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引用本文: 关强兵,刘俊辰,王义天,胡乔青,何猛,段志辉,党顺安,史新. 2024. 内蒙古根河三道桥铅锌银矿床C-H-O-S同位素和U-Pb定年研究及其意义[J]. 矿产勘查,15(4):526-539.

Citation: Guan Qiangbing,Liu Junchen,Wang Yitian,Hu Qiaoqing,He Meng,Duan Zhihui,Dang Shun’an,Shi Xin. 2024. C-H-O-S isotopes and U-Pb geochronology constraints on the genesis of Sandaoqiao Pb-Zn-Ag deposit, Inner Mongolia[J]. Mineral Exploration,15(4):526-539.

作者简介:

关强兵,男,1970年生,高级工程师,从事地质矿产勘查与管理工作;E-mail:496934079@qq.com。

通讯作者:

王义天,男,1969年生,博士,研究员,从事构造地质学与矿床学研究;E-mail:wyt69@263.net。

中图分类号:P611.1

文献标识码:A

文章编号:1674-7801(2024)04-0526-14

DOI:10.20008/j.kckc.202404004

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    摘要

    内蒙古根河三道桥大型铅锌银矿床位于大兴安岭得尔布干成矿带中北段,矿体主要呈脉状赋存于火山岩地层中。氢氧同位素研究表明,成矿期石英和绢云母的δD值变化范围为-149. 1‰~-156. 7‰,δ18 值变化范围为-13. 6‰~3. 4‰;成矿后期石英 δD 值变化范围为-131. 9‰~-147. 7‰,δ18 值变化范围为 -16. 5‰~-18. 2‰。碳同位素分析结果表明,与矿化有关的方解石δ13C值变化范围为-1. 8‰~-3. 1‰,δ18O 值变化范围为5. 3‰~8. 6‰。原位S同位素分析结果表明,硫化物的δ34S值变化范围为2. 3‰~5. 6‰,与其西南侧下护林矽卡岩型铅锌银矿床中的硫化物的δ34S值(1. 2 ‰~5. 9‰)基本一致。上述同位素组成特征指示成矿物质主要来源于岩浆热液,在上升到地壳浅部时有一定量的大气降水混入。锆石 U-Pb年代学研究表明,矿化的闪长玢岩脉年龄为(136. 0 ± 0. 7)Ma(MSWD = 0. 44);未矿化、穿切硫化物微细脉的闪长玢岩脉的锆石 U-Pb年龄为(120. 8 ± 0. 6)Ma(MSWD = 0. 49)。结合前人相关研究进展,认为三道桥铅锌银矿床形成于136. 0~120. 8 Ma期间(早白垩世),为伸展构造背景下与浅成侵入岩有关的中温热液型铅锌银矿床。

    Abstract

    The Sandaoqiao Pb-Zn-Ag deposit in the Inner Mongolia belongs to the northern section of the De'erbugan metallogenic belt, and the vein-type orebodies were hosted by the Jurassic volcanic rocks. H-O isotope research indicates that the δD values of quartz and muscovite from the mineralization stage range from 149. 1‰ to -156. 7‰,and the δ18 values vary from -13. 6‰ to 3. 4‰; the δD values of quartz from the late mineralization stage range from 131. 9‰ to -147. 7‰,and the δ18 values vary from -16. 5‰ to -18. 2‰. The C isotope study shows that the δ13C values associated with mineralization of calcite range from -1. 8‰ to -3. 1‰, and the δ18O values range from 5. 3‰ to 8. 6‰. The in-situ δ34S values of the Sandaoqiao sulfides changed from 2. 3‰ to 5. 6‰, which was basically consistent with the δ34S values (1. 2‰ to 5. 9‰) of sulfides in the southwestern Xiahuling skarn-type Pb-Zn-Ag deposit. Collectively, the main source of ore-forming materials is magmatic hydrothermal fluids, which have a certain amount of meteoric water and sea water mixed in as they rise to the shal- low part of crust. The zircon U-Pb dating shows that the intrusive age of the mineralized diorite porphyrite dike is (136. 0 ± 0. 7) Ma (MSWD = 0. 44), while the intrusive age of the non-mineralized diorite porphyrite dike that cross cut sulfide veinlets is (120. 8 ± 0. 6 Ma)(MSWD = 0. 49). In summary, the Sandaoqiao Pb-Zn-Ag deposit formed in 136. 0-120. 8 Ma, which is an epithermal deposit occurred in the extensional setting.

  • 0 引言

  • 得尔布干铅、锌、银、铜、金、钼多金属成矿带位于中国东北大兴安岭地区,自寒武纪以来,该带历经了多期次复杂的构造演化过程,特别是中生代强烈的构造-岩浆活动,形成了一条NE向的巨型岩浆岩带,成矿地质条件优越,主要发育与中生代中酸性岩浆活动有关的多金属矿床(朱群等,2001柴璐等,2013毛景文等,2013吕江等,2022)。三道桥(亦称二道河子)大型铅锌银矿床位于得尔布干成矿带中北段,得尔布干区域深大断裂的西北侧,目前已探明铅锌储量超过50万t。在三道桥的周边还发育有比利亚谷、三河(亦称得耳布尔)、下护林、东珺等大、中型铅锌银矿床。它们具有相似的成矿特征,已然构成一个矿化集中区带,显示出巨大的成矿潜力和找矿前景。虽然前人对三道桥锌银矿床的地质特征、成矿作用、控矿因素及赋矿围岩的年代学、地球化学等进行过相关研究(董旭舟, 2014戚新世,2015闫佳,2016张璟等,2016刘艳荣等,20192023),在矿化蚀变、矿物组成、成矿阶段、成矿温度、成矿流体、岩浆岩起源和成岩时代、地质背景等方面取得了一些重要认识成果,但在成矿流体的来源和演化、成岩成矿时代等方面还存在分歧,影响了对矿床成因的认识,也在一定程度上制约了找矿勘查工作的开展。因此,本文在前人研究的基础上,通过比较系统的C-H-O-S同位素分析及锆石 U-Pb 定年,以期揭示成矿物质来源及成岩成矿时代,探讨矿床成因,为区域成矿规律研究和找矿勘查工作提供重要依据。

  • 1 区域地质背景

  • 得尔布干成矿带在大地构造上位于大兴安岭西北部的额尔古纳造山带东缘,整体上呈 NE 向展布,夹持于东南侧得尔布干深大断裂和北西侧蒙古 —鄂霍茨克缝合带之间,经历了多期次构造地质演化(图1)。在新元古代中晚期—早寒武世处于相对稳定的构造演化阶段,发育一套海相火山岩碎屑岩建造(Wu et al.,2012)。随后,受兴凯造山运动影响,该区与西伯利亚大陆东南缘的维吉姆—斯塔诺夫地块拼贴,形成兴凯—萨拉伊尔增生带(Wu et al.,20052012)。至早古生代末期,额尔古纳地块东部与兴安地块沿克鲁伦—得尔布干一线拼贴形成了额尔古纳—兴安微板块(葛文春等,2005)。古生代末期,蒙古中朝大陆与西伯利亚大陆碰撞,蒙古—鄂霍茨克洋自西向东闭合,随即额尔古纳造山带于中侏罗世末期完成与外贝加尔造山带的拼合 (李锦轶,1998)。晚侏罗世—早白垩世受碰撞后伸展以及古太平板块向西俯冲的远程效应共同影响,广泛发育一系列中—酸性为主的火山岩和侵入岩,并形成一系列岩浆热液矿床(毛景文等,2013)。

  • 图1 区域大地构造简图(a,据闫佳,2016修改)和内蒙古得尔布干成矿带地质简图(b)

  • 区内断裂构造发育,主要为呈 NE 向展布的区域性得尔布干深大断裂及在其NW盘形成的一系列次级断裂。该断裂 NW 侧多为陡立的高山,发育一系列断层三角面;南东侧地势平缓,多为负地形。受SSE-NNW向挤压应力作用,断裂NW发育一系列次级的 NNE 向、NWW 向压扭性断裂。随着应力持续加强,形成了 NW 向张性断裂和 NE 向压性断裂。区域上出露的地层主要为古元古界兴华渡口群、寒武系额尔古纳河组及石炭系莫尔根河组等前中生代地层,以及最广泛的中生代地层。中生代地层由老至新依次为侏罗系的塔木兰沟组、满克头鄂博组、玛尼吐组和白音高老组,以及白垩系的梅勒图组。塔木兰沟组岩性主要为安山岩和玄武安山岩; 满克头鄂博组主要为流纹岩;玛尼吐组主要由安山岩和英安岩构成;白音高老组由英安岩、流纹岩、凝灰岩组成;梅勒图组主要为玄武岩和安山岩。区内岩浆活动频繁,中酸性侵入岩广泛分布。根据侵入时代可划分为:海西晚期、印支期、燕山早期和燕山晚期共 4期岩浆活动(武广等,2010)。海西晚期侵入岩多呈岩基、岩株状产出,岩石类型主要为花岗岩、二长花岗岩、花岗闪长岩和斜长花岗岩(271~262 Ma;赵一鸣和张德全,1997);印支期侵入岩主要呈岩基产出,岩石主要类型为正长花岗岩、二长花岗岩和花岗闪长岩(225~211 Ma;秦克章等, 1998);燕山早期侵入岩主要为岩基或岩株状,岩石类型主要为黑云母花岗岩、二长花岗岩及花岗闪长岩(177~138 Ma;赵一鸣和张德全,1997);燕山晚期侵入岩多以浅成—超浅成的岩株或岩枝产出,岩石主要类型为石英斑岩、花岗斑岩和石英二长斑岩 (138~93 Ma; Qin et al.,1995)。

  • 2 矿床地质特征

  • 三道桥铅锌银矿床位于得尔布干区域深大断裂的西北侧,矿区构造以断裂构造为主,褶皱不发育。NE 向的得尔布干断裂及其 NW 盘的一系列 NW-NNW 向、NE 向和 S-N 向次级断裂构成了矿区的构造格架。矿区发育 3 条近平行的 NW 向断裂带,即FI、FII、FIII,控制着I、II、III 3条矿化带的展布 (图2)。NW向断裂早期主要为压扭变形,产状较陡立,部分接近直立。断裂呈网脉状,断裂面平直,延伸较远。晚期叠加张性变形,局部地段矿体破碎后被石英胶结,形成角砾状矿石,断裂内部可见梳状石英及石英晶洞。

  • 矿区地层主要由中侏罗统塔木兰沟组及第四系。其中,中侏罗统塔木兰沟组是主要赋矿围岩,为一套陆相火山碎屑岩,主要岩性包括晶屑凝灰岩、凝灰角砾岩、安山岩等。晶屑凝灰岩主要出露于矿区的中部,整体呈 NW 向展布,中部厚度较大,向东南方向逐渐被凝灰岩覆盖。颜色为灰白色、浅黄色和紫红色,凝灰结构,块状构造,晶屑主要为1~2 mm 的石英和长石。靠近岩性界面处岩屑含量增高。锆石 U-Pb 定年显示晶屑凝灰岩成岩年龄为 164.8~164.2 Ma(李进文等,2011闫佳,2016)。凝灰岩主要出露于矿区的南部,主要由火山灰和少量长石、石英晶屑组成。颜色为浅黄色、灰白色和紫红色,凝灰结构、变余凝灰结构,块状构造。安山岩分布于矿区西北部,主要发育在火山碎屑岩之下,少量与凝灰岩互层产出,地表鲜有出露。岩石呈紫红色或灰黑色,块状构造或气孔杏仁状构造,锆石 U-Pb 定年显示其成岩年龄为 167 Ma(闫佳, 2016)。凝灰角砾岩主要分布在矿区的东南部,主要产于晶屑凝灰岩/凝灰岩和凝灰岩/安山岩的岩性界面之间。岩石多呈灰色,砂砾状—角砾凝灰状结构,块状构造,角砾形态多呈次棱角状、棱角状,被后期石英胶结。

  • 图2 内蒙古三道桥铅锌银矿床地质图(据李进文等,2011修改)

  • 矿区内并无大面积侵入体出露,侵入岩主要为闪长岩脉和闪长玢岩脉(图3 b、c)。岩脉呈深灰— 灰白色,侵入晶屑凝灰岩中及岩性界面。岩脉具分枝复合,膨胀收缩的特点,脉体宽度变化较大,从几米到十几米不等。岩脉大致可根据产状划分为 NW-NNW 向和 NE 向两组,其中以 NW-NNW 向为主。NW 向闪长岩脉主要侵入于Ⅲ号矿化带,规模较大。平均长度约 350 m,宽 2~50 m,走向 330°~350°,倾角 20°~85°,局部与矿体走向一致。岩脉内局部发育浸染状黄铁矿化和方铅矿化,并被硫化物细脉穿切。NNW向闪长玢岩脉与矿体相交,对矿体无明显的错断,不影响矿体的连续性。闪长玢岩呈深灰色,部分褪色蚀变呈灰白色,斑状结构,块状构造,斑晶主要为斜长石,多发生绢云母化和碳酸盐化,其次为绿泥石化,可能为角闪石蚀变产物,岩脉内部未见明显矿化。NE向闪长岩脉数量相对较少,其内部可见少量黄铁矿化。

  • 铅锌矿体主要赋存于中侏罗统塔木兰沟组断裂破碎带中,矿体主要受 NW 向、NNW 向张性断裂构造控制,主要分布在 I、II、III号矿化带内。3条矿化带共圈定铅锌矿体 96 条,其中 I号矿带中有铅锌矿体 11条,II号矿化带有铅锌矿体 27条,III号矿带有铅锌矿体 57条,此外还圈定出 3条银矿体。矿区在成矿元素上具有一定的分带性,东南段以锌、铅、银矿化为主,西北方向金、银、铜含量逐渐增高。矿体主要呈厚层状、脉状、透镜状、网脉状和细脉浸染状产出,走向 262°~347°,倾向 NE,局部反倾,倾角 50°~80°,个别矿体近直立(图3 a)。矿体走向延伸 50~250 m,倾向延伸 40~550 m,厚 0.6~23. 0 m。整体在走向上和倾向上延伸较为稳定,局部具有膨大收缩的特征,断裂交汇处矿体厚大(李兴等,2016)。其中,III号矿化带中 III-3矿体规模最大,资源量占该矿床的 38.64%。三道桥铅锌矿床中矿石矿物主要包括方铅矿、闪锌矿、黄铁矿及黄铜矿(图3f、g),局部可见少量辉银矿、脆银矿、银黝铜矿、自然金、银金矿及毒砂等。矿体近地表普遍发育次生氧化矿物,主要为白铅矿、铅矾和铜蓝等。脉石矿物主要由石英、方解石、绿泥石、萤石、长石及少量绢云母组成(图3d、e)。矿石中闪锌矿可分为两个世代 (图3h、i):第一世代闪锌矿(Sp-I)在透射光下呈红褐色,他形粒状,粒度 0.5~2. 0 mm,透射光下可观察到明显的明暗环带结构(图3 h、i);第二世代闪锌矿(Sp-II)在透射光下呈草黄色(图3h),他形粒状,粒度变化较大,透射光下亦可观察到明暗环带结构。主要的围岩蚀变类型为硅化、黄铁矿化、碳酸盐化、绢云母化和绿泥石化。其中,硅化和绢云母化与成矿关系最为密切。

  • 3 样品及测试方法

  • 3.1 H-O同位素分析

  • 本研究对 10 件采自三道桥铅锌银矿床中的石英及2件绢云母样品进行了H-O同位素分析。其中 4件石英和2件绢云母选自主成矿期(图3d),6件石英样品选自成矿后期(图3e)。矿石样品首先经破碎后,在双目显微镜下挑选石英及绢云母单矿物。所有单矿物分离均采用超声波清洗,分离纯度 99% 以上。实验测试在核工业北京地质研究院进行,实验采用Finnigan MAT253质谱仪对石英的H-O同位素组成进行了测定。用锌还原法分析了石英中流体包裹体的氢同位素组成(Coleman et al.,1982),氧同位素组成利用 BrF5 与石英反应测得(Clayton and Mayeda,1963)。δ18Ο 的分析精度为±0.2‰,δD 为±2‰。分析结果相对于 V-SMOW 标准以千分比的形式给出。利用石英-水之间的氧同位素分馏公式计算出δ18OH2O值(Clayton et al.,1972)。

  • 3.2 C-O同位素分析

  • 本研究对5件采自三道桥铅锌银矿床矿石中的方解石样品进行 C-O 同位素分析。矿石样品经碎样后挑选新鲜纯净的方解石单矿物,纯度达到 99% 以上。碳、氧同位素测试在核工业北京地质研究院进行,实验采用100%磷酸法,实验标准采用国际标准 V-PDB。数据通过 MAT-253 质谱计测定,精度为± 0.2%。方解石的 δ18OV-SMOW=1. 03086×δ18OV-PDB+ 30.86(Friedman and O’Neil,1997)。

  • 3.3 原位S同位素分析

  • 本研究分别对三道桥和下护林铅锌银矿床矿石中的黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿进行了LA-MC-ICP-MS 原位微区 S 同位素分析。实验分析由科荟测试 (天津)科技有限公司完成。分析所用仪器为 Thermo Scientific 公司生产的 Neptune Plus多接收等离子体质谱仪和与之连用的 RESOlution SE 193 nm 固体激光器。根据样品镜下特征选择合适区域,避开矿物包体及为列席,利用激光剥蚀系统对硫化物进行剥蚀。剥蚀采用点剥蚀,其中黄铁矿剥蚀直径为 20 μm,黄铜矿和闪锌矿为 30 μm,能量为 3 J/ cm2,频率5 Hz。采用高纯He作为载气,吹出剥蚀产生的气溶胶,送入 MC-ICP-MS 进行质谱测试。32S 和34S 用法拉第杯静态同时接收,积分时间为 0.131 s,采集 200组数据,共需时约 27 s。正式测试前,以硫化物标样 balmat FeS、MXG 和 balmat ZnS 对仪器参数进行调试,使之达到最佳状态。分析过程中分别用RPPY(黄铁矿)、GC-1(黄铜矿)和SPH-1(闪锌矿)标样对样品硫化物进行监控,减小基质效应对测试结果的影响,并用标准-样品-标准交叉法进行质量校正。详细的测试方法见 Zhu et al.(2016, 2017)。

  • 图3 三道桥铅锌银矿床典型矿石及岩脉照片

  • a—脉状铅锌矿;b—闪长玢岩脉被矿脉穿切,发育网状微裂隙矿脉(样品SX730-2);c—闪长玢岩脉穿切细脉浸染状矿体,岩脉中裂隙发育,普遍氧化(样品JS-2);d—成矿期石英及方解石;e—成矿后期石英;f—黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿共生;g—闪锌矿出溶乳滴状黄铜矿;h— 两个世代闪锌矿;i—深色环带状闪锌矿; Ccp—黄铜矿;Cal—方解石;Gn—方铅矿;Py—黄铁矿;Qtz—石英;Sp—闪锌矿

  • 3.4 锆石U-Pb定年

  • 本研究对采自坑道的两条闪长玢岩脉(SX730-2 和 JS-2)进行了锆石 U-Pb 定年。其中,样品 SX730-2呈浅灰绿色,其中见细脉浸染状矿化,硫化物主要为黄铁矿和闪锌矿(图3b);样品JS-2呈青灰色,岩脉切穿 II 号矿体,其内部未见明显矿化(图3c)。锆石 U-Pb 年代学测试的闪长玢岩脉样品首先破碎,经重选和磁选后在双目镜挑选出单颗粒锆石。将锆石颗粒固定于环氧树脂靶上,经研磨抛光后对锆石进行镜下透射光、反射光以及阴极发光 (CL)拍照,选取合适的测点位置。锆石制靶及 CL 拍照均在北京锆年领航科技有限公司的实验室进行。激光剥蚀系统为 NWR193(Elemental Scientific Lasers LLC),ICP-MS 为德国耶拿 PlasmaQuant MS。激光剥蚀过程中采用 He 气作载气,Ar 气为补偿气以调节灵敏度,气体在进入 ICP 之前通过 Y 型接头混合。测试剥蚀直径根据样品实际情况选择 25 μm。每个测点分析包括 20~30 s的空白信号和 50 s 的样品信号。对分析数据的离线处理采用软件 ZSkits完成,包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年龄计算。锆石微量元素含量利用SRM610作为外标,Si作内标的方法进行定量计算。U-Pb同位素定年中采用锆石标准 Plesovice(Sláma et al.,2008)作外标进行同位素分馏校正,并分别对 91500 (Wiedenbeck et al.,1995)、Tanz(Hu et al.,2021)和 ZS(Ling et al.,2022)分析一次作为监控。锆石的 U-Pb 年龄谐和图及加权平均年龄均采用 Isoplot/ Ex_ver3(Ludwig,2003)软件完成。

  • 4 测试结果

  • 4.1 H-O同位素组成

  • 三道桥铅锌银矿床石英及绢云母氧、氢同位素组成分析数据见表1。整体上,所有测试样品 δD值变化范围为-131.9‰~-156.7‰,平均值为-145.4‰,δ18O 石英值变化范围为-6.7‰~9.8‰,平均值为-1.7‰。其中,成矿期 δD 值变化范围为-149.1‰~-156.7‰,δ18O 石英值变化范围为-6.7‰~9.8‰;成矿后期 δD 值变化范围为-131.9‰~-147.7‰,δ 18O 石英值为变化范围为-4.8‰~-6.5‰。

  • 表1 三道桥铅锌银矿床H-O同位素组成

  • δ18 OH2O值根据同位素分馏 1000lnα 石英-水= 3.38× 106 /T2-3.40 方程式计算(Clayton et al.,1972)。结合前人所测得流体包裹体均一温度(董旭舟, 2014戚新世,2015闫佳,2016刘艳荣等, 2019),计算所用温度:成矿期为 300℃,成矿后期为 200℃。计算获得 δ18 OH2O 值为-18.2‰~3.4‰,平均值为-9.8‰。其中,成矿期 δ18 OH2O 值为-13.6‰~3.4‰,成矿后期δ18 OH2O值为-16.5‰~-18.2‰。

  • 4.2 C-O同位素组成

  • 三道桥铅锌银矿床矿石中方解石的 δ13C和 δ18O 值见表2。整体上,测试样品的 δ13C 值为-1.8‰~-3.1‰,δ18O值为5.3‰~8.6‰,变化范围较窄。

  • 表2 三道桥铅锌矿床C-O同位素组成

  • 4.3 S同位素组成

  • 三道桥和下护林铅锌银矿床中硫化物原位 δ34S 值见表3。三道桥铅锌银矿床中硫化物的 δ34S 值为 2.3‰~5.6‰,平均值为3.6‰。其中,黄铁矿δ34S值变化范围为2.7‰~5.6‰,黄铜矿δ34S值变化范围为 2.5‰~3.5‰,闪锌矿 δ34S 值变化范围为 2.3‰~4.1‰。不同矿物的 δ34S值比较接近,且 Sp-I和 Sp-II以及其中的环带部位的 δ34S值均没有系统性的区别。下护林铅锌银矿床中硫化物的δ34S值变化范围为 1.2‰~5.9‰,平均值为 4.9‰,与三道桥铅锌银矿床中硫化物的δ34S值较为接近。其中,黄铁矿δ34S 值为 1.2‰~5.9‰,闪锌矿 δ34S 值为 5.6‰~5.9‰。由于三道桥矿床中未发现硫酸盐矿物,且矿床内硫化物 δ34S 值相近,并表现出 δ34S 黄铁矿 >δ34S 黄铜矿 >δ34S 闪锌矿的相对关系,因此可视为硫化物之间为平衡结晶(Ohmoto,1972)。

  • 4.4 锆石U-Pb年龄

  • 样品 SX730-2和 JS-2中锆石的特征相似,自形程度较高,长径为 150~250 μm,长宽比主要为 3∶1~2 ∶1。透、反射及阴极发光(CL)图像显示,锆石晶形完成,其内部裂隙不发育,震荡环带清晰,具典型有岩浆锆石的特征(图4)。锆石 U-Pb 测年结果列于表4。样品 SX730-2 中锆石 U 含量为 282×10-6~1160×10-6,平均值为 542.8×10-6。Th 含量为 171× 10-6~995×10-6,平均值为 462.2×10-6。锆石 Th/U 比值为 0.46~1.82,平均值为 0.88。锆石的年龄数据比较集中,均落在一致线上或者附近,206Pb /238U 年龄加权平均值(136. 0±0.7)Ma(MSWD = 0.44)。样品 JS-2 中锆石 U 含量为 188×10-6~412×10-6,平均值为 243.5×10-6。Th 含量为 220×10-6~816×10-6,平均值为 354.6×10-6。锆石 Th/U 比值为 1.12~1.98,平均值为1.41。锆石的年龄数据比较集中,均落在一致线上或者附近,206Pb /238U 年龄加权平均值(120.8 ± 0.6)Ma(MSWD = 0.49)。

  • 表3 三道桥、下护林铅锌银矿床原位S同位素组成

  • 5 讨论

  • 5.1 成矿物质来源

  • 三道桥铅锌银矿床成矿阶段的绢云母及石英的 δD 值变化范围为-149.1‰~-156.7‰,δ18 OH2O 变化范围为-13.6‰~3.4‰。δ18 OH2O值变化较大,氢氧同位素投点主要落于初始岩浆水下方有机水的区域内(图5a)。较低的氢同位素组成可能由于有机水(碳氢化合物)的加入或者水岩反应导致初始流体 δD 值降低,Taylor (1974)认为较低的 δD 值可能也与极端脱气后残余的岩浆热液流体有关。由于区内岩性主要为侏罗纪的陆相火山岩,可以排除有机水的加入;而矿床内发育的强烈围岩蚀变,以及自中侏罗世开始的区域大规模岩浆活动,暗示了脱气后的残余岩浆热液及其与围岩之间的水岩反应可能是 δD 值降低的主要原因。成矿后期的石英样品采自张性石英脉,脉体内部石英晶形发育较好,常见晶洞发育,但其中未见明显硫化物发育。其 δD 值变化范围为-131.9‰~-147.7‰,δ18 OH2O 值变化范围为-16.5‰~-18.2‰。氢氧同位素数据点在图解中相对集中,主要分布在靠近大气降水线右一侧(图5a),表明成矿环境由较封闭环境向开放环境过渡,并伴有大量的大气降水混入。成矿流体的温度由早到晚逐渐减低(刘艳荣等,2019),早期流体的 δ18 OH2O值高于晚期,可能反映了相对高温的早期流体与围岩进行了更充分的氧同位素交换。整体上,本研究获得的三道桥矿床的氢氧同位素组成与邻近的得耳布尔矿床具有相似的特征(赵岩等, 2017),指示了同一成矿带中同样的成矿流体来源。

  • 图4 两个定年样品锆石的阴极发光(CL)影像

  • (锆石颗粒上的红色圆环为测点位置)

  • 图5 三道桥铅锌银矿床成矿流体H-O同位素图解(a,底图据Taylor,1974Sheppard,1986)和C-O同位素图解(b,底图据刘建明和刘家军,1997毛景文等,2002

  • Ser—绢云母;Qtz—石英

  • 表4 三道桥铅锌银矿床闪长玢岩脉锆石U-Pb同位素分析结果

  • 三道桥铅锌银矿床成矿阶段的方解石δ13C值为-1.8‰~-3.1‰,δ18O 值为 5.3‰~8.6‰,数据点落于花岗岩和超基性-基性岩区域内(图5b)。δ13C 值与地幔部分熔融形成的岩浆δ13C值(-5±2‰)及上地幔来源的岩浆中 CO2δ13C 平均值(-5‰)十分接近。由此推断,成矿流体中碳主要来自深源岩浆热液。同时,在 C-O 同位素图解中,数据点有向大气水方向轻微偏移,指示岩浆热液在上升到地壳浅部时可能有一定量大气水的混入,而流体混合作用也常被认为是矿质沉淀的主要原因之一。

  • 三道桥铅锌银矿床中的硫化物的δ34S值变化范围较小(2.3‰~5.6‰),平均值为 3.6‰,未见系统性的变化(图6a)。δ34S值接近于零值被认为是岩浆硫来源(Ohmoto,1972Hoefs,2009),三道桥铅锌银矿床中的硫化物δ34S值与岩浆硫的特征相近。位于三道桥铅锌银矿床西南方向的下护林铅锌银矿床为一典型的矽卡岩型矿床,其硫化物的 δ34S 值范围是 1.2‰~5.9‰,三道桥铅锌银矿床与其基本一致(图6b),指示二者同为岩浆硫源。位于大兴安岭中南段的浩布高矽卡岩型铅锌矿床硫化物的δ34S值范围是-4.7‰~3.5‰(杜青松等,2017),指示了岩浆水与大气水或地层水混合的特征。此外,邻近的得耳布尔矿床硫化物的 δ34S 值范围是 1.6‰~5.4‰ (张炯飞等,2001),也与三道桥矿床一致。综上所述,稳定同位素组成特征表明,三道桥铅锌银矿床成矿物质来源于岩浆热液,成矿热液在上升到浅部时有大气降水的混入。

  • 图6 三道桥铅锌银矿床(a)和下护林铅锌银矿床(b)硫化物原位S同位素组成直方图

  • Py—黄铁矿;Ccp—黄铜矿;Sp—闪锌矿(I、II为不同世代)

  • 5.2 成矿时代及矿床成因

  • 成矿时代对于正确认识矿床成因、控矿因素和成矿规律具有重要意义。本次研究表明,发育网脉状矿化的闪长玢岩脉侵位时代为(136. 0 ± 0.7)Ma (图7a),指示成矿应在136 Ma之后。另一条未见矿化,且穿切硫化物微细脉的闪长玢岩脉侵位时代为 (120.8 ± 0.6)Ma(图7b),指示成矿应早于 120 Ma。根据岩脉与矿体(化)的穿切关系,三道桥铅锌银矿床的成矿时代应在 136. 0~120.8 Ma 之间(早白垩世)。

  • 前人对得尔布干成矿带中的一些铅锌银矿床开展了成岩成矿年代学研究工作。明珠等(2015) 提出得耳布尔安山岩岩浆期为 141 Ma、岩浆热液期为134 Ma、热液期为129~128 Ma。张璟等(2016)认为三道桥、三河、比利亚铅锌银矿床中安山质火山岩形成时代为 144~128 Ma。位于三道桥矿床东北方向的三河铅锌银矿床的闪锌矿Rb-Sr等时线年龄为 141 Ma(赵岩等,2017),比利亚铅锌银矿床的热液期成矿主阶段金属硫化物 Rb-Sr 等时线年龄为 (131.3±2.4)Ma(徐智涛,2020)。杨郧城等(2015) 获得位于三道桥矿床西南方向的东珺铅锌银矿床的闪锌矿 Rb-Sr 等时线年龄为 130 Ma。李铁刚等 (2014)获得位于得尔布干成矿带西南段的甲乌拉大型银矿床的闪锌矿和黄铁矿Rb-Sr等时线年龄为 143~142 Ma。此外,郑常青等(2009)提出得尔布干断裂的活动时代为130~110 Ma。上述成矿、成矿和构造年代学数据与本研究推定的三道桥矿床成矿时代基本一致,即早白垩世。一些研究者(李进文等,2011王忠禹等,2016)认为成矿物质来源于赋矿围岩中侏罗统塔木兰沟组火山岩,成矿时代为中侏罗世晚期—晚侏罗世。结合稳定同位素的组成特征,以及前人所获得的成矿温度数据自早期至晚期400~300℃、280~220℃、240~180℃的变化特征(刘艳荣等,2019),认为三道桥铅锌银矿床的成矿作用与浅成侵入体的中温岩浆热液活动相关。上述成矿、构造-岩浆年代学数据与本文所限定的三道桥矿成矿时代基本一致,即早白垩世。

  • 图7 三道桥铅锌银矿床闪长玢岩脉锆石U-Pb谐和图

  • 对于得尔布干成矿带的成矿动力学背景主要有两种不同认识。一是认为得尔布干成矿带与大兴安岭南段作为统一整体,成矿作用为太平洋板块于晚侏罗世—早白垩世向大陆俯冲后的伸展构造背景(葛文春等,2007佘宏全等,20092012)。二是考虑到浅成低温热液型矿床大都形成于大陆边缘,毛景文等(2013)提出,包括三道桥铅锌银矿床在内的得尔布干成矿带中晚侏罗世—早白垩世脉状铅锌银矿床应形成于蒙古—鄂霍茨克洋闭合后的碰撞后伸展环境。尽管成矿动力学背景仍有待更多的研究工作确定,但可以确定的是三道桥铅锌银矿床形成于早白垩世的伸展环境。

  • 综上所述,三道桥铅锌银矿床形成于早白垩世的区域伸展构造背景,伸展作用导致幔源物质上升和壳幔相互作用,从而引发了强烈的岩浆-热液活动。矿化发生在火山喷发之后,富含大量矿质的岩浆热液沿火山机构或深大断裂上升至浅部沿断裂带形成了大规模的硅化、绢云母化蚀变带。由于凝灰岩较好的渗透性,矿质得以通过充填和交代的方式沿断裂及裂隙沉淀并最终在凝灰岩中形成脉状、网脉状的铅锌银矿体。部分闪长玢岩脉侵入早于或近同时于成矿作用,其内部发育细脉浸染状矿化。由于持续的伸展作用,成矿作用后仍有闪长玢岩脉的侵位,并穿切矿体。

  • 6 结论

  • (1)三道桥铅锌银矿床C-H-O-S同位素组成特征表明,其成矿物质主要来源于岩浆热液,成矿热液在上升到浅部时有一定量的大气降水混入。

  • (2)三道桥铅锌银矿床形成136. 0~120.8 Ma期间,成矿作用与早白垩世强烈的伸展构造背景耦合,是与浅成侵入岩有关的中温热液型铅锌银矿床。

  • 致谢 根河市森鑫矿业开发有限责任公司和咸阳西北有色七一二总队有限公司有关工作人员在野外工作期间给予的热情支持,田永飞、汪欢在样品测试及数据处理中给予了大量帮助,两位审稿专家提出了宝贵的意见和建议,在此一并表示感谢!

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图1 区域大地构造简图(a,据闫佳,2016修改)和内蒙古得尔布干成矿带地质简图(b)
图2 内蒙古三道桥铅锌银矿床地质图(据李进文等,2011修改)
图3 三道桥铅锌银矿床典型矿石及岩脉照片
表1 三道桥铅锌银矿床H-O同位素组成
表2 三道桥铅锌矿床C-O同位素组成
表3 三道桥、下护林铅锌银矿床原位S同位素组成
图4 两个定年样品锆石的阴极发光(CL)影像
图5 三道桥铅锌银矿床成矿流体H-O同位素图解(a,底图据Taylor,1974Sheppard,1986)和C-O同位素图解(b,底图据刘建明和刘家军,1997毛景文等,2002
表4 三道桥铅锌银矿床闪长玢岩脉锆石U-Pb同位素分析结果
图6 三道桥铅锌银矿床(a)和下护林铅锌银矿床(b)硫化物原位S同位素组成直方图
图7 三道桥铅锌银矿床闪长玢岩脉锆石U-Pb谐和图

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