内蒙古查木罕钨钼多金属矿床辉钼矿Re-Os同位素年龄及其地质意义

王明艳，何玲

(1.中国五矿集团 湖南有色金属控股集团 矿山管理部，湖南 长沙410015;2.中南大学 地球科学与信息物理学院，有色金属成矿预测教育部重点实验室，湖南长沙410083)

0 引言

西拉木伦钼矿带是近年内蒙古找矿勘查的重大突破，勘查和发现了一批大中型钼矿床及众多的钼矿点或矿化点;该带集中分布着碾子沟、车户沟、鸡冠山、小东沟、岗子、柳条沟、红山子、查木罕、奥伦花、羊场和半拉山等多个钼多金属矿床，矿床类型有斑岩型、石英脉型、云英岩型和火山热液型(曾庆栋等，2009)。张作伦等(2009)对碾子沟钼矿床辉钼矿进行了Re-Os同位素定年，得到了154.3±3.6 Ma的成矿年龄;聂凤军等(2007)和覃锋等(2008)对小东沟钼矿床进行了辉钼矿Re-Os同位素测年，分别得到135.5±1.5 Ma和138.1 ±2.8 Ma的成矿年龄;马星华等(2009)对奥伦花钼矿床的锆石U-Pb定年结果表明含矿花岗斑岩的成岩年龄为134±4 Ma，对辉钼矿的Re-Os同位素测年获得的模式年龄在(131±2)～(133±2)Ma之间，等时线年龄为131±1 Ma;Zeng et al.(2010)对奥伦花、羊场和半拉山三个钼矿床进行了Re-Os同位素测年，分别得到131.2 ±1.9 Ma、138.5 ±4.5 Ma 和(140.5 ±2.4)～(143±2.2)Ma的成矿年龄;覃锋等(2009)对小东沟钼矿床进行了成矿机制研究，认为成岩、成矿物质来自两个不同的源区，下地壳的岩浆和地幔含矿流体发生混合是成矿的主要原因;曾庆栋和刘建明(2010)对半拉山斑岩钼矿床的花岗斑岩锆石U-Pb定年表明，与成矿有关的晚期花岗斑岩侵位于132.1±1.8 Ma，半拉山钼矿化发生在早白垩世，形成于中国东部岩石圈减薄构造环境;张晓静等(2010)对半拉山钼矿床的锆石U-Pb定年结果表明含矿花岗闪长斑岩成岩年龄为133.5±1.7 Ma，赋矿围岩流纹斑岩的成岩年龄为160±2 Ma;储少雄等(2010)对西拉木伦矿集区内铜钼矿的成矿流体进行了研究，认为沸腾作用是导致辉钼矿、黄铁矿沉淀的重要机制;沈存利等(2010)对内蒙古近几年的钼矿找矿勘探工作进行了详细总结，认为燕山期是内蒙古钼成矿的一个最重要阶段;杜保峰等(2010)还对中国东部钼矿成矿背景与成岩－成矿时差进行了讨论，认为成矿很可能与碰撞造山后的伸展背景和(或)太平洋板块俯冲有关。

本文对西拉木伦断裂以北查木罕钨钼矿床的辉钼矿进行了Re-Os同位素年龄测定，并在前人研究的基础上，对西拉木伦矿集区内的相关矿床开展了系统的研究和对比，以期为区域上的总体找矿勘查提供理论依据。

1 区域地质背景

查木罕钨钼矿床是湖南有色内蒙湘金矿业公司近年来发现和勘查的一个小型钨钼矿床，位于华北克拉通北缘的北方造山带大兴安岭南段华力西增生带(曾庆栋等，2009)南侧，西拉木伦断裂北侧。行政区划上位于内蒙古自治区赤峰市克什克腾旗境内，距赤峰市北西约350 km，距旗政府所在地经棚镇北西约110 km，面积14.89 km2。

区内出露的地层有古生界二叠系、中生界上侏罗统和新生界第四系。二叠系为一套海相、浅海相、陆相地层，受华力西运动影响，形成一套浅变质岩，并构成本区的基底。上侏罗统主要为一系列裂隙－中心式喷发的陆相火山岩。第四系洪积砂土和风成黄土广泛分布。

区域构造线方向呈北东－南西走向。矿区内主要断裂是查木罕断裂，位于矿区东部，走向北东，断裂有多期活动，局部有约10 m宽的片理化带和碎裂岩带。查木罕断裂控制了岩体的形态及蚀变。

区域上岩浆岩主要是燕山期查木罕花岗岩体和花岗斑岩脉，还有极少量的脉岩类。花岗斑岩出露不多，一般位于花岗岩体的边缘(图1)。

2 矿床地质

图1 查木罕矿区地质图(彭杰等，2009①彭杰，孙承志，宋立等.2009.内蒙古自治区克什克腾旗查木罕矿区钼矿详查阶段性报告.内蒙古赤峰地质勘察院.)Fig.1 Geological map of the Chamuhan W-Mo deposit

查木罕矿区出露地层简单，主要是上二叠统林西组黑色板岩夹砂岩。由于岩浆侵入作用，板岩发生了不同程度的云英岩化、绢云母化、绿泥石化、角岩化等。矿区内构造简单，主要是线性构造，呈北东－南西向。

矿区岩浆岩为燕山期花岗岩，属查木罕花岗岩体的边缘相。查木罕花岗岩体面积约0.82 km2，向南东插入林西组板岩中，其接触带北段和南段走向近东西、中段近南北，平面上总体呈“S”型。

矿体产于燕山期钠长石化、云英岩化中粒钾长花岗岩中，为隐伏矿脉。目前已发现6条矿体，呈脉状，矿体长50～270 m不等，厚1～10 m，平均2.5 m，走向224°，倾向南东，倾角 5°左右，钼矿化品位变化较大，0.01% ～1.12%，平均 0.085%。矿体上、下盘主要为钠长石化、云英岩化中粒花岗岩，矿体与围岩接触界线均为渐变关系，钼矿化较好地段裂隙一般较发育。

矿石结构主要有结晶结构、充填结构、包裹结构和交代溶蚀结构，其中以结晶结构为主，主要是半自形－它形片状结构，少量辉钼矿、黄铁矿及黄铜矿以半自形－它形粒状集合体呈斑点状不均匀分布在钠长石化、云英岩化中粒花岗岩中。

矿石构造分上部脉状构造和下部浸染状构造，呈渐变过渡关系。辉钼矿及黄铁矿以它形粒状集合体呈断续细脉状充填在脉石中，细脉多沿早期节理和裂隙分布。与岩浆同期生成的辉钼矿，局部相对富集，可形成稀疏和稠密的浸染状构造，主要分布在下部矿化蚀变较弱的花岗岩中，如图2。

矿石中主要金属矿物有辉钼矿、黄铁矿及少量毒砂、黄铜矿、闪锌矿、锡石、黑钨矿等。辉钼矿为铅灰色、半自形－它形晶结构，以薄片状、粒状集合体不均匀分布在脉石矿物颗粒间或充填于裂隙中，粒度0.3～3 mm;黄铁矿呈浅黄色，半自形－它形晶结构，呈细脉状和微粒状分布在裂隙中或呈浸染状分布在脉石中。脉石矿物主要有石英(占脉石矿物40%)、长石(占脉石矿物55%)、黑云母、萤石、电气石和绿泥石等。

图2 查木罕钨钼矿矿石中的脉状矿化和下部浸染状矿化Fig.2 Vein-type and disseminated Mo mineralization in the Chamuhan W-Mo deposit

近矿体的围岩均遭受了不同程度的蚀变，蚀变类型简单，主要以钠长石化、云英岩化为主，绿泥石化、绢云母化、碳酸盐化次之。多数情况下是几种不同类型的蚀变互相重叠，单一类型蚀变少见，蚀变厚度变化大，从不到10 m到超过200 m;与辉钼矿较密切的蚀变主要为钠长石化。

查木罕矿床中还有微弱的钨矿化呈细小的脉状，远离岩体，与下部的钼矿化呈渐变过渡关系。根据查木罕钨钼矿床的矿物组成、围岩蚀变及矿体特征，参考曾庆栋等(2009)分类方案，初步确定其矿床类型为高温气水热液－充填交代型钨钼矿床。

3 样品特征和实验方法

5件辉钼矿定年样品分布位置较分散，取自不同的钻孔和矿体，但均位于矿化的中心部位，无明显构造形变或热液蚀变。无论是上部脉状矿化还是下部的浸染状矿化，辉钼矿颗粒较大，样品是先采用刮刀直接从手标本上获取，然后在双目镜下手工挑选，每件辉钼矿样品的纯度(体积分数)均大于98%。

样品辉钼矿的Re-Os同位素组成在国家地质实验测试中心采用同位素稀释ICP-MS质谱法测定;Re、Os化学分离步骤和质谱测定主要包括分解样品、蒸馏分离Os、萃取分离Re、质谱测定四步。具体的样品处理过程和测试方法和详细流程参考杜安道等(1994，2001)、屈文俊和杜安道(2003)、屈文俊等(2009)、Shirey和Walker(1995)、聂凤军等(2007)、何书跃等(2009)、夏抱本等(2010)文献。

Re、Os的测定采用TJA X-series ICP-MS仪。Re的测定选择质量数185、187，用190监测Os。Os的测定选择质量数 186、187、188、189、190、192，用 185监测Re。最后，所获Re-Os同位素分析数据采用Isoplot(Ludwig，1999)计算机软件进行处理，并且获得同位素等时线年龄，计算过程中所采用的衰变常数为 λ(187Re)=1.666 ×10－11a－1。实验全流程空白 Re 为 0.0036 ng/g，普 Os为0.0002 ng/g，187Os为0.0002 ng/g，远远低于所测样品中的 Re、Os含量，因此不会影响实验中Re、Os含量的准确测定(表1)。

表1 本次试验全流程空白水平及标准物测定值Table1 Blank level of whole procedure and certified value of standard sample

4 分析结果

查木罕钨钼矿床5件辉钼矿样品Re-Os同位素分析数据及其特征值列于表2。

由表2可以看出，查木罕钨钼矿床中辉钼矿的Re含量为0.1271 ～2.317 μg/g，187Re 含量为0.0799～1.456 μg/g，187Os 含量为 0.1854 ～3.386 ng/g。模式年龄为137.8～139.4 Ma，在误差范围内是一致的。用Isoplot软件计算了所测5个点的等时线年龄(图3)和模式年龄的加权平均值(图4)，结果分别为139.3 ±1.5 Ma和138.8 ±2.8 Ma，两者在误差范围内是一致的。从MSWD值及拟合概率来看，其等时线年龄和加权平均模式年龄都是可靠的。从表2中还可看出，测试的所有辉钼矿样品中普Os的含量介于 0.007～0.1356 ng/g，远低于187Os的含量，因此可以认为187Os大都是187Re的衰变产物，这符合计算模式年龄的条件(蒋少涌等，2000)，因而也说明所获得模式年龄是有效的。

5 讨论

5.1 成矿物质来源

辉钼矿中Re的含量，对成矿物质来源具有重要的指示意义(表3)。毛景文等(1999)、Mao et al.(1999)在研究中已经确定三种不同来源的辉钼矿过程中，总结其中Re的含量具有规律性变化，从幔源、壳幔混源到壳源辉钼矿中 Re含量由 n×100 μg/g→n × 10 μg/g→n μg/g，各递降一个数量级。孟祥金等(2007)总结了中国近年来积累的大量与中酸性岩浆岩(斑岩)作用有关的钼(铜)矿床辉钼矿Re-Os同位素测试数据，也得出了与毛景文等类似的结论。

幔源型矿床的陕西黄龙铺碳酸盐脉型钼(铅)矿床中辉钼矿的Re含量高达256.0～ 633.1 μg/g(黄典豪等，1994);与Ⅰ型花岗岩有关的辽宁兰家沟斑岩钼矿床的辉钼矿中Re含量为31.04～60.6 μg/g(黄典豪等，1996);而与S型花岗岩有关的柿竹园钨锡钼铋矿床中辉钼矿的Re含量仅为1.04～1.34 μg/g(李红艳等，1996)。张克尧等(2009)根据近年来Re、Os同位素研究的新成果认为，Re(低于20 μg/g)和Os(低于26.4 μg/g)的含量代表其成矿物质来源于地壳重熔岩浆。尽管不同学者对辉钼矿中Re含量变化的原因有不同的解释(Berzina et al.，2005;郭保健等，2006)，但是辉钼矿中Re的含量能够指示成矿物质来源已经得到认可(毛景文等，1999)。查木罕钨钼矿床中辉钼矿Re含量低，为 0.1271 ～2.317 μg/g，反映了查木罕矿床的成矿物质可能主要来自上地壳或者与地壳来源物质有关。半拉山钼多金属矿床中辉钼矿Re含量为1.054 ～1.291 μg/g，与查木罕矿床类似，成矿物质也可能主要来自上地壳。

表2 查木罕钨钼矿床辉钼矿Re-Os同位素测定结果Table2 Re-Os dating results of molybdenites from the Chamuhan W-Mo deposit

图3 查木罕矿床辉钼矿Re-Os同位素等时线图Fig.3 Re-Os isochron of molybdenites from the Chamuhan W-Mo deposit

图4 查木罕矿床Re-Os同位素加权平均模式年龄Fig.4 Weight mean ages of Re-Os ages for molybdenites from the Chamuhan W-Mo deposit

表3 部分含钼矿床辉钼矿中Re的含量Table3 Re contents of molybdenites from some typical Mo-bearing deposits

5.2 成矿时间与成矿背景

一般认为模式年龄代表同位素与母体分离的时间，而等时线年龄则是同位素体系最后均一化的时间，因此上述Re-Os等时线年龄代表了成矿年龄，即查木罕钨钼矿的成矿年龄是139.3±1.5 Ma。该结果与Zeng et al.(2010)获得的奥伦花、羊场和半拉山三个钼矿的 Re-Os同位素成矿年龄131.2±1.9 Ma、138.5 ±4.5 Ma和(140.5 ±2.4)～ (143 ±2.2)Ma也很接近。表明查木罕钨钼矿床形成于早白垩世，属燕山晚期成矿。

毛景文等(2003，2005)在对中国北方中生代成矿作用研究过程中，认为中国北方出现过3次大规模成矿作用，分别是:200 ～160 Ma、140 Ma、120 Ma。华仁民等(2005)提出华南地区中生代发生了三次大规模成矿作用，分别是燕山早期180～170 Ma，燕山中期170～139 Ma(包括第一阶段170～150 Ma，第二阶段150～139 Ma)，第三次是燕山晚期125～98 Ma。陈毓川等(2003)也指出华北陆块北缘中生代构造－岩浆活动带矿床成矿作用高峰期发生在180～140 Ma。在区域上，其他学者对西拉木伦成矿带和其以南的燕辽铜钼成矿带的研究表明，燕辽铜钼成矿带中生代大规模成矿作用主要有两期，分别发生于180 Ma和140 Ma左右(罗铭玖等，1991;黄典豪等，1996;代军治等，2006;聂凤军等，2007;张作伦等，2009)。沈存利等(2010)基于内蒙古最新钼矿找矿进展，详细分析了内蒙古钼矿成矿规律和找矿远景，认为燕山期是内蒙古主要的钼成矿期，且主要集中在早中侏罗世和早白垩世。曾庆栋等(2009)通过对西拉木伦构造带上钼矿床的系统研究后，也得出了类似的结论，认为西拉木伦钼多金属成矿作用存在3期:印支期(245 Ma左右)、燕山早期(150 Ma左右)和燕山中晚期(138 Ma左右)。马星华等(2009)的研究表明西拉木伦河断裂带内的多金属矿床具有一定的时空分布规律，130～150 Ma是带内矿床成矿的高峰期，两侧矿床可能有不同的物质来源。这说明中国东部燕山期大规模成矿作用的普遍性，而查木罕钨钼矿正是燕山中晚期成矿作用的产物。

牛宝贵等(2003)认为中国东部构造体制转换调整时间在163～136 Ma间，其重要依据为侏罗系髻山组火山岩顶部SHRIMP锆石年龄(163.2 Ma)和张家口组底部流纹岩SHRIMP锆石年龄(136 Ma)。曾庆栋等(2009)在研究华北克拉通北缘钼成矿带地球动力学背景后认为，晚侏罗世－早白垩世是该地区构造转折和岩石圈减薄的重要时刻;相对于整个中国东部构造体制转换，可能在中国北方造山带范围内的成矿时代略为偏早，第一次大规模成矿的时代进入了海西晚期－印支早期，而最后一期则在138 Ma左右。查木罕钨钼矿床139.3±1.5 Ma的等时线年龄，说明其应为中国东部岩石圈伸展构造背景下的产物。

5.3 对区域找矿勘查的意义

内蒙古近年来在钼矿找矿方面取得了重大突破，相继发现和评价了一系列中型和大型钼矿床，也圈定了一批远景区;其中，沿内蒙古东部东西走向的西拉木伦构造带的找矿成果尤其显著，短时间内发现了十余个中型－大型钼矿床。依照沈存利等(2010)的观点，位于赤峰的小东沟、碾子沟和车户沟等钼矿床同属小东沟－库里吐钼成矿带，该带是内蒙古开发钼矿资源最早的地区，也是钼矿最集中的地区，矿床成因类型多样，有斑岩型、矽卡岩型、火山－次火山热液型及热液脉型。

查木罕钨钼矿床的发现及其成矿年龄的测定，说明在赤峰地区克什克腾旗，燕山期钼矿化不仅局限在西拉木伦断裂以南，在断裂以北的大兴安岭南段华力西期增生带中也有很好的成矿潜力，扩大了区域上找矿勘查范围。

6 结论

(1)查木罕矿床的成矿年龄为138.8±2.8 Ma，表明查木罕钨钼矿床形成于早白垩世，属中国东部燕山期大规模成矿作用和中生代构造体制大转折背景下的产物。

(2)通过分析查木罕矿床辉钼矿中Re的含量，认为查木罕矿床的成矿物质主要来源于上地壳。

(3)查木罕矿床的精确定年，扩大了区域上找矿勘查的范围，说明在赤峰地区克什克腾旗西拉木伦断裂以北的大兴安岭南段华力西期增生带中也具有很好的燕山期钼矿找矿潜力。

致谢:感谢中国科学院地质与地球物理研究所曾庆栋副研究员、中国地质科学院江思宏研究员以及编辑部老师对原稿提出宝贵的修改意见，使本文得以完善;感谢中南大学黄满湘教授和中国地质科学院郭春丽博士在成文过程中的帮助和指导;感谢湖南有色内蒙古湘金矿业有限公司刘建雄总工程师在现场考察和取样过程中的帮助!

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