关键词：岩浆岩地球化学;;矿床地球化学;;成岩作用;;成矿作用;;斑岩型钼矿床;;沙坪沟钼矿床;;东秦岭-大别钼成矿带
摘 要：安徽省金寨县沙坪沟斑岩钼矿床是近年来在中国秦岭-大别地区新发现的一个超大型钼矿床,钼金属量245万吨,位列亚洲第一。前人对于沙坪沟矿床已经开展了一定的研究工作,并已取得了若干重要成果。但是,对于矿区侵入岩的岩浆起源和演化及其对成矿的贡献、流体交代作用与矿床形成机制以及区域成矿规律等,目前尚缺乏系统和深入的研究以及较为全面的认识。基于此,作者在沙坪沟矿区开展了详细的野外地质调查和钻孔岩芯观察及采样,并在岩相学和矿相学研究的基础上,对矿区相关侵入岩进行了岩石化学、微量元素和稀土元素分析及Sr-Nd-Pb-Hf同位素测试和锆石U-Pb定年,对矿床进行了流体包裹体岩相学显微观察、显微温度测定、气液相成分和H-O同位素分析,以及矿石矿物和石膏S-Pb同位素分析等,并进行了深入的研究和探讨,进一步明确了沙坪沟矿床的区域地质特征及成矿地质背景,基本查明了矿区侵入岩的时空分布和地球化学特征以及矿床地质和地球化学特征,初步确定了矿区侵入岩的岩浆起源和演化、成岩大地构造背景及成矿物质来源和成矿物理化学条件,建立了成岩成矿模式。并以此为基础,初步探讨了东秦岭-大别钼成矿带的成矿规律和不同金属元素(组合)斑岩型矿床成矿特征。详细的野外地质调查和室内岩相学观察研究表明,沙坪沟矿区发育的岩浆岩均为侵入岩,构成商城复式岩体的东南部分。岩性包括超基性-基性岩、中性岩和酸性岩,可区分为橄榄辉石岩、含斜长石辉石岩、闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩、花岗岩、石英正长岩、花岗斑岩、隐爆角砾岩等类型。岩石分布和产状略有不同,橄榄辉石岩和含斜长石辉石岩主要呈岩墙和岩瘤状、闪长岩呈岩脉状零星分布于矿区北部,石英正长岩和花岗斑岩呈岩枝和小岩株状、隐爆角砾岩呈岩筒状分布于矿区中心位置,花岗岩、花岗闪长岩和二长花岗岩呈岩株和岩基状分布于矿区外围。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年表明,矿区侵入岩除橄榄辉石岩为155.7 ± 2.7Ma,形成于晚侏罗世外,其余侵入岩均形成于早白垩世,且主要集中于两个年龄段,分别为138.0～127.4 Ma和116.3～110.0 Ma。结合岩石化学和地球化学特征可以将矿区侵入岩分为两类,第一类侵入岩包括橄榄辉石岩、含斜长石辉石岩、闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩、花岗岩及地表无矿脉状花岗斑岩,同位素地质年龄均大于120 Ma,岩石具有较低的演化程度,明显亏损高场强元素Nb和Ta,弱亏损U、Th和Ti,平坦的稀土元素配分模式,较低的Nd、Hf同位素组成,较大的两阶段Nd、Hf模式年龄;第二类侵入岩包括石英正长岩和隐伏的赋矿花岗斑岩,伴随有同期的隐爆角砾岩,具有较高的演化程度,富碱,明显富集Zr、Hf,弱富集Nb、Ta和U、Th,明显亏损Ti,陡峭右倾的稀土元素配分模式及亏损中稀土元素,较高的Nd、Hf同位素组成,较小的两阶段Nd、Hf模式年龄。结合Pb同位素特征表明,第一类侵入岩的成岩物质来源为加厚北大别下地壳的部分熔融,而之后北大别加厚下地壳开始减薄,导致地幔物质上涌并诱发下地壳小比例熔融,熔融岩浆中混入有限的地幔物质,形成了第二类侵入岩。详细的岩石薄片显微观察研究发现,石英正长岩中只产出它形的α相石英,而与之属于同期同源岩浆形成的赋矿花岗斑岩中则发育自形六方双锥的假β相石英斑晶。结合锆石Ti温度计、石英p-t相图和中酸性侵入岩Q-Ab-Or-H20相图可以得出,石英正长岩和花岗斑岩均具有较大的岩浆起源深度和相近的岩浆起源温度,而石英正长岩中的α相石英反映其侵位结晶压力大于0.7 Gpa,花岗斑岩中的原始β相石英反映其结晶压力约为0.4～0.7 Gpa,花岗斑岩中的基质则反映其冷凝结晶时的压力小于0.05Gpa。因此,花岗斑岩的形成至少经历了(大于0.7Gpa→0.4～0.7 Gpa →小于0.05 Gpa)两次快速减压作用,而这种减压作用对于岩浆后期热液流体出溶、不混溶及矿质卸载和沉淀意义重大。矿床野外地质调查、钻孔岩芯观察及岩矿石光薄片显微观察研究表明,沙坪沟钼矿区蚀变范围广大、蚀变作用强烈、蚀变类型多样。根据蚀变矿物、矿物组合及其与矿石矿物间的相互关系、蚀变空间分布和穿切叠加关系,可将热液蚀变作用分为成矿早期(团块状硅化)、成矿中期(早阶段为钾长石化、黑云母化和黄铁绢(云)英岩化;晚阶段为黄铁矿化-硅化)和成矿晚期(绿泥石化和萤石化),其中成矿中期早阶段对应钼矿化的各类脉体(辉钼矿脉、辉钼矿-石英脉,黄铁矿-辉钼矿-石英脉、黄铁矿-辉钼矿-绢(白)云母-石英脉),成矿中期晚阶段对应铅锌矿化的各种脉体(方铅矿-闪锌矿-黄铁矿-石英脉、黄铁矿-石英脉、黄铁矿脉)。矿床流体包裹体显微岩相学观察和研究表明,蚀变-矿化脉体中主要发育气液两相包裹体、富CO2三相包裹体和含子晶多相包裹体等三类。流体包裹体显微温度测试结果显示,早期成矿热液流体为中高温、中等盐度、含CO2流体,中期早阶段流体为中高温、中低盐度、富C02流体和中高温、高盐度、贫C02流体不混溶,中期晚阶段的成矿流体为中温、低盐度、弱(不)含CO2流体,晚期成矿流体为低温、低盐度、不含C02流体。流体包裹体成分分析表明,矿床各阶段成矿热液流体中的气相成分均以H20和C02为主,含少量的N2和微量的H2、CO和CH4 等;液相成分主要为 Na+、K+、Mg2+、Ca2+、F-、Cl-、SO42-、NO3-等。从早期到晚期,成矿热液流体成分中的CO2和N2逐渐减少,H2O增多,Na+、K+、Cl-含量明显降低,F-含量略微升高。流体包裹体H-O同位素组成特征表明,早期成矿流体来源为岩浆热液来源、中期逐渐有大气降水混入、晚期以大气降水为主。根据矿石矿物的S、Pb、C等稳定同位素特征判断,成矿金属元素及化合元素均主要来源于岩浆,Mo主要来源于第二类侵入岩的岩浆-热液作用,铅锌可能由两类侵入岩的岩浆-热液作用共同提供。结合成岩过程中的减压作用背景以及成矿演化过程中C02的变化,可以推测,在成矿中期早阶段由于减压作用导致了流体中溶解的C02逃逸,进而诱发流体相分离为中高温、中低盐度、富CO2流体和中高温、高盐度、贫C02流体的不混溶以及流体系统酸碱度(pH值)等发生一系列变化,最终致使原本稳定溶解在流体中的含Mo络合物失稳、沉淀、成矿。深入研究沙坪沟矿床中与成矿关系最为密切的热液蚀变特征表明,赋矿花岗斑岩受到了强烈的钾质交代作用,表现为原生钾长石边部次生加大、钾长石交代原生斜长石等,并伴有细粒钠长石和蠕虫状石英的析出。对矿区不同部位的蚀变岩石的系统观察和取样研究发现,不同蚀变强度的花岗斑岩具有基本一致的Sm-Nd同位素组成,但Rb/Sr比值较高且变化范围较大,Sr同位素组成差别也较大,甚至出现异常低的锶同位素初始值。这表明钾质热液蚀变作用强烈改造了Rb-Sr同位素体系,而Sm-Nd体系基本保持稳定。因此,一般地,在矿区开展赋矿岩浆岩的成因研究中应特别注意热液蚀变对Rb-Sr同位素体系的改造和破坏对于示踪成岩物质来源的影响。而且,沙坪沟矿床流体作用过程的中期早阶段中由碱性的钾长石化过渡为酸性的黄铁云(绢)英岩化正是最主要的钼成矿期,表明在此期间成矿热液流体系统pH值的降低是导致Mo元素从成矿热液流体中析出沉淀成矿的重要因素。结合前人对东秦岭-大别钼矿带内其余典型斑岩钼矿床研究成果,显示该成矿带内与钼矿化关系密切的斑岩体具有相似的地质特征和蚀变特征、地球化学特征、岩浆-热液起源、演化和成因特征和成岩机制、流体演化模式。对比我国斑岩铜矿床、铜-钼矿床和钼矿床的蚀变作用特征及其热液成矿过程中元素和同位素的变化可以发现,这三类不同金属元素(组合)矿床均发育碱质交代作用,但蚀变强度、热液流体的Rb-Sr分异程度及其对赋矿侵入岩的改造程度存在较大差异,暗示这三类矿床各自具有特定的成岩-成矿物质和流体的来源及相应的成岩-成矿大地构造背景。
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