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内蒙古敖汉地区处于华北地台北缘东段和兴蒙造山带的交汇处,经历了古亚洲洋演化和中新生代太平洋板块俯冲叠加,地质构造背景复杂,岩浆活动频繁,成矿条件优越,是华北地台北缘一个重要的金钼多金属矿化集中区。从晚古生代起,区内形成了众多金、钼、钨、铜、铅锌矿床,包括金厂沟梁、撰山子、峰水山、岱王山、七家、红花沟、安家营子、热水等金矿床,白土营子、白马石沟、库里吐、车户沟、元宝山、腾克力等铜钼钨矿床,以及八家、后公地、老西沟、草房沟、小莫力沟等铅锌银矿床(图1a~c)。这些矿床不仅空间上集中分布,而且其成因与中生代花岗岩活动密切相关(曾庆栋等,2011;Zeng et al.,2012;孙燕等,2013;Zeng et al.,2016;王丰翔等,2016;Liu et al.,2019;欧阳鑫等,2020)。本文结合前人研究成果,通过对敖汉地区与花岗岩有关的若干典型金钼多金属矿床成矿特征进行分析研究,探讨了该区金钼多金属矿的成矿时限、成因类型及其与区域构造-岩浆作用的关系,旨在为研究区域成矿动力学背景以及华北地台北缘金钼多金属成矿规律提供科学依据。
1区域地质背景研究区北部大致以赤峰-开源大断裂为界,与兴蒙造山带相邻,其南部与华北克拉通相接壤(图1a),属于天山-兴蒙造山带温都尔庙弧盆系。该弧盆系由北向南细分为敖仑尚达-翁牛特旗岩浆弧、温都尔庙-套苏沟俯冲增生杂岩带和镶黄旗-敖汉旗陆缘弧(图1b)。古生代至早中生代的构造格局主要为近东西向,而在古太平洋板块的作用下,后期形成了以北东向-北北东向为主的构造格局。
区内出露的地层主要包括太古宇、古生界和中新生界(图1c)。太古宇主要为新太古界建平群变质岩系,其下部为小塔子沟组低角闪岩相-麻粒岩相变质岩系,上部为大营子组大理岩、角闪斜长片麻岩和变粒岩,二者之间为整合接触。古生界主要由石炭系和二叠系构成。下石炭统朝吐沟组以褐色流纹斑岩和火山凝灰岩为主,后房沟组为灰色-灰黑色灰岩,夹有砂岩和硅质条带;中石炭统家道沟组由粉砂质、砂质板岩、变质长石砂岩夹结晶灰岩及粉砂质结晶灰岩夹绢云母泥质、砂质板岩2个岩性段组成;上石炭统酒局子组以变质砂岩及板岩为主,夹灰岩透镜体。下二叠统额里图组由杂色板岩、硬砂岩、长石石英砂岩夹灰岩透镜体组成;下二叠统于家北沟组岩性主要为结晶灰岩、大理岩、板岩、粉砂岩、砂岩、砾岩等,代表了一套浅海-滨海相碳酸盐、碎屑岩沉积;上二叠统铁营子组以粉砂岩、细粒-粗粒砂岩、含砾砂岩等为主,属于河流和湖泊环境沉积;上二叠统染房地组由安山质-流纹质岩屑熔结凝灰岩、流纹岩组成。中生界包括上侏罗统白音高老组、下白垩统义县组和上白垩统孙家湾组。白音高老组主要由流纹岩、安山岩、杏仁状安山岩、流纹质岩屑晶屑凝灰岩、安山质岩屑凝灰岩等组成,属于陆相火山碎屑岩;义县组岩性以中酸性火山碎屑岩及熔岩为主,局部发育有厚层状凝灰质砂岩及薄层状沉凝灰岩;孙家湾组以红色粗碎屑岩为主,包括砂岩、砾岩夹泥岩及煤层等。第四系主要为风积物和冲、洪积物。
图1中国东部区域地质简图(a)、中国东部区域大地构造位置图(b)和赤峰-朝阳区域地质简图(c)(据Kusky et al.,2003;Yang et al.,2003;方曙等,2017修改)
Fig. 1 Simplified tectonic setting of eastern China (a), reginal tectonic units of the NE China (b) and sketch regional geological map of the Chifeng-Chaoyang area (c, modified after Kusky et al., 2003; Yang et al., 2003; Fang et al., 2017)
岩浆活动在该区域广泛发育,包括海西期—燕山期的侵入岩和火山岩(苗来成等,2003;李永刚等,2003;张拴宏等,2010;杨帆,2019;王森等,2020;图1c)。海西期侵入岩主要以岩基状的花岗岩类为主,多沿近东西向和北东向展布;印支期侵入岩多沿北东向隆起带内分布,岩性主要为闪长岩、花岗斑岩、二长花岗岩以及中基性脉岩。燕山期岩浆侵入和喷发活动十分强烈,多呈岩基或岩株等形式分布,岩体长轴方向以北北东向-北东向为主,其中,侵入岩主要为花岗岩、花岗斑岩、花岗闪长岩、闪长岩和碱性正长岩类;火山岩主要为玄武岩、安山岩、英安岩、流纹岩和粗面岩等。
断裂构造走向主要包括近东西向、北东向-北北东向、北西向及南北向。在这一区域内,有2条显著的区域性大断裂,一条为东西向赤峰-开源断裂,位于内蒙古地轴的北缘,代表兴蒙造山带与华北克拉通的边界断裂,其长度约为200 km,宽约75 km,由多条复活及新生的断裂组成;另一条为北东向承德-北票断裂,这条断裂形成于太古宙克拉通化之后,中-新元古代蓟县纪裂谷时期,是内蒙地轴与燕辽沉降带的分界线,其长度超过100 km(图1c)。其他较大规模的北东向断裂还包括红山-八里罕断裂、锦山-美林断裂和红花沟断裂,这些断裂控制了区域内中酸性侵入岩、安家营子金矿田以及周边的金矿化点分布。北西向断裂构造多为北(北)东向断裂派生的次一级张-张扭性断裂,许多矿体和矿脉的展布受该组构造控制,呈北西向-北北西向产出,如红花沟金矿、撰山子金矿、金厂沟梁金矿、八家锌银铅矿等。相比之下,南北向断裂不太发育,规模较小,它们常常切割东西向构造。
2典型矿床地质特征2.1撰山子金矿床撰山子金矿床位于内蒙古敖汉旗四德堂乡,包括一采区(也称阳坡或撰山子采区)、二采区(黄金洞-两半山采区)和三采区(落凤毛-窑子沟采区)。矿区内出露的地层主要包括下二叠统于家北沟组、上二叠统铁营子组、上二叠统染房地组、上侏罗统白音高老组及第四系(图2)。下二叠统于家北沟组主要分布在矿区南部和东部,结晶灰岩是该矿床的赋矿围岩之一。上二叠统铁营子组主要分布于矿区北部,为一套碎屑沉积岩,与下伏的于家北沟组呈整合接触。上二叠统染房地组主要分布于矿区北部,为一套火山岩地层。上侏罗统白音高老组主要由火山碎屑岩和中酸性火山熔岩组成。
矿区岩浆活动频繁,岩石类型复杂,包括海西期闪长岩、印支期花岗斑岩和闪长岩、燕山期花岗岩和花岗斑岩(欧阳鑫等,2020;2021);火山岩以上二叠统染房地组流纹岩、安山岩为主(图2)。其中,一采区的赋矿岩浆岩主要为中二叠世闪长岩和安山岩以及中三叠世花岗岩,矿体被晚三叠世闪长岩脉截切;二采区的赋矿岩浆岩为中二叠世流纹岩和燕山期花岗岩类;三采区的赋矿岩浆岩主要为中-晚三叠世、晚侏罗世花岗岩和花岗斑岩。
断裂构造在矿区内极为发育,根据其展布方向可分为东西向、北西向和北东向3组。其中,东西向的主要断裂为哈拉海-后公地断裂(图2),位于矿区南部,长度约3 km,宽度变化于2~20 m,倾向南,倾角约为50°~60°,断裂带中可见破碎角砾,局部有石英脉填充,并发育金矿化。该方向断裂形成时代最早,是矿区的重要导矿构造;北西向断裂最为发育,断裂被石英脉充填,控制了绝大多数矿脉的分布,为矿区内主要的控矿断裂;北东向断裂以压扭性平移断裂为主,是矿区内的典型破矿构造。
矿区内已发现金矿体90余条,矿脉多呈脉状、细网脉状或透镜状产于构造破碎带中,具有工业价值的金矿体主要包括4、5、6、26、27、28、72、100、104号脉(群)。矿脉走向为北西向和近东西向,倾向北东或南东,倾角介于60°~80°,矿石品位变化于5.4~17.9 g/t,平均品位约为15 g/t,已查明的金资源量22.5 t。矿石类型主要为石英-硫化物脉型和构造蚀变岩型。矿石的金属矿物包括黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、黄铜矿、辉铜矿等。金矿物主要为银金矿,以包体金、裂隙金和粒间金形式呈不规则状分布在黄铁矿和闪锌矿中,成色介于624~750,平均值689。非金属矿物包括石英、钾长石、斜长石、绢云母、绿泥石、方解石和萤石等。矿石结构主要包括结晶结构和交代结构,见少量固溶体分离结构。矿石构造包括浸染状构造、脉状构造、角砾状构造、梳状构造和晶洞状构造。
围岩蚀变带通常较窄,且分带性不明显。主要蚀变类型包括硅化、黄铁矿化、绢云母化、绿帘石化、绿泥石化、碳酸盐化等。成矿与黄铁矿化、硅化和绢云母化关系密切。根据矿脉之间的相互穿切关系与矿脉中的矿物组合,成矿过程可划分为3个阶段:第一阶段为石英-黄铁矿阶段,以乳白色的石英脉和稀疏分布的粗粒立方体黄铁矿为特征;第二阶段为石英-硫化物阶段,石英呈烟灰色脉状产出,以发育大量闪锌矿、方铅矿、黄铜矿等硫化物为特征,代表主要的成矿阶段,该阶段石英-硫化物脉常切割早阶段乳白色石英脉;第三阶段为石英-萤石-方解石阶段,发育石英-方解石脉或独立的方解石或萤石细脉,代表了成矿作用的末期。
图2撰山子金矿床地质简图(据欧阳鑫等,2021修改)
1—第四系;2—上侏罗统白音高老组;3—上二叠统染房地组;4—上二叠统铁营子组;5—下二叠统于家北沟组;6—晚侏罗世—早白垩世花岗岩;7—晚三叠世闪长岩;8—早-中三叠世花岗岩;9—海西期闪长岩;10—粗面岩脉;11—矿体/石英脉及编号;12—断裂;13—采区范围
Fig. 2 Simplified geological map of the Zhuanshanzi gold deposit (modified after Ouyang et al.,2021)
1—Quaternary; 2—Upper Jurassic Baiyingaolao Formation; 3—Upper Permian Ranfangdi Formation; 4—Upper Permian Tieyingzi Formation;
5—Lower Permian Yujiabeigou Formation; 6—Late Jurassic-Early Cretaceous granite; 7—Late Triassic diorite; 8—Early-Middle Triassic granite;
9—Hercynian granite; 10—Trachytic dike; 11—Ore body/Quartz vein and numbers; 12—Fault; 13—Mining area
2.2金厂沟梁金矿床金厂沟梁金矿床位于内蒙古敖汉旗金厂沟梁镇,由4个矿段构成,其中最大的金厂沟梁矿区由头道沟断裂分割为西矿段和东矿段,东南侧为二道沟矿段,而西南侧和南侧分别是金路矿段和长皋沟矿段(图3)。矿区出露地层为太古宇建平群小塔子沟组变质岩系,主要岩石类型包括角闪斜长片麻岩、斜长角闪片麻岩、黑云斜长片麻岩以及混合岩化片麻岩,夹有磁铁石英岩和斜长角闪岩。片麻岩片麻理走向近东西向,大多南倾,局部北倾,倾角70°~80°,与大部分矿脉的走向大角度斜交。
区内侵入岩主要包括中-晚二叠世金厂沟梁岩体、晚三叠世西台子岩体和早白垩世对面沟岩体。其中,金厂沟梁片麻状二长花岗岩分布在金厂沟梁矿区南侧,岩体东西向展布,长约4 km,出露面积约6.5 km2,是金路金矿的赋矿围岩之一。西台子似斑状二长花岗岩呈岩基状分布,出露面积约为120 km2,为长皋沟金矿的主要赋矿围岩,岩基的西侧侵位于金厂沟梁岩体中。对面沟岩体呈近椭圆形的小岩株产出,出露面积为6 km2,中间相为似斑状花岗岩,边缘相为中细粒石英二长岩,2个岩相呈渐变过渡,边缘相与金厂沟梁岩体和西台子岩体呈侵入接触(图3)。火山岩主要形成于晚侏罗世—早白垩世。其中,晚侏罗世火山岩主要分布于金厂沟梁东矿段及二道沟矿段,岩性包括流纹质熔岩角砾、角砾熔岩、火山角砾岩及集块岩等;早白垩世流纹斑岩和粗面安山岩呈北东向沿头道沟断裂展布,分割东西矿段,常见金矿脉或矿化蚀变带均被流纹斑岩或粗面安山岩所截切(图3)。区内脉岩也十分发育,岩石类型包括闪长玢岩、正长斑岩、花岗斑岩、英安斑岩和石英斑岩等。
图3金厂沟梁金矿床地质简图(据王路智,2018;内蒙古金陶股份有限公司,2023)
1—第四系;2—凝灰质砾岩;3—流纹质熔岩角砾岩;4—斜长角闪片麻岩;5—闪长岩;6—细晶花岗岩;7—流纹斑岩;8—片麻状花岗岩;
9—似斑状二长花岗岩;10—似斑状花岗岩;11—石英二长岩;12—爆破角砾岩;13—矿脉;14—断层
Fig. 3 Simplified geological map of the Jinchanggouliang gold deposit (after Wang, 2018;Inner Mongolia Jintao Co., Ltd., 2023)
1—Quaternary; 2—Tuffaceous conglomerate; 3—Rhyolitic lava breccia; 4—Plagioclase amphibole gneiss; 5—Diorite; 6—Aplitic granite;
7—Rhyolite porphyry; 8—Gnessic granite; 9—Porphyritic monzonitic granite; 10—Porphyritic granite; 11—Quartz monzonite;12—Explosion breccia; 13—Ore vein; 14—Fault
断裂构造发育,按走向可划分为东西向、北西向、南北向和北东向。东西向断裂倾向北,倾角较大,火山熔岩及伴生脉岩几乎都沿此断裂带充填发育。北西向断裂在矿区内最为发育,同时也常为控矿断裂(图3),倾向北东或南东,局部反倾。南北方向断裂规模不大,主要作为次级容矿断裂控制着矿脉的分布,这些断裂呈舒缓波状且产状陡立,延深较大。北西向、南北向2组控矿断裂在成矿前和成矿期均有活动。北东向断裂主要为头道沟断裂,倾向北西,倾角较大,斜穿过整个金矿区(图3),同时伴随有切割矿脉的次级断裂,属成矿后断裂。北东东向断裂主要为横穿对面沟复式岩体中心部位的对面沟断裂,倾向北西(图3)。
金厂沟梁矿床有工业价值的金矿脉共37条,总计探明的金资源量超过40 t。西矿段的主要矿脉包括15、26、29、35、36、39、56号脉,东矿段的主要矿脉包括16、17、18和20号脉。矿脉走向北西、北西西和南北向,倾向和倾角变化大。矿脉长30~1000 m,厚度介于0.3~1.0 m,矿石品位7.7~19.5 g/t。近矿围岩蚀变以硅化和黄铁矿化为主,向外逐渐过渡为绢云母化和绿泥石化;钾长石化在局部区域少量发育,主要呈团块状或细脉状分布于斜长角闪片麻岩中。矿石类型以石英-硫化物脉型为主,次为蚀变岩型。金属矿物以黄铁矿、方铅矿、黄铜矿和闪锌矿为主,含少量的斑铜矿和黝铜矿。金矿物主要为自然金和银金矿。非金属矿物包括石英、铁白云石、绿泥石、绢云母和方解石等。矿石多具浸染状、脉状、细脉状、网脉状、角砾状构造,少量为块状、晶洞状、梳状构造。
根据矿石组构、矿物共生组合和脉体间穿插关系,热液成矿过程可大致划分为4个阶段:第一阶段为石英阶段,石英呈乳白色至灰白色,几乎不含有硫化物;第二阶段为石英-黄铁矿阶段,自形-半自形中粗粒黄铁矿呈星点状或者浸染状分布于石英脉中,含少量自然金;第三阶段为石英-多金属硫化物阶段,黄铁矿、闪锌矿、方铅矿和黄铜矿等硫化物呈浸染状产于烟灰色石英脉中,自然金和银金矿呈不规则粒状赋存于黄铁矿、黄铜矿和石英的粒内、粒间或微裂隙中,成色介于624~905,该阶段脉体常穿切早期石英-黄铁矿脉,是主要的成矿阶段;第四阶段为碳酸盐阶段,主要矿物为铁白云石,含少量方解石。
2.3白土营子钨钼多金属矿床白土营子钨钼多金属矿田位于内蒙古敖汉旗萨力巴乡,由白土营子、库里吐(亦称鸭鸡山)以及白马石沟3个铜钼矿床组成(图4a)。前人曾对白土营子中型钼矿、库里吐小型钼(铜)矿和白马石沟小型铜(钼)矿的铜钼矿化特征开展过系统研究,认为三者同产于一个花岗质杂岩体内,构成一个统一的岩浆液成矿系统(孙燕,2013;Sun et al.,2017a;2017b;2018;2021)。近年来,核工业243大队在白土营子矿区找矿勘查中取得重大突破,使白土营子从单一钼矿床一跃成为以钨为主、钼银铜锌共伴生的大型矿床,估算钨资源量5.8万t,Mo金属量0.8万t,铜资源量5.8万t,锌资源量6.5万t。本节重点介绍白土营子钨钼多金属矿床的地质特征。
白土营子矿区出露的地层为第四系全新统冲洪积物及更新统乌尔吉组,岩性主要为风成亚砂土及冲洪积物。矿区内仅发育侵入岩,由于地表第四系覆盖较厚,地表基岩露头仅在区内冲沟底部及矿区南部零星分布。经钻探揭露,矿区深部黑云母二长花岗斑岩分布最为广泛,其次为花岗斑岩。花岗斑岩侵位于黑云母二长花岗斑岩中,二者均为三叠纪岩浆活动的产物。断裂构造主要分为近东西向、北西向、北东向3组。其中,成矿前近东西向和北西向断裂共同控制着矿区内岩体的展布,成矿期近东西向断裂及其次级断裂严格控制着矿体的分布和走向,北东向成矿后断裂对矿体有一定程度的破坏。
矿体主要分为钨多金属矿体和单钼矿体2类,单钼矿体大部分位于钨多金属矿体的下部(图4b)。钨多金属矿体形态较为简单,主要赋存于黑云母二长花岗斑岩中,产出严格受硅化蚀变带控制;而单钼矿体形态较为复杂,主要产于花岗斑岩的内外接触带附近,以细脉状或浸染状辉钼矿化为特征。钨多金属矿体主要包括3条主要矿体(W1、W2、W3)和2条次要矿体,以及其他规模较小百余条矿体。这些矿体呈平行或近平行展布,倾向196°,倾角18°~38°,矿体厚度介于0.8~7.3 m。矿石以钨矿为主(平均品位0.2%),伴生铜(平均品位0.21%)、银(平均品位24.6 g/t)、锌(平均品位0.23%)、钼(平均品位0.029%)。单钼主要矿体有17条,次要矿体百余条;矿体走向近东西,倾向南,倾角18°~39°,矿体厚度0.4~22.9 m,矿石品位0.005%~0.472%。
钨多金属矿石矿物组合较为复杂,金属矿物以黑钨矿(钨锰矿)、白钨矿为主,少量黄铁矿、(银、锌)黝铜矿、闪锌矿、辉钼矿、黄铜矿,微量方铅矿;非金属矿物以石英、长石和云母为主,少量白云石、方解石、萤石、磷灰石、绿泥石、高岭土。矿石构造主要为块状、脉状、浸染状构造。单钼矿石金属矿物以辉钼矿为主,少量黄铜矿、黄铁矿,微量闪锌矿和方铅矿;非金属矿物以石英、长石和云母为主,少量白云母、绿泥石和方解石。矿石多呈细脉浸染状和脉状构造,其次为网脉状、角砾状构造。
2.4八家锌银铅矿床八家锌银铅矿床位于内蒙古敖汉旗玛尼罕乡浅覆盖区,是近年来新发现的大型锌多金属矿床。矿区内出露地层由老至新依次为上石炭统酒局子组、下白垩统义县组与第四系上更新统乌尔吉组(图5)。其中,上石炭统酒局子组作为最主要的赋矿围岩,岩性以灰黑色板岩、灰白色变质砂岩、变质粉砂岩为主,局部夹灰岩透镜体。下白垩统义县组角度不整合于上石炭统酒局子组之上,岩性以凝灰质砂岩、流纹质角砾晶屑凝灰岩为主,其上被上更新统乌尔吉组亚砂土所覆盖。在矿区的南侧大面积出露晚侏罗世中粗粒黑云母二长花岗岩和角闪黑云二长花岗岩,局部见小面积的早石炭世中细粒正长花岗岩;矿区东、西两侧为早白垩世花岗斑岩体(图5)。通过钻探揭露,矿体附近发育中二叠世二长花岗岩。矿区断裂构造十分发育,根据走向分为近东西向、北东向、北西向3组。近东西向断裂相对较少,多表现为规模不等的硅化带及破碎带。北西向和北东向断裂构造规模最大且发育最多。其中,北西向断裂是主要的控矿、容矿构造,北东向断裂为破矿构造。
矿体主要赋存于上石炭统酒局子组变质砂岩断裂构造中,同时,在二长花岗岩的裂隙中也发现了少量矿体。根据矿体空间分布及产状变化,划分出3个主要矿带,即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号锌多金属矿带(图6a)。这些矿体均呈隐伏状,共圈定25条,其中Ⅰ矿带14条,Ⅱ矿带5条,Ⅲ矿带6条,累计探明锌金属量达50万t,平均品位为2.96%;伴生银金属量373 t,平均品位127.6 g/t;伴生铅金属量14.75 t,平均品位1.43%。Ⅰ矿带和Ⅱ矿带长分别为1500 m和900 m,矿带中的矿体总体呈北西向、近南北向近平行脉状展布,倾向为北东-近东倾(图6b),倾角变化于46°~90°;Ⅲ矿带长约800 m,矿带中矿体呈近平行脉状北西向展布,倾向南西,倾角变化于36°~79°。矿石中的金属矿物主要有闪锌矿、黄铁矿、方铅矿,次为黄铜矿、毒砂、砷黝铜矿、黝铜矿、含银矿物(辉银矿、辉锑银矿)等,局部见赤铁矿、磁黄铁矿、黝锡矿、斜方砷铁矿等;非金属矿物主要包括石英、长石、绢云母、白云石、绿帘石、高岭石等。矿石构造以细脉状、网脉状、浸染状为主,其次为块状、角砾状、星点状、条带状构造;矿石结构包括自形-他形粒状结构、填隙结构、交代溶蚀结构、交代残余结构、假象结构、固溶体分离结构等。
图4白土营子W多金属矿床矿田地质简图(a)和典型勘探线剖面图(b)(据Sun et al.,2021修改)
1—第四系;2—下白垩统义县组;3—下白垩统于家北沟组;4—下二叠统额里图组;5—中三叠世二长花岗岩;6—晚二叠世—早三叠世花岗质杂岩;7—中二叠世花岗闪长岩;8—早二叠世二长花岗岩;9—闪长玢岩;10—硅化+绢云母化带;11—硅化带;12—矿体;13—断裂;14—钻孔;15—铜钼矿床;16—钨钼矿床
Fig. 4 Geological map (a) and typical cross section of the Baituyingzi tungsten polymetallic deposit(b)(modified afte Sun et al.,2021)
1—Quaternary; 2—Lower Cretaceous Yixian Formation; 3—Lower Cretaceous Yujiabeigou Formation; 4—Lower Permian Elitu Formation;5—Middle Triassic monzogranite; 6—Late Permian-Early Triassic granitic complex; 7—Middle Permian granodiorite; 8—Early Permian monzogranite; 9—Diorite porphyrite; 10—Silica+sericite alteration zone; 11—Slicified zone; 12—Ore body; 13—Fault; 14—Drill hole;15—Cu-Mo deposit; 16—W-Mo deposit
图5内蒙古八家-腾克力区域地质简图(据内蒙古自治区第十地质矿产勘查开发院,2022)
1—下白垩统义县组;2—上石炭统酒局子组;3—晚侏罗世花岗斑岩;4—晚侏罗世黑云母二长花岗岩;5—早侏罗世角闪黑云二长花岗岩;6—早石炭世正长花岗岩;7—花岗斑岩脉;8—二长斑岩脉;9—断层;10—背斜;11—火山口;12—矿区范围;13—金矿床;14—铅锌矿床;15—钼矿床;16—采样位置
Fig. 5 Simplified geological map of the Bajia-Tengkeli area from Inner Mongolia(after the Tenth Institute of Geological and Mineral Exploration and Development of Inner Mongolia Autonomous Region, 2022)
1—Lower Cretaceous Yixian Formation; 2—Lower Carboniferous Jiujuzi Formation; 3—Late Jurassic granite porphyry; 4—Late Jurassic biotite monzogranite; 5—Early Jurassic hornblende biotite monzogranite; 6—Early Carboniferous syenogranite; 7—Granite-porphyry dike; 8—Monzonite-porphyry dike; 9—Fault; 10—Anticline; 11—Crater; 12—Ore district; 13—Gold deposit; 14—Pb-Zn deposit; 15—Mo deposit; 16—Sample location
围岩蚀变主要包括硅化、黄铁矿化、绢云母化、碳酸盐化、绿泥石化等,且越靠近矿体岩石蚀变越强烈。根据蚀变矿物的空间分布和相互关系,将围岩蚀变划分为3个阶段:早期的面状蚀变主要发育硅化和黄铁矿化;中期的带状蚀变形成了硅化-褐铁矿化带、硅化-黄铁矿化带和硅化-碳酸化带;晚期的线状蚀变涉及硅化、黄铁矿化、碳酸盐化、绢云母化、高岭石化、绿帘石化和绿泥石化等。
图6八家锌银铅矿床地质简图(a)和典型勘探线剖面图(b)(据内蒙古自治区第十地质矿产勘查开发院,2022)
Fig. 6 Geological map (a) and typical cross section of the Bajia Ag-Pb deposit (b)(after The Tenth Institute of Geological and
Mineral Exploration and Development of Inner Mongolia Autonomous Region, 2022)
2.5腾克力钼矿床腾克力钼矿床位于内蒙古敖汉旗牛古吐镇,是近年来新发现的一个中型钼矿床,目前仍处于勘查阶段。腾克力矿区位于八家矿床东南约12 km,矿区出露地层主要为上石炭统酒局子组、下白垩统义县组和第四系(图5)。构造以断裂构造为主,分为近东西向、北东向、北西向3组。矿区地表均为第四系覆盖,通过钻探工程揭露的侵入岩包括早侏罗世角闪黑云二长花岗岩、黑云母二长花岗岩以及早白垩世花岗斑岩。
矿体主要分布在花岗斑岩与酒局子组变质砂岩接触带的外接触带一侧,包括Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅵ号钼矿体以及Ⅲ号钨钼多金属矿体。Ⅰ号、Ⅱ号和Ⅲ号矿体主要位于近东西向张性构造带中,倾向北,倾角53°~75°;Ⅵ号钼矿体呈单斜层状,倾向北西,倾角11°~13°。矿石的矿物成分较为简单,金属矿物主要为黄铁矿、辉钼矿,偶见黄铜矿;非金属矿物主要包括石英、钾长石、绢云母和绿泥石等,局部见细脉状方解石。矿石构造主要为浸染状构造、细脉-网脉状构造和角砾状构造等。近矿围岩蚀变主要表现为硅化、绢云母化和黄铁矿化,其次为钾化。硅化与钼矿化的关系密切,硅化强的部位矿化好,硅化弱则矿化差。
3成岩成矿地球化学3.1样品和分析方法本文分析的样品来源于撰山子矿床和金厂沟梁矿床新鲜的岩石和矿石。主量和微量元素分析在中国地质大学(北京)地质过程与矿产资源国家重点实验室矿床地球化学微区分析室进行。主量元素分析采用日本岛津公司生产的X荧光光谱仪(XRF-1800),微量元素分析采用美国热电公司生产的X SeriesⅡ型等离子质谱仪。
硫、铅、碳、氧同位素分析在核工业北京地质研究院分析测试中心完成,其中硫同位素分析采用MAT251气体同位素质谱仪完成,测量结果以V-CDT为标准,分析精度优于±0.2‰;铅同位素分析采用热表面电离质谱法,所用仪器型号为ISOPROBE-T,对1μg铅的204Pb/206Pb测量精度小于0.05%,208Pb/206Pb≤0.005%;碳、氧同位素分析利用磷酸分解并解冻收集纯净的CO2气体,在MAT253质谱仪上进行测定,测定结果分别以PDB和SMOW为标准,精度优于±0.2‰。
氢、氧同位素分析工作在中国地质科学院稳定同位素实验室完成,仪器为Finnigan MAT253型质谱仪。矿物的氧同位素分析采用BrF5法,包裹体水氢同位素分析采用爆裂法,分析精度分别为±0.2‰和±2‰。
3.2成矿岩体地球化学研究区与成矿有关的三叠纪和早白垩世花岗岩类的主量、稀土和微量元素组成及其特征参数分别列于表1和表2。金厂沟梁、撰山子和白土营子矿田早-中三叠世岩体样品主量元素组成相似,投点到侵入岩TAS图解(图7a)的花岗岩区域,为准铝质-过铝质高钾钙碱性岩石(图7b~d)。金厂沟梁矿区早白垩世岩体岩性多为花岗岩和石英二长岩,少数为花岗闪长岩和二长岩,总体具有准铝质-弱过铝质的高钾钙碱性花岗岩特征(图7b~d)。
在稀土、微量元素的组成上,各矿区早-中三叠世岩体均表现为稀土元素总量较高,以及轻稀土元素富集的特点,形成了典型的右倾配分曲线。微量元素分析结果显示,这些岩体富集大离子亲石元素(如Rb、Th、U、K等),亏损高场强元素和重稀土元素(如Nb、Ta、P、Ti等)。从早三叠世—中三叠世,元素的总量呈现出逐渐增加的趋势,且从无或弱的Eu异常转变为明显的Eu负异常(图8a、b),这可能指示在成岩过程中斜长石的分离结晶作用增强,或在部分熔融过程中斜长石残留在源区。对于金厂沟梁矿区早白垩世岩体而言,其特点是稀土元素总量较高,呈轻稀土元素富集和重稀土元素亏损的右倾曲线特征,Eu异常通常不明显或表现为显著的Eu正异常;富集大离子亲石元素Rb、Ba和K,亏损高场强元素U、Zr、Nb、Ta和Ti(图8a、b)。
3.3矿床同位素地球化学3.3.1硫同位素本次研究和收集前人金钼多金属矿床的矿石硫同位素分析结果见表3,硫同位素分布直方图见图9a~c。研究区撰山子金矿、金厂沟梁矿床和白土营子钨钼多金属矿田的硫化物具有均一且变化范围较小的硫同位素组成,δ34S值介于-5.3‰~+4.3‰,峰值区间为-2‰~+2‰,表明这些矿床具有一致且较为单一的硫源。
具体来看,撰山子金矿床中37件硫化物样品的δ34S值变化于-2.6‰~+2.9‰,平均+0.3‰。在金厂沟梁金矿床,62件硫化物样品的δ34S值变化于-5.3‰~+4.3‰,平均+0.7‰;其中,金厂沟梁矿区的40件硫化物样品的δ34S值变化于-5.3‰~+4.3‰,平均+0.7‰;二道沟矿段的16件硫化物样品的δ34S值变化于-3.6‰~+2.3‰,平均-0.4‰;金路矿段的4件硫化物样品的δ34S值变化于-3.9‰~-1.1‰,平均-2.3‰;长皋沟矿段的2件硫化物样品的δ34S值变化于-1.5‰~+1.2‰,平均-0.2‰。白土营子钨钼多金属矿田中26件硫化物样品的δ34S值变化于+0.1‰~+2.8‰,平均+1.7‰;其中,白土营子矿床的9件硫化物的δ34S值变化于+0.1‰~+2.6‰,平均+1.9‰;库里吐矿床的8件硫化物的δ34S值变化于+1.5‰~+2.8‰,平均+2.3‰;白马石沟矿床的9件硫化物的δ34S值变化于+0.1‰~+1.9‰,平均+0.8‰。
这些矿床在野外和显微镜下均未观察到硫酸盐矿物的发育,硫主要以硫化物形式存在,因此上述硫化物的硫同位素组成大致反映了成矿流体的总硫同位素组成。这种相对均一且集中在零值附近、呈明显塔式分布的硫同位素组成反映了岩浆硫的特点。金厂沟梁矿区与成矿相关的对面沟岩体δ34S值变化于-4.3‰~+0.9‰,平均-1.1‰(聂飞,2013),与矿石硫同位素组成相似,进一步表明硫主要来源于与成矿有关的中酸性侵入岩。
3.3.2铅同位素研究区典型矿床的硫化物铅同位素组成及特征参数列于表4。撰山子和金厂沟梁金矿床中矿石硫化物显示出相对均一的铅同位素组成,206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb的变化范围相对较小,表明这些矿床中的矿石铅主要为正常铅或仅有很少量放射性成因铅的混入。相比之下,白土营子钨钼多金属矿田各矿床中硫化物的206Pb/204Pb(17.780~19.912)、207Pb/204Pb(15.558~15.708)和208Pb/204Pb(38.079~39.657)均较高,说明源区富放射性成因铅的特征(孙燕,2013)。
在反映铅源区构造环境的207Pb/204Pb-206Pb/204Pb和208Pb/204Pb-206Pb/204Pb图解(图10a、b)中,撰山子金矿和白土营子矿田绝大多数样品均位于上地壳和地幔之间的造山带铅演化曲线附近,表明矿石铅主要为壳幔混合成因。金厂沟梁金矿床多数样品点都落在下地壳和地幔演化曲线之间,说明矿石铅也具有壳幔混源的特点。在Δβ-Δγ图(图10c)中,撰山子金矿和白土营子矿田多数样品位于上地壳与地幔混合的俯冲带岩浆作用铅源区,而金厂沟梁金矿样品点则位于造山带铅的范围内,反映了印支期和燕山期构造背景的差异。
表1研究区成矿岩体主量元素数据汇总(w(B)/%)
Table 1 Summary of major element data of metallogenic magmatic rocks in the study area(w(B)/%)
矿床
样品编号
SiO2
TiO2
Al2O3
TFe2O3
MnO
MgO
CaO
Na2O
K2O
P2O5
烧失量
总和
K2O+Na2O
A/CNK
A/NK
σ
岩体年龄/Ma
资料来源
撰山
子金
矿区
16ZS-1
74.80
0.23
14.12
1.23
0.04
0.23
0.74
3.42
4.22
0.05
2.16
101.24
7.64
1.22
1.38
1.84
(237±1.4)
欧阳鑫
等,
2020
16ZS-2
68.87
0.37
15.29
3.55
0.08
0.69
2.44
1.88
3.77
0.08
4.16
101.18
5.65
1.31
2.13
1.23
16ZS-3
74.74
0.24
14.25
1.29
0.04
0.25
0.78
3.29
4.33
0.06
0.86
100.13
7.62
1.24
1.41
1.83
16ZS-4
73.88
0.23
14.22
1.27
0.05
0.22
0.85
3.39
4.19
0.05
0.52
98.87
7.58
1.22
1.40
1.86
16ZS-40-1
74.45
0.23
14.04
1.14
0.04
0.22
1.00
2.96
4.60
0.06
2.23
100.97
7.56
1.20
1.42
1.82
16ZS-47-1
73.46
0.24
14.35
1.15
0.04
0.24
0.73
3.19
4.34
0.05
1.89
99.68
7.53
1.27
1.44
1.86
16ZS-52-1
75.81
0.24
14.22
1.33
0.05
0.33
0.80
3.24
4.28
0.06
0.66
101.02
7.52
1.24
1.43
1.72
16ZS-52-2
78.12
0.24
14.46
1.27
0.05
0.32
0.88
3.13
4.29
0.06
1.10
103.92
7.42
1.27
1.47
1.57
17ZS-2
75.21
0.23
13.76
1.25
0.07
0.43
1.90
4.02
4.29
0.05
2.31
103.52
8.31
0.93
1.22
2.14
17ZS-4
75.48
0.21
14.00
0.92
0.05
0.31
1.33
3.63
4.46
0.05
1.64
102.08
8.09
1.06
1.29
2.02
金厂
沟梁
矿床
YT-15
65.67
0.43
15.72
3.49
0.03
1.42
2.68
4.07
3.95
0.23
0.17
97.86
8.02
0.99
1.43
2.84
(136.1±2.2)
本文
YT-16
76.58
0.07
12.24
0.58
0.02
0.07
0.92
3.32
5.01
0.01
0.61
99.43
8.33
0.98
1.12
2.07
YT-17
63.34
0.42
15.35
3.55
0.05
1.38
2.86
3.93
3.79
0.22
0.99
95.88
7.72
0.97
1.45
2.93
YT-18
64.78
0.43
15.72
3.61
0.04
1.32
2.60
3.98
3.85
0.23
1.36
97.92
7.83
1.02
1.47
2.81
YT-9
69.06
0.33
14.62
2.41
0.04
1.05
1.95
3.81
3.85
0.12
3.07
100.31
7.66
1.05
1.40
2.25
-
YT-10
68.20
0.34
15.03
2.49
0.04
1.15
2.25
4.11
3.71
0.13
1.16
98.61
7.82
1.01
1.39
2.43
YT-11
67.32
0.34
14.98
2.68
0.05
1.34
2.22
3.98
3.77
0.13
1.19
98.00
7.75
1.02
1.41
2.47
YT-13
68.20
0.39
14.07
3.00
0.04
1.18
2.00
3.48
3.54
0.16
0.65
96.71
7.02
1.07
1.47
1.96
XD-1
63.36
0.52
16.57
2.28
0.05
1.90
3.01
4.47
4.30
0.29
0.76
99.80
8.77
0.95
1.38
3.78
(128.2±1.1)
杨帆,
2019
XD-2
63.20
0.54
16.38
2.57
0.04
1.92
2.81
4.29
4.23
0.30
1.77
99.52
8.52
0.98
1.41
3.59
XD-3
63.43
0.55
16.47
2.12
0.04
1.97
2.93
4.29
4.22
0.30
0.77
99.69
8.51
0.97
1.42
3.54
XD-4
63.90
0.52
16.46
2.27
0.04
1.89
2.88
4.29
4.29
0.29
0.76
99.88
8.58
0.97
1.41
3.52
Xg01
71.80
0.24
15.88
0.79
0.00
0.27
0.58
3.88
4.76
0.03
1.18
100.77
8.64
1.26
1.38
2.59
(249.9±1.4)
Xg02
73.68
0.10
14.76
0.79
0.01
0.27
0.62
3.67
4.50
0.03
1.04
100.59
8.17
1.23
1.35
2.18
段培新
等,
2014
Xg04-1
68.32
0.35
15.47
2.16
0.04
1.42
2.22
4.69
3.88
0.16
0.49
100.18
8.57
0.97
1.30
2.90
-
Xg06
68.32
0.35
15.77
2.36
0.03
1.08
2.15
4.57
3.70
0.16
0.66
100.34
8.27
1.02
1.37
2.70
Xg07
68.01
0.40
15.53
2.27
0.04
1.23
2.52
4.13
3.91
0.16
1.15
100.85
8.04
0.99
1.41
2.58
Xg08
65.58
0.44
16.27
3.14
0.04
1.55
2.51
4.15
4.12
0.25
0.93
100.56
8.27
1.03
1.44
3.03
JCGY1
71.12
0.28
15.54
1.30
0.00
0.26
0.80
3.89
4.85
0.10
1.95
101.90
8.74
1.19
1.33
2.70
-
侯万荣,
2011
JCGY2
71.99
0.28
14.59
3.03
0.01
0.34
1.17
4.46
4.13
0.08
1.20
101.30
8.59
1.05
1.23
2.55
TJG6
66.39
0.46
14.87
5.02
0.04
1.75
2.34
4.44
4.19
0.25
1.38
102.10
8.63
0.92
1.25
3.20
(138.7±1.2)
TJG7
66.77
0.45
14.99
5.08
0.04
1.76
2.27
4.58
4.15
0.25
0.97
102.10
8.73
0.93
1.25
3.23
JY2
65.96
0.46
16.23
3.51
0.03
1.14
2.19
4.73
4.35
0.24
1.13
101.20
9.08
0.99
1.30
3.56
TJG1
70.25
0.29
14.01
2.81
0.03
1.02
1.84
4.01
4.96
0.12
1.37
102.00
8.97
0.92
1.17
2.95
(142.65±0.44)~(140.86±0.71)
JY3
68.88
0.36
15.25
2.63
0.04
1.00
2.17
4.56
3.96
0.14
0.62
100.40
8.52
0.96
1.29
2.85
JCHGL-2
64.08
0.42
15.93
3.75
0.07
1.50
2.84
4.40
4.55
0.23
1.66
99.25
8.95
0.92
1.31
3.80
-
苗来成
等,
2003
JCHGL-3
67.78
0.36
14.99
3.13
0.07
1.17
2.38
3.81
4.20
0.19
1.53
99.48
8.01
0.99
1.38
2.59
JCHGL-4
67.12
0.39
15.15
2.99
0.06
1.40
2.64
4.60
3.97
0.16
1.42
99.77
8.57
0.91
1.28
3.04
JCHGL-5
69.42
0.30
14.51
2.45
0.07
1.05
2.04
3.75
4.58
0.13
1.33
99.52
8.33
0.98
1.30
2.63
JCHGL-6
67.95
0.33
15.00
2.74
0.07
1.20
2.51
3.82
4.36
0.13
1.58
99.56
8.18
0.96
1.36
2.68
白土
营子
矿田
B-Y-7
66.77
0.59
16.30
2.86
0.04
0.97
2.66
5.14
3.29
0.23
0.58
99.30
8.43
0.97
1.36
2.99
(248.2±0.64)
孙燕,
2013
B-Y-14
68.05
0.55
15.30
2.48
0.03
0.77
2.09
4.78
4.09
0.23
1.46
99.70
8.87
1.05
1.23
3.14
T-185
71.28
0.31
15.00
1.37
0.02
0.34
1.05
3.90
5.57
0.02
0.74
99.50
9.47
1.04
1.20
3.17
T184
71.86
0.31
14.30
1.54
0.02
0.38
1.16
4.23
4.85
0.08
0.66
99.30
9.08
1.00
1.17
2.86
B-Y-15
71.98
0.30
14.60
1.68
0.01
0.46
1.10
4.29
4.48
0.09
0.90
99.80
8.77
0.99
1.18
2.65
T-153
72.54
0.29
14.30
1.53
0.02
0.40
1.33
4.05
4.67
0.03
0.58
99.70
8.72
1.01
1.22
2.57
注:比值单位为1;σ=(K2O+Na2O)2/(SiO2-43)。表2研究区成矿岩体微量元素数据汇总(w(B)/10-6)
Table 2 Summary of trace element data of metallogenic magmatic rocks in the study area(w(B)/10-6)
矿床
样品编号
La
Ce
Pr
Nd
Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Lu
Rb
Ba
Th
U
Nb
Ta
Sr
Zr
Hf
Y
资料来源
撰山
子金
矿区
16ZS-1
76.80
129.00
13.80
44.90
6.34
0.96
4.84
0.69
2.74
0.49
1.42
0.22
1.53
0.23
127
546
20.6
3.8
18.5
1.41
89
54
2.3
13.4
欧阳鑫
等,2020
16ZS-2
56.40
97.70
10.20
33.90
4.85
0.81
3.89
0.52
2.24
0.37
1.12
0.20
1.27
0.18
125
560
16.6
3.1
14.5
1.17
88
51
2.2
10.2
16ZS-3
71.90
122.00
12.60
41.60
5.82
0.88
4.64
0.63
2.52
0.44
1.29
0.22
1.46
0.23
126
547
18.0
5.2
15.4
1.21
85
57
2.7
12.1
16ZS-4
59.40
101.00
10.70
35.90
5.49
0.91
4.53
0.66
3.18
0.57
1.66
0.29
1.93
0.27
126
538
17.6
4.9
17.8
1.35
102
59
2.7
16.6
16ZS-40-1
54.90
96.80
10.30
34.90
5.08
0.86
4.11
0.49
1.89
0.31
0.90
0.15
1.00
0.16
139
550
17.3
3.9
16.1
1.34
86
50
2.2
8.1
16ZS-47-1
62.70
108.00
11.50
39.30
5.71
0.95
4.59
0.62
2.38
0.42
1.26
0.21
1.37
0.21
143
631
32.3
6.0
16.4
1.34
90
48
2.3
11.4
16ZS-52-1
74.30
125.00
12.80
41.80
5.82
0.96
4.96
0.68
2.99
0.52
1.45
0.23
1.60
0.24
140
602
17.6
3.5
17.6
1.22
115
50
2.4
14.2
16ZS-52-2
103.00
177.00
17.90
59.10
7.93
1.13
6.43
0.77
2.72
0.43
1.33
0.20
1.47
0.22
129
555
24.9
3.5
17.8
1.26
107
46
2.3
11.8
17ZS-2
58.80
99.10
11.30
38.50
5.87
0.89
4.32
0.54
2.07
0.35
1.02
0.18
1.29
0.19
127
550
16.7
4.4
19.7
1.84
159
51
2.4
9.8
17ZS-4
52.30
86.10
9.35
32.50
4.75
0.78
3.53
0.46
1.85
0.32
0.95
0.17
1.20
0.19
148
536
18.5
5.5
16.5
1.58
139
49
2.3
8.9
金厂
沟梁
矿床
YT-15
46.30
75.60
8.41
29.90
4.57
1.36
4.16
0.55
2.43
0.46
1.30
0.21
1.28
0.18
111
1764
13.9
1.2
11.8
0.70
819
17
0.9
13.9
本文
YT-16
41.30
70.40
7.96
28.70
4.59
1.46
3.77
0.56
2.61
0.47
1.38
0.21
1.40
0.20
114
1979
12.7
1.0
11.7
0.70
867
19
0.9
13.8
YT-17
41.70
71.30
7.91
28.30
4.44
1.41
3.80
0.53
2.38
0.45
1.27
0.18
1.19
0.18
116
1829
12.6
1.6
12.4
0.80
883
15
0.9
12.0
YT-18
38.30
67.20
7.36
26.70
4.35
1.42
3.69
0.51
2.32
0.41
1.17
0.19
1.20
0.16
116
1947
12.3
1.3
10.9
0.60
897
14
0.8
11.8
YT-9
34.80
56.90
6.18
22.10
3.47
1.05
2.91
0.43
1.98
0.36
1.01
0.17
1.06
0.15
95
1436
9.8
1.2
10.9
0.70
697
30
1.3
11.2
YT-10
30.70
54.10
5.89
21.40
3.31
1.03
2.88
0.43
1.98
0.38
1.03
0.17
1.03
0.14
97
1385
10.1
1.3
10.4
0.70
715
37
1.6
10.5
YT-11
32.90
54.30
6.23
22.30
3.57
1.07
3.01
0.45
2.11
0.39
1.12
0.18
1.14
0.17
111
1454
9.7
1.5
11.5
0.70
683
35
1.4
11.6
YT-13
29.70
51.50
5.89
21.00
3.30
0.93
2.85
0.41
1.90
0.34
1.00
0.15
1.02
0.15
70
925
8.8
1.2
10.3
0.70
626
35
1.5
10.3
XD-1
36.64
65.98
7.55
28.53
4.65
1.63
3.97
0.48
2.13
0.37
1.09
0.15
1.00
0.12
133
1128
12.4
1.4
11.9
0.64
963
167
0.9
11.3
杨帆,2019
XD-2
40.42
71.05
8.08
28.77
4.69
2.02
3.98
0.46
2.26
0.37
1.08
0.15
1.06
0.13
137
1325
10.1
1.6
12.0
0.58
922
171
0.8
10.4
XD-3
41.06
69.32
8.04
28.77
4.60
2.43
4.08
0.47
2.11
0.35
1.10
0.14
1.10
0.14
137
1436
9.5
1.5
12.6
0.66
920
196
1.0
10.4
XD-4
39.28
67.15
7.76
27.76
4.56
1.96
3.83
0.45
2.05
0.37
1.05
0.14
1.03
0.12
139
1483
10.3
1.5
13.3
0.75
909
186
0.9
10.7
Xg01
17.80
37.40
4.56
16.20
3.06
0.61
2.13
0.32
1.66
0.31
0.82
0.14
0.88
0.13
171
754
12.5
1.2
18.0
0.82
290
171
5.7
6.3
段培新等,2014
Xg02
14.00
19.90
3.00
11.00
2.43
0.55
1.98
0.33
1.64
0.31
0.83
0.15
0.94
0.15
190
417
11.4
1.5
10.8
0.89
200
83
3.3
8.4
Xg04-1
30.70
51.70
6.13
21.10
3.59
0.82
2.68
0.35
1.64
0.32
0.93
0.14
0.92
0.14
91
1185
10.3
2.4
10.1
0.75
754
139
6.0
7.8
Xg06
22.60
46.90
4.32
15.50
2.41
0.64
1.63
0.23
1.19
0.23
0.66
0.11
0.70
0.09
102
1288
9.6
1.2
10.3
0.78
765
140
6.3
5.3
Xg07
27.40
46.50
5.70
20.50
3.13
0.81
2.40
0.32
1.63
0.32
0.82
0.14
0.79
0.11
107
1344
9.1
1.7
10.1
0.85
713
154
5.9
8.1
Xg08
33.10
59.10
7.06
24.80
3.99
1.00
2.96
0.37
1.73
0.34
0.92
0.14
0.89
0.14
110
1651
10.2
1.4
9.8
0.70
875
166
8.5
8.7
JCGY1
32.40
27.00
5.48
18.40
2.52
0.99
2.02
0.28
1.41
0.26
0.76
0.11
0.76
0.12
149
1199
15.4
1.1
12.6
0.75
461
212
4.4
7.8
侯万荣,2011
JCGY2
22.80
88.70
4.28
14.50
2.21
0.89
1.79
0.26
1.34
0.25
0.65
0.12
0.71
0.11
123
1118
18.2
0.9
13.2
0.72
514
217
4.6
6.5
TJG6
43.40
72.40
8.02
28.00
4.22
1.66
3.43
0.46
2.29
0.44
1.26
0.18
1.12
0.18
118
1767
11.6
1.5
12.3
0.73
830
45
1.7
13.7
TJG7
36.00
62.50
6.75
23.40
3.78
1.47
2.91
0.36
1.85
0.33
1.00
0.15
0.92
0.13
111
1658
11.0
1.6
11.2
0.66
757
44
1.6
9.4
JY2
36.20
59.30
6.84
24.40
3.89
0.88
3.22
0.37
1.94
0.35
1.06
0.15
0.98
0.15
126
2241
12.8
2.4
10.3
0.76
875
157
4.7
9.2
TJG1
29.10
49.20
5.09
17.60
2.69
1.12
2.37
0.29
1.44
0.26
0.77
0.13
0.80
0.12
86
1255
14.0
2.2
10.9
0.72
644
100
3.2
7.4
JY3
25.00
37.60
5.33
19.90
3.48
0.84
3.28
0.38
2.00
0.38
1.11
0.14
0.99
0.14
61
1729
7.9
1.2
8.5
0.61
630
128
4.1
10.7
JCHGL-2
35.62
69.57
7.62
24.89
3.81
1.62
3.56
0.42
2.08
0.36
1.18
0.15
1.14
0.19
132
1666
14.4
2.8
12.2
1.10
894
198
6.2
10.4
JCHGL-3
32.84
52.36
6.14
21.56
3.87
0.97
3.32
0.37
1.82
0.33
0.92
0.16
0.76
0.11
111
1361
7.5
1.5
10.7
0.70
764
218
5.4
12.0
JCHGL-4
32.00
59.18
5.99
19.46
3.84
1.06
3.17
0.39
1.66
0.34
1.05
0.17
0.89
0.15
118
1431
9.5
1.5
13.0
1.00
787
176
4.9
9.7
JCHGL-5
27.36
50.27
5.02
17.14
2.70
1.02
2.99
0.34
1.46
0.30
0.80
0.16
0.80
0.13
72
1240
11.0
1.4
9.9
0.90
701
131
5.1
8.0
JCHGL-6
34.22
32.36
3.67
13.54
2.19
0.52
2.21
0.32
1.56
0.34
0.96
0.17
1.20
0.20
85
1312
8.8
1.6
13.1
1.10
824
227
5.3
9.2
白土
营子
矿田
B-Y-7
40.30
70.10
8.47
29.90
5.25
1.20
3.86
0.49
2.34
0.42
1.12
0.17
1.11
0.17
138
1076
11.2
4.0
10.1
0.78
1327
231
6.0
11.4
孙燕,2013
B-Y-14
38.40
65.00
7.66
25.30
4.55
1.09
3.17
0.38
1.86
0.33
0.90
0.13
0.88
0.14
89
930
13.4
4.6
11.8
0.97
432
232
6.0
9.0
T-185
55.50
94.30
10.32
34.30
4.72
0.88
3.22
0.35
1.39
0.22
0.53
0.07
0.46
0.07
206
1541
18.4
4.5
10.9
0.77
413
190
5.3
5.7
T184
56.20
96.00
9.92
32.50
4.43
0.75
3.18
0.33
1.19
0.19
0.49
0.07
0.46
0.07
162
1068
23.8
4.8
10.6
1.00
1068
218
6.0
5.8
B-Y-15
39.60
70.30
7.69
25.00
4.06
0.83
3.00
0.38
1.99
0.38
1.06
0.17
1.11
0.18
166
946
25.1
5.8
11.8
1.21
471
207
5.9
10.5
T-153
50.70
83.10
8.57
27.70
4.34
0.96
3.01
0.38
1.67
0.29
0.72
0.10
0.67
0.11
228
944
30.4
8.1
11.7
1.28
408
215
6.1
7.7
综合前人对撰山子和白土营子三叠纪成矿花岗岩、金厂沟梁对面沟岩体以及矿区内不成矿岩体的Pb同位素研究,成矿岩体的数据点范围与矿石铅同位素的分布区间较为一致,显示了二者之间的同源性(侯万荣,2011;孙燕,2013;王丰翔等,2016),这也与矿石硫同位素组成反映的硫主要来自岩浆岩的特征一致(图10a~c)。
3.3.3氢、氧同位素研究区内不同成矿阶段石英的氧同位素组成和包裹体水的氢同位素组成的测试结果,以及基于矿物与水的氧同位素平衡分馏方程计算得到的成矿流体的氧同位素组成均列于表5中,计算所采用的方程式为:石英-水:1000lnα=3.38×106T-2-3.40(Clayton et al.,1972)。
图8研究区中酸性侵入岩球粒陨石标准化稀土元素配分图(a)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b)(标准化值据Sun et al.,1989)
Fig. 8 Chondrite-normalized REE patterns (a), and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams (b) for the
intermediate to acidic intrusive rocks in the study area (the normalization parameters are after Sun et al.,1989)
图7研究区内中酸性侵入岩岩石地球化学图解
a. TAS图解(底图据Irvine et al.,1971);b. SiO2-K2O图解(底图据Peccerillo et al.,1976);c. A/CNK-A/NK图解(底图据Maniar et al.,1989);
d. K2O/Na2O图解(底图据Middlemost,1975)
1—橄榄辉长岩;2a—碱性辉长岩;2b—亚碱性辉长岩;3—辉长闪长岩;4—闪长岩;5—花岗闪长岩;6—花岗岩;7—硅英岩;8—二长辉长岩;
9—二长闪长岩;10—二长岩;11—石英二长岩;12—正长岩;13—副长石辉长岩;14—副长石二长闪长岩;15—副长石二长正长岩;
16—副长正长岩;17—副长深成岩;18—霓方钠岩/磷霞岩/粗白榴岩
Fig. 7 Geochemical diagrams for the intermediate to acidic intrusive rocks in the study area
a. TAS diagram(base map after Irvine et al., 1971); b. SiO2-K2O diagram(base map after Peccerillo et al., 1976); c. A/CNK-A/NK diagram(base map after Maniar et al., 1989); d. K2O/Na2O diagram(base map after Middlemost, 1975)
1—Olivine gabbro; 2a—Alkali gabbro; 2b—Subalkaline gabbro; 3—Gabbro diorite; 4—Diorite; 5—Granodiorite; 6—Granite; 7—Quartzolite;
8—Monzogabbro; 9—Monzodiorite; 10—Monzonite; 11—Quartz monzonite; 12—Syenite; 13—Foid gabbro; 14—Foid monzodiorite; 15—Foid monzosyenite; 16—Foid syenite; 17—Foidolite; 18—Tawite/urtite/italite
撰山子金矿床各阶段成矿流体的δ18OH2O值变化于-3.9‰~+6.5‰,平均值+2.23‰(n=26);δDH2O值变化于-120‰~-86‰,平均值-103‰(n=26)。金厂沟梁矿床成矿流体的δ18OH2O值变化于+2.1‰~+7.9‰,平均值+5.7‰(n=38);δDH2O值变化于-124‰~-86‰,平均值-86.4‰(n=38)。其中,金厂沟梁矿区各阶段成矿流体的δ18OH2O值变化于+2.1‰~+7.9‰,平均值+5.5‰;δDH2O值变化于-108‰~-54‰,平均值-87‰(n=23);二道沟矿段成矿流体的δ18OH2O值变化于+2.8‰~+7.8‰,平均值+5.8‰;δDH2O值变化于-111‰~-71‰,平均值-89‰(n=10);金路矿段各阶段成矿流体的δ18OH2O值变化于+5.2‰~+7.5‰,平均值+6.3‰;δDH2O值变化于-88‰~-61‰,平均值-75‰(n=4);长皋沟矿段成矿流体的δ18OH2O值7.7‰,δDH2O值为-81‰。以上数据表明,研究区内上述矿床成矿流体的氢、氧同位素组成具有高度的相似性,暗示了它们的来源和成因类型相似。
在δD-δ18OH2O图解(图11)中,大部分数据落在岩浆水区域以及和张理刚(1985)定义的与金-铜系列相关的花岗岩类初始混合岩浆水的范围附近,说明研究区金钼矿床的成矿流体以岩浆水为主。从金厂沟梁金矿到撰山子金矿,成矿流体中大气降水的混入程度增加。孙燕(2013)对白土营子钨钼多金属矿田进行的系统氢、氧同位素研究显示,成矿前(斑晶和UST石英)和成矿期(钾化、绢云母化阶段)的石英中成矿流体主要为岩浆水,而热液晚阶段石英的氧同位素显示成矿流体为岩浆水与大气降水不同比例混合的产物(图11)。
3.3.4碳、氧同位素撰山子金矿区8件热液方解石δ13CPDB值(-4.5‰~-3.1‰)变化不大(表6),δ18OSMOW值介于-2.7‰~ +8.0‰;金厂沟梁金矿区3件方解石样品的δ13CPDB值和δ18OSMOW值介于−4.0‰~−2.2‰和5.0‰~11.9‰之间(表6);2个矿床的碳、氧同位素组成与地幔储库(δ13CPDB值-5‰±2‰,δ18OSMOW值+6‰~+10‰,Hoefs,2009)相似,在碳、氧同位素关系图解(图12)中,主要落在花岗岩类碳、氧同位素组成的变化范围内,指示成矿流体中的碳主要来源于岩浆。撰山子金矿区热液方解石的δ18OSMOW值变化范围相对较宽,δ18OV-SMOW值向左偏移,这可能为大气降水的混入所致。这一特征与氢、氧同位素的图解(图11)特征相吻合,进一步说明成矿流体可能受到了大气降水影响。
3.4成岩成矿时代敖汉地区几个典型矿床的地质特征均表明,成矿作用伴随着中酸性岩的侵入,矿体和花岗质岩体(脉)在空间和成因上密切相关。基于岩体锆石LA-ICP-MS/SHRIMP U-Pb定年、矿床辉钼矿Re-Os和硫化物Rb-Sr年代学资料,结合岩体(脉)与矿体的空间分布和相互关系,可以将研究区的岩浆活动大致分为二叠纪、三叠纪和晚侏罗世—早白垩世3个时期,而金钼多金属矿化主要发生在三叠纪和晚侏罗世—早白垩世,即中生代的大规模成矿期。
表3研究区典型矿床中硫化物的硫同位素组成
Table 3 Sulfur isotopes of sulfides from typical deposits in the study area
矿床
矿物
(样品数)
δ34SCDT/‰
资料来源
范围
平均值
撰山子
黄铁矿(4)
-1.5~1.2
0.3
本文
闪锌矿(1)
-0.6
黄铜矿(1)
-2
方铅矿(2)
-2.6~-0.8
黄铁矿(6)
-0.8~2.9
Sun et al.,2018
黄铁矿(11)
-0.1~2
王丰翔等,2016
闪锌矿(7)
-0.9~0.5
黄铁矿(5)
0.8~2.1
王时麒,1994
金厂
沟梁
金厂
沟梁
黄铁矿(3)
-1.6~-0.1
-0.7
Liu et al.,2019
闪锌矿(2)
-1.8~0.9
黄铜矿(1)
0.3
方铅矿(2)
-5.2~-4.3
黄铁矿(10)
−2.1~−0.7
侯万荣,2011
黄铜矿(1)
-0.6
方铅矿(2)
-2.8~-2.6
闪锌矿(1)
−2.4
黄铁矿(5)
0.6~4.3
孙珍军等,2014
黄铁矿(8)
-5.3~0.5
张立东,1990
黄铜矿(5)
2.1~3.1
王刚,2015
二道沟
黄铁矿(4)
-1.7~2.3
-0.4
侯万荣,2011
黄铁矿(5)
-0.6~0.9
黄铁矿(7)
-3.6~1.1
金路
黄铁矿(2)
-1.9~-1.1
-2.3
Liu et al.,2019
黄铜矿(1)
-2.3
方铅矿(1)
-3.9
长皋沟
黄铁矿(1)
1.2
-0.2
侯万荣,2011
方铅矿(1)
-1.5
白土
营子
白土
营子
黄铁矿(7)
0.1~2.6
1.9
孙燕,2013
辉钼矿(2)
2.1
库里吐
黄铁矿(3)
1.7~2.4
2.3
辉钼矿(4)
2.2~2.8
黄铜矿(1)
1.5
白马
石沟
黄铁矿(3)
0.4~0.7
0.8
辉钼矿(3)
1.2~1.9
黄铜矿(3)
-5.3~0.5
图9研究区典型矿床中硫化物δ34S组成频数直方图
Fig. 9 Histograms ofδ34S values for sulfides from typical deposits in the study area
撰山子金矿区的岩浆岩锆石U-Pb年代学研究结果显示,一采区和二采区的赋矿流纹岩和安山岩年龄分别为(264.4±3.8)Ma和(261.8±1.1)Ma(中二叠世,王丰翔等,2016;欧阳鑫等,2020);一采区的赋矿花岗岩年龄为252~237 Ma(早-中三叠世,张宇,2015;孙珍军等,2016;杨帆,2019;欧阳鑫等,2020),穿切矿体的闪长岩年龄为(219±4.7)Ma(晚三叠世,欧阳鑫等,2020);三采区的中粗粒二长花岗岩年龄为(159.9±3.0)Ma(晚侏罗世,李永刚未发表数据)。上述年代学数据表明,整个矿区的岩浆活动从中二叠世直至晚侏罗世,持续约105 Ma。欧阳鑫等(2020)根据矿体与岩体穿切关系,将金成矿时代限定为中-晚三叠世;王丰翔等(2016)通过对比赤峰-朝阳矿集区主要金矿床的成矿年龄,认为成矿时代为早白垩世。
表4研究区典型矿床中硫化物的铅同位素组成及特征参数
Table 4 Lead isotopes and related parameters of sulfides from typical deposits in the study area
矿床名称
矿物(样品数)
206Pb/204Pb
207Pb/204Pb
208Pb/204Pb
μ
ω
Δβ
Δγ
资料来源
撰山子
黄铁矿(4)
18.058~18.171
15.563~15.691
38.138~38.568
9.43~9.67
36.88~39.29
16.64~25.40
34.18~48.97
本文;王丰翔等,2016
闪锌矿(6)
黄铜矿(1)
方铅矿(9)
金厂
沟梁
金厂
沟梁
黄铁矿(13)
16.824~17.317
15.302~15.480
36.847~37.706
9.09~9.38
35.83~38.67
3.59~14.11
24.74~42.12
侯万荣,2011;聂飞,2013;Liu et al.,2019;
闪锌矿(3)
黄铜矿(2)
方铅矿(4)
二道沟
黄铁矿(11)
17.074~17.280
15.363~15.408
37.189~37.394
9.17~9.25
36.31~37.26
6.50~9.50
28.15~33.26
金路
黄铁矿(2)
17.044~17.081
15.378~15.417
37.179~37.314
9.21~9.29
36.93~37.73
8.12~10.82
31.35~35.85
黄铜矿(1)
方铅矿(1)
长皋沟
黄铁矿(1)
17.166~17.297
15.424~15.435
37.453~37.465
9.26~9.31
37.11~38.01
10.06~11.65
33.23~37.83
方铅矿(1)
白土
营子
白土
营子
黄铁矿(9)
17.780~19.912
15.558~15.708
38.079~39.657
9.44~9.61
33.36~39.32
16.84~24.42
33.57~58.35
孙燕,2013
库里吐
黄铁矿(2)
18.364~19.031
15.634~15.698
38.440~39.169
9.52~9.60
35.48~37.58
20.25~23.79
31.75~45.33
辉钼矿(3)
黄铜矿(1)
白马
石沟
黄铁矿(4)
18.409~19.058
15.624~15.668
38.434~39.122
9.48~9.57
36.38~37.50
18.91~21.91
34.76~44.06
辉钼矿(1)
黄铜矿(3)
在金厂沟梁矿床,金厂沟梁片麻状花岗岩体为262~250 Ma(中二叠世—早三叠世,侯万荣,2011;段培新等,2014),西台子似斑状二长花岗岩年龄为227~217 Ma(晚三叠世,苗来成等,2003;侯万荣,2011;段培新等,2014;杨帆等,2019),矿区南部边缘的石英斑岩脉和小西沟岩体的年龄分别为(154.7±0.5)Ma和(162.5±1.6)Ma(晚侏罗世,侯万荣,2011;杨帆等,2019),矿区东南部含有金矿脉的娄上岩体测得年龄为(161.4±1.1)Ma(晚侏罗世,Liu et al.,2020),对面沟岩体似斑状花岗岩和中细粒石英二长岩年龄分别为143~141 Ma和139~128 Ma(早白垩世,侯万荣,2011;王路智,2019;杨帆,2019),与矿脉相互穿插的黑云粗安斑岩年龄为(131.7±1.1)Ma(早白垩世,侯万荣,2011),截切金矿脉的流纹斑岩年龄为(131.1±1.6)Ma(早白垩世,王路智,2018),西对面沟岩体年龄为(128.2±1.1)Ma(早白垩世,杨帆,2019),矿区岩浆活动从中二叠世至早白垩世呈幕式发生。成矿时代方面,侯万荣(2011)测定金厂沟梁金矿区西部石英脉中的辉钼矿Re-Os等时线年龄为(244.7±2.5)Ma(中三叠世),矿区南部对面沟铜钼矿化辉钼矿Re-Os加权平均年龄为(131.5±0.9)Ma;杨帆(2019)测定矿区硫化物Rb-Sr同位素等时线年龄128 Ma;莫凌超等(2021)分别测定了赋矿安山玢岩和穿切矿脉的粗面安山岩锆石U-Pb年龄,将成矿时代限定在129~124 Ma。综合以上定年数据,金厂沟梁矿床金成矿主要发生在早白垩世。
白土营子矿田锆石U-Pb年龄限定的岩浆侵位序列为:北鸭鸡山二长花岗岩((273.6±2.4)Ma)→白马石沟花岗闪长岩((265.2±0.7)Ma)→白土营子黑云母二长花岗((255.6±0.7)Ma)→库里吐二长花岗岩((252.4±0.7)Ma)→白土营子二长花岗斑岩((248.2±0.6)Ma)→英安斑岩((246.5±1.0)Ma)→三道沟二长花岗岩((241.6±1.8)Ma),岩浆活动自早二叠世至中三叠世,持续了约32 Ma(孙燕,2013;Sun et al.,2021)。矿石辉钼矿Re-Os同位素分析表明,白土营子钨钼多金属矿、白马石沟铜(钼)矿和库里吐钼(铜)矿成矿年龄分别为(248.0±10)Ma、(248.6±6.7)Ma和(245.0±4.3)Ma,主要集中在早-中三叠世,成矿与白土营子二长花岗斑岩有关(孙燕等,2013)。
图10研究区典型矿床中硫化物的铅同位素组成
a.硫化物207Pb/204Pb-206Pb/204Pb图解;b.硫化物208Pb/204Pb-206Pb/204Pb图解;c.铅同位素Δγ-Δβ成因分类图解(据朱炳泉等,1998修改;太古宇建平群数据引自王时麒等,1994;成矿岩体数据范围引自付乐兵,2012;王丰翔等,2016;Sun et al.,2017)
1—地幔铅源;2—上地壳铅源;3—上地壳与地幔混合的俯冲带铅(3a—岩浆作用;3b—沉积作用);4—化学沉积型铅;5—海底热水作用铅;6—中深变质作用铅;7—深变质下地壳铅;8—造山带铅;9—古老页岩上地壳铅;10—退变质作用铅
Fig. 10 Diagrams showing Pb isotopic compositions of sulfides from typical deposits in the study area
a. Plots of207Pb/204Pb-206Pb/204Pb of sulfides; b. Plots of208Pb/204Pb-206Pb/204Pb of sulfides; c. Lead isotopeΔγ-Δβgenetic classification diagram(modified from Zhu et al., 1998; data of Archean Jianping Group are quoted from Wang et al., 1994; Metallogenic rock mass data range cited from Fu, 2012; Wang et al., 2016; Sun et al., 2017)
1—Mantle-derived lead; 2—Upper crust lead; 3—Mixed lead of Upper crust and mantle subduction (3a—Magmatism; 3b—Sedimentation); 4—Chemical sedimentary lead; 5—Submarine hydrothermal lead;6—Medium-high grade metamorphism lead; 7—Lower crust lead of high-grade metamorphism; 8—Orogenic belt lead; 9—Upper crust lead of ancient shale; 10—Retrograde metamorphic lead
八家锌银铅矿床和腾克力钼矿床的准确成岩成矿时代目前还未有公开发表的数据,有待进一步研究。已有研究主要集中在敖汉地区东北部的少郎河铅锌银矿田,前人通过对2个典型矿床中热液矿物的Rb-Sr等时线年龄测定,获得西水泉和张家沟热液脉型矿床的成矿时代分别为(268±3)Ma和(265.3±2.6)Ma(中二叠世,郭云鹏,2017)。考虑到八家矿区发育有从中二叠世至早白垩世不同阶段的花岗岩体,要确定成矿过程具体与哪一期或哪几期岩浆活动有关,有待进一步研究。
4讨论4.1矿床成因有关研究区金钼多金属矿床的成因及成矿时代一直是研究的热点问题,引起了广泛的关注和讨论。对于撰山子金矿床,存在3种主要的成因认识:岩浆热液脉型(王时麒等,1994;魏存弟,2001;王丰翔等,2016)、造山型(孙珍军,2013;张宇,2015)和浅成(低温)热液型(阴翠珍等,2007;杨帆,2019)。对金厂沟梁金矿床的成因也存在多种观点,主要为岩浆热液型矿床(李强之,1990;刘宗秀,2002;张长春等,2002;侯万荣,2011;Liu et al.,2019)和浅成造山型(孙珍军等,2014),也有学者提出二道沟金矿床为浅成低温热液型(庞奖励等,1994;1999)等。关于成矿时代的争议,存在三叠纪(张宇,2015;欧阳鑫等,2020)、早白垩世(苗来成,2003;王丰翔等,2016)以及三叠纪—白垩纪叠加成矿(侯万荣,2011;刘丽,2020)几种认识。本文通过综合分析研究区典型矿床地质、地球化学及成岩成矿精确测年数据,进一步明确了区内金钼多金属矿床的成因及其与区域构造演化之间的联系。
表5研究区典型矿床中热液石英氢、氧同位素组成
Table 5 Hydrogen and oxygen isotopes of hydrothermal quartz from typical deposits in the study area
矿床(样品数)
δD/‰
δ18O/‰
δ18OH2O/‰
Th/℃
资料来源
撰山子(25)
-103
12.3
6.5
332
本文
-103
11.8
6.0
332
-104
11.6
4.5
294
-98
10.1
3.0
294
-120~-86
8.7~13.3
-3.9~4.3
160~330
王时麒等,1994;王丰翔等,2016;Sun et al.,2018
金厂沟梁
金厂沟梁(23)
-108~-54
9.0~14.8
2.1~7.9
300~464
张长春等,2002;陈军强,2006;侯万荣,2011
二道沟(10)
-111~-71
9.7~15.7
2.8~7.8
242~320
庞奖励,1998;魏存弟,2001;侯万荣,2011
金路(4)
-61
9.6
5.2
385
本文
-72
11.1
6.1
360
-79
11.9
6.3
340
-88
13.1
7.5
340
长皋沟(1)
-81
14.50
7.6
300
侯万荣,2011
白土营子
白土营子(15)
-107~-87
3.1~11.7
-7.7~7.5
215~550
孙燕,2013
库里吐(7)
-107~-90
9.7~15.7
0.9~5.4
215~430
白马石沟(7)
-99~-82
9.0~9.8
1.0~6.7
260~469
图11研究区典型矿床中热液石英氢、氧同位素组成(底图据顾雪祥等,2019修改)
Fig. 11 Hydrogen and oxygen isotopic compositions of hydrothermal quartz from typical deposits in the study area (base map modified after Gu et al.,2019)
撰山子金矿床赋矿岩性复杂,主要包括下二叠统灰岩、二叠纪火山岩、印支期—燕山期花岗岩和花岗斑岩。矿体产出受北西向、近东西向断裂的严格控制,矿石以石英-硫化物脉为主,多发育脉状、网脉状、角砾状和浸染状构造。主矿化阶段成矿流体总体属于中高温(262~332℃)、中低盐度(w(NaCleq)为2.9%~10.7%)至高盐度(w(NaCleq)为33.7%~39.8%)的CO2-NaCl-H2O体系(刘丽,2020)。矿石硫、铅同位素研究显示,成矿物质主要来自于岩浆,热液矿物碳、氢、氧同位素特征显示成矿流体主要为岩浆水。矿石硫化物含量高、流体包裹体中石盐子晶发育及中高温的流体性质,这些特征与典型的造山型或浅成(低温)热液型矿床的流体特征存在显著差异,更符合中高温岩浆热液系统的特征。有关金的成矿时代,根据一采区矿体赋存于中三叠世花岗岩中,被晚三叠世闪长岩脉截切的地质关系,可以得出撰山子矿区在中-晚三叠世发了金的成矿作用;在二采区,部分金矿脉赋存于晚侏罗世—早白垩世花岗岩体中,推测在燕山期再次叠加成矿。因此,撰山子金矿床可归类为中高温岩浆热液脉型金矿床,主成矿期为中-晚三叠世,次为燕山期。
金厂沟梁金矿床矿体赋存的岩性多样,时间跨度大,包括太古宇建平群小塔子沟组变质岩(金厂沟梁矿区)、中二叠世—早三叠世金厂沟梁岩体(金路矿段)、晚三叠世西台子岩体(长皋沟矿段)、晚侏罗世火山岩(二道沟矿段)等多种岩性。矿体的产出受到北西向、近东西向和近南北向断裂的严格控制。矿石以石英-硫化物为主,脉状、网脉状、角砾状等构造较常见。流体包裹体研究表明,金厂沟梁矿区的成矿流体均一温度范围为245~384℃,盐度(w(NaCleq))为4.0%~12.5%和34.2%~41.4%(刘丽,2020),金路矿段均一温度主要变化于270~405℃,盐度(w(NaCleq))为1.7%~11.7%和34.2%~37.8%(高丽晔等,2019)。硫、铅、碳、氢、氧同位素数据特征指示,成矿与中酸性侵入岩有关。不难看出,金厂沟梁金矿床赋矿围岩时代跨度大、岩性复杂,矿体产出严格受断裂构造控制,成矿流体为中高温-中高盐度,矿石同位素组成与岩浆显示出同源性,上述特征与撰山子金矿床的成矿特征相似,因而同为中高温岩浆热液成因。综合大量的高精度成岩、成矿年代学数据,金厂沟梁金矿床的成矿时代主要为早白垩世,次为中三叠世(侯万荣,2011;杨帆,2019;莫凌超等,2021)。
表6研究区典型矿床中热液方解石碳、氧同位素组成
Table 6 Carbon and oxygen isotopes of hydrothermal calcite from typical deposits in the study area
矿床
样品编号
矿物名称
δ13CV-PDB/‰
δ18OV-PDB/‰
δ18OV-SMOW/‰
资料来源
撰山子
16ZS-31-2
方解石
-3.9
-28.2
1.9
本文
16ZS-63-2
方解石
-4.2
-22.3
8.0
16ZS-39-2
方解石
-4.5
-24.3
5.9
16ZS-65-1
方解石
-3.6
-29.5
0.5
方解石
-3.2
-2.5
Sun et al.,2018
方解石
-3.1
-2.7
方解石
-3.2
-2.7
方解石
方解石
-3.1
-3.7
-0.05
-2.2
金厂沟梁
16JC-6C-2-2
方解石
-4.0
-18.4
11.9
本文
16JC-6C-5
方解石
-2.2
-25.1
5.0
16JC-13
方解石
-4.0
-21.2
9.1
图12研究区典型矿床中热液方解石的碳、氧同位素组成(底图据顾雪祥等,2019)
Fig. 12 Carbon and oxygen isotopic compositions of hydrothermal calcite from typical deposits in the study area (base mapmodified after Gu et al.,2019)
白土营子钨钼多金属矿田矿体主要赋存于白土营子二长花岗斑岩和黑云母二长花岗岩中,矿体受岩体接触带形态及近东西向、北西向、北东向断裂控制。矿石发育细脉状、网脉状、浸染状构造。围岩蚀变具有一定的分带性,由成矿岩体向外依次发育钾化带、绢云母化带和青磐岩化带,具有斑岩型矿床典型的蚀变特征。流体包裹体和硫、铅、氢、氧同位素研究表明,成矿初始流体为高温、低-高盐度,来源于岩浆水;成矿物质来源于岩浆。矿田岩浆活动主体发生在晚二叠世和早三叠世,铜钼矿石中辉钼矿Re-Os年龄为249~245 Ma,成矿时代为早三叠世。上述特征均指示,白土营子矿田内的白土营子、库里吐和白马石沟矿床隶属统一的岩浆-热液成矿系统,成矿与白土营子二长花岗斑岩有关(孙燕,2013)。
八家锌银铅矿床的矿体主要赋存于上石炭统酒局子组碎屑岩中,在晚二叠世二长花岗岩裂隙中也有少量产出。矿体产出严格受北西向张扭性断裂构造控制。矿石中富含黄铁矿、闪锌矿、方铅矿等硫化物,矿石构造以细脉状、网脉状、角砾状和浸染状构造为主。目前,尽管对八家矿床的成岩、成矿年代学和地球化学研究资料尚不充分,但从已有的矿床地质特征分析可以推断,该矿床属于岩浆热液脉型矿床。腾克力钼矿床的矿体赋存于燕山期花岗岩侵入岩体边缘的地层中、受近东西向及北东向张性构造带控制,矿石发育浸染状、细脉-网脉状等典型斑岩型矿石构造,硅化、绢云母化等蚀变作用与钼矿化密切相关,与斑岩型矿床的典型地质、矿物学和地球化学特征相吻合。
4.2区域构造岩浆演化与成矿敖汉地区自古生代起先后经历了古亚洲洋、蒙古-鄂霍次克洋及古太平洋构造域的复杂构造演化。其中,中生代构造-岩浆活动对矿床的形成具有显著的控矿作用,成矿以岩浆热液型Au-Pb-Zn和斑岩型Cu-Mo-W为主,成矿时代集中在三叠纪和晚侏罗世—早白垩世。区内金钼等多金属成矿作用不仅是华北克拉通北缘中段构造-岩浆演化的直接响应,也是该区域复杂构造演化历史的综合体现。
在古亚洲洋演化阶段,二叠纪处于古亚洲洋向华北板块俯冲消减期,在活动大陆边缘环境下形成了大规模的中酸性侵入岩和火山岩,如撰山子、金厂沟梁、白土营子等矿区该时期的花岗岩类和安山岩-流纹岩即为典型代表。前人研究表明,古亚洲洋闭合的时间为二叠纪末期—三叠世初期,随后转入造山后伸展环境(苗来成等,2003;孙德有等,2004;Li et al.,2006;Windley et al.,2007;Xiao et a1.,2009;2015;Zhang et al.,2023)。华北克拉通北缘与南蒙古地体碰撞导致地壳增厚,此后岩石圈地幔拆沉导致软流圈物质上涌,下地壳部分熔融形成岩浆。花岗质岩体侵位后,初始成矿流体在岩体顶部发生斑岩型铜钼钨矿化或沿断裂上升就位形成金钼铅锌多金属矿床,区内广泛发育的三叠纪岩体侵位及白土营子钨钼多金属矿、车户沟钼矿、沙子沟钼矿、小塔子沟金矿、撰山子金矿和金厂沟梁第一期钼矿化即发生于该时期(侯万荣,2011;孙燕,2013;Li et al.,2017;Liu et al.,2019;欧阳鑫等,2020)。随后,这使得该区域逐渐转变为碰撞后伸展环境,并伴随广泛的岩浆作用。
中-晚侏罗世蒙古-鄂霍次克海的闭合标志着陆内造山阶段的开始,地壳增厚使岩石圈或下地壳拆沉诱发了华北克拉通伸展减薄与破坏(高山等,2009);研究区中-晚侏罗世的岩浆活动即发育在该时期的伸展背景下,以金厂沟梁和撰山子矿区发育的晚侏罗世岩浆岩为代表,鸡冠山、碾子沟等斑岩型钼矿也形成于该时期。
早白垩世,研究区进入古太平洋构造域的华北克拉通主伸展垮塌与岩石圈减薄期,壳、幔物质混合及下地壳重熔活化引发强烈的岩浆作用,构造行迹由东西向逐步转化为北(北)东向,区域上金厂沟梁、安家营子、腾克力等矿区大规模成岩成矿作用即发生在该时期,与中国东部燕山期成矿“大爆发”事件相吻合(胡受奚等,1995;陈衍景等,1998;邓晋福等,1999;2003;苗来成等,2003;Wu et al.,2011;Mao et al.,2021)。
4.3找矿勘查启示构造活动与岩浆-流体的时-空演化轨迹本质上体现了成矿物质的活化、迁移、聚集及定位过程,即构造-岩浆流体耦合的成矿作用(王丰翔等,2013)。敖汉地区的各个矿床在赋矿围岩岩性上表现出多样性,因而围岩对成矿的控制作用不明显。但金钼多金属成矿作用普遍与印支期和燕山期花岗质岩浆活动时间相近或略晚,且矿体严格受断裂构造控制。矿区内近东西向和北西向控矿构造的发育常与印支期古亚洲洋构造域碰撞后伸展有关,而北东向、北西向及近南北向控矿断裂则主要是燕山期华北克拉通伸展减薄的响应。敖汉地区从撰山子矿床到金厂沟梁矿床,控矿断裂从以北西向为主发展到北西向、近南北向均发育,显示了燕山期古太平洋构造域影响自西向东逐渐增强的趋势。因而,印支期和燕山期中酸性岩浆岩及北西向和近南北向断裂是重要的找矿标志。
在后续勘查中,需关注以下几点:敖汉地区广泛发育的二叠纪和晚侏罗世—早白垩世火山岩,提示在金厂沟梁、撰山子等矿区及外围或覆盖区,有潜力发现浅成低温热液型金多金属矿床。撰山子金矿区三采区及其东南侧的花岗(斑)岩中发育细脉浸染状金、钼矿化,以及与下二叠统灰岩接触带的矽卡岩化现象,均预示着该区具有良好的斑岩-矽卡岩型矿床找矿前景。白土营子钨钼多金属矿床为斑岩型和石英脉型矿化,空间上有用元素组合具有一定的分带性,发育钨(铜、银、锌、铅)多金属矿体与钼矿体。截至目前,敖汉地区西拉木伦河断裂以南还没有发现有关钨矿床的报道,白土营子钨钼多金属矿田的发现与探明,为敖汉南部及邻区钨多金属勘查提供了重要启示。八家锌银铅矿床是近年来敖汉旗境内浅覆盖区首次发现的大型锌多金属矿床,其发现一方面体现了综合勘查手段(地质、化探、物探等)在深部隐伏矿体探测中的有效性,为区域内寻找同类型矿床及覆盖区找矿提供了实践经验;另一方面,也表明敖汉地区及外围仍具有更大的铅锌银多金属找矿潜力。考虑到敖汉地区多个矿区岩体的侵位时代跨度大,且印支期和燕山期均有成矿的地质事实,进行岩体含矿性评价及多期叠加成矿过程的研究显得尤为重要。
5结论(1)内蒙古敖汉地区金钼多金属成矿与印支期和燕山期的花岗质岩浆侵位密切相关,显示出成岩成矿的多期性和多阶段性特征。印支期成矿以钼多金属矿化为主,金矿化次之;晚侏罗世—早白垩世则以金矿化为主。区内矿床成因类型主要为斑岩型和岩浆热液脉型,其中三叠纪和晚侏罗世—早白垩世中酸性岩浆岩及北西向和近南北向断裂是重要的找矿标志。
(2)印支期和燕山期成矿岩体主要为准铝质-弱过铝质高钾钙碱性系列花岗岩,具轻稀土元素和大离子亲石元素富集,高场强元素亏损的地球化学特征,分别形成于古亚洲洋构造域和古太平洋构造域伸展背景。
(3)金厂沟梁和撰山子金矿区及其外围具有寻找浅成低温热液型金多金属矿床的潜力,特别是撰山子金矿区具有良好的斑岩-矽卡岩型金铜矿床找矿前景。敖汉地区有望继续取得钨铅锌银多金属矿床的找矿突破。
致谢本研究的野外工作得到了内蒙古自治区第十地质矿产勘查开发院王立明、刘永高、王强、高陇平、刘传宝等领导和技术人员的大力支持,以及赤峰黄金吉隆矿业有限责任公司孙立军、李化坤,核工业243队王亚东、梁猛,原武警黄金第四支队主任工程师李锋的热情协助。室内研究得到了中国地质大学(北京)刘丽、胡运行、欧阳鑫、王路智等人的帮助。审稿人对本文提出的宝贵建设性意见,不胜感激。值此郑明华教授90华诞暨从事地质工作70年之际,非常荣幸能十年后再次撰写论文献给敬爱的郑老师,感谢他为地质学界的不懈奉献,感谢他十几年来给予我的关心和帮助,祝愿他健康长寿,幸福安康!
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参考文献
摘要
内蒙古敖汉地区处于华北克拉通与兴蒙造山带的过渡区,是华北地台北缘一个重要的金钼多金属矿化集中区,近年来找矿成果丰硕。在对撰山子和金厂沟梁大型金矿、白土营子大型钨钼多金属矿以及近年新发现的八家大型锌银铅矿和腾克力钼矿的地质地球化学特征系统分析的基础上,文章探讨了矿床成因与区域构造岩浆演化,提出了本区金钼多金属成矿潜力与找矿方向。结果显示,敖汉地区金钼多金属成矿与印支期、燕山期花岗质岩浆侵位密切相关,成矿主要发生于三叠纪和晚侏罗世—早白垩世,具有多期多阶段性特征。印支期和燕山期成矿岩体总体均属于准铝质-弱过铝质高钾钙碱性系列花岗岩,表现为轻稀土富集的右倾配分特征,大离子亲石元素富集,高场强元素亏损,分别形成于古亚洲洋和古太平洋构造域影响下的伸展背景。金矿床成因类型主要为岩浆热液脉型,钼矿床成因类型主要为斑岩型,受构造-岩浆岩联合控制,印支期和燕山期中酸性岩浆岩及北西向-近南北向断裂是重要的找矿标志。撰山子金矿具有良好的斑岩-矽卡岩型金铜矿床找矿前景,金厂沟梁和撰山子金矿区及外围具有寻找浅成低温热液型金多金属矿床的潜力。借鉴白土营子钨钼多金属矿田和八家锌银铅矿床的找矿经验,应注重综合利用地质、地化、物探等手段在覆盖区寻找钨铅锌银多金属矿床。
Abstract
The Aohan area in Inner Mongolia is located in the transition zone between the North China Craton and the Xing'an-Mongolia Orogenic Belt, serving as an important gold-molybdenum polymetallic mineralization concentration area on the northern margin of the North China Craton, with fruitful prospecting outcomes in recent years. Based on the systematic analysis of the geological and geochemical characteristics of the Zhuanshanzi and Jinchanggouliang large gold deposits, the Baituyingzi large tungsten-molybdenum polymetallic deposit, as well as the newly discovered Bajia large lead-sliver-zinc deposit and the Tengkeli molybdenum deposit, this research discusses the genesis of the deposits and the regional tectono-magmatic evolution, proposing the metallogenic potential and direction for gold-molybdenum polymetallic mineral exploration in the area. The findings indicate that the gold-molybdenum polymetallic mineralization in the Aohan area is closely related to the Indosinian and Yanshanian granitic magmatism, with mineralization mainly occurring during the Triassic and the Late Jurassic-Early Cretaceous periods. The Indosinian and Yanshanian fertilized intrusions generally belong to the peraluminous to weakly peraluminous high-K calc-alkaline series of granites, exhibiting right-leaning distribution characteristics enriched in light rare earth elements, enrichment of large ion lithophile elements, and depletion of high field strength elements, formed under an extensional setting influenced by the Paleo-Asian and Pacific tectonic domains, respectively. The genetic type of gold deposit is mainly magmatic-hydrothermal vein type, and the genetic type of molybdenum deposit is mainly porphyry-type, controlled by tectono-magmatic activities, with the Indosinian and Yanshanian felsic magmatic rocks and NW- to nearly NS-trending faults serving as important prospecting indicators. The Zhuanshanzi gold deposit has a prospecting potential for porphyry- and skarn-type gold-copper deposits, while the Jinchanggouliang and Zhuanshanzi gold mining areas and their peripheries have potential for epithermal gold polymetallic deposits. Drawing on the prospecting experience from the Baituyingzi tungsten-molybdenum polymetallic deposit and the Bajia lead-sliver-zinc deposit, it is suggested to focus on the comprehensive use of geological, geochemical, and geophysical methods to search for tungsten, molybdenum, lead, zinc, and silver polymetallic deposits in covered areas.