內(nèi)蒙古東烏旗索納鉛鋅銀礦區(qū)侵入巖鋯石u-pb年代學(xué)及其地質(zhì)意義

內(nèi)蒙古東烏旗索納鉛鋅銀礦區(qū)侵入巖鋯石u-pb年代學(xué)及其地質(zhì)意義

索納礦區(qū)位于蒙古國(guó)中部的東烏旗，位于額仁高和蘇目蘇北35公里處。該區(qū)屬西伯利亞板塊南緣的褶皺增生帶,受古生代板塊俯沖、碰撞和中生代瀕西太平洋構(gòu)造活動(dòng)的復(fù)雜構(gòu)造演化影響,區(qū)域上晚古生代—中生代不同巖石類(lèi)型的花崗巖分布廣泛,并發(fā)育有一批與不同時(shí)代花崗巖有關(guān)的金屬礦床。研究表明,晚古生代與花崗質(zhì)巖石有關(guān)的金屬礦床是該時(shí)期板塊構(gòu)造活動(dòng)的產(chǎn)物,如本區(qū)西部蒙古國(guó)與花崗閃長(zhǎng)巖、長(zhǎng)石斑巖有關(guān)的察干蘇布加斑巖型銅鉬礦和歐玉陶勒蓋斑巖型銅金鉬礦;而中生代與花崗巖有關(guān)的金屬成礦則是陸內(nèi)多期伸展作用的產(chǎn)物,如與三疊紀(jì)花崗質(zhì)深成巖有關(guān)的沙麥和玉古茲爾中-高溫?zé)嵋好}型鎢礦、與白堊紀(jì)花崗閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)花崗巖有關(guān)的烏蘭德勒斑巖型鉬礦。近期,由于在索納嘠礦區(qū)隱伏花崗巖及其與圍巖接觸帶發(fā)現(xiàn)一伴生鎢鉬金銅的鉛鋅銀礦而引起我們重視。本文通過(guò)對(duì)與成礦有關(guān)的花崗巖進(jìn)行巖石學(xué)、地球化學(xué)和同位素年代學(xué)研究,厘定了花崗巖的形成時(shí)代,探討了花崗巖形成的構(gòu)造背景;同時(shí),結(jié)合礦石礦物年齡測(cè)試數(shù)據(jù)分析了成巖成礦關(guān)系。1巖石及巖石學(xué)特征該區(qū)位于二連—賀根山斷裂北部(圖1)。區(qū)域出露地層主要有下奧陶統(tǒng)粉砂巖、粉砂質(zhì)板巖、千枚巖,下—中奧陶統(tǒng)細(xì)碧角斑巖、凝灰?guī)r和板巖,上志留統(tǒng)泥質(zhì)粉砂巖和變質(zhì)砂巖,泥盆系凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖、石英砂巖和細(xì)砂巖,上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)英安巖和安山巖及其相應(yīng)碎屑巖,上侏羅統(tǒng)中性—酸性火山巖。區(qū)域侵入巖分布廣泛,而且以石炭紀(jì)、二疊紀(jì)和侏羅紀(jì)花崗巖最為發(fā)育,多呈大規(guī)模的巖基狀產(chǎn)出,部分呈巖株?duì)?。其?石炭紀(jì)花崗巖分布于洪大衛(wèi)等所劃分的白音烏拉—東烏旗I型花崗巖帶,主要巖石為花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖,零星出露閃長(zhǎng)巖,多侵入于泥盆紀(jì)和晚石炭世—早二疊世地層,并被晚侏羅世火山巖覆蓋或被其后的花崗質(zhì)巖石侵入,其巖石化學(xué)成分一般為:SiO2=71.22%~77.76%,Na2O+K2O平均含量7.99%,K2O/Na2O=0.82~1.39,Al2O3=11.34%~16.93%,多屬鈣堿性系列。二疊紀(jì)花崗巖亦分布于白音烏拉—東烏旗花崗巖帶內(nèi),主要巖石類(lèi)型為花崗巖和花崗閃長(zhǎng)巖,少量鉀長(zhǎng)花崗巖和閃長(zhǎng)巖,侵入于奧陶系中下統(tǒng)、泥盆系中—下統(tǒng)及上石炭—下二疊統(tǒng)。三疊紀(jì)侵入巖分布有限,呈零星出露,主要巖石類(lèi)型為花崗巖、石英閃長(zhǎng)巖等,巖石總體化學(xué)成分為SiO2含量60.70%~62.67%,Na2O+K2O=9.18%~10.48%,K2O>Na2O,A/CNK=0.80~0.88,大多屬堿性系列。侏羅紀(jì)花崗巖主要呈巖株、巖基狀產(chǎn)出,受區(qū)域構(gòu)造控制呈北東東、北東向展布,以花崗巖和二長(zhǎng)花崗巖為主,亦有花崗斑巖和正長(zhǎng)巖,巖石總體球化學(xué)特征為SiO2含量75.54%~76.28%,Na2O+K2O=8.2%~8.28%,K2O/Na2O=1.44~1.46,A/CNK=1.016~1.063,屬于高鉀鈣堿性系列。索納嘎礦區(qū)與成礦有關(guān)的花崗巖為一主要由中粗?；◢弾r、細(xì)粒黑云母花崗巖和似斑狀鉀長(zhǎng)花崗巖組成的雜巖體。該巖體僅似斑狀鉀長(zhǎng)花崗巖呈向北突出、長(zhǎng)度約220m的弧形巖體出露地表,侵位于下侏羅統(tǒng)紅旗組變泥質(zhì)粉砂巖及變質(zhì)泥巖中(圖1),而巖體大部隱伏于地下。據(jù)鉆探工程揭露,巖體地下隱伏部分近東西向和南北向長(zhǎng)度均大于400m;以似斑狀鉀長(zhǎng)花崗巖為主,中粗?；◢弾r和細(xì)粒黑云母花崗巖均呈幾米至十幾米的枝狀見(jiàn)于前者中,并且與前者均呈明顯侵入接觸關(guān)系。鉛鋅銀多金屬礦體即產(chǎn)于該巖體中及其與圍巖的接觸帶。中粗粒花崗巖的主要礦物為石英、鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石,次要礦物為少量黑云母,微量鋯石等副礦物。石英(20%~30%)呈他形粒狀,粒度1~3.5mm;鉀長(zhǎng)石(35%~45%)呈他形—半自形晶,粒徑一般0.5~4mm;斜長(zhǎng)石(15%~20%)多呈半自形晶,個(gè)別晶體具環(huán)帶結(jié)構(gòu)和弱絹云母化,粒徑一般0.5~4mm;黑云母(4%~8%)呈片狀,粒度一般為0.25~1.5mm,個(gè)別晶體具有綠泥石化。細(xì)粒黑云母花崗巖的主要礦物成分為石英、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石,次要礦物為黑云母,微量鋯石等副礦物。石英(15%~20%)呈他形粒狀分布于長(zhǎng)石間,粒徑一般0.15~1mm;鉀長(zhǎng)石(45%~55%)呈半自形板狀及他形粒狀,粒徑一般0.25~1.75mm,大者長(zhǎng)軸達(dá)2.5mm,晶體中可見(jiàn)黑云母包裹體;斜長(zhǎng)石(15%~20%)呈半自形板狀和他形粒狀,粒徑一般0.25~1mm,弱絹云母化;黑云母(5%~10%)呈細(xì)小片狀,粒度一般為0.2~0.5mm,少量黑云母具有綠泥石化。常含3%~5%的黃鐵礦。似斑狀鉀長(zhǎng)花崗巖的斑晶含量35%~40%,鉀長(zhǎng)石約占斑晶總量的55%~60%,石英占40%~45%,極少量斜長(zhǎng)石斑晶。鉀長(zhǎng)石斑晶多半自形,少量他形,粒徑多為5~14mm,個(gè)別晶體中包裹有小的鉀長(zhǎng)石晶體。石英斑晶呈他形,粒度稍小于鉀長(zhǎng)石,粒徑4~8mm。斜長(zhǎng)石斑晶多呈半自形,粒徑5~10mm?；|(zhì)為細(xì)粒結(jié)構(gòu),主要礦物為石英(占基質(zhì)的70%~75%,粒度0.05~0.5mm),其次為鉀長(zhǎng)石(占基質(zhì)的15%~20%,粒度0.075~1mm),少量斜長(zhǎng)石、黑云母,微量鋯石和榍石。2測(cè)試、檢測(cè)方法本次采集的細(xì)粒黑云母花崗巖、似斑狀鉀長(zhǎng)花崗巖和中粗?；◢弾r樣品均采自鉆孔,經(jīng)薄片顯微鏡下鑒定后,選擇新鮮或弱蝕變樣品用于地球化學(xué)測(cè)試。其中,同位素測(cè)年樣品質(zhì)量6~8kg。鋯石陰極發(fā)光研究在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所電子探針研究室完成。LA-ICP-MS單顆粒鋯石微區(qū)原位單點(diǎn)U-Pb同位素定年在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成,測(cè)試儀器為美國(guó)Agilent公司生產(chǎn)的Agilent7500a型ICP-MS和德國(guó)LambdaPhysik公司的GeoLas2005準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)(波長(zhǎng)193nm)以及MicroLas公司的GeoLas200M光學(xué)系統(tǒng)組成的聯(lián)機(jī)。樣品處理、測(cè)試方法、精度和數(shù)據(jù)處理參見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn)。巖石主量和微量元素測(cè)試分析在核工業(yè)地質(zhì)研究院完成。主量元素采用X射線熒光光譜法(XRF)測(cè)試,檢測(cè)下限為0.01%(FeO為0.05%);微量、稀土元素使用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)方法測(cè)試,檢測(cè)下限為0.05×10μg/g。3鋯石u-pb年齡陰極發(fā)光圖像顯示,中粗?；◢弾r樣品(SZK2-TW1)鋯石(圖2-a)和似斑狀鉀長(zhǎng)花崗巖樣品(SZK301-TW2)鋯石(圖2-b)的自形程度均普遍較高,多呈長(zhǎng)柱狀自形晶(少數(shù)樣品形態(tài)遭到破壞),長(zhǎng)寬比多大于2∶1,長(zhǎng)軸長(zhǎng)度一般為100~200μm,大多具較清楚的振蕩環(huán)帶。前者的Th/U值絕大多數(shù)大于0.1(表1),均值0.315;后者的Th/U值絕大多數(shù)大于0.4(表1),均值0.536,均與典型巖漿成因鋯石特征一致。而細(xì)粒黑云母花崗巖樣品(SZK301-TW1)鋯石多呈半自形晶(圖2-c),粒徑多在100~200μm,232Th和238U含量普遍較高,分別為106.96×10-6~25772.39×10-6(均值15928.21×10-6)和193.08×10-6~6989.03×10-6(均值4673.00×10-6),以致大多鋯石的CL圖像呈黑色,僅少量圖像清晰,鋯石可見(jiàn)明顯的振蕩環(huán)帶;Th/U值除1個(gè)測(cè)點(diǎn)為0.307,其余均大于1(表1),應(yīng)屬巖漿成因鋯石。由于本區(qū)花崗巖鋯石的207Pb含量較低,儀器檢出限以及207Pb的計(jì)數(shù)會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響,而且年青鋯石樣品宜采用206Pb/238U年齡。故本文取206Pb/238U年齡作為花崗巖的定年結(jié)果。根據(jù)鋯石U-Pb同位素LA-ICPMS測(cè)試數(shù)據(jù)形成的鋯石U-Pb年齡諧和圖如圖3所示。中粗?；◢弾r樣品(SZK2-TW1)主鋯石群22個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的諧和年齡集中在303~335Ma(圖3-a),其206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(319.6±4.1)Ma(MSWD=10.4),應(yīng)代表巖體的侵位年齡,屬晚石炭世早期產(chǎn)物。該樣品還有1粒鋯石(SZK2-TW1-21)測(cè)得了516Ma的206Pb/238U年齡,且207Pb/206Pb、207Pb/235U和206Pb/238U三組年齡不一致,可能為發(fā)生了Pb丟失的捕獲鋯石。細(xì)粒黑云母花崗巖樣品(SZK301-TW1)除2粒鋯石SZK301-TW1-05、16由于Pb丟失偏離諧和曲線外,大多數(shù)據(jù)點(diǎn)位于諧和曲線上或其附近(圖3-b)。21個(gè)測(cè)點(diǎn)的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(172.5±1.4)Ma(MSWD=6.2),可以代表巖體就位年齡,屬中侏羅世早期。似斑狀鉀長(zhǎng)花崗巖樣品(SZK301-TW2)除1粒鋯石(測(cè)點(diǎn)SZK301-TW2-06)測(cè)得了359Ma的較大206Pb/238U年齡,且207Pb/206Pb、207Pb/235U和206Pb/238U三組年齡不一致,可能為一發(fā)生了Pb丟失的捕獲鋯石外,其余23個(gè)測(cè)點(diǎn)的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(165.5±1.8)Ma(MSWD=5.2)(圖3-c),可視為巖漿結(jié)晶年齡,屬中侏羅世中晚期。4地球化學(xué)特征4.1里特曼指數(shù)acf據(jù)巖石化學(xué)分析結(jié)果(表2),索納嘠礦區(qū)的花崗巖SiO2含量普遍較高,為61.69%~73.43%,且變化范圍較小。巖石以高鉀(K2O>4.50%)、富堿(K2O+Na2O>7.00%)、貧鎂為特征,K2O/Na2O>1;里特曼指數(shù)δ=1.63~3.58,均屬鈣堿性巖石;Al2O3含量較高,CaO含量偏低。中粗?；◢弾r、細(xì)粒黑云母花崗巖和似斑狀鉀長(zhǎng)花崗巖的鋁飽和指數(shù)A/CNK=0.80~1.12(其均值分別為0.95、0.92和1.07),屬準(zhǔn)鋁質(zhì)~弱過(guò)鋁質(zhì)巖石;三者的分異指數(shù)DI均值分別為90.08、76.16和86.32,分異程度均較高,但細(xì)粒黑云母花崗巖的分異程度低于似斑狀鉀長(zhǎng)花崗巖。在ACF圖解中,3種巖石所有樣品的數(shù)據(jù)點(diǎn)均落入在S型花崗巖范圍內(nèi)(圖4)。與中侏羅世中晚期的似斑狀鉀長(zhǎng)花崗巖相比較,同時(shí)代早期的細(xì)粒黑云母花崗巖富含TiO2、Fe2O3T、MgO、CaO、P2O5,而SiO2含量稍低,暗示前者可能是與后者同源的巖漿分異演化形成。4.2巖石地球化學(xué)特征區(qū)內(nèi)花崗巖稀土總量較高,ΣREE為141.62×10-6~194.39×10-6。輕稀土相對(duì)富集,LREE/HREE為6.71~10.03(表2)。中粗?；◢弾r和似斑狀鉀長(zhǎng)花崗巖銪虧損明顯,δEu值為0.42~0.56(均值分別為0.44和0.52),S型花崗巖特征明顯;細(xì)粒黑云母花崗巖樣品的δEu值稍高(0.80~0.85),顯示為弱銪異常。3種巖石的(La/Yb)N值介于6.28~11.40(均值6.54~9.84),表明各類(lèi)型巖石輕重稀土元素分餾程度均較高。在稀土配分型式圖上(圖5-a),各類(lèi)型花崗巖的分布型式相似,均為向右緩傾的“V”型,暗示其巖石起源相似或相同;同形成于中侏羅世的細(xì)粒黑云母花崗巖和似斑狀鉀長(zhǎng)花崗巖相比較,稍晚形成的后者不僅δEu值稍低,而且重稀土趨于富集,暗示兩者為同源巖漿不同演化階段的產(chǎn)物。本區(qū)花崗巖富集U、Th(表2),含量高于或接近上地殼含量(Th、U分別為10.7×10-6、2.8×10-6);Rb/Sr值為0.62~2.93,大于殼源Rb/Sr值(>0.5)。在微量元素蛛網(wǎng)圖上(圖5-b),中粗?；◢弾r和似斑狀鉀長(zhǎng)花崗巖強(qiáng)烈虧損Ba、Sr和Ti,Nb、P為負(fù)異常,Rb、U、Th等元素呈正異常;而細(xì)粒黑云母花崗巖的Ba、Sr、Nb、P和Ti均為弱負(fù)異常,Rb、U等為正異常,表明其巖漿分異程度低于前兩者。3種巖石微量元素地球化學(xué)均顯示為殼源S型花崗巖特征,但同形成于中侏羅世的細(xì)粒黑云母花崗巖和似斑狀鉀長(zhǎng)花崗巖相比較,前者富集Sr、Cr、Co、Ni和Ba等,而后者富集Th、U,為同源巖漿演化不同階段產(chǎn)物的反映。就成礦元素的含量而言,似斑狀鉀長(zhǎng)花崗巖中的Zn、Pb含量(均值分別為290.70×10-6、135.73×10-6)高于或遠(yuǎn)高于細(xì)粒黑云母花崗巖(均值分別為71.85×10-6、27.35×10-6)和中粗?；◢弾r(均值分別為41.75×10-6、26.50×10-6),顯然前者與成礦關(guān)系更為密切。5討論5.1晚石炭世—索納嘠礦區(qū)的巖漿侵入活動(dòng)特征及其構(gòu)造背景鋯石LA-ICP-MSU-Pb測(cè)年結(jié)果表明,索納嘠礦區(qū)的侵入巖體是由晚古生代以來(lái)不同時(shí)代形成的3期花崗質(zhì)巖石構(gòu)成:早期巖漿侵入活動(dòng)可追溯到晚石炭世早期(319.6±4.1)Ma,形成了中粗粒花崗巖;第二期巖漿作用發(fā)生于中侏羅世早期(172.5±1.4)Ma,形成細(xì)粒黑云母花崗巖;第三期似斑狀鉀長(zhǎng)花崗巖侵位于中侏羅世中晚期的(165.5±1.8)Ma,與其侵入下侏羅統(tǒng)紅旗組地層的地質(zhì)特征相符。區(qū)域上,在蘇左旗、西烏旗和東烏旗等地區(qū)已相繼識(shí)別出299~325Ma的花崗巖[17,18,19,20,21,22,23]。索納嘠礦區(qū)最早期的中粗?；◢弾r年齡與之相近,表明本區(qū)早期花崗質(zhì)巖漿侵入活動(dòng)是區(qū)域上早石炭世晚期到晚石炭世巖漿侵入活動(dòng)的組成部分。然而,到目前為止,除1∶20萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查在東烏旗等地根據(jù)地質(zhì)特征填出一些缺乏可靠同位素年齡數(shù)據(jù)的燕山早期花崗巖外,在東烏旗、蘇左旗等地還鮮見(jiàn)有關(guān)中侏羅世花崗巖的報(bào)道。而且,童英等通過(guò)對(duì)中蒙邊境中段花崗巖時(shí)空分布特征的系統(tǒng)研究后得出,在三疊紀(jì)的204Ma至晚中生代的152Ma之間,巖漿侵入活動(dòng)存在著40~50Ma的較長(zhǎng)時(shí)間間斷。而索納嘠礦區(qū)中侏羅世165.5~172.5Ma花崗巖的識(shí)別,無(wú)疑將這一時(shí)間間隔縮短了約20Ma。據(jù)此,相信隨著地質(zhì)工作的不斷開(kāi)展和深入,形成于這一時(shí)期的花崗巖還會(huì)不斷被識(shí)別出來(lái)。一些學(xué)者研究認(rèn)為[24,25,26,27,28,29],古亞洲洋于晚泥盆世—早石炭世沿本區(qū)南部的二連—賀根山一線閉合。而雖然有學(xué)者認(rèn)為古亞洲洋殼最終于晚二疊世沿索倫山—西拉木倫河一線閉合[17,30,31,32,33,34,35],但并不否認(rèn)本區(qū)已于早石炭世造山隆起的事實(shí)。(319.6±4.1)Ma中粗?；◢弾r的地球化學(xué)特征顯示為S型花崗巖,在Pearce等(Y+Nb)-Rb花崗巖構(gòu)造環(huán)境判別圖上(圖6),其樣品均投影于后碰撞(post-collision)構(gòu)造區(qū)。由此可以得出:晚石炭世本區(qū)已進(jìn)入后碰撞構(gòu)造階段。而通過(guò)對(duì)分布于二連—賀根山縫合線兩側(cè)蘇左旗、西烏旗和東烏旗地區(qū)的晚石炭世花崗巖的研究,一些巖體也被劃歸為后碰撞伸展構(gòu)造環(huán)境的產(chǎn)物;雖然部分巖體被認(rèn)為屬火山弧環(huán)境的產(chǎn)物,但其巖石地球化學(xué)無(wú)不顯示出后碰撞花崗巖的特點(diǎn)。也就是說(shuō),二連—賀根山縫合線兩側(cè)的晚石炭世花崗巖具有相同的產(chǎn)出環(huán)境,所謂的賀根山洋確已于此前關(guān)閉,區(qū)域上在晚石炭世已處于后碰撞伸展環(huán)境。而且,從地質(zhì)特征來(lái)看,在東烏旗—西烏旗—蘇左旗地區(qū)的板塊縫合線兩側(cè),局部發(fā)育的上石炭統(tǒng)(格根敖包組)濱淺海碎屑巖和碳酸鹽巖中夾有大量安山巖、粗面安山巖和晶屑凝灰?guī)r,反映拉伸減薄作用中地殼成熟度降低的過(guò)程;而局部出露的上石炭統(tǒng)本巴圖組淺海相碎屑巖和大面積分布的晚石炭世—早二疊世寶力高廟組陸相火山巖,亦顯示了區(qū)域伸展構(gòu)造環(huán)境特征。中侏羅世的細(xì)粒黑云母花崗巖和似斑狀鉀長(zhǎng)花崗巖為板內(nèi)產(chǎn)物,兩者的地球化學(xué)特征均顯示為S型花崗巖,而且具有明顯的同源巖漿特征,為同源巖漿演化不同階段的產(chǎn)物。兩者的樣品在花崗巖構(gòu)造環(huán)境判別圖上均投影于后碰撞構(gòu)造區(qū)(圖6),可能是形成于伸展構(gòu)造環(huán)境的指示。王東方等通過(guò)對(duì)中生代構(gòu)造巖漿作用的研究,指出大興安嶺在侏羅紀(jì)處于拉張環(huán)境。而區(qū)域上一些NE向早侏羅世晚期—中侏羅世含煤盆地表明,本區(qū)于中侏羅世確已處于伸展構(gòu)造環(huán)境。5.2成礦母巖的發(fā)現(xiàn)三種類(lèi)型的花崗巖均為容礦巖石,而且近礦圍巖均具有絹英巖化、黃鐵礦化等蝕變現(xiàn)象。其中,似斑狀鉀長(zhǎng)花崗巖體上部的蝕變普遍較為發(fā)育,似與成礦關(guān)系更為密切。事實(shí)上,主要成礦元素Pb、Zn在似斑狀鉀長(zhǎng)花崗巖中的含量遠(yuǎn)高于另兩類(lèi)巖石;而且,對(duì)采自變泥質(zhì)粉砂巖和似斑狀花崗巖(為礦體圍巖)中呈浸染狀或含輝鉬礦石英細(xì)