1-5 白云鄂博矿床成因再研究

所在单位：地科院地质研究所
完成人员：朱祥坤、孙剑、房楠、李世珍、潘晨旭、陈岳龙
项目来源：国家自然科学基金项目，行业基金项目
起止时间：2009年1月-2014年12月


　　白云鄂博稀土-铌-铁矿床是世界著名的超大型多金属矿床，受到国内外地学界的广泛关注。自1927年发现以来，前人在此做了大量工作，取得了一系列成果，但对矿床形成机制和成矿时代或期次的认识仍存在很大分歧。本项目利用新兴的铁、镁同位素示踪技术，结合传统的钐-钕、锶、碳、氧同位素体系，对矿床的形成机制和成矿时代进行研究，取得了以下创新性成果：

　　1.首次系统地开展了白云鄂博矿床的铁、镁同位素研究，对矿化元素本身和赋矿层的主量元素进行了直接示踪，结果为矿床的岩浆成因提供了有力的证据。这不仅是白云鄂博矿床成因研究的一大重要进展，也为如何运用铁、镁等新兴同位素体系进行矿床成因研究提供了范例（成果发表在Precambrian Research, International Geology Reivews, Chinese Journal of Geochemistry, 岩石学报等）。

　　在白云鄂博矿床的成矿机制方面，前人争论的焦点在于铁的物质来源和赋矿层“H8”白云岩的成因（火成或水成），但缺乏直接可靠的证据。由于铁是成矿元素，铁、镁是赋矿层的主量元素，本研究系统开展铁、镁同位素研究，为矿床的成矿物质来源和矿床成因进行直接示踪。

　　首先对典型沉积成因的含铁建造及其碳酸盐岩、和矿区广泛分布的火成碳酸岩墙的铁、镁同位素进行了研究，结合已有工作，厘定了沉积、火成岩石的Fe、Mg同位素组成分布范围。在此基础上，详细调查了白云鄂博矿床铁矿体及赋矿层“H8”白云质大理岩的铁、镁同位素分布特征。研究结果表明，白云鄂博矿床细粒铁矿石和“H8”白云岩的铁同位素平均值δ56Fe-IRMM在0附近，并且变化范围很窄，与火成岩的铁同位素组成一致；同时，磁铁矿和白云石矿物之间的铁同位素分馏很小，指示高温形成环境。“H8”白云岩的大部分样品镁同位素组成落在火成岩范围，少量数据落在火成岩和沉积白云岩之间。这表明白云鄂博矿床是以岩浆作用为主导而形成的矿床。由于铁、镁是白云鄂博矿床的主量元素，铁、镁同位素的研究成果为该观点提供了有力而直接的证据。

　　2. 运用Sm-Nd同位素技术对白云鄂博矿床的形成时代进行了精确定年，并重新厘定了矿床的成矿时代和成矿期次（成果发表在Ore Geology Review, 地球学报等）。

　　在白云鄂博矿床成矿年代学方面，前人已对开展大量的研究，获得了大量的年龄数据。虽然如此，这些年龄数据所代表的真正地质意义仍有待进一步研究，白云鄂博矿床的成矿时代和成矿期次仍然存在激烈的争论。由于白云鄂博矿床是一个稀土矿床，本研究利用Sm-Nd同位素体系对矿床的成矿时代和成矿期次进行直接制约和厘定。

　　由于白云鄂博矿床遭受了复杂的地质作用和多期次的交代作用，选取合适的样品是获得可靠的定年结果的基础。本研究首先开展了详细的岩相学和矿相学研究，对矿石和赋矿岩石的期次进行了划分。在此基础上，选取了未遭受交代作用的白云岩“原岩”进行Sm-Nd同位素定年，获得了高精度的等时线年龄1287±26Ma。同时，对不同期次的矿石和赋矿岩石的全岩和单矿物进行了Sm-Nd同位素测定。综合前人的数据，利用Sm-Nd同位素体系对矿床的成矿时代和期次进行了厘定。结果表明，白云鄂博稀土的成矿时代约为1.3Ga，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0.44Ga） 导致了白云鄂博矿床的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1.3Ga到约0.44Ga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。

　　3. 对白云鄂博矿床开展了铁、镁、碳、氧、锶、钕等同位素的综合研究，完善了白云鄂博矿床的成矿模式。
　　利用不同同位素的特点，综合开展了铁、镁、碳、氧、锶、钕等同位素的综合研究，从不同角度对矿床的成因进行制约。研究表明，白云鄂博矿床可能是在中元古代时期（约1.3Ga）的大陆裂谷环境下，由火成碳酸岩岩浆在海底侵入或喷出而形成，岩浆侵入或喷发期间可能有海水或少量沉积碳酸盐岩加入，也很有可能伴随热液活动。矿床形成后区域上发生了多次地质事件，矿床发生了一定的热扰动，但成矿物质只在内部发生了再循环，外源成矿物质的加入很有限。
　
　　上述研究为白云鄂博矿床的成因和成矿时代提供了重要制约，完善了白云鄂博矿床的成矿模式。

　　上述研究的部分成果已在国内外期刊上发表论文18篇（其中SCI期刊8篇，EI期刊3篇）。