白云鄂博矿床地质勘探调查研究沿革及成因认识演变
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发布时间：2022-04-26 17:12
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时间：2023-10-16 10:41
白云鄂博矿床1927年由丁道衡先生发现，但到1949年前尚未进行勘探开发工作。新中国成立后被列为首批地质勘探基地。从1950年至今，先后进行过三次大规模的地质勘探工作，两次区域调查填图工作，在矿区召开过三次专门交流讨论白云鄂博矿区地质及矿床成因的学术会议。从1958年以来，以不同形式对白云鄂博矿床开展的科研工作，更是持续不断。
50多年的地质科研工作，可大致划分两大阶段：前30年，以对铁、稀土、铌、氟、磷、钾等资源的定性，定量研究评价为主；后20年转为以探讨成矿物质来源，成矿时代，成矿机制为主。
1950～1956年华北地质局241地质队以勘探主矿、东铁矿体为主，初步普查评价了西铁矿群及东介勒格勒铁矿体，对稀土金属作了组合样品检查，提出了特种高温热液交代成矿观点（李毓英，1959）。1958～1959年中国科学院同苏联科学院合作科研队在矿区做了大量矿物和地球化学研究工作，发现了一些新的稀土和铌矿物。关于矿床成因，多数地质学家认为，矿床形成与海西期黑云母花岗岩有关的岩浆热液交代作用有关，个别中、苏学者持沉积变质见解。1960～1966年中国科学院地质研究所、贵阳地球化学研究所进一步对矿区稀有元素矿物和地球化学做了深入研究，结合钾－氩法花岗岩年龄数据和铅－铅法白云岩中元古代年龄的获得，支持海西期花岗岩浆热液交代中元古代白云岩成矿的认识。1963～1966年地质部组建105地质队，重点对主铁矿、东铁矿体的铌钽和稀土金属及其矿物做全面定性定量补充勘探。对全矿区白云岩和铁矿体也做了铌和稀土金属及矿物的定性定量普查评价。提交了“白云鄂博矿区矿床地质特征与成矿规律的研究”报告。其成因观点也是与海西期黑云母花岗岩有关的岩浆热液交代成矿。
1972年底在贵阳召开了“全国稀有元素地质会议”，王中刚等在会议论文中对白云鄂博矿床成因提出了“沉积变质热液交代”论点，地质科学院地质矿产研究所稀有组提交的“中国稀有金属矿床类型”一文中称白云鄂博矿床为“变碳酸岩型”。该小组人员19年7月首次在菠萝头山东侧山脊无钠氟交代含浸染状磁铁矿的块状白云岩中找到了铌铁矿，同年底在东部接触带白云岩中发现了一个新矿物——褐铈铌矿。1965～1966年参加了105地质队会战工作，从当时已获得的资料认为，从物质成分，特别是富含铌及铈组稀土等金属看，白云岩与碳酸岩十分类似，但缺乏碱性超基性岩体，受到不同程度的交代作用和变质作用，矿体从属于一定的沉积建造及与围岩整合产出等，又和一般碳酸岩矿床显著不同，暂称为变碳酸岩型矿床。1973年1∶20万白云鄂博区域地质图及说明书中，根据宽沟以北H8灰岩中发现的珊瑚化石，把原认为属元古宇的白云鄂博群改定为寒武－奥陶系，地层也由原来的9个岩段扩展为20个岩段9个岩组，把白云鄂博矿区含矿白云岩归为加里东期碳酸岩侵入体（李士勤，1983）。1975年8月，内蒙古自治区地质局在白云矿区召开了“白云鄂博群时代问题专题会议”。会上，珊瑚化石受到质疑，把白云鄂博群定为寒武纪—早志留世明显根据不足。依据同位素年龄、叠层石及区域地层对比，白云鄂博群应置于五台群之上，什那千群之下，属元古宙。1975年，白鸽和袁忠信对含矿建造作了进一步调查取样，特别是对铁矿上盘板岩进行了深入研究，发现板岩存在火山结构，结合岩石化学成分，把富钾板岩定为凝灰质粗面岩。白云鄂博矿床定为“海相火山沉积稀有金属碳酸岩型”。
1978年8月冶金部成立西矿会战指挥部，调集各路人员数千名，对西矿中区进行了勘探，东西区进一步作了评价，对外围开展了普查。经过一年多工作，在找矿及科研方面都取得了很大进展。1979年底，在白云矿区召开了“白云鄂博地质科研学术讨论会”。参加会议的地质学家多数支持铁矿与白云岩是同生沉积观点。中国科学院贵阳地球化学研究所郭承基先生作了以白云鄂博矿床为典型代表的“成岩成矿的三多性”发言。杨开庆先生提出了“该矿床沉积并经多次动力变质改造而成，热液作用部分与动力变质有关”观点，罗耀星提出了“多成因卤水蒸发沉积－变质－热液矿床”认识，李绍炳再次阐述了沉积变质—热液交代观点。白鸽、袁忠信进一步重申了海相火山沉积稀有金属碳酸岩见解。杨凤筠的硫化物硫同位素多在零值附近，硫来自深源，可能与火山成因有关。
20世纪80年代初，周振玲等（1980）、孟庆昌（1981）、李士勤（1983）等根据白云岩的岩石化学成分、结构构造、矿物组合，微量元素与岩浆碳酸岩相同特征，再加上认定的“侵入接触证据”确认白云岩地质体是碳酸岩侵入体。
继杨凤筠研究了矿床硫同位素之后，20世纪80年代早中期，魏菊英（1983a、b）、姜传武（1982）、白鸽（1983）、刘铁庚（1986）、陈辉（1987）做了许多碳、氧、氢、锶同位素研究，所测得的数据大致相同，但是对数据的解释有相当大的差距。魏菊英、姜传武等认为白云岩和铁矿石是沉积变质产物，碳、氧同位素值与典型沉积碳酸盐岩的差异，被认为由变质作用引起。白鸽等（1983）结合北矿灰岩锶同位素初始值为0.7236，含矿白云岩锶同位素初始值为0.704，加上白云岩的岩石化学及微量元素特征认为白云岩的碳、氧同位素与典型碳酸岩浆碳、氧同位素的差异，主要是由来自幔源的碳酸岩浆与海水混合形成，并且随着距喷溢中心距离的变化，呈现有规律的变化。陈辉等（1987）认为白云鄂博层（或透镜体）碳酸岩既不是简单的沉积成因，也不是单纯的火山沉积，它是一些富含矿物质和挥发分的热卤水与海水以1∶1的方式混合形成的。刘铁庚（1986）根据国外侵入碳酸岩的碳、氧同位素资料，结合其他特征，认为含矿白云岩就是侵入碳酸岩体。国外已发表的碳酸岩的碳、氧同位素资料，与白云鄂博矿区含矿白云岩的碳、氧同位素值一样，都不正好落在理论上的“典型碳酸岩”区，具有较大变化范围。白云鄂博矿区含矿白云岩的碳氧同位素值分布范围与世界碳酸岩资料可以对比，完全在上述统计值范围内。
20世纪80年代开展了铷－锶年代学工作。白云鄂博矿区也获得了大量铷－锶年龄数据。所测对象包括黑云母岩、H3、H8和H10黑色板岩、白云岩和铁矿体及碳酸岩墙。所获得的年龄结果都在315～485Ma和686～754Ma之间（姜传武，1982；成忠礼，1983；白鸽，1983）。刘兰笙所获得的辉钼矿的Re-Os年龄为439±8Ma。可以看出，所获得的年龄基本都属于加里东期。由此，引起了人们对加里东地质事件的重视，怀疑早于黑云母花岗岩侵入的辉长闪长岩体是否属加里东期？矿区铌稀土成矿是否与辉长闪长岩浆活动有关？为此，中国科学院地质研究所胡辅佑、王凯怡等（1988）专门对白云鄂博矿区辉长岩进行了研究，结果均认为辉长岩与矿区铌稀土成矿无关。
20世纪80年代中期先后出版了三本与白云鄂博矿床有关的专著，他们是中国科学院地质研究所的《白云鄂博矿物学》，贵阳地球化学研究所的《白云鄂博矿床地球化学》和地质科学院矿床地质研究所的《碳酸岩地质及其矿产》，对30年来白云鄂博矿床的研究及我国与碳酸岩型有关的稀有稀土矿床地质进行了较全面的总结。
20世纪80年代晚期90年代初，正当人们对白云鄂博矿区大量加里东期Rb-Sr年龄与成矿关系不知如何解释时，美国地质调查所赵景德与天津冶金地质调查所任英忱、孙未君、孟庆润等合作，对白云鄂博矿床又掀起了一次深入研究。孟庆润等提出了白云岩为正常泥晶灰岩，经白云石化生成论点。泥晶灰岩的碳、氧同位素与典型沉积灰岩一致。在矿区白云岩中，通过扫描电镜观察，找到了一些微体古生物化石，如藻菌类和孢子类化石（孟庆润，1991、1992）。白云石具明显的三连晶交代结构（Chao et al.,19）。获得了一大批单矿物样品钍－铅等时线年龄数据。所获得的年龄值都落在418～532Ma之间（Chao etal.,1991）。由此认为，矿区铁铌－稀土成矿时代是加里东期，成矿物质来源于俯冲板块，钍和轻稀土元素的提纯作用是由上覆的下地壳楔先期把铀元素萃取送到了上地壳，高纯度的钍、轻稀土及氟和碳酸盐配位体的热液渗透通过上覆克拉通岩石圈对白云岩实现交代成矿（Chao et al.,1994）。
19～1991年，地矿部天津地质矿产研究所和内蒙古地矿局研究所张鹏远、王长尧、李双庆等对白云鄂博地区区域地质构造特征进行了研究，把白云鄂博群一分为二，H1～H5称白云鄂博群，依据古生物化石定为早寒武世。而H6～H15定为早、中奥陶世，另称查干楚鲁群。研究组在哈拉霍圪特组和尖山组黑色板岩和灰岩中，发现了珊瑚、海绵和遗迹化石，小壳动物化石（软舌螺类、织金壳类，齿形类、开腔骨类），大量微古植物化石，计16属46种。但在含矿白云岩和富钾板岩中，研究组未找到任何化石，只依据孟庆润等的资料，视白云岩为正常沉积产物。认为成矿是由海西期碱性岩浆活动交代形成。1996年出版的《白云鄂博—达茂旗地区1∶5万地质图》说明书中将白云鄂博群划分为7个岩组，21个岩段，时代归属中新元古代。分成3个系，即长城系（含都拉哈拉组Chd1和Chd2和尖山组ChJ1,ChJ2,ChJ3）、蓟县系（含哈拉霍圪特组Jxh1,Jxh2,Jxh3和比鲁特组Jxb1,Jxb2,Jxb3,Jxb4）、青白口系（含白音宝拉格组Gnb1,Gnb2,Gnb3,Gnb4，呼吉尔图组Gnh1-Gnh4和阿牙登组Gna）。含矿白云岩取名菠萝吐白云岩（bd），层位还是与哈拉霍圪组上部（Jxh3）相当。1992年王楫等出版了一本《狼山－白云鄂博裂谷系》专著，系统介绍了白云鄂博裂谷特征，并认为白云鄂博矿床为海相火山沉积碳酸岩。
20世纪80年代末和90年代初，中国科学院地质研究所陶克捷、张培善、杨主明等与M.J.Le Bas合作，对白云鄂博火成碳酸岩墙进行了系统研究，确定该岩墙是碳酸岩浆贯入形成。尔后M.J.Le Bas等又对含矿白云岩作了对比研究，认为白云岩是碳酸岩体。其层状外貌是构造层理（tectonic layering）。
进入20世纪90年代，由于科学技术的进步，一些新的年代学方法相继在白云鄂博矿床成矿时代研究中得到应用。所用定年方法有镧-钡法，钐-钕法，Th-Pb法，40Ar/39Ar法，颗粒锆石U-Pb法、SHRIMP法等。但是所获得年龄值仍十分分散。由富钾板岩分选的锆英石U-Pb年龄为1728±5Ma和315.7±16Ma（王楫等，1991），矿物La-Ba年龄为1350±149Ma,Sm-Nd年龄为1426±40Ma（Nakai et al.,19），矿石Sm-Nd等时年龄为975Ma（Philpotts et al.,1991），矿物40Ar/39Ar坪年龄1208～343Ma（Conrad et al.,1992;Chao et al.,1992；任英忱等，1994），Th-Pb年龄均落在加里东期，418～532Ma（Chao et al.,1992；任英忱等，1994），独居石SHRIMP年龄存在元古宙和古生代两个时期年龄数据，晚期细脉中独居石年龄为342Ma（裘愉卓，1997）。笔者对白云鄂博矿床成矿年龄也做了一些工作（张宗清等，1994;1997,2001）。在稳定同位素方面，蒋少涌在白云鄂博矿区采了61件样品，其中27件含矿建造岩石和矿物的硅同位素值小于零，属内生幔源成分。而陆缘碎屑岩和灰岩中的石英和燧石，硅同位素都呈正值（丁悌平，1994）。胡瑞忠等（2000）对白云鄂博矿床流体包裹体氦、氩同位素测定结果显壳、幔两端元流体混合特征。方涛等（1994,1995,1997）研究了磷灰石、独居石的氧同位素和氟碳酸盐稀土矿物中的碳、氧同位素。其值，主矿、东铁矿体（中心区）小，由中心向外逐渐变大。杨晓勇等（2000）所测白云岩中白云石和方解石的碳、氧同位素变化也显示了同一规律。位于主矿、东铁矿体中白云石、方解石的碳氧同位素值与地幔碳、氧同位素相近。
基于已获得的矿床白云岩和稀土矿物部分年龄结果为中元古代，稳定同位素显幔源成分，白云岩和铁矿体呈层状，或透镜状，结合国外热卤水成矿认识的兴起，我国部分学者也把白云鄂博矿床认为是热卤水沉积成矿。侯宗林（19）提出，成矿物质部分以海底喷气-热泉（或热卤水）方式不断带入槽型海盆，部分以地表风化由地表水带入沉积海盆，在适当物理化学环境下沉积成矿。陈辉（1987）在研究了白云岩、磁铁矿、赤铁矿、石英包裹体及钠闪石结构水的氢同位素，白云岩的碳、氧同位素后，指出上述岩石和矿物中的氧和氢同位素，是由富含矿物质和挥发分的热卤水与海水以近于1∶1的比例（体积）混入而成。杨子元等（1994）论述了白云岩的热水成因；肖荣阁等（2001）认为富钾板岩是热水沉积岩；陈先沛等（2000）把白云鄂博矿床列为热水沉积超大型矿床。涂光炽院士在《中国超大型矿床（1）》概论中写到：“白云鄂博矿床是非常规超大型矿床，它的元素组合（REE-Fe-Nb-Th-Ba-F-P等）及矿物组合与典型的岩浆碳酸岩矿床十分类似，却产于沉积碳酸盐岩中。矿床主体并非岩浆岩结晶产物，而是沉积喷流或热水沉积特征”。1996年白鸽等出版了《白云鄂博矿床地质特征和成因论证》专著，从含矿建造产状，物质组分，物质来源，成矿温度，成矿时代，成矿机制，区域成矿背景，较详细的论证了白云鄂博矿床为海相火山沉积稀有金属碳酸岩矿床。
1997年乔秀夫研究员发表了“内蒙古腮林忽洞群综合地层和白云鄂博矿床赋矿微晶丘”一文，提出微晶丘是白云鄂博超大型矿床的赋矿岩和围岩。认为白云鄂博矿床的形成除了可能与幔源物质及火山作用有关外，微晶丘的生物聚矿作用和储矿作用也是十分重要的。1998～2000年间，又先后发表了四篇涉及微晶丘成矿作用的文章（章雨旭等，1998；刘淑春等，1999；杨晓勇等，2000）。几篇文章中，都主张微晶丘对成矿起作用。成矿机制上分两类：一类主张微晶丘的成长与火山物质喷发同时，微晶丘生物聚矿作用和储矿作用十分重要（乔秀夫等，1997；章雨旭等，1998）；另一类强调先有生物沉积构成的微晶丘，后有来自幔源热液对微晶的交代改造成矿（杨晓勇等，2000；刘淑春等，1999）。2002年王希斌和郝梓国研究员同期发表了两篇论文，认为该矿床属岩浆碳酸岩型。
回顾白云鄂博矿床地质研究沿革及成因认识演变，不能不提及四位老地质学家，何作霖、程裕淇、谢家荣和孟宪民院士。何作霖先生1935年对由丁道衡所取回的萤石标本中发现了两种稀土矿物——“白云矿”和“鄂博矿”。后来通过进一步分析鉴定，“白云矿”即“氟碳铈矿”，“鄂博矿”即为“磷铈矿”（独居石）（何作霖，1935）。1958年中苏科学院地质研究所合作研究队承担了对“白云鄂博铁矿及稀土矿床的物质组分及成因”的研究任务，何作霖教授任中方队长。通过两年室内外研究工作，于1959年提交了“白云鄂博铁－氟－稀土和稀有元素研究报告”。
程裕淇先生在20世纪50年代初就指导北京地质实验室的岩矿鉴定人员对白云鄂博铁矿石的鉴定工作，并在地质部1955年地质工作会议上提交的“中国已知铁矿的成因与工业类型及今后普查方向”文件中首次提出白云鄂博矿床为“特种高温热液交代矿床”。
谢家荣先生在20世纪60年代初从国家急需寻找稀有金属矿产资源出发，查阅了许多外国文献，把当时国外也兴起不久，并极受重视的关于碳酸岩及有关稀有稀土矿化的文献作了许多节译，并整理打印成册，分送有关领导及局队专业人员参考。1963年夏，亲赴白云鄂博考察，在矿山与地质人员讲话时，认为白云鄂博矿床属碳酸岩型。
孟宪民先生生前任中国地质科学院副院长兼矿床地质研究所所长，兼任第一个五年科研计划中稀有稀土金属地质科研规划组组长。一直重视稀有稀土金属地质找矿工作，亲自组队指导赴湖南香花岭找铍，广东找花岗岩风化壳型铌、钽工作。都取得了突破性进展。也大力支持白云鄂博矿区研究工作。20世纪60年代孟老提倡的火山岩成矿思想，同生论成矿思想，对白云鄂博矿床成因认识起了启示作用。
