大興安嶺南段安樂錫多金屬礦床花崗斑巖年代學、巖石成因及成礦意義*

張靜俊，王玉往，鄒 滔，管育春

(1.昆明理工大學 國土資源工程學院，云南 昆明 650093；2.北京礦產地質研究院有限責任公司，北京 100012)

0 引言

大多數大型錫鎢礦床在空間、時間和成因上都與高度演化的花崗巖有關[1-3]。大興安嶺南段的巖漿巖發育，出露面積大于3×105km2，包括厚度大于4 km的一系列火山巖和大量花崗質巖體[4-5]，并與區內銅-鉛-鋅-銀-鐵-鉬-錫-銣-鋰多金屬成礦作用密切相關[6-7]，其中花崗質巖體主要形成于晚侏羅世-早白堊世。大興安嶺南段Sn礦床廣泛發育，成因類型主要為熱液脈型和矽卡巖型以及少量云英巖型。近年來該地區找礦勘查成果豐碩，新發現的Sn礦床包括白音查干大型熱液脈錫鉛鋅銀多金屬礦床、維拉斯托大型熱液脈錫鋰銣鉛鋅礦床等，已成為我國重要的Sn礦勘查基地。

安樂錫多金屬礦床位于大興安嶺南段的黃崗梁-孟恩陶勒蓋錫鐵多金屬成礦帶南西段之北西成礦亞帶，是一個中型富Sn礦床， Sn資源量13 649 t(Sn平均品位0.58%)。前人已對安樂礦床開展過礦床地質、流體包裹體等方面的研究[8]，但是關于成礦巖體的成巖時代、巖石成因、成礦指示意義以及地球動力學背景尚不清楚。本文以與安樂Sn多金屬礦床相關的花崗斑巖為研究對象，開展鋯石U-Pb定年與巖石地球化學研究，探討成巖時代、巖石成因、成礦指示意義和地球動力學背景，以期為深入研究大興安嶺南段Sn多金屬成礦規律提供參考。

1 區域地質

安樂Sn多金屬礦床位于華北板塊與西伯利亞板塊之間的大興安嶺南段晚古生代造山帶(見圖1a)。區域出露地層主要為上二疊統林西組、上侏羅統滿克頭鄂博組及第四系。上二疊統林西組為一套陸相碎屑巖建造，上侏羅統滿克頭鄂博組為一套以流紋巖、流紋質凝灰巖為主的酸性火山巖、火山碎屑巖建造。區域內的主要構造由貫穿大莫古吐鐵礦、黃崗梁鐵礦、黃崗梁錫礦的北東東向的黃崗梁復背斜和斷裂及南側與其平行的斷裂組成。區域內巖漿活動主要發育印支期和燕山期。印支期花崗巖主要為花崗閃長巖，燕山期花崗巖主要為黑云母花崗巖(見圖1b)。

圖1 大興安嶺南段大地構造位置(a，據文獻[9]修改)和Sn多金屬礦床分布(b，據區域1∶25萬地質圖修編)

2 礦床地質

安樂Sn多金屬礦床位于內蒙古克什克騰旗天合園鄉，處于內蒙古地槽褶皺系南興安晚華力西地槽褶皺帶黃岡-甘珠爾廟復背斜的南西段北西翼。礦區出露的地層主要為上二疊統林西組、上侏羅統滿克頭鄂博組和第四系(見圖2)。其中，上二疊統林西組為礦區的主體地層，走向北西向，主要由出露于礦區西部的灰黑色粉砂質板巖夾粉砂巖及出露于礦區東部的灰色凝灰質粉砂巖夾薄層粉砂質板巖、粉砂巖組成。上侏羅統滿克頭鄂博組主要出露于礦區東南部，呈角度不整合覆蓋于上二疊統林西組地層之上，走向40°～70°，巖性以分布面積較大的流紋質(含角礫)凝灰熔巖、流紋質凝灰角礫巖、流紋巖為主。第四系廣泛分布，占全區面積的50%左右，最厚可達數十米，由腐殖土、亞砂土、殘積物、坡積物等松散堆積物組成；區內北東向(F4、F5)、北北西向(F2、F3)和北西西向(F1)三組斷裂構造控制了礦區內巖體、礦體的產出和延展；巖漿活動頻繁，巖漿巖以分布于礦區南西部的印支晚期轉山子花崗閃長巖、分布于礦區中部的燕山早期安樂花崗斑巖侵入體為主，分別呈巖基、巖株產出。

圖2 安樂Sn多金屬礦床地質簡圖(據文獻[10]修改)

安樂花崗斑巖體分布于礦床中部，出露面積約0.04 km2，呈巖株產出。巖體邊緣有不同程度的綠泥石化、硅化等蝕變現象。花崗斑巖新鮮面呈淺肉紅-灰白色，斑狀結構，塊狀構造。斑晶主要由酸性斜長石、鉀長石及石英組成，質量分數為20%～30%。基質具細粒花崗巖結構，質量分數為70%～80%，粒度為0.03～0.2mm，由長石、石英及少量黑云母組成(見圖3)。

圖3 安樂Sn多金屬礦床花崗斑巖手標本及鏡下照片

安樂Sn多金屬礦床共圈定礦體37個，其中錫礦體19個，銅礦體4個，鉛、鋅礦體12個，銀礦體2個。絕大多數礦體產于北北西向斷裂構造帶中。主要礦體均集中賦存于F1-F2壓扭性剪切帶內，礦體呈大致平行的脈狀產出，呈等距離分布。安樂Sn多金屬礦床存在鉛鋅和錫銅兩種礦化類型。鉛鋅礦化強度較低，僅形成小規模礦體。錫銅礦化圍繞礦區中部花崗斑巖體自內而外在水平方向依次為錫礦化帶、錫銅礦化帶、銅銀礦化帶：錫礦化帶寬500～700 m，錫礦體規模小，品位低，ω(Sn)=0.15%～0.36%，ω(Cu)<0.10%；錫銅礦化帶寬500～800 m，錫礦體規模較大，品位高，ω(Sn)=0.17%～1.63%，ω(Cu)=0.10%～0.30%；銅銀礦化帶寬800～1 200 m，銅銀礦體規模小，品位低，尚無工業意義。礦化帶具有上錫下銅中錫銅的逆向垂向分帶特征：錫礦化帶約在1 500 m標高之上，礦化特征與平面錫帶一致；錫銅礦化帶標高在1 350～1 500 m，礦化特征與平面錫銅帶一致，銅礦化增強，分布較普遍；銅銀礦化帶約在1 350 m標高之下，基本無錫礦化顯示。礦石礦物主要為它形-半自形粒狀錫石、黃銅礦、黃鐵礦，脈石礦物主要為石英、黑云母、綠泥石等(見圖4)。礦體的圍巖主要為粉砂質板巖、凝灰質粉砂巖等，碳酸鹽化、綠泥石化、硅化為主要圍巖蝕變。

圖4 安樂Sn多金屬礦床典型礦石鏡下照片

3 樣品與測試方法

在安樂Sn多金屬礦區(東經117°36′15″,北緯43°52′00″)選取新鮮、礦化蝕變較弱的花崗斑巖樣品，進行LA-ICP-MS 鋯石U-Pb法年齡測定以及全巖主微量元素分析。

3.1 LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析

鋯石制靶和LA-ICP-MS測試分析分別在北京鋯石領航有限責任公司和中國地質大學(北京) 地質過程與礦產資源國家重點實驗室進行。測試分析及數據處理的主要流程及儀器主要技術參數為：①激光燒蝕-等離子體質譜(LA-ICP-MS)的剝蝕系統為Coherent GeoLasPro 193， Thermo Fisher X Series 2型四極桿等離子體質譜儀作為ICP-MS；②采用的激光束斑為32 μm，頻率6 Hz，選取NIST SRM610、91500和Pleovice為標樣，使用NIST610對儀器進行最佳化調試，并用91500作為定年外標，用Pleovice作為監控標樣；③使用ICPMS DateCal軟件對樣品的測試數據進行后期處理[11]；④采用Isoplot 3.0進行年齡計算及諧和圖的繪制。

3.2 全巖主量、微量元素分析

在核工業北京地質研究院分析測試研究中心實驗室進行全巖主、微量元素的分析試驗， 以JY/T 0568-2020 《電感耦合等離子體質譜分析方法通則》為測試依據，試驗溫度為20 ℃，相對濕度為30%，測試儀器為Finnigan MAT生產的HR-ICP-MS(Element I)。

4 測試結果

4.1 LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡

安樂Sn多金屬礦床花崗斑巖(樣品編號GTW0806，采樣位置的經度117°36′15"、緯度43°52′00")LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析結果見表1。

表1 安樂Sn多金屬礦床花崗斑巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb測試結果

花崗斑巖樣品中鋯石直徑100～250 μm，呈長柱狀，晶形較好，陰極發光下的環帶結構不清晰，部分為無核捕獲鋯石。具有高ω(U)、高ω(Th)/ω(U)值(0.38 ～0.48)，高于巖漿鋯石。16個測試分析點的數據中除6個誤差較大的以外，剩余10個測點的206Pb/238U加權平均年齡為(144±2.6) Ma(MSWD =3.2,n=10)，表明安樂巖體中花崗斑巖的形成時間為早白堊世(見圖5)。

圖5 安樂巖體花崗斑巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡諧和圖(a)和年齡直方圖(b)

4.2 全巖主量、微量元素

安樂Sn多金屬礦床花崗斑巖的主量和微量元素分析結果見表2。

表2 安樂花崗斑巖主量(%)和微量元素(10-6)分析結果

(續表)QTW0806-1aQTW0806-1bQTW0806-1cQTW0806-1dLa4.8113.5010.205.31Ce18.0031.8026.1019.80Pr2.305.934.544.45Nd10.4026.0019.5016.62Sm3.687.995.687.36Eu0.020.020.020.03Gd3.656.655.544.52Tb1.011.531.351.25Dy7.139.287.158.64Ho1.501.761.691.58Er4.484.934.624.66Tm0.860.930.870.78Yb5.606.175.775.62Lu0.750.810.740.77ΣREE64.19117.3093.7681.39LREE/HREE2.013.623.232.49(La/Yb)N0.061.571.270.68δEu0.020.010.010.01Rb/Sr6.958.665.537.24104Ga/Al4.614.573.364.29T(Zr)/℃815.52808.69810.09813.29

由表2可知，SiO2質量分數較高，為75.76%～76.67%，TiO2質量分數為0.05%～0.06%，MgO質量分數為0.06%～0.07%, A12O3質量分數為12.57%～12.81%，全堿(K2O+Na2O) 質量分數為8.51%～8.62%,ω(Na2O)/ω(K2O)值為0.81～0.88；ω(A)/ω(CNK)值為1.04～1.07，ω(A)/ω(NK)變化范圍為1.09～1.12。在TAS圖解中，投影點落入花崗巖區，在A/CNK-A/NK圖解中，樣品落入過鋁質系列(見圖6)。

圖6 安樂花崗斑巖A/CNK-A/NK圖(a)和侵入巖TAS圖(b)(底圖據文獻[12])

微量稀土元素分析結果顯示，稀土元素總量(ΣREE)為64.19×10-6～117.30×10-6，輕稀土元素與重稀土元素的比值(LREE/HREE)為2.01～3.62，(La/Yb)N為0.06～1.57，δEu為0.01～0.02，稀土元素配分曲線(見圖7a)表明，巖石中明顯負δEu異常，具有四分組效應特點。微量元素原始地幔標準化蛛網圖(見圖7b)顯示，樣品富集Rb、U、Th、Nd、Hf等元素，虧損Ba、K、Sr、P、Ti等元素。

圖7 安樂花崗斑巖稀土元素配分曲線(a)和微量元素蛛網圖(b)(標準化值據文獻[13])

5 討論

5.1 礦床年代學、成因及構造背景

大興安嶺南段Sn多金屬礦床與成礦相關的巖體形成年齡集中在129～149 Ma，如維拉斯托礦床北大山巖體花崗巖鋯石U-Pb年齡為(140±2.0) Ma[14]；黃崗梁礦床花崗巖鋯石U-Pb年齡為(140.0±0.87) Ma[15]；白音諾爾礦床石英斑巖鋯石U-Pb年齡為(129.2±1.4) Ma[16]；邊家大院礦床黑云母花崗斑巖鋯石U-Pb年齡為(143.2±1.5) Ma[17]；白音查干礦床石英斑巖鋯石U-Pb年齡為(141.7±0.8) Ma[18]。該礦床成礦巖體為花崗斑巖，與成礦有關的花崗斑巖所代表的巖漿活動年齡可以間接反映該礦床的形成時代。本文通過試驗所獲得的安樂花崗斑巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(144±2.6) Ma，形成時代為早白堊世，證明該礦床屬于大興安嶺南段Sn多金屬成礦系列。

花崗巖的成因類型可根據地球化學和巖相學特征劃分為I型、S型和A型[19]。其中，I型和S型花崗巖的地球化學特征可用來判斷源區成分，而A型花崗巖則形成于高溫和拉張環境，是具有高Si、貧水、富堿特征的非造山型花崗巖[20]。由于在礦物組成和地球化學特征上相似，所以A型花崗巖與高分異I型、S型花崗巖不易區分[21]。較高的P2O5質量分數(平均為0.14%)、較低的Na2O質量分數(平均為2.81%)是高分異S型花崗巖的特征[22]。而安樂花崗斑巖的Na2O質量分數為3.87%～3.98%，P2O5質量分數約為 0.01%。關于A型花崗巖與高分異I型花崗巖的區分至今仍是一個難題，王強等[23]在研究桐柏-大別造山帶燕山晚期A型花崗巖時，提出了A型花崗巖的FeOT質量分數高，通常大于1.00%，而高分異 I 花崗巖通常小于1.00%。本次研究的安樂花崗斑巖樣品FeOT質量分數為1.20%～1.24%，均大于1.00%。根據KING等[24]提出的鋯石飽和溫度可以近似代表花崗巖漿液相線溫度，并利用WATSON等[25]的鋯石飽和溫度計算方法，計算得出安樂花崗斑巖的鋯石飽和溫度為808.69～815.52 ℃，表明安樂花崗斑巖具有高溫特征。A型花崗巖因具有低Al、高Ga和Zr的特點，故將ω(Ga)×104/ω(Al)>2.6、ω(Zr)>250×10-6作為A型花崗巖地區化學判別標準[20]。A型花崗巖在微量元素方面相對富集高場強元素，如Zr、Nb、Y、REE和Ga。在(Na2O+K2O)-104Ga/Al、(FeOT/MgO)-104Ga/Al、Nb-104Ga/Al、Zr-104Ga/Al判別圖解中，安樂花崗斑巖樣品均落在A型花崗巖范圍內(見圖8a-圖8d)。

綜上所述，安樂花崗斑巖具有A型花崗巖特征。A 型花崗巖原先是指出現于非造山環境的、堿性和無水特征的花崗質巖石[26]，后來研究發現A 型花崗巖也可以形成于造山后環境[19, 27]。區域上早白堊世早期表現為巖石圈伸展環境，而安樂花崗斑巖則正是形成于該時期[4, 28-32]，安樂花崗斑巖樣品落在(Y+Nb)-Rb和Yb-Ta構造環境判別圖解中的板內花崗巖區域(見圖8e—圖8f)，揭示了晚侏羅世-早白堊世期間研究區處于造山期后伸展的大地構造背景中。

圖8 安樂花崗斑巖微量元素構造環境判別圖解(底圖據文獻[20, 33])

5.2 成礦意義

安樂錫銅礦床為大興安嶺南段典型Sn多金屬礦床之一，其成礦巖體花崗斑巖具有較高Sn質量分數 (13.7×10-6～23.7×10-6)，高于平均上地殼(5.5×10-6)以及下地殼值(1.5×10-6)[34]，表明安樂花崗斑巖為含Sn花崗巖，為安樂Sn多金屬礦床提供了成礦物質。巖漿結晶分異過程中，Sn具有中等不相容性質[13]，尤其是在還原性巖漿中，Sn的晶體-熔體分配系數小于1，易富集于晚期熔體中。并且，隨著巖漿的分異演化，熔體中利于成礦的F、B、Cl和H2O等揮發分也迅速增加[35]。所以，在富揮發分的促進作用和金屬元素自身不相容性質的影響下，巖漿分異作用越強烈，巖漿中成礦元素越富集。并且隨著巖漿演化，巖漿體積越來越小，使成礦元素進一步富集，最終在高分異巖漿低溫殘留體中富集成礦[36-37]。安樂花崗斑巖具有高Si、高Rb/Sr，稀土元素具有四分組效應(TE1,3>1.1)，鋯石高U、Cl圖像呈黑色，以上均表明安樂含Sn花崗斑巖具有高分異特征。這與世界上大部分Sn成礦相關花崗巖顯示出的高分異特征相似，所以巖漿強烈的結晶分異作用是形成Sn礦化的重要條件[38-44]。

巖漿氧逸度(fO2)是Sn富集的另一個重要因素。在還原條件下，Sn主要以Sn2+的形式存在，并集中在殘余熔體中，而在氧化條件下，Sn主要以Sn4+的形式存在，并傾向于進入早期結晶礦物(磁鐵礦、角閃石和黑云母)[45]。因此，在低氧逸度條件下形成的花崗巖更有利于Sn礦化。若全巖ω(Fe2O3)/ω(FeO)值為0.15～0.25，則說明花崗斑巖具有還原性特征。鋯石中的ω(Ce4+)/ω(Ce3+)值是氧逸度的重要指標[46-49]。在氧化條件下，Ce可以Ce4+和Ce3+存在。一般來說，Ce4+比Ce3+在鋯石中更易溶解，因為Zr4+與Ce4+具有相同的電荷和相似的半徑。安樂花崗斑巖鋯石中ω(Ce4+)/ω(Ce3+)值較低，為1.0～29.3，與南嶺含Sn花崗巖相似，如騎田嶺巖體[ω(Ce4+)/ω(Ce3+)=2.1～66.2，平均值29.9；Eu/Eu*=0.02～0.11，平均值0.07]和姑婆山巖體[ω(Ce4+)/ω(Ce3+)= 12.9～49.1，平均值36.9；Eu/Eu*=0.04～0.29，平均值0.09][50]。這些特征表明安樂花崗斑巖的形成條件具有低氧逸度的特征，巖漿的低氧逸度促進了Sn的富集，最終形成Sn礦床。

6 結論

a.安樂Sn多金屬礦床花崗斑巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(144±2.6) Ma (MSWD=3.2)，與大興安嶺南段主要Sn多金屬礦床與成礦有關的巖體成巖年齡范圍基本一致，表明大興安嶺南段與Sn成礦作用有關的花崗質巖石主要形成于早白堊世。

b.安樂Sn多金屬礦床花崗斑巖具有高Si、Fe和低P、Mg、Ti含量的特征，A/CNK顯示為過鋁質；稀土元素總量較低，具有稀土元素四分組效應和明顯負δEu異常的特點；全巖富集Rb、U、Th、Nd、Hf等元素，虧損Ba、K、Sr、P、Ti等元素，表明安樂花崗斑巖具有高分異A型花崗巖的特點。

c.安樂花崗斑巖具有較高的錫含量，低鋯石ω(Ce4+)/ω(Ce3+)值(1.0～29.3)，以上特征均表明安樂花崗斑巖具有高演化和低氧逸度特征。