内蒙古查干德尔斯钼矿成矿期花岗岩地球化学特征及成岩背景

2021-10-21李光耀肖荣阁李志丹王佳营

科学技术与工程 2021年28期

李光耀，肖荣阁，李志丹，王佳营

(1.中国地质调查局天津地质调查中心，天津 300170； 2.中国地质调查局铀矿地质重点实验室，天津 300170； 3.中国地质大学(北京)，北京 100083)

钼矿床以斑岩型、矽卡岩型、热液脉型和沉积岩型为主，其中斑岩型是最重要的钼矿类型，具有品位低，规模大，埋深浅特点，矿体与赋矿钙碱性岩体时空分布关系密切。全球大规模斑岩型钼多金属矿床主要产出于环太平洋成矿域，前人研究认为其形成机制与板块俯冲有着密切的关系[1-3]。中国斑岩型钼多金属矿床主要分布在秦岭-大别成矿带、兴蒙成矿带以及长江中下游钼成矿带[4]，包括沙坪沟、金堆城、栾川、杨家仗子等超大型钼矿床。成矿时代主要集中在早古生代(480～420 Ma)[5]、晚古生代(412～260 Ma)[6]、中生代印支期(251～209 Ma)[7]、燕山期(194～77 Ma)[8]。

查干德尔斯钼矿床位于内蒙古自治区巴彦淖尔市乌拉特后旗，距赛乌素镇约90 km，是内蒙古中西部近年来新发现的一个大型钼矿产地[9]。区域上前寒武纪变质岩大量分布，从古生代到中生代各期次岩浆构造活动明显，侵入岩广泛发育。蔡明海等[10]对矿区辉钼矿开展Re-Os测年研究(243 Ma)，刘翼飞等[11]对矿区花岗岩样品进行锆石SHRIMP U-Pb年龄测定，显示成矿期花岗岩形成于253～254 Ma，为晚二叠世印支期。张艳飞等[12]开展流体地球化学研究，认为成矿流体来源于岩浆岩重熔热液和大气水混合。通过对查干德尔斯钼矿床赋矿岩体—似斑状黑云母二长花岗岩开展系统的主微量元素分析，研究其地球化学特征，探讨其成岩过程及形成背景，进一步丰富查干德尔斯斑岩型钼矿床成矿规律。

1 区域地质

研究区构造上处于索伦山缝合带与狼山-白云鄂博裂谷之间的宝音图隆起[13-15]，是中蒙边境大规模成矿带的重要组成[16-17]。该区自古生代至中生代期间，自南向北发生了明显的俯冲增生、碰撞造山、碰撞后伸展作用及其间的构造转换[18-23]，如图1[24-25]所示。

图1 查干德尔斯钼矿大地构造位置及区域地质简图(据文献[24-25]修编)Fig.1 The geotectonic location and regional geological map of the Chagandeersi molybdenum deposit (modified after ref.[24-25])

研究区出露下元古界宝音图群、白垩系砂砾岩以及第四系(图2)。下元古界宝音图群分布在矿区的东及东南部，总体呈NE向，局部受断裂切割。其岩性组合为灰黑色-灰绿色千枚状碳质板岩、浅变质粉砂岩等，属于中级变质岩系，受后期岩浆作用影响，热液蚀变现象明显。白垩系砂砾岩仅出露于矿区西北部和南部，为陆相碎屑沉积。第四系沿沟谷展布，由风成砂和砾石构成。

图2 查干德尔斯钼矿床地质简图(据文献[10]修编)Fig.2 Simplified geological map of the Chagandeersi molybdenum deposit (modified after ref.[10])

研究区内经历了多次构造运动，褶皱与断裂发育，总体呈NE向。苏吉音花复式背斜为主要容矿构造，由下元古界宝音图群组成，轴向60°，出露长度22 km，两翼宽8～10 km，NW翼倾角45°～60°，SE翼倾角56°～76°，向SW倾伏。近NE、NW向断裂构造为后期容矿岩体及含矿热液运移提供了重要的空间和通道。

区内岩浆岩十分发育，为华力西中期和燕山早期岩浆活动的产物，且以花岗岩为主，研究区内钨-钼-铋矿化与之有重要的成因联系，其中分布于矿区中西部的似斑状黑云母二长花岗岩(统称查干德尔斯花岗岩)，为主要容矿岩石，呈岩株产出。

2 矿床地质及成矿岩体特征

钼矿体呈隐伏状赋存于二叠纪查干德尔斯花岗岩体SE缘的内接触带(图2)，大致呈不规则厚层状、脉状及网脉状，近NE向展布。发育钾化[图3(a)]、云英岩化和绿泥石化等围岩蚀变，地表局部可见孔雀石化，具斑岩型矿床蚀变分带特征。

查干德尔斯岩体新鲜面呈浅肉红色，发育似斑状结构，块状构造[图3(b)]。岩体主要由长石、石英等矿物组成[图3(c)、图3(d)]，为二长花岗岩(图4)。副矿物有磷灰石、锆石。钾长石，半自形粒状，粒径为1.5～5 mm，含量为35%～40%，主要为条纹长石，部分被高岭石交代，并伴有白云母化。斜长石，半自形板状，粒径为1～4 mm，含量为20%～40%，高岭土化、绢云母化、白云母化。石英，它形粒状，粒径为0.5～4 mm，含量为25%。局部见少量鳞片状黑云母(含量为1%)。

Mot为辉钼矿；Q为石英；Pl为斜长石；Kf为钾长石图3 查干德尔斯花岗岩手标本及镜下特征Fig.3 Hand specimens and microscopic characteristics of the Chagandeersi granite

1为富石英花岗岩； 2为碱性长石花岗岩； 3为花岗岩； 3a为正常花岗岩 (普通花岗岩)； 3b为二长花岗岩； 4为花岗闪长岩； 5为云英闪长岩； 6为碱性长石正长岩； 7为正长岩； 8为二长岩； 9为二长闪长岩/ 二长辉长岩；10为闪长岩/辉长岩/斜长岩； 6*为石英碱性长石正长岩； 7*为石英正长岩； 8*为石英二长岩； 9*为石英二长闪长岩/ 石英二长辉长岩； 10*为石英闪长岩/石英辉长岩； Q为石英； A为碱性长石； P为斜长石图4 查干德尔斯钼花岗岩QAP分类图Fig.4 QAP classification diagram of the Chagandeersi granite

3 样品采集及分析测试

查干德尔斯花岗岩样品共6件，均采自钻孔ZK40-7岩心(图2)，样品编号为Dr217、Dr218、Dr220、Dr222、Dr224、Dr225。薄片制作及岩相学分析在中国地质大学(北京)完成，化学分析测试在中国地质科学院廊坊物化探研究所开展，分析精度优于5%。

4 分析结果

4.1 主量元素特征

查干德尔斯花岗岩样品主量元素分析结果如表1所示。成矿期肉红色似斑状黑云母二长花岗岩具以下特征：硅含量较高，SiO2含量为74.05%～77.56%，平均为76.36%；Al2O3含量为12.68%～14.38%，平均含量13.25%；含碱较高，Na2O+K2O含量为6.71%～8.23%，平均含量为7.33%；富钾，K2O/Na2O值为1.07～1.59，平均值1.28，为高钾钙碱性系列。A/CNK值为1.53～1.75，平均值1.63，A/NK值为1.66～2.03，平均值1.81，岩石为过铝质(图5)。

图5 查干德尔斯花岗岩Si-K图解及 A/NK-A/CNK图解Fig.5 Si-K and A/NK-A/CNK diagram of the Chagandeersi granite

表1 查干德尔斯花岗岩体主量元素分析结果Table 1 Results of principal element analysis of Chagandeersi granite

Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)=1.1(即A/CNK)为界来判别花岗岩类型[26]，根据表1分析结果，得出与成矿有关的似斑状二长花岗岩A/CNK值为1.53～1.75，为S(sediment)型。查干德尔斯花岗岩主量元素含量对SiO2哈克图解(图6)表现出系统而显著的变化趋势，说明岩浆演化过程中结晶分异作用较为显著。

图6 查干德尔斯花岗岩主量元素对SiO2哈克图解Fig.6 Harker diagram of major elements-SiO2 of the Chagandeersi granite

4.2 微量元素特征

微量元素分析结果如表2所示。大离子亲石元素富集，高场强元素及重稀土元素亏损。Ba、Nb、Sr、P及Ti亏损明显，U和Pb也呈亏损。Nb/Ta值为5.27～11.88，Zr/Hf值为18.75～35.40。前者远低于地幔平均值(60)，而接近于地壳值(10)[27]；后者整体亦小于地幔均值，靠近地壳平均值。大离子亲石元素Ba-Sr，高场强元素Zr-Hf等呈明显的正相关性(图7)。微量元素原始地幔标准化蛛网图呈右倾(图8)，微量元素特征显示出查干德尔斯花岗岩主要为陆壳熔融的产物。

图7 查干德尔斯花岗岩微量元素及δEu-SiO2(CaO)协变图解Fig.7 Covariant diagram of trace elements and δEu-SiO2(CaO) of the Chagandeersi granite

4.3 稀土元素特征

查干德尔斯花岗岩稀土元素分析如表2所示，稀土总量(total rare earth element，∑REE)中等，为49.60×10-6～86.80×10-6，平均值64.59×10-6。稀土分异明显，(La/Yb)N值为3.08～17.43，均值7.54；轻稀土(light rare earth element，LREE)分异程度较高，(La/Sm)N为3.52～5.87，平均4.54，重稀土(high rare earth element，HREE)分异相对偏低，(Gd/Yb)N值为0.75～2.02，均值1.17。δEu变化范围0.21～0.72，表现为明显的负Eu异常如图8[28]所示。稀土元素配分曲线呈“V”字形右倾趋势如图9[29]所示，轻稀土较陡，重稀土较缓，具有重熔花岗岩的特征。

表2 查干德尔斯花岗岩体微量元素分析结果Table 2 Trace element analysis results of Chagandeersi granite

原始地幔标准化数据来自文献[28]图8 查干德尔斯花岗岩原始地幔标准化微量元素蛛网图Fig.8 Primitive mantle-normalized trace elements spider diagram of the Chagandeersi granite

标准化数据来自文献[29]图9 查干德尔斯花岗岩稀土配分模式图Fig.9 Chondrite-normalized REE patterns diagram of the Chagandeersi granite

5 讨论

5.1 成岩成矿时代

查干德尔斯矿区辉钼矿化主要呈浸染状及细脉状产于似斑状二长花岗岩，围岩蚀变(硅化，钾化，云英岩化等)也与成矿期花岗岩具有一致的分布范围。矿化-围岩蚀变-花岗岩三位一体，可推断查干德尔斯二长花岗岩与辉钼矿化具有密切的成因联系。花岗岩锆石的U-Pb年龄为253～254 Ma[11]，成岩时代为晚二叠世。查干德尔斯矿区辉钼矿Re-Os等时限年龄为(243.0±2.2) Ma[10]，成矿时代为早三叠世，属印支期构造-岩浆活动的产物。由此可知，该矿床成岩成矿时差为10 Ma。

查干德尔斯花岗岩体矿物结晶程度相对较好[图2(c)、图2(d)]，具似斑状结构，代表岩体经历了漫长的结晶分异过程。刘翼飞等[17]对邻区查干花钼矿研究显示，矿床H同位素低于大多数同类型钼矿床，说明其成矿流体更长时间的去气过程，也证实了查干德尔斯花岗岩侵位后经历长时间的演化。

5.2 岩浆演化

查干德尔斯花岗岩具似斑状结构，斑晶矿物主要为长石和石英，表示至少两期结晶过程。花岗岩主、微量元素与SiO2哈克图解以及微量元素之间的协变关系(图6、图10)，表现出规律性变化趋势，说明岩浆演化过程中经历了显著的结晶分异作用。哈克图解中，P2O5-SiO2含量呈负相关，代表磷灰石等副矿物发生结晶分离；Fe2O3及MgO对比SiO2的降低，反映镁铁质矿物的结晶分离。这种部分熔融作用可以从微量元素及其相关比值图解上得到进一步证实，如δEu与SiO2含量呈明显的负相关性，说明出随着岩浆演化程度增强，Eu负异常越发显著，而δEu与CaO的含量呈正相关性，反映了斜长石与钾长石的分离结晶。可以推测，成矿岩体上升侵位之前，就已在深部岩浆房内发生了明显的分异作用，这有利于钼金属的预富集。

图10 查干德尔斯花岗岩体微量元素比值协变图解Fig.10 Covariant diagram of trace elements ratio of the Chagandeersi granite

花岗岩的微量元素组成反映出岩浆演化过程中，受到了上部地壳物质的混染。受到地壳混染，强不相容元素与中等不相容元素含量比值可以发生变化[30]，在查干德尔斯花岗岩中，K/Rb值范围为83.05～134.17，平均值为112.81，Ba/Nb值变化范围为2.70～66.73，平均值17.92，Rb/Zr比值变化于2.42～6.31，平均值4.55。由于下元古界宝音图群广泛分布于矿区及其外侧，可以认为宝音图群是查干德尔斯花岗岩侵位后重要的混染来源。

5.3 岩浆源区及成矿背景

成矿期花岗岩的微量元素特征如图 8、图9所示，表现为Th、Rb等大离子亲石元素明显富集，Nb、Ta和Ti 等高场强元素亏损，Pb富集，LREE富集，以及HREE分异程度较低的稀土配分模式。查干德尔斯花岗岩具有较高的Th含量(7.41×10-6～12.01×10-6。)，平均10.18，较高的(La/Yb)N值(3.08～17.43)，平均7.54，显示母岩源区为发生俯冲作用并受到地壳混染的陆缘弧区域[31-33]。(La/Sm)N比值3.52～5.87，平均4.54，且与La具有较为明显的正相关性(图7)，指示查干德尔斯花岗质岩浆是由早期形成岩石经过部分熔融作用形成[34-37]。花岗岩构造判别图解(图11[38])，主要投影于火山弧花岗岩、同碰撞花岗岩及碰撞后花岗岩区域的重叠部分，结合区域板块构造演化[35-37]，推断查干德尔斯花岗岩可能形成为后碰撞环境。

WPG为板内花岗岩；ORG为洋中脊花岗岩；VAG为火山弧花岗岩； syn-COlG为同碰撞花岗岩；PCG为后碰撞花岗岩图11 查干德尔斯花岗岩Nb-Y和Rb-(Y+Nb)构造环境判别图[38]Fig.11 Nb-Y and Rb-(Y+Nb) tectonic discrimination diagrams of the Chagandeersi granite[38]