2. 宁夏回族自治区地质调查院, 银川 750021;
3. 华北地质勘查局综合普查大队, 北京 101601
2. Ningxia Institute of Geological Survey, Yinchuan 750021, China;
3. Exporation Unit of North China Geological Exploration Bureau, Beijing 101601, China
0 前言
大兴安岭西坡是我国与陆相火山—次火山热液作用有关的铅锌银成矿带之一,又称得尔布干铅锌银多金属成矿带,由南部的甲乌拉铜银铅锌多金属矿集区和北部的额尔古纳铅锌银多金属矿集区组成。甲乌拉矿集区西部与蒙古国铅锌银矿集区相连,北部与俄罗斯东后贝加尔铜铅锌银矿集区接壤[1],它们具有相同或相似的成矿地质条件[2],整体构成一个世界级的大型、超大型铅锌银矿床成矿域[3]。目前在中国境内该带已发现并探明多处大型多金属矿床,主要矿床类型有斑岩型铜钼矿床 (如乌努格吐山、八大关铜钼矿床[4])、浅成热液铜铅锌银矿床 (如甲乌拉、查干布拉根、得耳布尔[5]、东珺、二道河子[6]、比利亚谷等)、浅成热液锰银矿床 (如额仁陶勒盖[7]) 等;同时,在矿集区或矿区 (田) 范围内常常有细脉浸染型铜矿化或矿床共伴生。那么,浅成热液铜银铅锌矿床成矿与细脉浸染型铜矿化或矿床成矿之间的关系如何?是同时、同一岩浆热流体库演化的产物还是多期岩浆热流体作用的产物?为了揭示这一科学问题,建立适于该区铜银铅锌矿床的成矿找矿模式,我们选择以铜银铅锌矿化为主、共伴生细脉浸染型铜矿化的甲乌拉矿床开展了系统地野外调研和室内研究,并注意到该矿区可能是深部以斑岩型铜矿化为主,向浅部依次为铜锌矿化、银锌铅矿化、铅锌银矿化,与成矿密切的岩浆热事件可能是富碱花岗斑岩,并非同期火山岩,整体构成斑岩铜-浅成热液铜银铅锌成矿系统。为此,我们开展了含矿斑岩岩体的年代学、地球化学研究,并结合相关新近研究成果认证这一调查结果,为深度找矿提供科学依据。
1 区域地质与矿床地质概况 1.1 区域地质概况甲乌拉铜银铅锌矿床位于大兴安岭西坡、额尔古纳地块、得尔布干成矿带南部的多金属矿集区内[1-8](图 1)。区域地质研究表明:该区是一个经历前寒武纪[9]、早中生代和中、新生代多期次大规模构造、岩浆作用叠加复合而成的盆山耦合式构造区,发育的基底岩石是中元古界中级变质的长英片麻岩、斜长角闪岩、绿片岩、长英片岩、石英岩和大理岩等 (海相中基性—酸性火山-沉积岩)((1 266±3) Ma[10]),盖层是寒武—奥陶系浅海相碎屑岩 (550~456 Ma[11]),侏罗系陆相中基性、中性、中酸性和酸性火山熔岩和火山碎屑岩 ((166.0±3.7)~(159.2±1.8) Ma[12-13]) 以及第四系现代陆相沉积物;侵入岩主要是华力西期花岗闪长岩-二长花岗岩 (峰期在320~305 Ma[11])、燕山早期闪长岩-花岗闪长岩-花岗岩 (205~200 Ma[11])(图 1b);发育的断裂主要是北北东向呼伦—额尔古纳 (得尔布干、吉尔布干) 深大断裂以及次级北北东、北西向、北西西向断裂和近南北向断裂等 (图 1a)。
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1.额仁陶勒盖银矿床;2.努其根乌拉银铅锌矿点;3.甲乌拉铜银铅锌矿床;4.查干布拉根银铅锌矿床;5.额尔登乌拉银矿点;6.巴彦浩雷铜金银矿点;7.乌奴格吐山铜钼矿床;8.哈拉胜铅锌矿床;9.长岭铜钼矿点;10.龙岭铜锌锡矿点;11.头道井铜钼矿床;12.八八一铜钼矿床;13.八大关铜钼矿床;14.大坝铜金银矿点。①得尔布干断裂;②额尔古纳河—呼伦断裂;③哈尼沟断裂;④木哈尔断裂;⑤甲乌拉—查干布拉根断裂。图 1a据文献[8]修改,图 1b据文献[1]修改。 图 1 区域大地构造位置 (a) 和区域地质简图 (b) Figure 1 Locations of regional tectonic (a) and sketch regional geological map (b) |
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矿区内出露的地层主要为二叠系上统老龙头组粗碎屑沉积岩系与中酸性火山岩系以及中生界侏罗系上统上库力组中酸性火山岩系;矿区侵入岩为燕山期花岗岩、闪长岩以及中酸性浅成岩 (如次斜长斑岩、次石英斑岩 (120±6) Ma[14])、石英二长斑岩 (138 Ma[15])、闪长玢岩 (144.7~132.8 Ma[16-17]);构造主要是NW、NWW和近SN向断裂构造和褶皱构造[15],其中,NWW向剪切构造破碎带控制着矿体的产出。目前已揭露矿体达40余条,其中2号矿体的规模最大 (图 2a);累计探明铅金属储量为88.1万t,锌81.4万t,银636.0 t,共伴生铜3.0万t,为大型铅锌银多金属矿床。
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a:1.第四系沉积物;2.侏罗系上统流纹岩;3.侏罗系上统安山岩;4.侏罗系上统英安岩;5.二叠系上统老龙头组泥质板岩-炭质板岩-粉砂岩;6.二叠系上统老龙头组细砂岩-中粗砂岩;7.二叠系上统老龙头组砂砾岩-凝灰砂岩;8.二叠系上统老龙头组凝灰砂砾岩、凝灰岩;9.早侏罗世蚀变安山岩、流纹岩;10.石英二长斑岩;11.次石英斑岩;12.次长石斑岩、次石英长石斑岩;13.次闪长玢岩;14.黑云母斜长花岗岩;15.石英脉;16.地质界线;17.不整合界线;18.断层及编号;19.矿体及编号。b:1.二叠系砂岩;2.石英二长斑岩;3.石英斑岩;4.石英长石斑岩;5.闪长玢岩;6.隐爆角砾岩;7.铅矿体;8.锌矿体;9.铜矿体;10.银矿体;11.地质界线;12.推测断层;13.钻孔及编号;14.采样位置。底图据文献[18]改编。 图 2 甲乌拉铜银铅锌矿床地质简图 (a) 和38号勘探线剖面图 (b) Figure 2 Sketch geological map of Jiawula Cu-Ag-Pb-Zn deposit (a) and geologic section of No.38 exploration line (b) |
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浅部铅锌银矿体多呈脉状产出,次为透镜状,走向320°~350°,平面上呈北西向雁行排列、放射状排列,剖面上呈南西陡倾的左列雁行排列,具尖灭再现、分支复合的特点 (图 2b)。矿石类型主要有铅锌矿石、银铅锌矿石及铜锌矿石、铜银矿石等。矿石组构如图 3所示,其中,矿石结构为自形—半自形晶粒状结构 (图 3a)、交代残余结构 (图 3b、d)、乳滴状结构 (图 3c)、浸蚀结构 (图 3e)、包含结构 (图 3f) 等;矿石构造主要为块状构造 (图 3g)、浸染状构造 (图 3h)、细脉浸染状构造 (图 3j、k)、团块状构造、脉状构造 (图 3i、l)、不规则粒状构造等;矿石矿物主要有方铅矿、闪锌矿、黄铁矿、白铁矿、黄铜矿,少量磁黄铁矿、斑铜矿,银矿物主要有硫锑铜银矿、银黝铜矿、深红银矿、辉银矿、银金矿、碲银矿等;脉石矿物主要有石英、方解石、萤石、绢云母、绿泥石、绿帘石等;近矿体围岩蚀变发育,主要为硅化、绢云母化、萤石化、绿泥石化和碳酸盐化等,主要发育在NWW向含矿破碎带内。
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a.黄铁矿半自形晶粒状结构;b.方铅矿交代磁黄铁矿和闪锌矿呈孤岛状残留;c.磁黄铁矿呈乳滴状分布于闪锌矿中;d.方铅矿于闪锌矿内部呈星状交代;e.闪锌矿浸蚀交代方铅矿;f.黄铁矿被包含在方铅矿中;g.块状构造;h.浸染状构造;i.脉状构造;j.黄铜矿呈细脉浸染状构造;k.黄铜矿呈细脉浸染状构造;l.黄铜矿黄铁矿矿石。Py.黄铁矿;Gn.方铅矿;Po.磁黄铁矿;Sp.闪锌矿;Ccp.黄铜矿。 图 3 甲乌拉矿床矿石矿物结构构造特征 Figure 3 Structure and texture characteristics of ore mineral in the Jiawula deposit |
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深部主要发育细脉浸染型铜矿体 (图 3j、k),发育在富碱花岗斑岩内部,呈细脉浸染状产出;矿石类型主要为细脉浸染状铜矿石,矿石结构有半自形—他形粒状结构、交代结构、包含结构等,矿石构造除浸染状、细脉浸染状构造 (图 3j、k) 外,局部发育团块状构造;矿石矿物有黄铁矿、黄铜矿、辉铜矿、黝铜矿等,其次为斑铜矿、方铅矿、闪锌矿、磁黄铁矿等;脉石矿物为石英、钾长石、黑云母、绢云母,次要为方解石、萤石、高岭石、伊利石等;蚀变类型主要有硅化、钾长石化、绢云母化,其次为伊利石化、碳酸盐化、高岭土化等。
根据野外地质特征将成矿期划分为5个成矿阶段,分别为:Ⅰ石英-黄铁矿阶段、Ⅱ石英-黄铁矿-黄铜矿阶段、Ⅲ含石英闪锌矿脉阶段、Ⅳ含石英方铅矿脉阶段和Ⅴ石英-碳酸盐阶段;其中,浅部银铅锌矿化主要发生在Ⅲ、Ⅳ阶段,深部铜矿化主要发生在Ⅱ阶段。
2 实验样品和测试方法实验样品采自矿区内深部与细脉浸染型铜矿化密切的富碱花岗斑岩 (图 3j、4a),岩石呈岩脉状、岩柱状产出,与矿化蚀变在空间上密切伴生,靠近矿体或蚀变成次生石英斑岩 (图 2) 或蚀变为次生石英钠长斑岩,地表风化较强。鉴于此,本次对甲乌拉矿床钻孔蚀变较弱的并且与细脉浸染型铜矿化关系密切的灰色花岗斑岩开展年代学和地球化学工作。主要岩相学特征如下:岩石呈块状构造、斑状结构;主要由斑晶 (35%±) 和基质 (65%±) 组成;斑晶主要为斜长石 (Pl)、条纹长石 (Pe)、石英 (Q) 及黑云母 (Bt)。其中:斜长石 (10%±) 呈自形-半自形板柱状,粒度主要为0.5 mm×1.0 mm~0.75 mm×1.25 mm,部分发生绢云母化;条纹长石 (12%±) 呈半自形板状,粒度主要为1.5 mm×1.6 mm~1.5 mm×2.25 mm,发育高岭土化;石英 (8%±) 呈他形粒状,粒径主要为0.25~0.50 mm;黑云母 (5%±) 呈长片状,粒径主要为0.5~0.8 mm;基质由微晶碱性长石、斜长石、石英及黑云母所组成 (图 4),副矿物有磁铁矿、磷灰石、锆石等。
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Ccp.黄铜矿;Q.石英;Pl.斜长石;Or.正长石;Pe.条纹长石;Bt.黑云母。 图 4 甲乌拉矿区灰色花岗斑岩手标本照片和镜下显微特征 Figure 4 Hand specimens photos and microscopic characteristics of the grey alkaline porphyry of Jiawula deposit |
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本次同位素年代学测试采用单颗粒锆石U-Pb同位素定年法。制样过程是首先将采集的岩石用纯净水清洗干净并称重,然后破碎和粉碎,将通过120目筛网后的岩石粉末进行淘洗,去除轻矿物部分,保留重砂部分;再将所得到的重砂矿物部分经过电磁选,得到含锆石纯度较高的试样;最后在双目镜下挑选出纯的锆石晶体,整个样品分离在河北省廊坊市区域矿产地质调查院实验中心完成。实验过程是:1) 将分离的锆石进行制靶、阴极发光 (CL) 图像观察与照相,这项工作在北京地时科技有限公司完成;2) 在LA-ICP-MS系统下进行锆石U-Pb同位素测定,实验在北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室完成,仪器为美国安捷伦科技有限公司电感耦合等离子体质谱仪AgilentICPMS7500ce和德国相干公司 (Coherent) 准分子激光COMPexPro102,激光束斑为32 μm,激光波长为193 nm,激光能量密度10J/cm2,激光频率5Hz,氦载气流速0.68L/min,元素分析的相对标准偏差 (RSD)、分析值与参考值之间的相对标准偏差一般≤10%,低含量元素的RSD≤25%;3) 进行数据处理,采用标准样测试结果和Glitter软件下进行数据校正。实验结果和计算年龄列于表 1。
测点号 | wB/10-6 | Th/U | 同位素比值 | 年龄/Ma | |||||||||||||
Pb | Th | U | 207Pb/206Pb | 1σ | 207Pb/235U | 1σ | 206Pb/238U | 1σ | 207Pb/206Pb | 1σ | 207Pb/235U | 1σ | 206Pb/238U | 1σ | |||
1 | 9.55 | 439 | 271 | 1.62 | 0.050 4 | 0.002 6 | 0.159 2 | 0.008 1 | 0.022 9 | 0.000 4 | 213 | 90 | 150 | 7 | 146 | 2 | |
2 | 8.20 | 378 | 246 | 1.53 | 0.048 3 | 0.002 5 | 0.150 1 | 0.007 7 | 0.022 5 | 0.000 3 | 114 | 88 | 142 | 7 | 144 | 2 | |
3 | 19.47 | 722 | 621 | 1.16 | 0.050 4 | 0.001 5 | 0.159 9 | 0.004 6 | 0.023 0 | 0.000 3 | 215 | 45 | 151 | 4 | 147 | 2 | |
4 | 12.55 | 357 | 453 | 0.79 | 0.051 3 | 0.001 8 | 0.157 0 | 0.005 5 | 0.022 2 | 0.000 3 | 253 | 56 | 148 | 5 | 142 | 2 | |
5 | 7.73 | 348 | 226 | 1.54 | 0.052 5 | 0.002 7 | 0.167 1 | 0.008 3 | 0.023 1 | 0.000 4 | 305 | 86 | 157 | 7 | 147 | 2 | |
6 | 29.32 | 1 204 | 895 | 1.35 | 0.053 0 | 0.001 4 | 0.169 3 | 0.004 3 | 0.023 2 | 0.000 3 | 328 | 37 | 159 | 4 | 148 | 2 | |
7 | 15.83 | 690 | 465 | 1.48 | 0.050 0 | 0.001 8 | 0.158 0 | 0.005 6 | 0.022 9 | 0.000 3 | 194 | 57 | 149 | 5 | 146 | 2 | |
8 | 9.76 | 201 | 351 | 0.57 | 0.053 5 | 0.002 2 | 0.169 4 | 0.006 8 | 0.023 0 | 0.000 3 | 348 | 65 | 159 | 6 | 146 | 2 | |
9 | 30.80 | 1 517 | 831 | 1.83 | 0.048 7 | 0.001 3 | 0.157 8 | 0.004 2 | 0.023 5 | 0.000 3 | 132 | 41 | 149 | 4 | 150 | 2 | |
10 | 10.96 | 666 | 253 | 2.63 | 0.049 9 | 0.008 9 | 0.154 1 | 0.027 2 | 0.022 4 | 0.000 5 | 191 | 336 | 146 | 24 | 143 | 3 | |
11 | 9.04 | 316 | 288 | 1.10 | 0.050 2 | 0.002 3 | 0.161 7 | 0.007 3 | 0.023 4 | 0.000 3 | 204 | 79 | 152 | 6 | 149 | 2 | |
12 | 10.88 | 260 | 373 | 0.70 | 0.053 2 | 0.001 9 | 0.177 1 | 0.006 2 | 0.024 2 | 0.000 3 | 335 | 56 | 166 | 5 | 154 | 2 | |
13 | 0.71 | 23 | 22 | 1.04 | 0.059 4 | 0.021 5 | 0.184 2 | 0.066 0 | 0.022 5 | 0.001 0 | 582 | 617 | 172 | 57 | 143 | 6 | |
14 | 1.09 | 36 | 35 | 1.03 | 0.063 2 | 0.013 4 | 0.199 8 | 0.042 0 | 0.022 9 | 0.000 8 | 715 | 405 | 185 | 36 | 146 | 5 | |
15 | 3.33 | 113 | 115 | 0.98 | 0.053 9 | 0.004 6 | 0.162 9 | 0.013 7 | 0.021 9 | 0.000 4 | 366 | 156 | 153 | 12 | 140 | 3 | |
16 | 0.99 | 30 | 31 | 0.96 | 0.071 4 | 0.013 7 | 0.226 2 | 0.042 9 | 0.023 0 | 0.000 8 | 968 | 346 | 207 | 35 | 147 | 5 | |
17 | 0.69 | 22 | 24 | 0.92 | 0.048 8 | 0.017 3 | 0.154 6 | 0.054 6 | 0.023 0 | 0.000 9 | 138 | 536 | 146 | 48 | 146 | 6 |
该项实验是首先将采集的样品用纯净水清洗干净,干燥后碎至200目以下,然后分别进行氧化物和元素测试,两项实验在河北省地勘局廊坊实验室分项实验测试完成。全岩氧化物分析采用常规湿法与X-荧光光谱法 (XRF) 相结合测试完成,分析相对误差小于5%;微量元素和稀土元素运用高分辨率电感耦合等离子质谱法 (ELEMENT) 测试,分析相对误差为1%~5%。两项实验结果列于表 2。
样品号 | 样品名称 | SiO2 | Al2O3 | TiO2 | Fe2O3 | FeO | CaO | MgO | K2O | Na2O | MnO | P2O5 | 烧失量 | K2O+Na2O | K2O/Na2O | A/CNK | A/NK | δ | AR | La | Ce | Pr | Nd | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | Y | ∑REE | LREE/HREE | δEu | Ce/Yb | Cs | Li | Rb | Ba | Th | U | Ta | Nb | Sr | Nd | Zr | Hf | Ti | Rb/Sr | Ba/Rb | Th/U | Nb/Ta | Zr/Hf | V | Cr | Co | Ni | Sc | W | Sn | Bi | Mo | Cu | Zn | Pb | Ga | Au | As | Ag | Sb | Tl | Te | Be | B |
JWL-Z-1-1 | 灰色花岗斑岩 | 71.65 | 15.92 | 0.58 | 0.81 | 1.96 | 1.85 | 0.89 | 5.85 | 3.31 | 0.13 | 0.17 | 2.93 | 9.16 | 1.77 | 1.45 | 1.74 | 2.93 | 3.13 | 69.78 | 149.31 | 18.12 | 69.97 | 12.69 | 1.66 | 9.93 | 1.51 | 7.37 | 1.37 | 3.76 | 0.53 | 3.41 | 0.69 | 36.61 | 350.11 | 11.25 | 0.44 | 43.80 | 9.66 | 31.42 | 189.3 | 908.8 | 15.04 | 6.43 | 1.50 | 30.02 | 203.64 | 69.97 | 460.36 | 12.93 | 3 260 | 0.93 | 4.80 | 2.34 | 19.95 | 35.61 | 58.10 | 25.90 | 3.04 | 2.92 | 8.39 | 4.04 | 2.67 | 0.09 | 2.95 | 8.66 | 95.50 | 16.50 | 23.40 | 1.01 | 4.50 | 0.27 | 1.16 | 1.55 | 0.010 | 2.47 | 11.40 |
JWL-Z-1-2 | 灰色花岗斑岩 | 72.36 | 15.84 | 0.56 | 0.90 | 1.76 | 1.60 | 0.87 | 6.15 | 2.86 | 0.12 | 0.15 | 2.96 | 9.01 | 2.15 | 1.49 | 1.76 | 2.77 | 3.14 | 73.58 | 156.62 | 19.80 | 74.85 | 13.97 | 1.75 | 10.54 | 1.63 | 7.72 | 1.38 | 3.79 | 0.57 | 3.54 | 0.74 | 39.29 | 370.46 | 11.39 | 0.42 | 44.23 | 8.77 | 27.95 | 156.7 | 806.1 | 12.36 | 5.14 | 1.32 | 25.06 | 155.72 | 74.85 | 471.00 | 13.67 | 3 131 | 1.01 | 5.14 | 2.40 | 18.99 | 34.45 | 55.20 | 22.00 | 2.16 | 2.07 | 7.07 | 5.31 | 3.15 | 0.05 | 2.58 | 7.35 | 87.20 | 12.80 | 18.70 | 0.60 | 4.60 | 0.31 | 1.01 | 1.81 | 0.011 | 2.40 | 12.90 |
JWL-Z-2-1 | 灰色花岗斑岩 | 71.59 | 15.48 | 0.46 | 0.74 | 1.67 | 1.25 | 0.58 | 5.71 | 4.15 | 0.13 | 0.10 | 1.79 | 9.86 | 1.37 | 1.39 | 1.57 | 3.40 | 3.87 | 78.72 | 169.62 | 21.05 | 79.88 | 14.63 | 1.66 | 11.03 | 1.74 | 8.56 | 1.54 | 4.08 | 0.58 | 3.79 | 0.63 | 41.48 | 397.51 | 11.44 | 0.38 | 44.74 | 9.99 | 29.82 | 233.9 | 694.4 | 14.54 | 4.10 | 1.71 | 26.37 | 178.36 | 79.88 | 466.81 | 15.56 | 2 680 | 1.31 | 2.97 | 3.54 | 15.39 | 30.01 | 47.50 | 22.00 | 2.18 | 2.36 | 7.69 | 1.79 | 6.44 | 0.11 | 2.13 | 15.70 | 269.00 | 18.50 | 20.80 | 0.56 | 5.20 | 0.08 | 0.26 | 3.04 | 0.008 | 4.66 | 7.37 |
JWL-Z-2-2 | 灰色花岗斑岩 | 71.60 | 15.45 | 0.46 | 0.79 | 1.69 | 1.16 | 0.55 | 5.75 | 4.16 | 0.12 | 0.10 | 1.76 | 9.91 | 1.38 | 1.40 | 1.56 | 3.43 | 3.96 | 81.19 | 174.32 | 21.48 | 81.46 | 15.29 | 1.81 | 11.41 | 1.82 | 8.96 | 1.63 | 4.42 | 0.63 | 3.74 | 0.65 | 43.39 | 408.80 | 11.29 | 0.40 | 46.57 | 9.29 | 26.89 | 231.5 | 799.8 | 14.02 | 4.03 | 1.32 | 25.01 | 180.03 | 81.46 | 454.12 | 15.46 | 2 671 | 1.29 | 3.45 | 3.48 | 18.93 | 29.38 | 53.80 | 22.60 | 2.89 | 2.22 | 7.98 | 1.73 | 4.77 | 0.68 | 2.54 | 23.90 | 462.00 | 37.40 | 21.10 | 0.73 | 24.00 | 0.49 | 0.41 | 3.04 | 0.023 | 5.57 | 6.82 |
ER-20110717-5 | 石英斑岩[19] | 82.91 | 9.14 | 0.09 | 0.55 | 0.40 | 0.10 | 0.10 | 6.70 | 0.04 | 0.00 | 0.02 | 6.70 | 165.25 | 1.35 | 1.40 | 1.13 | 6.30 | 15.60 | 34.14 | 4.08 | 14.60 | 2.79 | 0.40 | 2.13 | 0.40 | 1.90 | 0.40 | 1.20 | 0.20 | 1.30 | 0.20 | 10.70 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
石英斑岩[14] | 80.13 | 10.81 | 0.53 | 0.31 | 0.90 | 0.10 | 0.20 | 6.80 | 0.08 | 0.00 | 0.02 | 6.85 | 83.75 | 1.55 | 1.60 | 1.26 | 4.30 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A型花岗岩[20] | 73.81 | 12.40 | 0.26 | 1.24 | 1.58 | 0.20 | 0.75 | 4.07 | 4.65 | 0.06 | 0.04 | 8.72 | 0.88 | 1.39 | 1.42 | 2.47 | 5.49 | 137.00 | 75.00 | 169.0 | 352.0 | 23.00 | 5.00 | 48.00 | 37.00 | 528.00 | 0.43 | 6.00 | <1.00 | 4.00 | 2.00 | 120.00 | 24.60 | 3.52 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
长英质I型花岗岩[20] | 73.39 | 13.43 | 0.26 | 0.60 | 1.32 | 1.71 | 0.55 | 4.13 | 3.33 | 0.05 | 0.07 | 7.46 | 1.24 | 1.46 | 1.80 | 1.83 | 2.94 | 68.00 | 34.00 | 194.0 | 510.0 | 22.00 | 5.00 | 143.00 | 12.00 | 144.00 | 0.30 | 22.00 | 2.00 | 8.00 | 4.00 | 35.00 | 16.00 | 1.36 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
长英质S型花岗岩[20] | 73.39 | 13.45 | 0.28 | 0.36 | 1.73 | 1.28 | 0.58 | 4.56 | 2.81 | 0.04 | 0.14 | 7.37 | 1.62 | 1.55 | 1.82 | 1.79 | 3.00 | 53.00 | 33.00 | 277.0 | 388.0 | 18.00 | 8.00 | 81.00 | 13.00 | 136.00 | 0.25 | 23.00 | 4.00 | 8.00 | 4.00 | 44.00 | 17.00 | 3.42 |
本次实验样品为灰色花岗斑岩 (JWL-Z-1),重约2.3 kg,分离出约6 000粒锆石,其阴极发光 (CL) 图像特征 (图 5a) 显示,实验样品中有两种成因类型,具体概述如下:
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图 5 灰色花岗斑岩的锆石CL图像和U-Pb年龄谐和图 Figure 5 Zircon CL image and U-Pb age concordia diagram of the grey granite porphyry |
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第一种:为深灰色,自形半自形长柱状、棱柱状为主,粒径主要集中在60~120 μm,长宽比约为2:1,内部环带较发育,具有清晰的震荡环带 (图 5a中的1-12),w(Pb) 为 (7.73~30.80)×10-6、w(Th) 为 (201~1 517)×10-6,w(U) 为 (226~895)×10-6,Th/U值为0.57~2.63,呈现岩浆成因的锆石属性[21-22];但相比第二组具有较高的Th、U质量分数和Th/U值,12个成分点的206Pb/238U加权平均年龄为 (146.4±1.6) Ma (MSWD=1.30,n=12)(图 5b,c①;表 1中的1-12测点)。
第二种:为白色到浅灰色,他形晶为主,内部结构不发育 (图 5a中的13-17),w(Pb) 为 (0.71~3.33)×10-6,w(Th) 为 (22~113)×10-6,w(U) 为 (22~115)×10-6,Th/U值为0.92~1.04,相对第一组的Th、U、Th/U值明显偏低,整体持有岩浆锆石与热液锆石混生的特征。鉴于单个年龄误差相对变化较大的特征,推测它们可能是岩浆态向高温热液态临界转换过程形成。5个成分点的206Pb/238U加权平均年龄为 (143.1±3.9) Ma (MSWD=0.56,n=5)(图 5b,c②;表 1中的13-17测点)。
3.2 岩石地球化学 3.2.1 主量元素特征从表 2可知,所测4件花岗斑岩的全岩氧化物中,w(SiO2) 为71.59%~72.36%、w(TiO2) 为0.46%~0.58%、w(Al2O3) 为15.45%~15.92%、w(Fe2O3) 为0.74%~0.90%,w(FeO) 为1.67%~1.96%,w(CaO) 为1.16%~1.85%、w(MgO) 为0.55%~0.89%、w(K2O) 为5.71%~6.15%、w(Na2O) 为2.86%~4.16%;计算的K2O/Na2O值为1.37~2.15,里特曼指数 (σ) 为2.77~3.43,碱度指数 (AR) 为3.13~3.96。岩石化学成分在w(K2O+Na2O)-w(SiO2) 分类图解上,成分点落在碱性花岗岩区 (图 6a);在w(K2O)-w(SiO2) 图解上,成分点落在钾玄岩系列区 (图 6b);在w(K2O)-w(Na2O) 图解[23]上,成分点落在高钾质和钾质岩区 (图 6c);在A/NK-A/CNK铝饱和度判别图解上,成分点落在过铝质岩区 (刚玉标准分子为0.50~1.87)(图 6d),指示岩石为酸性、过铝质、高钾质过渡岩系或钾玄质岩系;整体呈现酸性、碱性花岗质、高钾质、过铝质、钾玄岩系列岩石的特征。
此外,从岩石化学特征来看,次生石英正长斑岩基本保留了原来花岗斑岩的岩石地球化学特征,而次生石英斑岩的岩石化学特征已经完全失去了其原来花岗斑岩的特征,表现SiO2和K2O强烈升高,其他氧化物不同程度的降低 (表 2);间接认证了次生石英正长斑岩和次生石英斑岩是花岗斑岩发生不同程度硅化等热液蚀变作用的产物。
3.2.2 稀土和微量元素特征从表 2可知,全岩稀土总量为 (350.11~408.80)×10-6,LREE/HREE值为11.25~11.44,Ce/Yb为43.80~46.57,(La/Yb)N为13.80~14.63,δEu主要集中在0.38~0.44;在球粒陨石 (C1) 标准化图解[24]上,稀土配分形式呈现轻稀土元素富集、重稀土元素相对亏损、明显负铕元素异常的右倾型配分曲线形式 (图 7a),说明花岗斑岩形成过程中至少发生了斜长石分离结晶作用,若为初始岩浆,则是斜长石作为残留矿物相保留在源区。在微量元素方面,所测样品均持有相对富集大离子亲石元素 (Cs、Rb)、亏损高场强元素 (Nb、Ta) 的特征等,具有相对低的Sr ((155.72~203.64)×10-6) 和Ta ((1.32~1.71)×10-6)、Nb ((25.01~30.02)×10-6) 质量分数,Rb/Sr值为0.93~1.31、Ba/Rb值为2.97~5.14,Th/U值为2.34~3.54,Nb/Ta值为15.39~19.95、Zr/Hf值为29.38~35.61。将稀土元素相结合,在对原始地幔标准化图解上呈现强烈富集Cs、Rb、Th、U、K、La、Ce等强亲石岩浆元素 (分配系数小于0.01),即:富集Cs、Rb、K、La、Ce等大离子亲石元素 (LIL) 以及Th、U、Zr、Hf高场强元素 (HFS);但同时明显亏损Sr、Ta、Nb、P、Ti等高场强元素 (HFS)。整体类似岩浆弧背景下形成富碱花岗斑岩的岩浆特征[24]。
成矿元素分析结果揭示,它们普遍持有较低的V ((47.50~58.10)×10-6)、Cr ((22.00~25.90)×10-6)、Co ((2.16~3.04)×10-6)、Ni ((2.07~2.92)×10-6) 等亲铁元素和Cu ((7.35~23.90)×10-6) 等亲硫元素,相对亏损Ga、W、Sn、Mo等高中温热液元素和Au、As、Sb中低温热液元素以及B等矿化剂元素,强烈富集Be、Tl、Bi高中温热液元素和Pb、Ag低温元素;若从岩浆演化和元素不相容角度出发,花岗斑岩结晶过程保留了Be、Tl、Bi元素,B、Ga、W、Sn、Mo、Cu、Pb更多地进入出溶岩浆热流体,Au、As适度地进入出溶岩浆热流体,而Ag、Sb是被保留在岩浆结晶的矿物相还是被热液作用的结果?鉴于它们是同源岩浆演化的产物,且样品JWL-Z-2-1,JWL-Z-2-2的Rb/Sr值略高于JWL-Z-1-1和JWL-Z-1-2的特征,说明该样品受到了热液作用。
上述特征表明,明显低的V、Cr、Co、Ni特征,说明该岩浆不具有幔源岩浆属性,而具有下地壳或上地壳来源的岩浆特征。
4 讨论 4.1 岩石成因自从Chappell等[25-26]提出“I”和“S”型花岗岩成因类型以来,目前自然界的花岗质岩石通常分成I、S、M和A型4种成因类型;但是,不同类型花岗岩的确定并非那么简单。特别是A型和高分异I型花岗岩[27-28],一些学者曾提出A型花岗岩与其他类型花岗岩 (I、M和S型) 的主要鉴别特征是:A型花岗岩熔体的产生常伴随有同时形成的过碱质与非碱质花岗岩相、超熔与低熔花岗岩的共生;从相对无水、高温、全熔,即无残留体、富F和Cl的岩浆中结晶可以形成这些花岗岩,它的侵位晚于I型花岗岩,通常富集Zr、Nb、Y、REE和Ga等HFSES (高场强元素),特别是Ga相对Al的富集;如图 8所示[29],它们的化学成分与正常I型和S型花岗岩是连续的[26](图 8)。
本文获得富碱花岗斑岩的主要氧化物地球化学特征揭示:岩石为酸性、过铝质、高钾质过渡岩系或钾玄质岩系;岩石A/CNK为1.39~1.49、A/NK为1.56~1.76,具有A型花岗岩与I型花岗岩过渡的岩石成因类型 (表 2);分异指数小于90(84.15~89.06),呈现较高分异结晶形成的钾玄质岩系、高钾质、过铝质花岗岩的地球化学特征。稀土和微量元素与碱性A型花岗岩、铝质A型花岗岩、准铝质I型花岗岩做对比,其LREE更接近铝质A型花岗岩,HREE更接近准铝质A型花岗岩。但是岩石呈现过铝质岩石的特征,我们认为该岩浆应为铝质A型花岗岩 (图 9)[24],明显Ba、Sr亏损可能是受到强烈的地壳物质混染。它们在相关成因类型 (I、S和M型) 的图解[29](图 8a) 上,成分点均落在A型花岗岩区;并且在w(Zr)-1 000 Ga/Al图解上成分点更接近长英质,落在A型花岗岩区 (图 8b)。
鉴于所获得的花岗斑岩的Rb/Sr值为0.93~1.31,明显高于大陆地壳、洋壳、下地壳源区属性;Th/U值和Nb/Ta值接近下地壳 (Th/U=Nb/Ta=3.74);Zr/Hf值为29.38~35.61,介于洋壳 (Zr/Hf=32) 和下地壳 (Zr/Hf=33)[30];这种特征表明岩浆源区既可以是来自俯冲的洋壳部分熔融,也可以是交代大陆岩石圈地幔部分熔融;若是后者,至少存在以CO2为主的流体交代下地壳的部分重熔或以H2O为主的流体交代下地壳的部分重熔,岩浆作用过程受到了强烈的碳酸盐混染的过程;但在Th/Yb-Ta/Yb、Th/Yb-Nb/Yb图解[31-32](图 10) 上,成分点落在活动大陆边缘,不具有埃达克质岩浆的属性[33-34]以及与A型花岗岩相比持有相对高的Ba、Sr、V,进一步说明它们是高分异A型花岗岩,出现相对较高的Rb/Sr和LREE、HREE较强的分馏形式,一方面与岩浆演化过程斜长石分离作用有关,同时在岩浆作用阶段发生了镁铁质矿物分异结晶作用,也不排除受到一定程度的上地壳物质,特别是碳酸盐的混染作用。
长期以来,有关该矿床的成岩成矿时代以及与成矿密切相关的岩浆热事件的认识一直存在争议。早期对矿区的花岗闪长岩、二长花岗岩、正长花岗岩、斜长花岗岩的Rb-Sr同位素和闪长玢岩、石英斑岩等的K-Ar同位素定年结果认为,花岗闪长岩、二长花岗岩、正长花岗岩形成于中晚三叠世 (Rb-Sr年龄为 (225.4±7.9) Ma, (211±21) Ma))[35];斜长花岗岩形成于中侏罗世早期 (Rb-Sr年龄为178.0~172.8 Ma)[1],长石斑岩、石英斑岩形成于早白垩世 (Rb-Sr年龄为131.6~117.0 Ma)[36],闪长玢岩成岩于晚侏罗世 (Rb-Sr年龄为162.8~144.0 Ma)[36];蚀变带绢云母的K-Ar年龄为 (183.5±1.7) Ma[37];不难看出,由于测试方法的所限,导致无法判断该矿床的成岩成矿时代。近期李铁刚等[38]采用单矿物闪锌矿、黄铁矿的Rb-Sr等时线精细定年获得年龄为 (143±2) Ma或 (143±3) Ma,与翟德高等[37]获得的石英二长斑岩的单颗粒锆石U-Pb年龄139.2 Ma接近;本文获得发育铜矿化的赋矿围岩花岗斑岩的岩浆阶段单颗粒锆石U-Pb年龄为 (146.4±1.6) Ma (图 5a,c①)、岩浆热液期的单颗粒锆石U-Pb年龄为 (143.1±3.9) Ma (图 5a,c②),后者与闪锌矿、黄铁矿的Rb-Sr等时线基本吻合,换言之,花岗斑岩的单颗粒锆石代表了岩浆成岩与成矿热夜作用过程。
另外,在元素地球化学环境判别图解[31-32]上,成分点主要落在A2型花岗岩区 (图 11a)、同碰撞与晚造山之间 (图 11b)、靠近火山弧+同碰撞一侧的板内环境 (图 11c)、同碰撞与火山弧和板内分界线的火山弧一侧 (图 11d、e)、火山弧与板内环境分界线 (图 11f)。因此,其成岩成矿形成环境应该是火山弧向大陆转换背景[39]。
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底图据文献[31-32]。syn-COLG.同碰撞型花岗岩;VAG.火山弧型花岗岩;WPG.板内型花岗岩;ORG.洋脊型花岗岩。 图 11 花岗斑岩的形成环境Nb-Y-Ga (a)、R2-R1(b)、w(Nb)-w(Y)(c)、w(Ta)-w(Yb)(d)、w(Rb)-w(Yb+Ta)(e)、w(Rb)-w(Y+Nb)(f) 判别图 Figure 11 Discrimination diagram of Nb-Y-Ga (a)、R2-R1(b)、w(Nb)-w(Y)(c)、w(Ta)-w(Yb)(d)、w(Rb)-w(Yb+Ta)(e)、w(Rb)-w(Y+Nb)(f) of granite porphyry |
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长期以来,对该区铜银铅锌矿床的成因研究认为,其成矿作用与该区塔木兰沟期火山作用密切有关,即是塔木兰沟期陆相火山作用间隙期火山热液作用的产物,或是次火山岩就位过程中浅成岩浆热液作用的产物。但近期我们在总结全国与陆相火山岩有关的金、银、铜铅锌矿床的成矿与找矿模式过程中发现,在这样的矿集区通常发育斑岩型铜 (钼) 矿化,甚至深部存在斑岩型铜 (钼) 矿床[40],并构成斑岩铜 (钼)-浅成热液铜银铅锌矿成矿系统,这一点已被本文研究所证实,即:甲乌拉矿床与成矿直接相关的岩浆作用是富碱花岗斑岩,这不仅因为铜矿化发生在花岗斑岩岩体中的蚀变带内,还因为花岗斑岩既具有岩浆锆石组合,又具有热液锆石组合;而大规模斑岩铜 (钼) 和铜银铅锌成矿的流体产生可能发生在花岗斑岩就位晚期的流体出溶作用过程。事实上,花岗斑岩对原始地幔、下地壳、洋壳明显富集Cs、Rb、Th、U、K、Tl、Bi等大离子亲石元素,亏损Ni、Cu高中温亲硫元素和略富集Zn、Ag等中低温亲硫元素 (图 7),表明花岗斑岩岩浆作用过程发生了不同程度的亲硫元素溢出,即可能是伴随流体出溶进入成矿流体体系,因而形成了以铜为主的斑岩型铜 (钼) 矿化 (床) 和铜银铅锌矿床。
5 结论本文通过对甲乌拉铜银铅锌矿床与成矿关系密切的富碱花岗斑岩的年代学、地球化学研究,并结合前人的研究成果,初步得出以下几点结论:
1) 与铜矿化密切的斑岩体为富碱花岗斑岩,属钾玄岩系列、高钾质、过铝质A型富碱花岗斑岩;原始岩浆来源于以CO2为主的流体交代下地壳的部分重熔或以H2O为主的流体交代下地壳的部分重熔,岩浆作用过程受到了强烈的碳酸盐混染;强烈富集Cs、Rb、Th、U、K、Tl、Bi等大离子亲石元素,亏损Ni、Cu高中温亲硫元素和略富集Zn、Ag等中低温亲硫元素,表明花岗斑岩岩浆作用过程发生了不同程度的亲硫元素溢出,即伴随流体出溶进入成矿流体体系。
2) 鉴于所获该类岩石具有岩浆和热液锆石共伴生,且岩浆锆石的206Pb/238U年龄加权平均值为 (146.4±1.6) Ma、热液锆石206Pb/238U年龄加权平均值为 (143.1±3.9) Ma,结合前人的研究成果,认证了甲乌拉矿床成矿发生在早白垩世初期为斑岩型铜-浅成热液铜银铅锌成矿系统。
3) 从区域成岩动力学角度出发,认为甲乌拉斑岩型铜-浅成热液铜银铅锌成矿系统形成于古太平洋板块向欧亚板块俯冲的大陆内部挤压向伸展转换的构造环境,亦或是蒙古—鄂霍茨克洋闭合造山带后的伸展环境。
致谢: 本文在成文过程中,LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测定由北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室协助完成,主量元素和微量元素分析由河北省地勘局廊坊实验室协助完成,在此一并表示感谢![1] | 赵一鸣, 张德全. 大兴安岭及其邻区铜多金属矿床成矿规律与远景评价[M]. 北京: 地震出版社, 1997: 8-156. Zhao Yiming, Zhang Dequan. Metallogeny and Prospective Evaluation of Copper-Polymetallic Deposits in the Da Hinggan Mountains and Its Adjacent Regions[M]. Beijing: Seismological Press, 1997: 8-156. |
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