大兴安岭地区岩浆成矿作用

大兴安岭地区岩浆成矿作用

大兴安岭是古代亚洲海和西部泰平海构造区的重叠地带。古生代钙碱性花岗岩类和火山岩发育;中生代岩浆活动强烈,早期以钙碱性花岗岩类侵入活动为主,中晚期以弱碱性火山岩喷发为主。大兴安岭成岩作用和成矿作用受到滨西太平洋构造活动的控制,其成矿作用集中于中生代中晚期,并与成岩作用(岩浆活动)关系极为密切。大兴安岭矿产资源丰富,目前已发现近30处大、中型热液金属矿床。该地区有望成为我国矿产资源的战略接替基地(图1)。大兴安岭地区由于中生代岩浆活动主要集中于晚侏罗世—早白垩世,加之以前火山岩和多金属矿床方面的同位素年代学资料比较有限,故前人普遍强调侏罗世—早白垩世岩浆活动在多金属矿床的成矿作用中的重要性,认为大兴安岭中生代成矿作用是晚侏罗世—早白垩世时期,显然忽略了早侏罗世晚期—中侏罗世时期岩浆活动及其成矿作用。笔者通过精确测年方法所获得的孟恩陶勒盖银铅锌矿的热液蚀变阶段的白云母Ar-Ar坪年龄为(179.0±1.5)Ma,Ar-Ar等时线年龄为(182.3±3.8)Ma(MSWD=1.4312、39Ar/36Ar的初始值为262±28),这组年龄为大兴安岭中南段有色、贵金属矿床最老的年龄数据,它比该地区中生代火山岩最老年龄还要早16Ma,显然在传统上所谓的大兴安岭成岩成矿作用(晚侏罗世—早白垩世)之前,于早侏罗世晚期—中侏罗世还存在着另一期成岩成矿作用。因此,笔者认为大兴安岭中生代应存在两期成岩成矿作用。本文以矿床学和成矿主岩岩石学研究为基础,对大兴安岭早、中侏罗世和晚侏罗世-早白垩世两期成矿作用的划分、意义和成因等问题进行了探讨。1热液金属矿床的围岩时代近10年来,广大学者对大兴安岭地区热液金属矿床进行了比较深入的研究,在成矿时代方面,获得了大量新资料(表1)。从表1可见,大兴安岭地区热液金属矿床形成于中生代中晚期,即早侏罗世晚期—早白垩世(183.3～120Ma),明显地可划分为两个成矿作用时期,即早侏罗世晚期—中侏罗世(183.3～161.75Ma)和晚侏罗世—早白垩世(149～120Ma)。普遍认为,矿化同期或略晚于引起矿化的花岗质小岩体形成,因此,表1中年龄值近似于矿化年龄。实际上早、晚两期热液金属矿床的围岩时代也具有明显的差别。早期热液金属矿床的围岩多为前晚侏罗世地层或花岗岩,如扁扁山斑岩铜矿、大井银铅锌铜矿、白音诺铅锌矿等矿床的围岩为二叠纪地层,孟恩陶勒盖银铅锌矿的围岩为海西期花岗岩、乌奴格吐山铜钼矿的围岩为印支期花岗岩。而晚期热液金属矿床的围岩多为晚侏罗世—早白垩世火山岩。早期成矿以Cu为主,Ag、Pb、Zn次之;典型矿床有乌奴格吐山铜钼矿床、台布呆铜矿、大井银铅锌铜矿、布敦化铜矿、闹牛山铜矿、莲花山铜矿。晚期成矿以Sn为主,还有W、Fe、Nb、Y、Ta、Be、Ag、Pb、Zn、Au等;典型矿床有毛登锡铜矿、敖脑达巴银锡铜矿、黄岗锡铁矿床。Cu一般来源较深,属于幔源系列,而Sn来源较浅,属于壳源系列。可见早期和晚期成矿系列比较大的差别。在Sr87/Sr86-t图解(其中Sr87/Sr86为初始值,分析样品为矿床的含矿岩,如额仁陶勒盖银矿、巴尔哲稀土矿、浩布高铅锌矿、敖脑达巴银锡铜矿、莲花山铜矿、闹牛山铜矿、布敦化铜矿、大井银铅锌铜矿、白音诺尔铅锌矿、孟恩陶勒盖银铅锌矿、乌奴格吐山铜钼矿的含矿岩分别为流纹斑岩、碱性花岗岩、正长花岗岩、花岗斑岩、斜长花岗斑岩、闪长玢岩、花岗斑岩、英安斑岩、花岗闪长斑岩、黑云母花岗岩、花岗闪长斑岩)(图2)中,早期热液金属矿床的投点位于幔源区与壳幔混合区的过渡部位,而晚期虽落入壳幔混合区,但更接近于壳源区。大兴安岭地区热液金属矿床从同位素年龄、成矿系列和成矿物质来源等方面可划分为两期:早期成矿作用发生于早侏罗世晚期-中侏罗世,以成Cu为主要特征,矿质来源较深;晚期成矿作用发生于晚侏罗世—早白垩世,以成Sn为主要特征,矿质来源较浅。2成矿主岩特征大兴安岭热液矿床早期成矿主岩(引起矿化的岩石)以钙碱系列(表2、图3)中酸性浅成侵入岩为主,主要包括花岗闪长斑岩、花岗斑岩、二次花岗斑岩和闪长玢岩等。而晚期以钙碱系列酸性浅成侵入岩为主,主要包括流纹斑岩、花岗斑岩、石英二长斑岩、正长花岗岩和碱性花岗岩等。早期成矿主岩以富Na2O,晚期以富K2O为特征(表2)。早期成矿主岩中普遍含有角闪石,黑云母较富镁而贫铁,斜长石牌号较高(An=18～33);晚期成矿主岩一般不含角闪石,黑云母贫镁和钛而富铁,斜长石牌号较低(An=2.9～11.2)。在ACF图上(图4),早期矿床成矿主岩的投点多位于Pl-Bi线之下,而晚期矿床成矿主岩则全部位于Pl-Bi线之上。这表明早期矿床的成矿主岩以I型花岗岩类为主,而晚期矿床的成矿主岩为S型花岗岩类。3成矿主岩的形成环境两期矿床成矿主岩的投点在R1-R2图解(图5)中也位于两个明显不同的区域。早期主要位于板块碰撞前至同碰撞环境,而晚期主要位于造山晚期至非造山环境。大兴安岭及邻区在三叠纪形成了与造山作用有关的花岗岩类;中侏罗世辽西的土城子组、大兴安岭南段的新民组、中段的付家洼子组和北段的南平组等磨拉石建造为该阶段造山环境的典型产物。在SiO2-lg[Ca/(K2O+Na2O)]图解中,早期成矿主岩投影在挤压型范围(图6),这与三叠纪形成于造山环境的花岗岩和中侏罗世磨拉石建造所表明的该时期为造山环境是一致的。而晚期成矿主岩则形成于伸展构造环境。在早白垩世梅勒图(北部为伊列克得)期,中基性岩脉非常发育,可能暗示这一构造环境达到了顶峰。由于造山作用使得该地区地壳增厚,并在造山作用中晚期(早侏罗世末期—中侏罗世)在增厚的地壳下部,即壳幔结合部位,岩石(原岩为岩浆岩)发生了部分熔融,导致早期成岩成矿作用的发生。由于该阶段地壳较厚,并总体处于挤压环境,故岩浆活动以侵入作用为主。由于花岗质岩浆的分离,残留的榴辉岩等岩石比重较大,导致岩石圈拆离。岩石圈拆离以后,由于来自深部的玄武质岩浆的底侵致使拆离面附近的岩石(可能以形成于古亚洲洋构造环境的沉积岩为主)重熔,导致晚期成岩成矿作用的发生。综上可见,大兴安岭地区存在两期成岩成矿作用:早期形成于(185～160)Ma,晚期形成于(150～120)Ma。早期成矿物质来源较深,成矿主岩以I型花岗岩类为主,形成于挤压造山环境;晚期成矿物质来源较浅,成矿主岩则以S型花岗岩类为主,形成于伸展环境。大兴安岭地区中生代两期热液金属矿床成矿物质的来源深度、成矿系列与成矿主岩类型及源区特征具有较强的对应关系。值得注意的是大兴安岭地区缺失早侏罗世地层,中侏罗世仅见一些火山岩碎屑岩,大兴安岭火山岩形成于晚侏罗世—早白垩世,而大兴安岭两期成矿的间隔期(160～150)Ma恰跨越中侏罗世与晚侏罗世的界限,而大兴安岭及其毗邻地区中