Question

白云岩碳、氧同位素地球化学特征

Answer 1

白云鄂博矿床赋矿白云岩的碳、氧同位素已做大量工作（魏菊英，1983；刘铁庚，1986；中国科学院地球化学研究所，1988；方涛，1994；陈辉，1997；杨学明，1998,2000；杨晓勇，2000；舒勇，2001;Le Bas,1997等），对岩石成因多有阐述。上述学者有关岩石同位素组成特征及岩石成因的论述，大大丰富了前人的认识。但是由于碳、氧同位素组成的复杂性，所获得的结论有很大差异。

表10-8列出了白云鄂博矿床已获得白云岩样品碳、氧同位素测定结果。

表中列出的岩石名称均按原文，便于读者了解原岩性质，只是在岩石类别及前后顺序方面有所变动。鉴于主、东矿与西矿形成时代和形成地质条件差异（详见第四章及本章第五节），这里分别描述其同位素组成特征。在每一组岩石内又按白云岩、矿化白云岩和蚀变白云岩分出3类。白云岩和矿化白云岩主要根据是否有铁－稀土矿化来区分，在野外即可区别，蚀变白云岩是本文作者在研究白云岩自交代作用时得出的认识（详见本章第二节）。白云岩中的萤石、钠闪石，尤其是细晶白云石交代溶蚀粗晶白云石的蚀变现象明显，广义上它们可称为蚀变矿物。上述学者注明有萤石、钠闪石及细晶白云石等的岩石在表中均归入蚀变白云岩类。由表列数据可以看出，三类岩石的氧、碳同位素组成不同，而且具有一定的变化趋势。

表中变动较大的是将魏菊英原命名的含矿白云岩和矿化白云岩合在一起，统称矿化白云岩。原命名的围岩白云岩列入本文的蚀变白云岩内。魏菊英的围岩白云岩指的是矿体的围岩，其中萤石化、钠闪石化、细晶白云石自交代作用发育，多为蚀变岩石，此外，在刘铁庚的数据中标有钠闪石化、萤石化的白云岩，其δ¹⁸0及δ¹³C值与魏菊英的围岩白云岩的值甚为接近，而没有标明这些蚀变矿物的白云岩的值与魏菊英的围岩白云岩的值相差较大。

表10-8中还列出了北部侵入地层碳酸岩岩脉全岩样品δ¹⁸0和δ¹³C值。

前人借助氧、碳同位素数据论证矿区白云岩的成因，主要有3种认识：①封闭或半封闭海盆内的沉积成因（魏菊英，1983）；②深源热卤水与海水混合成因（陈辉，1987）；③碳酸岩岩浆成因（刘铁庚，1986,Le Bas,1997）。

白云岩沉积成因的认识主要是与海相沉积碳酸盐岩石——石灰岩和白云岩进行对比得出的。矿区白云岩的δ¹³C值在海相沉积碳酸盐岩的范围内。白云岩的δ¹⁸0较海相沉积碳酸盐岩低。低的原因被解释为白云岩再结晶过程中受大气降水或层间孔隙溶液影响，同位素交换的结果。

深源热卤水与海水混合成因的认识主要是依据成矿溶液的δ¹⁸0及δD介于深源热卤水与海水之间，从而得出白云岩是由深源热卤水与海水按1∶1比例混合形成的结论。

碳酸岩岩浆成因认识主要依据白云岩中的粗晶白云岩的δ¹⁸0和δ¹³C值分布在原生火成碳酸岩区及其附近。碳酸岩δ¹⁸O 6‰～10‰，δ¹³C-4‰～7‰（Deines,1989,Le Bas,1997）。细晶白云岩的值分布在粗晶白云岩和沉积白云岩或石灰岩的值之间。细晶白云岩被认为是在有地下水参与的含矿溶液影响下粗晶白云岩经再结晶作用形成的。

表10-8　白云鄂博矿床白云岩全岩样品氧、碳同位素组成

续表

①作者将白云岩定名为碳酸岩。

图10-23表明了矿区白云岩的δ¹⁸O－δ¹³C关系，可以看出，白云岩δ¹⁸0值和δ¹³C值大致呈线性阵列演变关系。这与前人得出的认识一致（刘铁庚，1986；中国科学院地球化学研究所，1988；陈辉，1997）。白云岩δ¹⁸0值和δ¹³C值分布在一个大的范围内，δ¹⁸0值介于6.5‰～16.5‰之间，δ¹³C介于－7.22‰～1.4‰之间，线性阵列的一端为岩浆碳酸岩碳、氧同位素组成范围，另一端为元古宙海相白云岩同位素组成范围，这显示，矿床形成时岩浆碳酸岩与海水发生过同位素交换。由于白云岩碳、氧同位素组成兼有不同沉积环境特征，这使得矿床的成因讨论变得复杂（见本节前面讨论）。由图10-23还可以看出，侵入地层的碳酸岩脉的碳、氧同位素组成也处于上述线性阵列靠近岩浆碳酸岩范围一边。

图10-23　白云鄂博矿床主矿、东矿白云岩样品δ¹⁸O－δ¹³C关系图

白云岩样品δ¹⁸O－δ¹³C大致呈线性阵列演变。■主矿、东矿白云岩样品；◇侵入地层碳酸岩脉样品。岩浆碳酸岩碳、氧同位素组成范围据Deines,1989;Lc Bas et al.,1997；元古宙海相白云岩碳、氧同位素组成范围据Veizer and Hoefs,1976

Fig.10-23　δ¹⁸O vsδ¹³C diagram of dolomites（■）from the Main orebody and East orebody in the Bayan Obo ore deposit

The values of carbonatite vein（◇）intruded into the Bayan OboGroup in the north Bayan Obo ore district are alsoshown for comparison.Sites of dolomites are distributed along a linear array between igneous carbonatites（δ¹⁸O andδ¹³C after Deines,1989 and Le Bas et al.,1997）and Proterozoic marine dolomites（after Veizer and Hoefs,1976）

白云鄂博矿床西矿白云岩碳、氧同位素组成也具有与主矿、东矿碳、氧同位素类似组成特征，仅分析样品少一些。

如果白云岩按白云岩（粗粒白云岩）、矿化白云岩和蚀变白云岩分类（分类原则见本节前面部分叙述），其碳、氧同位素组成δ¹⁸0－δ¹³C平均值演变关系比图10-23更清楚显示白云鄂博矿床白云岩是岩浆碳酸岩与元古宙海水混合蚀变产物（图10-24）。并且由图还可以明显看出，由白云岩至矿化白云岩至蚀变白云岩，海水蚀变程度增加。

图10-24　白云鄂博矿床不同类型白云岩样品δ¹⁸O-δ¹³C平均值关系图（据表10-8不同类型白云岩δ¹⁸O、δ¹³C平均值绘制）

岩浆碳酸岩值据Deines（1989）和Le Bas（1997）资料；元古宙海相碳酸岩值据Veizer and Hoefs（1974）资料统计，众值

Fig.10-24　δ¹⁸O vsδ¹³C of mean valuesof coarse,mineralized and altered dolomites from the Bayan Obo ore deposit

δ¹⁸O and δ1 3C values of igneous carbonatites and Proterozoic marine dolomites are respectively after Deines（1989）,Le Bas,et al.,（1997）and Veizer and Hoefs（1976）

由白云鄂博矿床铌-稀土-铁矿石、白云岩样品硫酸盐硫同位素资料和白云岩样品碳、氧同位素资料得出的成矿环境的认识与本章前面叙述的Sr、Nd同位素资料反映的成矿环境十分一致。