柯昌輝，李以科，李立興，趙永崗，董曉杰，郝美珍，李厚民，李瑞萍

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所自然資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京，100037；2.包鋼(集團(tuán))公司白云鄂博鐵礦，內(nèi)蒙古包頭，014080；3.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春，130061)

白云鄂博是世界上最大的稀土礦床，中國(guó)最大的鈮礦床和第二大釷礦床，同時(shí)還是超大型鐵礦床，伴生有鈧、螢石、硫、磷和鉀等多種元素，具有極高的經(jīng)濟(jì)和研究?jī)r(jià)值，備受世界矚目。國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)其礦床地質(zhì)特征、地球化學(xué)、同位素年代學(xué)、流體地質(zhì)學(xué)等進(jìn)行了大量研究，但對(duì)于礦床成因依然沒(méi)有達(dá)成共識(shí)[1?3]。各種對(duì)立的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)彰顯了白云鄂博礦床成因的復(fù)雜性，其爭(zhēng)論的焦點(diǎn)是賦礦“白云巖”(又稱“H8 白云巖”或者“H52白云巖”，為了研究的延續(xù)，本文仍采用“賦礦‘白云巖’”這一表述，但不具有成因意義)成因認(rèn)識(shí)的不同[4]。

關(guān)于白云鄂博賦礦“白云巖”成因觀點(diǎn)主要可以分為兩大類：一是沉積型，包括正常沉積[5?7]和熱水沉積[8?14]，此觀點(diǎn)認(rèn)為成礦物質(zhì)與賦礦“白云巖”是同沉積形成的，其形成之后遭受了后期深(幔)源富稀土流體的交代作用[5,15?17]。二是巖漿碳酸巖型，包括陸相侵入碳酸巖型[18?24]和海相火山碳酸巖型[25?27]，該觀點(diǎn)認(rèn)為賦礦“白云巖”是火成碳酸巖，白云鄂博礦床是碳酸巖巖漿作用的產(chǎn)物，礦區(qū)廣泛發(fā)育的蝕變作用是碳酸巖巖漿侵入圍巖形成的霓長(zhǎng)巖化等堿性蝕變[18,19,28?31]。

對(duì)賦礦“白云巖”的“水成”與“火成”的爭(zhēng)論不僅導(dǎo)致礦床成因認(rèn)識(shí)的爭(zhēng)議，而且引起了找礦方向的分歧，成為制約正確認(rèn)識(shí)白云鄂博成礦模式和深部及外圍找礦勘查突破的關(guān)鍵地質(zhì)問(wèn)題。由于白云鄂博成礦作用的獨(dú)特性和復(fù)雜性[32?33]，加上中元古代以來(lái)強(qiáng)烈的構(gòu)造改造和礦化蝕變疊加作用[15]，導(dǎo)致早期地質(zhì)特征已面目全非[2]，且?guī)r石同位素地球化學(xué)體系也遭受多次重置[10,34?36]，這大幅增加了從地球化學(xué)角度正確認(rèn)識(shí)賦礦“白云巖”成因的難度。

鑒于此，本文在前人研究成果基礎(chǔ)上，結(jié)合白云鄂博1:5萬(wàn)專題礦產(chǎn)地質(zhì)填圖最新成果，著重調(diào)查賦礦“白云巖”與圍巖的接觸關(guān)系、二者內(nèi)外接觸帶礦化蝕變特征和賦礦“白云巖”垂向上的礦化蝕變分帶，立足野外地質(zhì)特征，結(jié)合巖(礦)相學(xué)工作，重新認(rèn)識(shí)賦礦“白云巖”成因及其演變，為解決賦礦“白云巖”的“水成”與“火成”之爭(zhēng)論提供有力的地質(zhì)證據(jù)，同時(shí)為進(jìn)一步開(kāi)展成礦機(jī)制研究提供新的依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

2.1 賦礦“白云巖”與圍巖接觸帶蝕變分帶

H8“白云巖”與圍巖接觸關(guān)系是判斷“白云巖”成因的重要地質(zhì)依據(jù)。近年來(lái)礦山的開(kāi)采和深部鉆探揭露的地質(zhì)現(xiàn)象為重新認(rèn)識(shí)這個(gè)問(wèn)題提供了新證據(jù)。本文分析了賦礦“白云巖”與頂板圍巖接觸帶(剖面A?A'，B?B')及其與底板圍巖接觸帶(剖面C?C')礦化蝕變特征，其詳細(xì)地質(zhì)特征描述如下。

圖1所示為白云鄂博礦區(qū)主礦、東礦和西礦地質(zhì)簡(jiǎn)圖。由圖1可見(jiàn)：白云鄂博REE?Nb?Fe 礦床位于華北陸塊北緣西段白云鄂博裂谷帶內(nèi)[37]。礦區(qū)出露地層主要為中元古界白云鄂博群，主要由尖山組(Pt2j)、哈拉霍格特組(Pt2h)、比魯特組(Pt2b)組成，為一套陸源碎屑巖、泥頁(yè)巖、碳酸鹽巖組合，局部可見(jiàn)少量火山巖。白云鄂博礦床主要由主礦、東礦和西礦3 個(gè)礦段組成(圖1(b))，高磁和東介勒格勒礦段分別為主礦、東礦南側(cè)白云巖中產(chǎn)出的小規(guī)模礦體。主礦、東礦體主要賦存于厚層狀“白云巖”中，產(chǎn)狀南傾，傾角60°～70°。主要礦石類型有底部條帶狀鈮?稀土?鐵礦石帶，中部塊狀鈮?稀土?鐵礦石帶，上部為鈉閃石型鈮?稀土?鐵礦石帶。磁鐵礦、赤鐵礦、假象赤鐵礦、針鐵礦為主要的鐵礦石礦物，稀土礦物以獨(dú)居石、氟碳鈰礦、黃河礦為主，鈮礦物以易解石、燒綠石為主。賦礦“白云巖”上覆地層主要為一套硅質(zhì)板巖、云母片巖、石英巖組成的地層(又稱H9 或H35)。該套地層發(fā)育強(qiáng)烈的微斜長(zhǎng)石化、金云母化、霓長(zhǎng)巖化、碳酸鹽化[38]，稀土礦化較弱，局部REE2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%～2%。礦區(qū)東部和南部發(fā)育大

圖1 白云鄂博礦區(qū)主礦、東礦和西礦地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Geological sketch map of Main section,East section and West section in Bayan Obo ore deposit

2 賦礦“白云巖”典型地質(zhì)特征

2.1 賦礦“白云巖”與圍巖接觸帶蝕變分帶

H8“白云巖”與圍巖接觸關(guān)系是判斷“白云巖”成因的重要地質(zhì)依據(jù)。近年來(lái)礦山的開(kāi)采和深部鉆探揭露的地質(zhì)現(xiàn)象為重新認(rèn)識(shí)這個(gè)問(wèn)題提供了新證據(jù)。本文分析了賦礦“白云巖”與頂板圍巖接觸帶(剖面A?A'，B?B')及其與底板圍巖接觸帶(剖面C?C')礦化蝕變特征，其詳細(xì)地質(zhì)特征描述如下。

2.1.1 主礦東壁H8“白云巖”與礦體頂板圍巖接觸帶實(shí)測(cè)剖面

剖面A?A'位于白云鄂博礦區(qū)主礦東壁(圖1)，根據(jù)野外的詳細(xì)觀測(cè)，剖面自長(zhǎng)城系尖山組三段至“白云巖”的巖性特征和礦化蝕變特征如下(圖2)。

圖2 白云鄂博礦區(qū)主礦東壁H8與礦體頂板圍巖接觸帶實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面圖Fig.2 Measured geological section of contact zone between H8 and ore body roof in main section of Bayan Obo deposit

長(zhǎng)城系尖山組三段(Chj3)(15～13段)：主要為深灰色含粉砂質(zhì)碳質(zhì)絹云母板巖夾變質(zhì)粉砂巖，巖石中局部可見(jiàn)螢石化、黑云母化、霓石化、鈉閃石化、黃鐵礦化，從尖山組三段到“白云巖”礦體，蝕變和礦化強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。

“白云巖”礦體(Pt2dol)(12～10段)：主要為灰白色白云石型鈮?稀土?磁鐵礦石，磁鐵礦化“白云巖”呈脈狀侵入到長(zhǎng)城系尖山組三段碳質(zhì)板巖中(圖2(a))。礦石中發(fā)育霓石化、螢石化、鈉閃石化蝕變。主要礦石礦物為磁鐵礦、赤鐵礦、少量稀土礦化，局部富集段礦石可呈塊狀，脈石礦物主要為白云石。

長(zhǎng)城系尖山組三段(Chj3)(9～5段)：主要為深灰色含粉砂碳質(zhì)絹云母板巖夾富鉀板巖，其中，富鉀板巖中發(fā)育規(guī)模不等的網(wǎng)脈狀鉀長(zhǎng)石脈和團(tuán)塊(圖2(b))，富鉀板巖具隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要礦物為黏土礦物、微斜長(zhǎng)石、碳質(zhì)、石英等，局部可見(jiàn)磷灰石化、碳酸鹽化，向外逐漸過(guò)渡到隱晶質(zhì)的鉀長(zhǎng)石化板巖。該段與磁鐵礦化“白云巖”接觸帶局部可見(jiàn)螢石化、黑云母化、霓(輝)石化、鈉閃石化和黃鐵礦化。

“白云巖”礦體(Pt2dol)(4～1 段)：自“白云巖”與板巖接觸帶以北，依次為條帶狀鈮?稀土?磁鐵礦石→白云石型鈮?稀土?磁鐵礦石→低品位白云石型礦石→磁鐵礦化“白云巖”?！鞍自茙r”礦體與板巖接觸帶，二者界線呈舒緩波狀(圖2(c)和(d))。巖石中發(fā)育螢石化、磁鐵礦化(含少量稀土礦物)蝕變；“白云巖”中可見(jiàn)板巖透鏡體(多處尖滅)，板巖比較破碎，板理發(fā)育，局部可見(jiàn)變形彎曲，黑云母化強(qiáng)烈，二者接觸邊部發(fā)育弱螢石礦化，弱磁鐵礦化。條帶狀鈮?稀土?磁鐵礦石(低品位)中發(fā)育螢石化、磁鐵礦化，局部可見(jiàn)閃石化，磁鐵礦化較弱，局部可見(jiàn)鈉閃石脈沿磁鐵礦化“白云巖”節(jié)理分布(圖2(f))，并伴隨螢石化、霓石化(弱)蝕變。

此剖面為H8“白云巖”礦體與頂板圍巖接觸帶的典型剖面，此外，主礦東壁、東礦西壁、東礦東壁都具有類似的地質(zhì)特征，其主要特點(diǎn)為：1)H8“白云巖”呈巖枝狀穿切圍巖；2)接觸帶內(nèi)帶發(fā)育螢石化、霓石化、霓輝石化、鈉閃石化、磷灰石化等蝕變，外帶發(fā)育黑云母化、鉀化(微斜長(zhǎng)石化)、鈉閃石化、弱螢石化、弱黃鐵礦化、弱磁鐵礦化蝕變。

2.1.2 菠蘿頭H8“白云巖”與礦體底板圍巖接觸帶剖面

剖面B?B'位于白云鄂博礦區(qū)東礦東側(cè)菠蘿頭礦段(圖1和圖3)。根據(jù)野外觀測(cè)，磁鐵礦化“白云巖”與礦體底板圍巖接觸帶關(guān)系、圍巖蝕變類型與其他接觸帶都具有可對(duì)比性。本剖面自磁鐵礦化“白云巖”(Pt2dol)至長(zhǎng)城系尖山組三段(Chj3)巖性及蝕變?cè)斒鋈缦隆?/p>

磁鐵礦化“白云巖”：主要礦物為白云石、磁鐵礦。巖石發(fā)育鈉閃石化、螢石化、霓石化(弱)，弱黃鐵礦化。磁鐵礦化“白云巖”被晚期閃長(zhǎng)玢巖脈穿切(圖3(b))，脈寬約1 m，脈巖與圍巖接觸界限平直，未見(jiàn)冷凝邊和蝕變。

黑云母化帶：寬約40 cm，巖石基本上全部由黑云母組成，黑云母鱗片多平行于接觸面呈定向排列，片晶晶粒隨遠(yuǎn)離接觸帶而逐漸變小(圖3(c))。

霓長(zhǎng)巖化帶：帶寬約3 m。主要蝕變類型有鈉閃石化、霓石化、霓輝石化、螢石化、黑云母化等，其中鈉閃石化、霓石化增強(qiáng)，螢石化、黑云母化逐漸減弱(圖3(d))。

斷層破碎帶：破碎帶成分主要為炭質(zhì)板巖，比較破碎，板理發(fā)育，局部可見(jiàn)變形彎曲，黑云母化強(qiáng)烈，二者接觸邊部發(fā)育弱螢石礦化，弱磁鐵礦化。

灰黑色碳質(zhì)板巖：主要礦物為微斜長(zhǎng)石、絹云母、碳質(zhì)。板巖中發(fā)育弱黑云母化、硅化、黃鐵礦化、弱螢石化(圖3(f))；局部可見(jiàn)石英網(wǎng)脈穿切板理。

圖3 白云鄂博礦區(qū)菠蘿頭H8與礦體底板圍巖接觸帶實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面圖Fig.3 Measured geological section of contact zone between H8 and bottom morphology in Boluotou Bayan Obo ore deposit

此剖面為H8“白云巖”礦體與底板圍巖接觸帶的典型剖面，其主要特點(diǎn)為：1)接觸帶內(nèi)帶發(fā)育磁鐵礦化、黃鐵礦化、螢石化、霓石化、鈉閃石化、磷灰石化等蝕變，外帶發(fā)育黑云母化、鉀化(微斜長(zhǎng)石化)、鈉閃石化、弱螢石化、弱黃鐵礦化、弱磁鐵礦化蝕變；2)自磁鐵礦化“白云巖”至長(zhǎng)城系尖山組三段(Chj3)炭質(zhì)板巖，蝕變和礦化強(qiáng)度逐漸減弱。

2.1.3 東介勒格勒H8“白云巖”與礦體底板圍巖接觸帶剖面

剖面C?C′位于白云鄂博礦區(qū)東介勒格勒礦段(圖1和圖4)。根據(jù)野外觀測(cè)，磁鐵礦化“白云巖”與礦體頂板圍巖接觸帶關(guān)系、圍巖蝕變類型與其他接觸帶都具有可對(duì)比性。本剖面自磁鐵礦化“白云巖”往外至長(zhǎng)城系尖山組三段巖性的蝕變類型依次為：磁鐵礦化“白云巖”→斷層破碎帶→黑云母化帶→霓長(zhǎng)巖化帶→弱霓長(zhǎng)巖化變質(zhì)石英砂巖→碳質(zhì)板巖。

磁鐵礦化“白云巖”(圖4(b))：主要礦物為白云石、磁鐵礦。巖石發(fā)育鈉閃石化(局部被節(jié)理截?cái)?，螢石化、霓石化(弱)，弱黃鐵礦化，弱磁鐵礦蝕變。

斷層破碎帶：為H8 與圍巖的接觸帶，巖石比較破碎(圖4(c))。破碎帶內(nèi)可見(jiàn)磁鐵礦化、螢石礦化、霓石化等蝕變。

黑云母化帶：寬約1 m，巖石可全部由黑云母組成，黑云母鱗片多平行接受面定向排列，鱗片尺寸隨遠(yuǎn)離接觸帶而逐漸變小。

霓長(zhǎng)巖化帶：帶寬約3 m。鈉質(zhì)閃石替代了全部霓石，巖石由含量相等的鈉質(zhì)閃石和微斜長(zhǎng)石組成(圖4(d))，鈉質(zhì)閃石主要為含鎂的鈉鐵閃石[18]。

弱霓長(zhǎng)巖化變質(zhì)石英砂巖：發(fā)育于霓長(zhǎng)巖化帶外側(cè)，主要有鈉質(zhì)閃石化、微斜長(zhǎng)石化、霓石化、硅化、其次有獨(dú)居石化、磷灰石化，沿裂隙發(fā)育有鈉閃石?霓石細(xì)脈。

灰黑色碳質(zhì)板巖：主要礦物為微斜長(zhǎng)石、絹云母、碳質(zhì)。板巖中發(fā)育弱黑云母化、硅化、黃鐵礦化、弱螢石化(圖4(e))；局部可見(jiàn)石英網(wǎng)脈垂直于板理。

圖4 白云鄂博礦區(qū)東介勒格勒H8與礦體頂板圍巖接觸帶實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面圖Fig.4 Measured geological section of contact zone between H8 and ore body roof in Dongjielegele section of Bayan Obo deposit

此剖面為H8“白云巖”礦體與底板圍巖接觸帶的典型剖面，其主要特點(diǎn)為：1)接觸帶內(nèi)帶發(fā)育磁鐵礦化、黃鐵礦化、螢石化、霓石化、鈉閃石化、磷灰石化等蝕變，外帶發(fā)育黑云母化、鉀化(微斜長(zhǎng)石化)、鈉閃石化、弱螢石化、弱黃鐵礦化、弱磁鐵礦化蝕變；2) 自磁鐵礦化“白云巖”至長(zhǎng)城系尖山組三段炭質(zhì)板巖，蝕變和礦化強(qiáng)度逐漸減弱。

2.2 H8“白云巖”邊部圍巖捕擄體地質(zhì)特征

在白云鄂博礦區(qū)的西礦、東介勒格勒和菠蘿頭礦段的H8“白云巖”與圍巖的內(nèi)接觸帶，均發(fā)現(xiàn)有碳質(zhì)板巖(圖5(a)，(b)，(d))、硅質(zhì)板巖(圖5(c))、石英砂巖、閃長(zhǎng)(玢)巖(圖6)和輝長(zhǎng)巖捕虜體，大者長(zhǎng)十幾米，小的僅為數(shù)厘米。捕虜體長(zhǎng)軸方向一般與巖體邊界方向一致。捕虜體的邊部甚至整個(gè)捕虜體被碳酸鹽礦物(白云石)強(qiáng)烈交代(圖5(d))。

圖5 白云鄂博礦區(qū)西礦和菠蘿頭礦段“白云巖”中捕虜體地質(zhì)特征Fig.5 Geological characteristics of granulite xenoliths in“dolomite”from Western Orebody of Bayan Obo ore deposit

在東礦東部接觸帶發(fā)現(xiàn)1 處典型的地質(zhì)剖面(圖6)，剖面主體巖性為磁鐵礦化“白云巖”(圖6(b))，巖石中可見(jiàn)規(guī)模達(dá)2～5 m 的閃長(zhǎng)玢巖捕虜體，其地球化學(xué)成分顯示巖性介于中性和基性之間[40]，捕虜體形態(tài)呈渾圓狀(圖6(c))，邊界呈弧形，可見(jiàn)寬約2～5 mm的反應(yīng)邊，呈深灰綠色(圖6(d))，靠近“白云巖”一側(cè)可見(jiàn)寬2～4 mm 的冷凝邊(圖6(c))，冷凝邊向外白云石粒度逐漸變粗，在二者邊界，還可見(jiàn)閃長(zhǎng)玢巖破碎成小團(tuán)塊圍繞捕虜體呈環(huán)狀分布，其間被“白云巖”膠結(jié)。此外，露頭上還可以見(jiàn)到局部閃長(zhǎng)玢巖發(fā)生破碎，被“白云巖”脈穿切(圖6(e))，其中，破碎的閃長(zhǎng)玢巖在形態(tài)上可以拼貼(圖6(f))。

圖6 白云鄂博礦區(qū)東礦“白云巖”中閃長(zhǎng)玢巖捕虜體地質(zhì)特征Fig.6 Geological characteristics of dioritic porphyrite granulite xenoliths in“dolomite”from Eastern Orebody of Bayan Obo ore deposit

2.3 與碳酸巖配套的堿性雜巖

在白云鄂博礦區(qū)的東礦、東介勒格勒和菠蘿頭礦段的H8“白云巖”與圍巖的外接觸帶，均發(fā)現(xiàn)有堿性正長(zhǎng)巖脈(圖7(a))，鈉長(zhǎng)石化堿性蝕變帶(圖7(b))，堿性角閃正長(zhǎng)巖脈(圖7(c))產(chǎn)出。這些堿性巖脈侵入到白云鄂博群尖山組黑云母片巖中，巖脈兩側(cè)可見(jiàn)細(xì)粒邊，外側(cè)圍巖可見(jiàn)烘烤邊，二者共同遭受了晚期構(gòu)造變形(圖7(a))。這些巖脈中含有典型的針狀堿性長(zhǎng)石、堿性角閃石、堿性輝石等堿性礦物。露頭上亦可見(jiàn)碳酸巖脈穿切鈉長(zhǎng)石化堿性蝕變帶(圖7(b))，表明其形成時(shí)間可能略早于碳酸巖。

圖7 白云鄂博礦區(qū)堿性巖野外地質(zhì)特征Fig.7 Geological characteristics of alkaline rock from Bayan Obo ore deposit

此外，這些堿性巖與白云鄂博碳酸巖均共生產(chǎn)出，與碳酸巖共同構(gòu)成了一個(gè)環(huán)狀分布的堿性雜巖組合，與世界上典型的碳酸巖?堿性基性超基性雜巖侵位組合一致，與其形成的裂谷地質(zhì)構(gòu)造背景相吻合。

2.4 深部鉆孔揭示的礦化蝕變特征

由于白云鄂博礦區(qū)遭受了強(qiáng)烈變形改造作用，加上生產(chǎn)開(kāi)采活動(dòng)，地表地質(zhì)現(xiàn)象異?；靵y。深部重要地質(zhì)體空間展布相對(duì)穩(wěn)定，有利于研究礦床成因和礦田構(gòu)造。本文以礦區(qū)最深的ZK20-2 鉆孔為例，通過(guò)詳細(xì)的巖芯地質(zhì)編錄、巖(礦)相學(xué)鑒定和化學(xué)分析等工作，試圖剖析白云鄂博礦區(qū)深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)和礦化蝕變特征。

ZK20-2 鉆孔位于東礦與東介勒格勒礦段中間原來(lái)認(rèn)為的“白云向斜”核部(圖1)，根據(jù)本文作者觀測(cè)，整個(gè)鉆孔主要的巖性組合可分為3 個(gè)部分(如圖8(a)所示)：1)硅質(zhì)巖?板巖?云母片巖段；2) 硅質(zhì)板巖與“白云巖”接觸帶；3) “白云巖”段?？偟膩?lái)說(shuō)，“白云巖”深部延伸穩(wěn)定，產(chǎn)狀南傾，且全孔遭受強(qiáng)烈交代蝕變作用，根據(jù)主要的巖性組合、接觸關(guān)系、蝕變類型以及礦化強(qiáng)度差異，其地質(zhì)特征如下。

硅質(zhì)巖?板巖?云母片巖段：孔深0～1 008.4 m，主要巖性組合為灰白色硅質(zhì)巖(圖8(b))和碳質(zhì)板巖夾片巖。主要發(fā)育閃石類(鈉鐵閃石、鈉透閃石、鎂鈉閃石)(圖8(c))、云母類(黑云母化，金云母化，絹云母化)(圖8(d))、長(zhǎng)石類(鈉長(zhǎng)石化、微斜長(zhǎng)石化)(圖8(e))、輝石類(霓石化、霓輝石化)(圖8(g))、重晶石化、黃鐵礦化等蝕變作用，越靠近其與“白云巖”接觸帶，蝕變?cè)綇?qiáng)。

硅質(zhì)板巖與“白云巖”接觸帶：孔深1 008.4～1 105.8 m，主要為硅質(zhì)板巖與“白云巖”接觸帶，局部呈斷層接觸。接觸帶發(fā)生黑云母化、金云母化、閃石化、霓石化，化學(xué)成分分析顯示該段鐵、鈮、稀土礦化明顯增強(qiáng)(如圖8(a)中⑥所示)。鉆孔1 077 m處“白云巖”與板巖交替出現(xiàn)，巖性條紋塊長(zhǎng)1～2 cm，條紋條帶清晰，明顯受構(gòu)造變形影響，條紋同步褶曲，這些條帶空間延伸不連續(xù)，主要為后期構(gòu)造面理。對(duì)比20號(hào)勘探線其他鉆孔，在板巖與白云巖接觸帶，均出現(xiàn)“白云巖”與板巖交替出現(xiàn)，表明在層位傾向上是穩(wěn)定連續(xù)出現(xiàn)的。巖性交替出現(xiàn)的形成機(jī)理是解釋“白云巖”成因的關(guān)鍵。

“白云巖”段：孔深1 105.8～1 775.4 m，主要發(fā)育大理巖化、鈉透閃石化、磁鐵礦化、稀土礦化、螢石化。以閃石類、輝石類、云母類、螢石化、磁鐵礦化、稀土元素礦化等蝕變最強(qiáng)烈，造就了本區(qū)最重要的成礦作用。1 700 m處“白云巖”遭受強(qiáng)烈的透閃石化蝕變，透閃石呈灰藍(lán)色條帶貫穿整個(gè)“白云巖”?！鞍自茙r”鐵礦中主要鐵礦物為磁鐵礦和赤鐵礦，磁鐵礦呈交代殘余分布在赤鐵礦中(圖8(h))。主要稀土礦物獨(dú)居石呈脈狀沿白云石裂隙分布，呈現(xiàn)熱液交代成礦的特點(diǎn)(圖8(i)，(j))。盡管稀土幾乎全巖礦化，部分地段(構(gòu)造破碎帶)稀土品位明顯偏高(如圖8(a)中⑥所示)。鐵礦體呈透鏡體共生在稀土礦體中，而鈮礦化主要分布在板巖與“白云巖”接觸部位的“白云巖”一側(cè)。

圖8 白云鄂博礦區(qū)20線勘探線剖面圖、鉆孔ZK20-2地質(zhì)特征及礦石化學(xué)成分分布圖Fig.8 No.20 exploration line map,geological characteristics and chemical constituents of ZK20-2 in Bayan Obo ore deposit

構(gòu)造破碎帶：孔深1 417.5～1 439.2 m，構(gòu)造破碎強(qiáng)烈，斷層角礫構(gòu)造發(fā)育，1 437 m 處巖石碾碎成斷層泥，破碎帶分布“白云巖”層內(nèi)。根據(jù)鉆孔鐵、稀土、鈮元素品位化驗(yàn)數(shù)據(jù)，破碎帶部位的成礦元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯比兩側(cè)“白云巖”(圖8)的高，稀土元素高品位礦化帶嚴(yán)格受控于“白云巖”層內(nèi)構(gòu)造破碎帶。

3 “白云巖”構(gòu)造變形與重結(jié)晶作用

3.1 近東西向韌性剪切構(gòu)造帶地質(zhì)特征

1∶1 萬(wàn)地質(zhì)填圖識(shí)別出一條貫穿礦區(qū)的韌性剪切帶。該組韌性剪切構(gòu)造帶位于主礦、東礦南側(cè)，起于西礦南側(cè)，向東經(jīng)主礦、東礦南側(cè)向東延伸，延長(zhǎng)規(guī)模超過(guò)10 km，糜棱巖化帶寬度未完全控制。礦區(qū)內(nèi)“白云巖”、上覆富鉀板巖均遭受不同程度的糜棱巖化。此外，在礦區(qū)南部中元古界白云鄂博群尖山組糜棱巖化長(zhǎng)石石英巖中還發(fā)育有大量的礦物拉伸線理。

圖9所示為白云鄂博礦區(qū)近東西向韌性剪切帶地質(zhì)特征。由圖9可見(jiàn)：該組韌性剪切構(gòu)造在不同性質(zhì)的巖石中有不同的表現(xiàn)。

1)在細(xì)?！鞍自茙r”中，變形不明顯(圖9(a))；

2)在礦體頂板富鉀板巖中，由于巖石能干型比較強(qiáng)，巖石受剪切發(fā)生脆性碎裂(圖9(b))；

3)在細(xì)?！鞍自茙r”與接觸云母巖接觸帶，發(fā)育差異性韌性變形(圖9(c))；

4)在鈉長(zhǎng)石發(fā)育的地段，可發(fā)育早期鈉長(zhǎng)石脈透鏡體化(圖9(d))；

5)在螢石化發(fā)育的地段，眼球狀構(gòu)造異常發(fā)育(圖9(e))。

6)糜棱巖中發(fā)育各種指向性清楚的顯微構(gòu)造，包括白云石碎斑、長(zhǎng)石碎斑、眼球狀構(gòu)造、機(jī)械雙晶、書(shū)斜構(gòu)造(圖10)等。

7)在白云石碎斑沿剪切破裂面發(fā)生滑移，拖尾構(gòu)造顯示運(yùn)動(dòng)方向?yàn)樽笮羟?圖9(f))。

礦區(qū)發(fā)育大量條帶狀構(gòu)造礦石，按照條帶成分的不同，可以分為條帶狀鐵礦石、螢石型條帶狀稀土礦石和霓石型條帶狀稀土?鐵礦石，構(gòu)成了白云鄂博主要礦石類型，在主礦、東礦區(qū)均大量發(fā)育。條帶主要由螢石、霓石、閃石、云母、磁鐵礦組成，白云石、方解石等碳酸鹽礦物呈碎裂殘斑、亞顆粒(圖9(a)和(b))，礦物顆粒之間邊界線呈鋸齒狀、縫合線狀及不規(guī)則港灣狀(圖9(b))，呈明顯的動(dòng)態(tài)重結(jié)晶礦物形態(tài)。

3.2 “白云巖”動(dòng)態(tài)重結(jié)晶顯微巖相學(xué)特征

1)碎裂組構(gòu)。碳酸鹽礦物(白云石、方解石)、磁鐵礦等礦物發(fā)生明顯的顯微破裂，碎塊之間無(wú)明顯的位置移動(dòng)，碎裂的礦物具有可拼性，巖石(礦物)裂縫中有稀土礦物、螢石、石英等礦物充填。碎裂中的巖塊和碎基雜亂分布，無(wú)定向排列(圖10(a)和(b))。

2)糜棱組構(gòu)。韌性剪切帶內(nèi)巖(礦)石遭受了強(qiáng)烈塑性變形作用，形成了大量的糜棱組構(gòu)：

①眼球狀構(gòu)造，碎斑礦物定向排列呈透鏡狀、長(zhǎng)圓狀和眼球狀，碎斑礦物主要磁鐵礦(圖9(b))、白云石(圖10(g))、閃石、螢石(圖9(e))等組成，碎斑礦物顯微變形結(jié)構(gòu)發(fā)育，常見(jiàn)波狀消光、變形雙晶、亞顆粒(圖10(c))、核幔結(jié)構(gòu)(圖10(d))；

②部分碎基礦物經(jīng)歷重結(jié)晶和變晶作用形成新生變質(zhì)礦物，如白云石顆粒，云母(圖10(e))；

③巖石具有明顯的定向構(gòu)造(圖9(e)和9(f)；圖10(c)，(e)和(g))，碎斑礦物的長(zhǎng)軸定向形成了S面理，云母定向分布形成了C面理(圖10(e))。

圖9 白云鄂博礦區(qū)近東西向韌性剪切帶地質(zhì)特征Fig.9 Geological characteristics of nearly EW trend ductile shear zones in Bayan Obo ore deposit

3)變晶結(jié)構(gòu)。糜棱巖碎中碳酸鹽礦物碎基發(fā)生了重結(jié)晶和變晶作用，形成白云石(方解石)亞顆粒，呈定向排列，與少量碎斑形成千糜構(gòu)造(圖10(c))。

圖10 白云鄂博礦區(qū)“白云巖”動(dòng)態(tài)重結(jié)晶巖相學(xué)特征Fig.10 Petrography of dynamic recrystallization texture in“dolomite”from Bayan Obo ore deposit

4 討論

4.1 賦礦“白云巖”原巖為巖漿成因的白云石碳酸巖

賦礦“白云巖”既是白云鄂博REE?Nb?Fe 礦床的圍巖，又是含礦主巖，是解開(kāi)白云鄂博礦床成因之謎的關(guān)鍵。碳酸鹽礦物極易受后期地質(zhì)作用改造而發(fā)生結(jié)構(gòu)上的改變[41]，單純的手標(biāo)本和顯微鏡觀察已無(wú)法判斷賦礦“白云巖”原巖的結(jié)構(gòu)構(gòu)造；同時(shí)，復(fù)雜的交代作用模糊了白云巖的原始信息，造就了大量“模棱兩可”的地球化學(xué)數(shù)據(jù)[3,42]。因此，全巖尺度的地球化學(xué)分析難以很好反映其形成時(shí)的原始信息，很難判斷其巖石成因。無(wú)論是沉積成因還是巖漿成因，都有其相應(yīng)的地球化學(xué)證據(jù)，形成了白云鄂博礦區(qū)賦礦“白云巖”成因爭(zhēng)論不休的局面。歸根結(jié)底，白云鄂博礦床成因認(rèn)識(shí)矛盾來(lái)源于地質(zhì)與地球化學(xué)認(rèn)識(shí)的矛盾[1,28]，鑒于地球化學(xué)數(shù)據(jù)存在多期地質(zhì)事件改造與地球化學(xué)體系疊置等多種因素影響，本文重點(diǎn)剖析沉積成因與巖漿成因的典型地質(zhì)證據(jù)。

環(huán)繞賦礦“白云巖”發(fā)育的礦化蝕變分帶是火成碳酸巖的典型地質(zhì)特征之一。經(jīng)大比例尺地質(zhì)填圖發(fā)現(xiàn)，白云鄂博礦區(qū)圍巖蝕變整體上是環(huán)繞碳酸巖分布，從賦礦“白云巖”到圍巖，蝕變強(qiáng)度逐漸遞減[28]，且頂板圍巖的蝕變強(qiáng)度明顯比底板圍巖的高。在碳酸巖頂部及頂板圍巖中的霓石化、閃石化、鈉長(zhǎng)巖化、黑云母化，與火成碳酸巖特有霓長(zhǎng)巖化蝕變特征是一致的[41,43]。值得注意的是，礦區(qū)的礦化蝕變?cè)跈M向上和縱向上(ZK20-2深部鉆孔)均具有明顯的蝕變分帶特征(圖2～4 和圖8)：從賦礦“白云巖”到頂、底板板巖，均發(fā)育磁鐵礦化→黑云母化→強(qiáng)霓長(zhǎng)巖化→弱霓長(zhǎng)巖化的蝕變分帶。如果是后期熱液流體交代早期沉積碳酸鹽巖，不太可能形成以碳酸鹽巖為中心的蝕變分帶，也很難解釋ZK20-2 鉆孔中從深部往淺部蝕變逐漸增強(qiáng)的現(xiàn)象。

賦礦巖石中發(fā)現(xiàn)的化石一直被認(rèn)為是沉積成因的關(guān)鍵地質(zhì)證據(jù)[5]，但仍值得商榷。牛紹武等[44]詳細(xì)總結(jié)了白云鄂博地區(qū)發(fā)現(xiàn)的化石類型和時(shí)代，化石產(chǎn)地均位于礦區(qū)外圍白云鄂博群尖山組和哈拉霍疙特組，其H8 地層指的是礦區(qū)北側(cè)厚層灰?guī)r，與礦區(qū)賦礦巖石完全不同，賦礦“白云巖”中是否真實(shí)存在化石成了懸而未決的問(wèn)題[2]。

H8“白云巖”邊部發(fā)現(xiàn)的捕虜體是火成碳酸巖的關(guān)鍵地質(zhì)證據(jù)。在白云鄂博礦區(qū)的西礦、東介勒格勒和菠蘿頭礦段的巖體與圍巖的內(nèi)接觸帶，均發(fā)現(xiàn)有碳質(zhì)板巖(圖5(b))、硅質(zhì)板巖(圖5(c))、閃長(zhǎng)(玢)巖(圖6)和輝長(zhǎng)巖捕虜體，大者長(zhǎng)十幾米，小的僅為數(shù)厘米的團(tuán)塊。捕虜體長(zhǎng)軸方向一般與巖體邊界方向一致。捕虜體的邊部甚至整個(gè)捕虜體被碳酸鹽礦物(白云石)強(qiáng)烈交代。前人研究中均有發(fā)現(xiàn)碳酸巖中捕獲圍巖捕虜體的現(xiàn)象[18,19,45]。

與H8“白云巖”近同期產(chǎn)出的堿性巖同碳酸巖體共同構(gòu)成了一個(gè)堿性巖套組合，進(jìn)一步夯實(shí)了火成碳酸巖的證據(jù)。早在20世紀(jì)50年代，蘇聯(lián)地質(zhì)學(xué)家通過(guò)統(tǒng)計(jì)全球近40 個(gè)碳酸巖型礦床后指出，所有礦床中火成碳酸巖并非獨(dú)立產(chǎn)出，一般都有堿性基性?超基性雜巖配套產(chǎn)出[46]。近年來(lái)，SPANDLER 等[47]在關(guān)于澳大利亞稀土礦床成礦構(gòu)造背景的研究中指出，澳大利亞大多數(shù)硬巖型稀土礦床與堿性火成巖密切相關(guān)；王希斌等[43]也將白云鄂博廣泛產(chǎn)出的碳酸巖巖墻群及其伴生的霓長(zhǎng)巖組合歸并為白云鄂博雜巖。本次工作發(fā)現(xiàn)的堿性正長(zhǎng)巖脈及礦區(qū)廣泛發(fā)育的堿性蝕變進(jìn)一步佐證了白云鄂博賦礦“白云巖”為火成碳酸巖。

4.2 韌性剪切作用與礦石中的條帶狀構(gòu)造

根據(jù)前述討論，礦區(qū)賦礦“白云巖”為巖漿成因的白云石碳酸巖，但礦區(qū)出露的巖石又受到后期韌性剪切作用的強(qiáng)烈改造，礦區(qū)內(nèi)普遍可以看到白云石碳酸巖發(fā)生重結(jié)晶作用形成新的礦物或集合體，白云石碳酸巖具有較明顯的礦物拉長(zhǎng)狀結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)軸方向具有明顯定向性。同時(shí)，白云石重結(jié)晶也導(dǎo)致了白云石碳酸巖顆粒變細(xì)(圖10(a)和(b))，塊狀構(gòu)造的粗粒方解石碳酸巖和偉晶巖狀方解石碳酸巖會(huì)轉(zhuǎn)變成細(xì)粒條帶狀碳酸巖(圖10(c))。因此，現(xiàn)今礦區(qū)出露的白云石碳酸巖遭受了后期動(dòng)力變質(zhì)作用的改造。

沉積成因和巖漿成因爭(zhēng)論一個(gè)重要地質(zhì)證據(jù)是對(duì)條帶狀礦石的認(rèn)識(shí)，前者認(rèn)為是沉積層理或者紋層[5,6,8?10]，后者認(rèn)為巖漿流動(dòng)造成的流線或者流面[18,28]。白云鄂博賦礦白云石碳酸巖的突出特征是具有條帶狀構(gòu)造，表現(xiàn)為方解石(或鐵白云石)碳酸巖和其他礦物(鈉(鐵)閃石，瑩石，霓石，磁鐵礦、金云母、其次為稀土礦物、磷灰石等)組成的條帶互相交替(圖10(g)，(h))，這些礦物在條帶中具有明顯定向性(圖10(e))，條帶延續(xù)不穩(wěn)定，連續(xù)性差。礦區(qū)內(nèi)條紋、條帶發(fā)育的地方可見(jiàn)不同礦物被擠壓、拉伸而形成的透鏡狀、眼球狀構(gòu)造(圖10(g))，周圍的礦物呈“流動(dòng)”狀繞過(guò)“透鏡”，透鏡的長(zhǎng)軸方向和周圍“流動(dòng)”狀礦物的延伸方向與條紋、條帶的延伸方向是一致的。一般地，沉積層理(紋層)在物質(zhì)成分和空間尺度均保持一定穩(wěn)定性，連續(xù)性好，本區(qū)條帶狀礦石條帶與沉積紋理存在明顯的差別。巖漿流線(面)構(gòu)造是巖體形成時(shí)巖漿流動(dòng)造成的，一般形成于巖體邊部，本區(qū)條帶狀礦石空間分布不受控于碳酸巖體，而是與韌性變形帶密切相關(guān)。結(jié)合條帶狀礦石大量顯微變形結(jié)構(gòu)構(gòu)造，礦區(qū)內(nèi)各類礦石中的條帶狀構(gòu)造既不是沉積層理，也不是巖漿流動(dòng)的流線(面)，而是與韌性剪切帶密切相關(guān)的構(gòu)造線(面)理，是碳酸巖形成之后遭受強(qiáng)烈韌性變形的產(chǎn)物。

5 結(jié)論

1)從礦區(qū)賦礦“白云巖”產(chǎn)狀，其與頂?shù)装鍑鷰r接觸帶蝕變特征，圍巖捕虜體特征以及配套的堿性巖套組合等多個(gè)方面證明白云鄂博賦礦“白云巖”為巖漿成因的白云石碳酸巖。主要基于以下證據(jù)：①賦礦“白云巖”呈巖枝狀穿切圍巖，其與圍巖的接觸帶發(fā)育不同程度的蝕變作用；②礦區(qū)的礦化蝕變均圍繞賦礦“白云巖”形成，在橫向和縱向上均具有明顯的蝕變強(qiáng)弱變化；③在礦區(qū)的西礦、東介勒格勒和菠蘿頭礦段的“白云巖”與圍巖的內(nèi)接觸帶，均發(fā)現(xiàn)有不同類型的圍巖捕虜體；④在賦礦“白云巖”的外部接觸帶發(fā)育與“白云巖”同時(shí)期侵入的堿性巖，與白云鄂博碳酸巖體共同構(gòu)成一個(gè)堿性巖套組合。

2)礦區(qū)各類礦石中的條帶狀構(gòu)造既不是沉積層理，也不是巖漿流動(dòng)的流線(面)，而是與韌性剪切帶密切相關(guān)的構(gòu)造線(面)理，是白云石碳酸巖形成之后遭受強(qiáng)烈韌性變形的產(chǎn)物。

致謝野外工作得到了白云鄂博鐵礦生產(chǎn)部張麗、張順、賈瑞敏、楊進(jìn)軍和郭賓等工程師的大力幫助和支持，在此致以誠(chéng)摯的感謝!