吉林大黑山超大型钼矿辉钼矿铼-锇同位素定年及其地质意义(王成

1、2009年6月June 2009岩 矿 测 试ROCK AND M I N ERA L ANALY SIS V o. l 28, N o . 3269273收稿日期:2009-02-10; 修订日期:2009-03-16基金项目:国土资源地质大调查项目资助(1212010633903; 中国成矿体系综合研究项目资助(1212010634002 作者简介:王成辉(1982, 男, 福建永安人, 博士研究生, 主要从事矿产普查与勘探研究工作。E -m ai:l wang chenghu i 131si na . co m 。文章编号:02545357(2009 03026905吉林大黑山超大型钼矿

2、辉钼矿铼-锇同位素定年及其地质意义王成辉1, 松权衡2, 王登红1, 李立兴1, 于 城2, 汪志刚2, 屈文俊3, 杜安道3, 应立娟1(1. 中国地质科学院矿产资源研究所, 北京 100037; 2. 吉林省地质调查院, 吉林长春 130061; 3. 国家地质实验测试中心, 北京 100037摘要:吉林大黑山钼矿位于吉黑成矿省, 是20世纪50年代发现的一超大型斑岩型钼矿床。文章首次对采自矿床不同类型矿石中的辉钼矿进行了铼-锇同位素定年, 获得等时线年龄为(168. 2? 3. 2 M a , 其加权平均方差(MSWD 为0. 56, 表明大黑山钼矿主要形成于燕山早期。结合该区域其他钼矿

3、的成矿年龄, 燕山早期可能为吉林中部钼矿的成矿集中期。根据辉钼矿中的铼含量及矿床硫同位素特征表明, 矿床的成矿物质来源为壳幔混源。矿床的形成可能与谷太平洋板块的俯冲有关, 构造作用与岩浆作用的耦合是成矿的关键因素。关键词:大黑山钼矿; 辉钼矿; 铼-锇同位素定年; 成矿过程中图分类号:P579. 3; P578. 291文献标识码:ARe -Os Is otopic Dati ng ofM olybdenite fro m t he Daheishan M olybdenu m De posit of Jili n Province and Its Geol ogical Significan

4、ceWANG Cheng-hui 1, SONG Quan-heng 2, WA NG D eng-hong 1, LI L i -x ing 1,YU Che ng 2, WANG Zhi -gang 2, QU W en -jun 3, DU An -dao 3, YI N G L i -juan1(1. I n stitut e ofM i n er al Resour ces , Chi n ese Acade m y ofGeol o gi c al Sc i e nces , Beiji n g 100037, Chi n a ; 2. Geol o gi c al Survey

5、of Jili n Pr ovince , Changchun 130061, Chi n a ; 3. Nati o nal Resear ch Cent e r for Geoanal y s i s , Beiji n g 100037, Chi n a Abst ract :The Daheishan mo l y bde num deposit is a lar ge -scale por phyry mo l y bde num deposit discovered in 1950s i n Jili n Prov i n ce . Th i s study prov i d es

6、 a hi g h -precisi o n Re -Os iso t o pic dati n g for ten m olybdenite separated fro m the differe nt ore t y pes w ith an isoc hron age of (168. 2? 3. 2 M a (MSWD=0. 56. The results ind icate t h at the deposit w as for m ed i n the earl y o f Yanshan i a n period . The content of ele m e nt Re fr

7、o m t h e mo l y bdenite and S iso t o pe co mposition fr o m the pyrites sho w that the ore -for m i n g m aterials m ay co m e fro m m i x ed cr ustal and m antl e sources . K ey w ords :t h e Daheishan m o l y bdenu m deposi; t m o lybden ite ; R e -O s isotopic da ti n g ; m eta llogenic process

8、 吉林大黑山钼矿位于吉黑成矿省, 是于20世纪50年代发现和勘探的大型钼矿之一。矿床属斑岩型钼矿, 规模较大, 储量达109万吨, 是我国的第二大钼矿床。迄今为止, 不同学者从不同方面对矿床进行了研究, 总体上矿床的研究程度较高; 但关于矿床年代学特别是精确测年的相关资料较少。本文对矿床不同类型的辉钼矿进行了Re -O s 同位素测年, 得到了精确的成矿年龄。根据年龄测定的结果, 对矿床的成矿物质来源和成矿动力学过程进行了初步的探讨。1 区域地质背景矿区位于吉中 延边成矿带, 大地构造位置处于吉林华力西褶皱带东南部(见图1 。图1 吉林大黑山钼矿矿区地质简图1F ig . 1 S i m pl

9、e g eo log ica lm ap of the D aheishan mo lybdenu m deposit in Jili n P rov i nce1 上三叠统南楼山组; 2 下古生界头道沟组砂板岩段;3 下古生界头道沟组变质中基性火山段; 4 晚侏罗世(第三侵入期 花岗斑岩; 5 中侏罗世(第二侵入期 霏细状花岗闪长斑岩; 6 早侏罗世(第一侵入期 花岗闪长斑岩; 7 晚三叠世(第三侵入期 第三次不等粒花岗闪长岩; 8 晚三叠世(第三侵入期 第二次花岗闪长岩; 9 晚三叠世(第三侵入期 第一次超基性岩; 10 花岗细晶岩; 11 花岗斑岩; 12 闪长岩; 13 似伟晶岩; 1

10、4 石英脉; 15 隐爆角砾岩; 16 张性断层; 17 压性断层; 18 不整合地质界线; 19 实测及推测地质界线。区内出露的地层主要有古生界头道沟组变质岩及中生界玉兴屯组火山岩。头道沟组(P 2t 为一套浅-中变质的斜长角闪岩、阳起石岩、黑云母硅质岩、透辉石角岩、黑色板岩及透镜状大理岩组成, 岩石受构造破坏强烈, 普遍具有蚀变现象。玉兴屯组(J 1y 由流纹质含砾晶屑岩屑凝灰岩、英安质晶屑凝灰岩夹薄层黑色凝灰质板岩组成。区内出露的岩浆岩主要为燕山期黑云母花岗岩与斜长花岗岩, 后者呈南北向分布出露面积约8km 2, 与钼矿成矿有关的花岗岩为大黑山黑云母花岗闪长斑岩。此外, 尚有少量超基性岩

11、及脉岩, 产状较陡, 分布较为广泛。区内构造可分为3组:第一组为东西向构造, 主要为压性断裂; 第二组构造表现为一个倒转向斜, 内部揉皱及顺层断裂发育; 第三组构造由北东向压性断裂和北西向扭性断裂组成, 含矿斑岩体则产于构造复合部位。2 矿床地质特征大黑山含钼花岗岩体是多次岩浆侵入形成的复式岩体, 岩体呈椭圆形北东东向展布, 长8km,宽4k m, 面积约32k m 2。按侵入先后顺序划分为长岗岭黑云母花岗闪长岩、前撮落不等粒黑云母花岗闪长岩、花岗闪长斑岩及霏细状花岗闪长斑岩体四期岩浆侵入活动1(见表1 。具有工业价值的矿体几乎全部分布于大黑山黑云母花岗闪长斑岩体内破碎带中, 斑岩体南北长30

12、00m, 东西宽1700m, 钼矿赋存于岩体中部, 矿体呈环状分布, 分布稳定。边缘多有分支, 矿体产状陡立, 向下收缩不明显, 长约1700m, 面积2. 3km 2, 厚度一般500m 左右2。估算钼矿储量约109万吨, 品位较贫且变化不大, 平均品位约为0. 066%, 最高可达1. 405%3, 钼矿品位由矿体中心向边缘降低, 并伴有铜、硫、镓、铼、金等有用元素。矿石中部呈细脉浸染状、网脉状构造, 边缘则为浸染状构造。主要矿石矿物为辉钼矿、黄铁矿, 此外还有黄铜矿及少量方铅矿、闪锌矿和磁铁矿等。脉石矿物主要有石英、绢云母、高岭土、斜长石、黑云母、钾长石及一些次生矿物。从表1大黑山含矿复

13、式岩体特征可以看出, 岩体随侵入先后S i O 2、K 2O 有逐步增高趋势, 而Ca O 则趋于减少, 中晚期两种斑岩K 2O 含量明显高于国内同类岩石, 表明随侵入活动时间推移、岩浆向酸碱方向演化。Fe O 含量则随侵入时间推移逐渐降低, 氧化系数(OX 值变化在0. 50. 6, 均高于黎彤(0. 43 和戴里(0. 40 值, 说明岩浆侵位较浅,是弱氧化环境中固结成岩1。岩体微量元素变化不大, 普遍富集钼、钨、银、锡、砷、铅等, 强烈富集钼、钨、碲3种元素, 四期侵入岩体从早到晚钼丰度递增。各期岩体稀土总量低于同类岩石(83. 51135. 42L g /g, 均值为112L g /g

14、 1, 相当于国内同类岩石的0. 45倍。稀土模式曲线平行, 按侵入岩体侵入时代推移其曲线依次下移, 均无铕异常, 明显向重稀土一侧倾斜, 属轻稀土富集型。第3期岩 矿 测 试 htt p :M www. ykcs . ac . cn2009年表1 大黑山含矿复式岩体特征1T able 1 Chacte ristics o f the D ahe i shan double -entry rock特征大黑山含钼花岗岩体长岗岭黑云母花岗闪长岩前撮落不等粒黑云母花岗闪长岩前撮落花岗闪长斑岩前撮落霏细状花岗闪长斑岩地表形态椭圆形椭圆形不规则状新月形规模长8k m 宽3. 5km 面积28km2长2.

15、 25k m 宽1. 65k m 面积3. 7k m2长0. 9k m 宽0. 35km 面积0. 46km 2长0. 275k m 宽0. 14km 面积0. 038k m 2产状长轴北东向南东侧伏倾斜方向:北西倾斜角80b 长轴方向:北东倾斜方向:南倾斜角70b 80b长轴方向:东西倾斜方向:南倾斜角70b 80b 长轴方向:东西岩石特征斜长石(55%70% 、石英(20%25% 、钾长石(10% 及少量黑云母。半自形粒状、似斑状、局部斑状结构、块状构造斜长石(40%60% 、石英(20%30% 、钾长石(5%20% 、黑云母(3% 。具半自形粒状、不等粒似斑状结构; 块状构造、局部碎裂角

16、砾状构造斑晶组成:斜长石(60%70% 、石英(20%25% 、钾长石(5%25% 、黑云母(5% 。斑状结构、碎斑结构, 基质半自形粒状显微他形粒状、霏细结构。块状角砾斑杂状构造斑晶组成:主要成分是斜长石(60%70% , 其次是石英(20%25% 、钾长石(5% 、黑云母(5% 。斑状结构; 局部碎斑结构; 基质霏细结构; 块状构造副矿物组合榍石-磷灰石-锆石-金红石-磁铁矿-黄铁矿磷灰石-锆石-金红石-磁铁矿-黄铁矿组合磷灰石-锆石-榍石-黄铁矿-金红石-磁铁矿磷灰石-锆石-金红石-黄铁矿大黑山钼矿床蚀变分带较为明显, 主要可以划分为以下5条蚀变带。(1 石英钾长石化带。由钾长石化、石英

17、钾长石化、黑云母石英钾长石化组成, 蚀变岩主要分布于花岗闪斑岩体及外接触带不等粒花岗闪长岩中, 在平面呈以花岗闪长斑岩为中心近圆形分布, 垂向上向花岗闪长斑岩中心的深部逐渐收缩。(2 石英核-石英网脉带。该带以密集石英网脉和规模较大的石英-似伟晶岩脉为特征, 带中数条长150300m 、宽2050m 的石英-似伟晶脉构成的近东西展布的石英核。(3 石英绢云母化带。该带围绕石英钾长石化带和石英核-石英网脉呈环状分布。(4 黄铁绢英岩化带。该带主要形成花岗斑岩体上部, 呈近东西向展布, 分布范围与富钼矿体出露范围相近。(5 青盘岩化带。该带为矿床外侧蚀变带, 环绕花岗闪长斑岩分布。3 样品采集和辉

18、钼矿铼-锇同位素测定在野外工作中作者发现, 矿区的辉钼矿产状类型多样, 但主要的产状为浸染状和细脉状两种。因此,本次工作采集了浸染状和细脉状两组共10件矿石样品。在室内, 将野外采集的矿石样品用专业的选样工具进行辉钼矿单矿物的挑选(样品D H S-1a 、D H S-1d 、D H S-1e 、DHS-1h 、DHS-1i 为浸染状; DHS-3a 、D H S-2c 、D H S-2e 、D H S-3c 、D H S-3d 为细脉状, 辉钼矿样品质纯、无氧化、无污染、纯度可达99%。样品Re-Os 同位素测试工作在国家地质实验测试中心Re-Os 同位素实验室进行, 样品的化学处理流程和质谱

19、测定技术详见文献4-6。4 结果与讨论4. 1 辉钼矿的成矿年龄表2和图2的Re-O s 同位素测定结果表明不同产状的辉钼矿Re-Os 年龄大致相同, 10件样品的模式年龄变化范围为(168. 1169. 1 M a , 10件样品拟合所得的Re-Os 等时线年龄为(168. 2? 3. 2 M a , 表明矿床的成矿时代为侏罗纪中期, 属燕山早期。4. 2 成矿时代与成矿集中期关于矿床的成矿时代, 前人对黑云母花岗岩中的黑云母进行了K -A r 同位素年龄测定, 结果为354M a 7。本次研究采用较为成熟的Re-Os 同位素测年技术, 对矿石中不同产状的辉钼矿进行年龄测定, 10件样品得到

20、的等时线年龄为(168. 2? 3. 2 M a , 其加权平均方差(MS WD 为0. 56, 表明矿床的成矿时代为燕山早期。葛文春等7对与成矿有关的花岗闪长斑岩S HRI M P 锆石U -Pb 年龄为(170?3 M a , 而与成矿无关的花岗闪长岩SHRI M P 锆石U -Pb 年龄为(178? 3 M a 。结合本研究的测定结果, 虽然存在一定的误差, 但可以大致推测大黑山钼矿大概晚于含矿花岗闪长斑岩约1. 8M a 形成, 其成第3期王成辉等:吉林大黑山超大型钼矿辉钼矿铼-锇同位素定年及其地质意义第28卷矿时限较短。这与国内一些典型的斑岩铜钼矿(玉龙、驱龙 的成矿时限具有相似之处

21、, 即斑岩系统的演化较为复杂, 岩浆活动所经历的时间较长, 但成矿作用可能是在一个较短的时间内快速完成的。表2 大黑山钼矿辉钼矿R e-O s 同位素测定T able 2 R e -O s i so topic data o fm o l ybdenite fro m t he D ahe is han m o l ybdenu m depo sit样品编号w B /(ng #g -1Re测定值不确定度普Os测定值不确定度187R e 测定值不确定度187O s 测定值不确定度模式年龄/M a测定值不确定度D H S-1a 241531790. 04640. 01191518011242. 5

22、740. 341168. 12. 3DH S-1d 278532600. 00640. 02171750616349. 5420. 393169. 62. 5D H S-1e 271523230. 00580. 01311706620348. 1250. 394169. 02. 8DH S-1h 395723623. 19220. 04252487222870. 0150. 652168. 72. 6DH S-1i 393613160. 00740. 02482473919968. 8850. 601166. 92. 4D H S-3a 435673250. 32730. 0221273832

23、0477. 0380. 627168. 62. 3D H S-2c 310322420. 00970. 06541950415254. 8420. 453168. 52. 4D H S-2e 428063750. 30050. 04172690523675. 9060. 670169. 12. 5D H S-3c 290222180. 00950. 03191824113751. 2740. 437168. 52. 3DH S-3d326832710. 00960. 03242054217057. 7520. 478168. 52. 4图2 大黑山钼矿辉钼矿R e-O s 等时线年龄F ig

24、. 2 R e -O s isochron age o fm o l ybden ite from the D aheishan mo lybdenu m deposit吉林省中部是钼矿较为集中的地区。近年来, 随着矿物勘探相关技术手段的进步, 在吉林中部地区相继发现了福安堡、季德屯、后倒木、一心屯和四方甸子等多个大、中、小型钼矿。李立兴等8对福安堡斑岩型钼矿进行了辉钼矿Re-Os 年龄测试, 得到的辉钼矿年龄为(166. 9? 6. 7 M a (MS WD =0. 60, 表明成矿时代同属燕山早期。大黑山、福安堡同处吉黑成矿省吉中 延边(活动陆缘M o-Au-A s-Cu-Zn-Fe-N

25、i-W 成矿带的吉中成矿亚带9, 二者在成矿背景、矿床地质特征方面具有很多相似之处, 在区域上具有一定的代表性。根据这两个超大型、大型钼矿的成矿时代, 可以推测燕山早期可能是吉中成矿亚带中钼矿的成矿集中期。因此, 在今后的勘查工作中, 应及时总结该类型钼矿的地质特征和找矿标志, 加强研究燕山早期岩浆作用, 并重视区域上一些矿点、矿化点的矿化信息, 以期在该成矿亚带中找到更多类似的斑岩型钼矿。4. 3 成矿物质的来源(1 Re 是一种中度不相容的亲铜、亲铁元素, 主要富集于地幔中, 且R e 的地球化学行为与M o 相似, 在辉钼矿中能达到最大的富集程度, 因此辉钼矿中Re 元素的含量可以在一定

26、程度上反映相关矿床的物质来源。国内孟祥金等10对全国斑岩型辉钼矿R e-Os 同位素测试数据进行了分析总结, 并将其归纳为:成矿物质来源是以地幔物质为主的钼矿, 其辉钼矿Re 含量基本为1001000L g /g; 成矿物质是具有壳幔混合源的钼矿, 其辉钼矿中R e 含量大多在十几微克至几十微克; 成矿物质完全来自壳源的矿床, 其辉钼矿Re 含量为1n L g /g或更低。从表2测年结果可以看出, 大黑山辉钼矿单矿物中Re 的含量为24. 15343. 567L g /g, 平均含量33. 720L g /g, 说明其成矿物质来源可能具有壳幔混合源的特点。(2 同位素方面, 张兆昆等11测得的

27、大黑山钼矿D 34S 为+1. 0j +2. 5j , 平均+1. 33j , 变化范围很窄, 与陨石硫接近, 说明在成岩过程没有引起硫同位素分馏, 仍保持高温均一化特征, 从而认为其硫源为深部的岩浆分离体。大黑山钼矿位于我国东部太平洋成矿带, 矿床的形成很可能与中生代太平洋板块的俯冲作用有关12, 板块俯冲不仅改造了本区的构造格局, 形成第3期岩 矿 测 试 htt p :M www. ykcs . ac . cn2009年了一系列北东向的断裂, 同时可能引发深部岩浆的上涌。矿床的Re 含量及S 同位素特征表明, 成矿物质可能主要来源于幔源或下地壳, 同时在深部岩浆的上侵可能造成了老基底重融

28、, 从而导致部分地壳物质的加入。4. 4 成矿背景及动力学过程大黑山钼矿位处我国东部环太平洋钼成矿带的北部, 该成矿带的成矿演化过程大致可以概括为:在中生代中后期受太平洋构造运动的影响, 形成一系列北东或北东东向中生代深断裂带, 以及中酸性岩浆的侵位和喷发。同时, 这些深断裂带与燕山期以前古老的近东向构造的交错部位, 往往控制着中酸性花岗岩类侵位的场所, 形成了中生代构造-岩浆岩带和与之有关的钼成矿带13。在吉黑褶皱带, 晚三叠世本区受滨太平洋构造活动带影响, 形成北东向敦化 密山超岩石圈断裂和伊通 舒兰深断裂, 并控制区域火山-岩浆构造带展布, 吉林 柳河断裂带呈北东向贯穿矿区, 控制吉林中

29、部火山断陷盆地形成。进入中生代以来, 对基底断裂也产生影响和改造, 如双河镇 前撮落(大黑山 大顶山断裂带, 此时已显张性特征, 并构成南北宽17km 、东西长近40km 隆断带, 对钼矿田形成起到明显控制作用14-16。晚三叠世后,随着断裂活动不断加强, 在几组断裂控制断块两侧, 引起深部岩浆上涌。在隆与断衔接部位, 先是中酸性岩浆喷发, 继而是基性岩浆-超基性-中性-酸性岩岩浆侵入。多次岩浆侵入形成大黑山复式岩体, 按侵入先后顺序划分为长岗岭黑云母花岗闪长岩(1783M a 左右 、前撮落不等粒黑云母花岗闪长岩、花岗闪长斑岩(170M a 左右 及霏细状花岗闪长斑岩体四期岩浆侵入活动。矿体

30、主要赋存在花岗闪长斑岩体及其周围的不等粒花岗闪长岩体中, 成矿作用主要发生在岩浆期后。5 结语(1 吉林大黑山超大型钼矿的Re-O s 同位素测年表明, 矿床的精确成矿年龄为(168. 2? 3. 2 M a , 为燕山早期。(2 Re 含量及S 同位素的资料表明, 大黑山钼矿的成矿物质来源可能为壳幔混合来源。(3 大黑山钼矿的形成可能与太平洋板块俯冲作用有关, 构造作用与岩浆作用的耦合是形成矿床的关键因素。6 参考文献1 吉林省地质矿产局. 中国主要成矿区(带 研究(吉林省部分 Z .2001:27-40.2 罗铭玖, 张辅民, 董群英. 中国钼矿床M.郑州:河南科学技术出版社, 1991:536-538.3 中国钼矿EB /OL.(2005-06-06 2009-02-01h ttp :M www. ch i na m i n i ng . co m. cn .4 D u A, W u S , Sun D, W ang S , Q u W, M arkey R,Stai n H, M o rgan J , M a li novskiy D. P repara ti on and certifi cation of R e -O s dati ng re ferenc