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    大兴安岭南段道伦达坝黑云母花岗岩成岩时代、锆石微量元素、Lu-Hf同位素特征及地质意义

    李岩 许立权 李廷栋 肖庆辉 郭灵俊 程杨 范玉须 庞进力 袁伟明 罗鹏跃

    李岩, 许立权, 李廷栋, 肖庆辉, 郭灵俊, 程杨, 范玉须, 庞进力, 袁伟明, 罗鹏跃, 2020. 大兴安岭南段道伦达坝黑云母花岗岩成岩时代、锆石微量元素、Lu-Hf同位素特征及地质意义. 地球科学, 45(7): 2585-2597. doi: 10.3799/dqkx.2020.099
    引用本文: 李岩, 许立权, 李廷栋, 肖庆辉, 郭灵俊, 程杨, 范玉须, 庞进力, 袁伟明, 罗鹏跃, 2020. 大兴安岭南段道伦达坝黑云母花岗岩成岩时代、锆石微量元素、Lu-Hf同位素特征及地质意义. 地球科学, 45(7): 2585-2597. doi: 10.3799/dqkx.2020.099
    Li Yan, Xu Liquan, Li Tingdong, Xiao Qinghui, Guo Lingjun, Cheng Yang, Fan Yuxu, Pang Jinli, Yuan Weiming, Luo Pengyue, 2020. Geochronology, Zircon Trace Element and Lu-Hf Isotope Characteristics of the Biotite Granite and Their Geological Significance from Daolundaba Cu Polymetallic Deposit, Southern Great Hinggan Ling, China. Earth Science, 45(7): 2585-2597. doi: 10.3799/dqkx.2020.099
    Citation: Li Yan, Xu Liquan, Li Tingdong, Xiao Qinghui, Guo Lingjun, Cheng Yang, Fan Yuxu, Pang Jinli, Yuan Weiming, Luo Pengyue, 2020. Geochronology, Zircon Trace Element and Lu-Hf Isotope Characteristics of the Biotite Granite and Their Geological Significance from Daolundaba Cu Polymetallic Deposit, Southern Great Hinggan Ling, China. Earth Science, 45(7): 2585-2597. doi: 10.3799/dqkx.2020.099

    大兴安岭南段道伦达坝黑云母花岗岩成岩时代、锆石微量元素、Lu-Hf同位素特征及地质意义

    doi: 10.3799/dqkx.2020.099
    基金项目: 

    内蒙古自治区地质矿产勘查基金项目 2017-YS01

    详细信息
      作者简介:

      李岩(1988-), 男, 工程师, 从事岩石学和矿床学研究.ORCID:0000-0001-7392-0535.E-mail:liyan@cmgb.cn

      通讯作者: 许立权, E-mail:xuliquan2005@163.com
    • 中图分类号: P581;P611

    Geochronology, Zircon Trace Element and Lu-Hf Isotope Characteristics of the Biotite Granite and Their Geological Significance from Daolundaba Cu Polymetallic Deposit, Southern Great Hinggan Ling, China

    图(10)
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    出版历程
    • 收稿日期:  2020-04-29
    • 刊出日期:  2020-07-01

    大兴安岭南段道伦达坝黑云母花岗岩成岩时代、锆石微量元素、Lu-Hf同位素特征及地质意义

      通讯作者: 许立权, xuliquan2005@163.com
      作者简介: 李岩(1988-), 男, 工程师, 从事岩石学和矿床学研究.ORCID:0000-0001-7392-0535.E-mail:liyan@cmgb.cn
    • 1. 内蒙古自治区岩浆活动成矿与找矿重点实验室, 内蒙古呼和浩特 010020
    • 2. 中国地质科学院地质研究所, 北京 100037
    • 3. 中国冶金地质总局矿产资源研究院, 北京 101300
    • 4. 中国煤炭地质总局勘查研究总院, 北京 100039
    基金项目:  内蒙古自治区地质矿产勘查基金项目 2017-YS01

    摘要: 道伦达坝铜多金属矿床位于大兴安岭成矿带南段,对道伦达坝矿床黑云母花岗岩开展了锆石U-Pb测年、锆石微量元素和Lu-Hf同位素研究.锆石U-Pb LA-ICP-MS测年结果显示黑云母花岗岩形成时代为282.2±4.5~287.0±3.7 Ma.锆石Lu-Hf同位素研究结果显示黑云母花岗岩锆石均具有较高的176Hf/177Hf(平均值分别为0.282 770和0.282 769)和低的176Lu/177Hf(平均值分别为0.002 224和0.001 984)同位素组成,εHft)值变化范围为3.05~8.58之间和2.31~7.36,二阶段模式年龄分别为730.22~1 083.46 Ma和812.42~1 134.56 Ma,暗示其来源为年轻的新生下地壳,可能遭受了古老地壳的混染.锆石微量元素研究显示,黑云母花岗岩的锆石具有低的Nb含量(< 2×10-6)和强烈的Eu异常,符合S型花岗岩特征.锆石的Ti饱和温度平均值为770℃和785℃,指示其源区经历了水近饱和情况下的部分熔融,暗示其可能形成于俯冲环境下.

    English Abstract

      • 大兴安岭中南段位于古亚洲洋古生代俯冲消减增生带内,是我国北方重要的银、铅、锌、铜、锡、钼多金属矿集区(张天福等, 2019).区内已发现的代表性矿床有大井锡铜多金属矿、维拉斯托银铅锌锡多金属矿,拜仁达坝银铅锌多金属矿、黄岗梁铁锡矿,道伦达坝铜多金属矿、浩布高锌铁矿,毛登锡多金属矿等(翟德高等, 2012; 刘瑞麟等, 2018).一些研究者认为这些矿床大多形成于晚侏罗世-早白垩世(周振华等, 2010; 段明等, 2016; 刘瑞麟等, 2018),成矿作用是蒙古-鄂霍茨克洋碰撞造山作用与古太平洋板块俯冲作用远程效应联合作用的结果(刘瑞麟等, 2018),另一种观点则认为古生代亦是兴蒙造山带的一个重要的成矿阶段,形成了一套岛弧或活动大陆边缘环境下的斑岩-矽卡岩-热液脉型铜钼金多金属矿床(江思宏等, 2011周振华等,2014).

        道伦达坝铜钨锡多金属矿床南距内蒙古西乌珠穆沁旗道伦达坝苏木约3 km,矿床的钨锡金属总储量达到大型,铜为中型规模,铜、钨品位较富,Cu平均品位1%~5%左右,WO3平均为0.1%~1.0%左右,局部达到5%,是研究区内典型的铜钨锡银多金属矿床(王万军等,2005),对于该矿床的形成时代及成岩、成矿背景仍然存在争议,严重制约了区域成矿规律的研究.道伦达坝矿床的矿床地质特征、成矿流体和成矿物质来源等方面的证据显示,该矿床为中-高温热液脉状矿床,成矿作用与矿区内早二叠世黑云母花岗岩关系密切(潘小菲等, 2009; 徐佳佳等, 2009周振华等,2014). 王万军等(2005)段明等(2016)认为其为华北板块与西伯利亚板块碰撞造山后岩石圈伸展背景下的产物,周振华等(2014)开展了矿床地质、岩石学、锆石年代学、地球化学和锆石Hf、全岩Pb同位素研究,认为其形成于早二叠世西伯利亚板块南缘俯冲增生背景之下. 陈公正等(2018)测得矿区16号矿体锡石U-Pb年龄为135 Ma,认为矿区黑云母花岗岩仅为赋矿岩体,成矿作用与矿区外围燕山期张家营子岩体关系密切.

        众所周知,岩浆热液矿床成矿岩体往往因后期热液作用而发生蚀变,易对全岩地球化学成分造成影响.近年来研究表明,锆石在遭受变质作用后仍可保留原来的年龄和地球化学成分信息(赵振华,2010).本文对矿区黑云母花岗岩与成矿的关系进行了重新讨论,并对矿区黑云母花岗岩锆石开展了微量元素及Lu-Hf同位素研究,为研究成岩、成矿地质背景,总结大兴安岭地区成矿规律提供新的证据.

      • 道伦达坝铜多金属矿大地构造位置位于锡林浩特中间地块北部边缘地带,华北板块北缘与西伯利亚板块南缘的接触过渡带晚古生代岛弧增生杂岩带内(图 1a).从元古宙到中生代经历了多期次的构造-岩浆活动(邵济安等,1998).矿区出露的地层主要有下元古界宝音图群(Pt1by)黑云母斜长片麻岩、变粒岩和下二叠统寿山沟组粉砂质板岩、粉砂质泥岩及粉砂岩(原林西组),以及少量下白垩统白音高老组酸性火山碎屑岩(陈公正等,2018)(图 1b).矿区侵入岩主要为黑云母花岗岩,受区域构造控制,多呈50°左右延伸,侵入到砂板岩中,呈岩基状产出,在接触带处有云英岩化、角岩化等围岩蚀变.此外,还发育多种脉岩,主要包括花岗细晶岩岩脉、细粒花岗岩岩脉及石英脉等.矿区位于米生庙-阿拉腾郭勒复背斜北东段南东翼的第三挤压破碎带内,褶皱及断裂发育,其中汗白音乌拉背斜及北东向断裂是矿区内主要的控矿和容矿构造,直接控制矿区矿体的形态和分布(图 2).

        图  1  (a) 大地构造位置图;(b)矿区地质简图

        Figure 1.  (a)Sketch map showing tectonic position; (b)schematic geological map

        图  2  道伦达坝矿区构造示意图和A-A’矿体剖面图

        Figure 2.  Sketch of structure in Daolundaba deposit and orebody's section along A-A' line

        道伦达坝铜多金属矿床矿体总体沿北东向展布,少数呈北北东向、北北西向和近东西向延展,产状中等倾斜或陡倾斜,多赋存于黑云母花岗岩体与地层的接触带或岩体内部,受断裂构造控制作用明显,矿体膨胀收缩、分枝复合及尖灭再现等现象常见.可划分为铜矿体、钨矿体、锡矿体等异体共生矿,铜钨矿体、铜锡矿体、钨锡矿体等同体共生矿(潘小菲等, 2009).各矿体的矿石物质成分复杂,但组成基本相同,其中金属矿物主要有黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、毒砂、闪锌矿、黑钨矿、自然铜、自然银、赤铁矿银金矿、胶状黄铁矿、次生褐铁矿、孔雀石、蓝铜矿等;脉石矿物主要有石英、萤石、钾长石、绢云母、方解石、绿泥石等.矿石结构主要为交代熔蚀和半自行粒状、包含结构.构造主要为脉状、网脉状、交错脉状、团斑状、条带状、浸染状、团块状、薄膜状及胶状构造.寿山沟组的砂板岩是矿体的直接围岩,近矿围岩蚀变现象可见硅化、黄铁绢云岩化、碳酸盐化、绿泥石化、高岭土化、钾长石化、云英岩化、萤石化、电气石化,其中硅化、云英岩化、萤石化与矿体关系最为密切(潘小菲等, 2009; 周振华等, 2014).根据野观察、手标本及镜下鉴定,成矿过程可分为气成-高温热液阶段、高温热液阶段、中温热液阶段和低温热液阶段.气成-高温热液阶段广泛发育硅化、钾化、电气石化等,矿石矿物主要由白钨矿、黑钨矿、锡石和毒砂等.高温热液阶段发育黄铁绢英岩化、绿泥石化和萤石化,矿石矿物主要包括白钨矿、黑钨矿、锡石、毒砂、磁黄铁矿和黄铜矿.中温热液阶段是铜矿化的主要阶段,主要蚀变类型包括硅化、萤石化、绿泥石化、绢云母化和碳酸盐化,矿石矿物主要有黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿、菱铁矿和胶状黄铁矿等.低温热液阶段为成矿后热液活动,表现为方解石脉、萤石脉切穿早期矿脉或矿石(徐佳佳等,2009周振华等, 2010, 2014).

      • 样品DLDB18-001采自道伦达坝矿区矿石堆,为井下与成矿关系密切花岗岩,表面呈灰白色,有微弱蚀变.样品DLDB18-010粗粒黑云母花岗岩采自矿区外围(采样坐标:E 117°58′40″,N 44°15′50″),样品因风化表面呈浅黄色.两件样品总体呈中粗粒粒状结构,块状构造(图 3a3b),主要组成矿物包括石英、钾长石、斜长石和黑云母(图 3c3d),其中钾长石和斜长石存在泥化及绢云母化(图 2d),此外还可见少量锆石和石榴子石等副矿物.石英为不规则他粒状,粒径为3~5 mm,含量约为30%.钾长石为半自形板状,主要为微斜长石,常具格子状双晶,粒度约为3~5 mm,含量约为28%,斜长石为半自形板状,粒度为3~5 mm,含量约为32%.黑云母多呈自形-半自行鳞片状、粒度约为0.5~2.0 mm,含量约为10%.

        图  3  道伦达坝花岗岩手标本(a,b)、野外露头(c,d)及镜下显微(e.单偏光;f.正交偏光)照片

        Figure 3.  Photograph of specimens(a, b), fieldoutcrop(c, d)and microphotograph (e. polarized; f. orthogonal polarization)from Daolundaba biotite granite

      • 锆石单矿物挑选在首钢地质勘查院地质研究所完成.将样品人工破碎后,按照常规重力和磁选的方法初步分离出锆石,在双目镜下进一步挑选提存.锆石制靶及阴极发光照相在北京锆年领航科技有限公司完成.

        锆石U-Pb同位素及微量元素分析在中国科学技术大学壳幔物质与环境重点实验室激光剥蚀电感耦合等离子质谱仪(LA-ICP-MS)上完成,锆石测年分析所用的仪器为四极杆等离子体质谱仪,仪器型号为PerkinElmer Elan DRC Ⅱ.样品的熔蚀进样系统为193波长的ArF准分子激光剥蚀系统.剥蚀载气为惰性气体He,采用单点剥蚀,束斑直径为32 μm,激发频率为10 Hz,激光束能量为10 J/cm2,剥蚀时间为90 s,背景时间为19 s.使用LaDating@Zrn软件进行数据处理,使用ComPbCorr进行普通Pb校正,使用Isoplot3.23软件绘制协和图.以标准锆石91500作为标样,分析结果为1 061.9~1 065.0 Ma, 与推荐年龄(1 064 Ma)在误差范围内一致.锆石微量元素使用同一套仪器测试完成.以高纯度He气作为载气,流速为0.3 L/min,频率为10 Hz,激光束能量为11 J/cm2,剥蚀直径为32 μm,BF功率为1 350 W,雾化器流速为0.7 L/min.使用NIST610作为外标,以Si作为内标校正激光能量的漂移.分析结果采用LaTEcale软件进行处理,详细测试分析方法参见文献(Gao et al., 2002).

        锆石Lu-Hf同位素分析在北京锆年领航科技有限公司完成,检测仪器为激光剥蚀多接收器电感耦合等离子体质谱仪,激光进样系统为澳大利亚ASI(美国应用光谱)公司的Resolution SE 193nm准分子激光剥蚀系统,分析系统为美国Thermofisher公司的NEPTUNE plus(多接收等离子体质谱仪).在已进行过U-Pb同位素分析的锆石上选择不同的位置,利用Resolution SE 193 nm系统对锆石进行剥蚀,斑束直径为38 μm,能量密度为7~8 J/cm2,频率为10 Hz,激光剥蚀物质以高纯He为载气送入Neptune Plus(MC-ICPMS),接收器配置与溶液进样方式相同.获得标准锆石GJ-1的176Hf/177Hf值为0.281 993±37(2SD, n=14),与推荐值(0.282 015±19)在误差范围内一致(Elhlou et al., 2006).

      • 黑云母花岗岩锆石呈典型的长柱状晶型,结晶较好.锆石阴极发光照片可见清晰的岩浆锆石振荡环带(图 4),选择其中不具有明显的核-幔结构,亦无后期变质壳的锆石用于测试,其锆石U-Pb年龄可代表岩浆冷却结晶年龄.对两个样品分别选取25颗锆石进行U-Pb同位素测试,测试结果见附表1.其中样品DLDB18-001获得的25个数据中24个协和度较好(图 5a),样品DLDB18-010获得的25个数据协和度均较好(图 5b),锆石U和Th含量变化不大(Th为31.8~166.9,U为121.8~788.0),Th/U比为0.07~0.79,206Pb/238U加权平均年龄分别为282.2±4.5 Ma和287.0±3.7 Ma,表明其为晚古生代早二叠世岩浆活动的产物.

        图  4  道伦达坝黑云母花岗岩锆石CL图像

        Figure 4.  CL images of zircons from Daolundaba biotite granite

        图  5  LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄协和图

        Figure 5.  LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagrams

      • Lu-Hf同为素分析结果见附表2,Hf同位素总体成分均一,样品DLDB18-001锆石(176Hf/ 177Hf)i值介于0.282 694 ~0.282 850之间,平均值为0.282 758,εHf(t)值变化范围为3.05~8.58之间,平均值为5.32,一阶段模式年龄为tDM=575.52~781.42 Ma,二阶段模式年龄为tDMC=730.22~1 083.46 Ma.样品DLDB18-010锆石(176Hf/177Hf)i值介于0.282 670~0.282 812之间,平均值为0.282 758,εHf(t)值变化范围为2.31~7.36之间,平均值为5.44,一阶段模式年龄为tDM=635.25~809.35 Ma,二阶段模式年龄为tDMC=812.42~1 134.56 Ma.

      • 两件黑云母花岗岩样品锆石微量元素测试结果见附表3,样品DLDB18-001的锆石稀土总量为ΣREE=587×10-6~3 015×10-6,平均为1 483×10-6. Eu/Eu*值为0.01~0.13,平均为0.04,δEu值为0.01~0.10,平均为0.03. Ce/Ce*值为2.39~34.1,平均值为11.7,δCe值为1.53~14.39,平均为4.67.样品DLDB18-010的锆石稀土总量为ΣREE= 831×10-6~2 854×10-6,平均为1 627×10-6. Eu/Eu*值为0.01~0.1,平均为0.04,δEu值为0.01~0.08,平均为0.03. Ce/Ce*为2.80~28.53,平均为11.01,δCe值为1.68~8.84,平均为4.08.总体来说,道伦达坝黑云母花岗岩锆石微量元素具有明显的Ce正异常和Eu负异常,球粒陨石标准化配分曲线呈重稀土富集,轻稀土亏损的左倾谱型(图 6a).

        图  6  锆石球粒陨石标准化稀土元素配分图与Hf-TTi-in-zircon关系图

        Figure 6.  Chondrite-normalized REE patterns(a) and plots of zircons Hf-TTi-in-zircon of zircons(b)

      • 锆石的振荡环带通常被视作判别其是否为岩浆锆石的标志之一.然而,完全从流体或流体饱和的熔体中结晶的热液锆石也可具有类似岩浆锆石的振荡环带(Dubińska et al., 2004).本文选择两个黑云母花岗岩样品中振荡环带清晰、无后期变质壳的锆石进行测试(图 3),在Hf-TTi-in-zircon关系图基本落入未变质区域(图 6),可能为岩浆锆石或热液锆石.锆石中的Th/U值常被用作判断其成因,岩浆锆石的Th/U值通常大于0.1,变质成因和热液锆石Th/U则小于0.1.本文两个样品锆石Th/U值基本大于或接近0.1,符合典型岩浆锆石成因特征.然而,赵振华(2010)研究发现,判断锆石成因单纯依靠Th/U值是不可靠的,应与其他化学指标综合使用.近年来研究发现,岩浆锆石的稀土元素含量从La到Lu呈急剧增加趋势,强烈富集重稀土,稀土元素球粒陨石标准化曲线呈陡左倾,Ce呈明显正异常,Eu呈明显负异常.热液锆石稀土元素总含量明显更高,尤其表现为轻稀土含量明显增加,稀土元素球粒陨石标准化曲线相对平缓,Ce正异常不明显(赵振华, 2010).道伦达坝黑云母花岗岩锆石稀土总量与岩浆锆石稀土总量相似(平均值分别为1 483×10-6和1 627×10-6),稀土元素球粒陨石标准化曲线为陡左倾模式,具有明显的Ce正异常(Ce/Ce*平均值分别为11.7和11.01),和Eu负异常(Eu/Eu*平均值分别为0.04和0.04).在La-(Sm/La)N图 7a)和(Sm/La)N-Ce/Ce*图解中(图 7b),样品锆石均落入或接近岩浆锆石区域,偏离热液锆石区域.综上,本文所研究的锆石为岩浆同期结晶的岩浆锆石,其年龄可代表岩浆侵位或结晶时间.

        图  7  锆石La-(Sm/La)N(a)和(Sm/La)N-Ce/Ce*关系图(b)(底图引自Hoskin et al., 2005

        Figure 7.  Plots of zircon La-(Sm/La)N(a)and(Sm/La)N-Ce/Ce*(b)(modified from Hoskin et al., 2005)

        锆石U-Pb定年结果显示(附表1),矿区内黑云母花岗岩样品(DLDB18-001)协和度较好的24个点的206Pb/238U加权平均年龄为282.2±4.5 Ma,矿区外围内黑云母花岗岩样品(DLDB18-010)协和度较好的25个点的206Pb/238U加权平均年龄为287.0±3.7 Ma,与前人研究在误差范围内一致(周振华等, 2014; 段明等, 2016).表明道伦达坝矿床黑云母花岗岩为晚古生代早二叠世岩浆活动的产物.

      • 对锆石中微量元素Ti含量的有效测定并通过计算可以对岩浆结晶温度进行很好地约束(赵振华, 2010).本文采用Ferry and Watson(2007)的锆石Ti温度计算公式计算成岩温度,公式如下:

        $$\lg \left({ \times {{10}^{ - 6}}, {\rm{Ti - in - zircon}}} \right) = \left({5.711 \pm 0.072} \right) - \left({4\;800 \pm 86} \right)/t/\left({\rm{K}} \right) - \lg {a_{{\rm{SiO2}}}} + \lg {a_{{\rm{TiO2}}}} $$

        由于本文研究花岗岩体系中中存在石英,因此aSiO2≈1,在典型岩浆温度范围内,硅酸盐熔体中aTiO2≈0.6(Watson and Harrison, 2005; 赵振华, 2010),计算结果见(附表3).样品DLDB18-001的锆石Ti温度TTi的范围为662~892 ℃,平均值为770 ℃,样品DLDB18-010的锆石Ti温度TTi的范围为694~951 ℃,平均值为785 ℃.

        Chappell and Williams(2004)研究发现,澳大利亚拉克兰地区花岗岩可划分为高温和低温两种类型.前者早期锆含量较低,未达到饱和状态,锆含量表现出随温度增加而增加,随着岩浆结晶作用继续进行,锆含量达到饱和而含量降低,计算的温度代表了岩浆的最低温度;后者含有较多的残留锆石,可以推测岩浆开始结晶时锆就已经达到了饱和状态,锆含量随结晶过程而降低,计算的温度反映了岩浆最高温度(Chappell and Williams, 2004). Miller et al.(2003)依据锆饱和温度的高低将花岗岩分为“冷”(平均为766 ℃)和“热”(平均为840 ℃)两类,认为“冷”的花岗岩含源区残留物较多,岩浆的形成主要与流体加入有关,“热”的花岗岩含源区残留物较少,其形成可能主要与外来热的加入有关(Miller et al., 2003).本次测试锆石样品阴极发光图中可见一些具有继承锆石特征的锆石,加之,已有的研究表明道伦达坝黑云母花岗岩含有继承锆石,这说明岩浆初始处于锆饱和状态,计算出的锆石Ti温度反映了岩体形成的上限温度(Miller et al., 2003; 段明等, 2016).因此,本文研究的黑云母花岗岩应为低温花岗岩,其源区可能在流体加入情况下,经历了水近饱和条件下的熔融过程.

      • 岩石地球化学研究表明,黑云母花岗岩岩相学和岩石地球化学特征类似于白云鄂博地区印支期S型花岗岩(陶继雄等,2003),SiO2含量与澳大利亚Lachlan造山带的S型花岗岩SiO2(平均值为69.05%)含量相近,富Al2O3、K2O,过铝质,CIPW标准矿物刚玉(Cor)含量均大于1%,副矿物中多见白云母,符合典型S型花岗岩组成特征.全岩的锶同位素和铅同位素均显示了该岩体具有壳源特征(87Sr/86Sr初始比值为0.708 34)(王万军等,2005周振华等,2014).

        Wang et al.(2012)通过对比青藏高原南部典型I型、S型以及东北缘典型A型花岗岩类锆石微量元素成分发现S型花岗岩锆石具有相对高Th/Pb值(0.4~21.0)和低的Nb值(1×10-6~5×10-6),相比I型花岗岩具有更明显的Eu异常(Eu/Eu*=0.03~0.30,大多小于0.2),本文两件样品锆石均具有低的Nb含量(小于2×10-6)和强烈的Eu异常(Eu/Eu*值均小于0.2,平均值为0.04),符合S型花岗岩特征.在Th-Pb图解中本文两件样品的锆石均落入S型花岗岩范围内(图 8),这一结果与前人研究结果一致(周振华等,2014).

        图  8  锆石Th-Pb关系

        Figure 8.  Plots of zircon Th-Pb

        道伦达坝黑云母花岗岩锆石具有较高的176Hf/177Hf(平均值分别为0.282 770和0.282 769)和低的176Lu/177Hf(平均值分别为0.002 224和0.001 984)同位素组成,暗示锆石在形成之后仅具有很少的放射性成因Hf积累,所测定的176Hf/177Hf同位素组成可以代表其结晶时体系的Hf同位素组成(Amelin et al., 2000; 吴福元等, 2007a, 2007b). εHf(t)值变化范围为3.05~8.58之间和2.31~7.36,在εHf(t)-t图解中全部落入兴蒙造山带东段范围内(图 8a),位于球粒陨石和亏损地幔演化线之间(图 8b),在Grimes et al.(2007)提出的U-Yb(图 9a)、U/Yb-Y(图 9b)、U/Yb-Hf(图 9c)图解中,锆石均落入陆壳源区区域,暗示其来源于新生下地壳的部分熔融.锆石的fLu/Hf值介于-0.97~-0.88(平均值为-0.93)和-0.99~-0.91(平均值为-0.94),明显小于硅铝质地壳(-0.72)和镁铁质地壳(-0.34)(图 10),因此二阶段模式年龄更能反应其源区物质从亏损地幔被抽取的时间,或者在地壳的平均存留时间(周振华等,2011).道伦达坝黑云母花岗岩锆石Hf同位素二阶段模式年龄为730.22~1 083.46 Ma和812.42~1 134.56 Ma,表明岩浆侵位过程中可能遭受了古老地壳的混染.

        图  9  锆石Hf同位素特征图(底图引自Vervoort et al., 1996; 周振华等, 2014

        Figure 9.  Hf isotopic composition of zircon(modified from Vervoort et al., 1996; Zhou et al., 2014)

        图  10  锆石U-Yb(a)、U/Yb-Y(b)、U/Yb-Hf(c)关系图(底图引自Grimes et al., 2007

        Figure 10.  Plots of zircon U-Yb(a)、U/Yb-Y(b)、U/Yb-Hf(c)(modified from Grimes et al., 2007)

      • 道伦达坝矿床黑云母花岗岩属前进场岩体北段,主要为黑云母花岗岩、黑云母二长花岗岩、花岗闪长岩等.岩体可分为边缘相、过渡相及中心相,中心相位于岩体中心部位,出露面积小;边缘相广泛发育各类脉岩,岩体及围岩中均发育热液蚀变,表明岩体剥蚀程度低.矿体主要分布于岩体内外接触带或定位与岩体内部,受构造控制明显,近矿岩体普遍发育典型的高温(云英岩化、电气石化等)和中温(绿泥石、高岭土等)热液蚀变.岩体钨、锡元素含量显著偏高,与东乌珠穆沁旗沙麦钨矿的花岗岩体及江西大余洪水寨钨矿区花岗岩相比,钨、锡、钼等元素含量也较高,有利于形成类似于云英岩化型钨和铜的强烈矿化.流体包裹体研究显示,黑云母花岗岩与成矿各阶段从流体包裹体组分到均一温度均具有很好地继承性和连续演化特征,显示了浆控高温热液矿床成矿流体性质及演化的普遍规律,因此认为成矿初始流体源于黑云母花岗岩(徐佳佳等,2009). Feng et al.(2017)测得道伦达坝矿床5件黄铜矿和5件磁黄铁矿Rb-Sr等时线年龄分别为282.7±1.7 Ma和283.0±2.6 Ma,这一结果与黑云母花岗岩年龄在误差范围内一致.以上证据均表明黑云母花岗岩与道伦达坝矿床具有成因上的联系.此外,陈公正等(2018)测得矿区16号矿体锡石U-Pb年龄为135 Ma左右,推测矿区外围张家营子岩体(135 Ma)为该矿床的成矿岩体.然而,高温热液矿床一般产于岩体附近,从作者给出的采样点坐标来看,该岩体距离矿床较远(采样点:北纬44°14′27″,东经115°06′23″;道伦达坝矿床中心:北纬44°14′42″,东经117°58′36″),其是否为成矿岩体尚需要进一步加以确定.众多研究表明,大兴安岭南段中生代存在锡成矿高峰,道伦达坝共圈定铜矿体、钨矿体、锡矿体、铜钨矿体、铜锡矿体、钨锡矿体等共130多个矿体,因此,该年龄仅能证明在道伦达坝存在中生代锡成矿作用,但并不能以此否定晚古生代的成矿作用.

      • 一些学者认为古亚洲洋在早古生代已经闭合,从晚石炭世-早二叠世起,内蒙中部处于陆内伸展的环境下,在中二叠世开始发生裂解,形成了若干近东西向分布的海盆,并因持续的伸展发育为有限洋盆,在早中生代之后受华北板块和扬子板块碰撞及陆内造山作用的远程影响最终闭合(徐备等, 2014).另一种观点认为,古亚洲洋俯冲一直持续到晚古生代(刘建峰等, 2016),甚至持续到中生代(Xiao et al., 2003). 程杨等(2019)在迪彦庙地区识别出了一套洋内弧火成岩组合,其中MORE-Like玄武岩锆石U-Pb年龄为286±6.1 Ma,认为在早二叠世古亚洲洋在该地区仍然处于俯冲阶段(程杨等, 2019). 李尚启等(2017)对内蒙古中部温都尔庙地区变基性火山岩开展了地球化学和年代学研究,获得锆石U-Pb年龄为254.8±6.2 Ma,结合岩石地球化学及区域地质特征认为,温都尔庙地区在晚二叠世时古亚洲洋尚未闭合(李尚启等, 2017). Gao et al.(2016)范玉须等(2019)在西乌旗地区发现了晚二叠世(255~254 Ma)高锶低钇花岗岩和高镁安山岩(253~251 Ma),共同构成了俯冲板片断离背景下火成岩组合,表明晚二叠世该地区仍然存在俯冲作用.索伦山蛇绿岩中硅质岩中早二叠世放射虫动物群最新研究成果同样表明早二叠世古亚洲洋仍未闭合(李钢柱等, 2017).此外,内蒙东部不同区域、不同时代沉积物碎屑组分对比研究也证明了古亚洲洋沿西拉木伦缝合带自西向东呈"剪刀"式闭合,最终闭合时间持续到晚二叠-早三叠世(赵英利等,2016).内蒙古自治区地质矿产勘查基金(2017-YS01)运用李廷栋院士洋板块地质思想,对西拉木伦地区开展了系统的工作,将发育于该区域的原林西组粉砂质板岩、粉砂质泥岩及粉砂岩,归为下二叠统寿山沟组,为一套复理石或冲积扇建造.以上最新研究成果表明,古亚洲洋在早二叠世尚未完全闭合,在迪彦庙地区仍然存在俯冲作用及海相沉积地层.道伦达坝黑云母花岗岩为形成于早二叠世俯冲环境弧花岗岩(周振华等, 2014),为新元古代新生下地壳(可能为锡林浩特杂岩)在俯冲流体加入的情况下发生部分熔融的产物,岩浆源区岩石可能在早期经历了地表过程(吴福元等, 2007a),因此表现出S型花岗岩相似的地球化学特征.

        古亚洲洋为包含众多小洋盆和微陆块的多岛洋盆系统(邵济安等, 2018),大兴安岭地区位于古亚洲洋古生代构造演化域,处于洋-陆转换构造体制之下,经历了强烈的俯冲和增生造山作用,区内燕山期岩浆活动强烈,广泛发育同期的Ag、Pb、Zn、Cu、W、Sn、Mo等金属矿产,然而古生代与古亚洲洋俯冲、消减有关的矿床却较少(江思宏等, 2011; 周振华等, 2014).其原因是该地区古生代本身成矿作用较弱,还是由于燕山期强烈的岩浆活动使早期形成的矿床被破坏,或被后期成矿作用叠加改造?

        众所周知,矿床的形成和定位受许多局部地质因素的制约,但成矿初始驱动机制来源于地壳深部,成矿物质的运移和再富集是在洋-陆转化的过程中实现的.大洋俯冲带(洋/洋俯冲和洋/陆俯冲)是大洋板片的俯冲消亡地和大陆的诞生地,同时也是重要的矿产资源聚集地(肖庆辉等, 2016; 潘桂棠等, 2019).造山带蕴藏着众多大型、超大型金属矿床,全球2/3的铜矿和1/3的金矿都与俯冲增生造山作用和碰撞造山作用有关,典型的实例有滨太平洋成矿域和我国西藏冈底斯成矿带(李廷栋等, 2019).兴蒙造山带位于中亚造山带东段,地处西伯利亚板块与华北克拉通之间,经历了古亚洲洋从形成到消亡的完整演化过程.目前有报道的与其构造演化有关的成矿作用始于500 Ma,断续演化到210 Ma(江思宏等, 2018).代表性的矿床有多宝山斑岩型铜钼矿(506 Ma)、白乃庙斑岩型铜钼金矿床(440 Ma)、准苏吉花斑岩型钼矿(298 Ma)、奥尤特矽卡岩型铜锌矿(286 Ma)、毕力赫金矿(272 Ma)、车户沟斑岩型钼矿、白音诺尔矽卡岩型铅锌矿等(江思宏等, 2018).由此可见,兴蒙造山带内古生代内成矿作用并非个例.道伦达坝铜多金属矿床为与S型花岗岩有关的中-高温热液脉型矿床(徐佳佳等, 2009; 段明等, 2016),岩石地球化学研究表明,岩石富Al2O3、K2O,属过铝质,亏损Nb、Ta、Sr、Ti等元素,富集轻稀土、亏损重稀土且具有明显的Eu负异常,符合壳源成因的火山弧花岗岩成分特征,微量元素构造判别图中落入火山弧花岗岩和及其与同碰撞花岗岩边界范围内.结合锆石微量元素及同位素特征,说明该岩体形成于晚古生代早二叠世俯冲环境之下,为本区晚古生代古亚洲洋俯冲背景下的成矿作用增加了新的证据.加之,随着研究的深入,在一些中生代矿床中也发现了古生代成矿作用被叠加的证据(如黄岗梁、花敖包特)(要梅娟等, 2016; 陈公正等, 2018).综上,可以推测,随着古生代古亚洲洋的俯冲消减及增生造山作用过程,在兴蒙造山带可能存在着强烈成矿作用,形成了一批斑岩型、矽卡岩型及热液脉型矿床(江思宏等, 2011; 周振华等, 2014),这些矿床有的被保存了下了,有的经历了中生代成矿作用的叠加而被“掩盖”,需要更加详细的解剖加以识别.

      • (1) 道伦达坝黑云母花岗岩锆石U-Pb定年结果为282.2±4.5 Ma和287.0±3.7 Ma,表明其形成于早二叠世.

        (2) 锆石微量元素显示其具有S型花岗岩的特征.锆石Ti饱和温度为662~892 ℃(平均值为770 ℃)和694~951 ℃(平均值为785 ℃),暗示其可能形成于俯冲环境下,源区经历了水近饱和情况下的部分熔融.

        (3) 锆石Lu-Hf同位素结果显示εHf(t)值变化范围为3.05~8.58和2.31~7.36,且为陆壳锆石,暗示道伦达坝黑云母花岗岩源自新生下地壳的部分熔融;二阶段模式年龄较老(30.22~1 083.46 Ma和812.42~1 134.56 Ma),说明岩浆侵位过程中可能遭受古老地壳的混染.

    参考文献 (78)

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