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内蒙古西拉木伦成矿带劳家沟斑岩型钼矿流体包裹体特征及地质意义

2012-02-02曾庆栋刘建明段晓侠孙守恪张连昌

地质与勘探 2012年4期
关键词:细脉辉钼矿钼矿

刘 利,曾庆栋,刘建明,段晓侠,孙守恪,张连昌

(1.中国科学院矿产资源研究重点实验室,中国科学院地质与地球物理研究所,北京 100029; 2.中国科学院研究生院,北京 100049)

1 引言

近几年来,在大兴安岭南段,尤其是西拉木伦河断裂两侧陆续发现了一系列与中生代中酸性侵入体密切相关的斑岩型、石英脉型、火山热液型、云英岩型钼矿床,构成了一条长400多km,宽300km呈北东向展布的钼成矿带(吴华英等,2008;覃锋等,2008;曾庆栋等,2009a,2009b)。在诸多类型钼矿床中,规模最大、最具找矿潜力的当属斑岩型钼矿床,如鸡冠山和敖仑花斑岩钼矿已达大型规模,半砬山、小东沟、车户沟和好力宝斑岩钼矿也达中型规模(曾庆栋等,2009b)。劳家沟钼矿是该钼成矿带上新发现的一个斑岩型钼矿床,地处东段阿鲁科尔沁旗天山镇,目前正处于勘探阶段,因而其地质特征、成矿流体、成矿构造环境、成矿过程等的研究程度还很低。

斑岩型矿床的研究进展一直与流体包裹体的研究紧密相关(芮宗瑶等,2003)。前人对西拉木伦成矿带上一些典型斑岩钼矿的地质特征、成矿岩体、成矿时代、成矿的地球动力学背景等进行了一系列研究工作(吴华英等,2008;马星华等,2009;覃锋等,2008;曾庆栋等,2009a,2009b;张晓静等,2010),但对斑岩型钼矿的成矿流体关注相对偏少(舒启海等,2009;陈伟军等,2010;吴华英等,2010;褚少雄等,2010)。鉴于此,本文基于流体包裹体岩相学、显微测温及单个包裹体激光拉曼光谱分析,通过对劳家沟斑岩钼矿的成矿流体特征及其演化规律进行分析,进一步探讨西拉木伦成矿带燕山期斑岩型钼矿的成矿机制及成矿构造背景。

2 区域地质

劳家沟钼矿位于大兴安岭南段晚古生代增生造山带东段,NNE向的嫩江断裂与近EW向的西拉木伦河断裂交汇部位的北西侧(图1),是组成西拉木伦成矿带的重要矿床之一。大兴安岭南段经历了漫长的地质演化,区域构造十分复杂。中生代以来,区内进入陆内造山阶段,构造运动和岩浆活动非常强烈,为成矿提供了丰富的热源和成矿物质。

图1 西拉木伦成矿带地质简图及劳家沟斑岩钼矿的大地构造位置示意图(据曾庆栋等,2009b修改)Fig.1 Simplified geological map of the Xilamulun molybdenum metallogenic belt and tectonic map showing location of the Laojiagou porphyry Mo deposit(modified from Zeng et al.,2009b)1-第四系;2-中生代火山岩及沉积岩;3-二叠系变火山岩、板岩、大理岩及变砂岩;4-奥陶系-志留系片岩、大理岩及千枚岩; 5-早元古代片麻岩;6-太古宙片麻岩及花岗岩;7-晚燕山期花岗岩;8-早燕山期花岗岩;9-海西期花岗岩;10-主干断裂;11-斑岩型钼矿床及编号;12-其它成因类型钼矿床;斑岩型矿床:1-鸡冠山;2-小东沟;3-车户沟;4-敖仑花;5-半砬山;6-好力宝;7-劳家沟1-Quaternary System;2-Mesozoic volcanic rocks and sedimentary rocks;3-Permian metamorphic volcanic rocks,slate,marble and metamorphic sandstone;4-Ordovician-Silurian schist,marble and phyllite;5-Paleoproterozoic gneiss;6-Archean gneiss and granite;7-Late Yanshanian granite;8-Early Yanshanian granite;9-Hercynian granite;10-main faults;11-porphyry molybdenum deposits and their number;12-other types of molybdenum deposit-name of porphyry molybdenum deposit:1-Jiguanshan;2-Xiaodonggou;3-Chehugou; 4-Aolunhua;5-Banlashan;6-Haolibao;7-Laojiagou

以西拉木伦河断裂为界,西拉木伦成矿带包括南北两部分:南矿带产于华北地台北缘近EW向的早古生代增生造山带,北矿带产于大兴安岭南段NE向的晚古生代增生造山带(曾庆栋等,2009a)。早古生代增生造山带局部出露,为早古生代奥陶系-志留系的中-浅变质岩系,晚古生代增生造山带以二叠系为基底、中生界为盖层。本区的构造主要包括EW向和NNE向褶皱、压性断裂和韧性剪切带,NW向张性断裂。其中,近EW向的西拉木伦河深大断裂控制着该区的构造、岩浆侵入和成矿,NW向断裂与NE向嫩江断裂一起制约着侵入体的分布和矿化。矿床主要发育于断裂构造结点处及NW向断裂构造带内。区内岩浆活动以海西期和燕山期为主。海西期侵入岩主要有石英闪长岩、花岗闪长岩和花岗岩。燕山早期主要发育二长花岗岩、花岗闪长岩,晚期发育花岗岩和花岗斑岩。分布于西拉木伦断裂两侧的一系列钼矿多与早燕山期中酸性侵入体有关(图1)。

3 矿床地质特征

劳家沟钼矿区出露的地层主要为上侏罗统满克头鄂博组(J3m)(图2),岩性为沉积火山碎屑岩-火山岩;中二叠统大石寨组(P2d)在区内的中南部零星出露,岩性主要为蚀变安山岩、黑云母板岩和凝灰质粉砂岩。矿区断裂构造发育,NW向和近EW向断裂是主要控矿和储矿构造。矿区岩浆岩十分发育(图2),主要有中细粒(斑状)二长花岗岩、细粒二长花岗岩、黑云母二长花岗岩、花岗斑岩、闪长玢岩。其中中细粒斑状二长花岗岩是最主要的赋矿岩石。该岩体呈岩基产出,岩石具有似斑状结构,斑晶主要有石英、正长石、微斜长石、斜长石。岩石中普遍发育石英细脉,细脉中含少量浸染状或星点状辉钼矿,在细脉壁常发育细脉状辉钼矿,岩体中也可见少量细脉状、浸染状、团块状辉钼矿。石英细脉和岩体中通常发育浸染状或星点状黄铁矿。部分岩体中发育他形细粒结构、浸染状构造黄铜矿,石英细脉中则发育少量团块状黄铜矿。此外,在岩体和石英细脉中偶见零星分布的团块状闪锌矿、方铅矿集合体。岩体中还发育隐爆角砾岩,其角砾成分为中细粒(斑状)二长花岗岩,角砾由热液石英胶结,在角砾与石英接触部位常形成细脉状辉钼矿。细粒二长花岗岩大部分无辉钼矿矿化,只有个别与中细粒斑状二长花岗岩或黑云母二长花岗接触部位发育较好的钼矿化。花岗斑岩、闪长玢岩等根据岩脉的穿插关系可知明显形成于成矿期后。

3.1 矿体和矿石特征

目前矿区已圈出5条矿带(图2),其中Ⅰ矿带有3个矿体,Ⅱ、Ⅲ矿带各有2个矿体,Ⅳ、Ⅴ矿带各有1个矿体。Ⅱ矿带的2个矿体中间被平移断层错断,向两端变薄直至尖灭,近于平行展布。Ⅲ矿带地表分为南北2个矿化体,北部矿体为主要矿体。矿体呈透镜状、层状产出,长100~1500m,宽5~35m,走向大致为近东西向,倾向为近南、南西或近北,倾角主要为40~70°,钼平均品位为0.035%。

金属矿物以黄铁矿、辉钼矿、黄铜矿为主,有少量方铅矿和闪锌矿。非金属矿物主要有石英、绢云母、绿泥石、斜长石、钾长石、方解石,少量硬石膏、绿帘石和萤石。矿石主要呈自形-半自形结构(如黄铁矿、黄铜矿),片状、放射状、毛发状结构(如辉钼矿),其次为交代结构(如方铅矿交代前期的黄铁矿)和固溶体分离结构(如闪锌矿中溶出乳滴状的黄铜矿),细脉状、浸染状、薄膜状和团块状构造(图3)。

3.2 蚀变分带

在中细粒斑状二长花岗岩岩体内部及其周围的岩体中热液蚀变非常发育,蚀变类型以硅化、绢云母化、绿泥石化为主,次为钾长石化、碳酸盐化,局部发育绿帘石化。从空间来看,蚀变具有明显的分带,自下而上、由岩体内部向外部依次发育硅化-绢云母化带、硅化-绢云母化-绿泥石化带、碳酸盐化-绢云母化-绿泥石化-绿帘石化带。矿化主要发育在硅化-绢云母化带和硅化-绢云母化-绿泥石化带中。

3.3 成矿阶段划分

矿区细脉十分发育,类型丰富,脉中矿物共生组合主要有:(1)纯净的石英;(2)石英-黄铁矿; (3)石英-白云母;(4)石英-白云母-黄铁矿; (5)石英-白云母-辉钼矿;(6)石英-辉钼矿; (7)石英-黄铁矿-黄铜矿;(8)石英-黄铁矿-辉钼矿;(9)石英-辉钼矿-黄铜矿-黄铁矿;(10)石英-辉钼矿-黄铁矿-黄铜矿-白云母;(11)石英-方解石;(12)方解石。根据细脉穿插关系、矿物共生组合、矿石组构,将矿化过程划分为3个阶段。

(1)早阶段:由石英-辉钼矿-黄铁矿组成,辉钼矿赋存于石英细脉中,或呈纯辉钼矿细脉产出。根据这两种细脉的切割关系,可将早阶段分为两个亚阶段:早期为石英-辉钼矿-黄铁矿阶段,形成大量细脉,细脉两侧发育浸染状、团块状或细脉状辉钼矿,或/和浸染状、团块状的黄铁矿;晚期为辉钼矿阶段,辉钼矿充填裂隙形成纯辉钼矿细脉,细脉破裂后即为薄膜状辉钼矿。早阶段的蚀变主要有硅化、钾化。

图2 劳家沟钼矿区地质图(据王立明等,2009)Fig.2 Schematic geological map of the Laojiagou Mo deposit(after Wang et al.,2009)1-第四系;2-上侏罗统满克头鄂博组;3-中二叠统大石寨组;4-早白垩世流纹斑岩;5-早白垩世花岗斑岩、石英斑岩;6-早白垩世细粒闪长岩、闪长玢岩;7-晚侏罗世中细粒斑状二长花岗岩;8-中细粒二长花岗岩;9-花岗斑岩脉;10-流纹斑岩脉;11-矿体及编号;12-勘探线和钻孔位置1-Quaternary System;2-Upper Jurassic Series Manketouebo Group;3-Lower Permian Dashizhai Group;4-Early Cretaceous rhyolite porphyry;5-Early Cretaceous granite and quartz porphyry;6-Early Cretaceous fine-grained diorite and diorite porphyrite;7-Late Jurassic fine-grained porphyrytic monzogranite;8-fine-grained monzogranite;9-granite porphyry vein;10-rhyolite porphyry vein;11-ore body and its number;12-prospecting lines and location of borehole

图3 劳家沟钼矿矿石结构构造图Fig.3 Photos showing ore texture and structure in the Laojiagou Mo deposita-早阶段薄膜状辉钼矿;b-隐爆角砾岩中细脉状辉钼矿;c-闪锌矿交代前期粗粒黄铜矿,并随着温度降低熔离出乳滴状黄铜矿;d-中阶段生长于石英细脉两壁上的细脉状辉钼矿和团块状黄铜矿;e-中阶段的黄铜矿、闪锌矿、方铅矿;f-早阶段纯辉钼矿细脉;g-早阶段石英细脉中团块状辉钼矿;h-毛发状结构辉钼矿;Ccp-黄铜矿;Gn-方铅矿;Mo-辉钼矿;Sp-闪锌矿a-film-like molybdenite of early stage;b-veinlet molybdenite in crypto-explosive breccia;c-sphalerite replaces coarse chalcopyrite formed earlier,as the temperature drops,emulsion droplet-like sphalerite liquates from chalcopyrite;d-veinlet molybdenite and cloddy chalcopyrite on the wall of the mid-stage quartz vein;e-chalcopyrite,sphalerite and galena of mid-stage;f-pure molybdenite vein of early stage;g-cloddy molybdenite on the wall of early-stage quartz vein;h-hairlike molybdenite;Ccp-chalcopyrite;Gn-galena;Mo-molybdenite;Sp-sphalerite

(2)中阶段:由石英-多金属硫化物组成。金属硫化物主要有黄铜矿、辉钼矿、方铅矿、闪锌矿、黄铁矿,伴生的脉石矿物主要有石英、绢云母、绿泥石、白云母。根据矿石组构,将中阶段划分为两个亚阶段:早期为石英-黄铜矿-黄铁矿-辉钼矿阶段,石英细脉两侧发育浸染状、团块状黄铜矿,浸染状黄铁矿和细脉状辉钼矿;晚期为石英-闪锌矿-方铅矿阶段,闪锌矿和方铅矿交代早期的黄铁矿黄铜矿,形成交代结构,随着温度降低,闪锌矿中还熔离出乳滴状的黄铜矿。中阶段蚀变类型包括硅化、绢云母化、绿泥石化。

(3)晚阶段:由石英-方解石组成。石英和方解石填充前期形成的裂隙,构成石英-方解石细脉。细脉中除偶见极少量黄铁矿外,无金属硫化物。

4 流体包裹体研究

4.1 样品采集和研究方法

本次所采样品为劳家沟钼矿区6个钻孔的岩心和1个探槽中的含矿石英脉,涵盖了不同成矿阶段、不同类型的细脉。将样品磨制成双面抛光的光薄片,在矿相学和流体包裹体岩相学观察的基础上,选取其中代表不同成矿阶段的、流体包裹体发育良好的19件光薄片进行显微测温,其中早阶段7件,中阶段8件,晚阶段4件,并对不同成矿阶段的典型流体包裹体进行了单个包裹体激光拉曼探针成分分析。

流体包裹体的岩相学观察和显微测温在中国地质大学(北京)流体包裹体实验室进行。岩相学观察使用的仪器为德国ZEISS公司生产的Axioskop 40正交偏光、反光显微镜和Axiolab型正交偏光显微镜,放大倍数为100~800倍;显微测温使用的是英国Linkam THMSG600型冷热台,并利用美国FLUIDINC公司提供的人工合成流体包裹体标样样品对冷热台进行了温度标定,该冷热台的温控范围为-196~+600℃,冰点温度误差为±0.1℃,均一温度误差小于±2℃。流体包裹体测试过程中,升、降温速率为0.2~5℃·min-1。

单个包裹体激光拉曼光谱测定在中国地质大学(北京)激光拉曼实验室完成。采用英国Renishaw公司生产的RM-2000型激光拉曼探针仪,使用Ar+激光器,波长514 nm,所测光谱的计数时间为10 s,每1 cm-1(波数)计数一次,100~4000 cm-1全波段一次取峰,激光束斑大小约为1 μm,光谱分辨率2 cm-1。

4.2 流体包裹体岩相学

劳家沟斑岩钼矿各阶段含矿石英细脉中发育大量类型丰富的流体包裹体(图4)。根据室温条件下流体包裹体的分布特征和形态特征,将其分为原生包裹体、次生包裹体和假次生包裹体3大类。其中原生包裹体随机分布,成群或孤立产出,粒径相对较大,长轴一般为5~15 μm,少数达20 μm以上,最大者长达42 μm;次生包裹体主要沿切穿寄主矿物颗粒的裂隙呈线状分布,粒径相对较小,一般为2~4 μm;假次生包裹体的特征与次生包裹体的相似,但其分布不切穿寄主矿物颗粒。本次主要选取原生包裹体进行研究。根据流体包裹体在室温下的相组成可分为气相水包裹体(PV)、液相水包裹体(PL)、CO2-H2O三相包裹体(C)、富液相水溶液包裹体(L)、富气相水溶液包裹体(V)、含子矿物多相包裹体(S)。

其中,PV类包裹体数量少,发育于早中阶段的石英细脉中;室温下呈深色,形态呈椭圆形或不规则形,颇具立体感,长轴长4~12 μm,充填度接近于0。PL类包裹体数量少,发育于早中阶段的石英细脉中;室温下颜色较淡,四边形或不规则形,大小主要为4~8 μm,充填度接近于1。C类包裹体数量极少,发育于早阶段的石英细脉中;形态为负晶形,大小4 μm,室温下呈三相,充填度为0.9。L类包裹体大量发育于各成矿阶段的石英细脉中,少量发育于成矿晚阶段的方解石中;形态主要有不规则形、长条形、透镜状、负晶形,大小集中在6~12 μm,充填度主要为0.7~0.9。V类包裹体数量相对较少,发育于各成矿阶段的石英细脉中;形态有不规则形、豆荚状、负晶形,大小为4~10 μm,充填度主要为0.2~0.4,均一方式多样,既可均一到气相,也可均一到液相。S类包裹体数量与V类包裹体相当,发育于早中阶段的石英细脉中;室温下呈3相,形态一般不规则,大小集中在6~10 μm和18~25 μm,极少数甚至可达42 μm,子晶有石盐(立方体)、硬石膏(板条状)、不明透明矿物,极少量不透明矿物;充填度一般为0.7~0.8,子矿物个数一般为1个,极少数含2个。

图4 劳家沟钼矿典型流体包裹体显微照片Fig.4 Microphotographs of typical fluid inclusions from the Laojiagou Mo deposita-L类和PV类包裹体;b-S类包裹体,子矿物未知;c-方解石中的L类包裹体;d-L类、PV类、S类包裹体密切共生,显示出沸腾包裹体群的特征;e-负晶形的C类包裹体;f-L类、和S类包裹体共存,S类包裹体的子矿物未知;g-含硬石膏的S类包裹体;h-含石盐的S类包裹体和L类包裹体共生;i-含石盐的S类包裹体;L-液相水;V-气相水;S-未知子矿物;H-石盐;An-硬石膏a-L-type and PV-type FI;b-S-type FI containing unknown daughter mineral;c-L-type FI in calcite;d-L-type,PV-type and S-type FI’s closely association,implying boiling;e-C-type FI with negative crystal;f-L-type and S-type FI are closely associated,and the daughter mineral is unknown;g-S-type FI containing anhydrite;h-S-type FI containing halite and L-type FI;i-S-type FI-L-liquid H2O;V-vapor H2O;S-unknown daughter mineral;H-halite;An-anhydrite

各阶段含矿石英细脉中流体包裹体数量不均、类型组合不同。早阶段的石英-黄铁矿±辉钼矿细脉中流体包裹体极为丰富,类型多样,以L类、V类、S类包裹体居多,少量PV类、PL类包裹体,C类包裹体极少。该阶段L类包裹体十分发育,占70%~80%,充填度一般为0.6~0.9,变化范围较宽;S类包裹体的子矿物为立方体、淡绿色的石盐,板条状的硬石膏及一些浑圆状或其它形态的未知透明矿物,子矿物所占相比约为5%~10%。中阶段的石英-多金属硫化物细脉中L类包裹体很发育,充填度与早阶段相比没有明显差异,而S类包裹体数量相对减少,子矿物主要为椭圆、浑圆的不明矿物,少量石盐,极少量不透明矿物。晚阶段石英和方解石中流体包裹体数量明显减少,且绝大多数为充填度较高的L类包裹体。早中阶段石英中,在同一视域内可观察到S类、不同充填度L类、V类包裹体等密切共生,可能是沸腾包裹体。此外,值得一提的是,在早中阶段石英细脉中含有部分由暗色的气泡,多个不规则白色固体和流体组成的包裹体,推测其可能为流体熔融包裹体。

4.3 显微测温结果

本次对劳家沟钼矿各成矿阶段共352个流体包裹体进行了显微测温分析,共获得冰点温度243件,均一温度329件,其中早阶段151个,冰点温度87件,均一温度142件,中阶段144个,冰点温度120件,均一温度130件,晚阶段42个,冰点温度36件,均一温度57件(图5,表1)。

图5 劳家沟钼矿不同成矿阶段流体包裹体均一温度和盐度直方图Fig.5 Histograms of homogenization temperature and salinity for fluid inclusions of different stages in the Laojiagou Mo deposit

表1 劳家沟钼矿流体包裹体显微测温结果Table 1 Microthermomeric data of fluid inclusions from the Laojiagou porphyry Mo deposit

对于气液两相流体包裹体,其盐度和密度根据冰点按照刘斌(1999)的公式计算。对于含子矿物流体包裹体,其盐度按Hall(1988)石盐熔化温度与盐度的关系式计算。

早阶段所占比例最大的L类包裹体均一温度集中在320~380℃,均一至液相,冰点温度集中在-3~-7℃,相应盐度6~16 wt%NaCleqv,密度0.6~0.8 g/cm3。V类包裹体大多数均一至气相,个别均一至液相,均一温度主要为380~420℃,盐度较分散,变化范围为3.7~16.58 wt%NaCleqv,密度为0.59~0.87 g/cm3。所测的26个S类包裹体都是气液先均一,再是子晶熔化、消失。气泡消失的温度普遍为320~370℃,极个别为200~260℃,子矿物除了2个石盐分别在447℃、495℃消失,1个石盐到550℃还未熔完外,其余加热到550℃仍无明显变化。根据子晶熔化温度查表得到盐度为52.89 wt%NaCleqv、59.09wt%NaCleqv、>66.75wt% NaCleqv。早阶段极少量的C类包裹体,呈负晶形,由于个体太小(4 μm),只测出了部分均一温度31℃,完全均一温度410℃,而未能测出初溶温度和笼形物消失温度。

中阶段L类包裹体仍然很发育,均一温度范围较早阶段更宽,为280~380℃,冰点温度变化范围也较宽,相对而言较集中于-2.5~-5℃,相应盐度为5~15 wt%NaCleqv,密度主要为0.6~0.7 g/cm3。V类包裹体均一方式多样,均一温度集中在320~380℃,盐度主要为2~6wt%NaCleqv,密度为0.5~0.7 g/cm3。S类包裹体气泡先消失,消失温度较为分散:121℃、214~276℃、300~327℃、354~389℃,而子矿物在加热到550℃也无明显变化,相应盐度为>66.75wt%NaCleqv。

晚阶段L类包裹体均一温度普遍较低,主要为160~250℃,冰点温度集中在-0.2~-1.5℃,对应盐度为0.5~5wt%NaCleqv,密度为0.75~1 g/cm3。

4.4 流体包裹体成分

本次选取不同阶段不同类型流体包裹体进行激光拉曼光谱测定(图6)。早阶段L类包裹体的液相中检测出H2O峰和CO32-峰(1065 cm-1),气相中有H2O峰和CO2峰(1387 cm-1和1284 cm-1);PV类包裹体中检测出 CO2峰(1387 cm-1和 1284 cm-1)。中阶段L类包裹体的液相中检测出H2O峰和CO2峰(1387 cm-1和1284 cm-1),气相中有H2O峰和CO2峰(1387 cm-1和1284 cm-1)。S类包裹体的气液相除H2O峰外,基本无其它成分。

5 讨论

5.1 成矿流体组成、来源及演化

劳家沟钼矿床的L类、V类、PV类、PL类包裹体的气液相成分主要是H2O,部分L类、V类和PV类包裹体的气相中含CO2,L类的液相中含CO32-,S类包裹体的子矿物主要为石盐、硬石膏及其它未知透明、不透明矿物,由此可推知,劳家沟钼矿成矿流体的成分包括:H2O、CO2、CO32-、Na+、Cl-、Ca2+、及一些金属元素。

图6 劳家沟钼矿流体包裹体拉曼图谱Fig.6 Laser Raman spectra of fluid inclusions from the Laojiagou Mo deposit

显微测温表明,劳家沟钼矿早中成矿阶段流体包裹体的均一温度集中在300~400℃,盐度主要集中在6~16wt%NaCleqv和52.89~>66.75wt%NaCleqv两个区间。岩相学和激光拉曼光谱分析显示流体包裹体含CO2。硬石膏子晶的出现说明硫元素是以+6价的形式存在,表明氧逸度较高。由此可见,劳家沟钼矿的成矿流体为以高温、高盐度、高氧逸度、含CO2为特征的岩浆热液型流体。

上述高温高盐度流体具有很强的携带金属的能力(卢焕章等,2004),对其形成机理,Bodnar(1994)认为主要有三种:一是直接在岩浆的高温条件下产生;二是通过液相不混溶作用而形成;三是在岩浆结晶晚阶段从浅部岩浆中出溶。在劳家沟钼矿床早、中阶段的含矿石英细脉中,流体熔融包裹体与L、V、S类包裹体紧密共生,且没有岩相学证据证明它们捕获于不同期次,表明捕获时是一种熔体与流体不混溶的状态(顾雪祥等,2010)。此外,早、中阶段V、S和不同充填度L类包裹体密切共生,虽然部分S类包裹体的子矿物在加热到550℃也不消失,但总的来说,L类、V类和少量S类包裹体的均一温度相近,均一方式多样,而盐度相差悬殊(图7),显示出沸腾包裹体特征。沸腾流体是不均匀流体的一种特殊类型(张振亮等,2008),表明捕获的流体是发生过不混溶作用造成相分离的不均匀流体。

图7 劳家沟钼矿各成矿阶段流体包裹体盐度-均一温度散点图Fig.7 Salinity-homogenization temperature diagram of fluid inclusions from the Laojiagou Mo deposit

从前面的流体包裹体岩相学、显微测温分析和激光拉曼光谱分析可以发现:(1)早阶段流体包裹体类型十分丰富,中阶段较早阶段相对缺少C类包裹体,且S类包裹体有所减少,晚阶段绝大多数为充填度较大的L类包裹体。(2)早阶段包裹体均一温度集中在320~420℃,中阶段大多为280~400℃,晚阶段则普遍较低(160~250℃)。(3)早阶段的L类和V类包裹体盐度主要为6~16wt%NaCleqv,S类包裹体盐度为52.89~>66.75wt%NaCleqv,中阶段L类和V类包裹体盐度集中在5%~15wt%NaCleqv,S类包裹体盐度>66.75wt%NaCleqv,而晚阶段的盐度则降低至0.5%~5wt%NaCleqv。(4)早阶段S类包裹体的子矿物包括部分代表氧逸度较高的板条状硬石膏,而中阶段此类子矿物却未发现;且中阶段大量金属硫化物沉淀,表明流体的还原性增强。由上述不同成矿阶段流体包裹体特征,我们不难得出劳家沟钼矿成矿流体的演化规律:早阶段高温、高盐度、高氧逸度、富CO2→中阶段中高温、高盐度、含CO2→晚阶段中低温、低盐度、贫CO2。

5.2 成矿温压估算

通常认为均一温度和均一压力只能代表成矿温度和压力的下限,应用时需对其进行校正,但对于沸腾包裹体而言,均一温度和压力基本代表了捕获时流体的温压(张文淮等,1993)。早阶段包裹体均一温度集中在 320~420℃,中阶段大多为 280~400℃,前文已阐明劳家沟钼矿早、中阶段都发育沸腾包裹体群,因此本文拟将流体包裹体的均一温度近似看作成矿温度,亦即劳家沟钼矿的成矿温度为280~420℃。

气液两相包裹体在早中晚阶段的石英细脉中均有发育,根据其均一温度和盐度,按刘斌(1999)计算NaCl水溶液包裹体均一压力的公式估算出均一压力(表2)。从计算结果可以看出从早阶段到晚阶段,成矿压力逐渐减小。

激光拉曼光谱分析表明S类包裹体除H2O以外,基本没有其它络阴离子和挥发组分,因此将其近似看作H2O-NaCl体系。显微测温表明劳家沟钼矿成矿阶段石英细脉的S类包裹体都是由子矿物的消失而均一。Becker(2008)认为由只捕获液相的包裹体估算出的压力能近似代表捕获压力,而由捕获石盐和液相的包裹体估算出的压力会比实际捕获压力高。子矿物后于气泡消失而均一的S类包裹体,Rodder(1984)认为其形成方式可能有三种:一是捕获NaCl不饱和流体,捕获后,随着温度降低,石盐逐渐结晶;二是捕获NaCl饱和流体,或含少量石盐的NaCl过饱和流体;三是可能在含子矿物包裹体发生卡脖子时捕获的。从前文流体包裹体岩相学和显微测温分析可以看出:劳家沟钼矿S类包裹体的气液均一温度与子晶熔化温度相差较大,若捕获NaCl饱和流体,则这两种温度相差应不大;劳家沟钼矿的S类包裹体子晶所占包裹体体积比一般为5~10%,若捕获的是含少量石盐子晶的NaCl过饱和流体,则此类包裹体中的子晶应大小不一;同样的原因,卡脖子也不能合理解释。因此,对于劳家沟钼矿的S类包裹体形成方式,本文认为第一种可能性较大。

表2 劳家沟钼矿流体包裹体压力及深度估算结果Table 2 Pressure and estimated depth of fluid inclusions from the Laojiagou Mo deposit

按照气液均一温度 ThL-V、石盐消失温度Tmhalite和压力三者之间的关系对S类包裹体的最小捕获压力进行估算。结果显示劳家沟钼矿S类包裹体的最小捕获压力为150~220MPa,按静岩压力估算深度大约为5~7km。该压力值明显高于通常所认为的斑岩矿床的成矿深度(1~5km),但也有学者总结国内外斑岩矿床的成矿深度后指出,斑岩矿床的成矿深度实际变化很大,可从小于1km的火山型斑岩矿床到深达10km的深成型斑岩矿床,并且不同矿种的斑岩矿床,其形成深度也不尽相同,一般地,浅部形成斑岩铜矿床,较深部形成斑岩钼矿床。此外,由于Cu是相容元素,随着侵位较深的岩浆缓慢冷却,Cu会进入镁铁质矿物中,而不能在岩浆中富集起来;Mo较Cu而言是不相容元素,深侵位岩浆缓慢演化能使Mo相对富集在晚期结晶的岩浆中。因此侵位较深的岩体易形成富Mo贫Cu的矿床。劳家沟钼矿富Mo贫Cu,这与5~7km的侵位深度也相吻合。

5.3 成矿构造背景

目前虽然尚无劳家沟钼矿辉钼矿的年龄数据,但借鉴与其毗邻的具有相似地质背景的敖仑花斑岩铜钼矿床(辉钼矿Re-Os同位素等时线年龄132± 1Ma,马星华等,2009;129.4±3.4Ma,舒启海等,2009)和半砬山斑岩钼矿床的成矿年龄(含矿花岗闪长斑岩锆石U-Pb年龄133.5±1.7Ma,张晓静等,2010),推测其成矿时间很可能为早白垩世。

马星华等(2009)对西拉木伦河断裂两侧主要金属矿床的成矿年龄进行了统计,结果显示130~150Ma是西拉木伦河断裂与大兴安岭主脊断裂交汇处的成矿高峰期,这与前人提出的140Ma左右(毛景文等,2005)、138Ma左右(曾庆栋等,2009b)、140~120Ma(Zhang et al.,2009;张连昌等,2010)基本一致。在这短短20Ma的时间内,该区成矿规模大,矿化类型多样,除了敖仑花斑岩铜钼矿和半砬山斑岩钼矿外,还有小东沟斑岩钼矿(辉钼矿Re-Os同位素等时线年龄138.1±2.8Ma,覃锋等,2008),碾子沟石英脉型钼矿床(辉钼矿Re-Os同位素等时线年龄154.3±3.6Ma,张作伦等,2009),鸡冠山斑岩钼矿(辉钼矿Re-Os等时线年龄155Ma,Wu et al.,2010)等。

西拉木伦成矿带成矿作用集中发生于燕山中晚期,其形成原因必然与该区构造演化及该地质历史时期特定的构造背景密切相关。本区处于EW向古生代古亚洲洋构造-成矿域与NNE向中新生代滨西太平洋构造-成矿域的强烈叠加、复合和转换,经历了古生代以来的造山过程和中生代的陆内伸展和环太平洋构造-岩浆作用的叠加。古生代,华北板块与西伯利亚板块之间经历了古亚洲洋的发生、发展和消亡,大致在二叠纪最终闭合形成中亚造山带。中生代,该区的动力学机制发生了重大转折:构造体制由挤压为主转变为以伸展为主;构造线由近EW转变为NE及NNE;动力学过程由不同陆块间的拼合为主转换为陆内构造过程为主;进一步研究表明(翟明国等,2004;毛景文等,2005),140~150Ma左右是中国东部由古亚洲洋构造域向滨太平洋构造域转变的重要时期;同时,蒙古-鄂霍茨克海闭合、古太平洋板块向西俯冲及兴蒙造山带造山后伸展作用形成的东西向构造的再活动三者的联合作用也可能是西拉木伦成矿带的主要控制因素(张连昌等,2010)。总体看来,本区早白垩世之前的构造演化趋势大致为:碰撞挤压→挤压-伸展转变→伸展。在华北克拉通东部广泛发育早白垩世强烈的花岗质岩浆作用和大规模金成矿作用,大面积拉伸盆地和变质核杂岩,表明在早白垩世时期在华北克拉通东部经历了强烈的伸展、变形、岩浆和成矿热事件;敖仑花钼铜矿(马星华等,2009)和半砬山钼矿(张晓静等,2010)锆石Hf同位素组成显示流纹斑岩和花岗闪长斑岩的εHf(t)分别集中在+3.5~+9.8,+2~+3.5左右,说明岩浆来源于亏损地幔新增生的地壳物质)表明早白垩世将伸展的势头演绎到了极至。

综上所述,该区早白垩世的构造背景为岩石圈强烈减薄,岩石圈的强烈减薄必然会导致软流圈地幔的上涌,从而引起上部岩石圈物质的部分熔融而形成强烈的岩浆活动,同时伴生大规模的流体成矿作用。

5.4 成矿机制

前文已述及,该区早白垩世岩石圈强烈减薄,这势必会诱发强烈的岩浆侵入活动。在岩浆晚期演化过程中,随着温度压力降低,硅酸盐子矿物晶出,挥发分/硅酸盐熔体比逐渐升高,当岩浆中挥发分达到过饱和时发生液态不混溶,形成了具有很强携带金属的能力的含矿气水热液和残余的硅酸盐熔体。

流体演化早阶段,流体中硅酸盐组分含量相对较高,晶出的矿物主要是一些架状硅酸盐矿物和氧化物如石英、钾长石,因此蚀变类型主要表现为硅化和钾长石化。该阶段含矿气水热液处在相对封闭的体系中,内部压力不断积聚增大,当流体压力大于上覆岩石的抗破裂强度时,将导致水力压裂作用(顾雪祥等,2010),进而使体系由封闭转为开放,压力迅速减小,流体沸腾。封闭体系由于构造作用形成的断裂也能起同等作用。沸腾过程中气相H2O、H2S、CO2、HCl等酸性组分从均一流体相中逸出,流体pH值升高,温度降低,盐度升高。pH值升高和温度降低有利于金属络合物分解,导致黄铁矿、辉钼矿沉淀。随后,断裂或水力压裂形成的构造空间逐步被大量沉淀的石英和硫化物充填成脉,后来上升的流体其通道被堵塞,开放体系又恢复为封闭体系,沸腾作用停止。

随着流体温度降低,碱金属离子和OH-的大量消耗使流体酸性程度增高,酸性流体广泛与长石矿物反应,表现出以硅化、绢云母化、绿泥石化为主的蚀变类型。中阶段随着流体的演化,也经历了一次类似早阶段的流体沸腾作用,并且中阶段流体由于氧逸度相对较低,S2-活度相对较高,有利于金属硫化物沉淀,因此形成了大量的黄铁矿、黄铜矿、辉钼矿等,与同期形成的石英充填裂隙构成石英-硫化物脉。

随着早、中阶段大量金属硫化物沉淀,流体中的成矿物质基本消耗殆尽,加上热量的损耗、沸腾作用CO2的逸失、地下水的不断混入,晚阶段的流体俨然变成中低温、低盐度、贫CO2、含微量成矿元素的大气降水热液。从岩体中淋滤出来的大量Na+、Ca2+、Fe2+、Mg2+等组分和流体中一定量的H2O、CO2、H2S等与细粒二长花岗岩、黑云母二长花岗岩反应,形成绿泥石、绿帘石、方解石等,若有酸性流体的加入,还会形成绢云母,这些矿物一起构成碳酸盐化-绢云母化-绿泥石化-绿帘石化蚀变带。晚阶段基本没有金属硫化物形成。

6 结论

(1)劳家沟斑岩钼矿的流体包裹体十分发育,类型多样。早阶段的石英细脉中发育气相水包裹体(PV)、液相水包裹体(PL)、CO2-H2O三相包裹体(C)、富液相水溶液包裹体(L)、富气相水溶液包裹体(V)、含子矿物多相包裹体(S),子矿物包括石盐、硬石膏及其它不明矿物;中阶段较早阶段缺少C类包裹体;而晚阶段的石英-方解石细脉中流体包裹体发育较少,且类型单一,只有L类和少量V类。

(2)劳家沟钼矿的成矿流体为以高温、高盐度、高氧逸度、含CO2为特征的典型岩浆热液型流体,从早到晚其演化规律为:早阶段高温(320~>550℃)、高盐度(6~16wt%NaCleqv、>66.75wt%Na-Cleqv)、高氧逸度、富CO2→中阶段中高温(280~>550℃)、高盐度(5~15wt%NaCleqv、>66.75wt%Na-Cleqv)、含CO2→晚阶段中低温(160~250℃)、低盐度(0.5~5wt%NaCleqv)、贫CO2。

(3)本文利用 S类包裹体的气液均一温度ThL-V、石盐消失温度Tmhalite和压力三者之间的关系对其最小捕获压力进行估算,结果显示成矿深度大约为5~7km。

(4)劳家沟斑岩钼矿的成矿机制大致为:燕山期区域岩石圈减薄诱发强烈的岩浆侵入活动;岩浆在侵入晚期发生液态不混溶作用形成高温、高盐度、高氧逸度、富CO2的含矿气水热液,在地壳急剧快速抬升期间流体多次减压沸腾,导致成矿物质沉淀。

致谢

流体包裹体测温和激光拉曼光谱测试工作分别得到了中国地质大学(北京)诸惠燕老师和刘丽老师的热心帮助。在此一并深表谢意。

[注释]

王立明,柳皆兵.2009.内蒙古阿鲁科尔沁旗劳家沟矿区铅锌多金属矿探矿权扩界申请报告[R].

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[附中文参考文献]

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