河北丰宁撒岱沟门钼矿区成矿岩体地球化学特征及其对矿床成因的约束

骆文娟, 张德会, 孙 剑

(中国地质大学(北京)地球科学与资源学院,北京 100083)

河北丰宁撒岱沟门钼矿区成矿岩体地球化学特征及其对矿床成因的约束

骆文娟, 张德会, 孙 剑

(中国地质大学(北京)地球科学与资源学院,北京 100083)

本文通过对撒岱沟门钼矿床的赋矿岩石(二长花岗岩)的主量元素地球化学的研究,揭示了该区花岗岩为准铝质高钾钙碱性I型花岗岩。该区赋矿岩石(二长花岗岩)的稀土元素地球化学特征为轻稀土富集,重稀土亏损,轻重稀土分馏明显,Eu负异常较弱(δEu=0.78)。La/Sm-La图解表明二长花岗岩由岩浆分离结晶作用形成;微量元素Nb、Ta、P、Zr、Ti具有明显的负异常,富集大离子亲石元素Rb、Th、K、Ba,黑云母全铝压力计所计算的岩体结晶压力平均为1.83kbar,平均侵位深度为6.78km,综合地球化学各方面的特征,探讨了该区斑岩型Mo矿床形成的制约因素,以及为什么该区形成斑岩型钼矿床而非斑岩型铜矿床的原因,最后认为该矿床为深源中成斑岩型钼矿床。

撒岱沟门 地球化学 侵位深度 矿床成因 斑岩型矿床

LuoW en-juan,Zhang De-hui,Sun Jian.Geochem ical characters of m ineralization rock of the Sada igoumen molybdenum deposit and their constra ints on the deposit genesis in Fengn ing,HebeiProvince[J].Geology and Exploration,2010,46(3):0491-0505.

0 引言

斑岩型矿床作为一种主要的经济型矿床,一直是矿床学家重点研究的对象,并取得了大量重要的成果。目前,依据赋矿侵入体的组成及区域构造环境,国际上将斑岩型钼矿床分为两个主要类型:一是与岛弧和分异较小的钙碱性岩浆有关的,以低氟、低钼为特点的石英二长岩型;另一个是与裂谷、高演化的流纹质碱性岩浆有关的,并具有高氟和高钼的特征的Climax型矿床(Kula,2000)。如果按蚀变分带特征分,斑岩型钼矿床以Lowell和Guibert的“二长岩”型和Hollister的“闪长岩”型最具有代表性(Hollister,1978;Lowellet al.,1970)。对于斑岩型铜、钼矿床的成因模式,目前主要有四种模式(高合明,1995;陈文明,2002):岩浆热液说,板块构造成矿说,活动转移说以及变质岩浆成矿说。钼通常与各种金属共生(比如:Mo-Cu,Mo-W,Mo-Sn-W, Mo-Bi),并且通常与花岗岩体有关。可采钼矿的两个最重要来源:一是辉钼矿为矿石的斑岩型钼矿(Mo:Cu>1),即单钼矿床;二是斑岩型铜钼矿床(Mo: Cu<0.1),这种矿床中很多包含足够多的钼以至于可以作为伴生产品或者副产品来开采。纵观中国华北地台南北缘,可以发现北缘以小寺沟斑岩铜钼矿、大湾斑岩铜钼矿、大庄科斑岩钼矿、寿王坟斑岩铜钼矿和肖家营子斑岩钼矿等为代表;南缘以金堆城斑岩钼矿、东沟斑岩钼矿床、南泥湖斑岩钼(钨)矿、上房沟斑岩型钼(铁)、雷门沟斑岩钼矿、秋树湾斑岩铜钼矿等为代表。是什么因素造成了斑岩型单钼矿和铜钼矿的差异?与钼矿化密切相关的又是什么因素?

本文将以河北丰宁撒岱沟门斑岩型钼矿为例,主要从岩石地球化学的角度,并结合野外地质特征,探讨矿床成因,为今后的地质工作提供基础资料。该矿床于1980年由原华北冶金地质勘探公司514队、519队联合对此地进行物化探异常检查时发现,尽管发现早,但研究程度较低,但最近却引起了一些学者的关注(代军治等,2007),其对该矿床进行了流体包裹体的研究,发现该矿床的形成与成矿流体的液态不混溶有关,但从矿区成矿母岩的岩石地球化学角度来研究该矿床的成矿机制及制约因素,尚未进行过研究工作。作为一个大型斑岩型钼矿床,系统地研究其成矿地质特征、蚀变矿化特征、地球化学特征等,探讨矿床成因无论在理论上还是指导找矿均具有重要的意义。

1 地质背景

河北丰宁撒岱沟门矿区位于燕辽铜钼成矿带内,即华北克拉通的北缘(图1)。撒岱沟门钼矿床位于河北丰宁县境内,地理坐标为东经116°35′30″,北纬41°15′37″。矿区构造单元为内蒙地轴上黄旗构造岩浆岩带中段丰宁背斜的北翼,出露地层主要有太古界变质岩、侏罗系火山岩、火山碎屑和陆相沉积岩及沿沟谷、河床低洼处分布有第四系风积、冲积和洪积层。区内岩浆活动极为强烈,主要有三期:一为吕梁-五台期的中酸性岩体,分布于近外围的潮河东部和撒二营南部,主要有黑云闪长岩、斜长花岗岩、花岗闪长岩组成;二为印支期二长花岗岩,分布于土城子、撒二营及撒岱沟门一带,侵入于红旗营子群,并被上侏罗统火山岩覆盖,是主要含矿岩体;三为燕山期中酸性小侵入体,分布于四道营子、五道营子一带,有二长花岗岩、石英正长斑岩等,均呈岩株状、岩墙状产出。岩浆岩岩体与早元古界红旗营子群(Pt1h)混合岩化片麻岩为侵入接触,控岩、控矿构造是近东西向及近南北向两组非同期生成却交织成棋盘格子状的断裂裂隙系统,以上黄旗-棋盘山NE向断裂和丰宁SN向大断裂为主,撒岱沟门二长花岗岩体即沿两大断裂交汇的锐角部位侵入,其次为SN向、近EW向、NE向和NW向的次级断裂,他们主要控制了脉岩的产出和展布,对矿体影响不大(代军治等,2007)。

图1 撒岱沟门钼矿床矿区地质图(据代军治等修改,2007)Fig.1 Geologicalmap of the Sada igoumen molybdenum deposit(after Da iet al.,2007)

2 矿床地质

2.1 地质特征

矿区地层主要分布在矿区的北部,为早元古界红旗营子群(Pt1h)混合岩化片麻岩,与该矿区主要岩石类型二长花岗岩体侵入接触。二长花岗岩呈岩株状侵入于混合花岗岩中,面积15km2,分肉红色与白色两类,两者呈相变过渡关系,矿体主要产于肉红色二长花岗岩中(图1),平面上呈南北向分布,在外接触带混合花岗岩内也有规模小、品位低的矿体。石英斑岩、石英正长斑岩、闪长玢岩等以岩脉的形式侵入在二长花岗岩体内,与其组成一个复式岩体。

矿床埋藏浅,赋矿标高260～840m,矿体规模大、品位均匀连续,2004年全区详查探获钼矿石量49245.47wt,钼平均品位0.059%,总金属量290381.13t①(天津华北地质勘查总院,2004)。以Mo≥0.03%为边界,地表圈定6个矿体,呈SN向展布的不规则透镜状(图1)。以三号勘探线剖面为例(图2),矿体形态大致是以ZK1为中心呈不规则透镜状,由此向外,厚度渐小、品位渐低、连续性渐差,中心部位矿体垂厚540m,东西宽960m,矿体局部分枝明显。

主要赋矿岩石二长花岗岩为中粗粒似斑状结构,块状构造,主要矿物有微斜长石(35%)、斜长石(25%)、石英(20%)、黑云母10%),副矿物有榍石、磁铁矿、锆石、磷灰石、绿帘石等。二长花岗岩中微斜长石和斜长石大部分已经发生绢云母化和高岭土化,呈二长结构、似斑状结构,斑晶主要为长石和石英,基质为显晶质石英、长石。

矿石呈灰白—肉红色,具花岗结构、不等粒结构、溶蚀结构、交代结构及半自形晶粒结构,细脉状构造、星散状浸染构造、平行脉状、交错脉状及网脉状构造。金属矿物有辉钼矿(0.16%),黄铁矿(2.5%),磁铁矿(0.3%),赤铁矿(0.4%),褐铁矿(0.08%),黄铜矿(0.05%),有微量闪锌矿、钛铁矿及斑铜矿等。脉石矿物占矿物总量的96.51%,主要有石英、钾长石、斜长石、云母、萤石及碳酸岩矿物。

图2 撒岱沟门钼矿床3号勘探线剖面图(据代军治等,2007)Fig.2 Cross section along prospecting line No.3 in the Sada igoumen molybdenum deposit(after Da iet al.,2007)

矿区围岩的蚀变分带性,由于多期多阶段热液蚀变的叠加,而变得复杂。为了在平面上大致控制矿区的蚀变分带,本次研究选择了7个地质点(图1)进行野外的观察,并根据每个地质点的蚀变特征,结合室内31片薄片的镜下观察,得出时间上由早到晚,空间上由里向外,蚀变带大体可分为:钾化带(石英、微斜长石)—黄铁绢英岩化带(黄铁矿、石英、白云母、微斜长石、绢云母)—青磐岩化带(绿泥石、绿帘石、方解石)三个带(图1),各个带中蚀变矿物特征(图3)。

图3 撒岱沟门钼矿床矿物蚀变镜下特征Fig.3 Characteristics of m ineral alteration of the Sada igoumen molybdenum deposit observed by m icroscope

2.2 矿化阶段

对于代军治等(2007)厘定的该矿床的矿化阶段,其认为该矿床可以划分为三个成矿期:成矿前,成矿期和成矿期后。成矿前包括一个阶段,即早期无矿石英脉阶段;成矿期包含三个阶段,即①石英-磁铁矿-黄铁矿-辉钼矿脉阶段,②石英-辉钼矿阶段,③石英-白云母-黄铁矿-闪锌矿阶段;成矿期后包括两个阶段,即①纯辉钼矿阶段,②晚期无矿热液阶段。笔者经过野外观察和镜下特征,觉得有所异议,这里重新厘定。

据矿物组合间的差异以及各矿物、脉体之间的穿插关系,可将本矿床成矿作用大体划分3期6个矿化蚀变阶段,分别为成矿前、成矿期和成矿期后。

成矿前,即早期无矿石英脉阶段,石英脉较宽,乳白色,沿二长花岗岩裂隙分布,使二长花岗岩发生微斜长石化,常被后期石英-辉钼矿脉所穿切,基本无金属矿物产出(图4A)。

成矿期,该期可分为4个成矿阶段:1)磁铁矿-黄铁矿-辉钼矿-石英脉阶段,硫化物多呈浸染状或网脉状分布,单颗粒细小,呈自形、半自形粒状(图4B,4C);2)石英-辉钼矿阶段,主要形成辉钼矿,其它硫化物少,辉钼矿常呈浸染状、细脉状分布于石英脉两侧伴随大量硅化及绢云岩化(图4D);3)纯辉钼矿阶段,伴随着绢云母化,辉钼矿呈薄膜层状穿切早期矿脉或沿着二长花岗岩节理及裂隙分布(图4E);4)石英-白云母-黄铁矿-闪锌矿阶段,形成少量的辉钼矿、黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿(图4F,4G),伴随强烈的白云母化和微弱萤石矿化,萤石呈浸染状分布。

成矿期后,包括1个阶段:晚期无矿热液阶段,发育低温硅化、萤石化(图4H)、碳酸岩化及高岭土化,萤石多呈脉状分布。

3 样品采集和测试

撒岱沟门赋矿岩体(二长花岗岩)样品采集分为两个方面,一是地表平面采样(图1中7个地质点),二是钻孔垂向采样(图2中zk8钻孔),分别控制了平面和垂向的元素变化。地表样取了28件,钻孔样取了42件。经过系统筛选后,取了地表样3件,其中S-10’是从S-10二长花岗岩上切下来的含辉钼矿的石英脉,钻孔样8件,作为测试分析样品。样品在经过清洗、编录和拍照后。在河北省区域地质矿产调查研究所实验室加工细碎,缩分后再经过棒式研磨至200目,样重150 g。取了4件地表二长花岗岩样,在中国地质大学(北京)磨片室磨了4件探针片,用于黑云母探针分析。

图4 撒岱沟门矿区各矿化阶段特征图Fig.4 D iagram s showing characteristics of different m ineralization phases of the Sada igoumen molybdenum deposit

样品主量、微量元素分析由核工业北京地质研究院完成。主量元素用GB/T14506.28-93硅酸盐岩石化学分析方法和X射线荧光光谱法测定,分析仪器为飞利浦PW2404X射线荧光光谱仪。微量元素用德国Finnigan-MAT公司生产的ELEMENT I型等离子质谱仪(I CP-MS)测定。仪器工作温度20℃,工作相对湿度30%。所有研究元素的含量均高于检出下限,分析相对误差小于5%,分析结果见表1、表2、表3。黑云母(二长花岗岩中)探针测试在中国地质大学(北京)地学实验中心完成,分析相对误差在4%～6%之间,分析结果见表4。

4 岩石地球化学特征

4.1 主量元素

撒岱沟门钼矿区的成矿母岩二长花岗岩的岩石化学特征(表1)如下:1)富硅,SiO2含量变化于72.54～78.78%,平均为75.42%,且数据变化范围小,花岗岩的分异指数D I平均为92.70,反映岩体经历了高程度的分异演化作用;二长花岗岩的固结指数SI在0.79～4.3之间,平均为2.69,表明固结深度为中深成。2)铝、钙、镁含量低,Al2O3含量在10.34～13.14%之间,平均为11.85%,CaO含量在0.27～1.36%之间,平均为0.77%,MgO含量在0. 076～0.47%之间,平均为0.28%。3)富碱高钾, ALK为7.38～10.45%,平均为8.48%,K2O(平均为5.98%)大于Na2O(平均2.40%),K2O/Na2O比值为1.26～5.54,平均为2.50。里特曼指数δ从1.53到3.54,为碱性、钙碱性岩石。4)富铁,二长花岗岩氧化指数0.11～0.57,平均为0.31。

表1 撒岱沟门二长花岗岩主量元素测试数据(%)及特征参数Table1 Major element content(%)and related geochem ical parameters of monzon itic gran ite in Sada igoumen

表2 撒岱沟门钼矿床稀土元素测试数据及特征参数(10-6)Table2 REE content(10-6)and related geochem ical parameters of molybdenum deposit in Sada igoumen

在花岗岩K2O-SiO2图解(图5)中,该矿区所有二长花岗岩样品点落入了高钾钙碱性区,在A/ CNK图解(图6)中,撒岱沟门钼矿区的样品全落在了准铝质和过铝质区,只有少量的过碱质区。花岗岩的A/CNK在0.95～1.12之间,A/NK在1.04～1.25之间,表明该区的花岗岩主要为准铝质岩石,具有I型花岗岩的特征。

4.2 稀土元素

采用Sun and McDonough(1989)的球粒陨石数据来标准化稀土元素,将本研究区二长花岗岩稀土元素数据进行标准化,作成配分模式图(图7),其特征如下:

图5 二长花岗岩K2O-S iO2图解(Peccerillo and Taylor,1971)Fig.5 K2O-S iO2diagram of monzon itic gran ite (from Peccerillo R,Taylor S R,1976)

表3 撒岱沟门钼矿床微量元素测试数据(10-6)Table3 Trace element content(10-6)of molybdenum deposit in Sada igoumen

图6 二长花岗岩A/NK-A/CNK判别图Fig.6 A/NK-A/CNK discr im inate diagram of monzon itic gran ite

总体上看(表2)本区二长花岗岩具有轻稀土元素富集特点,∑REE在94.24×10-6～274.3×10-6,LREE在8.64×10-5～2.55×10-4,HREE在7.81×10-6～2.06×10-5;轻和重稀土元素之间分异明显, LREE/HREE值在7.98～14.07,(La/Yb)N值在42.47～87.46;轻稀土分馏度(La/Sm)N介于5.40～7.93,轻稀土分馏程度好,轻稀土富集;重稀土分馏度(Gd/Yb)N介于3.89～6.27,重稀土亏损;二长花岗岩除了S-8-41的δEu=1.24,表现为Eu的正异常外,其余样品皆具有弱的Eu负异常,且δEu在0.67-0.79之间,总体平均δEu=0.78。

二长花岗岩(图7)的配分模式图呈从左到右,曲线近似光滑下降,没有特别明显的正或负异常,且重稀土部分较亏损。

表4 二长花岗岩中黑云母探针测试数据(%)Table4 Electron m icroprobe analyses of biotite of monzon itic gran ite(%)

4.3 微量元素

采用Sun and McDonough(1989)的原始地幔数据来标准化微量元素,撒岱沟门钼矿的成矿母岩(二长花岗岩)微量元素原始地幔标准化蛛网图表现为整体向右倾斜的阶梯式下降型式(图8),具有高场强元素Nb、Ta、P、Ti明显的负异常,富集大离子亲石元素Rb、Th、K、Ba,Zr、Hf负异常不明显的特点。Rb含量较高,在1.82×10-4～3.23×10-4,平均2.4×10-4。Mo主要富集于二长花岗岩中,且以钾化的红色二长花岗岩尤为显著(Mo在样品s-03、s-10、s-8-3、s-8-19中含量较高,均高于该矿床的最低工业品位0.06%),由此可见Mo主要来源于二长花岗岩岩浆。二长花岗岩中Co/Ni比值2.03～7.83,平均为4.56,多数大于4,Co含量偏高,显示岩浆热液成矿特点(马国玺,1997)。较低的高场强元素(二长花岗岩平均为Zr=6.47× 10-5、Hf=2.46×10-6,华北地台二长花岗岩(迟清华等,2007)为Zr=1.6×10-4,Hf=4.5×10-6),由于高场强元素为不相容元素,通常在地壳中较为富集,如此低含量的高场强元素表明来源较深。

图7 撒岱沟门钼矿区二长花岗岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式图Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns of monzon itic gran itefrom Sada igoumen molybdenum deposit

图8 撒岱沟门钼矿区二长花岗岩微量元素原始地幔标准化蛛网图Fig.8 Pr im itive mantle-normalized trace element spider diagram of monzon itic gran ites from Sada igoumen molybdenum deposit

5 讨论

5.1 岩石成因

由于其他岩石类型的数据不是很多,代表性不强,且这里与矿床密切相关的是二长花岗岩,所以这里只讨论成矿母岩(二长花岗岩)的岩石成因问题。

由主量元素特征表明该区二长花岗岩具有I型花岗岩的特征,二长花岗岩的稀土元素总量偏低,∑REE=9.42×10-5～2.74×10-4,平均为1.93× 10-4,轻重稀土分馏明显,Ce/Y平均为9.78,δEu比较大(平均0.78),配分曲线为左高右低型,Eu基本无亏损的平滑曲线,显示壳源花岗岩的特征(肖庆辉,2002)。图8可见具有明显的Nb负异常,为典型I型花岗岩特征(Christiansenet al.,1996)。二长花岗岩弱的负Eu异常,可能说明岩浆形成演化过程中结晶分异作用不占主导地位(马鸿文,1990)或源区缺少富含Eu的矿物,如斜长石等,但是由图9可见,二长花岗岩主要是由分离结晶作用形成的,前后矛盾,所以认为该二长花岗岩的源区是缺少富含Eu的矿物的源区,且二长花岗岩具有分离结晶作用成因。并且,该矿床为斑岩型钼矿床,而不是斑岩型铜矿床,钼是不相容元素,而铜是相容元素,如果该二长花岗岩为部分熔融成因,则形成的应该是斑岩型铜矿床,而不是斑岩型钼矿床,所以二长花岗岩为分离结晶成因。

图9 二长花岗岩La-La/Sm图解Fig.9 La-La/Sm diagram of monzon itic gran ite

实验岩石学研究表明,源岩的K含量明显影响派生熔体的K含量,低钾拉斑玄武岩的部分熔融一般不可能产生高钾钙碱性岩浆,除非这种熔融发生在较深的深度或其熔融程度极低(Defantet al., 1990;Peacocket al.,1994)。K2O含量主要与熔融源岩的K2O含量和熔融程度和深度有关(肖庆辉等,2002)。在原岩部分熔融程度较低时,只有富含Na、K、Si、Al的矿物被熔融,岩浆中这些元素的含量较高;随着原岩的部分熔融程度增高,富含Na、K、Si、Al的矿物被熔融耗尽,富含Fe、Ca、Mg的矿物开始被熔融,岩浆中Fe、Ca、Mg的含量逐渐增高,熔融的碱度和SiO2含量降低、基性程度增高(韩吟文等, 2003),即部分熔融程度越高岩石越基性。如果该区二长花岗岩为部分熔融形成,则应该为低度的部分熔融,这样才能产生高酸高钾的二长花岗岩,而根据主量元素岩石学已知该岩石演化程度较高,不可能为低度的部分熔融形成的,所以由前面的微量元素得出的结论相一致,该二长花岗岩为分离结晶成因。

黑云母的含铁镁特性是区分其寄主岩石成因类型的标志之一,结合黑云母的电子探针分析结果并以氧为11计算阳离子数(表4),在黑云母分类图解(Foster,1960)(图11)中,撒岱沟门钼矿区二长花岗岩中大部分黑云母属镁质黑云母,少量为铁质黑云母,典型I型花岗岩中黑云母为镁质黑云母(Fattahet al.,1994),表明该区花岗岩具有I型花岗岩的特征。据丁孝石(1998)的研究,典型幔源黑云母中MgO>15%,壳源黑云母中MgO<6%,本区所测样品中MgO的含量变化在8.85%～12.47%,平均10.27%,具壳幔过渡性质。此外,FeO含量为16.91-20%,平均为18.50%,稳定度平均为50. 38,所以二长花岗岩中黑云母为铁镁质黑云母,在黑云母成因图解(周作侠,1986)(图10)中,大部分落入壳慢混合型花岗岩区,少量落入壳源区。壳型花岗岩中黑云母的MF值一般小于0.5,而钙碱性斑岩中黑云母的MF为1.27～1.36,平均值为1.32 (谢应雯等,1995),本区二长花岗岩的MF值为0. 44～0.56。综上所述,表明该花岗岩为壳源花岗岩,并有地幔物质的混入。

图10 黑云母FeOT/(M gO+FeOT)-M gO图(底图据周作侠,1986)Fig.10 FeOT/(MgO+FeOT)-MgO d iagram of biotites(after Zhou,1986)

图11 黑云母成分分类图(底图据Foster,1960)Fig.11 Classification diagram of biotite(after Foster,1960)

黑云母的电子探针结果分析,所测样品的AlVI含量(0.1921～0.3223,除了样品s-17-3为0.3223,其余9件样品平均值为0.2374),低于S型花岗岩(0.353～0.561),接近I型花岗岩(0.144～0.224)(Whalenet al.,1988)。Fe2++Fe3+在1.09～1.28之间,全部小于1.3,Mg在1.01～1.39之间,全部大于1.0,同样显示具有I型花岗岩特征(王洁民等,1988)。徐克勤(1984)等曾提出用黑云母的MF[MF=Mg/(Mg+Fe2++Fe3++Mn)]来区分I型和S型花岗岩,MF<0.38为S型花岗岩,反之为I型花岗岩。本区所测样品MF值为0.44～0.56,表明撒岱沟门钼矿区岩体属I型花岗岩类。

吕志成等(2003)研究认为,岩石中黑云母的镁质率M=Mg/(Mg+Fe2++Mn)是区分深源系列和浅源系列岩浆岩的一个判别标志(吕志成等,2003),南岭浅源系列黑云母M<0.45,长江深源系列黑云母M>0.45(杨文金等,1986)。该区二长花岗岩中黑云母的镁质率为0.46～0.60,平均为0.53,应为深源型花岗岩。

所以综合黑云母的各种特征,可以认为该区的二长花岗岩为I型花岗岩。Uchida等(2007)的研究表明黑云母全铝含量与花岗质岩石固结压力之间具有良好的正相关性,黑云母的全铝含量可以用来估计花岗质岩石的固结压力,其经验方程:

P(kbar)=3.03×TAl-6.53(±0.33) (Uchidaet al.,2007)

式中TAl代表黑云母以22个氧为基的全铝含量。根据以上原理,对该区二长花岗岩中的黑云母的做探针分析,得黑云母探针数据(表4),按照上述模式计算出该地区岩浆岩的侵位压力从而计算出侵位的深度。把计算结果投在图上,如图12所示。

图12 撒岱沟门矿区二长花岗岩侵位深度计算结果投点图Fig.12 Emplacement depth scatters of monzon itic gran ite from Sada igoumen

由黑云母全铝压力计计算的静岩压力为1.42～2.15kbar,平均压力1.83kbar,所以撒岱沟门矿区的岩浆岩侵位深度落在5.27～7.98km之间(图12),平均深度为6.78km,投点相对集中,此外,镜下观察所选的这些黑云母均属于未蚀变黑云母,所以可信度较高。表明该区二长花岗岩为中成I型花岗岩。

5.2 矿床成因讨论

Kula CM(2000)认为斑岩钼矿床和斑岩铜矿床一样,是形成于斑岩岩浆结晶的某个阶段所释放出来的富含金属的热液流体。该区含矿石英脉与围岩的稀土元素分配形式和特征有相似性和继承性(图13),符合花岗岩浆中稀土元素分异演化的规律,表明石英脉与红色二长花岗岩具有同源性,成矿热液可能来自岩浆热液,与代军治(2007)研究结果相吻合,与Kula C M(2000)的观点相一致。且石英脉中含有Mo含量较高,从另一个方面来说,该岩浆具有较高的Mo含量,为成矿提供了矿源。

图13 撒岱沟门钼矿区二长花岗岩及其共生石英脉稀土元素配分模式图Fig.13 REE patterns of monzonitic granite and its symbiotic quartiz ve in from Sada igoumen molybdenum deposit

由主量元素可知二长花岗岩w(SiO2)平均为75.42%,属强酸性花岗岩,明显高于世界和国内一般花岗岩类(71.30%),撒岱沟门钼矿的平均w(K2O)=5.98%,而世界一般花岗岩类平均w(K2O)仅为4.07%,表明成钼岩体具有强酸高钾的特点。前人的元素地球化学实验结果表明,在水蒸汽相对饱和的钾硅酸盐(K2Si2O3)熔体中, MoS2的溶解度可高达12.5%(聂凤军等,2007),表明了强酸高钾的岩浆有利与钼的矿化。另外,部分研究者认为钼的流体/熔体分配系数为11.5(Isuk et al.,1981;Ryabchikovet al.,1981),表明Mo倾向于进入流体,意味着Mo更容易富集到最后。

本区成矿母岩(二长花岗岩)的岩石类型对于该矿床的形成具有一定的制约,该二长花岗岩为中成I型花岗岩,侵位深度为6.78km,要比通常的斑岩型Cu(Mo)矿床(0.5～2km)要深(郑有业等, 2006),与斑岩型Mo、Cu矿化较为密切相关的通常为I型花岗岩(Robb L,2005)。对于该矿床的形成, I型花岗岩决定了其为斑岩型矿床,其较深的侵位深度决定了其为Mo矿床而非Cu矿床,岩浆的演化程度较高也决定了其为Mo矿而非Cu矿。

为什么高度演化且侵位较深的I型花岗岩岩浆倾向于形成斑岩钼矿床,而非斑岩铜(钼)矿床呢?可能的答案是:这两种元素在岩浆演化过程中显著不同的性质和斑岩体不同的侵位深度所致。

高度演化的岩浆,其发生了较多的结晶作用, Cu为相容元素(相对于Mo),则在演化过程中被结晶进入矿物相中,使Cu均匀地遍布岩石,从而使流体中的Cu相对被贫化。对于Mo来说,其为不相容元素(相对于Cu),在结晶作用中不倾向于进入矿物相,则在流体中大大富集,在合适的物理化学条件下可以沉淀成矿。所以,钼矿化往往与演化程度较高的岩浆有关。

低度演化的岩浆,意味着结晶作用发生程度较低,岩浆中以熔体成分为主,其流动性较好,较易上升运移,所以低度演化的岩浆其侵位深度也会相对较浅,反之,演化程度较高的岩浆,其侵位相对较深,这可能是斑岩型钼矿的成矿岩体要比斑岩型铜矿的成矿岩体侵位较深的原因之一。

目前,有研究者注意到岩浆侵位深度对斑岩铜、钼矿床中铜、钼相对含量的影响,即侵位较深(> 5km)的岩体形成富Mo矿床,侵位较浅(<5km)的岩体形成富Cu的矿床(Robb,2005;Candelaet al., 1986;Candela,1997)。Robb(2005)认为,岩浆侵位深度通过控制岩浆结晶过程来影响斑岩铜、钼矿床中的铜、钼相对含量。岩浆侵位较深时,由于压力较大,挥发分的溶解度也大,在侵位之初不会发生沸腾作用,无独立的流体相形成。由于岩浆降温缓慢,挥发分含量高,岩浆结晶缓慢,矿物与岩浆之间的分离会造成岩浆高度演化。Cu是相容元素,较高的岩浆结晶程度导致Cu被贫化(Candelaet al.,1986); Mo是不相容元素,岩浆演化导致Mo在岩浆结晶晚期富集(Candelaet al.,1986)。因而,侵位较深的岩体形成富Mo而贫Cu的矿床。岩浆在地壳浅部侵位,由于水和其他挥发分在岩浆中的溶解度降低,岩浆会发生沸腾,独立的流体相随之形成。由于独立的流体相形成时,Cu会大量进入流体(Dfluid/melt =9.1)(Robb,2005),而Mo由于相对较小的分配系数(Dfluid/melt=2.5)(Robb,2005)不能大量进入流体相;另外由于岩浆侵位较浅,岩浆冷却较快,导致岩浆侵位后快速结晶,其结果是岩浆演化程度低, Mo不能有效富集。因而,侵位较浅的岩体形成贫Mo而富Cu的矿床。

由图14可以看出,该区二长花岗岩主要落在了S型和I型花岗岩的分界线上,从构造环境上来说是落在同碰撞花岗岩和火山弧花岗岩的分界线上。该二长花岗岩所在的区域为Mo和W的矿化区,撒岱沟门主要是钼矿,还没有发现有大面积的钨矿,可以考虑在该钼矿周边勘探是否有钨矿化出现。由图14可以看到如果要形成斑岩型铜矿,则Rb的含量要再低一些才行。从另一个方面讲,Rb是不相容元素,表明该二长花岗岩为分离结晶成因的,分离结晶过程使得Rb可以在残留熔体中富集,最终该残留熔体上侵形成斑岩钼矿的赋矿岩体。或者可以理解为部分熔融和分离结晶是导致成斑岩钼矿还是斑岩铜钼矿床的决定因素之一。

图14 二长花岗岩Rb-Y+Nb图(据Christ iansenet al.,1996)Fig.14 Rb-Y+Nb diagram of monzon itic gran ite (after Christ iansenet al.,1996)

撒岱沟门钼矿区的蚀变分带从二长花岗岩岩体中心到周边,为高温蚀变到低温蚀变,并且钾含量也从中心向四周降低,所以认为该区蚀变分带主要与二长花岗岩侵位时的温度场和岩浆热液有关(图15),温度从侵入岩体中心向四周降低,岩浆热能促使岩浆热液从中心向四周扩散沉淀,从而形成矿区该种蚀变分带。矿化主要集中于钾化带(高温蚀变带),表明二长花岗岩岩体高钾有利于钼矿化,并且为钼矿床的形成提供促使成矿流体循环的热能。在与岩浆热液流体循环相关的斑岩型矿化作用的侵入体内和周围,Mo的矿化富集要强于Cu,从而产生Mo(Cu)斑岩型矿床(Robb,2005)。

综上所述,撒岱沟门钼矿床是与印支期二长花岗岩侵入体(段焕春等,2007)有关的中高温热液矿床,可划属为斑岩型钼矿床。

图15 K2O-Al2O3-S iO2-H2O体系在不同温度组分下的矿物共生组合关系以及斑岩铜(钼)矿床蚀变分带过程示意图(据M ontoya和Hem ley,1975)Fig.15 M ineral assemblages in K2O-Al2O3-S iO2-H2O system under different temperatures and components, alteration processdiagram of porphyry copper(molybdenum)deposit(afterM ontoya and Hem ley,1975)

6 结论

1、撒岱沟门赋矿岩体(二长花岗岩)以强酸高钾,低Ti、亏损Nb、Ta和强烈富集轻稀土元素和大离子亲石元素为特征,属于准铝质高钾钙碱性I型花岗岩。岩体压力范围为1.42～2.15kbar,岩体侵位深度为5.27～7.98km,且形成于岩浆的分离结晶作用。

2、成矿岩浆本身的强酸高钾性有利于钼的矿化,赋矿岩体(二长花岗岩)的侵位深度平均为6.78km,达中深成,比通常的斑岩型铜矿床要深,其侵位深度和Mo、Cu的相容性差异决定了该矿床为斑岩型钼矿床而非斑岩型铜矿床。微量元素(比如Rb)的含量高低可以反映Mo、Cu的富集程度,为该矿床之所以为斑岩型钼矿床而非斑岩型铜矿床提供了佐证。

3、黑云母、主量元素、微量元素特征表明该矿床为深源中成斑岩型钼矿床。

[注释]

①天津华北地质勘查总院.2004.河北省丰宁满族自治县撒岱沟门钼矿地质评价说明书,1-27

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[附中文参考文献]

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Geochem ical Characters ofM ineralization rock of the Sada igoumen M olybdenum Deposit and their Constra ints on the Deposit Genesis in Fengn ing,Hebei Province

LUO Wen-juan,ZHANGDe-hui,SUN Jian
(School of Earth Sciences and Resources,China University of Geosciences(Beijing),Beijing 100083)

The geochemical studies on the main elements ofmonzogranite,the host rock ofmolybdenum deposit in Sadaigoumen,reveal that the granite ismetaluminous high-K calc-alkaline I-type.The host-rock,monzogranite,has a significant fractionation between LREE and HREE and hasLREE enriched patternswith relativelyweak Eu negative anomalies(δEu=0.78).La/Sm-La diagram shows thatmonzogranite is related to fractional crystallization.Trace elements such asNb,Ta,P,Zr,and Ti are clearly depleted while large ion lithophile elements such asRb,Th,K,and Ba are enriched. Measured with Biotite aluminum manometer,the average crystallization pressure is 1.83kbar,namely the emplacement depth is 6.78km on average.The constraints on the formation of porphyry-typeMo deposits,and the reason why porphyry-type molybdenum was generated,rather than porphyry copper deposit,are discussed.It is finally concluded that this deposit is of the deep source and medium generation porphyry-type molybdenum deposit.

Sadaigoumen,geochemistry,depth of emplacement,genesis of deposits,porphyry-type deposit

book=5,ebook=63

P611.1+P595

A

0495-5331(2010)03-0491-15

2010-03-07;

2010-04-08;[责任编辑]郑 杰。

国家自然科学基金(No:40573033)资助。

骆文娟(1986年—),女,2009年毕业于中国地质大学(北京),获学士学位,在读硕士生,主要从事岩石地球化学研究工作,E-mail:luowenjuan05@126.com。