黑龙江省翠宏山钨钼多金属矿床辉钼矿Re-Os同位素定年及其地质意义

郝宇杰，任云生，赵华雷，邹欣桐，陈 聪，侯召硕，屈文俊

1.吉林大学地球科学学院，长春 130061

2.国家地质实验测试中心，北京 100037

0 引言

小兴安岭-张广才岭成矿带是我国东北地区重要的贵金属和有色金属成矿带。区内古生代以来构造岩浆活动强烈，成矿地质条件优越，铅、锌、铜、钼、锡、钨等矿产资源丰富[1]。尤其随着翠宏山大型矽卡岩型钨钼多金属矿床、霍吉河和鹿鸣大型斑岩型钼矿床的勘查和开发，该带的基础地质和典型矿床研究日益受到关注。其中，翠宏山多金属矿床因规模大（W、Mo、Zn均为大型）、共生或伴生的有益组分多（Pb、Zn、Ag、Sn、Se等）、矿化分带明显（高温Mo-W带、中温Fe-Mo-Zn带和中低温Pb-Zn带），确定其成矿时代和成矿机理对于揭示该区的区域成矿作用具有重要意义。

近年来，不同研究者对翠宏山矿区可能与成矿有关的岩体，开展了较多的同位素测年工作。例如：前人获得黑云母二长花岗岩单颗粒锆石U-Pb年龄为（199±3）Ma、（194±2）Ma、（193±3）Ma[2]；碱长花岗岩体的黑云母K-Ar等时线年龄为203.0和196.3Ma，Rb-Sr等时线年龄为（190±40）Ma[3]；矿体附近的石英二长岩U-Pb年龄为（177.5±2.1）Ma，花岗斑岩 U-Pb年龄为（172.3±1.6）Ma[4]；地表二长花岗岩锆石年龄为（192.8±2.5）Ma，深部二长花岗岩年龄为（199.0±3.1）Ma[5]。可见矿区内的花岗岩体的形成年龄集中在190～200Ma和170～180Ma两个区间。

该区地处森林覆盖区，岩浆岩体与钼多金属矿化空间关系的判断难度较大，加之上述不尽一致的同位素测年结果，致使该矿床的成矿岩体及成岩成矿时代一直存在较大争议：一种观点认为该矿床的成矿时代为加里东中期[6-8]；而越来越多的研究者认为成矿作用发生在燕山早期[4-5，9-12]。这些在很大程度上制约着矿床成因的深入研究及地质找矿工作。

基于此，本次研究中对采自岩体内接触带钨钼矿体中的辉钼矿开展了Re-Os同位素测年研究，以期获得准确的成矿时代，为判断成矿岩体和深入研究矿床形成机制提供基础性资料。

1 成矿地质背景

小兴安岭-张广才岭多金属成矿带地处西伯利亚板块、华北板块和太平洋板块三大板块所挟持的兴蒙造山带的东段。前中生代主要受古亚洲洋构造域的影响，地质构造格局总体上呈EW走向；中生代时期，本区地处古亚洲洋构造域与环太平洋构造域的叠加与转换部位，早期形成的EW向构造被NE向构造改造、截切，两组构造交叉的部位控制了该区大规模中酸性岩体侵入及相关矿床的形成与就位[13]。早中生代强烈的构造岩浆作用致使该区大部分地区被近SN向的伊春-玉泉花岗岩带所占据[14-16]。侵入岩岩性以二长花岗岩、花岗闪长岩和花岗斑岩为主。

翠宏山矿床位于小兴安岭多金属成矿带北端。矿区及外围主要发育古生代地层。下寒武统铅山组主要由白云石大理岩、结晶灰岩及炭质板岩等组成，大致呈近南北向分布，其东西两侧与侵入岩接触，呈残留体被多期花岗岩包围，形成矽卡岩和变质蚀变矿化带，为主要赋矿地层，赋存钨、锌等多种金属矿体；上二叠统-下三叠统五道岭组主要岩石类型有流纹斑岩、凝灰熔岩、凝灰岩等，呈角度不整合覆盖在铅山组之上[17]。下寒武统铅山组碳酸盐岩与中酸性侵入体接触带部位及其附近常是钨钼多金属矿床的成矿有利部位。

区域构造为一系列被区域性的NW向断裂截切的NE向复式褶皱[6]。在NW向压扭性断裂与NE向张扭断裂交汇处，形成厚大透镜状矿体。上述两组近直交的断裂经过多次活动，形成岩体周边的侵入接触带，是主要的控矿和容矿构造。

2 矿床地质特征

2.1 矿体特征

矿区内已探明的多金属矿体主要位于二长花岗岩、碱长花岗岩侵入体与下寒武统铅山组的接触带内（图1）。矿体的形态、产状受接触带控制明显，主要呈透镜状、囊状、不规则状。矿化带长达2200 m，总体呈北宽（400m）南窄（50m）特征。空间上，矿带呈“U”字型，迄今全区已发现多金属矿体100余个，其中主要矿体11个。

按照主要有用组分，翠宏山矿床中的矿体可分为钨钼矿体、磁铁矿矿体和铅锌铜矿体。

图1 翠宏山矿床地质简图（大地构造位置图据文献[18]修编）Fig.1 Simplified geologic map of the Cuihongshan deposit（tectonic division modified from reference[18]）

钨钼矿体 位于侵入接触带的内矽卡岩带和二长花岗岩体的边部（图2）。成矿岩体主要由自形-半自形晶的钾长石、斜长石、石英以及少量黑云母组成（图3A）。主要金属矿物为辉钼矿和白钨矿。矿体呈似层状，形态简单，产状稳定，控制长1500m，向下延深560m，厚度一般小于10m，最大厚度达33m。

辉钼矿主要呈他形-半自形晶状结构，可见自形晶（图3B）。矿石构造主要有网脉状、团块状、薄膜状（图3C）、细脉浸染状（图3D、E）和星点状。与钨钼矿化相关的围岩蚀变由叠加在矽卡岩化二长花岗岩、透辉石斜长石岩、透辉石石榴石矽卡岩之上的阳起石化、绿帘石化、萤石化组成（图3F）。在走向上阳起石化北部强南部弱，而绿帘石化则北部弱南部强；靠近接触带蚀变强，向二长花岗岩体内逐渐减弱。其中辉钼矿与阳起石化、绿帘石化密切伴生。钨钼矿体特征、矿石特征、围岩蚀变特征均表明钨钼矿化为接触交代作用的产物。

磁铁矿矿体 分布在钨钼矿带的东侧（外带）。矿体下部是钨钼矿体，底部是碱长花岗岩，上部和顶板是厚大的砂岩和白云质结晶灰岩。矿体规模大，连续性好，矿体呈复杂的透镜状，产状稳定，矿体走向339°，倾角86°，向南侧伏。矿石类型在横向上分带明显。西侧为钨钼矿体，局部重叠成铁钨钼矿，中心部位为厚大的磁铁矿，向东缘过渡为铁铅锌矿。围岩蚀变主要为透闪石阳起石化及其蛇纹石化。

铅锌铜矿体 分布在远离接触带的碳酸盐岩围岩中，受层间破碎带控制，由一系列平行的含闪锌矿、方铅矿及黄铜矿组成的矿脉群构成。矿体走向北西，倾向北东，倾角约70°，与地层产状基本一致。矿体沿走向长250m，沿倾向长300m，均为盲矿体。围岩蚀变主要为阳起石绿泥石化。

图2 翠宏山钨钼多金属矿床地质剖面图（据文献[19]修编）Fig.2 Geological section map of the Cuihongshan W-Mo polymetallic deposit（modified from reference[19]）

图3 翠宏山矿床成矿岩体和辉钼矿化特征照片Fig.3 Photographs of metallogenic intrusion and the molybdenum ore in the Cuihongshan deposit

在空间展布上：钨钼矿体产于二长花岗岩体内部及内接触带中；磁铁矿矿体产于接触带的外矽卡岩带内；铅锌铜矿体产在围岩的层间破碎带中。这3种矿石类型又相互过渡，晚期矿化叠加在早期矿化之上，反映了成矿温度是由高到低连续演化的过程[9]。

2.2 围岩蚀变

翠宏山矿床围岩蚀变主要有矽卡岩化和中低温热液蚀变，热液蚀变作用呈面状或脉状叠加在矽卡岩化蚀变之上。矽卡岩化表现为透辉石化、透闪石化、阳起石化、绿帘石化、石榴石化、金云母化和角岩化；热液蚀变表现为硅化、绢云母化及碳酸盐化等。

2.3 成矿期次与矿化阶段

根据翠宏山矿床矿体、矿石及围岩蚀变特征，结合前人资料[8]，可将该矿床的成矿作用划分为以下阶段：

1）接触变质阶段：铅山组白云质结晶灰岩产生角岩化（透辉石钙质角岩）和大理岩化（大理岩化含白云质灰岩），成矿作用不明显。2）矽卡岩阶段：进一步划分为早期矽卡岩阶段、白钨矿化（白钨矿化、锡石化、萤石化）阶段。3）磁铁矿化阶段：主要发生磁铁矿化和蛇纹石化、阳起石化、透闪石化等蚀变现象。4）多金属硫化物阶段：进一步划分为辉钼矿化阶段和铅锌（铜）矿化阶段。5）晚期碳酸盐阶段：表现为成矿作用末期的碳酸盐化。

3 样品描述和测试方法

本次研究用于Re-Os同位素定年的7件辉钼矿样品采自翠宏山矿区露天采坑内的钨钼矿体，取样位置如图1所示，地理坐标：东经128°44′30″，北纬48°29′20″。辉钼矿呈细脉状、浸染状分布于二长花岗岩、碱长花岗岩内。矿石样品经无污染粉碎、浮选、重液等方法处理后，在双目镜下挑选出无污染、无氧化的辉钼矿晶体颗粒。为减少Re-Os同位素失耦现象的影响[20]，所挑选的辉钼矿粒度均小于2 mm，并且在单矿物提纯的过程中，不断地粉碎和混合使辉钼矿颗粒达到了细化均一。辉钼矿Re-Os同位素测试工作在国家地质实验测试中心Re-Os同位素实验室完成。Re-Os化学分离步骤和质谱测定主要包括分解样品、蒸馏分离Os、萃取分离Re、质谱测定4步，详细流程参见有关文献[21-23]。实验采用国家标准物质GBW04436（JDC）为标样，监控化学流程和分析数据的可靠性。Re、Os含量的不确定度包括样品和稀释剂的称量误差、稀释剂的标定误差、质谱测量的分馏校正误差、待分析样品同位素比值测量误差。模式年龄的不确定度还包括衰变常数的不确定度（1.02%），置信水平95%。

实验全流程空白Re质量为0.0009ng，普通Os质量为0.0002ng，187Os质量为0.0004ng，远远低于所测样品中的Re、Os质量，因此不会影响实验中Re、Os质量测定的准确性。

Re-Os同位素定年法是基于187Re的β衰变产生187Os来计算地质年龄的[20]。辉钼矿天然富集Re及非放射成因Os，这就意味着所有187Os均源于187Re衰变。本次实验普通Os质量分数初始值为（0.0002～0.0142）×10-9，接近于0，表明辉钼矿形成时几乎不含187Os，符合Re-Os同位素体系模式年龄计算条件[24]。采用187Re衰变常数值λ＝1.666×10-11／a[25]。

4 测试结果与讨论

4.1 辉钼矿Re-Os测年结果与矿床形成时代

7件辉钼矿Re-Os同位素测试结果见表1。辉钼矿中w（187Re）为（0.3769～0.9737）×10-6，w（187Os）为（1.272～3.234）×10-9，187Re与187Os质量分数变化比较协调，计算出的模式年龄为（199.0±3.1）～（203.9±3.8）Ma。采用Isoplot软件绘制了辉钼矿Re-Os同位素等时线图（图4A）与加权平均年龄图（图4B），求得等时线年龄为（198.9±3.7）Ma（MSWD＝0.83），加权平均年龄为（201.6±1.4）Ma（MSWD＝0.80）。两者互相吻合，测试结果可靠，以等时线年龄（198.9±3.7）Ma代表钨钼矿的成矿时代，即早侏罗世。

表1 黑龙江翠宏山矿床辉钼矿Re-Os同位素测试结果Table1 Re-Os isotopic data of the molybdenite from the Cuihongshan deposit

关于翠宏山矿区岩浆岩形成时代，黑龙江省地矿局地质三队测得翠宏山岩体（碱长花岗岩）全岩Rb-Sr等时线年龄为（324±15）Ma，87Sr／86Sr值为0.7201[5，12]。根据此年龄，韩振新等[1，6-8]认为翠宏山矿床的成矿与加里东中期二长花岗岩有关。

小兴安岭地区地质构造复杂，具有多旋回发展的特点。该区绝大多数岩体形成于晚三叠-中侏罗世[26]，其形成时间大致为200～160Ma[15，27-28]。现已获得霍吉河钼矿和鹿鸣钼矿与成矿有关的二长花岗岩年龄分别为（184±0.9）Ma[29]和（187.1±1.2）Ma[30]；翠宏山矿区地表二长花岗岩锆石年龄为（192.8±2.5）Ma，深部二长花岗岩年龄为（199.0±3.1）Ma[5]。因此，尽管翠宏山矿床碱长花岗岩曾获得（324±15）Ma的年龄数据，但是考虑到黑龙江地矿局地质三队测试方法、测试手段的局限性以及矿床研究的深入程度，加上大量的花岗岩年龄数据均集中在190～200Ma，本次认为翠宏山侵入岩应形成于早侏罗世。结合此次获得的翠宏山辉钼矿Re-Os测年结果，进一步证明小兴安岭成矿带内鹿鸣、霍吉河、翠宏山等大-超大钼钨矿床的形成与燕山早期构造岩浆活动具有密切的成因联系。

4.2 矿床成因类型及成矿相关岩体判定

翠宏山钨钼多金属矿床的成矿地质条件，矿体的形态、产状和规模，矿石中矿物组合和矿石结构构造，围岩蚀变特征表明，翠宏山矿区内的钨钼矿体属接触交代成因。

对于翠宏山矿床的成矿岩体，一直存在是花岗斑岩[4]、碱长花岗岩[5，9，12]、石英二长岩[4，10-11]还是二长花岗岩[5，8-10，12]等不同认识。此次测得翠宏山辉钼矿Re-Os等时线年龄为（198.9±3.7）Ma，与前人测得碱长花岗岩体[3]、黑云母二长花岗岩[1]以及深部二长花岗岩[5]的同位素年龄基本一致，表明钨钼矿化与它们形成于同一成岩成矿系统。在燕山早期，二长花岗岩、碱长花岗岩侵入接触交代围岩（碳酸盐岩）直接导致翠宏山钼多金属成矿，而矿区内的花岗斑岩、石英二长岩等岩体（岩脉）的侵入晚于翠宏山矿床钨钼矿化，它们与钨钼矿化无成因关系。

4.3 成岩成矿物质来源

Re-Os同位素体系不仅可以精确地确定金属矿床的形成时间，同时在判断成矿物质来源以及成矿过程中不同来源物质混入的程度等方面也具有一定指示意义。一般认为，从地幔来源、壳幔混源到地壳来源，辉钼矿的Re质量分数成10倍地下降，从n×10-4、n×10-5到n×10-6[31]。翠宏山多金属矿床的7件辉钼矿样品中Re质量分数为（0.5997～1.5490）×10-6，均值为0.9905×10-6，指示成矿物质应可能为地壳来源为主。杜美艳等[11]根据辉钼矿和方铅矿硫同位素测试结果认为：侵入体内接触带中的钨钼矿化的成矿物质主要来自岩浆热液；围岩地层中铅锌铜矿体的成矿物质，除岩浆热液来源外，部分可能来自雨水对地层中硫酸盐岩及其他成矿物质的淋滤。刘宝山等[32]认为包括与翠宏山矿床有关的二长花岗岩在内的伊春地区各类花岗岩在空间上紧密伴生，二长花岗岩-正长花岗岩均为富钾的钙碱性花岗岩，Al2O3／（Na2O＋K2O＋CaO）＜1.1，显示出I型花岗岩特征，岩石Rb／Sr及δEu值反映其源区为壳幔过渡区，氧同位素具壳幔混源的特点，表明二长花岗岩、正长花岗岩形成与下地壳的部分熔融或壳幔过渡区部分熔融作用有关。综合上述资料认为，翠宏山矿床的形成是由地壳深部物质熔融而成的岩浆热液携带成矿物质上侵至围岩（碳酸盐岩）接触带附近，在部分大气水参与情况下，经接触交代以及对围岩的淋滤，成矿物质堆积沉淀而成。

图4 翠宏山矿床辉钼矿Re-Os等时线图（A）与加权平均年龄图（B）Fig.4 Re-Os isochron age（A）and weighted mean ages（B）of molybdenites in the Cuihongshan deposit

4.4 成矿构造背景

越来越多的研究资料表明，西伯利亚板块和华北板块沿西拉木伦河-长春-延吉线于晚二叠世-早三叠世拼合成一体[16，33-34]。东北地区在三叠纪末期已经处于古亚洲洋向环太平洋构造域的转换阶段。在晚三叠世-早侏罗世（210～180Ma），古太平洋板块的俯冲作用导致佳木斯-兴凯地块最终与松辽地块和华北板块对接[35]。正是由于太平洋板块向欧亚大陆俯冲，在早侏罗世引起的挤压造山作用使地壳加厚，在幔源岩浆底侵机制下形成了小兴安岭-张广才岭地区NNE向早-中侏罗世（200～160Ma）花岗岩带[10]。

大量的同位素年代学研究表明，吉黑东部燕山期存在两期强烈的热液成矿事件：第一期为150～190Ma，第二期为100～135Ma[36]。前者与太平洋板块向欧亚板块的俯冲作用有关[14]，形成包括翠宏山矽卡岩型多金属矿床、霍吉河和鹿鸣等多个斑岩型钼矿床；后者则主要发生于太平洋板块俯冲后的岩石圈伸展环境，相应形成小西南岔、农坪等斑岩型金铜矿床和东安、金厂等浅成低温热液型金矿床[37]。

陈静[10]等研究表明，翠宏山矿床及其邻近霍吉河、鹿鸣等矿床的花岗岩属于火山弧花岗岩，形成于活动陆缘环境；通过构造判别图解分析，其花岗岩都落入板块碰撞后隆起期和造山晚期花岗岩区域，反映了一种挤压的构造环境。鉴于研究区花岗岩的分布规律（SN向分布），与太平洋板块俯冲形成构造带方向近乎一致，并结合大兴安岭地区中生代早期以钙碱性I型花岗岩类侵入活动为主，亦形成于挤压造山环境[38]，以及日本和东北地区东部大量中生代增生杂岩的存在[39]，认为太平洋俯冲对小兴安岭地区乃至邻区早中生代成岩成矿活动产生了重要影响[13]。

因此，小兴安岭多金属成矿带内以翠宏山等矿床为代表的矽卡岩型多金属矿床-斑岩型钼（铜）矿床，可能为早侏罗世太平洋板块向欧亚板块俯冲、挤压构造环境下的产物。

5 结论

1）翠宏山多金属矿床中钨钼矿化为接触交代成矿作用的一部分，具典型矽卡岩型矿床的蚀变和矿化特征。

2）钨钼矿体中7件辉钼矿样品的Re-Os同位素模式年龄介于（199.0±3.1）～（203.9±3.8）Ma，加权平均年龄为（201.6±1.4）Ma（MSWD＝0.80），等时线年龄为（198.9±3.7）Ma（MSWD＝0.83），表明翠宏山钨钼多金属矿床形成于早侏罗世，属燕山早期大规模构造-岩浆-成矿事件产物。

3）翠宏山多金属矿床的成矿岩体为二长花岗岩、碱长花岗岩。根据辉钼矿中Re质量分数、S同位素及成矿岩体研究资料，认为翠宏山、鹿鸣、霍吉河等矿床具有基本一致的成岩成矿时代和相似的物质源区，成岩成矿物质来源于火山弧钙碱性花岗质岩浆。成矿物质主要由地壳或壳幔过渡区部分熔融形成的岩浆热液提供。

4）区域构造演化分析和典型矿床成岩成矿时代研究表明，该区燕山早期大规模矽卡岩型多金属矿床-斑岩型钼（铜）矿床的成矿与太平洋板块的俯冲作用有关。

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