冀北大草坪钼矿地质特征及成因探讨

郭 忠,肖成东,王自力

(天津华北地质勘查局,天津300170)

0 引言

大草坪钼矿位于华北地台北缘,北邻撒岱沟门大型斑岩型钼矿床。1979—1981年,天津华北地质勘查局514地质大队发现该矿后,相继对大草坪钼矿进行了地质、物化探普查,发现了多处物化探异常,通过钻孔验证,初步确定矿化分布、强度和规模,为进一步的勘查工作奠定了基础。

1 矿区地质概况

大草坪钼矿床位于华北地台北缘内蒙地轴中围场拱断束南部的上黄旗岩浆隆起带内,区内构造、岩浆活动频繁而强烈,活动形式多样,为本区成矿提供了必要的热源、动力源和成矿空间。

1.1 地层

大草坪钼矿区内地层不发育,只是沿沟谷和河床阶地分布有第四系洪冲积层、坡积层,在矿区以北的断陷盆地内有中生界中酸性火山熔岩和火山碎屑岩。

1.2 构造

区内构造以断裂为主,有NW向、近SN向和NE向3组。NW向断裂最为发育,规模大小不一,对成矿具有控制作用。汤河断裂是本区最大的断裂构造(由遥感解译和物探成果得出),走向为300°,延长10余km,具有多次活动特征:早期活动派生出一系列NW向次级断裂和裂隙,成为脉岩和含钼石英脉的主要定位空间,含矿石英单脉大体呈等间距分布,倾向相反;晚期活动出现在第四纪,表现为河床的不断下降并向南偏移,河床两侧的阶地呈差异性上升(河床两侧阶地残留的河床砾石可佐证)。在含钼石英单脉附近的围岩中,一些节理、裂隙被铁硅质充填形成稀疏的微细网脉状矿化。

成矿后的断裂规模不大,断距有限,多属平移正断层。

1.3 岩浆岩

矿区岩浆岩发育,主要有石英闪长岩、花岗闪长岩、花岗岩、花岗斑岩、石英正长斑岩、流纹岩、细晶岩、煌斑岩等。

石英闪长岩与花岗闪长岩为同期异相的产物。石英闪长岩多分布于岩体边部,石英、酸性斜长石相对较少;花岗闪长岩位于岩体中部,浅色矿物相对较多,岩石以中性斜长石为主,其次为酸性斜长石、石英、黑云母、角闪石等。该类岩石分布于矿区中部,属燕山期岩体,是本区钼矿化的主要围岩。

花岗岩是印支期南猴顶岩体的一部分,大面积分布于矿区西部,呈正地形地貌特征。接触带附近石英脉较发育,并见有钼矿化。该岩体和本区的钼 矿化有一定渊源。

1.4 围岩蚀变

矿区内自北向南有4条沿320°～330°方向平行展布或沿接触带呈弧形分布的蚀变带,其中Ⅰ号、Ⅱ号和Ⅲ号蚀变带位于汤河以北,Ⅳ号蚀变带位于汤河以南(图1),蚀变类型有高岭土化、钾长石化、绢云母化和硅化等,其中钾化、硅化和绢云母化与钼矿化的关系密切。地表及浅部围岩蚀变常沿裂隙分布,蚀变幅度窄,一般在裂隙两侧20～30 cm的范围内。钻孔中(如ZK83-1)的钾化、硅化蚀变具有呈面型分布的特点①-③。

1.5 钼矿化

矿床共圈出钼矿体11条,主要赋存于Ⅰ号、Ⅱ号蚀变带内 ,矿体产状 190°～230°∠40°～60°,以 Ⅱ号蚀变带内的矿体为主,目前已控制主要矿体长450 m,延深超过250 m;矿石矿物主要为黄铁矿、辉钼矿等,脉石矿物为石英、长石、黑云母、角闪石等。

2 含钼花岗岩类特征

本区含矿围岩主要为花岗岩和花岗闪长岩体,二者呈侵入接触关系。

花岗岩风化面呈灰白色,新鲜面呈灰白色-肉红色,变余细中粒花岗结构、似斑状结构,块状构造。主要由钾长石、斜长石、石英及少量黑云母组成,钾长石45%～50%;斜长石 25%～30%;石英20%～25%,黑云母<5%;副矿物有锆石、磷灰石、磁铁矿、榍石。粒径以2～5 mm者居多,<2 mm者次之。钾长石为微纹长石,呈他形-半自形宽板状,具高岭土化;斜长石呈半自形板状,具高岭土化、绢云母化,局部可见双晶,与钾长石接触边可见交代净边结构,少量已重结晶呈细粒镶嵌状变晶集合体;石英呈他形、齿形粒状集合体,粒内具波状消光、亚颗粒;黑云母呈褐色片状,有的被绿泥石、白云母取代,局部见钾长石、斜长石已重结晶,呈细粒镶嵌状变晶集合体。

花岗闪长岩风化面呈灰白色-黄褐色,新鲜面呈灰白色-浅肉红色,似斑状结构,块状构造,斑晶主要由钾长石和少量斜长石组成,基质为长石、石英、角闪石、黑云母等。斜长石30%～60%,钾长石15%～35%,石英25%～20%,黑云母<5%。粒径以<2 mm者为主,2～2.5 mm者较少。斜长石呈半自形板状,具绢云母化、高岭土化,见双晶,具环带构造,有的斜长石包于钾长石内;钾长石为条纹长石,呈他形-半自形宽板状,具高岭土化;石英呈他形粒状,具波状消光、亚颗粒;黑云母呈褐色片状,局部绿泥石化;角闪石呈绿色柱状,局部被黑云母交代。岩石中见钾长石和少量斜长石斑晶,呈半自形-自形板状,钾长石为微纹长石,具高岭土化、局部碳酸盐化;斜长石具较强绢云母化和碳酸盐化。副矿物有磷灰石、锆石、磁铁矿、榍石。

花岗岩和花岗闪长岩的岩石化学和稀土元素的组成及特征值列于表1、表2,含矿围岩在岩石化学和稀土元素地球化学方面存在如下特点:

(1)花岗岩的w(SiO2)=71.42%～73.23%,平均 72.49%;w(K2O+Na2O)=8.03%～8.37%,平均8.13%;Na2O/K2O=0.87～1.03,平均 0.95。过碱指数(A KI)为0.60～0.63,平均0.61;碱度率(A.R.)为 3.38～3.75,平均 3.59;分异指数(DI)为87.92～91.40,平均 90.26。

图1 大草坪钼矿床地质简图Fig.1 Schematic geological map of Dacaoping Mo deposit

表1 大草坪钼矿岩浆岩的岩石化学组成及特征值Table 1 Major element compositions of the igneous rocks in the Dacaoping Molybdenum deposit

表2 大草坪钼矿岩浆岩和含矿石英脉的稀土元素组成及主要特征值Table 2 The REE contents and characteristic values of rocks and ore from the Dacaoping Molybdenum deposit,Hebei Province

花岗闪长岩w(SiO2)=65.56%～68.5%,平均67.53%;w(K2O+Na2O)7.54%～8.67%,平均8.00%;Na2O/K2O=0.64～1.15,平均为 0.87。过碱指数(A KI)为 0.51～0.57,平均 0.55;碱度率(A.R.)为 2.53～3.04,平均 2.81;分异指数(DI)为78.63～82.21,平均 80.59。

数据表明,花岗岩和花岗闪长岩均属于高硅铝强分异的中酸性火成岩,两类岩体的Q-A-P分类图解投影均落于二长花岗岩区,岩石稀土元素地球化学和Si,S同位素研究表明矿体与两种岩体的同源性特征④。

(2)从大草坪样品的稀土元素分析结果可以看出,从花岗闪长岩(145.3×10-6～160×10-6)、花岗岩(85.1×10-6～105.4×10-6)到矿体(石英脉17.4×10-6～24.4×10-6),稀土总量逐步降低(平均值153.7×10-6→95.3×10-6→20.9×10-6),轻、重稀土比值也呈降低趋势(平均值7.81→6.48→7.38),具有明显的同源成岩特征④。稀土元素球粒陨石标准化配分曲线(图2)显示LREE相对富集,球粒陨石标准化曲线向右倾斜。

图2 大草坪钼矿不同岩石球粒陨石标准化 REE分布型式Fig.2 Chondrite-normalized REE patterns of rocks and ore from the Dacaoping Molybdenum deposit

3 矿床成因

3.1 成岩成矿时代

对矿区的岩浆岩进行的同位素年龄测定(单颗粒锆石U-Pb法),矿区花岗岩的形成年龄为219.4～267.8 Ma,获得206Pb/238U平均年龄为(225.6±1.6)Ma;花岗闪长岩的年龄为134.2～184.2 Ma,获得206Pb/238U平均年龄值(137.2±1.4)Ma,表明区内花岗岩和花岗闪长岩分属于印支期和燕山期产物[8]。

对大草坪钼矿区3个辉钼矿样品进行的Re-Os同位素测试分别获得(146.6±2.3)Ma,(137.2±2.5)Ma和(136.3±2.1)Ma的模式年龄,平均值为(140.0±2.3)Ma。由此可知,大草坪钼矿形成于矿区花岗闪长岩侵位之后,同属燕山早期的产物。

3.2 成岩成矿环境

大草坪钼矿赋存于花岗闪长岩及花岗岩中,围岩与钼矿体具有密切的成因联系。对大草坪钼矿围岩的原始铅同位素206Pb/204Pb和206Pb/207Pb进行统计并投图[8](表3),铅同位素数据投图点位比较集中,均落在造山带附近(图3)。据此推断,矿区花岗闪长岩和花岗岩是在造山带环境中形成的;中生代燕山造山活动非常强烈,同构造期的金属元素大规模成矿无疑受这次构造岩浆活动的制约。

图3 大草坪钼矿床岩体中初始铅同位素组成(图中Pb演化曲线采用Doe Zartman模式)Fig.3 The initial Pb isotope composition diagram of the rocks from the Dacaoping Mo deposit

表3 大草坪钼矿床岩石中原始铅同位素组成Table 3 The initial Pb isotope compositions of the rocks from the Dacaoping Mo deposit

3.3 成矿流体的来源

大草坪钼矿床的硫同位素显示,辉钼矿与黄铁矿中的δ(34S)组成基本一致,分布范围介于2.8×10-3～4.4×10-3之间 ,均值为 3.4×10-3;具有明显的深源硫的塔式分布特征,说明大草坪钼矿床成矿热液中的硫主要是深部来源,与花岗闪长岩体具同源特征。

3.3 成矿温度的确定

从大草坪钼矿流体包裹体测温资料(表5)和包裹体均一化温度频数直方图(图4)可以看出,大草坪钼矿的流体包裹体均一化温度范围为100～360℃,众值出现在180～220℃之间④。说明大草坪矿区的热液活动具有中低温热液的特点。

图4 大草坪钼矿流体包裹体均一温度直方图Fig.4 Frequency histogram for homogenization temperatures of fluid inclusions in the Dacaoping Mo deposit

表5 大草坪钼矿流体包裹体均一化温度及盐度[8]Table 5 Homogenization temperatures and salinity of fluid inclusions in the Dacaoping Mo deposit

4 成矿作用

4.1 区域成矿作用

冀北地区自中生代以来受滨太平洋构造域的控制,为大陆边缘活动带的环境下的陆相隆坳演化系统,区域构造线为NNE向。三叠系仅发育于部分沉积盆地中,晚三叠世本区出现以变质核杂岩为模式的板内造山活动,出现大型断陷盆地,构造-岩浆活动强烈,沿深大断裂带形成幔源基性-超基性岩和壳源酸性-碱性花岗岩类,在NNE向与 EW向深断裂交汇部位附近形成铁、磷、钒、钛、钼、金矿床。燕山期是中国东部构造-岩浆活动的鼎盛时期,同时出现大规模的成矿作用。印支-燕山期,冀北的乌龙沟—上黄旗深断裂带构造-岩浆-成矿作用强烈,形成了一批金、银、铅、锌、铜、铁、钼矿床 ,代表性矿床有丰宁撒岱沟门大型钼矿床、牛圈-营房银铅锌多金属矿床、千佛寺铅锌矿床、大草坪钼矿床等。

4.2 大草坪钼矿的成矿作用

大草坪钼矿区受乌龙沟—上黄旗深断裂及其次级断裂的影响,自古生代至中生代,经历了强烈的海西、印支、燕山旋回构造-岩浆活动,由近 EW向晚古生代大陆边缘活动带发展转化为NNE向中生代大陆边缘活动带,中生代燕山期火山活动强烈,深成-浅成侵入岩极为发育。大规模侵入作用的晚期,深部岩浆逐步结晶,岩浆中释放出大量的结晶水和挥发组分沿着断裂或岩石中的薄弱界面向深度较浅的部位和压力较低的部位运移,在运移的过程中携带了较多的成矿元素,并在较浅部有大量的地下水 (天水)参与其中,构成了岩浆期后含矿热水溶液。这种含矿热液贯入早期(或同期)产生的低压区(断裂、节理等)中,并在汤河断裂及其旁侧次级断裂中成矿,形成脉状、细脉状钼矿体。

5 结论

(1)大草坪钼矿位于冀北上黄旗构造岩浆岩带钼多金属成矿带中,赋矿围岩为花岗岩及花岗闪长岩,钼矿化主要产于呈NW向平行产出的4个矿化蚀变带中。

(2)矿区花岗岩的206Pb/238U年龄为(225.6±1.6)Ma,为印支期产物;花岗闪长岩的206Pb/238U年龄为(137.2±1.4)Ma,属燕山期产物;矿石中辉钼矿的Re-Os模式年龄平均值为(140.0±2.3)Ma,钼矿形成于燕山期,与矿区花岗闪长岩为同期产物。

(2)大草坪钼矿矿石中石英的δ(30SiNBS-28)=-0.1×10-3～0.2×10-3,平均 0.07×10-3,与花岗闪长岩岩体的δ(30SiNBS-28)值(0.10×10-3)接近,指示着矿石中的硅来源于岩体;钼矿石的硫同位素δ(34S)=2.8×10-3～4.4×10-3,均值为 3.4×10-3,说明大草坪钼矿床的硫主要来深部。

(3)大草坪矿区流体包裹体均一化温度为100～360℃,多数介于180～220℃之间。说明大草坪矿区的热液活动具有中低温热液的特点,大草坪钼矿床属于与燕山期岩浆作用有关的中低温热液型脉状钼矿床。

致谢:本文参阅了段焕春总工程师等多位专家的资料和文献,成文过程中得到国土资源部天津地矿研究所秦正永教授的悉心指导,在此一并表示感谢!

注释:

①郭忠,孙冀凡.河北省丰宁县大草坪钼矿床普查地质报告(2005年度)[R].天津:天津华北地质勘查总院,2005.

②郭忠,邵海峰.河北省丰宁县大草坪钼矿床普查地质报告(2006年度)[R].天津:天津华北地质勘查总院,2006.

③胡建勇,郭忠,孙冀凡.河北省丰宁县大草坪钼矿床普查地质报告[R].天津:天津华北地质勘查总院,2008.

④段焕春,毛景文,郭忠,等.冀北上黄旗构造岩浆岩带中段钼矿成矿规律研究[R].天津:天津华北地质勘查局地质研究所,2006.

[1] 阮天健,朱有光.地球化学找矿[M].北京:地质出版社,1985.

[2] 翟裕生.区域成矿学[M].北京:地质出版社,1993.

[3] 河北省地矿局.河北省、北京市、天津市区域地质志[M].北京:地质出版社,1989.

[4] 章百明,马国玺,毕伏科,等.河北省主要成矿区带矿床成矿系列及成矿模式[M].北京:石油出版社,1996.

[5] 河北省地矿局.河北省、北京市、天津市区域矿产总结[M].北京:地质出版社,1986.

[6] 孙冀凡,王会文.冀北小寺沟铜钼矿外围银金资源潜力浅析[J].地质找矿论丛,2004,19(1):20-23.

[7] 代军治,毛景文,杨富全,等.华北地台北缘燕辽钼(铜)成矿带矿床地质特征及动力学背景[J].矿床地质,2006,25(5):599-609.

[8] 段焕春,秦正永,林晓辉,等.河北丰宁县大草坪钼矿区岩体锆石U-Pb年龄研究[J].矿床地质,2007.26(6):634-642.

[9] 毕伏科,肖文暹.河北省成矿区带和找矿远景区[J].地质调查与研究,2006,29(2):107-113.

[10] 胡建勇,李辉.冀北大草坪—杨树沟钼矿区成矿作用与找矿方向[J].矿产与地质,2010,24(1):16-19.

[11] 段焕春.冀北上黄旗构造岩浆岩带北段钼多金属矿成矿规律及找矿远景研究[D].北京:中国地质科学院矿产资源研究所,2007.