大兴安岭南段敖仑花斑岩钼(铜)矿区岩浆作用与矿床成因
摘要
斑岩型矿床形成过程的揭示通常基于岩浆作用和成矿作用的综合研究。本文选择位于大兴安岭南段西拉木伦成矿带内新发现的敖仑花斑岩型钼(铜)矿床，通过岩石学和矿床学的综合研究，对矿区内岩浆的性质和起源、流体的出溶和演化、成矿物质的富集和沉淀，以及壳幔作用与成矿关联和深部动力学过程等问题进行分析，结合已有的区域资料，探讨大兴安岭南段同期大规模成岩成矿的地质过程。 新的年代学统计显示，大兴安岭地区在中生代存在两期主要的成岩成矿作用：220～250Ma(印支期)和130～150Ma(晚侏罗-早白垩)，以第二期成岩成矿作用最为显著。通过SHRIMP锆石U-Pb及ICP-MS辉钼矿Re-Os同位素定年，获得敖仑花成矿岩体二长花岗斑岩的形成年龄为132～134Ma，成矿年龄为132.1±1.2Ma，指示敖仑花矿床的形成为早白垩世成岩成矿事件。野外地质关系和年代学研究显示敖仑花矿区岩浆活动可分为两阶段：(1)与成矿有关的岩浆活动阶段，形成了含矿岩体二长花岗斑岩；(2)造山后岩浆活动阶段，形成了石英斑岩(124.2±0.7Ma)、闪长玢岩、石英闪长玢岩等岩脉组合。矿区内岩浆-热液活动持续约8Ma，成矿作用主要与早阶段的斑岩岩浆活动有关，而造山后岩脉是岩浆-热液活动及成矿结束的标志。 成矿岩体二长花岗斑岩属于准铝质、高钾钙碱性Ⅰ型花岗质岩浆，稀土和微量元素显示出与弧岩浆类似的地球化学特征：富集LREE，高(La/Yb)N、(Ce/Yb)N、(La/Sm)N比，富集Rb、K、Sr等大离子亲石元素，亏损Nb、Ta、P和Ti等高场强元素。Sr-Nd-Hf同位素显示矿区内岩浆普遍具有低初始Sr(0.70374～0.70581)、高εNd(t)(+0.1～+2.6)和高εHf(t)(+4.14～+10.44，二长花岗斑岩)的同位素特征，且模式年龄较年轻(集中在600-900Ma)，指示亏损的同位素性质和年轻的岩浆源区。成矿岩体二长花岗斑岩仅发育年轻的继承锆石(年龄介于213～360Ma之间)，以及具有弧岩浆的地球化学性质，暗示晚古生代岛弧建造是其主要源区，而古老地壳物质的贡献近乎微弱。幔源物质在二长花岗斑岩形成过程中具有重要参与，主要证据包括：(1)岩体中发育岩浆成因的石英二长闪长岩包体，包体(131.8±1.6Ma)与寄主岩石年龄一致，且包体中发育针状磷灰石，指示岩浆混合后快速固结的过程；(2)矿物斜长石存在成分不平衡环带(An值突变)，且全岩具有较高的Mg＃(44.9～51.7)，高于正常的纯壳源熔体(<40)；(3)单颗粒锆石Hf同位素从核部到边部向亏损性质转变(εHf(t)值由核到边升高)。 H、O、C、S稳定同位素特征表明敖仑花矿区成矿流体具有深部幔源岩浆水的特征，同时在成矿期表现出壳源浅成流体的加入。金属硫化物的Pb同位素处于造山带和地幔铅演化线之间，更靠近造山带铅演化线，说明成矿金属(Mo)主要来自造山带物质，部分来源于地幔，与辉钼矿中Re含量所指示的成矿物质具壳幔混合来源特征一致。 首次在敖仑花矿床中识别出斑状石英，认为其是岩浆-热液过渡期的特有产物，记录了最早从斑岩体系中出溶的成矿流体。通过对矿区内广泛发育的热液脉系的研究，厘定出热液期流体的演化和成矿过程。 基于脉石矿物、金属硫化物及流体包裹体的研究，认为敖仑花矿床流体演化与成矿作用的过程为：流体在压力≥115MPa、深度≥4.3km的条件下开始从岩浆体系中出溶，出溶的初始成矿流体具有高温、高盐度特征，并富含CO2和成矿金属元素，是H2O、CO2等挥发分和Na-K-Ca-Fe-Cu-Ti等金属元素组成的络合物体系。流体出溶后不久即与循环至地壳深部的大气降水进行了混合，流体的混合降低了初始成矿流体的温度，造成最早的成矿作用。随后，混合流体继续迁移循环，演化至热液期中阶段在构造薄弱位置因突破围岩压力造成压力突减引发流体沸腾(石英-辉钼矿脉中发育沸腾流体包裹体组合)，造成了主成矿阶段的成矿作用。最后，析出金属后的低温、低盐度流体在更近地表的裂隙中形成最晚期的贫硫化物脉，成矿作用结束。根据辉钼矿在热液脉中的发育程度，限定敖仑花矿区辉钼矿的析出和沉淀主要在335℃以上完成。 敖仑花矿床的成岩和成矿机制为：古生代时期，古亚洲洋的闭合形成了弧岩浆-增生杂岩为主体的多缝合边界造山带。晚侏罗-早白垩世时期受太平洋板块俯冲的远程影响，大兴安岭南段及邻区演化为弧后大陆伸展构造背景，软流圈物质上涌，引发幔源基性岩浆底侵到下地壳(古生代岛弧建造)底部，使之重熔并与之发生混合作用，在富水环境下经历以角闪石、磷灰石等矿物为主的分离结晶后，快速到达地壳浅部发生成岩和成矿作用。岩脉在斑岩体侵位和成矿作用完成后形成，可能与软流圈侵蚀程度增大，深部地热梯度继续升高，引发更浅部下地壳不同深度物质熔融有关。 敖仑花矿床形成于弧后伸展背景下陆内造山带的重新活化，其成因模式既不同于典型的与俯冲直接有关的弧岩浆环境内的斑岩矿床(安第斯型)，又不同于与陆-陆碰撞直接有关的造山带环境内的斑岩矿床(冈底斯型)，其与大兴安岭南段的其它同时期矿床，是中亚造山带东段特有地质过程的产物。