。地幔深部碳酸岩岩浆及其派生的富稀土流体沿区域性深大断裂上涌与沉积碳酸盐岩进行交代作用,形成了白云鄂博独特巨大的Fe-REE-Nb矿床及区域性的稀土矿床。     

白云鄂博REE-Nb-Fe稀土矿赋矿岩系建造研究评述

白云鄂博特大型铌、稀土、铁矿床,由于其矿物组成的多样性、地质构造的复杂性、成矿的多期性使之成为一类典型稀土矿床,成为研究稀土矿的天然实验室。尽管已有60多年的开采及研究历史,但其含铁及稀土的矿床建造机制仍具争议。本文通过搜集、整理国内外近几年来发表的有关赋矿岩性(白云岩、富钾板岩、富钠岩石及碳酸岩脉)的研究成果,结合笔者的认识,对各种不同观点进行了对比分析和总结,最终提出了白云鄂博碱性碳酸岩-热水沉积岩系的观点,为白云鄂博稀土矿的研究提供一定的参考价值。     

微晶丘成因新认识

微晶丘主要由灰泥组成,仅见少量生物碎屑,其成因尚无圆满解释。借鉴现代海底勘查成果,依据北京西山微晶丘、白云鄂博赋矿微晶丘、腮林忽洞微晶丘的特征,认为微晶丘是海底热水(伴CO2)的化学作用产物：现代海底勘查发现的微晶丘是形成于洋中脊、热点或弧后盆地;北京西山等地的纯灰岩微晶丘是形成于大陆内部;而白云鄂博赋矿白云岩是一个大型微晶丘,形成于被动大陆边缘。微晶丘中的生物作用仅是深海热水活动的伴生作用,并不是微晶丘形成的主导作用。     

白云鄂博超大型REE-Nb-Fe矿床的稀土成矿模式综述

白云鄂博矿床在矿物学、矿床学以及成矿理论等研究中有着极其重要的地位。本文旨在总结前人的研究成果,归纳现有的几种矿床成矿模式及其主要依据,并进行简要分析,以期对白云鄂博矿床成因的进一步研究起到些许作用。     

Detrital Zircon U–Pb Geochronology and Provenance of Bayan Obo Group, Northern Margin of North China Craton: New Implications for the Position of NCC in Rodinia

The paleoposition of North China Craton in Rodinia has long been in controversial. This paper mainly focuses on the U–Pb geochronological studies of detrital zircons obtained from Bayan Obo Group exposed in the Shangdu area, Inner Mongolia, aiming to provide more information for interprating this problem. Based on the acquired data, this paper comes to the following conclusions. Firstly, the depositional age of Bayan Obo Group might be from Meso– to Neoproterozoic according to the zircons U–Pb dating results. The lower succession of this group, namely Dulahala and Jianshan formations deposited between 1800 and 1650 Ma. The Halahuogete and Bilute formations deposited between 1500 and 1350 Ma. For Baiyinbaolage and Hujiertu formations, their depositional age was 1250–900 Ma. Secondly, for the provenance of Bayan Obo Group, this paper believes detrital zircons with age of 2.51–2.71 Ga and 2.00–2.48 Ga were from Guyang, Xi Ulanbulang and Zhuozi area; the Khondalite Belt provided detrital zircons with age of 1.95–1.80 Ga; zircons with age of 1.60–1.75 Ga might come from granitic rocks in Miyun Area. The magmatism after 1.60 Ga was rarely recorded in the NCC, therefore those zircons with ages younger than 1.60 Ga might come from outside of NCC. The magmatism with the same age existed in Baltic, Amazonia and Laurentia. Based on previous paleomagnetic researches, this paper proposes that NCC might receive detritus from Baltic during 1560–1350 Ma and had affinity with Laurentia and Amazonia at ～0.9 Ga in Rodinia. Baltic, Amazonia and Laurentia might be potential provenances for non–NCC detritus in Bayan Obo Group.     

白云鄂博铁、铌、稀土矿床:研究进展、存在问题和新认识

白云鄂博是世界第一大稀土元素矿床,其稀土元素资源量占世界目前已知稀土元素资源总量的三分之二以上,具有重要的经济和战略地位。白云鄂博自1927年发现至今已有92年,对其的开发和研究历史悠久,在赋矿碳酸岩的成因、成矿年代、稀土矿物学等方面取得了一系列重要进展,为碳酸岩型稀土元素成矿理论发展做出了突出贡献。由于矿床经历了成矿后复杂的构造变形和热液蚀变,致使其地质、地球化学特征复杂,学界对其成因和成矿过程一直存在不同认识,对成矿碳酸岩的岩浆演化、稀土元素迁移与富集机理等方面的研究也相对薄弱。笔者最新研究表明,矿区过去被认为是下白云鄂博群的H1、H2、H9岩石单元并非沉积变质岩或变质火山岩,而应为岩浆侵入成因,矿区其他岩石单元(H3～H7)的成因也值得商榷。H9岩石单元中的黑云母岩(前人称为黑云母板岩)和富含黑云母的碳酸岩(前人称为暗色板岩)为成矿碳酸岩的一部分,是碳酸岩不同岩相带的表现。黑云母岩和富黑云母碳酸岩相对于含矿碳酸岩具有相对低的稀土元素含量和轻、重稀土元素比值,表明岩浆演化可能对稀土元素的富集和分异具有重要贡献。矿区主要岩石单元成因的新认识不仅为矿床成因、成矿背景研究提供了新的依据,同时也为研究区域构造演化、正确厘定矿区构造式样和指导矿区深部和外围找矿提供了新的思路。     

内蒙古商都地区白云鄂博群尖山组碎屑锆石U-Pb年代学和Hf同位素研究:对华北克拉通西部陆块北缘前寒武纪地壳演化的制约

华北克拉通前寒武纪地壳生长过程是地质学的研究热点。本文对华北克拉通西部陆块北缘的白云鄂博群尖山组进行了碎屑锆石U-Pb定年和Hf同位素分析,并在此基础上对尖山组的沉积时限、物源及西部陆块北缘的前寒武纪地壳生长过程进行了探讨。样品TM33中碎屑锆石年龄主要集中在1872～2100Ma (n=64),并有～1960Ma的主年龄峰值和～2000Ma的次年龄峰值,Hf同位素分析结果显示锆石的εHf(t)值在-2.6～7.9之间(除1个测点为-17.6),Hf同位素二阶段模式年龄(tDM2)变化范围在2240～4386Ma之间。样品Z1724中碎屑锆石年龄分布于1784～2200Ma(n=44),并有～1965Ma的主年龄峰值和～2080Ma次年龄峰值。谐和线上最年轻一组锆石的加权平均年龄为1794±73Ma(n=2),εHf(t)在-5.4～3.2之间,Hf同位素二阶段模式年龄(tDM2)变化范围在2584～3203Ma之间。基于以上数据,结合侵入白云鄂博群底部1670Ma的辉长岩以及白云鄂博群底部全岩207Pb-206Pb等时线年龄为1649Ma的沉积碳酸盐岩,尖山组的沉积时间被限定在1800～1650Ma。尖山组的物源主要来自固阳、西乌兰不浪地区新太古代基底以及大青山和卓资地区古元古代晚期孔兹岩带。综合前人对研究区及邻区中新元古代沉积地层中碎屑锆石的Hf同位素研究结果,认为华北克拉通西部陆块北缘可能存在2600～2750Ma、～2500Ma和2000～2100Ma三期主要的地壳生长事件,且最后一次规模可能小于前两次。     

白云鄂博含矿碱性火山岩建造及其地球化学

白云鄂博矿床历经几十年的研究,主要集中在矿区H8岩性段矿化白云岩成因的认识,许多研究显示含矿白云岩是岩浆碳酸岩,本文主要从岩石学和地球化学方面进一步分析其属于火山喷发环境形成的火山碳酸熔岩。H8含矿白云岩段和H9板岩段作为一套含矿岩系主要由含矿白云岩、霓闪钠长岩、钾长板岩3类岩石组成,白云岩和霓闪钠长岩都具有的碎屑结构及角砾状构造、条带构造,显示为火山熔岩和火山碎屑岩特征,而钾长板岩则主要显示致密微晶火山熔岩特征。工业矿物主要是磁铁矿、赤铁矿、稀土矿物和铌铁矿物,其重要特征是出现大量原生赤铁矿,反映岩石氧化系数高,与火山喷发环境一致。霓闪钠长岩、钾长板岩岩石化学显示碱性特征,稀土元素与CaO、F相关系数在0.7以上,并与Fe2O3高氧化物相关,而与硅酸盐矿物组分反相关,表示碳酸岩与稀土成矿密切相关,并显示为表生氧化环境形成。稀土地球化学特征显示白云岩∑REE最高,钾长板岩∑REE最低,相应的岩脉∑REE低于喷发岩。各种岩石均表现为明显的轻重稀土分异,但是以白云岩LREE/HREE比值最大,霓闪钠长岩LREE/HREE比值最小,而纯钠长石岩脉和含稀土磁铁矿LREE/HREE明显高于其他岩石。白云岩和霓闪钠长岩均表现出不同的铕、铈负异常,但是碳酸岩脉和钾长板岩则显示弱正铈异常,霓闪钠长岩和钾长板岩铕异常不明显。矿化白云岩和碳酸岩脉的δ18O、δ13C值介于沉积灰岩与已知碳酸岩的δ18O、δ13C值之间,碳酸岩中白云石的δ18O低于方解石的δ18O,而δ13C高于方解石的δ13C,稀土矿物的δ13C、δ18O与碳酸岩脉δ13C、δ18O接近。归纳这些特征,含矿白云岩与霓闪钠长岩、钾长板岩是碱性火山岩组合,与一系列同期的碳酸岩、霓闪钠长岩碱性岩脉一起,构成一套完整碱性火山岩系。     

白云鄂博矿床成矿构造环境分析

白云鄂博矿床是世界著名的超大型铁铌稀土矿床,但因为其成因和形成时代的证据复杂多样,其成因、形成时代及其形成的大地构造环境均有多种不同认识。笔者等曾对赋矿白云岩成因、成矿时代及赋矿地层白云鄂博群的年代这两个关键问题进行了系统的地质、地球化学研究,获得了一系列关键证据,并对前人资料进行了系统地梳理,论证了白云鄂博矿床赋矿白云岩为一大型微晶丘,而微晶丘是热水沉积形成;确定其成矿时代及白云鄂博群的年代均为早古生代。本文进一步报道了在与白云鄂博群下部相当的腮林忽洞群中发现了宏体化石海绵和腹足类,在白云鄂博群中发现了与腮林忽洞群中相同的振动液化脉和振动液化角砾岩。从而笔者等认为,白云鄂博矿床成矿和白云鄂博群的沉积环境是早古生代被动大陆边缘。