內蒙古扎拉格阿木銅多金屬礦床硫化物Re-Os年齡及其地質意義

劉懷金，張旭柱，邱廣義，許 輝，李 源，魏 亮，李志國，吉虎利

(內蒙古有色地質礦業(yè)(集團)有限責任公司, 呼和浩特 010010)

扎拉格阿木銅多金屬礦床是內蒙古自治區(qū)有色地質勘查局在大興安嶺中南段西坡新發(fā)現(xiàn)的一處礦產(chǎn)地, 該礦床位于錫林浩特市正南約20 km處, 礦區(qū)中心坐標: E116°02′00″, N43°40′00″。經(jīng)局部勘探(網(wǎng)度50 m×50 m), 采用地質塊段法算得銅金屬量31.20萬t, Cu平均品位0.66%; 伴生銀金屬量1 045.47 t, Ag平均品位22.19 g/t。

該礦床自發(fā)現(xiàn)以來,前人僅對礦床地質特征、礦床地球物理和地球化學特征開展了一定程度的研究,取得了階段性成果[1-2]。精確的成礦年齡數(shù)據(jù)是分析礦床成因總結成礦規(guī)律和成礦作用的關鍵因素。本文在前人研究工作的基礎上, 對扎拉格阿木銅多金屬礦床開展了成礦年代學研究,并與大興安嶺中南段同時代的多金屬礦床進行對比, 對該礦床的形成時間及其地質意義進行了探討, 以期為指導該區(qū)找礦勘查工作提供基礎理論支撐。

1 區(qū)域地質背景

扎拉格阿木銅多金屬礦床位于二連-賀根山斷裂、 西拉木倫河斷裂以及大興安嶺主脊斷裂三者之間的夾持區(qū)域, 大地構造位置歸屬于大興安嶺南段晚古生代增生造山帶(圖1a)。該區(qū)受到來自古亞洲洋構造體系和濱西太平洋構造體系的雙重影響, 構造-巖漿活動強烈[3-5]。西拉木倫河斷裂以南為華北地臺北緣早古生代增生造山帶, 二連-賀根山斷裂以北為大興安嶺北段晚古生代增生造山帶, 兩條深大斷裂之間為大興安嶺南段晚古生代增生造山帶, 它們是區(qū)內兩條重要的控巖控礦構造, 控制了斷裂兩側花崗巖體的侵位及金屬礦床的分布[6]。區(qū)域出露地層主要為元古代變質巖、 古生代火山巖和淺變質巖, 以及中生代火山巖和沉積巖, 海西期、 印支期及燕山期花崗巖均有發(fā)育。同時, 該區(qū)隸屬于大興安嶺中南段成礦帶, 礦產(chǎn)資源非常豐富, 素有“草原上的小南嶺”之稱。

圖1 大興安嶺地區(qū)大地構造簡圖(a, 據(jù)文獻[3]修改)、 扎拉格阿木銅多金屬礦床地質簡圖(b, 據(jù)文獻[1]修改)和15號勘探線剖面圖(c, 據(jù)文獻[1]修改)Fig.1 Geotectonic map of Da Hinggan Mountains(a), geologic map of deposit(b) and profile map of prospecting line No.15(c)from Zhalageamu Cu polymetallic depositQ—第四系。 哲斯組: mss—雜砂巖; cg—礫巖和含礫砂巖; sl—生物碎屑灰?guī)r; slt—碳質板巖; ssl—砂質板巖; sl+ss—砂板巖互層; γδ—二疊紀花崗閃長巖; δμ—閃長玢巖脈; γπ—花崗斑巖脈; ξπ—正長斑巖脈。 1—巖脈; 2—礦體及編號; 3—礦化體; 4—斷層及編號; 5—地層產(chǎn)狀; 6—地質界線; 7—勘探線及編號; 8—鉆孔及編號

2 礦區(qū)地質特征

2.1 礦床地質

礦區(qū)出露的地層主要為中二疊統(tǒng)哲斯組和第四系。哲斯組為一套砂板巖, 主要包括千枚狀含碳質板巖夾砂巖、 砂質板巖、碳質板巖、雜砂巖、礫巖、含礫砂巖及生物碎屑灰?guī)r, 銅多金屬礦體主要賦存于該套地層中。第四系主要由風成砂、 沖洪積物等組成, 分布于地勢低洼處。礦區(qū)褶皺構造不發(fā)育, 斷裂構造以北東向為主, 其中F4斷裂為主要的控礦構造(圖1b),產(chǎn)狀160°∠70°。礦區(qū)發(fā)育的侵入巖主要為二疊紀花崗閃長巖,脈巖主要有閃長玢巖、 花崗斑巖及正長斑巖, 其中花崗斑巖僅見于鉆孔巖心。

2.2 礦體地質

礦區(qū)已控制礦化帶東西長大于1 200 m(56～31線), 南北寬80～200 m, 走向北東, 傾向南東, 傾角60°～80°(圖1c)。礦體主要賦存于二疊紀花崗閃長巖與哲斯組的外接觸帶, 圍巖受巖體侵位影響發(fā)生熱變質作用, 普遍具角巖化。

礦區(qū)共圈出工業(yè)礦體16條,礦體僅在局部地段零星出露,為典型的半隱伏-隱伏礦床。其中⑤號礦體最具代表性,礦體長1 140 m, 延深大于655 m,礦體最小厚度1.53 m,最大厚度66.6 m, 平均厚度17.6 m。單樣品銅最高品位13.4%, 一般品位0.40%～1.39%, 伴生銀品位3.29～165 g/t。礦石結構主要有自形-半自形粒狀結構、 交代結構、 包含結構、 固溶體分離結構及壓碎結構等。礦石構造主要有脈狀-細脈狀構造、 網(wǎng)脈狀構造、 角礫狀構造、 塊狀構造、 稀疏浸染狀構造、 細脈浸染狀構造及斑雜狀構造。礦石礦物主要為黃鐵礦、黃銅礦、毒砂、 閃鋅礦、方鉛礦、銀黝銅礦,及少量的輝鉬礦等(圖2)。

圖2 典型礦石照片F(xiàn)ig.2 Photos of typical oresa—致密塊狀黃銅礦和銅藍; b—毒砂、 輝鉬礦和磁黃鐵礦; c—黃銅礦和黃鐵礦脈; d—反射光顯微鏡下黃銅礦(Ccp)、 毒砂(Apy)和黃鐵礦(Py)

2.3 成礦期次與成礦階段劃分

根據(jù)地質體相互穿插關系和礦物共生組合特征(圖3), 可將扎拉格阿木銅多金屬礦床分為2期, 即熱液期和表生期, 熱液期可進一步劃分為以下4個成礦階段(圖4):

圖3 礦石脈體相互穿插關系Fig.3 Intervening relationship between ore and veinsa—含黃鐵礦石英脈切穿早期石英脈; b—方解石脈切穿含毒砂、 黃銅礦石英脈; c—含毒砂石英脈切穿早期石英脈, 方解石脈切穿毒砂石英脈及早期石英脈; d—方解石脈切穿含黃銅礦石英脈。Qz—石英; Cal—方解石。圖中標尺黑白間隔均為1 cm

圖4 扎拉格阿木銅多金屬礦床主要礦物組合生成順序Fig.4 Paragenetic sequence of mineral assemblages in Zhalageamu Cu polymetallic deposit

(1)絹英巖化階段：以發(fā)育大量絹云母和石英為特征，基本無硫化物礦化；

(2)石英黃鐵礦階段：發(fā)育了大量石英黃鐵礦脈，且黃鐵礦脈切穿相對粗大的石英脈(圖3a)；

(3)石英多金屬硫化物階段: 發(fā)育了大量黃銅礦、 毒砂、 閃鋅礦、 方鉛礦等多種硫化物, 為該礦床的主要成礦階段;

(4)碳酸鹽階段: 以發(fā)育大量脈狀和團塊狀方解石為特征,局部伴生有螢石細脈,方解石脈形成較晚,切穿含毒砂、 黃銅礦石英脈和早期石英脈(圖3b～d)。

3 樣品采集與分析

用于Re-Os同位素測年的輝鉬礦和毒砂樣品均采自鉆孔巖心, 分別從鉆孔ZK1902、 SK2和ZK1106中各采集毒砂樣品1件, 鉆孔ZK1507中采集輝鉬礦樣品1件。樣品特征見表1。

表1 Re-Os同位素分析樣品采樣位置及特征Table 1 Sampling locations and characteristics of samples for Re-Os isotope analysis

將野外采集的礦石樣品在雙目鏡下手工挑選出輝鉬礦和毒砂單礦物, 輝鉬礦質純、 無氧化、 無污染; 毒砂呈自形-半自形粒狀, 與黃銅礦共生, 毒砂與黃銅礦為主成礦階段的產(chǎn)物。樣品純度達99%以上。將各樣品粉碎至200目(74 μm), 然后通過細頸漏斗將準確稱量好的粉末樣品加入到Carius管中, 依次進行溶樣、 蒸餾, 分離Re和Os, 最后用質譜儀測定其含量[7]。Re-Os同位素測試在中國地質調查局國家地質實驗測試中心完成, 所采用的儀器為電感耦合等離子質譜儀(ICP-MS, 型號TJAX-Scrics), 測試原理及分析方法見參考文獻[8-9]。

4 分析結果

Re-Os同位素測年是一種研究內生金屬礦床成礦年齡十分有效的手段[10]。由1件輝鉬礦和3件毒砂樣品的Re-Os同位素測試結果(表2)限定的扎拉格阿木銅多金屬礦成礦年齡為(141.81±0.84)～(138.10±0.90) Ma。187Re衰變常數(shù)(λ值)為1.666×10-11a-1[11], 利用Isoplot軟件[12]將3件毒砂數(shù)據(jù)擬合成一條直線(圖5a), 求得等時線年齡為137.7±1.7 Ma; 1件輝鉬礦和3件毒砂的加權平均年齡為140.2±3.3 Ma(圖5b), 等時線年齡與加權平均年齡在誤差范圍內一致, 輝鉬礦年齡與毒砂年齡基本一致, 顯示了數(shù)據(jù)的可靠性。輝鉬砂中普通Os含量為0.275×10-9, 而毒砂中普通Os含量為(0.003～0.035)×10-9, 接近于0, 可以認為樣品中Os幾乎全部為放射性成因, 即硫化物中的187Os由187Re衰變形成, 說明單個樣品年齡可準確反映礦物結晶時間[13]。

表2 輝鉬礦和毒砂Re-Os同位素測年數(shù)據(jù)Table 2 Re-Os isotopic data of molybdenite and arsenopyrite

圖5 毒砂Re-Os等時線年齡(a)與毒砂-輝鉬礦加權平均年齡(b)Fig.5 Re-Os isochron age of arsenopyrite(a) and weighted average age of molybdenite and arsenopyrite(b)

5 討 論

5.1 成礦時代

目前, 輝鉬礦Re-Os同位素體系被認為是最合適的成礦年齡確定方法之一[14]。輝鉬礦富集Re(10-6級), 而普通Os含量極低(接近于0), 即輝鉬礦中Os完全是放射成因的187Os, 且該認識得到了廣泛應用和實踐[15]。因此, Re-Os同位素體系測定輝鉬礦形成年齡能為相關礦床的形成時間和區(qū)域構造演化等提供高精度的年代學制約。

扎拉格阿木銅多金屬礦床中3件毒砂單礦物樣品中Re含量為(0.79～ 21.96)×10-9, 平均9.7×10-9。3件毒砂樣品計算出的等時線年齡為137.7±1.7 Ma; 1件輝鉬礦的模式年齡為141.81±0.84 Ma, 其與3件毒砂樣品的加權平均年齡為140.2±3.3 Ma, 在誤差范圍內一致, 表明輝鉬礦和毒砂的Re-Os加權平均年齡可以代表輝鉬礦的形成年齡, 即扎拉格阿木銅多金屬礦床形成于早白堊世。這與同處大興安嶺中南段的大井銅錫多金屬礦(與成礦有關的巖漿巖鋯石年齡為146～133 Ma)[16]、 維拉斯托銅鋅多金屬礦(133.4±1.0 Ma)[17]、 拜仁達壩鉛鋅多金屬礦(135.0±3 Ma)[18]、 邊家大院銀多金屬礦(140±1.2 Ma)[19]、 半砬山鉬礦(含礦花崗閃長斑巖猗石U-Pb年齡為133.5±1.7 Ma)[20]、 敖侖花鉬礦(131.2±1.9 Ma)[21]等礦床的成礦時代基本一致。

5.2 地質意義

大興安嶺中南段是我國重要的有色金屬礦產(chǎn)基地, 以發(fā)育大量的鉛鋅銀礦床和錫多金屬礦床為特征, 而關于該區(qū)銅多金屬礦找礦成果的報道相對較少, 且已發(fā)現(xiàn)的銅礦床主要集中分布在大興安嶺中南段東坡, 如登吉屯銅礦(172.6 Ma)[22]、 布敦化銅礦(151.95 Ma)[23]、 蓮花山銅礦(139.1 Ma)[24]、 鬧牛山銅礦(134.3 Ma)[25], 成礦時代為中侏羅世—早白堊世。類比區(qū)域已知銅多金屬礦床成礦時代可知, 扎拉格阿木銅多金屬礦成礦年齡(140 Ma)與該區(qū)已發(fā)現(xiàn)的銅礦床成礦年齡基本一致。

前人根據(jù)大興安嶺中南段已知礦床(點)產(chǎn)出的構造環(huán)境、 分布特征、 礦化類型、 元素組合特征, 將該區(qū)劃分出3條各具特色、 北東向延伸、 相互平行的成礦亞帶[26-27], 即以銅為主的東坡多金屬成礦帶、 錫富鉛鋅鐵銅主峰成礦帶、 富鉛鋅富銀西坡成礦帶[28], 大興安嶺中南段西坡因發(fā)育花敖包特、 拜仁達壩、 維拉斯托等鉛鋅銀錫多金屬礦床而著稱, 受到廣大科研工作者的關注[29-32]。而扎拉格阿木礦床的發(fā)現(xiàn)填補了大興安嶺中南段西坡中-大型銅礦床分布的空白。

綜上所述, 扎拉格阿木礦床為大興安嶺中南段大規(guī)模成礦作用時期(140 Ma左右)[33-35]構造巖漿成礦作用耦合的產(chǎn)物。本文的Re-Os年齡數(shù)據(jù)填補了扎拉格阿木礦床成礦年齡的空白, 同時說明從東坡(蓮花山和鬧牛山)到西坡(扎拉格阿木), 早白堊世該區(qū)可能處于同一構造背景, 并不存在礦床分布的差異。從成礦的時空分布特征可知, 大興安嶺中南段中侏羅世—早白堊世成礦存在較大規(guī)模的銅成礦作用, 尤其是大興安嶺中南段西坡應得到重視。因此, 加強該區(qū)中侏羅世—早白堊世成礦地質背景研究, 結合物化探異常進行找礦靶區(qū)優(yōu)選, 同時, 加大勘查和綜合研究力度, 在銅礦找尋方面有望實現(xiàn)更大突破。

6 結 論

(1)扎拉格阿木銅多金屬礦床1件輝鉬礦樣品的Re-Os同位素模式年齡為141.81±0.84 Ma, 3件毒砂Re-Os同位素模式年齡分別為138.1±0.9 Ma、 140.8±7.7 Ma和141.2±2.1 Ma, 等時線年齡為137.7±1.7 Ma; 4件樣品的加權平均年齡為140.2±3.3 Ma, 表明礦床形成于早白堊世。

(2)類比區(qū)域上已知銅多金屬礦床空間分布和成礦年齡可知, 扎拉格阿木銅多金屬礦床是大興安嶺中南段西坡的重要礦床, 與其他金屬礦床應該是同一期次成礦作用的產(chǎn)物。

(3)就勘探程度而言, 該礦床的礦體延深和延長均未得到工程的有效控制, 其深部和外圍仍具有較大找礦潛力。