内蒙古扎拉格阿木铜多金属矿床硫化物Re-Os年龄及其地质意义

刘怀金，张旭柱，邱广义，许 辉，李 源，魏 亮，李志国，吉虎利

(内蒙古有色地质矿业(集团)有限责任公司, 呼和浩特 010010)

扎拉格阿木铜多金属矿床是内蒙古自治区有色地质勘查局在大兴安岭中南段西坡新发现的一处矿产地, 该矿床位于锡林浩特市正南约20 km处, 矿区中心坐标: E116°02′00″, N43°40′00″。经局部勘探(网度50 m×50 m), 采用地质块段法算得铜金属量31.20万t, Cu平均品位0.66%; 伴生银金属量1 045.47 t, Ag平均品位22.19 g/t。

该矿床自发现以来,前人仅对矿床地质特征、矿床地球物理和地球化学特征开展了一定程度的研究,取得了阶段性成果[1-2]。精确的成矿年龄数据是分析矿床成因总结成矿规律和成矿作用的关键因素。本文在前人研究工作的基础上, 对扎拉格阿木铜多金属矿床开展了成矿年代学研究,并与大兴安岭中南段同时代的多金属矿床进行对比, 对该矿床的形成时间及其地质意义进行了探讨, 以期为指导该区找矿勘查工作提供基础理论支撑。

1 区域地质背景

扎拉格阿木铜多金属矿床位于二连-贺根山断裂、 西拉木伦河断裂以及大兴安岭主脊断裂三者之间的夹持区域, 大地构造位置归属于大兴安岭南段晚古生代增生造山带(图1a)。该区受到来自古亚洲洋构造体系和滨西太平洋构造体系的双重影响, 构造-岩浆活动强烈[3-5]。西拉木伦河断裂以南为华北地台北缘早古生代增生造山带, 二连-贺根山断裂以北为大兴安岭北段晚古生代增生造山带, 两条深大断裂之间为大兴安岭南段晚古生代增生造山带, 它们是区内两条重要的控岩控矿构造, 控制了断裂两侧花岗岩体的侵位及金属矿床的分布[6]。区域出露地层主要为元古代变质岩、 古生代火山岩和浅变质岩, 以及中生代火山岩和沉积岩, 海西期、 印支期及燕山期花岗岩均有发育。同时, 该区隶属于大兴安岭中南段成矿带, 矿产资源非常丰富, 素有“草原上的小南岭”之称。

图1 大兴安岭地区大地构造简图(a, 据文献[3]修改)、 扎拉格阿木铜多金属矿床地质简图(b, 据文献[1]修改)和15号勘探线剖面图(c, 据文献[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。 哲斯组: mss—杂砂岩; cg—砾岩和含砾砂岩; sl—生物碎屑灰岩; slt—碳质板岩; ssl—砂质板岩; sl+ss—砂板岩互层; γδ—二叠纪花岗闪长岩; δμ—闪长玢岩脉; γπ—花岗斑岩脉; ξπ—正长斑岩脉。 1—岩脉; 2—矿体及编号; 3—矿化体; 4—断层及编号; 5—地层产状; 6—地质界线; 7—勘探线及编号; 8—钻孔及编号

2 矿区地质特征

2.1 矿床地质

矿区出露的地层主要为中二叠统哲斯组和第四系。哲斯组为一套砂板岩, 主要包括千枚状含碳质板岩夹砂岩、 砂质板岩、碳质板岩、杂砂岩、砾岩、含砾砂岩及生物碎屑灰岩, 铜多金属矿体主要赋存于该套地层中。第四系主要由风成砂、 冲洪积物等组成, 分布于地势低洼处。矿区褶皱构造不发育, 断裂构造以北东向为主, 其中F4断裂为主要的控矿构造(图1b),产状160°∠70°。矿区发育的侵入岩主要为二叠纪花岗闪长岩,脉岩主要有闪长玢岩、 花岗斑岩及正长斑岩, 其中花岗斑岩仅见于钻孔岩心。

2.2 矿体地质

矿区已控制矿化带东西长大于1 200 m(56～31线), 南北宽80～200 m, 走向北东, 倾向南东, 倾角60°～80°(图1c)。矿体主要赋存于二叠纪花岗闪长岩与哲斯组的外接触带, 围岩受岩体侵位影响发生热变质作用, 普遍具角岩化。

矿区共圈出工业矿体16条,矿体仅在局部地段零星出露,为典型的半隐伏-隐伏矿床。其中⑤号矿体最具代表性,矿体长1 140 m, 延深大于655 m,矿体最小厚度1.53 m,最大厚度66.6 m, 平均厚度17.6 m。单样品铜最高品位13.4%, 一般品位0.40%～1.39%, 伴生银品位3.29～165 g/t。矿石结构主要有自形-半自形粒状结构、 交代结构、 包含结构、 固溶体分离结构及压碎结构等。矿石构造主要有脉状-细脉状构造、 网脉状构造、 角砾状构造、 块状构造、 稀疏浸染状构造、 细脉浸染状构造及斑杂状构造。矿石矿物主要为黄铁矿、黄铜矿、毒砂、 闪锌矿、方铅矿、银黝铜矿,及少量的辉钼矿等(图2)。

图2 典型矿石照片Fig.2 Photos of typical oresa—致密块状黄铜矿和铜蓝; b—毒砂、 辉钼矿和磁黄铁矿; c—黄铜矿和黄铁矿脉; d—反射光显微镜下黄铜矿(Ccp)、 毒砂(Apy)和黄铁矿(Py)

2.3 成矿期次与成矿阶段划分

根据地质体相互穿插关系和矿物共生组合特征(图3), 可将扎拉格阿木铜多金属矿床分为2期, 即热液期和表生期, 热液期可进一步划分为以下4个成矿阶段(图4):

图3 矿石脉体相互穿插关系Fig.3 Intervening relationship between ore and veinsa—含黄铁矿石英脉切穿早期石英脉; b—方解石脉切穿含毒砂、 黄铜矿石英脉; c—含毒砂石英脉切穿早期石英脉, 方解石脉切穿毒砂石英脉及早期石英脉; d—方解石脉切穿含黄铜矿石英脉。Qz—石英; Cal—方解石。图中标尺黑白间隔均为1 cm

图4 扎拉格阿木铜多金属矿床主要矿物组合生成顺序Fig.4 Paragenetic sequence of mineral assemblages in Zhalageamu Cu polymetallic deposit

(1)绢英岩化阶段：以发育大量绢云母和石英为特征，基本无硫化物矿化；

(2)石英黄铁矿阶段：发育了大量石英黄铁矿脉，且黄铁矿脉切穿相对粗大的石英脉(图3a)；

(3)石英多金属硫化物阶段: 发育了大量黄铜矿、 毒砂、 闪锌矿、 方铅矿等多种硫化物, 为该矿床的主要成矿阶段;

(4)碳酸盐阶段: 以发育大量脉状和团块状方解石为特征,局部伴生有萤石细脉,方解石脉形成较晚,切穿含毒砂、 黄铜矿石英脉和早期石英脉(图3b～d)。

3 样品采集与分析

用于Re-Os同位素测年的辉钼矿和毒砂样品均采自钻孔岩心, 分别从钻孔ZK1902、 SK2和ZK1106中各采集毒砂样品1件, 钻孔ZK1507中采集辉钼矿样品1件。样品特征见表1。

表1 Re-Os同位素分析样品采样位置及特征Table 1 Sampling locations and characteristics of samples for Re-Os isotope analysis

将野外采集的矿石样品在双目镜下手工挑选出辉钼矿和毒砂单矿物, 辉钼矿质纯、 无氧化、 无污染; 毒砂呈自形-半自形粒状, 与黄铜矿共生, 毒砂与黄铜矿为主成矿阶段的产物。样品纯度达99%以上。将各样品粉碎至200目(74 μm), 然后通过细颈漏斗将准确称量好的粉末样品加入到Carius管中, 依次进行溶样、 蒸馏, 分离Re和Os, 最后用质谱仪测定其含量[7]。Re-Os同位素测试在中国地质调查局国家地质实验测试中心完成, 所采用的仪器为电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS, 型号TJAX-Scrics), 测试原理及分析方法见参考文献[8-9]。

4 分析结果

Re-Os同位素测年是一种研究内生金属矿床成矿年龄十分有效的手段[10]。由1件辉钼矿和3件毒砂样品的Re-Os同位素测试结果(表2)限定的扎拉格阿木铜多金属矿成矿年龄为(141.81±0.84)～(138.10±0.90) Ma。187Re衰变常数(λ值)为1.666×10-11a-1[11], 利用Isoplot软件[12]将3件毒砂数据拟合成一条直线(图5a), 求得等时线年龄为137.7±1.7 Ma; 1件辉钼矿和3件毒砂的加权平均年龄为140.2±3.3 Ma(图5b), 等时线年龄与加权平均年龄在误差范围内一致, 辉钼矿年龄与毒砂年龄基本一致, 显示了数据的可靠性。辉钼砂中普通Os含量为0.275×10-9, 而毒砂中普通Os含量为(0.003～0.035)×10-9, 接近于0, 可以认为样品中Os几乎全部为放射性成因, 即硫化物中的187Os由187Re衰变形成, 说明单个样品年龄可准确反映矿物结晶时间[13]。

表2 辉钼矿和毒砂Re-Os同位素测年数据Table 2 Re-Os isotopic data of molybdenite and arsenopyrite

图5 毒砂Re-Os等时线年龄(a)与毒砂-辉钼矿加权平均年龄(b)Fig.5 Re-Os isochron age of arsenopyrite(a) and weighted average age of molybdenite and arsenopyrite(b)

5 讨 论

5.1 成矿时代

目前, 辉钼矿Re-Os同位素体系被认为是最合适的成矿年龄确定方法之一[14]。辉钼矿富集Re(10-6级), 而普通Os含量极低(接近于0), 即辉钼矿中Os完全是放射成因的187Os, 且该认识得到了广泛应用和实践[15]。因此, Re-Os同位素体系测定辉钼矿形成年龄能为相关矿床的形成时间和区域构造演化等提供高精度的年代学制约。

扎拉格阿木铜多金属矿床中3件毒砂单矿物样品中Re含量为(0.79～ 21.96)×10-9, 平均9.7×10-9。3件毒砂样品计算出的等时线年龄为137.7±1.7 Ma; 1件辉钼矿的模式年龄为141.81±0.84 Ma, 其与3件毒砂样品的加权平均年龄为140.2±3.3 Ma, 在误差范围内一致, 表明辉钼矿和毒砂的Re-Os加权平均年龄可以代表辉钼矿的形成年龄, 即扎拉格阿木铜多金属矿床形成于早白垩世。这与同处大兴安岭中南段的大井铜锡多金属矿(与成矿有关的岩浆岩锆石年龄为146～133 Ma)[16]、 维拉斯托铜锌多金属矿(133.4±1.0 Ma)[17]、 拜仁达坝铅锌多金属矿(135.0±3 Ma)[18]、 边家大院银多金属矿(140±1.2 Ma)[19]、 半砬山钼矿(含矿花岗闪长斑岩猗石U-Pb年龄为133.5±1.7 Ma)[20]、 敖仑花钼矿(131.2±1.9 Ma)[21]等矿床的成矿时代基本一致。

5.2 地质意义

大兴安岭中南段是我国重要的有色金属矿产基地, 以发育大量的铅锌银矿床和锡多金属矿床为特征, 而关于该区铜多金属矿找矿成果的报道相对较少, 且已发现的铜矿床主要集中分布在大兴安岭中南段东坡, 如登吉屯铜矿(172.6 Ma)[22]、 布敦化铜矿(151.95 Ma)[23]、 莲花山铜矿(139.1 Ma)[24]、 闹牛山铜矿(134.3 Ma)[25], 成矿时代为中侏罗世—早白垩世。类比区域已知铜多金属矿床成矿时代可知, 扎拉格阿木铜多金属矿成矿年龄(140 Ma)与该区已发现的铜矿床成矿年龄基本一致。

前人根据大兴安岭中南段已知矿床(点)产出的构造环境、 分布特征、 矿化类型、 元素组合特征, 将该区划分出3条各具特色、 北东向延伸、 相互平行的成矿亚带[26-27], 即以铜为主的东坡多金属成矿带、 锡富铅锌铁铜主峰成矿带、 富铅锌富银西坡成矿带[28], 大兴安岭中南段西坡因发育花敖包特、 拜仁达坝、 维拉斯托等铅锌银锡多金属矿床而著称, 受到广大科研工作者的关注[29-32]。而扎拉格阿木矿床的发现填补了大兴安岭中南段西坡中-大型铜矿床分布的空白。

综上所述, 扎拉格阿木矿床为大兴安岭中南段大规模成矿作用时期(140 Ma左右)[33-35]构造岩浆成矿作用耦合的产物。本文的Re-Os年龄数据填补了扎拉格阿木矿床成矿年龄的空白, 同时说明从东坡(莲花山和闹牛山)到西坡(扎拉格阿木), 早白垩世该区可能处于同一构造背景, 并不存在矿床分布的差异。从成矿的时空分布特征可知, 大兴安岭中南段中侏罗世—早白垩世成矿存在较大规模的铜成矿作用, 尤其是大兴安岭中南段西坡应得到重视。因此, 加强该区中侏罗世—早白垩世成矿地质背景研究, 结合物化探异常进行找矿靶区优选, 同时, 加大勘查和综合研究力度, 在铜矿找寻方面有望实现更大突破。

6 结 论

(1)扎拉格阿木铜多金属矿床1件辉钼矿样品的Re-Os同位素模式年龄为141.81±0.84 Ma, 3件毒砂Re-Os同位素模式年龄分别为138.1±0.9 Ma、 140.8±7.7 Ma和141.2±2.1 Ma, 等时线年龄为137.7±1.7 Ma; 4件样品的加权平均年龄为140.2±3.3 Ma, 表明矿床形成于早白垩世。

(2)类比区域上已知铜多金属矿床空间分布和成矿年龄可知, 扎拉格阿木铜多金属矿床是大兴安岭中南段西坡的重要矿床, 与其他金属矿床应该是同一期次成矿作用的产物。

(3)就勘探程度而言, 该矿床的矿体延深和延长均未得到工程的有效控制, 其深部和外围仍具有较大找矿潜力。