大兴安岭南段道伦达坝铜钨多金属矿床年代学研究：来自石英包裹体40Ar-39Ar年龄的证据∗

张雪冰，包长甲，吴世山

(新疆大学 地质与矿业工程学院，新疆 乌鲁木齐830047)

0 引言

大兴安岭南段位于中亚造山带东部，是我国东北地区重要的铅锌多金属成矿带[1]，现已在该成矿带内发现30多处多金属矿床[2]（图1）．道伦达坝铜钨多金属矿床位于大兴安岭南段西坡中部，关于该矿床的形成时代仍存在争议．前人曾对道伦达坝矿床黄铜矿和黄铁矿开展了Rb-Sr定年研究，获得其等时线年龄分别为(282.7 ±1.7) Ma 和(283.0 ± 2.6) Ma，认为其代表了道伦达坝矿床的形成时间[3]．然而，早二叠世成矿事件在大兴安岭南段成矿带内鲜有报道．另一方面，陈公正等[4]对道伦达坝矿床开展了LA-ICP-MS锡石U-Pb定年研究，获得锡石等时线年龄在134.7 Ma～136.8 Ma之间，认为道伦达坝铜钨多金属矿床形成于早白垩世．

在开展金属矿床年代学研究过程中，由于一些铅锌、铜多金属矿化中未发育适用于同位素定年的辉钼矿等矿物，导致这些矿床往往缺乏有效的定年手段[5]．许多情况下，研究人员通过对成矿有关的侵入体、蚀变矿物开展成矿年代研究（如岩浆岩锆石U-Pb定年，白云母Ar-Ar定年）探讨成矿年龄[6,7]．然而，由于成矿时代的争议严重制约金属矿床成矿作用和成矿规律研究．

流体包裹体是在矿物生长过程中保留在晶体缺陷中的热液流体，可以代表成矿热液[8]．流体包裹体研究发现，贫钾（无钾）的石英矿物中可能发育含KCl子矿物包裹体，可以提供足够多的钾，对其开展40Ar-39Ar定年研究可以获得较好的年龄结果，从而厘定成矿时代[9]．一些学者曾对金矿床石英中流体包裹体开展40Ar-39Ar定年研究，如Shi等[10]应用分步压碎法对金厂金矿床石英流体包裹体开展40Ar-39Ar定年分析，获得了较好的年龄结果．随着新一代质谱仪分析精度的不断提高，应用分步加热技术同样可以获得石英包裹体40Ar-39Ar年龄[11]．因此，本文应用分步加热技术对道伦达坝矿床黑钨矿-黄铜矿-石英脉中石英颗粒开展流体包裹体40Ar-39Ar定年研究，以期精确限定该矿床的形成时代．

1 地质背景

1.1 区域地质

大兴安岭南段位于内蒙古东部，二连-贺根山断裂以南、西拉木伦断裂以北、嫩江断裂以西地区（图1）[12]．依据地理位置与地貌特征可以将大兴安岭南段划分为西坡、主脊、东坡三个亚带．

图1 大兴安岭南段地质图[12]Fig 1 Geologic map of the southern Great Xing’an Range[12]

区域内赋矿地层主要为二叠系，包括下二叠统寿山沟组、大石寨组，上二叠统哲斯组、黄岗梁组、林西组等，该套地层总体上为一套陆源碎屑岩[13]．区域内褶皱、断裂构造发育，均以北东向为主，主要包括黄岗梁-甘珠尔庙复背斜，其对区内岩浆活动与多金属矿化有明显控制作用[14]．区域内岩浆岩十分发育，根据其时代可以划分为古生代和中生代两期，其中中生代燕山期岩浆活动与区内多金属矿化关系密切[15−19]．在大兴安岭南段西坡，以发育一系列脉型铅锌多金属矿床为特点，包括道伦达坝铜钨多金属矿床、维拉斯托铜锌矿床、拜仁达坝铅锌矿床、布金黑铅锌矿床等[20,21]．

1.2 矿化特征

道伦达坝矿床位于内蒙古西乌珠穆沁旗东南方向44公里处，属于中型铜钨多金属矿床．道伦达坝矿床共发育136条矿体，其中规模较大的矿体为8号、10矿体．铜、钨矿体产于黑云母花岗岩与泥质板岩接触带，受断裂控制明显[22]．铜矿体平均品位1%～5%，钨平均品位0.1%～1%[23]．道伦达坝矿区内出露的地层包括古生界宝音图组和上二叠统林西组（图2）．宝音图组岩性主要为黑云母斜长片麻岩，分布于矿区南西端．林西组在矿区内分布广泛，岩性包括砂岩、泥质粉砂岩以及泥质板岩等．矿区内断裂构造发育，包括北东向、近东西向、北西向、近南北向四组断裂，铜钨矿体主要受矿区内北东向断裂控制（图2）．矿区内出露黑云母花岗岩体，成岩年龄为292 Ma[24]．此外，矿区还发育一些脉岩，岩性包括花岗细晶岩、细粒花岗岩以及石英斑岩．

图2 道伦达坝矿床地质图[23]Fig 2 Geological map of the Daolundaba deposit[23]

矿体主要以脉状产于矿区内北东向断裂中，少数矿体产于北北东或北北西向断裂．矿石构造以脉状、交错脉状、网脉状为主，此外还可见部分浸染状、条带状及角砾状构造矿石（图3）．矿石结构主要为交代溶蚀结构，亦可见乳滴状结构、填隙结构、半自形粒状结构．矿区内发育金属矿物包括黄铜矿、黑钨矿、白钨矿、锡石、黄铁矿、毒砂、磁黄铁矿等．脉石矿物包括石英、方解石、萤石等[25]．矿体附近围岩蚀变包括硅化、云英岩化、萤石化等，矿区内钨锡矿化与硅化、云英岩化关系密切[19]．根据矿物组合与矿脉穿切关系可以将热液矿化划分为四个阶段：（1）毒砂± 黑钨矿± 石英-萤石阶段；（2）黑钨矿± 锡石± 石英阶段；（3）黄铁矿± 磁黄铁矿± 黄铜矿-石英阶段；（4）黄铁矿± 方解石-萤石阶段（图3）．

图3 道伦达坝矿床手标本照片及显微照片Fig 3 Photographs showing petrography and microphotographs showing the ores of the Daolundaba deposit

2 样品描述与分析方式

2.1 样品描述

前人通过对道伦达坝矿床开展流体包裹体研究发现道伦达坝矿床2、3阶段均发育有含子矿物多相原生流体包裹体，该类流体包裹体中存在KCl子晶[20]（图4a）．因此，道伦达坝矿床铜钨矿化阶段石英中流体包裹体具有较高的K含量，其石英样品适用于开展40Ar-39Ar定年测试．本次研究选取道伦达坝矿床与黑钨矿、黄铜矿共生的石英颗粒（DL）开展流体包裹体40Ar-39Ar定年研究．样品破碎后，分选至30目～60目（0.50 mm～0.25 mm），用超声波洗净并烘干，在双目镜下挑选出石英单矿物．

图4 (a) 道伦达坝矿床含KCl 子矿物流体包裹体显微照片； (b) 道伦达坝矿床石英样品（DL）40Ar/39Ar坪年龄；(c) 道伦达坝矿床石英样品（DL）40Ar/39Ar反等时线年龄Fig 4 (a)The solid sylvite-bearing type fluid inclusion microphotograph in Daolundaba deposit;(b)The40Ar/39Ar age spectra of DL quartz samples; (c) The inverse isochron lines age of DL quartz samples

2.2 分析方式

测试样品用铝箔包好放置于石英管内，同时将标准物质黑云母ZBH-25放置于石英管不同位置用于计算中子通量梯度，然后将石英管真空熔封，送至中国核动力设计研究院HFETR反应堆内照射15 h．

照射过的样品送至核工业北京地质研究院，采用Argus VI惰性气体质谱仪对其中的Ar同位素组成进行分析，采用双真空钽片加热炉阶段升温（700 ℃～1500 ℃）法释放样品中气体，气体依次经过液氮U-型冷阱，两组锆-铝吸气剂泵（一组为450 ℃，一组为室温）对气体进行纯化，最后仅留下惰性气体进入质谱仪进行Ar同位素组成的测试[11]．

通过辐照纯净的CaF2和K2SO4，对样品的Ca和K在辐照过程中产生的干扰进行校正，反应堆内的校正因子分别为(36Ar/37Ar)ca=3.539×10−4，(36Ar/37Ar)ca=8.735×10−4和(40Ar/39Ar)k=7.98×10−3，通过全熔石英管内黑云母ZBH-25获得石英管内的中子通量梯度，进而计算获得不同位置样品的辐照常数（J值），通过测试大气中的氩同位素组成获得质谱的质量歧视校正因子，而衰变常数则采用Steiger和Jager的推荐值5.543×10−10[26]．样品的40Ar-39Ar年龄计算方法详见文献[27]．

3 结果

3.1 石英包裹体40Ar-39Ar定年结果

道伦达坝矿床石英流体包裹体40Ar-39Ar定年结果见表1，40Ar-39Ar坪年龄与反等时线年龄见图4（b）、图4（c）．在700 ℃至1 500 ℃温度范围内，对样品进行9个阶段的释热分析，其中中间6个连续加热阶段（900 ℃～1 400℃；93.4%的Ar释放量）的年龄较为平坦，且误差范围较小，获得较好的坪年龄为(144.7 ± 1.6) Ma（MSWD =19.4）．然而，两端（700 ℃～800 ℃；1 500 ℃）3个阶段的表现年龄较坪年龄偏高且误差较大，说明石英流体包裹体中可能存在过剩的氩或核反冲所致．再者，40Ar-39Ar反等时线年龄为(140.6±2.2)Ma（MSWD=10.7），初始40Ar/36Ar比值为366.8 ± 32.1．本次研究获得的初始40Ar/36Ar比值明显大于大气中40Ar/36Ar比值（298.5）[28]，说明石英流体包裹体中存在过剩的氩．这也与坪年龄存在较大的MSWD值相一致．此外，考虑到坪年龄具有较大的MSWD值的特点，笔者认为40Ar-39Ar反等时线年龄更接近矿化年龄．

表1 道伦达坝矿床石英流体包裹体40Ar/39Ar分析数据Tab 1 Fluid inclusion 40Ar/39Ar analytical data for quartz from Daolundaba deposit

4 讨论

4.1 道伦达坝矿床成矿时代

一般来讲，开展40Ar-39Ar定年研究的样品必须具有足够多的钾进而产生40Ar和39Ar才能够获得有效的年龄数据[5]．学者们通过流体包裹体岩相学研究发现，一些矿床发育的石英中流体包裹体含有KCl子矿物，可以用来进行40Ar-39Ar定年研究．再者，考虑到石英矿物具有成分单一、贫钾、分布广泛以及易于挑选等特点，石英作为一种新的测试对象被应用于40Ar-39Ar定年测试．通过双真空炉多次循环加热去气、增加中间温度段数量、氩的再富集等方法，张佳等[11]应用分步加热炉对石英样品进行40Ar-39Ar定年研究，并获得了较好的Ar-Ar年龄数据结果．

对于道伦达坝矿床的形成时代，存在两种不同的观点．一是根据黄铜矿与黄铁矿Rb-Sr定年研究认为其成矿时代为282.7～283.0 Ma[3]，二是依据LA-ICP-MS锡石U-Pb定年结果认为其成矿时代为134.7～136.8 Ma[3]．本次研究的石英样品（DL）获得了较好的反等时线年龄，暗示道伦达坝矿床铜钨多金属矿化形成于140.6 Ma，获得的40Ar-39Ar年龄结果与前人取得的LA-ICP-MS锡石U-Pb等时线年龄结果接近[4]．再者，早二叠世成矿事件在大兴安岭南段成矿带内鲜有报道．此外，前人曾获得道伦达坝矿区外围张家营子斑状细粒花岗岩锆石U-Pb年龄为135 Ma[4]．这些地质事实指示道伦达坝矿床形成于早白垩世，本次石英40Ar-39Ar定年研究获得了较准确的年龄数据．因此，对于一些金属矿床，倘若其热液矿化阶段形成的石英中发育有KCl子矿物包裹体，可以采用石英40Ar-39Ar定年方法获得年龄数据．

4.2 成矿背景分析

大兴安岭南段西坡发育众多脉型多金属矿化以及少数斑岩型锡多金属矿化，包括花敖包特铅锌矿床、拜仁达坝银铅锌矿床、维拉斯托铜锌矿床以及维拉斯托锡多金属矿床，这些矿床均形成于早白垩世[29−32]（图5）．本次研究对道伦达坝矿床定年结果与这些矿床的形成时代趋于一致，可能为同一期构造-岩浆活动的产物，指示大兴安岭南段西坡在早白垩世存在大规模的Sn-W-Cu-Ag-Pb-Zn矿化事件．

图5 大兴安岭南段西坡铅锌铜钨多金属矿化同位素年龄[29−32]Fig 5 The radiometric ages of the Pb-Zn-Cu-W polymetallic mineralization along the west slope of the southern Great Xing’an Range[29−32]

大兴安岭南段地区位于中亚造山带东部，在古生代经历了古亚洲洋闭合演化过程[33]．然而，进入中生代，特别是晚侏罗世-早白垩世大规模成矿事件的动力学背景仍存在争议，一是认为其与北部蒙古-鄂霍茨克洋向南俯冲有关[34]，二是认为其与古亚洲洋俯冲作用有关[35]．值得注意的是，在中-晚侏罗世，大兴安岭南段地区存在一次陆壳加厚过程，加厚陆壳坍塌或拆沉作用导致区域内广泛发育中-晚侏罗世火山岩[36,37]，这与蒙古-鄂霍茨克缝合带闭合时间相对应[34]．再者，中-晚侏罗世以及早白垩世早期（170 Ma～135 Ma）在大兴安岭地区广泛发育大量火山岩，而在松辽盆地以东地区未见该时期火山岩出露[38,39]．这些证据指示早白垩世大兴安岭南段成矿事件与蒙古-鄂霍茨克缝合带的演化有关，形成于蒙古-鄂霍茨克洋闭合后导致的碰撞后伸展背景[34]．

5 结论

（1）石英流体包裹体40Ar-39Ar定年研究指示道伦达坝铜钨多金属矿床成矿时代为早白垩世(140.6±2.2)Ma.

（2）道伦达坝矿床成矿时代与大兴安岭南段西坡内发育的铅锌多金属矿化成矿时代一致，形成于蒙古-鄂霍茨克洋闭合导致的碰撞后伸展背景．