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    黑龙江省翠中铁钨多金属矿床成岩成矿年代学、地球化学特征及地质意义

    杨健 胡新露 李春芳 董子良 曾国平 姚书振

    杨健, 胡新露, 李春芳, 董子良, 曾国平, 姚书振, 2020. 黑龙江省翠中铁钨多金属矿床成岩成矿年代学、地球化学特征及地质意义. 地球科学, 45(5): 1593-1608. doi: 10.3799/dqkx.2019.190
    引用本文: 杨健, 胡新露, 李春芳, 董子良, 曾国平, 姚书振, 2020. 黑龙江省翠中铁钨多金属矿床成岩成矿年代学、地球化学特征及地质意义. 地球科学, 45(5): 1593-1608. doi: 10.3799/dqkx.2019.190
    Yang Jian, Hu Xinlu, Li Chunfang, Dong Ziliang, Zeng Guoping, Yao Shuzhen, 2020. Petrogenic and Metallogenic Geochronology, Geochemical Characteristics and Its Geological Implications of Cuizhong Fe Polymetallic Deposit, Heilongjiang Province. Earth Science, 45(5): 1593-1608. doi: 10.3799/dqkx.2019.190
    Citation: Yang Jian, Hu Xinlu, Li Chunfang, Dong Ziliang, Zeng Guoping, Yao Shuzhen, 2020. Petrogenic and Metallogenic Geochronology, Geochemical Characteristics and Its Geological Implications of Cuizhong Fe Polymetallic Deposit, Heilongjiang Province. Earth Science, 45(5): 1593-1608. doi: 10.3799/dqkx.2019.190

    黑龙江省翠中铁钨多金属矿床成岩成矿年代学、地球化学特征及地质意义

    doi: 10.3799/dqkx.2019.190
    基金项目: 

    黑龙江省国土资源厅地勘基金项目 黑国土科研201601

    详细信息
      作者简介:

      杨健(1994-), 男, 硕士研究生, 矿产普查与勘探专业.ORCID:0000-0001-5428-3948.E-mail:601962993@qq.com

      通讯作者: 胡新露, E-mail:huxinlu00@foxmail.com
    • 中图分类号: P59

    Petrogenic and Metallogenic Geochronology, Geochemical Characteristics and Its Geological Implications of Cuizhong Fe Polymetallic Deposit, Heilongjiang Province

    • 摘要: 为了厘清翠中铁钨多金属矿床浅部的粗粒碱长花岗岩和深部的细粒碱长花岗岩与成矿之间的关系,本次工作对这2种岩浆岩分别进行了岩石地球化学、锆石U-Pb年代学和Hf同位素分析,对岩石和矿石开展了Pb同位素研究.粗粒碱长花岗岩和细粒碱长花岗岩的锆石U-Pb年龄分别为503±2.9 Ma和201±6.4 Ma,表明其侵入时代分别为加里东中期和印支晚期-燕山早期.辉钼矿Re-Os同位素模式年龄为202±2.9 Ma,与细粒碱长花岗岩锆石U-Pb年龄基本一致.粗粒碱长花岗岩中锆石的εHft)值变化于-8.31~0.57,指示其来源于中元古代古老地壳部分熔融,细粒碱长花岗岩中锆石的εHft)值为2.84~4.78,表明其起源于亏损地幔中新增生的年轻地壳物质的部分熔融.综合成岩成矿时代、成矿元素趋势面分析以及岩矿石Pb同位素对比,我们认为翠中铁钨多金属矿床的成矿作用与深部的细粒碱长花岗岩有关.结合区域构造演化历史,推测成矿作用可能形成于佳木斯地块向松嫩地块俯冲挤压的构造环境.
    • 图 1  翠宏山矿田区域地质图

      Figure 1.  Geological map of the Cuihongshan ore-field area

      图 2  翠中铁钨多金属矿床矿区地质简图

      Figure 2.  Sketch geological map of the Cuizhong Fe polymetallic deposit

      图 3  翠中矿区矿石特征

      Figure 3.  Characteristics of plutons and ores in the Cuizhong deposit

      a.粗粒碱长花岗岩;b.含浸染状辉钼矿的细粒碱长花岗岩;c.矽卡岩中磁铁矿矿石;d.粗粒碱长花岗岩镜下特征;e.细粒碱长花岗岩镜下特征;f.磁铁矿交代石榴子石;g.闪锌矿交代磁铁矿;h.磁铁矿中的星点状黄铜矿;i.长条状辉钼矿; Q.石英;Pl.斜长石;Ser.绢云母;Bt.黑云母;Tr.透闪石;Mt.磁铁矿;Sp.闪锌矿;Cp.黄铜矿;Grt.石榴子石;Gn.方铅矿;Mol.辉钼矿

      图 4  翠中矿区粗粒碱长花岗岩(CZ-1)和细粒碱长花岗岩(CZ-7)锆石CL图及部分打点位年龄

      Figure 4.  Representative cathodoluminescence (CL) images of zircons from the coarse-grained alkali-feldspar granite and fine-grained alkali-feldspar granite in the Cuizhong deposit

      红圈代表年龄测试点位,黄色圈代表Hf同位素测试点位

      图 5  翠中矿区粗粒碱长花岗岩(a)和细粒碱长花岗岩(b)锆石U-Pb年龄谐和图

      Figure 5.  Zircon U-Pb concordia diagrams and the weighted mean 206Pb-238U ages for the coarse-grained alkali-feldspar granite (a) and the fine-grained alkali-feldspar granite (b) in the Cuizhong deposit

      图 6  翠中矿区岩浆岩K2O-SiO2图解(a)和A/NK-A/CNK图解(b)

      Figure 6.  K2O vs. SiO2 diagram (a) and A/NK vs. A/CNK diagram (b) of the coarse-grained alkali-feldspar granite and the fine-grained alkali-feldspar granite in the Cuizhong deposit

      a.据Peccerillo and Taylor(1976); b.据Maniac and Piccolo (1989)

      图 7  翠中矿区花岗岩稀土元素球粒陨石标准化分布图(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)

      Figure 7.  Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle (PM) normalized trace element diagrams (b) of the coarse-grained alkali-feldspar granite and the fine-grained alkali-feldspar granite in the Cuizhong deposit

      原始地幔标准值据Sun and McDonough(1989)

      图 8  翠中矿区花岗岩锆石U-Pb年龄与εHf(t)关系图解

      Figure 8.  εHf(t) values vs. U-Pb ages of zircons from the coarse-grained alkali-feldspar granite and the fine-grained alkali-feldspar granite in the Cuizhong deposit

      Zartman and Doe(1981)

      图 9  翠中矿区207线剖面Cu/(Pb+Zn)比值的三次趋势面图

      Figure 9.  Cubic trend surface view of Cu/(Pb+Zn) ratio of Line 207 profile in the Cuizhong deposit

      图 10  翠中矿区岩矿石Pb同位素构造模式

      Figure 10.  Pb isotope structure pattern of ore and granites in the Cuizhong deposit

      Zartman and Doe(1981)

      图 11  翠中矿区Pb同位素△γ-△β成因分类图解

      Figure 11.  γ-△β genetic classification diagram for lead isotope in the Cuizhong deposit

      底图据朱炳泉(1998)

      图 12  翠中矿区花岗岩成因判别图解

      Figure 12.  (K2O+Na2O)/CaO vs. 10 000×Ga/Al (a) and FeO*/MgO vs. 10 000×Ga/Al (b) discriminant diagrams of granites in the Cuizhong deposit

      Whalen et al. (1987)

      图 13  翠中矿区A型花岗岩构造环境判别图

      Figure 13.  Nb-Y-Ce (a) and Nb-Y-3Ga (b) tectonic discrimination of A-type granites in the Cuizhong deposit

      Eby(1992);A1.非造山花岗岩;A2.后造山花岗岩

      图 14  翠中矿区花岗岩R1-R2构造环境判别图

      Figure 14.  Granite R1 vs. R2 discrimination of granites in the Cuizhong deposit

      Batchelor and Bowden(1985).①地幔斜长花岗岩;②破坏性活动板块边缘(板块碰撞前)花岗岩;③板块碰撞后隆起期花岗岩;④晚造山期花岗岩;⑤非造山区A型花岗岩;⑥同碰撞花岗岩;⑦造山期后A型花岗岩

      表 1  翠中矿区粗粒碱长花岗岩(CZ-1)及细粒碱长花岗岩锆石LA-ICP-MS分析结果

      Table 1.  LA-ICP-MS U-Pb data of zircons from the coarse-grained alkali-feldspar granite and the fine-grained alkali-feldspar granite in the Cuizhong deposit

      样品号 Pb 232Th 238U Th/U 同位素比值 年龄(Ma) 谐和度(%)
      207Pb/ 206Pb 207Pb/ 235U 206Pb/ 238U 207Pb/ 235U 206Pb/ 238U
      粗粒碱长花岗岩(CZ-1)
      1 115 246 613 0.40 0.056 2 0.001 5 0.625 2 0.017 0 0.079 9 0.000 8 493 10.6 495 4.6 99
      2 127 262 701 0.37 0.058 0 0.001 6 0.646 1 0.017 0 0.080 2 0.000 7 506 10.5 497 4.3 98
      3 137 286 742 0.39 0.058 9 0.001 5 0.661 7 0.016 5 0.080 8 0.000 8 516 10.1 501 4.7 97
      4 93 180 568 0.32 0.058 4 0.001 5 0.658 4 0.016 4 0.081 1 0.000 8 514 10.0 503 4.5 97
      5 116 218 776 0.28 0.057 9 0.001 3 0.649 2 0.013 8 0.080 7 0.000 7 508 8.5 500 4.3 98
      6 72 146 459 0.32 0.058 0 0.001 5 0.650 1 0.016 3 0.080 7 0.000 7 509 10.1 500 4.3 98
      7 57 132 205 0.64 0.058 0 0.002 0 0.649 3 0.021 7 0.080 7 0.000 8 508 13.3 500 5.1 98
      8 61 121 373 0.32 0.059 7 0.001 8 0.673 4 0.019 5 0.081 1 0.000 8 523 11.8 503 4.9 96
      9 103 230 760 0.30 0.055 5 0.001 6 0.623 2 0.017 1 0.080 9 0.000 9 492 10.7 501 5.2 98
      10 69 123 470 0.26 0.056 7 0.002 0 0.642 8 0.022 4 0.081 7 0.001 0 504 13.9 506 6.1 99
      11 93 179 563 0.32 0.055 6 0.001 5 0.633 9 0.016 8 0.081 9 0.000 8 499 10.4 507 4.7 98
      12 53 110 366 0.30 0.057 7 0.001 9 0.657 9 0.021 8 0.082 1 0.000 9 513 13.3 508 5.5 99
      13 81 150 524 0.29 0.055 1 0.001 9 0.623 9 0.021 6 0.081 7 0.001 1 492 13.5 506 6.8 97
      14 70 126 402 0.31 0.057 4 0.002 2 0.642 9 0.024 3 0.081 7 0.001 4 504 15.0 506 8.2 99
      15 86 168 504 0.33 0.054 3 0.002 0 0.607 7 0.022 9 0.081 4 0.001 3 482 14.5 504 8.0 95
      16 246 472 1278 0.37 0.058 0 0.001 9 0.649 9 0.019 4 0.081 6 0.001 1 508 12.0 505 6.6 99
      17 133 260 729 0.36 0.056 6 0.004 0 0.631 6 0.047 0 0.081 3 0.001 4 497 29.3 504 8.4 98
      18 73 91 328 0.28 0.064 8 0.002 8 0.731 8 0.030 9 0.081 7 0.001 4 558 18.1 506 8.3 90
      19 110 205 635 0.32 0.053 3 0.001 8 0.602 0 0.023 7 0.081 5 0.001 4 479 15.0 505 8.6 94
      20 76 137 433 0.32 0.056 8 0.002 0 0.638 9 0.024 8 0.081 4 0.001 5 502 15.4 504 9.0 99
      细粒碱长花岗岩(CZ-7)
      1 81 508 634 0.80 0.050 5 0.002 5 0.220 8 0.010 0 0.031 9 0.000 4 203 8.3 203 2.7 99
      2 18.4 113 208 0.54 0.051 0 0.003 2 0.214 8 0.013 0 0.031 0 0.000 6 198 10.8 197 3.5 99
      3 25.2 133 320 0.42 0.052 8 0.003 3 0.229 7 0.014 0 0.031 5 0.000 5 210 11.6 200 3.1 95
      4 49 284 451 0.63 0.049 2 0.003 4 0.215 2 0.013 6 0.032 0 0.000 5 198 11.4 203 3.1 97
      5 29 159 319 0.50 0.050 3 0.002 4 0.220 3 0.010 1 0.031 6 0.000 4 202 8.4 201 2.7 99
      6 22.7 126 311 0.40 0.050 0 0.002 2 0.217 5 0.009 2 0.031 7 0.000 4 200 7.7 201 2.8 99
      7 18.9 93 210 0.44 0.052 4 0.003 3 0.222 1 0.013 0 0.031 6 0.000 5 204 10.8 201 3.3 98
      8 24.6 130 309 0.42 0.051 3 0.004 1 0.214 3 0.015 7 0.030 8 0.000 7 197 13.1 195 4.3 99
      9 39 218 316 0.69 0.050 8 0.002 9 0.215 9 0.011 8 0.031 2 0.000 7 198 9.8 198 4.3 99
      10 35 219 305 0.72 0.056 0 0.005 0 0.251 9 0.023 3 0.032 8 0.001 0 228 18.9 208 6.4 90
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      表 2  翠中铁钨多金属矿床岩浆岩主量元素(%)和微量元素(10-6)分析结果

      Table 2.  Major oxides (%) and trace elements (10-6) of the coarse-grained alkali-feldspar granite and the fine-grained alkali- feldspar granite in the Cuizhong deposit

      岩性 粗粒碱长花岗岩 细粒碱长花岗岩
      样品号 CZ-2 CZ-3 CZ-4 CZ-5 CZ-6 CZ-8 CZ-9 CZ-10 CZ-11 CZ-12
      SiO2 72.49 73.63 73.93 74.34 74.12 72.56 72.64 71.33 72.51 72.94
      TiO2 0.17 0.13 0.14 0.14 0.14 0.21 0.19 0.22 0.22 0.21
      Al2O3 13.59 13.26 13.20 13.05 13.28 14.14 13.92 14.23 14.26 13.94
      Fe2O3 0.36 0.37 0.30 0.17 0.27 0.44 0.50 0.56 0.23 0.53
      FeO 1.74 1.43 1.63 1.65 1.64 1.62 1.49 1.71 1.52 1.52
      MnO 0.04 0.03 0.03 0.07 0.03 0.05 0.06 0.07 0.07 0.06
      MgO 0.19 0.15 0.14 0.19 0.15 0.24 0.25 0.32 0.31 0.29
      CaO 0.85 0.85 0.90 1.10 1.03 1.03 1.14 1.29 1.19 1.08
      Na2O 3.44 3.23 3.48 2.97 3.18 4.07 4.04 4.20 4.16 4.07
      K2O 5.24 5.39 5.41 5.43 5.32 4.84 4.80 4.63 4.86 4.85
      P2O5 0.03 0.02 0.02 0.02 0.02 0.04 0.04 0.05 0.04 0.04
      LOI 0.90 0.82 0.66 0.68 0.71 0.82 0.72 0.88 0.57 0.49
      A/NK 1.20 1.19 1.14 1.21 1.21 1.19 1.18 1.19 1.18 1.17
      A/CNK 1.06 1.05 1.00 1.02 1.03 1.02 1.00 1.00 1.00 1.00
      DI 90.94 91.81 91.91 90.43 90.79 90.56 90.5 89.11 90.07 90.63
      R1 2364 2482 2387 2596 2528 2211 2243 2140 2162 2229
      R2 374 364 365 386 381 403 411 439 424 405
      Rb 353 327 359 305 340 154.5 163.0 164.0 168.5 166.5
      Ba 218 234 241 306 213 676 679 681 733 622
      Th 70.7 53.5 43.6 43.2 43.6 20 18.7 20.7 19.1 19.2
      U 14.4 27.1 13.4 15.1 12.9 5.5 5.3 5.4 5.4 5.1
      Pb 30.4 36.4 32.5 40.7 36.2 25.6 26.3 30.5 21.4 22.3
      Sr 83.5 89.4 97.7 127.5 102.5 113.0 105.0 129.5 124.0 95.3
      Nb 22.3 17.0 14.5 13.2 14.7 10.8 10.8 11.7 11.3 11.7
      Ga 25.9 23.6 22.7 21.2 23.7 17.4 17.3 17.6 17.7 16.3
      P 131 87 87 87 87 175 175 218 175 175
      K 43 500 44 745 44 911 45 077 44 164 40 179 39 847 38 436 40 345 40 262
      Ti 1019 779 839 839 839 1259 1139 1319 1319 1259
      Zr 226 208 185 186 205 258 234 254 246 213
      Hf 8.2 7.5 6.8 7.0 7.5 7.3 6.5 7.0 6.8 5.6
      La 64.8 51.1 51.5 44.2 48.9 44.3 42.3 48.5 46.6 46.5
      Ce 138.2 110.5 114.0 100.5 105.0 90.1 82.8 94.7 94.1 91.4
      Pr 14.94 12.44 12.95 11.70 11.95 9.50 8.30 9.86 9.87 10.30
      Nd 55.8 46.6 48.6 42.9 43.1 32.1 27.6 32.5 32.7 33.9
      Sm 11.90 9.94 10.80 9.12 9.31 5.29 4.74 5.41 5.52 6.22
      Eu 0.48 0.52 0.51 0.57 0.52 0.80 0.73 0.81 0.84 0.77
      Gd 11.10 9.12 10.00 8.41 8.72 4.68 3.96 4.58 4.52 5.21
      Tb 1.89 1.50 1.64 1.37 1.44 0.71 0.63 0.74 0.72 0.78
      Dy 10.90 8.81 9.39 7.94 8.27 4.25 3.78 4.24 4.34 4.88
      Ho 2.16 1.76 1.87 1.61 1.71 0.94 0.82 0.92 0.89 1.01
      Er 6.55 5.20 5.60 4.82 5.37 2.94 2.61 2.82 3.03 3.25
      Tm 1.01 0.83 0.84 0.78 0.86 0.51 0.47 0.48 0.50 0.51
      Yb 6.68 5.23 5.56 5.09 5.72 3.38 3.20 3.11 3.27 3.61
      Lu 0.95 0.74 0.83 0.75 0.88 0.52 0.48 0.47 0.50 0.56
      Y 69.0 51.4 54.5 46.0 52.4 26.8 26.4 27.0 27.7 29.9
      ΣREE 330.16 265.29 272.59 235.66 251.75 198.02 180.62 209.44 204.70 206.30
      LREE 288.92 232.10 236.86 204.89 218.78 180.09 164.67 192.08 186.93 186.49
      HREE 41.24 33.19 35.73 30.77 32.97 17.93 15.95 17.36 17.77 19.81
      LREE/HREE 7.01 6.99 6.63 6.66 6.64 10.04 10.32 11.07 10.52 9.41
      (La/Yb)N 6.96 7.01 6.64 6.23 6.13 9.40 9.48 11.19 10.22 9.24
      δEu 0.13 0.17 0.15 0.20 0.18 0.49 0.52 0.50 0.51 0.41
        注:A/CNK=Al2O3/(CaO+Na2O+K2O) (mol);A/NK= Al2O3/(Na2O+ K2O) (mol);DI(分异指数)=Qz+Or+Ab+Ne+Lc+K;R1=4Si-11(Na+K)-2(Fe+Ti) (mol);R2= 6Ca+2Mg+Al (mol).
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      表 3  翠中矿区岩浆岩锆石Hf同位素分析结果

      Table 3.  Hf isotopic compositions of zircons from the coarse-grained alkali-feldspar granite and the fine-grained alkali-feldspar granite in the Cuizhong deposit

      样品编号 年龄 176Yb/177Hf 176Lu/177Hf 176Hf/177Hf (176Hf/177Hf)i εHf(0) εHf(t) TDM1(Ma) TDM2(Ma) fLu/Hf
      粗粒碱长花岗岩(CZ-1)
      1 495 0.065 563 0.001 542 0.000 080 0.282 433 0.000 026 0.282 418 -11.99 -1.58 1 174 1 565 -0.95
      2 497 0.035 598 0.000 801 0.000 012 0.282 388 0.000 025 0.282 380 -13.58 -2.89 1 214 1 649 -0.98
      3 501 0.053 067 0.001 230 0.000 073 0.282 409 0.000 022 0.282 398 -12.84 -2.23 1 198 1 608 -0.96
      4 503 0.046 163 0.001 036 0.000 038 0.282 407 0.000 019 0.282 397 -12.91 -2.19 1 195 1 608 -0.97
      5 500 0.037 757 0.000 880 0.000 013 0.282 386 0.000 020 0.282 378 -13.65 -2.93 1 219 1 653 -0.97
      6 500 0.038 796 0.000 898 0.000 012 0.282 442 0.000 023 0.282 434 -11.67 -0.94 1 142 1 529 -0.97
      7 500 0.030 176 0.000 646 0.000 010 0.282 232 0.000 018 0.282 226 -19.10 -8.31 1 425 1 992 -0.98
      8 503 0.035 019 0.000 771 0.000 010 0.282 417 0.000 023 0.282 409 -12.55 -1.73 1 173 1 580 -0.98
      9 501 0.074 018 0.001 510 0.000 072 0.282 490 0.000 025 0.282 476 -9.97 0.57 1 092 1 433 -0.95
      细粒碱长花岗岩(CZ-7)
      1 204 0.069 211 0.001 726 0.000 062 0.282 753 0.000 024 0.282 746 -0.67 3.56 721 1 014 -0.95
      2 203 0.080 732 0.001 994 0.000 049 0.282 757 0.000 027 0.282 749 -0.53 3.65 720 1 007 -0.94
      3 197 0.050 860 0.001 232 0.000 032 0.282 763 0.000 024 0.282 758 -0.32 3.87 697 991 -0.96
      4 200 0.039 247 0.001 004 0.000 024 0.282 732 0.000 029 0.282 728 -1.41 2.84 737 1 058 -0.97
      5 203 0.074 609 0.001 709 0.000 044 0.282 787 0.000 032 0.282 781 0.53 4.78 672 938 -0.95
      6 201 0.067 302 0.001 654 0.000 061 0.282 769 0.000 031 0.282 763 -0.11 4.10 697 980 -0.95
      8 201 0.074 024 0.002 037 0.000 061 0.282 740 0.000 022 0.282 732 -1.13 3.00 746 1 048 -0.94
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      表 4  翠中矿区金属硫化物和岩石Pb同位素组成

      Table 4.  Lead isotope data of the rocks and sulfides in the Cuizhong deposit

      样品编号 测试对象 206Pb/204Pb 207Pb/204Pb 208Pb/204Pb U Th Pb (206Pb/ 204Pb)t (207Pb/ 204Pb)t (208Pb/ 204Pb)t μ ω α β γ
      CZ-0143 方铅矿 18.701±0.002 15.603±0.001 38.252±0.003 9.44 34.30 77.56 17.56 20.85
      CZ-0140 方铅矿 18.703±0.002 15.620±0.001 38.300±0.004 9.47 34.63 77.67 18.67 22.13
      CZ-0161 方铅矿 18.713±0.002 15.613±0.002 38.272±0.004 9.46 34.41 78.25 18.22 21.39
      CZ-0162 闪锌矿 18.782±0.002 15.695±0.001 38.540±0.005 9.61 35.84 83.44 23.62 29.22
      CZ-017 方铅矿 18.719±0.002 15.622±0.001 38.304±0.003 9.48 34.58 78.59 18.80 22.24
      CZ-0181 方铅矿 18.713±0.001 15.616±0.001 38.281±0.003 9.47 34.47 78.25 18.41 21.63
      CZ-0182 闪锌矿 18.728±0.002 15.634±0.002 38.338±0.004 9.50 34.77 79.11 19.59 23.15
      CZ-011 粗粒碱长花岗岩 19.857±0.002 15.684±0.002 39.258±0.005 13.4 43.6 32.5 17.484 15.551 36.830 9.49 34.22 68.35 18.44 16.08
      CZ-013 粗粒碱长花岗岩 19.842±0.002 15.675±0.002 39.277±0.004 27.1 53.5 36.4 17.558 15.436 36.617 9.24 31.85 57.07 9.59 2.09
      CZ-021 细粒碱长花岗岩 19.089±0.003 15.607±0.002 38.585±0.005 5.5 20 25.6 18.6607 15.583 38.024 9.41 33.43 75.23 16.26 14.77
      CZ-023 细粒碱长花岗岩 19.144±0.003 15.624±0.003 38.743±0.008 5.3 18.7 26.3 18.691 15.602 38.232 9.44 34.26 76.98 17.5 20.32
      CZ-031 细粒碱长花岗岩 19.153±0.002 15.610±0.002 38.684±0.005 5.4 20.7 30.5 18.755 15.591 38.197 9.41 33.72 80.67 16.78 19.38
      CZ-0131 细粒碱长花岗岩 19.388±0.002 15.642±0.002 38.603±0.004 5.4 19.1 21.4 18.821 15.614 37.962 9.45 32.69 84.47 18.28 13.11
      CZ-0133 细粒碱长花岗岩 19.721±0.002 15.656±0.002 38.797±0.004 5.1 19.2 22.3 19.207 15.631 38.179 9.46 31.91 106.71 19.39 18.90
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      表 5  翠中矿区辉钼矿Re-Os同位素组成

      Table 5.  Re-Os data for molybdenites from the Cuizhong deposit

      Re (ng/g) 普Os (ng/g) 187Re (ng/g) 187Os (ng/g) 模式年龄(Ma)
      样品号 测定值 不确定度 测定值 不确定度 测定值 不确定度 测定值 不确定度 测定值 不确定度
      ZK2032-6 1 118 9 0.002 7 0.001 5 702.6 5.4 2.374 0.018 202 2.9
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    出版历程
    • 收稿日期:  2019-08-02
    • 刊出日期:  2020-06-12

    黑龙江省翠中铁钨多金属矿床成岩成矿年代学、地球化学特征及地质意义

      通讯作者: 胡新露, huxinlu00@foxmail.com
      作者简介: 杨健(1994-), 男, 硕士研究生, 矿产普查与勘探专业.ORCID:0000-0001-5428-3948.E-mail:601962993@qq.com
    • 1. 中国地质大学资源学院, 湖北武汉 430074
    • 2. 黑龙江省矿业集团有限责任公司, 黑龙江哈尔滨 150036
    • 3. 中国地质调查局武汉地质调查中心, 湖北武汉 430205
    基金项目:  黑龙江省国土资源厅地勘基金项目 黑国土科研201601

    摘要: 为了厘清翠中铁钨多金属矿床浅部的粗粒碱长花岗岩和深部的细粒碱长花岗岩与成矿之间的关系,本次工作对这2种岩浆岩分别进行了岩石地球化学、锆石U-Pb年代学和Hf同位素分析,对岩石和矿石开展了Pb同位素研究.粗粒碱长花岗岩和细粒碱长花岗岩的锆石U-Pb年龄分别为503±2.9 Ma和201±6.4 Ma,表明其侵入时代分别为加里东中期和印支晚期-燕山早期.辉钼矿Re-Os同位素模式年龄为202±2.9 Ma,与细粒碱长花岗岩锆石U-Pb年龄基本一致.粗粒碱长花岗岩中锆石的εHft)值变化于-8.31~0.57,指示其来源于中元古代古老地壳部分熔融,细粒碱长花岗岩中锆石的εHft)值为2.84~4.78,表明其起源于亏损地幔中新增生的年轻地壳物质的部分熔融.综合成岩成矿时代、成矿元素趋势面分析以及岩矿石Pb同位素对比,我们认为翠中铁钨多金属矿床的成矿作用与深部的细粒碱长花岗岩有关.结合区域构造演化历史,推测成矿作用可能形成于佳木斯地块向松嫩地块俯冲挤压的构造环境.

    English Abstract

      • 黑龙江翠中铁钨多金属矿床位于小兴安岭-张广才岭铁多金属成矿带北部.该成矿带是我国东北地区最重要的金属成矿带之一,富含铁、铜、铅、锌、钼等多种金属矿产资源,目前已探明十余个大、中型金属矿床,包括翠宏山矽卡岩型铁钨多金属矿床、霍吉河斑岩型钼矿床、翠北矽卡岩型铁矿床、库南矽卡岩型铅锌矿床等.翠中铁钨多金属矿床是该成矿带上新发现的一个矽卡岩型矿床,其中的W达大型规模,Fe、Pb+Zn、Mo达中型规模,Cu为小型规模,同时还伴生有Ag、Sn等金属元素,具有较高的经济价值.

        前人对翠中铁钨多金属矿床尚未开展系统研究,其成岩成矿时代、不同类型岩浆岩与成矿的关系等尚不清楚.本文对该矿区2种主要的岩浆岩分别进行了岩石地球化学、锆石U-Pb年代学、Hf同位素地球化学以及Pb同位素分析,对矿区辉钼矿进行了Re-Os同位素分析,在此基础上探讨了该矿床的成岩成矿时代、地质构造背景和物质源区.

      • 翠中铁钨多金属矿床位于翠宏山铁多金属矿田中,区域上隶属于小兴安岭-张广才岭成矿带.翠宏山矿田内的主要构造包括SN向、NNE向断裂以及NNE向复式褶皱.区内出露地层主要有寒武系、泥盆系、二叠系、白垩系以及第四系.其中与成矿有关的地层为寒武系下统西林群铅山组(图 1).矿田内岩浆活动强烈,有多期、多阶段侵入的特点.加里东期、印支期侵入岩多呈岩基状产出,部分呈岩株状,燕山期侵入岩多呈岩株或岩枝产出.岩浆岩主要分布在矿田北部、东北部及东部.

        图  1  翠宏山矿田区域地质图

        Figure 1.  Geological map of the Cuihongshan ore-field area

        矿区出露的地层仅有寒武系下统铅山组及第四系.矿体空间分布受NE向张扭性断裂和NW向压扭性断裂控制.矿区内出露的岩浆岩以中奥陶世粗粒碱长花岗岩为主,深部发育细粒碱长花岗岩岩体(图 2).此外,矿区发育有多种小规模脉岩,包括闪长玢岩、花岗闪长岩、正长花岗岩等.矿区共圈定5条主矿体,主要赋存于下寒武统铅山组碳酸盐岩、中奥陶世粗粒碱长花岗岩以及晚三叠世细粒碱长花岗岩三者的接触带中.侵入接触带在空间上呈“U”字型展布,矿体走向为NNW向,并且向NNW向倾伏.赋矿岩石主要为石榴子石-透闪石矽卡岩,矿石类型主要为磁铁矿铁矿石、白钨矿矿石、方铅矿矿石、辉钼矿矿石等.矿石构造主要有磁铁矿的浸染状构造、块状构造、网脉状构造和团块状构造,辉钼矿的细脉浸染状以及稀疏浸染状构造.矿石结构包括自形粒状结构、交代残余结构、填隙结构等.矿区的金属矿物主要有磁铁矿、磁黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铁矿、黄铜矿、辉钼矿等(图 3),非金属矿物有石榴子石、透辉石、阳起石、透闪石、萤石、绿帘石、绿泥石等.围岩蚀变类型主要有石榴子石-透辉石矽卡岩化、阳起石-透闪石矽卡岩化、萤石化、绿帘石化、绿泥石化及碳酸盐化等.

        图  2  翠中铁钨多金属矿床矿区地质简图

        Figure 2.  Sketch geological map of the Cuizhong Fe polymetallic deposit

        图  3  翠中矿区矿石特征

        Figure 3.  Characteristics of plutons and ores in the Cuizhong deposit

        粗粒碱长花岗岩呈灰白、肉红色,中粗粒花岗结构,块状构造,主要矿物为石英、钾长石、条纹长石、斜长石、黑云母等(图 3),其中条纹长石和钾长石最为发育,总含量高达40%~60%,钾长石发育卡斯巴双晶,条纹长石多呈他形不规则状,长石矿物表面发生了不同程度的绢云母化,石英呈他形粒状,含量为30%~50%.此外,岩石中还可见少量黑云母以及少量斜长石.细粒碱长花岗岩呈深灰色、灰紫色,中细粒花岗结构,块状构造,主要矿物组成为石英、碱性长石等,暗色矿物为黑云母、透闪石等,多发育绿泥石化.石英呈半自形-他形粒状结构,含量为45%~55%,碱性长石主要为微斜长石和钾长石,还含有部分条纹长石,碱性长石总体含量为35%~45%.

      • 岩浆岩的主量元素及微量元素测试由澳实分析检测(广州)有限公司完成,主量元素分析采用X荧光光谱分析法(ME-XRF06)完成,各项检测限均为0.01%,微量元素采用质谱仪定量分析法(ME-MS81),大部分元素检测限小于1×10-6.岩石化学参数、铅铪同位素参数计算及相应的图件绘制均运用Geokit软件完成(路远发,2004).

        锆石U-Pb同位素定年及Hf同位素测试样品破碎以及锆石的挑选、制靶由河北省廊坊市诚信地质服务有限公司完成.锆石的阴极发光显微照相(CL)工作在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成,锆石U-Pb同位素定年工作在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室利用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)分析完成,对数据的后期处理运用软件ICP-MS DataCal完成.测试过程中,光斑直径选择32 μm,样品信号区间选择35 s,先对标准样品进项调试,然后在标准样品和测试样品的信号积分区间尽可能保持一致的情况下,选择信号平直、稳定的区间,以保证数据的稳定性,消除U-Pb同位素质量分馏及其比值的时间漂移(Liu et al., 2010a).在LA-ICP-MS锆石U-Pb定年的基础上,进行锆石微区Hf同位素测定工作.锆石原位Hf同位素分析在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源重点实验室完成,配有193 nm激光取样系统的Neptune多接收电感耦合等离子体质谱仪(LA-MC-ICP-MS)上进行,实验过程中采用He作为剥蚀物质的载气,根据锆石大小,剥蚀直径为44 μm,分析点位置与锆石定年分析点部分重叠(Liu et al., 2010b).辉钼矿Re-Os同位素测试在中国地质科学院国家地质实验测试中心Re-Os实验室进行,测试仪器选用电感耦合等离子体质谱仪(TJAX-series ICP-MS),详细的分析过程见Du et al.(1995)杜安道等(2001).模式年龄t按下式计算:t=[ln(1+187Os/187Re)]/λ,其中λ(187Re衰变常数)=1.66×10-11 a-1(Smoliar et al., 1996).

      • 粗粒碱长花岗岩中的锆石自形程度较差,形状不规则,多呈棱角-次棱角状,锆石颗粒粒径为60~150 μm,锆石表面裂隙较少,多数锆石可见密集、清晰的震荡环带(图 4),锆石的Th/U比值变化范围为0.27~0.66(平均值为0.34),表明其为岩浆成因(Wu and Zheng, 2004).20个测试点的206Pb/238U年龄较为集中(图 5a),平均值为503±2.9 Ma(MSWD=0.37)(表 1),代表了粗粒碱长花岗岩的结晶年龄.

        图  4  翠中矿区粗粒碱长花岗岩(CZ-1)和细粒碱长花岗岩(CZ-7)锆石CL图及部分打点位年龄

        Figure 4.  Representative cathodoluminescence (CL) images of zircons from the coarse-grained alkali-feldspar granite and fine-grained alkali-feldspar granite in the Cuizhong deposit

        图  5  翠中矿区粗粒碱长花岗岩(a)和细粒碱长花岗岩(b)锆石U-Pb年龄谐和图

        Figure 5.  Zircon U-Pb concordia diagrams and the weighted mean 206Pb-238U ages for the coarse-grained alkali-feldspar granite (a) and the fine-grained alkali-feldspar granite (b) in the Cuizhong deposit

        样品号 Pb 232Th 238U Th/U 同位素比值 年龄(Ma) 谐和度(%)
        207Pb/ 206Pb 207Pb/ 235U 206Pb/ 238U 207Pb/ 235U 206Pb/ 238U
        粗粒碱长花岗岩(CZ-1)
        1 115 246 613 0.40 0.056 2 0.001 5 0.625 2 0.017 0 0.079 9 0.000 8 493 10.6 495 4.6 99
        2 127 262 701 0.37 0.058 0 0.001 6 0.646 1 0.017 0 0.080 2 0.000 7 506 10.5 497 4.3 98
        3 137 286 742 0.39 0.058 9 0.001 5 0.661 7 0.016 5 0.080 8 0.000 8 516 10.1 501 4.7 97
        4 93 180 568 0.32 0.058 4 0.001 5 0.658 4 0.016 4 0.081 1 0.000 8 514 10.0 503 4.5 97
        5 116 218 776 0.28 0.057 9 0.001 3 0.649 2 0.013 8 0.080 7 0.000 7 508 8.5 500 4.3 98
        6 72 146 459 0.32 0.058 0 0.001 5 0.650 1 0.016 3 0.080 7 0.000 7 509 10.1 500 4.3 98
        7 57 132 205 0.64 0.058 0 0.002 0 0.649 3 0.021 7 0.080 7 0.000 8 508 13.3 500 5.1 98
        8 61 121 373 0.32 0.059 7 0.001 8 0.673 4 0.019 5 0.081 1 0.000 8 523 11.8 503 4.9 96
        9 103 230 760 0.30 0.055 5 0.001 6 0.623 2 0.017 1 0.080 9 0.000 9 492 10.7 501 5.2 98
        10 69 123 470 0.26 0.056 7 0.002 0 0.642 8 0.022 4 0.081 7 0.001 0 504 13.9 506 6.1 99
        11 93 179 563 0.32 0.055 6 0.001 5 0.633 9 0.016 8 0.081 9 0.000 8 499 10.4 507 4.7 98
        12 53 110 366 0.30 0.057 7 0.001 9 0.657 9 0.021 8 0.082 1 0.000 9 513 13.3 508 5.5 99
        13 81 150 524 0.29 0.055 1 0.001 9 0.623 9 0.021 6 0.081 7 0.001 1 492 13.5 506 6.8 97
        14 70 126 402 0.31 0.057 4 0.002 2 0.642 9 0.024 3 0.081 7 0.001 4 504 15.0 506 8.2 99
        15 86 168 504 0.33 0.054 3 0.002 0 0.607 7 0.022 9 0.081 4 0.001 3 482 14.5 504 8.0 95
        16 246 472 1278 0.37 0.058 0 0.001 9 0.649 9 0.019 4 0.081 6 0.001 1 508 12.0 505 6.6 99
        17 133 260 729 0.36 0.056 6 0.004 0 0.631 6 0.047 0 0.081 3 0.001 4 497 29.3 504 8.4 98
        18 73 91 328 0.28 0.064 8 0.002 8 0.731 8 0.030 9 0.081 7 0.001 4 558 18.1 506 8.3 90
        19 110 205 635 0.32 0.053 3 0.001 8 0.602 0 0.023 7 0.081 5 0.001 4 479 15.0 505 8.6 94
        20 76 137 433 0.32 0.056 8 0.002 0 0.638 9 0.024 8 0.081 4 0.001 5 502 15.4 504 9.0 99
        细粒碱长花岗岩(CZ-7)
        1 81 508 634 0.80 0.050 5 0.002 5 0.220 8 0.010 0 0.031 9 0.000 4 203 8.3 203 2.7 99
        2 18.4 113 208 0.54 0.051 0 0.003 2 0.214 8 0.013 0 0.031 0 0.000 6 198 10.8 197 3.5 99
        3 25.2 133 320 0.42 0.052 8 0.003 3 0.229 7 0.014 0 0.031 5 0.000 5 210 11.6 200 3.1 95
        4 49 284 451 0.63 0.049 2 0.003 4 0.215 2 0.013 6 0.032 0 0.000 5 198 11.4 203 3.1 97
        5 29 159 319 0.50 0.050 3 0.002 4 0.220 3 0.010 1 0.031 6 0.000 4 202 8.4 201 2.7 99
        6 22.7 126 311 0.40 0.050 0 0.002 2 0.217 5 0.009 2 0.031 7 0.000 4 200 7.7 201 2.8 99
        7 18.9 93 210 0.44 0.052 4 0.003 3 0.222 1 0.013 0 0.031 6 0.000 5 204 10.8 201 3.3 98
        8 24.6 130 309 0.42 0.051 3 0.004 1 0.214 3 0.015 7 0.030 8 0.000 7 197 13.1 195 4.3 99
        9 39 218 316 0.69 0.050 8 0.002 9 0.215 9 0.011 8 0.031 2 0.000 7 198 9.8 198 4.3 99
        10 35 219 305 0.72 0.056 0 0.005 0 0.251 9 0.023 3 0.032 8 0.001 0 228 18.9 208 6.4 90

        表 1  翠中矿区粗粒碱长花岗岩(CZ-1)及细粒碱长花岗岩锆石LA-ICP-MS分析结果

        Table 1.  LA-ICP-MS U-Pb data of zircons from the coarse-grained alkali-feldspar granite and the fine-grained alkali-feldspar granite in the Cuizhong deposit

        细粒碱长花岗岩中的锆石自形程度较好,形状规则,多呈粒状,锆石颗粒粒径为80~250 μm,锆石表面裂隙较少,多数锆石可见清晰的震荡环带(图 4),锆石的Th/U比值变化范围为0.4~0.8(平均值为0.56),显示其为岩浆成因(表 1).其206Pb/238U加权平均年龄为201±6.4 Ma(MSWD=0.37)(图 5b),代表了细粒碱长花岗岩的结晶年龄.

      • 粗粒碱长花岗岩地球化学总体显示出高Si、富Al、富K的特征(表 2).其SiO2含量为72.49%~74.34%,K2O含量为5.24%~5.43%,在SiO2-K2O图解(图 6a)中,岩石样品基本落入钾玄岩系列区域中,表明其富钾特征显著.样品Al2O3含量为13.05%~13.59%,铝指数A/CNK变化于1.00~1.06,A/NK比值变化于1.14~1.21,在A/CNK-A/NK图解(图 6b)中,岩石样品集中分布在过铝质与准铝质分界线之上,表现出准铝质-过铝质过渡特征.微量元素原始地幔标准化蛛网图(图 7a)显示,岩体表现出Rb、K、Th、U等大离子亲石元素的相对富集以及P、Ti、Sr、Nb等高场强元素的相对亏损(表 2).岩体稀土元素总量偏高,ΣREE为236×10-6~330×10-6,LREE/HREE为6.63~7.01,具有明显的负Eu异常(δEu平均值为0.17)(赵志根和高良敏,1998).稀土元素球粒陨石标准化图解(图 7b)显示,元素分布呈向右倾斜的“V”型曲线,轻稀土(La-Sm)基本呈陡右倾式折线,LREE分异强烈;重稀土(Gd-Lu)曲线变化复杂,整体平缓向下,局部呈略向上的平缓折线,HREE分异不明显.

        岩性 粗粒碱长花岗岩 细粒碱长花岗岩
        样品号 CZ-2 CZ-3 CZ-4 CZ-5 CZ-6 CZ-8 CZ-9 CZ-10 CZ-11 CZ-12
        SiO2 72.49 73.63 73.93 74.34 74.12 72.56 72.64 71.33 72.51 72.94
        TiO2 0.17 0.13 0.14 0.14 0.14 0.21 0.19 0.22 0.22 0.21
        Al2O3 13.59 13.26 13.20 13.05 13.28 14.14 13.92 14.23 14.26 13.94
        Fe2O3 0.36 0.37 0.30 0.17 0.27 0.44 0.50 0.56 0.23 0.53
        FeO 1.74 1.43 1.63 1.65 1.64 1.62 1.49 1.71 1.52 1.52
        MnO 0.04 0.03 0.03 0.07 0.03 0.05 0.06 0.07 0.07 0.06
        MgO 0.19 0.15 0.14 0.19 0.15 0.24 0.25 0.32 0.31 0.29
        CaO 0.85 0.85 0.90 1.10 1.03 1.03 1.14 1.29 1.19 1.08
        Na2O 3.44 3.23 3.48 2.97 3.18 4.07 4.04 4.20 4.16 4.07
        K2O 5.24 5.39 5.41 5.43 5.32 4.84 4.80 4.63 4.86 4.85
        P2O5 0.03 0.02 0.02 0.02 0.02 0.04 0.04 0.05 0.04 0.04
        LOI 0.90 0.82 0.66 0.68 0.71 0.82 0.72 0.88 0.57 0.49
        A/NK 1.20 1.19 1.14 1.21 1.21 1.19 1.18 1.19 1.18 1.17
        A/CNK 1.06 1.05 1.00 1.02 1.03 1.02 1.00 1.00 1.00 1.00
        DI 90.94 91.81 91.91 90.43 90.79 90.56 90.5 89.11 90.07 90.63
        R1 2364 2482 2387 2596 2528 2211 2243 2140 2162 2229
        R2 374 364 365 386 381 403 411 439 424 405
        Rb 353 327 359 305 340 154.5 163.0 164.0 168.5 166.5
        Ba 218 234 241 306 213 676 679 681 733 622
        Th 70.7 53.5 43.6 43.2 43.6 20 18.7 20.7 19.1 19.2
        U 14.4 27.1 13.4 15.1 12.9 5.5 5.3 5.4 5.4 5.1
        Pb 30.4 36.4 32.5 40.7 36.2 25.6 26.3 30.5 21.4 22.3
        Sr 83.5 89.4 97.7 127.5 102.5 113.0 105.0 129.5 124.0 95.3
        Nb 22.3 17.0 14.5 13.2 14.7 10.8 10.8 11.7 11.3 11.7
        Ga 25.9 23.6 22.7 21.2 23.7 17.4 17.3 17.6 17.7 16.3
        P 131 87 87 87 87 175 175 218 175 175
        K 43 500 44 745 44 911 45 077 44 164 40 179 39 847 38 436 40 345 40 262
        Ti 1019 779 839 839 839 1259 1139 1319 1319 1259
        Zr 226 208 185 186 205 258 234 254 246 213
        Hf 8.2 7.5 6.8 7.0 7.5 7.3 6.5 7.0 6.8 5.6
        La 64.8 51.1 51.5 44.2 48.9 44.3 42.3 48.5 46.6 46.5
        Ce 138.2 110.5 114.0 100.5 105.0 90.1 82.8 94.7 94.1 91.4
        Pr 14.94 12.44 12.95 11.70 11.95 9.50 8.30 9.86 9.87 10.30
        Nd 55.8 46.6 48.6 42.9 43.1 32.1 27.6 32.5 32.7 33.9
        Sm 11.90 9.94 10.80 9.12 9.31 5.29 4.74 5.41 5.52 6.22
        Eu 0.48 0.52 0.51 0.57 0.52 0.80 0.73 0.81 0.84 0.77
        Gd 11.10 9.12 10.00 8.41 8.72 4.68 3.96 4.58 4.52 5.21
        Tb 1.89 1.50 1.64 1.37 1.44 0.71 0.63 0.74 0.72 0.78
        Dy 10.90 8.81 9.39 7.94 8.27 4.25 3.78 4.24 4.34 4.88
        Ho 2.16 1.76 1.87 1.61 1.71 0.94 0.82 0.92 0.89 1.01
        Er 6.55 5.20 5.60 4.82 5.37 2.94 2.61 2.82 3.03 3.25
        Tm 1.01 0.83 0.84 0.78 0.86 0.51 0.47 0.48 0.50 0.51
        Yb 6.68 5.23 5.56 5.09 5.72 3.38 3.20 3.11 3.27 3.61
        Lu 0.95 0.74 0.83 0.75 0.88 0.52 0.48 0.47 0.50 0.56
        Y 69.0 51.4 54.5 46.0 52.4 26.8 26.4 27.0 27.7 29.9
        ΣREE 330.16 265.29 272.59 235.66 251.75 198.02 180.62 209.44 204.70 206.30
        LREE 288.92 232.10 236.86 204.89 218.78 180.09 164.67 192.08 186.93 186.49
        HREE 41.24 33.19 35.73 30.77 32.97 17.93 15.95 17.36 17.77 19.81
        LREE/HREE 7.01 6.99 6.63 6.66 6.64 10.04 10.32 11.07 10.52 9.41
        (La/Yb)N 6.96 7.01 6.64 6.23 6.13 9.40 9.48 11.19 10.22 9.24
        δEu 0.13 0.17 0.15 0.20 0.18 0.49 0.52 0.50 0.51 0.41
          注:A/CNK=Al2O3/(CaO+Na2O+K2O) (mol);A/NK= Al2O3/(Na2O+ K2O) (mol);DI(分异指数)=Qz+Or+Ab+Ne+Lc+K;R1=4Si-11(Na+K)-2(Fe+Ti) (mol);R2= 6Ca+2Mg+Al (mol).

        表 2  翠中铁钨多金属矿床岩浆岩主量元素(%)和微量元素(10-6)分析结果

        Table 2.  Major oxides (%) and trace elements (10-6) of the coarse-grained alkali-feldspar granite and the fine-grained alkali- feldspar granite in the Cuizhong deposit

        图  6  翠中矿区岩浆岩K2O-SiO2图解(a)和A/NK-A/CNK图解(b)

        Figure 6.  K2O vs. SiO2 diagram (a) and A/NK vs. A/CNK diagram (b) of the coarse-grained alkali-feldspar granite and the fine-grained alkali-feldspar granite in the Cuizhong deposit

        图  7  翠中矿区花岗岩稀土元素球粒陨石标准化分布图(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)

        Figure 7.  Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle (PM) normalized trace element diagrams (b) of the coarse-grained alkali-feldspar granite and the fine-grained alkali-feldspar granite in the Cuizhong deposit

        细粒碱长花岗岩地球化学总体显示出高Si、富Al、富K的特征(表 2).SiO2含量为71.33%~72.94%,K2O含量为4.63%~4.85%,在SiO2-K2O图解(图 6a)中,岩石样品基本落入钾玄岩系列区域中,表明其富钾特征显著.样品Al2O3含量为13.92%~14.26%,铝指数A/CNK变化于1.00~1.02,A/NK比值变化于1.17~1.19,在A/CNK-A/NK图解(图 6b)中,岩石样品集中分布在过铝质与准铝质分界线之上,表现出明显的准铝质-过铝质特征.微量元素原始地幔标准化蛛网图(图 7a)显示,岩体表现出Rb、K、Th、U等大离子亲石元素的相对富集以及P、Ti、Sr、Nb等高场强元素的相对亏损(表 2)(关庆彬等,2016).岩体稀土元素总量偏高,ΣREE为181×10-6~209×10-6,LREE/HREE为9.41~11.07,具有明显的负Eu异常(δEu平均值为0.49)(表 2).稀土元素球粒陨石标准化图解(图 7b)显示,元素分布呈向右倾斜的“V”型曲线,轻稀土(La-Sm)基本呈陡右倾式折线,LREE分异强烈;重稀土(Gd-Lu)曲线变化复杂,整体平缓向下,局部呈略向上的平缓折线,HREE分异不明显.

      • 在锆石U-Pb定年的基础上,进一步开展了锆石Hf同位素分析.粗粒碱长花岗岩中锆石的176Hf/177Hf比值为0.282 232~0.282 490,εHf(t)值为-8.31~0.57,两阶段模式年龄(TDM2)变化于1 433~1 992 Ma;细粒碱长花岗岩中锆石的176Hf/177Hf比值为0.282 732~0.282 787,εHf(t)值为2.84~4.78,两阶段模式年龄(TDM2)变化范围为938~1 058 Ma(表 3).

        样品编号 年龄 176Yb/177Hf 176Lu/177Hf 176Hf/177Hf (176Hf/177Hf)i εHf(0) εHf(t) TDM1(Ma) TDM2(Ma) fLu/Hf
        粗粒碱长花岗岩(CZ-1)
        1 495 0.065 563 0.001 542 0.000 080 0.282 433 0.000 026 0.282 418 -11.99 -1.58 1 174 1 565 -0.95
        2 497 0.035 598 0.000 801 0.000 012 0.282 388 0.000 025 0.282 380 -13.58 -2.89 1 214 1 649 -0.98
        3 501 0.053 067 0.001 230 0.000 073 0.282 409 0.000 022 0.282 398 -12.84 -2.23 1 198 1 608 -0.96
        4 503 0.046 163 0.001 036 0.000 038 0.282 407 0.000 019 0.282 397 -12.91 -2.19 1 195 1 608 -0.97
        5 500 0.037 757 0.000 880 0.000 013 0.282 386 0.000 020 0.282 378 -13.65 -2.93 1 219 1 653 -0.97
        6 500 0.038 796 0.000 898 0.000 012 0.282 442 0.000 023 0.282 434 -11.67 -0.94 1 142 1 529 -0.97
        7 500 0.030 176 0.000 646 0.000 010 0.282 232 0.000 018 0.282 226 -19.10 -8.31 1 425 1 992 -0.98
        8 503 0.035 019 0.000 771 0.000 010 0.282 417 0.000 023 0.282 409 -12.55 -1.73 1 173 1 580 -0.98
        9 501 0.074 018 0.001 510 0.000 072 0.282 490 0.000 025 0.282 476 -9.97 0.57 1 092 1 433 -0.95
        细粒碱长花岗岩(CZ-7)
        1 204 0.069 211 0.001 726 0.000 062 0.282 753 0.000 024 0.282 746 -0.67 3.56 721 1 014 -0.95
        2 203 0.080 732 0.001 994 0.000 049 0.282 757 0.000 027 0.282 749 -0.53 3.65 720 1 007 -0.94
        3 197 0.050 860 0.001 232 0.000 032 0.282 763 0.000 024 0.282 758 -0.32 3.87 697 991 -0.96
        4 200 0.039 247 0.001 004 0.000 024 0.282 732 0.000 029 0.282 728 -1.41 2.84 737 1 058 -0.97
        5 203 0.074 609 0.001 709 0.000 044 0.282 787 0.000 032 0.282 781 0.53 4.78 672 938 -0.95
        6 201 0.067 302 0.001 654 0.000 061 0.282 769 0.000 031 0.282 763 -0.11 4.10 697 980 -0.95
        8 201 0.074 024 0.002 037 0.000 061 0.282 740 0.000 022 0.282 732 -1.13 3.00 746 1 048 -0.94

        表 3  翠中矿区岩浆岩锆石Hf同位素分析结果

        Table 3.  Hf isotopic compositions of zircons from the coarse-grained alkali-feldspar granite and the fine-grained alkali-feldspar granite in the Cuizhong deposit

      • 翠中铁多金属矿区的7件金属硫化物(方铅矿和闪锌矿)和7件岩体铅同位素测试结果见表 4.为排除岩石中一定量的U和Th对Pb同位素组成造成的影响,对矿区岩石的Pb同位素数据进行了校正(张乾等,2000).硫化物中的U、Th元素含量较低,由U、Th衰变而来的放射性铅较少,对铅同位素组成的影响可以忽略不计.

        样品编号 测试对象 206Pb/204Pb 207Pb/204Pb 208Pb/204Pb U Th Pb (206Pb/ 204Pb)t (207Pb/ 204Pb)t (208Pb/ 204Pb)t μ ω α β γ
        CZ-0143 方铅矿 18.701±0.002 15.603±0.001 38.252±0.003 9.44 34.30 77.56 17.56 20.85
        CZ-0140 方铅矿 18.703±0.002 15.620±0.001 38.300±0.004 9.47 34.63 77.67 18.67 22.13
        CZ-0161 方铅矿 18.713±0.002 15.613±0.002 38.272±0.004 9.46 34.41 78.25 18.22 21.39
        CZ-0162 闪锌矿 18.782±0.002 15.695±0.001 38.540±0.005 9.61 35.84 83.44 23.62 29.22
        CZ-017 方铅矿 18.719±0.002 15.622±0.001 38.304±0.003 9.48 34.58 78.59 18.80 22.24
        CZ-0181 方铅矿 18.713±0.001 15.616±0.001 38.281±0.003 9.47 34.47 78.25 18.41 21.63
        CZ-0182 闪锌矿 18.728±0.002 15.634±0.002 38.338±0.004 9.50 34.77 79.11 19.59 23.15
        CZ-011 粗粒碱长花岗岩 19.857±0.002 15.684±0.002 39.258±0.005 13.4 43.6 32.5 17.484 15.551 36.830 9.49 34.22 68.35 18.44 16.08
        CZ-013 粗粒碱长花岗岩 19.842±0.002 15.675±0.002 39.277±0.004 27.1 53.5 36.4 17.558 15.436 36.617 9.24 31.85 57.07 9.59 2.09
        CZ-021 细粒碱长花岗岩 19.089±0.003 15.607±0.002 38.585±0.005 5.5 20 25.6 18.6607 15.583 38.024 9.41 33.43 75.23 16.26 14.77
        CZ-023 细粒碱长花岗岩 19.144±0.003 15.624±0.003 38.743±0.008 5.3 18.7 26.3 18.691 15.602 38.232 9.44 34.26 76.98 17.5 20.32
        CZ-031 细粒碱长花岗岩 19.153±0.002 15.610±0.002 38.684±0.005 5.4 20.7 30.5 18.755 15.591 38.197 9.41 33.72 80.67 16.78 19.38
        CZ-0131 细粒碱长花岗岩 19.388±0.002 15.642±0.002 38.603±0.004 5.4 19.1 21.4 18.821 15.614 37.962 9.45 32.69 84.47 18.28 13.11
        CZ-0133 细粒碱长花岗岩 19.721±0.002 15.656±0.002 38.797±0.004 5.1 19.2 22.3 19.207 15.631 38.179 9.46 31.91 106.71 19.39 18.90

        表 4  翠中矿区金属硫化物和岩石Pb同位素组成

        Table 4.  Lead isotope data of the rocks and sulfides in the Cuizhong deposit

        方铅矿和闪锌矿具有较为均一的Pb同位素组成,207Pb/204Pb为15.603~15.695,平均值为15.629;208Pb/204Pb为38.252~38.540,平均值为38.327;206Pb/204Pb为18.701~18.782,平均值为18.723;μ值变化范围为9.44~9.61,平均值为9.49.

        粗粒碱长花岗岩的206Pb/204Pb为17.484~17.558,平均值为17.521;207Pb/204Pb为15.436~15.551,平均值为15.494;208Pb/204Pb为36.617~36.830,平均值为36.724;μ值变化范围为9.46~9.49,平均值为9.475.

        细粒碱长花岗岩中207Pb/204Pb为15.583~15.631,平均值为15.604;208Pb/204Pb为37.962~38.232,平均值为38.119;206Pb/204Pb为18.661~19.207,平均值为18.827;μ值变化范围为9.41~9.46,平均值为9.43.

      • 由于矿区岩心中的辉钼矿鳞片细、杂质较多,不易分选,本次研究只挑选出了一个辉钼矿样品(ZK2032-6)进行Re-Os同位素测试,测得辉钼矿Re-Os模式年龄为202±2.9 Ma(表 5).

        Re (ng/g) 普Os (ng/g) 187Re (ng/g) 187Os (ng/g) 模式年龄(Ma)
        样品号 测定值 不确定度 测定值 不确定度 测定值 不确定度 测定值 不确定度 测定值 不确定度
        ZK2032-6 1 118 9 0.002 7 0.001 5 702.6 5.4 2.374 0.018 202 2.9

        表 5  翠中矿区辉钼矿Re-Os同位素组成

        Table 5.  Re-Os data for molybdenites from the Cuizhong deposit

      • 根据翠中矿区岩浆岩的锆石U-Pb定年结果,粗粒碱长花岗岩206Pb/238U加权平均年龄为503±2.9 Ma,细粒碱长花岗岩206Pb/238U加权平均年龄为201±6.4 Ma,代表了各自岩体的侵入年龄.

        矿区辉钼矿的Re-Os模式年龄为202± 2.9 Ma,代表了钼成矿作用的时代,与邻区的翠宏山铁钨多金属矿床的成矿时代(204±3.9 Ma,陈贤等,2017;198~202 Ma,Hu et al., 2014;199±3.7 Ma,郝宇杰等,2013)较为相似,略早于霍吉河钼矿床的成矿时代(184±1.5 Ma,陈静等,2012;186± 1.7 Ma,杨言辰等,2012;178±1.1 Ma,杜晓慧和张勇,2015;181±3 Ma, 张琳琳等, 2014),表明178~203 Ma可能是翠宏山矿田钼成矿作用的高峰期.由于辉钼矿的Re-Os模式年龄与翠中矿区细粒碱长花岗岩的锆石U-Pb年龄基本一致,指示钼成矿作用可能与深部细粒碱长花岗岩有关,而浅部的粗粒碱长花岗岩仅扮演了赋矿围岩的角色.

      • 粗粒碱长花岗岩的εHf(t)值除一个样品点位为正值外,其余均为负值(-8.31~0.57),其176Hf/177Hf比值(0.282 232~0.282 490)相对较低,锆石Hf同位素两阶段模式年龄TDM2 (1 433~1 992 Ma)相对较老,范围变化较大,反映其主要来源于中元古代古老地壳部分熔融(图 8).细粒碱长花岗岩的εHf(t)值均为正值(2.84~4.78),其176Hf/177Hf比值(0.282 732~0.282 787)相对较高,锆石Hf同位素两阶段模式年龄TDM2(938~ 1 058 Ma)相对较年轻,表明其来自于亏损地幔中新增生的年轻地壳物质的部分熔融(图 8).

        图  8  翠中矿区花岗岩锆石U-Pb年龄与εHf(t)关系图解

        Figure 8.  εHf(t) values vs. U-Pb ages of zircons from the coarse-grained alkali-feldspar granite and the fine-grained alkali-feldspar granite in the Cuizhong deposit

      • 由于Cu、Pb、Zn元素的地球化学性质较为相似,但Pb、Zn的稳定性大于Cu,所以在沉淀过程中Cu元素早于Pb、Zn发生沉淀,Cu/(Pb+Zn)比值的空间变化规律可用于反演成矿流体的运移方向(翟裕生和林新多,1993).根据Cu/(Pb+Zn)比值的三次趋势面分析(图 9),成矿流体从深部细粒碱长花岗岩向浅部运移,反映成矿作用可能与深部的细粒碱长花岗岩有关.

        图  9  翠中矿区207线剖面Cu/(Pb+Zn)比值的三次趋势面图

        Figure 9.  Cubic trend surface view of Cu/(Pb+Zn) ratio of Line 207 profile in the Cuizhong deposit

        207Pb/204Pb-06Pb/204Pb构造模式图解中(图 10),矿石和岩石铅样品基本都落在造山带演化线附近,其中矿石铅(闪锌矿和方铅矿)和细粒碱长花岗岩岩石铅分布范围较为一致,而与粗粒碱长花岗岩有明显区别.在△γ-△β成因分类图解(图 11)中,矿石铅(闪锌矿和方铅矿)和细粒碱长花岗岩岩石铅均落入岩浆作用铅的范围之内,指示矿石铅可能主要来源于细粒碱长花岗岩.

        图  10  翠中矿区岩矿石Pb同位素构造模式

        Figure 10.  Pb isotope structure pattern of ore and granites in the Cuizhong deposit

        图  11  翠中矿区Pb同位素△γ-△β成因分类图解

        Figure 11.  △γ-△β genetic classification diagram for lead isotope in the Cuizhong deposit

        综合成岩成矿时代、成矿元素的趋势面分析以及Pb同位素分析结果,我们认为翠中铁钨多金属矿床的成矿作用主要与深部的细粒碱长花岗岩有关,而与浅部的粗粒碱长花岗岩无关.

      • 中国东北地区的地质构造演化以一系列微陆块的复杂拼贴为特征,主要经历了古生代古亚洲洋的演化、中生代蒙古-鄂霍次克洋的演化、晚中生代-新生代西太平洋的演化3个阶段.额尔古纳地块在早古生代时期已经转为稳定,兴安地块在早古生代沿德尔布干断裂与额尔古纳地块发生拼合.在晚古生代晚期,松嫩地块沿贺根山-黑河断裂与上述联合块体拼贴.古生代末期,上述复合块体沿西拉木伦缝合带与华北克拉通聚合.佳木斯地块属外来地块,在中生代时期沿嘉荫-牡丹江断裂与上述地块拼合(Wu et al., 2000, 2007; Zhou et al., 2009; Wilde et al., 2010; 许文良等,2019).

        翠中铁钨多金属矿床中粗粒碱长花岗岩形成于503±2.9 Ma,暗示其可能与兴安地块与额尔古纳地块的拼贴碰撞有关,而细粒碱长花岗岩形成于201±6.4 Ma,可能与佳木斯地块和松嫩地块的拼合有关.

        粗粒碱长花岗岩和细粒碱长花岗岩均属于高钾钙碱性-钾玄岩系列,富钾、钠(Na2O+K2O平均值为8.76),具有准铝质-过铝质特征,表明这2种岩体为A型或高分异的I型花岗岩(Wu et al., 2002, 2003; 张旗等,2012).在花岗岩成因判别图解(图 12)上,细粒碱长花岗岩投点落入非A型花岗岩区域,粗粒碱长花岗岩落点落入A型花岗岩区域,并表现出A2型花岗岩的特征(图 13).因此粗粒碱长花岗岩属于A2型花岗岩,可能形成于后造山环境.细粒碱长花岗岩投点落入非A型花岗岩区域,由于副矿物组合中出现角闪石族矿物且未见堇青石、石榴子石等富铝矿物,明显不属于S型花岗岩(张天福等,2019).加之该岩体P2O5含量与SiO2含量呈一定的负相关,这与I型花岗岩演化趋势一致(Harrison and Watson, 1984张理刚,1992吴开兴等,2002),故此可推断细粒碱长花岗岩为I型花岗岩.在R1-R2构造环境判别图解中(图 14),细粒碱长花岗岩主要显示出同碰撞花岗岩的特征,而粗粒碱长花岗岩靠近造山期后A型花岗岩区域.

        图  12  翠中矿区花岗岩成因判别图解

        Figure 12.  (K2O+Na2O)/CaO vs. 10 000×Ga/Al (a) and FeO*/MgO vs. 10 000×Ga/Al (b) discriminant diagrams of granites in the Cuizhong deposit

        图  13  翠中矿区A型花岗岩构造环境判别图

        Figure 13.  Nb-Y-Ce (a) and Nb-Y-3Ga (b) tectonic discrimination of A-type granites in the Cuizhong deposit

        图  14  翠中矿区花岗岩R1-R2构造环境判别图

        Figure 14.  Granite R1 vs. R2 discrimination of granites in the Cuizhong deposit

        综合区域地质演化历史、矿区地理位置、岩浆岩类型和构造判别图解,翠中铁钨多金属矿床中的粗粒碱长花岗岩可能形成于兴安地块与额尔古纳地块碰撞之后的伸展环境,而细粒碱长花岗岩及其相伴的成矿作用可能形成于佳木斯地块与松嫩地块的碰撞造山环境.

      • (1)翠中铁钨多金属矿床矿区浅部粗粒碱长花岗岩成岩时代为503±2.9 Ma,深部细粒碱长花岗岩成岩时代为201±6.4 Ma,辉钼矿Re-Os同位素模式年龄为202±2.9 Ma,指示矿床形成时间约为202~201 Ma.

        (2)根据成岩成矿时代对比、成矿元素的趋势面分析以及Pb同位素分析结果,认为翠中铁钨多金属矿床的成矿物质来源于深部的细粒碱长花岗岩,而与浅部的粗粒碱长花岗岩无关.

        (3)粗粒碱长花岗岩来源于中元古代古老地壳的部分熔融,细粒碱长花岗岩则起源于亏损地幔中新增生的年轻地壳物质的部分熔融.

        (4)粗粒碱长花岗岩可能形成于兴安地块与额尔古纳地块碰撞之后的伸展环境.细粒碱长花岗岩以及相关的成矿作用可能形成于佳木斯地块向松嫩地块俯冲挤压的构造环境.

    参考文献 (56)

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