08/07/2025
Геологічна будова, геотектонічні позиція, петрологічний та мінеральний склад, геохімічні особливості, історія геологічного розвитку, технології видобутку та збагачення, стан довкілля "стратегічної мінеральної перлини" Китаю, унікального магнетит-рідкісноземельно-ніобієвого (Fe-TR-Nb) родовища Баян-Обо (Bayan-Obo), що в останні два десятиліття забезпечує понад половину світового видобутку критично важливих мінеральних ресурсів для сучасної цивілізації — розташованого у провінції Внутрішня Монголія на півночі країни...
Сучасна технологічна революція у царинах мікроелектроніки, мобільного зв'язку, комп'ютерної техніки, відновлюваної енергетики та низки інших галузей була б неможлива без унікальних властивостей рідкісно-земельних елементів та їхніх достатніх розвідних геологічних запасів, однак глобальною ресурсною проблемою є те, що монополістом на ринку TR є Китай, а китайська копальня "Баян Обо" в даний час забезпечує близько половини світових потеб у рідкісно-земельних елементах і китайці кажуть: ми готові і далі нарощувати видобуток "рідкісних земель" заради "енергетичної революції" - є ще перспективні площі та нові родовища, і їх потенціал величезний.
На першому місці у сучасній технологічній революції перевагу мають рідкісні землі.
Так звані «рідкоземельні елементи» (або РЗЕ) включають 15 лантаноїдних елементів на періодичній таблиці - лантан через лютецій - плюс скандій та ітрій прямо над ними. Незважаючи на назву, більшість рідкісних земель є більш поширеними, ніж золото чи срібло в земній корі, хоча поклади високоякісних руд із високим вмістом TR, насправді дійсно дуже важко знайти.
Однак додавання РЗЕ у незначних кількостях у магніти чи напівпровідники, надають чудодійних властивостей сучасній електроніці та відновлюваній енергетиці. Наприклад, неодим або самарій в магнітах значно підвищує їхню ефективність, дозволяючи цим компонентам різко зменшуватись у розмірах.
Рідкісно-земельні елементи також використовуються для створення покриттів люмінофором всередині люмінесцентних лампочок, які відповідають за колір випромінюваного світла. І вони важливі для лазерів, оптики, нікель-гідридних батарей - навіть хімічних каталізаторів для переробки нафти. З тих чи інших причин РЗЕ потрапляють у телефони, електромобілі, сонячні батареї та вітрогенератори.
Де шукати руди рідкісно-земельних елементів?
Руди з високою концентрацією рідкісних земель здебільшого підпадають на дві загальні категорії: магматичні гірські породи та вивітрювані осади.
Корінні руди - це переважно руди генетично пов'язані із карбонатитами - незвичайними продуктами диференціації магм, багатих карбонатними мінералами. Досить незвично, що сьогодні у світі лише один вулкан, який вивергає карбонатитні лави, хоча інші були в минулому.
Близько половини поточного світового видобутку рідкоземельних елементів здійснює знаменита китайська копальня "Баян Обо", руди якої генетично пов'язані із карбонатитами.
Китай домінував у виробництві та переробці (значна частина руди, що видобувається в інших місцях, все ще переробляється в Китаї), хоча є багато інших потенційних джерел. Коли Китай намагався придушити експорт на тлі зростаючого попиту в 2011 році, різкі ціни призвели до конфлікту та до відкриття нових копалень. Рішення Світової організації торгівлі у 2014 році припинило обмеження Китаю, а разом із збільшенням виробництва в інших країнах та зусиллями виробників щодо зменшення попиту це відновило ринок. Але робота над новими проектами все ще просунулася вперед, навіть якщо деякі не будуть економічними, поки ціни знову не піднімуться.
Рідкоземельною "перлиною" Китаю безумовно є Баян-Обо (Bayan-Obo) — магнетит-рідкісноземельне (Fe-TR-Nb) родовище у Внутрішній Монголії, Китайській провінції.
У геологічній будові родовища Баян Обо виділяють чотири лінзоподібних рудних тіла (потужність 200–250 м, протяжність до 1,3 км) складені магнетитом, гематитом, в зоні окиснення мартитом, рідкісноземельними мінералами і флюоритом. У багатих рудах вміст Fe понад 45%, в середніх 30-45% (60% запасів), в бідних 20-30%. Вміст рідкісноземельних елементів близько 8%.
В родовищі Баян-Обо вміст TR2O3 в рудах 0,75-7,6%, з них частка Ce2О3 50%; La2O3 30%; Nd2O3 15%, інші 5%. Основний рідкісноземельний мінерал: бастнезит (Ce, La, Nd, Y)[(F, OH).
Рудне родовище Баян Обо є найбільшим ресурсом рідкісноземельних елементів (РЗЕ) та другим за величиною ресурсом ніобію (Nb) у світі. Через складний петрологічний та мінеральний склад, геохімію рідкісно-земельних елементів, участь у кількох геологічних подіях, механізм збагачення РЗЕ та генезис цього гігантського родовища досі залишаються предметом активних дискусій.
Родовище містить дуже багаті рудні тіла у масивному рудоносному доломіті, а поблизу родовища розташовано майже сто дайок карбонатитів. Дайки карбонатитів можна розділити на три типи від раннього до пізнього: доломітові, супутні, доломіт-кальцитовий та кальцитові , що відповідають різним еволюційним стадіям карбонатитового магматизму на основі даних про РЗЕ та мікроелементи. Останній (карбонотитовий магматизм) завжди має вищий вміст РЗЕ.
Походження доломіту, що вміщує руду в Баян Обо, розглядалося в різних моделях, починаючи від звичайних осадових карбонатних порід до вулкано-осадової послідовності та великої карбонатитової інтрузії. Більше геохімічних даних показують, що грубозернистий доломіт являє собою мезопротерозойський карбонатитовий плутон, а дрібнозернистий доломіт утворився в результаті екстенсивної мінералізації РЗЕ та модифікації грубозернистих різновидів.
Рудні тіла , розподілені вздовж поясу простягання схід-захід, зустрічаються у вигляді великих лінз і зазнали більш інтенсивної флюоритизації та фенитизації.
Перший епізод мінералізації характеризується розсіяною мінералізацією в доломіті.
Другий або основний епізод - це смугаста та/або масивна мінералізація, що перетинається третім епізодом, що складається з багатих на егірин жили.
Різні методи датування дали різний вік мінералізації в Баян Обо, що призвело до тривалих і гарячих дискусій. Збірник наявних даних свідчить про те, що мінералізація досить мінлива з двома піками приблизно 1400 та 440 млн років тому. Ранній пік мінералізації за часом закривається до вторгнення дайок карбонатитів.
Значна теплова подія приблизно 440 млн років тому призвела до утворення пізніх стадій мінералізації з грубими кристалами мінералів РЗЕ. Флюїди, що беруть участь у мінералізації REE-Nb-Fe в Баян Обо, можуть бути системою REE-F-CO2 - NaCl -H2O .
Присутність карбонатів REE як рясної твердої речовини в рудах показує, що початкові рудоутворювальні флюїди дуже багаті на REE, і тому мають потенціал для виробництва економічно вигідних руд REE в Баян Обо.
Родовище Баян Обо є продуктом мантійного карбонатитового магматизму приблизно 1400 млн років тому, який, ймовірно, був пов'язаний з розпадом Колумбії. Деяка ремобілізація REE відбулася внаслідок субдукції Палеоазійської океанічної плити протягом силуру , утворюючи слабку жильну мінералізацію.
Згідно з даними Геологічної служби США (2015) , у Китаї зараз знаходиться 42% загальних світових запасів РЗЕ, а виробництво РЗЕ у Китаї становило 86% від загального світового виробництва у 2014 році. Понад 80% ресурсів легких РЗЕ (LREE) у Китаї розподілені в регіоні Баян Обо, Внутрішня Монголія, Північний Китай.
Найдревніші породи фундаменту родовища Баян Обо складені неоархейським мілонітовим граніт-гнейсом (2588 ± 15 млн років тому), палеопротерозойським сієнітом та гранодіоритом (2018 ± 15 млн років тому), а також біотитовим граніт-гнейсом і гранатовмісним граніт-гнейсом (∼1890 млн років тому) ( Wang et al., 2002b , Fan et al., 2010 ).
Діорито-гранітні плутони, що складаються з габро, габброїдного діориту , гранітного діориту, адамеліту та біотитового граніту, поширені на великій території на півдні та сході шахти Баян Обо ( рис. 1 ). Колись вважалося, що ці плутони походять з девону до юри. Нові геохронологічні дані показують, що ці плутони сформувалися в постколізійному тектонічному режимі на конвергентних межах у пізньому палеозої у вузький часовий проміжок від 263 до 281 млн років з піковим віком 269 млн років ( Fan et al., 2009 ), що узгоджується з субдукцією плит під час закриття Палеоазіатського океану ( Ling et al., 2014 ).
Було доведено, що мінералізація РЗЕ у Баян Обо не має прямого зв'язку з цими пізньопалеозойськими гранітоїдами ( Fan et al., 2004b , Yang and Le Bas, 2004 ).
Запаси РЗЕ в рудному родовищі Баян Обо становлять 57,4 мільйона метричних тонн (Мт) із середнім вмістом 6% RE2O3 , запаси Nb очікуються на рівні 2,2 Мт із середнім вмістом 0,13% Nb2O5 , а загальні запаси Fe становлять щонайменше 1500 Мт із середнім вмістом 35% ( Drew et al., 1990 , Bai et al., 1996 , Hao et al., 2002 ) .
Рідкісноземельні елементи в рудах Баян Обо багаті на легкі РЗЕ, переважно це Ce, La та Nd, які займають >90% легких РЗЕ ( рис. 3 ). Склад елементів та мінералів Баян Обо є складним. Було виявлено 71 елемент та >190 мінералів. Серед них було знайдено 30 мінералів РЗЕ, 20 мінералів Nb та Ta, а також 18 нових мінералів, таких як мінерал РЗЕ:
Хуанхойт (BaCe[F(CO3 ) 2 ] ) ,
Байюнебойт (NaBaCe2 [ F(CO3 ) 4 ] ) та Nb Баотит (Ba[Nb,Ti] 2SiO7 ) .
Детальне геологічне картування показало, що поблизу родовища Баян Обо ( рис. 1 ) знаходиться майже сто дайок карбонатитів. Вони вторглися в породи фундаменту та/або групу Баян Обо. Дайки карбонатитів зазвичай мають ширину 0,5–2,0 м і довжину 10–200 м і простягаються переважно на північний схід або північний захід ( Le Bas et al., 1992 , Tao et al., 1998 , Yang et al., 2011a , Fan et al., 2014 ).
Важливо, що деякі дайки метасоматизували вмісні породи по обидва боки контактних зон, утворюючи феніти, що характеризуються наявністю натрієвих амфіболів та альбіту ( Le Bas et al., 1992 , Yang et al., 2003 , Yang and Le Bas, 2004 , Fan et al., 2014 ). Основними складовими мінералами дайок є доломіт і кальцит , які асоціюються з підпорядкованими апатитом , монацитом , баритом , бастнезитом і магнетитом ( Yang et al., 2003 , Yang and Le Bas, 2004 ). Вміст редкоземельних елементів (РЗЕ) у різних карбонатитових дайках варіюється від приблизно 0,02 до приблизно 20 мас.% ( Tao et al., 1998 , Yang et al., 2003 ).
Родовище складається з трьох основних розвіданих рудних тіл: Східного, Головного та Західного ( рис. 1 ).
Східне та Головне рудні тіла розподілені між межею доломіту, що вміщує руду, та калієвого сланцю групи Баян Обо. Західне рудне тіло, включаючи багато дрібних рудних тіл, розташоване переважно в масивному доломіті. Порівняно із Західним рудним тілом, Східне та Головне рудні тіла зустрічаються у вигляді більших лінз, зазнали інтенсивнішої флюоритизації, фенитизації та містили більшу кількість редкоземельних елементів (РЗЕ) та ниобієвої мінералізації.
Флюорит з'являється у фенітизованому доломіті, а рібекіт та флогопіт спостерігаються у калієвому сланці. Руди розподілені вздовж поясу простягання схід-захід.
З півдня на північ у Східному та Головному рудних тілах руди РЗЕ визначаються як чотири типи, а саме: рібекітові, егіринові , масивні та смугасті. Основними мінералами РЗЕ є бастнезит-(Ce) та монацит-(Ce), а також різні види мінералів РЗЕ та Nb, такі як хуанхойт, есхініт-(Ce), фельгусоніт та колумбіт .
Залізні мінерали - це магнетит та гематит. До основних мінералів пустої породи належать флюорит, барит, лужний амфібол, апатит, кварц та егірин.
Парагенезис родовища є складним, згідно з Chao et al. (1992) , з щонайменше 11 стадіями від сингенетичного осадового відкладення, через метаморфізм та мінералізацію, до вторгнення пізньопалеозойських гранітоїдів переважно на південний схід від родовища.
На основі рудопроявів та перехресних зв'язків можна виділити три важливі епізоди мінералізації РЗЕ. Перший епізод характеризується вкрапленим зруденінням, яке містить монацит, пов'язаний із залізистим доломітом, анкеритом та магнетитом, зосередженим вздовж тріщин та меж зерен у відносно незміненому/масивному доломіті.
Другий або основний епізод - це смугасте та/або масивне зруденіння, яке показує узагальнену парагенетичну послідовність сильно смугастих РЗЕ та залізистих руд, що демонструють зміни на егірин, флюорит та другорядний лужний амфібол. Смугасті та масивні руди прорізаються третім епізодом, що складається з багатих на егірин прожилок, що містять флюорит, хуанхойт, альбіт, кальцит, біотит та/або пірит з більш грубими кристалами.
Генезис рудоносниз дайок карбонатитів та доломітів.
Різні дайки карбонатитів зустрічаються поруч зі східною та південною частинами шахти Баян Обо, зокрема в межах антикліналі Куангоу ( рис. 1 ). Ці дайки вкорінилися в родовище Баян Обо з низькосортних метаосадових порід, а також у породи фундаменту, з фенитизацією стінкових порід.
Ван та ін. (2002а) зазначили, що дайки карбонатитів у Баян Обо можна розділити на три типи: доломітові, співіснуючі доломіт-кальцитові та кальцитові . Останній завжди має вищий вміст РЗЕ. Ван та ін. (2002а) також стверджували, що ці три типи дайок карбонатитів можуть відповідати різним еволюційним стадіям карбонатитового магматизму на основі даних про РЗЕ та мікроелементи.
Ян та ін. (2011а) виявили вихід контакту розрізу між дайками доломітового та кальцитового типів у Цзяньшані на північ від Східного рудного тіла. Польові дані контакту розрізу показують, що дайка доломітового карбонатиту була розрізана кальцитовою ', що свідчить про те, що розміщення кальцитової дайки відбувається пізніше, ніж доломітової.
Геохімічні дані ( Yang et al., 2011a ) показали, що вміст Sr та LREE у дайках поступово збільшується від доломітового типу, через кальцит-доломітовий тип, до кальцитового типу. Ця тенденція може бути наслідком кристалічного фракціонування карбонатитової магми .
Походження доломіту, що вміщує руду, в Баян Обо розглядалося в різних моделях, починаючи від звичайних осадових карбонатних порід ( Chao et al., 1992 ) і закінчуючи вулкано-осадовою послідовністю ( Wang et al., 1992 ) та великим карбонатитовим інтрузивом ( Le Bas et al., 1997 , Le Bas et al., 2007 , Yang et al., 2003 ). Можлива присутність скам'янілостей ( Meng, 1982 ) була названа для підтвердження першого аргументу, а контактні зв'язки та деякі внутрішні особливості були використані для підтвердження третього ( Le Bas et al., 1997 , Le Bas et al., 2007 ).
Всі аргументи були підтверджені посиланням на мікроелементний та ізотопний склад доломіту. Слід зазначити, що карбонатні породи зі скам'янілостями не знайдені в районі Баян Обо. Sun et al., 2012 , Sun et al., 2014 систематично проаналізували елементарну геохімію , а також ізотопну геохімію C, O та Mg доломіту, що вміщує руду, та порівняли її з сусіднім мікроритовим курганом Сайлінхудонг.
Вони показують, що мармурові рудовмісні доломітові руди Баян Обо сильно збагачені легкими резерними елементами (LRE), Ba, Th, Nb, Pb та Sr, і мають дуже різні (PAAS)-нормалізовані картини REE, тоді як карбонати мікроритів Сайлінхудонг мають вищі значення δ13C PDB та δ18O SMOW , що потрапляє в типове осадове поле.
Доломіти , що вміщують руду Баян Обо, є ізотопно проміжними між первинними магматичними карбонатитами та типовим осадовим вапняком. Значення δ²⁺Mg мікрокарбонатів Сайлінхудонг легші, ніж значення звичайного мезопротерозойського осадового доломиту , тоді як значення мармуру доломіту, що вміщує руду в Баян Обо, ізотопно важчі, подібно до δ²⁺Mg мантійних ксенолітів та дайки інтрузивних карбонатитів Баян Обо. У роботах Sun et al . , 2012 , Sun et al., 2014 наведено чіткі докази того, що доломіт, що вміщує руду в Баян Обо, походить переважно з мантії.
Відносно невеликий обсяг вказують на те, що грубозернистий доломіт, ймовірно, є більш ранньою фазою кальцит-доломітового карбонатитового штоку, який не зазнав подальшої події мінералізації із залишкових карбонатитових розплавів, ймовірно, тому, що він розташований далеко від основної мінералізованої зони.
Дрібнозернистий доломіт з Головного, Східного та Західного рудних тіл відрізняється від грубозернистого доломіту за своїми характеристиками основних, мікроелементних та РЗЕ. Дрібнозернистий доломіт демонструє склад основних елементів, порівнянний зі складом дайок доломітових карбонатитів. Усі зразки належать до області дайок доломітових карбонатитів на класифікаційній діаграмі CaO-MgO-(FeO+Fe2O3+MnO) (Yanget al., 2011a ).
Однак вміст та структури розподілу РЗЕ у зразках дрібнозернистого доломіту подібні до структури дайок кальцитових карбонатитів ( рис. 7 a, b). Тому дрібнозернистий доломіт не можна порівнювати з жодним конкретним типом дайок карбонатитів у Баян Обо, як зазначали Янг та ін. (2011a) .
Вміст РЗЕ у дайках доломітових карбонатитів є відносно низьким порівняно з екстремальним накопиченням у дайках кальцитових карбонатитів у Баян Обо. Чао та ін. (1992) зазначили, що мінерали РЗЕ у дрібнозернистому доломіті зустрічаються у вигляді стрічок або агрегатів.
Ван та ін. (2010) також виявили, що мінерали РЗЕ розподілені навколо вкрапленого кристала доломіту у дрібнозернистому доломіті. Отже, мінерали РЗЕ утворилися пізніше, ніж утворився вкраплений кристал доломіту. Ці спостереження дозволяють нам припустити, що дрібнозернистий доломіт являє собою ранню стадію великомасштабного доломітового карбонатитового плутону, а накладена мінералізація РЗЕ походить від пізнішої кальцитової карбонатитової магми.
Час мінералізації рідкісно-земельних елементів на родовищі Баян-Обо...
Відповідно до поширення гірських порід/жил, пов'язаних з мінералізацією в родовищі Баян Обо, визначено чотири типи мінералізації РЗЕ, включаючи дайку карбонатитів, доломітовий мармур, що вміщує руду, смугасту РЗЕ-Nb-Fe руду та пізньостадійну жилу РЗЕ. Геохронологічні дослідження цих чотирьох типів мінералів з використанням методів U-Th-Pb, Sm-Nd, Rb-Sr, K-Ar, Ar-Ar, Re-Os та La-Ba були проведені протягом останніх двох десятиліть ( Nakai et al., 1989 , Chao et al., 1992 , Bai et al., 1996 , Liu et al., 2004 , Liu et al., 2008 , Hu et al., 2009 , Yang et al., 2011a , Yang et al., 2011b , Campbell et al., 2014 , Fan et al., 2014 , Zhu et al., 2015 ). Однак різні методи датування дали різний вік мінералів, що призвело до тривалих і гарячих дискусій. Зібрані дані про вік мінералізації РЗЕ Баян Обо досить варіабельні, коливаючись від >1800 до ~390 млн років тому, з двома піками ~1400 та 440 млн років тому. Найдавніший вік, зареєстрований за цирконами в дайках карбонатитів за допомогою SHRIMP або ID-TIMS з віком >1,8 млрд років, значною мірою вважається успадкованим цирконом, що походить з палеопротерозойського фундаменту в цьому районі ( Liu et al., 2008 , Fan et al., 2014 ). Існує три основні думки щодо віку мінералізації.
Мезопротерозойська мінералізація
Накай та ін. (1989) вперше повідомили про ізохронне датування мінералів РЗЕ La-Ba та Sm-Nd, яке становить 1350 ± 149 та 1426 ± 40 млн років відповідно. Крім того, Чжан та ін. (2003) отримали ізохронне датування мінералу Sm-Nd з руд у рудних тілах Головного та Східного порід, яке становить 1286 ± 91 та 1305 ± 78 млн років відповідно. Ян та ін. (2011a) повідомили про ізохронне датування Sm-Nd по всій породі з дев'яти зразків карбонатитової дайки, що дало дещо давніший вік - 1354 ± 59 млн років.
Фан та ін. (2014) проаналізували циркони з карбонатитової дайки за допомогою звичайної термоіонізаційної мас-спектрометрії з ізотопним розведенням (ID-TIMS), отримавши вік верхнього перетину 1417 ± 19 млн років. Цей вік підтверджено їхнім U-Pb аналізом SHRIMP циркону з тієї ж карбонатитової дайки, який давсередньозважений вік207Pb/206
Ранньопалеозойська мінералізація
Ван та ін. (1994) та Чао та ін. (1997) провели численні Th-Pb датування зразків монациту та бастнезиту в Баян Обо та надали ізохронні дані для монацитової мінералізації в діапазоні від 555 до 398 млн років тому. Вони припустили, що переривчаста мінералізація РЗЕ родовища Баян Обо почалася приблизно 555 млн років тому, а основна мінералізація відбулася між 474 та 400 млн років тому. Ху та ін. (2009) використовували Sm-Nd датування мінералу РЗЕ хуанхойту та Rb-Sr датування однозернистого біотиту , показавши узгоджені ізохрони, що відповідають 442 ± 42 та 459 ± 41 млн років тому відповідно.
Двостадійна мінералізація
Рен та ін. (1994) отримали Sm-Nd ізохрону монациту та бастнезиту 1313 ± 41 млн років з руд Головного та Східного рудних тіл, а також Th-Pb ізохрону монациту 461 ± 62 та 445 ± 11 млн років з карбонатитових жил у Баян Обо.
SHRIMP-аналіз монациту в доломіті, проведений Цю (1997), показав середній206Pb/238U 802 ± 35 млн років та середній208Pb/232Th 498,8 ± 2,9 млн років. Кемпбелл та ін. (2014) повідомили про SHRIMP-датування надзвичайно збіднених ураном (
