大兴安岭中南段位于中亚造山带东段,自显生宙以来,该区先后经历了古亚洲洋、蒙古-鄂霍茨克洋以及古太平洋构造域的影响,造就了区内多期次岩浆-热液成矿事件,使之成为东北亚重要的金属矿产基地及我国东北地区矽卡岩型铁多金属矿床集中区。自新中国成立以来,前人在大兴安岭中南段的金属矿床研究方面已积累丰富成果,但随着研究的不断深入,若干科学问题逐渐显现:区域内部分铁多金属矿床的成因机制、成矿作用过程及其构造背景仍存争议,针对区域内广泛分布的矽卡岩型铁多金属矿床缺乏系统的成矿作用与成矿模式研究。本文选择大兴安岭中南段代表性的红岭铁-锌多金属矿床、朝不楞铁-锌多金属矿床、黄岗铁-锡多金属矿床和神山铁-铜多金属矿床作为研究对象,重点开展矿床地质特征、成因机制、成岩成矿时代及成矿构造环境等方面的研究,结合区域构造演化,进而探讨区域内矽卡岩型铁多金属矿床成矿作用,建立区域成矿模式。 研究表明:红岭铁-锌多金属矿床赋存于大石寨组砂板岩和大理岩与乌兰坝花岗质岩体的接触带部位,成矿作用分为:早期矽卡岩、晚期矽卡岩、氧化物、毒砂-黄铁矿-石英、黄铜矿-黄铁矿-闪锌矿-石英、闪锌矿-方铅矿-石英、方解石-石英七个阶段;朝不楞铁-锌多金属矿床赋存于塔尔巴格特组大理岩与朝不楞正长花岗岩体的接触带部位,成矿作用分为:早期矽卡岩、晚期矽卡岩、氧化物、早期硫化物(石英-多金属硫化物)和晚期硫化物(贫硫化物-石英-碳酸盐)五个阶段;黄岗铁-锡多金属矿床赋存于黄岗梁组和大石寨组大理岩与钾长花岗岩接触带部位,成矿作用分为:早期矽卡岩、晚期矽卡岩、铁氧化物、锡氧化物、早期硫化物(石英-萤石-黄铁矿-毒砂)和晚期硫化物(石英-多金属硫化物)和方解石-石英七个阶段;神山铁-铜多金属矿床赋存于哲斯组大理岩与花岗闪长岩接触带部位,成矿作用分为:早期矽卡岩、晚期矽卡岩、氧化物、早期硫化物(石英-多金属硫化物)和晚期硫化物(贫硫化物-石英-碳酸盐)五个阶段。 流体包裹体岩相学观察与显微测温研究表明,各矿床成矿流体早期均为高温高盐度Na Cl-H₂O体系,发育有LV、VL及SL型包裹体,沸腾作用明显且持续期次有所区别,红岭矿床沸腾作用结束于V阶段,神山和朝不楞矿床沸腾作用结束于IV阶段,黄岗矿床则结束于VI阶段;各矿床晚期成矿流体均为发育VL型包裹体的中-低温或低温、低盐度Na Cl-H₂O体系。H-O-C同位素结果表明流体初始来源均为岩浆来源,晚期均有大气降水的混入,且占比逐增。S-Pb同位素结果表明红岭和神山矿床的成矿物质具有典型岩浆硫特征和壳幔混源的铅源特征,黄岗矿床成矿物质来源以岩浆来源为主可能有地层物质的加入,朝不楞铁-锌矿床具有岩浆硫与地层硫混合特征,表明其成矿过程中有地层物质的参与。 石榴子石电子探针主量元素、磁铁矿与闪锌矿LA-ICP-MS微量元素数据表明:红岭矿床石榴子石早期以高And端元为特征,晚期Gro端元含量升高,该矿床矽卡岩阶段流体氧逸度较高,磁铁矿形成于中-高温、氧逸度相对较高的环境,闪锌矿形成于中温-相对还原的环境;朝不楞矿床磁铁矿形成于中-高温、水岩反应较强的环境,闪锌矿形成于中-高温、相对还原的环境;黄岗矿床石榴子石以高And端元为特征,早期矽卡岩阶段的流体氧逸度在后期有所降低,铁氧化物阶段磁铁矿形成于中-高温和相对矽卡岩阶段偏低氧逸度的环境,锡氧化物阶段磁铁矿形成于中-高温和相对偏高氧逸度的环境,磁铁矿的形成过程经历了强度富有变化的长期的水岩反应,闪锌矿形成于中温环境,成矿流体具有相对还原的性质;神山矿床磁铁矿形成于中高-温环境,早期形成于氧逸度较高的环境,晚期氧逸度逐渐降低,水岩反应持续,闪锌矿形成于中温相对还原的流体环境。四个典型矿床的磁铁矿与闪锌矿均具有典型的矽卡岩型成因特点。结合流体演化过程,明确了温度、氧逸度、硫逸度、溶解度等物理化学条件的改变是导致矿质沉淀的主要原因,各矿床成矿机制具有一定的差异性:除红岭矿床磁铁矿的沉淀机制由流体沸腾与大气降水导致的流体混合作用共同制约外,其他典型矿床的铁矿化均受流体沸腾作用的制约,铁矿化与流体运移过程中降低的温度、较高的氧逸度和碱性流体环境关系密切。黄岗矿床锡石的沉淀受流体沸腾与混合作用的共同制约。各矿床硫化物的沉淀则主要与后期相对还原的流体环境以及温度和压力下降有关,红岭矿床的锌矿化受大气降水加入引起的流体混合作用影响,朝不楞矿床锌矿化与神山矿床铜矿化受流体的沸腾与大气降水混入导致的流体混合作用共同制约。 锆石U-Pb定年、石榴子石U-Pb定年及岩石地球化学研究表明,研究区岩浆作用主要发生于晚侏罗世(160.2 Ma)与早白垩世(139.2~132.6 Ma),红岭和黄岗矿床矽卡岩主要形成于早白垩世(137.4~132.1 Ma),区域矽卡岩型铁多金属矿化主要存在晚侏罗世及早白垩世两期,分别形成于蒙古-鄂霍茨克洋构造域、古太平洋与蒙古-鄂霍茨克洋构造域共同作用的构造背景。晚侏罗世蒙古-鄂霍茨克洋处于闭合阶段,碰撞造山后导致软流圈上涌和底侵,新生加厚下地壳发生部分熔融作用,形成神山矿区埃达克质花岗闪长岩,富含铁、铜等元素的岩浆来源流体与哲斯组大理岩发生交代,伴随着强烈的流体沸腾与混合作用,神山矽卡岩型铁-铜矿床形成。早白垩世受蒙古-鄂霍茨克洋闭合后的后造山伸展和古太平洋板块俯冲作用的双重影响,地幔软流圈物质上涌,岩石圈拆沉减薄,致使一系列伸展环境下的A型花岗质岩浆形成,其沿深大断裂向上运移就位,铁、锌、锡、铜、铋、铅等成矿物质随成矿热液不断加入,在各矿区岩体与碳酸盐地层接触带及附近,含矿热液与地层发生强烈的交代作用,在流体沸腾与混合作用的影响下,分别形成矽卡岩型的红岭铁-锌、朝不楞铁-锌和黄岗铁-锡多金属矿床。