白云鄂博稀土礦床地質(zhì)特征及成礦模式

范敦賓，朱杰勇，郭建忠

(1. 昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093；2. 天和磁材技術(shù)有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014000)

白云鄂博稀土礦床地質(zhì)特征及成礦模式

范敦賓1，朱杰勇1，郭建忠2

(1. 昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093；2. 天和磁材技術(shù)有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014000)

華北地臺(tái)北部的白云鄂博稀土礦床儲(chǔ)量巨大。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者提出了許多成礦模式，但沒(méi)有一種可以對(duì)其進(jìn)行很好的解釋。研究其地質(zhì)特征以及成礦模式對(duì)于認(rèn)識(shí)西伯利亞板塊與華北克拉通在碰撞作用下的造山帶演化及發(fā)現(xiàn)特大礦床具有重大意義。對(duì)白云鄂博稀土礦床的地層、構(gòu)造、含礦基底等進(jìn)行了系統(tǒng)梳理，并以野外地質(zhì)勘查及室內(nèi)鏡下觀察為基礎(chǔ)，提出了白云鄂博礦床多期次成礦模式，為今后稀土礦床的勘查開(kāi)發(fā)及利用提供理論指導(dǎo)。

稀土礦；地質(zhì)特征；成礦模式

白云鄂博稀土礦床由于其儲(chǔ)量巨大、成因復(fù)雜備受關(guān)注。雖然在此礦床的成礦模式研究上做了許多工作，并且具有大量的巖石地球化學(xué)、放射、穩(wěn)定性同位素?cái)?shù)據(jù)，但至今仍然沒(méi)有哪一學(xué)說(shuō)可以完整地揭示其成礦模式。筆者在前人研究成果基礎(chǔ)上，系統(tǒng)闡述白云鄂博稀土礦床的地質(zhì)特征與成礦時(shí)代，提出了白云鄂博礦床多期次的成礦模式。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

白云鄂博稀土礦床位于內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市以北170 km處，橫跨中朝準(zhǔn)地臺(tái)及蒙古板塊兩個(gè)大地構(gòu)造單元，兩者以白云—寶力格深溝斷裂帶為界限，斷裂帶南部出露地層主要為色爾騰山巖群，上部覆蓋有巨厚白云鄂博群，并呈不整合接觸[1]。斷裂北部地層主要為下奧陶統(tǒng)的包爾漢圖群以及上中泥盆統(tǒng)的淺海相沉積。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

白云鄂博礦區(qū)的主要出露地層為中元古界的白云鄂博群，東北部少量出露有下元古界地層。這套巖系主要由板巖、石英巖及碳酸鹽巖所構(gòu)成，東西距離長(zhǎng)達(dá)470 km，南北寬約48 km。白云鄂博礦區(qū)大部于寬大背斜南部的H8白云質(zhì)灰?guī)r和向斜兩側(cè)及附近的H9板巖接觸過(guò)渡帶之間分布[2]。此區(qū)域曾大范圍的發(fā)生過(guò)褶皺及斷裂，代表性的地質(zhì)構(gòu)造有寬溝背斜及毛忽洞背斜。成礦范圍內(nèi)早中元古界的色爾騰山群、白云鄂博群廣泛出露，并零星分布有晚中生代時(shí)期的巖漿巖(見(jiàn)圖1)。

2.1 礦體特征

區(qū)內(nèi)可劃分5個(gè)礦段：主礦、東部、東礦接觸帶、西礦、北礦礦段，主采區(qū)為西礦、東礦及主礦礦段。東礦的東段略寬而西段狹窄。在成礦過(guò)程中，東礦受到了較深程度的交代蝕變作用，所以礦體礦化程度普遍較高；而磁鐵礦及褐鐵礦周邊圍巖主要為白云石型鈮和稀土礦石，因此氟、鈉的蝕變程度也相對(duì)較弱。主礦形態(tài)以透鏡狀為主，可分為27個(gè)次級(jí)支礦體，格局分布與東礦大體相同。

2.2 礦物組成

區(qū)內(nèi)經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)約80種元素，并形成190余種礦物組合形式。圍巖礦物以鈣鎂類(lèi)碳酸鹽礦物為主；稀土礦物多為磷酸鹽類(lèi)礦物，如獨(dú)居石、磷灰石；脈石礦物大部為輝石類(lèi)礦物，如霓輝石等。

2.3 礦化類(lèi)型

據(jù)礦區(qū)稀土的分布范圍、礦物共生組合、礦石組構(gòu)以及蝕變程度，可將礦段中的礦石劃分為5種礦化類(lèi)型。

2.3.1 條帶狀鈮稀土鐵礦石

主要于主、東礦段集中分布。細(xì)脈條帶狀構(gòu)造為礦石主要特征，條帶寬窄不均，綠色和紫色條帶的礦物主要為霓石與螢石，且螢石多呈脈狀穿插。

圖1 白云鄂博礦區(qū)地質(zhì)特征

2.3.2 塊狀鈮稀土鐵礦石

主要于主礦段的中下部分布，透鏡狀白云石型鐵礦石于西礦段零星分布。上部與下部分別以霓石型鐵礦石及條帶狀螢石型鐵礦石為主，西礦地段局部可見(jiàn)透鏡狀白云石型鐵礦石。

2.3.3 白云石型鈮稀土鐵礦石

西礦段集中分布，主礦段、東礦段零星分布。礦石組構(gòu)以浸染狀、細(xì)脈狀為主，且有數(shù)量不等的自形—半自形粒狀結(jié)構(gòu)的磁鐵礦于白云石顆粒間分布。西礦中的褐鐵礦間有粗粒白云石分布，并含有微量的黑云母及磷酸鹽類(lèi)礦物，這些礦物接觸交代褐鐵礦，因此，褐鐵礦形成時(shí)間較早。

2.3.4 白云石型鈮稀土礦石

東礦段、主礦段和西礦段大范圍集中分布。礦石特征以浸染狀構(gòu)造為主。螢石、磁黃鐵礦、鈰氟碳酸鹽類(lèi)礦物廣泛分布，稀土儲(chǔ)量所占比例最大。

2.3.5 黑云母型鈮稀土鐵礦石

西礦段集中分布，主礦段分布較少。于西礦段中上盤(pán)的向斜轉(zhuǎn)折端黑云母化頁(yè)巖部位產(chǎn)出，與板巖呈漸變過(guò)渡接觸。黑云母、金云母及磁黃鐵礦為主要礦物，礦石結(jié)構(gòu)多為鱗片狀構(gòu)造，黑云母呈定向排列。

2.4 交代類(lèi)型

2.4.1 接觸交代作用

此交代類(lèi)型有多種鈣、鎂類(lèi)矽卡巖生成：層狀硅酸鹽類(lèi)礦物賦存在花崗巖接觸帶上及周邊的白云巖之中，形成粒硅鎂石、鈮鈣礦等。透閃石—金云母矽卡巖，分布零星，在花崗巖附近與斜硅鎂石、金云母矽卡巖互層，礦物以透閃石和黑云母為主，白云石、方解石等較少。

2.4.2 熱液充填交代作用

此階段生成有多種礦物組合，并常呈浸染狀。脈狀礦物主要有霓輝石、鎂鈉閃石、黑云母、磁黃鐵礦等。

3 成巖成礦時(shí)代

3.1 成礦時(shí)代

對(duì)白云鄂博礦區(qū)的巖礦樣品進(jìn)行了同位素測(cè)年，礦石的測(cè)定年齡大致在400～600 Ma和900～1 500 Ma兩個(gè)區(qū)間之中[3]，可推測(cè)白云鄂博稀土礦床具有元古代及早古生代多期的成礦作用。根據(jù)白云鄂博稀土礦床的釤—釹年代學(xué)研究體系，反映出中元古代年齡的特點(diǎn)，集中在1.1 Ga左右，但有的樣品有加里東期等擾動(dòng)信息。

3.2 碳酸巖墻年代

白云鄂博含礦碳酸巖巖脈及白云巖有相似的蝕變、地化特征，因此白云鄂博礦區(qū)的碳酸巖年代學(xué)分析對(duì)闡明白云鄂博礦床的成礦模式十分重要。通過(guò)釤—釹及鋯石測(cè)年結(jié)果，礦區(qū)中的碳酸巖墻年齡在1.2 Ga左右[4]。

3.3 后期成礦作用

通過(guò)對(duì)礦區(qū)內(nèi)的輝鉬礦和磁黃鐵礦進(jìn)行錸—鋨測(cè)年，測(cè)定年齡分別為440±10 Ma、440±85 Ma，此兩個(gè)年齡筆者闡釋為后期的成礦年齡。白云鄂博稀土礦床的礦物組合有一顯著特征，下部和上部分別為褐鐵礦—重晶石氧化組合及硫化物還原組合，且呈連續(xù)過(guò)渡，筆者樣品中的磁鐵礦、重晶石等礦物共生，為白云鄂博稀土礦床的典型礦物組合，且通過(guò)分析前人的鋯石測(cè)定結(jié)果，推斷上述定年為其成礦年齡。

4 成礦模型及成因探討

4.1 成因分析

白云鄂博稀土礦床的成礦模式及成因等方面爭(zhēng)議較大[5]。筆者認(rèn)為，爭(zhēng)議分歧的原因有以下兩點(diǎn)：a此礦床成因?yàn)槎嗥诔傻V作用形成，確為復(fù)雜；b對(duì)礦床的勘查程度較低，研究缺乏系統(tǒng)性，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家的研究側(cè)重點(diǎn)不同。從筆者目前的工作進(jìn)展來(lái)看，探明了此礦床一些特點(diǎn)：礦石構(gòu)造多為條帶狀構(gòu)造，表明成礦階段發(fā)生了熱液充填作用；深部熱液參與了成礦過(guò)程；區(qū)內(nèi)廣泛分布的碳酸巖巖脈為深部成因。白云鄂博稀土礦床為多成因、多期次的成礦作用，有碳酸巖巖漿的侵入作用，也有接觸交代作用，既有元古代的成礦，也有早古生代時(shí)期俯沖消減作用的富集成礦[5]。

4.2 板塊的俯沖削減作用與成礦

本文認(rèn)為，早古生代時(shí)期的西伯利亞板塊對(duì)華北地臺(tái)北部的俯沖消減作用是導(dǎo)致白云鄂博地區(qū)大規(guī)模成礦的主要機(jī)制之一。這個(gè)觀點(diǎn)是以H8白云巖中磷酸鹽類(lèi)礦物以及碳鍶氟鋇礦的鈾鉛測(cè)年為554～389 Ma為主要依據(jù)[6]。在礦體中，磷酸鹽類(lèi)礦物及碳鍶氟鋇礦貧鈾，但二氧化釷的含量達(dá)到0.69%，232Th/204Pb值變化較大。初始的Pb同位素成分及極其負(fù)的εNd值顯示，成礦的物質(zhì)來(lái)源為貧U、富Th以及富含LREE的下地殼。而且，在礦體西南方向35 km處的二長(zhǎng)花崗巖中取得了鋯石測(cè)年，約為450 Ma，該年齡認(rèn)為與俯沖消減作用相關(guān)。稀土礦化于560 Ma左右發(fā)生，而主礦化階段在480～390 Ma間的早古生代時(shí)期造山運(yùn)動(dòng)有關(guān)。此外和稀土礦床大量共生的磁黃鐵礦的同位素定年也確定了早古生帶時(shí)期的成礦作用。

因此本文提出了成礦模型：白云鄂博群于元古代形成，為一套淺海相沉積，在15億年左右，華北地臺(tái)北部處于頻繁的拉張時(shí)期，白云鄂博地區(qū)斷裂十分發(fā)育，致使上地幔中的堿性巖漿沿?cái)嗔褞弦?，緩慢侵入到白云鄂博群之中，隨后便開(kāi)始了大范圍的堿質(zhì)熱液蝕變，為區(qū)內(nèi)的稀土元素富集打下基礎(chǔ)；在古亞洲洋的消減時(shí)期，由于西伯利亞板塊向華北地臺(tái)北部的俯沖消減，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)地幔中的稀土元素的大規(guī)模遷移，與早先在白云鄂博群中的稀土元素一同發(fā)生稀土礦化，最終形成超大型的白云鄂博稀土礦床。

5 結(jié) 語(yǔ)

白云鄂博稀土礦床礦石多為條帶狀構(gòu)造，礦物組合及礦石類(lèi)型多樣，礦床與礦區(qū)的碳酸鹽巖及構(gòu)造有密切的聯(lián)系。白云鄂博稀土礦床主要有中元古代和加里東期兩個(gè)成礦時(shí)代，該礦床具多種成因，是多期次多階段成礦作用的結(jié)果。

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Geological Characteristics and Metallogenic Model of Rare Earth Deposits in BaiYunEBo

FAN Dunbin1, ZHU Jieyong1, GUO Jianzhong2

(1.FacultyofLandResourceEngineering,KunmingUniverstyofScienceandTechnology,Kunming,Yunnan650093,China; 2.TianheMagneticMaterialsTechnologyLtd.,Baotou,InnerMongolia014000,China)

Baiyunebo REE Deposit is in the northern part of north China platform with giant reserves. In recent years, many metallogenic models have been proposed by domestic and international experts, but none of them offers a good explanation. The research of its geological characteristics and metallogenic model have great significance for understanding the evolution of orogenic belt under collision of Siberia orogenic belt and north China craton. It is also important for the discovery of extra large deposits. Based on geological survey and indoor microscopic observation as the foundation, we have systematically sorted the strata, including the structure and ore-bearing basins of Baiyunebo Rare Earth deposit. This paper proposed the multi-period metallogenic model of Baiyunebo deposit. It will provide theoretical guidance for the exploration and utilization of rare earth deposit in the future.

Rare earth ore; Geological characteristics; Metallogenic model

2017-05-19

范敦賓(1988-)，男，江西贛州人，在讀碩士研究生，研究方向：礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)，手機(jī):13187877972，E-mail:935473634@qq.com.

P618.7

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.04.006