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石家湾钼矿床位于东秦岭钼成矿带的西部黄龙铺地区,矿体主要分布于石家湾花岗斑岩外接触带的围岩中,呈细脉-网脉浸染状产出,属斑岩型矿床。花岗斑岩岩石呈斑状结构,斑晶与基质成分相同,主要矿物包括钾长石、石英、斜长石和黑云母。锆石的LA-ICP-MSU-Pb年代学研究表明,花岗斑岩的年龄为139.9～145.6Ma,加权平均年龄为(141.4±0.6)Ma(MSDW=1.00),侵位于早白垩世,与辉钼矿的Re-Os同位素年龄138Ma相近。岩石地球化学分析表明,石家湾花岗斑岩具有高硅〔w(SiO2)70.52%～73.04%〕、富碱〔w(Na2O)+w(K2O)为8.13%～9.12%〕、准铝质特征(A/CNK为0.99～1.13);稀土元素总量中等偏低(∑REE为145.27×10-6～156.97×10-6),富集轻稀土元素(∑LREE为135.38×10-6～145.97×10-6),中等Eu亏损(δEu0.65～0.71),标准化曲线呈右倾;微量元素以富集Rb、Ba、U而亏损P、Ti、Ta、Nb元素为特征。岩石具有较高的Sr初始比值(0.7073～0.7077)及较低的εNd(t)值(-14.8～-16.0),与地壳的同位素组成特征相近。锆石Hf的原位分析表明,176Hf/177Hf值变化于0.282056～0.282312之间,εHf(141Ma)值介于-25.01～-15.97,平均值为-20.64,极低的负值指示了岩浆源区以下地壳为主。此外,矿石硫同位素和辉钼矿中Re的含量反映了源区地幔物质的混入。与区内金堆城花岗斑岩及老牛山花岗岩的地球化学特征对比表明,石家湾花岗斑岩与它们两者可能来源于同源母岩浆,均形成于地壳物质的部分熔融,SiO2与Al2O3、TiO2、P2O5、FeOT呈明显的负相关性,说明岩浆演化过程中经历了一定程度的结晶分异作用。结合区域资料分析认为,区内三叠世以来共发生过3次岩浆侵入活动,每次都伴有不同程度的钼矿化作用,并分别对应于东秦岭-大别地区3个中酸性岩浆活动和钼矿化的峰期。