大兴安岭南段银铅锌矿床成矿规律
2024-02-09李士辉武广张彤李雪娇陈毓川
[摘要]大兴安峙南段银铅锌矿床的矿种组合,主要包括铅锌矿、银铅锌矿、银铅锌多金属矿和银金矿。其成因类型以岩浆热流型、陆相火山岩型和矽卡岩型为主,亦有少量的斑岩型和海相火山岩型矿床。银铅锌多金属矿床形成于华力西晚期、印支期、燕山早期和燕山晚期四个时期,主要集中于晚侏罗世-早白垩世,成矿高峰期为早白垩世。由早到晚矿床成矿元素组合逐渐增多,华力西晚期成矿元素以Pb-Zn-(Ag)为主、印支期成矿元素以Pb-Zn为主、燕山早期成矿元素以Cu(Mo)-Ag-Pb-Zn为主、燕山晚期以Sn-Cu-Ag-Pb-Zn为主。前中生代的二叠系可能为成矿提供了部分物质来源,其更重要的是为成矿提供优越的成矿空间;中生代地层更多为盖层而起到成矿圈闭作用。矿床主要受北西、北东和东西向断裂、侵入体及其与地层接触带构造控制,部分受火山构造控制,其中北西向张性断裂是最重要的赋矿空间。大兴安岭南段银铅锌矿床元素组合和矿床类型是大地构造环境、岩浆源区组成和岩浆结晶分异演化多种因素耦合的结果。主脊附近的华力西晚期海相火山岩型Pb-Zn-(Ag)矿床形成于古亚洲洋俯冲背景,与海相火山岩有关;东坡西拉木伦断裂以南的华力西晚期-印支期Pb-Zn-(Ag)矿床形成于古亚洲洋闭合后的后碰撞和造山后伸展环境,与分异较弱的酸性侵入岩有关;东坡西拉木伦断裂以北Cu(Mo)-Ag-Pb-Zn矿床主要形成于燕山早期与古太平洋板块俯冲相关的弧后伸展环境,与壳幔混源分异程度较弱的中酸性侵入岩有关;主脊和西坡Sn-Cu-Ag-Pb-Zn矿床主要形成于燕山晚期与古太平洋俯冲板片回撤有关的陆内伸展环境,与壳源高分异火山-侵入杂岩有密切的成因联系。
[关键词]银铅锌矿床;成矿作用;成矿模式;成矿规律;大兴安岭南段
大兴安岭南段处于古亚洲成矿域和滨西太平洋成矿域的交汇部位,该成矿带的西北界为二连-贺根山断裂,南以化德-赤峰断裂与华北克拉通毗邻,嫩江-八里罕断裂为其东界,西界大致位于东乌珠穆沁旗-锡林浩特-镶黄旗一线,是中国北方最重要的锡银多金属成矿带(武广等,2021)。截至目前,该区已发现银铅锌矿床和与其他矿种共生的铅锌银多金属矿床173处。前人对该区的银铅锌矿床开展了大量的成矿规律研究,取得了丰硕的研究成果(毛景文等,2013;曾庆栋等,2016;武广等,2022)。在第一轮全国十年找矿突破战略行动中(2011-2020年),大兴安岭南段随着勘探工作的不断深入,在空白区以及老矿山深部和边部连续取得重大找矿突破,显示出该区成矿地质条件极为优越,找矿潜力巨大。目前新一轮找矿突破战略行动已如火如荼地开展(2021-2035年),系统总结大兴安岭南段银铅锌矿床成矿规律对于区域找矿具有重要的理论与实际意义。鉴于此,本文基于前人对区内银铅锌矿床研究成果,系统总结大兴安岭南段银铅锌矿床的成岩成矿时代、矿床成因类型、时空分布规律及控矿因素,揭示本区银铅锌矿床成矿规律并建立成矿模式,旨在为大兴安岭南段银铅锌矿床找矿提供理论支撑。
1区域地质背景
大兴安岭南段锡银多金属成矿带大地构造位置位于西伯利亚板块与华北板块结合部位。该区构造演化分别受古生代古亚洲洋构造体制、中生代的古太平洋构造体制控制(武广等,2021)。区域内主要出露中元古界锡林郭勒岩群上石炭统本巴图组、上石炭统阿木山组、下二叠统寿山沟组、下-中二叠统大石寨组、中二叠统哲斯组、上二叠统林西组、上侏罗统满克头鄂博组、上侏罗统玛尼吐组、下白垩统白音高老组及第四系。区域内发育褶皱和断裂构造。褶皱主要形成于华力西晚期,呈北东或北东东向展露;燕山期褶皱较少,且表现为开阔的背斜和向斜。断裂可分为华力西晚期的北东、北东东和北西向断裂,燕山期北东、北北东向断裂,华力西晚期构造为岩浆活动提供了构造条件,由其派生的北西向构造破碎带常控制矿体的形态、空间分布和产状(武广等,2021)。区域内主要发育华力西期、印支期和燕山期侵入岩,其中燕山期侵入岩最发育,主要为花岗岩类呈岩株产出,沿北东-北北东向主脊断裂分布。详细的区域地层,构造、岩浆岩特征见武广等(2024)。
2银铅锌矿产概况
2.1银铅锌矿产资源禀赋
大兴安岭南段目前已发现银铅锌矿床以及与其他矿种共生的铅锌银多金属矿床共173处(图1、图2)。其中超大型矿床5处(花敖包特、白音查干东山、双尖子山、拜仁达坝、复兴屯)、大型矿床5处(大井、白音诺尔、浩布高、孟恩陶勒盖、巴彦温都日)、中型矿床55处(如扎木钦、敖瑙达巴、张家沟等)、小型银铅锌矿床108处(如查干楚鲁、昂格图、长春岭等)。按共生成矿元素组合可将银铅锌矿床和与其他矿种共生的铅锌银多金属矿床划分为:银铅锌矿床、银铅锌多金属矿床(共生Cu、Sn和Mo)、银矿床(共生Au、Sn、Mo、Mn、Cu)三类,其中以银铅锌矿床为主(105处),次为银铅锌多金属矿床(52处),银矿床数量较少(16处),且均为中-小型。据不完全统计,区内已探明资源金属储量Aggt; 67000 t、Pbgt; 1180X10t、Zngt; 3466x10t,已成为我国一个重要的有色金属和贵金属生产基地。
2.2银铅锌矿产的矿床类型
大兴安岭南段银铅锌矿床类型可划分为岩浆热液脉型、陆相火山岩型、矽卡岩型以及斑岩型和海相火山岩型。其中,岩浆热液型81处,如超大型的白音查干东山、双尖子山、拜仁达坝和大型的孟恩套力盖矿床;陆相火山岩型65处,如超大型的花敖包特、复兴屯和大型的大井矿床等;矽卡岩型20处,如大型的白音诺尔和浩布高;斑岩型仅4处,分别为东布拉格乌兰、劳家沟、召呼都格和架子山,矿床规模均为中-小型;海相火山岩型仅3处,分别为代黄沟、马场和后卜河,矿床规模均为中-小型(图3)。综上,本区银铅锌矿床以岩浆热液型和陆相火山岩型为主,矽卡岩型次之,斑岩型和海相火山岩型矿床较少。从矿种上看,银矿床以陆相火山岩型为主,次为岩浆热液型。
2.3银铅锌矿产的成矿时代
大兴安岭南段银铅锌矿床形成于华力西晚期(早-中二叠世)、印支期(中-晚三叠世)、燕山早期(侏罗纪,包括暂时无法精确确定成矿年龄的晚侏罗世-早白垩世矿床)和燕山晚期(早白垩世)四个时期。其中,华力西晚期的矿床仅有4处,印支期矿床16处,燕山早期矿床21处,燕山晚期矿床132处。大兴安岭南段银铅锌矿床主要形成于燕山期,尤其是燕山晚期(图4)。
3典型矿床
鉴于大兴安岭南段已发现的众多银铅锌矿床中以岩浆热液型、陆相火山岩型和矽卡岩型为主,为此我们选择复兴屯超大型陆相火山岩型银铅锌矿床、白音诺尔大型矽卡岩型锌铅矿床、双尖子山超大型岩浆热液型银铅锌矿床作为典型矿床代表,其矿床地质、矿床地球化学和成岩成矿年代简述如下:
3.1复兴屯陆相火山岩型银铅锌矿床
该矿床位于内蒙古自治区兴安盟科尔沁右翼前旗境内,处于二连浩特-扎兰屯深大断裂与北北东向大兴安岭主脊断裂交汇处附近,主要成矿元素为Ag、Ph、Zn。已探明银5258t,平均品位198g/t;伴生锌776x10t,平均品位1.07%;铅22x10t,平均品位0.4%,为超大型银多金属矿床(李海军等,2023)。如图5a,矿区出露地层主要为中生代火山岩及火山碎屑岩;区内岩浆岩见有早白垩世次火山岩及部分脉岩,次火山岩常呈岩枝状产出,向上侵入到白音高老组之中;矿区整体为一个长轴走向北东的火山构造洼地,周围发育放射状断裂和环状断裂,断裂构造走向以北东向和北西向为主,东西向及南北向次之,其中北西向断裂为成矿期主要容矿构造,北东向与北西向断裂共同控制了区内火山岩分布,整体呈北东向串珠状分布。矿床主要赋存于下白垩统白音高老组酸性火山岩中,呈“拱形”产出,矿体产状与地层产状基本一致(图5b)。该矿床深部以铜锌和低品位锌矿化为主,呈粗脉状展布,围岩蚀变以硅化、菱锰矿化和绢云母化为主;向上逐渐过渡为密集陡立细脉状低品位锌矿化,其主要受水压裂隙控制,围岩蚀变矿物绢云母减少,高岭土化和叶腊石化增强,石英粒度变细,菱锰矿化增多;矿床顶部以银铅锌矿化为主,主要受隐爆角砾岩控制,围岩发育强高岭土化和叶腊石化,菱锰矿化亦较为常见,石英多以玉髓形式发育(陈公正,2021;李海军等,2023)。矿石矿物主要为闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、黄铜矿、辉银矿、银黝铜矿、硫砷银矿等;脉石矿物主要为石英、玉髓和方解石;成矿阶段先后划分为铜锌硫化物阶段、铅锌硫化物阶段和银锌硫化物阶段(陈公正,2021)。陈公正(2021)对复兴屯银铅锌矿床研究表明,主成矿阶段流体具中低温(124-233℃)、低盐度(2.1%-8.3%NaCleqv)特征;矿床δD(-142‰-119‰)、δ18O水(-16.0‰-3.0‰)、δ13CPBD(-0.6‰--11.0‰)同位素组成显示成矿流体为岩浆水与大气降水的混合流体;矿石的δ34 SCDT(0.0‰-11.2‰)、206Pb/204Pb(18.162-18.465)、207Pb/204Pb(15.479-15.611)、208Pb/204Pb(37.840-38.267)同位素研究表明成矿物质主要源于岩浆;矿床成岩年龄(133.0±1.5-137.6±1.8 Ma)与成矿年龄(129.1±5.1 Ma)均为早白垩世;矿床闪锌矿均为贫铁闪锌矿,以富集Cu、Ag、Pb,贫Fe、Cd、Ga、Ge为特征,属于浅成低温热液矿床(陈公正,2021)。综上,该矿床应属与早白垩世次火山岩有关的陆相火山岩型矿床。
3.2白音诺尔矽卡岩型锌铅矿床
白音诺尔矿床位于巴林左旗的北部,处于白音诺尔-景峰北东向断裂与白音诺尔-罕庙东西向断裂交汇处。主要成矿元素为Zn和Pb,累计查明铅47.13t,锌138.52t,平均品位:铅1.77%,锌5.21%(谭宏利等,2015)。如图6,矿区主要出露地层为二叠系哲斯组、上侏罗统满克头鄂博组及第四系(赵宁,2023);矿区发育有花岗斑岩、石英闪长岩、花岗闪长岩,成岩时代以侏罗纪为主,次为二叠纪(蒋斌斌等,2020;赵宁,2023);矿区皱构造主要为二叠统哲斯组背斜构造和上侏罗统向斜构造,断裂构造与其相伴产出,矿区西部为侏罗纪的火山机构,岩性为中酸性熔岩(蒋斌斌等,2020;赵宁,2023)。矽卡岩型的脉状或囊状矿体主要沿二叠系哲斯组碳酸盐岩与花岗闪长(斑)岩和石英正长斑岩的北东向接触带产出,少量位于侏罗纪火山岩或二叠纪浅变质砂岩与大理岩接触带(江思宏等,2011)。矿化蚀变由矿区西部的火山机构向北东方向呈现由高中温组合向中低温组合的侧向水平分带现象;垂向上由深到浅依次有锌铜矿化、锌矿化、锌铅矿化的分带趋势(赵宁,2023)。矿石矿物以闪锌矿为主,其次为方铅矿、黄铜矿、磁铁矿;脉石矿物以透辉石-钙铁辉石、石榴子石为主;成矿阶段可划分为石榴子石-透辉石-硅灰石早期矽卡岩阶段、绿帘石-阳起石-磁铁矿退化蚀变一氧化物阶段和石英-方解石-闪锌矿-方铅矿-黄铜矿-黄铁矿硫化物阶段(蒋斌斌等,2020)。主成矿阶段流体具有中—低温(165.9-258.7℃)、低盐度(0.83%-5.62%NaCleqv)特征(于琪等,2015)。蒋斌斌等(2020)结合成矿岩体U-Pb测年和野外地质现象认为成矿时代为燕山期的晚侏罗-早白垩世(149.9±2.5-140.3±2.6Ma);王瑞良(2023)获得矽卡岩中石榴子石U-Pb年龄134.9±4.7 Ma,闪锌矿Rb-Sr年龄132.7±4.8 Ma,表明成矿时代为早白垩世。不同阶段闪锌矿和黄铁矿的δ34S值介于-6.50‰-2.8‰),认为硫均来自岩浆(Shu et al,2013;王瑞良,2023);硫化物的206Pb/204Pb介于18.229-18.372、207Pb/204Pb介于15.468-15.680、208Pb/204Pb介于37.925-38.610,与早白垩世侵入岩铅同位素组成基本一致,表明早白垩世侵入岩为成矿提供了主要成矿物质(江思宏,2011;Shu et al.2013;王瑞良.2023)。
3.3双尖子山岩浆热液型银铅锌矿床
双尖子山矿床位于内蒙古自治区赤峰市巴林左旗富河镇西北约20 km处,主要成矿元素为Ag、Pb、Zn,累计查明银15214t、铅39.22X10t、锌152.30x10t,平均品位:银139.3g/t、铅1.03%、锌1.46%,属超大型,被认为是迄今为止亚洲最大的银矿床(Shi et al,2024)。双尖子山矿区出露地层有下-中二叠统大石寨组、中侏罗统新民组、上侏罗统满克头鄂博组及第四系冲积物(图7a)。地表出露的岩浆岩为闪长玢岩脉和花岗斑岩脉,钻孔揭露深部存在隐伏花岗岩体(Shi et al,2024)。矿区的构造主要表现为兴隆山断裂构造带,区内断裂构造发育,主要为北西向、北东向及近南北向断裂。矿体主要赋存于大石寨组,少量产于新民组的角砾晶屑凝灰岩中,受北西向断裂蚀变带和北东向断裂破碎带控制,其中,北西向矿体的规模较大,连续性较好,呈张性,北东向矿体规模相对较小,呈压扭性,矿体主要呈似层状、脉状、透镜状产出(图7b)。矿化主要以浸染状细脉、矿脉和角砾岩形式出现在断裂中;矿石矿物主要有辉银矿、深红银矿、硫银锡矿等银矿物以及黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、毒砂等。脉石矿物主要有石英、方解石、绿帘石等。成矿阶段大体可分为石英-闪锌矿-毒砂-黄铁矿-黄铜矿阶段、石英-方铅矿-闪锌矿-黄铁矿-银矿物阶段、石英-方解石-方铅矿-闪锌矿-银矿物阶段、黄铁矿-碳酸盐阶段等(Shi et al,2024)。成矿流体具有中低温(288-192℃)、低盐度特征(7.2-1.2 NaCleqv)、δ18O(-13.9‰-7.4‰)、δD(-145‰-65‰)、δ13 Cv-PDB(-11.0‰-7.9‰)同位素研究表明成矿流体源自岩浆水和大气水的混合(Shi et al,2024)。区内花岗岩锆石U-Pb年龄140-135 Ma(王丰翔等,2016;Shi et al,2024);矿体中绢云母40Ar/39Ar年龄为146.9±1.9 Ma(王丰翔等,2016),闪锌矿Rh-Sr年龄为132.7±3.9 Ma(吴冠斌等,2013),成矿时代与成岩时代一致。矿石206Pb/204Pb介于18.267-18.361、207Pb/204Pb介于15.530-15.634、208Pb/204Pb介于38.087-38.448(吴冠斌等,2013;Shi et al,2024),表明成矿物质来源于亏损地幔和地壳部分熔融的混合岩浆(Shi et al,2024)。Slu et al.(2024)通过矿床地质和岩石显微组构研究认为兴隆山矿段是与正长花岗岩有关的岩浆热液型矿床,双尖子山矿段是与早白垩世次火山岩有关的浅成低温热液型矿床。
4区域成矿规律
4.1时间分布规律
大兴安岭南段银铅锌多金属矿床形成于华力西晚期、印支期、燕山早期和燕山晚期四个时期,主要集中于燕山期(图4)。华力西晚期矿床类型以海相火山岩型为主,矿床数量较少(4处),矿床规模以小型为主,成矿元素以Ag-Pb-Zn为主,其与古亚洲洋的洋壳俯冲有关;印支期矿床类型以岩浆热液型为主,少量为斑岩型,相比华力西晚期,印支期矿床数量和规模明显增多(16处),矿床规模均为中-小型,成矿元素以Pb-Zn为主,个别共生有Ag、Cu或Mo,这些矿床主要分布在大兴安岭东坡南部的西拉木伦深断裂与化德-赤峰断裂之间,它们与古亚洲洋闭合后的后碰撞和后造山演化有关(Wu et al,2011);燕山早期岩浆热液型、陆相火山岩型、矽卡岩型矿床均有发育(21处),成矿元素组合有Ag-Pb-Zn、Ag-Pb-Zn-Cu-(Mo)以及Ag-(Au、Mn),主要分布在大兴安岭东坡,矿床规模除孟恩套力盖为大型外,其他均为中-小型,它们主要形成于古太平洋板块北西向俯冲背景(Xu et al,2013);燕山晚期矿床类型以陆相火山岩型和岩浆热液型为主,次为矽卡岩型,这一时期的银铅锌多金属矿床最为发育,呈爆发式产出(132处),占大兴安岭南段银铅锌矿床总数的76%,且所发现的所有超大型和绝大多数大型矿床均形成于该时期,成矿元素组合Ag-Pb-Zn、Ag-Pb-Zn-Cu- (Sn、Mo)、Ag-(Sn、Mo)三类均有发育,它们主要与古太平洋俯冲板块的回撤有关(Xu et al,2013)。总体而言,由华力西晚期至燕山期,大兴安岭南段形成的银铅锌多金属矿床规模逐渐增大,矿床类型逐渐增多,成矿元素组合变得复杂(图4)。
此外,本文统计的173处矿床中,除东不拉格乌兰Mo-Pb-Zn矿床、布嘎特乌兰Zn-Cu矿床、沙布楞山Cu-Zn-Mo矿床形成于晚侏罗世的矿床位于大兴安岭南段西北坡外,其他38处形成于晚侏罗世及之前的矿床均分布在大兴安岭南段东南坡嫩江断裂西侧及主脊,尽管主脊和东南坡也大量存在形成于早白垩世的银铅锌矿床,但仍显示出由东南坡至西北坡,成矿时代渐新的趋势。
4.2空间分布规律
4.2.1区域尺度分布规律
区域尺度上,前人将大兴安岭南段划分为三个矿带(王长明等,2006;毛景文等,2013):
(1)东坡银铅锌矿带处于嫩江断裂西侧,该矿带的矿床多共伴生Cu和Mo,矿床类型主要为斑岩型、岩浆热液脉型和陆相火山岩型,矿床规模多为中小型,如莲花山Cu-Ag矿床、东五棵树Ag-Cu-Zn矿床、孟恩套力盖Ag-Pb-Zn矿床、潘家段Zn-Pb-Cu矿床等,成矿时代以晚侏罗世为主,而该带位于西拉木伦断裂与化德-赤峰断裂之间的翁牛特和松山区,除产有侏罗纪Pb-Zn矿床外,仍产出有侏罗纪Ag-(Au、Mn)矿床(如青山Ag-Au矿床)和中-晚三叠世的Zn-Pb-(Cu)矿床(如炮手营子Ag-Ph-Zn矿床),矿床类型主要为岩浆热液型和陆相火山岩型,而且Ag-(Au、Mn)矿床更靠近南部的化德-赤峰断裂而毗邻华北克拉通。
(2)主脊银铅锌矿带沿大兴安岭南段主脊呈北东向展布,位于黄岗-音德尔断隆带及其北西侧的断陷带,宽达20 km左右。该矿带的矿床多共伴生Sn和Cu,产有大井Sn-Ag-Cu-Pb-Zn矿床、白音诺尔Pb-Zn-Ag-Sn矿床、双尖子山Ag-Pb-Zn矿床、浩布高Pb-Zn-Cu-Fe矿床等,矿床规模多为大型-超大型,矿床成因类型主要为矽卡岩型、岩浆热液型和陆相火山岩型,少量斑岩型,成矿时代以早白垩世为主。该带西拉木伦断裂与化德-赤峰断裂之间的克什克腾旗南部和翁牛特旗北西部的矿床成矿元素主要为Pb-Zn- (Ag),矿床规模以中-小型为主,成因类型以陆相火山岩型为主,成矿时代也为早白垩世,如二道沟Pb-Zn矿床、大座子山Pb-Zn矿床、炮手营子Ag-Pb-Zn矿床。
(3)西坡银铅锌矿带从赤峰克什克腾旗的拜仁达坝到锡林郭勒盟西乌珠穆沁旗的白音查干东山,超大-大-中型矿床以及矿点绵延分布,成矿元素组合与主脊相似,已发现有白音查干东山Sn-Ag-Pb-Zn-Cu矿床、毛登-小孤山Sn-Cu-Zn矿床、道伦达坝Cu-Sn-W矿床、沙布楞山Cu-Zn-Mo矿床、维拉斯托Li-Sn-Pb-Zn-Cu矿床、拜仁达坝Ag-Pb-Zn-Cu矿床、花敖包特Ag-Pb-Zn-Cu-Sn矿床、复兴屯Ag-Pb-Zn矿床等。该带矿床成因类型主要为陆相火山岩型和岩浆热液型,成矿时代也以早白垩世为主。此外,该带位于西拉木伦断裂与化德-赤峰断裂之间的正镶白旗和镶黄旗地区产出有以Pb-Zn-(Ag)组合为主的矿床,矿床规模均为中-小型,成因类型以陆相火山岩型为主,成矿时代均为早白垩世,如三面井Ag-Pb-Zn矿床和东胡Ag-Pb-Zn矿床。
综上,大兴安岭南段西拉木伦断裂南、北两侧的矿床,由东坡至西坡均具有渐新变化趋势。区别的是,西拉木伦断裂南侧地区成矿元素组合主要为Pb-Zn-(Ag)和Ag-(Au),缺少Sn-Cu组合,且矿床规模相对较小,成因类型以陆相火山岩为主,次为岩浆热液型。此外,西拉木伦断裂南侧翁牛特地区还产有中-晚三叠世的岩浆热液型Zn-Pb-(Cu)矿床,它们与古亚洲洋闭合后的后碰撞和后造山演化有关,而东部正镶白旗和镶黄旗地区主要为早白垩世陆相火山岩型Pb-Zn-(Ag)矿床。
4.2.2矿床尺度分布规律
从矿床尺度上,大兴安岭南段银铅锌多金属矿床矿化蚀变在空间上多具明显的分带现象。矿化垂向上由下向上,平面上围绕成矿岩体由内向外,依次为Sn (W、Li-Nb-Ta)→Sn-Cu-Zn-Ag→Zn-Cu→Ag-Pb-Zn→Ag-Sb-Ph,深部为独立的Sn(W、Li-Nb-Ta)矿体,中部为Sn-Cu-Zn-Ag复合矿体,到浅部为Zn-Pb-Ag矿体,在外围有时可见Ag-Sb(Hg)矿体。相应地,蚀变从深部向浅部依次为石英-电气石化带,云英岩带、绢云母化带、绿泥化带及(铁锰)碳酸盐化带。如本文介绍的复兴屯和白音诺尔典型矿床,它们在矿床尺度上均表现出明显的矿化蚀变分带现象。再如在维拉斯托、白音查干东山、花敖包特、边家大院、浩布高等矿床,最初以Ag-Pb-Zn为主要勘探对象,近年来在银铅锌矿区,矿田深部或附近发现Cu-Sn-(Li-Nb-Ta)矿。矿床的上述分带规律预示大兴安岭南段已发现的银铅锌矿床的深部存在巨大的Cu-Sn成矿潜力。
4.3控矿因素
4.3.1地层对成矿的控制作用
大兴安岭南段赋矿地质单元主要为中元古界锡林郭勒岩群和石炭纪、二叠纪、三叠纪、侏罗纪以及白垩纪的地质体。所统计的159处银铅锌矿床中,11处(约7%)赋存于二叠纪以前的地质体中;101处(约64%)赋存于二叠系及其与燕山期侵入岩或火山岩接触带部位(图8),且90%的大型-超大型矿床均赋存于前中生代地质体内;赋存于晚侏罗世至早白垩世地质体中(以火山碎屑岩为主,少量为侵入岩和次火山岩)的矿床43处(约27%);赋存于三叠纪地层或侵入岩中的矿床仅2处,分别为孟恩套力盖和查干楚鲁。
在整个大兴安岭南段,区域岩石和土壤地球化学数据显示,二叠系Ag、Pb、Zn等元素的丰度均较高,且与矿床的成矿元素组合相对应,表明二叠系可能为银铅锌多金属矿床的形成提供了部分物质来源,部分碳酸盐和碳质地层与成矿流体发生水岩反应促使矿质富集沉淀(王长明等,2006)。此外,前中生代地质体(特别是二叠系)经多期次的构造作用,其成矿构造更为发育(详见下文),这也是为什么二叠系为大兴安岭南段最主要赋矿围岩的重要原因,而中生代地层更多呈盖层而起到成矿圈闭作用。总之,前中生代地层不仅为成矿提供了部分成矿物质,更重要的是为成矿提供优越的成矿空间。
4.3.2构造对成矿的控制作用
大兴安岭南段银铅锌矿床在空间上受区域构造格架控制,区域矿床总体具有北北东—北东向呈带状,北西向略呈串状的分布特征。如图9,矿床控矿构造以受北西、北东及近东西向为主(90%),少量受南北、北西西、北东东、北北西、北北东、环状和放射状构造控制(10%)。与成矿有关的中生代岩浆岩主要受北东或北北东向构造控制。其中矿床受北西向构造控制占优,约占矿床总数的42%;其次为北东向控矿构造,约占矿床总数的31%;再次为东西向控矿构造,约占矿床总数的16%;此外,29%的矿床同时受北西、东西、北东等多组断裂控制。
大兴安岭南段在元古宙-中三叠世末期属华北板块与西伯利亚板块之间古亚洲洋构造域,受北北西-南南东向持续挤压,使前中生代地层(主要赋矿地层)发生北东东向褶皱,并相伴发育了大量走向近北北东-北西的共轭张剪性节理-断裂,为后期的银铅锌成矿提供了构造空间。晚三叠世以来本区又叠加了滨太平洋构造域,期间主要受古太平洋板块向北西俯冲、挤压和回撤伸展影响,使北西和东西向节理-断裂复活并加强,并促进北东向构造发育。早-中侏罗世,该区处于与古太平洋板块北西向俯冲相关的陆内弧后伸展环境,形成了大兴安岭北东-北北东向主脊断裂和嫩江-八里罕断裂以及北东向分布的花岗岩带(Xu et al,2013),北东-北北东向断裂不仅对区域盆岭展布,而且对火山构造、岩浆活动、矿产的形成均起明显控制作用,如图10a。晚侏罗世-早白垩世期间,古太平洋板块俯冲方向转为北北西向,并于早白垩世发生俯冲板片回撤,大兴安岭南段处于左旋伸展背景,此期间北西向断裂表现为张性,而北东和东西向断裂主要表现为左行-压剪性质(图10b),晚侏罗世-早白垩世深部岩浆或次火山岩分异出的含矿热液优先向优势断裂构造充填,并切穿早期岩浆岩。因此,该时期的北西向(42%)张性断裂相比北东向(31%)和近东西向(16%)压剪性断裂对成矿更为有利,该构造控矿规律在双尖子山和花敖包特矿床中表现尤为明显。
如上文所述,前中生代地层经历多期构造作用,褶皱和断裂较为发育,为中生代成矿提供了以北西、东西和近南北向为主的构造空间,中生代构造行迹主要以北西、北东、北北东和东西向为主,其更多继承-改造前中生代构造(如北西和东西向构造),且中生代还形成了与岩浆活动有关的火山构造和侵入构造系统。因此,(1)经历多期构造作用的前中生代地质体中断裂构造更为发育,对成矿更为有利,其赋存了超过70%的矿床;(2)从矿床类型上,绝大多数与侵入岩直接相关的矽卡岩型(如黄岗、白音诺尔、浩布高等)和斑岩型矿床(如劳家沟、召呼都格、架子山等)主要受北东或北北东向构造控制,其与大兴安岭南段侵入岩展布方向一致;(3)岩浆热液型和陆相火山岩型矿床,宏观上受区域性岩浆岩带控制,而矿床的具体定位通常受北西以及北东、东西或多组构造控制,不同方向断裂构造复合部位为重要的容矿空间,特别是北西与北东向断裂或北东向岩浆岩交汇处,且北西向成矿规模通常优于北东和东西向;(4)赋存于中生代地层的陆相火山岩型矿床则多受放射状或环状火山机构控制,如科尔沁右翼前旗的复兴屯和松山区的官地。
4.3.3岩浆岩对成矿的控制作用
(1)岩浆源区组成
前人研究表明,大兴安岭南段东坡形成于早侏罗世晚期至中侏罗世(185-160 Ma)的Ag-Pb-Zn-Cu多金属矿床成矿岩体以深源的I型花岗岩为主,具俯冲板片,沉积物或下地壳熔融特性,形成于挤压环境(吕志成等,2003)。主脊和西坡形成于晚侏罗世-早白垩世(150-120 Ma)的Ag-Pb-Zn-Cu-Sn多金属矿床与起源于新生下地壳和地幔部分熔融混源岩浆有关,显示出强烈的地幔流体参与,而且不同元素组合矿床的成矿岩浆源区还受古老地壳物质(如锡林郭勒岩群)参与程度影响。如白音查干东山Sn-Ag-Pb-Zn矿床(姚磊等,2017)和双尖子山Ag-Pb-Zn矿床(Wei et al,2020)均与新生下地壳部分熔融和地幔源岩浆有关。而出现W的Sn-W-Cu-Ag多金属矿床成矿岩浆源区为新生下地壳和古老地壳共同参与,如边家大院Ag-Pb-Zn矿床和维拉斯托Li-Sn-Zn-Pb-Cu-W-Mo矿床(Wang et al,2017)。Yuan et al(2024)通过对大兴安岭南段早白垩世花岗岩Hf同位素研究表明,位于东部和北部富Cu多金属矿床成矿花岗岩具有较高εHf值(7-10),其来源于新生地壳部分熔融,古老地壳物质参与比例较少;而位于西部和南部以Mo、Sn、W、Pb、Zn、Ag和Au为主的多金属矿床成矿花岗岩具相对低的εHf值(2-6),也主要来源新生地壳部分熔融,但古老地壳物质参与比例较多。
(2)岩浆结晶分异
大兴安岭南段银铅锌矿床大多共伴生有Cu和Sn等元素,越来越多的证据表明Sn-(Cu)矿化与Ag-Pb-Zn-Cu矿化具有密切的成因联系(李真真等,2020;杨飞等,2023;Yang et al,2024)。前人研究表明,大兴安岭南段东坡共伴生Cu的银铅锌矿床成矿与花岗闪长岩斑岩、斜长花岗斑岩、闪长玢岩等中酸性岩有关;主脊和西坡共伴生Sn和Cu的银铅锌矿床成矿与高分异花岗岩有关(武广等,2021);稀有稀土成矿与碱性花岗岩有关(如巴尔哲)(毛景文等,2013。武广等(2021,2022)通过对大兴安岭南段矿床成矿岩体的Nb/Ta比值和稀土元素四分组效应总结研究表明锡多金属矿床元素组合明显受岩浆结晶分异程度控制,随着岩浆演化,先后出现Cu-Ag-Pb-Zn矿床、Sn-Cu-Ag-Pb-Zn矿床、Sn-W-Cu-Ag-Pb-Zn矿床、Li-Rb-Nb-Ta-Sn-Cu-Pb-Zn矿床,构成大兴安岭南段与燕山晚期火山-侵入杂岩有关的锡钨铜银铅锌(锂铍铷铌钽锑)矿床成矿系列。
4.4成矿模式
综合上述大兴安岭南段银铅锌多金属矿床时空演化规律和控矿因素,我们建立了大兴安岭南段构造演化与银铅锌多金属矿床成矿模式(图11)和大兴安岭南段燕山期银铅锌多金属矿床成矿模式(图12)。二叠纪大兴安岭南段受古亚洲洋俯冲影响,俯冲板片、沉积物或下地壳发生部分熔融,形成Ag-Pb-Zn-Cu矿床(图11a)。三叠纪古亚洲洋闭合的后碰撞和造山后伸展环境,触发下地壳发生部分熔融,形成Ag-Pb-Zn矿床(图11b)。早侏罗世晚期-中侏罗世大兴安岭南段东坡处于陆内弧后伸展环境,俯冲板片、沉积物或下地壳发生部分熔融,形成Ag-Pb-Zn-Cu矿床(图11c)。晚侏罗世-早白垩世,大兴安岭南段受左行张扭性应力场控制,总体处于陆内伸展环境,伸展触发软流圈地幔上涌,幔源玄武质岩浆底侵于下地壳之下,触发新元古代期间形成的下地壳和俯冲于中-下地壳的中元古界锡林郭勒岩群发生部分熔融,发生广泛的岩浆活动,岩浆源区组成和岩浆结晶分异程度的差异控制了不同元素组合矿床的形成,如维拉斯托Li-Sn-Zn-Pb-Cu-W-Mo矿床、白音查干东山Ag-Sn-Pb-Zn-Cu矿床、花敖包特Ag-Ph-Zn-Cu-Sn矿床、大井Zn-Sn-Pb-Ag-Cu矿床、双尖子山和复兴屯Ag-Pb-Zn矿床(图lld和图12)。晚侏罗世-早白垩世火山岩与侵入岩具有共同的岩浆房,两者的形成时代一致。
5结论
(1)大兴安岭南段银铅锌及与其他矿种共生的银铅锌多金属矿床的成因类型主要为岩浆热液型、陆相火山岩型和矽卡岩型,亦有少量的斑岩型和海相火山岩型。
(2)银铅锌多金属矿床形成于华力西晚期、印支期、燕山早期和燕山晚期四个时期,主要集中于中生代的晚侏罗世-早白垩世,并以早白垩世最为发育,且由早到晚,矿床规模逐渐增大,矿床类型和成矿元素组合也随之逐渐增多。
(3)华力西晚期成矿元素以Pb-Zn-(Ag)为主、印支期成矿元素以Pb-Zn为主、燕山早期成矿元素以Cu(Mo)-Ag-Pb-Zn为主、燕山晚期以Sn-Cu-Ag-Pb-Zn为主。
(4)前中生代的二叠系不仅为成矿提供了部分物质来源,更重要的是为成矿提供优越的成矿空间;中生代地层更多为盖层而起到成矿圈闭作用。矿床主要受北西、北东和东西向断裂、中生代侵入岩及其与地层接触带控制,部分矿床受火山构造控制。
(5)大兴安岭南段银铅锌多金属矿床的成矿元素组合和矿床类型是大地构造环境、岩浆源区组成和岩浆结晶分异演化多种因素耦合的结果。
致谢 本文的野外工作得到了内蒙古玉龙矿业股份有限公司领导的大力支持,审稿人提出了详细的修改意见及建议,在此一并致以诚挚的感谢。文中,除了我们多年实践工作认识,也包括了大量国内学者的研究成果,因版面有限参考文献未能逐一引用。