黑龍江省翠宏山鎢鉬多金屬礦床輝鉬礦Re-Os同位素定年及其地質意義

郝宇杰，任云生，趙華雷，鄒欣桐，陳 聰，侯召碩，屈文俊

1.吉林大學地球科學學院，長春 130061

2.國家地質實驗測試中心，北京 100037

0 引言

小興安嶺-張廣才嶺成礦帶是我國東北地區重要的貴金屬和有色金屬成礦帶。區內古生代以來構造巖漿活動強烈，成礦地質條件優越，鉛、鋅、銅、鉬、錫、鎢等礦產資源豐富[1]。尤其隨著翠宏山大型矽卡巖型鎢鉬多金屬礦床、霍吉河和鹿鳴大型斑巖型鉬礦床的勘查和開發，該帶的基礎地質和典型礦床研究日益受到關注。其中，翠宏山多金屬礦床因規模大（W、Mo、Zn均為大型）、共生或伴生的有益組分多（Pb、Zn、Ag、Sn、Se等）、礦化分帶明顯（高溫Mo-W帶、中溫Fe-Mo-Zn帶和中低溫Pb-Zn帶），確定其成礦時代和成礦機理對于揭示該區的區域成礦作用具有重要意義。

近年來，不同研究者對翠宏山礦區可能與成礦有關的巖體，開展了較多的同位素測年工作。例如：前人獲得黑云母二長花崗巖單顆粒鋯石U-Pb年齡為（199±3）Ma、（194±2）Ma、（193±3）Ma[2]；堿長花崗巖體的黑云母K-Ar等時線年齡為203.0和196.3Ma，Rb-Sr等時線年齡為（190±40）Ma[3]；礦體附近的石英二長巖U-Pb年齡為（177.5±2.1）Ma，花崗斑巖 U-Pb年齡為（172.3±1.6）Ma[4]；地表二長花崗巖鋯石年齡為（192.8±2.5）Ma，深部二長花崗巖年齡為（199.0±3.1）Ma[5]。可見礦區內的花崗巖體的形成年齡集中在190～200Ma和170～180Ma兩個區間。

該區地處森林覆蓋區，巖漿巖體與鉬多金屬礦化空間關系的判斷難度較大，加之上述不盡一致的同位素測年結果，致使該礦床的成礦巖體及成巖成礦時代一直存在較大爭議：一種觀點認為該礦床的成礦時代為加里東中期[6-8]；而越來越多的研究者認為成礦作用發生在燕山早期[4-5，9-12]。這些在很大程度上制約著礦床成因的深入研究及地質找礦工作。

基于此，本次研究中對采自巖體內接觸帶鎢鉬礦體中的輝鉬礦開展了Re-Os同位素測年研究，以期獲得準確的成礦時代，為判斷成礦巖體和深入研究礦床形成機制提供基礎性資料。

1 成礦地質背景

小興安嶺-張廣才嶺多金屬成礦帶地處西伯利亞板塊、華北板塊和太平洋板塊三大板塊所挾持的興蒙造山帶的東段。前中生代主要受古亞洲洋構造域的影響，地質構造格局總體上呈EW走向；中生代時期，本區地處古亞洲洋構造域與環太平洋構造域的疊加與轉換部位，早期形成的EW向構造被NE向構造改造、截切，兩組構造交叉的部位控制了該區大規模中酸性巖體侵入及相關礦床的形成與就位[13]。早中生代強烈的構造巖漿作用致使該區大部分地區被近SN向的伊春-玉泉花崗巖帶所占據[14-16]。侵入巖巖性以二長花崗巖、花崗閃長巖和花崗斑巖為主。

翠宏山礦床位于小興安嶺多金屬成礦帶北端。礦區及外圍主要發育古生代地層。下寒武統鉛山組主要由白云石大理巖、結晶灰巖及炭質板巖等組成，大致呈近南北向分布，其東西兩側與侵入巖接觸，呈殘留體被多期花崗巖包圍，形成矽卡巖和變質蝕變礦化帶，為主要賦礦地層，賦存鎢、鋅等多種金屬礦體；上二疊統-下三疊統五道嶺組主要巖石類型有流紋斑巖、凝灰熔巖、凝灰巖等，呈角度不整合覆蓋在鉛山組之上[17]。下寒武統鉛山組碳酸鹽巖與中酸性侵入體接觸帶部位及其附近常是鎢鉬多金屬礦床的成礦有利部位。

區域構造為一系列被區域性的NW向斷裂截切的NE向復式褶皺[6]。在NW向壓扭性斷裂與NE向張扭斷裂交匯處，形成厚大透鏡狀礦體。上述兩組近直交的斷裂經過多次活動，形成巖體周邊的侵入接觸帶，是主要的控礦和容礦構造。

2 礦床地質特征

2.1 礦體特征

礦區內已探明的多金屬礦體主要位于二長花崗巖、堿長花崗巖侵入體與下寒武統鉛山組的接觸帶內（圖1）。礦體的形態、產狀受接觸帶控制明顯，主要呈透鏡狀、囊狀、不規則狀。礦化帶長達2200 m，總體呈北寬（400m）南窄（50m）特征。空間上，礦帶呈“U”字型，迄今全區已發現多金屬礦體100余個，其中主要礦體11個。

按照主要有用組分，翠宏山礦床中的礦體可分為鎢鉬礦體、磁鐵礦礦體和鉛鋅銅礦體。

圖1 翠宏山礦床地質簡圖（大地構造位置圖據文獻[18]修編）Fig.1 Simplified geologic map of the Cuihongshan deposit（tectonic division modified from reference[18]）

鎢鉬礦體 位于侵入接觸帶的內矽卡巖帶和二長花崗巖體的邊部（圖2）。成礦巖體主要由自形-半自形晶的鉀長石、斜長石、石英以及少量黑云母組成（圖3A）。主要金屬礦物為輝鉬礦和白鎢礦。礦體呈似層狀，形態簡單，產狀穩定，控制長1500m，向下延深560m，厚度一般小于10m，最大厚度達33m。

輝鉬礦主要呈他形-半自形晶狀結構，可見自形晶（圖3B）。礦石構造主要有網脈狀、團塊狀、薄膜狀（圖3C）、細脈浸染狀（圖3D、E）和星點狀。與鎢鉬礦化相關的圍巖蝕變由疊加在矽卡巖化二長花崗巖、透輝石斜長石巖、透輝石石榴石矽卡巖之上的陽起石化、綠簾石化、螢石化組成（圖3F）。在走向上陽起石化北部強南部弱，而綠簾石化則北部弱南部強；靠近接觸帶蝕變強，向二長花崗巖體內逐漸減弱。其中輝鉬礦與陽起石化、綠簾石化密切伴生。鎢鉬礦體特征、礦石特征、圍巖蝕變特征均表明鎢鉬礦化為接觸交代作用的產物。

磁鐵礦礦體 分布在鎢鉬礦帶的東側（外帶）。礦體下部是鎢鉬礦體，底部是堿長花崗巖，上部和頂板是厚大的砂巖和白云質結晶灰巖。礦體規模大，連續性好，礦體呈復雜的透鏡狀，產狀穩定，礦體走向339°，傾角86°，向南側伏。礦石類型在橫向上分帶明顯。西側為鎢鉬礦體，局部重疊成鐵鎢鉬礦，中心部位為厚大的磁鐵礦，向東緣過渡為鐵鉛鋅礦。圍巖蝕變主要為透閃石陽起石化及其蛇紋石化。

鉛鋅銅礦體 分布在遠離接觸帶的碳酸鹽巖圍巖中，受層間破碎帶控制，由一系列平行的含閃鋅礦、方鉛礦及黃銅礦組成的礦脈群構成。礦體走向北西，傾向北東，傾角約70°，與地層產狀基本一致。礦體沿走向長250m，沿傾向長300m，均為盲礦體。圍巖蝕變主要為陽起石綠泥石化。

圖2 翠宏山鎢鉬多金屬礦床地質剖面圖（據文獻[19]修編）Fig.2 Geological section map of the Cuihongshan W-Mo polymetallic deposit（modified from reference[19]）

圖3 翠宏山礦床成礦巖體和輝鉬礦化特征照片Fig.3 Photographs of metallogenic intrusion and the molybdenum ore in the Cuihongshan deposit

在空間展布上：鎢鉬礦體產于二長花崗巖體內部及內接觸帶中；磁鐵礦礦體產于接觸帶的外矽卡巖帶內；鉛鋅銅礦體產在圍巖的層間破碎帶中。這3種礦石類型又相互過渡，晚期礦化疊加在早期礦化之上，反映了成礦溫度是由高到低連續演化的過程[9]。

2.2 圍巖蝕變

翠宏山礦床圍巖蝕變主要有矽卡巖化和中低溫熱液蝕變，熱液蝕變作用呈面狀或脈狀疊加在矽卡巖化蝕變之上。矽卡巖化表現為透輝石化、透閃石化、陽起石化、綠簾石化、石榴石化、金云母化和角巖化；熱液蝕變表現為硅化、絹云母化及碳酸鹽化等。

2.3 成礦期次與礦化階段

根據翠宏山礦床礦體、礦石及圍巖蝕變特征，結合前人資料[8]，可將該礦床的成礦作用劃分為以下階段：

1）接觸變質階段：鉛山組白云質結晶灰巖產生角巖化（透輝石鈣質角巖）和大理巖化（大理巖化含白云質灰巖），成礦作用不明顯。2）矽卡巖階段：進一步劃分為早期矽卡巖階段、白鎢礦化（白鎢礦化、錫石化、螢石化）階段。3）磁鐵礦化階段：主要發生磁鐵礦化和蛇紋石化、陽起石化、透閃石化等蝕變現象。4）多金屬硫化物階段：進一步劃分為輝鉬礦化階段和鉛鋅（銅）礦化階段。5）晚期碳酸鹽階段：表現為成礦作用末期的碳酸鹽化。

3 樣品描述和測試方法

本次研究用于Re-Os同位素定年的7件輝鉬礦樣品采自翠宏山礦區露天采坑內的鎢鉬礦體，取樣位置如圖1所示，地理坐標：東經128°44′30″，北緯48°29′20″。輝鉬礦呈細脈狀、浸染狀分布于二長花崗巖、堿長花崗巖內。礦石樣品經無污染粉碎、浮選、重液等方法處理后，在雙目鏡下挑選出無污染、無氧化的輝鉬礦晶體顆粒。為減少Re-Os同位素失耦現象的影響[20]，所挑選的輝鉬礦粒度均小于2 mm，并且在單礦物提純的過程中，不斷地粉碎和混合使輝鉬礦顆粒達到了細化均一。輝鉬礦Re-Os同位素測試工作在國家地質實驗測試中心Re-Os同位素實驗室完成。Re-Os化學分離步驟和質譜測定主要包括分解樣品、蒸餾分離Os、萃取分離Re、質譜測定4步，詳細流程參見有關文獻[21-23]。實驗采用國家標準物質GBW04436（JDC）為標樣，監控化學流程和分析數據的可靠性。Re、Os含量的不確定度包括樣品和稀釋劑的稱量誤差、稀釋劑的標定誤差、質譜測量的分餾校正誤差、待分析樣品同位素比值測量誤差。模式年齡的不確定度還包括衰變常數的不確定度（1.02%），置信水平95%。

實驗全流程空白Re質量為0.0009ng，普通Os質量為0.0002ng，187Os質量為0.0004ng，遠遠低于所測樣品中的Re、Os質量，因此不會影響實驗中Re、Os質量測定的準確性。

Re-Os同位素定年法是基于187Re的β衰變產生187Os來計算地質年齡的[20]。輝鉬礦天然富集Re及非放射成因Os，這就意味著所有187Os均源于187Re衰變。本次實驗普通Os質量分數初始值為（0.0002～0.0142）×10-9，接近于0，表明輝鉬礦形成時幾乎不含187Os，符合Re-Os同位素體系模式年齡計算條件[24]。采用187Re衰變常數值λ＝1.666×10-11／a[25]。

4 測試結果與討論

4.1 輝鉬礦Re-Os測年結果與礦床形成時代

7件輝鉬礦Re-Os同位素測試結果見表1。輝鉬礦中w（187Re）為（0.3769～0.9737）×10-6，w（187Os）為（1.272～3.234）×10-9，187Re與187Os質量分數變化比較協調，計算出的模式年齡為（199.0±3.1）～（203.9±3.8）Ma。采用Isoplot軟件繪制了輝鉬礦Re-Os同位素等時線圖（圖4A）與加權平均年齡圖（圖4B），求得等時線年齡為（198.9±3.7）Ma（MSWD＝0.83），加權平均年齡為（201.6±1.4）Ma（MSWD＝0.80）。兩者互相吻合，測試結果可靠，以等時線年齡（198.9±3.7）Ma代表鎢鉬礦的成礦時代，即早侏羅世。

表1 黑龍江翠宏山礦床輝鉬礦Re-Os同位素測試結果Table1 Re-Os isotopic data of the molybdenite from the Cuihongshan deposit

關于翠宏山礦區巖漿巖形成時代，黑龍江省地礦局地質三隊測得翠宏山巖體（堿長花崗巖）全巖Rb-Sr等時線年齡為（324±15）Ma，87Sr／86Sr值為0.7201[5，12]。根據此年齡，韓振新等[1，6-8]認為翠宏山礦床的成礦與加里東中期二長花崗巖有關。

小興安嶺地區地質構造復雜，具有多旋回發展的特點。該區絕大多數巖體形成于晚三疊-中侏羅世[26]，其形成時間大致為200～160Ma[15，27-28]。現已獲得霍吉河鉬礦和鹿鳴鉬礦與成礦有關的二長花崗巖年齡分別為（184±0.9）Ma[29]和（187.1±1.2）Ma[30]；翠宏山礦區地表二長花崗巖鋯石年齡為（192.8±2.5）Ma，深部二長花崗巖年齡為（199.0±3.1）Ma[5]。因此，盡管翠宏山礦床堿長花崗巖曾獲得（324±15）Ma的年齡數據，但是考慮到黑龍江地礦局地質三隊測試方法、測試手段的局限性以及礦床研究的深入程度，加上大量的花崗巖年齡數據均集中在190～200Ma，本次認為翠宏山侵入巖應形成于早侏羅世。結合此次獲得的翠宏山輝鉬礦Re-Os測年結果，進一步證明小興安嶺成礦帶內鹿鳴、霍吉河、翠宏山等大-超大鉬鎢礦床的形成與燕山早期構造巖漿活動具有密切的成因聯系。

4.2 礦床成因類型及成礦相關巖體判定

翠宏山鎢鉬多金屬礦床的成礦地質條件，礦體的形態、產狀和規模，礦石中礦物組合和礦石結構構造，圍巖蝕變特征表明，翠宏山礦區內的鎢鉬礦體屬接觸交代成因。

對于翠宏山礦床的成礦巖體，一直存在是花崗斑巖[4]、堿長花崗巖[5，9，12]、石英二長巖[4，10-11]還是二長花崗巖[5，8-10，12]等不同認識。此次測得翠宏山輝鉬礦Re-Os等時線年齡為（198.9±3.7）Ma，與前人測得堿長花崗巖體[3]、黑云母二長花崗巖[1]以及深部二長花崗巖[5]的同位素年齡基本一致，表明鎢鉬礦化與它們形成于同一成巖成礦系統。在燕山早期，二長花崗巖、堿長花崗巖侵入接觸交代圍巖（碳酸鹽巖）直接導致翠宏山鉬多金屬成礦，而礦區內的花崗斑巖、石英二長巖等巖體（巖脈）的侵入晚于翠宏山礦床鎢鉬礦化，它們與鎢鉬礦化無成因關系。

4.3 成巖成礦物質來源

Re-Os同位素體系不僅可以精確地確定金屬礦床的形成時間，同時在判斷成礦物質來源以及成礦過程中不同來源物質混入的程度等方面也具有一定指示意義。一般認為，從地幔來源、殼幔混源到地殼來源，輝鉬礦的Re質量分數成10倍地下降，從n×10-4、n×10-5到n×10-6[31]。翠宏山多金屬礦床的7件輝鉬礦樣品中Re質量分數為（0.5997～1.5490）×10-6，均值為0.9905×10-6，指示成礦物質應可能為地殼來源為主。杜美艷等[11]根據輝鉬礦和方鉛礦硫同位素測試結果認為：侵入體內接觸帶中的鎢鉬礦化的成礦物質主要來自巖漿熱液；圍巖地層中鉛鋅銅礦體的成礦物質，除巖漿熱液來源外，部分可能來自雨水對地層中硫酸鹽巖及其他成礦物質的淋濾。劉寶山等[32]認為包括與翠宏山礦床有關的二長花崗巖在內的伊春地區各類花崗巖在空間上緊密伴生，二長花崗巖-正長花崗巖均為富鉀的鈣堿性花崗巖，Al2O3／（Na2O＋K2O＋CaO）＜1.1，顯示出I型花崗巖特征，巖石Rb／Sr及δEu值反映其源區為殼幔過渡區，氧同位素具殼幔混源的特點，表明二長花崗巖、正長花崗巖形成與下地殼的部分熔融或殼幔過渡區部分熔融作用有關。綜合上述資料認為，翠宏山礦床的形成是由地殼深部物質熔融而成的巖漿熱液攜帶成礦物質上侵至圍巖（碳酸鹽巖）接觸帶附近，在部分大氣水參與情況下，經接觸交代以及對圍巖的淋濾，成礦物質堆積沉淀而成。

圖4 翠宏山礦床輝鉬礦Re-Os等時線圖（A）與加權平均年齡圖（B）Fig.4 Re-Os isochron age（A）and weighted mean ages（B）of molybdenites in the Cuihongshan deposit

4.4 成礦構造背景

越來越多的研究資料表明，西伯利亞板塊和華北板塊沿西拉木倫河-長春-延吉線于晚二疊世-早三疊世拼合成一體[16，33-34]。東北地區在三疊紀末期已經處于古亞洲洋向環太平洋構造域的轉換階段。在晚三疊世-早侏羅世（210～180Ma），古太平洋板塊的俯沖作用導致佳木斯-興凱地塊最終與松遼地塊和華北板塊對接[35]。正是由于太平洋板塊向歐亞大陸俯沖，在早侏羅世引起的擠壓造山作用使地殼加厚，在幔源巖漿底侵機制下形成了小興安嶺-張廣才嶺地區NNE向早-中侏羅世（200～160Ma）花崗巖帶[10]。

大量的同位素年代學研究表明，吉黑東部燕山期存在兩期強烈的熱液成礦事件：第一期為150～190Ma，第二期為100～135Ma[36]。前者與太平洋板塊向歐亞板塊的俯沖作用有關[14]，形成包括翠宏山矽卡巖型多金屬礦床、霍吉河和鹿鳴等多個斑巖型鉬礦床；后者則主要發生于太平洋板塊俯沖后的巖石圈伸展環境，相應形成小西南岔、農坪等斑巖型金銅礦床和東安、金廠等淺成低溫熱液型金礦床[37]。

陳靜[10]等研究表明，翠宏山礦床及其鄰近霍吉河、鹿鳴等礦床的花崗巖屬于火山弧花崗巖，形成于活動陸緣環境；通過構造判別圖解分析，其花崗巖都落入板塊碰撞后隆起期和造山晚期花崗巖區域，反映了一種擠壓的構造環境。鑒于研究區花崗巖的分布規律（SN向分布），與太平洋板塊俯沖形成構造帶方向近乎一致，并結合大興安嶺地區中生代早期以鈣堿性I型花崗巖類侵入活動為主，亦形成于擠壓造山環境[38]，以及日本和東北地區東部大量中生代增生雜巖的存在[39]，認為太平洋俯沖對小興安嶺地區乃至鄰區早中生代成巖成礦活動產生了重要影響[13]。

因此，小興安嶺多金屬成礦帶內以翠宏山等礦床為代表的矽卡巖型多金屬礦床-斑巖型鉬（銅）礦床，可能為早侏羅世太平洋板塊向歐亞板塊俯沖、擠壓構造環境下的產物。

5 結論

1）翠宏山多金屬礦床中鎢鉬礦化為接觸交代成礦作用的一部分，具典型矽卡巖型礦床的蝕變和礦化特征。

2）鎢鉬礦體中7件輝鉬礦樣品的Re-Os同位素模式年齡介于（199.0±3.1）～（203.9±3.8）Ma，加權平均年齡為（201.6±1.4）Ma（MSWD＝0.80），等時線年齡為（198.9±3.7）Ma（MSWD＝0.83），表明翠宏山鎢鉬多金屬礦床形成于早侏羅世，屬燕山早期大規模構造-巖漿-成礦事件產物。

3）翠宏山多金屬礦床的成礦巖體為二長花崗巖、堿長花崗巖。根據輝鉬礦中Re質量分數、S同位素及成礦巖體研究資料，認為翠宏山、鹿鳴、霍吉河等礦床具有基本一致的成巖成礦時代和相似的物質源區，成巖成礦物質來源于火山弧鈣堿性花崗質巖漿。成礦物質主要由地殼或殼幔過渡區部分熔融形成的巖漿熱液提供。

4）區域構造演化分析和典型礦床成巖成礦時代研究表明，該區燕山早期大規模矽卡巖型多金屬礦床-斑巖型鉬（銅）礦床的成礦與太平洋板塊的俯沖作用有關。

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