黑龍江多寶山銅(鉬)礦床疊加成礦:輝鉬礦Re-Os年齡和硫化物原位硫同位素證據(jù)

索青宇 李昌昊 申萍 趙俊康 楚翔凱

1. 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所,中國(guó)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100029 2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院,北京 100049 3. 中國(guó)科學(xué)院地球科學(xué)研究院,北京 100029 4. 紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司礦產(chǎn)地質(zhì)勘查院,廈門 361000

斑巖礦床的形成與侵位至地殼淺部(多數(shù)<5km)的中酸性巖株密切相關(guān)(Chiaradia, 2020),由于其侵位深度淺,在古老造山帶內(nèi)的斑巖礦床更易受到后期構(gòu)造、巖漿和變質(zhì)作用,形成具有特色的疊加改造型斑巖礦床。全球范圍已報(bào)道了多個(gè)斑巖疊加成礦的實(shí)例,包括位于蒙古Oyu Tolgoi斑巖型(Cu-Au)礦床(Khashgereletal.,2008)、巴西Chapada斑巖型(Cu-Au)礦床(de Oliveiraetal.,2016)、印度Malanjkhand斑巖型(Cu-Mo-Au)礦床(Steinetal.,2004)和捷克Petrac?kova hora斑巖(Au)礦床(Zachariá?etal.,2001)。在中國(guó)也發(fā)現(xiàn)了多個(gè)大型改造疊加型斑巖礦床,包括多寶山Cu(Mo)礦(杜琦等,1988)、土屋-延?xùn)|Cu礦(Wangetal.,2018)、白乃廟Cu-Au礦(Zhouetal.,2017)、玉勒肯-哈拉蘇Cu礦(薛春紀(jì)等,2010;相鵬等,2012)和銅礦峪Cu-Mo礦(Mengetal.,2020)。針對(duì)使斑巖礦床發(fā)生疊加改造的地質(zhì)作用和后期地質(zhì)活動(dòng)有無(wú)加入新的成礦物質(zhì),以及斑巖礦化后的疊加改造作用是否提高礦床的儲(chǔ)量和品位等這些科學(xué)問(wèn)題仍需深入探討。

多寶山銅(鉬)礦是大興安嶺中北部多寶山-阿爾山成礦帶內(nèi)最大的斑巖型礦床(魏浩等,2011)。多寶山礦床的形成經(jīng)歷了多期次構(gòu)造-巖漿-熱液作用,是具有代表性的疊加改造型斑巖礦床(王喜臣等,2007;趙超,2019)。前人對(duì)多寶山Cu(Mo)礦床進(jìn)行了大量的礦床地質(zhì)、地質(zhì)年代學(xué)、元素和同位素地球化學(xué)以及礦床成因、地球動(dòng)力學(xué)等諸多研究工作(Liuetal.,2012;Wuetal.,2015;Zhaoetal.,2018,2019a,b;Caietal.,2021)。在成巖年代學(xué)研究中,通過(guò)使用高精度的鋯石LA-ICP-MS/SHRIMP U-Pb定年技術(shù),研究者精確地揭示了礦區(qū)不同階段的地質(zhì)歷史。具體而言,礦區(qū)經(jīng)歷了兩次安山巖的噴發(fā)事件,其年齡分別為485.5±4.1Ma和450～447Ma (Wuetal., 2015;Zhao, 2019)。多項(xiàng)研究共同指出,花崗閃長(zhǎng)巖的侵入時(shí)代位于485～474Ma期間(Geetal., 2007;崔根等, 2008;佘宏全等, 2012;Zengetal., 2014)。特別地,Zengetal. (2014)和佘宏全等(2012)確認(rèn)花崗閃長(zhǎng)斑巖的侵入時(shí)代為479～475Ma。此外,中生代的閃長(zhǎng)巖侵入時(shí)代約為237～224Ma (Zengetal., 2014;Haoetal., 2017),而早白堊世花崗閃長(zhǎng)巖的形成年代為128±1Ma (Caietal.,2021)。Liuetal. (2012)和Zengetal. (2014)利用輝鉬礦、黃銅礦和黃鐵礦Re-Os同位素約束了斑巖成礦年代,年齡介于480～475Ma,這與花崗閃長(zhǎng)斑巖的形成時(shí)間相近或稍晚。盡管上述研究提供了寶貴的地質(zhì)年代學(xué)信息,但對(duì)多寶山銅鉬礦床的某些關(guān)鍵階段,尤其是疊加成礦的具體時(shí)代和背景,仍然存在疑問(wèn)。本文對(duì)采自多寶山采坑內(nèi)340平臺(tái),順片理發(fā)育的石英-硫化物脈中的輝鉬礦開(kāi)展Re-Os同位素定年,揭示疊加成礦發(fā)生時(shí)代和地質(zhì)背景。并通過(guò)硫化物原位S同位素探討疊加期成礦物質(zhì)來(lái)源。

1 地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)概況

多寶山-爭(zhēng)光礦集區(qū),位于黑龍江省嫩江市罕達(dá)汽鎮(zhèn)西北17km處,是我國(guó)東北地區(qū)最大最古老的斑巖-淺成低溫?zé)嵋撼傻V系統(tǒng)(圖1)。礦集區(qū)所處的興安地塊由古生代花崗巖和奧陶系和志留系及少量的泥盆系、石炭系和白堊系地層組成。其中奧陶系地層多寶山組和銅山組為區(qū)內(nèi)銅-鉬-金礦化的主要賦礦圍巖(杜琦,2008)。多寶山組為一套海相中酸性火山巖和碎屑巖建造。銅山組主要由海相沉積碎屑夾中酸性凝灰?guī)r等組成,含腕足類和三葉蟲(chóng)等化石(Geetal.,2007;楊曉平等,2022)。礦集區(qū)內(nèi)發(fā)育多期次巖漿作用,時(shí)間跨度從早古生代一直到晚中生代。早古生代巖漿巖主要出露于礦區(qū)中部,以花崗閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)斑巖為主,含少量(玄武質(zhì))安山巖以及閃長(zhǎng)質(zhì)脈巖。中生代巖漿巖主要包括出露在多寶山中部和礦集區(qū)東部的一套中-晚三疊世英云閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖組合,以及出露于報(bào)捷地區(qū)的侏羅紀(jì)-白堊紀(jì)黑云母花崗閃長(zhǎng)巖(杜琦等,1988;Geetal.,2007;Wuetal.,2015;Zhaoetal.,2019a, b)。早奧陶世巖漿活動(dòng)與成礦關(guān)系密切,礦體主要賦存于該期侵入體中,而三疊紀(jì)和白堊紀(jì)巖漿巖中未見(jiàn)明顯礦化,推測(cè)該期次的巖漿活動(dòng)與成礦沒(méi)有直接聯(lián)系(蔡文艷,2020)。礦集區(qū)不僅巖漿活動(dòng)頻繁,構(gòu)造作用也非常發(fā)育,王喜臣等(2007)認(rèn)為奧陶紀(jì)構(gòu)造-巖漿活動(dòng)形成了控制礦區(qū)的基本構(gòu)造格架,整體的構(gòu)造線走向?yàn)楸蔽?南東向。但后期又遭受了多期次多方向的構(gòu)造運(yùn)動(dòng),使得礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造變形強(qiáng)烈,形成褶皺、斷裂和韌性剪切片理化帶等復(fù)雜的構(gòu)造格局(柏鋮璘等,2023)。

1.2 礦床地質(zhì)特征

多寶山斑巖銅(鉬)礦床位于多寶山-爭(zhēng)光礦集區(qū)中部(圖1b)。北西向三礦溝-裸河斷裂和向南西凸出的報(bào)捷-銅山弧形韌性剪切帶均穿過(guò)多寶山礦床(杜琦等,1988)。礦體受北西向弧形斷裂和構(gòu)造的控制,多呈透鏡狀和條帶狀圍繞斑巖體分布(郝宇杰,2015)。礦體主要賦存于周圍花崗閃長(zhǎng)巖和早古生代的火山巖中,僅少數(shù)礦體分布在斑巖體內(nèi)(圖1c;杜琦等,1988)。早古生代的火山巖包括成礦前的高鎂的玄武巖-安山巖組合(506～485Ma)和晚奧陶世的安山巖(450～447Ma),在多寶山采坑內(nèi)多有出露,主要發(fā)育在多寶山采坑的中部和北部(Wuetal.,2015;Zhaoetal.,2019a)。花崗閃長(zhǎng)巖在礦區(qū)中部呈不規(guī)則巖株?duì)町a(chǎn)出,大致呈西北走向,其侵入時(shí)代介于485～474Ma (Geetal., 2007;崔根等, 2008;佘宏全等, 2012;Zengetal., 2014)?；◢忛W長(zhǎng)斑巖在多寶山礦區(qū)有多個(gè)露頭, 大體沿北西向構(gòu)造帶侵入到成礦前火山巖和花崗閃長(zhǎng)巖中,其形成時(shí)代為479～475Ma(佘宏全等,2012;Zengetal.,2014)。除了與成礦關(guān)系密切的早奧陶世巖漿活動(dòng),礦區(qū)還發(fā)育晚三疊世和早白堊世(128Ma)巖漿活動(dòng)。前者主要產(chǎn)于礦區(qū)中部,為一套偉晶狀閃長(zhǎng)巖和英云閃長(zhǎng)巖組合,該期巖體呈北西向侵入先前的花崗閃長(zhǎng)巖中,形成時(shí)代約為223Ma;后者為礦區(qū)目前發(fā)現(xiàn)的最晚的巖漿單元,也呈巖脈狀侵入到早期巖漿巖中(趙超,2019;蔡文艷,2020)。

多寶山礦床顯示典型斑巖銅礦蝕變分帶,即從內(nèi)向外依次為強(qiáng)硅化帶、鉀化帶、絹云母化帶和青盤巖化帶,銅礦體主要分布在絹云母化帶,也有少量出現(xiàn)在青磐巖化帶和鉀化帶內(nèi)(圖1c;杜琦等,1988)。礦化類型以(網(wǎng))脈狀和浸染狀為主(圖2a,b),金屬硫化物以黃銅礦、黃鐵礦、斑銅礦和輝鉬礦為主,次為輝銅礦和黝銅礦等。

圖2 多寶山礦床典型礦石照片(a)典型斑巖期礦化石英-黃銅礦網(wǎng)脈;(b)典型斑巖期花崗閃長(zhǎng)巖中稀疏浸染狀黃銅礦;(c、d)典型疊加期礦化黃銅礦(粗)脈;(e、f)疊加期礦化斑銅礦-輝銅礦脈(e)及黃鐵礦脈(f). Bn-斑銅礦; Ccp-黃銅礦; Cct-輝銅礦; Pl-斜長(zhǎng)石; Py-黃鐵礦; Qz-石英; Ser-絹云母Fig.2 Photographs of typical ores from the Duobaoshan deposit Typical porphyry mineralization: (a) stockworks; (b) dissemination. Typical superimposed mineralization: (c, d) chalcopyrite (thick) vein; (e) bornite-chalcocite vein; (f) pyrite thick vein. Bn-bornite; Ccp-chalcopyrite; Cct-chalcocite; Pl-plagioclase; Py-pyrite; Qz-quartz; Ser-sericite

1.3 礦區(qū)疊加改造特征

多寶山礦區(qū)處于多種構(gòu)造體系的復(fù)合部位,其總體為北西向構(gòu)造帶,主要由北西向背斜褶皺,北西走向的弧形剪切構(gòu)造,北東向、南北向和東西向壓扭性斷裂組成 (圖1b;王喜臣等,2007)。趙超(2019)對(duì)前人研究的多寶山礦區(qū)構(gòu)造演化進(jìn)行了總結(jié):控制礦區(qū)的北西向壓扭性構(gòu)造帶可能在成礦前已經(jīng)存在,該期構(gòu)造形成一些透鏡狀的片理化帶;在斑巖礦體形成后,后期巖漿-構(gòu)造活動(dòng)導(dǎo)致北西向的構(gòu)造重新活動(dòng),使得礦床又至少經(jīng)歷一次強(qiáng)烈的改造變形,于是在采坑內(nèi)常見(jiàn)成礦花崗閃長(zhǎng)斑巖、圍巖花崗閃長(zhǎng)巖和部分的礦脈變形嚴(yán)重;后期改造變形作用疊加在先前存在的斑巖礦體上,在礦區(qū)范圍內(nèi)出現(xiàn)一些礦化(甚至品位較高)的糜棱巖化帶和片理化帶;這些糜棱巖化帶和片理化帶的形成,為硫化物沉淀提供了有利的地質(zhì)環(huán)境,其中沿片理發(fā)育多種類型硫化物礦脈,如黃銅礦,斑銅礦±輝銅礦和黃鐵礦等(圖2c-f)。

在多寶山采坑北部的340平臺(tái)上,部分巖石片理化現(xiàn)象尤為明顯,形成了一條走向135°的片理化帶(圖3a)。在此,硫化物大多數(shù)沿片理方向分布(圖3b, c),但也有部分硫化物切穿片理走向(圖3d)。這種現(xiàn)象暗示,硫化物的沉淀可能與片理的形成是同期的,或者稍后發(fā)生。對(duì)340平臺(tái)采集的樣品,經(jīng)過(guò)精細(xì)的顯微觀察,發(fā)現(xiàn)大多數(shù)樣品表現(xiàn)出顯著的韌性變形(圖4)。在強(qiáng)片理化花崗閃長(zhǎng)巖中,未觀察到角閃石和黑云母,斜長(zhǎng)石保存下來(lái)的也寥寥無(wú)幾。僅剩石英沿絹云母條帶定向分布,其中石英在剪切應(yīng)力的作用下顆粒拉長(zhǎng)、破碎嚴(yán)重,部分石英發(fā)生動(dòng)態(tài)重結(jié)晶,產(chǎn)出了大量的亞顆粒石英,并在絹云母條帶和石英顆粒的低壓應(yīng)力區(qū)內(nèi)沉淀了眾多新生成的金屬硫化物(圖4a-c)。不止石英表現(xiàn)出顯著的構(gòu)造變形,金屬礦物如黃鐵礦也展現(xiàn)了定向碎裂或韌脆性變形。具有較好自形程度的黃鐵礦,在內(nèi)部破裂增多時(shí),常常被黃銅礦所充填(圖4d)。

圖3 多寶山采坑340平臺(tái)野外照片(a)出露巖體發(fā)生強(qiáng)烈片理化變形;(b)沿片理產(chǎn)出的黃銅礦脈;(c)順片理產(chǎn)出的斑銅礦和輝銅礦脈;(d)切穿片理產(chǎn)出的斑銅礦-輝銅礦脈Fig.3 Field photos from the 340 platform of the Duobaoshan pit(a) exposed rock body undergoing intense foliation deformation; (b) chalcopyrite veins distributed along the foliation; (c) bornite and chalcocite veins oriented parallel to the foliation; (d) bornite-chalcocite veins that cut across the foliation

圖4 多寶山采坑340平臺(tái)韌性變形和相關(guān)礦化典型樣品鏡下照片(a)扁平的石英顆粒與絹云母定向排列,浸染狀黃銅礦沿絹云母條帶和石英的裂縫分布;(b)黃銅沿著絹云母糜棱面理分布;(c) 斑銅礦和輝銅礦穿切定向拉長(zhǎng)的石英; (d)黃銅礦充填在碎裂的黃鐵礦顆粒間. Cb-碳酸鹽礦物Fig.4 Microscopic photos of typical samples showing ductile deformation and associated mineralization from the 340 platform of the Duobaoshan pit(a) flattened quartz grains (Qz) are parallel to the foliation that is defined by oriented sericite, and disseminated chalcopyrite distributed along the sericite lineation and the fractures of the quartz; (b) chalcopyrite is distributed along the sericite mylonitic foliation; (c) bornite and chalcocite cutting through directionally elongated quartz; (d) chalcopyrite filling between fractured pyrite grains. Cb-carbonate mineral

采坑340平臺(tái)出露的巖體有早奧陶世花崗閃長(zhǎng)(斑)巖、晚奧陶世安山巖以及三疊紀(jì)偉晶狀閃長(zhǎng)巖,這些巖體經(jīng)歷了強(qiáng)烈的熱液蝕變,主要表現(xiàn)為絹云母化和綠簾石化(圖5)。早奧陶世花崗閃長(zhǎng)(斑)巖和晚奧陶世安山巖均展現(xiàn)出不同程度的片理化和糜棱巖化特征。其中,暗色礦物大部分已蝕變?yōu)榫G泥石和綠簾石等,殘留的斑晶礦物主要為斜長(zhǎng)石和石英(圖5b,d)。但是,三疊紀(jì)偉晶狀閃長(zhǎng)巖則并未發(fā)生變形(圖5e,f),基于這些觀察,我們可以確定構(gòu)造變形活動(dòng)的時(shí)間范圍是晚于約480Ma且早于223Ma,這為進(jìn)一步確定疊加改造礦化的時(shí)代提供了重要線索(李德榮,2011;趙超,2019)。

2 樣品及測(cè)試

2.1 輝鉬礦Re-Os同位素測(cè)試

本文測(cè)試的10件輝鉬礦樣品(圖6),均采自多寶山礦床采坑340平臺(tái)(50.25°N、125.79°E;圖1c)。樣品由廊坊宇能公司無(wú)污染粉碎、分選和挑純,并最終提供純度大于98%的輝鉬礦備測(cè)樣品。輝鉬礦樣品分解、Re和Os同位素純化分離前處理在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所成礦元素與同位素分析實(shí)驗(yàn)室完成。Re和Os同位素測(cè)試儀器為美國(guó)TJA公司生產(chǎn)的電感耦合等離子體質(zhì)譜儀。詳細(xì)操作參見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn)(Duetal.,2004)。Re-Os模式年齡計(jì)算所用公式為t=1/λ[ln(1+187Os/187Re)],Re衰變常數(shù)入值為1.666×10-11/yr (Smoliaretal.,1996)。等時(shí)線年齡用程序IsoplotR計(jì)算。

圖6 多寶山礦床340平臺(tái)輝鉬礦測(cè)年樣品圖(a)片理化巖石中石英-輝鉬礦-黃銅礦-黃鐵礦脈;(b)片理化巖石中輝鉬礦集合體與塊狀石英共生Fig.6 Photographs of hand specimens of molybdenite from platform No.340 in the Duobaoshan deposit(a) quartz-molybdenite-chalcopyrite-pyrite veins in schist rocks;(b) molybdenite assemblage coexist with massive quartz

2.2 硫同位素

黃銅礦原位硫同位素實(shí)驗(yàn)在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司完成,實(shí)驗(yàn)室所用設(shè)備為德國(guó)Thermo Fisher Scientific公司生產(chǎn)的Nep-tune Plus多接收等離子體質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)和德國(guó)Coherent公司生產(chǎn)的GeoLas HD 193nm ArF準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)。剝蝕束斑尺寸為 44μm,激光頻率為2Hz。在剝蝕過(guò)程中,氦氣作為載氣將剝蝕物質(zhì)運(yùn)至MC-ICP-MS,以提高同位素分析的靈敏度和穩(wěn)定性。測(cè)試過(guò)程中采取標(biāo)準(zhǔn)樣品和測(cè)試樣品交叉測(cè)試的方法校正數(shù)據(jù),并利用前后兩個(gè)標(biāo)樣34S/32S的均值代表標(biāo)樣的硫同位素比值。測(cè)試過(guò)程中選擇黃銅礦SP-CP-01作為標(biāo)準(zhǔn)樣品,其國(guó)際硫同位素標(biāo)準(zhǔn)(Vienna Canyon Diablo Troilit,簡(jiǎn)稱VCDT) 為5.5±0.14‰。詳細(xì)原位硫同位素分析過(guò)程參見(jiàn)Fuetal. (2016)。

3 測(cè)試結(jié)果

3.1 Re-Os同位素

10件輝鉬礦Re/Os同位素測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。所測(cè)試的輝鉬礦樣品Re含量介于(473.2±4.09)×10-6～(5607±87.43)×10-6之間。計(jì)算得到模式年齡變化范圍在435.6±10.5Ma～446.1± 7.1Ma,平均模式年齡為442.8±5Ma (MSWD=0.14)(圖7a)。利用IsoplotR將10件數(shù)據(jù)擬合后,獲得一條相關(guān)性較好的等時(shí)線,等時(shí)線年齡為440.1±4.5Ma (MSWD=0.56, 2σ誤差)(圖7b)。由等時(shí)線獲得187Os初始值為0.03×10-6,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,符合Re/Os同位素體系模式年齡計(jì)算條件(蔣少涌等,2000),說(shuō)明所獲得模式年齡也可反映輝鉬礦的結(jié)晶時(shí)間。

表1 多寶山銅(鉬)礦中輝鉬礦Re-Os同位素測(cè)定結(jié)果

圖7 多寶山礦床340平臺(tái)輝鉬礦Re-Os模式年齡加權(quán)平均圖(a)及等時(shí)線年齡圖(b)Fig.7 Weighted mean of Re-Os model ages (a) and isochron age (b) of molybdenite from the 340 platform of the Duobaoshan deposit

3.2 S同位素

測(cè)試結(jié)果顯示多寶山礦床不同成礦期次黃銅礦硫同位素?zé)o明顯差別,斑巖型硫化物脈中黃銅礦δ34S介于-2.80‰～-1.22‰之間,平均值為-2.12‰。疊加礦化硫化物中黃銅礦δ34S介于-2.71‰～-1.03‰之間,平均值為-1.78‰;黃鐵礦δ34S介于-1.53‰～0.13‰之間,平均值為-1.03‰。多寶山組地層中黃鐵礦δ34S介于-3.43‰～-0.04‰之間(表2)。

表2 多寶山銅(鉬)礦床礦石硫化物硫同位素組成

4 討論

4.1 疊加成礦時(shí)代及其動(dòng)力學(xué)背景

多寶山-爭(zhēng)光礦集區(qū)發(fā)育7期巖漿作用,分別為:(1)中-晚寒武世成礦前的火山巖組合(高鎂玄武巖-安山巖、流紋斑巖;506～491Ma;Zhaoetal.,2019b);(2)早-中奧陶世侵入巖(近成礦花崗閃長(zhǎng)巖和成礦花崗閃長(zhǎng)斑巖等;485～471Ma;Geetal.,2007;Zengetal.,2014);(3)晚奧陶世玄武安山巖(447～445Ma;Wuetal.,2015);(4)石炭紀(jì)花崗巖類(李運(yùn),2016);(5)中-晚三疊世花崗巖類(偉晶狀閃長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)斑巖、英云閃長(zhǎng)巖;244～223Ma;Zhaoetal.,2021);(6)侏羅紀(jì)花崗閃長(zhǎng)巖(Geetal.,2007);(7)早白堊世花崗閃長(zhǎng)巖(128～127Ma;Caietal.,2021)。前人通過(guò)年代學(xué)限定礦集區(qū)主成礦期為早奧陶世,包括多寶山礦床的硫化物Re-Os同位素年齡介于480～475Ma (Liuetal.,2012;Zengetal.,2014),銅山輝鉬礦Re-Os 同位素年齡為473±4Ma (Haoetal.,2014)和爭(zhēng)光輝鉬礦Re-Os 同位素年齡為475±8Ma (蔡文艷,2020)。但是,疊加成礦現(xiàn)象在礦集區(qū)內(nèi)非常普遍,整體上表現(xiàn)為早奧陶世疊加三疊紀(jì)成礦(柏鋮璘等,2023)。例如郝宇杰(2015)在銅山礦床斑狀花崗巖脈內(nèi)發(fā)現(xiàn)浸染狀輝鉬礦化,輝鉬礦Re-Os模式年齡為229.4±3.5Ma。Sunetal. (2021)利用Re-Os方法對(duì)采自爭(zhēng)光礦床的浸染狀黃鐵礦進(jìn)行定年,獲得246.0±6.4Ma的等時(shí)線年齡。前人同樣發(fā)現(xiàn)多寶山礦床也有疊加改造成礦的特征。但相比礦集區(qū)內(nèi)銅山、爭(zhēng)光,多寶山缺乏疊加成礦年代學(xué)的證據(jù)。本文利用采自片理化帶內(nèi),受改造影響強(qiáng)烈的石英-硫化物脈中的輝鉬礦,共10件獲得了可靠的年齡結(jié)果。其中輝鉬礦的產(chǎn)狀主要為兩種,一種是呈脈狀與石英、黃銅礦、黃鐵礦共生(圖6a);另一種是呈集合體與塊狀石英共生(圖6b)。兩種產(chǎn)狀的輝鉬礦Re-Os同位素平均模式年齡為442.8±5Ma (MSWD=0.14);等時(shí)線年齡為440.1±4.5Ma (MSWD=0.56)(圖7)。輝鉬礦的Re-Os體系不容易受后期的構(gòu)造-熱液-變質(zhì)事件干擾(Suzukietal.,1996)。所以測(cè)定Re-Os年齡直接記錄了硫化物形成的時(shí)間(Selbyetal.,2002),并且本次獲得的輝鉬礦的Re-Os同位素年齡與多寶山礦區(qū)內(nèi)晚奧陶世安山巖(447～445Ma)較好的吻合。由此推定多寶山疊加成礦與晚奧陶世玄武安山巖應(yīng)形成于統(tǒng)一的成巖成礦地質(zhì)事件。

疊加成礦常發(fā)生在大陸邊緣構(gòu)造帶、復(fù)合造山帶、構(gòu)造體系的疊加帶和轉(zhuǎn)換帶等構(gòu)造活動(dòng)復(fù)雜的區(qū)域(翟裕生等,2009)。進(jìn)而要理解多期疊加成礦作用,就要去了解多期疊合構(gòu)造運(yùn)動(dòng)史,兩者密不可分(蔣少涌等,2010)。多寶山礦床所在的中國(guó)東北地區(qū)自顯生宙以來(lái)經(jīng)歷了多次構(gòu)造體制的疊加,從早到晚依次為古亞洲洋多塊體拼合(Lietal.,2017)、蒙古-鄂霍茨克構(gòu)造體制和古太平洋構(gòu)造體制(秦克章等,2017)的構(gòu)造演化。在此過(guò)程中,由于構(gòu)造-熱點(diǎn)的長(zhǎng)期存在,為多寶山礦床疊加成礦提供了必要的熱動(dòng)力源。多寶山礦集區(qū)早奧陶世(485～471Ma)的巖漿巖均具有富集LILEs,虧損HFSEs,并具有鏟狀REE配分特征,表明它們形成于俯沖構(gòu)造背景(杜琦等,1998,2008;Liuetal.,2012;Zengetal.,2014),這與多寶山、銅山和爭(zhēng)光斑巖型銅-鉬-金礦化作用在時(shí)間上相吻合。多寶山礦床發(fā)育的晚奧陶世安山巖屬于拉斑-鈣堿性系列,富集LILEs、虧損HFSEs、低(87Sr/87Sr)i比值、非常高的εHf(t)和全巖εNd(t)值(Wuetal.,2015), 與早奧陶世的火山-侵入巖表現(xiàn)出截然不同的地球化學(xué)屬性,以上的特征暗示這套火山巖形成于一次新的俯沖事件下(趙超,2019),結(jié)合我們的研究推斷,多寶山礦床疊加礦化是該期俯沖作用下形成的晚奧陶世巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物(圖8)。

圖8 多寶山礦床成巖-成礦年齡統(tǒng)計(jì)Fig.8 Age statistics of petrogenesis and mineralization for the Duobaoshan deposit

4.2 疊加礦化物質(zhì)來(lái)源

疊加成礦作用指不同期次的成礦作用在空間上互相疊加,不同期次的成礦之間可出現(xiàn)多種不同形式的關(guān)聯(lián),如繼承轉(zhuǎn)化關(guān)系和疊加關(guān)系。前者指一個(gè)早期發(fā)生的成礦事件可為另一個(gè)晚期發(fā)生的成礦事件提供物質(zhì)來(lái)源;后者是晚期的礦化事件疊加在已形成的礦體上(翟裕生等,2009)。在系統(tǒng)分析礦區(qū)硫化物的硫同位素組成后,我們認(rèn)為多寶山礦床疊加礦化即存在繼承轉(zhuǎn)化關(guān)系又存在疊加關(guān)系。硫化物的硫同位素組分特征不僅可以示蹤成礦物質(zhì)來(lái)源(Ohmoto and Rye,1979;Seal,2006),還可以用于探討金屬元素沉淀機(jī)制(Ohmoto,1972)。

在梳理了多寶山礦區(qū)目前已有的306個(gè)礦石硫化物同位素?cái)?shù)據(jù),結(jié)合我們本次研究數(shù)據(jù)(n=32;表2),多寶山斑巖型礦脈中的黃銅礦δ34S介于-4.23‰～1.4‰,平均值為-1.92‰,黃鐵礦δ34S介于-4.5‰～2.6‰,平均值為-0.72‰。斑巖期主要硫化物的δ34S趨于一致,并集中于0‰附近,大多數(shù)落入幔源硫(0‰±3‰)范圍之內(nèi),說(shuō)明多寶山斑巖期成礦硫源相對(duì)單一,主要來(lái)自于深部巖漿(Chaussidonetal.,1989)。但是,疊加礦化形成的黃銅礦,其δ34S則表現(xiàn)出不一樣的數(shù)值區(qū)間。在獲得新的輝鉬礦Re-Os年齡后,對(duì)與其共生的黃銅礦和黃鐵礦進(jìn)行原位硫同位素分析,測(cè)試結(jié)果顯示黃銅礦的δ34S值介于-2.40‰～-1.03‰,黃鐵礦的δ34S值介于-1.53‰～0.13‰。這表明疊加礦化有新的幔源硫加入。而趙超(2019)在強(qiáng)片理化帶中發(fā)現(xiàn)δ34S值較低的黃銅礦(-12.9‰～-5.6‰;n=14;表2),這與上述硫化物δ34S值差異明顯,且低于幔源硫的范圍,推測(cè)可能是后期流體易攜帶輕硫32S發(fā)生遷移并在應(yīng)力較低的區(qū)域內(nèi)重新沉淀的結(jié)果(Ohmoto,1972;Ohmoto and Rye,1979)。片理帶內(nèi)的黃銅礦硫同位素測(cè)試結(jié)果印證了疊加礦化即存在疊加性,也存在繼承性。多寶山疊加成礦形成的金屬硫化物脈多在蝕變強(qiáng)烈的絹云母帶中出現(xiàn),暗示硫化物的形成于強(qiáng)烈水巖反應(yīng)過(guò)程。因此,該期礦化硫元素的來(lái)源除了晚奧陶世的成礦巖體和之前礦體的遷移外,也需要討論是否存在周圍地層的補(bǔ)給。產(chǎn)自多寶山組地層中的黃鐵礦,其δ34S值(-1.99‰)接近疊加礦化中黃鐵礦(-1.03‰),表明圍巖對(duì)該期硫化物S元素可能存在貢獻(xiàn),這一推論與杜琦等(1988)發(fā)現(xiàn)未蝕變多寶山組地層的平均含銅量要高于弱蝕變的多寶山組地層,進(jìn)而提出圍巖中曾有大量物質(zhì)與巖漿發(fā)生交換的觀點(diǎn)一致。

5 結(jié)論

(1)多寶山斑巖Cu(Mo)礦床疊加成礦年齡為440.1±4.5Ma (MSWD=0.56,2σ誤差),多寶山礦床疊加成礦作用和區(qū)域內(nèi)發(fā)育的晚奧陶世安山巖是由古亞洲洋持續(xù)俯沖所形成。

(2)疊加期黃銅礦δ34S值分布范圍較大,表明疊加礦化的硫元素即來(lái)源于新的一期巖漿活動(dòng),也有對(duì)之前(巖)礦體的活化遷移。

致謝衷心感謝武廣研究員和謝桂青研究員耐心且細(xì)致的評(píng)審。野外工作得到紫金礦業(yè)黑龍江多寶山銅業(yè)股份有限公司趙路通和李閃總工的大力支持。室內(nèi)工作得到中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所成礦元素與同位素分析實(shí)驗(yàn)室高炳宇老師的幫助。謹(jǐn)致謝忱!