内蒙古双尖子山银铅锌(锡)矿床石英正长斑岩U-Pb年龄、地球化学及其地质意义*

赵家齐，周振华**，欧阳荷根，陈宝全，刘文杰，杨 帆

(1中国地质科学院矿产资源研究所自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京 100037；2内蒙古黄岗矿业有限责任公司，内蒙古赤峰 025350；3中国国际工程咨询有限公司，北京 100048)

大兴安岭南段是中国北方最重要的锡-银-铅-锌多金属成矿带，该带呈北东向延伸约600 km（周振华等，2022），受北东向断裂构造控制明显，绝大多数矿床都夹持于二连-贺根山、黄岗-甘珠尔庙、西拉沐伦深大断裂带之间（图1a）。该成矿带早在20世纪80年代就已发现一批大中型锡矿床，近年来随着找矿勘察工作的不断深入，在火山岩覆盖区内脉状铅锌银深部或边部又陆续探明了多个大型、超大型锡矿，例如维拉斯托、白音查干（图1b）等，矿化产于早古生代锡林郭勒杂岩和/或二叠纪火山/火山碎屑岩围岩或隐爆角砾岩中，并呈现出明显的水平和垂向分带性。Mao等(2018)提出大兴安岭南段锡矿成矿特点与世界著名的南美玻利维亚火山-次火山岩锡-银矿带类似，在一些大型脉状银铅锌矿床的深边部具有寻找锡矿化的潜力。

图1 大兴安岭南段大地构造位置（a）和地质矿产分布图（b）（据周振华等，2022修改）1—新生代地层；2—中生代火山-沉积岩；3—古生代变质核杂岩；4—显生宙花岗岩；5—新生代玄武岩；6—二叠纪火山-沉积；7—古生代蛇绿岩；8—主要断裂；9—主要城市；10—Sn多金属矿床大型；11—Sn多金属矿床中型；12—Sn多金属矿床小型Fig.1 Tectonicposition(a)and geologicmap(b)of thesouthern Great Xing’an Range(modified after Zhouetal.,2021)1—Cenozoic stratigraphy;2—Mesozoic volcano-deposition;3—Paleozoic metamorphic core complex;4—Phanerozoic granite;5—Cenozoic basalt;6—Permian volcanic-sedimentary;7—Paleozoic ophiolite;8—Main fracture;9—City;10—Sn-polymetallic deposit(largesize);11—Sn-polymetal‐lic deposit(medium size);12—Sn-polymetallic deposit(small size)

值得关注的是，大兴安岭南段最近又连续探明了双尖子山、复兴屯等超大型银铅锌矿床，引发了国内外学者的广泛关注（Zhai et al.,2020;Liu et al.,2016;Wang et al.,2019;欧阳荷根等，2016）。其中，以双尖子山矿床最具代表，该矿床是目前亚洲规模最大的银多金属矿床，已探明银金属量21 700 t，平均品位128 g/t，铅、锌金属量分别为3.30 Mt和1.10 Mt，平均品位1.2%（匡永生等，2014）。前人对该矿床开展了大量研究工作，包括矿床地质特征（王丰翔等，2016；匡永生等，2014）、年代学和岩石地球化学（Zhai et al.,2020;Liu et al.,2016;Wang et al.,2019;欧阳荷根等，2016；顾玉超等，2017；王祥东，2017；崔蒙，2015；张志强，2018；吴冠斌等，2013）、成矿元素赋存状态（吴冠斌等，2014；权晓莹等，2019）和成矿流体及成矿物质来源等（江彪等，2019；Zhang et al.,2019;Zhai et al.,2020）。但是，已有的研究主要集中在对银铅锌的成因机制的研究，而对于矿区深/边部是否存在锡矿成矿潜力尚未开展系统研究，严重制约了矿区进一步找矿勘查的进展。最近，在双尖子山兴隆山矿段深部钻探工作中发现了大量铜、锡矿化，以锡石-硫化物为主（吴晓林等，2021），且钻孔在矿区内揭露了多种类型的隐伏花岗岩体，因此，双尖子山矿区深部是否存在大规模锡（铜）矿化的成矿潜力是一个亟待解决的重要科学问题。本次研究以钻孔ZK12-37新揭露的含矿石英正长斑岩为主要研究对象，结合前人的研究，详细探讨了双尖子山矿区岩浆-成矿作用过程及锡矿化成矿潜力，以期提高区域成矿规律的认识，为锡矿找矿勘查提供科学依据。

1 区域地质背景

研究区位于兴蒙造山带东段大兴安岭南段晚古生代增生造山带（图1a），古生代期间受古亚洲洋构造体系控制，中生代期间被蒙古-鄂霍茨克洋构造体系和环太平洋构造体系叠加和改造（Şengör et al.,1993;Xiao et al.,2009;2018）。区域断裂构造极其发育，主要断裂呈北东向，控制主要岩体和矿床的展布方向，而后期叠加的北西-北东东向和北北东向次级断裂为成矿提供了良好的容矿-导矿空间。区内由大面积的古生代和中生代火山-沉积盖层出露为主要特点，前者由二叠系组成，主要由浅海相火山岩-火山碎屑岩组成（图1b）。二叠系是研究区最为重要的赋矿层位，具有较高的多金属元素丰度值，超过80%的矿床都产于其中（任耀武，1994）。中生代火山-沉积盖层主要以中酸性火山碎屑岩为主，包括流纹岩、凝灰岩及英安岩等。区域岩浆活动强烈，以晚中生代为主（早中侏罗世—早白垩世），古生代花岗岩体较少出现，岩石组合为花岗闪长岩-二长花岗岩-碱长花岗岩。从早中侏罗世至晚侏罗世最后到早白垩世，岩石组合从花岗闪长岩+花岗岩，至少量花岗闪长岩+花岗岩，最后为花岗岩（Wu et al.,2011）。区域火山作用可分为6期（Xu et al.,2013），即晚三叠世（228～200 Ma）A型流纹岩和双峰式火山岩、早中侏罗世（190～173 Ma）钙碱性和双峰式火山岩组合、中晚侏罗世（166～158 Ma）碱性-亚碱性的过渡系列、早白垩世早期（145～138 Ma）A型流纹岩或碱性流纹岩、早白垩世晚期（133～106 Ma）钙碱性和双峰式火山岩和晚白垩世（97～88 Ma）钙碱性火山岩和碱性玄武岩组合，分别代表了后碰撞伸展、洋壳俯冲、弧后伸展/岩石圈拆沉等不同的构造背景。

区域成矿类型多样，成矿具有多期次，晚中生代（180～100 Ma）为成矿高峰期，产出有一系列重要的铜、金、锡、钨、钼、铅锌、银和稀土矿床（图1b）。其中，铅锌银矿床多表现为脉状矿化，以拜仁达坝、双尖子山、复兴屯等大型-超大型矿床为代表。此外，还发育有多个大型矽卡岩型铅锌银矿床，如白音诺尔、浩布高等。锡矿化以黄岗、维拉斯托、白音查干、边家大院、毛登、小孤山等为主要代表，矿化类型包括热液脉型和矽卡岩型。已有的年代学研究结果显示，锡-银-铅-锌成岩成矿时代都集中在130～140 Ma之间（Mao et al.,2019），深部锡矿化与外围脉状铅锌银矿化为同一成矿系统（Gao et al.,2019;周振华等，2019）。

2 矿床地质特征

双尖子山矿床位于内蒙古赤峰市巴林左旗富河镇西北约20 km处，地理坐标为：119°03′30″～119°10′00″E；44°29′30″～44°31′30″N。矿区出露地层有下二叠统大石寨组粉砂质板岩夹凝灰岩、蚀变安山质凝灰岩等，为主要的赋矿地层；中侏罗统新民组凝灰质砂砾岩、砂砾岩和流纹质角砾凝灰岩等；上侏罗统满克头鄂博组凝灰质砂岩、流纹质角砾凝灰岩等及第四系冲积物（图2a）。断裂构造发育，主要为北西向、北东向及近南北向断裂，均为重要的容矿构造，控制了矿体的展布。地表出露的岩浆岩主要为少量的闪长玢岩脉和花岗岩脉，深部钻孔揭露的隐伏花岗岩体岩石组合包括黑云母花岗岩、花岗斑岩、正长花岗岩、石英正长斑岩及花岗岩等（图2c，图3a～c）。花岗岩体边缘与地层接触带附近发育大量隐爆角砾岩，角砾主要为花岗岩，胶结物为凝灰质粉砂岩和少量硫化物（图3d～e）。

图2 双尖子山矿区兴隆山矿段地质简图（a）、勘探线剖面图（b）和ZK12-37钻孔剖面图（c）（据Zhaietal.,2019;张志强，2018修改）1—第四系；2—花岗岩；3—隐伏花岗岩体；4—闪长岩；5—英安岩；6—早二叠纪板岩；7—矿体；8—断裂；9—钻孔位置；10—钻孔深度Fig.2 Schematic geological map of the Shuangjianzishan deposit(a),a vertical section through the ore deposit(b),drill core profile(c)(modified after Zhaiet al.,2020;Zhang,2018)1—Quaternary;2—Granite;3—Concealed granite body;4—Diorite;5—Dacite;6—Early Permian slate;7—Ore bodies;8—Fault;9—Borehole;10—Drilling depth

图3 双尖子山矿区典型矿石照片a.早三叠世石英斑岩，含细脉状黄铁矿和闪锌矿；b.早白垩世正长花岗岩；c.早白垩世石英正长斑岩；d、e.隐爆角砾岩，角砾为石英正长斑岩，胶结物为围岩；f.产于绿泥石化碳质板岩中的浸染状方铅矿矿石；g.板岩中浸染状黄铁矿-黄铜矿和细脉状石英-黄铁矿-黄铜矿脉；h.方解石脉与围岩接触带部位的细脉状方铅矿-黄铜矿脉；i.石英脉型黄铜矿与浸染状闪锌矿同生Ch—绿泥石；Gn—方铅矿；Qtz—石英；Ccp—黄铜矿；Py—黄铁矿；Sp—闪锌矿；Cc—方解石Fig.3 Photographs of the typical ores from the Shuangjianzishan deposit a.Early Triassic quartz porphyry with veined pyrite and sphalerite;b.Early Cretaceous syenite granite;c.Early Cretaceous syenite porphyry;d,e.Cryptoexplosivebreccia,brecciaisquartz syenite porphyry,and thecementsaresurrounding rocks;f.Disseminated galenain chloritized carbonaceous slate;g.Disseminated pyrite-chalcopyriteand veinlet quartz-pyrite-chalcopyritein slate;h.Finevein galena-chalcopyrite in contact zonebetween calciteveinsand thehost rock;i.Intergrowth of quartz-chalcopyrite vein and disseminated sphalerite Ch—Chlorite;Gn—Galena;Qtz—Quartz;Ccp—Chalcopyrite;Py—Pyrite;Sp—Sphalerite;Cc—Calcite

依据地形、地质因素及勘查工程分布特征划分为东、西2个矿段，两者相距约3 km：①双尖子山矿段（西矿段），工作程度较低，探明矿体数量较少，以1#矿脉最为典型，矿体总体走向30°～34°，倾角60°～68°，控制长度230 m，最大延深205 m，主要呈似层状、脉状产出于大石寨组中，银的平均品位108 g/t（王丰翔等，2016）；②兴隆山矿段（东矿段），矿体规模大、矿化较强，工程控制程度高，已发现矿体45个，总体走向312°，主要分布在北西向韧性剪切带中，走向延伸大于1800 m，呈斜列式脉状平行展布，产于大石寨组泥质、粉砂质板岩中（图2b）。

矿床围岩蚀变以硅化、绢云母化、绿泥石化和碳酸盐化为主。矿石类型主要有银-铅矿石、锌矿石、银-铅-锌（铜）多金属矿石等（图3f～l）。矿石构造主要为块状构造、稠密浸染状构造、脉状-网脉状构造、条带状构造、角砾状构造等。结构主要为半自形-他形粒状结构，次为交代结构、包含结构、乳滴状结构、残余结构等（权晓莹等，2019）。主要金属矿物有辉银矿、深红银矿、硫银锡矿、辉硒银矿、黝锑银矿、辉锑银矿、硫铋锡矿、金银矿、自然银、黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、毒砂、磁黄铁矿、锡石等。脉石矿物主要有石英、方解石、绿帘石等。矿化总体可分为热液期和表生期，其中热液期又可分为4个成矿阶段，即：石英-闪锌矿阶段、方铅矿-闪锌矿-银矿物阶段、石英-银矿物阶段、黄铁矿-碳酸盐阶段等（吴冠斌等，2014）。

3 样品描述及分析测试方法

本次研究所采用的石英正长斑岩样品采自双尖子山矿床兴隆山矿段ZK12-37钻孔750～800 m处，共7件石英正长斑岩样品用于主、微量分析测试，其中1件样品（NS-17）用于LA-ICP-MS锆石U-Pb测年和原位Hf同位素分析。样品新鲜，蚀变较弱，仅见局部轻微高岭土化和闪锌矿化（图2c，图3c）。手标本呈肉红色，斑状结构，块状构造。斑晶含量约30%～40%，主要为钾长石和石英（图3c），长石斑晶呈半自形板状或他形，大小10～15 mm；石英斑晶多呈浑圆形颗粒状，具六方双锥体，少量为浑圆状，大小1～3 mm，部分石英斑晶有破碎现象。基质含量60%～70%，为碱性长英质组分，具隐晶质结构。主要矿物组成为石英（25%～30%）、钾长石（30%～40%）、钠长石（15%～20%）、角闪石（5%）和黑云母（5%）。可见少量闪锌矿呈浸染状散布于基质中，多为他形粒状，少量为自形立方晶体，含量约1%，偶见他形细粒状黄铁矿。

3.1 LA-ICP-MS锆石U-Pb定年

LA-ICP-MS锆石U-Pb测试在中国地质科学院矿产资源研究所LA-ICP-MS实验室进行，仪器型号为Finnigan Neptune型MC-ICP-MS和New Wave UP213激光剥蚀系统，激光剥蚀所用直径为25µm，频率为10 Hz，能量密度为25 J/cm2，以He为载气。信号较小的207Pb、206Pb、204Pb（+204Hg）、202Hg用离子计数器（multi-ion-counters）接收；208Pb、232Th、238U信号用法拉第杯接收，该方法实现了所有目标同位素信号的同时接收并且不同质量数的峰基本上都是平坦的，进而可以获得高精度的数据，均匀锆石颗粒207Pb/206Pb，206Pb/238U，207Pb/235U的测试精度（2s）均为2%左右，对锆石标准的定年精度和准确度在1%（2s）左右。LA-MC-ICP-MS激光剥蚀采样采用单点剥蚀的方式，数据分析前用锆石GJ-1进行调试仪器，使之达到最优状态，锆石U-Pb定年以锆石GJ-1为外标，U、Th含量以锆石M127w（U）：923×10-6；

w（Th）：439×10-6；Th/U：0.475；Nasdala et al.,2008）为外标进行校正。

测试过程中在每测定5～7个样品前后重复测定2个锆石GJ1对样品进行校正，并测量1个锆石Ple‐sovice，观察仪器的状态以保证测试的精确度。数据处理采用ICPMSDataCal程序（Liu et al.,2009），测量过程中绝大多数分析点206Pb/204Pb大于1000，未进行普通铅校正，204Pb由离子计数器检测，204Pb含量异常高的分析点可能受包体等普通Pb的影响，对204Pb含量异常高的分析点在计算时剔除，锆石年龄谐和图用Isoplot 8.0程序获得。详细实验测试过程可参见侯可军等（2009）。样品分析过程中，Plesovice标样作为未知样品的分析结果为(337.3±2.5)Ma（n=4,2σ），对应的年龄推荐值为(337.1±0.4)Ma(2σ)（Slàma et al.,2008），两者在误差范围内完全一致。

3.2 锆石Lu-Hf同位素分析

锆石Hf同位素测试的激光束直径为55μm，激光频率20 Hz，能量密度约15 J/cm2，采用锆石国际标样GJ1作为参考物质，在U-Pb定年的原分析点上测定Hf同位素组成。

具体仪器运行条件及详细分析流程见侯可军等（2007）。分析过程中锆石标准GJ1的176Hf/177Hf测试加权平均值为0.282 015±28（2SD，n=10），与文献报道值（Elhlou et al.,2006）在误差范围内一致。

3.3 全岩主、微量元素分析

全岩主、微量元素组成分析在国家地质实验测试中心完成。主量元素分析采用X射线荧光光谱法，仪器型号为Philips PW2404光谱仪。分析结果的精度优于1%。

铁和亚铁的测定是用湿化学法进行的分析(滴定)。标准矿物(GSR-1，GSR-3)的主要氧化物的测试误差相对百分比为±0.01%～±0.20%。微量元素测定采用ICP-MS进行。全岩粉末(50 mg)溶于1 ml蒸馏HF(1.5 g/ml)和0.5 ml的HNO3(1.41 g/ml)在特氟纶内衬不锈钢釜。密封将不锈钢釜加热到190℃并保持24 h。冷却后，不锈钢釜被放置在热板（200℃）上以使其蒸发至干燥。残留物加入硝酸溶液溶解后重新密封并加热至130℃加热3 h，然后转入塑料烧杯并稀释后进行分析。2个标准矿物（花岗岩GSR-1、玄武岩GSR-3）用于监测分析数据的质量。微量元素分析精度优于10%。

4 分析结果

4.1 全岩地球化学组成

双尖子山矿区石英正长斑岩的主量、微量元素地球化学组成分析结果见表1。在主量元素组成上，样品具有较高的w(SiO2)(68.91%～75.50%)、w(K2O)(3.84%～5.51%)和w(CaO)(0.41%～2.03%)，而w(Al2O3)(12.12%～15.03%)、w(FeO)(0.89%～2.11%)、w(Fe2O3)(0.59%～1.10%)及Fe3+/Fe2+比值较低。岩石的A/CNK值为0.97～1.05，属于准铝质-弱过铝系列（图4a）。在SiO2-K2O图解（图4b）中，样品都落到高钾钙碱性系列范围内。样品的分异指数（DI）在91～95之间，平均93，显示岩浆分异程度较高。

图4 双尖子山矿区花岗质岩石的A/NK-A/CNK(a)和SiO2-K 2O(b)图解（数据来源：本文；Liu et al.,2016;张志强，2018；王祥东，2017；Zhaiet al.,2020;顾玉超等，2017）Fig.4 A/CNK-A/NK(a)and SiO2-K 2O(b)diagrams of the granites from the Shuangjianzishan mining area(data sources:this study;Liu et al.,2016;Zhang,2018;Wang,2017;Zhaiet al.,2020;Gu et al.,2017)

表1 双尖子山石英正长斑岩主（w(B)/%）、微量元素（w(B)/10-6）组成分析结果Table1 Major(w(B)/%)and traceelement(w(B)/10-6)compositionsof quartzsyeniteporphyry in the Shuangjianzishan deposit

微量元素原始地幔标准化配分曲线具有富集大离子亲石元素（LILE）Rb、Th、U、Pb等，亏损高场强元素（HFSE）Sr、P、Ti等特征（图5a）。高Rb、低Sr、Ba的微量元素特征反映可能发生了钾长石和斜长石的分离结晶作用。岩石的ΣREE为（151～184）×10-6，平均为169×10-6，LREE/HREE为6.11～8.29，(La/Yb)N为4.86～6.92，轻、重稀土元素分馏明显（图5b）。样品的δEu=0.15～0.32，平均为0.23，显示强烈的Eu负异常。

图5 双尖子山石英正长斑岩微量元素蛛网图（a）和稀土元素配分图（b）（球粒陨石和原始地幔标准化数据据Sun et al.,1989；数据来源同图4）Fig.5 Primitive mantle-normalized spider diagram(a)and chondrite-normalized REEpattern(b)of quartz syenite porphyry in the Shuangjianzishan deposit(chondrite and primitive mantle values after Sun et al.,1989;data source are same as Fig.4)

4.2 锆石U-Pb测年

石英正长斑岩样品中锆石结晶较好，呈典型的自形长柱状晶形，具有典型的岩浆震荡环带（图6a），指示其主体为岩浆结晶的产物。对1件石英正长斑岩样品（NS-17）进行了30个点的测试，其中，9个样品点由于U含量或普通Pb含量较高，未获得有效年龄，在计算U-Pb加权年龄值已剔除。

锆石U-Pb有效分析结果列于表2，谐和图见图6b。锆石样品中的w（U）和w（Th）较高，分别为（244～1328）×10-6和（87～393）×10-6，Th/U比值为0.22～0.55。21个测点的206Pb/238U年龄变化范围为127.1～135.6 Ma，其加权平均年龄值为(131.4±1.1)Ma(MSWD=0.74)（图6c），代表了石英正长斑岩的岩浆结晶年龄。

图6 双尖子山石英正长斑岩锆石CL照片（a）、U-Pb年龄（b）和协和图（c）Fig.6 Cathodoluminescence(CL)images(a),zircon U-Pb age(b)and the Concordia diagram(c)of the quartz syenite porphyry from the Shuangjianzishan deposit

表2 双尖子山矿床石英正长斑岩LA-ICP-MS锆石U-Pb分析结果Table 2 LA-ICP-MSU-Pb dating results of zircons from the quartz syenite porphyry in the Shuangjianzishan deposit

4.3 Hf同位素

锆石Hf同位素分析结果见表3和图7。21个分析点中除1个点（NS-17-18）的176Lu/177Hf比值稍大于0.002，其余样品的176Lu/177Hf比值均小于0.002，这表明锆石在形成以后基本没有明显的放射性成因Hf的积累，所测样品的176Lu/177Hf基本代表了其形成时体系的Hf同位素组成（Amelin et al.,1999;Patchett et al.,1981;Knudsen et al.,2001）。

图7 双尖子山矿床石英正长斑岩锆石εHf(t)-t图解（a）和Hf同位素二阶段模式年龄（T DM 2）直方图（b）(数据来源：本文；Liu et al.,2016;王祥东，2017；王丰翔，2017)Fig.7 ZirconεHf(t)-t diagram(a)and Hf isotopic(T DM 2)ages histogram(b)of the quartz syenite porphyry from the Shuangjianzis‐han Pb-Zn-Ag deposit(data source:this study;Liu et al.,2016;Wang et al.,2017;Wang,2017)

表3 双尖子山矿床石英正长斑岩Lu-Hf同位素测试结果Table 3 Lu-Hf isotopic compositions of quartz syenite porphyry from the Shuangjianzishan deposit

样品NS-17的176Hf/177Hf比值为0.282 786～0.282 863，εHf(t)值为2.18～5.84，平均为4.35，两阶段Hf模式年龄(TDM2)变化范围为811～1002 Ma，平均为896 Ma。

5 讨论

5.1 分离结晶作用控制的成岩过程

双尖子山矿区花岗岩以早白垩世花岗岩类为主，晚二叠世—早三叠世花岗岩脉较少，岩体具有高Si、Al、Na、K，贫Mg、Fe、P的特征，具有较高的FeOT/(FeOT+MgO)（0.78～0.87）、FeOT/MgO（3.56～6.46）和10000×Ga/Al（2.99～3.61）比值，以及岩浆结晶温度（TZr=756～808℃），与典型的A型花岗岩的地球化学特征相似（Collins et al.,2020）。研究表明，随着岩浆分离结晶作用的进行，当岩浆演变成高硅体系，矿物组成和元素地球化学行为会发生改变，如：①主要造岩矿物相溶解度的改变；②微量元素分配系数的变化以及稀土元素四分组效应的出现；③副矿物溶解行为的变化；④钠长花岗岩的出现；⑤高Hf锆石、电气石和富集稀有金属的绿柱石、铌铁矿等（高利娥等，2021及其引文）。

图8和图9显示了双尖子山矿区早白垩世花岗岩中重要主微量元素的变化趋势和相互关系。在花岗质岩浆分离结晶过程中，Sr倾向于进入斜长石，斜长石的分离结晶导致残余岩浆中w(Sr)降低，Ba/Sr比值升高（Bea,1996）。双尖子山矿区早白垩世花岗岩具有较低的Sr、Ba，和显著的Eu负异常，并且Eu异常与w(Sr)呈正相关关系（图8a），表明岩浆经历了不同程度的斜长石分离结晶作用。Zr和Hf具有相似的地球化学性质，岩浆演化过程中Zr/Hf比值应保持一致，但在高演化的高硅花岗岩中，往往具有较低的Zr/Hf比值，其可能的原因包括2种：①锆石的分离结晶作用（Watson et al.,1983;Claiborne et al.,2006）；②花岗岩熔体结构的变化（Linnen et al.,2002）。锆石中Zr的溶解度是Hf的5倍（Linnen et al.,2002），因此，锆石的分离结晶作用可以降低花岗质熔体的Zr/Hf比值，同时降低残余熔体的Zr和Hf的含量。当熔体的Zr/Hf比值降低到20以下时，花岗质岩浆的结构将发生改变，锆石和铪石的溶解度发生变化，Hf的溶解度将明显高于Zr的溶解度（Lin‐nen et al.,2002;Gao et al.,2021）。双尖子山早白垩世花岗岩中，Zr与A/NK呈正相关（图8b），但Zr/Hf比值基本都在20以上（图9a、b），表明锆石发生了分离结晶作用，但花岗质熔体的结构并未发生明显改变。另外，Nb和Ta也具有相似的地球化学性质，在大多数情况下并不发生明显的分馏。Stepanov等(2014)提出Nb和Ta易溶于云母和富Ti的矿物相中，在金红石和钛铁矿中DTa＞DNb，而在云母中DTa＜DNb（Klemme et al.,2005;Stepanov et al.,2014）。TiO2与Ta/Nb和Ta与Ta/Nb的相关性图解（图8c、d）显示，双尖子山花岗岩经历了云母的分离结晶作用。Nb/Ta＞5（图9c、d）也显示花岗质熔体结构未发生改变（高利娥等，2021）。

图9 双尖子山早白垩世花岗岩的高场强元素特征（数据来源和图例同图4）a.Zr-Zr/Hf；b.Hf-Zr/Hf；c.Nb-Nb/Ta；d.Ta-Nb/TaFig.9 High field strength element concentrations and ratios for the Early Cretaceous granites from the Shuangjianzishan deposit(data source and symbols same as Fig.4)a.Zr-Zr/Hf;b.Hf-Zr/Hf;c.Nb-Nb/Ta;d.Ta-Nb/Ta

此外，双尖子山早白垩世花岗岩大多具有明显的Nd负异常（图5b，图8e、f）。在高分异淡色花岗岩中，稀土元素通常赋存在独居石和磷灰石中（高利娥等，2021）。本次研究的花岗岩中Nd/Nd*与ΣLREE和P2O5均表现出正相关关系（图8e、f），表明岩石经历独居石和磷灰石的分离结晶作用。上述研究表明，双尖子山早白垩世花岗岩为A型花岗岩，成岩过程中经历了斜长石、锆石、云母、独居石和磷灰石等的分离结晶作用。

图8 双尖子山早白垩世花岗岩的重要主量和微量元素特征判别图（数据来源和图例同图4）a.Eu/Eu*-Sr；b.Zr-A/NK；c.TiO2-Ta/Nb；d.Ta-Ta/Nb；e.Nd/Nd*-P2O5；f.Nd/Nd*-LREEFig.8 Selected major and trace element concentrations and ratios for the Early Cretaceous granites from the Shuangjianzishan deposit(data source and symbols are same as Fig.4)a.Eu/Eu*-Sr;b.Zr-A/NK;c.TiO2-Ta/Nb;d.Ta-Ta/Nb;e.Nd/Nd*-P2O5;f.Nd/Nd*-LREE

5.2 岩浆源区特征与地壳增生

本次研究获得双尖子山矿区石英正长斑岩锆石中176Hf/177Hf介 于0.282 796～0.282 954，εHf(t)值为+2.18～+5.84，在εHf(t)-t图解（图7）中，落在球粒陨石和球粒陨石演化线之间，显示其岩浆主要来源于源自亏损地幔的新生地壳物质的部分熔融。王祥东（2017）对双尖子山矿区早白垩世花岗斑岩（(130.9±0.7)Ma）开展的Sr-Nd-Hf同位素分析结果显示，岩石具有低(87Sr/86Sr)i值（0.7054～0.7055）、正的εNd(t)值（0.71～0.88）和εHf(t)值（4.9～7.1），同样显示了亏损地幔来源的岩浆源区特征。另外，石英正长斑岩锆石两阶段Hf模式年龄(TDM2)变化范围为811～1002 Ma，稍早于兴安地块（0.50～0.80 Ga）而明显晚于额尔古纳板块的Hf同位素模式年龄（1.20～1.40 Ga）变化范围（周振华等，2012），但与王祥东（2017）获得的花岗斑岩二阶段Nd-Hf同位素模式年龄（TDM2分别为668～778 Ma和850～864 Ma）基本一致（图7b），代表了大兴安岭南段新元古代一次重要的地壳增生事件。

与早白垩世花岗岩体明显不同，双尖子山矿区晚二叠世斑状花岗闪长岩的锆石εNd(t)值和TDM2分别为-11.34～-1.41和1275～1901 Ma，表明其岩浆主要为源自古老下地壳物质的部分熔融（Liu et al.,2016）。中侏罗世流纹质晶屑凝灰岩（(169±3)Ma）的εNd(t)值和TDM2分别为7.57～16.23和177～733 Ma，而与早白垩世（(130±6)Ma）含矿斑状花岗闪长岩的εNd(t)值（10.18～15.96）和TDM2（257～632 Ma）值基本一致（图7）（Liu et al.,2016），与本次研究和王祥东（2017）获得的早白垩世成矿岩体相比，具有相对更高的εNd(t)和较低的TDM2，显示出一定的岩浆来源差异。另外，矿区内早白垩世斑状花岗闪长岩具有高w(Sr)（＞300×10-6）及Sr/Y（73～90）和(La/Yb)N（9～17）比值，低w(Y)（4.06×10-6～4.66×10-6）和w(Yb)（0.35×10-6～0.40×10-6），无明显Eu异常（δEu=0.80～1.02）（Liu et al.,2016），显示出埃达克岩的地球化学组成特征（图10）（Defant et al.,1990）。与之明显不同，其余早白垩世花岗岩体具有低w（Sr）（＜300×10-6）、Sr/Y（1.91～7.16）和(La/Yb)N（1～18）比 值 和 高w（Y）（31.3×10-6～40.1×10-6）（图10），Eu负异常明显（δEu=0.15～0.32）（图4b）（本次研究；Zhai et al.,2020;张志强，2018；王祥东，2017）。总体而言，地球化学组成和同位素示踪结果反映出双尖子山矿区多期岩浆岩并非来自同一岩浆体系的分异演化，而是不同时期多板块（古亚洲洋、蒙古-鄂霍茨克洋和古太平洋板块）俯冲-碰撞过程的产物（Xiao et al.,2009;2018;Ei‐zenhöfer etal.,2018;Wilde,2015;Zhou et al.,2021）。

图10 双尖子山矿区花岗岩地球化学图解：Y-Sr/Y(a)和YbN-(La/Yb)N(b)(底图据Defant and Drummond,1990；数据来源同图4）Fig.10 Chemical diagrams of the granites in Shuangjianzishan deposit:Y-Sr/Y(a)and YbN-(La/Yb)N(b)(after Defant and Drummond,1990;data source same as Fig.4)

5.3 多期岩浆-成矿作用及其启示

研究表明，大型-超大型矿床通常都发育多期次成岩-成矿作用，例如，德国西南部Schwarzwald脉状Pb-Zn-Ag矿区经历了自三叠世开始至新生代的多期岩浆-流体混合和成矿作用（Walter et al.,2018）；华南黄沙坪W-Mo-Pb-Zn-Fe-Cu多金属矿区也同样发育三叠纪—早中侏罗世多期岩浆作用和矿化（Jiang et al.,2020）。由此可见，多期岩浆-流体叠加可能是形成大型-超大型矿床的有利因素之一。本次研究的双尖子山超大型Pb-Zn-Ag矿区发育了强烈的岩浆活动，已有的年代学结果表明，矿区最早的岩浆活动发生在晚二叠世-早三叠世，主要以长英质脉岩为主，包括斑状二长花岗岩（252～254 Ma;Liu et al.,2016）、斑状闪长岩脉（(246±2)Ma;Wang et al.,2019）、石英斑岩脉（(239±1)Ma;吴冠斌等，2013）和闪长玢岩脉（239～246 Ma;王丰翔，2019）和闪长岩脉（(249.1±1.9)Ma；Zhai et al.,2020）（图11）。野外观察发现这些脉岩通常被晚期脉状Pb-Zn-Ag矿体所穿切，表明其为可能为成矿前的岩浆活动产物（Zhai et al.,2020）。然而，值得注意的是，双尖子山矿区东侧5 km处出露与Pb-Zn-Ag有关的乃林坝花岗岩体（花岗闪长岩-二长花岗岩为主），其锆石U-Pb年龄结果为239～262 Ma（王丰翔，2019），与双尖子山矿区二长花岗岩-闪长岩脉的年龄基本一致。然而，目前成矿年代学的研究结果显示矿区范围内还未发现有同时代的矿化，且前述分析已表明其与早白垩世花岗岩的岩浆源区明显不同，尽管这些脉岩周边可能出现少量矿化，但笔者认为其最可能为成矿前的岩浆活动，与大规模Pb-Zn-Ag成矿关系并不密切。

欧阳荷根等（2016）获得兴隆山矿段中部ZK09-07钻孔320 m处斑状花岗岩的锆石U-Pb年龄为(159.3±2.3)Ma，该年龄晚于Liu等(2016)测得的流纹质晶屑凝灰岩的锆石U-Pb年龄(169±3)Ma，但与王丰翔等（2016）获得的辉钼矿模式年龄(162.6±2.6)Ma及Liu等(2016)测得的黄铁矿Re-Os等时线年龄(165±7)Ma在误差范围内基本一致（图11）。此外，Wang等(2019)报道了含矿石英脉中热液锆石、白云母和绢云母的U-Pb和Ar-Ar坪年龄分别为(148±1)Ma、(147±2)Ma和(146.9±1.9)Ma。目前来看，尽管晚侏罗世岩浆活动伴随了零星的矿化，但总体上矿化强度不大，主要体现为岩体中浸染状方铅矿化、岩体边部少量矿化的隐爆角砾岩（欧阳荷根等，2016），并未构成矿化的主体。

研究区早白垩世花岗岩的岩石类型多样，包括黑云母花岗岩、花岗斑岩、正长花岗岩、石英正长斑岩及花岗岩等，形成时代主要集中在130～135 Ma（Zhai et al.,2020;张志强，2018；顾玉超等，2017；吴冠斌，2014）（图11）。本次研究新识别出的石英正长斑岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为(131.4±0.5)Ma，与前人研究获得的早白垩世花岗岩时代一致。白垩世成矿岩体的时代也与Zhai等(2020)获得的黄铁矿和辉钼矿的Re-Os模式年龄平均值（分别为(135.0±0.6)Ma和(134.9±3.4)Ma）以及吴冠斌等（2013）获得的闪锌矿Rb-Sr等时线年龄(132.7±3.9)Ma在误差范围内一致，表明早白垩世是双尖子山矿区重要的成矿时期，脉状Pb-Zn-Ag矿化与花岗质岩浆活动密切相关。地球物理资料也显示，兴隆山矿段西北侧存在明显的大面积三维电性结构的高阻体（＞8000Ωm），为深部早白垩世高侵位花岗岩的反映（吴懿豪等，2021），该套岩体也是双尖子山矿区重要的成矿物质来源。因此，笔者认为双尖子山矿床成岩-成矿作用主体都发生在早白垩世，对应于区域大规模构造-岩浆活动的峰期（Zhou et al.,2012）。

图11 双尖子山矿区成岩-成矿年代学格架图Fig.11 Diagenetic and metallogenic chronology framework of the Shuangjianzishan deposit

更为重要的是，在大兴安岭南段多个热液脉型铅锌银矿深边部都发现了大规模的锡（钨-铌-钽-锂）矿化，如维拉斯托、白音查干、边家大院等（周振华等，2022），其成岩成矿时代集中在130～140 Ma（Mao et al.,2019及其引文），双尖子山矿床与这些Pb-Zn-Ag-Sn矿床具有相似的地质和构造背景，显示双尖子山矿床具有寻找锡矿的巨大潜力。事实上，双尖子山矿床附近的白音诺、浩布高等大型矽卡岩型铅锌银矿床深部和外围的锡矿找矿勘察陆续取得了重要突破，其中，在白音诺矿田深部找矿实现了资源储量翻番，外围探矿发现了哈力黑坝锡矿、腰尔压锡矿等，在浩布高矿田外围圈定了青松沟和额吉锡盛2处找矿靶区（张平发等，2020；徐巧等，2020）。另外，白音诺、浩布高矿区同样发育多期次岩浆活动（主要以中三叠世和早白垩世为主），但成矿主体都被认为是早白垩世。本次研究将在下一章节详细讨论双尖子山矿区锡矿成矿潜力。

5.4 双尖子山矿区锡矿成矿潜力

前已述及，在大兴安岭南段多个脉状铅锌银矿床中都已发现大规模锡矿化，无独有偶，双尖子山矿区主要矿石矿物包括硫银锡矿（Ag8SnS6）、硫铋锡矿（Bi8SnS6）等富锡矿物，硫化物中w(Sn)和w(Cu)较高，且在矿区北西走向和北东走向两组断裂控制的矿体内可见大量锡石，显微观察显示其为成矿早期矿物（江彪等，2018）。重要的是，硫银锡矿通常出现在一些的锡（银铅锌）多金属矿中，例如南美安底斯Potosi锡银矿（Penfield,1984），是一种潜在的锡矿化指示标志。最近，在兴隆山矿段井下625中段的北西向银多金属脉体，以及最新深部钻探工程ZK-X钻孔揭示出了大量铜-锡矿化，以硫银锡矿和锡石为主，伴生有黄铜矿、毒砂和黑钨矿等中高温矿物组合（吴晓林等，2021）。富硒硫银锡矿与闪锌矿和方铅矿共生，锡石主要呈细粒状或细柱状集合体产出，常被闪锌矿、黄铜矿和方铅矿包裹，或与石英构成锡石-石英脉，局部可见锡石-毒砂共生组合，铜、锡品位最高可分别达到12.98%和4.75%（吴晓林等，2021）。以上研究表明，双尖子山银多金属矿床的深部和外围具有较好的锡资源找矿潜力。

通常认为，锡矿化与高分异的准铝质-过铝质、富挥发份的还原性或钛铁矿系列花岗岩有关（Lehmann,1990;Linnen et al.,2012;Mao et al.,2013;2019）。双尖子山矿区早白垩世花岗岩体表现出高w（SiO2）和Rb/Sr比值，低的Fe2O3/FeO和K/Rb比值，显示其为一套高分异、低氧逸度的花岗岩石组合（图12），样品点基本都落在与锡矿化有关的花岗岩范围内。此外，该岩体的Y/Ho、Zr/Hf和Nb/Ta比值分别为25.2～41.3、16.6～36.3和2.7～13.1（表1），与硫化物矿石（闪锌矿、黄铁矿、毒砂、方铅矿等）的微量元素比值相近（26.8～56.4、36.7～49.7和2.6～7.3）（江彪等，2018），表明了早白垩世岩体与多金属矿化的密切关系。更为重要的是，在闪锌矿、方铅矿和毒砂中w(Sn)较高，最高可达1093×10-6，进一步说明本区具有寻找锡矿化的良好潜力。双尖子山赋矿地层早二叠系大石寨组具有较高的成矿元素背景值，其中Sn、W和Ag为克拉克值的3～10倍，Pb、Zn为克拉克值的1.5～5.0倍，矿化与地层丰度之间显示良好的耦合关系（周振华等，2022），是形成锡矿有利的初始富集源区。同时，流体包裹体研究结果显示，水-岩反应和流体混合是双尖子山巨量金属富集成矿的主要原因（Zhang et al.,2019）。因此，高演化、还原性花岗质岩浆和初始富集源区是双尖子山矿区锡矿化的有利条件。

图12 双尖子山矿区早白垩世花岗岩FeO*与log10Fe2O3/FeO(a,底图据Blevin,2004),SiO2与Fe2O3/FeO(b),SiO2与K/Rb(c，底图据Blevin,2004)和SiO2与Rb/Sr(d，底图据Blevin et al.,1995)图解SO—强氧化；MO—中等氧化；MR—中等还原；SR—强还原Fig.12 FeO*vs.log10Fe2O3/FeOdiagram(a,base map after Blevin,2004),SiO2 vs.Fe2O3/FeO(b),SiO2 vs.K/Rb(c,base map after Blevin,2004)and SiO2 vs.Rb/Sr(d,base map after Blevin et al.,1995)diagramsof the Early Cretaceousgranites from the Shuangjianzishan mining area SO—Strong oxidized;MO—Medium oxidized;MR—Medium reduced;SR—Strong reduced

另外，双尖子山花岗岩体以A型花岗岩为主，具有较高的岩浆结晶温度（锆石饱和温度TZr=756～808℃）（表1），且岩浆来源主要表现为亏损地幔源区性质，高温部分熔融作用可以使黑云母、榍石、磁铁矿、金红石等富锡矿物发生分解，从而使锡释放进入熔体（Wolf et al.,2018）。早白垩世时期，大兴安岭南段处在古太平洋板块低角度俯冲下的大陆边缘弧后伸展背景（Zhou et al.,2012;Zhao et al.,2018;许文良等，2019；周振华等，2022），在岩石圈伸展减薄环境下，残余岩浆具有高硅高分异的特征，并且主要存在于相对还原的环境（Farner et al.,2017），有利于稀有金属矿化的形成。由于锡矿化的形成温度大多在300～400℃（Korges et al.,2018），Sn的卸载、沉淀通常都发生在岩浆演化的晚期或岩浆-热液转换过程（Heinrich et al.,1999;2004;Audetat et al.,1998;2000），因此，Sn并不能像Ag、Pb、Zn等金属元素一样迁移至较远位置，而往往形成于岩体周边的断裂构造或裂隙的成矿有利空间内，以锡石-硫化物矿脉形式存在。上述研究结果表明，双尖子山矿床深部隐伏早白垩世花岗岩体与围岩接触带部位是寻找锡矿化的有利部位。

6 结论

（1）双尖子山矿区石英正长斑岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为(131.4±0.5)Ma（MSWD=1.1），为早白垩世岩浆活动的产物。双尖子山Pb-Zn-Ag(Sn)矿床经历了自晚二叠世至早白垩世期间的多期岩浆活动，而成矿主要与早白垩世花岗岩体密切相关。

（2）双尖子山早白垩世花岗岩主要为A型花岗岩，成岩过程中经历了斜长石、锆石、云母、独居石和磷灰石等矿物的分离结晶作用。

（3）Hf同位素组成特征表明石英正长斑岩具有高的176Hf/177Hf比值（0.282 786～0.282 863）和εHf(t)值（2.18～5.84），显示其岩浆主要来源于源自亏损地幔的新生地壳物质的部分熔融。锆石TDM2（811～1002 Ma）表明新元古代时期为大兴安岭南段地壳增生的重要时限。

（4）双尖子山早白垩世花岗岩形成于高温、低压的伸展背景，具有低氧逸度、高演化的特点，在双尖子山深部和外围具有锡矿勘查的良好潜力。