阿尔山地区五里泉北铁锰多金属矿点矿(岩)石地球化学特征

解　惠　吕　杜　田景春

(1.四川省冶金地质勘查院；2.成都理工大学沉积地质研究院)



阿尔山地区五里泉北铁锰多金属矿点矿(岩)石地球化学特征

解惠1吕杜1田景春2

(1.四川省冶金地质勘查院；2.成都理工大学沉积地质研究院)

摘要阿尔山地区是我国大兴安岭中南段多金属成矿带的重要组成部分，通过该地区五里泉北铁锰多金属矿点的野外调查和研究工作，基本查明了该矿点的地质特征和矿(岩)石矿化蚀变特征。为进一步厘清铁锰矿成矿时代及其铁、锰物质来源等问题，对与成矿关系密切的花岗闪长岩脉进行了锆石U-Pb定年，并对铁锰矿石及围岩进行了主微量元素、稀土元素分析，供区内找矿工作参考。

关键词铁锰多金属矿花岗闪长岩脉U-Pb年龄地球化学特征

位于大兴安岭西南缘的阿尔山地区是大兴安岭中南段多金属成矿带的重要地段，区内发现了3条与花岗岩有关的NE—SW向成矿亚带和多处矿床、矿(化)点，主要为Fe、Zn、Cu、Pb、Mo、Mn等多金属矿[1-5]。近年来，已陆续在第1条(松山)成矿亚带、第3条(南兴安)成矿亚带上取得了一些找矿新进展。然而，由于工作程度低、植被覆盖严重，第2条成矿亚带仍未取得找矿突破。前人对该带矿(化)点地质特征、矿化蚀变等方面进行了大量研究，本研究在此基础上重点对与该带成矿有关的含矿层位——上志留统卧都河组(区外北部鄂伦春近年已在该层位发现一中—大型规模的钼矿床[6])花岗闪长岩脉进行年代学和矿(岩)石地球化学特征研究，对花岗闪长岩脉形成时代和铁、锰成矿物质来源进行讨论，为该带下一步的找矿工作提供依据。

1矿点地质特征

阿尔山地区五里泉北铁锰多金属矿点位于第2条(阿尔山)成矿亚带中西段，矿点出露地层主要为上志留统卧都河组，为1套浅海相火山-沉积地层，岩石组合为变质粉砂岩、粉砂质板岩、凝灰质板岩、中—酸性岩屑晶屑凝灰岩等。区域构造主要以NW、NE、NNE向断裂为主，共同控制了区域上中生代强烈的岩浆活动及与之密切相关的成矿活动。区域出露的花岗岩体约占总面积的45%，主要由玫瑰峰、伊尔施、南兴安等3个花岗岩体组成，3条NE—SW向成矿亚带中的矿床、矿(化)点均产于该3个岩体与围岩的内外接触带部位。本研究重点探究与第2条成矿亚带五里泉北铁锰多金属(典型)矿点有关的五里泉北花岗岩体，因后期伊尔施大岩体的侵位，在区内残留规模较小，本研究采用锆石LA-ICP-MS U-Pb法获得的年龄为(237.8±2.3)Ma[4]。该矿点主要为热液脉型Fe-Mn矿化，产于上志留统卧都河组地层中，围岩为中—酸性岩屑晶屑凝灰岩，其中见多条(蚀变)花岗闪长岩脉沿层理侵入且与成矿关系密切，宽0.5～1.2 m，长5～20 m，近直立平行排列，岩脉接触带部位可见弱接触变质现象。该矿点矿石矿物主要为软锰矿、磁铁矿，少量方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、镜铁矿。矿脉围岩主要遭受云英岩化和褐铁矿化，蚀变矿物主要为石英、绢云母、萤石、绿泥石等。

2样品采集与分析

2.1样品采集

五里泉北花岗闪长岩脉(样品T0001)、铁锰矿石(1#脉样品D0004、2#脉样品D0003)及围岩蚀变中酸性岩屑晶屑凝灰岩(F0001-1、F0001-2、F0001-3、F0001-4、F0001-5，F0001-15)样品采于第2条(阿尔山)成矿亚带中西段热液脉型铁锰多金属矿点。用于锆石定年的样品采自野外较新鲜的花岗闪长岩脉，岩脉为褐绿色，半自形中—细粒结构，块状构造，主要为斜长石、石英、钾长石和暗色矿物。斜长石无色，具聚片双晶，可见环带构造，粒径多为2～3 mm，形态为半自形板状，部分颗粒中常见绢云母化。石英无色，干涉色一级暗灰色至一级黄白色，粒径0.02～0.13 mm，形态多呈他形粒状至不规则状。钾长石无色，多具微斜长石的格子双晶、微条纹构造，粒径0.6～5 mm, 形态为半自形—他形粒状。暗色矿物为黑云母，少量角闪石。

矿(岩)石地球化学特征分析的样品分别为铁锰矿石及采于垂直1#、2#铁锰多金属矿脉TC05探槽的凝灰岩样品。铁锰矿石金属矿物含量约58%，有磁性，主要为软锰矿、磁铁矿。软锰矿常呈粉末状集合体分布，具肾状构造，与铁的氧化物共伴生。磁铁矿常呈八面体自形晶、半自形晶及其集合体分布，粒径0.4～0.2 mm，星散分布于褐铁矿之中。蚀变凝灰岩绿黑色，残余凝灰结构，岩屑呈棱角状，成分为安山岩和细晶花岗岩，粒径0.8～1.5 mm，约占30%，晶屑以钾长石、石英、角闪石为主，粒径0.5～1.2 mm，约占20%，基质呈显微隐晶粒状，切片近于无色，约占50%，岩石具强烈绿泥石化。

2.2分析方法

样品破碎和锆石挑选工作由四川省地矿局华阳检测中心完成，在双目镜下挑选有色泽、晶形等相对较好的锆石粘于双面胶上用环氧树脂固定后磨制抛光，并进行阴极发光照相(阴极发光图像在中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心完成)。图1中所有锆石颗粒都有密集振荡环带，符合岩浆成因锆石特征。

锆石T0001样品测年在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成，分析仪器为Agillent 7500a型ICP-MS。采用He气作为剥蚀物质的载气，用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质MsTsRM610进行仪器最佳化，采用91500标准锆石外部校正法进行锆石原位U-Pb分析，采用的激光束斑直径40 μm。详细完整的试验测试过程见文献[7]，测试结果(表1)采用GLITER 4.0软件计算得出，应用Isoplot程序完成锆石谐和图的绘制。

图1　花岗闪长岩脉锆石样品阴极发光图像

五里泉北花岗闪长岩脉锆石(T0001样品)完成了7个点的测试，数据分析点基本分布于谐和线上或其附近(图2)，得到锆石U-Pb加权平均年龄为306.4±8.4 Ma(MSWD=3.1，N=7)，代表五里泉北花岗闪长岩脉的岩浆结晶年龄。

图2　花岗闪长岩脉锆石U-Pb年龄谐和图

样品点号及分析点号含量(×10-6)PbThU同位素含量比值±1σw(207Pb)/w(206Pb)w(207Pb)/w(235U)T0001-0321.95511.72554.040.05726±0.003010.37743±0.01862T0001-0534.30484.141295.400.05791±0.003490.38690±0.02207T0001-1033.90516.161214.710.05906±0.001640.41059±0.00940T0001-1246.52657.331992.320.05469±0.002820.35386±0.01706T0001-1317.49239.44675.740.05782±0.003180.39761±0.02054T0001-1811.91119.05392.610.05801±0.004070.37369±0.02496T0001-1910.20177.10325.870.05575±0.002300.38074±0.01423样品点号及分析点号同位素含量比值±1σw(206Pb)/w(238U)年龄/Ma±1σw(207Pb)/w(206Pb)w(207Pb)/w(235U)w(206Pb)/w(238U)T0001-030.04779±0.00085501.1±112.33325.1±13.72301.0±5.25T0001-050.04844±0.00094526.1±127.26332.1±16.16305.0±5.76T0001-100.05040±0.00071569.5±59.17349.3±6.76317.0±4.39T0001-120.04691±0.00082400.1±110.78307.6±12.80295.5±5.07T0001-130.04986±0.00091522.8±116.53339.9±14.93313.7±5.61T0001-180.04671±0.00099529.7±146.99322.4±18.45294.3±6.07T0001-190.04952±0.00079442.0±88.95327.6±10.47311.6±4.88

3矿(岩)石地球化学特征

3.1矿(岩)石元素分析

分别对五里泉北铁锰多金属矿石样品进行了主量元素、微量元素和稀土元素分析(测试工作均在中南矿产资源监督检测中心完成)，结果见表2。

表2　五里泉北铁锰多金属矿点矿(岩)石元素分析结果

3.2主量元素特征

据表2可知：区内蚀变凝灰岩样品具有相似的主量元素特征，w(SiO2) 60.18%～67.40%，以中性岩类为主，为中—酸性火山岩；火山岩显示出富碱特征(图3)，w(Na2O+K2O) 4.67%～7.43%，w(MgO) 2.63%～4.70%，w(K2O) 2.41%～3.25%，w(Al2O3) 11.39%～15.82%，w(TiO2) 0.427%～0.883%。在SiO2-K2O图上，数据点落于高钾钙碱区，主要为高钾钙碱系列岩石，表明该批样品高度富钾；在TAS图解上,数据点平均落于英安岩和安山岩区。2件铁锰矿石样品总体以富锰富铁为特征，w(MnO)最高18.68%，最低1.32%，w(Fe2O3)大于w(FeO)，围岩w(Na2O+K2O) 0.29%～0.356%，w(SiO2)44.22% ～49.44%，在TAS图解上, 数据点落于低硅贫碱区，铁锰矿石总体特征为富锰富铁，低硅贫碱。

3.3微量元素特征

由五里泉北蚀变凝灰岩样品不相容元素蛛网图(图4)可知,全部样品都具有相似的微量元素特征，富集Rb、Ba等大离子亲石元素(LILE),亏损Ti等高场强元素(HFSE)，且Ti强烈亏损，与形成于与俯冲带相关的高K/Ti、低Ti钾质岩石地球化学特征类似，且明显区别于板内低K/Ti、高Ti钾质岩。较特殊的是高场强元素Pb异常强烈富集，w(La)/w(Nb)2.625 7～3.419 3，w(Zr)/w(Nb)13.063～14.854。2件铁锰矿石样品高场强元素(HFSE)、大离子亲石元素(LILE)特征与围岩基本类似。D0003样品除K、P、Nb、Zr、Hf、Th、Ba、Rb含量低于围岩、U含量高于围岩外，其余元素含量与围岩较接近。D0004样品除U含量稍低于围岩、Pb含量高于围岩外，其余元素含量都明显低于围岩。

图3　矿(岩)石分类TAS图解

图4　矿(岩)石微量元素原始地幔标准化蛛网图

3.4稀土元素特征

据表2可知五里泉北蚀变凝灰岩样品稀土元素总量偏高，由球粒陨石标准化稀土元素配分曲线图(图5)可知，配分曲线属向右陡倾型，分异明显，区内全部样品表现出相同的变化趋势：①轻稀土元素强烈富集且轻重稀土元素之间存在较强的分馏作用((La/Yb)N为7.44～14.04)以及强烈的负Eu异常(δEu为0.58～0.74)；②与围岩类似的2件铁锰矿石曲线也表现为重稀土亏损、轻稀土富集的右倾型，其中矿石样品D0004强烈贫稀土元素，但矿石总体与围岩具有类似的稀土元素地球化学特征，暗示该铁锰矿与印支早期花岗岩体的侵位有密切关系。

图5　矿(岩)石稀土元素球粒陨石标准化分布型式

4讨论

4.1花岗闪长岩脉时代

研究区横跨西伯利亚板块东南部兴蒙造山带西段，构造演化具多旋回复合叠加的特征，经历了加里东以来长期复杂的构造活动，时间上先有海西期、印支期的烙印，后有燕山期强烈的火山岩浆作用。经地质填图及综合研究发现，区内上志留统卧都河组地层内构造岩浆活动既有印支期酸性侵入岩的大规模侵入，又发育与铁锰多金属矿关系密切的花岗闪长岩脉。长期以来，由于缺乏精确定年资料，前人一直将五里泉北与成矿关系密切的花岗闪长岩脉认为是燕山早期岩浆旋回的产物，但由花岗闪长岩脉中锆石的阴极发光图像和较高的w(Th)/w(U)值可知, 他们具有岩浆成因，其定年结果((306.4±8.4)Ma)应代表岩脉的形成时代——晚石炭纪。该定年结果限定了该岩脉的形成时代, 与同处于兴蒙造山带东端延边地区五道沟群火山岩的锆石SHRIMP U-Pb 定年结果((323±37)Ma[8])基本一致，与兴蒙造山带中段北部巴彦乌拉地区火山岩((310.5±0.78) Ma)、花岗闪长岩((312.5±0.75)Ma)以及北造山带的锡林浩特、西乌旗、苏尼特左旗，北部二连浩特以北、巴彦乌拉—东乌珠穆沁旗带发现有330～300 Ma晚石炭世岩浆活动[9]的形成时代近似，他们都落入佘宏全等[10]划分的大兴安岭锆石年龄数据高峰值区间(330～280 Ma)及对应的成矿事件内，据此可判定他们都属海西期发生的构造-岩浆热事件，说明兴蒙造山带海西期火山岩浆活动并非局部发育而具有区域性特征，与NE向主要构造带(多金属成矿带及成矿亚带)延伸方向一致，呈带状展布。因此，五里泉北晚石炭纪花岗闪长岩脉代表了上志留统卧都河组地层后期(海西期)发生的构造-岩浆热事件，与铁锰多金属矿成矿密切相关。五里泉北铁锰多金属矿可能存在二期叠加成矿，即与晚石炭纪(海西期)花岗闪长岩脉岩浆侵入和晚石炭纪后期—印支早期花岗岩体侵入二期成矿，说明该矿点的成岩成矿时代为237.8～306.4 Ma。

4.2铁、锰成矿物质来源

铁锰矿石总体以富锰富铁、低硅贫碱为特征，具富离子亲石元素(LILE)、贫高场强元素(HFSE)的典型特征，且Ti强烈亏损，与围岩地球化学特征基本类似。由图5可知，与围岩类似的2件铁锰矿石曲线表现为重稀土亏损、轻稀土富集的右倾型。与围岩相比，D0004样品强烈贫稀土元素，配分曲线远离围岩，推测是受到印支早期大规模花岗岩体侵位导致稀土元素的流失(稀土元素组成出现很大程度的亏损)， 越靠近岩体，稀土总量越低。因D0004样品取自靠近印支早期花岗岩体接触带的1#矿脉，锰品位较低、铁品位较高(表2)，铁可能主要是印支早期花岗岩岩浆结晶分异的结果。与围岩相比，D0003样品更富集稀土元素，配分曲线与围岩较接近，表明二者在成因上有密切联系，很可能是在围岩(蚀变凝灰岩)基础上改造的(如晚石炭纪花岗闪长岩脉侵入)。因D0003样品取自远离花岗岩接触带的2#矿脉，铁品位较低、锰品位较高(表2)，锰可能主要来源于围岩(蚀变凝灰岩及花岗闪长岩脉)。

5结论

(1)五里泉北铁锰多金属矿点花岗闪长岩脉样品锆石U-Pb定年结果为(306.4±8.4)Ma，与同处兴蒙造山带其他地区类似岩体(脉)时代基本一致，表明上志留统卧都河组存在一期晚石炭纪侵入岩，代表了该地层后期(海西期)发生的构造-热事件，与铁锰多金属矿成矿密切相关。

(2)蚀变凝灰岩主要为高钾钙碱系列岩石，铁锰矿石总体以富锰富铁、低硅贫碱为特征。微量元素岩石亏损Ti等高场强元素(HFSE)，富集Rb、Ba等大离子亲石元素(LILE)；铁锰矿石样品高场强元素(HFSE)、大离子亲石元素(LILE)特征与围岩基本类似，暗示该铁锰矿与中—酸性侵入岩的侵位有密切关系。岩石样品稀土元素总量(∑REE)偏高，轻稀土元素强烈富集且轻重稀土元素之间存在较强的分馏作用，强烈的负Eu异常，铁锰矿石总体特征与围岩基本类似。综合研究认为，该铁锰多金属矿中的锰可能主要来源于围岩(蚀变凝灰岩及花岗闪长岩脉)，铁可能主要是印支早期花岗岩岩浆结晶分异的结果。

参考文献

[1]刘建明，张锐，张庆洲.大兴安岭地区的区域成矿特征[J].地学前缘，2004(11)：69-73.

[2]李德亭，刘建明，刘洪涛.大兴安岭南东段寻找有色金属矿产取得突破性进展[J].中国矿业，2005(4)：6-10.

[3]吴驰华，伊海生，沈坤，等.阿尔山地区银江沟火山岩岩石学和地球化学特征[J].地质与勘探，2010，46(3)：515-534.

[4]解惠，田景春，武利文，等.内蒙古阿尔山地区成矿花岗岩形成时代及其找矿意义[J].吉林大学学报：地球科学版，2011，41(5)：1432-1440.

[5]解惠.内蒙古阿尔山成矿带有色金属矿床区域成矿背景与成矿构造动力学研究[D].成都：成都理工大学，2001.

[6]段东生，黄凡，刘翠辉，等.宜里钼矿蚀变特征及其找矿意义[J].金属矿山，2013(2)：97-100.

[7]袁洪林，吴福元，高山，等.东北地区新生代侵入体锆石激光探针U-Pb年龄测定与稀土元素成份分析[J].科学通报，2003，48(14)：1511-1520.

[8]于介江，门兰静，陈雷，等. 延边地区五道沟群变质英安岩的锆石SHRIMP U-Pb 年龄及其地质意义[J].吉林大学学报：地球科学版，2008，38(3)：363-367.

[9]李可，张志诚，冯志硕，等.兴蒙造山带中段北部晚古生代两期岩浆活动及其构造意义[J].地质学报，2015，89 (2)：272-288.

[10]佘宏全，李进文，向安平，等.大兴安岭中北段原岩锆石U-Pb测年及其与区域构造演化的关系[J].岩石学报，2012，28(2)：571-594.

(收稿日期2015-10-13)

*国土资源部地质调查基金项目(编号：NMKD2006—08)。

解惠(1973—)，男，高级工程师，博士，610051 四川省成都市成华区地勘路6号。