大兴安岭北段—小兴安岭地区斑岩型铜、钼矿床成矿作用与岩浆活动

发布时间：2020-08-08 08:08

【摘要】：大兴安岭北段-小兴安岭地区位于中亚造山带的东段,被北部的西伯利亚板块、南部的华北板块和东部的太平洋板块所夹持。该区自显生宙以来先后经历了古亚洲洋、蒙古-鄂霍次克洋和西太平洋的演化,地质构造十分复杂。由于大面积的森林植被覆盖和漫长的结冰期,该区的地质研究程度相对较低。20世纪90年代以来,随着地质找矿工作的系统开展,该区相继发现了一大批重要的内生金属矿床,以斑岩型铜、钼矿床最为典型。本文以最新勘查成果为基础,对多宝山铜矿、铜山铜矿、岔路口铝多金属矿和鹿鸣钼矿进行了重点剖析,分析了斑岩型铜、铝矿床的地质特征、成矿流体特征、稳定同位素特征、成矿时代和矿床成因,对与成矿有关的岩浆岩进行了锆石U-Pb年代学、岩石地球化学和Sr-Nd-Hf同位素地球化学研究,同时结合前人研究资料,探讨了斑岩型铜、铝矿床的时空分布规律及地球动力学背景,为下一步成矿预测和找矿靶区优选提供了理论依据。大兴安岭北段-小兴安岭地区自北向南可划分为额尔古纳地块、兴安地块和松嫩地块。额尔古纳地块在早古生代时期可能已经转为稳定,此后兴安地块沿塔源-喜桂图一带与额尔古纳地块拼合。晚古生代晚期,松嫩地块沿贺根山-黑河断裂与上述联合块体发生拼贴。研究区地层出露较完整,但以古生界和中生界地层为主。前寒武系和寒武系地层主要由浅变质岩组成,奥陶系-二叠系地层以碎屑岩和碳酸盐岩为主,侏罗系和白垩系地层主要为火山岩和火山碎屑岩。区内出露的岩浆岩以Ⅰ型和A型花岗岩最为普遍,主要形成于中生代,其次为晚古生代。构造格局表现为近东西向的构造被北东-北北东向的构造所叠加,前者受古亚洲洋构造体系控制,后者受滨西太平洋构造体系控制。多宝山铜矿的矿体主要产于花岗闪长岩中,矿体呈脉状、透镜状、扁豆状,围岩蚀变具有线型特征,可划分为四个成矿阶段：石英-钾长石阶段→石英-辉钼矿阶段→石英-黄铜矿阶段→石英-碳酸盐阶段。第Ⅱ阶段成矿流体的均一温度集中在240℃～320℃,盐度为不饱和-过饱和,流体δD=-81.2‰～-74.2‰,δOH2O=4.3‰～4.8‰,表现为岩浆水特征；第Ⅲ阶段流体均一温度主要为140℃～180℃,盐度为1.4～14.7 wt%NaCl eqv,流体δD=-88‰ ～-82.3‰,6OH2P=-2.3‰～2‰,表现为岩浆水和大气降水的混合。金属硫化物的δ34S=-0.76‰～1.1‰,表明硫主要来源于岩浆。辉钼矿Re-Os同位素模式年龄为473.8 Ma～481.3Ma。矿区花岗闪长岩、花岗斑岩和二云母二长花岗岩的锆石U-Pb年龄分别为480.4±2.8Ma.478.9±3.6Ma和232.3±2.5 Ma,三者均为高钾钙碱性系列,准铝质-弱过铝质,富集Rb、Ba、Th、U、Pb等大离子亲石元素,相对亏损Nb、Ta、P、Ti等高场强元素。Sr-Nd-Hf同位素显示岩浆起源于从亏损地幔中新生的地壳物质的部分熔融。铜山铜矿的矿体主要赋存于多宝山组地层中,矿体以脉状为主,围岩蚀变呈面型,可划分为四个成矿阶段：石英-钾长石阶段→石英-绿帘石-黄铜矿阶段→石英.多金属硫化物阶段→石英-方解石-铁白云石阶段。第Ⅰ阶段成矿流体均一温度峰值为220℃～260℃和300℃～360℃,δD=-95.7‰,δOH2O=5‰:第Ⅱ阶段流体均一温度峰值为180℃～260℃,8D=-98.5‰～-93.2‰,δOH2O=2.6‰～3.2‰:第Ⅲ阶段流体均一温度峰值为为120℃～160℃,δD=-99.7‰,δOH2O=-4‰,从早到晚成矿流体逐渐由岩浆水向大气降水演化。矿区金属硫化物的硫同位素(δ34S-2.6‰～-1.1%0)和铅同位素(206Pb/204Pb=17.682～17.798,207Pb/204Pb =15.471～15.495,208Pb/204Pb=37.395～37.52)特征均指示成矿物质来源于岩浆。铜山矿区地表的英云闪长岩中无矿化出现,其成岩时代为214.3±2.6 Ma,与成矿无关。成矿岩体为隐伏的花岗闪长岩体,在深部可能与多宝山矿区的花岗闪长岩相连。岔路口钼多金属矿床上部为铅锌矿体、下部为钼矿体。铅锌矿主要呈脉状、透镜状产于青磐岩化围岩中,钼矿体呈穹窿状产于花岗斑岩顶部的钾化带和石英-绢云母化带中。成矿作用经历了四个阶段：石英-钾长石阶段→石英-辉钼矿阶段→石英-多金属硫化物阶段→萤石-方解石-石英阶段。第Ⅰ阶段成矿流体均一温度集中在380℃～440℃,盐度有两个峰值：48～60 wt%NaCl eqv和6～16 wt%NaCl eqv;第Ⅱ阶段流体均一温度集中在300℃～400℃,盐度主要为4～12 wt%NaCl eqv；第Ⅲ阶段流体均一温度峰值为260℃～300℃,盐度3～5 wt%NaCI eqv；第Ⅳ阶段流体均一温度集中在160℃～260℃,盐度0～5 wt%NaCleqv。成矿流体从早阶段的高氧逸度、富CO2流体逐渐演化为晚阶段的低氧逸度、贫CO2流体,其8D值较低(-144.5‰～-117.3‰),可能与岩浆去气作用有关。矿区金属硫化物的硫同位素(δ34S=1.8‰～2.9‰)和铅同位素(206Pb/204Pb=18.311～18.356,207Pb/204Pb= 15.536～15.573,208Pb/204Pb=38.115～38.229)特征均指示岩浆来源。辉钼矿Re-Os等时线年龄为144.7±2.6 Ma,与赋矿花岗斑岩的成岩时代基本一致(148.2±1.6 Ma)。矿区加里东期花岗斑岩的锆石U-Pb年龄为464.9±2.8 Ma,可能是成矿母岩侵入的背景岩石。燕山期的黑云母二长花岗岩、石英二长斑岩和流纹岩的锆石U-Pb年龄分别为163.0±0.9 Ma、135.3±1.6 Ma和135.1±1.2 Ma,表明流纹岩是于成矿之后喷出地表的。矿区的岩浆岩均表现为高钾钙碱性系列-钾玄岩系列,准铝质-弱过铝质,富集Rb、Ba、Th、U、Pb等大离子亲石元素,亏损Nb、P、Ti等高场强元素。Sr-Nd-Hf同位素显示石英二长斑岩源区为亏损地幔,加里东期花岗斑岩来源于古老地壳物质部分熔融,黑云母二长花岗岩和流纹岩为壳幔混合来源。鹿鸣钼矿床的矿体主要产于二长花岗岩中,辉钼矿以细脉或石英-辉钼矿脉的形式产出。自岩体中心向外依次形成石英-钾长石化→石英-黄铁矿-黑云母化→绢云母化→青磐岩化的蚀变分带。成矿作用经历了四个阶段：石英-钾长石阶段→石英-辉钼矿阶段→石英-黄铁矿阶段→碳酸盐阶段。第Ⅰ阶段成矿流体均一温度主要为320℃～400℃C,盐度为3.7～12.8wt% NaCl eqv,δD=-89.1‰～-85.7‰,δOH2O=6.3‰～7.4‰;第Ⅱ阶段流体均一温度集中在300℃～340℃,盐度为1.7～83 wt%NaCl eqv,δD=-84.6‰～80.4‰,δ18OH2O=2.4‰～3.6‰；第Ⅲ阶段流体均一温度峰值为220℃C-260℃C,盐度为3.1～7.3 wt% NaCl eqv,δD=-80‰ ～-79.1‰,δOH2O=0.4‰。表明成矿流体以岩浆水为主,随着成矿作用的演化,大气降水的加入逐渐增多。辉钼矿Re-Os等时线年龄为177.9±2.6 Ma,与赋矿的二长花岗岩的锆石U-Pb年龄(180.7±1.6 Ma)相吻合。矿区的二长花岗岩为钾玄岩系列,弱过铝质,相对富集Rb、Th、U、Pb等大离子亲石元素,亏损Ba、Nb、Ta、P、Ti等元素。Sr-Nd-Hf同位素显示二长花岗岩的岩浆起源于壳幔物质的混合。鹿鸣钼矿与徐老九沟铅锌矿成矿时代-致、空间分布相邻、成矿岩体性质相似,二者构成一个斑岩型铝-矽卡岩型铅锌成矿系列。在典型矿床研究的基础上,结合其他已有的研究资料,厘定了大兴安岭北段→小兴安岭地区斑岩型铜、钼矿床的主要成矿时代。提出斑岩型铜矿的主成矿期为510～470 Ma和～180Ma,前者代表性矿床为多宝山铜矿和铜山铜矿,后者以乌奴格吐山铜钼矿为代表。斑岩型钼矿的主成矿期为～180 Ma和150～130 Ma,前者以鹿鸣钼矿、霍吉河钼矿、太平川铜钼矿、翠岭铝矿为代表,后者以岔路口钼多金属矿、太平沟钼矿、兴阿钼铜矿等矿床为代表。研究区斑岩型铜、钼矿床的成矿作用具有多旋回性、继承性和新生性,随着时间演化,成矿元素的演化趋势为铜(510～470 Ma)一钼(铜)(-180 Ma)→钼(150～130 Ma)根据已探明矿床的位置,总结了研究区斑岩型铜、钼矿床的空间分布规律。认为额尔古纳地块以斑岩型铜(金)和铜(钼)成矿作用为主,北兴安地块以大规模的斑岩型铜和斑岩型钼成矿作用为特征,小兴安岭地区以斑岩型钼矿为主。自北西向南东,矿种的变化趋势为斑岩型铜(金、钼)矿→斑岩型铜、铝矿→斑岩型钼矿。结合研究区的大地构造演化历史,总结了斑岩型铜、钼矿床成岩成矿的地球动力学背景。古亚洲洋的演化期间,在大兴安岭北段-小兴安岭地区并没有大规模的岩浆岩出露,但形成了以多宝山、铜山为代表的斑岩型铜矿床。蒙古-鄂霍次克洋的演化对研究区的影响相对较小,大兴安岭最北端(额尔古纳地区)的中侏罗世岩浆活动和斑岩型铜-钼矿床的成矿作用可能与之有关,如太平川铜钼矿、乌奴格吐山铜铝矿等。西太平洋的演化则引起了区内大规模的岩浆活动和斑岩型钼矿床的成矿作用,包括北兴安地块和小兴安岭地区的侏罗纪岩浆活动和成矿作用,以及大兴安岭地区主要的早白垩世火山-岩浆活动与斑岩型钼多金属矿和火山热液型金矿的成矿作用。对斑岩型铜、钼矿床成岩成矿作用的对比研究认为,区内斑岩型铜、钼矿床的成矿深度均小于3 km,成矿作用一般都经历了四个阶段：石英-钾长石阶段→石英-黄铜矿(或/和辉钼矿)阶段→石英-多金属硫化物阶段→石英-碳酸盐(-萤石)阶段。二者成矿物质均来源于岩浆,具有相似的围岩蚀变类型和分带特征,成矿流体性质相似,随着成矿作用的进行,均由岩浆水向大气降水演化。然而,斑岩型铜矿床和斑岩型钼矿床除了在成矿时代和空间分布上有较明显差别外,其成矿岩体特征也存在一定差异。主要表现在：斑岩型铜矿床的成矿岩体主要为中酸性岩,准铝质-过铝质,属高钾钙碱性系列的Ⅰ型花岗岩,成岩温度主要为650℃～750℃,岩浆来源为幔源：斑岩型钼矿床的成矿岩体主要为酸性岩,准铝质-过铝质,属高钾钙碱性系列-钾玄岩系列,为Ⅰ型或S型花岗岩,成岩温度主要为750℃～800℃,岩浆为壳幔混合来源。最后,根据斑岩型铜、钼矿床的时空分布规律及区域岩浆岩的发育情况,探讨了区内斑岩型铜、钼矿床的找矿方向。斑岩型铜矿床的重点找矿区域为多宝山-大新屯地区、伊春-延寿地区、黑河-嫩江地区及额尔古纳地块；斑岩型铝矿床的重点找矿区域为北兴安地块的兴隆-韩家园子地区、小兴安岭的铁力地区和逊克地区。
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P618.41;P618.65

【参考文献】