華北地區(qū)稀土礦床特征及找礦方向

趙澤霖，李俊建，張彤，倪振平，彭翼，宋立軍

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局 天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 300170； 2.內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020； 3.山東省地質(zhì)調(diào)查院, 山東 濟(jì)南 250013； 4.河南省地質(zhì)調(diào)查院，河南 鄭州 450007； 5.河北省地質(zhì)調(diào)查院，河北 石家莊 050081)

通訊作者： 李俊建(1962-)，男，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事區(qū)域成礦學(xué)和礦產(chǎn)勘查工作。Email：tjljunjian@163.com

0 引言

我國稀土資源豐富，是全球稀土第一儲(chǔ)量大國和生產(chǎn)大國，以全球23%的稀土儲(chǔ)量供應(yīng)全球90%以上的市場(chǎng)需求。稀土元素包括輕稀土元素鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)和重稀土元素釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)、釔(Y) 、鈧(Sc)。稀土元素具獨(dú)特的磁性、光性能和催化性，已成為科學(xué)技術(shù)界不可替代的元素[1]。稀土元素是戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的七大領(lǐng)域(新一代尖端武器、信息技術(shù)、節(jié)能環(huán)保、醫(yī)藥和醫(yī)療設(shè)備、高端裝備制造、新材料、新能源汽車)所必需要的功能材料、結(jié)構(gòu)材料和關(guān)鍵性原料[2]，被列為我國 “戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)”[3-4]。

我國境內(nèi)稀土資源勘探開發(fā)歷史可追溯至20世紀(jì)30～40年代，由蘇聯(lián)地質(zhì)人員對(duì)我國阿爾泰山南緣進(jìn)行礦產(chǎn)勘查和開采工作，建立了偉晶巖型稀有金屬礦床的成礦理論和一整套的地質(zhì)勘查、儲(chǔ)量計(jì)算的方法體系。新中國建立后，20 世紀(jì)50～70 年代發(fā)現(xiàn)白云鄂博超大型稀土—鈮礦床、扎魯特旗“八○一”大型堿性花崗巖鈮—稀土礦床、 山東微山縣郗山熱液脈狀稀土礦及江西、廣東等地的風(fēng)化淋積型(離子吸附型)稀土礦床，80年代中期發(fā)現(xiàn)四川涼山“牦牛坪式”大型稀土礦床。2012年以來，中國地質(zhì)科學(xué)院分別在四川甘孜州甲基卡鋰礦、福建永定大坪鈮鉭礦、廣東鈮鉭礦及離子吸附型稀土、廣西稀土礦、云南鈹鋰礦、江西稀有礦、湖南平江稀有金屬鈮鉭礦、新疆大紅柳灘鈮鉭鋰礦及甘肅和青海等地新增大量資源儲(chǔ)量，同時(shí)豐富了我國“三稀”礦產(chǎn)的成礦理論研究。

雖然我國稀土資源的勘探和開發(fā)取得顯著成果，但對(duì)稀土礦床的成礦理論研究多集中在單礦床的成礦年代、流體性質(zhì)及演化、成礦模式及資源潛力[5-14]或控礦巖體的年代學(xué)、地球化學(xué)及巖礦關(guān)系[15-21]等方面，對(duì)區(qū)域礦床時(shí)空分布、成因聯(lián)系及資源特征缺少總結(jié)研究。本文在系統(tǒng)搜集華北地區(qū)稀土礦床成礦資料的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)梳理了各類稀土礦床類型的時(shí)空分布、成礦特征及構(gòu)造環(huán)境，總結(jié)華北地區(qū)稀土礦床的產(chǎn)出規(guī)律，希望為下一步找礦方向及預(yù)測(cè)工作提供依據(jù)。

1 華北稀土資源現(xiàn)狀

華北地區(qū)共發(fā)育各規(guī)模礦床24處，大型—超大型稀土礦床集中分布在內(nèi)蒙古自治區(qū)和山東省境內(nèi)，河北、河南、山西等地也有稀土礦床產(chǎn)出，但規(guī)模多以小型或礦點(diǎn)為主(圖1)。

內(nèi)蒙古地區(qū)重要稀土礦床主要為白云鄂博超大型火成碳酸巖型REE-Nb礦、阿拉善右旗桃花拉山變質(zhì)型稀土礦、三道溝復(fù)合內(nèi)生型稀土礦。此外，內(nèi)蒙古地區(qū)發(fā)現(xiàn)共生或伴生稀土元素的稀有礦床眾多，包括武川縣產(chǎn)出趙井溝鈮鉭礦和潘家溝鈮鉭礦點(diǎn)、錫林浩特發(fā)現(xiàn)石灰窯鈮鉭銣鋰礦床、鑲黃旗加不斯鉭銣鋰礦、東七一山超大型銣螢石礦等。

山東省稀土礦床主要產(chǎn)地為微山縣郗山及蘭陵縣龍寶山，稀土資源儲(chǔ)量占全國約8%。微山縣郗山稀土礦成礦元素以輕稀土為主，是我國三大輕稀土資源基地之一。20世紀(jì)70年代勘查評(píng)價(jià)認(rèn)為，郗山稀土礦為我國一處著名的中大型輕稀土礦床；20世紀(jì)90年代末期，郗山礦區(qū)外圍發(fā)現(xiàn)了一批小型稀土礦床和礦點(diǎn)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)龍寶山稀土礦[23]。

河北省已發(fā)現(xiàn)的稀土礦床類型較為豐富，包括風(fēng)化殼—沉積型、霞石正長巖型、偉晶巖型等多種類型。但各類型礦床多呈礦點(diǎn)產(chǎn)出，規(guī)模較小。河北武安市暴莊稀有稀土礦為典型風(fēng)化殼—沉積型，礦化元素多為輕稀土[14]。河北內(nèi)生稀土礦床主要分布在陽原縣響水溝、懷安縣右所堡、宣化縣黑渣峪—平泉—隆化和阜平等地，主要礦化元素為鑭、鈰和釔等。

河南省稀土金屬礦化主要位于豫南靠近秦嶺—大別造山帶區(qū)域，東秦嶺北部沿黑溝—欒川—確山深大斷裂帶兩側(cè)形成有EW向展布的富堿侵入巖帶[24]。在方城北部的宋墳、雙山、魚池正長巖體顯示較好的稀土金屬礦化[20,25]。此外，河南、山西2省外生稀土稀有金屬成礦潛力較大，主要與華北地區(qū)的G層鋁(黏)土礦化層相關(guān)。據(jù)近年勘探工作，在山西省沁園大峪、平陸曹川、陽泉地區(qū)、五臺(tái)白家莊等鋁土礦區(qū)[26]及豫西地區(qū)的郁山[27]、陜縣—澠池—新安—濟(jì)源等鋁黏土礦區(qū)[25]均發(fā)現(xiàn)稀有、稀土元素達(dá)工業(yè)品位。

圖1 華北地區(qū)稀土礦分布(據(jù)文獻(xiàn)[22]修改)Fig.1 Distribution map of rare earth elements deposits in North China(revised according to the reference[22])

2 華北稀土礦成因類型

自顯生宙以來，華北地區(qū)經(jīng)歷了多次板塊間的俯沖拼貼事件,而具多樣的構(gòu)造背景，為該區(qū)多樣化的稀土礦床發(fā)育提供了構(gòu)造條件[28]。華北板塊與其北部的西伯利亞板塊、微塊體在古生代期間發(fā)育拼貼碰撞事件，整個(gè)古生代構(gòu)造—巖漿活動(dòng)頻發(fā)[29-30]。華北板塊南部于印支期發(fā)育古秦嶺洋的俯沖消減，形成秦嶺—大別和蘇魯造山帶，也形成了大量三疊—侏羅紀(jì)不同性質(zhì)的巖漿巖。而燕山期以來同時(shí)發(fā)生古太平洋俯沖、華北克拉通減薄、地幔柱上涌等多種構(gòu)造事件，使得燕山期成為我國重要的構(gòu)造—巖漿—成礦期[31]。華北地區(qū)在不同構(gòu)造背景下有不同成因類型礦床的形成，其成礦類型主要包括沉積變質(zhì)型、火成碳酸巖型、堿性巖漿巖型、偉晶巖型和離子吸附型，典型礦床見表1。

2.1 沉積變質(zhì)型稀土礦

華北地區(qū)沉積變質(zhì)型稀土礦主要產(chǎn)于龍首山地塊內(nèi)中元古代龍首山群，典型礦床為阿拉善桃花拉山小型稀土礦和都拉溝北稀土礦。成礦過程經(jīng)歷了原生沉積礦化和后期熱液富集成礦等多階段成礦作用，成礦具多期多階段性。早期原生沉積時(shí)，稀土稀有元素等成礦物質(zhì)在火山巖漿活動(dòng)及熱液活動(dòng)作用下發(fā)生初步富集和沉淀，但成礦規(guī)模較小。后期的巖漿熱液、變質(zhì)流體等作用下，使得原生沉積巖層發(fā)生熱液交代或變質(zhì)作用，成礦物質(zhì)在熱液流體的重新萃取、遷移下，在有利的沉積構(gòu)造內(nèi)富集成礦。

根據(jù)目前研究程度，華北地區(qū)沉積變質(zhì)型稀土礦床含礦層位為條帶狀大理巖、角閃片巖、鈣質(zhì)片巖。礦層與圍巖呈漸變關(guān)系，并可見同步褶皺現(xiàn)象，局部為斷層接觸。礦石自然類型分為大理巖型(褐鐵礦化大理巖、黑云母大理巖)和片巖型(黑云方解片巖、綠泥鈣質(zhì)片巖、方解黑云片巖)兩種。大理巖型礦石組成的礦體呈夾層狀產(chǎn)于片巖型礦石中，層位穩(wěn)定，在走向和傾向上漸變?yōu)槠瑤r型礦石，二者呈過渡相變關(guān)系。礦體頂?shù)装鍑鷰r一般為條帶狀大理巖，局部地段的圍巖為花崗質(zhì)混合巖，巖石穩(wěn)定性較強(qiáng)。礦石結(jié)構(gòu)為不等粒花崗變晶結(jié)構(gòu)、花崗變晶結(jié)構(gòu)、花崗鱗片變晶結(jié)構(gòu)，礦石構(gòu)造有塊狀構(gòu)造、片狀構(gòu)造。兩種不同類型的礦石中主要工業(yè)礦物為鈮鐵礦、鐵鐵金紅石、獨(dú)居石、易解石、褐簾石、磷灰石、鋯石。其中，含鈮獨(dú)立礦物有鈮鐵礦、欽鐵金紅石、易解石，含稀土獨(dú)立礦物有獨(dú)居石、易解石、褐簾石，含磷獨(dú)立礦物有磷灰石、獨(dú)居石。稀土元素亦可呈分散狀態(tài)以類質(zhì)同象存在于其他副礦物及脈石礦物之中。

沉積變質(zhì)型稀土礦床往往發(fā)育強(qiáng)烈的圍巖蝕變，蝕變類型多樣，主要包括褐鐵礦化、黑云母化、白云母化、磷酸鹽化、鉀鈉長石化、磁鐵礦化、黃鐵礦化、碳酸鹽化、硅化、重晶石化、螢石化等，其生成順序大致分兩期：早期主要與稀土元素沉淀有關(guān)，生成礦物以獨(dú)居石為主，其次有微量磷釔礦；晚期以大量磷灰石的生成為特征，并見其有獨(dú)居石、鈮鐵礦和欽鐵金紅石的細(xì)小包體，局部富集構(gòu)成條帶狀(與變質(zhì)條帶方向基本一致)，足以說明它是在鈮、稀土礦化之后熱液作用下形成。礦區(qū)內(nèi)可見呂梁期閃長巖和加里東晚期花崗巖，且變形為片麻狀，后期的巖漿和構(gòu)造作用為疊加變質(zhì)成礦提供了更多可能。

2.2 火成碳酸巖型稀土礦

華北地區(qū)火成碳酸巖型稀土礦典型礦床包括白云鄂博鈮稀土鐵礦主礦區(qū)、東礦區(qū)、西礦區(qū)和主東礦境外底盤、都拉哈拉等鐵稀土礦床，同時(shí)在山東萊蕪胡家莊稀土礦區(qū)和微山縣郗山稀土礦區(qū)內(nèi)也見火成碳酸巖發(fā)育。該類型稀土礦成礦潛力巨大，白云鄂博稀土礦鐵礦床規(guī)模為超大型。該類稀土礦床受控于火成碳酸巖的產(chǎn)出狀態(tài)，成礦物質(zhì)直接來源于碳酸巖漿?；鸪商妓釒r成因不同于沉積碳酸鹽巖，相應(yīng)地在巖石產(chǎn)狀、結(jié)構(gòu)構(gòu)造及地球化學(xué)等方面均有差異?；鸪商妓釒r呈巖脈或巖墻狀產(chǎn)出，或平行于不同巖層接觸面而呈層狀，或與圍巖有一定的夾角?；鸪商妓釒r尖滅于圍巖的地方,往往會(huì)分枝發(fā)育分枝細(xì)脈或呈鋸齒狀接觸[32]。巖漿型碳酸巖富集微量元素Ba、Th、Nb、REE,而U、Zr和Hf則出現(xiàn)負(fù)異常, REE與微量元素含量具正相關(guān)性[33]。該類碳酸巖碳同位素值(δ13C)接近正常地幔值[34](-5%±2%),氧同位素值(δ18O)也較沉積型碳酸巖更低。此外,氫氧同位素、硫同位素等也可以有效區(qū)分兩類碳酸巖,火成碳酸巖內(nèi)全巖、重晶石或黃鐵礦的硫同位素接近零或更低?；鸪商妓釒r成礦，其礦體周邊也往往發(fā)育強(qiáng)烈的圍巖蝕變，其中與稀土礦床關(guān)系最密切的蝕變類型為鈉氟交代作用。氟主要與鈣質(zhì)巖石發(fā)生反應(yīng)，主要礦物組合為螢石、氟碳鈰礦、獨(dú)居石、鈮鐵礦、金紅石、鈮鐵金紅石、磁鐵礦、赤鐵礦、磷灰石和重晶石等。鈉主要在硅質(zhì)較高的巖石中聚集，表現(xiàn)為霓石化、鈉閃石化、鈉長石化、黑云母化和金云母化[35]。

表1 華北地區(qū)典型稀土稀有金屬礦床成礦信息

白云鄂博鈮稀土鐵礦床中稀土礦體含礦碳酸巖的上述地質(zhì)和地球化學(xué)特征都有不同的解釋，也導(dǎo)致稀土礦化成因爭(zhēng)執(zhí)不休。白云鄂博稀土礦體的賦礦碳酸巖從結(jié)構(gòu)來說，分為粗粒和細(xì)粒白云巖，其中細(xì)粒白云巖在地球化學(xué)性質(zhì)上更接近深源或幔源特征，但也多少受到地殼或海水的交換和混合作用[33]。而粗粒白云巖具更低的SiO2、REE和C-O同位素組成等，具有沉積碳酸鹽巖特征。白云鄂博鈮稀土鐵礦區(qū)其他位置可見碳酸巖強(qiáng)發(fā)育，說明區(qū)域內(nèi)有過深源碳酸巖漿侵入活動(dòng)，而礦區(qū)內(nèi)廣泛的蝕變反應(yīng)以及靠近碳酸巖接觸的石英巖內(nèi)發(fā)生了非常明顯的霓長巖化現(xiàn)象[36]，可能的解釋是礦區(qū)內(nèi)既發(fā)育沉積型碳酸鹽巖，也發(fā)育巖漿型碳酸巖，二者的化學(xué)組成及同位素組成等方面可能都遭受后期的擾動(dòng)。但是主要的成礦物質(zhì)來源可能由火成碳酸巖漿及其熱液來提供，這種成礦模式可以允許具典型沉積結(jié)構(gòu)特征的碳酸鹽巖存在。白云鄂博鈮稀土鐵礦床礦石類型復(fù)雜，團(tuán)塊狀礦石中穿插有含稀土礦物的螢石脈、方解石脈、氟碳鈰礦脈等，有強(qiáng)烈的與稀土礦化有關(guān)的圍巖蝕變，礦石中脈狀螢石、石英中的流體包裹體中富CO2及含稀土子礦物[37]，種種跡象均顯示稀土礦床更具內(nèi)生成因的屬性。

2.3 堿性巖漿巖型稀土礦

華北地區(qū)與堿性巖有關(guān)巖漿型稀土礦典型礦床包括微山縣郗山村中型稀土礦、蒼山縣龍寶山小型稀土礦、淄博市西石馬小型稀土礦、內(nèi)蒙古三道溝小型磷稀土礦六號(hào)脈、棋桿梁小型磷稀土礦、巴音敖包稀土礦點(diǎn)、伊很查汗稀土礦點(diǎn)。此外具成礦潛力的堿性巖體還包括河南方城北部宋墳—雙山—魚池一帶，河北興隆麻地和遷西漢兒莊等地堿性花崗巖，雖有礦化但多未形成礦產(chǎn)地。成巖成礦時(shí)代為新太古代—古元古代和燕山期。

巖漿熱液型稀土礦床的形成與堿性正長巖類或堿性花崗巖類巖漿活動(dòng)密切相關(guān)，礦體多直接賦存于該類侵入巖內(nèi)部或與圍巖接觸帶部位，成礦的巖性專屬性較強(qiáng)，主要巖石類型為(含霓)輝石正長(斑)巖、斑狀正長巖、正長斑巖、石英堿長正長巖、二長斑巖等。華北地區(qū)面型分布的成礦堿性侵入巖體多形成于燕山期，巖漿高度分異演化，地球化學(xué)具極度富堿，稀土總量高且輕稀土高度富集，微量元素富集Rb、Ba、Sr等大離子親石元素, 虧損Nb、Ta、Zr等高場(chǎng)強(qiáng)元素,具富集地幔來源的特征[38-39]，這類巖漿活動(dòng)可能是華北地區(qū)中生代伸展構(gòu)造體制下克拉通減薄作用的結(jié)果[40]。蘭陵龍寶山堿性巖體ISr值為0.707 766，全巖氧同位素值(δ18O)為7.6‰～11.7‰，該區(qū)龍寶山稀土礦的鍶同位素(87Sr/86Sr)、氧和鉛同位素與之類似[41]。這表明該類礦床的成礦物質(zhì)直接來源于巖漿內(nèi)部，稀土稀有元素的富集是由于該類侵入巖體獨(dú)特的巖漿分異演化方式、巖漿—熱液轉(zhuǎn)變及巖漿熱液的蝕變作用所致。

堿性巖體的成礦作用經(jīng)歷堿性巖漿演化階段—偉晶巖巖漿階段—高溫?zé)嵋弘A段(450～350 ℃)—低溫?zé)嵋弘A段(<350 ℃)，工業(yè)意義的礦化形成于低溫?zé)嵋弘A段[6,42]。巖漿演化階段主要體現(xiàn)在不同于一般花崗巖造巖礦物的結(jié)晶順序，含礦堿性花崗巖長石、石英在先，含鐵硅酸鹽礦物在后，各種副礦物及稀有稀土礦物大多偏后[43]。堿性花崗質(zhì)巖漿演化后期往往形成偉晶巖或碳酸巖，在內(nèi)蒙古巴爾哲“八○一”稀土礦區(qū)內(nèi)可見含礦堿性巖體的巖相變化特征為巖體內(nèi)部為偉晶巖，向外依次為強(qiáng)鈉長石化鈉閃石花崗巖帶、中鈉長石化鈉閃石花崗巖帶、弱鈉長石化鈉閃石花崗巖帶、似斑狀堿性花崗巖帶。由此可見，偉晶巖漿活動(dòng)是堿性花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)分異演化直至成礦的一部分。微山縣郗山稀土礦包裹體證明硅酸鹽巖漿演化晚期，逐漸分異出富碳酸鹽、硫酸鹽而貧硅的熔體[6]。

2.4 偉晶巖型稀土礦

華北地區(qū)偉晶巖型稀土礦主要集中在山東地區(qū)，以萊西市塔埠頭小型稀土礦、五蓮大珠子稀土礦點(diǎn)、內(nèi)蒙古察汗溝礦點(diǎn)、山道壩礦點(diǎn)、沙波子礦點(diǎn)、召林溝礦點(diǎn)、搗拉窯子礦點(diǎn)和查干陶勒蓋礦點(diǎn)為代表。該類礦床礦體直接賦存于偉晶巖內(nèi)，發(fā)育較弱的蝕變作用，可見鈉長石化、鉀長石化、碳酸鹽化、蛭石化及黃鐵礦化等，稀土、稀有和放射性等多種有益元素的礦化以褐簾石、氟碳鈰鑭礦、鋯石、榍石、釷石等礦物產(chǎn)出。賦存于花崗偉晶巖內(nèi)的礦體呈板狀，礦體長30～60 m不等，平均厚度1.57～7.47 m，延深7～43 m。

含礦不等粒偉晶花崗巖的侵位受控于NE向、NW向斷裂及荊山群野頭組大理巖的層間裂隙，其同位素年齡(SHRIMP U-P)為(154±6) Ma、(160±3) Ma，屬中生代侏羅紀(jì)，由此認(rèn)為該稀土礦的成礦時(shí)代為燕山早期。燕山早期花崗質(zhì)巖漿沿?cái)嗔褬?gòu)造侵入，稀土礦物從花崗偉晶巖期開始產(chǎn)生礦化。在偉晶巖漿內(nèi)部還產(chǎn)生了鉀、鈉等交代作用。隨著溫度的進(jìn)一步下降，偉晶巖漿中的稀土礦物開始結(jié)晶、分異和富集，最終形成具有工業(yè)價(jià)值的稀土礦。

2.5 離子吸附型稀土礦

華北地區(qū)離子吸附型稀土礦床的經(jīng)濟(jì)意義雖較內(nèi)生成因稀土礦床低，但由于其主要賦存于華北地區(qū)廣泛分布的鋁土礦內(nèi)且缺少足夠的注意，因此對(duì)華北地區(qū)各鋁土礦床的稀土元素重新進(jìn)行檢測(cè)分析有望擴(kuò)大該類礦床規(guī)模。伴隨鋁土礦化事件，華北地區(qū)離子吸附型稀土礦主要產(chǎn)在山西省內(nèi)沁園大峪、平陸曹川、陽泉地區(qū)、五臺(tái)白家莊等鋁土礦區(qū)，河南西部郁山、陜縣、澠池、新安、濟(jì)源等鋁黏土礦區(qū)，河北省內(nèi)暴莊鋁土礦區(qū)。鋁土—稀有—稀土礦化層產(chǎn)于中石炭統(tǒng)底部，與中奧陶及下奧陶統(tǒng)灰?guī)r呈平行不整合接觸。山西省平陸曹川鋁土巖的40Ar/39Ar坪年齡為(318.9±3) Ma[26]，代表了稀土元素礦化時(shí)期為晚石炭世早期。

3 成礦規(guī)律

3.1 時(shí)間分布特征

華北地區(qū)稀土礦床成礦歷史悠久，多個(gè)地質(zhì)時(shí)代、多種構(gòu)造背景下均發(fā)育有稀土金屬礦化事件，成礦作用呈多期次性。根據(jù)主要典型礦床的成礦年代學(xué)研究結(jié)果顯示，華北地區(qū)稀土金屬成礦期主要形成于新太古代、古元古代、中元古代、石炭紀(jì)、華力西期及燕山期。

新太古代稀土成礦期主要為巖漿分異演化成礦，成礦巖漿為新太古代—古元古代基性—酸性巖脈。該期基性巖脈或酸性巖脈內(nèi)發(fā)育富集稀土元素的有用礦物磷灰石，含稀土磷灰石富集程度高達(dá)工業(yè)品位構(gòu)成礦體。該成礦期以三道溝小型磷稀土礦6號(hào)脈、棋桿梁磷稀土礦為主，礦化發(fā)育在含磷透輝巖脈及透輝鉀長巖脈內(nèi)。稀土元素賦存于磷灰石內(nèi)，有用礦物呈細(xì)脈狀、透鏡狀、團(tuán)塊狀產(chǎn)于透輝巖脈及鉀長巖脈內(nèi)。含稀土磷透輝巖脈和透輝鉀長巖脈侵入至中太古界集寧巖群變質(zhì)建造中，同時(shí)被南梁山平移斷層和半溝村北平移斷層切割。磷灰石內(nèi)稀土元素富集是巖漿分異演化晚期產(chǎn)物，礦化時(shí)間與基性巖脈同期，形成于新太古代至古元古代。

古元古代稀土成礦期發(fā)育有巖漿巖型巴音敖包、伊很查汗礦點(diǎn)、沉積變質(zhì)型桃花拉山小型稀土礦、都拉溝北礦點(diǎn)和偉晶巖型察汗溝、山道壩、沙波子、召林溝、搗拉窯子等稀土礦點(diǎn)。桃花拉山小型稀土礦為與火山活動(dòng)有關(guān)的同沉積成礦，稀有、稀土等有益成礦物質(zhì)由火山活動(dòng)中揮發(fā)分搬運(yùn)，在碳酸巖結(jié)晶成巖過程中富集成礦，后期巖漿熱變質(zhì)事件可能導(dǎo)致成礦物質(zhì)進(jìn)一步富集。礦體呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)于古元古界二道凹群下巖組上段的條帶狀大理巖夾角閃片巖、薄層狀鈣質(zhì)片巖內(nèi)。礦體特征顯示明顯的同沉積礦化特征，因此礦化時(shí)間與沉積事件同期。二道凹群內(nèi)黑云角閃片巖Rb-Sr等時(shí)線年齡為1 773 Ma，黑云石英片巖中鋯石U-Pb年齡為 1 732 Ma、2 120 Ma，含黑云斜長石英巖和角閃黑云片巖的Rb-Sr等時(shí)線年齡為(2 389.9±46) Ma[45]，因此二道凹群同沉積礦化年齡為新元古代。

中元古代稀土成礦期與位于華北克拉通北部中元古代巖漿活動(dòng)有關(guān)，該期巖漿活動(dòng)形成大量基性火山巖墻和火成碳酸巖漿[46]。中元古代時(shí)期，華北克拉通北部發(fā)育有中元古代渣爾泰—白云鄂博裂谷系，其構(gòu)造背景被認(rèn)為是哥倫比亞超大陸于中元古代(～1.4 Ga)發(fā)生裂解的響應(yīng)[47]。華北地區(qū)該期成礦事件以白云鄂博超大型稀土礦床為代表，明確礦床地質(zhì)特征為礦體呈層狀產(chǎn)于碳酸巖內(nèi)。關(guān)于含礦碳酸巖是火成碳酸巖漿成因還是組成白云鄂博群的“H8”白云巖；礦床成因方面，礦化是碳酸巖漿成礦[48]還是類似于上文“桃花拉山”火山噴溢—沉積成礦[49]亦或其他成礦模式；成礦時(shí)代方面，是中元古代成礦[5]還是加里東期成礦[10]亦或多期成礦，都存在爭(zhēng)議。白云鄂博礦區(qū)成礦元素具多樣性，多種元素的成礦規(guī)模為世界罕見的超大型，其所處構(gòu)造環(huán)境自古元古代哥倫比亞超大陸裂解以來，顯生宙又受興蒙造山作用影響，因此認(rèn)為其成礦時(shí)代可能具多期性。大裂谷環(huán)境下火成碳酸巖是稀土礦化的有利條件[42]，因此初步認(rèn)為白云鄂博稀土礦床為中元古代碳酸巖漿型礦床。

石炭紀(jì)稀土成礦期為分布于華北克拉通內(nèi)部的鋁土—稀有—稀土礦化事件，石炭紀(jì)風(fēng)化林濾地質(zhì)作用不僅產(chǎn)生了華北地區(qū)G層鋁土礦化層，同時(shí)伴有稀土稀有元素的礦化。華北地區(qū)鋁土礦內(nèi)的稀土稀有元素礦化，多是在原鋁土礦層內(nèi)經(jīng)過此后勘探而發(fā)現(xiàn)。稀有稀土元素以離子狀態(tài)吸附于鋁土或粘土礦物表面，因此成礦類型為離子吸附型稀土稀有礦床。該期稀土元素的風(fēng)化林濾成礦作用主要產(chǎn)在山西省內(nèi)沁園大峪、平陸曹川、陽泉地區(qū)、五臺(tái)白家莊等鋁土礦區(qū)，河南西部郁山、陜縣、澠池、新安、濟(jì)源等鋁黏土礦區(qū)，河北省內(nèi)暴莊鋁土礦區(qū)。華北克拉通內(nèi)G層鋁土礦為奧陶系馬家溝組灰?guī)r之上的鋁土礦層，是我國鋁土資源重要的產(chǎn)出層位[50]。該層鋁土—稀有—稀土礦化層產(chǎn)于中石炭統(tǒng)底部，與中奧陶及下奧陶統(tǒng)灰?guī)r呈平行不整合接觸。山西省平陸曹川鋁土巖的40Ar/39Ar坪年齡為(318.9±3)Ma[26]，代表了稀土元素礦化時(shí)期為晚石炭世早期。

燕山期是我國北方巖漿型稀土稀有礦床的主要成礦時(shí)代，稀土金屬成礦多與該期廣泛產(chǎn)出的正長巖類和堿性花崗巖類相關(guān)。目前發(fā)現(xiàn)的該成礦期的礦產(chǎn)地包括山東微山縣郗山中型稀土礦、淄博市西石馬小型稀土礦、蒼山縣龍寶山小型稀土礦、萊西望城塔阜頭小型稀土礦和五蓮大珠子礦點(diǎn)。燕山期是華北地區(qū)構(gòu)造體制轉(zhuǎn)折的關(guān)鍵時(shí)期，區(qū)域上由擠壓構(gòu)造體制轉(zhuǎn)化為伸展構(gòu)造體制，由EW向轉(zhuǎn)變?yōu)镹NE向的盆嶺構(gòu)造格局[40]。構(gòu)造體制轉(zhuǎn)變導(dǎo)致在華北東部形成大量中生代巖漿巖[51]，其中具稀土金屬礦化的巖漿巖包括魯西郗山—龍寶山堿性雜巖體、萊蕪堿性巖、萊西市花崗偉晶巖，內(nèi)蒙東部巴爾哲堿性花崗巖、武川趙井溝正長花崗巖，河南方城北堿性巖體，河北興隆麻地和遷西漢兒莊堿性花崗巖等。堿性巖體成巖時(shí)代多集中于120～130 Ma[19，52]，而稀土成礦年齡介于110～135 Ma[15，53-54]，成礦元素的富集由于巖漿內(nèi)富稀土礦物的直接結(jié)晶演化或巖漿期后熱液內(nèi)含礦揮發(fā)分的分解。

3.2 空間分布特征

整體而言，華北地區(qū)稀土金礦礦床主要分布于阿拉善右旗—白云鄂博—扎魯特旗一帶、方城北—微山一帶及華北克拉通內(nèi)部，呈點(diǎn)狀分布，形成3大稀有金礦礦化帶。其中，前兩者稀有金礦礦化帶與華北陸塊周緣構(gòu)造縫合帶密切相關(guān)，阿拉善右旗—白云鄂博—扎魯特旗稀土金礦礦化帶沿華北克拉通北緣或陸緣增生帶分布，而方城北—微山稀土金屬礦化帶沿秦嶺—大別造山帶分布。

阿拉善右旗—白云鄂博—扎魯特旗一帶稀土礦床的EW向展布特征與該區(qū)顯生宙構(gòu)造單元格局顯示良好的吻合關(guān)系，它們均處近EW展布的華北克拉通北緣或陸緣增生造山帶內(nèi)部。其中，桃花拉山稀土金屬礦床于桃花拉山復(fù)式背斜的南翼，沙口—吊吊山—查干德爾斯壓扭性斷裂帶內(nèi)，大地構(gòu)造位置處龍首山地塊南緣，南為華北克拉通，北部阿拉善地塊以查干楚魯蛇綠巖帶與興蒙造山帶相連[55]。白云鄂博稀土礦大地構(gòu)造位置處于烏蘭布拉格以南與白銀角拉克—寬溝大斷裂交匯處[7]，而烏蘭布拉格斷裂被認(rèn)為華北克拉通邊緣斷裂[56]?！鞍恕鹨弧毕⊥恋V古生代大地構(gòu)造位置處于蘇左旗—西烏旗晚古生代弧盆系內(nèi)[17]，為華北陸塊與西伯利亞板塊之間的增生造山帶內(nèi)部。阿拉善右旗—白云鄂博—扎魯特旗一帶經(jīng)歷了前寒武紀(jì)陸緣裂谷、古生代復(fù)雜增生造山作用，并于燕山期受到古太平洋俯沖影響，構(gòu)造—巖漿熱作用活躍，尤其在裂谷構(gòu)造背景及后造山階段內(nèi)形成大量高分異堿性花崗巖或正長花崗巖，該類巖漿及熱液是形成區(qū)域稀土稀有礦化的有利條件。

方城北—魯西—萊州一帶稀土金屬礦化帶與秦嶺—大別造山帶的展布方向較為一致，均位于秦嶺—大別造山帶北側(cè)華北陸塊南緣區(qū)域內(nèi)。該成礦帶EW向連續(xù)產(chǎn)出有萊西塔埠頭偉晶巖型稀土礦、萊蕪胡家莊堿性巖—碳酸巖型稀土礦、龍寶山堿性巖型稀土礦、微山縣郗山稀土礦以及位于河南省內(nèi)方城北堿性巖型稀土礦化。這些稀土金屬的礦床礦體賦存于相應(yīng)的堿性正長巖和堿性花崗巖內(nèi)，全巖礦化或以含礦螢石脈、石英重晶石脈或石英方解石脈等脈狀形式產(chǎn)出。因此，礦床的EW向帶狀分布受控于華北板塊南緣侏羅—白堊紀(jì)期間劇烈發(fā)育的堿性巖漿活動(dòng)。含礦侵入巖體多為板內(nèi)伸展體制下具高度分異演化的特征，地球化學(xué)具極度富堿，稀土總量高且輕稀土高度富集，微量元素富集Rb、Ba、Sr等大離子親石元素, 虧損Nb、Ta、Zr等高場(chǎng)強(qiáng)元素,具富集地幔來源的特征[39]，這類巖漿活動(dòng)可能是華北地區(qū)中生代伸展構(gòu)造體制下克拉通減薄作用的結(jié)果[40]。

華北克拉通內(nèi)部點(diǎn)狀分布的稀土金礦礦床屬于伴生于鋁土礦的外生金屬礦床，成礦類型為離子吸附型。該類礦床的分布沒有明顯的方向性，主要與區(qū)域內(nèi)部已發(fā)現(xiàn)的鋁土礦區(qū)地點(diǎn)有關(guān)，可能受控于古地理位置和古地形等因素[57-58]。華北克拉通內(nèi)部離子吸附型礦床或礦化點(diǎn)在山西、河南和河北內(nèi)部產(chǎn)出較多，例如山西省沁園大峪、平陸曹川、陽泉地區(qū)、五臺(tái)白家莊等鋁土礦區(qū)、豫西地區(qū)的郁山、陜縣—澠池—新安—濟(jì)源等地，均產(chǎn)在已發(fā)現(xiàn)鋁土礦內(nèi)。相對(duì)而言，處于板塊縫合帶附近的山東、河南南部、河北北部及內(nèi)蒙古未見此類礦床的報(bào)道。

4 控礦因素與找礦方向

華北地區(qū)稀土資源儲(chǔ)量豐富，成礦類型眾多。不同成因類型稀土礦床的形成是不同的構(gòu)造背景、沉積及巖漿等綜合作用下的結(jié)果。通過對(duì)華北地區(qū)各類成因類型典型礦床的控礦要素的整理分析，總結(jié)了區(qū)域構(gòu)造、地層及巖漿等方面的控礦意義，在今后稀土礦床的勘探研究中可以作為有利的成礦條件進(jìn)行勘探部署工作。

4.1 地球動(dòng)力學(xué)背景與稀土金屬成礦

華北地區(qū)地質(zhì)演化歷史悠久，不同的地球動(dòng)力學(xué)背景下形成具有獨(dú)特的構(gòu)造—沉積—巖漿—變質(zhì)事件組合，為不同類型稀土礦床的產(chǎn)生提供了良好條件。華北地區(qū)古老基底發(fā)育太古宙高級(jí)變質(zhì)巖，是賦存透輝石型磷—稀土礦的有利巖石條件，形成了三道溝巖漿熱液型稀土礦床。在太古宙—古元古代陸塊邊緣發(fā)育裂陷槽或裂谷帶，是形成古元古代沉積變質(zhì)型鈮稀土礦的有利條件。中元古代伴隨哥倫比亞超大陸裂解，在華北陸塊北緣形成白云鄂博裂谷，海相基性—中酸性火山噴發(fā)活動(dòng)及火成碳酸巖漿劇烈，是火成碳酸巖型或噴流—沉積型鐵鈮稀土礦床的有利構(gòu)造條件。華北地區(qū)于中生代受濱西太平洋活動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造環(huán)境的強(qiáng)烈影響，殼幔作用劇烈，形成了雄偉的大興安嶺火山—巖漿構(gòu)造帶，大量地球深部成礦物質(zhì)在巖漿—熱液作用下活化、遷移，是與陸相中酸性火山—侵入巖漿熱液相關(guān)的鈮稀土等礦床的有利條件。

4.2 區(qū)域性深大斷裂與稀土金屬成礦

礦床的形成過程中，成礦流體的運(yùn)移和成礦物質(zhì)的沉淀、定位空間以及其形成的保存條件都與構(gòu)造息息相關(guān)，因此構(gòu)造是成礦控制地質(zhì)因素中的首要因素。

區(qū)域性深斷裂構(gòu)造帶對(duì)稀土金屬成礦的控制作用顯著。區(qū)域性深斷裂構(gòu)造帶均為超殼斷裂，有的甚至切穿了巖石圈，所以它們是地幔物質(zhì)上涌的通道。而與其有成生聯(lián)系的次斷裂或裂隙構(gòu)造帶往往就是成礦物質(zhì)沉淀定位的空間。另一方面，這些深斷裂構(gòu)造帶具有活動(dòng)時(shí)間長的特點(diǎn)，所以在其一側(cè)或兩旁常分布形成不同時(shí)代的礦床。例如巴爾哲含稀土堿性花崗巖來源于上地幔；華北板塊北緣深斷裂帶兩側(cè)分布不同時(shí)代形成的鐵、鈮、稀土礦床、鐵、銅、鎳、鉛、鋅、金、螢石等礦床。

4.3 火山—沉積作用與稀土金屬成礦

地槽發(fā)育初期，劇烈火山巖漿作用帶來大量的揮發(fā)組分和稀有、稀土等有益元素，在同沉積過程中成礦物質(zhì)就地卸載沉淀，沉積成巖過程中直接伴隨稀土、稀有金屬的礦化。隨著褶皺隆起及區(qū)域變質(zhì)和蝕變作用等因素，原沉積物發(fā)生進(jìn)一步變化，CO2與H2O沿裂隙或破碎帶流動(dòng)，使成礦物質(zhì)再次活化、遷移、富集。華北地區(qū)，阿拉善群中桃花拉山鈮稀土礦床即在地槽發(fā)育初期，劇烈火山巖漿與沉積作用下形成。

4.4 巖漿及期后熱液與稀土金屬成礦

華北地區(qū)與巖漿及期后熱液有關(guān)的內(nèi)生稀土金屬礦床眾多，其中白云鄂博鐵鈮稀土礦床與碳酸巖漿噴發(fā)活動(dòng)有直接關(guān)系，巴爾哲鈮稀土礦的含礦母巖為堿性花崗巖，山東郗山巖漿熱液型稀土礦床受濟(jì)南造山中期侵入巖亞相、郗山后造山正長巖組合、郗山細(xì)粒含霓輝石英正長巖控制。塔埠頭式偉晶巖型稀土礦床受招遠(yuǎn)造山早期侵入巖亞相、玲瓏—昆崳山造山早期片麻狀花崗巖組合、筆架山偉晶不等?；◢弾r的控制，礦體主要賦存于該巖體晚期形成的偉晶巖脈內(nèi)。堿性正長巖或堿性花崗巖類是十分有利的稀土金屬的成礦物質(zhì)來源，這類巖漿在演化后期形成富含揮發(fā)分的巖漿熱液，并攜帶稀土元素構(gòu)成含礦熱液，稀土金屬礦體往往賦存于堿性正長巖和堿性花崗巖雜巖體內(nèi)的蝕變帶部位，因此堿性雜巖體內(nèi)的鈉—氟蝕變帶是尋找?guī)r漿熱液型稀土礦床的有利部位。

4.5 元素地球化學(xué)背景與稀土金屬成礦

稀土元素地球化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在巖漿、變質(zhì)等地質(zhì)作用過程中其含量相對(duì)穩(wěn)定。也正因如此，稀土元素在地球表層生態(tài)地質(zhì)作用過程中可以得到很好的富集，且不同巖石構(gòu)造單元其背景值出現(xiàn)分化差異[59]。唐坤等[60]創(chuàng)新性地研究了華北地球化學(xué)走廊內(nèi)稀土元素富集與大地構(gòu)造單元、土壤類型、自然景觀和降雨量之間的關(guān)系：興蒙造山帶→華北克拉通→南蘇魯造山帶稀土背景依次升高；半干旱草原區(qū)→山地丘陵區(qū)→沖積平原區(qū)稀土背景依次升高；棕壤—褐土較灰鈣土—棕鈣土帶和黑鈣土—栗鈣土—黑壚土帶稀土背景值高；華北北方降雨量低，其稀土背景值低于華北南部降雨量高處。因此，華北克拉通南部、南蘇魯造山帶、棕壤—褐土較灰鈣土—棕鈣土帶和沖積平原區(qū)、降雨量高處是有利的稀土礦地球化學(xué)背景。區(qū)域匯水域沉積物背景值也是稀土礦化良好找礦指標(biāo)，全國圈定了華北地區(qū)稀土地球化學(xué)遠(yuǎn)景區(qū)，王學(xué)求等[61]在此基礎(chǔ)上豐富了遠(yuǎn)景區(qū)，包括白云鄂博—烏拉特后旗稀土遠(yuǎn)景區(qū)、內(nèi)蒙古根河—額爾古納稀土遠(yuǎn)景區(qū)、山東微山—威海稀土遠(yuǎn)景區(qū)、山西古縣—河南洛陽稀土遠(yuǎn)景區(qū)、河南嵩縣稀土遠(yuǎn)景區(qū)、內(nèi)蒙古阿拉善右旗—甘肅永昌稀土遠(yuǎn)景區(qū)。

5 結(jié)語

1) 華北地區(qū)稀土礦床成礦時(shí)代集中于新太古代成礦期、古元古代成礦期、中元古代成礦期、石炭紀(jì)成礦期及燕山期成礦期；構(gòu)造位置上，華北地區(qū)稀土礦床主要分布在阿拉善右旗—白云鄂博—扎魯特旗一帶、方城北—微山一帶及華北克拉通內(nèi)部點(diǎn)狀分布，形成華北地區(qū)3大稀有金礦礦化帶。

2) 華北地區(qū)稀土礦床成礦類型主要包括沉積變質(zhì)型、火成碳酸巖漿型、巖漿熱液型、偉晶巖型和離子吸附型，其中沉積變質(zhì)型稀土礦以桃花拉山稀土礦為代表，火成碳酸巖漿型以白云鄂博稀土礦床為代表，巖漿熱液型以微山郗山稀土礦和巴爾哲“八O一”稀土礦為代表，偉晶巖型以萊西阜頭山稀土礦為代表，華北地區(qū)離子吸附型稀土礦與鋁土礦相伴生。

3) 華北地區(qū)及周緣構(gòu)造單元演化復(fù)雜多樣，在古老變質(zhì)基底、太古宙—古元古代陸塊邊緣裂谷帶、中元古代陸緣裂谷帶、燕山期濱西太平洋活動(dòng)陸緣均是稀土礦床成礦的有利地球動(dòng)力學(xué)背景。區(qū)域深大斷裂、地槽發(fā)育初期的火山—沉積事件及堿性正長巖和堿性花崗巖類巖漿活動(dòng)，是尋找各類稀土礦床的有利構(gòu)造—沉積—巖漿條件。降雨量高、沖積平原、棕壤—褐土分布區(qū)具良好的稀土礦成礦地球化學(xué)背景。