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本研究通过较为详细的野外地质工作,采用典型矿床解剖的系统研究方法,利用锆石LA-ICP-MS法厘定东秦岭南沟钼矿区含矿侵入岩体的年龄,采用ICP-MS法直接测定白石尖和马脖壕矿床辉钼矿的Re-Os同位素年龄;在准确厘定成矿年龄的基础上,结合花岗岩和钼矿床的地质地球化学特征研究,探讨了成岩成矿物质来源、地球动力学背景和成矿模型。
经过详细的镜下观察发现东秦岭南沟钼矿主要造岩矿物为正长石、微斜长石、斜长石、石英,少量黑云母、白云母、绢云母,副矿物为电气石,碱性长石约占50%,石英约为40%,斜长石约为10%,黑云母和白云母<1%。
南沟侵入岩为高钾钙碱性系列,高硅(71.79~78.09%)、低钛(0.112~0.268%)、富铝(11.69~14.89%)、富碱(Na2O含量为2.21~4.26%,K2O含量是4.01~7.57%,K2O/Na2O在1.07~3.42之间)、Mg#低(16.44~42.50)、贫钙(0.2~1.54%)。
南沟侵入岩稀土总量较低,轻重稀土分异明显,有弱的铕负异常,δCe有强的负异常,样品的Ce负异常可能是具有Ce负异常的沉积物俯冲重熔所致,反应了形成花岗岩的源区物质可能为俯冲的海相沉积物源的特征,且具有还原特征。稀土配分模式图解与上地壳配分模式十分相似,也指示了花岗岩的物源区有大量的上地壳物质参与。
东秦岭南沟钼矿区侵入岩的微量元素分析表明,具有较高浓度的大离子亲石元素(LILE:Rb、K等),具有相对低含量的高场强元素(HFSE:Zr、Hf等),过渡金属含量变化较大,明显富集Cu,Sc,Co。本区侵入岩贫Ba、Sr,富Rb、K。壳型花岗岩类Ba、Sr含量低,Rb含量高,而幔源型或壳幔同熔型花岗岩的Ba、Sr含量高,且贫Rb,可见本区侵入岩为壳型花岗岩。
经侵入岩R1-R2图解,Pearce等(1986)Nd-Y、Ta-Y、Rb-(Y+Nb),Pearce(1996)Rb-(Yb+Ta)判别图解和Harris等(1986)Hf-Rb/10-Ta*3判别图解及Hf-Rb/30-Ta*3判别图解判别显示:本区侵入岩主要为同碰撞花岗岩和后碰撞花岗岩,与微量元素和稀土元素的结论相符。
高精度的锆石LA-ICP-MS研究表明:白石尖钼矿床锆石206Pb/238U加权平均年龄为451.7±5.7Ma(MSWD=1.6),马脖壕钼矿床锆石206Pb/238U加权平均年龄为109.8±4.1Ma(MSWD=1.17)。由此可见东秦岭南沟钼矿区至少有两期岩浆活动:1)早古生代晚奥陶世(约451Ma)第一次岩浆活动;2)中生代早白垩世(约109Ma)第二次岩浆活动。
辉钼矿的Re-Os同位素模式年龄研究表明:白石尖钼矿床Re-Os等时线年龄为103±17Ma(MSWD=0.84),马脖壕钼矿床Re-Os等时线年龄107.08±0.61Ma(MSWD=0.96)。表明南沟钼矿区白石尖钼矿床和马脖壕钼矿床为同期形成。对应于华北板块与扬子板块的碰撞造山后的东西向岩石圈大规模减薄作用。
在白垩纪中晚期,包括东秦岭的中国东部地区,岩石圈发生了大规模减薄。由于岩石圈减薄,使软流圈上升,必然使新生的和热的地幔物质注入到原有的岩石圈,从而增加岩石圈中的热流,地壳和岩石圈地幔被大幅度加热,新生的热的软流圈物质注入陆壳底部,发生基性岩浆的底侵(邓晋福等,1999),下地壳物质被加热而部分熔融,发生壳幔交换,生成岩浆。地幔物质及熔融的下地壳物质大量注入地壳浅部,并把成矿流体和成矿物质从深部输送到浅部,当上升的、携带大量成矿物质的合矿地幔临界-超临界流体在浅部的构造薄弱带侵位时,由于温度压力等条件的改变,成矿流体发生沸腾,并与浅部流体发生交换,使原有的物理化学条件发生改变,大量的金属和岩浆一起被沉淀下来,形成了东秦岭巨大的Mo,Cu,W,Au矿床。
在系统的岩石-矿床地球化学研究基础上,提出在秦岭地区开展斑岩型钼矿找矿的原则与方向,具体地说,就是在秦岭地区的构造薄弱带寻找燕山期的小岩体,这些岩体的岩石化学性质应该是是更富于硅、碱,多数是铝过饱和类型;在岩石的成因上可能与玄武岩质或安山岩质的岩浆有关,其源地可能在下地壳的深部或上地幔上部,形成温度高于深熔花岗岩浆,具有较强的上侵能力,其岩浆及期后热液携带的Mo,Cu,W,Au等金属矿质可从深部穿透地壳到达地表,从而有利于钼-铜-钨-金等金属成矿。