白云鄂博火成碳酸岩及稀土矿化时代与成因研究取得重要进展

作者:张拴宏 发布时间:2017-02-28 阅读次数:

位于华北克拉通北缘白云鄂博矿床是世界最大的轻稀土矿床,也是我国最大的Nb矿床及Th矿床。白云鄂博稀土-Nb矿床赋存于中元古代火成碳酸岩内,这些火成碳酸岩明显受褶皱构造及层位控制。在矿区有大量二叠纪花岗岩体侵位,将部分火成碳酸岩及稀土-Nb矿体改造破坏(图1)。虽然前人在白云鄂博矿区开展了大量的调查及研究工作,但关于火成碳酸岩及稀土矿床的形成时代、成因及构造背景一直有很大争议。野外调查结果表明,白云鄂博矿区富稀土-Nb火成碳酸岩的主体是侵入到尖山组中的岩床,在尖山组及其下部层位中有少量富稀土的火成碳酸岩岩墙(图2)。野外可以看到非常清楚的侵入接触关系,在火成碳酸岩中也常见有尖山组板岩的团块(图3)。在尖山组下部的地层中(中元古代都拉哈拉组砂砾岩及古元古代基底变质岩系)有少量富稀土的火成碳酸岩脉体,但在尖山组顶部不整合面之上的地层中没有发现富稀土的火成碳酸岩(图2)。由于稀土矿床与火成碳酸岩密切共生,准确测定火成碳酸岩的时代是认识白云鄂博超大型稀土矿床成因及构造背景的关键。

我所张拴宏研究员等经过多年尝试,并通过改进传统的选样方法,成功地从白云鄂博富稀土-Nb火成碳酸岩中分选出了大量的同岩浆期结晶的锆石,获得了均一的208Pb/232Th年龄为1301±12 Ma(图4)。这些锆石具有四方双锥晶型,极度富Th(18.8–295 ppm)、贫U(0.005–14.2 ppm),具有极高的Th/U比值(9–11893),为典型火成碳酸岩结晶锆石特征。电子探针及激光拉曼分析结果表明,在这些锆石中除包含有火成碳酸岩典型矿物(如碱性角闪石、白云石、方解石、金云母等)外,还有富稀土-Nb的矿物包体(富铈烧绿石)(图5)。锆石微量元素及包体矿物组成显示这些锆石不但是与火成碳酸岩同期结晶的,而且是与稀土-Nb矿化同期结晶的,其年龄代表了白云鄂博火成碳酸岩及稀土-Nb矿化的时代,说明白云鄂博火成碳酸岩及稀土-Nb矿化形成于13.0亿年左右。这一新的火成碳酸岩及稀土-Nb矿化年龄与地质产状相吻合,也很好地解释了白云鄂博火成碳酸岩及稀土-Nb矿床为什么只出现在尖山组及其下部层位的地层中。因此,白云鄂博超大型稀土-Nb矿床的形成与13.0亿年左右火成碳酸岩侵位有关。白云鄂博火成碳酸岩及稀土矿化的形成时代与华北北缘13.3~13.0亿年燕辽大火成岩省相接近,其形成可能与华北克拉通北缘从哥伦比亚超大陆的裂解有关。这一新的研究成果为认识白云鄂博超大型稀土矿床的成因、时代及构造背景提供了重要依据,对矿区深部及外围矿产资源勘查也有重要的参考价值。

该研究成果近期发表在国际著名刊物前寒武纪研究上(Shuan-Hong Zhang, Yue Zhao, Yongsheng Liu, 2017. A precise zircon Th-Pb age of carbonatite sills from the world’s largest Bayan Obo deposit: implications for timing and genesis of REE-Nb mineralization. Precambrian Research. 291: 202–219. DOI: 10.1016/j.precamres.2017.01.024)。


图1 白云鄂博矿区及其外围地质图


图2 白云鄂博矿区地层柱状图


图3 白云鄂博富稀土-Nb火成碳酸岩野外产状照片


图4 白云鄂博火成碳酸岩锆石Th-Pb测年结果


图5 白云鄂博火成碳酸岩锆石中矿物包体组成

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