大兴安岭南段布敦乌拉脉状银矿床成因:黄铁矿LA-(MC)-ICP-MS微量元素及硫同位素的制约
doi: 10.20008/j.kckc.202606004
章培春 , 武利文 , 郭灵俊 , 杨建军 , 张弘 , 王晓敏 , 韩丽
内蒙古自治区地质调查研究院 内蒙古自治区岩浆活动成矿与找矿重点实验室,内蒙古 呼和浩特 010020
基金项目: 本文受内蒙古自治区科技“突围”工程“揭榜挂帅”项目大数据驱动的智能化矿产资源预测关键技术研发与示范应用 (2025KJTW0020)与内蒙古自治区地质勘查基金项目(2015-01-YS01)联合资助
The genesis of the Budunwula vein-type silver deposit in the Southern Da Hinggan Mountains: Constraints from trace elements and sulfur isotopes of pyrite by LA-(MC)-ICP-MS
ZHANG Peichun , WU Liwen , GUO Lingjun , YANG Jianjun , ZHANG Hong , WANG Xiaomin , HAN Li
Inner Mongolia Key Laboratory of Magmatic Mineralization and Ore-Prospecting, Inner Mongolia Geological Survey Institute, Hohhot 010020 , Inner Mongolia, China
摘要
大兴安岭南段西坡布敦乌拉中型脉状银矿床成因研究对认识大兴安岭南段岩浆-热液成矿系统具有重要意义。本文通过野外地质调查、室内镜下观察及不同成矿阶段黄铁矿LA-(MC)-ICP-MS微量元素、硫同位素测试,对布敦乌拉矿床成矿物质来源、成矿流体性质及矿床成因进行约束。布敦乌拉矿床成矿早阶段黄铁矿(PyⅠ)颗粒较大,局部被晚阶段黄铁矿及含银矿物集合体包裹;主成矿阶段黄铁矿(PyⅡ)多与含银矿物共生,呈脉状产出。微量元素分析结果显示,黄铁矿Co、Ni值普遍较低,形成温度可能较低;成矿早阶段黄铁矿富集轻稀土,Hf/Sm、Nb/La、Th/La值大于 1,主成矿阶段富集重稀土,Hf/Sm、Nb/La值小于 1,成矿流体由早到晚由富 F 转变为富 Cl。硫同位素分析结果显示,主成矿阶段黄铁矿(PyⅡ)δ34S 值为 -3.39‰~-1.85‰,指示矿床成矿物质可能源于深部岩浆活动。综上,结合区域成矿特征,布敦乌拉矿床可能为岩浆-热液成矿系统远端成矿作用的产物,与南东侧白音查干东山矿床具有一定联系。
Abstract
The Budunwula medium-sized vein silver deposit on the western slope of the Southern Da Hinggan Mountains is of significant importance for understanding the magmatic-hydrothermal mineralization system in this region through its genetic study. This paper constrains the source of ore-forming materials, the nature of the ore-forming fluids, and the genesis of the Budunwula deposit through field geological surveys, indoor microscopic observations, and LA- (MC) -ICP-MS trace element and sulfur isotope testing of pyrite from different mineralization stages. The early-stage pyrite (PyⅠ) in the Budunwula deposit has relatively large grains and is locally enveloped by late-stage pyrite and silver-bearing mineral aggregates; the main-stage pyrite (PyⅡ) is often associated with silver-bearing minerals and occurs in veins. Trace element analysis results show that the Co and Ni values in pyrite are generally low, suggesting a possibly low formation temperature; the early-stage pyrite is enriched in light rare earth elements, with Hf/Sm, Nb/La, and Th/La ratios greater than 1, while the main-stage pyrite is enriched in heavy rare earth elements, with Hf/Sm and Nb/La ratios less than 1, indicating a shift from F-rich to Cl-rich ore-forming fluids from early to late stages. Sulfur isotope analysis results show that the δ34S values of the main-stage pyrite (PyⅡ) range from -3.39‰ to -1.85‰, suggesting that the ore-forming materials may have originated from deep magmatic activities. In summary, considering the regional mineralization characteristics, the Budunwula deposit is likely a product of distal mineralization in a magmatic-hydrothermal system and has a certain connection with the Dongshan deposit in Baiyinchagan to the southeast.
0 引言
大兴安岭南段位于中亚造山带东段,属古亚洲洋成矿域、蒙古—鄂霍茨克洋成矿域与环太平洋成矿域的叠加部位(Wang et al.,2001刘建明等, 2004毛景文等,2013Ouyang et al.,2015曾庆栋等,2016武广等,2021),是中国北方重要的锡、铜、铅、锌、银多金属成矿带(周振华和毛景文,2022)。目前,大兴安岭南段已发现有双尖子山、白音诺尔、孟恩陶勒盖、花敖包特、拜仁达坝、维拉斯托、大井子等大型、超大型银多金属矿床,显示出较好的银成矿潜力。研究表明,银多数与有色金属或其他贵金属矿床共/伴生产出,形成独立矿床相对较少(陈静,2022),故其成矿作用研究多数也是在铅锌矿、铜矿或金矿的基础上开展的(张通,2019)。布敦乌拉矿床位于大兴安岭南段西坡,南东距白音查干东山超大型锡银多金属矿床约 4 km,目前已获得 Ag 金属量 859.84 t,平均品位 164.11×10-6,属中型矿床 (王兵等,2020),是研究独立银矿床成矿作用的理想对象。
布敦乌拉矿床形成石英-黄铁矿阶段、石英-银多金属硫化物阶段和方解石-石英阶段 3 个成矿阶段,其中银多金属硫化物阶段发育有大量金属硫化物,包括黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、辉银矿、辉锑银矿等,多呈浸染状、脉状或网脉状产出,为银矿体的主要成矿阶段(王兵等,2020)。黄铁矿化学式为FeS2,属等轴晶系硫化物矿物,在布敦乌拉矿床不同成矿阶段均有发育,尤其是在石英-银多金属硫化物阶段。研究表明,黄铁矿在不同的条件下,其结晶学、杂质元素含量及热电性等性质存在显著差异,是研究矿床成因的理想载体(Arehart et al.,1993李晶等,2004a2004b单强等,2009)。本文选择石英-黄铁矿阶段与石英-银多金属硫化物阶段黄铁矿开展LA-(MC)-ICP-MS微量元素及硫同位素研究,对矿床还原硫来源、成矿流体性质及矿床成因提供约束,以期为矿床深部及外围找矿提供依据。
1 成矿地质背景
大兴安岭南段处于中亚造山带东段,北西以二连—贺根山—黑河断裂为界,南至索伦—西拉沐伦断裂,东临嫩江—白城断裂(章培春等,2022)(图1a、b)。区内出露地层主要有古元古界、古生界、中生界和新生界,其中古元古界主要为锡林浩特岩群,岩石类型以片岩、片麻岩为主(肖庆辉等,2009葛梦春等,2011);古生界主要为石炭系、二叠系,其中石炭系以灰岩、碎屑岩为主,而二叠系为一套浅海-滨海相-湖相沉积建造,岩石类型主要为粉砂质板岩、长石砂岩、粉砂岩等夹中基性、中酸性火山岩 (武广等,2023);中生界为一套中酸性火山-沉积盖层,岩石类型以火山碎屑岩、熔岩为主;新生界主要为第四系松散堆积物,成因类型以湖积、冲洪积、冲积、风积等为主。区内岩浆岩主要为燕山期侵入岩,岩石类型以花岗闪长岩、二长花岗岩、碱性花岗岩、花岗斑岩等为主,成岩时代为晚侏罗世—早白垩世,成因类型以 A 型、I型为主,εHft)多为正值(周振华等,2010刘新等,2017b姚磊等,2017武广等,2021尚永明等,2022)。区内构造以北东向为主,次为北西、东西及南北向,其中北东向深大断裂控制了本区中生代岩浆活动及多金属成矿作用(姚磊等,2017)。
1大兴安岭南段大地构造图(a)和区域地质简图(b,据Tang et al.,2016章培春等,2022修改)
1—第四系;2—中生代火山-沉积地层;3—上古生界;4—古元古界;5—晚侏罗世—早白垩世花岗岩;6—三叠纪侵入岩;7—二叠纪侵入岩;8— 石炭纪侵入岩;9—断层;10—矿床;F1—二连—贺根山—黑河断裂;F2—索伦—西拉沐伦断裂;F3—嫩江—白城断裂;MOS—蒙古—鄂霍茨克缝合带;PAS—古亚洲缝合带;PTS—古特提斯缝合带
2 矿床地质特征
布敦乌拉矿床位于锡林郭勒盟西乌珠穆沁旗巴拉嘎尔高勒镇西 90 km,南东距白音查干东山矿床约 4 km。矿区累计查明 Ag金属量 859.84 t,Ag平均品位164.11×10-6,规模达中型(王兵等,2020)。
矿区出露地层主要有中下二叠统大石寨组及第四系堆积物(图2)。其中中下二叠统大石寨组分布面积较大,整体呈北东向展布,倾向北西,倾角 40°~70°,岩石类型主要为流纹岩、流纹质凝灰岩及安山岩;第四系主要为冲洪积、坡积砂砾石,主要分布于沟谷洼地。
矿区内发育有一条断裂构造,为区内重要控矿构造。该断裂位于矿区西侧,控制长度约500 m,走向 50°~62°,平均 51°,倾向北西,倾角 41°~72°,平均 58°,呈舒缓波状,切割中下二叠统大石寨组流纹岩、安山岩及流纹质凝灰岩等。
矿床共圈定工业矿体48条,矿体主要呈脉状产出,受控于北东向断裂构造。矿床矿石类型主要有浸染状矿石、脉状-网脉状矿石,其中脉状-网脉状矿石中见有黄铁矿、暗色含银矿物,两者沿流纹质凝灰岩裂隙贯入;矿石结构主要有结晶结构、交代结构及碎裂结构;金属矿物主要有黄铁矿、辉银矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、辉锑银矿、银黝铜矿、深红银矿、黝锑银矿等(王兵等,2020);非金属矿物主要有石英、萤石、绢云母、方解石、绿泥石及高岭石等 (图3)。
矿床成矿阶段主要有石英-黄铁矿阶段(Ⅰ)、石英-银多金属硫化物阶段(Ⅱ)及石英-方解石阶段(Ⅲ)(王兵等,2020)。其中石英-黄铁矿阶段为成矿早阶段,石英呈乳白色,集合体状,黄铁矿(Py Ⅰ)呈浸染状,局部颗粒较大,形态规则,部分被晚阶段黄铁矿(PyⅡ)及含银矿物集合体包裹。石英-银多金属硫化物阶段为银主成矿阶段,石英,呈灰色、灰白色,多与绢云母相伴出现,金属矿物以辉银矿、辉锑银矿、银黝铜矿、方铅矿、闪锌矿、黄铁矿等金属硫化物为主(王兵等,2020),该阶段黄铁矿(Py Ⅱ)多与含银矿物相伴出现,多呈脉状沿围岩裂隙贯入,或穿切于早期形成的黄铁矿,或围绕早期形成的黄铁矿边部产出,形成环边结构(图3)。方解石-石英阶段主要出露方解石和石英,其次为绿泥石及少量细粒黄铁矿等(王兵等,2020)。
3 样品及分析方法
本研究选取布敦乌拉矿床南西段深300 m处灰白色脉状-网脉状银矿化流纹质凝灰岩样品,磨制光片、激光片,并开展镜下观测,开展石英-黄铁矿阶段 (Ⅰ)及石英-银多金属硫化物阶段(Ⅱ)不同世代黄铁矿 LA-(MC)-ICP-MS 微量原位微量元素及硫同位素分析,以期对布敦乌拉矿床成矿作用进行约束。
黄铁矿微区 LA-ICP-MS 微量元素测试分析在北京科荟测试技术有限公司完成,所用仪器为 AnalytikJena PQMS 型 ICP-MS 及与之配套的 RESOlution 193 nm准分子激光剥蚀系统。激光剥蚀所用斑束直径为38 μm,频率为8 Hz,能量密度约为3 J/cm2,以高纯度氦气为载气。测试前先用 NIST610 进行调试仪器,使之达到最优状态。LA-ICP-MS激光剥蚀采样采用单点剥蚀的方式,测试过程中首先遮挡激光束进行空白背景采集 20 s,然后进行样品连续剥蚀采集 45 s,停止剥蚀后继续吹扫 20 s 清洗进样系统,单点测试分析时间 85 s。每隔 10个剥蚀点插入一组 NIST610、NIST612、BHVO-2G、BCR-2G、 BIR-1G、MASS-1,以对元素含量进行定量计算。对分析数据的离线处理(包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量计算)采用软件 ICPMSData Cal 完成(Pearce et al.,1997Liu et al., 2008)。
2布敦乌拉矿区地质图(据王兵,2020修改)
1—第四系;2—大磨拐河组;3—白音高老组;4—玛尼图组;5—大石寨组;6—花岗斑岩;7—蚀变矿化碎裂岩;8—断层;9—勘探线位置;10—矿区范围
3布敦乌拉银矿床矿石标本及黄铁矿、辉银矿镜下照片
a—脉状-网脉状、浸染状矿石,银矿化呈细脉状穿切于流纹岩,黄铁矿呈浸染状分布于碳酸盐化流纹岩之中;b—脉状-网脉状矿石,方铅矿、闪锌矿、绿泥石呈团块状、脉状分布于流纹质角砾间;c—脉状-网脉状矿石,方铅矿化、闪锌矿化、银矿化、绿泥石化呈细脉状分布于流纹质角砾间;d—脉状矿石,方铅矿、闪锌矿、银矿化呈脉状穿切于流纹岩中;e—辉银矿与黄铁矿共生;f—晚阶段黄铁矿与辉银矿共生围绕早阶段黄铁矿分布;Gn—方铅矿;Sp—闪锌矿;Py—黄铁矿;Chl—绿泥石;Arn—辉银矿
黄铁矿原位微区硫化物硫同位素组成测试利用中国地质科学院矿产资源研究所的激光剥蚀多接收杯电感耦合等离子体质谱仪(LA-MC-ICP-MS)完成。激光剥蚀系统为 Resolution S155,MC-ICP-MS 为 Neptune Plus。激光剥蚀系统使用氦气作为载气。分析采用单点模式,选择采用大束斑 (40~50 μm)和低频率(4 Hz)的激光条件,确保在低频率条件下获得稳定的信号。激光能量密度固定 5.0 J/cm2。质谱仪Neptune Plus配备9个法拉第杯和 1011欧姆电阻放大器,采用中分辨模式(约7000)去除干扰峰的影响,利用 L3、C 和 H3 共 3 个法拉第杯同时静态接收32S、33S和34S信号,硫同位素质量分馏采用 SSB 方法校正,样品采用黄铁矿参考物质 Balmat(Crowe and Vaughan,1996)和 YP136(Li et al., 2019),δ34S分析精度在0.5‰以内。
4 分析结果
4.1 黄铁矿微量元素
通过 LA-(MC)-ICP-MS 分析(表1),矿床中早阶段黄铁矿(PyⅠ)平均含量 Fe46.27%、S 52.98%、 Co 4.15×10-6、Ni50.82×10-6、Se216.90×10-6、Sn 44.17×10-6、Ag47.86×10-6、Sb188.35×10-6、Pb91.87× 10-6、As 5008.70×10-6、Zn 2.90×10-6、Cu 12.75×10-6、 ∑REE 3.28×10-6,S/Fe=2.03;而主成矿阶段黄铁矿 (PyⅡ)平均含量Fe50.19%、S 49.72%、Sn 0.93×10-6、 Ag84.42×10-6、Sb46.52×10-6、Pb83.37×10-6、As 223.07×10-6、Zn 8.96×10-6、Cu 232.46×10-6、∑ REE 1.35×10-6,S/Fe=1.74,属硫亏损型,具有内生黄铁矿成因特点(徐国凤和邵洁涟,1980)。综上,主成矿阶段黄铁矿较早阶段黄铁矿相对富集Cu、Zn、Ag,而贫化Co、Ni、As、Sn、Sb等。
4.2 黄铁矿硫同位素
经原位 LA-MC-ICP-MS 分析(表2),矿床早阶段黄铁矿(Py Ⅰ)δ34S 为-6.15‰~-6.13‰,平均-6.14‰;主成矿阶段黄铁矿(PyⅡ)δ34S 为-3.39‰~-1.85‰,平均-2.64‰,由早到晚呈现出降低的趋势。
1布敦乌拉矿床不同类型黄铁矿LA-ICP-MS数据
注:①Fe、S单位为“%”,其他元素为10-6;②“b.d.l”指样品分析点数据低于该点的检测限。
2布敦乌拉矿床不同类型黄铁矿硫同位素数据
5 讨论
5.1 微量元素特征
研究表明,黄铁矿晶格中以固溶体或矿物微小包裹体的形式可容纳多种微量元素,包括 Co、Ni、 Cu、Au、Ag、Sb、As、Se、Te 等(Gregory et al.,20142015Keith et al.,2016)。通常来说,黄铁矿中 Fe与 Co、Ni 具有很好的相容性,尤其是在相对高温条件下(Grant et al.,2018),无需电荷调整即可直接替换,且 Co 比 Ni更易进入黄铁矿之中。因此,Co/Ni 值常用作矿床成因判断的标准(王若依等,2024)。当 Co/Ni<1时,黄铁矿具沉积成因;当 Co/Ni=1时,黄铁矿具变质热液成因;当 Co/Ni>1时,黄铁矿具岩浆及火山热液成因(Bralia et al.,1979Brill,1989赵晓燕等,2019杜泽忠等,2021)。布敦乌拉矿床中,无论是成矿早阶段黄铁矿(PyⅠ),还是银主成矿阶段黄铁矿(PyⅡ),Co、Ni 值均较低,多数低于检出限,仅 PyⅠ的 1 号点 Co 为 1.40×10-6、Ni 为 2.50×10-6,推测可能由于较低的温度致使 Co、Ni 无法与 Fe 发生类质同象替代。对于 Ag,PyⅠ的 LA-(MC)-ICP-MS 激光剥蚀曲线较为平坦,PyⅡ的LA-(MC)-ICP-MS 激光剥蚀曲线向上凸起(图4),指示PyⅠ中Ag含量相对均一,PyⅡ中Ag很可能存在微小包裹体。
4布敦乌拉矿床不同类型黄铁矿LA-ICP-MS剥蚀曲线
a—黄铁矿(PyⅠ)激光剥蚀曲线;b—黄铁矿(PyⅡ)激光剥蚀曲线
5.2 成矿物质来源
S 同位素是示踪成矿物质来源的有效手段(产思维等,2024)。自然界中,硫共有4种稳定同位素,包括32S、33S、34S 及36S,其相对丰度分别为 95.02%、 0.75%、4.21% 和 0.02%。硫同位素组成一般指丰度较大的34S/32S 比值,δ34S(‰)=[(34S/32S 样品-34S/32S 标准)/( 34S/32S 标准)]×1000。研究表明,硫有 3 种来源,包括地幔硫(δ34S≈0,变化范围为 0±3‰)、现代海水硫(δ34S≈+20‰)及还原(沉积)硫(δ34S为负值)(陕亮等,2009),不同来源的硫具有不同的δ34S特征。
一般来说,由于固-液相间的同位素分馏,热液成矿作用形成的δ34S为总硫同位素组成、fO2、pH、离子强度、温度的函数,即 δ34S=fδ34S∑S,fO2,pH,I,T)(梁婷等,2008),表明热液矿物中硫同位素的组成,不仅取决于硫源,也受控于热液运移、沉淀过程中物理化学条件的改变(Ohmoto,1972Hutchison et al.,2020Li et al.,2021)。一般来说,热液中总硫的同位素组成表示为:δ34SS=δ34SH2S×χH2S+δ34SHS-×χHS-+δ34SS2-×χS2-+δ34SSO42-×χSO42-+δ34SSO4-×χSO4-,其中 χ 为不同含硫成分相对于总硫的摩尔分数(梁婷等,2008)。研究表明,成矿流体的性质(如氧化还原状态、pH值、温度等)往往能够直接影响硫化物的沉淀和硫同位素的分异,但在弱还原环境中,硫主要是以 HS-及 S2- 的形式存在,这种状态下硫同位素的分异较小,黄铁矿等硫化物的硫同位素组成能够较好地反映成矿流体的总硫同位素特征(魏中林等,2015刘钊等,2023)。此外,黄铁矿往往具有较强的硫键,硫同位素(如34S)更倾向于富集在这些矿物中,并且黄铁矿常与其他硫化物(如黄铜矿、方铅矿等)共生,它们的硫同位素组成变化范围往往较小,这种一致性表明黄铁矿的硫同位素特征也能够代表整个成矿流体的硫同位素特征(魏中林等, 2015刘钊等,2023)。综上,布敦乌拉矿床黄铁矿的δ34S值能够代表成矿流体的总硫同位素。
布敦乌拉矿床早阶段黄铁矿 δ34S值为-6.15‰~-6.13‰,平均-6.14‰,银含量为 18.71×10-6~77.00× 10-6,平均 47.86×10-6;石英-银多金属硫化物成矿阶段黄铁矿 δ34S 值为-3.39‰~-1.85‰,平均-2.64‰,银含量为 6.30×10-6~226.30×10-6,平均 84.42×10-6。研究表明,中酸性侵入岩 δ34S 值变化较大,为-13.4‰~+26.7‰,与陨石硫差别明显(陕亮等, 2009)。布敦乌拉矿床成矿早阶段浸染状黄铁矿赋存于中下二叠统大石寨组流纹岩中,很可能由于去气、同位素交换等作用逸散34S,从而导致其间所形成的黄铁矿 δ34S 值偏低(Ohmoto,1972)。而对于该矿床主成矿阶段脉状黄铁矿,其 δ34S 值基本处于幔源岩浆 δ34S 值的范围(Chaussidon and Lorand, 1990),指示布敦乌拉矿床主成矿阶段还原硫可能来源于深源岩浆。此外,要梅娟等(2012)曾对大兴安岭南段拜仁达坝、道伦达坝、黄岗、白音诺尔、布敦花、大井等 11个矿区 204件样品的硫同位素进行了统计,所有硫化物δ34S值主要集中于-6‰~4‰,平均值为0‰,峰值为0‰~2‰,呈塔式效应,说明大兴安岭南段银多金属矿床硫源多数来源于深源岩浆。
5.3 成矿流体性质
研究表明,稀土元素地球化学行为对热液系统中的水-岩反应机理、金属矿床成因具有较好的指示作用(Schade et al.,1989Bau,1991Klinkhammer et al.,1994Zhao and Jiang,2007)。热液系统中配合物的种类制约着体系中REE的分异,其中富Cl流体易迁移 LREE,而富 F 流体除能够迁移 LREE 外,更易迁移HREE(毕献武等,2004)。然而,稀土元素具有亲石性(王玉往等,2004),硫化物中稀土的含量往往较低。布敦乌拉矿床中早阶段黄铁矿(La/Yb)N平均值为 0.13,表现为轻稀土亏损,重稀土相对富集; 而主成矿阶段黄铁矿(La/Yb)N平均值为4.33,表现为轻稀土相对富集,重稀土亏损。对于富 Cl 流体,不仅相对富集 LREE,而且 Hf/Sm、Nb/La、Th/La 值一般小于 1;而富 F 流体除富集轻、重稀土外,Hf/Sm、Nb/ La、Th/La 值一般大于 1(Oreskes and Einaudi,1990; 毕献武等,2004毛光周等,2006)。布敦乌拉矿床成矿早阶段黄铁矿 Hf/Sm、Nb/La、Th/La 分别为 1.83~47.14、30.32~70.19、6.78~171.70,全部大于1;而主成矿阶段黄铁矿 Hf/Sm、Nb/La、Th/La 分别为 0.67、 0.07~0.99、1.31~4.19,除Th/La值略大于1外,其余均小于 1,指示布敦乌拉矿床由早到晚成矿流体可能由富 F 转变为富 Cl。一般来说,水-岩反应、后期热液活动、成矿环境的变化等均能导致流体性质的变化(刘坤等,2014赵禹等,2014),如大气降水的加入很可能带来更多的Cl-,从而改变流体性质。
5.4 矿床成因及找矿方向
研究表明,晚侏罗世—早白垩世期间,大兴安岭南段处于伸展构造背景,深部软流圈沿构造薄弱部位不断上涌,促使岩石圈地幔、下地壳在高温、低压条件下发生部分熔融,并在地壳深部形成巨大岩浆房(潘小菲等,2009刘新等,2017b姚磊等, 2017车亚文,2021武广等,2021)。布敦乌拉矿床位于大兴安岭南段西坡,分布于白音查干东山矿床北西约4 km,其中白音查干东山矿床矿体主要分布于早白垩世石英斑岩(锆石 U-Pb 年龄 141.7~140.2 Ma,刘新等,2017b姚磊等,2017)与二叠系大石寨组流纹岩、流纹质凝灰岩内外接触带之中,成矿年龄为 137.1~135.1 Ma(磷钇矿 U-Pb 年龄为 137.1 Ma,锡石 U-Pb 年龄为 135.1 Ma;陈新凯,2024);布敦乌拉矿床矿体主要赋存于二叠系大石寨组流纹岩之中,相似的赋矿空间指示该矿床成矿时代可能与白音查干东山矿床相似,也为早白垩世。此外,布敦乌拉矿床和白音查干东山矿床具有相同的控矿因素和找矿标志,两者均受断裂构造控制,且矿化与硅化、绢云母化、绿泥石化、碳酸岩化碎裂岩有关。白音查干东山矿床由早到晚经历了岩浆自蚀变阶段(Ⅰ)、隐爆角砾岩阶段(Ⅱ)、锡石硫化物阶段(Ⅲ)及锑矿化阶段(Ⅳ)(刘新等,2017a),成矿元素围绕着早白垩世石英斑岩由 Sn-Zn 向 Ag、Sb、Pb 等演变;布敦乌拉矿床由早到晚经历了石英-黄铁矿阶段(Ⅰ)、石英-银多金属硫化物阶段(Ⅱ)和方解石-石英阶段(Ⅲ)(王兵等,2020),成矿元素以Ag 为主。两个矿床蚀变矿物组合显示,从白音查干东山矿床石英斑岩到布敦乌拉矿床,经历了从电气石±石英±萤石到较低温的含萤石±绢云母±绿泥石± 方解石±高岭石组合的变化(王兵等,2020)。因此,布敦乌拉矿床和白音查干东山矿床在成矿岩体、热液演化、控矿因素、找矿标志以及成矿时代等方面很可能具有一定相关性,两者属于同一成矿系统,而布敦乌拉矿床为该岩浆-热液成矿系统远端成矿作用的产物(图5)。
5白音查干东山—布敦乌拉地区成矿模式
大兴安岭南段发育有规模宏大的北东向构造-岩浆岩带(王建国等,2013薛晓刚等,2018蒋孝君等,2021)。一般来说,构造、岩浆长期活动的地段往往是地质事件的多发地区,且有利于成矿作用的进行(关键和孙炜,2003)。大兴安岭南段北大山、维拉斯托、五十家子、小乌兰沟、海流特、黄岗、白音查干东山等地相继发现有中生代中酸性侵入岩,成因类型多为高分异 I 型或 A 型。研究表明,高分异花岗岩高程度结晶分异能够有效地控制矿床 Li、 Rb、Nb、Ta 等稀有金属的富集,同时,其熔-流体相互作用也对 Sn、Zn、Cu、Pb、Ag的形成具有一定的制约(张天福等,2019)。白音查干东山—布敦乌拉锡、铅、锌、锑、银矿化区位于大兴安岭南段西坡,矿体受北东、北东东向断裂构造控制,矿化区内石英斑岩成岩时代为早白垩世,具A型花岗岩特征,且源区富含幔源新生地壳物质(姚磊等,2017)。因此,白音查干东山—布敦乌拉矿化区外围构造交汇部位及隐伏岩体或次火山侵入体分布区仍有找矿前景。此外,大兴安岭南段中生代成矿事件常表现为多金属共生,如白音查干东山矿床Sn-Cu-Zn-Ag组合,因此,白音查干东山—布敦乌拉矿化区外围类似元素组合异常区,尤其是二叠系火山-沉积岩系与中生代花岗岩交汇区是找矿有利区域。
6 结论
(1)布敦乌拉矿床主成矿阶段黄铁矿(PyⅡ) δ34S 值为-3.39‰~-1.85‰,Ag 含量为 6.3×10-6~226.3×10-6,平均 84.4×10-6,指示矿床成矿物质可能源于深部岩浆活动。
(2)布敦乌拉矿床成矿早阶段黄铁矿(PyⅠ)(La/Yb)N平均值为 0.13,Hf/Sm、Nb/La、Th/La 分别为 1.83~47.14、30.32~70.19、6.78~171.70,全部大于 1; 而主成矿阶段黄铁矿(PyⅡ)(La/Yb)N平均值为4.33, Hf/Sm、Nb/La、Th/La 分别为 0.67、0.07~0.99、1.31~4.19,除 Th/La 值略大于 1 外,其余均小于 1,指示布敦乌拉矿床由早到晚成矿流体可能由富F转变为富 Cl。
(3)布敦乌拉矿床可能为岩浆-热液成矿系统远端成矿作用的产物,与南东侧白音查干东山矿床成矿地质体具有一定联系。
致谢  感谢内蒙古自治区地质调查研究院、内蒙古矿业开发有限责任公司在野外考察和样品采集中的大力支持及审稿专家在成文过程中对本文提出的宝贵意见。
1大兴安岭南段大地构造图(a)和区域地质简图(b,据Tang et al.,2016章培春等,2022修改)
2布敦乌拉矿区地质图(据王兵,2020修改)
3布敦乌拉银矿床矿石标本及黄铁矿、辉银矿镜下照片
4布敦乌拉矿床不同类型黄铁矿LA-ICP-MS剥蚀曲线
5白音查干东山—布敦乌拉地区成矿模式
1布敦乌拉矿床不同类型黄铁矿LA-ICP-MS数据
2布敦乌拉矿床不同类型黄铁矿硫同位素数据
Arehart G B, Chryssoulis S L, Kesler S E. 1993. Gold and asenic in iron sulfides from sediment-hosted disseminated gold deposits: Implica-tions for depositional processes[J]. Economic Geology, 88(1): 171-185.
Bralia A, Sabatini G, Troja F. 1979. A revaluation of the Co/Ni ratio in pyrite as geochemical tool in ore genesis problems[J]. Mineralium Deposita, 14(3): 353-374.
Brill B A. 1989. Trace-element contents and partitioning of elements in ore minerals from the CSA Cu-Pb-Zn deposit, Australia, and impli-cations for ore genesis[J]. The Canadian Mineralogist, 27(2): 263-274.
Bau M. 1991. Rare-earth element mobility during hydrothermal and metamorphic fluid-rock interaction and the significance of the oxi-dation state of europium[J]. Chemical Geology, 93(3/4): 219-230.
Chaussidon M, Lorand J P. 1990. Sulphur isotope composition of oro-genic spinel lherzolite massifs from Ariege (North-Eastern Pyr-enees, France): An ion microprobe study[J]. Geochimica et Cosmo-chimica Acta, 54(10): 2835-2846.
Crowe D E, Vaughan R G. 1996. Characterization and use of isotopically homogeneous standards for in situ laser microprobe analysis of 34S/32S ratios[J]. Am Mineral, 81: 187-193.
Grant H L J, Hanmington M D, Petersen S, Frische M, Fuchs S H. 2018. Constraints on the behavior of trace elements in the actively-forming TAG deposit, Mid-Atlantic Ridge, based on LA-ICP-MS analyses of pyrite[J]. Chemical Geology, 498: 45-71.
Gregory D, Meffre S, Large R. 2014. Comparison of metal enrichment in pyrite framboids from a metal-enriched and metal-poor estuary[J]. Am Mineral, 99: 633-644.
Gregory D D, Large R R, Halpin J A, Baturina E L, Lyons T W, Wu S, Danyushevsky L, Sack P J, Chappaz A, Maslennikov V V, Bull S W. 2015. Trace element content of sedimentary pyrite in black shales[J]. Economic Geology, 110(6): 1389-1410.
Hutchison W, Finch A A, Boyce A J. 2020. The sulfur isotope evolution of magmatic-hydrothermal fluids: Insights into ore-forming pro-cesses[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 288: 176-198.
Klinkhammer G P, Elderfield H, Edmond J M, Mitra A. 1994. Geochemi-cal implications of rare earth element patterns in hydrothermal flu-ids from mid-ocean ridges[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 58(23): 5105-5113.
Keith M, Häckel F, Haase K M, Schwarz-Schampera U, Klemd R. 2016. Trace element systematics of pyrite from submarine hydrothermal vents[J]. Ore Geology Reviews, 72: 728-745.
Li R, Xia X P, Yang S H, Chen H Y, Yang Q. 2019. Off-mount calibra-tion and one new potential pyrrhotite reference material for sulfur isotope measurement by secondary ion mass spectrometry[J]. Geo-standards and Geoanalytical, 43: 177-187.
Li W, Cook N J, Xie G Q, Mao J W, Ciobanu C L, Fu B. 2021. Comple-mentary textural, trace element, and isotopic analyses of sulfides constrain ore-forming processes for the slate-hosted Yuhengtang Au deposit, South China[J]. Economic Geology, 116(8): 1825-1848.
Liu Y S, Hu Z C, Gao S, Günther D, Xu J, Gao C G, Chen H H. 2008. In-situ analysis of major and trace elements of anhydrous minerals by LA-ICP-MS without applying an internal standard[J]. Chemical Geology, 257(1/2): 34-43.
Ohmoto H. 1972. Systematic of sulfur and carbon isotopes in hydrother-mal ore deposits[J]. Economic Geology, 67: 551-578.
Oreskes N, Einaudi M T. 1990. Origin of rare earth element-enriched hematite breccias at the Olympic Dam Cu-U-Au-Ag deposit, Roxby Downs, South Australia[J]. Economic Geology, 85: 1-28.
Ouyang H G, Mao J W, Zhou Z H, Su H M. 2015. Late Mesozoic metal-logeny and intracontinental magmatism, southern Great Xing'an Range, northeastern China[J]. Gondwana Research, 27(3): 1153-1172.
Pearce N J G, Perkins W T, Westgate J A, Gorton M P, Jackson S E, Neal C R, Chenery S P. 1997. A compilation of new and published major and trace element data for NIST SRM 610 and NIST SRM 612 glass reference materials[J]. Geostandards Newsletter, 21(1): 115-144.
Schade J, Cornell D H, Theart H F J. 1989. Rare-earth element and iso-topic evidence for the genesis of the Prieska massive sulfide de-posit, South Africa[J]. Economic Geology, 84(1): 49-63.
Tang J, Xu W L, Wang F, Zhao S, Wang W. 2016. Early Mesozoic South-ward subduction history of the Mongol-Okhotsk Oceanic Plate: Evi-dence from geochronology and geochemistry of Early Mesozoic in-trusive rocks in the Erguna Massif, NE China[J]. Gondwana Re-search, 31: 218-240.
Wang J B, Wang Y W, Wang L J, Uemoto T. 2001. Tin-polymetallic mineralization in the Southern part of the Da Hinggan Mountains, China[J]. Resource Geology, 51(4): 283-291.
Zhao K D, Jiang S Y. 2007. Rare-earth element and yttrium analyses of sulfides from the Dachang Sn-polymetallic ore field, Guangxi Prov-ince, China: Implication for ore genesis[J]. Geochemical Journal, 41 (2): 121-134.
毕献武, 胡瑞忠, 彭建堂, 吴开兴. 2004. 黄铁矿微量元素地球化学特征及其对成矿流体性质的指示[J]. 矿物岩石地球化学通报, 23 (1): 1-4.
产思维, 张顺林, 汪青松. 2024. 淮北三铺地区矽卡岩型矿床地质特征与成矿物质来源[J]. 矿产勘查, 15(4): 567-577.
车亚文. 2021. 大兴安岭南段早白垩世岩浆活动及其构造背景[D]. 北京: 中国地质大学(北京).
陈静. 2022. 东昆仑那更银矿黄铁矿LA-ICP-MS原位微量元素及S-Pb同位素特征[J]. 矿物岩石, 42(1): 23-32.
陈新凯. 2024. 内蒙古白音查干锡多金属矿富F-B岩浆-热液演化与成矿机制研究[D]. 北京: 中国地质科学院.
杜泽忠, 于晓飞, 孙海瑞, 杜轶伦, 康凯. 2021. 甘肃花牛山铅锌银矿床成因: 来自原位S、Pb同位素及微量元素的约束[J]. 岩石学报, 37(6): 1813-1829.
葛梦春, 周文孝, 于洋, 孙俊俊, 鲍建泉, 王世海. 2011. 内蒙古锡林郭勒杂岩解体及表壳岩系年代确定[J]. 地学前缘, 18(5): 182-195.
关键, 孙炜. 2003. 吉林省东部贵金属、有色金属矿床的时空分布规律[J]. 吉林地质, (2): 27-33.
蒋孝君, 彭云彪, 董晓杰, 李华明, 涂颖. 2021. 蒙古—鄂霍次克洋的远程作用: 来自内蒙古东南部羊盘沟地区流纹斑岩成因的证据[J]. 地球科学, 46(9): 3057-3073.
李晶, 陈衍景, 李强之, 唐国军. 2004a. 东秦岭上宫金矿流体成矿作用: 矿物学研究[J]. 矿物岩石, 24(3): 28-35.
李晶, 陈衍景, 刘迎新. 2004b. 华北克拉通若干脉状金矿的黄铁矿标型特征与流体成矿过程[J]. 矿物岩石, 24(3): 93-102.
梁婷, 王登红, 蔡明海, 陈振宇, 郭春丽, 黄惠民. 2008. 广西大厂锡多金属矿床 S、Pb 同位素组成对成矿物质来源的示踪[J]. 地质学报, 82(7): 967-977.
刘建明, 张锐, 张庆洲. 2004. 大兴安岭地区的区域成矿特征[J]. 地学前缘, 11(1): 269-277.
刘坤, 刘家军, 吴杰, 杨尚松, 辛晓军, 李渊. 2014. 甘肃马坞金矿成矿流体特征及地质意义[J]. 中国地质, 41(5): 1594-1607.
刘新, 王京彬, 祝新友, 孙雅琳, 蒋昊原, 蒋斌斌, 王海, 程细音. 2017a. 内蒙古白音查干锡多金属矿床成矿作用研究Ⅰ: 金属矿物组合及其成因机制[J]. 矿产勘查, 8(6): 967-980.
刘新, 李学刚, 祝新友, 孙雅琳, 蒋昊原, 蒋斌斌, 王海, 程细音. 2017b. 内蒙古白音查干锡多金属矿床成矿作用研究Ⅱ: 成矿花岗斑岩年代学、地球化学特征及地质意义[J]. 矿产勘查, 8(6): 981-996.
刘钊, 杨林, 孙盼飞, 李华健, 董超一, 刘子葳. 2023. 小秦岭成矿省大湖、灵湖和金渠金(钼)矿床地质特征和硫同位素组成异同及其控制因素[J]. 岩石学报, 39(2): 484-498.
毛光周, 华仁民, 高剑峰, 赵葵东, 龙光明, 陆慧娟, 姚军明. 2006. 江西金山金矿床含金黄铁矿的稀土元素和微量元素特征[J]. 矿床地质, 25(4): 412-426.
毛景文, 周振华, 武广, 江思宏, 刘成林, 李厚民, 欧阳荷根, 刘军. 2013. 内蒙古及邻区矿床成矿规律与成矿系列[J]. 矿床地质, 32 (4): 716-730.
潘小菲, 郭利军, 王硕, 薛怀民, 侯增谦, 童英, 李志明. 2009. 内蒙古维拉斯托铜锌矿床的白云母 Ar/Ar 年龄探讨[J]. 岩石矿物学杂志, 28(5): 473-479.
陕亮, 郑有业, 许荣科, 曹亮, 张雨莲, 连永牢, 李闫华. 2009. 硫同位素示踪与热液成矿作用研究[J]. 地质与资源, 18(3): 197-203.
单强, 张兵, 罗勇, 周昌平, 于学元, 曾乔松, 杨武斌, 牛贺才. 2009. 新疆尼勒克县松湖铁矿床黄铁矿的特征和微量元素地球化学[J]. 岩石学报, 25(6): 1456-1464.
尚永明, 李小伟, 祝新友, 邹滔, 黄行凯, 程细音, 王力, 王树星. 2022. 内蒙古赤峰五十家子岩体成因及其对岩石圈伸展减薄的指示[J]. 中国地质, 49(4): 1323-1345.
王玉往, 王京彬, 王莉娟, 方同辉. 2004. 新疆哈密黄山地区铜镍硫化物矿床的稀土元素特征及意义[J]. 岩石学报, 20(4): 935-948.
王兵, 段壮, 姜福红. 2020. 内蒙古西乌珠穆沁旗布敦乌拉银多金属矿床地质特征、成因与成矿预测[J]. 世界地质, 39(4): 768-783, 825.
王建国, 和钟铧, 许文良. 2013. 大兴安岭南部钠闪石流纹岩的岩石成因: 年代学和地球化学证据[J]. 岩石学报, 29(3): 853-863.
王若依, 邵拥军, 刘清泉, 张毓策. 2024. 江东金矿床黄铁矿矿物学和微量元素特征对成矿过程的指示[J]. 矿产勘查, 15(5): 708-723.
魏中林, 李波, 罗开, 杨恩祈, 王连磊, 赵春生. 2015. 云南普洱萝卜山铅锌矿床成矿流体中硫的来源与形成机制[J]. 矿物学报, 35(4): 453-456.
武广, 刘瑞麟, 陈公正, 李铁刚, 李睿华, 李英雷, 杨飞, 张彤. 2021. 内蒙古维拉斯托稀有金属-锡多金属矿床的成矿作用: 来自花岗质岩浆结晶分异的启示[J]. 岩石学报, 37(3): 637-664.
武广, 杨飞, 李睿华, 陈公正, 张彤, 师江朋, 李士辉. 2023. 大兴安岭南段小孤山锡锌矿床锡石U-Pb年龄、流体包裹体和H-O-S-Pb同位素特征[J]. 岩石学报, 39(6): 1579-1599.
肖庆辉, 邓晋福, 邱瑞照, 刘勇, 冯艳芳. 2009. 花岗岩类与大陆地壳生长初探——以中国典型造山带花岗岩类岩石的形成为例[J]. 中国地质, 36(3): 594-622.
徐国凤, 邵洁涟. 1980. 黄铁矿的标型特征及其实际意义[J]. 地质论评, 26(6): 541-546.
薛晓刚, 周长红, 张学斌, 李彩虹. 2018. 内蒙古锡林郭勒盟东部梅勒图组火山岩锆石U-Pb年龄、地球化学特征及其地质意义[J]. 地质与勘探, 54(5): 957-967.
要梅娟, 刘家军, 翟德高, 王建平, 邢永亮. 2012. 大兴安岭南段多金属成矿带硫、铅同位素组成及其地质意义[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 42(2): 362-373.
姚磊, 吕志成, 叶天竺, 庞振山, 贾宏翔, 张志辉, 吴云峰, 李睿华. 2017. 大兴安岭南段内蒙古白音查干Sn多金属矿床石英斑岩的锆石 U-Pb 年龄、地球化学和 Nd-Hf同位素特征及地质意义[J]. 岩石学报, 33(10): 3183-3199.
曾庆栋, 刘建明, 禇少雄, 郭云鹏, 高帅, 郭理想, 翟媛媛. 2016. 大兴安岭南段多金属矿成矿作用和找矿潜力[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 46(4): 1100-1123.
张天福, 郭硕, 辛后田, 张云, 何鹏, 刘文刚, 张阔, 刘传宝, 王可祥, 张超. 2019. 大兴安岭南段维拉斯托高分异花岗岩体的成因与演化及其对Sn-(Li-Rb-Nb-Ta)多金属成矿作用的制约[J]. 地球科学, 44(1): 248-267.
张通. 2019. 内蒙古大兴安岭南段银矿床地球化学找矿模型[D]. 北京: 中国地质大学(北京).
章培春, 彭勃, 赵金忠, 张占飞, 赵静, 郭广飞, 左玉山, 贺吉, 王鑫. 2022. 大兴安岭南段海流特高分异花岗岩锆石U-Pb年代学、地球化学及成矿意义[J]. 岩石矿物学杂志, 41(6): 1029-1046.
赵禹, 赵玉岩, 郝立波, 陆继龙, 赵新运. 2014. 福建紫金山矿床初始成矿流体来源及性质——来自稀土和微量元素的证据[J]. 地质通报, 33(10): 1562-1570.
赵晓燕, 杨竹森, 张雄, 裴英茹. 2019. 邦布造山型金矿床黄铁矿原位微量元素特征及其成矿意义[J]. 地球科学, 44(6): 2052-2062.
周振华, 吕林素, 杨永军, 李涛. 2010. 内蒙古黄岗锡铁矿区早白垩世 A型花岗岩成因: 锆石 U-Pb年代学和岩石地球化学制约[J]. 岩石学报, 26(12): 3521-3537.
周振华, 毛景文. 2022. 大兴安岭南段锡多金属矿床成矿规律与矿床模型[J]. 地学前缘, 29(1): 176-199.