內蒙古查干德爾斯鉬礦成礦期花崗巖地球化學特征及成巖背景

李光耀， 肖榮閣， 李志丹， 王佳營

(1.中國地質調查局天津地質調查中心， 天津 300170； 2.中國地質調查局鈾礦地質重點實驗室， 天津 300170； 3.中國地質大學(北京)， 北京 100083)

鉬礦床以斑巖型、矽卡巖型、熱液脈型和沉積巖型為主，其中斑巖型是最重要的鉬礦類型，具有品位低，規模大，埋深淺特點，礦體與賦礦鈣堿性巖體時空分布關系密切。全球大規模斑巖型鉬多金屬礦床主要產出于環太平洋成礦域，前人研究認為其形成機制與板塊俯沖有著密切的關系[1-3]。中國斑巖型鉬多金屬礦床主要分布在秦嶺-大別成礦帶、興蒙成礦帶以及長江中下游鉬成礦帶[4]，包括沙坪溝、金堆城、欒川、楊家仗子等超大型鉬礦床。成礦時代主要集中在早古生代(480～420 Ma)[5]、晚古生代(412～260 Ma)[6]、中生代印支期(251～209 Ma)[7]、燕山期(194～77 Ma)[8]。

查干德爾斯鉬礦床位于內蒙古自治區巴彥淖爾市烏拉特后旗，距賽烏素鎮約90 km，是內蒙古中西部近年來新發現的一個大型鉬礦產地[9]。區域上前寒武紀變質巖大量分布，從古生代到中生代各期次巖漿構造活動明顯，侵入巖廣泛發育。蔡明海等[10]對礦區輝鉬礦開展Re-Os測年研究(243 Ma)，劉翼飛等[11]對礦區花崗巖樣品進行鋯石SHRIMP U-Pb年齡測定，顯示成礦期花崗巖形成于253～254 Ma，為晚二疊世印支期。張艷飛等[12]開展流體地球化學研究，認為成礦流體來源于巖漿巖重熔熱液和大氣水混合。通過對查干德爾斯鉬礦床賦礦巖體—似斑狀黑云母二長花崗巖開展系統的主微量元素分析，研究其地球化學特征，探討其成巖過程及形成背景，進一步豐富查干德爾斯斑巖型鉬礦床成礦規律。

1 區域地質

研究區構造上處于索倫山縫合帶與狼山-白云鄂博裂谷之間的寶音圖隆起[13-15]，是中蒙邊境大規模成礦帶的重要組成[16-17]。該區自古生代至中生代期間，自南向北發生了明顯的俯沖增生、碰撞造山、碰撞后伸展作用及其間的構造轉換[18-23]，如圖1[24-25]所示。

圖1 查干德爾斯鉬礦大地構造位置及區域地質簡圖(據文獻[24-25]修編)Fig.1 The geotectonic location and regional geological map of the Chagandeersi molybdenum deposit (modified after ref.[24-25])

研究區出露下元古界寶音圖群、白堊系砂礫巖以及第四系(圖2)。下元古界寶音圖群分布在礦區的東及東南部，總體呈NE向，局部受斷裂切割。其巖性組合為灰黑色-灰綠色千枚狀碳質板巖、淺變質粉砂巖等，屬于中級變質巖系，受后期巖漿作用影響，熱液蝕變現象明顯。白堊系砂礫巖僅出露于礦區西北部和南部，為陸相碎屑沉積。第四系沿溝谷展布，由風成砂和礫石構成。

圖2 查干德爾斯鉬礦床地質簡圖(據文獻[10]修編)Fig.2 Simplified geological map of the Chagandeersi molybdenum deposit (modified after ref.[10])

研究區內經歷了多次構造運動，褶皺與斷裂發育，總體呈NE向。蘇吉音花復式背斜為主要容礦構造，由下元古界寶音圖群組成，軸向60°，出露長度22 km，兩翼寬8～10 km，NW翼傾角45°～60°，SE翼傾角56°～76°，向SW傾伏。近NE、NW向斷裂構造為后期容礦巖體及含礦熱液運移提供了重要的空間和通道。

區內巖漿巖十分發育，為華力西中期和燕山早期巖漿活動的產物，且以花崗巖為主，研究區內鎢-鉬-鉍礦化與之有重要的成因聯系，其中分布于礦區中西部的似斑狀黑云母二長花崗巖(統稱查干德爾斯花崗巖)，為主要容礦巖石，呈巖株產出。

2 礦床地質及成礦巖體特征

鉬礦體呈隱伏狀賦存于二疊紀查干德爾斯花崗巖體SE緣的內接觸帶(圖2)，大致呈不規則厚層狀、脈狀及網脈狀，近NE向展布。發育鉀化[圖3(a)]、云英巖化和綠泥石化等圍巖蝕變，地表局部可見孔雀石化，具斑巖型礦床蝕變分帶特征。

查干德爾斯巖體新鮮面呈淺肉紅色，發育似斑狀結構，塊狀構造[圖3(b)]。巖體主要由長石、石英等礦物組成[圖3(c)、圖3(d)]，為二長花崗巖(圖4)。副礦物有磷灰石、鋯石。鉀長石，半自形粒狀，粒徑為1.5～5 mm，含量為35%～40%，主要為條紋長石，部分被高嶺石交代，并伴有白云母化。斜長石，半自形板狀，粒徑為1～4 mm，含量為20%～40%，高嶺土化、絹云母化、白云母化。石英，它形粒狀，粒徑為0.5～4 mm，含量為25%。局部見少量鱗片狀黑云母(含量為1%)。

Mot為輝鉬礦；Q為石英；Pl為斜長石；Kf為鉀長石圖3 查干德爾斯花崗巖手標本及鏡下特征Fig.3 Hand specimens and microscopic characteristics of the Chagandeersi granite

1為富石英花崗巖； 2為堿性長石花崗巖； 3為花崗巖； 3a為正常花崗巖 (普通花崗巖)； 3b為二長花崗巖； 4為花崗閃長巖； 5為云英閃長巖； 6為堿性長石正長巖； 7為正長巖； 8為二長巖； 9為二長閃長巖/ 二長輝長巖；10為閃長巖/輝長巖/斜長巖； 6*為石英堿性長石正長巖； 7*為石英正長巖； 8*為石英二長巖； 9*為石英二長閃長巖/ 石英二長輝長巖； 10*為石英閃長巖/石英輝長巖； Q為石英； A為堿性長石； P為斜長石圖4 查干德爾斯鉬花崗巖QAP分類圖Fig.4 QAP classification diagram of the Chagandeersi granite

3 樣品采集及分析測試

查干德爾斯花崗巖樣品共6件，均采自鉆孔ZK40-7巖心(圖2)，樣品編號為Dr217、Dr218、Dr220、Dr222、Dr224、Dr225。薄片制作及巖相學分析在中國地質大學(北京)完成，化學分析測試在中國地質科學院廊坊物化探研究所開展，分析精度優于5%。

4 分析結果

4.1 主量元素特征

查干德爾斯花崗巖樣品主量元素分析結果如表1所示。成礦期肉紅色似斑狀黑云母二長花崗巖具以下特征：硅含量較高，SiO2含量為74.05%～77.56%，平均為76.36%；Al2O3含量為12.68%～14.38%，平均含量13.25%；含堿較高，Na2O+K2O含量為6.71%～8.23%，平均含量為7.33%；富鉀，K2O/Na2O值為1.07～1.59，平均值1.28，為高鉀鈣堿性系列。A/CNK值為1.53～1.75，平均值1.63，A/NK值為1.66～2.03，平均值1.81，巖石為過鋁質(圖5)。

圖5 查干德爾斯花崗巖Si-K圖解及 A/NK-A/CNK圖解Fig.5 Si-K and A/NK-A/CNK diagram of the Chagandeersi granite

表1 查干德爾斯花崗巖體主量元素分析結果Table 1 Results of principal element analysis of Chagandeersi granite

Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)=1.1(即A/CNK)為界來判別花崗巖類型[26]，根據表1分析結果，得出與成礦有關的似斑狀二長花崗巖A/CNK值為1.53～1.75，為S(sediment)型。查干德爾斯花崗巖主量元素含量對SiO2哈克圖解(圖6)表現出系統而顯著的變化趨勢，說明巖漿演化過程中結晶分異作用較為顯著。

圖6 查干德爾斯花崗巖主量元素對SiO2哈克圖解Fig.6 Harker diagram of major elements-SiO2 of the Chagandeersi granite

4.2 微量元素特征

微量元素分析結果如表2所示。大離子親石元素富集，高場強元素及重稀土元素虧損。Ba、Nb、Sr、P及Ti虧損明顯，U和Pb也呈虧損。Nb/Ta值為5.27～11.88，Zr/Hf值為18.75～35.40。前者遠低于地幔平均值(60)，而接近于地殼值(10)[27]；后者整體亦小于地幔均值，靠近地殼平均值。大離子親石元素Ba-Sr，高場強元素Zr-Hf等呈明顯的正相關性(圖7)。微量元素原始地幔標準化蛛網圖呈右傾(圖8)，微量元素特征顯示出查干德爾斯花崗巖主要為陸殼熔融的產物。

圖7 查干德爾斯花崗巖微量元素及δEu-SiO2(CaO)協變圖解Fig.7 Covariant diagram of trace elements and δEu-SiO2(CaO) of the Chagandeersi granite

4.3 稀土元素特征

查干德爾斯花崗巖稀土元素分析如表2所示，稀土總量(total rare earth element，∑REE)中等，為49.60×10-6～86.80×10-6，平均值64.59×10-6。稀土分異明顯，(La/Yb)N值為3.08～17.43，均值7.54；輕稀土(light rare earth element，LREE)分異程度較高，(La/Sm)N為3.52～5.87，平均4.54，重稀土(high rare earth element，HREE)分異相對偏低，(Gd/Yb)N值為0.75～2.02，均值1.17。δEu變化范圍0.21～0.72，表現為明顯的負Eu異常如圖8[28]所示。稀土元素配分曲線呈“V”字形右傾趨勢如圖9[29]所示，輕稀土較陡，重稀土較緩，具有重熔花崗巖的特征。

表2 查干德爾斯花崗巖體微量元素分析結果Table 2 Trace element analysis results of Chagandeersi granite

原始地幔標準化數據來自文獻[28]圖8 查干德爾斯花崗巖原始地幔標準化微量元素蛛網圖Fig.8 Primitive mantle-normalized trace elements spider diagram of the Chagandeersi granite

標準化數據來自文獻[29]圖9 查干德爾斯花崗巖稀土配分模式圖Fig.9 Chondrite-normalized REE patterns diagram of the Chagandeersi granite

5 討論

5.1 成巖成礦時代

查干德爾斯礦區輝鉬礦化主要呈浸染狀及細脈狀產于似斑狀二長花崗巖，圍巖蝕變(硅化，鉀化，云英巖化等)也與成礦期花崗巖具有一致的分布范圍。礦化-圍巖蝕變-花崗巖三位一體，可推斷查干德爾斯二長花崗巖與輝鉬礦化具有密切的成因聯系。花崗巖鋯石的U-Pb年齡為253～254 Ma[11]，成巖時代為晚二疊世。查干德爾斯礦區輝鉬礦Re-Os等時限年齡為(243.0±2.2) Ma[10]，成礦時代為早三疊世，屬印支期構造-巖漿活動的產物。由此可知，該礦床成巖成礦時差為10 Ma。

查干德爾斯花崗巖體礦物結晶程度相對較好[圖2(c)、圖2(d)]，具似斑狀結構，代表巖體經歷了漫長的結晶分異過程。劉翼飛等[17]對鄰區查干花鉬礦研究顯示，礦床H同位素低于大多數同類型鉬礦床，說明其成礦流體更長時間的去氣過程，也證實了查干德爾斯花崗巖侵位后經歷長時間的演化。

5.2 巖漿演化

查干德爾斯花崗巖具似斑狀結構，斑晶礦物主要為長石和石英，表示至少兩期結晶過程。花崗巖主、微量元素與SiO2哈克圖解以及微量元素之間的協變關系(圖6、圖10)，表現出規律性變化趨勢，說明巖漿演化過程中經歷了顯著的結晶分異作用。哈克圖解中，P2O5-SiO2含量呈負相關，代表磷灰石等副礦物發生結晶分離；Fe2O3及MgO對比SiO2的降低，反映鎂鐵質礦物的結晶分離。這種部分熔融作用可以從微量元素及其相關比值圖解上得到進一步證實，如δEu與SiO2含量呈明顯的負相關性，說明出隨著巖漿演化程度增強，Eu負異常越發顯著，而δEu與CaO的含量呈正相關性，反映了斜長石與鉀長石的分離結晶。可以推測，成礦巖體上升侵位之前，就已在深部巖漿房內發生了明顯的分異作用，這有利于鉬金屬的預富集。

圖10 查干德爾斯花崗巖體微量元素比值協變圖解Fig.10 Covariant diagram of trace elements ratio of the Chagandeersi granite

花崗巖的微量元素組成反映出巖漿演化過程中，受到了上部地殼物質的混染。受到地殼混染，強不相容元素與中等不相容元素含量比值可以發生變化[30]，在查干德爾斯花崗巖中，K/Rb值范圍為83.05～134.17，平均值為112.81，Ba/Nb值變化范圍為2.70～66.73，平均值17.92，Rb/Zr比值變化于2.42～6.31，平均值4.55。由于下元古界寶音圖群廣泛分布于礦區及其外側，可以認為寶音圖群是查干德爾斯花崗巖侵位后重要的混染來源。

5.3 巖漿源區及成礦背景

成礦期花崗巖的微量元素特征如圖 8、圖9所示，表現為Th、Rb等大離子親石元素明顯富集，Nb、Ta和Ti 等高場強元素虧損，Pb富集，LREE富集，以及HREE分異程度較低的稀土配分模式。查干德爾斯花崗巖具有較高的Th含量(7.41×10-6～12.01×10-6。)，平均10.18，較高的(La/Yb)N值(3.08～17.43)，平均7.54，顯示母巖源區為發生俯沖作用并受到地殼混染的陸緣弧區域[31-33]。(La/Sm)N比值3.52～5.87，平均4.54，且與La具有較為明顯的正相關性(圖7)，指示查干德爾斯花崗質巖漿是由早期形成巖石經過部分熔融作用形成[34-37]。花崗巖構造判別圖解(圖11[38])，主要投影于火山弧花崗巖、同碰撞花崗巖及碰撞后花崗巖區域的重疊部分，結合區域板塊構造演化[35-37]，推斷查干德爾斯花崗巖可能形成為后碰撞環境。

WPG為板內花崗巖；ORG為洋中脊花崗巖；VAG為火山弧花崗巖； syn-COlG為同碰撞花崗巖；PCG為后碰撞花崗巖圖11 查干德爾斯花崗巖Nb-Y和Rb-(Y+Nb)構造 環境判別圖[38]Fig.11 Nb-Y and Rb-(Y+Nb) tectonic discrimination diagrams of the Chagandeersi granite[38]

6 結論

(1)查干德爾斯鉬礦床成礦期花崗巖形成于253～254 Ma，為晚二疊世。成礦年齡為243 Ma，成巖成礦時間差約為10 Ma，表示查干德爾斯巖體發生一系列巖漿-熱液礦化事件。

(2)查干德爾斯花崗巖元素地球化學表現為高含量硅、堿，過鋁質及高鉀鈣堿性，顯示為S型花崗巖。其源巖為早期陸緣弧環境所形成，在晚二疊世后碰撞伸展構造下發生部分熔融，富礦巖漿上侵到淺部地殼區域后受到下元古界寶音圖群的混染，之后冷凝固結形成查干德爾斯花崗巖，伴隨成礦物質的富集沉淀。