大興安嶺南段白音查干Sn多金屬礦床成因：礦床地質特征及Sr-Nd、S、Pb同位素證據*

姚磊 呂志成 葉天竺 龐振山 賈宏翔 張志輝 賈儒雅 吳云峰

1. 中國礦業報社，北京 100037 2. 中國地質調查局國際礦業研究中心，北京 1000373. 中國地質調查局發展研究中心，北京 1000374. 自然資源部礦產勘查技術指導中心，北京 100034 5. 中國地質科學院礦產資源研究所，北京 1000376. 西烏珠穆沁旗銀漫礦業有限責任公司，西烏珠穆沁旗 026200

關于W、Sn礦床金屬元素分帶的成因研究一直是礦床學領域的重要課題(Burnham and Ohmoto, 1980；Willis-Richards and Jackson, 1989；Candela, 1992；Yuanetal., 2008, 2011, 2018, 2019)。對此問題的研究不僅有助于理解巖漿-熱液成礦過程中W、Sn、Pb-Zn等金屬元素的地球化學行為(袁順達和趙盼撈，2021)，探討不同成礦作用類型之間的內在聯系(Audétatetal., 2000；Wolfetal., 2015；Zhaietal., 2017)，而且對于找礦勘查工作亦具有十分重要的理論指導意義。

大興安嶺南段是我國重要的Pb-Zn、Ag、Cu、Sn多金屬成礦帶(王京彬等，2005；江思宏等，2012；毛景文等，2013，2018；王玉往等，2014；Ouyangetal., 2015；Zhaietal., 2018；Maoetal., 2019)。近年來，區內相繼發現了白音查干和維拉斯托兩個大型Sn多金屬礦床，新增Sn資源儲量超過30萬噸(姚磊等，2018)，實現了大興安嶺地區Sn礦找礦的重大突破。前人研究認為，區內的Sn多金屬礦床主要集中于林西-甘珠爾廟多金屬礦集區，而Ag-Pb-Zn礦床則主要分布于相鄰的錫林浩特-霍林郭勒多金屬礦集區。因此，長期以來，大興安嶺南段的Sn礦找礦工作一直以林西-甘珠爾廟多金屬礦集區為重點，但多年來始終沒有取得較大的突破。然而，與以往不同的是，取得重大突破的白音查干和維拉斯托礦床卻位于以Ag-Pb-Zn礦化為主的錫林浩特-霍林郭勒多金屬礦集區，尤其是他們均發現于已探明的大型Ag-Pb-Zn礦床的外圍及深部(姚磊等，2017，2018)，顯示出大規模Ag-Pb-Zn成礦作用與大規模Sn成礦作用之間密切的聯系。但是，前人對錫林浩特-霍林郭勒多金屬礦集區Sn成礦作用的研究相對較少，關于上述兩類成礦作用之間關系的研究一直較為薄弱。因此，大興安嶺南段錫林浩特-霍林郭勒多金屬礦集區大規模Ag-Pb-Zn成礦作用與大規模Sn成礦作用之間的關系已成為亟待解決的重要科學問題。

白音查干礦床位于大興安嶺南段錫林浩特-霍林郭勒多金屬礦集區，礦床Sn、Zn、Ag金屬量均達到大型規模。由于是新發現，目前僅在礦床地質、巖石學、礦物學等方面取得了一些認識(趙戰鋒，2016；劉新等，2017a，b；姚磊等，2017；李真真等，2020)，但是關于Sn與Ag-Pb-Zn成礦作用的關系尚不清楚。因此，本文選擇白音查干礦床為研究對象，通過開展礦床地質、螢石和石英斑巖Sr-Nd同位素、硫化物S-Pb同位素和原位S同位素地球化學特征研究，探討該礦床大規模Sn成礦作用與Ag-Pb-Zn成礦作用之間的關系，以期為大興安嶺南段Sn礦床成礦規律總結和區域找礦預測工作提供依據。

1 區域地質

大興安嶺南段位于中亞造山帶東段的興蒙造山帶，其范圍北至二連-賀根山斷裂，南至西拉木倫斷裂，東至嫩江斷裂(圖1a)。該區在地質歷史上主要經歷了古生代-三疊紀古亞洲洋和中生代蒙古-鄂霍茨克洋消減以及古太平洋板塊演化的影響(Wuetal., 2011；Xuetal., 2013；Ouyangetal., 2015；Liuetal., 2020)，形成了大量的巖漿巖和與之有關的多金屬礦床。區內最老的地層被認為是一套由黑云斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖、斜長角閃片巖等組成的中-高級變質巖系(Shietal., 2003)，被稱為“錫林郭勒雜巖”。奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系主要為淺變質碎屑巖夾火山巖、灰巖以及火山巖。二疊系為一套火山-沉積建造，呈北東向展布，主要有壽山溝組濱海相砂、板巖，大石寨組細碧巖、角斑巖及凝灰巖，哲斯組砂礫巖、硅質巖、粉砂巖等。侏羅系-白堊系主要以火山巖、碎屑巖為主，主要有滿克頭鄂博組流紋巖、凝灰巖，瑪尼吐組凝灰巖、流紋巖、安山巖等，白音高老組凝灰質砂巖、流紋安山巖、流紋巖等，梅勒圖組安山巖、玄武巖等。米生廟復背斜和NE、NW和EW向斷裂是區內的主要構造。其中，NE向構造控制了本區晚中生代巖漿活動；NW、NEE、NNE向斷裂控制了大多數多金屬礦床的分布(盛繼福等，1999)。區內花崗質巖石廣泛發育，呈近NE向展布，巖性主要包括花崗閃長巖、二長花崗巖、堿性花崗巖、正長花崗巖、花崗斑巖以及石英斑巖等。Ouyangetal.(2015)根據大量成巖年代學數據，將區內花崗質巖石成巖時代劃分為石炭紀(328～298Ma)、早-中二疊世(286～262Ma)、早-中三疊世(255～220Ma)、早-中侏羅世(184～160Ma)和晚侏羅-早白堊世(155～120Ma)。其中，晚侏羅世-早白堊世巖漿作用主要與區內Sn、Cu、Pb-Zn成礦作用關系密切(呂志成等，2000；陳公正等，2018；劉瑞麟等，2018)。大興安嶺南段晚中生代火山活動主要發生于中侏羅世-早白堊世(呂志成等，2004；Yingetal., 2010；Xuetal., 2013)，主要巖性包括玄武巖、玄武質安山巖、安山巖、英安巖等。

圖1 大興安嶺南段大地構造位置(a)及地質礦產簡圖(b)(據Ouyang et al., 2015修改)Fig.1 Sketch map showing the location of southern Great Xing’an Range (a) and main types of mineral deposits (b) (modified after Ouyang et al., 2015)

大興安嶺南段是我國重要的多金屬成礦帶之一，可劃分為4個礦集區，即錫林浩特-霍林郭勒Ag多金屬礦集區、林西-甘珠爾廟Sn-Cu多金屬礦集區、天山Mo多金屬礦集區和突泉Cu多金屬礦集區(圖1b)。其中，Sn多金屬礦床主要與早白堊世花崗質巖石關系密切(Ouyangetal., 2015)。目前，區內Sn儲量達到中型及以上的礦床主要分布于林西-甘珠爾廟Sn-Cu多金屬礦集區，以黃崗、安樂、大井等礦床為代表；其次為錫林浩特-霍林郭勒Ag多金屬礦集區，代表性礦床為白音查干、維拉斯托和毛登。

2 礦床地質

礦區出露地層主要有下二疊統大石寨組、下白堊統大磨拐河組以及第四系全新統(圖2a)。下二疊統大石寨組在礦區分布廣泛，巖性主要為凝灰質粉砂巖、安山質凝灰巖、安山巖、玄武巖和流紋巖等，是礦床的主要賦礦圍巖。該組地層總體走向NE，傾向NW，傾角40°～70°，與上覆下白堊統大磨拐河組呈不整合接觸。下白堊統大磨拐河組巖性主要為礫巖和砂巖，厚度約300m，主要分布于礦區西南部。礦區控巖構造主要呈NE向，與區域控巖構造基本一致；控礦構造主要呈NE向或近EW向，可分為F1、F3和F4斷裂(圖2a)。其中，F1斷裂帶位于礦區中部，總體走向NE，傾向NW，傾角52°～75°。礦區石英斑巖與成礦關系密切，多分布于礦區南部，呈巖株、巖枝狀侵位于下二疊統大石寨組中。巖石多呈淺灰色，斑狀結構，主要由石英、堿性長石等組成，副礦物主要為鋯石、金紅石、磷釔礦等。斑晶以石英為主，可見熔蝕結構和港灣狀結構；基質主要為石英和堿性長石等。此外，石英斑巖中發育由閃鋅礦(10%～60%)+螢石(20%～60%)+電氣石(5%～10%)±方鉛礦(5%～15%)±黃鐵礦(～5%)等組成的礦物集合體(以下統稱“Zn-F-B集合體”)(圖3a，b)，部分具流動性特點。“Zn-F-B集合體”常呈橢圓形或圓形獨立產出，與巖體界線截然(圖3a)。

圖2 白音查干礦床礦區地質圖(a)及剖面圖(b、c)(據山東地質礦產勘查開發局第六地質大隊，2014(1)山東地質礦產勘查開發局第六地質大隊. 2014. 內蒙古自治區西烏珠穆沁旗白音查干東山礦區銅鉛錫銀鋅礦補充勘探報告；姚磊等，2017修改)

圖3 白音查干礦床石英斑巖和主要熱液脈的手標本(a、c-e、g、i、k)、單偏光(b、l)、背散射(f、h)及反射光(j)照片(a、b)石英斑巖中的“Zn-F-B集合體”；(c、f)石英斑巖中的脈狀及浸染狀錫礦化；(d)凝灰質粉砂巖中的1型脈；(e、h)凝灰質粉砂巖中的2型脈；(g、j)3型脈；(i、l)4型脈；(k)5型脈切穿4型脈. Cas-錫石；Fl-螢石；Tur-電氣石；Spl-閃鋅礦；Cpy-黃銅礦；Py-黃鐵礦；Apy-毒砂；Plg-斜硫銻鉛礦；Sta-黝錫礦；Tet-黝銅礦；Q-石英；Zr-鋯石；Mnz-獨居石；Rt-金紅石Fig.3 Representative photographs (a, c-e, g, i, k) and photomicrographs of (b, f, l, h, j) of quartz porphyry and veinlets from the Baiyinchagan deposit(a, b) sphalerite+fluorite+tourmaline aggregates in quartz porphyry; (c, f) veinlets and disseminated Sn mineralization in quartz porphyry; (d) type-1 veinlets in Tuffaceous siltstone; (e, h) type-2 veinlets in Tuffaceous siltstone; (g, j) type-3 veinlets; (i, l) type-4 veinlets in Tuffaceous siltstone; (k) type-5 veinlets cross-cut by type-4 veinlets. Mineral abbreviations: Cas-cassiterite; Fl-fluorite; Tur-tourmaline; Spl-sphalerite; Cpy-chalcopyrite; Py-pyrite; Apy-arsenopyrite; Q-quartz; Plg-plagionite; Sta-stannite; Tet-tetrahedrite; Zr-zircon; Mnz-monazite; Rt-rutile

礦區目前分為I區、III區和IV區，其中，I區和IV區分別位于礦區西部和北部，主要以Ag-Pb-Zn礦體為主；III區位于礦區中部，主要為Sn-Cu-Zn-Ag礦體(圖3a)。I區和IV區圈定Ag-Pb-Zn礦體105個，以Zn、Ag為主，主要產于凝灰質粉砂巖中以及凝灰質粉砂巖與石英斑巖的接觸帶附近(圖3c)，其中，Ⅰ-2和Ⅰ-4號礦體最為重要。Ⅰ-2號礦體埋深11～209m，傾向340°～346°，傾角45°～73°，平均真厚度5.70m，Zn、Pb、Ag平均品位分別為3.17%、1.43%、198.43g/t。III區圈定Sn-Cu-Zn-Ag礦體109個，主要受F3斷裂控制，產于石英斑巖與凝灰質粉砂巖的接觸帶附近以及石英斑巖體中(圖3b)，呈近EW向展布，其中，Ⅲ-1、Ⅲ-2、Ⅲ-3、Ⅲ-4、Ⅲ-5、Ⅲ-6及Ⅲ-7號為主要礦體。Ⅲ-1號礦體埋深45～364m，傾向349°～359°，傾角53°～76°，呈脈狀產于凝灰質粉砂巖與石英斑巖接觸帶及其附近。礦體平均真厚度3.44m，Zn、Cu、Ag、Sn平均品位分別為2.77%、0.576%、244.12g/t、0.480%(山東地質礦產勘查開發局第六地質大隊, 2014)。從礦石品位特征來看，III區以Sn礦化為主的礦體往往與以Zn礦化為主的礦體呈相對獨立產出或相伴產出的關系(圖2b)。

根據金屬元素組合可將礦床的礦石類型劃分為Sn礦石和Ag-Pb-Zn礦石。Sn礦石中的金屬礦物以錫石為主，其次為黃銅礦、閃鋅礦、毒砂、黃鐵礦等；非金屬礦物主要有石英、螢石、電氣石等(圖3c, e、圖4c)。Ag-Pb-Zn礦石中的金屬礦物主要以閃鋅礦為主，其次為黃鐵礦、方鉛礦等(圖3i, k, l、圖4d)；非金屬礦物主要有石英、電氣石、螢石等。其中，螢石、電氣石在兩類礦石中廣泛發育，幾乎貫穿了整個成礦作用過程(圖3、圖4)。礦石礦物的結構主要有半自形-他形粒狀結構、交代結構、環帶狀結構和膠狀結構等；礦石構造有脈狀、角礫狀、條帶狀以及浸染狀構造等。礦床熱液脈和熱液角礫巖分布廣泛，具有多期多階段的特點。

圖4 白音查干礦床熱液角礫巖手標本及鏡下特征(a)含凝灰質粉砂巖和石英斑巖角礫的I型角礫巖；(b)含凝灰質粉砂巖角礫和螢石、電氣石、石英等膠結物的II型角礫巖；(c、f)含凝灰質粉砂巖角礫和錫石、電氣石、螢石等膠結物的III型角礫巖；(d)含凝灰質粉砂巖角礫及閃鋅礦等膠結物的IV型角礫巖；(e)含凝灰質粉砂巖角礫和黃鐵礦等膠結物的V型角礫巖Fig.4 Representative photographs and microphotographs of hydrothermal breccias from the Baiyinchagan deposit(a) type-I breccia consisting of quartz porphyry and tuffaceous siltstone clasts; (b) type-II breccia containing fragments of tuffaceous siltstone and cement material of fluorite, tourmaline and quartz; (c, f) type-III breccia consisting of tuffaceous siltstone clasts and cement materials of cassiterite, fluorite and tourmaline; (d) type-IV breccia composed of tuffaceous siltstone fragments and sphalerite, fluorite and tourmaline; (e) type-V breccia with tuffaceous siltstone fragments and sulfide matrix dominated by pyrite

根據穿插關系和礦物組合，可將礦床熱液脈劃分為6種類型。1型熱液脈分布于III區，主要產于石英斑巖中，其次為凝灰質粉砂巖(圖3d)；主要由螢石(75%～80%)+石英(5%～10%)+電氣石(10%～15%)±錫石±黝錫礦±黝銅礦±閃鋅礦±黃鐵礦組成。2型熱液脈分布于III區，主要產于石英斑巖或距離其100～200m的凝灰質粉砂巖中，礦物組合為石英(30%～80%)+錫石(10%～45%)+螢石(5%～10%)+電氣石(5%～15%)±黃鐵礦±閃鋅礦±銀黝銅礦(圖3e, h)。3型熱液脈分布于III區，主要產于石英斑巖體內，由黃銅礦(25%～40%)+螢石(20%～25%)+電氣石(25%～50%)±石英±黝錫礦±銀黝銅礦±黃鐵礦±閃鋅礦±毒砂±黝銅礦組成(圖3g, j)。4型熱液脈主要產于I區凝灰質粉砂巖中，部分產于石英斑巖中，主要由閃鋅礦(30%～80%)+黃鐵礦(5%～40%)+石英(10%～30%)+電氣石(～10%)±螢石(～10%)±方鉛礦組成(圖3i, l)。5型熱液脈主要產于I區凝灰質粉砂巖中，主要由黃鐵礦(～90%)+石英(～10%)±電氣石±方鉛礦±閃鋅礦組成(圖3k)。6型熱液脈分布于I區凝灰質粉砂巖中，主要由石英、輝銻礦、黃鐵礦等組成。

根據膠結物礦物組合(Sillitoe, 1985)，可將礦床熱液角礫巖劃分為5種類型。I型角礫巖發育于I區、III區的石英斑巖與凝灰質粉砂巖的接觸帶，膠結物為石英、絹云母、碳酸鹽礦物等；角礫為石英斑巖及凝灰質粉砂巖(圖4a)。II型角礫巖多見于III區，主要發育于距離石英斑巖約200m以上的凝灰質粉砂巖中，膠結物為螢石(40%～80%)+電氣石(5%～15%)+石英(10%～30%)±錫石±碳酸鹽±黃鐵礦±黝錫礦±黃銅礦±閃鋅礦；角礫為凝灰質粉砂巖(圖4b)。III型角礫巖分布于III區，主要產于石英斑巖體中或距離巖體100～200m的凝灰質粉砂巖中，膠結物為錫石(20%～60%)+石英(20%～70%)+螢石(10%～45%)+電氣石(5%～10%)±黃銅礦±閃鋅礦±毒砂±黃鐵礦；角礫以凝灰質粉砂巖為主，其次為石英斑巖(圖4c, f)。IV型角礫巖見于I區，產于凝灰質粉砂巖與石英斑巖的接觸帶；膠結物為閃鋅礦(40%～45%)+黃鐵礦(5%～10%)+石英(25%～30%)+電氣石(～5%)+螢石(～5%)±黃鐵礦±方鉛礦；角礫為凝灰質粉砂巖(圖4d)。V型角礫巖分布于I區，產于凝灰質粉砂巖與石英斑巖的接觸帶，膠結物為黃鐵礦(25%～75%)+石英(10%～45%)+閃鋅礦(5%～15%)±電氣石±輝銻礦；角礫為凝灰質粉砂巖(圖4e)。

根據礦物組合和穿插關系可將礦床的成礦作用過程劃分為5個主要階段。(1)石英-絹云母階段：主要以面狀蝕變為主，主要礦物包括石英、絹云母、碳酸鹽礦物等，發育以石英-絹云母等為膠結物的I型角礫巖。(2)石英-螢石-電氣石階段：以螢石、電氣石、石英等非金屬礦物為主，金屬礦物為少量的錫石及閃鋅礦等硫化物，發育以螢石-電氣石及少量硫化物為膠結物的II型角礫巖，以及具有相似礦物組合的1型熱液脈。(3)錫石氧化物階段：金屬礦物主要以錫石為主，其次為少量閃鋅礦、銀黝銅礦等，非金屬礦物主要有石英、螢石、電氣石等，發育含有錫石-電氣石-螢石礦物組合的III型角礫巖和2型熱液脈。(4)多金屬硫化物階段：可分為黃銅礦(銀黝銅礦)亞階段、閃鋅礦-黃鐵礦亞階段、輝銻礦亞階段。其中，黃銅礦(銀黝銅礦)亞階段的金屬礦物主要為黃銅礦，其次為黝錫礦、銀黝銅礦、黃鐵礦、閃鋅礦、毒砂、黝銅礦等；非金屬礦物主要為螢石、電氣石，其次為石英，發育由黃銅礦-螢石-電氣石組成的3型熱液脈。閃鋅礦-黃鐵礦亞階段的金屬礦物以閃鋅礦、黃鐵礦為主，偶見少量輝銻礦；非金屬礦物主要以石英、電氣石、螢石為主，發育4型、5型熱液脈和IV型、V型角礫巖。輝銻礦亞階段的金屬礦物主要為輝銻礦及少量黃鐵礦；非金屬礦物主要為石英，發育含有黃鐵礦-石英等礦物的6型熱液脈。(5)石英-高嶺石階段，主要礦物為高嶺石和石英。礦床礦化蝕變較為發育，與成礦有關的蝕變主要包括硅化、電氣石化、螢石化。一般來說，石英斑巖蝕變程度相對最高，而凝灰質粉砂巖的蝕變程度則相對較低且以弱的硅化及絹云母化蝕變為主。

3 樣品特征及分析方法

3.1 樣品特征

石英斑巖、螢石以及硫化物樣品采自礦床I、III區井下不同中段以及I-3ZK7、I-4ZK15、III-4ZK6和III-4ZK06-7等鉆孔。其中，石英斑巖樣品采自Sn-Cu-Zn-Ag礦體和Pb-Zn-Ag礦體附近。螢石樣品采自“Zn-F-B集合體”、1至5型熱液脈、II型角礫巖和III型角礫巖中，主要以他形為主，多與錫石、硫化物、電氣石、石英等共生。硫化物樣品主要采自“Zn-F-B集合體”、2型脈、4型脈、III型角礫巖、IV型角礫巖中，呈半自形-他形結構，部分可見環帶狀結構，主要與錫石、電氣石、螢石、石英等共生。

3.2 分析方法

3.2.1 Sr-Nd同位素分析

石英斑巖全巖的Sr-Nd同位素分析在南京大學內生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室完成。使用儀器為美國ThermoFisher固體同位素質譜儀(TIMS)，型號為TRITON TI。將石英斑巖樣品研磨成200目粉末后，使用HClO4和HF進行溶解，并進行Sm和Nd的分離和純化，進而開展質譜測定。Sr和Nd的同位素分餾分別采用87Sr/86Sr=0.1194和143Nd/144Nd=0.7219校正。NBS987和Jndi-1分別作為Sr和Nd同位素測試的標樣。Rb-Sr和Sm-Nd全流程空白本底分別約為1×10-10g和5×10-11g。

螢石單礦物Sr-Nd同位素測試在中國科學技術大學金屬穩定同位素地球化學實驗室完成，使用儀器為多接收等離子體質譜儀(MC-ICP-MS)，型號為Neptune plus。將螢石單礦物顆粒研磨至200目粉末后，在Teflon高溫熔樣膽中先后使用HClO4和HF進行溶解，隨后使用含有AG50W-X12交換樹脂的石英交換柱進行Sm和Nd的分離和純化。樣品在MAT-626固體熱電離質譜儀上完成，國際標樣NBS987和La Jolla作為監控樣。

3.2.2 單礦物及原位S同位素分析

原位S同位素分析在中國地質大學(武漢)地質過程與礦產資源國家重點實驗室完成。激光剝蝕系統為瑞索公司制造的ResolutionS-155；多接收等離子體質譜儀MC-ICP-MS型號為Nu Plasma II。激光波長193nm，激光束斑直徑為23μm，剝蝕頻率5Hz，剝蝕40秒；載氣為高純He氣；標樣為國際硫化物標樣NBS-123閃鋅礦和實驗室內部標樣WS-1黃鐵礦。采用外標校正法(SSB法)計算獲得δ34S值，并采用WS-1和NBS-123標樣進行校正。

3.2.3 單礦物Pb同位素分析

Pb同位素分析分別使用核工業北京地質研究院分析測試中心ISOPROBE-T熱電離質譜儀(樣品BY-25、BY-40、BY-301、BY-I-04、BY-58-1)和南京大學內生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室Finnigan公司的Triton T1型表面熱電離質譜儀(樣品BY-246、BY-88、BY-047、BY-048)完成。選擇典型的黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦和閃鋅礦等硫化物研磨至200目，之后使用濃HF酸進行溶解。Pb同位素純化通過離子交換技術進行，同位素比值在多接收等離子質譜儀測定完成。鉈(Tl)元素用來做內標。核工業北京地質研究院分析測試中心和南京大學內生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室分別使用NBS981標樣和NIST SRM981標樣進行校正。

4 分析結果

4.1 Sr-Nd同位素分析結果

石英斑巖全巖和螢石單礦物樣品的Sr-Nd同位素分析及計算結果見表1。(87Sr/86Sr)i和εNd(t)值等分別以姚磊等(2017)獲得的鋯石U-Pb年齡(按140Ma)基礎上進行計算。

4.1.1 石英斑巖Sr-Nd同位素組成

8件石英斑巖普遍含有較高含量的Rb(219.1×10-6～799.2×10-6)和Sr(12.1×10-6～61.4×10-6)，而且所測樣品均具有較高的87Rb/86Sr值(20.0～72.8)，說明石英斑巖樣品在形成后可能受到某些因素的影響，導致Sr同位素體系變為開放體系。因此，所測得的Sr同位素初始值數據不可使用。樣品的Nd和Sm含量范圍分別為9.1×10-6～34.9×10-6和2.4×10-6～9.6×10-6，Nd同位素初始值(143Nd/144Nd)i范圍為0.512644～0.512754，εNd(t)范圍為+3.6～+5.8。

4.1.2 螢石Sr-Nd同位素組成

“Zn-F-B集合體”中的螢石(87Sr/86Sr)i值為0.706555；(143Nd/144Nd)i值為0.512688，εNd(t)值為+4.5。1型脈中的螢石(87Sr/86Sr)i值為0.708488；(143Nd/144Nd)i值為0.512780，εNd(t)值為+6.3。2型脈中的螢石(87Sr/86Sr)i和(143Nd/144Nd)i值范圍分別為0.706889～0.706994和0.512729～0.512584，εNd(t)值為+2.5～+5.3。3型脈中的螢石(87Sr/86Sr)i值為0.706663～0.707041；(143Nd/144Nd)i值范圍為0.512577～0.512646，εNd(t)值為+2.3～+3.7。4型脈中的螢石(87Sr/86Sr)i值為0.707887；(143Nd/144Nd)i值范圍為0.512571，εNd(t)值為+2.2。5型脈中的螢石(87Sr/86Sr)i值為0.707246；(143Nd/144Nd)i值和εNd(t)值分別為0.512468和+0.2。II型角礫巖中的螢石(87Sr/86Sr)i值范圍為0.706771～0.706905；(143Nd/144Nd)i值范圍為0.512665～512729，εNd(t)值為+4.0～+5.3。III型角礫巖中的螢石(87Sr/86Sr)i和(143Nd/144Nd)i值分別為0.707104和0.512566，εNd(t)值為+2.1。

4.2 單礦物及原位S同位素分析結果

4.2.1 單礦物S同位素特征

對白音查干礦床I和III礦區礦石中的硫化物開展了29件單礦物S同位素分析(表2)，結果顯示：I區Ag-Pb-Zn礦石中的黃鐵礦、 閃鋅礦、 輝銻礦和方鉛礦δ34S范圍在-13.9‰～-4.8‰之間，平均為-9.0‰；III區Sn礦石中的毒砂、黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、輝銻礦、閃鋅礦δ34S范圍在-12.5‰～-5.3‰，平均為-7.3‰(圖5a)。

表2 白音查干礦床硫化物單礦物S同位素組成

4.2.2 原位S同位素特征

閃鋅礦原位S同位素分析結果(表3)顯示，I區閃鋅礦與石英斑巖“Zn-F-B集合體”中的閃鋅礦具有相近的δ34S值范圍。其中I區閃鋅礦脈中的閃鋅礦δ34S值范圍在-12.4‰～-7.3‰，平均為-9.2‰。“Zn-F-B集合體”中的閃鋅礦δ34S值范圍為-10.6‰～-9.0‰，變化范圍不大。總體上，單顆粒硫化物由核部至邊部，δ34S值變化范圍較小，顯示出較為均一的特征(圖5b、圖6)。

表3 白音查干礦床閃鋅礦原位S同位素組成

圖5 白音查干礦床硫化物單礦物(a)和原位(b)δ34S值直方圖Fig.5 Histograms of δ34S values of single minerals (a) and in-situ sulfides (b) in the Baiyinchagan deposit

圖6 白音查干礦床閃鋅礦樣品原位硫同位素測試點位及對應的δ34S值Fig.6 In-situ S sulfur isotopic analyses results and measured spots of sphalerites from the Baiyinchagan deposit

4.3 Pb同位素分析結果

石英斑巖和硫化物Pb同位素分析結果見表4。I區閃鋅礦及方鉛礦樣品的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb值變化范圍較小，分別為18.177～18.200、15.519～15.531和37.985～38.053。III區花崗斑巖全巖樣品的206Pb/204Pb為18.206～18.235，207Pb/204Pb為15.529～15.530，208Pb/204Pb為38.025～38.036。

表4 白音查干礦床閃鋅礦和石英斑巖的Pb同位素組成

5 討論

5.1 “Zn-F-B集合體”成因初探

“Zn-F-B集合體” 常呈橢圓形或圓形產出，與巖體界線截然(圖3a)，主要由閃鋅礦(10%～60%)+螢石(20%～60%)+電氣石(5%～10%)±方鉛礦(5%～15%)±黃鐵礦(～5%)等組成。Sr-Nd同位素分析結果顯示，“Zn-F-B集合體”中螢石的(143Nd/144Nd)i(0.512688)和εNd(t)值(+4.5)與石英斑巖的(143Nd/144Nd)i(平均值為0.512708)和εNd(t)值(平均值為+4.9)相接近(表1)。而且，這些螢石具有較高的稀土總量、輕稀土富集、重稀土虧損和強烈的負δEu異常的特點，與石英斑巖的稀土元素組成基本一致(姚磊，2018)，說明“Zn-F-B集合體”與石英斑巖具有密切的成因聯系。這些特征與騎田嶺Sn礦床黃玉流紋巖中形成于巖漿結晶晚期半封閉狀態下的“Sn-Ti-F集合體”特征相近(Xieetal., 2015)，暗示白音查干“Zn-F-B集合體”可能形成于石英斑巖巖漿結晶晚期半封閉狀態下的不混溶流體中。

巖相學特征顯示，白音查干礦床石英斑巖具有斑狀結構，呈巖株、巖枝狀產出，并且在其頂部發育有由螢石、電氣石等富含揮發份礦物膠結的熱液角礫巖(圖4)，說明石英斑巖巖漿在侵入過程中可能經歷了快速減壓和降溫等過程。礦物學特征顯示，“Zn-F-B集合體”主要由金屬硫化物和富揮發份礦物等組成，其核部為紫色或綠色螢石，邊部為放射狀、針狀電氣石(圖3b)；閃鋅礦等金屬硫化物礦物主要分布在中部或者沿邊部充填環包螢石，說明“Zn-F-B集合體”在形成過程中，針狀電氣石先結晶，金屬硫化物和螢石結晶相對較晚。針狀結構電氣石的最先結晶可能反映出環境溫度、壓力的快速降低，而這可能是導致“Zn-F-B集合體”結晶的重要因素。研究表明，在巖漿結晶過程中的半封閉狀態下，巖體快速就位帶來的溫度、壓力的降低是導致不混溶流體結晶的重要因素(Manning, 1981；Dingwell, 1988；Veksler, 2004；Xieetal., 2015)。因此，綜合礦床地質、礦物學、螢石Sr-Nd同位素組成等特征，本文初步認為“Zn-F-B集合體”可能為石英斑巖巖漿結晶晚期的產物，形成于強烈富集F、B、S、Zn等元素的不混溶流體中。

5.2 成礦流體來源

螢石具有較低的87Rb/86Sr比值，其(143Nd/144Nd)i和(87Sr/86Sr)i值常被用來與區域巖漿巖進行對比，示蹤其流體來源(Simonetti and Bell, 1995; Salletetal., 2005；Xuetal., 2012)。地質特征顯示，螢石幾乎貫穿了白音查干礦床Sn成礦作用和Ag-Pb-Zn成礦作用的整個過程(圖3、圖4)。因此， 對其開展Sr-Nd同位素分析， 對于查明礦床成礦流體來源具有重要指示意義。Sr-Nd同位素組成顯示，“Zn-F-B集合體”中的螢石和各成礦階段的螢石樣品均具有相近的(87Sr/86Sr)i值(0.706555～0.708488，平均為0.707123)、(143Nd/144Nd)i值(0.512468～0.512780，平均為0.512634)和εNd(t)值(+0.2～+6.3，平均為+3.4)范圍(表1)，而且絕大多數樣品均投點于大興安嶺南段早白堊世花崗質巖石范圍內(圖7)，而與中、晚侏羅世花崗質巖石和錫林郭勒雜巖體明顯不同(圖7)。此外，這些螢石的εNd(t)值范圍與區內早白堊世維拉斯托Sn-Cu礦床(+1.10～+3.75；Zhangetal., 2019)、黃崗梁Fe-Sn礦床(-0.8～+0.9；Zhouetal., 2012)成礦巖體的εNd(t)值范圍相近，說明這些螢石應形成于同一熱液體系，而且與區域早白堊世成巖成礦作用關系密切。由表1可知，白音查干礦床石英斑巖的(143Nd/144Nd)i值范圍為0.512644～0.512754，εNd(t)值為+3.6～+5.8，與礦區螢石的(143Nd/144Nd)i值和εNd(t)值范圍基本一致，說明白音查干礦床各成礦期次的螢石與石英斑巖均具有密切的成因聯系。

圖7 白音查干礦床螢石(87Sr/86Sr)i-εNd(t)圖解數據來源：錫林郭勒雜巖體(劉建峰，2009)；中-晚侏羅世花崗質巖石(Liu et al., 2005)；早白堊世花崗質巖石(王一先和趙振華，1997；Liu et al., 2005；Guo et al., 2009, 2010；周漪等，2011；Zhou et al., 2012；Ma et al., 2013；Zeng et al., 2014；Shu et al., 2014; Ouyang et al., 2015)Fig.7 Diagram of (87Sr/86Sr)i vs. εNd(t) of the fluorite at BaiyinchaganData sources: the Xilin Gol Complex from Liu (2009); the Middle-Late Jurassic granitic rocks from Liu et al. (2005); the Early Cretaceous granitic rocks are from Wang and Zhao (1997), Liu et al. (2005), Guo et al. (2009, 2010), Zhou et al. (2011), Zhou et al. (2012), Ma et al. (2013), Zeng et al. (2014), Shu et al. (2014), Ouyang et al. (2015)

地質特征顯示，石英斑巖發育不同程度的電氣石化、螢石化、絹云母化及硅化等蝕變。在空間上，石英斑巖由深部至淺部，蝕變強度逐漸加深，蝕變礦物組合主要表現為絹云母+電氣石+螢石→錫石+電氣石+獨居石+金紅石+螢石→絹云母+石英+螢石+電氣石。礦物學特征顯示，與Sn成礦作用和Ag-Pb-Zn成礦作用有關的熱液脈及熱液角礫巖膠結物中的礦物組合與石英斑巖蝕變礦物組合基本一致(圖3、圖4)，說明石英斑巖巖漿可能提供了大量的成礦流體。礦床I區和III區廣泛發育有熱液角礫巖，由石英斑巖至圍巖，角礫化逐漸變弱，表現為角礫含量逐漸增高而膠結物含量逐漸變少的現象，這與世界上其他與斑巖有關的熱液角礫巖的特點基本一致(Sillitoe, 1985)。礦物學特征顯示，石英斑巖中的石英具有明顯的港灣狀構造，而且巖體中發育有由閃鋅礦+方鉛礦+電氣石+螢石等組成的“Zn-F-B集合體”(圖3a, b)，說明石英斑巖巖漿熱液流體富含大量的F和B等揮發份，具備形成隱爆角礫巖的能力。此外，礦區Sn礦石和Ag-Pb-Zn礦石均發育脈狀和角礫狀構造(圖3e, I k、圖4c, e)，其膠結物礦物組合的共同特點都含有螢石和電氣石(圖3h, l、圖4d-f)，與“Zn-F-B集合體”礦物組合相似。這說明，與Sn成礦作用和Ag-Pb-Zn成礦作用有關的流體應主要來源于石英斑巖巖漿熱液。

5.3 成礦物質來源

關于白音查干礦床的成礦物質來源，趙戰鋒(2016)認為礦床Pb、Zn、Ag主要來源于海西期形成的膠體沉積，Sn主要來源于燕山早期花崗質巖石；而劉新等(2017b)認為礦床的Sn、Pb、Zn、Ag主要來源于早白堊世花崗質巖石。因此，關于該礦床成礦物質來源還存在一定爭議。

單礦物S同位素特征顯示(表2)，I區Ag-Pb-Zn礦石中的硫化物δ34S值范圍(-13.9‰～-4.8‰)與III區Sn礦石硫化物的δ34S值范圍(-12.5‰～-5.3‰)基本一致，暗示兩類礦石中的成礦物質可能具有相似的來源。但是，這兩類礦石中的硫化物δ34S值集中分布于-8‰～-6‰之間(圖5a)，明顯低于大多數巖漿熱液型礦床硫化物的δ34S值范圍(-3‰～+1‰；Hoefs, 2009; Simon and Ripley, 2011)。地質特征顯示，Sn礦石和Ag-Pb-Zn礦石中的閃鋅礦等硫化物主要與螢石、電氣石等富含揮發份的礦物共生(圖3h, l)，并以脈狀或角礫巖膠結物的形式產出，反映出熱液成因的特點。電子探針結果顯示，礦床I區和III區閃鋅礦Cd/Fe值(0.01～0.05，平均為0.03)和Zn/Cd值(112～317，平均為202)(姚磊，2018)與巖漿熱液成因的閃鋅礦(Song, 1984；Gottesmann and Kampe, 2007；曹華文等，2014)基本一致，說明I區和III區硫化物的形成應與巖漿熱液作用關系密切。此外，I區4型脈和IV型角礫巖中的閃鋅礦原位S同位素分析結果顯示，單顆粒閃鋅礦由核部至邊部，δ34S值變化范圍較小且較為均一(圖5b、圖6、表3)。而且，這些閃鋅礦的原位δ34S值范圍(-12.4‰～-7.3‰，平均為-9.2‰)與石英斑巖體內“Zn-F-B集合體”中閃鋅礦的原位δ34S值變化范圍(-10.6‰～-9.0‰)基本一致(圖5b)，說明硫應主要來源于石英斑巖巖漿，而硫的多來源混合可能不是導致白音查干礦床硫化物δ34S值較負的主要因素。地質特征顯示，白音查干礦床發育大量的熱液角礫巖，而且石英斑巖、角礫巖和熱液脈中發育大量電氣石、螢石等富含F、B的揮發份礦物，說明在礦床形成過程中曾發生了強烈的流體沸騰作用，而這可能是導致礦床硫化物δ34S值更負的重要因素。研究表明，成礦作用過程中的流體沸騰常導致體系中的H2丟失和成礦流體的氧化，隨著氧化程度的升高，成礦流體中的H2S/SO24-值大幅降低，導致更多的34S聚集于SO24-中，使硫化物中出現更負的δ34S值(Duuringetal., 2009；Kamvong and Zaw, 2009；Shuetal., 2013)。相似的現象也出現在大興安嶺南段白音諾爾Pb-Zn礦床和浩布高礦床中(Shuetal., 2013；Liuetal., 2018)。因此，白音查干礦床Sn成礦作用和Ag-Pb-Zn成礦作用的硫可能主要來源于石英斑巖巖漿。

一般來說，具有相同物質來源的地質體往往具有相似的Pb同位素組成。如圖8所示，白音查干礦床I區Ag-Pb-Zn礦石中的硫化物樣品均投點于地幔Pb與造山帶Pb演化線之間；其Pb同位素組成與大興安嶺南段古生代侵入巖、二疊紀大理巖、侏羅紀英安巖的Pb同位素組成明顯不同，而與中生代侵入巖及與其有關的多金屬礦床礦石Pb同位素組成相似，說明I區Ag-Pb-Zn成礦作用與大興安嶺南段晚中生代巖漿作用關系密切。白音查干礦床I區Ag-Pb-Zn礦體主要產于早白堊世石英斑巖與凝灰質粉砂巖接觸帶附近或遠離接觸帶的圍巖中(圖2b)，而且石英斑巖全巖Pb同位素組成與I區閃鋅礦及方鉛礦的Pb同位素組成基本一致(圖8、表4)，說明白音查干礦床石英斑巖巖漿可能是Ag-Pb-Zn礦石中Pb的主要來源。

圖8 白音查干礦床石英斑巖和I區硫化物的206Pb/204Pb-207Pb/204Pb圖解數據來源：晚中生代多金屬礦床礦石(盛繼福等，1999；Chu et al., 2001；孫興國，2008；王瑾，2009；Zeng et al., 2009；Guo et al., 2010；江思宏等，2010，2011；馬星華和陳斌，2011；牛樹銀等，2011；武新麗等，2012；要梅娟等，2012；阮班曉等，2013；Shu et al., 2013；Ouyang et al., 2014); 二疊紀大理巖、侏羅紀英安巖(Zeng et al., 2009)；古生代、中生代侵入巖(Chu et al., 2001；肖成東等，2004；Zhu et al., 2006；Guo et al., 2010；江思宏等，2010；Ouyang et al., 2015)；上地殼、造山帶、地幔(Zartman and Doe, 1981)Fig.8 Discrimination diagrams of 206Pb/204Pb vs. 207Pb/204Pb for quartz porphyry and sulfide of No.1 area at BaiyinchaganData sources: the Late Mesozoic ore deposits from Shen et al. (1999), Chu et al. (2001), Sun (2008), Wang (2009), Zeng et al. (2009), Guo et al. (2010), Jiang et al. (2010, 2011), Ma and Chen (2011), Niu et al. (2011), Wu et al. (2012), Yao et al. (2012), Ruan et al. (2013), Shu et al. (2013), Ouyang et al. (2014); the Permian marble and Jurassic dacite from Zeng et al. (2009); the Palaeozoic and Mesozoic intursions from Chu et al. (2001), Xiao et al. (2004), Zhu et al. (2006), Guo et al. (2010), Jiang et al. (2010), Ouyang et al. (2015); Mantle, orogen and upper crusts from Zartman and Doe (1981)

地球化學特征顯示，石英斑巖具有較高的Sn(30.53×10-6～179.0×10-6)、Zn(86.53×10-6～2909×10-6)含量，而凝灰質粉砂巖的Sn含量(2.79×10-6～40.83×10-6)則相對較低(姚磊，2018)，說明石英斑巖具有為Sn和Ag-Pb-Zn成礦作用提供大量成礦物質的能力。地質特征顯示，由石英斑巖至圍巖，Sn、Zn礦化表現為由石英斑巖巖體內的浸染狀Sn礦化(圖3c, f)和“Zn-F-B集合體”過渡為石英斑巖巖體頂部及其與凝灰質粉砂巖接觸帶附近的角礫狀及脈狀礦體。在成礦元素方面，由石英斑巖至凝灰質粉砂巖，在平面上，成礦元素組合由Sn-Cu-Zn-Ag過渡為Ag-Pb-Zn；在垂向上，由深部至淺部，成礦元素組合由Sn-Cu-Zn-Ag(主礦體埋深一般為16～364m；如III-1號、III-5號礦體)過渡為Ag-Pb-Zn(主礦體埋深在11～209m之間；如I-2號、I-4號礦體)。在礦物學特征方面，以幾乎貫穿整個成礦作用過程的黃鐵礦為例，由石英斑巖至圍巖，黃鐵礦由早期至晚期，其結構由他形細粒結構向自形粗粒結構過渡，其含量由低含量過渡為高含量；與其共生的礦物由氧化物過渡為硫化物，由高溫逐漸過渡至低溫，即閃鋅礦、電氣石(“Zn-F-B集合體”)→石英、螢石、電氣石(II型角礫巖、1型熱液脈)→錫石、毒砂、石英、螢石(III型角礫巖、2型熱液脈)→黃銅礦、石英、電氣石、毒砂(3型熱液脈)→閃鋅礦(IV型角礫巖、4型熱液脈)→石英、輝銻礦(V型角礫巖、5型熱液脈)。上述特征表明，由石英斑巖至圍巖，成礦物質由分散向集中過渡，金屬元素組合和礦物組合由高溫向中低溫過渡，說明石英斑巖巖體不僅提供了成礦物質，而且還提供了能量。如果石英斑巖不是成礦巖體而是圍巖，那么很難解釋Sn、Zn主成礦期形成的賦礦角礫巖和熱液脈(圖3、圖4)為什么產于石英斑巖巖體頂部及接觸帶附近的圍巖中；也很難解釋以石英斑巖為中心的由高溫至低溫的金屬元素組合和礦物組合的分布特征。因此，結合礦床地質特征、硫化物單礦物S、Pb同位素和原位S同位素組成等特征可知，白音查干礦床的成礦流體和成礦物質應主要來源于石英斑巖。

5.4 地質意義

長期以來，大興安嶺南段的Sn礦找礦工作主要集中于以Sn-Cu礦化為主的林西-甘珠爾廟多金屬礦集區，但始終沒有取得較大的突破。然而，近年來在以Ag-Pb-Zn礦化為主的錫林浩特-霍林郭勒多金屬礦集區卻相繼發現了白音查干和維拉斯托大型Sn礦床，實現了大興安嶺南段Sn礦找礦的重大突破。在成礦類型方面，錫林浩特-霍林郭勒多金屬礦集區的Sn、Ag-Pb-Zn礦床主要為與早白堊世淺成中酸性侵入體或次火山巖體有關的斑巖型及熱液脈型礦床，如白音查干、維拉斯托、昌圖錫力、花敖包特等(陳永清等，2014；Wangetal., 2017；姚磊等，2017；何鵬等，2019)，與玻利維亞型Sn礦帶特征相似(毛景文等，2018；Maoetal., 2019)；而林西-甘珠爾廟礦集區則以矽卡巖型和熱液脈型為主，且部分矽卡巖型Pb-Zn礦床的Sn成礦潛力較弱(如浩布高；Shuetal., 2021)。在Sn與Ag-Pb-Zn成礦作用關系方面，錫林浩特-霍林郭勒多金屬礦集區的白音查干和維拉斯托大型Sn礦床都位于已有大型Ag-Pb-Zn礦床的外圍及深部，其Sn成礦作用與Ag-Pb-Zn成礦作用具有密切的成因聯系(Liuetal., 2016；Wangetal., 2017；周振華等，2019；本文)；而林西-甘珠爾廟多金屬礦集區雖然是大興安嶺南段重要的Sn礦富集區，但是帶內Sn多金屬礦床中的Ag-Pb-Zn礦體規模相對較小，并且Ag-Pb-Zn礦床很少出現Sn礦體(王京彬等，2005)。由此可知，錫林浩特-霍林郭勒和林西-甘珠爾廟多金屬礦集區在Sn與Ag-Pb-Zn成礦作用方面可能存在一定差異。

研究表明，大興安嶺南段受晚中生代軟流圈上涌影響，于早白堊世發生了整體隆升和兩側斷陷盆地沉降，形成了大興安嶺南段主脊(花崗巖巖基)和兩側的拉張盆地(邵濟安等，2005)。區域重力異常特征顯示，林西-甘珠爾廟-烏蘭浩特一線為明顯的負異常帶，代表了大興安嶺南段花崗巖巖基的展布方向，而其兩側地區則表現為明顯的正異常(牛樹銀等，2011)。區域地質特征顯示，林西-甘珠爾廟多金屬礦集區分布于花崗巖巖基及其邊部的負重力異常帶上，而錫林浩特-霍林郭勒多金屬礦集區則分布于花崗巖巖基邊部及遠離巖基的正重力異常帶上，暗示兩個礦集區Sn與Ag-Pb-Zn成礦作用的差異性可能與早白堊世軟流圈上涌所導致的盆嶺格局有關。因此，在找礦勘查方面，下一步應注重錫林浩特-霍林郭勒礦集區內的Ag-Pb-Zn礦床(礦化)深部和外圍的Sn礦找礦工作，尤其是重點關注與次火山巖有關的成礦作用特征的總結和識別。

6 結論

(1)“Zn-F-B集合體”可能為石英斑巖巖漿結晶晚期的產物，形成于強烈富集F、B、S、Zn等元素的不混溶流體中。

(2)礦床地質、Sr-Nd、S、Pb同位素特征表明，各成礦階段的螢石與石英斑巖具有密切的成因聯系；礦床成礦流體和成礦物質主要來源于石英斑巖。

(3)大興安嶺南段的Sn礦找礦工作應注重錫林浩特-霍林郭勒礦集區已有Ag-Pb-Zn礦床(礦化)的深部和外圍。

致謝論文撰寫過程中得到了中國地質調查局發展研究中心(自然資源部礦產勘查技術指導中心)、中國地質科學院礦產資源研究所、西烏珠穆沁旗銀漫礦業有限責任公司、中國地質大學(武漢)和中國礦業報社等專家、同事的指導和幫助；審稿專家對論文提出了許多寶貴的意見和建議；在此一并致以衷心的感謝！