冀东太平村钼矿辉绿岩锆石U-Pb年代学研究及其地质意义

孙金龙

(河北省地质矿产勘查开发局第八地质大队 秦皇岛 066001)

太平村钼矿区出露地层主要为新太古界迁西群马兰峪组二段变质岩系,为一套高角闪岩相的变质岩。区内断裂构造发育,主要为北北东、北东东及北西向三组,北东向较老,北西向相对较新。矿区地处冀东中部侵入岩带的西部,岩浆活动十分强烈,岩性从超基性岩—中酸性岩均有见及,以燕山早期中酸性—酸性岩浆侵入活动为主。矿区钼矿化受花岗岩类侵入体—隐爆角砾岩及断裂构造共同控制。钼矿体主要赋存于岩浆岩外接触带的变质岩中,其次产于隐爆角砾岩、隐伏花岗岩及蚀变辉绿岩中。但在不同侵入体中辉钼矿分布具有不同特征,在隐伏花岗岩中辉钼矿以星散状、稀疏浸染状分布。而在蚀变辉绿岩中则沿其后期裂隙以辉钼矿石英脉或辉钼矿细脉分布。本次工作针对蚀变辉绿岩进行岩相学、锆石U-Pb定年研究,探讨其形成时代、成因和与钼矿化关系,为矿床的系统理论研究及进一步找矿提供依据。

1 矿区地质特征

1.1 地层

矿床位于马兰峪复背斜西段中北部即密云—喜峰口东西向大断裂南部,前分水岭岩体西侧。区内出露地层较为简单(图1),主要为新太古界迁西群马兰峪组二段变质岩系和新生界第四系。岩性主要有角闪斜长片麻岩、石榴辉石角闪斜长片麻岩、斜长片麻岩、斜长角闪岩及含磁铁片麻岩、混合岩化片麻岩。总体构成一套高角闪岩相的变质岩,其原岩为一套基性—中酸性火山岩—凝灰质半粘土岩夹含铁硅质岩的沉积建造。总体产状走向0°～30°,倾向北西,倾角一般40°～60°。在太平村以北角闪斜长片麻岩由于受混合岩化作用改造,局部地段已变为混合岩化斜长片麻岩,呈透镜状产出,两者呈过渡关系。斜长片麻岩与角闪斜长片麻岩两者界线不清,呈过渡关系。

图1 太平村钼矿区地质简图

1.2 构造

(1)断裂构造

区内断裂构造发育,为北北东、北东东及北西向三组。北东向构造较老,北西向构造较新。北东向构造主要控制了岩浆岩分布,为本区主要控岩控矿构造;北西向构造则主要控制了后期岩脉的分布。成矿后断裂与岩脉以及早期断裂(F1)的后期活动均对矿体产生了一定的破坏作用,但影响不大。

(2)节理裂隙

由于受区内多期次构造活动及岩浆侵入的影响,岩石多次发生应力破裂,形成了多期次的节理裂隙相互叠加的复杂裂隙系统,为热液流体的运移和成矿元素的沉淀提供了极有利的通道和储矿空间,控制了本区的蚀变和金属矿化。

1.3 岩浆岩

矿区岩浆活动十分强烈,主要以岩株、岩脉形式产出,岩性从超基性岩-中酸性岩均有见及,岩浆侵入活动呈多期发生,以燕山早期中酸性-酸性岩浆侵入活动为主,时代集中于侏罗世晚期(157.4～163.2 Ma),主要岩性为二长花岗岩、花岗闪长岩、石英二长闪长岩、正长闪长岩、花岗斑岩等。以前分水岭岩体出露面积最大(10 km2),在前分水岭岩体周围分布规模不等、形态各异的11个小岩株。除地表出露之外,还在钻孔ZK0-1、ZK0-3(-510 m以下标高)发现隐伏辉钼矿化中细粒似斑状二长花岗岩体,在钻孔ZK5(-50 m以下标高)见隐伏辉钼矿化石英正长闪长岩体。以上中酸性侵入体主要集中分布于矿区中北部,围绕其周围分布众多隐爆角砾岩。根据各岩体的空间分布、岩石学特征、赋矿关系、岩石化学特征、含矿性分析并结合与成矿时代的时间尺度对应关系综合分析推断ZK0-1隐伏辉钼矿化中细粒似斑状二长花岗岩体及ZK5隐伏石英正长闪长岩与本区钼矿化关系最为密切,为本区钼矿化的成矿母岩,但二者之间关系还有待进一步加强研究。多期强烈的岩浆侵入活动,不仅为钼等多金属矿的形成提供了丰富的矿质来源,而且为成矿热液的运移提供了强大持久动力来源,创造了良好的成矿地质条件。

矿区岩脉较为发育,主要有蚀变辉绿岩、微粒花岗岩、闪长岩、闪长玢岩、煌斑岩、伟晶岩以及石英脉等。脉岩受北东向及北西向构造共同控制,一般长由几米至几百米,宽由几十厘米到数十米,通过脉岩的穿切关系和蚀变矿化情况判断,北北东向一组相对较老为成矿前形成,以蚀变辉绿岩为代表,地表出露于小茨山、双官铺一带,脉宽15～45 m。钻孔ZK48-1(标高245～200 m、-44～-67 m)、ZK6(标高218～68 m)、ZK24-1(标高-365 m以下)、ZK28-1(标高90～-224 m)、ZK20-1(标高-172～-278 m)、ZK12-1(标高-184～-276 m)、ZK32-2(标高-460 m以下)深部控制蚀变辉绿岩脉,厚23～315 m。岩脉总体方向为20°～30°,倾向北西,倾角60°～70°。

2 辉绿岩岩石学特征

岩石致密坚硬,中部颗粒粗,边部颗粒细,呈墨绿色,变余辉绿结构,块状构造。以斜长石(55%)、辉石(35%～40%)为主、角闪石次之,少量石英、黑云母等组成,副矿物磷灰石。斜长石高岭土化、绢云母化、黝帘石化明显;暗色矿物均已变为次闪石、绿泥石等,整体蚀变较强。石英呈它形粒状、填隙状分布于斜长石粒间。局部见大量鳞片状聚集产出的黑云母,为后期热液作用形成;金属矿物为磁铁矿、黄铁矿、磁黄铁矿、辉钼矿、黄铜矿、方铅矿等。黄铁矿、磁黄铁矿较为发育,呈浸染状、团块状分布。岩石局部后期裂隙发育,充填黄铁矿(辉钼矿)石英脉、辉钼矿细脉、黄铁矿(磁黄铁矿)细脉等,裂隙发育处硅化、绿帘石化、绿泥石化、碳酸盐化等蚀变明显(图2、图3)。

图2 辉绿岩中自形黄铁矿

图3 辉绿岩镜下特征(+)

3 LA-ICP-MS锆石U-Pb测年

蚀变辉绿岩属基性岩,锆石含量少,颗粒较小,且原生锆石含量低。本次工作从10 kg样品中仅选出63颗锆石,其中约20%呈长棱柱状并发育明显振荡环带;80%呈磨圆状,缺少振荡环带。透射光下,锆石分两种:一种呈棕黄色,表面凹凸不平;另一种呈透明状,表面干净。阴极光下,可以看出部分锆石呈棱柱状,有斜交振荡环带;而另外一部分锆石呈浑圆状,看不清振荡环带且有后期增生边(图4)。

图4 太平村钼矿区蚀变辉绿岩锆石阴极发光(CL)图像

野外在钻孔中采集新鲜辉绿岩样品,对挑选出的30颗锆石进行30次测试,最终获取18个有效数据,年龄范围为186～1711 Ma,数据分散,无法获得谐和年龄。但从锆石的 CL图像和 U-Pb同位素测试结果(表1)可划分五个年龄区段:①180～250 Ma;②320～400 Ma;③405～800 Ma;④905～1400 Ma;⑤1650～1800 Ma。大体上与燕山早期、华力西早期、加里东期和晋宁期四大造山运动时代相对应。其中,第①-③区段锆石成份点偏离谐和曲线,应为捕获的早期岩浆锆石,经历后期构造—岩浆热事件改造作用,发生铅丢失造成;第⑤区段锆石,成份点基本在谐和曲线上,具有早期岩浆作用的锆石属性或结晶基底的变质锆石属性。这几个区段锆石的存在反映辉绿岩岩浆上升过程受到了陆壳的混染或后期构造—岩浆热事件改造;而第④区段锆石多呈自形—半自形短柱状,发育岩浆震荡生长环带,具原生岩浆成因锆石属性,因而207Pb/206Pb加权平均年龄(1363±81 Ma)可以代表辉绿岩的结晶年龄(图5),属中元古晚期。

表1 太平村钼矿辉绿岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测定结果表

图5 蚀变辉绿岩加权平均年龄及谐和图

4 讨论

对比可知,矿区蚀变辉绿岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄与以往华北陆块北部燕山地区中元古代辉绿岩研究成果一致。李怀坤等(2009)对承德县、宽城县侵入下马岭组的一套辉绿岩进行锆石SHRIMP U-Pb测年获得年龄为1320±6 Ma;陆松年等(2010)将其侵位年龄置于1320～1350 Ma,与本次测试结果基本一致,同属于燕山地区中元古基性岩墙侵入事件的产物,形成于华北陆块北部中元古代晚期的板内伸展构造背景。根据前人研究成果总结燕山地区中元古代辉绿岩属大陆拉斑玄武岩系列,岩浆起源相对比较深,源自大陆板内过渡性地幔区,为中元古代晚期华北陆块北部板内裂解事件的产物,可能是中元古代Columbia超大陆裂解过程在华北陆块上的响应。

2016年曾针对太平村钼矿床进行过辉钼矿Re-Os同位素测年工作,获得钼矿成矿时代为(164.11±0.92) Ma,属中侏罗世晚期 (孙金龙等,2016)。而本次工作获得的蚀变辉绿岩锆石U-Pb年龄为1363±81 Ma,属中元古晚期。二者时代相差较远,辉绿岩的侵位早于辉钼矿的形成。结合地质特征可知辉钼矿多以辉钼矿石英脉或辉钼矿细脉沿蚀变辉绿岩后期裂隙充填分布,进一步证明蚀变辉绿岩形成于成矿前。

该蚀变辉绿岩虽与钼矿无直接成因联系,但对钼矿体的分布起到明显控制作用。通过勘查发现在蚀变辉绿岩的两侧辉钼矿化强度存在较大差别,在其上盘附近辉钼矿体较为富集呈厚大板状、透镜状、复杂枝杈状分布,而在其下盘辉钼矿化骤然减弱,仅在局部见有细脉状矿体稀疏分布。该辉绿岩早期沿先存断裂构造上侵,在上升侵位过程中导致围岩破碎,其上盘作为主动盘造成的围岩裂隙较下盘发育。此后,在其上盘燕山期花岗岩体大量侵入,并形成众多隐爆角砾岩,造成围岩发生多次破裂并相互叠加形成复杂裂隙系统。随着大气水或变质水的加入,形成了一个地球化学障,导致矿化作用在此区域加强。同时,辉绿岩受后期构造破坏形成裂隙,后期成矿流体充填形成辉钼矿石英脉或辉钼矿细脉,以及裂隙两侧的硅化、绿帘石化等蚀变。当中侏罗世晚期大量成矿流体沿中心通道向外运移致厚大蚀变辉绿岩处,由于受其自身物理性质影响虽受后期构造作用但裂隙并不发育。导致其作为天然物理屏障,阻碍了成矿流体的进一步运移,大量成矿物质在辉绿岩上盘裂隙发育的地球化学障地段沉淀形成厚大矿体,而少量成矿流体沿厚大辉绿岩裂隙继续运移形成辉绿岩中及其下盘的少量矿体。

综上,辉绿岩侵位早于成矿作用,与辉钼矿无明显成因关系。仅是作为地球化学障和物理屏障,导致流体运移受阻,造成辉绿岩两侧矿化的强度不同。