2. 吉林大学应用技术学院, 长春 130022 ;
3. 武警黄金第三支队, 哈尔滨 150069 ;
4. 吉林省地质调查院, 长春 130061
2. Applied Technology College, Jilin University, Changchun 130022, China ;
3. No.3 Gold Geological Party of CAPF, Harbin 150069, China ;
4. Jilin Institute of Geology Survey, Changchun 130061, China
0 引言
八大关铜钼矿床位于内蒙古自治区陈巴尔虎旗境内，是额尔古纳成矿带内发现较早但研究程度较低的一个中型矿床。除少数文献略有涉及外[1-2]，鲜见对此矿床的专门性论述。近年来的研究发现，中生代时期，内蒙古满洲里—额尔古纳地区除形成以乌奴格吐山矿床((178±10)Ma)[3]和太平川矿床(202 Ma)[4]为代表的燕山早期斑岩型铜钼矿床外，还发育以八大关矿床为代表的印支期斑岩型铜钼矿床(本文)。印支期斑岩型铜钼矿床的识别和深入研究，不仅可促进该区的区域成矿理论和区域成矿规律研究，而且对近年来颇受关注的蒙古—鄂霍茨克构造域在我国境内的构造演化具有示踪意义。为此，本文在详实的野外调研基础上，系统研究了该矿床的成矿地质条件和矿床地质特征，通过主成矿阶段石英中流体包裹体岩相学、显微测温及气相组分的激光拉曼光谱分析，探讨了该矿床成矿流体特征、演化以及矿床的成因；根据成矿石英闪长斑岩体的锆石U-Pb年龄和辉钼矿Re-Os同位素年龄，厘定了八大关铜钼矿床的形成时代，综合讨论了成岩成矿作用的构造背景。
1 成矿地质背景与矿区地质八大关铜钼矿床位于中亚造山带东段、塔源—喜桂图断裂北西侧的额尔古纳地块内(图 1A)。该地块先后经历了前寒武纪基底形成、古生代古亚洲洋构造域演化、中生代蒙古—鄂霍茨克构造域和环太平洋构造域的叠加与转换等复杂的构造演化[6-7]，结晶基底和沉积盖层地层发育，不同期次构造岩浆活动强烈，为区域内生成矿作用提供了优越的地质条件。
除第四系外，矿区及外围出露的地层主要有：泥盆系大民山组(D1-2d)流纹斑岩、安山玢岩、流纹质凝灰岩、凝灰质熔岩、凝灰质角砾岩、砂岩夹黑色板岩及斜长角闪岩；石炭系红水泉组(C1h)暗绿色凝灰砂岩、凝灰岩、凝灰角砾岩、安山玢岩夹有炭质板岩及绿泥片岩(图 1B)。区内主要发育NE—NNE向和NW向主干断裂，以及一些近EW向和近SN向断裂，其中，NE—NNE向断裂形成较早，NW向断裂不同程度切割NE—NNE向断裂，而近EW向和近SN向断裂主要表现为盖层断裂，规模小，切割浅。据现有同位素测年资料[5, 8-9]，区内主要发育海西期花岗闪长岩、黑云母花岗岩、花岗斑岩、中细粒石英闪长岩、石英斑岩和晚期脉岩，印支期石英闪长斑岩、花岗岩、花岗闪长岩和钾长花岗岩，燕山期黑云母花岗岩、花岗斑岩、白岗岩和细粒闪长岩。
2 矿床地质特征与成因矿区内目前已探明矿体30余个，分为铜矿体(伴生有钼)和钼矿体(伴生有铜)，主要产于石英闪长斑岩内部，其次产于石英闪长斑岩与红水泉组暗绿色凝灰砂岩的内接触带；矿体形态以脉状、网脉状和条带状为主。矿体多呈NE向，与含矿蚀变带走向基本一致，倾向NW，倾角34°~51°，长140~1 000 m，一般200~600 m，宽2~50 m，一般为5~20 m，延深95~400 m，一般为100~400 m。矿体与围岩无明显界线，局部被成矿期后的岩脉和断裂切割，断续分布。
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①黑龙江有色金属地质勘查七〇六队.内蒙古自治区陈巴尔虎旗八大关矿区铜钼矿资源储量核实报告.北京：国家地质数据资料中心，2005.
矿石中原生金属矿物主要有黄铁矿、黄铜矿、辉钼矿，少量蓝辉铜矿，偶见方铅矿、闪锌矿；非金属矿物有石英、钾长石、斜长石、绢云母、绿泥石、黑云母、绿帘石和方解石。矿石类型为细脉浸染状铜矿石(伴生辉钼矿)和细脉浸染状钼矿石(伴生黄铜矿)(图 2A)以及少量条带状矿石。矿石中金属矿物主要呈交代溶蚀结构(图 2B)、交代残余结构、他形晶粒状结构(图 2C)、碎裂结构以及放射状结构等。
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| A. 细脉状铜钼矿石；B. 黄铜矿(Ccp)沿裂隙交代溶蚀黄铁矿(Py)，光片，(-)；C. 他形晶粒状结构的辉钼矿(Mot)，光片，(-)；D. 呈脉状硅化(Qtz)及斜长石绢云母化(Srt)，(-)；E. 碳酸盐化(Cal)，(+)；F. 绿泥石化(Chl)，(-)。 图 2 八大关铜钼矿床矿石和蚀变岩石的野外及镜下照片 Figure 2 Photographs of ores and altered wall-rocks in the Badaguan Cu-Mo mine |
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八大关矿床的热液蚀变非常强烈，并且具有明显的环状分带性，由中心向外可划分为绢英岩化带、绢云母化带、过渡带和青磐岩化带(图 1B)，铜、钼矿体主要赋存于绢英岩化带内。本矿床的围岩蚀变类型及分带特征与典型的斑岩型铜钼矿床的蚀变特征相类似。
根据脉体穿插关系、矿石组构、矿物组合及围岩蚀变特征，将成矿过程分为3个阶段：石英辉钼矿黄铁矿阶段，主要呈细脉状产出，主要金属矿物以黄铁矿为主，并出现少量的辉钼矿和黄铜矿；石英多金属硫化物阶段，此阶段为主要的成矿阶段，发生大规模的铜钼矿化和蚀变现象，主要金属矿物有黄铁矿、黄铜矿、辉钼矿以及少量的闪锌矿和方铅矿等；石英碳酸盐阶段，常见呈脉状或浸染状硅化(图 2D)、碳酸盐化(图 2E)、绢云母化(图 2D)、绿泥石化(图 2F)等。
综上所述，八大关铜钼矿床具有典型斑岩型矿床的成矿地质条件、 控矿因素、 矿化特征、矿物组合、 矿石组构和围岩蚀变特征，其成因类型属斑岩型。
3 样品描述与测试方法本次研究的流体包裹体样品均采自矿区六号斜井。4件样品均为石英-多金属硫化物阶段形成的矿石，矿石中的金属矿物主要有辉钼矿、黄铁矿、黄铜矿等。在矿相学研究基础上，挑选矿石中的石英，在中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室开展了包裹体的岩相学观察、显微测温及单个包裹体成分的激光拉曼光谱分析。包裹体的岩相学观察和显微测温在THM SG600 型冷热台上完成，仪器经过人工合成包裹体标样校正，实验测试中，在接近冰点温度时，升温速率为0.5 ℃/min ，接近均一温度时，升温速率为3 ℃/min 。单个包裹体成分的激光拉曼光谱分析在英国 Renishaw inVia Reflex 型显微共聚焦激光拉曼光谱仪上完成。
锆石U-Pb定年分析的样品采自八大关矿区六号斜井中的石英闪长斑岩。岩石呈块状构造，斑状结构，斑晶主要由半自形板状斜长石(占矿物总体积分数的10%，下同)、钾长石(5%)和他形石英(15%)组成，基质主要由长英质组成，为显微文象结构，体积分数约占70%；辉钼矿Re-Os同位素测年的矿石样品亦采自八大关铜钼矿床六号斜井，原样重约500 g，金属矿物以黄铁矿、黄铜矿、辉钼矿和闪锌矿为主，其中，辉钼矿呈鳞片状、微细脉状分布。
由河北省廊坊市宇能岩石矿物分选技术服务有限公司完成锆石和辉钼矿单矿物挑选工作；锆石制靶及CL图像采集等在北京锆年领航科技有限公司完成；LA-ICP-MS法单颗粒锆石微区U-Pb年龄测定在西北大学大陆动力学国家重点实验室，采用Agilent 7500型ICP-MS和德国Lambda Physik 公司的Compex 102 ArF 准分子激光器(工作物质ArF，波长193 nm)以及MicroLas 公司的GeoLas 200 M光学系统联机进行，激光束斑直径为30 μm，激光剥蚀样品的深度为20~40 μm，实验中采用He作为剥蚀物质的载气。详细实验测试流程及数据处理方法可参见有关文献[10-11]。
Re-Os同位素分析在国家地质实验测试中心完成，主要包括分解样品、蒸馏分离Os、萃取分离Re、质谱测定四步。具体的样品处理过程、测试方法和详细流程参考杜安道等[12-14]文献。本次实验普通Os初始值为(0.017 4~0.361 6)×10-9，接近于0，表明辉钼矿形成时几乎不含187Os，符合Re-Os同位素体系模式年龄计算条件[15]。
4 分析结果 4.1 包裹体岩相学特征岩相学观察表明，矿石中的石英中包裹体较为发育，数量众多。根据常温下包裹体的相态特点，八大关矿床的原生包裹体类型被分为4种：富液相包裹体、富气相包裹体、含CO2三相包裹体和纯CO2包裹体4种类型。
1) 富液相包裹体
室温下由盐水溶液及少量气泡构成，其中气相占包裹体总体积的8％～45％，集中在10％～20％。该类包裹体大小介于4～15 μm，多数在4～8 μm。常见形态为椭圆形、次圆形及不规则状(图 3A)。加热时均一成液相。此类包裹体占包裹体总数量的20%左右。
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| 高，数量较多，晶型多完整，晶体多呈四方柱、四方双 A. 富液相包裹体；B. 含CO2三相与富气相包裹体；C. 含CO2三相包裹体；D. 富气相与纯CO2相包裹体。 图 3 不同类型包裹体镜下显微照片 Figure 3 The microscopic photos of different types of fluid inclusions |
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2) 富气相包裹体
室温下由盐水溶液及少量气泡构成，其中气相占包裹体总体积的60％～80％。该类包裹体大小介于4～10 μm。常见形态为椭圆形及次圆形(图 3B)。加热时均一呈气相。此类包裹体占包裹体总数量的5%左右。
3) 含CO2三相包裹体
约占所测包裹体总数量的65%，在不同样品中均有分布。室温下由液态CO2(LCO2)、气态CO2(VCO2)、盐水溶液三相组成，大小为4～20 μm，多数为4～8 μm。形态多为椭圆形和长条状(图 3B、C、D)。包裹体内CO2相体积分数变化大，为15%～70%，且以气相CO2为主(VCO2g/V CO2=40%～90%，集中在60%～85%)。
4) 纯CO2包裹体
室温下由盐水溶液及少量气泡构成，其中气相占包裹体总体积的25%～75％。该类包裹体大小为4～10 μm。常见形态为次圆形及椭圆形(图 3D)。此类包裹体占包裹体总数量的10%左右。
4.2 显微测温分析本次研究共获得冰点数据40个，均一温度数据132个，水合物熔化温度92个。升温过程中富气相包裹体均一到气相，富液相包裹体均一到液相。将所测得的均一温度与盐度做统计分析，如图 4。
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| 图 4 包裹体的均一温度与盐度直方图 Figure 4 The histogram of homogenization temperatures and salinities of different types of fluid inclusions |
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测温结果表明，气液两相包裹体均一温度范围较大，主要集中在240~400 ℃范围内；含CO2三相包裹体的均一温度范围主要集中在280~360 ℃。根据Hall和Roedder等的盐度计算公式[16-17]，估算出气液两相包裹体盐度可以分为2个范围：一个低盐度范围为0.7%~10.0%，一个中盐度范围为12.0%~20.0%；含CO2三相包裹体的盐度范围较大，为2.59%~13.32%。
4.3 激光拉曼成分分析本次研究选取不同类型的代表性包裹体进行了气相成分的激光拉曼光谱分析，结果(图 5)表明，包裹体中的气相成分有H2O、CO2、CH4等，因此八大关矿床的成矿流体为NaCl-H2O-CO2±CH4体系。
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| 图 5 包裹体的激光拉曼光谱图解 Figure 5 Laser Raman spectrum of different types of fluid inclusions |
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八大关矿区石英闪长斑岩中的锆石一般透明度锥的聚形，粒径一般为70~180 μm，具有较高自形程度、清楚的振荡环带(图 6)。锆石的Th的质量分数为(68.677 3~184.209 4)×10-6，U的质量分数为(159.172 6~283.532 5)×10-6，Th/U比值为0.424 508~0.730 755，均大于0.4(表 1)，表明所测锆石均为典型的岩浆成因[18-19]。
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| 图 6 八大关矿区石英闪长斑岩中锆石阴极发光图像 Figure 6 CL images of zircon grains from the quartz diorite porphyry in Badaguan Cu-Mo mine |
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20个测点的206Pb/238U表面年龄在(210±6)Ma与(232±6)Ma之间，在锆石U-Pb年龄谐和图上，年龄数据均位于谐和线上及其附近(图 7)，加权平均年龄为(217.6±2.6)Ma(MSWD=1.17，置信度为95%)，代表了八大关矿床成矿石英闪长斑岩的结晶年龄，即晚三叠世。
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| 图 7 八大关矿区成矿斑岩体锆石U-Pb年龄谐和图(A)和加权平均年龄图(B) Figure 7 Concordia age (A) and weighted average age (B) of zircons from quartz diorite porphyry in Badaguan deposit |
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1件辉钼矿样品中Re质量分数为(221.682±1.727)×10-6，Os质量分数为(0.166 5±0.399 4)×10-9，187Re和187Os的质量分数分别为(139.331±1.085)×10-6和(517.2±4.9)×10-9，Re-Os模式年龄为(222.4±3.3)Ma，代表了该矿床的成矿时代。
5 讨论 5.1 成矿流体特征及演化通过流体包裹体的显微测温和激光拉曼光谱分析，八大关铜钼矿床石英-多金属硫化物阶段石英中气液两相流体包裹体的均一温度集中于240~400 ℃，盐度集中分布在低盐度和中盐度两个区间，即0.7%~10.0%和12.0%~20.0%；含CO2三相包裹体的均一温度范围主要集中在280~360 ℃，盐度波动范围较大，为2.59%~13.32%。根据刘斌等[20]的密度计算公式，得出八大关铜钼矿的成矿流体密度为0.52~0.94 g/cm3。因此，八大关铜钼矿床的成矿流体为中高温、中低盐度、中低密度的NaCl-H2O-CO2±CH4流体体系。采用邵洁涟[21]计算成矿压力与深度的方法，计算得出八大关矿床主成矿阶段压力为(130～518)×105Pa，对应成矿深度为0.43～1.73 km，形成于浅成环境中。
如前所述，石英-多金属硫化物阶段的石英中发育有富气相、富液相、含CO2三相包裹体及纯CO2包裹体等多种类型，不同类型包裹体的盐度变化范围较大，总体上呈现出一个中高温的均一温度。显微测温过程中发现，包括富液相包裹体、富气相包裹体、纯CO2相包裹体、含CO2比例不同的三相包裹体等不同端元的包裹体常共生于同一视域中，并且同期的两相和含CO2三相包裹体的均一温度大致相等，气液比和均一温度变化范围很大，富气的包裹体均一到气相、富液的包裹体均一到液相；而包裹体盐度大致分为低盐度、中盐度2个盐度区间(图 8)。上述特征表明，成矿流体在成矿元素沉淀时发生过沸腾作用，分溶成低盐度和中盐度2个流体端元。
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| 图 8 包裹体均一温度与盐度散点图 Figure 8 Sketch diagram of homogenization temperatures and salinities of fluid inclusions |
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包裹体被捕获时处于沸腾状态，则包裹体的均一温度代表成矿流体的真实温度[22]，因此八大关矿床主成矿阶段的成矿温度为240～400 ℃，与斑岩型铜钼矿床中主要金属矿物的形成温度(辉钼矿250～420 ℃，黄铜矿250～350 ℃，黄铁矿150～450 ℃[23])基本一致。因此，流体的沸腾作用是八大关矿床铜钼元素沉淀的重要机制。与国内外许多斑岩型铜钼矿床的成矿机制相似[24-26]。即：流体的沸腾作用使原始均匀的流体发生不混溶分离，分成物理或化学性质不同的2种或2种以上不均匀流体，破坏了体系原有的平衡状态，是造成成矿元素沉淀并富集成矿的重要因素[27-28]。
5.2 成岩成矿时代本文的同位素测年结果表明，八大关铜钼矿区成矿石英闪长斑岩的锆石U-Pb同位素年龄的加权平均值为(217.6±2.6)Ma；矿石中辉钼矿的Re-Os同位素模式年龄为(222.4±3.3)Ma；二者在误差范围内基本一致，表明该矿床的成岩成矿时代为晚三叠世，属于印支期构造-岩浆作用的产物关于额尔古纳成矿带内斑岩型铜钼矿床的形成时代，近年来积累了一些研究资料。秦克章等[29]测得乌奴格吐山斑岩型铜钼矿床含矿二长花岗斑岩的单颗粒锆石U-Pb年龄为(188.3±0.6)Ma，(含矿)蚀变绢云母K-Ar年龄为(183.5±1.7)Ma；李诺等[3]测得该矿床矿石中辉钼矿Re-Os等时线年龄为(178±10)Ma，因此，将该矿床的成矿时代为早—中侏罗世。该成矿带内的太平川斑岩型铜钼矿床成矿花岗闪长斑岩的锆石U-Pb年龄为(202.0±5.7)Ma，辉钼矿Re-Os年龄为203 Ma[4]，指示成矿作用发生于三叠纪末期。与额尔古纳相邻的蒙古国境内的额尔登特特大型斑岩型铜钼矿床成矿石英闪长岩的U-Pb年龄为240~246 Ma，辉钼矿Re-Os等时线年龄为(241.0±3.1)Ma[30]，成岩成矿时代为中三叠世。
可见，早中生代期间，额尔古纳地块内的斑岩型铜钼成矿作用可大致分为两期：早期发生在中—晚三叠世，以蒙古国的额尔登特矿床和我国境内的八大关矿床为代表；晚期发生在三叠纪末期—早侏罗世，形成了我国境内的太平川矿床和乌奴格吐山矿床。不同期次成矿作用持续时间均为20Ma±，空间上的影响范围较为广泛。
5.3 成矿构造背景前已述及，八大关铜钼矿床形成于晚三叠世。越来越多的资料表明，古亚洲洋的闭合最晚可能发生在中三叠世[31-33]；虽有学者认为古太平洋板块向欧亚大陆开始俯冲的时间是在晚三叠世[34]，但也有学者根据吉黑东部、张广才岭晚三叠世的火成岩研究认为，该区晚三叠世处于一种伸展的构造环境[9, 35]，古太平洋板块开始俯冲的时间应为早侏罗世[36-40]。可见，古亚洲洋和古太平洋的俯冲时间与八大关铜钼矿的成矿时代不符。
目前多数研究者认为，晚古生代末期，蒙古—鄂霍茨克洋作为古亚洲洋一个巨大海湾，且局部已经存在俯冲，由于西伯利亚板块相对于中蒙古地块旋转，致使蒙古—鄂霍茨克洋呈“剪刀式”自西向东闭合，西部晚三叠世开始闭合至东部于晚侏罗世闭合[41-44]。蒙古国额尔登特特大型斑岩型铜钼矿床成岩成矿时代为240 Ma左右[30]，形成于与该洋壳俯冲的陆缘弧环境。吕志成等[45]指出，我国满洲里—额尔古纳地区中生代处于蒙古—鄂霍茨克残余洋构造域。
额尔古纳地区(即额尔古纳隆起)作为额尔古纳地块的主体，显生宙时期主要经历了加里东期造山隆起阶段；海西期—印支期的洋盆消减、洋壳俯冲、碰撞造山作用阶段；燕山期的大陆裂谷演化阶段[46]。晚三叠世，额尔古纳地区处于古亚洲洋成矿域和蒙古—鄂霍茨克成矿域的叠加转换时期。因此，八大关斑岩型矿床的成矿构造背景确定对该区构造演化研究具有重要的示踪意义。
一般认为，斑岩型铜(钼)矿的成矿作用多发生于俯冲和碰撞阶段的应力调整期，形成于与板块俯冲有关的陆缘弧环境或碰撞造山带的构造转换期；斑岩型钼矿倾向产于大陆内部，矿床形成于碰撞造山旋回起始或结束阶段的拉张伸展环境，如弧后伸展、碰撞造山后伸展阶段以及大陆裂谷等背景[47]。中蒙边境及邻区包括八大关在内的多个早中生代典型斑岩型铜钼矿床成矿岩体地球化学特征的研究表明，这些矿床主要形成于由洋壳俯冲导致的岛弧环境和陆缘弧环境等[4, 46, 48-50]，进一步表明应与蒙古—鄂霍茨克洋的向南俯冲作用有关。
综合上述分析认为，蒙古—鄂霍茨克洋壳在三叠纪可能发生了双向俯冲，额尔古纳地块内的八大关、太平川等晚三叠世斑岩型铜钼矿床与蒙古—鄂霍茨克洋俯冲背景下的构造-岩浆作用密切相关。
6 结论1) 八大关铜钼矿床为额尔古纳地区内的一个典型斑岩型铜钼矿床。
2) 八大关铜钼矿床的成矿流体为中低密度、中低盐度、中高温的NaCl-H2O-CO2±CH4流体体系；流体沸腾作用是矿床形成的重要机制。
3) 成矿石英闪长斑岩的锆石U-Pb年龄为(217.6±2.6)Ma，铜钼矿石中辉钼矿的Re-Os模式年龄为(222.4±3.3)Ma，该矿床的成岩成矿时代为晚三叠世，属印支期构造-岩浆作用产物。
4) 八大关斑岩型铜钼矿床形成于蒙古—鄂霍茨克洋向额尔古纳地块俯冲的活动大边缘的陆缘弧环境，三叠纪期间蒙古—鄂霍茨克洋可能存在双向俯冲。
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