大兴安岭北部小柯勒河钼铜矿区二长岩锆石U-Pb年代学和地球化学特征

于涛 李雪梅 于润涛 李治华 孙永刚 姜芷筠

摘要：小柯勒河钼铜矿床位于额尔古纳地块和兴安地块的结合部位，是近年来大兴安岭北部新发现的斑岩型矿床。为确定该矿区内二长岩的形成时代、岩石成因、岩浆源区及构造背景，对其进行了锆石U-Pb定年及全岩分析。锆石U-Pb定年结果显示：二长岩形成于57.8 Ma±0.3 Ma（MSWD=2.0），为古新世。全岩分析结果显示：二长岩具有低镁（w（MgO）为1.89 %～2.06 %）和高碱（w（K2O+Na2O）为8.02 %～8.68 %）特征，属于准铝质、钾玄岩系列岩石;富集大离子亲石元素（Rb、Ba、K），亏损高场强元素（Nb、Ta、Ti），与俯冲带岩浆岩特征一致;具有低镁指数（Mg#为35.07～36.46）、钴（w（Co）为9.80×10-6～11.66×10-6）和镍（w（Ni）为1.22×10-6～3.25×10-6）特征，较高的w（La）/w（Nb）值（1.87～2.97）、w（Th）/w（La）值（0.21～0.28）、w（Th）/w（Nb）值（0.43～0.66），与壳源岩浆岩特征相似，应是下地壳基性变质岩部分熔融的产物。结合前人区域构造背景的研究成果，认为二长岩形成于太平洋俯冲板块向后回撤引起的区域伸展构造背景下。

关键词：二长岩;锆石U-Pb年龄;地球化学特征;小柯勒河钼铜矿床;大兴安岭北部

中图分类号：TD11 P618.4文献标志码：A开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

文章编号：1001-1277（2021）06-0011-09doi：10.11792/hj20210603

小柯勒河钼铜矿床位于中亚造山带东段，显生宙遭受了古亚洲洋、古太平洋和蒙古—鄂霍茨克洋3种构造机制的叠加作用[1]。随着中三叠世古亚洲洋的闭合和早白垩世蒙古—鄂霍茨克洋的闭合[2-3]，中国东北地区新生代构造环境主要受太平洋板块的影响，岩浆作用自中生代到新生代也逐渐减弱。前人大量高精度测年结果显示，该区域火成岩主要形成于中生代[4]，少量形成于早、晚古生代[5-6]，新生代火成岩仅零星出露于东北亚大陆边缘区。目前，对东北地区新生代火成岩的年代学和构造背景研究相对较少，且主要是基于对花岗质岩石的研究，而对中性岩的研究则很少涉及。鉴于此，本文以小柯勒河钼铜矿区二长岩为研究对象，通过运用锆石U-Pb定年、全岩分析，讨论其岩石成因、岩浆源区和构造背景，旨在为大兴安岭地区新生代构造演化的研究提供新依据，进一步提升东北地区新生代岩浆活动及构造环境的研究程度。

1 矿区及矿床地质特征

小柯勒河钼铜矿床位于额尔古纳地块和兴安地块的结合部位，紧邻新林—塔源—喜桂图断裂。由于古亚洲洋、蒙古—鄂霍茨克洋和滨太平洋三大构造域的复杂背景，导致研究区岩浆活动强烈，有良好的成岩成矿背景。

矿区内出露地层为下奥陶统—下志留统倭勒根群吉祥沟组（O1-S1j）、大网子组（O1-S1d）;中生界侏罗系上统白音高老組（J3b）;白垩系下统甘河组（K1g）;新生界第四系上更新统雅鲁河组（Qp3y）;新生界第四系全新统（Qh）地层主要在低洼、沟谷及河床处分布，岩性为现代河床冲积物、砂砾石、黏土等（见图1）。矿区内侵入岩主要分布在南部和中东部，以晚石炭世、晚侏罗世、早白垩世的中酸性侵入岩为主，岩石类型主要有花岗闪长岩、石英二长岩、正长花岗岩、花岗闪长斑岩等。矿区内构造十分发育，可见多组、多类型构造相互叠加改造，构造主要为断裂，北东向、北西向断裂控制着岩浆活动和矿体形态，北北西向断裂是较发育的次级断裂，对中生代火山机构、火山构造进行了改造和破坏。

目前，矿区共圈出铜、钼多金属矿体102个。其中，铜矿体42个（工业矿体10个、低品位矿体32个），钼矿体44个（工业矿体14个、低品位矿体30个），钼铜矿体16个（工业矿体4个、低品位矿体12个）。矿体厚4.00～76.00 m，以4.00～38.00 m居多。矿化主要发育于花岗闪长斑岩内接触带（见图2），其次是外接触带的光华组地层，大网子组和吉祥沟组地层矿化很弱。围岩蚀变为绢英岩化、钾化和青磐岩化，具有明显的面型蚀变分带特征，表明该矿床为典型的斑岩型钼铜矿床，主含矿岩体花岗闪长斑岩的成岩时代为142 Ma，属于早白垩世[8]。现已查明蚀变和矿化围绕花岗闪长斑岩分布，可以确定该斑岩体为与成矿有关的岩体。由于成矿后有频繁的构造岩浆活动，有多期热液蚀变和矿化叠加。矿石矿物主要为黄铁矿、黄铜矿和辉钼矿，磁铁矿、闪锌矿和方铅矿次之，表生金属矿物主要有褐铁矿、蓝铜矿和孔雀石。矿石结构有自形粒状结构、半自形—他形粒状结构、鳞片状结构、粒状结构、固溶体分离结构、碎裂结构、交代结构，其中交代结构最为发育。矿石构造主要有脉状构造、浸染状构造及团块状构造。

2 样品采集及测试方法

2.1 样品采集及岩相学特征

本文所涉及的12件样品均取自小柯勒河钼铜矿区ZK320-2钻孔480～550 m处（见图3），结合野外观察及岩石地球化学特征，将其岩性定为二长岩。二长岩岩心呈浅肉红色，细粒结构，块状构造;主要矿物成分为斜长石（约占35 %）、碱性长石（约占60 %），以及其他暗色矿物（约占5 %）。斜长石呈长板状，粒度0.05～0.30 mm;碱性长石主要为正长石，长板状，粒度0.25～1.00 mm，平均粒度0.50 mm。岩石具有弱绢云母化和绿泥石化。

2.2 测试方法

锆石分选在廊坊市宇恒矿岩技术服务有限公司完成，制靶和CL图像采集在北京中兴美科科技有限公司完成，选择双目镜下表面平整光洁、晶形相对较好的颗粒，将其制成环氧树脂样品靶，磨至锆石颗粒中心部位进行测试。锆石U-Pb年龄测定在北京燕都中实测试技术有限公司完成，测试剥蚀光斑直径为25 μm，频率为10 Hz，能量密度约为2.5 J/cm2。锆石U-Pb定年中采用标准锆石91500作为外标校正，数据处理采用Glitter软件，锆石样品的年龄谐和图绘制和年龄权重平均计算均采用Isoplot软件。

Or—正长石 Pl—斜长石

图3 小柯勒河钼铜矿区二长岩特征

全岩分析在北京燕都中实测试技术有限公司完成。主量元素测试先将粉末样品称量后加Li2B4O7（1∶8）助熔剂混合，利用熔样机加热至1 150 ℃，使其在铂金坩埚中熔融成均一玻璃片体，再使用XRF测试，测试结果误差小于1 %。微量元素采用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）法分析，称量200目粉末置于聚四氟乙烯溶样罐，加入HF+HNO3将样品消解，在190 ℃干燥箱中干燥72 h，将样品进行赶酸、稀释后进行测试，测得数据根据监控标样GSR-2显示误差小于5 %，部分挥发性元素及极低含量元素的分析误差小于10 %。

3 测定结果及分析

3.1 锆石U-Pb年龄

二长岩锆石CL图像（见图4）显示，锆石形态呈短柱状和不规则状。锆石边部发育震荡生长环带，边部测点的U和Th质量分数分别为69.3×10-6～773.3×10-6和3.5×10-6～542.1×10-6，w（Th）/w（U）值为0.45～0.99（见表1），均为典型的岩浆锆石[9]。

由图4、表1可知：5，6，7，8，10号测点的206Pb/238U年龄较集中，为56.2～59.1 Ma，谐和度较高，其加权平均年龄为57.8 Ma±0.3 Ma（MSWD=2.0）（见图5），代表小柯勒河钼铜矿区二长岩的结晶年龄;

其他锆石较为复杂，大小相差较大，具有代表岩浆成因的环带，可能为岩浆侵位过程中捕获的中元古代到中生代火成岩中的锆石。部分锆石环带不清晰，有蚀变现象和变质的反应边结构，反映捕获的岩浆锆石在后期热液中有溶解和重结晶。

3.2 全岩分析

3.2.1 主量元素

小柯勒河钼铜矿区二长岩主量元素含量及特征值见表2。

由表2可知：w（SiO2）為58.28 %～58.97 %，镁指数（Mg#）为35.07～36.46，平均值为35.74，w（MgO）为1.89 %～2.06 %，w（Al2O3）为15.49 %～16.01 %，全碱（w（K2O+Na2O））为8.02 %～8.68 %，w（Na2O）/w（K2O）值为0.88～1.14。在TAS图解（见图6-a））中，样品落入二长岩区域内;在w（SiO2）-w（K2O）图解（见图6-b））中，样品落入钾玄岩系列区域内;样品铝指数（A/CNK）为0.82～0.91，在A/CNK-A/NK图解（见图6-c））中，样品落入准铝质区域内。

3.2.2 微量元素和稀土元素

小柯勒河钼铜矿区二长岩微量元素和稀土元素含量及特征值见表3。

由表3可知：二长岩稀土元素（REE）质量分数为173.28×10-6～230.31×10-6，稀土元素球粒陨石标准化配分曲线明显右倾（见图7-a）），相对富集轻稀土元素（LREE）、亏损重稀土元素（HREE），轻、重稀土元素分馏明显（w（La）N/w（Yb）N值为9.72～14.00），微弱的负铕异常（δEu=0.76～0.85）;表明岩浆源区可能有少量斜长石残留或者有少量斜长石分离结晶[10-14]。

微量元素原始地幔标准化蛛网图（见图7-b））显示，样品富集大离子亲石元素（如Rb、Ba、K）和活泼不相容元素（Th和U），相对亏损高场强元素（如Nb、Ta、Ti），具有明显Ta、Nb和Ti的“TNT”负异常。

4 岩石成因和岩浆源区

小柯勒河钼铜矿区二长岩具有准铝质岩石特征，属于钾玄岩系列岩石。w（SiO2）为58.28 %～58.97 %，属于中性岩。关于中性岩的成因，主要有3种观点：①受富水流体交代的地幔橄榄岩部分熔融[15];②幔源岩浆同化混染和分离结晶[16];③形成于下地壳物质的部分熔融[17]。

由幔源岩浆形成的岩石具有Ni、Co含量高且较高Mg#（>60）和低TiO2（w（TiO2）<0.50 %）的地球化学特征[18-20]，而该二长岩Ni（w（Ni）为1.22×10-6～3.25×10-6）、Co（w（Co）为9.80×10-6～11.66×10-6）含量明显偏低;Mg#值（35.07～36.46，平均值为35.74）较低;TiO2质量分数（w（TiO2）为1.10 %～1.21 %，平均值为1.12 %）大于0.50 %，与幔源岩浆形成岩石的地球化学特征不符。此外，岩石w（La）N-w（La/Sm）N图解（见图8）显示，该岩石主要呈部分熔融趋势，区别于分离结晶过程，进而可排除二长岩是由受富水流体交代的地幔橄榄岩部分熔融和幔源岩浆同化混染和分离结晶形成。

该二长岩富碱、钾，贫镁、钙，轻稀土元素富集、重稀土元素亏损，轻、重稀土元素分馏明显，具有Ta、Nb和Ti的“TNT”负异常，暗示岩浆来源于地壳[21]。岩石样品的w（La）/w（Nb）值（1.87～2.97，平均值为2.58）、w（Th）/w（La）值（0.21～0.28，平均值为0.23）、w（Th）/w（Nb）值（0.43～0.66，平均值为0.59）均反映了壳源特点（大陆地壳和原始地幔的w（La）/w（Nb）值分别为2.20和0.94，w（Th）/w（La）值分别为0.204和 0.125，w（Th）/w（Nb）值分别为0.440和0.177）[22-23]。岩石中壳源物质的w（Nb）/w（U）值和w（Ce）/w（Pb）值分别为6.2和3.9[24]，二长岩的w（Nb）/w（U）值为5.39～7.49，w（Ce）/w（Pb）值为6.34，w（Ce）/w（Pb）值为2.94～4.05，平均值为3.57，均与壳源物质比值更接近。样品w（Rb）/w（Sr）值为0.16～0.31，平均值为0.25，与陆壳平均值0.35很接近，明显不同于地幔平均值0.034[25]。

根据以上分析，认为二长岩主要是下地壳部分熔融形成，很可能为下地壳变质基性岩部分熔融的产物。

5 构造背景

二长岩富集大离子亲石元素，亏损高场强元素，显示了岩石与火山弧构造环境的亲缘性[26]。在w（La）/w（Nb）-w（Ba）/w（Nb）图解（见图9-a））中，样品落入弧火山区域;在w（Zr）-w（Nb）/w（Zr）图解（见图9-b））中，样品落入俯冲带岩石区域;w（Zr）/w（Y）=9.04～12.80，平均值为11.43，介于大陆边缘安山岩w（Zr）/w（Y）=4.00～12.00的范围内[27]，显示出活动大陆边缘的特性，暗示其产生与大洋板块俯冲过程密切相关。前人研究表明，东北地区随着古亚洲洋和蒙古—鄂霍茨克洋的闭合，在早白垩世晚期已经完全进入环太平洋构造域[28]，结合本文的年代学资料，可以判断二长岩的形成与太平洋板块的构造演化相关。

一些学者在俄罗斯远东锡霍特阿林南部（56～92 Ma）[31]、俄罗斯远东滨海地区（56～90 Ma）、哈巴罗夫斯克（75～131 Ma）[32]发现大量沿北北东向展布的I型花岗岩，在欧亚大陆东缘形成连续火成岩带[32-33]，表明晚白垩世至古近纪早期欧亚大陆东缘为俯冲环境。此外，在朝鲜半岛南部产出A型花岗岩（47～66 Ma）[34]，延吉地区存在与伸展环境有关的埃达克质安山岩（55～58 Ma）[35]，同时代火成岩的空间变异揭示了该时期岩浆作用的动力源应该源于东部，表明了古近纪早期发生太平洋板块向欧亚大陆俯冲作用。

东北亚地区在早白垩世晚期（110～130 Ma），岩浆作用广泛分布，产出大面积火成岩[5];到晚白垩世（110～80 Ma），岩浆作用分布范围相对于早白垩世晚期明显向东收缩，岩石仅沿东亚大陆边缘少量出露[36];进入古近纪，东北亚岩浆范围进一步收缩，火成岩仅零星出现。这种岩浆作用的空间范围逐渐向东收缩，火成巖的分布范围明显缩小，由陆内向沿海地区迁移，说明大洋板块俯冲角度逐渐变陡，即太平洋俯冲板块向后回撤[37]。

由于太平洋板块的后撤，洋壳俯冲速度减小，俯冲角度增大，致使研究区处于伸展的构造背景中[38]。持续的伸展环境使得岩石圈伸展变薄，软流圈地幔物质上涌，上地幔岩石部分熔融形成岩浆，岩浆底侵加热下地壳，造成下地壳物质熔融形成中性岩浆，最终形成小柯勒河钼铜矿区二长岩。

6 结 论

1）小柯勒河钼铜矿区二长岩成岩年龄为57.8 Ma±0.3 Ma，为古新世。

2）二长岩属于准铝质、钾玄岩系列岩石，富集大离子亲石元素，亏损高场强元素，轻稀土元素富集、重稀土元素亏损，轻、重稀土元素分馏明显，为下地壳变质基性岩部分熔融的产物。

3）二长岩形成于太平洋俯冲板块后撤的伸展环境下。

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Zircon U-Pb ages and geochemistry of monzonite from Xiaokelehe

Mo-Cu Deposit in the north of Greater Khingan Mountains

Yu Tao，Li Xuemei，Yu Runtao，Li Zhihua，Sun Yonggang，Jiang Zhijun

（College of Earth Sciences，Jilin University）

Abstract：The Xiaokelehe Mo-Cu Deposit is a porphyry deposit newly discovered in the north of Greater Khingan Mountains in recent years and is located at the junction of Erguna massif and Khingan massif.In order to determine the chronology，petrogenesis，magma source and tectonic settings of the monzonite in the area，zircon U-Pb dating and whole rock analysis of the monzonite is conducted.The zircon U-Pb dating results show that the monzonite yields a Paleocene age，that is 57.8 Ma±0.3 Ma（MSWD=2.0）.The whole rock analysis results show that the monzonite is characterized by low Mg（w（MgO）is 1.89 %-2.06 %） and high alkali（w（K2O+Na2O）is 8.02 %-8.68 %）concentrations，indicating it is aluminous and shoshonite rock;the samples are rich in LILEs （Rb，Ba，K），depleted in HFSEs （Nb，Ta，Ti），consistent with the magmatic characteristics of subduction zone;they have low Mg#（35.07-36.46），Co（w（Co）is 9.80×10-6-11.66×10-6） and Ni（w（Ni） is 1.22×10-6-3.25×10-6），and relatively high ratios of w（La）/w（Nb）value（1.87-2.97），w（Th）/w（La）value（0.21-0.28）and w（Th）/w（Nb）value（0.43-0.66），similar to the characteristics of crustal magmatic rocks，which is supposed to be the product of partially melting of the basic metamorphic rocks in the lower crust.Based on the previous research results of regional tectonic setting，it is considered that the monzonite formed in the regional extensional tectonic setting caused by the withdrawal of the Pacific subduction plate.

Keywords：monzonite;zircon U-Pb dating;geochemistry;Xiaokelehe Mo-Cu Deposit;north of Greater Khingan Mountains

收稿日期：2020-12-26; 修回日期：2021-04-05

基金項目：吉林省自然科学基金项目（20180101089JC）;吉林省科技发展计划重点项目（20100445）

作者简介：于 涛（1995—），女，吉林德惠人，硕士研究生，研究方向为矿物学、岩石学、矿床学;长春市建设街2199号，吉林大学地球科学学院，130061;E-mail：546928217@qq.com

通信作者，E-mail：li_xm@jlu.edu.cn，13664430246