2015, Vol. 31
2. 北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室, 北京 100871;
3. 巴彦淖尔西部铜业有限公司, 巴彦淖尔 015500
2. Key Laboratory of Orogen and Crust Evolution, MOE, Peking University, Beijing 100871, China;
3. West Mining Co., Ltd, Bayannaoer 015500, China
狼山-渣尔泰山成矿带地处内蒙古西部巴彦淖尔市境内，为中国北方重要的Cu-Pb-Zn多金属成矿带，赋存霍各乞Cu-Pb-Zn、东升庙Zn-Pb-Cu、甲生盘Zn-Pb、炭窑口Zn-Pb等多个大型、超大型贱金属矿床(图 1)，同时区内及临区也产出多个大型-超大型金矿床。霍各乞(又称“获各琦”)大型Cu-Pb-Zn矿床为成矿带内的典型矿床，赋存于元古代裂谷沉积岩系之中。自1958年该矿发现以来，众多学者对该矿的成因进行过研究，积累了大量的研究成果。一方面，众多研究揭示该矿床具有同生沉积矿床的若干特征，表明元古代同生喷流沉积过程对于成矿具有重要意义(余金杰等，1993; 耿明山，1997; 金章东等，1997; 费红彩等，2004; 彭润民等， 2006，2007b)。另一方面，部分学者揭示后期构造活动(如逆冲断层及褶皱活动)及变质作用对于矿体的就位有明显的控制作用，强调该矿床为受构造控制的后生热液矿床(牛树银等，1991; 任爱军等，1992; 杨福新，1998; 张明华和王春增， 2001，2002)。近年来我们的矿石学(Zhong et al., 2012)、流体包裹体(Zhong et al., 2013)及热力学模拟工作(钟日晨等，2014)揭示霍各乞矿床的Cu-Pb-Zn矿化为变质流体成矿，受控于区内变质作用与剪切带活动。而与此同时，矿石中硫化物的Pb、S同位素组成则指示其成矿物质最初来源于元古代同生喷流沉积过程。据此本文提出了霍各乞矿床同生预富集，变质过程中成矿物 质大规模再活化、异地矿化的成矿模式。后期的变质作用导致了矿体的最终形成与定位，并决定了该矿的矿床地质特征及找矿标志，是导致霍各乞Cu-Pb-Zn矿化的重要地质事件。此次变质-成矿事件发生的年代及构造背景对于我们深入理解狼山-渣尔泰山及临区的Cu-Pb-Zn及Au矿化规律具有重要意义，对于明确区内的找矿的靶区及目标矿种、相关地质特征也有重要的参考价值。本次研究使用39Ar/40Ar年代学方法对于霍各乞矿床的成矿时代及区内角闪岩相变质作用的时代予以限定，进一步佐证了霍各乞矿床的成矿模式。此次变质-矿化事件并不是在霍各乞矿区孤立存在的，它是中国印支期大规模矿化事件的一部分，我们将初步讨论其对于中国印支期大规模矿化事件的启示。此外，霍各乞变质热液Cu-Pb-Zn矿化与区内造山型金矿化也属于同一次构造事件的产物，对于此次构造运动在区内的成矿响应我们将做出初步的讨论。
 | 图 1 狼山-渣尔泰山区域地质图(据内蒙古地质矿产勘探开发局，1999修绘①) Fig. 1 Geological map of the Langshan-Zhaertai area |
狼山-渣尔泰山Cu-Pb-Zn多金属成矿带属华北陆块北缘西段。狼山-渣尔泰山地区局部出露华北陆块太古宙结晶基底，由经历高级变质作用的基性岩及沉积岩构成(图 1; 翟裕生等，2008)。元古代期间，狼山-渣尔泰山地区在太古宙结晶基底之上发育裂谷(Zhai and Santaosh， 2013)，裂谷岩系不整合覆盖于太古宙变质基底之上，称为狼山群(西部)或渣尔泰山群(东部)，主要由经历变质的碎屑岩、碳酸盐组成，局部含有火山岩夹层(图 1，彭润民等，2007a)。西部的狼山群曾被划分为中元古界，但近年的锆石U-Pb年代学研究揭示其形成时代可能晚至新元古代，如公王斌(2014)通过变质沉积岩中的碎屑锆石定年限定其沉积时代晚于1100Ma，Peng et al.(2010)通过测定火山岩夹层中的锆石限定裂谷发育时代为867~805Ma。东部的渣尔泰山群形成时代可能更早(中元古代)，Li et al.(2007)通过测定渣尔泰山群中碎屑锆石，获得1750Ma的单颗锆石U-Pb年龄，被认为代表渣尔泰山群的形成时代。狼山群-渣尔泰山群普遍遭受绿片岩相、局部角闪岩相区域变质作用。据董申保等主编的1986年版《中国变质地质图》，狼山-渣尔泰山地区为绿片岩相区域变质带。
晚古生代-三叠纪期间，狼山-渣尔泰山地区存在广泛的岩浆活动，大量出露中酸性深成岩体。岩浆活动多集中于石炭纪至三叠纪早期，岩性主要为闪长岩、英云闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩(皮桥辉等，2010; 刘晔，2012; 吴亚飞等，2013; 王挽琼等，2012)。对于晚古生代-三叠纪时期华北陆块北缘的大地构造环境目前尚存争议。部分学者认为古亚洲洋于二叠纪末-三叠纪初沿索伦缝合带最终闭合，随后发生华北陆块与蒙古弧的碰撞造山作用(Şengör and Natal’in，1996; 陈衍景，2002; Xiao et al., 2003; Chen et al., 2007; Zhang et al., 2009; 陈衍景等，2009; 张拴宏等，2010)。部分学者认为华北陆块北侧的古亚洲洋闭合于二叠纪末-三叠纪初，以华北陆块与蒙古弧沿索伦缝合带的碰撞拼合为标志(Xiao et al., 2003; Zhang et al., 2009; 张拴宏等，2010)。而在晚古生代期间，北侧的古亚洲洋向华北陆块俯冲，华北北缘可能处于活动大陆边缘环境，与安第斯造山带类似，在此期间伴随强烈的地壳隆升和岩浆活动(Zhang et al., 2009; 张拴宏等，2010)。与此对应，部分学者认为古亚洲洋的最终闭合早在泥盆纪就已完成，石炭纪-中二叠世华北北缘转入碰撞后伸展的构造环境(Xu et al., 2013; Hu et al., 2015)，并在伸展构造体制下形成有限小洋盆。最晚至早-中三叠世，区内再次转入挤压构造背景，这一有限小洋盆夭折并闭合。此次挤压事件的地球动力学背景可能为南部华北板块与华南板块的碰撞拼合的远程效应(初航等，2013; 张晋瑞等，2014)。
无论其动力学背景如何，华北陆块北缘在印支期(二叠纪末-三叠纪初)处于挤压构造背景，或为古亚洲洋之最终闭合，或为新生小洋盆之闭合。与此对应，二叠纪末以来华北北缘广泛发育逆冲断层，并有大量剪切带活动。Wang et al.(2013)的研究显示在华北北缘自北向南不断发育东西走向、北倾(向南逆冲)的逆冲断层及韧性剪切带，其活动时间从270Ma一直持续至190Ma，年龄由北向南年龄逐渐年轻。对于狼山-渣尔泰山地区，高洪雷(2010)对狼山地区剪切带内白云母的39Ar/40Ar定年限定其活动时代为237±2.5Ma及213±1.8Ma。
2 霍各乞矿床地质特征 2.1 矿区地质
元古代狼山群是矿区内唯一出露的地层，岩性主要包括云母片岩、变质石英岩、碳质千枚岩、含透辉石、透闪石的大理岩及绿片岩等(图 2)。其原岩为裂谷沉积岩及火山岩，后期遭受变质作用，其典型变质矿物组合包括铁铝榴石-黑云母、红柱石-白云母-黑云母、透辉石-透闪石等，表明峰期变质达到了角闪岩相，即变质温度600~650℃。此外，矿区内部分层位富含磁铁矿(铁建造，局部含菱铁矿)，其Fe含量达到工业品位。铁建造的典型矿物组合为磁铁矿-富铁角闪石-少量磷灰石-少量日光榴石，部分为磁铁矿-菱铁矿-少量铁铝榴石组合。矿区内出露的岩浆岩主要为元古代角闪岩和晚古生代花岗岩、闪长岩(图 2)。
 | 图 2 霍各乞矿区地质图(据张明华和王春增， 2001，2002修改) Fig. 2 Geological map of the Huogeqi deposit(modified after Zhang and Wang， 2001，2002) |
矿区内构造变形强烈，狼山群普遍遭受剪切变形，常见糜棱岩化。前人研究揭示霍各乞矿区为一区域性大型剪切带的一部分，该剪切带宽约3km，自霍各乞矿区向南西方向延伸至那仁宝力格，在地表断续出露，整体走向50°~60°，产状陡立(黄崇轲等，2001)。矿区内糜棱岩片理一致南倾(王春增等，1996)，并大体顺沉积层理发育，剪切带产状与地层界线大体一致(图 2; 张明华和王春增，2002)。
霍各乞矿床Cu、Pb、Zn储量均达到了大型矿床标准，其中Cu金属量0.71Mt，平均品位1.35%；Pb金属量0.97Mt，品位1.49%，Zn金属量0.78Mt，品位1.46%(黄崇轲等，2001)。此外，铜矿石中伴生少量的Au，测得最高Au品位0.1g/t(霍红亮，2011)。矿石矿物主要为黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、磁黄铁矿和黄铁矿，及少量毒砂、红锑镍矿、硫锑钴矿、硫锑铁矿、自然铋等。除Cu、Pb、Zn外，围岩中铁建造层位也被作为一小型铁矿开采。
矿体分布在矿区内三个独立区域，分别被称为1、2、3号矿带(图 2)，其分布及产状与矿区内剪切带产状相协调(图 2; 张明华和王春增，2002)，其中1号矿带赋存了整个矿区90.4%的Cu资源，77.6%的Pb资源，以及90.5%的Zn资源(黄崇轲等，2001)。该矿带呈东西走向，长约1.5km(图 2)，矿体全部向南陡倾，倾角65°~80°(内蒙古巴盟岭原地质矿产勘查有限责任公司，2002①)(图 2)。矿体多呈似层状(板状)产出，少部分呈透镜状、分枝状、脉状(黄崇轲等，2001)。矿体具有岩控特征，Pb-Zn矿体的主要赋矿于底板的碳质千枚岩层位，而Cu矿体主要赋存于顶板的石英岩、云母片岩层位。尽管矿体明显受围岩岩性控制，但局部可见同一矿体穿过不同岩性层(有色内蒙古地勘局第1队，1992②)。
① 内蒙古巴盟岭原地质矿产勘查有限责任公司. 2002. 内蒙古自治区乌拉特后旗霍各乞及外围铜多金属矿普查地质报告② 有色内蒙古地勘局第1队. 1992. 内蒙古乌拉特后旗霍各乞铜多金属矿区1号矿床3-16线(1630米标高以上)勘探地质报告 2.2 Cu-Pb-Zn矿化特征
霍各乞Cu-Pb-Zn矿石多呈条带状、纹层状、块状、细网脉状、脉状产出，赋矿围岩主要为石英岩、绢云母片岩、碳质千枚岩。先前研究工作揭示霍各乞Cu-Pb-Zn为受剪切带控制的后生热液矿化，但发生于剪切变形的晚期，滞后于围岩韧性变形和峰期变质。主要证据如下：(1)Cu-Pb-Zn硫化物与石英、绿泥石、绿帘石、透闪石、白云母、黑云母等热液脉石矿物密切伴生，局部形成石英脉型矿石，表明Cu-Pb-Zn为热液矿化(Zhong et al., 2012)；(2)赋矿围岩多遭受韧性剪切变形，无论在矿区(图 2)、矿体露头(图 3a，b)、手标本、及显微尺度(图 3c，d)均显示硫化物大体平行于围岩糜棱岩片理产出，但局部切穿片理，表明矿化受控于剪切变形，但发生于剪切变形的晚期；(3)Cu-Pb-Zn矿石多呈层状、条带状产出，镜下鉴定表明围岩中控制硫化物产出的“层”多为糜棱岩C面理(图 3c，d)，矿井下可见剥露出的“层面”具有阶步、擦痕等构造(图 3a)，且平行于矿体发育，说明矿化受控于剪切带；(4)含矿微裂隙具有脆韧性变形的特征，并形成于剪切应力环境，而围岩则发生韧性剪切变形。常见含矿的脆韧性微裂隙叠加于韧性变形的围岩之上，表明矿化发生于围岩沿剪切带由韧性域抬升至脆韧性域的过程之中(Zhong et al., 2012)；(5)伴随Cu-Pb-Zn矿化的热液矿物组合与绿片岩相变质矿物组合相似，矿物温压计与流体包裹体显微测温结果也显示矿化温压条件(330~420℃，10~12km)与绿片岩相变质条件一致，而围岩峰期变质达到角闪岩相，说明矿化发生于围岩退变质抬升阶段(Zhong et al., 2012，2013)；(6)可见硫化物切穿、交代围岩中铁铝榴石等峰期变质矿物(图 3e，f)，亦说明矿化发生于围岩退变质抬升阶段；(7)成矿流体具有中温、富CH4、低盐度的特征，与变质流体一致(Zhong et al., 2013)。(8)热力学模拟揭示当含矿变质流体流过不同岩性的围岩之时，二者间的水岩反应可以形成该矿底板碳质千枚岩层位沉淀Pb-Zn，而顶板石英岩、云母片岩层位沉淀Cu矿体的现象，说明该矿的层控、岩控特征亦为后生热液矿化的产物(钟日晨等，2014)。
 | 图 3 霍各乞矿床矿化特征 (a)层状铜矿体，硫化物平行于断层面分布，断层面上可见擦痕、阶步；(b)纹层状铜矿体；(c)硫化物平行于围岩糜棱岩片理分布，单偏光；(d)与图 3c同一视域，正交偏光；(e)硫化物交代围岩峰期变质矿物铁铝榴石，单偏光；(f)与图 3e同一视域，反射光. 矿物缩写：Alm-铁铝榴石；Sp-闪锌矿；Po-磁黄铁矿 Fig. 3 Mineralization of the Huogeqi deposit (a)b and ed Cu ore developed parallel to mylonite foliation of host rocks;(b)laminated mineralization;(c)sulfides developed parallel to mylonite foliations of host rocks，plane-polarized light;(d)the same field of view as for Fig. 3c，but in crossed polars;(e)alm and ine that formed during peak metamorphism was replaced by sulfides，plane-polarized light;(f)the same field of view as for Fig. 3e，but in reflected light. Abbreviations: Alm-alm and ine; Sp-sphalerite; Po-pyrrhotite |
上述特征表明霍各乞矿床Cu-Pb-Zn矿化发生于区内剪切带活动之时。早期围岩在地壳深部发生韧性剪切变形及角闪岩相变质作用，当沿剪切带抬升至脆韧性转化带深度(绿片岩相温压条件，10~12km)时，叠加脆韧性剪切破裂，含矿变质流体注入这些脆韧性裂隙并沉淀Cu-Pb-Zn硫化物。围岩岩性对矿化类型有控制作用，在碳质千枚岩层位沉淀Pb-Zn矿石，而在石英岩、云母片岩层位则主要沉淀Cu矿石。 3 39Ar/40Ar年代学 3.1 样品描述
为探究霍各乞矿床的成矿时代及其与围岩变质的关系，选取围岩中的变质角闪石及成矿期的热液黑云母进行39Ar/40Ar年代学测试。
样品HGQ037为霍各乞矿区狼山群围岩中的铁建造，被作为Fe矿石开采。样品呈条带状，主要由互层的磁铁矿及富铁角闪石组成，含有少量磷灰石和日光榴石。磁铁矿呈自型-半自形粒状，角闪石呈自型柱状，定向排列，显示出变质组构(图 4a，b)。角闪石与磁铁矿在结构和成分上(富Fe)均达到平衡，表明二者均为变质矿物。根据变质矿物组合推断该样品变质温度达到角闪岩相。
 | 图 4 霍各乞矿床39Ar/40Ar年代学测试样品 (a)矿区狼山群铁建造(HGQ037)，由条带状互层的磁铁矿(黑灰色)及富铁角闪石(灰绿色)构成，手标本；(b)变质成因富铁角闪石(HGQ037)，在铁建造中与磁铁矿共生，构成条带状构造，透射光；(c)铜矿石(HGQ021)，手标本；(d)热液黑云母(HGQ021)，在铜矿石中与硫化物共生，透射光. 矿物缩写：Amp-角闪石；Mgt-磁铁矿；Bi-黑云母 Fig. 4 Samples for 39Ar/40Ar geochronological analysis (a)iron formation of the Langshan Group in the mining field of the Huogeqi deposit，h and specimen(sample HGQ037);(b)metamorphic Fe-rich amphibole coexistent with magnetite in iron formation，plane-polarized light(sample HGQ037);(c)high grade Cu ore，h and specimen(sample HGQ021);(d)hydrothermal biotite accompanying sulfides in Cu ore，plane-polarized light(sample HGQ021). Abbreviations: Amp-amphibole; Mgt-magnetite; Bi-biotite |
样品HGQ021为细脉浸染状Cu矿石，围岩为石英岩。黄铜矿、磁黄铁矿等硫化物与大量黑云母共生，呈细网脉状或沿围岩晶体间隙产出。黑云母与硫化物密切共生，主要生长于硫化物与围岩接触部位，部分被硫化物包裹。二者接触边界平直，无交代溶蚀现象。黑云母无定向排列(图 4c，d)。上述特征表明黑云母为热液成因，与硫化物同时生成。 3.2 分析方法
角闪石及黑云母39Ar/40Ar年代学测试在中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室完成。角闪石及黑云母从岩石、矿石中分选出，包裹于铝箔之中，将其与Bern4M国际标样(18.69±0.07Ma，Baksi et al., 1996)置于石英管中，并封闭在抽真空的石英罐内。石英罐外包裹0.5mm厚的镉箔，以在照射中屏蔽慢中子。将样品放入中国原子能研究所的49-2核反应堆的H8位照射24h，辐射通量约为6.5×1012n(cm2s)-1。H8位于反应堆中央，可接受所有方向的辐射。照射过程中样品不断旋转，以保证各方向照射均匀。照射后，样品在钽坩埚中以600℃加热30min，以消除低温蚀变的影响。分步加热熔化以40~50℃为间隔，从700℃或750℃加热到1400℃或1500℃，每步加热10min。加热过程中析出的气体由中国科学院地质与地球物理研究所MM5400质谱仪分析。K2SO4和CaF2晶体用于获得Ca、K校正因子，[36Ar/37Ar]Ca=0.000261±0.0000142、[39Ar/37Ar]Ca=0.000724±0.0000281、[40Ar/39Ar]K=0.00088±0.000023。坪年龄计算及数据处理采用ArArCALC(Koppers，2002)。39Ar/40Ar年代学测试结果见表 1。
 | 表 1 霍各乞矿床39Ar/40Ar测试结果Table 1 Results of 39Ar/40Ar dating |
如前文所述，铁建造样品(HGQ037)中的角闪石为角闪岩相变质矿物。Ar在角闪石中的封闭温度可达500~600℃(Chiaradia et al., 2013)，与围岩角闪岩相峰期变质温度一致，因此该样品角闪石39Ar/40Ar定年结果可代表围岩峰期变质年龄。变质角闪石与磁铁矿平衡共生，为富Fe属种，而K含量很低，因此对该样品的39Ar/40Ar定年结果误差较大(表 1)。从39Ar/40Ar年龄坪的分布判断，其第2至第4温阶代表了峰期变质年龄，坪年龄为271.4±29.5Ma，MSWD=2.8(图 5a)。尽管该年龄值误差较大，但39Ar/40Ar定年结果仍能清晰反映霍各乞矿区围岩峰期变质时代为二叠纪-三叠纪初。挑选剪切带弱变形域中铁建造样品进行测试，以避免后期变形对K-Ar体系的干扰。HGQ037样品中的角闪石没有遭受明显的剪切变形(图 4b)，使得该样品封闭性较好，K-Ar体系可以记录峰期变质年龄而免受后期剪切变形影响。
 | 图 5 霍各乞矿床39Ar/40Ar定年结果 (a)围岩变质角闪石坪年龄；(b)成矿期热液黑云母坪年龄 Fig. 5 Results of 39Ar/40Ar dating (a)plateau age of metamorphic amphibole in host rock sequence;(b)plateau age of syn-ore hydrothermal biotite |
浸染状矿石样品(HGQ021)中的黑云母为热液成因，与矿化同期。黑云母封闭温度约为300℃(Chiaradia et al., 2013)，与霍各乞矿床热液矿化温度(334~420℃; 钟日晨等，2014)接近，因此该样品黑云母39Ar/40Ar定年结果可代表热液矿化年龄。热液黑云母39Ar/40Ar测试坪年龄为239.8±3.4Ma，MSWD=7.3(图 5b)，代表热液矿化时代。黑云母年龄谱分布平坦(图 5b)，且黑云母无定向、无变形(图 4d)，因此可以排除早期形成的黑云母在后期变质、变形过程中K-Ar体系重置的可能性，进一步说明样品中的黑云母为热液成因，其39Ar/40Ar坪年龄可以代表热液矿化时代。
尽管围岩变质角闪石给出的峰期变质年龄的误差较大，但其年龄(271.4±29.5Ma)与热液矿化(239.8±3.4Ma)接近，且在误差范围内略早于热液矿化。这与霍各乞矿床的地质事实高度吻合，即霍各乞Cu-Pb-Zn矿化发生于变质过程中，但滞后于赋矿围岩的峰期变质。定年结果表明霍各乞地区变质热液矿化事件发生于印支期，与狼山地区的剪切带活动时代相一致(237±2.5Ma、213±1.8Ma；高洪雷，2010)，符合该矿的剪切带控矿特征。 4 讨论 4.1 霍各乞Cu-Pb-Zn矿化模式：从元古代预富集到印支期变质热液矿化
霍各乞Cu-Pb-Zn矿化显示出丰富的后生热液矿化特征，但其成矿物质却很可能来源于元古代成矿物质的再活化，即元古代裂谷发育期间发生了Cu-Pb-Zn预富集事件(图 6a)。霍各乞矿床的硫化物(方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿)普遍贫放射性成因Pb同位素，具有元古代(约1000Ma)的两阶段Pb模式年龄(李兆龙等，1986; 余金杰等，1993; Zhu et al., 2006)。由于硫化物具有极低的U/Pb比值，其Pb同位素比值在硫化物形成之后便不再变化，因而可以反映代表印支期矿化之时成矿元素源区的Pb同位素比值。硫化物的Pb同位素特征表明印支期矿化期间，成矿物质源区的具有异常低的放射性成因Pb含量(相对于普通Pb而言)，反映其U/Pb比值明显低于平均地壳，使得其放射性成因Pb的积累明显慢于平均地壳，因而没有记录到印支期“应有”的Pb同位素组成(即源区的Pb同位素演化“脱离”了平均地壳曲线；Stacey and Kramers， 1975)。源区异常低的U/Pb比值表明其富集Pb，即曾经历过成矿元素的预富集。从Pb同位素的两阶段模式年龄来看(约1000Ma)，此次预富集事件发生于元古代(即元古代时源区“脱离”了正常地壳的Pb同位素增长曲线)，与赋矿围岩的形成时代大体一致，因而推断此次预富集事件发生于元古代裂谷形成期间，与围岩形成的时代相同，即同生火山-沉积期预富集。前人对狼山群中的29件变质基性岩样品的Cu、Pb、Zn含量进行测定，发现不同样品中金属含量差别较大，多数样品的Cu、Pb、Zn含量为10×10-6~100×10-6，与未经富集的岩石差别不大(全球平均玄武岩含90×10-6 Cu及80×10-6 Zn，平均地壳含16×10-6 Pb; Dill，2010)，但部分样品的Cu、Pb、Zn含量分别达到300×10-6，800×10-6，300×10-6，特别是两件变质基性岩样品中含有浸染状铜兰及黄铜矿，Cu含量大于0.1%(杨海明和苏尚国，1992)，暗示部分狼山群裂谷岩系经历了Cu-Pb-Zn的预富集。此外，霍各乞矿床硫化物普遍富集重硫同位素(王思源和杨海明，1993)，可能最初来源于海水中硫酸盐的还原，表明矿床中硫很可能源自同生期硫的再活化。
 | 图 6 霍各乞矿床Cu-Pb-Zn成矿模式 (a)元古代同生沉积期Cu-Pb-Zn预富集；(b)二叠纪-三叠纪初受剪切带控制的Cu-Pb-Zn再活化、矿化 Fig. 6 The genetic model of the Huogeqi Cu-Pb-Zn deposit (a)syngenetic Cu-Pb-Zn pre-enrichment during Proterozoic times;(b)shear zone-controlled Cu-Pb-Zn mineralization during Permian to the earliest Triassic |
年代学测试结果表明Cu-Pb-Zn矿化略晚于围岩峰期变质，与该矿岩相学特征一致，即矿化发生于围岩退变质阶段。然而，岩石在退变质阶段几乎不产生变质流体，那么霍各乞的成矿变质流体从何而来呢？含矿变质热液只能形成于源区岩石进变质阶段，此时含矿流体迁移至地壳浅部即可形成变质热液矿床。考虑造山带的地壳结构和热结构，当处于逆冲断层下盘的岩石经历进变质时，其上盘岩片正在抬升，经历退变质降温阶段，此时即可观察到变质热液矿化发生于围岩退变质阶段的现象(图 6b)。围岩退变质阶段矿化的现象在造山型金矿(典型的变质热液矿床)中非常常见，是岩石变质脱水规律和造山带特有的热结构相耦合的产物(Goldfarb et al., 2005)。在上述模式中，成矿流体的“源”和“汇”在不同地壳深度，距离较远，因此不会观察到Cu-Pb-Zn矿体(即成矿流体的“汇”)直接叠加在早期预富集的岩石或矿体(即成矿流体的“源”)之上的现象。矿区内的Cu-Pb-Zn矿体表现出“纯粹”后生热液矿化地质特征，与造山型金矿的地质特征非常相似(Goldfarb et al., 2005)，而其同生沉积预富集过程只能通过硫化物的地球化学印记(如Pb同位素)反映。Zhu et al.(2006)通过系统的Pb同位素研究，发现矿区内直接赋矿围岩的Pb同位素组成明显不同于矿体，明显更加富集放射性成因Pb，这也说明矿区的直接赋矿围岩没有经历同生沉积期预富集，霍各乞矿床是Cu-Pb-Zn异地再活化的产物。
本次研究所获得的围岩峰期变质年龄(271.4±29.5Ma)与皮桥辉等(2010)报道的矿区内闪长岩侵位(273.9±1.2Ma)年代一致，说明在此时狼山-渣尔泰山地区确实存在明显的构造热事件及热流异常。广泛的岩浆活动可能造成了区域性的地温梯度提升，促进了角闪岩相变质作用的发生，但矿区内的岩浆活动不太可能直接导致了Cu-Pb-Zn矿化，其理由如下：(1)热液矿化(239.8±3.4Ma)晚于岩浆活动约30m.y.，不太可能是其直接产物。(2)皮桥辉等(2010)揭示矿区内闪长岩的稀土元素及Nd同位素组成显著异于矿体，提出成矿与岩浆活动没有直接联系。(3)Zhu et al.(2006)研究矿区内岩浆岩的Pb同位素组成，发现岩体远比矿体富集放射性成因Pb，不可能是成矿物质的直接来源。(4)杨富全(1997)报道了霍各乞成矿期热液石英的氧同位素组成，经平衡计算后的成矿流体明显比普通岩浆流体富集重氧同位素，为变质流体的典型特征(Goldfarb et al., 1991)。(5)霍各乞矿床硫化物富集重硫同位素，显著异于岩浆来源硫同位素特征(王思源和杨海明，1993)。
综上，提出霍各乞Cu-Pb-Zn矿化模式。元古代时，伴随裂谷的发育，在裂谷火山-沉积岩系中发生了同生沉积期Cu-Pb-Zn预富集，形成了富含成矿元素的裂谷岩系。在印支期，区内发生显著构造热事件，诱发岩浆活动及变质作用。此次构造事件的地球动力学背景尚存争议，可能与古亚洲的俯冲与最终闭合(Xiao et al., 2003; Zhang et al., 2009)，或者古亚洲洋在泥盆纪闭合后新生的有限小洋盆再次闭合(Xu et al., 2013; 初航等，2013)相关。在此过程中，霍各乞地区发生了角闪岩相的变质作用，并发育韧性剪切带。在地壳深部，经历预富集的裂谷岩系变质脱水，并重新溶解预富集的Cu-Pb-Zn，形成含矿流体。含矿流体沿韧性剪切带向地壳浅部运移，温度逐渐降低，当运移至脆韧性转换带深度(10~12km)时，剪切带内出现脆韧性破裂，硫化物在其中沉淀成矿。
4.2 Cu矿化的有利地质条件：与造山型金矿化的关系上述霍各乞矿床Cu-Pb-Zn变质热液成矿模式与造山型金矿的成矿模式(Goldfarb et al., 2005; Chen et al., 2007; Phillips and Powell， 2010)非常类似，在霍各乞的Cu矿石中也伴生最高0.1g/t的Au资源(霍红亮，2011)。在华北陆块北缘西段狼山-渣尔泰山地区及相邻的阿拉善(西部延伸)、白云鄂博地区(东部延伸)，除霍各乞等Cu-Pb-Zn多金属矿床外，产出多个大型-超大型金矿。这些金矿床亦形成于印支期，与霍各乞Cu-Pb-Zn矿化的时代一致，大地构造背景相同，如浩尧尔忽洞(又名长山壕)超大型金矿(267.4±2Ma，王建平等，2011; 250.9±1.5Ma，曹毅等，2014)、朱拉扎嘎超大型金矿(282.3±0.9Ma，李俊建等，2004; 275±6Ma，江思宏等，2001)、哈达门沟大型金矿(238.8±0.9Ma; 聂凤军等，2005)、赛音乌素中型金矿(249±5Ma; 聂凤军等，2010)。这些金矿床普遍具有与造山型金矿类似的矿床地质特征(Goldfarb et al., 2005)，如变质岩区赋矿、压扭性构造或脆性、脆韧性剪切构造控矿、石英脉型金矿化、围岩蚀变以硅化、绢云母化为主，并有少量钾长石化、透闪石化等。部分研究者(如毛景文等，2013)明确将这些金矿床归为造山型金矿，而另一些研究者则使用“中温热液金矿”(聂凤军等，2010)、“变质热液型金矿”等(聂凤军等，2002)等概念定义它们，事实上也与“造山型金矿”指代同一矿床类型(Groves et al., 1998; 陈衍景，2006; 陈衍景等，2007)。
因此，在印支期的构造事件中，伴随华北北缘多条EW走向剪切带活动(Wang et al., 2013)及变质作用，形成了大规模的造山型金矿化以及以霍各乞为代表的变质热液Cu-Pb-Zn矿化。根据目前已识别成因类型的矿床储量，在此过程中形成的Au矿资源多于Cu-Pb-Zn资源，暗示形成霍各乞等变质热液Cu-Pb-Zn矿床的地质条件比造山型Au矿床更为苛刻。除形成造山型金矿所需的有利地质条件以外(如区域变质、剪切带发育)，形成霍各乞Cu-Pb-Zn矿床还需其它两个有条件：其一，如前文所述，变质流体的源区需要经历同生沉积期Cu-Pb-Zn预富集；其二，热力学模拟结果表明由于中高温变质流体中具有较高的还原性S含量，Cu在其中主要以硫氢配合物形式搬运(Cu(HS)(aq)为主)，在富含CH4的还原性变质流体中其溶解度比在富含CO2的氧化性变质流体中高一个数量级以上(Zhong et al., 2015)。因此形成霍各乞矿床的成矿系统中需要存在富含有机质的岩石单元(如碳质千枚岩)，以通过水岩反应形成富含CH4的还原性成矿流体(Zhong et al., 2013)。
综上所述，在狼山-渣尔泰山及临区，形成造山型金矿的地区(绿片岩-角闪岩相变质区，剪切带发育)也有形成变质热液Cu-Pb-Zn矿床的潜力，这类矿床在存在Cu-Pb-Zn预富集的裂谷岩系及还原性岩石单元的地区具有更大的成矿潜力(有可能形成大型矿床)。上述思路或对狼山-渣尔泰山及临区的Cu多金属矿床的找矿工作有所借鉴。 4.3 对中国印支期矿化事件的启示
本次研究揭示霍各乞矿床变质-成矿事件发生于印支期。在此期间，中国境内爆发了大规模的构造、成矿事件(Chen et al., 2014)，其范围从古特提斯域(如秦岭，Chen and Santosh， 2014)一直延续至古亚洲洋域(如兴蒙，Zhang and Li， 2014; 天山，Zhang et al., 2014; 阿尔泰山，Li et al., 2014)。对于秦岭造山带的印支期矿化，其构造背景为古特提斯洋的最终拼合(Chen and Santosh， 2014)；对于古亚洲洋域，尽管对其印支期构造背景尚存争议，但多数研究指示此时华北北缘亦为挤压构造背景，或为古亚洲的最终拼合(Xiao et al., 2003)，或为一新生的有限小洋盆的闭合(初航等，2013; 张晋瑞等，2014)。
总体而言，此次印支期大规模构造-矿化事件发生于板块汇聚、总体为挤压应力的背景之下，在不同地区或表现为活动大陆边缘、或为碰撞造山带、或为陆内挤压环境。在此构造背景下发生了大规模的热液成矿作用，主要发育斑岩-浅成低温及矽卡岩成矿体系及造山型金矿(Chen and Santosh， 2014)。然而，在同样构造背景下，秦岭(Deng et al., 2014; Yue et al., 2014)及阿尔泰山地区(Zheng et al., 2014)也形成了部分变质热液Cu、Ag-Au-(Pb-Zn)及Mo矿床；此次研究进一步提供了印支期变质热液贱金属矿化在华北北缘的实例。上述研究展示了汇聚型构造环境下热液矿化的多样性。除传统上普遍接受的岩浆热液矿床(斑岩、矽卡岩型)及造山型金矿，在某些特定的地质背景下(如上节讨论)，汇聚型构造体制内还具有一定的变质热液贱金属矿化潜力。已发表的若干矿床典例的研究也揭示变质过程中确实具有形成Cu-Pb-Zn等贱金属矿床的潜力(如Bierlein et al., 2009; Pirajno，2009; Leach et al., 1988; Ettner et al., 1993; Giles and Marshall， 2004; De Roo，1989; Chen et al., 2004; 李文博等， 2007，2008; Zhang et al., 2012; Zheng et al., 2012，2015)，这丰富了汇聚型构造背景下的成矿谱系，并对开拓此类构造背景下的找矿思路具有借鉴意义。 5 结论
(1)在霍各乞地区，元古代裂谷活动期间发生同生火山-沉积期Cu-Pb-Zn预富集，印支期变质过程中物质再活化成矿，形成受剪切带控制的变质热液Cu-Pb-Zn矿床。
(2)霍各乞矿区角闪岩相峰期变质时代为271.4±29.5Ma，热液Cu-Pb-Zn矿化时代为239.8±3.4Ma，与该矿围岩退变质期成矿的地质特征一致。
(3)霍各乞Cu-Pb-Zn矿床与狼山-渣尔泰山及临区的造山型金矿形成于同一构造背景，并具有相似的地质、地球化学特征。在形成造山型金矿的有利地区(绿片岩-角闪岩相变质且剪切带发育的地区)，也有可能形成变质热液Cu-Pb-Zn矿床。在叠加同生火山-沉积期预富集及还原性岩石单元的地区，有可能形成大矿。
(4)霍各乞变质热液Cu-Pb-Zn矿化的识别进一步证明了在中国印支期大规模矿化的背景下，在某些特定的地质条件下(如存在同生期预富集及还原性地层的地区)可以形成变质热液贱金属矿床。
致谢基于本文第一作者博士研究生期间完成部分工作，陈衍景教授指导了研究工作。在博士论文的答辩过程中，我们非常荣幸地得到了翟裕生院士、翟明国院士，以及姚玉鹏、范宏瑞、张继林、赖勇教授的宝贵建议与指导，对本文学术思路的完善至关重要。在野外工作中巴彦淖尔西部铜业有限公司提供了大力的支持，杨永飞、曾亮博士，岳德臣、钟世杰工程师热情地协助了野外工作；39Ar/40Ar年代学工作得到了桑海清高级工程师及师文贝博士的积极帮助；皮桥辉副教授对研究工作提出了重要的建议；赵太平、范宏瑞、杨晓勇教授，以及姚军明、刘玄博士对本文的修改完善提出了重要的建议；在此一并表示感谢！
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