内蒙古二道河铅锌银多金属矿床成岩成矿作用

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二道河铅锌银多金属矿床地处大兴安岭中段,是目前该地区少数大型矿床之一,对其展开深入研究将对区域找矿工作提供理论依据。但前人在矿山开采前资料的基础上获得的认识已经与目前新发现的地质认识存在较大差异,尤其是在成矿主岩体、成矿年龄、具体成矿过程等方面。同时成矿动力学背景的缺失也妨碍了成矿模式的建立及其与区域成矿事件的对比。本文基于详实的野外调研,通过岩石学、岩石地球化学、同位素地球化学、矿物化学、流体包裹体、同位素年代学等研究,在矿床地质特征、主成矿岩体岩石成因与动力学背景、主成矿期成岩成矿过程、成矿年龄等方面获得了最新认识,并建立了二道河矿床的成矿模式,为区域下一步找矿工作提出方向。二道河矿床绝大多数矿体产在二长闪长岩与裸河组大理岩接触带的矽卡岩内,另有十余条矿脉赋存在数公里外的裸河组沉积岩以及塔木兰沟组中基性火山岩内。近二长闪长岩端发育绿帘石矽卡岩,向外过渡为石榴辉石矽卡岩,远端可见脉状蔷薇辉石矽卡岩。共划分出三个成矿期,主成矿期与二长闪长岩有关,形成了矽卡岩矿体的主体部分,可进一步分为早矽卡岩阶段、晚矽卡岩阶段与硫化物阶段;另有两个叠加矿化期,第一期叠加与闪长玢岩脉有关,其分异的富F热液造成了深部矽卡岩及矿体的延伸与膨大,并形成了浅部岩脉周围的萤石-铜锌矿脉;第二期叠加与最晚侵入的花岗斑岩脉有关,形成了破碎蚀变带内的富As矿化,并叠加在原有矿体之上,造成不同程度的矿化富集作用。主岩体二长闪长岩属于准铝质高钾钙碱性-钾玄岩系列岩石,具有低硅、富磷、富碱,相对富集大离子亲石元素(LILE)、轻稀土元素(LREE)而相对亏损Nb、Ta的地球化学特征。其锆石U-Pb加权平均年龄225.7±1.7 Ma,则确定了其侵入时间为晚三叠世。Sr-Nd-Hf同位素及其他地球化学特征显示,二长闪长岩的初始岩浆来自于新生下地壳与地幔混合源区的部分熔融。横向对比了兴安地块三叠纪其他岩浆,综合多方证据,认为这些岩浆应与蒙古鄂霍茨克洋的南向俯冲紧密相关。并更新了蒙古-鄂霍茨克洋的三叠纪南向俯冲模型:(1)晚二叠世-早三叠世向南低角度远距离俯冲,在额尔古纳-中蒙古地块(近端)处于活动陆缘弧,而兴安地块则处于边缘盆地拉伸的环境。(2)晚三叠世早中期,长时间、远距离的俯冲引发了额尔古纳地块地壳加厚及其深部板片断离,而兴安地块下的俯冲板片也变质脱水,密度加大而发生板片断离,二道河的主成矿期发生在此伸展的背景。(3)晚三叠世晚期蒙古-鄂霍茨克洋再次俯冲,但相对更大的角度,可能对兴安地块影响不明显,主要表现为额尔古纳-中蒙古地块内同时期的活动陆缘弧岩浆。晚三叠世主成矿期的成岩成矿过程可细分为三个过程,对这三个过程展开了系统的矿物学、矿物化学、流体包裹体等研究,获得了连续的物理化学条件变化:(1)岩浆约894℃时开始结晶普通角闪石、斜长石与磷灰石,此时相对氧逸度高于镍-氧化镍缓冲剂(NNO),ΔNNO平均为+0.9,挥发份含量亦较高,熔体水含量约2.7–3.6 wt.%,F含量约0.11 wt.%,Cl含量约0.15 wt.%;温度下降至798℃左右开始结晶铁钛氧化物、钾长石、黑云母、锆石等矿物,相对氧逸度ΔNNO由+0.9增至+3.1,同时可能伴随流体的出溶,为成矿亲铜元素的顺利富集提供了有利条件。(2)流体的扩散运移由内向外依次形成不同的矿物组合,绿帘石内矽卡岩外侧钙铁榴石与赤铁矿共生,记录了高温(469.2–>520℃)、中高盐度(8.81–12.62 wt.%Na Cl equiv.)的流体,且相对氧逸度高于赤铁矿-磁铁矿缓冲剂(HM)。外矽卡岩中普遍存在共生的单斜辉石与石榴石,其流体属于高温(357.2–480.8℃)流体,且存在不混溶现象,富气两相、富液两相与含石盐多相包裹体的盐度分别为6.45–8.55、7.73–11.10与31.87–40.44 wt.%Na Cl equiv.,相对氧逸度位于HM与FMQ(铁橄榄石-磁铁矿-石英)缓冲线之间,整体显示出氧逸度随温度的下降而下降的趋势。蔷薇辉石中则记录了中低温(218.5–330.0℃)、中低盐度(0.35–9.98 wt.%Na Cl equiv.)的流体。(3)硫化物阶段流体显示中低温(171.4–407.2℃)、中低盐度(0.35–14.87 wt.%Na Cl equiv.)的特征,并存在流体不混溶的现象。矿物成分与矿物组合的系统性变化表明,Fe、Zn、Mn、Pb、Bi、Te、Ag、Sb等元素从热液中依次析出。在相平衡图中,矿物组合的变化指示硫逸度与碲逸度先同时上升,随后碲逸度相对硫逸度先发生明显的下降。而锰硅酸盐向锰硫化物的相变则是氧逸度相对硫逸度明显下降的结果。此外,相较主成矿阶段的流体,富As叠加矿化的流体则具有显著更高的温度(268.6–409.5℃)与盐度(8.28–13.18 wt.%Na Cl equiv.);同时所绘制的相平衡图则体现出随温度下降而略下降的硫逸度,与主成矿期的演化趋势完全相反。本次识别出两类与成矿相关的榍石,作为年代学研究的关键矿物。第一类与绿帘石、阳起石等蚀变矿物共生,交代普通角闪石、铁钛氧化物等原生岩浆矿物。其富集LREE,且LREE与中稀土元素(MREE)内部分异程度较高,同时Eu/Eu*、Sr含量、Nb/Ta与Th/U比值变化较大,反映出这类榍石的结晶主体受控于二长闪长岩自身分异的热液性质,同时受局部矿物差异性溶解/沉淀过程的影响。第二类出现在受后期热液强烈改造的矽卡岩中,与大量次生热液磷灰石共生而稍晚于次生石榴石对原生石榴石的交代作用。其富集MREE,并具有相对更高的重稀土元素(HREE)、Lu/Hf等元素的分异程度。而次生石榴石则含有显著更多的高场强元素(HFSE),综合表明该类榍石结晶于富F热液的交代过程。由第一类形成于二长闪长岩内矽卡岩蚀变过程的热液榍石得到主成矿期年龄234.0±5.7 Ma,与二长闪长岩的侵入年龄基本吻合。由形成于富F热液叠加改造矽卡岩过程中的第二类热液榍石获得了叠加矿化年龄144.4±3.9 Ma,与前人所做的矿区闪长玢岩脉侵入年龄一致。综合其他同位素年代学研究结果,建立了二道河矿床三期成矿作用叠加的年代学框架。建立了二道河矿床的成矿模式:(1)受蒙古-鄂霍茨克洋的南向低角度俯冲影响,晚三叠世早期位于兴安地块下的远端板片断离。此伸展背景下二长闪长岩的岩浆上侵至研究区裸河组地层中,尤其沿大理岩和板岩的界面侵入。岩浆在冷却结晶的过程中,氧逸度逐渐升高,并不断分异出富含挥发份与成矿元素的含矿热液。出溶的含矿热液对二长闪长岩本身进行交代,并在岩体的热驱动下向外运移,逐渐发育为大面积的矽卡岩。由于水力裂隙导致压力降低与结晶、裂隙被结晶填补、压力积蓄进而又促进围岩破裂的动态过程,热液的物理化学条件不断发生变化,同时又促进流体的结晶与迁移螺旋前进。随着温度、氧逸度等的整体下降,硫逸度的相对上升,最初的硫化物开始结晶。天水随着裂隙不断混入含矿热液则较大程度上促成了大量硫化物的结晶,形成了最主要的铅锌银矿体。(2)古太平洋向中国东北的俯冲在晚侏罗-早白垩世发生俯冲方向的转变,造成区域整体的伸展背景。闪长玢岩脉与花岗斑岩脉先后侵入到矿区内,并各自分异出富F与富As的热液,对原有矽卡岩矿体造成不同程度的叠加改造,最终导致了矿床的巨大规模。在此基础上提出了控矿因素,认为裸河组是有利赋矿围岩并可能提供了一定的成矿物质,NE向断裂构造则是应注意的主要控矿构造,而多时期的岩浆活动均有一定成矿潜力。同时提出了与地表铁帽、围岩蚀变、矿物组合等方面相关的找矿标志。对矿区内部已有地质信息进行了分析,主矿体西南端矿体有延伸,产状由北东向转变为北西向,认为深部可能有未发现的矿体及隐伏的晚侏罗世侵入体。并收集分析了矿床外围的地质、物化探资料,以矿床为中心圈定了成矿远景区。
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