内蒙古白云鄂博铁-铌-稀土矿床矿化蚀变矿物组合及流体组成

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2023.121

摘要/Abstract

摘要：

针对内蒙古白云鄂博铁-铌-稀土矿床是否多期成矿及底板白云岩的成因争论,本文通过光薄片岩矿鉴定和扫描电子显微镜研究,获得如下信息:(1)碳酸岩脉、磁铁矿石、蚀变岩及矿化白云岩中矿化蚀变的矿物组成类似,均以磁铁矿(碳酸岩脉中除外)、独居石、氟碳酸稀土矿物(氟碳铈矿等)、方解石、萤石、磷灰石、富钡矿物(重晶石或毒重石)、黑云母、富钠矿物(钠闪石、霓石)等为主,常见硫化物,显示为同一种富含Fe、REE、Ca、Ba、K、Na、Si及挥发分CO₂、P₂O₅、F、S的流体,岩(矿)石的结构构造也显示出明显的一期成矿特点,支持白云鄂博矿床主体是一期成矿事件的产物。(2)稀土矿化与底板白云岩不是同一流体的产物,稀土矿化与方解石为主的碳酸岩脉有关,有可能为火成碳酸岩或浆液过渡态流体;底板白云岩是稀土矿化的围岩,有更多的沉积成因信息,可能为热水沉积岩,或者为热液改造的沉积碳酸盐岩。(3)磁铁矿化与稀土矿化是同一成矿事件的产物,但碳酸岩中缺乏磁铁矿表明,铁质来源与稀土来源是否相同仍需要进一步研究。

关键词: 磁铁矿, 稀土, 矿物组成, 流体成分, 白云鄂博, 内蒙古

Abstract:

In order to place new constraints to the multiple metallogenic stages and genesis of the footwall dolomite, we carried out detailed petrographic studies on the ore related samples using optical microscope and scanning electron microscope in this study.The following genetic results have been achieved.Firstly, the mineral assemblages associated with the mineralized alteration show similar patterns among carbonatite (dyke), magnetite ore, altered rock, and mineralized dolomite.This pattern is characterized by the presence of magnetite, monazite, fluorine-carbonate rare earth minerals (e.g., bastnasite), calcite, fluorite, apatite, Ba-rich minerals (barite or witherite), biotite, Na-rich minerals (riebeckite and aegirine), and sulfide minerals.This suggests that these rocks were formed in association with a same fluid event that enriches in Fe, Ca, Ba, K, Na, Si, REE, and volatile components, such as CO₂, P₂O₅, F, and S.The textures of the rocks and ores also show distinct one-stage mineralization characterization, supporting that the Bayan Obo deposit is a product of one mineralization event.Secondly, the REE mineralization is not the product of the same fluid event as the footwall dolomite is.Instead, the REE mineralization is related to the fluid activity dominated by carbonate species, which belongs to the type of carbonatitic or magmatic-hydrothermal fluid.The footwall dolomite is REE-mineralized wall rock showing messages of sedimentary origin.The dolomite may represent hydrothermal sedimentary rocks or sedimentary carbonate rocks which have experienced hydrothermal modifications.Thirdly, we conclude that both the magnetite mineralization and the REE mineralization are the products of a same metallogenic event. However, the lack of magnetite in carbonatite raises the question of the relationship between the two sources of iron and REE.

Key words: magnetite, rare earth element, mineral constituent, fluid composition, Bayan Obo, InnerMongolia

中图分类号:

P611
P614

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图/表 11

图1 白云鄂博矿区地质图及采样位置(据文献[1]) 1.第四系; 2.石炭系; 3.白云鄂博群; 4.板岩; 5.白云大理岩; 6.花岗岩; 7.中基性岩; 8.闪长岩; 9.含矿层; 10.铁矿体; 11.地质界线; 12.断层; 13.隐伏磁异常带; 14.采样位置

Fig.1 Geologic map of the Bayan Obo deposit as well as the sampling locations (modified after reference [1])

表1 白云鄂博矿床矿化蚀变矿物组合

Table 1 Mineral assemblages of the mineralized alteration in the Bayan Obo deposit

岩(矿)石名称	采样位置	样品编号	数量	蚀变矿物组合
碳酸岩脉	菠萝头	BLT-	6	方解石、独居石、氟碳稀土矿物、萤石、重晶石、磷灰石、硫化物、黑云母、钠闪石
	东介勒格勒	DJ-15	1	方解石、氟碳稀土矿物、萤石、毒重石、黑云母
	一号脉	Mai-5	1	方解石、氟碳稀土矿物、重晶石、霓石
磁铁矿石	主矿	M-	45	方解石、磁铁矿、独居石、氟碳稀土矿物、萤石、重晶石、磷灰石、硫化物、黑云母、霓石、钠闪石
	东矿	E-	6	磁铁矿、独居石、氟碳稀土矿物、萤石、重晶石、磷灰石、硫化物、霓石、钠闪石
	西矿	W-	14	磁铁矿、独居石、氟碳稀土矿物、萤石、重晶石、毒重石、磷灰石、硫化物、黑云母、霓石、钠闪石
	东介勒格勒	DJ-	2	白云石、磁铁矿、独居石、萤石、重晶石、硫化物
蚀变岩	主矿	M-	3	方解石、磁铁矿、独居石、萤石、重晶石、磷灰石、硫化物、黑云母、钠闪石
	东矿	E-	2	方解石、磁铁矿、氟碳稀土矿物、萤石、重晶石、硫化物、黑云母、霓石
	西矿	W-75	1	磁铁矿、独居石、磷灰石、硫化物、黑云母、钠闪石
	东介勒格勒	DJ-	2	磁铁矿、氟碳稀土矿物、萤石、重晶石、硫化物、黑云母、钠闪石
矿化白云岩	主矿	M- P31-	27	方解石、磁铁矿、独居石、氟碳稀土矿物、萤石、重晶石、磷灰石、硫化物、黑云母
	东矿	E-	4	独居石、氟碳稀土矿物、萤石、重晶石、毒重石、磷灰石、硫化物、钠闪石
	西矿	W-	30	方解石、磁铁矿、独居石、氟碳稀土矿物、萤石、重晶石、毒重石、磷灰石、硫化物、黑云母、霓石、钠闪石
	东介勒格勒	DJ-	3	磁铁矿、独居石、氟碳稀土矿物、萤石、重晶石
	菠萝头	BLT-5	1	方解石、磁铁矿、独居石、硫化物

表1 白云鄂博矿床矿化蚀变矿物组合

Table 1 Mineral assemblages of the mineralized alteration in the Bayan Obo deposit

岩(矿)石名称	采样位置	样品编号	数量	蚀变矿物组合
碳酸岩脉	菠萝头	BLT-	6	方解石、独居石、氟碳稀土矿物、萤石、重晶石、磷灰石、硫化物、黑云母、钠闪石
	东介勒格勒	DJ-15	1	方解石、氟碳稀土矿物、萤石、毒重石、黑云母
	一号脉	Mai-5	1	方解石、氟碳稀土矿物、重晶石、霓石
磁铁矿石	主矿	M-	45	方解石、磁铁矿、独居石、氟碳稀土矿物、萤石、重晶石、磷灰石、硫化物、黑云母、霓石、钠闪石
	东矿	E-	6	磁铁矿、独居石、氟碳稀土矿物、萤石、重晶石、磷灰石、硫化物、霓石、钠闪石
	西矿	W-	14	磁铁矿、独居石、氟碳稀土矿物、萤石、重晶石、毒重石、磷灰石、硫化物、黑云母、霓石、钠闪石
	东介勒格勒	DJ-	2	白云石、磁铁矿、独居石、萤石、重晶石、硫化物
蚀变岩	主矿	M-	3	方解石、磁铁矿、独居石、萤石、重晶石、磷灰石、硫化物、黑云母、钠闪石
	东矿	E-	2	方解石、磁铁矿、氟碳稀土矿物、萤石、重晶石、硫化物、黑云母、霓石
	西矿	W-75	1	磁铁矿、独居石、磷灰石、硫化物、黑云母、钠闪石
	东介勒格勒	DJ-	2	磁铁矿、氟碳稀土矿物、萤石、重晶石、硫化物、黑云母、钠闪石
矿化白云岩	主矿	M- P31-	27	方解石、磁铁矿、独居石、氟碳稀土矿物、萤石、重晶石、磷灰石、硫化物、黑云母
	东矿	E-	4	独居石、氟碳稀土矿物、萤石、重晶石、毒重石、磷灰石、硫化物、钠闪石
	西矿	W-	30	方解石、磁铁矿、独居石、氟碳稀土矿物、萤石、重晶石、毒重石、磷灰石、硫化物、黑云母、霓石、钠闪石
	东介勒格勒	DJ-	3	磁铁矿、独居石、氟碳稀土矿物、萤石、重晶石
	菠萝头	BLT-5	1	方解石、磁铁矿、独居石、硫化物

图2 菠萝头碳酸岩野外及镜下特征(BLT-7) (a)围绕辉绿玢岩角砾形成的碳酸岩韵律环带;(b)光薄片显示的辉绿玢岩角砾及碳酸岩韵律环带;(c)辉绿玢岩(正交偏光);(d)黑云母化的辉绿玢岩(正交偏光);(e)稀土萤石方解石带(正交偏光);(f)稀土黑云母带(单偏光);Pl.斜长石; Bi.黑云母; Cal.方解石; TR.稀土矿物

Fig.2 Field and microscopic features of the Boluotou carbonatite sample (BLT-7)

图3 白云鄂博矿床主矿采坑磁铁矿石矿物组合 (a)磁铁矿与萤石钠闪石重晶石稀土矿物共生(M-63,单偏光); (b)条带状萤石霓石磁铁矿石(M-17,单偏光); (c)石英萤石稀土磁铁矿石(M-52,单偏光); (d)磁铁矿萤石磷灰石(M-70,单偏光); (e)萤石重晶石稀土磁铁矿石(M-74,单偏光); (f)磁铁矿石中萤石黑云母霓石钾长石(M-89,单偏光); Mt.磁铁矿; Ba.重晶石; TR.稀土矿物; Fl.萤石; Ri.钠闪石; Ae.霓石; Mon.独居石; Q.石英; Ap.磷灰石; Bat.氟碳铈矿; Kf.钾长石

Fig.3 Mineral assemblages of the magnetite ore from the Main open pit of the Bayan Obo deposit

图4 白云鄂博矿床东矿、西矿和东介勒格勒采坑磁铁矿石矿物组合 (a)钠闪石、霓石、萤石与磁铁矿条带被萤石脉穿切(E-3,单偏光);(b)氟碳铈矿霓石磷灰石条带(E-5,单偏光);(c)含磁铁矿独居石条带与含石英萤石条带互层、褶皱并被面理置换(E-8,单偏光);(d)钠闪石磷灰石闪锌矿磁铁矿与霓石共生(W-21,单偏光);(e)磁铁矿黑云母钠闪石白云石重晶石独居石(W-65,单偏光);(f)白云岩中磁铁矿黄铁矿重晶石滑石化,可能还有磷灰石(DJ-10,单偏光);Mt.磁铁矿;Ae.霓石;Ri.钠闪石;Fl.萤石;Bat.氟碳铈矿;Ap.磷灰石;Mon.独居石;Q.石英;Sph.闪锌矿;Py.黄铁矿;Dol.白云石;Ba.重晶石;Bi.黑云母

Fig.4 Mineral assemblages of the magnetite ore from the East, West and Dongjielegele open pits of the Bayan Obo deposit

图5 白云鄂博矿床主矿、东矿、西矿和东介勒格勒采坑蚀变岩矿物组合 (a)方解石黑云母钠闪石共生(M-13,单偏光); (b)萤石稀土重晶石共生(P31-9,正交偏光); (c)萤石黑云母磁铁矿碳酸盐共生(E-17,单偏光); (d)黄铁矿钠闪石萤石黑云母共生(DJ-8,单偏光); (e)黄铁矿重晶石萤石氟碳钡铈矿共生(DJ-9,单偏光); (f)与萤石共生的黄铁矿具有变胶状结构(DJ-9,反射光); Mt.磁铁矿; Bi.黑云母; Ri.钠闪石; Cal.方解石; Mon.独居石; Fl.萤石; Ba.重晶石; Py.黄铁矿;Bat.氟碳铈矿

Fig.5 Mineral assemblages of altered rocks from the Main, East, West and Dongjielegele open pits of the Bayan Obo deposit

图6 主矿采坑矿化白云岩蚀变矿物组合 (a)白云岩裂隙中流动状的萤石稀土矿化(M-34,单偏光);(b)白云岩中萤石重晶石稀土矿脉(P31-6,正交偏光);(c)磁铁矿磷灰石萤石及稀土矿物,亮者为重晶石,正交偏光(P31-5,正交偏光);(d)白云岩黑云母磁铁矿化,黑云母中有稀土矿物(M-42,单偏光);(e)白云岩中独居石矿化呈裂隙充填状(P31-17,单偏光);(f)白云岩中微晶状磷灰石(P31-29,正交偏光);Dol.白云石;Fl.萤石;Bat.氟碳铈矿;Ba.重晶石;Mon.独居石;Mt.磁铁矿;Ap.磷灰石;Ri.钠闪石;Bi.黑云母;TR.稀土矿物

Fig.6 Alteration mineral assemblages of mineralized dolomite from the Main open pit of the Bayan Obo deposit

图7 东矿和东介勒格勒采坑矿化白云岩蚀变矿物组合 (a)白云岩中磁铁矿及稀土矿物条带状脉(E-2,单偏光);(b)白云岩中钠闪石磁铁矿稀土网脉(E-20,单偏光);(c)白云岩中网脉状钠闪石磁铁矿黑云母矿化(E-21,单偏光);(d)白云岩中萤石磷灰石脉及其边部稀土矿化(E-4,正交偏光);(e)白云岩中萤石脉内棒状矿物为氟碳钙铈矿(DJ-12,单偏光);(f)白云岩中长条状矿物为氟碳钙铈矿,细粒为独居石(DJ-16,正交偏光);Dol.白云石;Bat.氟碳铈矿;Mon.独居石;Mt.磁铁矿;Ri.钠闪石;Bi.黑云母;Ap.磷灰石;Fl.萤石

Fig.7 Alteration mineral assemblages of mineralized dolomite from the East and Dongjielegele open pits of the Bayan Obo deposit

图8 西矿采坑矿化白云岩蚀变矿物组合 (a)白云岩中独居石细脉(W-14,单偏光);(b)白云岩中磷灰石网脉(W-14,正交偏光);(c)独居石萤石与磁铁矿共生,浸染状产于白云岩中,磁铁矿边部有含铌矿物,单偏光(W-24,单偏光);(d)磁铁矿与黑云母独居石共生,产于白云岩裂隙中(W-57,单偏光);(e)钠闪石独居石条带分布于白云岩中(W-53,单偏光);(f)钠闪石磁铁矿脉穿插碎裂白云岩(W-45,单偏光); Dol.白云石;Mon.独居石;Ap.磷灰石;Ri.钠闪石;Fl.萤石;Mt.磁铁矿;Bi.黑云母

Fig.8 Alteration mineral assemblages of mineralized dolomite from the West open pit of the Bayan Obo deposit

图9 独居石方解石脉充填于白云岩裂隙中(主矿M-49) (a)单偏光;(b)背散射电子像;Cal.方解石;Dol.白云石;Mon.独居石

Fig.9 Monazite-calcite vein filling in the fractures of the dolomite

图10 磁铁矿化与稀土矿化共生关系(主矿M-23) (a)(b)磁铁矿、重晶石和氟碳铈矿组成碎斑,微晶磷灰石组成碎基(单偏光及正交偏光);(c)(d)磁铁矿与氟碳铈矿共结结构,磁铁矿中还包含更细小的氟碳铈矿(背散射电子像);Mt.磁铁矿;Ba.重晶石;Bat.氟碳铈矿;Ap.磷灰石

Fig.10 Paragenetic relationship between the magnetite mineralization and REE mineralization (sample M-23 of the Main open pit)

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