晚中生代,华北克拉通南缘发育大规模岩浆侵位事件,同时伴随有Mo的大规模成矿作用,钼的金属量达500万吨以上,是世界第一大钼矿带。钼矿的产出与区内广泛发育的花岗岩密切相关,然而,华北克拉通南缘的花岗岩体大于100个,但形成矿床或者具有明显矿化的约为50个。斑岩钼矿尤其与小的斑岩体有关,而起源相同成因相似的大岩基不成矿,这种现象的产生可能与成矿元素Mo在岩浆-流体演化过程中的行为有关,但这方面的研究比较薄弱。此外,华北克拉通南缘也广泛发育Pb-Zn成矿作用。关于铅锌矿成因存在不少争论,如一些学者认为铅锌矿是斑岩钼矿远端的产物,为同一期岩浆-热液产物;另一些人则认为这些铅锌矿形成于大陆碰撞体制下,成矿流体来自于地层的变质脱水。为了解决上面的问题,本文开展了以下三方面的工作:(1)为了探讨Mo在岩浆-流体演化过程中富集的控制因素,识别成矿岩体的地球化学标志,本文选取华北克拉通南缘与东沟斑岩钼矿有关的岩体(太山庙花岗岩基和东沟花岗斑岩体)作为研究对象,通过对其黑云母系统的地球化学研究,来探讨斑岩钼矿和花岗岩的关系;(2)为解析斑岩钼矿和脉型铅锌矿之间的成因关系,建立Mo-Pb-Zn成矿系统,丰富斑岩钼矿系统理论,本文选取东沟斑岩钼矿和外围的王坪西沟铅锌矿作为研究对象,通过系统的黄铁矿微量元素以及硫化物的S-Pb同位素研究,讨论两者的成因联系;(3)为了解华北克拉通南缘斑岩钼矿的成矿机制以及钼矿和铅锌矿的成因关系,本文搜集前人已发表的相关数据,进行总结和归纳,试图得出一些初步认识。本论文取得的成果主要有:1.岩浆-流体演化过程中Mo富集的受控因素太山庙岩基和东沟斑岩以及其黑云母的地球化学特征揭示二者属于高分异的I型花岗岩。从太山庙岩基到东沟斑岩,其黑云母的微量元素含量呈现逐渐演化的特点,具体表现为K/Rb值和相容元素(Co、Ba、V和Ti)逐渐降低,而不相容元素(Cs、Li、Ta和Tl)逐渐升高。结合前人的成岩年代学以及同位素地球化学的研究,我们认为东沟花岗斑岩是太山庙花岗岩基高度分异的产物。在太山庙岩基和东沟斑岩的形成过程中,黑云母中Fe³⁺/Fe²⁺值逐渐升高,表明岩浆中的氧逸度是逐渐增加,并且大部分大于NNO,这使更多Mo以六价的形式存在于岩浆中。此外,根据黑云母中F的含量,表明岩浆富氟(0.02-0.78%),因此促进了熔体向高演化的方向发展。根据黑云母的化学成分,计算结果显示早期与太山庙岩基平衡的流体为相对贫氟(log(f HF/f HCl)<0),而晚期与东沟斑岩钼矿平衡的流体为相对富氟(log(f HF/f HCl)>0)。综上所述,岩浆的高氧逸度增加Mo的不相容性,同时因其富氟,延长了岩浆的结晶时间,促进岩浆的高分异,使Mo在残余熔体中逐步得到富集,为成矿提供初步的物质基础。而后期相对富氟的流体对残余熔体中的Mo有效提取,形成了东沟超大型斑岩钼矿。2.斑岩钼矿和铅锌矿之间的成因关系王坪西沟铅锌矿中黄铁矿具有较高的Co/Ni值(大部分大于1),同时其Au和As的含量与典型的浅成低温热液型矿床类似。此外,其硫化物的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb分别为17.345-17.417、15.454-15.514和38.138-38.364,这与东沟斑岩钼矿中硫化物的Pb同位素相似(206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb分别为17.380-17.523、15.435-15.576和38.210-38.507),表明二者具有相同的物质来源。从东沟斑岩钼矿到王坪西沟铅锌矿,黄铁矿的微量元素(Pb、Ag、Sn、Zn、Sb、Mn、Au和As)逐渐升高,表明成矿流体具有逐渐演化特点,与此同时,其氧逸度也逐渐升高。结合年代学,我们认为东沟斑岩钼矿和王坪西沟铅锌矿是同一期成矿流体不同阶段的产物,二者构成一个成矿系统。东沟斑岩钼矿和王坪西沟铅锌矿中硫化物的硫同位素分别为7.4-10.3‰(平均值为9.2‰)和5.9-8.7‰(平均值为7.7‰),整体上和磁铁矿系列花岗岩具有相似的分布区间。这些相对较高的S同位素,可能继承于深部的岩浆源区。结合硫化物的铅同位素数据,我们认为这两个矿床的成矿物质来自于壳-幔混合。3.华北克拉通南缘斑岩钼矿的成矿机制以及钼矿和铅锌矿的成因关系对华北克拉通南缘成矿斑岩地球化学数据进行统计,发现大多数成矿斑岩Si O2含量大于70%。根据花岗岩类型判别图解,大多数属于高分异花岗岩,表明Mo矿的形成与岩浆的高分异有关。通过对与鱼池岭斑岩钼矿、南泥湖斑岩-矽卡岩型钼矿以及雷门沟斑岩钼矿有关的花岗岩中黑云母的成分计算,结果显示与黑云母平衡的熔体中氟的含量为0.24-0.76%,为富氟岩浆。另外,华北克拉通南缘其他钼矿中几乎都有萤石产出,如金堆城、上房沟和石宝沟等。以上结果表明,华北克拉通南缘与斑岩钼矿有关的岩浆,均具有富氟的特点。对区内与斑岩钼矿有关的岩体年龄进行统计,发现斑岩钼矿的形成通常具有较长的岩浆活动持续时间(>8 Ma)。较长的岩浆活动时间一方面可能与岩浆具有较高的氟有关,另一方面,可能与镁铁质岩浆的注入有关。结合本文及他人关于华北克拉通南缘与斑岩钼矿有关的花岗岩中黑云母的研究成果,我们认为华北克拉通南缘斑岩钼矿形成需要高氧逸度的岩浆,其氧逸度要大于NNO,同时其平衡成矿流体为相对富氟。综上所述,华北克拉通南缘与成矿有关的岩体由于具有较高的氧逸度(>NNO),增加Mo的不相容性,同时由于成矿岩浆具有富氟的特点,延长了岩浆的结晶时间,促进岩浆向高演化的方向发展,进而增加Mo在残余熔体中的含量,最后由于流体相对富氟,使得残余熔体中Mo大量进入流体,进而形成华北克拉通南缘众多Mo矿。对华北克拉通南缘铅锌矿中成矿流体的H-O同位素统计,发现其δDH2O值为-67^-111‰(峰值为-79.8‰),对应的δ18OH2O值为-3.4¹3.9‰(峰值为4.0‰),表明其流体为岩浆-热液成因。区内铅锌矿硫同位素为-9.4¹2.1‰(峰值为4.9‰),与钼矿硫同位素(-6.0⁹.8‰;峰值为3.5‰)具有相似的分布情况,二者均落于磁铁矿系列花岗岩硫同位素分布范围内(1-9‰)。另外,这些铅锌矿和钼矿具有相似的Pb同位素特征,同时也和区内广泛分布的花岗岩具有相似的Pb同位素变化范围,表明铅锌矿和钼矿的成矿物质来源相同,均来自于起源于壳幔混合的花岗岩。另外,在年代学上,华北克拉通南缘的铅锌矿形成时代为144-117 Ma,整体上与区内的Mo矿(155-116 Ma)以及花岗岩(158-112 Ma)形成时代类似。综合以上,我们认为,华北克拉通南缘铅锌矿和钼矿,起源于同一岩浆-热液系统,二者共同构成一个Mo-Pb-Zn成矿系统。