內蒙古白音諾爾鉛鋅礦床成礦時代及其地質意義
——來自侵入巖地球化學及年代學的制約

楊 帆，汪 巖，那幅超，付俊彧，張廣宇， 孫 巍，龐雪嬌，陳井勝，劉 淼，李 斌

1.中國地質調查局沈陽地質調查中心，沈陽 1100342.吉林大學地球科學學院，長春 130061

0 引言

白音諾爾鉛鋅礦位于內蒙古赤峰市巴林左旗白音諾爾鎮境內，于20世紀70年代被發現，現為東北地區乃至長江以北最大的鉛鋅礦床。自20世紀90年代起陸續有學者對該礦進行了大量的科研工作[1-11]，取得了一定的成果，但對礦床成因以及成礦時代等方面的認識仍存在一定的分歧。如一部分學者認為該礦床為矽卡巖型礦床[3,11]，一部分學者則提出其為沉積噴流型礦床[11]；一部分學者認為該礦床為燕山期成礦[3]，一部分學者認為是海西期成礦[11]，還有一部分學者認為該礦床形成于印支期[7,11]。為此，本文通過對與成礦有關侵入巖的研究，從而判定其地球化學特征及成礦時代，進而探討其地質意義。

1 區域地質與礦床地質特征

白音諾爾鉛鋅礦大地構造屬大興安嶺南部古生代增生造山帶，其南、北分別以西拉木倫河斷裂和二連—賀根山斷裂為界，其東以嫩江斷裂為界，構造位置較為復雜(圖 1)。區內古生代地層經歷了強烈的褶皺，黃崗—甘珠爾廟復式背斜呈NE—SW向貫穿本區。區內斷裂構造發育，以NE—NNE向和EW向為主，這些斷裂近乎等距分布，相互切割成格子狀，構成區域基本構造格架。NE向的黃崗—甘珠爾廟斷裂帶對本區二疊紀和侏羅紀地質發展演化起著重要控制作用[8]。沿著該斷裂發育有一系列的金屬礦床(點)，如白音諾爾鉛鋅礦床、浩布高銅鋅礦床、黃崗梁鐵錫礦床、大井銅多金屬礦床等(圖 1)。晚古生代以來，區內巖漿活動頻繁，表現為強烈的火山噴發作用和巖漿侵入活動[7]。晚侏羅世—早白堊世火山活動表現為一套北東走向的陸相噴發的中—酸性火山巖系，其分布受區域構造的控制，總體上呈北東向展布。

礦區內出露的地層(圖 2)主要為下二疊統黃崗梁組和上侏羅統滿克頭鄂博組。其中：黃崗梁組為一套淺變質的海相泥質碳酸鹽巖沉積建造，出露于礦區東南部和中部，是礦區的主要賦礦圍巖；滿克頭鄂博組底部為凝灰質礫巖，上部為熔結凝灰巖及安山巖，以角度不整合覆蓋于黃崗梁組之上，分布于礦區中部西段。

礦區內巖漿活動較為強烈，區內侵入巖主要為花崗閃長(斑)巖、閃長玢巖、石英二長巖、正長斑巖、石英斑巖和流紋斑巖。花崗閃長巖的鋯石U-Pb年齡為245、244、243、242 Ma，閃長玢巖的鋯石U-Pb年齡為242 Ma，石英二長巖的鋯石U-Pb年齡為243 Ma，正長斑巖的鋯石U-Pb年齡為138、136 Ma[6-7]，石英斑巖的鋯石U-Pb年齡為129 Ma，流紋斑巖的鋯石U-Pb年齡為134 Ma，暗示礦區內至少存在兩期巖漿活動。礦區構造較為復雜，礦體受控于褶皺構造[9-10]以及NE向斷裂。

區內已發現160多條礦體，多數礦體沿花崗閃長斑巖與大理巖或結晶灰巖的接觸帶分布，部分礦體見于石英斑巖與大理巖接觸帶，少量礦體見于火山巖、粉砂巖與大理巖接觸帶以及粉砂巖與流紋斑巖接觸帶(圖 2、3)[3,11]。礦石中金屬礦物主要為閃鋅礦、方鉛礦、磁黃鐵礦、黃銅礦，其次為黃鐵礦、毒砂和磁鐵礦；脈石礦物主要為輝石、石榴子石、陽起石、綠泥石、綠簾石、長石、石英和方解石。礦石的結構主要為結晶結構和交代結構，構造主要為浸染狀和細脈浸染狀構造，其次有脈狀構造、角礫狀構造和塊狀構造。成礦階段可以分為以下4階段：干矽卡巖階段(鈣鐵榴石-鈣鋁榴石-鈣鐵輝石-透輝石-硅灰石)；濕矽卡巖階段(陽起石-綠簾石-斜黝簾石)；

據文獻[1]修編。圖1 白音諾爾及其鄰區地質特征和主要礦床分布圖Fig.1 Geologic map and major deposits of the Baiyinnuoer and its adjacent areas

1．第四系；2．滿克頭鄂博組火山熔巖；3．早二疊世黃崗粱組板巖；4．早二疊世黃崗粱組灰巖、大理巖；5．早二疊世黃崗粱組板巖、粉砂巖；6．燕山期石英斑巖脈；7．背斜軸、向斜軸；8．印支期花崗閃長斑巖；9．燕山期閃長玢巖；10．燕山期輝綠巖；11．礦帶；12．斷層；13．勘探線及編號。據文獻[11]修編。圖2 白音諾爾鉛鋅礦床礦區地質簡圖Fig.2 Geological sketch map of Baiyinnuoer Pb-Zn deposit

圖3 白音諾爾鉛鋅礦(化)體與侵入巖關系Fig.3 Relationship between the mineralized body and instrusive rock of Baiyinnuoer Pb-Zn deposit

鉛-鋅硫化物階段(閃鋅礦-方鉛礦-石英-斜黝簾石-綠簾石-綠泥石±磁黃鐵礦±黃鐵礦±黃銅礦)；石英-碳酸鹽階段(石英-方解石)，該礦床是一座較為典型的矽卡巖型礦床。

2 實驗樣品及分析方法

2.1 樣品采集及鏡下特征

本文所研究的樣品均采自礦區露天采場(圖 3)。

花崗閃長斑巖(DY13020-B4)坐標為44°26′52.5″N，118°53′12.7″E。樣品為斑狀結構，塊狀構造。斑晶成分有：鉀長石，微碎裂呈棱角狀，粒徑為0.30～0.60 mm，體積分數少于1%；石英，粒狀，內部熔蝕孔，充填基質成分，粒徑為1.40～1.60 mm，體積分數少于1%；斜長石，寬板狀、板柱狀，聚片雙晶位錯、位移、部分雙晶彎曲，表面模糊絹云母化，粒徑為0.80～3.20 mm，約占35%；角閃石，半自形長柱狀部分被碳酸鹽堆積交代。基質成分為斜長石與鉀長石，鉀長石多于斜長石。斜長石，半自形板狀、板柱狀，聚片雙晶帶較寬，部分鉀化，粒徑為0.08～0.20 mm；鉀長石，寬板狀，粒徑為0.05～0.20 mm。巖石發生碳酸鹽化、綠泥石化及綠簾石化。

流紋斑巖(DY13020-B1)坐標為44°26′52.4″N，118°53′12.8″E。樣品為斑狀結構，塊狀構造。斑晶成分有：石英，他形粒狀，粒徑為0.30～1.00 mm，體積分數為2%～3%；鉀長石，半自形板柱狀，成分為條紋長石，體積分數少于1%；斜長石，半自形板柱狀，聚片雙晶，表面絹云母化，粒徑為1.00 mm，體積分數少于1%。基質以鉀長石與石英構成的球粒與文象體為主，長英質隱晶集合體充填其間；球粒多呈不規則放射狀，無結晶核心，直徑為0.30～0.50 mm。

2.2 分析方法

樣品的主量元素、微量元素測試分析在沈陽地質礦產研究所實驗室完成。主量元素采用XRF方法完成，分析精度一般優于2%。微量元素采用ICP-MS完成，樣品溶解在高壓溶樣彈中進行。

鋯石分選在河北省廊坊市區域地質調查所實驗室進行。首先用水將樣品表面清洗并晾干、粉碎至80目，然后經過用水粗淘、強磁分選、電磁分選和用酒精細淘之后，在實體顯微鏡下手工挑選出鋯石(每個樣品所挑鋯石數量>1 000粒)。在實體顯微鏡下挑選裂隙相對少、表面盡量潔凈、透明度相對較高的鋯石約150粒制作環氧樹脂樣品靶，經過打磨和拋光后，拍攝反射光(用于查看拋光鋯石的表面是否存在裂紋)、透射光(用于查看鋯石內部是否存在包裹體和裂紋)和陰極發光(用于察看鋯石U、Th等微量元素含量分布特征)圖像。樣品靶在北京鋯年領航科技有限公司制備。鋯石U-Th-Pb同位素測定采用激光燒蝕多接收器等離子體質譜法(LA-ICP-MS)在天津地質礦產研究所同位素實驗室測定。詳細步驟及數據處理方法參見文獻 [12]。

3 分析結果

3.1 鋯石特征及測年結果

礦區的花崗閃長斑巖(圖 4a)及流紋斑巖(圖 4b)樣品中的鋯石多為長柱狀或短柱狀，顆粒長100～200 um，寬50～80 um，鋯石晶體自形程度較高，亮暗不一，說明其Th、U質量分數不同。鋯石多具有核幔結構，核部呈自形、半自形，內部發育帶狀和振蕩環帶；幔部一般發育密集的震蕩環帶，少數鋯石出現扇形分帶結構。鋯石Th、U質量分數較高，花崗閃長斑巖的Th/U為0.25～0.46，流紋斑巖鋯石的Th/U為0.36～1.42，Th/U值均大于0.1(表 1)，且Th、U質量分數呈較好的正相關，結合鋯石的CL圖像特征，判斷鋯石均屬于巖漿成因[13-15]。

3.1.1 花崗閃長斑巖鋯石U-Pb年齡

花崗閃長斑巖30顆鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡測定結果列于表1，30個數據點給出年齡值為253～266 Ma。U-Pb年齡諧和圖(圖 5a)上7和29號測點偏離諧和線，其余分析點均分布在諧和線上或其附近，顯示很好的諧和性，表明鋯石形成后U-Pb同位素體系是基本封閉的，沒有U或Pb同位素的明顯丟失或加入，測試結果可信。除去測點7、29，其余28個分析點的加權平均年齡為(253.4±0.9)Ma(MSWD=0.014，n=28)，代表花崗閃長斑巖的結晶年齡。

3.1.2 流紋斑巖鋯石U-Pb年齡

流紋斑巖28顆鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡測定結果列于表1，49號測點給出了較大的年齡值(324±3)Ma，為繼承的早期鋯石；另27個數據點給出年齡值為131～140 Ma。U-Pb年齡諧和圖(圖 5b)上，分析點均分布在諧和線上或其附近，顯示很好的諧和性，表明鋯石形成后U-Pb同位素體系是基本封閉的，沒有U或Pb同位素的明顯丟失或加入，測試結果可信。27個分析點的加權平均年齡為(133.6±0.7)Ma(MSWD=0.71，n=27)，代表流紋斑巖的結晶年齡。

3.2 巖石地球化學特征

3.2.1 主量元素特征

白音諾爾鉛鋅礦花崗閃長巖、花崗閃長斑巖和流紋斑巖主量元素分析結果見表2。花崗閃長巖w(SiO2)為63.96%～69.60%，平均值為66.53%；w(K2O+Na2O)為4.95%～7.27%，平均值為6.43%；K2O/Na2O為0.68～0.73，平均值為0.70；w(Al2O3)為12.01%～14.39%，平均值為13.28%；A/CNK為0.785～0.857，平均值為0.815，顯示鋁略不飽和。在w(K2O)-w(Na2O)圖(圖 6a)上顯示為鉀質巖石，在w(K2O)-w(SiO2)圖(圖 6b)上顯示主要為高鉀鈣堿性系列。花崗閃長斑巖w(SiO2)為63.31%和66.37%，平均值為64.84%；w(K2O+Na2O)為7.64%和9.68%，平均值為8.66%；K2O/Na2O為1.16和1.26，平均值為1.21；w(Al2O3)為14.42%和15.44%，平均值為14.93%；A/CNK為0.806和0.896，平均值為0.851，顯示鋁略不飽和。在w(K2O)-w(Na2O)圖(圖 6a)上顯示為鉀質巖石，在w(K2O)-w(SiO2)圖(圖 6b)上顯示為鉀玄巖和高鉀鈣堿性系列。流紋斑巖w(SiO2)為77.27%和77.36%，平均值為77.32%；w(K2O+Na2O)為6.59%和7.19%，平均值為6.89%；K2O/Na2O為1.87和2.69，平均值為2.28；w(Al2O3)為12.20%和12.89%，平均值為12.55%；A/CNK為1.38和1.40，平均值為1.39，顯示鋁過飽和的特征。在w(K2O)-w(Na2O)圖(圖 6a)上顯示為高鉀質巖石，在w(K2O)-w(SiO2)圖(圖 6b)上顯示為高鉀鈣堿性系列。

圖4 白音諾爾鉛鋅礦花崗閃長斑巖(a)和流紋斑巖(b)鋯石CL圖像Fig.4 Images of selected zircons of granodiorite porphyry (a) and rhyolite porphyry (b) of Baiyinnuoer Pb-Zn deposit

續表1

注：1—30測點編號為樣品DY13020-B4；31—58測點編號為樣品DY13020-B1。

圖5 白音諾爾鉛鋅礦侵入巖鋯石U-Pb諧和年齡圖譜Fig.5 U-Pb Concordia diagrams for zircons from the instrusive rocks of Baiyinnuoer Pb-Zn deposit

圖6 白音諾爾礦區侵入巖w(K2O)-w(Na2O)和w(K2O)-w(SiO2)巖石系列分類圖解Fig.6 Instrusive rocks w(K2O)-w(Na2O) and w(K2O)-w(SiO2)diagrams of Baiyinnuoer Pb-Zn deposit

3.2.2 微量元素特征

白音諾爾鉛鋅礦花崗閃長巖、花崗閃長斑巖和流紋斑巖的稀土和微量元素分析結果(表2)顯示，稀土總量w(∑REE)分別為105.19×10-6～123.40×10-6(平均為114.30×10-6)、118.51×10-6和114.60×10-6(平均為116.56×10-6)和75.30×10-6和157.53×10-6(平均為146.39×10-6)，較地殼巖漿巖平均值(116.42×10-6)低。三者具有較為相似的稀土球粒隕石標準化配分模式(圖 7 a)，總體呈右傾，LREE相對富集，HREE相對虧損，LREE/HREE分別為7.07～8.25(平均為7.47)、10.33和17.00(平均為13.67)及6.45和10.29(平均為7.94)，說明輕重稀土分餾較強烈；(La/Yb)N值為6.80～8.45(平均為7.37)、10.68和33.41(平均為22.05)及4.87和11.78(平均為8.33)；花崗閃長巖及花崗閃長斑巖弱負Eu異常，流紋斑巖強烈負Eu異常，δEu值分別為0.67～0.92(平均為0.79)、0.58和1.24(平均為0.91)和0.07和0.13(平均為0.10)，表明花崗閃長巖及花崗閃長斑巖中斜長石未發生明顯的分離結晶作用，而流紋斑巖中斜長石已發生分離結晶作用。

在微量元素蛛網圖(圖 7b)上，花崗閃長巖及花崗閃長斑巖富集大離子親石元素(LILE),其中Rb、Th、K、Nd相對富集，相對虧損高場強元素(HFSE)，如Nb、P、Ti等元素相對虧損；流紋斑巖同樣富集大離子親石元素(LILE)，其中Rb、Th、K、Nd相對富集，相對虧損高場強元素(HFSE)，如Nb、P、Ti、Ta等元素相對虧損。

4 討論

4.1 白音諾爾鉛鋅礦床的成礦時代

白音諾爾鉛鋅礦床自發現以來，已有學者對其賦礦圍巖進行過不同方法的同位素年齡測試和成礦年齡分析：張德全等[3]獲得了與成礦關系密切的花崗閃長斑巖和礦區火山巖的Rb-Sr等時線年齡分別為171和160 Ma；江思宏等[11]對與成礦有關的花崗閃長巖和石英斑巖以及礦區外圍的花崗巖基開展了LA-MC-ICP-MS鋯石測年，獲得鋯石U-Pb年齡分別為(244.5±0.9)、(129±1.4)、(134.8±1.2)Ma。本文對白音諾爾鉛鋅礦區與成礦關系密切的花崗閃長斑巖以及流紋斑巖展開了鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年工作，獲得206Pb/238U加權平均年齡分別為(253.4±0.9)和(133.6±0.7)Ma，其中花崗閃長斑巖的定年結果與測得的花崗閃長巖的年齡(244.5±0.9)Ma[11]基本一致。由于鉛鋅礦體主要產于花崗閃長斑巖與碳酸鹽巖的接觸帶(圖 2)，因此認為白音諾爾鉛鋅礦的形成主要與花崗閃長斑巖有關，結合前人研究成果及野外觀察，可以認定：白音諾爾鉛鋅礦與成礦關系密切的花崗閃長斑巖的結晶年齡可以代表其成礦年齡，可被限定在253.4 Ma；與此同時，少數礦(化)體產于流紋斑巖與粉砂巖的接觸帶(圖 3)，流紋斑巖的結晶年齡也可以代表其成礦年齡，即133.6 Ma。鑒于此，筆者認為白音諾爾礦區存在兩期明顯的礦化事件，即晚二疊世(253.4 Ma)和早白堊世(133.6 Ma)。

圖7 白音諾爾鉛鋅礦侵入巖稀土元素配分曲線圖(a)及原始地幔標準化微量元素蛛網圖(b)Fig.7 Chondrite-normalized REE distribution patterns(a) and primitive mantle-normalized trace elements distribution patterns of instrusive rocks of Baiyinnuoer Pb-Zn deposit(b)

大興安嶺南段不但是我國北方重要的銅多金屬成礦帶，還是我國北方最重要的錫多金屬成礦集中區[16]，然而研究區具體存在幾期成礦事件一直存在爭議。一部分學者認為本區成礦事件為燕山期[17-25]，成礦作用集中在150～140、140～120和115～100 Ma 3個時期；一部分學者認為本區存在海西期和燕山期兩期礦化事件[26-28]，海西期以早二疊世成礦為主，部分也有晚二疊世、石炭紀和泥盆紀，燕山期則主要產出與陸相火山侵入雜巖有關的淺成熱液型-斑巖型-矽卡巖型鉛鋅-銅-鉬-錫-銀-金礦床，許多礦床具有兩期成礦疊加改造的復雜特征；近年來，還有一部分學者認為本區存在印支期成礦事件[11,29-32]，成礦作用主要集中在260～220、180～150 Ma兩個時期。綜合前人的研究結果，筆者認為大興安嶺南段存在三期成礦事件，即海西期、印支期以及燕山期成礦。

4.2 白音諾爾鉛鋅礦床的區域成礦動力學背景

研究區在古生代經歷了古亞洲洋的發生、發展和消亡，并于石炭紀—二疊紀晚期閉合[33]，形成了華北—蒙古(額爾古納)板塊，相當于三疊紀華北—蒙古板塊與西伯利亞板塊南緣之間被蒙古—鄂霍茨克洋分割。區域上海西—燕山中期中酸性侵入巖分布廣泛，在 255～200 Ma期間本區發生了一次構造熱事件作用，該期巖漿活動雖然規模較小，但遍布全區[34]。近年來，在內蒙古東部，從大興安嶺到華北板塊發現了一系列早中生代鎂鐵質--超鎂鐵質侵入巖、堆晶巖[35]、輝長巖和堿性玄武巖[34,36]、基性—超基性侵入巖[37]，同位素測年表明，這些巖石成巖年齡集中在250～200 Ma，上述基性巖漿活動顯示該時期研究區處于古亞洲洋閉合后造山伸展環境[38-39]。在微量元素構造環境判別圖(圖 8)上，文中花崗閃長(斑)巖樣品點落于火山弧和同碰撞區域，這可能揭示了該時期后造山板內的大地構造背景的信息，與該區內同期花崗巖的特性也是一致的[40]。本文確定的花崗閃長斑巖、花崗閃長巖、流紋斑巖均具有高鉀鈣堿性特征，一般而言，高鉀鈣堿性系列花崗巖發育在陸弧環境或后碰撞環境[41]。同時依據區域后造山伸展背景[42]，確定晚二疊世研究區為后碰撞伸展環境。此時，研究區處于活化的華北克拉通北緣造山晚期到后造山環境，由于局部伸展應力作用，下地殼發生了局部地區的拆沉作用，熱的玄武質巖漿使下地殼發生部分熔融，在晚二疊世—早三疊世發生早期礦化事件，形成白音諾爾鉛鋅礦床。

圖8 白音諾爾鉛鋅礦侵入巖的w(Rb)-w(Y+Nb)圖解(a)和w(Nb)-w(Y)圖解(b)Fig.8 w(Rb)-w(Y+Nb) diagram(a) and w(Nb)-w(Y) diagram(b) of of instrusive rocks of Baiyinnuoer Pb-Zn deposit

140～120 Ma是中國東北A型花崗巖產出的一個重要時期[43]，同時，本時期還是變質核雜巖形成的高峰時期[44]。上述特征表明，140～120 Ma的中國東北整體處于伸展背景下的構造域中，興蒙造山帶巖漿作用的高峰期[45-46]與本時間段相吻合，本文所述的流紋斑巖即在此階段形成。在微量元素構造環境判別圖 (圖 8) 上，文中流紋斑巖數據點落于火山弧和同碰撞區，反映的大地構造背景信息與該時間段吻合。這可能與蒙古—鄂霍茨克洋俯沖板片在深部斷離以及由此引發軟流圈物質上涌和巖石圈地幔的拆沉[47]導致研究區大規模巖漿作用有關，該作用形成了白音諾爾礦區內流紋斑巖，與此同時，伴隨著白音諾爾鉛鋅礦晚期成礦事件的發生。

5 結論

1)白音諾爾礦區花崗閃長巖、花崗閃長斑巖為富堿、準鋁鉀質巖石，具有輕重稀土分異明顯，富集大離子親石元素(LILE)，相對虧損高場強元素(HFSE)的特點；流紋斑巖為富堿、過鋁質巖石，同樣具有輕重稀土分異明顯，富集大離子親石元素(LILE)，相對虧損高場強元素(HFSE)的特點。

2)根據對礦區內及外圍侵入巖的年代學研究，結合礦區地質和前人研究成果，認為白音諾爾鉛鋅礦床存在兩期明顯的礦化事件，早期礦化發生在253.4 Ma左右，晚期礦化發生在133.6 Ma左右。

3)白音諾爾鉛鋅礦床早期礦化事件很可能與古亞洲洋閉合碰撞后伸展有關，晚期礦化事件可能受蒙古—鄂霍茨克洋俯沖的影響。