大興安嶺南段安樂錫多金屬礦床花崗斑巖年代學(xué)、巖石成因及成礦意義*

張靜俊，王玉往，鄒 滔，管育春

(1.昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093；2.北京礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限責(zé)任公司，北京 100012)

0 引言

大多數(shù)大型錫鎢礦床在空間、時間和成因上都與高度演化的花崗巖有關(guān)[1-3]。大興安嶺南段的巖漿巖發(fā)育，出露面積大于3×105km2，包括厚度大于4 km的一系列火山巖和大量花崗質(zhì)巖體[4-5]，并與區(qū)內(nèi)銅-鉛-鋅-銀-鐵-鉬-錫-銣-鋰多金屬成礦作用密切相關(guān)[6-7]，其中花崗質(zhì)巖體主要形成于晚侏羅世-早白堊世。大興安嶺南段Sn礦床廣泛發(fā)育，成因類型主要為熱液脈型和矽卡巖型以及少量云英巖型。近年來該地區(qū)找礦勘查成果豐碩，新發(fā)現(xiàn)的Sn礦床包括白音查干大型熱液脈錫鉛鋅銀多金屬礦床、維拉斯托大型熱液脈錫鋰銣鉛鋅礦床等，已成為我國重要的Sn礦勘查基地。

安樂錫多金屬礦床位于大興安嶺南段的黃崗梁-孟恩陶勒蓋錫鐵多金屬成礦帶南西段之北西成礦亞帶，是一個中型富Sn礦床， Sn資源量13 649 t(Sn平均品位0.58%)。前人已對安樂礦床開展過礦床地質(zhì)、流體包裹體等方面的研究[8]，但是關(guān)于成礦巖體的成巖時代、巖石成因、成礦指示意義以及地球動力學(xué)背景尚不清楚。本文以與安樂Sn多金屬礦床相關(guān)的花崗斑巖為研究對象，開展鋯石U-Pb定年與巖石地球化學(xué)研究，探討成巖時代、巖石成因、成礦指示意義和地球動力學(xué)背景，以期為深入研究大興安嶺南段Sn多金屬成礦規(guī)律提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)

安樂Sn多金屬礦床位于華北板塊與西伯利亞板塊之間的大興安嶺南段晚古生代造山帶(見圖1a)。區(qū)域出露地層主要為上二疊統(tǒng)林西組、上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組及第四系。上二疊統(tǒng)林西組為一套陸相碎屑巖建造，上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組為一套以流紋巖、流紋質(zhì)凝灰?guī)r為主的酸性火山巖、火山碎屑巖建造。區(qū)域內(nèi)的主要構(gòu)造由貫穿大莫古吐鐵礦、黃崗梁鐵礦、黃崗梁錫礦的北東東向的黃崗梁復(fù)背斜和斷裂及南側(cè)與其平行的斷裂組成。區(qū)域內(nèi)巖漿活動主要發(fā)育印支期和燕山期。印支期花崗巖主要為花崗閃長巖，燕山期花崗巖主要為黑云母花崗巖(見圖1b)。

圖1 大興安嶺南段大地構(gòu)造位置(a，據(jù)文獻(xiàn)[9]修改)和Sn多金屬礦床分布(b，據(jù)區(qū)域1∶25萬地質(zhì)圖修編)

2 礦床地質(zhì)

安樂Sn多金屬礦床位于內(nèi)蒙古克什克騰旗天合園鄉(xiāng)，處于內(nèi)蒙古地槽褶皺系南興安晚華力西地槽褶皺帶黃岡-甘珠爾廟復(fù)背斜的南西段北西翼。礦區(qū)出露的地層主要為上二疊統(tǒng)林西組、上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組和第四系(見圖2)。其中，上二疊統(tǒng)林西組為礦區(qū)的主體地層，走向北西向，主要由出露于礦區(qū)西部的灰黑色粉砂質(zhì)板巖夾粉砂巖及出露于礦區(qū)東部的灰色凝灰質(zhì)粉砂巖夾薄層粉砂質(zhì)板巖、粉砂巖組成。上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組主要出露于礦區(qū)東南部，呈角度不整合覆蓋于上二疊統(tǒng)林西組地層之上，走向40°～70°，巖性以分布面積較大的流紋質(zhì)(含角礫)凝灰熔巖、流紋質(zhì)凝灰角礫巖、流紋巖為主。第四系廣泛分布，占全區(qū)面積的50%左右，最厚可達(dá)數(shù)十米，由腐殖土、亞砂土、殘積物、坡積物等松散堆積物組成；區(qū)內(nèi)北東向(F4、F5)、北北西向(F2、F3)和北西西向(F1)三組斷裂構(gòu)造控制了礦區(qū)內(nèi)巖體、礦體的產(chǎn)出和延展；巖漿活動頻繁，巖漿巖以分布于礦區(qū)南西部的印支晚期轉(zhuǎn)山子花崗閃長巖、分布于礦區(qū)中部的燕山早期安樂花崗斑巖侵入體為主，分別呈巖基、巖株產(chǎn)出。

圖2 安樂Sn多金屬礦床地質(zhì)簡圖(據(jù)文獻(xiàn)[10]修改)

安樂花崗斑巖體分布于礦床中部，出露面積約0.04 km2，呈巖株產(chǎn)出。巖體邊緣有不同程度的綠泥石化、硅化等蝕變現(xiàn)象?；◢彴邘r新鮮面呈淺肉紅-灰白色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶主要由酸性斜長石、鉀長石及石英組成，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～30%?；|(zhì)具細(xì)?；◢弾r結(jié)構(gòu)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%～80%，粒度為0.03～0.2mm，由長石、石英及少量黑云母組成(見圖3)。

圖3 安樂Sn多金屬礦床花崗斑巖手標(biāo)本及鏡下照片

安樂Sn多金屬礦床共圈定礦體37個，其中錫礦體19個，銅礦體4個，鉛、鋅礦體12個，銀礦體2個。絕大多數(shù)礦體產(chǎn)于北北西向斷裂構(gòu)造帶中。主要礦體均集中賦存于F1-F2壓扭性剪切帶內(nèi)，礦體呈大致平行的脈狀產(chǎn)出，呈等距離分布。安樂Sn多金屬礦床存在鉛鋅和錫銅兩種礦化類型。鉛鋅礦化強(qiáng)度較低，僅形成小規(guī)模礦體。錫銅礦化圍繞礦區(qū)中部花崗斑巖體自內(nèi)而外在水平方向依次為錫礦化帶、錫銅礦化帶、銅銀礦化帶：錫礦化帶寬500～700 m，錫礦體規(guī)模小，品位低，ω(Sn)=0.15%～0.36%，ω(Cu)<0.10%；錫銅礦化帶寬500～800 m，錫礦體規(guī)模較大，品位高，ω(Sn)=0.17%～1.63%，ω(Cu)=0.10%～0.30%；銅銀礦化帶寬800～1 200 m，銅銀礦體規(guī)模小，品位低，尚無工業(yè)意義。礦化帶具有上錫下銅中錫銅的逆向垂向分帶特征：錫礦化帶約在1 500 m標(biāo)高之上，礦化特征與平面錫帶一致；錫銅礦化帶標(biāo)高在1 350～1 500 m，礦化特征與平面錫銅帶一致，銅礦化增強(qiáng)，分布較普遍；銅銀礦化帶約在1 350 m標(biāo)高之下，基本無錫礦化顯示。礦石礦物主要為它形-半自形粒狀錫石、黃銅礦、黃鐵礦，脈石礦物主要為石英、黑云母、綠泥石等(見圖4)。礦體的圍巖主要為粉砂質(zhì)板巖、凝灰質(zhì)粉砂巖等，碳酸鹽化、綠泥石化、硅化為主要圍巖蝕變。

圖4 安樂Sn多金屬礦床典型礦石鏡下照片

3 樣品與測試方法

在安樂Sn多金屬礦區(qū)(東經(jīng)117°36′15″,北緯43°52′00″)選取新鮮、礦化蝕變較弱的花崗斑巖樣品，進(jìn)行LA-ICP-MS 鋯石U-Pb法年齡測定以及全巖主微量元素分析。

3.1 LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析

鋯石制靶和LA-ICP-MS測試分析分別在北京鋯石領(lǐng)航有限責(zé)任公司和中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室進(jìn)行。測試分析及數(shù)據(jù)處理的主要流程及儀器主要技術(shù)參數(shù)為：①激光燒蝕-等離子體質(zhì)譜(LA-ICP-MS)的剝蝕系統(tǒng)為Coherent GeoLasPro 193， Thermo Fisher X Series 2型四極桿等離子體質(zhì)譜儀作為ICP-MS；②采用的激光束斑為32 μm，頻率6 Hz，選取NIST SRM610、91500和Pleovice為標(biāo)樣，使用NIST610對儀器進(jìn)行最佳化調(diào)試，并用91500作為定年外標(biāo)，用Pleovice作為監(jiān)控標(biāo)樣；③使用ICPMS DateCal軟件對樣品的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理[11]；④采用Isoplot 3.0進(jìn)行年齡計算及諧和圖的繪制。

3.2 全巖主量、微量元素分析

在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心實驗室進(jìn)行全巖主、微量元素的分析試驗， 以JY/T 0568-2020 《電感耦合等離子體質(zhì)譜分析方法通則》為測試依據(jù)，試驗溫度為20 ℃，相對濕度為30%，測試儀器為Finnigan MAT生產(chǎn)的HR-ICP-MS(Element I)。

4 測試結(jié)果

4.1 LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡

安樂Sn多金屬礦床花崗斑巖(樣品編號GTW0806，采樣位置的經(jīng)度117°36′15"、緯度43°52′00")LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果見表1。

表1 安樂Sn多金屬礦床花崗斑巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb測試結(jié)果

花崗斑巖樣品中鋯石直徑100～250 μm，呈長柱狀，晶形較好，陰極發(fā)光下的環(huán)帶結(jié)構(gòu)不清晰，部分為無核捕獲鋯石。具有高ω(U)、高ω(Th)/ω(U)值(0.38 ～0.48)，高于巖漿鋯石。16個測試分析點的數(shù)據(jù)中除6個誤差較大的以外，剩余10個測點的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(144±2.6) Ma(MSWD =3.2,n=10)，表明安樂巖體中花崗斑巖的形成時間為早白堊世(見圖5)。

圖5 安樂巖體花崗斑巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡諧和圖(a)和年齡直方圖(b)

4.2 全巖主量、微量元素

安樂Sn多金屬礦床花崗斑巖的主量和微量元素分析結(jié)果見表2。

表2 安樂花崗斑巖主量(%)和微量元素(10-6)分析結(jié)果

(續(xù)表)QTW0806-1aQTW0806-1bQTW0806-1cQTW0806-1dLa4.8113.5010.205.31Ce18.0031.8026.1019.80Pr2.305.934.544.45Nd10.4026.0019.5016.62Sm3.687.995.687.36Eu0.020.020.020.03Gd3.656.655.544.52Tb1.011.531.351.25Dy7.139.287.158.64Ho1.501.761.691.58Er4.484.934.624.66Tm0.860.930.870.78Yb5.606.175.775.62Lu0.750.810.740.77ΣREE64.19117.3093.7681.39LREE/HREE2.013.623.232.49(La/Yb)N0.061.571.270.68δEu0.020.010.010.01Rb/Sr6.958.665.537.24104Ga/Al4.614.573.364.29T(Zr)/℃815.52808.69810.09813.29

由表2可知，SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，為75.76%～76.67%，TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%～0.06%，MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.06%～0.07%, A12O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.57%～12.81%，全堿(K2O+Na2O) 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.51%～8.62%,ω(Na2O)/ω(K2O)值為0.81～0.88；ω(A)/ω(CNK)值為1.04～1.07，ω(A)/ω(NK)變化范圍為1.09～1.12。在TAS圖解中，投影點落入花崗巖區(qū)，在A/CNK-A/NK圖解中，樣品落入過鋁質(zhì)系列(見圖6)。

圖6 安樂花崗斑巖A/CNK-A/NK圖(a)和侵入巖TAS圖(b)(底圖據(jù)文獻(xiàn)[12])

微量稀土元素分析結(jié)果顯示，稀土元素總量(ΣREE)為64.19×10-6～117.30×10-6，輕稀土元素與重稀土元素的比值(LREE/HREE)為2.01～3.62，(La/Yb)N為0.06～1.57，δEu為0.01～0.02，稀土元素配分曲線(見圖7a)表明，巖石中明顯負(fù)δEu異常，具有四分組效應(yīng)特點。微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(見圖7b)顯示，樣品富集Rb、U、Th、Nd、Hf等元素，虧損Ba、K、Sr、P、Ti等元素。

圖7 安樂花崗斑巖稀土元素配分曲線(a)和微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)文獻(xiàn)[13])

5 討論

5.1 礦床年代學(xué)、成因及構(gòu)造背景

大興安嶺南段Sn多金屬礦床與成礦相關(guān)的巖體形成年齡集中在129～149 Ma，如維拉斯托礦床北大山巖體花崗巖鋯石U-Pb年齡為(140±2.0) Ma[14]；黃崗梁礦床花崗巖鋯石U-Pb年齡為(140.0±0.87) Ma[15]；白音諾爾礦床石英斑巖鋯石U-Pb年齡為(129.2±1.4) Ma[16]；邊家大院礦床黑云母花崗斑巖鋯石U-Pb年齡為(143.2±1.5) Ma[17]；白音查干礦床石英斑巖鋯石U-Pb年齡為(141.7±0.8) Ma[18]。該礦床成礦巖體為花崗斑巖，與成礦有關(guān)的花崗斑巖所代表的巖漿活動年齡可以間接反映該礦床的形成時代。本文通過試驗所獲得的安樂花崗斑巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(144±2.6) Ma，形成時代為早白堊世，證明該礦床屬于大興安嶺南段Sn多金屬成礦系列。

花崗巖的成因類型可根據(jù)地球化學(xué)和巖相學(xué)特征劃分為I型、S型和A型[19]。其中，I型和S型花崗巖的地球化學(xué)特征可用來判斷源區(qū)成分，而A型花崗巖則形成于高溫和拉張環(huán)境，是具有高Si、貧水、富堿特征的非造山型花崗巖[20]。由于在礦物組成和地球化學(xué)特征上相似，所以A型花崗巖與高分異I型、S型花崗巖不易區(qū)分[21]。較高的P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)(平均為0.14%)、較低的Na2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)(平均為2.81%)是高分異S型花崗巖的特征[22]。而安樂花崗斑巖的Na2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.87%～3.98%，P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為 0.01%。關(guān)于A型花崗巖與高分異I型花崗巖的區(qū)分至今仍是一個難題，王強(qiáng)等[23]在研究桐柏-大別造山帶燕山晚期A型花崗巖時，提出了A型花崗巖的FeOT質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，通常大于1.00%，而高分異 I 花崗巖通常小于1.00%。本次研究的安樂花崗斑巖樣品FeOT質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.20%～1.24%，均大于1.00%。根據(jù)KING等[24]提出的鋯石飽和溫度可以近似代表花崗巖漿液相線溫度，并利用WATSON等[25]的鋯石飽和溫度計算方法，計算得出安樂花崗斑巖的鋯石飽和溫度為808.69～815.52 ℃，表明安樂花崗斑巖具有高溫特征。A型花崗巖因具有低Al、高Ga和Zr的特點，故將ω(Ga)×104/ω(Al)>2.6、ω(Zr)>250×10-6作為A型花崗巖地區(qū)化學(xué)判別標(biāo)準(zhǔn)[20]。A型花崗巖在微量元素方面相對富集高場強(qiáng)元素，如Zr、Nb、Y、REE和Ga。在(Na2O+K2O)-104Ga/Al、(FeOT/MgO)-104Ga/Al、Nb-104Ga/Al、Zr-104Ga/Al判別圖解中，安樂花崗斑巖樣品均落在A型花崗巖范圍內(nèi)(見圖8a-圖8d)。

綜上所述，安樂花崗斑巖具有A型花崗巖特征。A 型花崗巖原先是指出現(xiàn)于非造山環(huán)境的、堿性和無水特征的花崗質(zhì)巖石[26]，后來研究發(fā)現(xiàn)A 型花崗巖也可以形成于造山后環(huán)境[19, 27]。區(qū)域上早白堊世早期表現(xiàn)為巖石圈伸展環(huán)境，而安樂花崗斑巖則正是形成于該時期[4, 28-32]，安樂花崗斑巖樣品落在(Y+Nb)-Rb和Yb-Ta構(gòu)造環(huán)境判別圖解中的板內(nèi)花崗巖區(qū)域(見圖8e—圖8f)，揭示了晚侏羅世-早白堊世期間研究區(qū)處于造山期后伸展的大地構(gòu)造背景中。

圖8 安樂花崗斑巖微量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[20, 33])

5.2 成礦意義

安樂錫銅礦床為大興安嶺南段典型Sn多金屬礦床之一，其成礦巖體花崗斑巖具有較高Sn質(zhì)量分?jǐn)?shù) (13.7×10-6～23.7×10-6)，高于平均上地殼(5.5×10-6)以及下地殼值(1.5×10-6)[34]，表明安樂花崗斑巖為含Sn花崗巖，為安樂Sn多金屬礦床提供了成礦物質(zhì)。巖漿結(jié)晶分異過程中，Sn具有中等不相容性質(zhì)[13]，尤其是在還原性巖漿中，Sn的晶體-熔體分配系數(shù)小于1，易富集于晚期熔體中。并且，隨著巖漿的分異演化，熔體中利于成礦的F、B、Cl和H2O等揮發(fā)分也迅速增加[35]。所以，在富揮發(fā)分的促進(jìn)作用和金屬元素自身不相容性質(zhì)的影響下，巖漿分異作用越強(qiáng)烈，巖漿中成礦元素越富集。并且隨著巖漿演化，巖漿體積越來越小，使成礦元素進(jìn)一步富集，最終在高分異巖漿低溫殘留體中富集成礦[36-37]。安樂花崗斑巖具有高Si、高Rb/Sr，稀土元素具有四分組效應(yīng)(TE1,3>1.1)，鋯石高U、Cl圖像呈黑色，以上均表明安樂含Sn花崗斑巖具有高分異特征。這與世界上大部分Sn成礦相關(guān)花崗巖顯示出的高分異特征相似，所以巖漿強(qiáng)烈的結(jié)晶分異作用是形成Sn礦化的重要條件[38-44]。

巖漿氧逸度(fO2)是Sn富集的另一個重要因素。在還原條件下，Sn主要以Sn2+的形式存在，并集中在殘余熔體中，而在氧化條件下，Sn主要以Sn4+的形式存在，并傾向于進(jìn)入早期結(jié)晶礦物(磁鐵礦、角閃石和黑云母)[45]。因此，在低氧逸度條件下形成的花崗巖更有利于Sn礦化。若全巖ω(Fe2O3)/ω(FeO)值為0.15～0.25，則說明花崗斑巖具有還原性特征。鋯石中的ω(Ce4+)/ω(Ce3+)值是氧逸度的重要指標(biāo)[46-49]。在氧化條件下，Ce可以Ce4+和Ce3+存在。一般來說，Ce4+比Ce3+在鋯石中更易溶解，因為Zr4+與Ce4+具有相同的電荷和相似的半徑。安樂花崗斑巖鋯石中ω(Ce4+)/ω(Ce3+)值較低，為1.0～29.3，與南嶺含Sn花崗巖相似，如騎田嶺巖體[ω(Ce4+)/ω(Ce3+)=2.1～66.2，平均值29.9；Eu/Eu*=0.02～0.11，平均值0.07]和姑婆山巖體[ω(Ce4+)/ω(Ce3+)= 12.9～49.1，平均值36.9；Eu/Eu*=0.04～0.29，平均值0.09][50]。這些特征表明安樂花崗斑巖的形成條件具有低氧逸度的特征，巖漿的低氧逸度促進(jìn)了Sn的富集，最終形成Sn礦床。

6 結(jié)論

a.安樂Sn多金屬礦床花崗斑巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(144±2.6) Ma (MSWD=3.2)，與大興安嶺南段主要Sn多金屬礦床與成礦有關(guān)的巖體成巖年齡范圍基本一致，表明大興安嶺南段與Sn成礦作用有關(guān)的花崗質(zhì)巖石主要形成于早白堊世。

b.安樂Sn多金屬礦床花崗斑巖具有高Si、Fe和低P、Mg、Ti含量的特征，A/CNK顯示為過鋁質(zhì)；稀土元素總量較低，具有稀土元素四分組效應(yīng)和明顯負(fù)δEu異常的特點；全巖富集Rb、U、Th、Nd、Hf等元素，虧損Ba、K、Sr、P、Ti等元素，表明安樂花崗斑巖具有高分異A型花崗巖的特點。

c.安樂花崗斑巖具有較高的錫含量，低鋯石ω(Ce4+)/ω(Ce3+)值(1.0～29.3)，以上特征均表明安樂花崗斑巖具有高演化和低氧逸度特征。