一、概 述
内蒙古白云鄂博矿床是世界著名的超大型铁铌稀土(Fe－Nb－REE)矿床，也是世界上已发现的最大的稀土矿床。其稀土氧化物储量约为8.6×107t，占全球已探明储量的70%以上，品位3%～6%;Nb2O5储量约为2.8×106t，品位0.07%～0.28%，是我国最大的铌矿床;矿区铁储量在1.5×109t左右，品位33%～35%(朱训等，1999)。白云鄂博的铁矿体是丁道衡先生1927年首次发现的，1935年何作霖先生在铁矿体中发现了稀土矿物，并定名为白云矿和鄂博矿，后查明为氟碳铈矿和独居石。黄春江先生1944年又发现了东铁矿和西铁矿群。白云鄂博超大型铁铌稀土矿床规模之大、品位之富、成矿过程之复杂都为世界罕见。白云鄂博矿床成因至今仍未有定论，稀土元素与铁共生的实例在世界范围内也不多见，这也增加了该矿床的研究难度。近年来，有人认为白云鄂博铁铌稀土矿床应归属于铁氧化物铜金矿床(IOCG矿床)(M.W.Hitzman等，1992)，而也有人认为它和我国南方攀西裂谷带中牦牛坪和大陆槽等稀土矿床实属同类(Xu等，2008)。鉴于白云鄂博铁铌稀土矿床的特殊性及其地位的重要性，本文总结其找矿模型，以便进一步寻找该类矿床。
二、地 质 特 征
1. 区域地质背景
白云鄂博超大型铁铌稀土矿床位于古中朝板块北缘与古中亚洋板块的交汇处。古大陆板块与古大洋板块之间被乌兰宝力格深大断裂隔开，北为古中亚洋板块，是一套含蛇绿岩的大洋型沉积; 以南至包头为古中朝板块北缘内蒙地轴的北侧部分 ( 白鸽等，1996; 郝梓国等，2002) 。
( 1) 地层
区域自下而上分布有太古宙集宁群麻粒岩地层，乌拉山群长石石英岩、透辉大理岩、石墨片麻岩、角闪斜长片麻岩、斜长角闪岩地层; 古元古代色尔腾山群混合岩化片麻岩、混合岩、角闪斜长片岩、变粒岩地层，二道洼群绿泥片岩、绿云片岩和斜长角闪片岩地层; 中元古代白云鄂博群石英岩、板岩、碳酸盐岩地层; 志留系中下统包尔汉图群海相中酸性 － 中基性火山建造; 志留系上统巴特敖包群灰岩、砂岩、板岩和片岩地层; 石炭系上统灰岩、硬砂岩夹凝灰岩和酸性火山碎屑岩地层; 侏罗系球状流纹岩和紫红色砂岩地层; 第三系则广泛分布于各河谷中 ( 中国科学院地球化学研究所，1988;白鸽等，1996) 。
( 2) 构造
区内构造以 EW 向的紧密褶皱和断裂为主。褶皱构造由北向南依次为北矿背斜、文果疙果 － 比鲁特向斜、宽沟背斜、白云鄂博矿区向斜、白云鄂博矿区南背斜、苏木图向斜和白云镇南背斜。矿区NE 方向约 20km 处为乌兰宝力格深断裂，即两大板块的分界线。另外，白云鄂博 － 白银角拉克大断层在白云鄂博矿区也有出露，该断层东起白云鄂博，向西到白银角拉克及乌布尔公，在白云鄂博出露长度为 15km 左右，即著名的宽沟大断层 ( 中国科学院地球化学研究所，1988; 白鸽等，1996) 。
( 3) 岩浆岩
区域内岩浆岩分布广泛，其中以侵入岩为主，约占区域总面积的三分之一，岩性以中酸性岩为主，基性 － 超基性岩很少，碱性岩更少。太古宙岩体分布于渣尔太山南麓大佘太东北，U － Pb 同位素年龄为 2370 ～2470Ma。元古宙侵入岩体主要分布在色尔腾山和大青山山区。古生代侵入体以晚古生代花岗岩为主，主要集中分布在固阳到白云鄂博一带，岩性主要为钾长花岗岩和二长花岗岩。中生代岩体分布较少，主要见于固阳、包头、武川等地，以小型钾长花岗岩和碱长花岗岩为主 ( 白鸽等，1996) 。
2. 矿床地质特征
( 1) 矿区地层及赋矿围岩
矿区主要出露色尔腾山群和白云鄂博群，前者位于后者之下，且二者呈不整合接触关系。白云鄂博群是一套浅海相、厚度大、岩相变化剧烈的浅变质岩系，主要由石英岩、板岩、碳酸盐岩组成，可分为 6 个岩组，18 个岩段，自下而上由都拉哈拉组 ( H1—H3) 、尖山组 ( H4—H5) 、哈拉霍疙特组( H6—H8) 、比鲁特组 ( H9—H10) 、白银宝拉格组 ( H11—H13) 和呼吉尔图组 ( H14—H18) 组成，主要赋矿层位为 H8层，其主体岩性是白云岩 ( 白鸽等，1996) ，如图 1 所示。
图 1 白云鄂博矿区地质图( 引自王希斌等，2002，修编)1—白云鄂博群 H1—H9段; 2—二道洼群; 3—混合岩; 4—花岗岩; 5—H8( 赋矿碳酸岩体) ; 6—H9( 富钾板岩，局部矿化) ; 7—碳酸岩墙群及其编号; 8—比鲁特超基性岩; 9—辉长岩; 10—安山岩;11—地层界线; 12—推测地层界线; 13—断层; 14—矿体
从结构上可以将赋矿白云岩分为细粒白云岩和粗粒白云岩，其中细粒白云岩分布于矿体外围，主要由白云石和铁白云石组成，并含有一定量的磁铁矿、独居石、氟碳铈矿、重晶石和萤石等。而粗粒白云岩主要由白云石、磷灰石和磁铁矿组成。
( 2) 矿区构造及控矿构造
矿区的褶皱构造主要是由宽沟背斜和白云向斜组成的宽沟复背斜，该背斜构造轴向 EW 向，向西倾伏。白云鄂博稀土矿主要赋存于宽沟背斜南翼白云向斜两翼的 H8白云岩和 H9板岩的过渡带。中国科学院地球化学研究所 ( 1988) 根据断裂的形成力学和组合关系将矿区断裂分为 3 组，即近 EW 向的宽沟大断裂、走向逆断层组以及 NE 向和 NW 向共轭扭裂隙组。宽沟大断裂切穿地壳，连通地幔，为成矿物质运移提供了通道 ( Yang 等，2009) 。
( 3) 矿区岩浆岩
白云鄂博矿区内侵入岩体以花岗岩类为主，呈岩基状大面积分布于白云鄂博矿床南北; 其次是辉长岩类，呈小岩株和岩墙产出; 此外还有各类基性、碱性和酸性岩脉。白云鄂博矿区花岗岩分布很广，约占基岩分布面积的 2/5，很可能是太古宙古老陆壳重熔的产物 ( 白鸽等，1996) 。花岗闪长岩、中粗粒黑云母钾长花岗岩和细粒黑云母钾长 － 碱长花岗岩的等时线年龄值分别是 316. 1Ma、257. 7Ma和 236. 3Ma，故白云鄂博矿区内主要发育晚古生代就位的花岗质岩体 ( 杨学明等，2000) 。辉长岩体在白云鄂博矿区南北皆有分布，其形成早于花岗岩，它们之间没有过渡关系，二者并非同源岩浆的分异产物 ( 白鸽等，1996) 。这些岩浆活动在时间上明显晚于成矿时间，受空间限制，仅对部分矿体进行了改造。Le Bas 等 ( 1992) 报道了在宽沟混合片麻岩中发现的数十条碳酸岩岩脉，这些岩脉一般宽 0. 5 ～2m，长 10 ～20m，呈近直立状切穿地层，走向以 NE、NW 向为主，偶尔见近 EW 向脉体产出。陶克捷等 ( 1998) 将碳酸岩岩墙按岩石类型分为 3 种类型: 白云石型、白云石 － 方解石型和方解石型。此外，矿区内还发育着霓石岩脉、钠闪石脉、正长岩脉和钠长岩脉等碱性岩脉。
( 4) 矿体特征
矿区东起都拉哈拉，西至阿布达、欧路乌拉，南到白云村，东西长约 18km，南北宽约 2km。矿区为一个近 EW 走向的向斜构造。向斜轴部由白云鄂博群的 H9板岩组成，两翼则主要对应地分布着白云鄂博群的 H6—H8的白云岩，稀土元素矿体主要赋存于 H8白云岩中。图 2 为赋矿白云石碳酸岩体和铁矿体的平面与剖面分布示意。
图 2 白云鄂博矿区赋矿白云石碳酸岩体和铁矿体的平面 ( a) 与剖面 ( b) 分布示意图( 引自郝梓国等，2002，修编，转引自中国科学院地球化学研究所，1988)
对于铌 － 稀土而言，整个白云岩都是矿体。而对于铁，根据工业品位的圈定，划分为中部矿段、东部矿段、西部矿段和苏木图矿段等 4 个矿段 ( 白鸽等，1996) 。中部矿段、东部矿段、西部矿段的铁矿体中均伴生有工业价值的铌 － 稀土矿化。
1) 中部矿段: 该矿段位于白云鄂博矿区向斜中段。中部矿段是白云鄂博矿床的主要矿段，由主铁矿体、东铁矿体、东介勒格勒铁铌稀土矿体、主铁矿体和东铁矿体下盘白云石型铌稀土矿体和向斜核部矿体等 5 个矿体组成。矿体呈大透镜状、厚层状，两端尖灭于白云岩中，向深部变化较大，呈楔形分支尖灭于白云岩中。矿体轴长 1250m，最大厚度 415m，平均厚度 215m，最大延深 1030m，产状与围岩一致。稀土储量占全矿区总量的 32. 1%，铌储量占全区总量的 21% ( 图 3) 。
2) 东部矿段: 该矿段由白云向斜东段北翼的白云岩及向斜核部的板岩和暗色岩系夹白云岩透镜体组成。向斜南翼地层全被海西期花岗岩侵吞。主要的矿体类型有接触带矽卡岩型矿体、条带状铌稀土铁矿体、块状铌稀土铁矿体和钠闪石型铌稀土铁矿体。呈不规则透镜状，西窄东宽，呈枝叉状尖灭于白云岩和黑云母化板岩中，深部变窄分叉于白云岩中。矿体轴长 1300m，最大厚度 340m，平均厚度 179m，最大延深 870m，东矿段稀土储量占全区总量的 21. 5%，铌储量占全矿区总储量的 10. 8%。东矿段境界外的底盘较富，稀土品位 3. 55%，其储量占全矿区总量的 16%。
图 3 白云鄂博矿区主铁矿体、东铁矿体矿石类型平面分布示意图 ( 上) 与剖面示意图 ( 下)( 引自郝梓国等，2002)
3) 西部矿段: 西部矿段是一个近 EW 向的向斜构造，黑云母化板岩组成向斜的核心，白云岩组成向斜的两翼，其间有交互成层的过渡带。铁矿体在地表呈不规则的透镜体和长条状，产状与围岩一致，走向近 EW，向斜南北两翼的矿体在下部是连通的。矿石类型主要为白云岩型铌稀土铁矿石和黑云母钠闪石型铌稀土铁矿石，这里的钠、氟交代较弱。该矿段由 16 个矿体组成，为似层状、透镜状分布在向斜两翼，深部相连。矿体长 300 ～5300m，最大厚度 9 ～110m，平均厚度 9 ～27m，其中以Ⅲ号和Ⅴ号矿体规模最大，最大延深 855m。矿体走向近 EW 向，倾角一般为 70° ～80°。稀土储量占全区总储量的 8. 5%，铌储量占全区总量的 43. 7% ( 图 4) 。
4) 苏木图矿段: 位于西矿段以南 2km 左右，含矿岩系由 4 ～ 5 层白云岩与互层的富钾板岩岩层或角闪斜长混合岩层组成。
( 5) 矿石类型及矿物组合和结构构造特征
白鸽等 ( 1996) 将矿石类型按产状分为似层状透镜状矿石和脉状矿石两大类; 按矿化元素分铌稀土铁矿石、铌稀土矿石和少量铌矿石 3 类。铌稀土铁矿石主要赋存在白云岩层的中上部或处于白云岩与板岩的过渡带，矿体呈似层状或透镜状。单就铁矿而言，以中部矿段矿化最好，矿体规模也最大; 其次是西部矿段; 苏木图矿段更次。白云岩铌稀土矿石及白云岩铌矿石在矿区分布最广，矿层与地层一致，构成白云鄂博矿区向斜和苏木图向斜南北两翼主体。碳酸岩脉型铌稀土矿石主要分布在宽沟背斜轴部片麻岩带及其两翼 H1—H4碎屑岩系中，脉体走向与地层走向垂直或斜交，产状较陡。脉壁附近围岩具霓长岩化蚀变带。
图 4 白云鄂博矿区西部矿段 40 线剖面 ( a) 和 10 线剖面 ( b) 岩、矿层互层构造示意图( 引自郝梓国等，2002)
白云鄂博矿床矿物成分极为复杂，已发现矿物 ( 包括变种) 190 多种，其中铌钽矿物近 20 种，稀土矿物近 30 种。稀土矿物以独居石和氟碳铈矿分布最广。白云岩中以独居石为主; 主铁矿体和东铁矿体中以氟碳铈矿为主，独居石次之; 黄河矿主要见于霓石型铁矿体内的晚期细脉中，褐帘石和磷硅钙铈矿主要见于东部接触带矽卡岩化白云岩铌稀土矿石中。矿床中分布最广的铌矿物主要是铌铁矿、烧绿石、易解石和铌金红石。矿区铁矿物主要有磁铁矿、赤铁矿和菱铁矿，其中以磁铁矿分布最广。
白云鄂博矿床最特征的矿石构造是不同颜色矿物呈带状相间展布而组成的条带构造; 块状构造见于主铁矿体和东铁矿体中部及白云岩和长石板岩部分矿石中; 浸染状构造则主要见于白云岩型和长石板岩型矿石中。矿石结构主要为细粒和不等粒结晶粒状结构，少部分为粒柱状结构、鳞片状结构和纤维状结构。
( 6) 围岩蚀变
中国科学院地球化学研究所 ( 1988) 将白云鄂博矿区的围岩蚀变分成了 3 种类型: 接触交代蚀变、氟 － 钠交代蚀变和热液充填交代蚀变。接触交代蚀变主要发育在东部花岗岩与白云岩的接触地带，以钾的交代作用相对突出，也有氟、钠交代，在此阶段形成了各种镁矽卡岩。氟 － 钠交代蚀变是该区发育最广泛的交代作用，主要发育在主矿、东矿和西矿，氟主要与钙质岩石发生反应，而钠主要在硅质较高的岩石中聚集。热液充填交代蚀变的特点是形成各种不同矿物组合的细脉。具体而言，围岩蚀变主要有长石化、萤石化、霓石化、碱性角闪石化、黑云母化、金云母化、磷灰石化、重晶石化、碳酸岩化以及矽卡岩化等 ( 杨奎峰，2008) 。
( 7) 成岩成矿时代
到目前为止，文献报道的白云鄂博成矿年龄数据跨度很大，大多数年龄使用稀土矿物的 U － Pb、Pb － Pb、Sm － Nd 同位素体系分析测试，年龄值为 0. 4 ～ 2. 0Ga，且年龄数据大多集中在 1. 2 ～ 1. 4Ga( 张宗清等，1994，2003; 范宏瑞等，2002; 刘玉龙等，2005) 。任英忱等 ( 1994) 根据大量同位素年龄数据，将白云鄂博矿床经受的重大地质热事件分成了以下几个期次: ①中新元古代; ②加里东期; ③海西期。这些年龄数据暗示白云鄂博碳酸岩岩浆活动发生在中元古代，而加里东期和海西期的年龄数据则代表了白云鄂博地区花岗岩的侵位时间。矿化则与中元古代碳酸岩活动有密切关系。
三、矿床成因和找矿标志
1. 矿床成因
该矿床的成因机制问题一直存在着争议，主要有以下 6 种观点:
1) 沉积成因: 孟庆润等 ( 1992) 在研究白云岩的 O、C 同位素后指出，H8白云岩内残留的微晶、泥晶灰岩是沉积成因的标志。
2) 生物沉积成因: 乔秀夫等 ( 1997) 根据层序地层、事件地层等的研究指出，白云鄂博矿床赋矿白云岩既非火成碳酸岩，也非一般层状沉积岩，而是一巨型微晶丘。
图 5 白云鄂博成矿模式示意图( 引自白鸽等，1996)
3) 热液交代成因: Chao 等 ( 1992) 主要根据矿床加里东期的成矿年龄及矿物三连晶等相互交代特征，把白云岩看作是加里东期热液交代作用的产物。
4) 侵入碳酸岩成因: 刘铁庚 ( 1986) 借助于白云岩 O、C 同位素的研究认为白云岩并非沉积成因，应属内生成因的火成白云碳酸岩。
5) 依托于碳酸岩墙的幔源流体交代白云岩成因: Yang 等 ( 2009) 根据 C － O － Nd 同位素数据认为 H8白云岩被依托于碳酸岩墙的幔源流体交代形成超大型稀土矿床。
6) 火山喷溢成因: 袁忠信等 ( 1991) 指出，白云鄂博矿床的成矿物质可能是以富稀土流体形式来自地幔。白云岩在化学成分及矿物成分上与世界碳酸盐岩十分近似，但它们不是一般的侵入碳酸岩，可能是深处碳酸岩岩浆以火山喷溢或喷气形式进入海盆沉积而形成。
目前学术界的主流观点是，来自地幔的深源流体沿断裂上升，进入断陷海盆，与海水混合、沉积，从而形成喷溢沉积 － 热液交代型的铁 － 铌 － 稀土矿床 ( 陈辉等，1987; 翟裕生等，1999) 。中元古代华北克拉通北缘经历了大规模伸展过程，引发该区大规模裂解 ( 邵济安等，2002) 。由于白云鄂博地区长期处于裂谷环境，导致该区上地幔物质处于部分熔融状态，形成大规模碱性岩浆房。尖山组后期，宽沟断裂切穿地幔，诱发富稀土碳酸盐流体不断上升、喷溢。由于碳酸盐流体的黏度和密度较低，且气液成分含量相对较高，具有较强的流动性和极强的搬运碱金属、LREE 等大离子亲石元素和高场强元素的能力。上述流体不断喷出，由于流体矿化度高，密度大，在海盆底部逐渐聚集成高盐度热卤水，铌、稀土等元素亦由喷溢中心向四周扩散。当元素浓度达到饱和时开始沉积，首先是 Ca-CO3，它是幔源钙、二氧化碳与海水中钙、二氧化碳的混合物。由于 CaCO3的沉淀，使热卤水中镁离子浓度增高，大部分方解石泥晶受镁的同生交代转变成白云石，接着是菱铁矿和磁铁矿等的沉积( 图 5) 。该过程可能经历了很长时间，从而形成了著名的白云鄂博铁 － 铌 － 稀土元素矿床。
2. 找矿标志
( 1) 地质找矿标志
1) 区域性深大断裂的发育在该类矿床形成中起到了非常重要的作用，用以切穿地壳，沟通地幔，为幔源岩浆流体系统提供上升通道。白鸽等 ( 1996) 列举了 5 个寻找该类矿床的成矿带: ①华北地台北缘及海西褶皱带中燕山期碱性 － 次碱性火山岩分布区; ②天山南麓与塔里木地块过渡带;③秦岭褶皱系南北两侧; ④郯庐断裂带西侧鲁西台凸地区; ⑤康滇地轴及哀牢山褶皱带。
2) 白云鄂博群地层含矿层主要为白云岩，应作为找矿勘查的重点目标。白云岩与铁矿层的原始物质是在槽型展布的槽状潟湖中沉积的。
3) 基性岩 － 碱性岩 － 碳酸岩组合的出现是该类矿床的一个重要标志，由于该类矿床与碳酸岩关系密切，是稀土金属的重要载体。
4) 稀土矿物的出现是该类型矿床找矿的直接标志，例如矿区内广泛分布的独居石和氟碳铈矿。
5) 在碳酸岩及接近碳酸岩的片岩中出现碱性角闪石、金云母、霓石、钠长石等蚀变矿物的聚集体，以及浸染状或脉状碱性交代作用是稀土找矿标志。
6) 在碳酸岩中氟交代现象的存在也可作为找矿标志，根据萤石化可以很容易地发现这种交代现象。
( 2) 地球物理找矿标志
区内磁异常值普遍偏低，这既与铁矿体埋藏较深有关，也与该区部分磁铁矿体氧化为赤铁矿有关，故而显示弱磁性。因此，在矿区内开展磁法找矿时，要重视弱磁异常的评价，结合异常形态和地质条件综合分析。
( 杨宗喜)