解　惠　呂　杜　田景春

(1.四川省冶金地質(zhì)勘查院；2.成都理工大學沉積地質(zhì)研究院)

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阿爾山地區(qū)五里泉北鐵錳多金屬礦點礦(巖)石地球化學特征

解惠1呂杜1田景春2

(1.四川省冶金地質(zhì)勘查院；2.成都理工大學沉積地質(zhì)研究院)

摘要阿爾山地區(qū)是我國大興安嶺中南段多金屬成礦帶的重要組成部分，通過該地區(qū)五里泉北鐵錳多金屬礦點的野外調(diào)查和研究工作，基本查明了該礦點的地質(zhì)特征和礦(巖)石礦化蝕變特征。為進一步厘清鐵錳礦成礦時代及其鐵、錳物質(zhì)來源等問題，對與成礦關系密切的花崗閃長巖脈進行了鋯石U-Pb定年，并對鐵錳礦石及圍巖進行了主微量元素、稀土元素分析，供區(qū)內(nèi)找礦工作參考。

關鍵詞鐵錳多金屬礦花崗閃長巖脈U-Pb年齡地球化學特征

位于大興安嶺西南緣的阿爾山地區(qū)是大興安嶺中南段多金屬成礦帶的重要地段，區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)了3條與花崗巖有關的NE—SW向成礦亞帶和多處礦床、礦(化)點，主要為Fe、Zn、Cu、Pb、Mo、Mn等多金屬礦[1-5]。近年來，已陸續(xù)在第1條(松山)成礦亞帶、第3條(南興安)成礦亞帶上取得了一些找礦新進展。然而，由于工作程度低、植被覆蓋嚴重，第2條成礦亞帶仍未取得找礦突破。前人對該帶礦(化)點地質(zhì)特征、礦化蝕變等方面進行了大量研究，本研究在此基礎上重點對與該帶成礦有關的含礦層位——上志留統(tǒng)臥都河組(區(qū)外北部鄂倫春近年已在該層位發(fā)現(xiàn)一中—大型規(guī)模的鉬礦床[6])花崗閃長巖脈進行年代學和礦(巖)石地球化學特征研究，對花崗閃長巖脈形成時代和鐵、錳成礦物質(zhì)來源進行討論，為該帶下一步的找礦工作提供依據(jù)。

1礦點地質(zhì)特征

阿爾山地區(qū)五里泉北鐵錳多金屬礦點位于第2條(阿爾山)成礦亞帶中西段，礦點出露地層主要為上志留統(tǒng)臥都河組，為1套淺海相火山-沉積地層，巖石組合為變質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)板巖、凝灰質(zhì)板巖、中—酸性巖屑晶屑凝灰?guī)r等。區(qū)域構造主要以NW、NE、NNE向斷裂為主，共同控制了區(qū)域上中生代強烈的巖漿活動及與之密切相關的成礦活動。區(qū)域出露的花崗巖體約占總面積的45%，主要由玫瑰峰、伊爾施、南興安等3個花崗巖體組成，3條NE—SW向成礦亞帶中的礦床、礦(化)點均產(chǎn)于該3個巖體與圍巖的內(nèi)外接觸帶部位。本研究重點探究與第2條成礦亞帶五里泉北鐵錳多金屬(典型)礦點有關的五里泉北花崗巖體，因后期伊爾施大巖體的侵位，在區(qū)內(nèi)殘留規(guī)模較小，本研究采用鋯石LA-ICP-MS U-Pb法獲得的年齡為(237.8±2.3)Ma[4]。該礦點主要為熱液脈型Fe-Mn礦化，產(chǎn)于上志留統(tǒng)臥都河組地層中，圍巖為中—酸性巖屑晶屑凝灰?guī)r，其中見多條(蝕變)花崗閃長巖脈沿層理侵入且與成礦關系密切，寬0.5～1.2 m，長5～20 m，近直立平行排列，巖脈接觸帶部位可見弱接觸變質(zhì)現(xiàn)象。該礦點礦石礦物主要為軟錳礦、磁鐵礦，少量方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、鏡鐵礦。礦脈圍巖主要遭受云英巖化和褐鐵礦化，蝕變礦物主要為石英、絹云母、螢石、綠泥石等。

2樣品采集與分析

2.1樣品采集

五里泉北花崗閃長巖脈(樣品T0001)、鐵錳礦石(1#脈樣品D0004、2#脈樣品D0003)及圍巖蝕變中酸性巖屑晶屑凝灰?guī)r(F0001-1、F0001-2、F0001-3、F0001-4、F0001-5，F(xiàn)0001-15)樣品采于第2條(阿爾山)成礦亞帶中西段熱液脈型鐵錳多金屬礦點。用于鋯石定年的樣品采自野外較新鮮的花崗閃長巖脈，巖脈為褐綠色，半自形中—細粒結構，塊狀構造，主要為斜長石、石英、鉀長石和暗色礦物。斜長石無色，具聚片雙晶，可見環(huán)帶構造，粒徑多為2～3 mm，形態(tài)為半自形板狀，部分顆粒中常見絹云母化。石英無色，干涉色一級暗灰色至一級黃白色，粒徑0.02～0.13 mm，形態(tài)多呈他形粒狀至不規(guī)則狀。鉀長石無色，多具微斜長石的格子雙晶、微條紋構造，粒徑0.6～5 mm, 形態(tài)為半自形—他形粒狀。暗色礦物為黑云母，少量角閃石。

礦(巖)石地球化學特征分析的樣品分別為鐵錳礦石及采于垂直1#、2#鐵錳多金屬礦脈TC05探槽的凝灰?guī)r樣品。鐵錳礦石金屬礦物含量約58%，有磁性，主要為軟錳礦、磁鐵礦。軟錳礦常呈粉末狀集合體分布，具腎狀構造，與鐵的氧化物共伴生。磁鐵礦常呈八面體自形晶、半自形晶及其集合體分布，粒徑0.4～0.2 mm，星散分布于褐鐵礦之中。蝕變凝灰?guī)r綠黑色，殘余凝灰結構，巖屑呈棱角狀，成分為安山巖和細晶花崗巖，粒徑0.8～1.5 mm，約占30%，晶屑以鉀長石、石英、角閃石為主，粒徑0.5～1.2 mm，約占20%，基質(zhì)呈顯微隱晶粒狀，切片近于無色，約占50%，巖石具強烈綠泥石化。

2.2分析方法

樣品破碎和鋯石挑選工作由四川省地礦局華陽檢測中心完成，在雙目鏡下挑選有色澤、晶形等相對較好的鋯石粘于雙面膠上用環(huán)氧樹脂固定后磨制拋光，并進行陰極發(fā)光照相(陰極發(fā)光圖像在中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所北京離子探針中心完成)。圖1中所有鋯石顆粒都有密集振蕩環(huán)帶，符合巖漿成因鋯石特征。

鋯石T0001樣品測年在西北大學大陸動力學國家重點實驗室完成，分析儀器為Agillent 7500a型ICP-MS。采用He氣作為剝蝕物質(zhì)的載氣，用美國國家標準技術研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標準參考物質(zhì)MsTsRM610進行儀器最佳化，采用91500標準鋯石外部校正法進行鋯石原位U-Pb分析，采用的激光束斑直徑40 μm。詳細完整的試驗測試過程見文獻[7]，測試結果(表1)采用GLITER 4.0軟件計算得出，應用Isoplot程序完成鋯石諧和圖的繪制。

圖1　花崗閃長巖脈鋯石樣品陰極發(fā)光圖像

五里泉北花崗閃長巖脈鋯石(T0001樣品)完成了7個點的測試，數(shù)據(jù)分析點基本分布于諧和線上或其附近(圖2)，得到鋯石U-Pb加權平均年齡為306.4±8.4 Ma(MSWD=3.1，N=7)，代表五里泉北花崗閃長巖脈的巖漿結晶年齡。

圖2　花崗閃長巖脈鋯石U-Pb年齡諧和圖

樣品點號及分析點號含量(×10-6)PbThU同位素含量比值±1σw(207Pb)/w(206Pb)w(207Pb)/w(235U)T0001-0321.95511.72554.040.05726±0.003010.37743±0.01862T0001-0534.30484.141295.400.05791±0.003490.38690±0.02207T0001-1033.90516.161214.710.05906±0.001640.41059±0.00940T0001-1246.52657.331992.320.05469±0.002820.35386±0.01706T0001-1317.49239.44675.740.05782±0.003180.39761±0.02054T0001-1811.91119.05392.610.05801±0.004070.37369±0.02496T0001-1910.20177.10325.870.05575±0.002300.38074±0.01423樣品點號及分析點號同位素含量比值±1σw(206Pb)/w(238U)年齡/Ma±1σw(207Pb)/w(206Pb)w(207Pb)/w(235U)w(206Pb)/w(238U)T0001-030.04779±0.00085501.1±112.33325.1±13.72301.0±5.25T0001-050.04844±0.00094526.1±127.26332.1±16.16305.0±5.76T0001-100.05040±0.00071569.5±59.17349.3±6.76317.0±4.39T0001-120.04691±0.00082400.1±110.78307.6±12.80295.5±5.07T0001-130.04986±0.00091522.8±116.53339.9±14.93313.7±5.61T0001-180.04671±0.00099529.7±146.99322.4±18.45294.3±6.07T0001-190.04952±0.00079442.0±88.95327.6±10.47311.6±4.88

3礦(巖)石地球化學特征

3.1礦(巖)石元素分析

分別對五里泉北鐵錳多金屬礦石樣品進行了主量元素、微量元素和稀土元素分析(測試工作均在中南礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心完成)，結果見表2。

表2　五里泉北鐵錳多金屬礦點礦(巖)石元素分析結果

3.2主量元素特征

據(jù)表2可知：區(qū)內(nèi)蝕變凝灰?guī)r樣品具有相似的主量元素特征，w(SiO2) 60.18%～67.40%，以中性巖類為主，為中—酸性火山巖；火山巖顯示出富堿特征(圖3)，w(Na2O+K2O) 4.67%～7.43%，w(MgO) 2.63%～4.70%，w(K2O) 2.41%～3.25%，w(Al2O3) 11.39%～15.82%，w(TiO2) 0.427%～0.883%。在SiO2-K2O圖上，數(shù)據(jù)點落于高鉀鈣堿區(qū)，主要為高鉀鈣堿系列巖石，表明該批樣品高度富鉀；在TAS圖解上,數(shù)據(jù)點平均落于英安巖和安山巖區(qū)。2件鐵錳礦石樣品總體以富錳富鐵為特征，w(MnO)最高18.68%，最低1.32%，w(Fe2O3)大于w(FeO)，圍巖w(Na2O+K2O) 0.29%～0.356%，w(SiO2)44.22% ～49.44%，在TAS圖解上, 數(shù)據(jù)點落于低硅貧堿區(qū)，鐵錳礦石總體特征為富錳富鐵，低硅貧堿。

3.3微量元素特征

由五里泉北蝕變凝灰?guī)r樣品不相容元素蛛網(wǎng)圖(圖4)可知,全部樣品都具有相似的微量元素特征，富集Rb、Ba等大離子親石元素(LILE),虧損Ti等高場強元素(HFSE)，且Ti強烈虧損，與形成于與俯沖帶相關的高K/Ti、低Ti鉀質(zhì)巖石地球化學特征類似，且明顯區(qū)別于板內(nèi)低K/Ti、高Ti鉀質(zhì)巖。較特殊的是高場強元素Pb異常強烈富集，w(La)/w(Nb)2.625 7～3.419 3，w(Zr)/w(Nb)13.063～14.854。2件鐵錳礦石樣品高場強元素(HFSE)、大離子親石元素(LILE)特征與圍巖基本類似。D0003樣品除K、P、Nb、Zr、Hf、Th、Ba、Rb含量低于圍巖、U含量高于圍巖外，其余元素含量與圍巖較接近。D0004樣品除U含量稍低于圍巖、Pb含量高于圍巖外，其余元素含量都明顯低于圍巖。

圖3　礦(巖)石分類TAS圖解

圖4　礦(巖)石微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖

3.4稀土元素特征

據(jù)表2可知五里泉北蝕變凝灰?guī)r樣品稀土元素總量偏高，由球粒隕石標準化稀土元素配分曲線圖(圖5)可知，配分曲線屬向右陡傾型，分異明顯，區(qū)內(nèi)全部樣品表現(xiàn)出相同的變化趨勢：①輕稀土元素強烈富集且輕重稀土元素之間存在較強的分餾作用((La/Yb)N為7.44～14.04)以及強烈的負Eu異常(δEu為0.58～0.74)；②與圍巖類似的2件鐵錳礦石曲線也表現(xiàn)為重稀土虧損、輕稀土富集的右傾型，其中礦石樣品D0004強烈貧稀土元素，但礦石總體與圍巖具有類似的稀土元素地球化學特征，暗示該鐵錳礦與印支早期花崗巖體的侵位有密切關系。

圖5　礦(巖)石稀土元素球粒隕石標準化分布型式

4討論

4.1花崗閃長巖脈時代

研究區(qū)橫跨西伯利亞板塊東南部興蒙造山帶西段，構造演化具多旋回復合疊加的特征，經(jīng)歷了加里東以來長期復雜的構造活動，時間上先有海西期、印支期的烙印，后有燕山期強烈的火山巖漿作用。經(jīng)地質(zhì)填圖及綜合研究發(fā)現(xiàn)，區(qū)內(nèi)上志留統(tǒng)臥都河組地層內(nèi)構造巖漿活動既有印支期酸性侵入巖的大規(guī)模侵入，又發(fā)育與鐵錳多金屬礦關系密切的花崗閃長巖脈。長期以來，由于缺乏精確定年資料，前人一直將五里泉北與成礦關系密切的花崗閃長巖脈認為是燕山早期巖漿旋回的產(chǎn)物，但由花崗閃長巖脈中鋯石的陰極發(fā)光圖像和較高的w(Th)/w(U)值可知, 他們具有巖漿成因，其定年結果((306.4±8.4)Ma)應代表巖脈的形成時代——晚石炭紀。該定年結果限定了該巖脈的形成時代, 與同處于興蒙造山帶東端延邊地區(qū)五道溝群火山巖的鋯石SHRIMP U-Pb 定年結果((323±37)Ma[8])基本一致，與興蒙造山帶中段北部巴彥烏拉地區(qū)火山巖((310.5±0.78) Ma)、花崗閃長巖((312.5±0.75)Ma)以及北造山帶的錫林浩特、西烏旗、蘇尼特左旗，北部二連浩特以北、巴彥烏拉—東烏珠穆沁旗帶發(fā)現(xiàn)有330～300 Ma晚石炭世巖漿活動[9]的形成時代近似，他們都落入佘宏全等[10]劃分的大興安嶺鋯石年齡數(shù)據(jù)高峰值區(qū)間(330～280 Ma)及對應的成礦事件內(nèi)，據(jù)此可判定他們都屬海西期發(fā)生的構造-巖漿熱事件，說明興蒙造山帶海西期火山巖漿活動并非局部發(fā)育而具有區(qū)域性特征，與NE向主要構造帶(多金屬成礦帶及成礦亞帶)延伸方向一致，呈帶狀展布。因此，五里泉北晚石炭紀花崗閃長巖脈代表了上志留統(tǒng)臥都河組地層后期(海西期)發(fā)生的構造-巖漿熱事件，與鐵錳多金屬礦成礦密切相關。五里泉北鐵錳多金屬礦可能存在二期疊加成礦，即與晚石炭紀(海西期)花崗閃長巖脈巖漿侵入和晚石炭紀后期—印支早期花崗巖體侵入二期成礦，說明該礦點的成巖成礦時代為237.8～306.4 Ma。

4.2鐵、錳成礦物質(zhì)來源

鐵錳礦石總體以富錳富鐵、低硅貧堿為特征，具富離子親石元素(LILE)、貧高場強元素(HFSE)的典型特征，且Ti強烈虧損，與圍巖地球化學特征基本類似。由圖5可知，與圍巖類似的2件鐵錳礦石曲線表現(xiàn)為重稀土虧損、輕稀土富集的右傾型。與圍巖相比，D0004樣品強烈貧稀土元素，配分曲線遠離圍巖，推測是受到印支早期大規(guī)?；◢弾r體侵位導致稀土元素的流失(稀土元素組成出現(xiàn)很大程度的虧損)， 越靠近巖體，稀土總量越低。因D0004樣品取自靠近印支早期花崗巖體接觸帶的1#礦脈，錳品位較低、鐵品位較高(表2)，鐵可能主要是印支早期花崗巖巖漿結晶分異的結果。與圍巖相比，D0003樣品更富集稀土元素，配分曲線與圍巖較接近，表明二者在成因上有密切聯(lián)系，很可能是在圍巖(蝕變凝灰?guī)r)基礎上改造的(如晚石炭紀花崗閃長巖脈侵入)。因D0003樣品取自遠離花崗巖接觸帶的2#礦脈，鐵品位較低、錳品位較高(表2)，錳可能主要來源于圍巖(蝕變凝灰?guī)r及花崗閃長巖脈)。

5結論

(1)五里泉北鐵錳多金屬礦點花崗閃長巖脈樣品鋯石U-Pb定年結果為(306.4±8.4)Ma，與同處興蒙造山帶其他地區(qū)類似巖體(脈)時代基本一致，表明上志留統(tǒng)臥都河組存在一期晚石炭紀侵入巖，代表了該地層后期(海西期)發(fā)生的構造-熱事件，與鐵錳多金屬礦成礦密切相關。

(2)蝕變凝灰?guī)r主要為高鉀鈣堿系列巖石，鐵錳礦石總體以富錳富鐵、低硅貧堿為特征。微量元素巖石虧損Ti等高場強元素(HFSE)，富集Rb、Ba等大離子親石元素(LILE)；鐵錳礦石樣品高場強元素(HFSE)、大離子親石元素(LILE)特征與圍巖基本類似，暗示該鐵錳礦與中—酸性侵入巖的侵位有密切關系。巖石樣品稀土元素總量(∑REE)偏高，輕稀土元素強烈富集且輕重稀土元素之間存在較強的分餾作用，強烈的負Eu異常，鐵錳礦石總體特征與圍巖基本類似。綜合研究認為，該鐵錳多金屬礦中的錳可能主要來源于圍巖(蝕變凝灰?guī)r及花崗閃長巖脈)，鐵可能主要是印支早期花崗巖巖漿結晶分異的結果。

參考文獻

[1]劉建明，張銳，張慶洲.大興安嶺地區(qū)的區(qū)域成礦特征[J].地學前緣，2004(11)：69-73.

[2]李德亭，劉建明，劉洪濤.大興安嶺南東段尋找有色金屬礦產(chǎn)取得突破性進展[J].中國礦業(yè)，2005(4)：6-10.

[3]吳馳華，伊海生，沈坤，等.阿爾山地區(qū)銀江溝火山巖巖石學和地球化學特征[J].地質(zhì)與勘探，2010，46(3)：515-534.

[4]解惠，田景春，武利文，等.內(nèi)蒙古阿爾山地區(qū)成礦花崗巖形成時代及其找礦意義[J].吉林大學學報：地球科學版，2011，41(5)：1432-1440.

[5]解惠.內(nèi)蒙古阿爾山成礦帶有色金屬礦床區(qū)域成礦背景與成礦構造動力學研究[D].成都：成都理工大學，2001.

[6]段東生，黃凡，劉翠輝，等.宜里鉬礦蝕變特征及其找礦意義[J].金屬礦山，2013(2)：97-100.

[7]袁洪林，吳福元，高山，等.東北地區(qū)新生代侵入體鋯石激光探針U-Pb年齡測定與稀土元素成份分析[J].科學通報，2003，48(14)：1511-1520.

[8]于介江，門蘭靜，陳雷，等. 延邊地區(qū)五道溝群變質(zhì)英安巖的鋯石SHRIMP U-Pb 年齡及其地質(zhì)意義[J].吉林大學學報：地球科學版，2008，38(3)：363-367.

[9]李可，張志誠，馮志碩，等.興蒙造山帶中段北部晚古生代兩期巖漿活動及其構造意義[J].地質(zhì)學報，2015，89 (2)：272-288.

[10]佘宏全，李進文，向安平，等.大興安嶺中北段原巖鋯石U-Pb測年及其與區(qū)域構造演化的關系[J].巖石學報，2012，28(2)：571-594.

(收稿日期2015-10-13)

*國土資源部地質(zhì)調(diào)查基金項目(編號：NMKD2006—08)。

解惠(1973—)，男，高級工程師，博士，610051 四川省成都市成華區(qū)地勘路6號。