黑龍江小多寶山矽卡巖型Fe-Cu礦床成礦時(shí)代及構(gòu)造背景
——來(lái)自巖石地球化學(xué)、鋯石年代學(xué)及Hf同位素證據(jù)*

楊賀 馬萬(wàn)里 蔡文艷 王可勇, 2 孫豐月 王建華 周紅英 寇柏燕

1. 吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長(zhǎng)春 1300612. 自然資源部東北亞礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 1300613. 黑龍江多寶山銅業(yè)有限公司，嫩江 1614164. 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 3001705. 內(nèi)蒙古自治區(qū)第六地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院，海拉爾 0210081.

中國(guó)東北地區(qū)地處中亞造山帶東段(Wuetal., 2003)，自古生代以來(lái)，該區(qū)先后經(jīng)歷了古亞洲洋構(gòu)造域、蒙古-鄂霍茨克構(gòu)造域及濱太平洋構(gòu)造域發(fā)展演化及疊加改造作用過(guò)程(Sengor and Natal’in, 1996; Chenetal., 2017; Wangetal., 2017; 唐杰，2016；李宇，2018)，致使區(qū)內(nèi)構(gòu)造-巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，不同時(shí)期、不同構(gòu)造背景環(huán)境熱液成礦作用廣泛，形成了區(qū)內(nèi)類型多樣的眾多重要貴、有色金屬礦床(武廣，2006)。通過(guò)區(qū)內(nèi)典型礦床的深入研究，可以深刻揭示區(qū)域不同構(gòu)造演化階段熱液成礦作用特征，對(duì)更好的總結(jié)區(qū)域成礦作用規(guī)律有重要的理論意義

多寶山-三礦溝礦集區(qū)是中國(guó)東北地區(qū)著名的Cu(Mo)多金屬成礦帶(Chenetal., 2017;葛文春等, 2007a; 郝宇杰, 2015)。該成礦帶經(jīng)歷了加里東期、海西-印支期和燕山期強(qiáng)烈多期次構(gòu)造-巖漿活動(dòng)及與之相關(guān)的成礦作用，造就了區(qū)內(nèi)豐富的礦產(chǎn)資源(褚少雄等, 2012)，主要包括多寶山、銅山斑巖型Cu-Mo-Au多金屬礦床，爭(zhēng)光熱液型金礦床以及三礦溝、小多寶山矽卡巖型Fe-Cu礦床(譚成印等, 2010)。小多寶山Fe-Cu礦床位于是三礦溝-多寶山礦集區(qū)內(nèi)一處典型的矽卡巖型礦床。礦床發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)50年代，規(guī)模雖小，但具有品位高、開采成本低的特點(diǎn)。前人已從成礦流體(白令安, 2013; 白令安等, 2016)、礦化蝕變(白令安等, 2015)、成礦巖體地球化學(xué)特征(白令安, 2013; 郝宇杰, 2015)等方面進(jìn)行了一定的研究，但對(duì)于小多寶山礦床形成的時(shí)代及構(gòu)造背景認(rèn)識(shí)尚存爭(zhēng)議。

目前對(duì)小多寶山礦床成礦時(shí)代認(rèn)識(shí)主要存在以下四種觀點(diǎn)：早侏羅世(白令安等, 2012;白令安, 2013)、三疊紀(jì)(Haoetal., 2017)、二疊紀(jì)(趙元藝等, 2011)以及奧陶紀(jì)(譚成印等, 2010; 趙忠海等, 2012)。而區(qū)域復(fù)雜的構(gòu)造演化致使小多寶山礦床的構(gòu)造背景亦暫無(wú)定論，部分學(xué)者認(rèn)為多寶山-三礦溝多金屬成礦帶中侏羅世的成礦事件主要是受蒙古鄂霍次克洋俯沖作用影響(Richards, 1999; Meng, 2003; 武廣等, 2008; 楊祖龍等, 2009; 佘宏全等, 2012; Chenetal., 2017)，但是另一部分學(xué)者認(rèn)為古太平洋構(gòu)造域的作用也不可忽視(隋振民等, 2007; 葛文春等, 2007a; Zhangetal., 2008; 褚少雄等, 2012; 郝宇杰等, 2013; Shuetal., 2016)。

本文擬通過(guò)對(duì)小多寶山花崗閃長(zhǎng)巖進(jìn)行巖石地球化學(xué)、鋯石U-Pb及Hf同位素等研究，查明小多寶山成巖成礦時(shí)代及其巖漿源區(qū)、巖石成因和成巖構(gòu)造背景，對(duì)提高該礦床成礦理論認(rèn)識(shí)水平，并為三礦溝-多寶山成礦帶構(gòu)造-巖漿演化與多金屬成礦作用研究提供重要依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)

小多寶山矽卡巖型Fe-Cu礦床所屬的多寶山-三礦溝Cu-Mo多金屬成礦帶地處興安地塊東南部，是我國(guó)大興安嶺北段東緣重要的礦產(chǎn)礦集區(qū)。興安地塊是中國(guó)東北重要的構(gòu)造單元之一，其北緣被塔源-喜桂圖縫合帶截?cái)?，南部為賀根山-黑河縫合帶(Wuetal., 2011; 徐備等, 2014; Liuetal., 2017)(圖1a)，由前寒武紀(jì)變質(zhì)基底組成，被古生代和中生代的花崗質(zhì)巖石侵入(武廣, 2006)。

多寶山-三礦溝成礦帶區(qū)內(nèi)主要出露地層為古生代奧陶系、志留系、泥盆系，中生代白堊系及新生代第四系。奧陶系地層自下而上分別為銅山組、多寶山組、裸河組、以及愛輝組，主要巖性為安山巖、英安巖、板巖以及火山碎屑巖夾大理巖。志留系地層以臥都河組、八十里小河組和黃花溝組為主，巖性包括砂巖、粉砂巖和板巖。泥盆系地層自下而上依次為泥鰍河組、腰桑南組和根里河組，以凝灰?guī)r、板巖、砂巖和粉砂巖為該地層主要巖性。二疊系主要包括林西組砂巖、板巖以及花朵山組火山巖。礦區(qū)東南角內(nèi)亦有少量白堊系龍江組火山巖和九峰山組陸相含煤地層出露(鄧軻等, 2018)。晚古生代造山事件促使區(qū)內(nèi)形成NE向及NW向斷裂為主的構(gòu)造格局， 其中NW向斷裂被認(rèn)為是主要的控礦構(gòu)造； 大量燕山期花崗質(zhì)巖石在區(qū)內(nèi)西北部、東部及西南部發(fā)育，加里東期花崗質(zhì)巖石僅出露于多寶山地區(qū)，而華力西期花崗質(zhì)巖石在區(qū)內(nèi)中部及西南部皆有出露(圖1b)。

圖1 中國(guó)東北大地構(gòu)造略圖(a,據(jù)Wuetal., 2011)、三礦溝-多寶山礦集區(qū)地質(zhì)圖(b,據(jù)鄧軻等, 2018)及小多寶山Fe-Cu礦床地質(zhì)圖(c,據(jù)趙玉明, 1979(1)趙玉明. 1979. 黑龍江省嫩江縣小多寶山銅礦點(diǎn)地質(zhì)普查報(bào)告. 哈爾濱: 黑龍江省地質(zhì)第四隊(duì)五分隊(duì))

Fig.1 Tectonic map of Northeast China (a, after Wuetal., 2011), geological map of Sankuanggou-Duobaoshan metallogenic belt (b, after Dengetal., 2018) and geological map of the Xiaoduobaoshan Fe-Cu deposit (c)

1.2 礦床地質(zhì)

礦區(qū)內(nèi)出露的地層主要為早古生代海相碎屑巖、火山熔巖和碳酸鹽巖等，包括中奧陶統(tǒng)多寶山組和早志留統(tǒng)黃花溝組。多寶山組為一套中性凝灰?guī)r、中性熔巖、安山玢巖夾粉砂巖及條帶狀大理巖等淺海相火山熔巖和火山碎屑巖(Haoetal., 2015, 2017)，傾向220°～225°，傾角介于60°～80°之間。黃花溝組則屬于砂泥巖互層的正常淺海相地層(白令安等, 2016)。從空間上看，多寶山組與小多寶山礦床的成礦作用密切相關(guān)。Zhaoetal. (2018)在充分總結(jié)前人研究成果基礎(chǔ)上，確定多寶山組火山巖成巖年齡介于506～447Ma之間。研究區(qū)內(nèi)巖漿巖出露較少，按照侵位先后順序劃分為閃長(zhǎng)巖、安山玢巖和花崗閃長(zhǎng)巖(白令安等, 2015)。燕山期花崗閃長(zhǎng)巖主要出露于礦區(qū)中部，呈NW向展布。礦體產(chǎn)出于花崗閃長(zhǎng)巖和多寶山組中性凝灰?guī)r及大理巖接觸帶內(nèi)，受接觸帶構(gòu)造控制，亦呈NW向展布(圖1c)；此外，花崗閃長(zhǎng)巖巖體內(nèi)不發(fā)育石英硫化物礦脈，但在接觸帶附近發(fā)育有廣泛的內(nèi)矽卡巖，在巖體深部則發(fā)育廣泛的硅化、絹云母化以及綠泥石化，因此，可以認(rèn)為，燕山期花崗閃長(zhǎng)巖為該礦床成礦巖體(白令安等, 2016)。小多寶山礦床共圈定7個(gè)銅礦體，多呈扁豆?fàn)罨虿灰?guī)則透鏡狀，厚度幾到幾十米，延伸100～400m，銅礦石平均品位約為0.46%，最高可達(dá)4.58%(白令安等, 2015)，鐵礦石的全鐵品位約35%～40%。

礦石礦物主要有鏡鐵礦(圖2a)、黃銅礦(圖2b-e)、黃鐵礦(圖2c、e)、方鉛礦、閃鋅礦(圖2d)、磁鐵礦(圖2b、e)，另有少量的赤鐵礦及銅藍(lán)等表生氧化物。脈石礦物包括石榴子石(圖2f)、透輝石、角閃石、綠簾石、綠泥石、石英、方解石等。根據(jù)礦物共生組合及礦脈穿切關(guān)系，共劃分為兩個(gè)成礦期：矽卡巖期和石英-硫化物期。矽卡巖期可分為三個(gè)成礦階段：石榴子石-輝石干矽卡巖階段；綠簾石-陽(yáng)起石等含水硅酸鹽濕矽卡巖階段；磁鐵礦-鏡鐵礦-石英氧化物階段。石英硫化物期則分為兩個(gè)成礦階段：黃鐵礦-黃銅礦-石英早期硫化物階段和方鉛礦-閃鋅礦-方解石晚期硫化物階段。

圖2 小多寶山Fe-Cu礦床礦物共生組合及礦脈穿切關(guān)系照片

圖3 小多寶山花崗閃長(zhǎng)巖顯微照片

2 樣品采集與測(cè)試方法

本文研究樣品采自與小多寶山Fe-Cu礦床成礦密切相關(guān)的花崗閃長(zhǎng)巖巖體，取樣位置見圖1c。巖石表面呈灰白色，中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要的造巖礦物為石英(10%～15%)、斜長(zhǎng)石(～60%)、角閃石(～10%)和黑云母(～15%)(圖3)。其中，石英呈他形粒狀，粒徑為0.3～2.2mm；斜長(zhǎng)石呈板狀、不規(guī)則粒狀，粒徑0.5～1.8mm；角閃石呈短柱狀，粒徑0.2～1.2mm；黑云母呈葉片狀，粒徑0.4～2.5mm。此外，還存在少量榍石、鋯石、磁鐵礦等副礦物。

鋯石U-Pb定年測(cè)試工作在吉林大學(xué)測(cè)試實(shí)驗(yàn)中心完成。實(shí)驗(yàn)中盡量選擇無(wú)包裹體無(wú)裂紋的鋯石，以高純He作為剝蝕物質(zhì)載氣，采用美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)NIST SRM610進(jìn)行儀器最佳化，鋯石年齡以國(guó)際標(biāo)樣91500作為外標(biāo)確保標(biāo)準(zhǔn)和樣品的儀器條件一致。運(yùn)用軟件ICP-MS DataCal(Liuetal., 2008, 2010)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用Andersen (2002)方法進(jìn)行普通Pb校正，年齡的計(jì)算與協(xié)和圖繪制均使用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)程序Isoplot(ver3.0)(Ludwig, 2003)得出，各點(diǎn)分析得出的同位素比值及年齡誤差為1σ。本次測(cè)試鋯石LA-ICP-MS U-Pb分析結(jié)果見表1。

主量、微量及稀土元素的測(cè)試選用研究區(qū)新鮮花崗閃長(zhǎng)巖樣品，粉碎研磨至200目以下，在吉林大學(xué)測(cè)試中心完成。主量元素分析采用X熒光光譜分析技術(shù)，精度優(yōu)于5%；微量及稀土元素采用美國(guó)安捷倫科技公司Agilent 7500A 型電感耦合等離子體質(zhì)譜分析測(cè)試，國(guó)際標(biāo)樣BHVO-2、BCR-2和國(guó)家標(biāo)樣GBW07103、GBW07104為參考對(duì)象，當(dāng)含量>10×10-6時(shí)，分析精度優(yōu)于5%，<10×10-6時(shí)則優(yōu)于10%。本次全巖主、微量元素分析結(jié)果見表2。

在LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年的基礎(chǔ)上，參照鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像， 選擇具有代表性的鋯石進(jìn)行微區(qū)Hf同位素測(cè)定工作。鋯石Lu-Hf同位素原位分析測(cè)試在天津地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)測(cè)試室完成，采用美國(guó)Thermo Fisher公司生產(chǎn)的NEPTUNE多接收器電感耦合等離子質(zhì)譜儀和ESI公司生產(chǎn)的NEW WAVE 193nm FX ArF準(zhǔn)分子激光器。實(shí)驗(yàn)選取國(guó)際標(biāo)樣GJ-1作為參考礦物。對(duì)儀器的操作條件和分析程序詳見文獻(xiàn)(耿建珍等, 2011)。GJ-1的平均176Hf/177Hf值為0.282001±15(2σ, n=29)，與報(bào)道數(shù)據(jù)誤差范圍內(nèi)一致(0.282003±18, Gerdes and Zeh, 2006; 0.282013±4, Yuanetal., 2008; 0.282006±24, 耿建珍等, 2011)。Lu-Hf同位素分析結(jié)果見表3。

表1小多寶山花崗閃長(zhǎng)巖鋯石LA-ICP-MSU-Pb分析結(jié)果

Table 1 Zircon LA-ICP-MS U-Pb data for granodiorite in the Xiaoduobaoshan area

測(cè)點(diǎn)號(hào)ThU(×10-6)Th/U207Pb/206Pb207Pb/235U206Pb/238U207Pb/206Pb207Pb/235U206Pb/238U比值1σ比值1σ比值1σ年齡(Ma)1σ年齡(Ma)1σ年齡(Ma)1σGXDBS-011142940.390.050400.001340.191180.004340.027790.000622142417841774 GXDBS-022195070.430.047850.000870.183840.003790.027790.00034922717131772 GXDBS-031593800.420.050450.001180.192470.005000.027680.000462163117941763 GXDBS-043786100.620.049900.000900.190710.003730.027700.000331902417731762 GXDBS-052105020.420.049860.001000.189140.003670.027620.000331882417631762 GXDBS-061904240.450.049260.001280.188370.004850.027730.000391603517541762 GXDBS-071364090.330.049760.001070.188460.004600.027590.000551842617541753 GXDBS-082284460.510.049610.001070.189850.004360.027780.000421772717741773 GXDBS-092054710.440.050160.001570.192200.006330.027800.000482034517951773 GXDBS-102634910.530.049960.001020.190890.003740.027820.000401932217731773 GXDBS-112685470.490.049220.000860.188000.003440.027750.000341582217531762 GXDBS-121894340.440.050210.001290.190610.005950.027510.000542053817751753 GXDBS-13973260.300.050330.001490.191010.005740.027650.000522103717751763 GXDBS-142405030.480.049190.000850.188240.003460.027760.000311572317531772 GXDBS-151875120.360.049520.000930.188520.003760.027620.000301722717531762 GXDBS-162765300.520.050240.000930.191620.003940.027630.000322062717831762 GXDBS-172004680.430.049710.001470.191900.005980.028020.000471824217851783 GXDBS-181353660.370.048790.001170.187980.006220.027760.000521384417551773 GXDBS-192535460.460.049630.001270.188680.004270.027610.000361783017641762 GXDBS-203576540.550.049860.000770.191280.003580.027740.000301882417831762 GXDBS-211183750.310.048870.001250.188440.005160.027880.000311414317541772 GXDBS-221694330.390.049490.001520.188240.005840.027540.000351714917551752 GXDBS-23992800.350.049980.001080.190390.004030.027770.000401942517731772

表2小多寶山花崗閃長(zhǎng)巖主量元素(wt%)、稀土和微量元素(×10-6)相關(guān)參數(shù)

Table 2 The relevant parameters of major elements (wt%) and trace elements (×10-6) of granodiorite in the Xiaoduobaoshan area

樣品號(hào)GXDBS-1GXDBS-2GXDBS-3樣品號(hào)GXDBS-1GXDBS-2GXDBS-3SiO266.2065.9465.74Th9.527.507.78TiO20.500.510.51Ta0.10.10.6Al2O315.8615.6615.66Hf3.804.104.30Fe2O35.295.325.27Nb6.506.106.30FeOT7.417.457.37Cs3.814.122.12MnO0.070.060.08Ga18.9518.9018.80MgO1.651.681.66La25.322.423.5CaO3.353.323.68Ce47.944.646.7Na2O4.354.224.44Pr5.255.095.34K2O2.792.912.72Nd18.919.019.6P2O50.160.160.17Sm3.303.613.61LOI0.650.710.65Eu0.950.931.01Total100.2299.7899.93Gd2.892.863.04Na2O+K2O7.147.137.16Tb0.420.420.45K2O/Na2O1.561.451.63Dy2.712.572.61A/CNK0.970.970.92Ho0.490.510.50Mg#43.443.743.7Er1.381.371.38Ba550600580Tm0.210.210.21Cr182122Yb1.411.441.48Sr473485494Lu0.230.240.23V737978Y13.913.814.2Zr135136152∑REE111.3105.3110.0Rb70.477.463.1(La/Yb)N12.8711.1611.39U3.703.002.80δEu0.920.850.91

注：A/CNK=Al/(Ca+Na+K)(原子數(shù))；FeOT=FeO+0.8998×Fe2O3；(La/Yb)N=(La/0.310)/(Yb/0.209)，N為球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后的值；LOI為燒失量

圖4 小多寶山花崗閃長(zhǎng)巖代表性鋯石陰極發(fā)光圖像

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb定年

本次工作對(duì)礦區(qū)內(nèi)與小多寶山礦床成礦關(guān)系密切的花崗閃長(zhǎng)巖樣品(GXDBS)進(jìn)行鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年，選取的鋯石均為自形-半自形粒狀或他形粒狀，核邊結(jié)構(gòu)明顯且發(fā)育有良好的震蕩生長(zhǎng)環(huán)帶(圖4)，顯示出巖漿鋯石的基本特點(diǎn)。鋯石的Th和U含量分別為97×10-6～378×10-6和280×10-6～654×10-6，Th/U比值介于0.30～0.62，與巖漿鋯石屬性一致。23個(gè)分析點(diǎn)曲線位置一致(圖5a)，206Pb/238U年齡區(qū)間為175～178Ma， 加權(quán)平均年齡為176±1Ma(MSWD=0.10, n=23)(圖5b)，由此表明花崗閃長(zhǎng)巖形成于早侏羅世。

表3小多寶山花崗閃長(zhǎng)巖鋯石Lu-Hf同位素分析結(jié)果

Table 3 Lu-Hf isotopic compositions of zircons from granodiorite in the Xiaoduobaoshan area

測(cè)點(diǎn)號(hào)年齡(Ma)176Yb177Hf2σ176Lu177Hf2σ176Hf177Hf2σεHf(0)εHf(t)tDM1(Ma)tDM2(Ma)fLu/HfXDBS-01XDBS-02XDBS-03XDBS-04XDBS-05XDBS-06XDBS-07XDBS-08XDBS-09XDBS-101760.0395160.0001840.0007620.0000010.2829050.0000224.78.5488678-0.980.0644680.0002040.0014070.0000080.2828930.0000254.38.0515711-0.960.0557980.0002540.0011990.0000030.2829820.0000257.411.2384506-0.960.0772050.0002230.0016150.0000030.2829900.0000277.711.4378492-0.950.0772970.0001820.0015710.0000040.2828950.0000244.38.0514707-0.950.0618020.0010090.0013190.0000200.2829050.0000234.78.4496683-0.960.0670470.0005340.0014380.0000080.2829290.0000235.59.2464630-0.960.0716770.0005610.0014370.0000100.2829770.0000287.210.9395521-0.960.0505820.0007360.0010510.0000130.2828930.0000244.38.0509707-0.970.0543610.0003440.0012050.0000060.2828830.0000293.97.6526732-0.96

圖5 小多寶山花崗閃長(zhǎng)巖鋯石年齡協(xié)和圖(a)和加權(quán)平均年齡圖(b)

圖6 小多寶山、三礦溝花崗閃長(zhǎng)巖TAS圖解(底圖據(jù)Irvine and Baragar, 1971)

3.2 全巖地球化學(xué)特征

3.2.1 主量元素地球化學(xué)

研究區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖樣品SiO2含量65.74%～66.20%，屬酸性巖。Na2O含量為4.22%～4.44%，K2O含量為2.72%～2.91%，全堿含量(Na2O+K2O)范圍為7.13%～7.14%，Na2O/K2O值介于1.45%～1.63%，表現(xiàn)出巖石相對(duì)富鈉的特征。Al2O3含量為15.66%～15.86%，CaO含量為3.32%～3.68%，MgO含量為1.65%～1.68%，顯示出巖石相對(duì)富鋁貧鈣、鎂的特征。借助火成巖TAS分類圖解(圖6)，樣品全部落入花崗閃長(zhǎng)巖區(qū)域。A/CNK變化范圍在0.92～0.97之間，鋁飽和指數(shù)圖解顯示其為準(zhǔn)鋁質(zhì)系列(圖7a)。里特曼指數(shù)σ范圍為2.20～2.25，屬于鈣堿性系列。在SiO2-K2O圖解上，巖石落入鈣堿性系列與高鉀-鈣堿性系列的過(guò)渡區(qū)域，且多數(shù)偏向高鉀-鈣堿性巖石系列，因此可進(jìn)一步確定小多寶山花崗閃長(zhǎng)巖為準(zhǔn)鋁質(zhì)-高鉀鈣堿性系列(圖7b)。

3.2.2 稀土和微量元素地球化學(xué)

花崗閃長(zhǎng)巖稀土元素總含量相對(duì)較低(∑REE=105.3×10-6～111.3×10-6)，相對(duì)富集輕稀土元素(LREE/HREE=9.94～10.43)，輕、重稀土分餾程度中等[(La/Yb)N=11.16～12.87]，表現(xiàn)出弱的負(fù)Eu異常(δEu=0.85～0.92)。從球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線(圖8a)可明顯看出，花崗閃長(zhǎng)巖樣品整體呈明顯右傾式，表現(xiàn)出輕稀土元素明顯富集，重稀土元素相對(duì)虧損的形勢(shì)。原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖顯示(圖8b)，巖石相對(duì)富集Rb、Ba、Sr、K等大離子親石元素，而相對(duì)虧損Ta、Nb、Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素。

3.3 鋯石Lu-Hf同位素

選取花崗閃長(zhǎng)巖樣品(GXDBS)中10個(gè)能代表小多寶山成礦年齡的鋯石，圈定其相同或近似區(qū)域進(jìn)行Lu-Hf同位素測(cè)試，結(jié)果顯示，176Lu/177Hf平均比值為0.0013，表明鋯石形成后由Lu衰變?yōu)镠f的數(shù)量極少，因而所得的176Hf/177Hf值可以反映巖石結(jié)晶演化過(guò)程中Hf同位素的組成情況(吳福元等, 2007)。另外，鋯石樣品的fLu/Hf普遍較低，平均值為-0.961，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)鋯石Lu-Hf同位素二階段模式年齡(tDM2)指示源區(qū)物質(zhì)在地殼中存留年限或從地幔中抽離的年限是合理的。10個(gè)點(diǎn)的Hf同位素分析結(jié)果表明，176Hf/177Hf值為0.282883～0.282990，通過(guò)其結(jié)晶年齡176Ma計(jì)算可得，εHf(t)為7.6～11.4，單階段模式年齡(tDM1)為378～526Ma，二階段模式年齡(tDM2)為492～732Ma。

4 討論

4.1 成巖成礦時(shí)代

區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)頻繁，先后經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，衍生了一系列內(nèi)生熱液金屬礦床。綜合本次研究及前人研究成果，多寶山-三礦溝礦集區(qū)主要礦床成巖成礦時(shí)代可分為以下三期：奧陶紀(jì)斑巖型Cu(Mo)礦化(Zhaoetal., 2018; 佘宏全等, 2012; 向安平等, 2012; 崔根等, 2008; 葛文春等, 2007b; Zengetal., 2014; 白令安, 2013; 趙煥利等, 2012; Wuetal., 2015; 郝宇杰, 2015; 趙一鳴等, 1997; Liuetal., 2012)；三疊紀(jì)斑巖型Cu(Mo)-Au礦化(Haoetal., 2017; 郝宇杰, 2015; Zengetal., 2014; 趙元藝等, 2011; 杜琦等, 1988)；早侏羅世矽卡巖型Fe-Cu礦化(Chuetal., 2019; Dengetal., 2018; Haoetal., 2015; 郝宇杰, 2015; 呂鵬瑞等, 2012; 褚少雄等, 2012; 李德榮，2011；李德榮等, 2010, 2011; 葛文春等, 2007a)。

小多寶山Fe-Cu礦體賦存于花崗閃長(zhǎng)巖和多寶山組中性凝灰?guī)r及大理巖接觸帶內(nèi)，且在花崗閃長(zhǎng)巖內(nèi)廣泛出露的由石榴子石、輝石、綠簾石組成的內(nèi)矽卡巖，同時(shí)并未在花崗閃長(zhǎng)巖體內(nèi)發(fā)現(xiàn)石英硫化物礦脈，因此可以推斷花崗閃長(zhǎng)巖為小多寶山Fe-Cu礦的成礦巖體，其成巖年齡可以代表礦床的成礦年齡。本次工作得出小多寶山花崗閃長(zhǎng)巖鋯石U-Pb年齡為176±1Ma，白令安(2013)報(bào)道過(guò)小多寶山花崗閃長(zhǎng)巖鋯石LA-ICP-MS加權(quán)平均年齡為171.9±1.7Ma(MSWD=11.4, N=17)，表明該礦床成礦與燕山期早侏羅世巖漿作用密切相關(guān)。三礦溝Fe-Cu礦床作為三礦溝-多寶山成礦帶上矽卡巖型礦床的典型代表，在空間位置上與小多寶山礦床十分接近，另外，褚少雄等(2012)和Dengetal. (2018) 分別對(duì)三礦溝礦床花崗閃長(zhǎng)巖的年齡進(jìn)行測(cè)定，加權(quán)平均年齡分別為175.9±1.1Ma(MSWD=0.21, N=24)和177±1Ma(MSWD=1.01, N=26)。相較于171.9±1.7Ma，本文對(duì)小多寶山年代學(xué)的測(cè)定(176±1Ma)更接近礦床實(shí)際成礦時(shí)代。

4.2 巖漿源區(qū)特征與巖石成因

小多寶山花崗閃長(zhǎng)巖主要礦物組成為石英、斜長(zhǎng)石、角閃石和黑云母，符合I型花崗巖礦物組合的基本特征。在主量元素上表現(xiàn)出富硅(SiO2=65.74%～66.20%)、準(zhǔn)鋁(A/CNK=0.92～0.97)、中等鎂值(Mg#=43.4～43.7)及較高的K2O含量的特征；在微量元素上表現(xiàn)出富集輕稀土(LREE)元素、大離子親石元素(LILE: Rb、Ba、K)和地球化學(xué)性質(zhì)活潑的不相容元素(U、Th、Pb)，相對(duì)虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE: Nb、Ta、Ti)的特征。此外，Zr+Nd+Ce+Y的值介于200.5×10-6～219.2×10-6，低于A型花崗巖的下限值(350×10-6)(Whalenetal., 1987)，在 (Na2O+K2O)/CaO-(Zr+Nb+Ce+Y) 和Ce-SiO2判別圖解中，數(shù)據(jù)點(diǎn)均落入I型花崗巖區(qū)域(圖9a, b)。綜合判斷，小多寶山花崗閃長(zhǎng)巖應(yīng)屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)高鉀鈣堿性I型花崗巖。

圖7 小多寶山、三礦溝花崗閃長(zhǎng)巖A/CNK-A/NK圖解(a,底圖據(jù)Maniar and Piccoli, 1989)和SiO2-K2O圖解(b,底圖據(jù)Peccerillo and Taylor, 1976)

圖8 小多寶山、三礦溝花崗閃長(zhǎng)巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖(a)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)

圖9 小多寶山、三礦溝花崗閃長(zhǎng)巖(K2O+Na2O)/CaO-(Zr+Nb+Ce+Y)判別圖解(a)和Ce-SiO2判別圖解(b)(底圖據(jù)Whalen et al., 1987)

圖10 小多寶山、三礦溝花崗閃長(zhǎng)巖鋯石Hf同位素特征(底圖據(jù)吳福元等, 2007; Wu et al., 2015)

普遍認(rèn)為，花崗巖類巖石主要起源于：(1)地殼物質(zhì)的部分熔融作用(葛文春等, 2007b; Hofmann, 1988)；(2)玄武質(zhì)巖漿或安山質(zhì)巖漿的分離結(jié)晶作用(Hanetal., 1997)；(3)酸性巖漿同玄武質(zhì)巖漿的混合作用(Jahnetal., 2000; Yangetal., 2015)。Nb、Ta和Ti的負(fù)異常、弱的負(fù)Eu異常，Rb、Ba、K和Sr的正異常(圖8b)及LREEs和LILEs的相對(duì)富集均表明巖漿演化過(guò)程中發(fā)生了顯著的結(jié)晶分異作用，并存在地殼物質(zhì)的混染。小多寶山花崗閃長(zhǎng)巖較高的SiO2和Al2O3(15.66%～15.86%)含量及較低的Ni(6×10-6～6.6×10-6)和Cr(18×10-6～22×10-6)也暗示了地殼物質(zhì)的參與。此外，花崗閃長(zhǎng)巖中可見閃長(zhǎng)巖包體，且閃長(zhǎng)巖包體的地球化學(xué)特征同花崗閃長(zhǎng)巖表現(xiàn)出良好的諧和關(guān)系(白令安, 2013)亦暗示兩者為同源巖漿分異作用的產(chǎn)物。而白令安(2013)提供的Sr-Nd同位素特征也表明親地幔端元和少量地殼物質(zhì)的混入。本次Hf同位素測(cè)試結(jié)果表明，εHf(t)=7.6～11.4，一階段模式年齡(tDM1)為378～526Ma，二階段模式年齡(tDM2)為492～732Ma，Hf同位素圖解中(圖10a, b)，所有數(shù)據(jù)點(diǎn)均落于球粒隕石與虧損地幔之間，進(jìn)一步證明小多寶山花崗閃長(zhǎng)巖巖漿源區(qū)為古生代新生地殼物質(zhì)，即洋殼的熔融。

4.3 成礦構(gòu)造背景

包括研究區(qū)在內(nèi)的中國(guó)東北地區(qū)先后受到古亞洲洋、蒙古鄂霍茨克洋和古太平洋的俯沖作用影響，圍繞其構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨把莼瘹v史，前人已開展過(guò)大量研究工作，綜合起來(lái)可將其演化過(guò)程概括為：(1)早古生代期間，古亞洲洋向松遼地塊及華北地塊北緣發(fā)生雙向俯沖作用(石玉若等, 2005; Shietal., 2010; Liuetal., 2003)；(2)至石炭紀(jì)，興安地塊與松遼地塊拼合，并伴隨大規(guī)模的巖漿活動(dòng)(Chenetal., 2009; Liuetal., 2009; Zhangetal., 2007, 2009; 包志偉等, 1994; Zhouetal., 2015; 施光海等, 2004)；(3)晚二疊世-早三疊世，松遼地塊與華北地塊北緣拼貼，古亞洲洋完成最終閉合，與此同時(shí)蒙古鄂霍茨克洋構(gòu)造域開始向額爾古納地塊及西伯利亞板塊俯沖(唐杰, 2016)；(4)至早-中侏羅世開始，東部的古太平洋構(gòu)造域持續(xù)俯沖作用在歐亞板塊之下(Xuetal., 2013)，至晚侏羅世-早白堊世，蒙古鄂霍茨克洋自西向東呈剪式閉合(Tomurtogooetal., 2005)。

本次研究結(jié)果顯示與Fe-Cu礦化有關(guān)的花崗閃長(zhǎng)巖鋯石U-Pb年齡為176±1Ma，這與古太平洋俯沖作用時(shí)間相吻合，同時(shí)蒙古鄂霍茨克洋仍處于俯沖環(huán)境。地球化學(xué)特征表明小多寶山花崗閃長(zhǎng)巖屬準(zhǔn)鋁質(zhì)高鉀鈣堿性系列I型花崗巖，富集LREEs和LILEs(如Rb、Ba、Sr、K)，虧損HREEs和HFSEs(如Nb、Ta、Ti)。Rb-Y+Nb、Nb-Y、Ta-Yb和Rb-Ta+Yb圖解中(圖11a-d)，花崗閃長(zhǎng)巖樣品點(diǎn)均落在火山弧花崗巖(VAG)區(qū)域內(nèi)。以上研究結(jié)果與同期成礦事件的三礦溝花崗閃長(zhǎng)巖(175.9±1.1Ma, 褚少雄等, 2012；177±1Ma, Dengetal., 2018)相比，兩者在地球化學(xué)特征上表現(xiàn)出高度相似性(圖6-圖11)。

圖11 小多寶山、三礦溝花崗閃長(zhǎng)巖Rb-(Y+Nb) (a)、Nb-Y (b)、Ta-Yb (c)和Rb-(Ta+Yb) (d)圖解(底圖據(jù)Batchelor and Bowden, 1985；Pearce et al., 1984)

本次研究認(rèn)為古太平洋和蒙古鄂霍茨克洋在中侏羅紀(jì)時(shí)期都處于俯沖構(gòu)造環(huán)境。但Wuetal. (2011)和Xuetal. (2013)認(rèn)為與太平洋俯沖縫合帶相平行的小興安嶺-張廣才地區(qū)-吉林中部-延邊地區(qū)的SN(190～169Ma)向侵入巖帶(Zhangetal., 2004; Wuetal., 2007, 2011; 孫德有等, 2001, 2005; 苗來(lái)成等, 2003; 隋振民等, 2007)受古太平洋板塊俯沖的影響，而同期的額爾古納地塊區(qū)域沿蒙古鄂霍茨克縫合帶NE-SW向分布的侵入巖則往往受蒙古鄂霍茨克洋俯沖的影響。興安地塊的侵入巖分布形態(tài)不能支撐研究區(qū)受到了蒙古鄂霍茨克洋俯沖的顯著影響的結(jié)論，此外在小興安嶺-張廣才地區(qū)-吉林中部-延邊地區(qū)侵入巖帶的西側(cè)存在一與之平行的145～120Ma的巖漿巖帶，自西向東侵入巖呈逐漸年輕的變化趨勢(shì)，也暗示了古太平洋板塊的持續(xù)俯沖(Chuetal., 2019)。值得注意的是，Zhouetal. (2009)對(duì)黑龍江群中超高壓變質(zhì)帶中的藍(lán)片巖(165～180Ma)的變質(zhì)作用年齡的研究也顯示佳木斯地塊與松嫩地塊的拼合動(dòng)力主要源于古太平洋西向俯沖增生作用；另外，Guoetal. (2015)認(rèn)為圖們地區(qū)與俯沖相關(guān)的早侏羅世鎂鐵質(zhì)侵入雜巖也是源于古太平洋板塊俯沖作用，這些都暗示了古太平洋板塊對(duì)東亞大陸邊緣的持續(xù)俯沖作用。Shuetal. (2016)總結(jié)了中國(guó)東北地區(qū)140～200Ma期間形成的45個(gè)礦床的時(shí)空分布，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)向西北方向年齡逐步降低的趨勢(shì)，由此認(rèn)為侏羅紀(jì)時(shí)期巖漿熱液作用是由古太平洋板塊的平板俯沖引起的。因此，形成于火山弧環(huán)境的小多寶山礦床及其他同期礦床主要受早中侏羅世古太平洋俯沖作用的影響。

5 結(jié)論

(1)小多寶山矽卡巖型Fe-Cu礦床成礦巖體鋯石U-Pb加權(quán)平均年齡為176±1Ma，成礦時(shí)代屬早侏羅世；

(2)成礦花崗閃長(zhǎng)巖屬準(zhǔn)鋁質(zhì)高鉀-鈣堿性I型花崗巖，起源于幔源巖漿結(jié)晶分異作用，并伴有地殼物質(zhì)的混染；其εHf(t)為7.6～11.4，暗示巖漿源區(qū)為古生代新生地殼的熔融；

(3)礦床形成于早侏羅世古太平洋板塊俯沖形成的火山弧構(gòu)造環(huán)境。

致謝感謝吉林大學(xué)測(cè)試實(shí)驗(yàn)中心對(duì)本次鋯石U-Pb測(cè)年過(guò)程中提供的幫助。感謝黑龍江多寶山銅業(yè)有限公司褚向輝、王宇晨對(duì)野外工作的大力支持。感謝項(xiàng)目組成員對(duì)室內(nèi)工作的輔助支持。