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大兴安岭地区内生金属矿床成矿作用研究

许成瀚  
【摘要】:大兴安岭地区地处中国东北,是我国主要的内生金属成矿带之一。大兴安岭地区的成矿地质条件优越、成矿期次多、成矿强度大、矿床类型多样,在漫长的地质历史时期形成了大量Cu、Mo、Au、Pb、Zn、Ag、W、Sn等金属矿床。虽然国内外众多专家学者针对大兴安岭地区内生金属矿床进行了大量的年代学、地球化学和成矿作用等方面的研究,但之前的许多研究往往针对某一种或几种金属类型的矿床,或者针对大兴安岭的某一局部地区进行成矿作用研究,缺少对大兴安岭整个区域上各个时期形成的各种类型矿床的统一认识。加之近些年来,更多针对矿床精确年代学的详细研究、多金属矿床成矿作用研究上的深入以及许多新矿床的陆续发现,使得我们对大兴安岭地区成矿作用的认识应该有更进一步的提升。基于以上事实,本次研究我们选取了五个典型矿床(边家大院Ag-Pb-Zn矿床、红岭Cu-Zn矿床、永新Au矿床、多宝山Cu矿床和小柯勒河Cu-Mo矿床)进行了系统的野外地质调查和室内综合研究。同时综合大兴安岭地区有代表性的内生金属矿床和相关岩浆作用的研究成果,本文对整个大兴安岭地区的内生金属矿床成矿作用和与成矿密切相关的三个陆块两个陆间洋的演化过程进行了研究,并总结了大兴安岭地区内生金属矿床的成矿规律,得到以下主要认识:大地构造位置上,研究区位于中亚造山带东端,大致呈NNE向斜跨了额尔古纳、兴安和松嫩地块;构造属性上,“兴安地块”应为古亚洲洋时期的一个微陆块,古生代经历了岛弧和弧后盆地的增生拼贴,中生代为陆内演化时期,整体上为一个时代较新的地质体。我们总结了研究区三个陆块和两个陆间洋的演化历史。额尔古纳地块与兴安微陆块之间的陆间洋—新林-喜桂图洋在经历了新元古代-晚寒武世俯冲、消减之后闭合,在~495 Ma左右两陆块碰撞焊接形成额尔古纳-兴安联合陆块,新林-喜桂图洋与额尔古纳地块的俯冲边界具有安第斯型活动大陆边缘性质。早奥陶世(~485 Ma)额尔古纳-兴安联合陆块与松嫩地块之间的陆间洋(嫩江洋),由被动陆缘转为活动陆缘,并开始向额尔古纳-兴安地块之下俯冲,早古生代多宝山-嫩江-扎兰屯岛弧岩浆岩带的识别和古生代期间兴隆-阿尔山弧后盆地的持续发育充分证明了大兴安岭古生代沟-弧-盆体系的存在。早石炭世末-晚石炭世初(~320 Ma),嫩江洋闭合,研究区各陆块焊接成一个联合古陆块。中生代开始,古亚洲洋闭合后引起区域伸展,研究区进入陆内演化阶段,并受到外围蒙古-鄂霍茨克洋和古太平洋构造演化的影响,导致了燕山期岩浆作用和成矿事件的爆发。典型矿床的研究:(1)内蒙古林西边家大院Ag-Pb-Zn矿床位于黄岗-甘珠尔庙成矿带的南段。矿区发育三种类型矿体:热液脉型铅锌银矿体、隐爆角砾岩型铅锌矿体以及斑岩型铜钼锡矿体。热液脉型铅锌银矿体受NW向断裂控制;金属硫化物δ~(34)S变化较小,为-2.1‰~3.9‰,集中于0‰~3‰,平均为1.8‰;成矿流体主要来源于岩浆水,后期有大气降水的混入;主成矿期成矿流体具有中低温、中低盐度、中低密度的特点,为典型的中温热液脉型矿床。矿区内发育的三种类型的矿体空间上相对独立,而成因上联系密切,构成了一套完整的Cu-Mo-Sn-Ag-Pb-Zn热液成矿系统。矿区侵入岩的年龄均为早白垩世早期,集中在136.2~133.1 Ma,酸性侵入体具有A2型花岗岩的特点,闪长岩类具有与高Ti赞岐岩类相似的地球化学特征,它们构成了研究区双峰式岩浆作用,指示矿床形成于早白垩世早期蒙古-鄂霍茨克造山带造山后伸展和古太平洋向欧亚大陆之下斜向俯冲联合控制的强烈伸展构造背景。(2)内蒙古甘珠尔庙红岭Cu-Zn矿位于黄岗-甘珠尔庙成矿带的北部,为矽卡岩型矿床。与成矿关系最为密切的岩体和围岩分别为花岗闪长(玢)岩和下二叠统大石寨组大理岩。矿体产于岩体和大理岩围岩的接触部位,受NE向断裂控制;金属矿物的δ~(34)S值变化相对较大(-4.5‰~-0.5‰);成矿流体早期以岩浆水为主,主成矿期发生流体混合,晚期流体以大气降水为主;碳来源可能有火成碳酸盐岩来源,其演化主要受大气水影响。矿区与成矿有关的乌兰坝岩体的不同种类花岗岩中锆石U-Pb年龄集中在137.2~138.0 Ma;矿床的形成也与蒙古-鄂霍茨克造山后伸展体制和古太平洋斜向俯冲联合控制的岩石圈强烈伸展的构造背景有关。(3)黑龙江嫩江永新低硫化型浅成低温热液金矿床,是一个严格受断裂控制的金矿床,NE向断裂为主要的控矿和容矿构造;矿体均赋存在晚石炭世花岗质糜棱岩和正长花岗岩接触部位的热液角砾岩体中及其附近。载金黄铁矿的δ~(34)S值为1.2‰~5.4‰,集中于4.5‰~5‰;成矿流体以岩浆水和地层建造水为主,有明显大气降水的参与;矿区最年轻的花岗岩锆石U-Pb年龄为115 Ma与黄铁矿Rb-Sr年龄(114.6±1.2Ma)一致,表明其成矿作用发生在早白垩世晚期(~115 Ma);通过岩体地球化学研究和黑河-嫩江一带Au成矿作用的对比,我们认为永新Au矿床形成于早白垩世晚期古太平洋西向俯冲引起的区域大规模伸展向挤压转换的构造背景。(4)黑龙江嫩江多宝山Cu矿为典型的斑岩型矿床。与成矿有关的岩体为早奥陶世花岗闪长岩,矿体主要赋存在花岗闪长斑岩外侧的花岗闪长岩体中,少数产于岩体外围的多宝山组安山岩中,围岩蚀变具有典型斑岩型矿化分带特征;矿床物理化学特征显示,成矿物质中的硫(δ~(34)S值为-3.2‰~-1.8‰)具有深源性,可能来源于地幔;氢氧同位素显示出成矿流体具有岩浆水和大气水混合的特点。成矿作用早阶段成矿流体具有岩浆水的特征,为高温、中低盐度Na Cl–H_2O–CO_2体系热液,晚阶段成矿流体为岩浆水与大气降水的混合,流体减压、降温导致的流体不混溶是成矿物质发生沉淀的主要机制;成矿时代为483~471 Ma,矿床形成于早奥陶世岛弧活动大陆边缘背景。(5)黑龙江新林小柯勒河斑岩型铜(钼)矿床与早白垩世花岗闪长斑岩密切相关;成矿物质(δ~(34)S值为-1.2‰~2.4‰)具有地幔来源特征,成矿流体显示了由早期高温、高盐度H_2O-Na Cl-CO_2体系向主成矿期中高温、中高盐度H_2O-Na Cl体系,再向中低温、低盐度H_2O-Na Cl体系演化的趋势;与成矿有关的赋矿花岗闪长岩斑具有埃达克质花岗岩性质,锆石U-Pb协和年龄为142.4±0.4 Ma,矿床形成于早白垩世早期强烈伸展的构造背景。大兴安岭地区内生金属矿床的形成时代主要为:485~471 Ma,320~310 Ma,250~210 Ma,180~160 Ma,150~130 Ma和125~110 Ma。成矿作用期次包括加里东期、海西期、印支期和燕山期,在燕山期达到峰值;其中燕山期又可分为早-中侏罗世、晚侏罗世-早白垩世以及早白垩世晚期三个成矿亚期。加里东期的成矿作用与早-中奥陶世额尔古纳-兴安地块与松嫩地块之间的陆间洋向额尔古纳地块下俯冲形成的岛弧岩浆作用有关。这一时期的矿床类型主要为斑岩型Cu矿。海西期成矿作用与大兴安岭石炭纪岛弧活动大陆边缘背景下岛弧和弧后盆地的演化密切相关,矿床类型以VMS型Cu和SEDEX型Fe-Zn为主,其次为造山型Au矿和与辉石岩有关的Ti-Fe矿。这些矿床的成矿物质主要来自地幔或地壳深处,可能与嫩江洋俯冲板片断离引起的软流圈上涌有关,成矿流体显示出岩浆水和大气水混合特点;其中SEDEX型矿床的成矿物质部分来自海水,与古生代弧后盆地的演化密切相关,额尔古纳地块基底和早古生代活动大陆边缘增生体的剥蚀可能为弧后盆地成矿物质的富集提供了一定的物源。印支期成矿作用发生在古亚洲洋闭合后伸展的构造背景,大兴安岭北段的矿床类型主要为浅成低温热液型Au矿、斑岩型Cu-Mo矿床和矽卡岩型Fe-Cu-(Mo)矿,而中南段主要为热液脉型Pb-Zn-Ag多金属和斑岩型Cu-Mo矿床。成矿物质来源于幔源和地壳深部,成矿流体普遍发生了岩浆水和大气水的混合。燕山期成矿作用,是大兴安岭地区成矿强度和范围最大的一期成矿作用,成矿物质主要来自深部岩浆,源区壳幔混合特征明显,位于大兴安岭北缘和南缘地区的矿床其成矿物源可能有相邻地块(克拉通)中地壳物质的混入。根据区域成岩成矿时代和地球动力学差异,燕山期成矿作用可分为三个成矿亚期(i)早中侏罗世与蒙古-鄂霍茨克洋的俯冲-闭合有关的斑岩型-矽卡岩型Mo-Cu、高温热液型W-Mo和中高温热液脉型Pb-Zn-Ag成矿作用,(ii)晚侏罗世-早白垩世受蒙古-鄂霍茨克缝合带碰撞后伸展和古太平洋斜向俯冲联合控制的多金属成矿作用;成矿作用达到历史高峰,以及(iii)早白垩世晚期受古太平洋西向俯冲影响区域伸展向挤压转换背景下受断裂控制的浅成低温热液型和中温热液脉型Au-(Ag)成矿作用。研究区内生金属矿床成矿作用具有明显的分带性和叠加性。矿床期次上,大兴安岭北段均发育了这四个时期的矿床,而大兴安岭南段的矿床形成时代主要为印支期和燕山期。区域上,与松嫩地块和佳木斯地块晚侏罗-早白垩世早期成矿事件基本为零相比,大兴安岭这一时期的岩浆作用和成矿事件达到高峰,但各类矿床的规模不及蒙古-鄂霍茨克一带。空间上,大兴安岭北段内生金属矿床主要分布在呼玛-黑河-嫩江、得尓布干断裂东北缘以及呼伦贝尔-牙克石地区,金属类型主要为Cu、Mo、Au,次为Pb、Zn、Ag;成因类型主要为斑岩型Cu-Mo、浅成低温热液型Au,中低温热液脉型Te-Au-Ag,中低温热液脉型Pn-Zn-Ag矿床,其次为热水喷流沉积型Fe-Zn、中高温热液脉型W矿和矽卡岩型Fe-Cu-(Mo)。大兴安岭南段的金属矿床分布密集,集中在大兴安岭主脊及东西两侧、西拉木伦断裂一带和阿尔山-突泉地区。金属类型以Sn、Pb、Zn、Ag、Cu、Mo为主,成因类型以中低温热液脉型Pb-Zn-Ag、Sn-多金属和斑岩型Cu-Mo为主,其次为矽卡岩型Sn多金属、Cu-Pb-Zn。成矿作用的叠加性不仅体现在各成矿区带内具有多期次成矿的特点,而且体现在单一矿床经历了后期同类型或其他类型成矿作用的叠加,是本地区具有巨大成矿潜力的重要因素。大兴安岭地区内生金属矿床成矿作用与区域构造演化是密切相关的,按照大兴安岭地区成矿构造背景以及内生金属矿床分布、成矿时代和成矿元素组合,本文划分出了6个区域成矿系列并建立了区域成矿模式,以期对未来区域成矿潜力评价和找矿突破提供理论依据。


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