Re-Os isotopic dating of molybdenites from the Bilugangan porphyry Mo deposit in Abag Banner, Inner Mongolia, and its geological significa
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摘要:
采用辉钼矿Re-Os同位素定年, 获得的内蒙古阿巴嘎旗比鲁甘干钼矿的辉钼矿Re-Os同位素模式年龄变化范围为236.9± 3.7~238.7± 2.4Ma, 年龄加权平均值为237.9± 1.7Ma, 表明该矿床形成时代应为印支期。辉钼矿的Re含量平均值为74.065× 10-6, 表明其主要为幔壳混合来源特征。该矿床位于贺根山断裂带以南的兴蒙造山系索伦山-霍林郭勒弧盆系内, 为斑岩型钼矿床。钼矿体主要赋存在黑云母花岗斑岩和角岩内, 受内外接触带控制。接触带控矿容矿断裂主要有北西向、北东向及近东西向, 其内多充填有石英脉。细脉状、网脉状石英脉越发育, 钼矿化越强。区域研究表明, 印支期是兴蒙造山带及其邻区钼(钨)成矿的重要成矿期之一, 但在本区尚属首次发现, 为开展索伦山-霍林郭勒成矿带区域成矿规律研究提供了重要参考。
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关键词:
- 辉钼矿 /
- Re-Os同位素年龄 /
- 比鲁甘干钼矿
Abstract:In this paper, the authors conducted for the first time Re-Os isotope analysis of molybdenite from the Bilugangan porphy-ry Mo deposit in Abag Banner, Inner Mongolia and obtained the molybdenite Re-Os isotope modal ages between 236.9± 3.7Ma and 238.7± 2.4Ma and weighted average value of 237.9± 1.7Ma, which indicate that the mineralization of Bilugangan Mo deposit oc-curred in Indosinian period. The average rhenium content of molybdenite is 74.065× 10-6, suggesting the source of rhenium was char-acterized by mantle-crust mixing. Belonging to a porphyry Mo deposit, the deposit is located within the Slonker-Huolinguole arcbasin system of Da Hinggan Mountains-Inner Mongolia orogenic belt south of Hegenshan fault belt. Controlled by internal or exter-nal contact zones, the Mo orebodies are mainly situated inside the biotite granite porphyry and hornstone. The controlling or hosting faults in the contact zones are principally in NW, NE and approximately EW directions, and are filled with quartz veins. The stronger the development of stringer and stockwork quartz veins, the stronger the molybdenum mineralization. Regional researches reveal that Indosinian is one of the most important Mo(W) mineralization stages in Da Hinggan Mountains-Inner Mongolia orogenic belt and the adjacent areas in spite of the fact that this kind of deposit was discovered for the first time in this region. The results obtained by the authors provide important references for the further study of ore-forming regularity in the Slonker-Huolinguole metallogenic belt.
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Keywords:
- molybdenite /
- Re-Os isotope age /
- Bilugangan Mo deposit
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比鲁甘干钼矿床位于内蒙古阿巴嘎旗境内，大地构造位置为贺根山断裂带以南的兴蒙造山系索伦山-霍林郭勒弧盆系内[1-2]，属大兴安岭成矿省白乃庙-锡林郭勒铁-铜-钼-铅-锌-锰-铬-金-锗-煤-天然碱-芒硝成矿带温都尔庙-红格尔庙铁-金-钼成矿亚带[3-4]。矿区内大面积出露黑云母二长花岗岩，花岗岩为成矿母岩，侵入上二叠统林西组（图 1）。林西组（原报告称包尔敖包组）岩性主要为砂质板岩、砂砾岩，受花岗岩侵入影响，形成各类角岩。钼矿体主要赋存在花岗岩和角岩内，受内外接触带控制。接触带控矿容矿断裂主要有北西向、北东向及近东西向3组，其内多充填有石英脉，细脉状、网脉状石英脉越发育，辉钼矿化越强。比鲁甘干钼矿床是近年由社会出资新评价出的大型斑岩型钼矿床①，矿床的发现对该区矿产勘查评价工作具有重要的指导意义。前人在该矿区积累了一定的矿产勘查和科研资料①②，但缺乏精确的成矿年龄。为此，本文采用Re-Os同位素法对主要矿石矿物辉钼矿进行了定年，以精确厘定其成矿年龄。
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图 1 比鲁甘干钼矿床地质简图1—黑云母二长花岗岩；2—玄武岩；3—砂质板岩；4—长石石英砂岩、细砂岩、角岩；5—采样点Figure 1. Geological sketch map of the Bilugangan Mo deposit1. 矿床地质特征
比鲁甘干钼矿床为中高温热液型矿床，集中分布在阿巴嘎旗北西44km处比鲁甘干一带。矿区共划分3个矿段31条矿体，各矿体呈似层状、脉状及透镜状产于花岗岩和角岩中，总体为北东走向，控长100~2300m，延深100~1000m，平均厚度1.96~29.21m。矿体总体倾向南东，倾角在5°~15°之间。其中Ⅲ号矿段为主矿段，控制矿体长度2300m，宽度1000m，矿体埋藏深度3~392m，赋矿标高450~1080m。总体走向35°，倾向南东，最大倾角5°。矿体中部厚大，四周变薄，分支复合现象较明显。
矿石矿物组合主要为辉钼矿、黄铜矿、黄铁矿，其次为磁黄铁矿、闪锌矿，少量黝铜矿、方铅矿及白铁矿。矿石结构主要为填隙、叶片结构，其次为自形晶粒状、他形晶粒状、乳滴状和包含结构。矿石构造主要为充填脉状、浸染状、晶簇状、梳状及块状构造。矿石自然类型为细脉-网脉状花岗岩型钼矿石、浸染状矿石及角岩型钼矿石；矿石工业类型为含铜低品位原生硫化钼矿石。
矿石主要有用元素为Mo，全矿床Mo平均品位0.085%，其他共伴生有用元素有W、Cu、Pb、Zn、S、Bi、Re等，含量低，均未达综合利用指标要求。
矿体围岩蚀变主要有钾长石化、黑云母化、绢英岩化、绿泥石化、绿帘石化、硅化及碳酸盐化。矿体主要赋存在花岗岩（图 2-a）和角岩内，受内外接触带控制，具明显的环带构造。角岩中辉钼矿化以细脉状为主，其次是星点状，往往与石英脉相伴。矿化与硅化、绿泥石化关系密切。花岗岩中辉钼矿以细粒浸染状、细脉状、团块状产出。矿化与绿帘石化、绿泥石化、白云母化、硅化关系密切，蚀变越强，矿化越强，二者呈正相关关系。
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图 2 比鲁甘干钼矿床围岩和辉钼矿矿石标本a—花岗岩；b—辉钼矿石英脉Figure 2. Host rock and molybdenite specimens in Bilugangan molybdenum deposit2. 样品特征
用于Re-Os同位素测年的4件样品采自比鲁甘干钼矿床ZK940揭露的Ⅲ号矿体岩心中，辉钼矿在矿石内多数以叶片状单体和集合体沿岩石裂隙及脉石英间隙（图 2-b）分布，在石英细脉两壁较为富集。多数单独出现，少数内含黄铁矿、黄铜矿包体，有时可见与黄铜矿、黄铁矿连生。辉钼矿集合体粒径粗大，通常可达5~30mm。辉钼矿单矿物样品直接在钻孔岩心标本上取得，并在实体显微镜下进行仔细挑选，每件辉钼矿样品的纯度（体积分数）均大于98%。
3. 分析方法
辉钼矿Re-Os同位素分析在国家地质实验测试中心完成，实验室采用GBW04435 （HLP）为标准样品监控数据的可靠性。采用美国TJA公司生产的电感耦合等离子体质谱仪TJA X-series ICP-MS测定同位素比值。对于Re、Os含量很低的样品，采用美国热电公司（Thermo Fisher Scientific）生产的高分辨电感耦合等离子体质谱仪HR-ICP-MS Element2进行测量。Re测定选择质量数185、187，用190监测Os。Os测定选择质量数为186、187、188、189、190、192。用185监测Re。辉钼矿单矿物样品的处理流程和测定技术许多学者已进行了论述[5-9]，在此不再赘述。采用Isoplot软件对得到的Re-Os同位素数据进行处理，采用的衰变常数为λ（187Re）=1.666×10-11a-1。
4. 辉钼矿年龄
比鲁甘干钼矿床4件辉钼矿单矿物样品的分析结果列于表 1。从表 1可以看出，4件辉钼矿单矿物样品中Re含量变化于67.56×10-6~85.73×10-6之间，平均为74.065×10-6；187Os变化于167.9×10-9~214.5×10-9之间，平均为184.85×10-9。普通Os含量为0.0073×10-6~0.0235×10-6，接近于0，可以认为样品中Os几乎全部为放射性成因。Re-Os同位素分析结果表明，所获Re-Os同位素模式年龄变化范围为236.9±3.7~238.7±2.4Ma，年龄加权平均值为237.9±1.7Ma（图 3-b）。采用Isopiot软件将4件样品数据拟合出187Re/187Os等时线，并计算出等时线年龄为243±18Ma，MSWD=1.9（图 3-a）。等时线年龄与年龄加权平均值较为一致，说明本次测试结果可信，具有地质意义。考虑到187Re/187Os等时线年龄误差较大，可利用主要矿石矿物辉钼矿的Re-Os同位素模式年龄加权平均值237.9±1.7Ma限定比鲁甘干钼矿床的成矿年龄。
表 1 比鲁甘干钼矿床辉钼矿单矿物Re-Os同位素数据Table 1. Re-Os isotopic data of molybdenite from the Bilugangan Mo deposit样号 样重/g Re/10-6 普Os/10-9 187Re/10-6 187Os/10-9 模式年龄/Ma 测定值 不确定度 测定值 不确定度 测定值 不确定度 测定值 不确定度 测定值 不确定度 IMD25-2 0.05036 85.73 0.85 0.0073 0.0082 53.88 0.53 214.5 1.7 238.5 3.6 IMD25-1 0.02560 71.57 0.61 0.0233 0.1045 44.98 0.38 178.2 1.4 237.3 3.4 IMD25-3 0.02503 67.56 0.71 0.0225 0.0756 42.46 0.45 167.9 1.4 236.9 3.7 IMD25-4 0.02512 71.40 0.55 0.0235 0.0528 44.87 0.34 178.8 1.5 238.7 3.4 ![]()
图 3 比鲁甘干钼矿床中辉钼矿Re-Os同位素等时线（a）和模式年龄加权平均值（b）Figure 3. Re-Os isochron age (a) and weighted mean age (b)of molybdenite from the Bilugangan Mo depositRe主要富集于地幔中，且Re的地球化学行为与Mo相似，在辉钼矿中能达到最大的富集程度，因此辉钼矿中Re元素的含量在一定程度上可以反映相关矿床的物质来源[10]。毛景文等[11]在综合分析、对比中国各种类型钼矿床中辉钼矿的Re含量后认为，从地幔到壳幔混源再到地壳，矿石中的Re含量呈10倍下降，从幔源→Ⅰ型→S型花岗岩有关的矿床，Re含量从10-4→10-5→10-6变化。因此，辉钼矿的Re含量可以指示成矿物质的来源。比鲁甘干钼矿床4个样品分析结果显示，Re含量变化于67.56×10-6~85.73×10-6之间，平均为74.065×10-6，表明比鲁甘干钼矿床Re含量主要体现幔壳混合来源特征。
5. 成矿时代讨论
李俊建等②研究认为，兴蒙造山带及其邻区（钨）钼矿床类型主要是斑岩-矽卡岩型和岩浆期后中高温热液型矿床，按成矿年龄主要划分出2期钼矿化，一期发生在中生代印支期，如乌拉特后旗查干花（辉钼矿Re-Os年龄242.7±3.5Ma）[12]、撒岱沟门（辉钼矿Re-Os年龄237.0±3.5~238.3±4.3Ma）[13]和大苏计（辉钼矿Re-Os年龄222.5±3.2Ma）斑岩型钼矿床[14]，对应的地球动力学背景是兴蒙造山带与中朝板块晚古生代主碰撞后构造体制由挤压缩短向区域性拉张伸展的转化时期，即后碰撞作用期；另一期发生在燕山晚期，是大兴安岭南段主要金属矿床的成矿作用期。本文采用辉钼矿Re-Os同位素定年，获得的比鲁甘干斑岩型钼矿床成矿年龄为237.9±1.7Ma，表明该矿床形成于印支期，与兴蒙造山带东段索伦山-霍林郭勒弧盆带内和华北陆块北缘的印支期主要钼矿床成矿时间一致。
近年板块构造研究表明，在碰撞造山过程中，大洋关闭，陆陆发生碰撞后，陆陆之间的相对运动还要持续一段相当长的时间才进入到板内环境，这一段时间的构造运动被称为后碰撞作用。1997年在法国召开的“后碰撞岩浆作用国际花岗岩会议”上对后碰撞构造环境的相关述语作了限定，几乎所有与会者都同意将后碰撞作用单独划分出来[15-17]，作为独立的地球动力学环境。研究还发现，大陆主碰撞期不利于岩浆上升和大面积花岗岩的形成，后碰撞作用期才是最有利于大量花岗岩的形成时期。前人研究认为，中朝板块与兴蒙造山带的主碰撞期发生在晚古生代[1-2]，笔者也曾提出，华北陆块北缘的燕辽地区印支期构造-岩浆活动及与其有关的成矿作用应是兴蒙造山带与华北板块晚古生代碰撞造山运动的延续，属于后碰撞作用期。这一作用开始于印支期，可能持续到早侏罗世，之后发生构造体系的转变[18-21]，由近东西向的构造格局转变为燕山期的北东—北北东向构造体系，亦即由古亚洲洋构造域环境转变为环太平洋构造域环境。印支后碰撞作用期成岩成矿作用是中国大陆构造转折期的一种地质效应，不仅形成了大量的后碰撞花岗岩和富碱侵入岩类，也形成了众多的铜、金、钼等多金属矿床，是中生代大规模成矿作用的开始和先导[10]。本文研究表明，比鲁甘干钼矿床形成于印支期碰撞造山后构造体制由挤压缩短向区域性拉张伸展的转化时期，由于岩石圈不稳定，发生拆沉减薄，软流圈物质上涌到地壳浅部，形成了比鲁甘干大型斑岩型钼矿床。
6. 结论
（1）通过比鲁甘干斑岩型钼矿床辉钼矿Re-Os同位素研究，测出Re-Os同位素加权平均模式年龄为237.9±1.7Ma，表明成矿作用发生在印支早期。
（2）比鲁甘干斑岩型钼矿床印支期成矿时代的厘定具有重要意义，揭示在重视大兴安岭成矿带南段燕山期大规模成矿作用的同时，还需关注印支期成矿作用及其较大的找矿潜力。
致谢: 中国地质调查局天津地质调查中心冉书明教授级高工参加了野外取样工作，沈保丰研究员审阅了全文并提出了宝贵的修改意见，在此一并表示诚挚的谢意。 -
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图 1 比鲁甘干钼矿床地质简图
1—黑云母二长花岗岩；2—玄武岩；3—砂质板岩；4—长石石英砂岩、细砂岩、角岩；5—采样点
Figure 1. Geological sketch map of the Bilugangan Mo deposit
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图 2 比鲁甘干钼矿床围岩和辉钼矿矿石标本
a—花岗岩；b—辉钼矿石英脉
Figure 2. Host rock and molybdenite specimens in Bilugangan molybdenum deposit
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图 3 比鲁甘干钼矿床中辉钼矿Re-Os同位素等时线（a）和模式年龄加权平均值（b）
Figure 3. Re-Os isochron age (a) and weighted mean age (b)of molybdenite from the Bilugangan Mo deposit
表 1 比鲁甘干钼矿床辉钼矿单矿物Re-Os同位素数据
Table 1 Re-Os isotopic data of molybdenite from the Bilugangan Mo deposit
样号 样重/g Re/10-6 普Os/10-9 187Re/10-6 187Os/10-9 模式年龄/Ma 测定值 不确定度 测定值 不确定度 测定值 不确定度 测定值 不确定度 测定值 不确定度 IMD25-2 0.05036 85.73 0.85 0.0073 0.0082 53.88 0.53 214.5 1.7 238.5 3.6 IMD25-1 0.02560 71.57 0.61 0.0233 0.1045 44.98 0.38 178.2 1.4 237.3 3.4 IMD25-3 0.02503 67.56 0.71 0.0225 0.0756 42.46 0.45 167.9 1.4 236.9 3.7 IMD25-4 0.02512 71.40 0.55 0.0235 0.0528 44.87 0.34 178.8 1.5 238.7 3.4 
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