趙金龍,李隨民,王 昕,趙 醒,陳 雨

1.河北地質大學,河北 石家莊 050031;2.河北省地質調查院,河北 石家莊 050081

0 引言

與酸性侵入體有關斑巖型鉬礦床是在世界上重要的鉬礦床之一,華北地臺北緣是我國重要的鉬成礦地區(qū),礦床的形成時代較新,多晚于150 Ma[1]。其中,朱家洼鉬礦床自2015 年河北省地礦局第三地質大隊在張家口朱家洼地區(qū)進行礦產(chǎn)普查之后被發(fā)現(xiàn),雖然礦床規(guī)模不大,但礦田資源遠景好。該礦床自發(fā)現(xiàn)以來進行了大量的研究,主要集中在成礦流體、物質來源等方面[2,3]。關于成礦時代和賦礦巖石成礦年齡研究較少。確定朱家洼鉬礦床的成礦年齡對研究礦床形成時的構造環(huán)境和物質來源至關重要,本次運用具有抗高溫和抗熱力干擾特點的ICP-MS 法直接測定輝鉬礦Re-Os 同位素年齡與具有高空間分辨率、高效率等特點的LA-ICP-MS 法測定鋯石U-Pb 年齡。在確定成巖成礦年代的基礎上,結合前人的研究成果,總結了鉬礦體與巖體的關系及其形成的成礦動力學背景。

1 區(qū)域地質背景

朱家洼鉬礦位于華北地臺北緣、內蒙地軸中段、燕山臺褶帶并且與天鎮(zhèn)臺穹緊鄰(圖1)。礦區(qū)區(qū)域內斷裂構造發(fā)育,以北西向為主,主要受商都—興和—蔚縣斷裂帶控制。出露地層為以太古宙麻粒巖為其結晶基底,其上覆中—新元古代沉積蓋層。其中太古界桑干巖群變質作用強烈,區(qū)域劃分為馬市口、右所堡兩個巖組。兩組地層主要以黑云紫蘇變粒巖、二輝斜長變粒巖、二輝斜長麻粒巖為主。中—新元古界長城系主要巖性由砂質頁巖、石英砂巖、頁巖等巖石組成,與下伏太古宙地層呈平行不整合接觸關系。古生代—中生代地層零星分布或缺失。古近紀、新近紀及第四紀主要以黏土、砂、礫石層等,在區(qū)域內廣泛出露。區(qū)域內構造復雜,受NW 向馬市口—右所堡—松枝口斷裂控制,發(fā)育一系列NW—NE 向次一級斷裂。研究區(qū)從太古代至中生代發(fā)育不同程度的巖漿活動,其中燕山期巖漿活動最為強烈,以淺成、超淺成侵入巖為主,并受北西向斷裂構造控制,主要為石英斑巖、流紋斑巖、流紋巖等酸性小巖株、巖脈,一般出露面積均小于1 km2,與區(qū)域內鉬礦具有密切的成礦關系。

2 礦床地質特征

圖1 區(qū)域地質簡圖Fig.1 Regional geological map

礦區(qū)內出露地層簡單,除第四系堆積物覆蓋外,主要為太古界桑干群馬市口巖組變質巖系(圖2)。主要巖性有:黑云斜長變粒巖、斜長淺粒巖、鐵質化堿長淺粒巖等。第四系的物質厚度變化較大,分布范圍較廣。礦區(qū)內構造以北西向斷裂為主,駱駝山巖體在朱家洼村北部出露面積廣泛,巖體呈不規(guī)則狀,邊部往往呈枝狀向外延伸。地表出露巖性復雜,以石英斑巖為中心,向外依次為流紋斑巖、流紋質巖屑晶屑凝灰熔巖、流紋巖。

圖2 礦床地質簡圖Fig.2 Geological sketch of the deposit

2.1 礦體特征

鉬礦體全部分布于駱駝山斑巖體西南部,大致為半隱伏—隱伏狀,控制走向長約600 m,寬約700 m,傾斜延深約700 m,賦存于馬市口巖組變質巖、流紋(斑) 巖、隱伏花崗斑巖中,礦化與裂隙及微裂隙有關,構造發(fā)育地段礦化強烈。已知圈定的31 條礦體以深部單孔控制,大致呈平行的脈狀、大脈狀,以及透鏡狀,總體產(chǎn)狀傾向南西,傾角70°左右。礦體賦存標高大致271～1 050 m 之間,埋深2～800 m 之間。單層厚度在1.34～11.92 m 之間,Mo 元素品位大致為0.05%～1.19%,最高品位為4.98%,各礦體間夾層含Mo 品位一般在0.005%～0.024%之間[3]。從勘查線剖面圖看出,鉬礦化多期性和分帶性的特點(圖3)。

2.2 礦石特征

礦石礦物主要為輝鉬礦、黃鐵礦,次有磁黃鐵礦、黃銅礦、磁鐵礦、鈦鐵礦、赤鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、針鐵礦等。脈石礦物主要為石英、斜長石、鉀長石、絹云母,次有透輝石、普通角閃石、黑云母,少量綠泥石、綠簾石、白云母、螢石、方柱石等。礦石結構主要為半自形—他形晶粒狀、片狀、鱗片狀、交代狀結構。礦石構造為浸染狀、脈狀構造、似脈狀構造、網(wǎng)脈狀構造(圖4)。

2.3 圍巖蝕變

圖3 朱家洼礦區(qū)2 號勘探線剖面圖Fig.3 Profile of No.2 exploration line in Zhujiawa mining area

朱家洼鉬礦區(qū)中心被駱駝山火山—次火山流紋花崗斑巖體侵位,造成圍繞巖體分布的巖石均發(fā)生不同程度的高嶺土化、絹云母化(圖4a、圖4b)。圍巖的交代作用及蝕變較強,蝕變種類較多,主要有硅化、絹云母化、綠泥石化、綠簾石化、和黃鐵礦化等;礦體與圍巖無明顯的界線。

3 樣品特征及其測試方法

3.1 鋯石樣品采集及特征

本次對朱家洼礦床中的隱爆角礫巖、石英斑巖、流紋斑巖進行了樣品采集。其中,隱爆角礫巖為微晶結構,塊狀構造;礦物成分:長英質礦物呈微晶狀分布,石英呈微晶狀分布,受變質作用影響部分重結晶,長石不同程度絹(白) 云母化,粒徑0.02～0.06 mm;鐵質呈浸染狀、網(wǎng)脈狀分布(圖4f)。

石英斑巖為斑狀結構,塊狀構造,礦物成分主要由斑晶和基質組成,斑晶主要由石英、堿性長石及少量黑云母組成,粒徑0.15～2.1 mm,石英呈他形粒狀分布,堿性長石呈他形粒狀分,黑云母呈鱗片—葉片狀分布;基質呈微晶結構,主要由長英質礦物、不透明礦物組成,粒徑0.03～0.09 mm,長英質礦物呈微晶狀分布,長石均強絹(白) 云母化,石英呈微晶狀分布,部分重結晶;不透明礦物呈星散狀分布(圖4e)。

圖4 朱家洼礦床野外及正交偏光照片F(xiàn)ig.4 Field and orthogonal polarization photos of Zhujiawa deposit

流紋斑巖為少斑結構,塊狀構造,礦物成分主要由斑晶和基質組成。斑晶主要由石英、堿性長石組成,粒徑0.3～0.6 mm,石英呈他形粒狀分布,堿性長石呈他形粒狀分布,不同程度高嶺土化和絹(白)云母化,弱明礬石化;基質呈微晶—霏細結構,主要由長英質礦物、鐵質組成,粒徑0.02～0.06 mm,長英質礦物:呈微晶—霏細狀分布,長石不同程度絹(白) 云母化和高嶺土化,石英呈微晶狀分布,鐵質:呈星散狀、浸染狀分布(圖4a)。

根據(jù)隱爆角礫巖、石英斑巖、流紋斑巖三類巖石鏡下分析,其中礦物均有不同程度中低溫蝕變現(xiàn)象;鋯石作為重要的副礦物分布在巖漿巖中,不僅分布廣泛,穩(wěn)定性極強,而且即使巖石發(fā)生變質現(xiàn)象,也不會丟失自身的源區(qū)信息,因此,使用鋯石形成時的特征去指示巖石形成環(huán)境是可行的[5]。

3.2 輝鉬礦樣品采集及特征

采集輝鉬礦樣品共6 件,采自礦區(qū)ZK2-1、ZK2-2 不同深度的巖芯中,三個ZK2-1 鉆孔的樣品分別在地下深度160 m、249 m、270 m 處采集;三個ZK2-2鉆孔的樣品分別在地下深度325 m、334 m、670 m 處采集;六件輝鉬礦樣品在鏡下主要為稀疏浸染狀構造,鏡下輝鉬礦、磁鐵礦、赤鐵礦、鈦鐵礦黃鐵礦均呈星散分布,輝鉬礦為灰白色半自形板狀—他形鱗片狀集合體,片徑<0.3 mm,非均質,磁鐵礦被赤鐵礦交代呈殘余狀,礦交代磁鐵礦,鈦鐵礦部分與磁鐵礦連生(圖4c、圖4d)。

3.3 鋯石U-Pb 測年研究方法

所有樣品在野外觀察和描述,室內稱重、編號、登記,樣品重量一般在0.5～1.0 kg,個別達到2.0 kg,從中挑選的單礦物重量均滿足分析測量要求。在河北省區(qū)域地質調查院實驗室用人工破碎重砂淘洗法從花崗巖樣品中分離出鋯石,最后在雙目鏡下挑純,鋯石純度達99%以上,并且無氧化、無污染。從采集的樣品中根據(jù)鋯石的顏色、形態(tài)、透明度進行挑選,制靶,然后選取合適的測試點位用于CL 圖像拍攝。為了解不同巖石的形成時代,再選用巖體樣品中的鋯石大于1 000 粒的用于U-Pb 同位素測年。測試單位是核工業(yè)北京地質研究院分析測試研究中心,ICP-MS型號為Nu Plasma II 型多接收電感耦合等離子體質譜儀。數(shù)據(jù)的分析與處理由軟件GLITTER 完成,加權年齡計算及U-Pb 年齡諧和圖的繪制工作由Isoplot 軟件完成[6,7]。

3.4 Re-Os 同位素測年研究方法

本次運用輝鉬礦Re-Os 同位素測年法不僅能獲得礦體形成時的年齡,并且可為礦區(qū)域成礦演化提供可靠依據(jù),所以該法被廣泛應用于地質學中。本次所樣品來自于朱家洼礦區(qū)ZK2-1、ZK2-2 不同深度的巖芯,在河北省區(qū)域地質調查院實驗室進行分選工作,以保證輝鉬礦樣品的細顆粒和完全均勻性。然后再進行無污染粉碎、浮選、重液等工作,挑選出輝鉬礦晶體顆粒,對選出的輝鉬礦顆粒提純,最后得到均一的鉬顆粒。在國家地質實驗測試中心運用Carius 管進行樣品的分解工作,直接蒸餾分離Os 與萃取分離Re 具體步驟見文獻[8-10],最后運用美國TJA 公司生產(chǎn)的電感耦合等離子體質譜儀TJA X-series ICP-MS 進行同位素比值的測定[7]。對于Re-Os 含量很低的樣品采用美國熱電公司(Thermo Fisher Scientific) 生產(chǎn)的高分辨電感耦合等離子體質譜儀HR-ICP-MS Element 2進行測量。

4 結果

4.1 鋯石U-Pb 年齡測試結果

這三類巖石中鋯石形貌特征基本為顆粒晶面完整、平直光滑,長大約在100～200 μm,寬為100 μm左右,呈自形或者半自形結構;可觀察到鋯石陰極發(fā)光圖像上有明顯的巖漿韻律環(huán)帶,并且根據(jù)數(shù)據(jù)顯示,Th/U 值均大于0.4,是典型的巖漿鋯石(表1～3)。對三個巖體樣品206Pb/238U 年齡加權計算,并對207Pb/235U 與206Pb/238U 年齡進行鋯石諧和年齡投圖(圖5)。其中隱爆角礫巖的加權平均年齡為(156.8±1.0) Ma,流紋斑巖加權平均年齡為(157.21±0.82) Ma,石英斑巖的加權平均年齡為(146.1±1.2) Ma(圖5)。其中隱爆角礫巖20 個分析點年齡范圍在151±2～160±2 Ma,流紋斑巖154±2～160±2 Ma,石英斑巖23 分析點年齡范圍在141±2～150±1 Ma。三組數(shù)據(jù)點在鋯石諧和圖中成組分布,可代表巖石結晶年齡。

4.2 輝鉬礦Re-Os 年齡測試結果

模式年齡t 按(1) 式計算,其中λ (187Re 的衰變常數(shù)) = 1.666×10-11a-1[11]。通過Isoplot 計算得出表4,計算出輝鉬礦的模式年齡為(140.3±1.9) Ma,六件輝鉬礦樣品在等時線圖中呈一條直線排列,得出其同位素比值等時線年齡為(141.7±2.9) Ma (圖6)。

5 討論

5.1 成巖成礦時代

運用ICP-MS 技術測出鋯石U-Pb 年齡為146.1～157.21 Ma,鋯石U-Pb 年齡代表巖體形成的年齡,明顯可見這三組年齡分為兩個期次,157.21～156.8 Ma和146.1 Ma;三組年齡顯示其形成年代為燕山中晚期,燕山期該研究區(qū)受到了多次強烈的巖漿活動影響,同時根據(jù)巖相學特征與鋯石Th/U>0.4 說明隱爆角礫巖、流紋斑巖與石英斑巖屬于酸性巖漿的產(chǎn)物,石英斑巖出現(xiàn)在隱爆角礫巖與流紋斑巖之后,認為鉬礦體受到了早期酸性巖株巖脈的侵入。朱家洼輝鉬礦Re-Os 同位素等時線年齡為(141.7±2.9) Ma,加權平均年齡為(140.3±1.9) Ma ,二者年齡基本吻合,并且輝鉬礦加權平均年齡與等時線年齡可信度較高,除此之外,輝鉬礦Re-Os 同位素體系極易發(fā)生失耦現(xiàn)象,但在顆粒小于2 mm 時測試,可以消除失耦現(xiàn)象,因此年齡可代表輝鉬礦結晶時間[12,13]。通過對比曹四夭、大蘇記鉬礦床與朱家洼鉬礦床的礦體賦存形態(tài)、礦石結構構造、礦物組成、礦床蝕變特征以及礦化特征,表明了朱家洼鉬礦床與上述2 個鉬礦床同屬于斑巖型鉬礦[14,15];同時對比三個礦床輝鉬礦Re-Os同位素數(shù)據(jù),曹四夭 (148.3±1.3) Ma 與大蘇記(223.5±5.5) Ma,認為燕山期至少有兩次成礦時期[13]。由于酸性巖體形成時代早于礦體形成時代,并且時間線非常連續(xù),認為朱家洼輝鉬礦成礦受早期酸性巖體控制并且為鉬礦化提供了母巖支持。

表1 朱家洼1 號樣品中鋯石U-Pb年齡測試結果Table 1 Zircon U-Pb age test results of Zhujiawa No.1 sample

表2 朱家洼2 號樣品中鋯石U-Pb年齡測試結果Table 2 Zircon U-Pb age test results of Zhujiawa No.2 sample

表3 朱家洼3 號樣品中鋯石U-Pb年齡測試結果Table 3 Zircon U-Pb age test results of Zhujiawa No.3 sample

圖5 朱家洼1-3 樣品LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.5 LA-ICP-MS zircon U-Pb age concordance of Zhujiawa 1-3 samples

5.2 成礦動力學背景

一般情況下,斑巖型礦床大多在弧環(huán)境形成,成礦作用不僅與俯沖構造有關,同時與陸陸碰撞環(huán)境也有緊密的聯(lián)系[16]。由于朱家洼鉬礦床處于華北板塊北緣、內蒙地軸中段,屬燕遼多金屬成礦帶。古生代—中生代華北板塊運動大致可分為古亞洲洋閉合和太平洋俯沖運動階段[16,17]。古生代古大洋閉合以后,中生代時期蒙古板塊與華北板塊碰撞接合,隨后受到蒙古—鄂霍茨克板塊俯沖作用導致了華北板塊處于擠壓環(huán)境;這一時期歐亞大陸板塊受太平洋板塊俯沖的影響并在晚侏羅—早白堊世達到了板塊運動巔峰期,導致了華北板塊再次受到擠壓作用影響,這一時期華北地臺北緣的礦化同時也達到了巔峰期[18-21]。這一階段具有多期次、多方式的推覆構造事件,中生代時期華北地臺北緣地區(qū)地殼深部處于擠壓、上部處于引張的狀態(tài),造成了大陸活化,形成了燕山中部構造—巖漿—成礦帶[22];最為重要的是由于華北地區(qū)構造環(huán)境的改變,導致結晶基底熔融,產(chǎn)生中酸性熔融體,在地下深部高溫高壓的條件下,促使熔融體沿著構造裂隙上涌,為鉬礦床的形成帶來了成礦元素。綜上所述,由于燕山期華北地臺發(fā)生了多次構造運動,導致了區(qū)域性大斷裂,斷裂帶為含鉬的酸性巖漿從上地?；蛳碌貧は蛏隙啻吻治惶峁┝送ǖ?為鉬礦的形成提供了有利的條件;并且通過鋯石年齡結果顯示深部巖漿分為兩次上侵,形成了礦區(qū)周圍的賦礦巖體。毛景文等(1999) 通過比較我國已經(jīng)發(fā)表的鉬礦床中輝鉬礦中Re 含量,提出Re 含量從幔源→殼幔混源→地殼依次減少;Re 含量從(10～1000) ×10-4→(n×10) ×10-6→(1～10) ×10-6,因此,輝鉬礦中的Re含量可以指示成礦物質來源[23]。朱家洼鉬礦床Re 含量 為 (7.18 ～ 39.91) × 10-6( 表 4),平 均 為16.91×10-6。表明了朱家洼鉬礦床成礦物質來源于地殼與地?；旌显磪^(qū)。

圖6 朱家洼輝鉬礦 Re-Os 同位素等時線年齡與加權平均年齡值圖解Fig.6 diagram of Re Os isotopic isochron age and weighted average age of Zhujiawa molybdenite

表4 朱家洼鉬礦床輝鉬礦Re-Os同位素數(shù)據(jù)Table 4 Molybdenite Re-OS isotope data of Zhujiawa Molybdenum deposit

6 結論

(1) 朱家洼輝鉬礦的主要成礦期年齡為143.0±1.9Ma。根據(jù)鋯石U-Pb 年齡與Re-Os 測年結果顯示,成巖成礦時代均在燕山期,并且?guī)r體早于礦體形成,二者年代相距不大。

(2) 朱家洼鉬礦床位于深大斷裂交匯處,該礦床形成受到了板塊運動的影響(多處于擠壓環(huán)境);同時一系列的構造運動導致了地下深部巖漿熱液向上侵位,同時,得出朱家洼鉬礦床中Re 含量為(7.18～39.91) ×10-6(表4),平均為16.91×10-6,表明了其成礦物質來源于殼幔混源。