白云鄂博矿床是世界特大型铁、铌、稀土(Fe-Nb-REE)复合矿床,具有元素组合关系复杂、多种矿物共生、矿石结构多样等特点,多种地质作用在矿区内均有表现。鉴于其特殊的矿产资源类型、独特的成矿地质背景和成矿条件,中外许多地质学家对其进行了大量的研究。白云鄂博矿床白云鄂博西矿位于内蒙古白云鄂博矿区西缘,蕴含丰富的铁、铌、稀土元素(Fe-Nb-REE)矿产资源,是目前白云矿区主要的生产单元。但是针对矿区内有用元素的成矿作用的研究,尤其是Nb的富集特征尚不明确,对成矿元素之间的关系认识不清。本文在前人研究的基础上对来自西矿含Nb的赋矿层位的4条探槽样品和来自2-48勘探线上的钻孔数据进行了详细的研究。从岩石学、矿物学和地球化学特征与元素相关性出发,研究Nb的富集规律。结合分形、混沌特征的研究,对成矿元素共生组合规律、物质来源和成矿物理化学条件等进行分析,为Nb的富集机制提供新的理论依据,并探讨了白云鄂博超大型矿床形成机理,建立了成矿模式。本次研究系统的阐明了白云鄂博西矿Fe-Nb-REE矿床中不同矿体的分布差异,通过研究白云鄂博西矿主要的岩石矿化类型及分布范围表明:白云鄂博西矿Nb的矿化区域分布大致与REE和Fe矿体的层位平行,严格地受向斜构造控制,呈不规则分布;Nb与REE、Fe矿体体现了共同富集分别矿化的特征。综合分析白云鄂博西矿的构造体系、岩浆岩以及变质作用,说明区内构造复杂,后期断裂继承、切割了早期断裂,岩浆岩及变质作用对铌的矿化有重要影响,富铌白云岩一般发生了钠闪石化、云母化和萤石化,矿体往往靠近铁矿体或处在白云岩夹层中。重点对含铌矿层中的赋矿白云岩的岩石类型进行了较为全面的研究,分析了其岩相特征、矿物组合等岩石及矿物特征。由于含硫矿物经常与铌矿物密切共生的特点,一并对西矿中硫化物的特征进行了系统分析。研究表明:富铌矿石中矿物组分复杂,铌在不同类型矿石中含量差异明显。铌元素主要以铌的氧化物、铌的硅酸盐形式出现,含铌矿物主要为铌铁矿,少量钛铁金红石、铌钙矿、包头矿等;稀土元素在氟碳酸盐和磷酸盐矿物中均有分布,含稀土矿物主要为独居石和氟碳铈矿,富铌矿石中Fe、REE含量普遍偏低;金属硫化物以黄铁矿为主,块状及细脉状均有产出,有少量磁黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿等矿物;含磷矿物主要为磷灰石;含氟矿物主要有萤石。主要的脉石矿物包括白云石、云母、萤石和钠闪石,以及部分透辉石、方解石、重晶石等。白云鄂博西矿含铌矿层的赋矿白云岩及其围岩的主、微量元素地球化学特征显示西矿含Fe-Nb-REE赋矿白云岩具有火成碳酸岩的地球化学特征,碳酸岩岩浆在上升过程中混染了部分地壳物质。不同类型岩石具有相同的物质来源以及相似的成矿过程。成矿环境中受到了热液交代和后期蚀变的影响,白云岩大多已经交代改造形成了闪石化、萤石化、云母化的各类矿石。成矿过程中REE富集与轻重稀土的分馏过程是同时进行的。在成矿过程中,流体中F、P、S等元素对REE与Nb的富集均起到催化作用,但在矿体内REE与Nb表现出较为明显的富集分异现象。富矿碳酸岩受到岩浆和热液作用的影响,形成了规模巨大的Fe-Nb-REE多金属矿床。由于元素组合关系及矿石结构的复杂性,以及随着矿区的开采程度的加深,对原矿矿物赋存状态研究的难度越来越大。为了进一步探明元素之间的成矿关系,以矿化预测理论作为指导,对地质和地球化学特征进行分析,获得元素之间的深层关系,得出富集规律,并利用BP(Back Propagation)神经网络建立了白云鄂博西矿的Nb元素成矿有利度计算模型。为了得到科学合理的数据样本,将样本值转化为离散值进行因子分析,从而探讨了成矿元素之间的关系。结果表明,Nb与REE之间的矿化相关性较弱;Nb和U呈现出密切相关关系;Fe和Th、Mn关系紧密;稀土元素显示了良好的自相关性;轻稀土元素(LREE)是白云鄂博地区各元素富集成矿最重要的影响因素;是白云鄂博西矿矿化的重要影响因素,Fe和Nb则可以属于被动矿化。在成矿相关性分析的基础上,提取出影响Fe-REE-Nb矿化的因子组合,并基于BP神经网络计算Nb的成矿度。同时,通过计算白云鄂博西矿中不同元素对于Nb的矿化度的影响值,基于BP神经网络挖掘Nb的富集变化行为下的多因素耦合的非线性关系,预测和计算Nb的富集区和矿化值,结果与矿床内已知矿体具有良好一致性。因此,根据矿区实际需求,可以通过化学分析数据对不同岩石类型中的铌的矿化度进行计算。针对勘探矿区中的目标元素,可以通过成矿有利度模型为白云鄂博地区提供矿化标志,为白云鄂博地区铌和稀土元素矿化的研究以及采用地化数据勘查提供新的思路和方法。由于多种因素的成矿影响导致Nb的地球化学富集行为是一种非线性关系,可以利用这种关系通过地球化学数据挖掘Nb的富集变化规律,获得元素本身的内在成矿模式,为白云鄂博西矿的成矿研究提供依据。白云鄂博西矿具有比主、东矿复杂的构造单元和矿体分布特征,且热液交代叠加作用以及变质作用表现极为频繁,研究其成矿作用对了解白云鄂博矿区的矿物成因具有重要意义。通过硫元素的分形分布和混沌特性的研究讨论成矿富集机理,分析含矿层的地质特征,以及硫空间变化的分形和混沌特征,探讨成矿过程,对白云鄂博西矿成矿环境具有指示意义。分形分析、混沌特性、矿物富集特征以及地质构造的证据表明,白云鄂博西矿至少经历了两阶段重要的成矿作用导致了元素的富集和分配。第一个阶段形成了区内成矿元素的原始预富集。第二阶段表现为热液改造作用,导致了成矿元素重新聚集成矿。硫元素分布的分形特征显示:矿化作用在白云向斜核部最强,向翼部逐渐减弱,显示成矿流体沿向斜轴部聚集,在向斜内形成一个大而稳定的矿体。含分形特征的S、Nb、REE、Fe元素的空间变化是一个混沌序列,在成矿演化过程中存在一个混沌吸引子。热液体系中含硫矿物和Fe、Nb、REE矿物一样形成条件严格的受系统环境的控制,形成矿体的成矿元素的富集过程是一个非线性的复杂体系。在复杂多次的矿化反应过程中,由于构造应力、成矿流体和水岩反应等相互作用下,成矿元素根据自身的地球化学行为进行了重新分配和富集,说明了成矿流体的迁移和富集成矿阶段是一个多影响因素的动态过程,最终形成了具混沌特性和不同分布状态的矿体。建立了本区铌成矿模式,基于复杂地质背景的白云鄂博西矿Fe-Nb-REE元素富集特征和成矿模式的研究,结合白云鄂博西矿地质特征、岩石学、矿物学、地球化学分析、分形和混沌动力学以及相关的同位素年代学证据,显示了两个主要的矿化过程。成矿从时间、空间和物质循环上均与岩浆岩密切相关。断裂为流体运移提供了通道,热液中的碱金属及阴离子活化了岩体中元素,使之进入热液。持续的热液改造导致了成矿元素的再分配。在中元古代火成碳酸岩岩浆侵入或喷出于浅海环境中,形成了本区含矿母岩。碳酸岩浆富含铁、稀土和铌等稀有金属和挥发分,随着岩浆的演化致使晚期碳酸岩更加富含这些成分,从而形成富含铁、稀土和铌等稀有金属的综合性矿床。热液叠加和改造对于成矿有重要的影响。同时说明深大断裂带及一系列次级裂隙发育的区域对于铌矿找矿具有非常重要的指示作用。火成碳酸岩往往与超基性——碱性岩构成杂岩体,也是重要的找矿标志。从元素成矿相关性及蚀变岩性角度分析,受到Na、K、Li、P、F、Cl等交代后发生闪石化、钾长石或云母化、萤石化等蚀变作用以及具有混合岩化特征的区域也有很大的找矿潜力。