白云鄂博含矿碱性火山岩建造及其地球化学_肖荣阁

第８　６卷　第５期２　０　１　２年５月 地　质　学　报 ＡＣＴＡ　ＧＥＯＬＯＧＩＣＡ　ＳＩＮＩＣＡ Ｖｏｌ．８６　Ｎｏ．５Ｍａｙ　２　０　１　２注：本文为国家自然科学基金项目（编号４００７３０１３）和国土资源部国际合作与科技司自由探索项目（编号２０００４４０）资助成果。

收稿日期：２０１１－０９－１４；改回日期：２０１２－０１－１２；责任编辑：周健。

作者简介：肖荣阁，男，１９４９年生。

教授，博士生导师，矿床学与矿床地球化学专业。

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白云鄂博含矿碱性火山岩建造及其地球化学肖荣阁１），费红彩２），王安建２），杨帆１），颜开１）１）中国地质大学地球科学与资源学院，北京，１０００８３；２）中国地质科学院，北京，１０００３７内容提要：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δ１８　Ｏ、δ１３　Ｃ值介于沉积灰岩与已知碳酸岩的δ１８　Ｏ、δ１３　Ｃ值之间，碳酸岩中白云石的δ１８　Ｏ低于方解石的δ１８　Ｏ，而δ１３　Ｃ高于方解石的δ１３　Ｃ，稀土矿物的δ１３　Ｃ、δ１８　Ｏ与碳酸岩脉δ１３　Ｃ、δ１８　Ｏ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。

关键词：碱性火山岩；岩石化学；微量元素；稀土元素；白云鄂博白云鄂博矿床是世界上罕见的特大稀土稀有铁矿床，以其成矿物质组合及成矿地质的特殊性，多年来吸引了世界大批地质学家、矿床学家进行了各方面研究，积累了丰富的资料，提出了有益的认识，为丰富成矿理论、指导找矿实践作出了重要贡献。

作者之一于２０世纪７０年代开始参加了白云鄂博的二轮勘探工作和多项科研工作，可以用五最十多概括白云鄂博矿床的特点。

五最：①稀土储量最大；②成矿持续时间最长；③矿化岩石类型最特殊；④最具有资源找矿潜力；⑤是目前最引政界、经济界关注的矿床。

十多：①成矿作用多；②成矿物质来源多；③矿化类型多；④地质现象多；⑤矿物种类多；⑥共伴生矿产多；⑦研究内容多；⑧研究资料多；⑨结论认识多；⑩存在疑问多。

因此，白云鄂博矿床堪称成矿地质作用展览馆和矿物学博物馆，不同人于不同时期在不同地点都会有不同发现，见到不同矿化地质现象，得出不同结论认识，由于矿山的快速开采，会不断揭露出新的地质现象，同时一些地质现象又不断消失。

因此，对于白云鄂博矿床任何人所描述的地质现象，所获得的研究结论和认识都是值得尊重的。

前人的研究主要集中在矿区矿化岩性Ｈ８、Ｈ９岩性段成因、形成时代方面，做了岩石学、地球化学、蚀变作用、形成年龄等研究，尤其是对Ｈ８含矿白云岩有沉积成因（侯宗林，１９８２；孟庆润，１９８２；蔡秀成，１９８４；曹荣龙等，１９９４）、岩浆侵入成因（周振玲等，１９８０；孟庆昌，１９８１；李士勤，１９８３；刘铁庚，１９８５，１９８６；王凯怡等，２００２）、热水喷流沉积成因（杨子元，１９９４）等多种认识，但是更多的研究资料显示含矿白云岩是岩浆碳酸岩。

王希斌等（２００２）认为白云岩与各种碳酸岩脉、基性岩脉、碱性岩脉构成了典型的碱性碳酸岩杂岩。

地　质　学　报２０１２年在以往的研究中，人们不敢接受岩浆喷发或喷溢成因碳酸熔岩的观点，主要是由于自然界形成碳酸熔岩火山岩极其罕见，碳酸岩岩浆喷溢作用形成ＲＥＥ－Ｎｂ－Ｆｅ矿床在地质历史中更没有先例（涂光炽，１９９８）。

因此白鸽等（１９８３）提出水下喷发模式，郝梓国等（２００２）提出了破火山口充填成岩模式，肖荣阁等（２００３）明确含矿白云岩是水下喷发白云质火山岩，都没有受到足够的重视。

而对于Ｈ９富钾板岩及岩石组合特征研究相对较少，主要有火山成因（袁忠信等，１９９５）和沉积成因（宋天锐等，２００５）的认识，李继亮（１９８３）报道在白云鄂博主矿西端Ｈ９板岩段发现酸性火山岩。

白云岩、碳酸岩脉及钾长板岩的同位素年龄测试研究比较多（任英忱等，１９９４；张宗清等，１９９７；范宏瑞等，２００２；刘玉龙等，２００６），数据结果显示白云岩和钾长板岩及碳酸岩脉的年龄基本一致或者相近，表明是同期火成岩系列。

本文在白云鄂博矿床的系统研究中有３点最重要的发现：（１）发现矿化白云岩中一系列火山成因的证据，如火山凝灰结构、熔结凝灰结构、火山角砾构造等，其与碳酸岩脉等碱性侵入岩构成岩浆活动系列，显示为海相火山喷发成因。

碳酸熔岩火山喷发的认识可以很好解释矿化白云岩及其上下地层均具明显的沉积岩结构构造特征，并解释矿床外围产出碳酸岩脉的同期侵入特征，及含矿白云岩的δ１３　Ｃ、δ１８　Ｏ同位素组成介于沉积碳酸盐岩与岩浆碳酸岩之间的地球化学特征。

（２）在原Ｈ９火山岩中发现含钠长石很高，此类岩石在前人研究文献资料中没有明确提及，我们以前的研究中定义为富钠火山岩（肖荣阁等，２００６），由于其矿物组成主要是钠长石、钠铁闪石和霓石，本文定义为霓闪钠长岩。

该岩石的发现丰富了含矿岩石类型，也增加了白云鄂博含矿碱性火山岩系组成及成因认识的依据。

因此，认为白云鄂博含矿岩系是一套碱性岩浆熔离分异喷发作用形成的白云质碳酸熔岩、钾长板岩和霓闪钠长岩组合的碱性火山岩系。

（３）白云鄂博矿床山前２０ｋｍ长的范围内及宽沟冲积河道中发现稀土铁矿砂矿带，存在大量冲积砂砾石型稀土赤磁铁矿矿石，矿石类型与主矿东矿矿石类型相同，但是铁矿石砾石铁品位更高，局部见到稀土矿石砾石。

因此，白云鄂博矿床是属于第四纪冰川强烈剥蚀的残留矿床，主东矿体有近５０％被剥蚀掉，浅部富矿带大部分被剥蚀。

本文讨论了几种矿化岩石的岩石学和地球化学特征，并分析其形成环境。

１　地质背景１．１　大地构造背景白云鄂博矿区处于华北古陆北缘与蒙古海西海槽之间中元古代白云鄂博裂谷西段，白云鄂博裂谷西起白云鄂博以西，东经四子王旗延至商都、太仆寺旗一带，长约５００ｋｍ，宽２０～６０ｋｍ。

裂谷基底零星出露有古元古界花岗片麻岩、混合片麻岩、混合岩与斜长角闪岩，中元古界白云鄂博群构成裂谷盆地盖层，为一套巨厚的低变质沉积岩与火山岩系，与古元古界基底间不整合接触。

裂谷南北两侧被断层切割，两侧隆起带大面积分布不同时期的花岗岩类侵入岩，尤其在白云鄂博矿区南侧海西期花岗岩大面积侵入，对裂谷边缘地层形成强烈熔蚀、交代或者改造作用。

１．２　矿区地质矿区内形成以宽沟背斜为中轴的复式背斜构造，背斜核部出露古元古界花岗片麻岩、混合岩与斜长角闪岩高级变质岩，在主东矿南侧与东介勒格勒之间也有花岗片麻岩出露，形成次级背斜核。

宽沟背斜南北两翼中元古界白云鄂博群形成沉积盖层（图１），白云鄂博群主要由变质砂砾岩、长石石英砂岩、板岩、白云岩组成，依据出露位置、前人勘探及研究资料由下至上划分白云鄂博群为６个岩组（李毓英，１９５９；中国科学院地球化学研究所，１９８８），１８个岩性段（Ｈ１～Ｈ１８），即都拉哈拉岩组（Ｈ１～Ｈ３）、尖山岩组（Ｈ４、Ｈ５）、哈拉霍各特岩组（Ｈ６～Ｈ８）、比鲁特岩组（Ｈ９、Ｈ１０）、白音宝拉格岩组（Ｈ１１～Ｈ１３）、呼吉尔图岩组（Ｈ１４～Ｈ１８）。

我们在区域上进行了剖面追踪研究，宽沟背斜两翼岩性层序具有可比性，由核部向两翼依次为变质砂砾岩→长石石英砂岩→黑色泥板岩→白云岩的层序。

但是南北翼的板岩和白云岩岩性及成因明显不同，北翼黑色泥板岩属于含碳质粉砂质板岩，白云岩为薄层状条带状构造，沉积特征明显，而南翼板岩为厚层块状钾长板岩、霓闪钠长岩和钾长黑云片岩互层，白云岩具有角砾状、碎屑状、厚层块状构造，火山岩浆岩构造特征明显。

由于前人勘探资料对含矿白云岩及霓闪钠长岩、钾长板岩认识不同，上述岩性段划分有不同认识，我们仍采用原勘探资料划分意见，这里只对含矿岩性段Ｈ８和Ｈ９成因进行研究。

含矿岩性段Ｈ８、Ｈ９局限于宽沟背斜南翼矿区６３７第５期肖荣阁等：白云鄂博含矿碱性火山岩建造及其地球化学图１　白云鄂博矿区地质图（据魏菊英等，１９８３）Ｆｉｇ．１　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｇｅｏｌｏｇｉｃ　ｍａｐ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｂａｙａｎ　Ｏｂｏ　ｄｅｐｏｓｉｔ（ａｆｔｅｒ　Ｗｅｉ　ｅｔ　ａｌ．，１９８３）Ｑ—第四系；σ—古生代火山岩系；Ｈ１—石英砂岩；Ｈ２—白色石英岩；Ｈ３—黑色板岩；Ｈ４—暗色石英砂岩；Ｈ５—暗色板岩；Ｈ６—石英砂岩；Ｈ７—砂岩、灰岩互层；Ｈ８—石灰岩、白云岩；Ｈ９—板岩；Ｐｔ１ｅｒ—古元古界片麻岩；γ—海西期花岗岩；μ—混合岩；δ—闪长岩Ｑ—Ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ；σ—Ｐａｌｅｏｚｏｉｃ　ｖｏｌｃａｎｉｃ　ｒｏｃｋ　ｓｅｒｉｅｓ；Ｈ１—ｑｕａｒｔｚ　ｓａｎｄｓｔｏｎｅ；Ｈ２—ｗｈｉｔｅ　ｑｕａｒｔｚｉｔｅ；Ｈ３—ｂｌａｃｋ　ｓｌａｔｅ；Ｈ４—ｄａｒｋ　ｑｕａｒｔｚ　ｓａｎｄｓｔｏｎｅ；Ｈ５—ｄａｒｋ　ｓｌａｔｅ；Ｈ６—ｑｕａｒｔｚ　ｓａｎｄｓｔｏｎｅ；Ｈ７—ｓａｎｄｓｔｏｎｅ　ｉｎｔｅｒｌａｙｅｄ　ｗｉｔｈ　ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ；Ｈ８—ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ　ａｎｄ　ｄｏｌｏｍｉｔｉｔｅ；Ｈ９—ｓｌａｔｅ；Ｐｔ１ｅｒ—Ｐａｌｅｏｐｒｏｔｅｒｏｚｏｉｃ；γ—Ｈｅｒｃｙｎｉａｎ　ｇｒａｎｉｔｅ；μ—ｍｉｇｍａｔｉｔｅ；δ—ｄｉｏｒｉｔｅ范围，Ｈ８为矿化白云岩段，Ｈ９原定为板岩段，现发现是由钾长石板岩和霓闪钠长岩两种岩石组成。

Ｈ８、Ｈ９是矿区主要含矿岩石，构成一套特殊的碱性火山岩系，是本文的研究重点。

以Ｈ８、Ｈ９为矿化岩段，根据矿体产状及分布特征，白云鄂博矿区划分３个矿床，即西矿、主矿与东矿，向东延伸还有菠萝头山矿点，南侧有东介格勒矿点，均位于宽沟背斜以南。