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中科院地质地球所揭开白云鄂博稀土富集之谜

发布日期:2020-06-30  来源:稀土信息  浏览次数:149
   白云鄂博稀土 - - 矿床的稀土资源量位居 全球首位。自丁道衡先生 1927 年首次在白云鄂博发 现铁矿体,何作霖先生 1935 年在铁矿体中发现稀土 矿物以来,世界各地的科研人员对白云鄂博地区进 行了多方面综合研究,取得了大量重要成果。但由 于白云鄂博矿床具有十分复杂的元素及矿物组成, 又经历了多期地质事件的叠加改造,有关含矿白云 岩的成因问题一直以来就存在非常大的争议,而巨量稀土元素的富集机理仍是未解之谜。岩浆碳酸岩 是全球稀土矿床最主要的成矿岩石。白云鄂博地区 发育大量的岩浆碳酸岩脉,晚期钙质碳酸岩脉中的 稀土氧化物含量甚至超过 20%。碳酸岩浆强烈分异 演化过程中的稀土富集机理是解决白云鄂博谜题的 突破口。

中国科学院地质与地球物理研究所矿产资源研 究重点实验室副研究员杨奎锋和研究员范宏瑞等, 对白云鄂博地区粗粒含矿白云岩中的灰石进行原 位 Sr-Nd-O 同位素分析。磷灰石的 O 同位素组成与 地幔来源碳酸岩一致,Sr-Nd 同位素组成与碳酸岩 脉相近,磷灰石的 Sm-Nd 等时线年龄也与钙质碳酸 岩脉中独居石的 Th-Pb 年龄相符。结合粗粒白云岩 的主量元素组成,以及磷灰石中共生的自形烧绿石 矿物包裹体和球状初始碳酸盐岩包裹体,可以确定 粗粒含矿白云岩为质岩浆碳酸岩。

白云鄂博地区的岩浆碳酸岩包括铁质、镁质、 钙质三种类型,依据不同类型碳酸岩脉间的穿插关 系、碳酸岩脉的似斑状结构,以及碳酸岩脉状中白 云石、方解石矿物的核边结构,可以判断,碳酸岩 具有从铁质,到镁质,再到钙质的演化趋势。伴随 碳酸岩浆由早期的铁质向晚期的钙质逐步演化,其 稀土元素含量,尤其是轻稀土元素含量呈明显的富 集趋势。而且,碳酸岩脉的全铁与稀土含量呈明显的负相关关系,碳酸岩脉中白云石和方解石矿物的 核部更富铁,而边部更富稀土。铁质在碳酸岩浆分 异演化中的逐步分离很有可能是造成稀土元素在晚 期岩浆中富集的关键控制因素。

那么是什么因素促使碳酸岩浆发生强烈分异演 化的呢?细粒白云石中早期发育的大量共生球形赤 铁矿和初始碳酸盐岩捕掳体表明,铁矿浆与碳酸岩 浆的不混熔作用很有可能是造成铁质碳酸岩向镁质 碳酸岩演化的重要控制因素。铁质碳酸岩中磁铁矿 的分离结晶作用进一步促进碳酸岩浆向富镁的方向 演化。赤铁矿与磁铁矿均具有较低的稀土元素含量, 赤铁矿的不混熔及磁铁矿的分离结晶使残余碳酸岩 浆中的稀土元素发生初步富集。早期熔离的铁矿浆 也为白云鄂博的铁矿化提供了大量成矿物质。随后, 富镁白云石的分离结晶又造成镁质碳酸岩浆向钙质 碳酸岩浆演化,方解石通常出现在似斑状镁质碳酸 岩的基质中,充填白云石晶体间隙生长,而且晚期 结晶的方解石矿物具有更高的和稀土含量,均是 分离结晶作用的结果。残余碳酸岩浆与围岩发生强 烈的霓长岩化作用,进一步消耗碳酸岩中的铁、镁素造成镁质碳酸岩最终向钙质碳酸岩演化以及 稀土元素的强烈富集。

全球共发育 527 处岩浆碳酸岩,其中仅有 5% 为铁质碳酸岩,而白云鄂博是少有的能够从铁质碳 酸岩演化到钙质碳酸岩的实例。强烈的碳酸岩浆分 异演化过程是白云鄂博巨量稀土元素富集的关键控 制因素。该研究成果发表于 Geology 上。

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