Question

　白云鄂博群和白云鄂博稀土-铌-铁矿床成矿年代讨论

Answer 1

白云鄂博矿床的赋矿围岩为白云鄂博群中部的白云岩，除非矿体及整个赋矿白云岩是飞来物，则白云鄂博成矿年龄必定晚于白云鄂博群赋矿白云岩及其下伏岩层的年龄——无论矿床是热水沉积、火山喷发、沉积改造还是岩浆侵入成因。

虽然姚德等（1998）提出了白云鄂博矿床形成与陨石有关，但并未提供新的证据，且认为是陨石与海水作用形成了白云岩，即并未说矿体整体是外来块体。而且，在矿体下伏的砂岩中，可见明显的碳酸盐脉（墙）切穿地层，而碳酸盐脉（墙）两侧具有明显的霓长岩化，且具有与主矿体相似的地球化学特征（章雨旭等，1998b；杨晓勇等，2000；倪培等，2003;Yang Xueming et al.，2004；范宏瑞等，2006），表明主矿体与碳酸盐脉（墙）是同源产物，外来岩块的可能性不存在。

长期以来，地质、古生物学家的证据表明白云鄂博群不早于震旦纪，可能是震旦纪至奥陶纪（孙淑芬等，1992；张鹏远等，1993；乔秀夫等，1997；谭励可等，2000）。而地球化学家及同位素年代学家得到的同位素年龄却自古元古代至奥陶纪均有，且多数集中于中元古代。

另一方面，白云鄂博的成矿作用极其特殊，有明显的、十分独特的地球化学特性，如极高的Nb、REE、F^-、CO₂流体（热液或岩浆），由于地质环境、大地构造属性等是随着时间变化的，因此，很难想象不同地质时代在同一地点能够发生性质极为特殊的同一种成矿作用，显然，白云鄂博矿床多时代成矿观点是难以置信的。

本章将应用地质学研究的辩证、系统思想（胡受奚，1983,1992；胡受奚等，1992,2006）及逻辑常识（章雨旭，2006），探讨白云鄂博矿床已有同位素年龄的含义，探讨最基本的成矿时代问题。

一、白云鄂博群的年代

白云鄂博群主要分布于白云鄂博铁矿区东西一线，向东可达锡林郭勒盟南部化德县即河北省所称化德群，向西可达达尔罕茂明安联合旗熊包子等地。自下而上划分6个岩组，15个层，即H₁～H₁₅，分别为都拉哈拉岩组（H₁～H₃）、尖山岩组（H₄～H₅）、哈拉霍疙特岩组（H₆～H₈）、比鲁特岩组（H₉～H₁₀）、白音宝拉格岩组（H₁₁～H₁₂）、呼吉尔图岩组（H₁₃～H₁₅）。此外，上部还有阿牙登岩组、阿勒呼都格岩组、呼和艾力更岩组亦曾划归白云鄂博群。内蒙古自治区区域地质志（内蒙古自治区地质矿产局，1991）将最上边的阿勒呼都格岩组、呼和艾力更岩组划分出去，归入中、上奥陶统包尔汉图群；取消第7岩组阿牙登岩组，将其归人第6岩组即呼吉尔图组上部。

白云鄂博地区只有下部6个岩组，分为15个层，即H₁～H₁₅。较多文献认为赋矿白云岩相当于H₈，但张鹏远等（1993）详细研究后认为相当于

。

白云鄂博群的地质时代长期存在争议，且多次变动：①1957年李毓英等建群时，将其划归古元古界滹沱系；②1964年内蒙古区测一队在进行1:20万区调时根据地层中的Favositidae化石（有争议的蜂巢珊瑚科化石）划归寒武纪—早志留世；③1966年1:20万区调在商都幅白云鄂博群阿牙登组（呼吉尔图组之上）发现头足、腕足及腹足类化石，改为寒武纪—奥陶纪；④内蒙古自治区地质矿产局（1991）将白云鄂博群顶部两组划归中奥陶统，其余岩组均划归中元古界长城系，取消第7岩组阿牙登岩组，将其归入第6岩组即呼吉尔图组上部；⑤1994年在进行地层清理时，将1～6岩组归入中-新元古界长城系—青白口系；⑥内蒙古区调研究院一、二分队，重新将阿牙登组恢复，将都拉哈拉组和尖山组归入中元古界长城系；中部哈拉霍疙特组和比鲁特组划归中元古界蓟县系；上部白音宝拉格组、呼吉尔图组和阿牙登组归人新元古界青白口系。

孙淑芬（1992）、张鹏远等（1993）在白云鄂博群尖山组（H₄～H₅）共发现微古植物共计10属33种，其组合特征以刺球藻群（Acanthomorphida）的分子为主，球藻群（Sphaeromorphida）分子次之。在刺球藻群中以Baltisphaeridium属和Micrhystridium属的分子占绝对优势。微古植物个体一般为10～30μm。除3个新种4个未定种之外，其中有9个种见于云南昆明筇竹寺关山剖面下寒武统，6个种见于苏格兰、格陵兰、挪威、加拿大、俄罗斯的下寒武统；6个种见于中国青白口系以晚，5个种最初发现于俄罗斯的奥陶系。所以，孙淑芬（1992）认为，“白云鄂博群尖山组微古植物分布于下寒武统和继承性的分子二者可约达81%，层位较高的分子只占极少数；因此，白云鄂博群尖山组与我国云南昆明下寒武统以及欧洲、北美一些地区的下寒武统在微古植物组合面貌上可以对比”。张鹏远等（1993）即将白云鄂博群置于寒武系—奥陶系。

谭励可等（2000）在商都阿贵图车站西五道湾北山剖面阿牙登组下部第4层发现梅树村动物群分子8属8种（含1相似种、2未定种）：软舌螺类：弯管锥管螺Conothecasubcurvata；似软舌螺类：剑形原赫兹刺Protohertzinaunguliformis；小托尔管（未定种）Torellellasp.；棱管壳类：棱管壳（未定种）Siphogonuchitites sp.，宽带扁平壳Lopochites latazonalis；齿形壳类：反向寒武钉（相似种）Cambroclavus cf.antis，长刺甘洛刺Ganloudina longispina；卡门壳类：多孔唐努乌拉壳Tannuolinamultifora及大量海绵骨针（3属）：原始海绵（未定种）Protospongiasp.、湖南海绵（未定种）Hunanospongiasp.、玻璃海绵（未定种）Calcihexactinasp.（上述化石均由云南省地质矿产厅蒋志文教授级高工鉴定）。因此认为，阿牙登组中、下部属寒武纪无疑，阿牙登组底部可视为震旦系—寒武系界线，其下呼吉尔图组与阿牙登组整合接触，应视为震旦纪地层。上部6～7层（北山剖面8～9号）属奥陶纪，其中6层中曾发现早奥陶世头足类、腕足类和腹足类化石。

包括笔者们在内的研究组（乔秀夫等，1997）依地质特征对比认为白云鄂博南东20余公里的原腮林忽洞组与白云鄂博群的下部相当，并改腮林忽洞组为腮林忽洞群。在腮林忽洞群顶部发现微晶丘，其特征与白云鄂博赋矿白云岩的宏观特征十分相似，认为二者可能等时。即腮林忽洞群相当于白云鄂博群的H₁～H₅。同时在腮林忽洞群中发现三叶虫碎片、微古植物化石和几丁虫。①在腮林忽洞剖面第10层上部，即DSl顶部的含石英砂微晶灰岩薄片中，发现有十几粒细小生物碎片颗粒呈弧形，个别为波浪形，并在碎屑的一侧外壳上有暗色粉末状铁质镶边，在周围灰泥已结晶为细微晶体时仍保持了生物的原始玻纤结构，在正交偏光下呈追踪式消光，这种结构构造是典型的三叶虫碎屑的特征（图5-1）。②在近底部的板岩夹层中，发现微古植物和几丁虫化石：Lophosphaeridium sp.，LeiopsophosphaerasimplexSin,Leiopsophosphaerasp.，Micrhystridium sp..Zonosphaeridiumsp.，Taeniatum simplexSin。属于寒武系的分子。③在下部黑色纹理灰岩中有：Micrhystridium sp.1,Micrhystridium sp.2,Micrhystridiumconifrum Downia,Lophosphospheridium sp.，Microconcentricasp.,?Goniosphaeridiasp.，Goniosphaeridiasp.，Baltisphaeridium solidium（Sin 1962）Fu,Ancyrochitinasp.，Rbabdochitinasp.，Cyathochitinasp.。④在中部黑色纹理灰岩中有：（?）Rbabdochitinasp.，Goniospheridiasp.,Leiopsophosphaerasp.。下部和中部的具刺疑源类和几丁虫则应属早奥陶世分子。

图5-1　在腮林忽洞群中发现的三叶虫碎屑（引自乔秀夫等，1997）

左：岩石薄片中细小的三叶虫屑（箭头所指），图中可见到细裂缝切断三叶虫碎片，单偏光，比例棒长0.15mm；右：三叶虫屑，具玻纤结构，暗色部分为混染的泥、铁质杂质。单偏光，比例棒长0.52mm

综上所述，将白云鄂博群归为中元古代依据的仅是成矿作用的同位素年龄。然而对这几份古生物证据是难以回避的。

二、成矿作用的同位素年龄

（一）锆石SHRIMP和D-TMSU-Pb法

范宏瑞等（2002）同位素稀释法质谱法（D-TMS）测得白云鄂博矿区菠萝头山南侧碳酸盐脉5颗锆石U-Pb等时线年龄值为2070±33Ma，认为它应代表了锆石的结晶年龄，即碳酸岩墙的侵位年龄。范宏瑞等（2006）用同位素稀释质谱法（D-TMS）测定了Wu-dyke碳酸岩墙3颗锆石U-Pb等时线年龄值为1416±77Ma，另外一颗锆石表明年龄为1925±8Ma。作者认为，较老的年龄1925±8Ma应该代表了来自围岩的捕获锆石年龄，并修订范宏瑞等（2002）获得的2070±33Ma年龄也是来自围岩的捕获锆石年龄，而碳酸岩墙的侵位时代可能为1400Ma左右。

刘玉龙等（2006）测得4个碳酸岩脉（作者称为碳酸岩墙）年龄：①锆石的SHRIMP U-Pb下交点年龄为1984±180Ma，其D-TMS上交点年龄为2085±330Ma，②锆石SHRIMP的上交点年龄为2035±51Ma；③锆石的D-TMS上交点年龄为1934±64Ma；④碳酸岩脉全岩Pb-Pb等时线年龄为1236±300Ma。认为2.0Ga左右的年龄代表碳酸盐脉的形成，而1236±300Ma代表裂谷的活化。

（二）Sm-Nd年龄

已知各文献主要是张宗清研究员或与张宗清研究员合作完成。但年龄相差还是相当大的（表5-1），虽然主要集中在1.2～1.6Ga，但也有多个4亿多年、8亿多年和10亿多年的值。

曹荣龙等（1994）给出3条等时线，其中两条平行且很接近；另一条只是这两条线外的两个点（很接近）加上线上的两点构成，而线上两点的选择作者也未给出理由，所以事实上可以说这是一个唯一一点的线，应当取消这条线。

张宗清等（1994）推论，稀土来源是约1670Ma由变质（交代）亏损地幔分离出来的强烈富CO₂、F、碱金属和稀土元素的流体，在1298Ma左右上升成矿。

（三）Re-Os年龄

刘兰笙等（1996）测得辉钼矿的Re-Os模式年龄为439±8Ma，作者等依照流行观点，认为这代表晚期成矿年龄。

刘玉龙等（2005）测得了黄铁矿Re-Os等时线年龄亦为439±86Ma，也解释为晚期年龄。

（四）其他年龄

刘玉龙等（2001）对宽沟北H₈石灰岩进行了U-Pb和Pb-Pb定年，结果由于体系中铀显著过剩，U-Pb体系不能给出等时线年龄，而Pb-Pb等时线年龄误差很大，且随着数据取舍之不同，可得两个年龄：1500±400Ma和820±370Ma，信度较差。

刘玉龙等（2005）对白云鄂博矿床白云石型稀土矿石中12个单颗粒独居石尝试了U-Th-Pb-Sm-Nd同位素联合定年，U含量太低，U-Pb体系，不能给出等时线；其中的8个独居石Th-Pb体系给出一等时线年龄为1231±200Ma。

表5-1　白云鄂博矿床成矿年龄Sm-Nd法测试结果表

①黄河矿、钠长石、钠闪石及钠长石岩。②独居石、氟碳铈矿、黄河矿、易解石、褐帘石、钠闪石、霓石、磷灰石共10件，另有4个样品的数据来自Nakai et al.，1989。作者给出三条等时线，其中两条平行且很接近；另一条只是这两条线外的两个点（很接近）加上线上的两点构成，事实上仅是一个两点连线，应将线外两点作异常点取消，从而取消这条线，故只列出两条线。③全岩、白云石、萤石、磷灰石、独居石。

赵景德等（1991）测得10件碱性闪石的K-Ar或Ar-Ar年龄为约820～396±4Ma;10件独居石等稀土矿物的Th-Pb模式年龄、矿物等时线或内部等时线年龄为596±3～407±12Ma。

三、讨论

（一）生物地层

从地层古生物学看，白云鄂博群的年代应在震旦纪至奥陶纪。

（二）U-Pb年龄

从上述文献可以看出，用于锆石U-Pb年龄测定的锆石均是采于碳酸盐脉中，且除范宏瑞等（2002）样品所在的碳酸岩脉是发育于

板岩中外，其他样品所在的碳酸盐脉均产于白云鄂博群下伏的变质岩或H₁～H₄砂岩中，尽管它们可能有岩浆锆石的特征，但难以排除它们是来源砂岩或变质岩中的。众所周知，白云鄂博矿床的矿体中很少见到锆石，且富钍而贫铀，碳酸盐脉与矿体具有相同的地球化学特征，其中富产锆石是困难的。笔者等认为，赋矿白云岩是热水沉积形成，碳酸盐脉是同源热液交代变质岩或砂岩等形成（章雨旭等，2005），碳酸盐脉中的锆石就是变质岩或砂岩中的锆石，它们可能被热水改造，其年龄老于赋矿白云岩的年龄是正常的。现在测得的年龄能否代表成矿热液作用对锆石的改造时间，恐怕还得寻找旁证支持。

（三）Sm-Nd年龄

已经报道的Sm-Nd模式年龄较为集中，t_DM均大于1.6Ga,t_Chur均大于1.2Ga；而等时线年龄变化范围很大，自1.7Ga至0.4Ga，且同一作者张宗清先生的数据也从近1.6Ga至0.8Ga。而且，许多等时线年龄本身的误差就很大（表5-1）。

刘玉龙等（2005）指出，白云鄂博矿床的特点是轻稀土高度富集，Sm/Nd值很低，大部分样品低至0.05以下，是导致大部分定年结果误差较大、等时线线性欠佳的原因。查阅这些Sm-Nd定年的原始数据（表5-2）可以发现，绝大多数样品的¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd值小于8%，来自赋矿白云岩或矿石的70件样品中，只有7件样品的¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd大于8%（分别为3件磷灰石、一件易解石、两件矿石和一件钠闪石）；许多小于5%（图5-2b）。再加上¹⁴⁷Sm的半衰期很长——106.0Ga，所以由¹⁴⁷Sm衰变而成的¹⁴³Nd与非放射成因的¹⁴³Nd相比，所占份额极小

已知λ（¹⁴⁷Sm-¹⁴³Nd）＝6.54×10^-12a^-1，经过1.53Ga，衰变而形成的n（¹⁴³Nd^*）=n（¹⁴⁷Sm）（e1/100^-1）≈n（¹⁴⁷Sm）/100。由于现今¹⁴³Nd占Nd总量的12.18%,¹⁴⁴Nd占Nd总量的23.8%，故

。由于，绝大多数样品的n（¹⁴⁷Sm）/n（¹⁴⁴Nd）＜0.08，所以，即使假定白云鄂博成矿于15亿年前，现在测年的大多数样品中的放射成因¹⁴³Nd^*也仅占全部¹⁴³Nd的16/10000以下。。所以，大的误差，不可避免。

笔者等基于白云鄂博是单——次成矿的认识，可以假定，白云鄂博矿床的Sm、Nd均是同源、同时的，所以尝试收集了所有的原始数据98件，其中来自赋矿白云岩或矿体的70件，上覆板岩的25件，下伏碳酸盐脉的3件（表5-2）。并将其混合在一起用Isoplot程序计算，其中一件有笔误（源自张宗清等，1997，一暗色板岩样品，¹⁴⁷Sm/¹⁴³Nd在数据表中为0.01134，但在等时线图上位于0.1134附近。分析可知后者合理）作了校正，另两件离线较远（均来自曹荣龙等，1994，分别为易解石和磷灰石）弃用。96个Sm-Nd数据可以拟合成一条直线，R=0.96325，斜率＝0.00739，可求得年龄t=1125.8±32.5Ma（λ＝6.54×10^-12a^-1），ε_Nd=-3.02（图5-2a）。

若仅用其中的70件赋矿白云岩或矿石全岩或其中的独居石、氟碳铈矿、黄河矿等含稀土矿物，则两件样品远离等时线，其余68件拟合成一条直线，R=0.88631，斜率＝0.00700，年龄t=1066.6±68.8Ma（λ＝6.54×10^-12a^-1），ε_Nd=-4.13（图5-2b）。

若仅用25件板岩（全岩）样品的结果，则R=0.96642，斜率＝0.00809，年龄t=1232.0±68.5Ma（λ＝6.54×10^-12a^-1），ε_Nd=-1.89，参与计算的25件样品均在等时线附近（图5-2c）。

从图5-2a中可见，所有的数据点近于一条直线（两个异常样品除外）。

而将数据分开成为赋矿白云岩（图5-2b）和上覆板岩（图5-2c）两组计算，则上覆板岩早于下伏白云岩或矿体了，这与地质事实明显不符：若白云岩和矿体为热水沉积或海底火山沉积，则板岩必定明晚于白云岩和矿体；若白云岩和矿体为岩浆侵入或热液交代，则上覆板岩中的稀土应与之同源、同时。所以，这可能是误差较大所致。同时我们注意到，张宗清等（1997）将他们的25个数据按富钾板岩、暗色板岩和变基性火山岩分成3组，所得3个年龄值相互差和本身误差也均较大。

图5-2　据各已发表的白云鄂博Sm-Nd年龄原始数据所作的等时线图

a—所有98个数据；b—70个来自赋矿白云岩或矿体的全岩、矿石或单矿物数据；c—25个来自上覆板岩的全岩数据图a中的▲、b中的为异常数据，未参加等时线计算。

表5-2　已发表白云鄂博矿床成矿年龄Sm-Nd同位素测试原始数据表

①该数据在原文的数据表中

为0.01134，在本文所作的所有数据投影上，它远离等时线；但在原文的等时线图上

位于0.1134附近；推断其表格中的值为作者笔误，现更正其

为0.1134。

但无论如何，这种多样品混合计算揭示了一个事实，即Sm-Nd同位素时钟只启动了一次，以后没有再被重置。启动的时间在11亿年左右。

所以，可以认为，在t=1125.8±32.5Ma时Sm-Nd同位素时钟启动，后面的地质作用，无论是岩浆作用还是热液（水）作用都不再扰动Sm-Nd同位素时钟。即1125.8±32.5Ma仅是Sm-Nd源区分离的时间，与后面的成矿过程无关。但这是一个怎样强烈的地质作用还难以解释。著名Sm-Nd同位素专家张宗清等（1994）曾“倾向认为，稀土可能是在1670Ma左右，由变质（交代）亏损地幔分离出来的强烈富CO₂、F、碱金属和稀土元素的流体，在1298Ma左右上升成矿”，似乎可以修改后移植到本书，即这次导致Sm-Nd时钟启动的作用并不是后来的流体上升成矿过程，而可能是一个地幔过程。但是，我们三种算法的ε_Nd值均为负值，却说明，稀土的初始源区可能是地壳，这还需专家解释。

（四）Re-Os年龄

两篇文献的Re-Os年龄，一个是辉钼矿模式年龄，一个是黄铁矿的等时线年龄，却是异常的巧合，均为439Ma，仅是误差不同。而这一年龄与古生物化石证据表明的年龄较为吻合，尽管作者们均认为是成矿后期年龄，但它却很可能是真正的成矿年龄。

刘兰笙等（1996）描述“辉钼矿采自白云鄂博矿区东矿采场，含辉钼矿的矿石矿物有白云石、萤石、钠长石、易解石、锆石、辉钼矿、黄铁矿、黄铜矿。此矿石似属于白云石型铌稀土矿石类型，从镜下观察辉钼矿……呈片状产于萤石及白云石矿物的周围及其裂隙中”。可以看出，这并无晚期特征，是与萤石、白云石等共生的成矿期矿物，事实上，在白云鄂博有相当多的硫化物与稀土、铌、铁矿物共生，包括辉钼矿。

刘玉龙等（2005）在样品描述中指出：“在白云鄂博矿床共观察到3种黄铁矿：①呈浸染状弥散分布于各类矿石中的黄铁矿；②与磁黄铁矿共生的黄铁矿；③与重晶石共生的块状黄铁矿”。作者等采集的是与重晶石共生的黄铁矿，重晶石呈块状，与黄铁矿紧密接触，共生的尚有霓辉石和磁铁矿，还有脉状产出的氟碳铈矿、独居石和磁铁矿、萤石，黄铁矿亦成细脉；与黄铁矿一起呈脉状产出的同样有稀土矿物和磁铁矿，而成矿不可能是多期的（见本章首节）。而且，白云鄂博矿床的矿物组合有一重要特点，即下部为赤铁矿-重晶石等高氧化条件组合，上部为高还原条件的磁铁矿-硫化物组合，两种组合是连续过渡的。作者的样品中，重晶石与磁铁矿、硫化物等共生，仍是白云鄂博矿床的典型组合。作者等将该年龄解释为主成矿期后地壳成因的热扰动事件，是不符合一般规律的，这事实上仍是成矿年龄。

四、结论

（1）收集已发表的各Sm-Nd同位素年龄原始数据并合并重新计算，70件样品得到赋矿白云岩形成或成矿作用的时间为1066.6±68.8Ma（R=0.88631）；25件样品得到上覆板岩的形成时间为1232.0±68.5Ma（R=0.96642）。但这对数据本身就相互矛盾，也得不到其他证据的支持，应当放弃。

（2）综上所述，白云鄂博矿床的成矿年龄应当晚于或等于1125.8±32.5Ma（Sm-Nd同位素时钟启动），早于或等于439±86Ma（矿体中硫化物形成）。若结合古生物证据，且假定Sm-Nd同位素时钟“十分坚牢”不易重置的话，则可以采信成矿年龄为439±86Ma（或乐观地采信439±8Ma）。存在问题就是1125.8±32.5Ma代表什么地质意义，是什么地质作用导致在这一时刻Sm-Nd同位素时钟启动。