黑龙江伊春地区早中生代花岗岩成矿作用及成矿能力差异性探讨

2013-08-17李仰春韩振哲吴淦国

地质与勘探 2013年1期

李仰春，韩振哲，吴淦国，张达

(1.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室，北京 100083;2.中国地质调查局发展研究中心，北京 100037)

伊春地区位于黑龙江省重要的小兴安岭－张广才岭铁多金属、金成矿带上，又是兴蒙造山带东端中生代“花岗岩海”的一部分，近年对该地区“花岗岩海”的形成时代、成因及其形成的大地构造背景，以及与多金属成矿作用的研究取得了许多进展(尹冰川等，1997;韩振新等，2004;孙德有等，2004;葛文春等，2007;时永明等，2007;韩振哲等，2009a，2010)。但目前仍存在着花岗岩时空分布规律、显生宙花岗岩与壳幔相互作用和地壳垂向增生，以及多金属、贵金属成矿作用之间的内在关系等亟待解决的重要地质问题，这些问题制约着与花岗岩有关成矿系列的划分、演化，以及找矿模式的建立和找矿工作部署。笔者在该地区早中生代花岗岩的分布、形成时代、成因，以及与花岗岩有关的矿床成矿系列划分等基础上，试图讨论不同成矿构造背景下的早中生代花岗岩类的成矿作用、成矿能力的差异性，建立成矿模式，这将会有助于该地区构造－岩浆及金、铁多金属成矿作用之间的内在联系的认识和找矿部署。

1 区域成矿地质背景

研究区属于兴蒙造山带东端的佳木斯地块和松嫩－张广才岭地块结合部位的陆缘造山带上，经历了多次伸展拉张与挤压拼贴，地质构造复杂且具多旋回的特点。主要经历了古－中元古代前寒武纪变质结晶基底形成、古生代古亚洲洋陆缘增生和中－新生代滨太平洋大陆边缘活动等三个主要构造发展阶段，构造域由古亚洲洋构造域向滨太平洋构造域转化为特征(黑龙江省区域地质志，1993)。

研究区内出露前寒武纪结晶基底由古元古界兴东岩群、东风山岩群等变质表壳岩(为富硼碎屑岩－碳酸盐岩－火山岩建造)和中元古界黑龙江岩群、蛇绿混杂岩等组成;盖层为寒武系西林群、奥陶系宝泉组、小金沟组和二叠系土门岭组等(为陆缘浅海相碎屑岩－碳酸盐沉积建造)，以及二叠系红山组、五道岭组等陆相火山－沉积岩建造;中生代有侏罗系太安屯组、帽儿山组、白垩系板子房组、宁远村组等，为陆相中酸性火山夹火山岩碎屑沉积建造。侵入岩类从老到新其空间分布表现出明显的分带规律性。早前寒武纪花岗质片麻岩分布于佳木斯地块中，与古老结晶基底变质岩系密切伴生;加里东期－华力西期的花岗岩类则表现为由老到新围绕佳木斯地块依次向西、向外增生为特征;晚二叠世末期华北板块、西伯利亚两大板块碰撞拼合后期形成了印支晚期陆陆碰撞－碰撞后构造转变期的似斑状二长花岗岩组合，呈岩基状近SN向展布，之后碰撞后－造山后伸展垮塌构造环境的铝质A2型正长－碱长花岗岩、碱性A型花岗岩的侵位，暗示研究区最终形成了统一大陆板块并向滨太平洋构造域发展演化(韩振哲等，2008，2009);燕山期花岗岩类主要受断裂构造控制，且多伴火山活动强烈为特征。区域上的主要构造线有:SN向、NW向和NE向等断裂为主，断裂多期活动控制了区域上强烈的构造－岩浆活动。

2 主要矿床类型及成矿系列

目前为止，伊春地区已发现与早中生代花岗岩侵入密切相关的铁多金属及金等大小矿床近30余处，矿床成因类型主要为斑岩型、矽卡岩型、矽卡岩－热液型、岩浆热液型、中低温热液型等。韩振新等(2004)在伊春成矿带中划分了与早中生代花岗岩有关的Pb-Zn-Fe-Mo和Fe-Pb-Zn-Mo成矿系列;杨兆武(2006)在伊春－延寿成矿带中划分出Mo-Cu-Pb-Zn-Au-Ag成矿系统，并进一步划分出Cu-Pb-Zn-Ag、Mo-Cu-Pb-Zn和 Pb-Zn-Au-Ag多金属矿床成矿系列等。前人划分成矿系列的差异，主要是因为与多(贵)金属成矿作用有关的早中生代花岗岩时代的划分、厘定上存在差异，以及对早中生代花岗岩类有关多(贵)金属矿床类型、成矿大陆动力学构造背景等角度的不同理解所致。

本次笔者依据早中生代花岗岩岩石类型划分、时代厘定，构造－岩浆演化、花岗岩成因类型及其碰撞不同阶段的构造背景特征的重新认识基础上，结合近年新发现的多(贵)金属矿床类型，来进一步补充与完善了该地区与早中生代花岗岩有关的成矿系列特征，将与早中生代花岗岩有关的矿床成矿系列划分为:碰撞－碰撞后构造转换型似斑状二长花岗岩－二长花岗斑岩Mo-Pb-Zn-Fe-W-Au(Ag)成矿亚系列和碰撞后崩塌型正长－碱长－碱性花岗岩Fe-Mo-Pb-Zn-Nb-Ta成矿亚系列，其形成与古太平洋构造域向滨太平洋构造域转换期碰撞－碰撞后崩塌环境下的底侵作用有关(韩振哲等，2010)。

3 碰撞－碰撞后构造转换型似斑状二长花岗岩－二长花岗斑岩有关的Mo-Pb-Zn-Au-Fe成矿亚系列

似斑状二长花岗岩广泛发育于伊春市北部汤旺河－红星、伊春东南金山屯－美溪－南岔－带岭地区，以及铁力市鹿鸣－神树－朗乡一带，大体上呈巨型宽带状近SN向侵位于牡丹江深大断裂带的西侧。岩体从早到晚其结构依次由细中粒粗斑状－中粗粒似斑状－细中粒巨斑状结构演化，构成结构演化系列的巨大复式岩基，岩石中碱性长石似斑晶大小从早期→晚期由粗斑晶→巨斑晶演化。二长花岗斑岩岩体出露规模较小，为几～几十平方公里，多呈岩株、岩瘤状产出，总体上呈近SN向，局部带状呈NNE向展布，与似斑状二长花岗岩紧密伴生。上述岩石中均较发育微细粒黑云母闪长岩包体和形态各异的同深成岩墙－辉石闪长岩、角闪辉长岩、闪长玢岩等脉岩，反映出岩石具壳幔岩浆混合成因特征和陆陆碰撞－碰撞后构造转变的构造背景特征(韩振哲等，2008)。

区域上与似斑状二长花岗岩－二长花岗斑岩有关的矿床有:鹿鸣钼矿、库滨锌铅矿、徐老九沟铅锌矿、前进东山铅锌矿、翠岭钼金矿、西岭南山铅锌矿、守虎山铜锌铅矿、平顶山金矿、大安河金矿等矿床(点)十几处(图1)，矿床成因类型有斑岩型、矽卡岩型、岩浆热液型和叠加复合型等，而西林铅锌矿、翠宏山多金属矿床中，表现出加里东期花岗岩有关的成矿作用被后期印支晚期似斑状二长花岗(斑)岩侵入有关的岩浆热液作用的叠加－改造成因型的特征。

图1 伊春地区与早中生代花岗岩有关矿产分布图Fig.1 Map showing mineral deposits related to the early Mesozoic granites in the Yichun area，Heilongjiang Province

区域上随着早中生代似斑状二长花岗岩－二长斑岩体的侵入，以及就位的围岩岩性不同、就位构造环境不同，产出不同成因类型矿床。当围岩为下寒武统铅山组富镁碳酸盐岩时，形成了矽卡岩型徐老九沟铅锌矿和西林铅锌矿、翠宏山铁多金属矿等，后两者具有加里东期二长花岗岩和印支期似斑状二长花岗岩－二长花岗斑岩岩浆期后中温热液成矿作用叠加形成的复合成因类型的特征，以Pb、Zn、Fe成矿作用为主，W、Mo、Sn、Ag成矿作用为次;浅成侵入时主要形成斑岩型的鹿鸣钼矿、翠岭钼金矿(点)以及么河上游钼矿化点、西北河东山钼矿化点等，以Mo成矿作用为主，局部伴有Au矿化;在超浅成侵入时形成中温热液型西岭东山、西岭南山铅锌矿(点)等，中温热液－矽卡岩复合型前进东山铅锌矿等，以Pb、Zn成矿作用为主，局部以矽卡岩－低温热液复合型大安河金矿产出。上述不同成因类型的多金属矿床在时空上相互伴生、依次演化，空间上具分带性特点，表现为Mo-Pb-Zn-Fe-W-Au-(Ag)矿床成矿亚系列，且具有由北向南主成矿元素由Pb-Zn-Fe-W-Au(Ag)向Mo-Pb-Zn-Au演化的趋势(韩振哲等，2008、2010)。

4 碰撞后崩塌型正长－碱长－碱性花岗岩有关Fe-Pb-Zn-Mo-(Nb-Ta)成矿亚系列

正长－碱长－碱性花岗岩广泛分布于伊春市南岔－金山屯至五营－汤旺河一带，在时空上与上述壳幔混合成因巨量似斑状二长花岗岩紧密相伴。岩体出露规模4.5～245.5km2不等，多呈小岩基或岩株、岩瘤状，总体上近SN向为主，局部NNE向带状出露。岩石多具中粒花岗结构、块状构造，个别具文象结构、晶洞构造，岩体中几乎不见暗色微细粒闪长质包体或零星偶见细小包体(大小约1～2cm)，不发育同深成岩墙，可能反映壳幔岩浆混合作用的减弱。岩体具明显的高温岩浆浅成被动就位的特征，以铝质A型向碱性A型花岗岩(含钠闪石)演化为特征，暗示岩体形成于构造松驰、崩塌的环境，可能与古亚洲洋构造域最终闭合之后大陆碰撞后伸展崩塌的大陆动力学机制有关(韩振哲等，2009a)。

与正长－碱长－碱性花岗岩有关的矿床有:库源铁钼矿、西林十林场铁矿、大西林铁矿、红旗山铁矿、翠北铁矿、宏铁山铁矿点、丰茂馒头山铅锌矿点、丰茂铁矿点、前进南钼矿点、清水铌钽矿点等10余个矿床(点)，矿化类型为铁及多金属和稀有金属，矿床成因类型以矽卡岩型为主，岩浆热液型为次，呈现出Fe-Mo-Pb-Zn-NbTa矿床成矿系列，多以铁矿为主，多金属和稀有金属矿化作用不强且以分散为特征，并向南与张广才岭接壤地段过渡为Zn-Mo-Fe-Pb矿床成矿系列，以Zn、Mo、Pb成矿作用增强为特征(韩振新等，2004;韩振哲等，2010)。

5 成岩成矿时代

研究区内的早中生代花岗岩的年龄多在179.5～225Ma(表1)，同深成作用岩墙－辉石闪长岩的全岩Rb-Sr等时线年龄207±13Ma，两者的年龄数据在误差范围内协调一致，形成时代均为晚三叠世－早侏罗世(T3－J1)。

在伊春小西林铅锌矿区及矿区外围的细中粒似斑状二长花岗岩、中粗粒似斑状二长花岗岩的LAMC-ICPMS锆石U-Pb谐和年龄为197±1Ma～207±2Ma(另文待发表)。在伊春乌伊岭前进东山矽卡岩型铅锌矿区、铁力鹿鸣斑岩型钼矿区及其外围的似斑状二长花岗岩岩体U-Pb锆石年龄为191.4Ma、199.4Ma、225.0 Ma，细粒二长花岗斑岩的 U-Pb 锆石LA-ICPMS年龄为 195.3～201.7Ma(唐文龙，2007)，正长花岗岩 U-Pb锆石年龄为 175.1Ma、225.0Ma，含矿岩体主要年龄范围为 191 ～225Ma，综上考虑到斑岩型和矽卡岩型矿床的成岩成矿的特征，可认为成岩、成矿时代为晚三叠世－早侏罗世，成矿时代略晚于成岩时代。

6 成矿能力差异性探讨

伊春地区的晚三叠世－早侏罗世似斑状二长花岗岩－二长花岗斑岩和正长－碱长－碱性花岗岩有关的成矿系列中，花岗岩岩体的形成时代、成因及物质来源和成矿构造背景等特征上具有一定的连续性，表现出成矿系列的相似性和差异性。下面用岩石Sr、Nd同位素特征(表2)来尝试性地探讨壳幔岩浆混合作用强度、比例等对成矿作用造成的差异性。

表1 研究区早中生代花岗岩类测年结果表Table 1 Early Mesozoic Granite age testing results in Yichun area

表2 花岗岩铷锶同位素及钐钕模式年龄结果表Table 2 The Rb-Sr isotopes and Sm-Nd mode age of the Early Mesozoic granites in the Yichun area

在岩石三源组分混熔模式εNd(t)－(87Sr/86Sr)i图(图2)上，早中生代花岗岩表现出壳幔岩浆混熔、结晶分离作用的特点(Collins，1998)。似斑状二长花岗岩、二长花岗斑岩多落入壳幔混合成因型花岗岩区，正长花岗岩落入S型花岗岩区，说明其源岩成分以古老变质基底岩系为主(Mc Culloch et al.，1982)，反映出似斑状二长花岗岩、二长花岗斑岩岩石成因与强烈壳幔作用有关，而正长花岗岩形成于壳幔作用结束期的特点。

图2 岩石εNd(t)－(87Sr/86Sr)i图Fig.2 The εNd(t)－ (87Sr/86Sr)idiagram of granites

在大陆下地幔与上、下地壳两组分的混合143Nd/144Nd－87Sr/86Sr图(图3)上，似斑状二长花岗岩、二长花岗斑岩和正长花岗岩样品投点，均落入下地幔与上地壳混合趋势线附近，形成较好的双曲线(Langmuir et al.，1978;Gray，1984;李志昌等，2004)，而且似斑状二长花岗岩、二长花岗斑岩的投点靠近代表幔源组分的拉斑玄武岩附近，正长花岗岩则靠近壳源组分的上地壳花岗岩质成分，说明其前者中具更多的幔源组分，后者中具更多的壳源成分，换句话说，似斑状二长花岗岩、二长花岗斑岩形成时，壳幔岩浆混合作用更加强烈，正长－碱长花岗岩则形成于壳幔作用较弱的时期。

图3 地幔与上、下地壳两组分的混合图Fig.3 Mixture graph of two components from mantle and upper crust or lower crust

在εNd(t)－εSr(t)地幔、地壳源区相关图(图4)中，反映出早中生代花岗质岩浆应来源于地壳的部分熔融，并有幔源物质的混入(李志昌等，2004)，但不同岩石表现出不同源区的特点，其中似斑状二长花岗岩、二长花岗斑岩的投点靠近下地壳更为基性的麻粒岩相源区附近，说明了岩浆成分中具更多的幔源物质，反映壳幔岩浆混合作用更加强烈，而正长－碱长花岗岩则靠近上地壳酸性的花岗质源区附近，暗示壳幔岩浆混合作用的晚期，其混合作用较弱的特点。

图4 εNd(t)－εSr(t)地幔、地壳源区相关图(Depaolo，1988)Fig.4 Diagram showing correlation of crust or mantle source(base diagram from Depaolo，1988)●－似斑状二长花岗岩;☆－二长花岗斑岩;○－正长花岗岩;□－碱性花岗岩;●－porphyaceous monzonitic granite;☆－monzonitic granite porphyry;○－syenogranite;□－alkali granite

在判别岩浆混合模式的R1－R2图中(图5)，各岩石较集中分布在地壳长英质岩石与夏威夷岩(橄榄中长玄武岩)之间的混合线上。辉石闪长岩、闪长质包体是地幔源区物质部分熔融的产物，可近似地代表混合岩浆中的基性端元，而似斑状二长花岗岩、二长花岗斑岩、正长－碱长花岗岩则是地幔基性岩浆与下地壳酸性岩浆(长英质岩浆)混合作用的产物，并根据各岩石在混合线上的位置估算岩石中壳幔物质混合比例为3∶2～5∶4变化，表现出幔源物质的比例逐渐减少，壳源物质逐渐增多的特征。在大陆下地幔与上、下地壳两组分的混合143Nd/144Nd－87Sr/86Sr图(图3)上可知，岩石中壳幔物质比值为0.4～0.7之间变化，其中似斑状二长花岗岩、二长花岗斑岩的壳幔物质比值为0.4，正长花岗岩壳幔物质比值为0.7，也表现出幔源物质比例逐渐减少，壳源物质逐渐增多的特征。

图5 岩浆混合模式R1－R2图(Batchelor，R.A.等，1985)Fig.5 R1－ R2diagram of magma mixing pattern(base diagram from Batchelor，R.A.et al.，1985)●－似斑状二长花岗岩;☆－二长花岗斑岩;○－正长花岗岩;+－碱长花岗岩;□－碱性花岗岩;△－闪长质包体;▲－辉石闪长岩●－porphyaceous monzonitic granite;☆ －monzonitic granite porphyry;○－syenogranite;+－alkali－feldspar granite;□－alkali granite;△－dioritic enclaves;▲－pyroxene diorite

7 成矿模型及找矿方向

伊春地区的早中生代似斑状二长花岗岩－二长花岗斑岩具显著的壳幔混合成因，形成于碰撞向碰撞后转变期，成岩成矿物质来源为幔壳混源型，其来源较深，成矿主岩为高钾钙碱性二长花岗岩系列(韩振哲等，2008)，因其底侵作用强烈，壳幔混合作用也强，此时源区物质中幔源物质明显增多，以Mo成矿作用为主，Au、Pb、Zn、Fe 为辅，如翠岭斑岩型钼金矿、鹿鸣斑岩型钼矿、大安河矽卡岩型金矿中，与成矿有关似斑状二长花岗岩－二长花岗斑岩中壳幔混合成因的细粒闪长质包体、同深成作用岩墙，以及矿物不平衡现象普遍发育，其成矿物质来源以幔壳混合为主，幔源物质富含Au、Mo、Fe等成矿元素，同时活化萃取了地壳围岩铅山组镁质白云岩等中的Au、Mo、Pb、Zn 等元素，成矿作用得以加强、叠加，形成斑岩型、矽卡岩型和成因类型复杂的西林铅锌矿等，使其具有早期火山喷流－岩浆热液叠加型和后期热液－改造型等复合成因类型(韩振哲等，2010)(图6)。而与正长－碱长－碱性花岗岩有关的Fe-Mo-Pb-Zn-NbTa成矿系列中，以Fe成矿作用为主，且多金属、稀有金属成矿作用较为分散且明显减弱，这可能与正长－碱长－碱性花岗岩成因与壳幔岩浆混合物质混合比例、混合作用强度明显降低等因素有关。岩石形成于造山后崩塌－伸展减薄的构造环境(韩振哲等，2009a、2010)，此时岩石圈可能已减薄，其构造背景、花岗岩成因类型尽管与富W、Sn的华南花岗岩相似(王登红等，2007;张旗等，2009)，但伊春地区缺少W、Sn矿，仅以弱的Pb、Zn、Mo成矿作用为特征。如在鹿鸣－兴安－前进地区，Pb、Zn成矿作用明显弱于Mo，这可能与正长花岗岩成岩成矿物质来源多以壳源为主，底侵作用已明显减弱或已结束，加上该地区缺乏前寒武纪－寒武纪古老变质地层，这可能也不利于W、Sn、Mo富集成矿(张旗，2009)。

图6 伊春地区早中生代花岗岩有关多金属成矿模式图Fig.6 Metallogenic model of polymetallic deposits related to early Mesozoic granites in the Yichun area

该地区与早中生代花岗岩有关的矿床系列具Mo-Pb-Zn-Fe-Au系列向Fe-Mo-Pb-Zn-NbTa成矿系列演化的特征，由北向南主成矿元素由Pb-Zn-Fe-Au(Ag)向Mo-Pb-Zn-Au演化，在空间上具有由高温钼－中温铅锌铁－中低温金元素的成矿元素分带、相互伴生、依次演化的特点，其不同成矿元素与不同成岩阶段、不同壳幔岩浆混合，以及形成大陆地力学背景演化之间具耦合性。因此，高温钼－中温铅锌铁－中低温金元素成矿之间具有互为找矿标志的特点(韩振哲等，2009b，2010)。

综上所述，伊春地区的晚三叠世－早侏罗世似斑状二长花岗岩、正长－碱长－碱性花岗岩有关的成矿系列中，花岗岩岩体的形成时代、成因及物质来源和成矿构造背景等特征具有相似性与差异性，但其形成均与古亚洲洋闭合之后大陆碰撞向碰撞后转变的伸展构造环境下的底侵作用有关。

今后在该地区的工作中要充分利用不同花岗岩有关的成矿系列时空分带性、成矿强度，以及从高温到中温、(中)低温一系列不同类型的矿化类型等特征上的差异性、互补性特征来开展找矿工作部署，本着“全位成矿、缺位找矿”的原则(陈毓川等，2006)，在传统的寻找与早中生代花岗岩类有关矽卡岩型铅锌铁矿床的同时，注意在已知矿田外围寻找相应缺少的矿化类型，如在伊春南部鹿鸣矿田外围寻找东安式浅成低温热液型Au-Ag矿化，在北部则寻找中高温鹿鸣式斑岩型Mo矿化等，这将会有利于新的找矿突破。

［注释］

① 杨言辰，王可勇，马志红.2005.黑龙江小兴安岭－张广才岭成矿带金、多金属矿床成矿规律与成矿预测［R］.

②黑龙江省地质调查研究总院齐齐哈尔分院.2000.1∶5万三杨林场等四幅区域地质调查报告［R］.

③黑龙江省地质调查研究总院齐齐哈尔分院.2008.1∶5万卫星、安全幅区域地质调查报告［R］.

④孙德有，吴福元.辽源－吉林中部地区显生宙花岗岩成因与地壳增生.2004.中国地质调查局项目总结报告［R］.

⑤黑龙江省地质调查研究总院齐齐哈尔分院.2010.1∶5万大丰等二幅区域地质调查报告［R］.

⑥黑龙江省第一区域地质调查所.2000.1∶5万神树镇幅区域地质调查报告［R］.

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［附中文参考文献］

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