內蒙古扎拉格阿木銅多金屬礦床硫化物Re-Os年齡及其地質意義

劉懷金，張旭柱，邱廣義，許 輝，李 源，魏 亮，李志國，吉虎利

(內蒙古有色地質礦業(集團)有限責任公司, 呼和浩特 010010)

扎拉格阿木銅多金屬礦床是內蒙古自治區有色地質勘查局在大興安嶺中南段西坡新發現的一處礦產地, 該礦床位于錫林浩特市正南約20 km處, 礦區中心坐標: E116°02′00″, N43°40′00″。經局部勘探(網度50 m×50 m), 采用地質塊段法算得銅金屬量31.20萬t, Cu平均品位0.66%; 伴生銀金屬量1 045.47 t, Ag平均品位22.19 g/t。

該礦床自發現以來,前人僅對礦床地質特征、礦床地球物理和地球化學特征開展了一定程度的研究,取得了階段性成果[1-2]。精確的成礦年齡數據是分析礦床成因總結成礦規律和成礦作用的關鍵因素。本文在前人研究工作的基礎上, 對扎拉格阿木銅多金屬礦床開展了成礦年代學研究,并與大興安嶺中南段同時代的多金屬礦床進行對比, 對該礦床的形成時間及其地質意義進行了探討, 以期為指導該區找礦勘查工作提供基礎理論支撐。

1 區域地質背景

扎拉格阿木銅多金屬礦床位于二連-賀根山斷裂、 西拉木倫河斷裂以及大興安嶺主脊斷裂三者之間的夾持區域, 大地構造位置歸屬于大興安嶺南段晚古生代增生造山帶(圖1a)。該區受到來自古亞洲洋構造體系和濱西太平洋構造體系的雙重影響, 構造-巖漿活動強烈[3-5]。西拉木倫河斷裂以南為華北地臺北緣早古生代增生造山帶, 二連-賀根山斷裂以北為大興安嶺北段晚古生代增生造山帶, 兩條深大斷裂之間為大興安嶺南段晚古生代增生造山帶, 它們是區內兩條重要的控巖控礦構造, 控制了斷裂兩側花崗巖體的侵位及金屬礦床的分布[6]。區域出露地層主要為元古代變質巖、 古生代火山巖和淺變質巖, 以及中生代火山巖和沉積巖, 海西期、 印支期及燕山期花崗巖均有發育。同時, 該區隸屬于大興安嶺中南段成礦帶, 礦產資源非常豐富, 素有“草原上的小南嶺”之稱。

圖1 大興安嶺地區大地構造簡圖(a, 據文獻[3]修改)、 扎拉格阿木銅多金屬礦床地質簡圖(b, 據文獻[1]修改)和15號勘探線剖面圖(c, 據文獻[1]修改)Fig.1 Geotectonic map of Da Hinggan Mountains(a), geologic map of deposit(b) and profile map of prospecting line No.15(c)from Zhalageamu Cu polymetallic depositQ—第四系。 哲斯組: mss—雜砂巖; cg—礫巖和含礫砂巖; sl—生物碎屑灰巖; slt—碳質板巖; ssl—砂質板巖; sl+ss—砂板巖互層; γδ—二疊紀花崗閃長巖; δμ—閃長玢巖脈; γπ—花崗斑巖脈; ξπ—正長斑巖脈。 1—巖脈; 2—礦體及編號; 3—礦化體; 4—斷層及編號; 5—地層產狀; 6—地質界線; 7—勘探線及編號; 8—鉆孔及編號

2 礦區地質特征

2.1 礦床地質

礦區出露的地層主要為中二疊統哲斯組和第四系。哲斯組為一套砂板巖, 主要包括千枚狀含碳質板巖夾砂巖、 砂質板巖、碳質板巖、雜砂巖、礫巖、含礫砂巖及生物碎屑灰巖, 銅多金屬礦體主要賦存于該套地層中。第四系主要由風成砂、 沖洪積物等組成, 分布于地勢低洼處。礦區褶皺構造不發育, 斷裂構造以北東向為主, 其中F4斷裂為主要的控礦構造(圖1b),產狀160°∠70°。礦區發育的侵入巖主要為二疊紀花崗閃長巖,脈巖主要有閃長玢巖、 花崗斑巖及正長斑巖, 其中花崗斑巖僅見于鉆孔巖心。

2.2 礦體地質

礦區已控制礦化帶東西長大于1 200 m(56～31線), 南北寬80～200 m, 走向北東, 傾向南東, 傾角60°～80°(圖1c)。礦體主要賦存于二疊紀花崗閃長巖與哲斯組的外接觸帶, 圍巖受巖體侵位影響發生熱變質作用, 普遍具角巖化。

礦區共圈出工業礦體16條,礦體僅在局部地段零星出露,為典型的半隱伏-隱伏礦床。其中⑤號礦體最具代表性,礦體長1 140 m, 延深大于655 m,礦體最小厚度1.53 m,最大厚度66.6 m, 平均厚度17.6 m。單樣品銅最高品位13.4%, 一般品位0.40%～1.39%, 伴生銀品位3.29～165 g/t。礦石結構主要有自形-半自形粒狀結構、 交代結構、 包含結構、 固溶體分離結構及壓碎結構等。礦石構造主要有脈狀-細脈狀構造、 網脈狀構造、 角礫狀構造、 塊狀構造、 稀疏浸染狀構造、 細脈浸染狀構造及斑雜狀構造。礦石礦物主要為黃鐵礦、黃銅礦、毒砂、 閃鋅礦、方鉛礦、銀黝銅礦,及少量的輝鉬礦等(圖2)。

圖2 典型礦石照片Fig.2 Photos of typical oresa—致密塊狀黃銅礦和銅藍; b—毒砂、 輝鉬礦和磁黃鐵礦; c—黃銅礦和黃鐵礦脈; d—反射光顯微鏡下黃銅礦(Ccp)、 毒砂(Apy)和黃鐵礦(Py)

2.3 成礦期次與成礦階段劃分

根據地質體相互穿插關系和礦物共生組合特征(圖3), 可將扎拉格阿木銅多金屬礦床分為2期, 即熱液期和表生期, 熱液期可進一步劃分為以下4個成礦階段(圖4):

圖3 礦石脈體相互穿插關系Fig.3 Intervening relationship between ore and veinsa—含黃鐵礦石英脈切穿早期石英脈; b—方解石脈切穿含毒砂、 黃銅礦石英脈; c—含毒砂石英脈切穿早期石英脈, 方解石脈切穿毒砂石英脈及早期石英脈; d—方解石脈切穿含黃銅礦石英脈。Qz—石英; Cal—方解石。圖中標尺黑白間隔均為1 cm

圖4 扎拉格阿木銅多金屬礦床主要礦物組合生成順序Fig.4 Paragenetic sequence of mineral assemblages in Zhalageamu Cu polymetallic deposit

(1)絹英巖化階段：以發育大量絹云母和石英為特征，基本無硫化物礦化；

(2)石英黃鐵礦階段：發育了大量石英黃鐵礦脈，且黃鐵礦脈切穿相對粗大的石英脈(圖3a)；

(3)石英多金屬硫化物階段: 發育了大量黃銅礦、 毒砂、 閃鋅礦、 方鉛礦等多種硫化物, 為該礦床的主要成礦階段;

(4)碳酸鹽階段: 以發育大量脈狀和團塊狀方解石為特征,局部伴生有螢石細脈,方解石脈形成較晚,切穿含毒砂、 黃銅礦石英脈和早期石英脈(圖3b～d)。

3 樣品采集與分析

用于Re-Os同位素測年的輝鉬礦和毒砂樣品均采自鉆孔巖心, 分別從鉆孔ZK1902、 SK2和ZK1106中各采集毒砂樣品1件, 鉆孔ZK1507中采集輝鉬礦樣品1件。樣品特征見表1。

表1 Re-Os同位素分析樣品采樣位置及特征Table 1 Sampling locations and characteristics of samples for Re-Os isotope analysis

將野外采集的礦石樣品在雙目鏡下手工挑選出輝鉬礦和毒砂單礦物, 輝鉬礦質純、 無氧化、 無污染; 毒砂呈自形-半自形粒狀, 與黃銅礦共生, 毒砂與黃銅礦為主成礦階段的產物。樣品純度達99%以上。將各樣品粉碎至200目(74 μm), 然后通過細頸漏斗將準確稱量好的粉末樣品加入到Carius管中, 依次進行溶樣、 蒸餾, 分離Re和Os, 最后用質譜儀測定其含量[7]。Re-Os同位素測試在中國地質調查局國家地質實驗測試中心完成, 所采用的儀器為電感耦合等離子質譜儀(ICP-MS, 型號TJAX-Scrics), 測試原理及分析方法見參考文獻[8-9]。

4 分析結果

Re-Os同位素測年是一種研究內生金屬礦床成礦年齡十分有效的手段[10]。由1件輝鉬礦和3件毒砂樣品的Re-Os同位素測試結果(表2)限定的扎拉格阿木銅多金屬礦成礦年齡為(141.81±0.84)～(138.10±0.90) Ma。187Re衰變常數(λ值)為1.666×10-11a-1[11], 利用Isoplot軟件[12]將3件毒砂數據擬合成一條直線(圖5a), 求得等時線年齡為137.7±1.7 Ma; 1件輝鉬礦和3件毒砂的加權平均年齡為140.2±3.3 Ma(圖5b), 等時線年齡與加權平均年齡在誤差范圍內一致, 輝鉬礦年齡與毒砂年齡基本一致, 顯示了數據的可靠性。輝鉬砂中普通Os含量為0.275×10-9, 而毒砂中普通Os含量為(0.003～0.035)×10-9, 接近于0, 可以認為樣品中Os幾乎全部為放射性成因, 即硫化物中的187Os由187Re衰變形成, 說明單個樣品年齡可準確反映礦物結晶時間[13]。

表2 輝鉬礦和毒砂Re-Os同位素測年數據Table 2 Re-Os isotopic data of molybdenite and arsenopyrite

圖5 毒砂Re-Os等時線年齡(a)與毒砂-輝鉬礦加權平均年齡(b)Fig.5 Re-Os isochron age of arsenopyrite(a) and weighted average age of molybdenite and arsenopyrite(b)

5 討 論

5.1 成礦時代

目前, 輝鉬礦Re-Os同位素體系被認為是最合適的成礦年齡確定方法之一[14]。輝鉬礦富集Re(10-6級), 而普通Os含量極低(接近于0), 即輝鉬礦中Os完全是放射成因的187Os, 且該認識得到了廣泛應用和實踐[15]。因此, Re-Os同位素體系測定輝鉬礦形成年齡能為相關礦床的形成時間和區域構造演化等提供高精度的年代學制約。

扎拉格阿木銅多金屬礦床中3件毒砂單礦物樣品中Re含量為(0.79～ 21.96)×10-9, 平均9.7×10-9。3件毒砂樣品計算出的等時線年齡為137.7±1.7 Ma; 1件輝鉬礦的模式年齡為141.81±0.84 Ma, 其與3件毒砂樣品的加權平均年齡為140.2±3.3 Ma, 在誤差范圍內一致, 表明輝鉬礦和毒砂的Re-Os加權平均年齡可以代表輝鉬礦的形成年齡, 即扎拉格阿木銅多金屬礦床形成于早白堊世。這與同處大興安嶺中南段的大井銅錫多金屬礦(與成礦有關的巖漿巖鋯石年齡為146～133 Ma)[16]、 維拉斯托銅鋅多金屬礦(133.4±1.0 Ma)[17]、 拜仁達壩鉛鋅多金屬礦(135.0±3 Ma)[18]、 邊家大院銀多金屬礦(140±1.2 Ma)[19]、 半砬山鉬礦(含礦花崗閃長斑巖猗石U-Pb年齡為133.5±1.7 Ma)[20]、 敖侖花鉬礦(131.2±1.9 Ma)[21]等礦床的成礦時代基本一致。

5.2 地質意義

大興安嶺中南段是我國重要的有色金屬礦產基地, 以發育大量的鉛鋅銀礦床和錫多金屬礦床為特征, 而關于該區銅多金屬礦找礦成果的報道相對較少, 且已發現的銅礦床主要集中分布在大興安嶺中南段東坡, 如登吉屯銅礦(172.6 Ma)[22]、 布敦化銅礦(151.95 Ma)[23]、 蓮花山銅礦(139.1 Ma)[24]、 鬧牛山銅礦(134.3 Ma)[25], 成礦時代為中侏羅世—早白堊世。類比區域已知銅多金屬礦床成礦時代可知, 扎拉格阿木銅多金屬礦成礦年齡(140 Ma)與該區已發現的銅礦床成礦年齡基本一致。

前人根據大興安嶺中南段已知礦床(點)產出的構造環境、 分布特征、 礦化類型、 元素組合特征, 將該區劃分出3條各具特色、 北東向延伸、 相互平行的成礦亞帶[26-27], 即以銅為主的東坡多金屬成礦帶、 錫富鉛鋅鐵銅主峰成礦帶、 富鉛鋅富銀西坡成礦帶[28], 大興安嶺中南段西坡因發育花敖包特、 拜仁達壩、 維拉斯托等鉛鋅銀錫多金屬礦床而著稱, 受到廣大科研工作者的關注[29-32]。而扎拉格阿木礦床的發現填補了大興安嶺中南段西坡中-大型銅礦床分布的空白。

綜上所述, 扎拉格阿木礦床為大興安嶺中南段大規模成礦作用時期(140 Ma左右)[33-35]構造巖漿成礦作用耦合的產物。本文的Re-Os年齡數據填補了扎拉格阿木礦床成礦年齡的空白, 同時說明從東坡(蓮花山和鬧牛山)到西坡(扎拉格阿木), 早白堊世該區可能處于同一構造背景, 并不存在礦床分布的差異。從成礦的時空分布特征可知, 大興安嶺中南段中侏羅世—早白堊世成礦存在較大規模的銅成礦作用, 尤其是大興安嶺中南段西坡應得到重視。因此, 加強該區中侏羅世—早白堊世成礦地質背景研究, 結合物化探異常進行找礦靶區優選, 同時, 加大勘查和綜合研究力度, 在銅礦找尋方面有望實現更大突破。

6 結 論

(1)扎拉格阿木銅多金屬礦床1件輝鉬礦樣品的Re-Os同位素模式年齡為141.81±0.84 Ma, 3件毒砂Re-Os同位素模式年齡分別為138.1±0.9 Ma、 140.8±7.7 Ma和141.2±2.1 Ma, 等時線年齡為137.7±1.7 Ma; 4件樣品的加權平均年齡為140.2±3.3 Ma, 表明礦床形成于早白堊世。

(2)類比區域上已知銅多金屬礦床空間分布和成礦年齡可知, 扎拉格阿木銅多金屬礦床是大興安嶺中南段西坡的重要礦床, 與其他金屬礦床應該是同一期次成礦作用的產物。

(3)就勘探程度而言, 該礦床的礦體延深和延長均未得到工程的有效控制, 其深部和外圍仍具有較大找礦潛力。