Question

碳酸岩及其相关矿床概述

Answer 1

碳酸岩是指碳酸盐矿物(主要是方解石、白云石、铁白云石或含钾、钠碳酸盐矿物)含量大于50%的火成岩；除碳酸盐矿物外，岩石中其他常见组成矿物包括透辉石(发育于早期碳酸岩阶段)、钠质辉石或角闪石、金云母、磷灰石以及橄榄石等。碳酸岩最显著的特征是稀土元素含量比几乎所有其他岩石类型都要高，例如，钙、镁、铁碳酸岩稀土丰度分别为0.37%、0.42%和1%，因而，世界稀土元素矿床主要产自碳酸岩。含稀土元素碳酸岩一般都是与碱性岩(例如正长岩、霞石正长岩和霞石岩)共同构成碱性碳酸岩杂岩，其中的碳酸岩属于岩浆演化晚期阶段发育的产物。

与碳酸岩有关的矿床是指赋存在碳酸岩以及相关的碱性硅酸盐岩体内及其附近围岩中的各种类型的矿床，主要包括稀土元素(REEs)、铌、铁、铜、磷灰石、蛭石以及萤石矿床等，其副产品包括重晶石、锆石(或斜锆石)、钽、铀等。在南非Palabora碳酸岩矿床中还产出铂族元素、银以及金等。

稀土元素碳酸岩矿床可进一步分为岩浆型和交代型。岩浆型稀土元素矿床一般都与铁质碳酸岩(富铁白云石或铁白云石碳酸岩，副矿物主要为赤铁矿、磁铁矿、磷灰石、锆石、褐帘石、榍石以及黑云母等)有关，通常赋存在含同期镁铁质和超镁铁质岩石的复式深成岩内的小规模(直径3～4km)岩颈状岩体中。矿体呈透镜状或不规则长条状成群分布，平面上呈新月形或环形，剖面上呈平行于侵入杂岩体壁的陡倾斜向深部延深。主要的矿石矿物包括：①烧绿石；②稀土氟碳酸盐或磷酸盐矿物(如氟碳铈矿、氟碳钙铈矿、磷铈镧矿等)，它们与重晶石和磷锶矿等矿物存在于主要的成岩矿物中；③钙钛矿-磁铁矿±铈铌钙钛矿±钠铌矿±烧绿石；④磷灰石。

交代型矿床一般具有如下形式：①铁白云石或白云石岩墙和张性脉体，含方解石或不含方解石；②薄的热液脉体；③网状脉；④富方解石和白云石或铁白云石的交代矿体。岩墙和岩脉局部呈放射状或环状分布，常常横切同源的霓长岩化碱性岩体及其附近围岩。交代型矿床显著地富集轻稀土元素以及Ba和Sr，烧绿石和磁铁矿含量明显减少，并且含石英、榍石、锆石、褐帘石、硫化物、石榴子石以及萤石等。如果碳酸岩体中磷酸盐矿物含量较高，则稀土元素主要富集在磷铈镧矿中；如果缺失磷酸盐矿物，那么，有用矿物包括氟碳铈矿、氟碳钙铈矿、直氟碳钙铈矿、碳锶铈矿以及铈磷灰石中。

碳酸岩及其相关的侵入体的围岩一般都要受到碱性交代，这种蚀变围岩称为霓长岩(fenite)。霓长岩形成于碳酸岩周围的接触变质晕中，它首先由Brǒgger(1921)研究挪威奥斯陆地堑西部特勒玛克(Telemark)地区的Fen 碳酸岩而描述和命名的，后来发现世界上几乎所有的碳酸岩侵入体的围岩都有霓长岩化(fenitization)发育。霓长岩变化相当大，而且通常以肉眼难以观察到的变化在围岩中发育。有利于霓长岩化的围岩为长英质岩石，如花岗岩类和长英质片麻岩类岩石。

霓长岩化基本上是一种碱性交代作用，大多数霓长岩蚀变晕都以去硅作用、Fe³⁺、Na⁺、K⁺的加入、轻稀土元素、大离子亲石元素、以及其他不相容元素的异常富集为特征，其主要结果是石英和斜长石被碱性长石交代，并且发育诸如霓石、霓辉石和钠闪石之类的碱性镁铁质矿物。霓长岩紧靠碱性硅酸盐—碳酸岩杂岩体形成。霓长岩晕表现出如下特征：①原岩矿物被碱性长石以及钠质辉石和角闪石渗透性地广泛交代蚀变；②石英和长石的重结晶；③围岩部分重结晶和不完全的同化。随着距碳酸岩侵入体的距离增大，霓长岩蚀变主要表现为沿断裂构造发育，并呈带状分布。除霓长岩化外，晚期阶段的碳酸岩流体可以导致岩浆期后的自交代蚀变以及不相容元素的重新分布，例如，在岩浆氟碳酸盐矿物中的稀土元素可能被淋滤出来并与其他矿物结合富集在发育在围岩的脉体中。另一种由晚期流体产生的常见蚀变特征是发育显著富黑云母的岩石，称为黑云岩或云母岩。黑云母和金云母的表生蚀变导致具有经济意义的蛭石发育。

目前世界已知的330多个碱性硅酸盐-碳酸岩杂岩体，其中大多数都赋存在相对稳定的板内环境(Le Bas，1987)，这些杂岩体的区域分布都是受重要的构造特征所控制，大约半数的已知碳酸岩体都位于直径数十公里至数千公里的隆起或穹窿部位，控制碳酸岩岩体定位的其他重要构造包括重要的断层、非造山裂谷以及重要断层的交汇部位。

碳酸岩可能由具有不同结构和矿物特征的多个侵入岩相组成，早期阶段的碳酸岩一般主要由方解石组成，不含过碱性的辉石或角闪石，有关的矿化为磷灰石+磁铁矿+烧绿石；晚期碳酸岩可能含白云石、铁白云石和菱铁矿。

在化学周期表上，稀土元素构成了化学性质十分相似的镧系元素。由于稀土元素特殊的化学性质，它们在冶金工业、高新技术、环境保护、以及经济方面都有重要的意义。全部稀土元素的发现过程从1794年持续到20世纪50年代中期。50年代以前，世界上稀土元素主要产自于含独居石的砂矿和伟晶岩矿床，产量很少。1949年，在加利福尼亚的(芝特帕斯 Mountain Pass)发现了富含轻稀土元素的碳酸岩岩体，矿床中稀土氧化物(REO)的品位为8%～12%，平均为9.3%，矿体圈定的边际品位为5%，探明的矿石储量为2000万吨，稀土元素主要赋存在氟碳铈矿及其相关的矿物中。1966年，Mountain Pass矿床的产量达到矿山历史生产的最好水平，并且从1965年至80年代中期，该矿床一直保持着世界稀土元素的主产区的地位。Mountain Pass矿床主要以生产轻稀土为主，然而，由于堆浸技术提取中稀土元素取得突破，原来作为有害元素的赋存在选矿尾砂中的中稀土元素也得到充分的开发利用。

自从1985年以来，我国的稀土产量迅速增加，占据世界稀土主产区的地位。我国的稀土元素资源主要来自三种类型的矿床：①内蒙古白云鄂博铁-铌-稀土元素矿床，该矿床的地质特征既类似于碳酸岩型稀土矿床，又相似于热液铁氧化物-Cu-Au-U矿床(如澳大利亚的奥林匹克坝型和瑞典的基鲁纳型矿床)。白云鄂博矿床REO的品位在3%～6%之间，探明的矿石储量大于4000万吨；②发育在华南地区花岗岩或正长岩风化壳中的离子吸附型矿床，这类矿床的特点是HREE含量相对比较高，而且容易开采和提取；③四川牦牛坪地区与碳酸岩岩浆有关的气成热液交代型稀土矿床。四川牦牛坪稀土矿床是20世纪80年代后期发现的、仅次于我国内蒙古白云鄂博和美国加州Mountain Pass矿床的世界第三大稀土矿床，其探明的REO资源量约200万吨，品位在1.07%～5.77%之间；该矿床类型独特，其矿石易采易选，而且含有Sr、Pb、Mo、Bi、Ag等多种伴生有用组分，具有重要的理论和实际研究意义。