內(nèi)蒙古雞冠山鉬礦流紋斑巖的成巖年齡及地質(zhì)意義

陳偉軍，郝情情，蔣 鑫，覃 鋒，褚少雄

(1. 中國冶金地質(zhì)總局礦產(chǎn)資源研究院，北京 101300;2. 中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院 100083;3. 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029)

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內(nèi)蒙古雞冠山鉬礦流紋斑巖的成巖年齡及地質(zhì)意義

陳偉軍1，郝情情1，蔣 鑫2，覃 鋒1，褚少雄3

(1. 中國冶金地質(zhì)總局礦產(chǎn)資源研究院，北京 101300;2. 中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院 100083;3. 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029)

內(nèi)蒙古雞冠山鉬礦床是近年來發(fā)現(xiàn)的一個(gè)大型斑巖型鉬礦床，位于華北克拉通北緣、西拉沐淪鉬礦帶的中段，產(chǎn)出于一破火山機(jī)構(gòu)的NW側(cè)。礦床礦石礦物輝鉬礦Re-Os同位素等時(shí)線法測得成礦年齡為151.1±1.3Ma，為晚侏羅世成礦。本文通過SIMS鋯石U-Pb年齡法，測定流紋斑巖成巖年齡為148.5±3.3Ma(U-Pb等時(shí)線年齡，2σ,MSWD=2.2)，為晚侏羅世成巖。該成巖年齡與成礦年齡在誤差范圍內(nèi)一致，說明與流紋斑巖有關(guān)的巖漿活動(dòng)可能形成成礦的母巖漿，成巖與成礦近乎同時(shí)發(fā)生。

西拉沐倫鉬礦帶 流紋斑巖 SIMS鋯石U-Pb年齡 雞冠山鉬礦 內(nèi)蒙古

Chen Wei-jun,Hao Qing-qing,Jiang Xin,Qin Feng,Chu Shao-xiong.Diagenetic age of rhyolite porphyry in the Jiguanshan Mo deposit,Inner Mongolia and its geological implications[J].Geology and Exploration,2015,51(6):1107-1113.

0 引言

華北克拉通北緣中段、西拉沐淪河構(gòu)造帶附近已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了10余個(gè)鉬礦床。從東部阿魯科爾沁旗的敖倫花、半拉山、好力寶，經(jīng)過敖漢旗的庫里吐，松山區(qū)的雞冠山、碾子溝、車戶溝，林西縣的龍頭山，向西到克什克騰旗的小東溝、紅山子、柳條溝、崗子、奈林溝等，大致可以勾勒出一條長400km、寬300km的西拉沐淪鉬多金屬礦化帶。鉬礦帶內(nèi)礦床類型有斑巖型、花崗巖型、石英脈型和火山熱液型，礦床大多已經(jīng)達(dá)到了大中型規(guī)模。這些礦床大多缺乏系統(tǒng)的理論研究，特別是在成巖成礦的年齡數(shù)據(jù)方面。該區(qū)域內(nèi)以往的研究主要集中在金銀銅鉛鋅等有色金屬礦床方面(邵濟(jì)安,1991；芮宗瑤等，1994；趙一鳴，1997；張振法等，2000，2002；劉建明等，2004)。已有研究對小東溝、碾子溝、庫里吐、雞冠山等鉬礦的地質(zhì)地球化學(xué)特征和成礦年齡進(jìn)行了探討(聶鳳軍等，2007a，2007b；陳志廣等，2008；覃峰等，2008；吳華英等，2008；張作倫等，2009；陳偉軍等，2010)。位于成礦帶中段的雞冠山大型斑巖型鉬礦床的成巖成礦年齡方面，只有曾慶棟等(2009)研究的花崗斑巖成巖年齡為245.5±2.7Ma，陳偉軍等(2010)研究的輝鉬礦Re-Os等時(shí)線年齡為151.1±1.3Ma的報(bào)道。兩者相差近100Ma，且花崗斑巖的產(chǎn)出與礦床所處的地球動(dòng)力學(xué)背景明顯不同，兩者應(yīng)該沒有成因聯(lián)系。因此，筆者又測定了雞冠山雜巖體中流紋斑巖的成巖年齡。

1 礦區(qū)及礦體地質(zhì)特征

雞冠山鉬礦床位于華北克拉通北緣、西拉沐淪鉬礦帶的中段，赤峰元寶山坳陷和翁牛特隆起接觸部位火山盆地北東端的一個(gè)火山穹隆內(nèi)(圖1)，其中部為火山巖，外圍為二疊系雜砂巖和凝灰質(zhì)板巖，兩者呈侵入不整合接觸。

該火山穹隆為一破火山構(gòu)造，周圍被NE向(F1)、NEE向(F2)和NW向(F4)斷裂所控制，可分為流紋質(zhì)火山活動(dòng)和粗面質(zhì)火山活動(dòng)兩個(gè)旋回(陳偉軍等， 2010)。三組斷裂交匯部位控制了火山雜巖體的產(chǎn)出,也控制了斑巖型鉬礦化的空間分布。礦體即分布于三組斷裂交匯處,其外側(cè)則無礦化分布(曾慶棟等，2009)。

雞冠山礦床礦體產(chǎn)于火山機(jī)構(gòu)NW側(cè)，呈扁柱狀，走向NE40°，傾向NW,傾角86°，長度大于860m，平均寬度約170m，延深大于100m。鉬品位0.079%～0.11%，平均0.1%。鉬礦化呈細(xì)脈浸染狀產(chǎn)出，礦化較連續(xù)，呈面狀礦化(陳偉軍等，2010)。鉬礦化在所有中生代巖石中都有發(fā)育，但主要發(fā)育在粗面質(zhì)角礫凝灰?guī)r和細(xì)粒蝕變輝綠巖中。礦石結(jié)構(gòu)主要有自形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)、殘余結(jié)構(gòu)和交代溶蝕結(jié)構(gòu)；礦石構(gòu)造為脈狀、浸染狀和斑狀構(gòu)造等;礦石礦物為輝鉬礦、黃鐵礦、黃銅礦和閃鋅礦；脈石礦物為石英、長石、絹云母、綠泥石和螢石等。礦床圍巖蝕變特征顯著，并且呈現(xiàn)較明顯的分帶現(xiàn)象。從中間向兩側(cè)大致分為石英-鉀長石-絹云母化帶、石英-絹云母-黃鐵礦帶、石英-高嶺土-綠泥石-螢石化帶和石英-綠泥石-綠簾石-碳酸巖化帶，并呈現(xiàn)出一定的同心環(huán)帶狀特點(diǎn)，這與典型的斑巖型鉬(銅)礦床圍巖蝕變有一定的相似性。

2 花崗斑巖的鋯石SHRIMP U-Pb年齡和鉬礦床的Re-Os同位素年齡

曾慶棟等(2009)選取含礦花崗斑巖進(jìn)行了SHRIMP 鋯石U-Pb法定年研究，鋯石U-Pb等時(shí)線年齡為245.5±2.7Ma(95%置信度，MSWD=0.51)，解釋為雜巖體中花崗斑巖的侵入年齡，為印支期成巖。

陳偉軍等(2010)選取了礦床不同中段礦體中不同類型的5件輝鉬礦樣品，進(jìn)行了Re-Os同位素年齡測試，測定輝鉬礦Re-Os同位素等時(shí)線年齡為151.1±1.3Ma。測年結(jié)果等時(shí)線擬合相關(guān)性好，等時(shí)線年齡與同位素模式年齡吻合度高，證明測得的Re-Os等時(shí)線年齡可靠，可代表成礦的真實(shí)年齡。這表明雞冠山鉬礦床輝鉬礦的富集成礦時(shí)間發(fā)生在晚侏羅世，為燕山期成礦。

3 流紋斑巖成巖年齡

礦床中流紋斑巖位于礦區(qū)中部，呈似火山熔巖錐出露(圖1)。該流紋斑巖呈北東向展布，長軸570m，短軸300～350m，面積近0.2km2,其產(chǎn)狀不清，與流紋巖呈過渡關(guān)系。巖石一般為灰白色-類紅色，局部見流紋構(gòu)造和珍珠狀構(gòu)造。斑狀、花斑狀和球粒狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要為石英和長石。

3.1 樣品及測試

本次流紋斑巖年齡測定采用SIMS鋯石U-Pb法定年。鋯石U-Pb年齡樣品采自雞冠山鉬礦760中段坑道中蝕變較弱的灰白色流紋斑巖，樣品重約4.5kg，由河北地勘局廊坊實(shí)驗(yàn)室完成鋯石樣品挑選工作。樣品制靶及透反射光拍攝在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所離子探針實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。陰極發(fā)光掃描電鏡顯微照相(CL)在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所電子探針實(shí)驗(yàn)室的Cameca SX51電子探針儀上完成，分析電壓為50kV，電流為15nA。U-Pb年齡測試在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所離子探針實(shí)驗(yàn)室完成，測試儀器為Cameca IMS-1280型二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)。詳細(xì)的分析流程見Lietal.(2009)。

3.2 鋯石特征

定年樣品用的鋯石為自形程度較好的晶體，無色透明，多呈長柱狀，多數(shù)顆粒長約50～100μm。CL照片(圖2)顯示多數(shù)自形晶鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較清晰，具有自形晶生長振蕩韻律環(huán)帶，同時(shí)可見核幔結(jié)構(gòu)發(fā)育，具較為典型的巖漿鋯石特征。

3.3 分析結(jié)果

本次研究的鋯石U-Pb同位素測定結(jié)果見表1，共分析測試了14個(gè)點(diǎn)，其中得出7個(gè)有效的分析測試點(diǎn)數(shù)據(jù)(J-72@5、6、8、9、11、12、14)。其Th和U含量分別為253×10-6～3945×10-6和271×10-6～1313×10-6，Th/U值為0.765～3.004,均大于0.4。Th-U圖解(圖3)顯示，所有測點(diǎn)的擬合性較好，Th、U具有明顯的正相關(guān)性，表明本次用來測年的鋯石顆粒具有巖漿成因特征，可以確定是巖漿成因鋯石。測試結(jié)果中，除分析點(diǎn)J-72@12的206Pb/238U年齡162.2±2.5Ma明顯偏大外，其余6個(gè)分析點(diǎn)的年齡為144.6±2.2Ma～156.0±2.5Ma，諧和性較好。

在U-Pb年齡諧和線圖(圖4)中，除分析點(diǎn)J-72@12以外的6個(gè)分析點(diǎn)構(gòu)成一致的年齡組，給出經(jīng)過校正的加權(quán)平均年齡為148.5±3.3Ma(95%置信度，MSWD=2.2)，這一年齡解釋為流紋斑巖的侵入年齡。

在U-Pb平均模式年齡圖(圖5)中，除分析點(diǎn)J-72@以外的6個(gè)分析點(diǎn)加權(quán)平均值為148.4±4.6Ma，置信度95%，MSWD=1.7，與上述諧合年齡在誤差范圍內(nèi)吻合度非常好，說明上述等時(shí)線年齡148.5±3.3Ma可靠。

綜上所述，本次研究將雞冠山鉬礦床流紋斑巖的巖漿結(jié)晶年齡確定為148.5±3.3Ma(MSWD=2.2)，表明流紋斑巖為晚侏羅世成巖。

4 討論

由于鋯石具有極高礦物穩(wěn)定性和非常高的Pb擴(kuò)散封閉溫度(Leeetal.,1997)，鋯石U-Pb定年方法可作為放射性同位素年代學(xué)研究中最常用和最有效的方法之一(吳元保等，2004)。雞冠山鉬礦床花崗斑巖的SHRIMP 鋯石U-Pb法等時(shí)線年齡為245.5±2.7Ma(95%置信度，MSWD=0.51)，9個(gè)分析點(diǎn)的模式年齡加權(quán)平均值為245.5±2.7Ma，與等時(shí)線年齡一致，證明所得等時(shí)線年齡可靠，可以作為花崗斑巖的侵入年齡(曾慶棟等，2009)，表明花崗斑巖為印支期成巖。陳偉軍等(2010)測定的輝鉬礦Re-Os同位素等時(shí)線年齡為151.1±1.3Ma，即確定為雞冠山鉬礦床的成礦年齡，為燕山期成礦。一般而言，斑巖礦床的成礦作用稍晚于斑巖體的侵入冷凝作用，相隔時(shí)間通常不超過10 Ma(芮宗瑤等，1984)。對于同一個(gè)斑巖成礦體系來說，巖漿結(jié)晶分異、上侵定位作用與相關(guān)熱液活動(dòng)的時(shí)限一般相差幾萬年到幾十萬年(Perelloetal.，2001)。因此，本次研究認(rèn)為，花崗斑巖245.5±2.7Ma的成巖年齡應(yīng)該不是曾慶棟等(2009)所解釋的那樣，可能為雞冠山鉬礦床的成礦母巖為花崗斑巖，其成礦時(shí)代是印支期。

圖2 雞冠山鉬礦床流紋斑巖鋯石陰極發(fā)光(CL)圖Fig.2 Photos showing Cathodoluminescence (CL) of zircons from rhyolite porphyry in the Jiguanshan Mo deposit

雞冠山鉬礦床流紋斑巖的巖漿結(jié)晶年齡為148.5±3.3Ma，輝鉬礦的Re-Os等時(shí)線定年所反映的成礦年齡為151.1±1.3Ma，分別可代表成巖、成礦的真實(shí)年齡值。兩者在誤差范圍內(nèi)近似一致，表明成巖與成礦作用近于同期發(fā)生。該礦的鉛同位素測試結(jié)果也表明，流紋斑巖的鉛同位素組成與黃鐵礦的鉛同位素組成類似，進(jìn)一步證明了礦床與流紋斑巖有著密切的時(shí)空及成因關(guān)系(另文詳述)。可見，雞冠山鉬礦床大規(guī)模的鉬礦化發(fā)生在晚侏羅世，流紋斑巖可能為其成礦的母巖漿，礦床屬于燕山期構(gòu)造-巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。

表1 雞冠山斑巖鉬礦床流紋斑巖(樣品J-72)中SIMS鋯石U-Th-Pb同位素分析結(jié)果Table 1 U-Th-Pb isotopic data for zircons SIMS (for sample J-72) from rhyolite porphyry in the Jiguanshan Mo deposit

注:誤差為1σ，普通鉛采用測定的204Pb進(jìn)行校正。

圖3 雞冠山鉬礦床流紋斑巖鋯石的Th/U圖解Fig.3 Th/U diagram of zircons of rhyolite porphyry in the Jiguanshan Mo deposit

圖4 雞冠山斑巖鉬礦床流紋斑巖中鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.4 Zircon U-Pb concordia age of rhyolite porphyry in the Jiguanshan Mo deposit

圖5 雞冠山鉬礦床流紋斑巖中鋯石U-Pb模式年齡圖Fig.5 Zircon U-Pb model age of rhyolite porphyry in the Jiguanshan Mo deposit

5 結(jié)論

內(nèi)蒙古雞冠山斑巖型鉬礦床中的花崗斑巖代表了區(qū)內(nèi)曾經(jīng)發(fā)生過一期印支期巖漿活動(dòng)，而成礦可能與該期巖漿活動(dòng)無關(guān)。利用SIMS鋯石U-Pb法測得流紋斑巖的成巖年齡為148.5±3.3Ma(U-Pb等時(shí)線年齡，2σ,MSWD=2.2)，表明區(qū)內(nèi)一期與流紋斑巖有關(guān)的巖漿活動(dòng)發(fā)生在晚侏羅世，其對應(yīng)的地球動(dòng)力學(xué)背景為中國東部構(gòu)造體制的大轉(zhuǎn)折。該流紋斑巖的成巖年齡(148.5±3.3Ma)與雞冠山鉬礦床的成礦年齡(151.1±1.3Ma)在誤差范圍一致，說明與流紋斑巖有關(guān)的巖漿活動(dòng)可能為成礦的母巖漿，成巖與成礦近乎同時(shí)發(fā)生。

致謝 本文野外工作得到了赤峰市國土資源局、雞冠山鉬礦等單位有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)人員的大力支持與幫助；中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所張瑞斌博士、孫興國博士協(xié)助完成了樣品采集工作。在此一并表示衷心的謝意。

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Diagenetic Age of Rhyolite Porphyry in the Jiguanshan Mo Deposit,Inner Mongolia and its Geological Implications

CHEN Wei-jun1, HAO Qing-qing1, JIANG Xin2, QIN Feng1, CHU Shao-xiong3

(1.InstituteofMineralResourcesResearch,ChinaMetallurgicalGeologyBureau,Beijing101300；2.SchoolofEarthSciencesandResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083;3.InstituteofGeologyandGeophysics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100029)

The Jiguanshan Mo deposit of Inner Mongolia is a newly discovered large porphyry type Mo deposit. It is located in the middle of Xilamulun molybdenum ore belt, northwest side of a caldera in the northern margin of the North China Craton. The molybdenite Re-Os isotope isochron method determined the metallogenic age to be 151.1±1.3 Ma, indicating mineralization in the late Jurassic. In this work, zircon SIMS U-Pb isotopic dating was used to estimate the diagenetic age of rhyolite porphyry, yielding 148.5±3.3Ma (U-Pb isochron age, 2σ, MSWD=2.2). It shows the rhyolite porphyry formed in the late Jurassic, largely in agreement with the mineralization age in the range of error. We suggest that the rhyolite porphyry magmatism may form ore-bearing parent magma, and the diagenesis and mineralization occurred at approximately the same time.

Xilamulun molybdenum metallogenic belt, rhyolite porphyry, zircon SIMS U-Pb isotopic dating, Jiguanshan Mo deposit, Inner Mongolia

2014-09-30；

2015-08-26；[責(zé)任編輯]雷華。

陳偉軍(1981年-)，男，2010年畢業(yè)于中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，博士，工程師，主要從事金屬礦產(chǎn)勘查和研究工作。E-mail：chenwj1981@126.com。

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0495-5331(2015)06-1107-7