內(nèi)蒙古查干德爾斯鉬礦成礦期花崗巖地球化學(xué)特征及成巖背景

李光耀， 肖榮閣， 李志丹， 王佳營

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心， 天津 300170； 2.中國地質(zhì)調(diào)查局鈾礦地質(zhì)重點實驗室， 天津 300170； 3.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)， 北京 100083)

鉬礦床以斑巖型、矽卡巖型、熱液脈型和沉積巖型為主，其中斑巖型是最重要的鉬礦類型，具有品位低，規(guī)模大，埋深淺特點，礦體與賦礦鈣堿性巖體時空分布關(guān)系密切。全球大規(guī)模斑巖型鉬多金屬礦床主要產(chǎn)出于環(huán)太平洋成礦域，前人研究認(rèn)為其形成機(jī)制與板塊俯沖有著密切的關(guān)系[1-3]。中國斑巖型鉬多金屬礦床主要分布在秦嶺-大別成礦帶、興蒙成礦帶以及長江中下游鉬成礦帶[4]，包括沙坪溝、金堆城、欒川、楊家仗子等超大型鉬礦床。成礦時代主要集中在早古生代(480～420 Ma)[5]、晚古生代(412～260 Ma)[6]、中生代印支期(251～209 Ma)[7]、燕山期(194～77 Ma)[8]。

查干德爾斯鉬礦床位于內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市烏拉特后旗，距賽烏素鎮(zhèn)約90 km，是內(nèi)蒙古中西部近年來新發(fā)現(xiàn)的一個大型鉬礦產(chǎn)地[9]。區(qū)域上前寒武紀(jì)變質(zhì)巖大量分布，從古生代到中生代各期次巖漿構(gòu)造活動明顯，侵入巖廣泛發(fā)育。蔡明海等[10]對礦區(qū)輝鉬礦開展Re-Os測年研究(243 Ma)，劉翼飛等[11]對礦區(qū)花崗巖樣品進(jìn)行鋯石SHRIMP U-Pb年齡測定，顯示成礦期花崗巖形成于253～254 Ma，為晚二疊世印支期。張艷飛等[12]開展流體地球化學(xué)研究，認(rèn)為成礦流體來源于巖漿巖重熔熱液和大氣水混合。通過對查干德爾斯鉬礦床賦礦巖體—似斑狀黑云母二長花崗巖開展系統(tǒng)的主微量元素分析，研究其地球化學(xué)特征，探討其成巖過程及形成背景，進(jìn)一步豐富查干德爾斯斑巖型鉬礦床成礦規(guī)律。

1 區(qū)域地質(zhì)

研究區(qū)構(gòu)造上處于索倫山縫合帶與狼山-白云鄂博裂谷之間的寶音圖隆起[13-15]，是中蒙邊境大規(guī)模成礦帶的重要組成[16-17]。該區(qū)自古生代至中生代期間，自南向北發(fā)生了明顯的俯沖增生、碰撞造山、碰撞后伸展作用及其間的構(gòu)造轉(zhuǎn)換[18-23]，如圖1[24-25]所示。

圖1 查干德爾斯鉬礦大地構(gòu)造位置及區(qū)域地質(zhì)簡圖(據(jù)文獻(xiàn)[24-25]修編)Fig.1 The geotectonic location and regional geological map of the Chagandeersi molybdenum deposit (modified after ref.[24-25])

研究區(qū)出露下元古界寶音圖群、白堊系砂礫巖以及第四系(圖2)。下元古界寶音圖群分布在礦區(qū)的東及東南部，總體呈NE向，局部受斷裂切割。其巖性組合為灰黑色-灰綠色千枚狀碳質(zhì)板巖、淺變質(zhì)粉砂巖等，屬于中級變質(zhì)巖系，受后期巖漿作用影響，熱液蝕變現(xiàn)象明顯。白堊系砂礫巖僅出露于礦區(qū)西北部和南部，為陸相碎屑沉積。第四系沿溝谷展布，由風(fēng)成砂和礫石構(gòu)成。

圖2 查干德爾斯鉬礦床地質(zhì)簡圖(據(jù)文獻(xiàn)[10]修編)Fig.2 Simplified geological map of the Chagandeersi molybdenum deposit (modified after ref.[10])

研究區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了多次構(gòu)造運(yùn)動，褶皺與斷裂發(fā)育，總體呈NE向。蘇吉音花復(fù)式背斜為主要容礦構(gòu)造，由下元古界寶音圖群組成，軸向60°，出露長度22 km，兩翼寬8～10 km，NW翼傾角45°～60°，SE翼傾角56°～76°，向SW傾伏。近NE、NW向斷裂構(gòu)造為后期容礦巖體及含礦熱液運(yùn)移提供了重要的空間和通道。

區(qū)內(nèi)巖漿巖十分發(fā)育，為華力西中期和燕山早期巖漿活動的產(chǎn)物，且以花崗巖為主，研究區(qū)內(nèi)鎢-鉬-鉍礦化與之有重要的成因聯(lián)系，其中分布于礦區(qū)中西部的似斑狀黑云母二長花崗巖(統(tǒng)稱查干德爾斯花崗巖)，為主要容礦巖石，呈巖株產(chǎn)出。

2 礦床地質(zhì)及成礦巖體特征

鉬礦體呈隱伏狀賦存于二疊紀(jì)查干德爾斯花崗巖體SE緣的內(nèi)接觸帶(圖2)，大致呈不規(guī)則厚層狀、脈狀及網(wǎng)脈狀，近NE向展布。發(fā)育鉀化[圖3(a)]、云英巖化和綠泥石化等圍巖蝕變，地表局部可見孔雀石化，具斑巖型礦床蝕變分帶特征。

查干德爾斯巖體新鮮面呈淺肉紅色，發(fā)育似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造[圖3(b)]。巖體主要由長石、石英等礦物組成[圖3(c)、圖3(d)]，為二長花崗巖(圖4)。副礦物有磷灰石、鋯石。鉀長石，半自形粒狀，粒徑為1.5～5 mm，含量為35%～40%，主要為條紋長石，部分被高嶺石交代，并伴有白云母化。斜長石，半自形板狀，粒徑為1～4 mm，含量為20%～40%，高嶺土化、絹云母化、白云母化。石英，它形粒狀，粒徑為0.5～4 mm，含量為25%。局部見少量鱗片狀黑云母(含量為1%)。

Mot為輝鉬礦；Q為石英；Pl為斜長石；Kf為鉀長石圖3 查干德爾斯花崗巖手標(biāo)本及鏡下特征Fig.3 Hand specimens and microscopic characteristics of the Chagandeersi granite

1為富石英花崗巖； 2為堿性長石花崗巖； 3為花崗巖； 3a為正?；◢弾r (普通花崗巖)； 3b為二長花崗巖； 4為花崗閃長巖； 5為云英閃長巖； 6為堿性長石正長巖； 7為正長巖； 8為二長巖； 9為二長閃長巖/ 二長輝長巖；10為閃長巖/輝長巖/斜長巖； 6*為石英堿性長石正長巖； 7*為石英正長巖； 8*為石英二長巖； 9*為石英二長閃長巖/ 石英二長輝長巖； 10*為石英閃長巖/石英輝長巖； Q為石英； A為堿性長石； P為斜長石圖4 查干德爾斯鉬花崗巖QAP分類圖Fig.4 QAP classification diagram of the Chagandeersi granite

3 樣品采集及分析測試

查干德爾斯花崗巖樣品共6件，均采自鉆孔ZK40-7巖心(圖2)，樣品編號為Dr217、Dr218、Dr220、Dr222、Dr224、Dr225。薄片制作及巖相學(xué)分析在中國地質(zhì)大學(xué)(北京)完成，化學(xué)分析測試在中國地質(zhì)科學(xué)院廊坊物化探研究所開展，分析精度優(yōu)于5%。

4 分析結(jié)果

4.1 主量元素特征

查干德爾斯花崗巖樣品主量元素分析結(jié)果如表1所示。成礦期肉紅色似斑狀黑云母二長花崗巖具以下特征：硅含量較高，SiO2含量為74.05%～77.56%，平均為76.36%；Al2O3含量為12.68%～14.38%，平均含量13.25%；含堿較高，Na2O+K2O含量為6.71%～8.23%，平均含量為7.33%；富鉀，K2O/Na2O值為1.07～1.59，平均值1.28，為高鉀鈣堿性系列。A/CNK值為1.53～1.75，平均值1.63，A/NK值為1.66～2.03，平均值1.81，巖石為過鋁質(zhì)(圖5)。

圖5 查干德爾斯花崗巖Si-K圖解及 A/NK-A/CNK圖解Fig.5 Si-K and A/NK-A/CNK diagram of the Chagandeersi granite

表1 查干德爾斯花崗巖體主量元素分析結(jié)果Table 1 Results of principal element analysis of Chagandeersi granite

Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)=1.1(即A/CNK)為界來判別花崗巖類型[26]，根據(jù)表1分析結(jié)果，得出與成礦有關(guān)的似斑狀二長花崗巖A/CNK值為1.53～1.75，為S(sediment)型。查干德爾斯花崗巖主量元素含量對SiO2哈克圖解(圖6)表現(xiàn)出系統(tǒng)而顯著的變化趨勢，說明巖漿演化過程中結(jié)晶分異作用較為顯著。

圖6 查干德爾斯花崗巖主量元素對SiO2哈克圖解Fig.6 Harker diagram of major elements-SiO2 of the Chagandeersi granite

4.2 微量元素特征

微量元素分析結(jié)果如表2所示。大離子親石元素富集，高場強(qiáng)元素及重稀土元素虧損。Ba、Nb、Sr、P及Ti虧損明顯，U和Pb也呈虧損。Nb/Ta值為5.27～11.88，Zr/Hf值為18.75～35.40。前者遠(yuǎn)低于地幔平均值(60)，而接近于地殼值(10)[27]；后者整體亦小于地幔均值，靠近地殼平均值。大離子親石元素Ba-Sr，高場強(qiáng)元素Zr-Hf等呈明顯的正相關(guān)性(圖7)。微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖呈右傾(圖8)，微量元素特征顯示出查干德爾斯花崗巖主要為陸殼熔融的產(chǎn)物。

圖7 查干德爾斯花崗巖微量元素及δEu-SiO2(CaO)協(xié)變圖解Fig.7 Covariant diagram of trace elements and δEu-SiO2(CaO) of the Chagandeersi granite

4.3 稀土元素特征

查干德爾斯花崗巖稀土元素分析如表2所示，稀土總量(total rare earth element，∑REE)中等，為49.60×10-6～86.80×10-6，平均值64.59×10-6。稀土分異明顯，(La/Yb)N值為3.08～17.43，均值7.54；輕稀土(light rare earth element，LREE)分異程度較高，(La/Sm)N為3.52～5.87，平均4.54，重稀土(high rare earth element，HREE)分異相對偏低，(Gd/Yb)N值為0.75～2.02，均值1.17。δEu變化范圍0.21～0.72，表現(xiàn)為明顯的負(fù)Eu異常如圖8[28]所示。稀土元素配分曲線呈“V”字形右傾趨勢如圖9[29]所示，輕稀土較陡，重稀土較緩，具有重熔花崗巖的特征。

表2 查干德爾斯花崗巖體微量元素分析結(jié)果Table 2 Trace element analysis results of Chagandeersi granite

原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)來自文獻(xiàn)[28]圖8 查干德爾斯花崗巖原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.8 Primitive mantle-normalized trace elements spider diagram of the Chagandeersi granite

標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)來自文獻(xiàn)[29]圖9 查干德爾斯花崗巖稀土配分模式圖Fig.9 Chondrite-normalized REE patterns diagram of the Chagandeersi granite

5 討論

5.1 成巖成礦時代

查干德爾斯礦區(qū)輝鉬礦化主要呈浸染狀及細(xì)脈狀產(chǎn)于似斑狀二長花崗巖，圍巖蝕變(硅化，鉀化，云英巖化等)也與成礦期花崗巖具有一致的分布范圍。礦化-圍巖蝕變-花崗巖三位一體，可推斷查干德爾斯二長花崗巖與輝鉬礦化具有密切的成因聯(lián)系。花崗巖鋯石的U-Pb年齡為253～254 Ma[11]，成巖時代為晚二疊世。查干德爾斯礦區(qū)輝鉬礦Re-Os等時限年齡為(243.0±2.2) Ma[10]，成礦時代為早三疊世，屬印支期構(gòu)造-巖漿活動的產(chǎn)物。由此可知，該礦床成巖成礦時差為10 Ma。

查干德爾斯花崗巖體礦物結(jié)晶程度相對較好[圖2(c)、圖2(d)]，具似斑狀結(jié)構(gòu)，代表巖體經(jīng)歷了漫長的結(jié)晶分異過程。劉翼飛等[17]對鄰區(qū)查干花鉬礦研究顯示，礦床H同位素低于大多數(shù)同類型鉬礦床，說明其成礦流體更長時間的去氣過程，也證實了查干德爾斯花崗巖侵位后經(jīng)歷長時間的演化。

5.2 巖漿演化

查干德爾斯花崗巖具似斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶礦物主要為長石和石英，表示至少兩期結(jié)晶過程?；◢弾r主、微量元素與SiO2哈克圖解以及微量元素之間的協(xié)變關(guān)系(圖6、圖10)，表現(xiàn)出規(guī)律性變化趨勢，說明巖漿演化過程中經(jīng)歷了顯著的結(jié)晶分異作用。哈克圖解中，P2O5-SiO2含量呈負(fù)相關(guān)，代表磷灰石等副礦物發(fā)生結(jié)晶分離；Fe2O3及MgO對比SiO2的降低，反映鎂鐵質(zhì)礦物的結(jié)晶分離。這種部分熔融作用可以從微量元素及其相關(guān)比值圖解上得到進(jìn)一步證實，如δEu與SiO2含量呈明顯的負(fù)相關(guān)性，說明出隨著巖漿演化程度增強(qiáng)，Eu負(fù)異常越發(fā)顯著，而δEu與CaO的含量呈正相關(guān)性，反映了斜長石與鉀長石的分離結(jié)晶?？梢酝茰y，成礦巖體上升侵位之前，就已在深部巖漿房內(nèi)發(fā)生了明顯的分異作用，這有利于鉬金屬的預(yù)富集。

圖10 查干德爾斯花崗巖體微量元素比值協(xié)變圖解Fig.10 Covariant diagram of trace elements ratio of the Chagandeersi granite

花崗巖的微量元素組成反映出巖漿演化過程中，受到了上部地殼物質(zhì)的混染。受到地殼混染，強(qiáng)不相容元素與中等不相容元素含量比值可以發(fā)生變化[30]，在查干德爾斯花崗巖中，K/Rb值范圍為83.05～134.17，平均值為112.81，Ba/Nb值變化范圍為2.70～66.73，平均值17.92，Rb/Zr比值變化于2.42～6.31，平均值4.55。由于下元古界寶音圖群廣泛分布于礦區(qū)及其外側(cè)，可以認(rèn)為寶音圖群是查干德爾斯花崗巖侵位后重要的混染來源。

5.3 巖漿源區(qū)及成礦背景

成礦期花崗巖的微量元素特征如圖 8、圖9所示，表現(xiàn)為Th、Rb等大離子親石元素明顯富集，Nb、Ta和Ti 等高場強(qiáng)元素虧損，Pb富集，LREE富集，以及HREE分異程度較低的稀土配分模式。查干德爾斯花崗巖具有較高的Th含量(7.41×10-6～12.01×10-6。)，平均10.18，較高的(La/Yb)N值(3.08～17.43)，平均7.54，顯示母巖源區(qū)為發(fā)生俯沖作用并受到地殼混染的陸緣弧區(qū)域[31-33]。(La/Sm)N比值3.52～5.87，平均4.54，且與La具有較為明顯的正相關(guān)性(圖7)，指示查干德爾斯花崗質(zhì)巖漿是由早期形成巖石經(jīng)過部分熔融作用形成[34-37]?；◢弾r構(gòu)造判別圖解(圖11[38])，主要投影于火山弧花崗巖、同碰撞花崗巖及碰撞后花崗巖區(qū)域的重疊部分，結(jié)合區(qū)域板塊構(gòu)造演化[35-37]，推斷查干德爾斯花崗巖可能形成為后碰撞環(huán)境。

WPG為板內(nèi)花崗巖；ORG為洋中脊花崗巖；VAG為火山弧花崗巖； syn-COlG為同碰撞花崗巖；PCG為后碰撞花崗巖圖11 查干德爾斯花崗巖Nb-Y和Rb-(Y+Nb)構(gòu)造 環(huán)境判別圖[38]Fig.11 Nb-Y and Rb-(Y+Nb) tectonic discrimination diagrams of the Chagandeersi granite[38]

6 結(jié)論

(1)查干德爾斯鉬礦床成礦期花崗巖形成于253～254 Ma，為晚二疊世。成礦年齡為243 Ma，成巖成礦時間差約為10 Ma，表示查干德爾斯巖體發(fā)生一系列巖漿-熱液礦化事件。

(2)查干德爾斯花崗巖元素地球化學(xué)表現(xiàn)為高含量硅、堿，過鋁質(zhì)及高鉀鈣堿性，顯示為S型花崗巖。其源巖為早期陸緣弧環(huán)境所形成，在晚二疊世后碰撞伸展構(gòu)造下發(fā)生部分熔融，富礦巖漿上侵到淺部地殼區(qū)域后受到下元古界寶音圖群的混染，之后冷凝固結(jié)形成查干德爾斯花崗巖，伴隨成礦物質(zhì)的富集沉淀。