白云鄂博Nb-Fe-REE矿床是世界上最大的轻稀土矿床,铌储量居世界第二,同时也是我国重要的大型铁矿床。该矿床在形成过程中经历了复杂的地质演化过程,矿物种类繁多、共伴生关系极为复杂,导致矿床成因机制尚不明确,制约了白云鄂博矿床找矿勘查,也制约了多金属资源的综合有效利用。本文使用矿物自动定量分析系统(TIMA)对7种类型矿石进行原位定量矿物学和元素地球化学分析,使用主成分分析法(PCA,Principal Component Analysis)系统分析矿物和元素的共生组合,查明REE和Nb的矿化和蚀变信息。在此基础之上,对铁的主要矿石矿物——磁铁矿进行详细的岩相学以及原位LA-ICP-MS微量元素地球化学研究,查明Fe的富集沉淀机制,探讨Fe、REE、Nb矿化的耦合关系,完善白云鄂博矿床的成矿模式。研究成果可为白云鄂博矿床的深部勘探和多金属资源的高效综合利用提供科学依据。 相比于利用传统的二元协变图解解释数据之间的相关性,主成分分析在多元相关性分析上显现出明显优势。基于7类矿石80件样品的TIMA数据,PCA分析提取出矿物(PCM)与元素(PCE)各5个特征值>1的主成分。前三个主成分(PCM1-PCM3和PCE1-PCE3)累计方差解释率分别为55.4%和63%,并被用于解释REE和Nb的蚀变和矿化信息。PCM1与PCE2将与REE矿化相关的较晚期的重晶石蚀变与其他蚀变区分开;PCM2、PCE1和PCE3将REE和Nb的矿化区分开:REE矿化与氟化、磷化蚀变密切相关,而Nb矿化与霓石化、钠闪石化等碱性蚀变的关系更为密切。此外,PCE3显示Nb的矿化还可能与富Ti的流体有关。PCM3识别出Th的矿化信息,其与REE矿化和氟化蚀变密切相关。PCA分析显示,不同类型矿化和蚀变的样本在得分图上有着不同的空间分布。依据PCA揭示的矿化和蚀变信息,本文将白云鄂博矿床的七种类型的矿石归纳为三类:白云石型稀土矿石、铁—稀土—氟矿石、富铌矿石。 依据岩相学特征,可将白云鄂博磁铁矿分为四种类型:浸染状磁铁矿、条带状磁铁矿、块状磁铁矿和热液交代型磁铁矿,分别对应中元古代主要矿化阶段(浸染状、条带状、块状矿化阶段)以及古生代脉状矿化阶段。与碳酸岩岩浆磁铁矿相比,白云鄂博磁铁矿的微量元素特征表现富Y、P、Pb、Ge、V、Ni、Cr,贫Ta、Cu、Ga、Mn、Mg、Ti,与热液成因磁铁矿更为相似。多个磁铁矿成因判别图、Ti元素的含量(大部分样品<1000 ppm)、以及环带状结构磁铁矿共同表明了中元古代的白云鄂博磁铁矿为热液成因。浸染状,条带状和块状磁铁矿之间的Ti、Al、Sn、Ga含量均无明显差异,指示这三个阶段的成矿温度差异较小。条带状和块状磁铁矿相比浸染状磁铁矿具有高Mn低V、Cr特征,指示较高氧逸度的成矿环境,这两个矿化阶段的磁铁矿与萤石、钠闪石、霓石、稀土矿物紧密共生,稀土配分曲线显示LREE或MREE富集,指示成矿的热液流体富Fe和REE。古生代脉状矿化阶段的磁铁矿显示多期热液流体交代的特征,整体表现为低Ni,LREE微弱富集或REE整体亏损,指示热液交代促进了Fe和REE的再活化和迁移,也表明了该阶段热液贫REE。 综上研究,中元古代富集成矿物质的碳酸岩岩浆从地幔软流层分离后,沿区内深断裂上涌,侵入到白云鄂博群,随后碳酸岩岩浆分异出富REE、Fe、Nb、F、Cl的热液,由于温度、压力、挥发分逃逸等因素的变化,导致REE、Fe、Nb在适合的条件下结晶沉淀,条带状和块状矿化阶段REE-Fe成矿最为强烈,成矿后矿床还经历了韧性变形和重结晶作用。在古生代白云鄂博矿床经历多次岩浆和热液交代事件,该时期的热液可能不是Fe、REE和Nb的直接来源,而仅对之前富集的Fe、REE和Nb进一步活化、迁移和再富集,多期次的岩浆和热液活动最终形成了白云鄂博Nb-Fe-REE矿床