世界上大部分斑岩钼(铜)矿产出于伸展背景或陆缘弧背景,大陆碰撞环境的斑岩钼矿则鲜有研究。同时,在建立矿床(田)成矿地质模型方面,斑岩型钼(铜)矿床还存在两个未解决的问题:1)铜/钼比值随时空变化的制约因素;2)石英脉型和斑岩型钼铜矿化的成因关系。
华北板块北缘西拉沐沦钼矿带已发现三期钼矿化,前人对其中的早三叠世钼矿(同碰撞环境)成矿规律总结较少。白土营子斑岩型-石英脉型钼铜矿田是西拉沐沦钼矿带南部新近发现的钼铜成矿系统。本文对其开展了矿床地质、成岩成矿年代学、岩石地球化学、成矿流体演化、成矿物质来源等方面的研究,试图建立系统的成矿模式,丰富区域早三叠世钼成矿规律和岩浆热液钼铜成矿理论。
锆石U-Pb年代学研究结果表明,矿田岩浆活动发生在晚二叠世和早三叠世,持续了近20Ma,岩浆侵位序列为:白马石沟花岗闪长岩(265.2±0.7Ma)-白土营子黑云母二长花岗岩(255.6±0.68Ma)-库里吐二长花岗岩(252.4±0.69Ma-白土营子二长花岗斑岩(248.2±0.64Ma)-英安斑岩(246.5±1.0Ma)。岩石地球化学及Sr-Nd-Pb同位素研究结果表明:岩体源区均经历了板片流体或熔体不同程度的交代作用,其中白土营子二长花岗斑岩具有显著的埃达克岩特征。白马石沟花岗闪长岩、白土营子黑云母二长花岗岩和白土营子二长花岗斑岩3个岩体源区为1347Ma以后的新生地壳,岩浆上升中基本未经历地壳混染,库里吐二长花岗岩源区也主体为新生下地壳,但是岩浆在地壳浅部遭受了一定程度的混染,而英安斑岩源区为新元古代华北克拉通下地壳。
辉钼矿Re-Os同位素分析表明,白土营子斑岩型钼(铜)矿床、白马石沟石英脉型铜(钼)矿以及石英脉型钼(铜)矿床成矿年龄分别为248.0±10Ma、248.6±6.7Ma和245.0±4.3Ma,暗示矿田的钼铜矿化发生在早三叠世,隶属同一个的岩浆-热液成矿系统,成矿与白土营子二长花岗斑岩有关。
成矿流体研究显示,3个矿床均发育富液相包裹体(L型)、富气相包裹体(V型)、子晶多相包裹体(S型)和含CO2包裹体(C型)4类包裹体,初始成矿流体为高温的H2O-CO2-NaCl体系(温度高达550℃,压力为248bar~>1000bar)。其中:1)白土营子斑岩型钼(铜)矿4类包裹体都很发育,但以L型和S型为主,初始流体具有高盐度特征(高达43.4~62.5wt%NaC lequiv),易于钼络合物的迁移;2)白马石沟石英脉型铜(钼)矿以发育V型、C型、L型包裹体为特色,初始流体具低盐度特征(盐度低达8.0~12.9 wt%NaClequiv),易于铜络合物的迁;3)库里吐石英脉型钼(铜)矿主要发育S、L型包裹体,V型包裹体也较常见,初始流体盐度分为37.1~53 wt%NaClequiv和6.1~17.1 wt%NaClequiv两个区间,对铜和钼运移均有利。认为温度下降是铜的主要沉淀机制(温度集中于350~535℃,压力为150ar~690bar),而压力下降伴随的CO2相不混溶可能是Mo沉淀的原因(温度集中于325~385℃,压力为120bar~202bar)。O-H同位素显示3个矿床晚阶段热液有大气水加入,其它阶段主体为岩浆水。硫化物S-Pb同位素以及辉钼矿Re含量表明系统的成矿物质主要来自新生地壳。
结合区域构造环境,认为白土营子钼铜系统形成于早三叠世西伯利亚板块与华北板块同碰撞造山过程,碰撞诱发1.35 Ga后新生的具板片交代痕迹的镁铁质下地壳部分熔融,从而产生富含水和成矿物质的埃达克质岩浆;岩浆在浅表达到水饱和而出溶含矿流体,其中两支流体分别沿深大断裂上升,然后在3~4km深处的次级断裂中形成了脉状矿化和蚀变;另一支流体沿白土营子二长花岗斑岩侵位的通道上升,最后在斑岩体项部(3~4km深)的网状裂隙中发育了面型的矿化和蚀变。3个流体分支上升到矿化部位时的性质差异(如盐度)可能制约了铜和钼选择性运移,后来流体再经历不同P-T-围岩路径造进一步导致了铜和钼选择性沉淀,从而形成了铜/钼品位比值不同的矿床。
早三叠世(同碰撞环境)钼铜成矿作用在华北板块北缘及邻区具有一定的普遍性,沿板块边缘分布,钼铜共伴生的特点明显,找矿前景可观。