應(yīng)用輝鉬礦Re-Os定年技術(shù)研究青海什多龍矽卡巖型鉬鉛鋅礦床的地球動力學(xué)背景

李文良，夏 銳,2*，卿 敏，李 超，張 棟，孫 昊，路英川，劉 鵬，周奧博

(1.中國人民武裝警察部隊(duì)黃金地質(zhì)研究所，河北 廊坊 065000；

2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；

3.國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心，北京 100037)

西秦嶺和東昆侖復(fù)合部位的鄂拉山成礦帶是青海省一條重要的北北西-南南東向多金屬成礦帶，從北到南發(fā)育著眾多以銅為主的多金屬礦床(點(diǎn))[1-3]，北段有柯柯賽鐵礦床[4]、什多龍鉬鉛鋅礦床[5]，中南段有索拉溝銅多金屬礦床[6-9]、日龍溝中型錫多金屬礦床[10-12]、銅峪溝大型銅多金屬礦[13-15]、賽什塘中型銅礦[16-20]和尕科合含銅銀砷礦床[21]等，是青海乃至全國重要的銅礦集中區(qū)[22]。

前人對什多龍礦床地質(zhì)特征[23- 24]、成礦構(gòu)造[25]、成礦預(yù)測[26]、成礦流體來源及物理化學(xué)條件[5]等方面進(jìn)行了研究，初步確立了該礦床是受NNW向斷裂控制，且與花崗閃長巖巖體的侵入活動密切相關(guān)的矽卡巖型礦床，流體混合作用及伴隨的溫壓條件的降低是導(dǎo)致鉛鋅等成礦元素沉淀與富集的重要機(jī)制[5]。但對于成巖成礦時(shí)代的厘定尚缺乏精確的同位素年齡數(shù)據(jù)，僅有周顯強(qiáng)等(1996)[3]通過對礦區(qū)及外圍巖體的K-Ar法間接取得了188～208 Ma和368 Ma的數(shù)據(jù)，由于分析測試手段限制，數(shù)據(jù)不夠精確，時(shí)間跨度較大，而礦床的精確測年是建立礦床模型和反演成礦地球動力學(xué)背景的重要基礎(chǔ)資料[27-28]。因此，取得可靠的礦化年齡數(shù)據(jù)是十分必要的。

本文在詳細(xì)野外地質(zhì)工作基礎(chǔ)上，對什多龍礦床進(jìn)行了輝鉬礦Re-Os定年，獲得高精度的Re-Os同位素等時(shí)線年齡，精確限定了該礦床的成礦年齡及成礦物質(zhì)來源，并結(jié)合前人的研究成果，探討了鄂拉山成礦帶印支期成礦事件的地球動力學(xué)背景。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

什多龍Mo-Pb-Zn礦床位于中國大陸中央造山帶西段-東昆侖造山帶的東昆北構(gòu)造帶[29]，即祁漫塔格—都蘭Fe-Cu-Pb-Zn-W-Sn-Bi-Au-Mo成礦帶(圖1a)，受鄂拉山華力西期-印支期構(gòu)造巖漿控制[30](圖1b)。大地構(gòu)造屬古亞洲構(gòu)造域和特提斯-喜馬拉雅構(gòu)造域的結(jié)合部位[31]，處于柴達(dá)木東北緣、西秦嶺、東昆侖和巴顏喀拉4個(gè)地體的銜接部位，平面幾何形態(tài)上構(gòu)成較為典型的西秦嶺—東昆侖銜接區(qū)三向聯(lián)結(jié)構(gòu)造[32]，碰撞造山運(yùn)動強(qiáng)烈，成礦條件優(yōu)越。

鄂拉山地區(qū)出露的地層除第四系之外主要以三疊系的一套含火山物質(zhì)的復(fù)理石建造和中酸性火山巖為主，其次為二疊系的一套淺變質(zhì)海相碎屑巖[33]。構(gòu)造斷裂以北北西向的鄂拉山斷裂帶為主體，以溫泉大斷裂為代表。巖漿活動強(qiáng)烈，在印支晚期爆發(fā)大規(guī)模的巖漿作用。詹發(fā)余等(2007)[34]獲得鄂拉山南部的溫泉和虎達(dá)一帶石英閃長巖鋯石U-Pb年齡為(230.1±2) Ma和(222±19) Ma，石英二長閃長巖年齡為(215±2) Ma，花崗閃長巖鋯石U-Pb年齡為(228. 5±0. 98) Ma和(219. 8±4.6) Ma。張宏飛等(2006)[35]獲得共和盆地周緣黑馬河花崗閃長巖U-Pb年齡為(235.2±2) Ma，溫泉巖體年齡為(218±2) Ma。劉建平等(2012)[18]獲得賽什塘礦區(qū)第2期石英閃長巖鋯石U-Pb年齡為(223.2±2.2) Ma，第4期花崗斑巖U-Pb年齡為(219.9±2.6) Ma。

圖1 青海鄂拉山地區(qū)區(qū)地質(zhì)簡圖

(a)東昆侖造山帶構(gòu)造地質(zhì)圖(據(jù)Meng等,2013[36])；(b)青海什多龍Mo-Pb-Zn礦床區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)楊生德，2011修改[37])

2 礦床地質(zhì)特征

什多龍礦區(qū)包括4個(gè)分區(qū)：都龍昂確礦區(qū)Mo-Pb-Zn礦、老礦礦區(qū)Pb-Zn礦、都龍呀哆礦區(qū)Cu礦及都蘭都龍礦區(qū)Cu-Pb-Zn礦[5]。礦區(qū)出露地層有晚太古代金水口群、石炭系哈拉格勒組和新生代沉積物。礦區(qū)巖漿活動強(qiáng)烈，印支期侵入體呈大面積產(chǎn)出，普遍具有Ⅰ型花崗巖特征[2]，且Cu、Pb、Zn品位較高[3]。巖石類型主要包括花崗閃長巖、鉀長花崗巖和二長花崗巖。構(gòu)造變形受區(qū)域NE向構(gòu)造應(yīng)力作用下的剪切壓扁與鄂拉山斷裂的右旋剪切和擠壓的共同影響[38]，主要表現(xiàn)為EW、NNW和NEE向斷裂。礦體均產(chǎn)于花崗閃長巖與二長花崗巖巖體中的破碎蝕變帶內(nèi)，發(fā)現(xiàn)43條礦化蝕變帶、17條礦體(5條鉬礦體和12條鉛鋅礦體)[5]?，F(xiàn)對4號采場4號礦體描述如下：礦體位于巖性構(gòu)造界面，礦體上盤巖性為大理巖，下盤巖性為砂板巖，上下盤巖性界面發(fā)育層間斷裂，礦體充填集中，礦體寬約5～6 m，可見延伸60～80 m。

礦石中的最主要礦石礦物為方鉛礦、閃鋅礦、輝鉬礦、黃鐵礦及部分黃銅礦、褐鐵礦、孔雀石，其中輝鉬礦多呈薄膜狀、團(tuán)塊狀、細(xì)脈狀及星點(diǎn)狀與石英密切共生(圖2a)，呈束狀集合體(圖2b)，可見矽卡巖化方解石與閃鋅礦交代(圖2c)，閃鋅礦交代方鉛礦(圖2d，e)、黃鐵礦與閃鋅礦共生(圖2f)。脈石礦物為石英、方解石、綠泥石、鉀長石、絹云母等。圍巖蝕變包括鉀化、硅化、矽卡巖化、絹云母化、綠泥石化、碳酸鹽化、高嶺石化和黃鉀鐵礬化等，其中矽卡巖礦物組合以石榴子石、透輝石、綠泥石等為主。

據(jù)李龔健等(2013)[5]研究和總結(jié)，將成礦過程劃分為兩期4個(gè)階段：① 氣水熱液期石英-輝鉬礦階段；②氣水熱液期石英-黃鐵礦-閃鋅礦階段；③氣水熱液期石英-多金屬硫化物階段；④表生期石英-碳酸鹽階段。

圖2 青海什多龍鉬鉛鋅礦床礦石及礦相學(xué)照片

3 輝鉬礦樣品及定年方法

6件輝鉬礦樣品均采自什多龍礦床都龍昂確礦區(qū)的探槽內(nèi)，主要為石英脈型鉬礦石(圖2a)，輝鉬礦主要呈薄膜狀產(chǎn)于裂隙面上。輝鉬礦單礦物樣品直接從手標(biāo)本上取得，獲得每件單礦物樣品的純度均大于99%。

Re-Os同位素分析在國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心完成，實(shí)驗(yàn)室采用國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW 04436(JDC)為標(biāo)準(zhǔn)樣品監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的可靠性。分析儀器為TJA X-Series電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，分析流程和方法詳見文獻(xiàn)[39-42]。采用Isoplot軟件對得到的Re-Os同位素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用的衰變常數(shù)λ-187Re的衰變常數(shù)1.666×10-11a-1(±1.02%)[43]計(jì)算Re-Os模式年齡。

4 什多龍礦床的成礦特征和成礦事件動力學(xué)背景

4.1 什多龍礦床的成礦年齡

6件輝鉬礦樣品Re-Os同位素測試結(jié)果見表1。計(jì)算得到Re-Os同位素等時(shí)線年齡為(233.4±9.6) Ma(MSWD=2.1,n=6,見圖3)，與加權(quán)平均值(236.2±2.1) Ma(MSWD=1.3,n=6,見圖4)比較吻合，說明等時(shí)線年齡測量結(jié)果可靠。由等時(shí)線獲得的187Os初始值為(0.015±0.051) ng/g，接近于0，表明輝鉬礦形成時(shí)幾乎不含187Os，輝鉬礦中的187Os系由187Re衰變形成，滿足Re-Os同位素體系模式年齡計(jì)算條件。而且，區(qū)域地質(zhì)資料顯示，鄂拉山巖漿帶侵入體年齡值基本上均落入231～195 Ma區(qū)間內(nèi)。由此認(rèn)為，青海什多龍礦床輝鉬礦的結(jié)晶年齡為(236.2±2.1) Ma。

表1 青海什多龍Mo-Pb-Zn礦床輝鉬礦單礦物Re-Os同位素結(jié)果

圖3 青海什多龍鉬鉛鋅礦床輝鉬礦Re-Os同位素等時(shí)線

圖4 青海什多龍鉬鉛鋅礦床輝鉬礦Re-Os模式年齡加權(quán)平均值

4.2 成礦物質(zhì)來源

目前在(含)鉬礦床中Re含量是成礦物質(zhì)來源的良好示蹤劑[44-52]，雖然含普通Os對示蹤成礦物質(zhì)來源有一定的影響[53]。毛景文等(1999)[45,54]認(rèn)為輝鉬礦中的Re含量從幔源到殼幔混源再到殼源由n×10-4→n×10-5→n×10-6呈數(shù)量級下降。Stein等(2001，2006)[49,55]提出由地幔底侵、交代或鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖石部分熔融產(chǎn)生的巖漿熱液(含)鉬礦床比殼源巖漿熱液礦床具有高的Re含量，且有變質(zhì)流體參與成礦的礦床中輝鉬礦的Re含量小于20×10-6。張勇等(2013)[56]研究天寶山礦田輝鉬礦的Re含量為0.353×10-6～9.306 ×10-6，認(rèn)為成礦物質(zhì)來源為殼源。陳衍景等(2012)[50]提出中國東北多數(shù)鉬礦床輝鉬礦的Re含量屬于n×10-6數(shù)量級，反映成礦物質(zhì)以殼源為主。

由表1可知，什多龍6件輝鉬礦樣品的Re含量為0.3939×10-6～0.6621×10-6，反映了成礦物質(zhì)以殼源為主，且變質(zhì)流體參與了成礦作用。

夏楚林等(2011)[57]對晚三疊世鄂拉山組火山熔巖進(jìn)行化學(xué)分析和微量元素分析，認(rèn)為區(qū)內(nèi)熔巖可能形成于以側(cè)向擠壓為主的陸-陸后碰撞環(huán)境，為碰撞過程中加厚地殼物質(zhì)發(fā)生部分熔融后的產(chǎn)物。孫延貴等(2001)[58]研究鄂拉山巖漿帶深成侵入體侵位于同期火山巖之中的獨(dú)特現(xiàn)象以及晚期偏堿性花崗巖-A型石英正長巖組合與早期鈣堿系列花崗巖組合相伴生的現(xiàn)象，同樣應(yīng)是陸內(nèi)造山作用的結(jié)果，張雪亭(2006)[30]也認(rèn)為鄂拉山巖漿帶為陸殼重熔花崗巖。郭安林等(2007)[59-60]研究苦?！愂蔡烈粠фV鐵質(zhì)火山巖，顯示了不相容元素的強(qiáng)烈富集以及Nb、Ta和Pb的虧損，極高的Sr和低的Nd同位素比值，認(rèn)為是大陸地殼物質(zhì)的混染。另外，張宏飛等(2006)[35]研究了共和盆地印支期花崗巖類ISr=0.70701～0.70952，εNd(t)=-3.8以及Pb同位素比值，認(rèn)為巖漿物質(zhì)主要來自于地殼物質(zhì)的部分熔融，原巖為下地殼變玄武巖類。綜上所述認(rèn)為，什多龍礦床成礦物質(zhì)來源為殼源。

4.3 成礦事件的動力學(xué)背景

礦床的精確定年是反演成礦地球動力學(xué)背景的基礎(chǔ)[61]。區(qū)域地質(zhì)資料顯示，鄂拉山巖漿帶深成侵入體侵位于同期火山巖之中，不同方法同位素測定的年齡值基本上均落入231～195 Ma區(qū)間內(nèi)，集中分布于220～200 Ma之間[32,58,62]。什多龍礦床在時(shí)間上和成因上均與鄂拉山巖漿帶密切相關(guān)，成巖成礦形成于同一個(gè)構(gòu)造背景。

孫延貴(2004)[32]對鄂拉山造山帶演化不同階段中所出現(xiàn)的重要構(gòu)造事件相伴生的巖漿活動、變質(zhì)作用同位素年代學(xué)研究，認(rèn)為經(jīng)歷了初始伸展期(361.5～393.5 Ma)、俯沖碰撞(開始：261.8～263.9 Ma)、碰撞造山(集中：200～220 Ma)以及造山期后伸展垮塌(195.7～199.6 Ma)等構(gòu)造事件，碰撞造山期的構(gòu)造變形主要發(fā)育不對稱的大型褶皺以及近東西向橫推走滑斷裂，伴生形成大量韌性剪切帶。

什多龍礦床的形成時(shí)代正好是板塊構(gòu)造體制向陸內(nèi)構(gòu)造體制轉(zhuǎn)變的過程，即從坳拉谷俯沖碰撞閉合向陸內(nèi)俯沖碰撞造山演化的過程，即葛良勝等(2013)[63]提出的從造洋裂谷到碰撞-伸展造山的構(gòu)造動力體制的轉(zhuǎn)換。構(gòu)造動力體制的轉(zhuǎn)變在控制成礦過程的多種參數(shù)中，可能起著根本的作用[64-71]。碰撞過程中加厚地殼物質(zhì)發(fā)生部分熔融，為巖漿活動參與成礦提供了保障，形成的橫推走滑斷裂和伴生形成大量韌性剪切帶，為成礦流體提供通道，應(yīng)力場的轉(zhuǎn)變促使流體介質(zhì)條件發(fā)生強(qiáng)烈變化[72]，流體的混合作用及伴隨的溫壓條件的降低導(dǎo)致鉛鋅等成礦元素沉淀[5]。因此，初步認(rèn)為什多龍礦床的成礦動力學(xué)背景為板塊構(gòu)造體制向陸內(nèi)構(gòu)造體制轉(zhuǎn)變，巖石圈伸展，軟流圈上涌引起加厚地殼物質(zhì)發(fā)生部分熔融，同時(shí)玄武質(zhì)巖漿底侵作用加強(qiáng)，與下地殼重熔巖漿混合[61]，且形成富含Mo的花崗質(zhì)巖漿[73]，沿走滑斷裂帶和不同深度的滑脫構(gòu)造面形成了晚三疊世的大規(guī)模巖漿活動，流體的混合作用及伴隨的溫壓條件降低，分異出成礦流體，充填和交代大理巖或其破碎帶中，使成礦元素富集，爆發(fā)大規(guī)模的成礦作用。

5 結(jié)語

通過什多龍Mo-Pb-Zn礦床礦石中的輝鉬礦Re-Os同位素定年研究，取得了準(zhǔn)確的年齡數(shù)據(jù)。6件輝鉬礦樣品的等時(shí)線年齡為(233.4±9.6) Ma(MSWD=2.1,n=6)，加權(quán)平均年齡為(236.2±2.1) Ma；Re含量變化于0.3939×10-6～0.6621×10-6，所得的成礦年齡數(shù)據(jù)和Re含量為該礦床的成因提供了依據(jù)，完善了鄂拉山成礦帶礦床成礦系列，對于區(qū)域上尋找同時(shí)代同類型的礦床具有重要的指示意義。

鄂拉山地區(qū)是我國西部重要的構(gòu)造結(jié)之一，具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、多旋回發(fā)展演化的特點(diǎn)，發(fā)育著大批斑巖-矽卡巖型銅多金屬礦床，不容忽視。因此，關(guān)于什多龍礦床形成的成礦機(jī)制和動力學(xué)背景，仍需要深入開展進(jìn)一步的研究。

致謝：國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心屈文俊研究員在樣品Re-Os同位素分析中給予了大力支持；武警黃金地質(zhì)研究所郭曉東高級工程師和匿名審稿人在成文過程中提出了寶貴的建議，受益匪淺。在此一并謹(jǐn)致謝忱。

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