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。     

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,很多学者对之进行了长期的研究,积累了十分丰富的资料。但由于证据的多样和复杂,研究者们对其赋矿白云岩成因、成矿时代及赋矿地层白云鄂博群的年代有多种不同认识。刘淑春等(1999)、章雨旭等(2009)曾对已有的赋矿白云岩成因进行了综合评述,归纳起来主要可分为     

白云鄂博REE-Nb-Fe矿床地质与航磁、航放特征及其对找矿工作的启示

通过对白云鄂博REE-Nb-Fe矿床的航磁及航放成果的分析,结合矿床地质特征进行综合对比研究,发现该矿床具有独特且典型的航磁、航放特征,航磁异常特征显示矿区为强度较高的近东西向条带状正负伴生磁异常特征,是具有较强磁性的矿体与弱磁性围岩反映;航磁ΔTmax为5000 n T以上,航磁ΔTmin为-2000 n T,有30余条测线上具有明显正负磁异常发育,呈现多期次异常叠加特征,属于不同期次、不同强度磁性体的反映,说明该矿床经历过多期次构造热事件的叠加、改造活动。该矿床向下延深的规模随深度的变化有逐渐缩小的趋势,当航磁ΔT等值线向上延拓3000 m时,依然表现为较明显的正磁异常特征,这说明该矿床在深部依然存在较明显的矿化现象。另外白云鄂博矿区航放特征具有醒目的总计数率、钾、铀、钍高值晕,它们总体上呈近东西向带状展布。矿区处于航放总计数率高值区,一般为3000~15381 cps,局部为团块状,高值区范围大于矿区范围;钾含量为2.0%~2.8%的偏高值,矿床及附近局部为2.8%~12%的高值;钍含量为26×10-6~223×10-6。钍高值晕范围较赋矿的加里东中期第二次侵入的碳酸岩出露的范围要大;铀含量一般为大于1.6×10-6的偏高值,矿床及附近局部为2.8×10-6~9.1×10-6的高值。经综合分析,充分证明该区的航磁、航放特征与矿床信息对应性较强。在今后寻找类似矿床的过程中,可以将航磁正负伴生磁异常信息作为寻找铁多金属矿的有利信息,将放射性核素钾、钍、铀等高值信息做为寻找稀土矿有利信息,对找矿工作具有十分重要的指导意义。     

内蒙白云鄂博铌、稀土、铁矿床的成矿时代和矿床成因

藉助于Sm-Nd同位素研究,得出白云鄂博矿床主矿体Sm-Nd全岩(全矿)等时线年龄为1.58Ga,Sm-Nd模式年龄为1.61Ga,εNd(t)=+6.1。结合矿床地质地球化学特征,氧、锶硫等同位素研究,作者认为,白云鄂博铌稀土铁矿床主要成矿于元古代,成矿物质来自地幔,是通过火山喷气沉积而形成。在加里东时期,随着碳酸岩(cahonatite)及碱性辉长岩的侵入,有一些成矿物质从深部带来,并引起广泛的交代作用。在海西时期,随着矿区南部花岗岩的侵入,矿床受到改造,交代作用进一步发育。此时没有多少成矿物质从深部或外部带入矿体。白云鄂博矿床成因上应属于碱性-碳酸岩杂岩型铌稀土铁矿床。     

白云鄂博矿床赋矿微晶丘的论证

据白云鄂博矿床赋矿白云岩的分布、与下伏砂岩及上覆板岩的关系及内部特征,识别出该白云岩为一种生物丘——微晶丘。结合其他证据,认为白云鄂博矿床是与微晶丘及火山作用和碱性热液叠加有关的层控矿床。     

白云鄂博矿床研究若干问题的探讨

白云鄂博巨型稀土-铌-铁矿床是与火成碳酸岩(即H8)有关的矿床。在碳酸岩岩浆阶段,在其蚀变围岩(霓长岩)中以及晚期的热液阶段都有稀土、铌和铁等的富集。因此,白云鄂博矿床不是单一矿床类型,其涵盖了稀土-铌-铁碳酸岩岩浆型矿床、稀土-铌-铁交代蚀变岩型和热液型矿床,这种复合类型的矿床是十分罕见的,可称之为白云鄂博式矿床。根据已发表的年代数据,白云鄂博大规模碳酸岩的形成时代和伴随的稀土矿化的高峰期在1.3～1.4Ga。加里东构造热事件对本区的影响广泛和强烈,不仅有广泛发育的大型褶皱、冲断层和韧性剪切作用,并伴有广泛的流体交代作用和局部的热液活动,某些稀土矿物的同位素体系受到重置,表现为其Sm-Nd年龄和Th-Pb年龄的不一致。本区的碱性岩在基底杂岩中即有出露,随后在白云鄂博群中和1.3～1.4Ga白云鄂博碳酸岩形成时皆有产出。目前所获资料表明,至少1.3～1.4Ga的碱性杂岩在成因上与碳酸岩有密切的联系。本区基底杂岩显示了白云鄂博地区在2.0Ga左右曾经有一个弧地质体,该区在2.0～1.9Ga间经历了从被动大陆边缘到活动大陆边缘增生碰撞的一个完整的造山过程。     

白云鄂博——一个典型的碱性-碳酸岩杂岩的厘定

在内蒙古白云鄂博地区发育着一套由碱性-碳酸岩杂岩(原H_8)、碳酸岩岩墙群、沉积—火山岩系(原H_9)、矿区浅成中基性岩岩墙群和角砾橄榄岩体群等组成的独具特色的大型杂岩。 白云鄂博Nb-Fe-RE超大型矿床其赋矿碳酸岩(H_8),长期被误认为沉积白云岩。根据综合对比研究表明,赋矿H_8同本区典型的火成碳酸岩岩墙群和世界同类碳酸岩存在着高度的相似性。而与本区典型沉积岩剖面中的腮林忽洞微晶丘和白云岩却完全迥异。故白云鄂博矿床赋矿H_8实为一典型的碱性—碳酸岩杂岩。在岩石分类学上,采用CaO-MgO-(FeO十Fe_2O_3+MnO)三端元组分分类图解,将本区碳酸岩类划分为两大独立的岩石分区,即:以方解石碳酸岩为代表的钙质碳酸岩类(Ⅰ类)和以含铁白云石或铁白云石碳酸岩为代表的镁质碳酸岩类(Ⅱ类)。前者岩浆成分属Ca Fe质系列,后者属Mg Fe质系列,两者均具有富铁演化趋势。 对世界上主要火成碳酸类(不含Na质碳酸岩)进行的统计结果,同样给出了两大独立的岩石类型分区(即Ⅰ类和Ⅱ类)和两大岩浆成分系列(Ca Fe质和Mg Fe质)。这一结果则与本区碳酸岩实际有着惊人地一致。它反映一个无可争辨的事实,即全球碳酸岩所固有的成岩成矿专属性,这一属性不受产地、成岩时代和产状等的约束,而表现一致共有的普遍规律。 赋矿碳酸岩体     

白云鄂博矿床白云岩的Sm—Nd、Rb—Sr同位素体系

白云鄂博矿床的年龄和成因长期争论.本文报道了白云鄂博矿床白云岩及其组成矿物的Sm-Nd、Rb-Sr同位素分析结果.采自该矿床主、东矿等地的15个白云岩样品的Sm-Nd同位素分析结果呈现一条等时线,等时年龄1273±100(2σ)Ma,INd=0.510919士36(2d),MSWD1.01.全岩Rb-Sr同位素分析结果分散,不构成等时线.87Rb/86Sr0～2.092×100-2,87Sr/86Sr0.70341～0.70541.白云岩矿物的Sm-Nd同位素分析结果给予了与全岩类似的Sm-Nd等时年龄,t=1250士210(2σ)Ma,1Nd=0.510914±77(2σ),MSWD 0.56.白云鄂博矿床可能是中元古代末期大离子亲石微量元素略为富集地幔源区部分熔融岩浆活动产物.     

白云鄂博矿床碳酸岩墙/脉和赋矿白云岩中流体包裹体研究

Fluid inclusion study has been carried out for the carbonatite dykes/veins and the ore-hosted dolostone of the Bayan Obo superlarge REE-Fe-Nb deposit in order to provide the evidence and constraint for their origin. Based on the detailed geological observation and mineralogical investigation, the heating and cooling stage and laser Raman spectroscopy were mainly used for the laboratory work of this study. Following results have been obtained： （ 1 ） The discovery of melt and melt-fluid inclusions from carbonatite dykes/veins in the Dulahara and Jianshan Mountains, combined with the fine-grained （aplitic） texture of rocks, as well as the types and features of fluid inclusions such as CO2 enrichment, higher homogenization temperature, provides a direct evidence for the magmatic origin of these dykes/veins. （2） The carbonatite dykes/veins distributed in two regions, nearby the axis of the Kuangou anticline and in the east to Bayan Obo town, mainly show coarse-grained texture. No melt inclusion was found, and the fluid inclusions possess features of less CO2, lower homogenization temperature and higher salinity. They are tentatively identified as veins formed by some carbonate-rich hydrothermal solution. （3） Bedding carbonate layers/lens within the hanging wall and foot wall of ore-hosted dolostone, previously recognized as of magmatic origin, mainly composed by dolomite. The existence of single phase pure aqueous inclusions with very low homogenization temperature indicates their sedimentary origin. （4） The ore-hosted dolostone possesses apparent bedding and laminated structures. No melt inclusion was found, but, both single phase pure aqueous inclusions and CO2 bearing muhi-phase fluid inclusions coexisted in dolostones. In the direction towards ore-bodies, the homogenization temperature and CO2 contents of fluid inclusion show an increasing tendency. It indicates the sedimentary origin of dolostone superimposed by late fluid metasomatism.     

论内蒙古白云鄂博群和白云鄂博超大型稀土-铌-铁矿床成矿的年代

白云鄂博稀土铌铁矿床具十分独特的地质、地球化学特征.所以多时代成矿是难以置信的.白云鄂博矿床成矿时间势必晚于赋矿白云岩及其下伏地层.而较多的地层古生物证据表明白云鄂博群形成于震旦纪至奥陶纪之间.基于赋矿白云岩是热水沉积形成,碳酸盐脉是同源热液交代变质岩或砂岩等形成的认识,笔者等认为,碳酸盐脉中的锆石可能是变质岩或砂岩中的锆石,它们虽被热液改造,其U-Pb年龄仍可能老于成矿年龄.已报道的白云鄂博矿床Sm-Nd等时线年龄虽然主要集中在1.2～1.6 Ga.但也有多个分别为0.4～O.5 Ga、0.8～0.9 Ga和1.O～1.1 Ga的年龄值.笔者等收集了所有已发表的98件白云鄂博矿床矿石、矿物及碳酸岩墙和上覆板岩的Sm-Nd年龄分析数据,用Isoplot程序计算,发现这些数据,除两件异常外,可以拟合成一条直线,相关系数R=0.96325,求得等时线年龄t=1125.8±32.5 Ma,εNd=-3.02.这一结果表明在1125.8±32.5 Ma白云鄂博Sm-Nd同位素时钟启动,且未再受后来的地质作用扰动,指示成矿作用应晚于或等于1.1 Ga,但地质意义尚待研究.若假定Sm-Nd同位素时钟不易被一般地质作用重置,则可以采信白云鄂博矿床辉钼矿的R.e-Os模式年龄(439±8 Ma)或黄铁矿Re-Os等时线年龄(439±86Ma)为白云鄂博的成矿年龄.这与赋矿地层的古生物化石年代相符.     

白云鄂博矿田碳酸岩墙年代学再研究

白云鄂博地区发育侵入于白云鄂博群的碳酸岩墙。碳酸岩墙(00BYC19)中锆石的SHRIMPU-Pb下交点年龄为1984±180Ma,其ID-TIMS上交点年龄为2085±330Ma。碳酸岩墙(02BY80)中锆石SHRIMP的上交点年龄为2035±51Ma;02BY81中锆石的ID-TIMS上交点年龄为1934±64Ma。主矿北碳酸岩墙(00BYC21)的全岩Pb-Pb等时线年龄为1236±300Ma。本文及前人对白云鄂博地区的碳酸岩墙的定年结果表明该地区碳酸岩墙至少有两个阶段的侵入事件,第一阶段在2.0Ga左右,第二阶段在1.2Ga左右。前者是白云鄂博地区以至阴山地块北缘的一次主要的构造—岩浆事件,标志白云鄂博裂谷和白云鄂博群地层的形成。第二阶段的碳酸岩墙,代表白云鄂博裂谷在中元古代的活化,且与成矿有密切关系。     

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。     

白云鄂博巨型REE-Nb-Fe矿区矽卡岩化时代：单颗粒金云母Rb-Sr法定年

内蒙古白云鄂博REE-Nb-Fe矿是目前世界上最大的稀土矿床.在白云鄂博东矿体的东南侧,分布有大面积的晚古生代花岗岩.花岗岩与赋矿白云岩（H8）呈直接的侵入接触关系,接触带发育强烈的矽卡岩化和小型铁矿化.我们在东矿采坑南侧22线1598m平台北倾探矿钻孔650～660m岩芯段,首次发现两段矽卡岩化蚀变带.对矽卡岩中的金云母进行超低本底Rb-Sr法定年,获得309±12Ma年龄.结合矽卡岩与矿体的侵入接触关系,可以认为,晚古生代花岗岩虽已深入到矿体下部,但其侵位时间应晚于矿区最后一期强烈的稀土矿化事件,它对白云鄂博矿床来说只是一次后期破矿的构造-岩浆活动.     

白云鄂博西矿火山岩岩石学特征

自1927年丁道衡教授发现白云鄂博铁矿迄今已近90年。该矿床不仅仅是铁矿,而成为铌-稀土多金属矿床,其中稀土储量已成为世界最大的稀土矿床。国内外许多地质专家进行了多次考察和研究。曾有人预测矿区应有火山岩存在。直到1982年笔者才在西矿发现了火山岩。这些火山岩赋存于铁矿体附近的板岩中。它们是中酸性火山岩系列。包括英安质角砾凝灰熔岩、英安质熔结角砾岩和英安岩。这些火山岩具斑状构造,基质为隐晶质凝灰构造。英安岩基质为微晶结构。长石和石英斑晶微裂隙密布,石英有很好熔蚀的港湾结构,长石发育次生边,还见到火山玻璃及其碎屑。     

白云鄂博赋矿白云岩与微晶丘和碳酸岩墙的碳氧同位素对比研究

本文通过方解石和白云石的碳和氧同位素分析,对比研究了白云鄂博赋矿白云岩、黑脑包微晶丘、北京西山微晶丘、宽沟北正常沉积灰岩和白云鄂博碳酸岩墙,从而探讨了赋矿白云岩的成因及其与超大型Fe-Nb-REE矿床的成因关系。结果为:①黑脑包腮林忽洞群顶部微晶丘和北京西山寒武系顶部微晶丘碳酸盐的δ~(13)C值都在0±2‰左右,δ~(18)O值为18.3‰～25.1‰,均具有典型海相沉积碳酸盐岩的特点;②白云鄂博东矿采场δ~(13)C值为-7.9‰～-1.1‰,δ~(18)O值为9.1‰～20.9‰;矿区东西两端δ~(13)C值-7.9‰～-0.6‰,δ~(18)O值8.6‰～25.7‰;均介于地幔流体与典型沉积碳酸盐岩之间。部分赋矿白云岩样品中白云石与方解石之间的碳氧同位素分馏△~(13)C和△~(18)O值均小于0‰,表明其受到过次生蚀变作用,低δ~(18)O值白云石样品所对应的负△~(18)O值反映了地幔镁质流体对沉积碳酸盐岩的强烈交代作用;③矿区—富稀土碳酸岩墙的δ~(13)C值为-7.2‰～-4.7‰,δ~(18)O价值为11.9‰～16.4‰,表明其碳酸岩岩浆并非原始地幔来源,而可能与俯冲板块携带的沉积碳酸盐岩与地幔流体在深部的高温混合熔融有关。碳酸岩墙中白云石与方解石之间的碳和氧同位素分馏均小于0‰,说明该碳酸岩墙中的白云石与方解石并非同成因矿物,至少其中之一为     

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。