内蒙古双尖子山银铅锌矿床成因矿物学及成矿作用研究

来源 :中国地质大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:waich19870625
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大兴安岭南段黄岗-甘珠尔庙成矿带是我国北方重要的银多金属成矿带,该地区处于古亚洲洋、蒙古-鄂霍茨克洋及古太平洋三大构造域的叠加部位,古生代以来经历了复杂的构造演化并存在多期成矿作用。双尖子山银铅锌矿床作为该地区超大型热液脉型矿床,其表现出复杂的成矿元素组合、矿化的多样性及成矿过程的多阶段叠加特征引起了广大学者的关注。尽管前人对该矿床的矿化特征、成矿岩体和岩石成因等开展了较多研究,但对该矿床的成因认识还不够深入。总结前人研究的基础上,本文通过矿床地质特征、矿床典型成矿矿物学、地球化学、流体包裹体等的系统研究,从显微矿物结构及矿物组合角度,详细地刻画该矿床相对高温热液叠加成矿过程。由于流体成分和性质的变化,即使在同一热液期的矿物尺度上也可见不同世代闪锌矿、黄铁矿或锡石的复杂共生关系(如叠加环带特征)。对其进行深入研究,可以深化对该矿床成矿机制和成矿作用的认识,为寻找同类矿床提供科学理论依据。双尖子山矿床的赋矿围岩主要为下二叠统大石寨组火山-沉积岩,成矿与深部隐伏花岗斑岩关系密切,岩体中黑云母显示石英和方解石两阶段不同热液交代痕迹。北东向和北西向断裂控矿特征明显,具有叠加成矿特征。矿体形态以脉状、似层状、透镜状为主,沿断裂充填成矿。围岩蚀变以中、低温热液蚀变为主,深部多为硅化,浅部多为绢云母化、碳酸盐化和绿泥石化。矿石矿物以闪锌矿、方铅矿和各种银矿物为主。根据野外观察和矿石组合,矿床成矿期及成矿阶段划分为:石英-闪锌矿-毒砂阶段、方铅矿-银矿物-闪锌矿阶段、石英-银矿物-磁黄铁矿阶段、黄铁矿-碳酸盐阶段。LA-ICP-MS微区原位分析结果显示矿床不同世代闪锌矿矿物学特征区分明显,赋存在北西向矿脉中的第一世代闪锌矿(Sp1),微量元素总体含量较低,相对富Cd,贫Fe、Mn等元素,具有结晶形成的光学性韵律环带,指示Sp1形成于相对稳定的封闭缺氧环境,结晶速率缓慢。主要赋存在北东向及叠加矿脉中的第二世代闪锌矿(Sp2),强烈出溶黄铜矿和磁黄铁矿,显著富集Fe、Mn、Ag、Cu等元素,高温元素组合指示该阶段闪锌矿形成于相对高温的成矿流体。第三世代闪锌矿(Sp3),以胶状结构为特征,常包裹黄铁矿、毒砂等矿物颗粒,富Cu、Pb等元素。该世代闪锌矿主要以交代包裹地层黄铁矿产出,呈现同心环胶状特征,暗示地层对于成矿物质来源的贡献。各世代黄铁矿与闪锌矿表现出相耦合的指示信息,其中第一世代黄铁矿(Py1)多呈细脉赋存在北西向矿脉中产出,被磁铁矿等早期相对高温氧化物胶结包裹,且含有较多的硅酸盐矿物包裹体,暗示被相对氧化性流体交代。第二世代黄铁矿(Py2)主要显示出黄铁矿+闪锌矿+方铅矿的矿物组合,通常以大颗粒集合体的形式交代或增生在早期黄铁矿上;第三世代黄铁矿(Py3)主要以胶状结构为特征,该结构由于黄铁矿溶解再沉淀形成,并非沉积成因胶状黄铁矿,其中由于受交代程度不同,笔者将其进一步分为部分交代黄铁矿(Py3a)和胶状黄铁矿(Py3b),Py3a通常以粗粒自形黄铁矿产在方解石脉中,与白铁矿共生作为明显的鉴别特征。Py3b具有典型的环状胶状结构,并且硫同位素显示核部与边部组成明显不同,边部为胶状黄铁矿增生。Py1和Py2主要富集As和Pb,其中Py2相对Py1更富集Cu和Mn,Co、Ni和Sb相对富集Py3中。与硫化物不同,锡石作为氧化物可以提供不同的地质信息。第一世代锡石(Cst-1)主要产于北西向矿脉或角砾岩型矿石的胶结物中,与石英共生,被硫银锡矿交代。Se和Ag具有高异常值,指示锡石中包裹有银矿物包裹体,并且存在地层流体的参与;第二世代锡石(Cst-2)主要赋存在铅锌块状矿石中,手标本显示多阶段叠加成矿特征,其中Fe、Mn、W和高场强元素相对富集,表明成矿温度相对较高。In含量较Cst-1和Cst-3明显低,暗示在氧化条件下,In更倾向与Sn共同迁移,成矿流体富含挥发分。第三世代锡石(Cst-3)主要产自深部黄铜矿较发育的矿石中,被黄铜矿、闪锌矿等硫化物胶结。随着成矿流体的演化,Fe、Mn及高场强元素的含量逐渐降低,成矿体系中温度降低、氧逸度升高、p H值升高,Co、Ni和铜族元素含量较高。不同世代锡石稀土总量呈现递增趋势,轻重稀土分馏不明显,Cst-2具有相对较大的负铕异常。对比双尖子山矿区花岗斑岩和地层大石寨组板岩稀土配分特征,指示Cst-1受到地层流体混染,Cst-2主要由花岗斑岩来源的相对高温热液主导。利用LA-MC-ICP-MS技术对不同世代硫化物的硫同位素组成进行微区原位分析,结果表明,双尖子山银铅锌矿床硫同位素变化范围较大(δ34S:-37.8‰~2.2‰),平均值为-5.2‰(n=152),其中Py3(δ34S:-37.8‰~-5.2‰)是造成硫同位素范围较大的主要原因,由于BSR导致沉积黄铁矿富集32S,经后期岩浆热液交代,溶解再沉淀形成特殊的胶状Py3。通过与区域地层及岩浆岩对比表明,δ34S值变化范围与大兴安岭南段典型矿床的硫同位素接近,均偏向富32S一侧,指示成矿流体可能与沉积地层的混染有关。主成矿阶段硫化物具有相对均一、特征的岩浆硫特征(-4‰~2‰,平均值为-2.4‰),指示成矿物质主要来自岩浆热液。在以上详细期次划分和矿物学研究的基础上,结合流体包裹体研究,作者认为双尖子山银铅锌矿床的形成存在中高温流体叠加成矿过程,即成矿早阶段闪锌矿为主矿脉产在北西向断裂中,成矿温度250~280℃,硫逸度(log?S2)为-11.0~-12.0,金属多形成氯络合物运移,由于成矿流体缓冲能力弱,在岩体内及围岩接触带附近裂隙中沉淀出闪锌矿等硫化物。该阶段成矿流体中物理化学条件波动较小,Ag的饱和沉淀速率较慢,因而形成晶型完好的Sp1。在主成矿阶段,流体温度300~350℃,盐度为4.9~6.4 wt.%Na Cleqv,硫逸度log?S2的大致为-8.0~-10.0,由于岩浆脉动式侵入导致的深源流体的上升和强烈的围岩蚀变反应(主要为硅化),最终导致了二叠系板岩中发生北西向和北东向断裂的活化,在这一过程中,流体压力的快速降低导致了沸腾(流体中H2S等挥发分迅速逸出),从而造成流体的氧化、络合物(如Ag(HS)2-)的失稳和银的快速、大量沉淀并进入不规则细粒的硫化物晶格之中,从而形成高品位的网脉状、角砾岩型矿石。不同成矿阶段银矿物种类不同,其中石英-闪锌矿-毒砂阶段银矿物主要为硒银矿、硫银锡矿(含硒);方铅矿-银矿物-闪锌矿阶段银矿物为深红银矿、银黝铜矿、硫银锡矿;石英-银矿物-磁黄铁矿阶段银矿物主要为深红银矿、银黝铜矿、银黝铜矿、辉银矿、少银黄铁矿。晚期流体对银的富集成矿作用明显,成矿元素组合演化规律为Sn+Se→Ag+Sb+Pb+Cu→Sb+Sn+Cu+Fe。锆石、锡石LA-ICP-MS U-Pb测年结果确定成岩成矿作用时限集中在~130Ma,显示了双尖子山成矿作用主要与早白垩世花岗斑岩密切相关。双尖子山花岗斑岩的岩石地球化学特征显示,富Si、Al、Na、K,贫Mg、Fe、Ca,显示出高的结晶分异程度,属于高钾钙碱性系列;强烈的亏损Ba、Sr、P、Ti,富集Th、U、Zr等元素,且具有高Rb、Y低Sr的特征;明显的轻稀土富集特征,轻重稀土分馏明显,且表现出强烈的Eu负异常的特征,显示出A型花岗岩特征。Sr-Nd-Hf研究表明成矿岩体具有较低的(87Sr/86Sr)i值(0.705206~0.705582)、较高的εNd(t)值(0.60~1.58)和εHf(t)值(4.9~8.9),同位素特征表明早白垩世花岗斑岩的源区物质主要来源于新元古代地幔上涌新生玄武质地壳的部分熔融,上升过程中亦受到古老下地壳物质的混染。与双尖子山银铅锌多金属成矿有关的早白垩世岩浆活动可能是蒙古-鄂霍茨克洋闭合后的后造山伸展作用的结果。构造体制从挤压到拉张的转变,随后引发大规模加厚下地壳和岩石圈地幔拆沉。岩石圈拆沉及随后上涌的软流圈地幔诱发大量岩浆的侵入,这些岩浆从深部带来了大量的硫和其他金属成矿元素,为后期大规模的热液成矿提供了充足的物质准备,双尖子山热液脉状矿化就形成于这样的构造背景之下。
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