对白云鄂博矿床U-Pb同位素年代学工作的几点思考

本文主要根据笔者的研究成果,结合近年来文献报道的资料,对白云鄂博矿床U-Pb同位素年代学工作中存在的一些问题,主要是U-Pb同位素定年矿物和定年方法的选择等问题进行讨论,并对U-Pb同位素定年技术在白云鄂博矿床地质研究中的应用潜力进行探讨。笔者的研究成果表明,白云鄂博矿床中适用于U-Pb同位素年龄测定的不同矿物和不同的U-Pb同位素定年技术方法各有不同的特点及局限性。在实际工作中,根据具体的年代学工作要求及从具体样品中分选得到的U-Pb同位素定年矿物的种类及其数量多少、粒度大小、年龄范围、U-Pb含量、测年精度要求等因素,灵活地选择测年矿物及测年方法,加强对定年矿物的成因矿物学研究,结合具体的地质背景对U-Pb同位素定年结果进行合理的地质解释,对于获得比较理想的成果是非常重要的。     

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     

白云鄂博矿床霓石的研究

霓石是白云鄂博矿床主要含铁硅酸盐矿物。本文采用俄歇能谱、穆斯堡尔谱、X射线衍射、红外光谱及电子探针等现代测试手段研究了该矿床中两种霓石样品(AW-1、AW-2)的特征及差异。研究表明,它们均呈长柱状晶体,AW-1端部较尖锐,AW-2端部较粗钝。晶体化学式及晶胞参数分别为:AW-1:(Na_(1.269)Ca_(0.001))_(1.270)(Fe_(0.755)Mg_(0.045)Al_(0.063)Ti_(0.003))_(0.666)Si_(2.043)O_6,a=0.9635nm,b=0.8782nm,c=0.5290nm;AW-2:(Na_(1.64)Ca_(0.016))_(1.18)(Fe_(0.902)Mg_(0.002)Al_(0.089) Ti_(0.007) Ce_(0.002) Mn_(0.002))_(1.004) Si_(1.947)O_6,a=0.9636nm b=0.8772nm c=0.5307nm。AW-1较AW-2晶形完整,晶体破裂主要是沿着垂直于Fe—O方向断裂,断裂面存在大量Fe~(3+)和少量Si~(4+),无明显Na~+存在,且讨论了其选矿意义。     

白云鄂博矿床Si同位素特征及其成矿示踪作用

本文试图从Si同位素研究的角度，为判断矿床成矿物质来源和矿床成因提供新的信息。     

内蒙古白云鄂博REE-Nb-Fe矿床成因问题研究

白云鄂博REE-Nb-Fe矿床是世界上已知的最大的稀土矿床,稀土储量48 Mt（6wt% RE2O3）,该矿床的成因和成矿年龄至今存在较大争议。本文观察白云鄂博矿床岩相学、矿物学特征,通过激光拉曼等技术鉴定重要的稀土矿物,电子探针测出白云鄂博矿床单矿物化学成分,结合前人同位素年代学数据,进一步探讨白云鄂博矿床的成因机制。     

白云鄂博矿床中自然金的发现

内蒙古白云鄂博矿床是著名的稀土＿铌＿铁超大型矿床 ,具有多期热液活动、矿物成分复杂的特点。前人对它进行了广泛和深入的研究。但是 ,关于金等贵金属元素及其矿物在该矿床中的地球化学行为和特征的报道很少。近期笔者通过重砂分离 ,在白云鄂博的稀土矿石中发现了自然金。自然金是在白云石型磁铁＿铌＿稀土矿石 (0 0ＢＹＣ2 8)的人工重砂中见到的 ,该矿石为萤石、独居石、氟碳铈矿和磁铁矿矿化的白云岩。第一次重砂分离是在国土资源部天津地质矿产研究所进行的 ,样品的重量约为 2 0ｋｇ ,用于此矿石样品破碎的所有设备都经过彻底的风淋清…     

白云鄂博矿物岩石研究的新进展

本文论述了近年来白云鄂博矿区在旷物学、岩石学、地球化学和矿床成因研究方面的进展。在矿物学研究方面,除以往研究过的一百多种矿物外,八十年代中期以后,又相继发现并研究了含铌锐钛矿、含铌钙钛矿、锶铁钛石、水磷钙钍石、白云鄂博矿、未命名氟碳酸盐新种矿物、珀硅钛铈铁矿、硅钡镁石、带云母等矿物;发现了矿物间的共生和交代关系。在岩石学研究方面,找到了霓长岩,发现了霓长岩化作用,确定了火成碳酸岩岩石的存在。在地球化学和矿床成因方面,提出了稀土稀有金属矿化与火成碳酸岩岩浆活动有成因联系的见解。     

白云鄂博赋矿白云岩的稀土地球化学及对稀土矿化的制约

东矿西缘的A-A’剖面延伸约500 m,从下盘白云岩一直到上盘板岩为连续剖面。在白云岩与板岩接触处出现一个过渡带,其矿物组成和结构不同于白云岩和其上覆的板岩,为富含稀土,铁和萤石的条带状矿石,与主东矿的条带状矿石相似,其间还有富铁的薄的夹层。A-A’剖面的白云岩与主东矿下盘的白云岩是相似的,除其含有稍高的铁之外。推测,该剖面的白云岩来自于含大量碱金属,REE和铁的碳酸岩浆,并有高含量的挥发分。在碳酸岩浆侵位和结晶分异的过程中,这些组分会富集在残余岩浆之中,最终聚集在白云岩的顶部与板岩接触处,从而形成了该剖面过渡带中富稀土、铁、铌和萤石的条带状矿石以及富铁的薄的夹层。这些矿石类型分割开了白云岩和上覆的板岩。但是,该剖面未出现主东矿强烈而广泛的钠交代现象,即未形成钠质霓长岩。但是,该剖面的板岩中则钾钡交代广泛发育,形成了富钾和钡的板岩,可定义为钾质霓长岩。通过对A-A’剖面的系统研究及与主东矿的对比表明,白云鄂博地区的稀土、铁和微量元素的高度富集,主要出现在白云鄂博碳酸岩与围岩的接触处。但是形成一定规模的矿体还是需要具备一定的条件。首先要有来自深部规模宏大可聚集大量挥发分、稀土、铁和其它微...     

内蒙古白云鄂博矿床的稀土矿化时代与期次

内蒙古白云鄂博 REE-Fe-Nb 矿床是世界罕见的超大型多金属矿床,但矿床成因一直没有解决,而年代学研究是解决矿床成因的基础.本文结合矿床地质特征,系统地分析了前人的年代学研究成果,并对白云鄂博矿床的Sm-Nd同位素体系进行了深入的分析和讨论.结果表明,白云鄂博稀土的成矿时代约为1.3 Ga,与碳酸岩墙的形成时间一致,成矿物质来源于地幔.加里东期的热事件(约0.44 Ga)导致了白云鄂博矿床晚期稀土矿脉的形成和原有矿体中部分稀土矿物的重结晶,但成矿物质主要来源于矿体内部的稀土再循环,外源物质的贡献不明显.约1.3 Ga到约0.44 Ga间的一系列中间年龄为后期热扰动的结果,并不代表成矿事件.简言之,白云鄂博矿床只在中元古代发生过一次实质性的稀土矿化作用,地幔是稀土物质的单一源区.     

白云鄂博的碳锶铈矿

在对白云鄂博碳酸岩中稀土矿物的研究中,发现了锶-稀土含水复碳酸盐矿物。根据电子探针分析结果,其化学成分相当于碳锶铈矿(Ancylite-Ce)、钙碳锶铈矿(Calcioancylite),前者Sr>Ca,后者Ca>Sr。计算得到的化学式分别为:(Sr0.62,Ca0.18)0.8(Ce0.5,Nd0.36,La0.17,Pr0.02,Sm0.02)1.2(CO3)2(OH1.04,F0.14)1.2H2O、(Ca0.73,Sr0.28,Ba0.17)1.2(Ce0.46,Nd0.15,La0.15,Pr0.04,Sm0.01)0.8(CO3)2(OH0.75,F0.06)0.8H2O,简化为:(Sr,Ca)2-xCex(CO3)2.(OH,F)2-x.H2O,接近理论化学式(Sr,Ca)Ce(CO3)2(OH)H2O,但附加阴离子除OH—外,还含有少量F-。两者均为几微米至十几微米的微小晶体,呈浸染状产出,且仅见于晚期方解石或方解石—白云石交生体中。     

Scandium-Bearing Minerals in the Bayan Obo Nb-REE-Fe Deposit, Inner Mongolia, China

Aegirine, “perrierite‐(Ce)”, and ferrocolumbite, occurring in the Bayan Obo Nb‐REE‐Fe deposit in Inner Mongolia, China, contain appreciable amounts of scandium. The Sc₂O₃ content in aegirine (sample TS‐15) was 0.34–1.81 wt% (with one exceptionally high value of 3.45%) with an average value of 1.19%. The Sc₂O₃ content of “perrierite‐(Ce)” (TS‐20) was 2.82–3.64% with an average value of 3.26%. In the ferrocolumbite samples (TS‐16, TS‐23), the Sc₂O₃ content was 0.20–0.25% with an average value of 0.22% in sample TS‐16, and 0.56–1.04% with an average value of 0.67% in sample TS‐23. These data provide the basic information for future possible recovery of scandium as a by‐product from the deposit.     

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。     

白云鄂博地区构造格局与古板块构造演化

通过对白云鄂博及周边地区地质和构造形迹的系统调研,综合分析了白云鄂博地区的古板块构造单元、白云鄂博群的沉积构造背景以及白云鄂博地区的构造组合特征。白云鄂博群可以划分为三个沉积组合,它们分别代表中元古代、晚元古代和早古生代白云鄂博地区由陆内裂谷向陆缘裂谷转化到活动大陆边缘裂谷的沉积过程。白云鄂博地区以白银角拉克－宽沟断裂为界,南北两侧存在重大地质差异。断裂南侧的该群岩石不整合覆盖在相当于五台群的巴尔腾山群之上,是在华北陆壳基底上发展起来的陆缘沉积。局部碳酸盐岩和页岩层位在加里东期遭受了强烈的地幔流体改造,形成大规模稀土矿化;在海西期又遭受了强烈的区域变质改造。断裂北侧的白云鄂博群以发育蛇绿混杂岩－叠瓦状况断层－紧闭同斜褶皱为特征,具有古板块俯冲形成的加积杂岩特征。在此基础上,对白云鄂博地区的古板块构造演化动力学过程进行了初步总结。     

A Geochemical Study of an REE-rich Carbonatite Dyke at Bayan Obo, Inner Mongolia, Northern China

An REE-rich carbonatite dyke was found in Dulahala, close to the Bayan Obo superlarge REE-Nb-Fe mineral deposit in Inner Mongolia, northern China. The REE content in the dyke varies greatly, from 1% up to 20% (wt), which might constitute rich REE ores. Light REEs in the carbonatite are enriched and highly fractionated relative to heavy REEs and there is no Eu anomaly. The REE and trace element distribution patterns of the carbonatite are identical to those of fine-grained dolomite marble which is the host rock of the Bayan Obo REE-Nb-Fe superlarge mineral deposit. This indicates a petrogenetic linkage between the REE-rich carbonatite and the mineralizations in this region.     

白云鄂博铁-稀土-铌矿床地质特征及其研究中存在的科学问题——兼论白云鄂博超大型矿床的成因

华北克拉通北缘的白云鄂博Fe-REE-Nb建造矿床是世界上已知的最大的稀土矿床,其矿床类型特殊,具有十分重要的意义,长期以来都备受国内外矿床地质学家的关注。由于其成矿作用的独特性和复杂性,国内外地质学界对此争议颇大,一直没有定论。国内外地质学家提出了多种成矿模式,但至目前为止,没有一种模型能够成功地解释区内缤纷复杂的地质现象,致使很多有关矿床成因关键性问题争论依旧。研究该矿床成因的意义不仅是解释矿床的形成条件,而且对于正确认识华北陆块北缘与西伯利亚板块碰撞条件下的壳幔相互作用以及寻找超大型矿床均有重要意义。结合我们多年的科研积累,特别是针对已获得大量岩石化学、稳定和放射成因同位素数据及相关研究成果,系统梳理及综述了白云鄂博超大型矿床的基底性质、火成碳酸岩、岩石地层及矿床形成时代,在此基础上,提出了白云鄂博矿床多阶段成矿模式。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浆及派生的流体交代的产物,碳酸岩浆及其派生的富稀土流体与在地壳深部对沉积碳酸盐产生强烈交代,导致稀土元素在H8白云岩及其他地层的第一次富集。后来经加里东时期的板块聚合过程中的流体改造,使得稀土元素二次运移富集,形成了白云鄂博独特的Fe-REE-Nb矿床及区域性的大规模稀土矿化。至于铁矿的形成,我们认为它是在基底之上发育的一套BIF,经过中元古的碳酸岩侵入作用的改造,之后在加里东时期的板块聚合过程的再次聚集。     

白云鄂博REE-Nb-Fe矿床的富钠岩石类型析及成因分

白云鄂博稀土-铌-铁矿是世界最大的稀土多金属矿床之一,主要产于中元古界富钠岩石、白云岩和富钾板岩中。富钠岩石与含矿碳酸岩、富钾板岩一起在白云鄂博广泛分布,特别是在主矿和东矿南侧分布广泛,也产在含矿围岩和底盘围岩中。富钠岩石包括富钠长石岩、含钠闪石钠长岩脉、钠闪石岩脉及钠闪石碳酸岩脉和钠闪石化蚀变白云岩。富钠岩石在一个地质单元内出现,但成分略有不同,其岩石化学分析表现出富钠特征,大部分样品的w(Na2O)在6%以上,w(Na2O+K2O)>8%,w(Na2O)>w(K2O)。富钠长石岩的里特曼指数δ为2.96~8.56,n(A l)/n(K+Na)>1,n(A l)/n(K+Na+Ca)<1,表明为弱碱性偏铝质岩石。富钠岩石以富集地壳不相容元素、亏损地幔元素为特征,其稀土总量低于矿化白云岩,但轻稀土元素高度富集,具弱负铕异常,与含矿白云质火山岩一致。根据岩石产状、组构及化学成分分析,富钠长石岩属于富钠火山岩,而其他含钠闪石岩脉则属于岩浆分异侵入的岩脉与岩浆热液充填岩脉。钠化交代以霓石化、钠铁闪石化和钠长石化出现为特征。另外,富钠流体与白云岩反应形成了钠铁闪石化白云岩,强烈的钠化蚀变作用主要出现在稀土强烈富集的主矿和东矿。比较蚀变与未蚀变岩石的化学成分,表明蚀变作用引起稀土的重新分配和弱负铕异常。钠铁闪石化白云岩的w(S iO2)、w(TiO2)、w(K2O)和w(Na2O)升高,w(P2O5)降低。钠化蚀变前的碳酸岩中稀土元素已经富集,热液蚀变引起稀土元素的活化和重新分配,但是没有提供新的稀土来源。     

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.     

内蒙古白云鄂博矿床碳酸岩侵位方式与三维形态及稀土潜在资源

稀土元素是关键金属的重要成员, 我国稀土资源禀赋优越, 并主要来自白云鄂博矿床, 但其巨量金属富集机理、矿体空间形态以及潜在资源等, 一直存在不同认识, 制约了稀土资源评价以及有效利用。在地质、地球化学和地球物理多学科联合攻关基础上, 本文对白云鄂博碳酸岩就位机制、演化过程和三维形态, 以及稀土超常富集机理与潜在资源等进行了探讨。白云鄂博早-中元古代沉积岩经历了区域性的挤压构造变形, 原水平地层褶皱后又被置换成陡立、近E-W走向的构造片理, 这为碳酸岩浆的上涌提供了有利通道。白云鄂博H8白云岩为火成碳酸岩, 它侵位于~13亿年, 经历了铁质-镁质-钙质的演化, 碳酸岩既为稀土成矿母岩, 也是稀土矿体; 古生代两次改造作用导致了稀土活化及新生矿物生成, 但没有外来稀土的明显加入。高磁与低阻地球物理异常体揭示出了碳酸岩体的三维形态, 碳酸岩的侵位中心位于主、东矿之间, 侵位后沿构造置换陡立面理, 往东西两侧推进。利用获得的碳酸岩体积、(最小)密度以及稀土含量, 推算出白云鄂博矿区500~1000m以浅稀土潜在资源为3.33亿t, 这远超目前公认的矿山及全球稀土资源量。建议开展新一轮以稀土为主的勘探与验证工作, 以获取白云鄂博战略矿产资源的准确家底。