中元古代大陆裂解事件与白云鄂博巨量稀土元素富集机理研究

The Giant Bayan Obo ore deposit in the Inner Mongolia region of North China is one of the best known rare-earth element (REE) deposits in the world. However, the mechanism of huge REE enrichment in such a restricted region still remains debated. Recent studies have shown that the northern margin of the North China Craton, including the Bayan Obo district, is one of the most active zones of mineralization. The northern margin of the NCC underwent intensive continental rifting events in Mesoproterozoic. Under this continental breakup background, the consequently deep source tectonic-magmatic activity, especially carbonatitic-mafic magma activity, provided very favorable conditions and factors for the enrichment of massive amount of REE. Moreover, the important information of lithospheric mantle carried by this kind of rocks and the composition of the fluid in the original magma need to be excavated. Aiming at the large number of coexisting carbonatitic and mafic dykes in Bayan Obo region, using new advances in micro-situ U-Th-Pb-O-Hf isotopes analysis method for the baddeleyite, apatite, monazite and other minerals and in situ LA ICP-MS inclusions composition analytical methods for fluid inclusion, we are ready to discuss the internal enrichment mechanism of rare earth elements in the process of carbonate magma evolution under the background of continental break up.

位于华北克拉通北缘的白云鄂博超大型稀土矿床以其丰富的资源闻名于世，然而是何种机制促成如此巨量的稀土元素富集仍是个未解之谜。近期的研究表明，白云鄂博所处的华北克拉通北缘是成矿作用最为活跃的地带，在中元古代经历了强烈的陆缘裂解事件，由此引发的深源构造-岩浆活动，为巨量稀土元素富集创造了十分有利的条件。大陆裂解背景下，强烈的碳酸岩浆-基性岩浆活动是能够引起稀土元素富集的最有利因素。这种岩石组合所携带的深部岩石圈地幔的重要信息不容忽视，尤其是与稀土成矿直接相关的火成碳酸岩的热液流体成分还有待研究。因此，本项目拟针上述问题，利用新近发展起来的斜锆石、磷灰石、独居石等副矿物微区原位U-Th-Pb-O-Hf同位素分析方法和包裹体成份原位LA ICP-MS 分析方法，揭示火成碳酸岩-基性岩的形成演化机制和火成碳酸岩浆的热液流体成分，探索中元古代大陆裂解背景下巨量稀土元素的迁移富集机理。

位于华北克拉通北缘的白云鄂博矿床是世界上最大的稀土矿床，同时也是我国最大的铌矿床。自从1927年主矿体被发现以来，来自世界各地的学者在白云鄂博地区开展了大量的矿物学、年代学和地球化学研究工作。但由于矿床形成后遭受了中晚元古代和古生代多期构造热事件的叠加改造，巨量稀土元素的富集机理还是未解之谜，尤其是含矿白云岩的成因问题仍存在很大争议。本项目利用锆石和磷灰石等副矿物微区原位U-Pb、Sr-Nd和O同位素分析方法，以及碳酸岩和稀土矿石原位稀土、微量分析方法，限定含矿白云岩成因，揭示火成碳酸岩-基性岩的形成演化机制和热液流体成分，探索中元古代大陆裂解背景下巨量稀土元素的迁移富集机理。. 项目首次在白云鄂博地区发现与火成碳酸岩共生的基性岩，获得基性岩的锆石U-Pb年龄为1312Ma，该结果与火成碳酸岩脉的侵位时代相一致，表明白云鄂博所处的华北克拉通北缘，于中元古代晚期确属大陆裂谷环境，与全球性的Columbia超大陆裂解事件相一致。证实白云鄂博超大型稀土-铌-铁矿床是大陆裂解背景下，富集岩石圈地幔的低程度部分熔融以及火成碳酸岩浆分离结晶作用的结果。. 含矿白云岩的成因问题是目前针对矿床成因研究争论的焦点所在，项目通过对主矿北部含矿白云岩中磷灰石的原位Sr-Nd、O同位素组成分析测试，获得与幔源火成碳酸岩相一致的同位素组成特征，证实含矿白云岩的岩浆成因。通过进一步的扫描电镜能谱分析，发现岩浆初始阶段是以富集中重稀土为特征，随着碳酸岩浆的演化，强烈的分离结晶作用，使得轻稀土元素在晚期岩浆中强烈富集。该项研究工作解决了碳酸岩浆演化过程中稀土元素富集机理问题。. 霓长岩化作用是控制稀土元素沉淀的关键热液蚀变过程，白云鄂博地区的霓长岩化作用主要包括两个阶段，在早阶段，稀土矿化强烈，大量富集轻稀土的氟碳酸盐和独居石沉淀，而在晚期，稀土矿化减弱，更多的高La/Nd比稀土矿物沉淀。该项研究工作明确了成矿热液流体性质和稀土元素沉淀机制问题。.