白云鄂博稀土白云岩电磁学特征与影响因素

白云鄂博是全球最大的稀土矿, 也是我国著名的铁矿区。稀土白云岩是白云鄂博稀土矿主要赋矿岩体, 大部分铁矿也赋存于其中。然而, 稀土白云岩的岩石电磁学特征至今没有清楚的认识, 影响了电磁法勘探资料解释及稀土白云岩发育规律的认识。本文测量了白云鄂博稀土白云岩、铁矿石样品和部分围岩的岩石复电阻率, 为分析岩矿石复电阻率的分布规律和影响因素, 还测量了样品的磁化率数据。利用手持XRF分析仪对样品进行成分粗分析, 部分样品进行了主微量分析和显微镜下分析。结果显示, 矿区岩石电阻率变化范围跨度大, 而且相同岩性岩石电阻率差异较大。矿区围岩与矿石(铁、稀土)之间有较为明显的磁化率差异、轻稀土元素含量(LREE: La、Ce、Pr、Nd)差异显著。岩石组分与岩石电磁属性的交汇结果显示, 岩石磁化率与岩石Fe₂O₃^T含量正相关。镜下分析发现, 磁铁矿的分布与联结程度影响白云鄂博铁矿石电阻率。白云鄂博稀土白云岩具有中高阻、甚至高阻特征, 岩石中大量发育的高阻矿物是影响其电磁学特征的重要影响因素。岩石电磁学分析为白云鄂博电磁法勘探数据解释和隐伏矿预测提供了重要的岩石物理依据。

     

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。     

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.     

白云鄂博稀土矿床中稀土伴生钍资源的分布特征研究

白云鄂博铌稀土矿位于华北板块北缘,白云鄂博裂谷带中,宽沟背斜南翼。矿床东西长18 km,南北宽2~3 km。白云鄂博矿矿床最早作为铁矿体于1927年被丁道衡发现;随后在1934年,何作霖教授在主矿体中发现了稀土矿产;1944年,黄春江发现了东矿和西矿。 解放后,241地质队对主矿、东矿和西矿进行详细的地质勘探工作,向国家提交了铁矿和稀土矿储量及品位。白云鄂博矿床作为国内最大的铁稀土矿床,长期以来一直作为铁矿在开采,其稀土资源的利用率也仅仅为百分之十左右,而矿床中的钍资源的利用率几乎为零。     

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。

     

浅谈白云鄂博矿床资源合理利用

针对白云鄂博矿床赋存特点,分析了现在的资源利用情况,如何合理利用资源提出措施,对资源保护利用提出了新思路.     

内蒙古白云鄂博矿床巨量稀土的堆积及再活化历史: 来自矿物微区Sm-Nd同位素的制约

内蒙古白云鄂博矿是世界著名的超大型稀土-铌-铁矿床, 但该矿床的同位素定年结果复杂, 成矿时代备受争议。为限定白云鄂博矿床的形成-演化历史, 本文对矿床中的富稀土矿物——独居石、氟碳铈矿及磷灰石开展了微区Sm-Nd同位素研究。结果显示, 独居石、氟碳铈矿及变形磷灰石的Sm-Nd同位素组成沿着13亿年的等时线分布, 其ε_Nd(t=1300Ma)值和矿床中火成碳酸岩脉的ε_Nd(t=1300Ma)值十分接近。因此, 白云鄂博矿床的稀土矿物主要形成于中元古代, 成矿和幔源碳酸岩浆活动具有密切的成因关系。矿床中还发育未变形的磷灰石。多数未变形磷灰石的Sm-Nd同位素组成沿着4.5亿年的等时线分布, 说明其形成于早古生代。值得注意的是, 早古生代磷灰石的ε_Nd(t=450Ma)值和矿石中独居石及氟碳铈矿演化至4.5亿年的ε_Nd值高度一致, 说明磷灰石生长所需要的稀土主要来自中元古代矿石中的物质再活化。此外, 少量未变形的磷灰石形成于晚古生代(2.7亿年), 其ε_Nd(t=270Ma)值和矿石中独居石及氟碳铈矿演化至2.7亿年的ε_Nd值非常接近, 同样说明新生磷灰石中的稀土来自此前矿石中的物质再活化。总之, 该研究表明白云鄂博矿床的巨量金属堆积主要发生在13亿年左右; 矿床形成后分别在早古生代和晚古生代经历了两次改造作用, 矿床改造过程没有明显提升资源量, 但导致成矿元素的活化及部分矿物的新生, 可能改变了矿石的品位及工艺性质。

     

内蒙古白云鄂博群尖山组微古植物新发现

本文研究的微古植物,均发现于内蒙古白云鄂博群尖山组,共计10属33种,其中有3新种:Archaeodiscina baiyunensis sp.nov.,Lophosphaeridium favosumsp.nov.,Lophosphaeridium symbioense sp.nov.其组合特征以刺球藻群(Acanth-omorphida)的分子为主,球藻群(Sphaeromorphida)分子次之。在刺球藻群中以Baltisphaeridium属和Micrhystridium属的分子占绝对优势。微古植物个体一般为10—30μm。上述微古植物在我国云南昆明下寒武统以及欧洲、北美一些地区均有报道,充分显示出早寒武世特点。内蒙古白云鄂博群的时代,半个多世纪以来一直被认为属元古宙,本文的资料为重新判定白云鄂博群尖山组的时代,提供了新的古生物学依据。     

内蒙白云鄂博稀土矿土壤-植物稀土元素及重金属分布特征

白云鄂博是世界最大的稀土矿山,研究白云鄂博矿区土壤及植物等环境介质中的稀土元素和重金属元素的分布特征,可以为调查矿区环境现状提供基础数据,同时为矿山环境修复提供参考依据。本文采集了白云鄂博稀土矿区的土壤、植物,以及背景区本巴台地区的岩石、土壤、牛粪五类样品,采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定了样品中15种稀土元素（La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y）及8种重金属元素（Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、As）的含量,研究这些元素地球化学行为及其在空间上的变化规律。结果表明：①矿区土壤和植物样品均显示出明显的轻稀土富集、重稀土亏损的特征。土壤和植物中含量最高的稀土元素均为Ce,分别达到49.95%及48.55%,与白云鄂博稀土矿富Ce的特征高度一致。②铁花植物的稀土元素总量在空间上呈现出主矿>东矿>东介勒格勒矿段的趋势,与三处矿体本身含矿性变化一致,说明该种植物稀土含量基本受矿体含矿性控制,对生长环境中稀土富集程度指示较准确。③矿区土壤中存在一定程度的Zn（465~778mg/kg）、Cd（1.35~2.23mg/kg）、Pb（181~431mg/kg）累积,其中部分点位Cd、Pb存在超出风险管制值的现象。综上,白云鄂博的矿石、土壤、植物样品均表现出富Ce的特征,且植物稀土含量与其所生长处的矿体含矿性强弱高度相关,三者之间稀土含量特征表现出明显继承性。此外,矿区局部点位土壤存在的Zn、Cd、Pb累积需要引起适当关注。     

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。     

白云鄂博矿区土壤和植物中稀土元素的分布特征

白云鄂博矿区是稀土的主要产出地,在矿山开采和选炼等过程中,稀土元素通过迁移、富集等作用进入植物体,研究稀土元素的分布特征和迁移规律,可为白云鄂博矿体闭坑后的生物修复提供数据支持。本文设置了7个土壤采样点,采集铁花、沙蒿、沙打旺、沙朋、青蒿、小叶杨、猪毛菜七种植物,用电感耦合等离子体质谱法测定土壤和植物的根、茎、叶及整株的稀土含量,研究稀土元素在土壤和植物中的分布特征和迁移规律。统计分析结果表明:随着采样区与主矿区的距离增加,土壤样品中的稀土含量逐渐减少;在七种植物中,铁花的稀土含量最高,青蒿最低;对不同植物的整株稀土含量和各部位(根、茎、叶)稀土含量进行多元线性回归分析,叶(或花)的稀土含量在整珠植物中的占比最大。此外在不同季节,植物中的稀土含量基本保持不变,含量较高的稀土元素为Ce(0.0035%～0.020%)、La(0.0012%～0.011%)、Nd(0.0010%～0.0094%)和Pr(0.00036%～0.0046%),其中Ce最高。本研究提出:根据土壤样品中的稀土含量逐渐减少的特征,矿区周围土壤的稀土来源可能是矿石在采、选过程中的扩散造成的;根据植物富集稀土的能力,在矿山闭坑后,可种植富集稀土能力强的植物——铁花,进行矿山生物修复。     

白云鄂博稀土氟碳酸盐矿物的LA-ICP-MS多元素基体归一定量分析方法研究

研究稀土氟碳酸盐矿物的激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)成分分析方法能为认识稀土矿床成因提供新的、简便的技术手段。本文选取白云鄂博产的氟碳铈矿和黄河矿,通过对常规基体归一定量法改进,按照稀土氟碳酸盐矿物的晶格配位模式对Ba、Ca元素以(Ba,Ca)CO_3的形式、轻稀土以REECO_3F的形式进行加和归一计算,获得的成分数据结果与电子探针和内标法结果基本吻合。该方法可在ICP-MS因电离能过高、不能准确测量C、F元素的情况下通过基体归一法实现稀土氟碳酸盐矿物多元素的定量分析,并且可替代繁琐的内标法,简化了LA-ICP-MS测试流程。多尺寸束斑条件数据比对结果表明,5μm小束斑条件下数据质量差,但10μm束斑条件下获得的氟碳铈矿成分与其他大束斑条件下的结果较为接近,基本能够满足小颗粒稀土氟碳酸盐矿物元素成分的测定。     

Fenitized Wall Rock Geochemistry of the First Carbonatite Dyke at Bayan Obo,Inner Mongolia,China

The first carbonatite dyke at Bayan Obo is well exposed on the surface for a length and width of approximately 60 m and 1.1–1.5 m, respectively. Along its strike, the fenitized H1(Qs) and H2(Cs) quartzite is replaced by Na-amphiboles, aegirines, and alkali-feldspars, intermittently stretching as far away as 800 m in length. Based on petrographical characteristics, the dyke's fenitized wall rocks are divisible into different zones:(1) outer,(2) middle, and(3) inner. The outer zone is 5–17 m from the NW margin of the dyke. The middle zone is located at 3.5–5 m from the NW margin of the dyke. The inner contact zone is located between direct contact with the dyke and 3.5 m from the dyke. In the outer zone, upon visual examination, no evidence of outcrop fenitization was found and the major elemental rock composition is nearly identical to the unaltered H1 and H2 lithologies. In the thin sections, however, small amounts of Na-amphibole and phlogopite are present. Despite relatively poor development throughout the 5 m of fenitization, the wall rocks have retained at least a small geochemical signature comparable to the original sedimentary protolith. The fenites occurring in the inner zone exhibit distinct variations, not only for the sharp contact at the outcrop scale, but also for variations in major, rare earth elements(REE), and trace elements and Sm-Nd isotope composition. The wall rocks within 3.5 m have undergone strong fenitization, inheriting the geochemical signature derived from the carbonatite dyke. Fenitization in the middle zone was not as strong, at least compared to the inner zone, but was stronger than the outer zone. Compared to some trace elements and REEs, the major elements are relatively immobile during fenitization. The Sm-Nd isotope data for the carbonatite dyke and the adjacent fenitized wall rocks, where the Sm and Nd originate solely from the dyke, plots as a six-point isochron with an age of 1308±56 Ma. This age is identical to that of ore-bearing dolomite carbonatite and the related ore-forming events, indicating that there may be a petrogenetic link between the two. Based on Sr and Nd isotope compositional data, the first carbonatite dyke may be derived from an enriched mantle.     

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。     

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.