ACTA Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis

Study on Granitoid Intrusions Characteri­stics and Metallogen­etic Mechanism of Zhunsujihu­a Porphyry Mo-cu Deposit

LIU Cong, GUO Hu, LAI Yong†

-

Key Laboratory of Orogenic Belts and Crustal Evolution (MOE), School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871; † Correspond­ing author, E-mail: yonglai@pku.edu.cn

Abstract A precise Re-os isochron age of 297.2±4.3 Ma for the molybdenit­e and a zircon U-PB age of 301.1±4.0 Ma for the ore-bearing granite porphyry determined that the age of diagenesis and mineraliza­tion of Zhunsujihu­a porphyry Mo-cu Deposit is from Late Carbonifer­ous to Early Permian. The barren granodiori­te in this mining area yielded a zircon U-PB age of 301.2±2.2 Ma, which is consistent with that of granite porphyry. Amphibole and biotite in granitic rocks and their geochemica­l characteri­stics of high Rb, Th, Ba, and low P, Ti suggest that granite porphyry and granodiori­te belong to I-type granites. Relatively low Re, Mg#, Nb/ta, Zr/hf values, coupled with whole-rock Sr-nd isotopes (low ISR and positive εnd(t)) signify that they are mainly originated from a juvenile lower crust source derived from depleted mantle. It can be recognized from the whole-rock major and trace element data that significan­t fractional crystalliz­ation occurs during magmatic evolution, which is beneficial to further enrichment of Mo in the melt. Using the Ce4+/ce3+ ratio in zircons to calculate the oxygen fugacity of magma during fractionat­ion, it is found that the oxygen fugacity of granite porphyry is relatively high (average ΔFMQ is +4.8), and that of the granodiori­te is relatively low (average ΔFMQ is +2.2), indicating that magma with high oxygen fugacity is more conducive to mineraliza­tion. Key words porphyry Mo-cu deposit; zircon U-PB dating; molybdenit­e Re-os dating; I-type granite; oxygen fugacity; Zhunsujihu­a

准苏吉花斑岩型钼铜(Mo-cu)矿床位于内蒙古苏尼特­左旗西北部, 属于中蒙边境巨型成矿­带的组成部分[1‒2]。该带是我国北方重要的­多金属成矿带,晚古生代受古太平洋板­块俯冲影响, 发育一系列斑岩型矿床, 如欧玉陶勒盖Cu-au矿床、查干苏布尔加Cu-mo矿床以及准苏吉花­Mo-cu矿床等[3‒5]。中新生代以来, 受蒙古‒鄂霍茨克洋闭合及太平­洋板块向欧亚大陆俯冲­的影响, 岩浆活动强烈, 发育大量高硅、高钾的钙碱性I型花岗­岩, 形成一系列斑岩型钼矿、铜矿、矽卡岩型铅锌矿以及热­液脉型银矿等多种矿床[6‒11]。矿区在大地构造上位于­兴蒙造山带乌里雅苏台­活动大陆北缘, 除准苏吉花钼铜矿床外, 该构造区域近年来还陆­续发现乌兰德勒、达莱敖包、乌花敖包和宝格达乌拉­等多个燕山期钼矿

[3,11]床(点), 有着巨大的资源前景 。作为我国东北地区古亚­洲洋成矿体系中的典型­矿床, 准苏吉花矿床与区域内­大多数形成于环太平洋­构造体系的斑岩型铜钼­矿有明显的区别。对该矿床进行详细的岩­石学和成矿机制研究, 有助于认识中亚造山带­不同构造背景下斑岩型­矿床成矿机制的异同, 并对探讨和解释我国东­北地区多钼少铜的现象­具有重要意义。

目前, 准苏吉花矿床已探明的­Mo总矿石量为196­1.17 万吨, 平均品位为0.138 %; Cu总矿石量为67.58万吨, 平均品位为0.793%[4,12‒13]。前人对矿区地质、年代学和同位素地球化­学特征进行初步研究, 获得与成矿相关岩体的­形成年龄(花岗斑岩锆石U-PB年龄: 298.3±3.1 Ma[2]; 花岗闪长岩锆石UPB­年龄: 299.7±1.9 Ma[1], 300.0±2.0 Ma[12])和成矿年龄(辉钼矿Re-os等时线年龄: 298.3±3.6 Ma[2])。但是, 有关与成矿相关花岗岩­的成因以及花岗岩与钼­铜矿成因联系的研究相­对薄弱[1,12‒14], 在一定程度上制约了对­该矿床及区域成矿规律­的认识。

本文在前人工作的基础­上, 通过对花岗斑岩和花岗­闪长岩的年代学、岩石地球化学、同位素地球化学及岩浆­氧逸度等特征的分析, 进一步论证矿区岩体的­形成时代及辉钼矿的成­矿时代、花岗岩岩浆源区、岩浆演化及岩浆氧逸度­对成矿的指示意义。

1 地质背景和样品测试方­法

准苏吉花斑岩型Mo-cu矿床位于内蒙古自­治区东部苏尼特左旗境­内, 所处构造部位属于中亚­造山带东段西伯利亚板­块南缘俯冲增生带。该构造带古生代到中生­代经历明显的碰撞造山、碰撞后伸展作用及构造­转换过程[4]。矿区出露的地层主要有­古生界奥陶系巴彦呼舒­组变质碎屑岩, 石炭‒二叠系宝力高庙组变质­碎屑岩以及第四系沉积­层。区域内海西期、印支期和燕山期均有岩­浆活动, 海西期主要发育花岗闪­长岩、花岗斑岩和一些闪长岩­脉, 印支期和燕山期主要发­育花岗质岩体[2], 燕山期花岗岩体侵入接­触海西期花岗闪长岩。研究区内断裂构造主体­呈北东向展布, 控制地层及岩浆岩的分­布,并发育次一级北西向断­裂构造[5](图1)。

准苏吉花矿区出露的岩­浆岩主要有花岗斑岩、花岗闪长岩及少量闪长­玢岩脉(图2(a)~(c))。花岗斑岩体呈舌状侵入­石炭‒二叠系宝力高庙组碎屑­岩,具斑状或似斑状结构, 块状构造, 斑晶以石英和长石为主, 含量为10%~15%, 粒径为1~3 mm, 基质主要为石英、斜长石、钾长石、角闪石和云母类矿

物。花岗闪长岩具有典型的­花岗结构, 块状构造,主要矿物组合为石英、斜长石、角闪石、黑云母和钾长石等。矿体主要赋存在花岗斑­岩或花岗斑岩与围岩的­接触带(图1)。矿区东西长约2 km, 南北宽约1 km, 矿体呈北西向展布。共有273条矿体, 其中含145条工业矿­体和128 条低品位矿体。

矿体呈网脉状、浸染状和团簇状等, 主要矿石矿物有黄铜矿、辉钼矿、磁铁矿、斑铜矿、铜蓝和闪锌矿等, 脉石矿物有石英、黄铁矿、斜长石、钾长石、黑云母、绢云母、绿帘石、绿泥石、石膏和方解石等。辉钼矿为半自形晶片状, 呈不等粒状、弯曲状、树枝状、放射状或菱片状集合体(图2(d)~ (j)), 黄铜矿和黄铁矿以半自­形‒它形粒状分布在石英脉­中。矿体围岩蚀变由内向外­可划分为钾化带、硅化带、绢英岩化带和青磐岩化­带。矿化作用可以划分为4­个阶段: 1) 钾化阶段, 无矿化, 以出现大量钾长石或黑­云母为特征; 2) 硅化阶段, 为辉钼矿沉淀的主要阶­段; 3) 石英绢云母化阶段, 主要形成黄铜矿、黄铁矿和闪锌矿等; 4) 碳酸盐阶段, 主要形成无矿石英脉和­方解石脉等。

将矿区花岗斑岩(ZK-1, ZK-2和ZK-3)和花岗闪长岩(PG-1, PG-2和PG-3)样品破碎至粒径约为1­00 μm, 先用重液和磁法分选, 然后在双目显微镜下人­工挑选锆石。锆石阴极发光图像(CL)、U-PB 同位素及微量元素分析­均在北京大学造山带与­地壳演化教育部重点实­验室完成, 质谱系统为美国 Agilent公司生­产的7500 ce/cs型四级杆电感耦合­等离子体质谱仪(ICP-MS), 激光束斑直径为32 μm, 剥蚀时间控制在40秒。用 Andersen[15]的方法进行普通铅扣除, 使用 Isoplot/ex 3.0版本软件计算谐和年­龄并

绘制谐和图。全岩主量和微量元素分­析在澳实矿物实验室(广州)完成。主量元素分析采用X荧­光光谱仪(Xrf)(panalytica­l PW2424, 荷兰), FEO分析采用容量滴­定法, 烧失量分析采用重量法, 检出精度均为0.01%。微量和稀土元素分析采­用等离子质谱法(Icp-ms)(agilent 7900, 美国), 检出精度均≤0.5 μg/g。辉钼矿样品的Re-os同位素分析在中国­地质科学院国家地质实­验测试中心铼‒锇同位素年代学实验室­完成, 采用美国 TJA 公司的 TJA X-series ICP-MS测定同位素比值。对含Os的HBR溶液­反复蒸馏纯化(两次常量蒸馏和一次微­量蒸馏), 将蒸馏残液倒入150 ml的 Teflon烧杯中, 用 ICP-MS测定Os同位素比­值。Re的测定采取丙酮萃­取分离和阴离子交换纯­化两步措施, 最后经强酸型阳离子交­换树脂除掉钠盐后, 流出液用于 ICP-MS 测试。

2 样品分析结果2.1 锆石 U-PB年龄和辉钼矿Re-os等时线年龄

大部分锆石为自形晶, 具有明显的震荡环带,

[16]具典型岩浆锆石特征 。花岗斑岩中锆石获得1­4个测点的数据, TH/U值的变化范围在0.31~1.1之间,平均值为0.58 (表 1), 14组数据的 206PB/238U 加权平均年龄为 301.1±4.0 Ma (图3)。花岗闪长岩中锆石获得­18个测点的数据, TH/U值的变化范围在0.34~ 0.72 之间, 平均值为0.47 (表 1), 18组数据的 206Pb/ 238U加权平均年龄­为301.2±2.2 Ma (图 3), 成岩时代与花岗斑岩相­近。

表2显示, 5件辉钼矿样品的18­7Re含量在6140~ 17581 ng/g之间, 187Os含量在30.95~87.66 ng/g之间,初始Os含量接近零, 可以判定辉钼矿中的O­s均为放射性成因。拟合的Re-os同位素等时线年龄­为297.2±4.3 Ma, Os模式年龄加权平均­值为300.3±1.9 Ma (图 4), 两个年龄值接近, 表明准苏吉花斑岩型矿­床成矿时代为晚石炭世­至早二叠世。岩体的锆石U-PB年龄与辉钼矿Re-os年龄接近, 成岩时代与成矿时代一­致。

2.2 锆石微量元素和稀土元­素组成特征

花岗斑岩中锆石的∑REE值为 928~2067 μg/g,平均 1505 μg/g, 花岗闪长岩中锆石的∑REE值为486~1499 μg/g, 平均854 μg/g, 花岗斑岩中锆石的稀土­总量明显高于花岗闪长­岩(表3)。稀土球粒陨石标准化曲­线均呈现轻稀土亏损、重稀土富集的左倾形态(图5)。花岗斑岩中锆石δeu­值为 0.24~0.41,平均0.29, 花岗闪长岩中锆石的δ­eu值为 0.21~0.45,平均 0.34, 二者均存在明显的Eu­负异常, 花岗斑岩的Eu负异常­程度比花岗闪长岩更高。

2.3 岩体主量和微量元素组­成特征

从表4看出, 矿区花岗闪长岩和花岗­斑岩均具有高硅(SIO2含量分别为6­9.26%~71.39%和 70.27%~ 70.38%)、高铝(AL2O3 含量分别为 14.36%~15.51%和15.18%~15.49%)、富碱(K2O+N2O的含量分别为7.33%~7.76%和 7.17%~7.40%)、贫钙(CAO 含量分别为 1.74%~2.03%和 2.08%~2.13%)、低镁铁(MGO含量分别为0.72%~0.87%和 0.74%~0.79%, FEOT 含量分别为2.12%~2.52%和2.11%~2.17%)的特点。花岗闪长岩位于高钾钙­碱性系列区域(图 6(a)), 铝饱和指数(A/CNK)在1.09~1.19之间, 落在过铝质区域(图 6(b)), 属于过铝质高钾钙碱性­系列岩石; 花岗斑岩位于钙碱性系­列区域(图 6(a)), A/CNK 在 1.08~ 1.09之间, 也落在过铝质区域(图6(b)), 属于弱过铝质钙碱性系­列岩石。

从表4看出, 花岗斑岩的全岩∑REE值为 97~ 106 μg/g, 平均102 μg/g, 轻稀土相对富集, 重稀土亏损, 稀土球粒陨石标准化曲­线呈现右倾形态(图7(a)); LREE/HREE值为8.3~8.7, 平均8.5; (La/yb)

N值为 9.53~9.69, 平均 9.61; δeu 值为 0.69~0.74, 平均 0.72, 显示较强的Eu的负异­常。花岗闪长岩的全岩∑REE值为83~145 μg/g, 平均111 μg/g, 轻稀土相对富集, 重稀土亏损, 稀土球粒陨石标准化曲­线呈右倾形态(图7(a)); LREE/HREE值为 5.2~7.2, 平均6.0; (LA/YB)N 值为 4.40~6.39, 平均 5.31; δeu 值为0.49~0.77, 平均 0.67, 显示较强的Eu的负异­常。花岗闪长岩与花岗斑岩­的稀土分布总体上相近, 但花岗斑岩稀土总量的­平均值低, 重稀土含量偏低,轻重稀土分馏更明显。

样品原始地幔标准化的­微量元素蛛网图(图7 (b))显示, 花岗闪长岩与花岗斑岩­具有相似的分布形态, 二者均表现出Th, U, La, Ce, Zr, Hf和Sr等元素的正­异常以及Ba, Ta, Nb, P和Ti的负异常, 差别在于花岗斑岩的Y, Yb和Lu的含量明显­偏低。

3 讨论3.1 矿区花岗岩类型

准苏吉花矿区花岗斑岩­和花岗闪长岩具过铝质­特征, 既有S型花岗岩的特点, 又有I型花岗岩富钠

 ??  ?? 图 1准苏吉花矿区地质简­图(据文献[2]修改) Fig. 1 Simplified geological map of Zhunaujihu­a Mo-cu deposit (modified from Ref. [2])
图 1准苏吉花矿区地质简­图(据文献[2]修改) Fig. 1 Simplified geological map of Zhunaujihu­a Mo-cu deposit (modified from Ref. [2])
 ??  ?? (a) 花岗斑岩; (b) 花岗闪长岩; (c) 闪长岩脉; (d) 辉钼矿; (e) 与黄铜矿伴生的辉钼矿; (f) 与辉钼矿伴生的黄铜矿­和黄铁矿; (g) 团块状辉钼矿; (h) 硫化物脉; (i) 石英脉中辉钼矿脉; (j) 硫化物脉与辉钼矿伴生­图 2准苏吉花钼铜矿床岩­石手标本、显微照片及矿化特征F­ig. 2 Hand specimens and photomicro­graphs of rocks from Zhunsujihu­a Mo-cu deposit and mineraliza­tion features
(a) 花岗斑岩; (b) 花岗闪长岩; (c) 闪长岩脉; (d) 辉钼矿; (e) 与黄铜矿伴生的辉钼矿; (f) 与辉钼矿伴生的黄铜矿­和黄铁矿; (g) 团块状辉钼矿; (h) 硫化物脉; (i) 石英脉中辉钼矿脉; (j) 硫化物脉与辉钼矿伴生­图 2准苏吉花钼铜矿床岩­石手标本、显微照片及矿化特征F­ig. 2 Hand specimens and photomicro­graphs of rocks from Zhunsujihu­a Mo-cu deposit and mineraliza­tion features

Newspapers in Chinese (Simplified)

Newspapers from China