2012, Vol. 28
大井铜银锡多金属矿床是大兴安岭金属成矿省南段的一个大型矿床。它位于内蒙古自治区林西县东北21km处，处于大兴安岭南段黄岗-甘珠尔庙成矿带(锡和铅锌)与林西-天山成矿带(铜)的接合部位(赵一鸣和张德全，1997)。铜银锡多金属矿体产于二叠系林西组灰黑色砂页岩与含磷质结核碎屑岩段内。前人对大井多金属矿床开展了较为深入的研究，张德全(1993) 、冯建忠等(1994) 、赵一鸣等(1994) 、赵一鸣和张德全(1997) 、芮宗瑶等(1994) 、储雪蕾和刘伟(1999) 、储雪蕾等(2002) 和郑波(2009) 等认为大井是一个与次火山岩岩浆活动有关的热液裂隙充填脉型矿床。然而，陈旭瑞等(2000) 根据矿石的层纹结构、角砾构造、近平行于地层的矿脉产状和围岩蚀变弱等提出了同生矿床的看法，指出它是晚二叠纪同生-准同生沉积的海底喷流(即SEDEX)型矿床，后又经过燕山期次火山岩-热液的叠加和改造，最终在中生代形成。刘建明等(2001) 又根据层纹结构等认为这是典型的沉积构造，将铜矿体附近的流纹斑岩定为一种新的热水沉积岩-菱铁绢云硅质岩，并指出它与锡铜铅锌银复合元素组合的多金属矿床密切共生。他们强调，锡、铜、铅锌和银等成矿元素主要由同生沉积提供(陈旭瑞等，2000；刘建明等，2001)。关于成矿物质来源，冯建忠等(1994) 通过稳定同位素研究认为，矿床硫铅为单源，来源于深部岩浆，成矿与次火山岩空间关系密切；任耀武和曹倩雯(1996) 强调地层是主要物质来源；王莉娟等(2003) 发现大井锡铜矿体萤石中存在中高温、低盐度含Sn和中低温、中等盐度含Cu两种流体包裹体，认为锡铜矿体可能是两种不同来源(铜来自幔源，锡来自壳源)的成矿流体在同一空间上的叠加成矿；刘伟等(2002) 认为成矿与大气降水和富含CO2的岩浆流体的混合有关，岩浆流体可能来源于深部隐伏岩体。其他学者对大井矿床的控矿构造、主要矿石矿物和蚀变矿物等进行了较为深入的研究(艾永富和刘国平，1998；Wang YW et al., 2001；赵利青等，2002；王玉往等，2002a，b，c，2006；李如满和康利祥，2004；王永争等，2005；王荣全等，2007)。尽管矿区内未见大的侵入岩体，但是多数学者认为成矿与深部隐伏岩体有关(冯建忠等，1994；储雪蕾等，2002；刘伟等，2002)。总之，很多学者都对大井矿床做了非常深入细致的研究。但是，大井铜银锡多金属矿床关于成岩成矿年代方面的研究相对比较薄弱，前人在距矿区最近的马鞍子岩体黑云钾长花岗岩中获得的Rb-Sr等时线年龄为155.4Ma(张德全，1993)，在矿区内出露的浅成-超浅成岩脉中获得的K-Ar同位素年龄为155.3~177.2Ma，获得的Ar-Ar成矿年龄为 133~138Ma(转引自Wang JB et al., 2001，原文艾霞和冯建忠(1992) 中未见此年龄数据)。本次在前人工作基础上，对矿区及其附近的主要侵入岩与火山岩开展了锆石LA-MC-ICP-MS测年研究，一方面通过对岩浆岩的精确测年，来查明本区岩浆活动的时间；另一方面，通过岩浆岩的形成年代来大致限定大井铜银锡多金属矿床的成矿时代，从而为区域找矿勘查工作的部署提供理论依据。
1 地质概况大井矿区位于大兴安岭南端，所处大地构造位置为中亚造山带东部，其南侧紧邻华北板块，位于西拉沐伦河深断裂的北侧(图 1)。
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图 1 大井矿区外围地质简图(据Wang JB et al., 2001; 辽宁省第二区域地质测量队，1971①改编) 1-第四系沉积物；2-上侏罗统安山岩、流纹岩和角砾熔岩；3-中侏罗统砂砾岩； 4-上二叠统板岩、砂岩夹泥灰岩；5-下二叠统变质粉砂岩夹泥灰岩透镜体；6-志留系板岩夹灰岩；7-前寒武系片岩和片麻岩；8-燕山晚期花岗岩；9-燕山早期闪长岩；10-印支期花岗岩；11-海西期花岗岩；12-取样位置(样品编号/测年结果) Fig. 1 Simplified geological map around the Dajing Cu-Ag-Sn polymetallic deposit(after Wang JB et al., 2001) 1-Quartanary sediments; 2-Upper Jurassic andesite, rhyolite and breccia lava; 3-Middle Jurassic sandy conglomerate; 4-Upper Permian slate, sandstone intercalated with muddy limestone; 5-Lower Permian metamorphic siltstone intercalated with muddy limestone lens; 6-Sillurian slate intercalated with limestone; 7-Precambrian schist and gneiss; 8-Late Yanshanian granite; 9-Early Yanshanian diorite; 10-Indosinian granite; 11-Hercynian granite; 12-Sampling location(sample number/age dating result) |
① 辽宁省第二区域地质测量队.1971. 中华人民共和国区域地质矿产报告书(地质部分)1/20万白塔子庙幅和林西幅(内部报告).1-61
区域上，出露的一套最古老地层为其南侧紧贴西拉沐伦河深断裂分布的前寒武系片岩和片麻岩(图 1)，呈近东西向的带状产出。在紧靠其北侧出露一套面积不大的志留系，主要岩性为灰黑色板岩夹灰岩；北部零星出露下二叠统黄岗梁组，岩石类型主要为变质粉砂岩夹泥灰岩透镜体，区域中西部大面积出露的是上二叠统林西组湖相细碎屑岩(黑色板岩、砂岩)夹泥灰岩组合，总厚近3000m，是大井矿床的赋矿围岩。围绕二叠系东部和南部外围产出的是中侏罗统紫色砂砾岩和大面积的上侏罗统兴安岭组火山岩(包括安山岩、流纹岩和角砾熔岩等)。在地势低洼和沟谷处分布有第四系的风成砂、黄土、红土层及冲洪积层等。
区域地层褶皱强烈、断裂发育，主构造线方向呈北东向，控制了地层与岩体的产出。
岩浆侵入岩主要发育在区域二叠系地层的南北两侧，岩性主要为二长花岗岩类，呈岩株状产出。矿区范围内未发现任何深成侵入岩，距矿床最近(9km)的岩体为马鞍子黑云二长花岗岩。矿区内发育大量浅成-超浅成岩脉，以中酸性脉岩最为发育，包括英安斑岩、流纹斑岩、霏细岩和花岗斑岩。
大井铜银锡多金属矿床产于二叠系林西组中，目前控制的矿化范围长约3km，宽约2.5km，已经发现大小690余条矿脉及矿化脉，其中计入储量的约330条(王玉往等，2006)。矿体多为隐伏矿脉，呈NW或NWW走向，北倾，倾角25°~75°。矿体呈不规则脉状，复脉状、交错脉状、网脉状、串珠脉状，充填在北西、北西西向断裂带中，其在平面上常呈“S”型，矿脉较窄，具膨缩和分枝复合及尖灭侧现现象。空间上，多条矿脉密集与围岩界线截然分开，受断裂构造控制明显。矿脉一般与容矿地层斜交，但交角不大(一般＜20°)。主矿体一般长300~600m，厚0.2~2.5m，延伸300~400m。矿脉与围岩界线清楚，围岩蚀变不强，范围较窄(仅0.2~2m)，一般沿矿体两侧呈线状分布。主要有硅化、绿泥石化、绢云母化、碳酸盐化，多以细脉、网脉形式产于矿体附近的围岩裂隙中。
根据矿物组合，大井矿床的矿石类型主要有3种：铜锡银矿石(黄铜矿-锡石型)、铅锌银矿石(方铅矿-闪锌矿-银矿物)及二者复合的铜锡铅锌型。矿石以致密块状和浸染状构造为主，并有角砾状、网脉状、条带状、似层状等。主要结构有粒状、胶状、压碎胶结状、嵌晶包含状、固溶体分离结构、交代结构等；主要矿石矿物有黄铁矿、磁黄铁矿、白铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿、毒砂、锡石等，脉石矿物有石英、碳酸盐(如菱铁矿、方解石、铁白云石、铁方解石等)、粘土矿物(如水白云母、绢云母等)、绿泥石等(姚德等，1990；艾霞和冯建忠，1992；芮宗瑶等，1994)。
根据上述矿石类型和穿插、胶结关系，将大井矿床划分为4个矿化阶段(Wang YW et al., 2001)：(1) 锡石-毒砂-石英阶段；(2) 黄铜矿-黄铁矿成矿阶段；(3) 无矿黄铁矿阶段；(4) 方铅矿-闪锌矿阶段。除主成矿期外，矿床中还存在成矿前的早期石英脉和韧性变形，以及成矿后无矿的石英-方解石(萤石)等流体活动阶段。
矿床主要元素组合为Sn、Cu、pb、Zn、Ag、As、S，并伴生有Co、Bi、In等。Ishihara et al.(2007) 曾对大井矿床伴生的铟(In)资源进行了估算，认为其资源量大于768t。Sn主要集中于矿区中部，Cu集中分布于矿区中部和西南部，Pb和Zn主要集中于Sn和Cu的外围，Ag的集中分布范围基本与Cu相同，在Pb、Zn的集中分布区亦有富集(王玉往等，2002a)。
2 样品采集及分析方法 2.1 样品采集及镜下特征本文所研究的样品均采自大井铜银锡多金属矿床内及其附近的侵入岩与火山岩中。其中，DJ10-1和DJ10-3号样品采自大井矿区650m主斜井46线1号脉上盘的霏细岩脉，脉宽1~2m，紧靠1号脉产出。镜下观察表明，霏细岩主要由霏细物质组成，次生矿物为碳酸盐(含量2%~3%，体积百分数，下同)和粘土矿物(含量3%~5%)，具有明显的流动构造。
DJ10-4和DJ10-5号样品采自大井矿区外围的马鞍子山岩体，其采样位置坐标为：北纬43°46′31.7″，东经118°00′3.5″。前人曾将该岩体定名为钾长花岗岩(张德全，1993)，但是根据镜下特征，本文将该岩体定名为黑云母二长花岗岩。岩石呈二长花岗结构，局部文象结构，主要矿物组成：斜长石(35%~40%)、钾长石(30%~35%)、石英(25%)、黑云母(5%)和角闪石(2%~3%)，岩石蚀变微弱，可见少量次生矿物绿泥石、绿帘石和绢云母-粘土矿物。
DJ10-6和DJ10-7号样品自大井矿区北部的大四段村路边采石场，其采样位置坐标为：北纬43°48′21.9″，东经118°10′45.7″，岩性为似斑状黑云母二长花岗岩，似斑状结构，似斑晶为粗大的钾长石晶体，粒径≥10mm，约占岩石体积的10%~15%。基质具二长花岗结构，粒度一般在1~2mm。主要矿物成分：斜长石(30%~35%)、钾长石(30%~35%)、石英(25%)和黑云母(7%~8%)，岩石蚀变微弱，可见少量次生矿物绿泥石和绿帘石(含量1%~2%)，以及绢云母-粘土矿物(含量2%~3%)。
DJ10-8和DJ10-9号样品采自大井矿区南部唐家营子附近的安山玢岩脉，其采样位置坐标为：北纬43°35′35.4″，东经118°15′46.5″。镜下鉴定结果表明，岩石呈斑状结构，基质具交织结构。斑晶约占岩石体积的30%，以中长石为主(15%~20%)，还有角闪石和少量辉石(总共占10%)，基质成分也是以中长石为主，其次是角闪石。中长石斑晶呈自形板状，粒度一般在1~2mm，角闪石斑晶的边缘常被绿帘石交代，一般呈自形柱状、长柱状。在角闪石斑晶中心偶见辉石残晶，其长径一般也在1~2mm。基质中的斜长石呈小板条状杂乱分布，其间分布有蚀变角闪石和玻璃质等。
DJ10-10和DJ10-11样品采自大坝南约100 m，其采样位置坐标为：北纬43°25′4.5″，东经118°5′56.9″，岩性为流纹质晶屑熔结凝灰岩，晶屑熔结凝灰结构，其中晶屑形态呈棱角状、尖棱角状、阶梯状和不规则状，大小混杂，多在0.5~3mm之间，主要为石英晶屑(15%~20%)、钾长石晶屑(10%~15%)和斜长石晶屑(7%~8%)。塑性玻屑和浆屑具有明显的塑性变形，相互熔结定向排列呈假流动构造的特征，约占岩石体积的65%左右。
DJ10-12和DJ10-13样品分别采自大坝南约100 m和150m处，其采样位置坐标分别为：北纬43°25′4.5″，东经118°5′56.9″和北纬43°25′7.4″，118°5′56.7″，岩性为流纹质晶屑熔结凝灰熔岩，角砾凝灰熔岩结构，由火山碎屑和熔岩物质组成。火山碎屑包括晶屑和岩屑，其中晶屑以蚀变斜长石晶屑为主，其次为钾长石晶屑和石英晶屑，占岩石体积的10%~15%；岩屑以变质砂岩岩屑、变质粉砂岩岩屑和安山岩岩屑为主，其次为硅质岩岩屑和变质泥质岩岩屑，占岩石体积的20%~25%。火山物质占60%~70%，主要由熔岩物质和少量塑性玻屑组成。岩石中的角砾为刚性岩屑，大小2~10mm，约占岩石总量的10%，其余小于2mm的刚性岩屑和晶屑均作为凝灰物质。
DJ10-14样品采自大坝南约150m处，其采样位置坐标为：北纬43°25′7.4″，118°5′56.7″，岩性为晶屑凝灰岩，凝灰结构，晶屑主要为石英(15%)、钾长石(10%)和斜长石(5%)，其形态多呈棱角状和不规则状，大小不一，多在0.5~1mm之间。玻屑和浆屑具有一定的塑性变形，分布较为杂乱，约占岩石体积的70%左右。
DJ10-15号样品采自新城子乡小城子村南约200m的石英斑岩脉，其采样位置坐标为：北纬43°21′21.7″，东经118°10′31.7″。镜下鉴定结果表明，岩石具斑状结构，基质具微晶-球粒文象结构。斑晶成分为石英(2%~3%)和钾长石(1%~2%)，基质成分约占95%，主要由石英、长石和少量的霏细物组成。石英斑晶呈自形粒状，晶体边缘常见球粒霏细物或球粒状石英与长石构成的文象所环绕。钾长石斑晶呈自形板状，仅在局部出现，粒径大小在1mm左右。基质主要为石英、长石微晶和由石英与长石交生的显微文象所构成。
DJ10-16号样品采自新城子乡小城子村南约200m的安山玢岩脉，其采样位置坐标为：北纬43°21′10″，东经118°10′41″。镜下鉴定结果表明，岩石具斑状结构，基质具交织结构，斑晶含量很少，偶见2~5mm的中长石(2%~3%)和暗色矿物斑晶(1%~2%)。基质成分主要为中长石(≧65%)、角闪石和黑云母(20%~25%)，还有少量石英(2%~3%)、磁铁矿(2%~3%)和磷灰石(1%~2%)。中长石多呈自形-半自形板状，角闪石呈自形长柱状，黑云母呈鳞片状，矿物粒度一般在0.5~1mm之间，中长石的三角格架中常见石英充填其中，磁铁矿常呈0.1mm左右的细小颗粒均匀分布。岩石中常见绿帘石交代中长石和角闪石的现象，黑云母被绿泥石交代。
2.2 样品锆石特点上述岩石样品的锆石挑选工作是委托廊坊科大岩石矿物分选技术服务公司完成的。在开展锆石测年之前，首先将所测样品的锆石颗粒用环氧树脂制靶，并对靶中的锆石作阴极发光和背散射电子相分析。所测样品锆石特征如下：DJ10-1样品霏细岩中的锆石晶型多不完整，主要呈长柱状(柱长120~200μm)；DJ10-3样品流纹斑岩中的锆石晶型相对比较完整，长柱状和短柱状均可见及，其柱长从60~120μm; DJ10-4样品黑云母二长花岗岩的绝大多数锆石晶型完整，呈短柱状，柱长100~200μm; DJ10-6样品似斑状黑云母二长花岗岩中的锆石晶型完整，主要呈长柱状，柱长80~300μm; DJ10-8样品安山玢岩中的多数锆石晶型不完整，以短柱状为主，绝大多数锆石的柱长为80~120μm; DJ10-10样品流纹质晶屑熔结凝灰岩中的锆石晶型相对较为完整，多呈短柱状，柱长多数在80~150μm; DJ10-12样品流纹质火山角砾熔岩中的锆石晶型相对较为完整，多呈短柱状，柱长多在100μm左右；DJ10-14样品晶屑凝灰岩中的锆石多呈短柱状，柱长多在80~100μm左右；DJ10-15样品石英斑岩中的锆石晶型多不完整，一般呈短柱状，柱长多在70~100μm; DJ10-16样品安山玢岩中的锆石晶型多残缺不全，多为短柱状，柱长100~300μm。上述样品锆石多发育韵律环带，具有岩浆锆石的特征。而且，在锆石的核部常见包裹有呈暗色的残留锆石，一般均较小，小于LA-MC-ICP-MS的激光束直径，部分残留锆石较大，达100μm左右。上述样品中的部分锆石阴极发光照片请参见图 2。
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图 2 大井矿区及其附近主要岩浆岩的锆石U-Pb一致曲线图 Fig. 2 Concordia plot showing all LA-MC-ICP-MS data points for zircons from the main magmatic rocks occurring in and around the Dajing Cu-Ag-Sn polymetallic ore district |
主元素分析采用X荧光光谱仪，Ba、Sr分析采用ICP-AES，其它元素(包括稀土元素)分析采用ICP-MS，分析测试工作是由核工业地质分析测试研究中心完成。测试精度：Fe2O3和FeO的RSD＜10％，其它主元素的RSD＜2％~8％，微量和稀土元素的RSD＜10％。
锆石LA-MC-ICP-MS测年是在中国地质科学院矿产资源研究所LA-MC-ICP-MS实验室完成，锆石定年分析所用仪器为Finnigan Neptune型MC-ICP-MS及与之配套的Newwave UP 213激光剥蚀系统。采用单点剥蚀的方式，数据分析前用锆石GJ-1进行调试仪器，使之达到最优状态，锆石U-Pb定年以锆石GJ-1为外标，U、Th含量以锆石M127(U: 923×10-6; Th: 439×10-6; Th/U: 0.475(Nasdala et al., 2008))为外标进行校正。测试过程中在每测定5~7个样品前后重复测定两个锆石GJ1对样品进行校正，并测量一个锆石Plesovice，观察仪器的状态以保证测试的精确度。数据处理采用ICPMSDataCal 4.3程序(Liu et al., 2008)，测量过程中绝大多数分析点206Pb/204Pb>1000，未进行普通铅校正，204Pb由离子计数器检测，204Pb含量异常高的分析点可能受包体等普通Pb的影响，对204Pb含量异常高的分析点在计算时剔除，锆石年龄谐和图用Isoplot 3.0程序获得。详细实验测试过程可参见侯可军等(2009) 。样品分析过程中，Plesovice标样作为未知样品的分析结果为338.0±1.5Ma(2σ，n=16，MSWD=1.7)，对应的年龄推荐值为337.1±0.4(2σ)(Sláma et al., 2008)，两者在误差范围内完全一致。
3 分析结果 3.1 锆石测年结果DJ10-1 样品锆石Th的质量分数为89.60×10-6~821.4×10-6，U的质量分数为370.2×10-6~1694×10-6，Th/U比值0.22~1.04，绝大多数介于0.2~0.7之间(表 1)。获得的206Pb/238U年龄值变化于140.3~875.8Ma，绝大多数年龄在160~180Ma附近，在去掉异常偏高或偏低的6个测点(1、4、10、13、19、20)年龄值，其他14个测点的加权平均年龄值为170.7±1.4Ma, MSWD=1.9(图 2)，可以代表霏细岩的侵位年龄，为早侏罗世。
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表 1 大井铜银锡多金属矿床及其附近岩浆岩的锆石LA-MC-ICP-MS测年结果 Table 1 LA-MC-ICP-MS data for zircons from the intrusive and volcanic rocks occurring in and around the Dajing Cu-Ag-Sn polymetallic ore district |
DJ10-3 样品锆石Th的质量分数为98.23×10-6~1862×10-6，U质量分数为119.4×10-6~1353×10-6，Th/U比值0.27~1.45，绝大多数介于0.2~0.8之间(表 1)。获得的206Pb/238U年龄值变化于167.8~730.3Ma，绝大多数年龄在160~180Ma附近，在去掉异常偏高或偏低的7个测点(2、4、7、12、13、15、16)年龄值，其他13个测点的加权平均年龄值为170.7±1.1Ma, MSWD=1.3(图 2)，可以代表霏细岩的侵位年龄，为早侏罗世。
DJ10-4 样品锆石Th的质量分数为131.4×10-6~639.9×10-6，U质量分数为222.2×10-6~751.7×10-6，Th/U比值0.47~0.85，绝大多数介于0.5~0.6之间(表 1)。获得的206Pb/238U年龄值变化于274.8~283.7Ma，在去掉2个年龄稍低的测点(6、7)年龄值，其他18个测点的加权平均年龄值为279.7±1.3Ma, MSWD=0.74(图 2)，可以代表黑云母二长花岗岩的侵位年龄，为早二叠世。
DJ10-6 样品锆石Th的质量分数为114.9×10-6~1415 ×10-6，U质量分数为620.3×10-6~2659×10-6，Th/U比值0.19~0.94，绝大多数介于0.2~0.5之间(表 1)。获得的206Pb/238U年龄值变化于187.5~248.2Ma，在去掉6个年龄偏低的测点(1、2、11、16、17、19)年龄值，其他14个测点的加权平均年龄值为242.8±1.7Ma, MSWD=1.7(图 2)，可以代表似斑状黑云母二长花岗岩的侵位年龄，为早三叠世。
DJ10-8 样品除了第14号测点有问题，可能不是锆石外，其他锆石Th的质量分数为34.74×10-6~786.4×10-6，U质量分数为37.36×10-6~679.0×10-6，Th/U比值0.11~1.31，绝大多数介于0.4~1.0之间(表 1)。获得的206Pb/238U年龄值变化于246.8~804.0Ma，在去掉7个年龄偏高的测点(1、2、12、15、18、19、20)年龄值，其他12个测点的加权平均年龄值为252.0±1.8Ma, MSWD=1.6(图 2)，可以代表安山玢岩的侵位年龄，为晚二叠世。
DJ10-10样品锆石Th的质量分数为98.52×10-6~659.1×10-6，U质量分数为201.5×10-6~1206×10-6，Th/U比值0.38~0.64，绝大多数介于0.4~0.6之间(表 1)。获得的206Pb/238U年龄值变化于140.7~282.6Ma，在去掉2个年龄偏高或偏低的测点(9、17)年龄值，其他12个测点的加权平均年龄值为143.5±0.7Ma, MSWD=0.38(图 2)，可以代表流纹质晶屑熔结凝灰岩的形成年龄，为晚侏罗世。
DJ10-12 样品锆石Th的质量分数为54.76×10-6~2199×10-6，U质量分数为109.9×10-6~1754×10-6，Th/U比值0.06~1.25，绝大多数介于0.4~1.0之间(表 1)。获得的206Pb/238U年龄值变化于142.4~2499.8Ma，在去掉5个年龄偏高的测点(3、10、14、18、19)年龄值，其他15个测点的加权平均年龄值为144.3±0.7Ma, MSWD=1.2(图 2)，可以代表流纹质火山角砾熔岩的形成年龄，为晚侏罗世。
DJ10-14 样品锆石Th的质量分数为14.34×10-6~1381×10-6，U质量分数为173.1×10-6~1835×10-6，Th/U比值0.02~0.99，绝大多数介于0.4~0.8之间(表 1)。获得的206Pb/238U年龄值变化于143.6~1512.4Ma，在去掉4个年龄偏高或者偏离协和线较大的的测点(4、8、9、15)年龄值，其他16个测点的加权平均年龄值为145.3±1.0Ma, MSWD=2.5(图 2)，可以代表晶屑凝灰岩的形成年龄，为晚侏罗世。
DJ10-15 样品锆石Th的质量分数为40.28×10-6~1197×10-6，U质量分数为58.36×10-6~1766×10-6，Th/U比值0.42~0.98，绝大多数介于0.4~0.8之间(表 1)。获得的206Pb/238U年龄值变化于143.4~809.8Ma，在去掉8个年龄偏高或者偏离协和线较大的测点(1、3、6、7、9、16、19、20)年龄值，其他12个测点的加权平均年龄值为146.1±0.9Ma, MSWD=1.7(图 2)，可以代表石英斑岩的侵位年龄，为晚侏罗世。
DJ10-16 样品锆石Th的质量分数为60.67×10-6~1890×10-6，U质量分数为47.17×10-6~1711×10-6，Th/U比值0.44~2.16，绝大多数介于0.5~1.5之间(表 1)。获得的206Pb/238U年龄值变化于131.2~210.6Ma，在去掉1个年龄偏高的14号测点年龄值，其他19个测点的加权平均年龄值为133.2±0.7Ma, MSWD=0.96(图 2)，可以代表安山玢岩的侵位年龄，为早白垩世。
另外，在上述样品的锆石测年过程中，还获得了一批较老的元古代的年龄数据，如DJ10-1 样品19号测点、DJ10-3 样品15号测点、DJ10-8 样品19号测点、DJ10-15 样品其中1、7号测点都获得了新元古代的年龄数据，分别为875.8±7.2Ma、730.3±19Ma、804.0±6.1Ma、809.8±9.3Ma和800.3±9.1Ma(表 1)；DJ10-12 样品10、18号测点和DJ10-14 样品4号测点都获得了中元古代的年龄数据，分别为1822.2±33.4Ma、1627.7±20.8Ma和1512.4±10.6Ma(表 1)； DJ10-12 样品3号测点甚至获得一个晚太古-古元古代的年龄数据，为2499.8±11.5Ma(表 1)。上述这些元古代的锆石年龄数据可能与残留锆石有关，代表古老基底岩石的年龄，反映本区可能存在元古代的基底。
3.2 元素地球化学分析结果 3.2.1 主量元素黑云母二长花岗岩的SiO2含量为72.65%~73.02%(表 2)，K2O含量为3.83%~3.85%，Na2O为4.44%~4.48%，K2O/Na2O为0.86；A/NKC值为0.95~0.97，显示铝略不饱和。似斑状黑云母二长花岗岩的SiO2含量为70.85%~71.06%，K2O含量为3.94%~4.20%，Na2O为4.07%~4.20%，K2O/Na2O为0.94~1.03，A/NKC值为0.93~0.94，显示铝略不饱和。石英斑岩的SiO2含量为77.98%，K2O含量为4.93%，Na2O为3.87%，K2O/Na2O为1.27，K2O含量大于Na2O含量；A/NKC值为0.95，显示铝略不饱和。安山玢岩的SiO2含量为59.44%~60.50%，K2O含量为2.51%~2.99%，Na2O为4.06%~4.29%，K2O/Na2O为0.59~0.74，A/NKC值为0.81~0.95，显示铝略不饱和。霏细岩的SiO2含量为72.25%~76.39%，K2O含量为3.43%~3.52%，Na2O为0.15%，可能与样品已经发生蚀变有关，造成Na的流失。其它火山岩，如流纹质晶屑熔结凝灰岩、流纹质火山角砾熔岩和晶屑凝灰岩等均具有高硅、富碱的特征，A/NKC都大于1，显示铝过饱和特征。上述所有岩石样品在SiO2-K2O图解上(图 3)均落入“高钾钙碱系列”区，里特曼指数显示均为钙性或钙碱性系列。
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表 2 大井矿床及其附近岩浆岩的主元素(wt%)、微量和稀土元素(×10-6)分析结果表 Table 2 Major elements(wt%)，rare earth and trace elements(×10-6)analyses of the intrusive and volcanic rocks occurring in and around the Dajing ore district |
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图 3 大井地区主要侵入岩的SiO2-K2O图解(据Middlemost, 1985) Fig. 3 K2O vs. SiO2 diagram for the main intrusive and volcanic rocks occurring in and around the Dajing Cu-Ag-Sn polymetallic ore district(after Middlemost, 1985) |
黑云母二长花岗岩的REE总量为172.0×10-6~207.7×10-6(表 2)，δEu为0.53~0.59，Eu亏损较为明显(图 4)。似斑状黑云母二长花岗岩的REE总量为77.10×10-6~99.83×10-6(表 2)，δEu为0.78~0.88，Eu弱亏损。石英斑岩的REE总量为71.36×10-6(表 2)，δEu为0.04，Eu强烈亏损。安山玢岩的REE总量为100.9×10-6~276.9×10-6(表 2)，δEu为0.87~1.01，Eu亏损不明显。霏细岩的REE总量为86.94×10-6~113.2×10-6(表 2)，δEu为0.49~0.72，Eu亏损较为明显。流纹质晶屑熔结凝灰岩、 流纹质火山角砾熔岩和晶屑凝灰岩等的稀土元素变化特征相似，其REE总量为399.7×10-6~415.1×10-6(表 2)，δEu为0.06~0.34，Eu亏损明显。
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图 4 大井矿区及外围主要岩浆岩的稀土元素配分模式图(a)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b)(标准值据Sun and McDonough, 1989) Fig. 4 Chondrite-normalized rare earth element distribution pattern(a)and primitive mantle-normalized trace element spider diagram(b)for the main magmatic rocks occurring in and around the Dajing Cu-Ag-Sn polymetallic ore district(normalization values after Sun and McDonough, 1989) |
上述岩石在稀土元素球粒陨石标准化图上均表现为具有一定分异特征的稀土元素组成模式，HREE分馏不明显(图 4a)。
3.2.3 微量元素所有岩石均以富集大离子亲石元素(LILE)为特征(图 4b)，其中黑云母二长花岗岩中Nb、Sr、P、Ti相对亏损，而Ba、K、Ce、Nd、Sm、Y和Yb相对富集；似斑状黑云母二长花岗岩中Ba、U、Nb、La、Sr、P、Ti相对亏损，而Rb、Th、K、Ta、Ce、Nd、Zr、Sm、Y和Yb相对富集。石英斑岩中Ba、U、Nb、La、Sr、P、Ti相对亏损，而Rb、Th、K、Ta、Ce、Nd、Hf、Sm、Y和Yb相对富集。安山玢岩中Rb、Nb、Ti相对亏损，而Ba、K、Ce、Zr、Sm、Y和Yb相对富集。霏细岩中Ba、Nb、Sr、P、Ti相对亏损，而Rb、U、Ta、Ce、Nd、Hf、Sm、Y和Yb相对富集。流纹质晶屑熔结凝灰岩、流纹质火山角砾熔岩和晶屑凝灰岩的微量元素特征较为相似，它们的Ba、U、Nb、Sr、P、Ti相对亏损，而Rb、Th、K、Ce、Nd、Hf、Sm、Y和Yb相对富集。
4 讨论与结论 4.1 讨论 4.1.1 岩体侵位时代在大井矿区范围内未见深成侵入岩出露，前人在距矿区最近的岩体马鞍子黑云钾长花岗岩中获得Rb-Sr等时线年龄为155.4Ma(张德全，1993)，而本次锆石LA-MC-ICP-MS测年结果为279.7±1.3Ma，显然岩体的侵位年龄要比前人认识的早很多，这么大的年龄差别可能与Rb-Sr测年体系受后期构造-热事件干扰有关。另外，由于马鞍子岩体明显侵入到林西组中，因此从形成时间上来说，林西组要早于马鞍子花岗岩体的侵位，根据黑云母二长花岗岩的锆石年龄为279.7±1.3Ma，可以推断林西组的形成年代要早于280Ma。而前人认为林西组为上二叠统(Qin et al., 2001；王永争等，2001)，这有可能是不对的，所以关于林西组的地层形成时代还值得进一步研究。通过对马鞍子岩体的定年，可以间接获得林西组地层形成年龄的上限，即不晚于280Ma。这一发现对重新认识区域地质演化具有重要意义。
在矿区外围的大四段村出露的似斑状黑云母二长花岗岩，通过本次锆石测年，获得的年龄结果为242.8±1.7Ma，确定其属于印支期岩浆侵入活动的产物。
本次在矿区内霏细岩中获得的锆石LA-MC-ICP-MS年龄分别为170.7±1.4Ma和170.7±1.1Ma，与前人在矿区内获得的浅成-超浅成岩脉K-Ar同位素年龄(155.3~177.2Ma(转引自Wang JB et al., 2001)基本一致。
本次工作通过锆石LA-MC-ICP-MS测年，在侏罗系火山岩中获得的晶屑凝灰岩的U-Pb年龄为145.3±1.0Ma，流纹质火山角砾熔岩的U-Pb年龄为144.3±0.7Ma，流纹质晶屑熔结凝灰岩的U-Pb年龄为143.5±0.7Ma，从而把本区侏罗纪火山岩的活动时间限定在晚侏罗世。
总的来说，前人的测年数据集中于燕山早中期(张德全，1993；Wang JB et al., 2001)。与前人的测年结果相比，本文的测年数据比较精确地限定了本区岩浆活动的时限，其岩浆活动时间从大约280Ma到133Ma，比前人认为的本区岩浆活动的时限要长很多。从本文获得的LA-MC-ICP-MS锆石测年结果来看，本区岩浆活动至少有四期，分别是：海西晚期岩浆侵入活动，主要侵入有马鞍子岩体和安山玢岩，其锆石LA-MC-ICP-MS年龄分别为279.7±1.3Ma和252.0±1.8Ma；印支早期岩浆侵入活动，侵入有大四段村似斑状黑云母二长花岗岩，其锆石LA-MC-ICP-MS年龄为242.8±1.7Ma；燕山早期岩浆侵入活动，侵入有大井矿区内的霏细岩，其两件样品的锆石LA-MC-ICP-MS测年结果几乎一致，分别为170.7±1.4Ma和170.7±1.1Ma；燕山中期岩浆侵入与喷发活动，侵入有矿区外围的石英斑岩(锆石年龄146.1±0.9Ma)和安山玢岩(锆石年龄为133.2±0.7Ma)，并喷发形成晶屑凝灰岩(145.3±1.0Ma)、流纹质火山角砾熔岩(锆石年龄为144.3±0.7Ma)和流纹质晶屑熔结凝灰岩(143.5±0.7Ma)。
由此可见，本区从晚古生代一直到中生代早白垩世，岩浆活动较为强烈，从分布范围来看，显然燕山中期的岩浆活动最为强烈，喷发形成了大面积出露的酸性火山岩。本文获得的上述高精度测年数据为探讨本区岩浆活动及其与成矿之间的关系奠定了基础。
4.1.2 侵入岩形成的构造环境与地质意义马鞍子岩体黑云母二长花岗岩的锆石LA-MC-ICP-MS测年结果为279.7±1.3Ma，代表了早二叠世的一期构造岩浆活动，在主元素构造环境判别图解中(图 5a)位于同碰撞和造山晚期相邻区域，在微量元素构造环境判别图中(图 5b)显示其形成于火山弧环境，总体显示一种挤压的构造环境。而似斑状黑云母二长花岗岩，尽管其锆石LA-MC-ICP-MS测年结果为242.8±1.7Ma，形成于早三叠世，但是其主元素和微量元素构造环境判别图解(图 5b)与马鞍子岩体相似，也显示一种挤压的构造环境，可能与古亚洲洋的碰撞闭合有关。最近我们在白音诺尔铅锌矿和孟恩陶勒盖矿区陆续获得了一批印支期的侵入岩年代数据，其中白音诺尔与成矿有关的花岗闪长斑岩的锆石LA-MC-ICP-MS年龄为244.5±0.9Ma(江思宏等，2011a)，在孟恩陶勒盖矿区花岗岩基中获得的黑云母斜长花岗岩的锆石年龄为240.5±1.2Ma，白云母斜长花岗岩的锆石年龄为234.3±3.2Ma，代表了早-中三叠世的一期构造-岩浆活动(江思宏等，2011b)。另外，孟恩陶勒盖花岗岩基的矿物组成和岩石地球化学构造环境判别图解显示其具有碰撞造山型花岗岩的特征，反映在早-中三叠世该区尚处于挤压造山阶段，可能是古亚洲洋闭合碰撞造山的产物(江思宏等，2011b)，这与不少学者认为本区亚洲洋的闭合可能持续到三叠纪(Chen et al., 2000，2009；Li, 2006；Shen et al., 2006；李锦轶等，2007；Miao et al., 2008；Jian et al., 2008，2010；Xiao et al., 2009)是相吻合的。
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图 5 R1-R2(a，据Batchelor and Bowden, 1985)和Y+Nb-Rb(b，据Pearce et al., 1984)图解 Fig. 5 Diagrams of R1 vs. R2(a, after Batchelor and Bowden, 1985)and Y+Nb vs. Rb(b, Pearce et al., 1984) |
矿区内霏细岩的锆石年龄为170Ma，这一期岩浆活动在本区并不发育，其形成环境还有待进一步查明，可能与西伯利亚板块和蒙古-华北板块之间的鄂霍茨克洋消亡及后碰撞造山有关(毛景文等，2005)。而矿区外围大面积的石英斑岩、流纹质火山角砾熔岩、晶屑凝灰岩、流纹质晶屑熔结凝灰岩和安山玢岩的形成时代范围从146~133Ma，代表晚侏罗世-早白垩世的一次构造-岩浆活动。区域范围内在这个时期出现一套富碱的花岗岩，如苏尼特左旗附近的沙尔塔拉碱长花岗岩(152Ma)，苏-查萤石矿区钾长花岗岩(138Ma)、林西马鞍子(149Ma)、也拉盖(148±2Ma)、大青山钾长花岗岩(141Ma)(童英等，2010)，可能同华北地区其他同时代的中生代花岗岩一样，是由岩石圈拆沉，东北亚地区大规模伸展所引起等(祝洪臣等，2005；王涛等，2007；童英等，2010)，并伴有相关的金属成矿作用(盛继福和付先政，1999；邵军等，2003)。
4.1.3 对成矿年代的约束尽管对大井矿床的成因还存在不同的认识(陈旭瑞等，2000；刘建明等，2001)，但是多数学者认为该矿床的形成与岩浆活动有关(张德全，1993；冯建忠等，1994；赵一鸣等，1994；赵一鸣和张德全，1997；芮宗瑶等，1994；储雪蕾和刘伟，1999；储雪蕾等，2002；刘伟等2002；郑波，2009)，这不仅有流体的证据(刘伟等2002)，而且也有稳定同位素方面的证据(储雪蕾等，2002)。从本文的研究可以看出，矿区及外围从晚古生代一直到中生代早白垩世的岩浆活动主要有四期，其中矿区外围两个较大岩体的侵入活动分别发生在海西晚期(马鞍子岩体，年龄279.7±1.3Ma)和印支期(似斑状黑云母二长花岗岩，年龄242.8±1.7Ma)，而距离矿区最近的马鞍子岩体离矿区至少也有9km，因此这么远的岩体与大井矿床的形成可能没有什么直接的关系(张德全，1993)。而大四段村似斑状黑云母二长花岗岩因为距离更远，其与大井矿床之间在形成上可能更不会有太大关系。而且，如果矿床的形成确实是与深部的隐伏岩体有关(冯建忠等，1994；储雪蕾等，2002；刘伟等，2002)，也不太可能是海西期或者印支期，因为如果是的话，那么后来侵位的燕山早期的霏细岩可能就不会发生蚀变。成矿与燕山早期的霏细岩有关似乎也不太好解释，毕竟大井矿床的规模比较大，仅靠霏细岩脉侵位可能很难提供成矿所需的热、流体和物源。因此，最有可能的成矿时代还是发生在燕山中期的146~133.2Ma，一方面该年龄与前人获得的成矿年龄133~138Ma(转引自Wang JB et al., 2001)比较一致，另一方面，这一时期岩浆活动十分强烈，在矿区及其附近都有大量的岩浆活动，包括火山喷发活动，非常广泛，本区晚侏罗世火山岩的大面积分布就是很好的例证。这些火山岩和次火山岩不仅可以为成矿提供足够的热源，而且有可能提供部分成矿物质。而这一时期的侵入岩(次火山岩)很可能没有出露，就像不少学者认为的那样，推测成矿岩体位于矿区深部(冯建忠等，1994；储雪蕾等，2002；刘伟等2002)。区域上，这一时期也是华北板块北缘和大兴安岭地区成矿的高峰期，位于大井矿床西部的黄岗梁铁锡矿也是在这一时期形成的(其Re-Os年龄为135.31±0.85Ma，周振华等，2010)。
4.2 结论(1) LA-MC-ICP-MS锆石测年结果表明，大井矿区外围马鞍子二长花岗岩体年龄为279.7±1.3Ma，大四段村似斑状黑云母二长花岗岩的年龄为242.8±1.7Ma，安山玢岩的年龄为252.0±1.8Ma，矿区内霏细岩的锆石年龄为170.7±1.4Ma和170.7±1.1Ma，矿区外围石英斑岩的年龄为146.1±0.9Ma，安山玢岩年龄为133.2±0.7Ma，喷发形成的流纹质火山角砾熔岩年龄为144.3±0.7Ma，晶屑凝灰岩年龄为145.3±1.0Ma，流纹质晶屑熔结凝灰岩年龄为143.5±0.7Ma。由此可见，本区从晚古生代到中生代早白垩世，至少发生了四期岩浆活动。
(2) 岩石地球化学分析结果表明，大井矿区及外围主要侵入岩(黑云母二长花岗岩、似斑状黑云母二长花岗岩、霏细岩、安山玢岩和石英斑岩)均为富SiO2、富碱、准铝的钙碱性岩石，在SiO2-K2O图解上均落入“高钾钙碱系列”区，具有轻稀土分异明显、富集大离子亲石元素(LILE)为特征，其中Ba、Nb、Sr、P、Ti相对亏损，而Rb、Th、K、Ce、Nd、Hf、Sm、Y和Yb相对富集。
(3) 侵入岩和火山岩的年代学与岩石地球化学特征表明，马鞍子黑云母二长花岗岩和大四段村似斑状黑云母二长花岗岩的侵位可能与古亚洲洋的碰撞闭合有关，形成于挤压的构造环境；燕山早期岩浆岩在本区并不发育，其形成环境还有待进一步查明，可能与西伯利亚板块和蒙古-华北板块之间的鄂霍茨克洋消亡及后碰撞造山有关；而燕山晚期大规模的侵入-火山喷发活动可能是由岩石圈减薄，区域大规模伸展所引起。
(4) 根据对矿区内及外围侵入岩与火山岩的年代学研究，结合矿区地质和前人研究成果，认为大井铜银锡矿床的形成主要与晚侏罗世-早白垩世岩浆活(146~133Ma)动有关，是区域伸展构造背景下岩浆活动的产物。
致谢 野外工作得到了林西县国土局和赤峰大井银铜矿的大力支持，在此深表谢意。| [] | Ai X and Feng JZ. 1992. Geological feature and ore genesis of the Dajing Sn polymetallic deposit, Inner Mongolia. Geological Exploration for Non-Ferrous Metals (2) :82–92. |
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