利用SEP裝備技術揭示白云鄂博地區碳酸巖系統的結構特征|薛國強等-Geology

白云鄂博作為全世界最大的稀土礦，占據了全世界三分之一的稀土儲量，但中國作為全球稀土資源與供給大國，近年來稀土優勢地位不斷下降，因此，研究白云鄂博賦稀土碳酸巖對認識碳酸巖理論體系和對白云鄂博稀土礦深部增儲的重大國家需求都具有重要意義。

白云鄂博賦稀土碳酸巖位于華北克拉通北緣（圖1A），產出于13億年的裂谷環境中，Mg、Fe、C和O同位素表明它們來自于地幔巖漿，理論上該碳酸巖可延伸至地球深部，但它與S波波速結構相矛盾，波速結果顯示白云鄂博礦區在約2.5 km深度處有明顯的速度變化，表明它們可能是受斷層影響的結果。同時，白云鄂博碳酸巖普遍含磁鐵礦和赤鐵礦，具有低阻異常特征，為開展碳酸巖深部特征研究提供了可能性。

中國科學院地質與地球物理研究所白云鄂博攻堅團隊針對上述問題，利用自主研發的地面電磁探測系統（SEP）在白云鄂博地區實施大地電磁（MT）測量（圖1B），開展了詳細的構造地質學解剖，結合淺部地球物理資料，揭示了白云鄂博地區碳酸巖系統的結構特征。

圖1(A) 白云鄂博礦區大地構造位置示意圖；（B）白云鄂博及周邊地質圖和大地電磁測深（MT）位置圖

結果顯示：白云鄂博地區發育兩條中生代大型逆沖斷層：菠蘿頭-東介勒格勒-西礦南斷裂（F1）和好慶-尖山北斷裂（F2）將主體碳酸巖（Ca1）和被花崗巖侵入的碳酸巖（Ca2）疊置到了白云鄂博礦區（圖2A）。依據水源頭飛來峰與白云鄂博礦區的距離推測斷層F2的推覆距離大于10 km，而相似的左行雁列式排列的高磁異常帶揭示斷層F1將碳酸巖Ca2推覆了約30 km（圖2A）。長約80 km、深100 km的大地電磁測深（MT）二維剖面結果顯示：白云鄂博礦區低阻體 (<500Ω·m) 延伸有限，僅在地表約2.5 km以淺，而礦區南部發現兩條低阻異常體(<500Ω·m)，一條位于礦區南約30 km的圐圙點力素（C3），另一條位于礦區南約14 km處（C4），它們可能與深部低阻體（C2、C5）相連接（圖2B）。將斷層錯動的碳酸巖恢復至其根部位置，顯示碳酸巖分別位于礦區南約14 km和圐圙點力素處，與MT所揭示的低阻異常體位置吻合（圖2）。

依據以上證據，推斷白云鄂博賦稀土礦碳酸巖體系為：碳酸巖起源于60-70 km的地幔深部，然后沿地幔巖席狀雜巖帶進入到地殼中，分裂為兩條陡立的巖漿通道，最后到達圐圙點力素和礦區南約14 km的淺表部位（圖3）。

圖2（A）白云鄂博地區構造剖面圖，展示了從水源頭飛來峰到圐圙點力素地區的兩條中生代逆沖斷層及其對賦礦碳酸巖的改造特征；（B）白云鄂博地區大地電磁測深（MT）二維剖面圖，展示了該地區發育的低阻異常體分布位置

圖3白云鄂博中元古代賦礦碳酸巖體系示意圖，由固結的部分熔融區域、地幔巖席狀雜巖帶好兩條巖漿通道構成，將碳酸巖從地幔泵入到淺表

該研究的意義在于：（1）該研究首次獲得了“關于碳酸巖起源的、看得見的（準）證據”，揭示了碳酸巖的地幔巖漿體系，與地球化學信息推測結果一致；該模型為尋找隱伏礦體及新的礦區提供了借鑒意義；（2）白云鄂博賦礦碳酸巖可能存在兩個巖漿上涌通道，二疊紀花崗巖改造了其中一條巖漿通道的碳酸巖，而另一支碳酸巖未被改造，否定頂垂體觀點；（3）中生代逆沖斷層錯斷了賦礦碳酸巖通道，其淺部整體向北推移，而根部礦體是深部資源探測的前景區域。

研究成果發表于國際學術期刊Geology(薛國強，張繼恩*，陳衛營，武欣，王建，底青云，徐亞，趙永崗，李獻華，趙育龍，Ross Mitchell. Translithospheric carbonatite magmatic system of the world’s largest REE deposit, Bayan Obo, China[J]. Geology, 2024. DOI: 10.1130/G52604.1.) 。該研究受到國家自然科學基金（92262303）、中國科學院戰略先導專項（A類）(XDA0430204)、白云鄂博稀土資源研究與綜合利用全國重點實驗室聯合基金（GZ-2023-1-LH-003）支持。

美編：陳永焱

校對：劉強