内蒙古沙麦钨矿花岗岩岩石地球化学、锆石U-Pb年代学及其地质意义

李怀彬,籍进柱,廉 永,李腊梅,吴皓然

(1. 中国冶金地质总局矿产资源研究院, 北京 101300; 2. 内蒙古工业大学资源与环境工程学院, 内蒙古 呼和浩特 010051; 3. 锡林郭勒盟山金白音呼布矿业有限公司, 内蒙古 锡林浩特 026316)

沙麦钨矿床位于内蒙古东乌珠穆沁旗地区沙麦苏木境内,大地构造位置处于中亚造山带东段的兴蒙造山带。兴蒙造山带是我国北方重要的锡、铜、铅、锌、金、银、钨、铋多金属成矿带(江思宏等, 2018),该成矿带边境线蒙古国地区已发现多处大中型钨(钼)矿床,如玉古兹尔(Yuguzer)钨(钼)矿床、阿尔巴彦(Arbayan)钨矿床、察布(Tuv)钨(钼、锡)矿床和乌姆努特(Umnut)钨(钼)矿床等(聂凤军等, 2010),但在我国境内成规模的钨(钼)矿床(点)却很少(向安平, 2016)。截至2010年,沙麦钨矿床累计查明资源储量330.69万吨,WO3储量26 365吨,平均品位0.797%(内蒙古自治区第九地质矿产勘查开发院,2010),规模达中型。沙麦中型钨矿床的发现填补了该区钨资源的空白,为兴蒙造山带地区钨矿床勘查工作指明了方向。前人对沙麦钨矿床的矿床地质、成岩时代、矿床成因等方面进行了研究(胡朋等, 2005; 聂凤军等, 2010; Jiangetal., 2016; 李俊建等, 2016a; 宓奎峰等, 2020),认为该矿床是与岩浆活动密切相关的岩浆热液型矿床,然而对成矿岩体的成因类型和形成时代仍存在一些争议。在岩体的成因类型上,胡朋等(2006)通过沙麦矿区中细粒黑云母花岗岩和细粒似斑状花岗岩富硅、全碱含量中等和低磷的特征判断其为S型花岗岩;欧洋等(2014)通过沙麦花岗岩中Y和Rb含量、Rb和Th含量均呈负相关且FeOT含量低于1%,也认为沙麦岩体为S型花岗岩;而Jiang等(2016)研究显示沙麦矿区中细粒黑云母二长花岗岩和似斑状黑云母二长花岗岩具有低P,高SiO2、K2O、A/CNK值的特征,稀土元素分布呈显著四分组效应和非CHARAC(电荷和半径控制)的微量元素特征,认为沙麦花岗岩为高分异I型花岗岩。在沙麦花岗岩的形成时代上,Nie等(2011)获得的花岗岩成岩年龄为晚三叠世;而多数学者则认为花岗岩形成在晚侏罗-早白垩世之间,如赵一鸣等(1997)测得沙麦岩体黑云母K-Ar年龄为115 Ma;Jiang等(2016)获得中细粒黑云母二长花岗岩和似斑状黑云母二长花岗岩锆石LA-MC-ICP-MS U-Pb年龄分别为153±1 Ma和146±1 Ma;李俊建等(2016a)获得的黑云母花岗岩的TIMS锆石U-Pb年龄为139.1±0.93 Ma;宓奎峰等(2020)测得中细粒黑云母二长花岗岩、似斑状黑云母二长花岗岩独居石U-Pb谐和年龄分别为141.6±1.1 Ma和141.4±0.3 Ma。为了精确厘定沙麦钨矿床成矿岩体的成因类型和形成时代,本文针对与成矿关系密切的黑云母二长花岗岩和黑云母二长花岗斑岩开展了LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学和岩石地球化学研究,结合前人研究结果,进一步探讨了沙麦钨矿床的成岩成矿时代、岩石成因类型和构造背景,为中国东部燕山期构造背景及动力学机制研究提供新的约束。

1 区域地质和矿区地质概况

1.1 区域地质背景

沙麦钨矿床大地构造位置位于兴蒙造山带东段(图1a)(内蒙古自治区地质矿产局, 1991; 聂风军等, 2007; 徐备等, 2014)。该区域大部分被草原覆盖,岩石出露较差,出露的地层主要为泥盆系、下二叠统、中下侏罗统、上侏罗统、下白垩统、新近系上新统和第四系(图1b)(内蒙古自治区地质矿产局, 1991; 崔凯等, 2022)。其中,泥盆系安格尔音乌拉组浅变质岩和中下侏罗统马尼特庙群火山沉积岩分布范围最广,同时也是该区最重要的赋矿围岩。泥盆系安格尔音乌拉组为一套陆相及滨海相砂板岩沉积组合,岩石均轻度区域变质,岩性主要为灰色弱角岩化变泥岩、二云角岩、浅灰色板岩、变泥岩、浅灰色中细粒长石砂岩、硬砂岩夹板岩及粉砂岩等,与其上部的上侏罗统白音高老组及玛尼图组呈角度不整合。下侏罗统马尼特庙群为一套陆相碎屑沉积物,岩性主要为细砂岩、砾岩、泥岩和硬砂质砂岩等,底部夹煤线,地层局部已角岩化。区域上构造以NE和SN向断裂为主,是主要的控岩、控矿构造(李继宏等, 2005),其中NE向断裂主要有二连-贺根山深断裂带(F1)、东乌旗-伊和沙巴尔深大断裂(F2)、白云呼布尔-满都宝力格大断裂(F3)、巴润沙巴尔-朝不楞北大断裂(F4)和巴彦毛都韧性剪切带,SN向断裂为朝不楞西-乌拉盖断裂(F5)(图1b)。区内褶皱构造轴向与主干断裂走向相同,如NE向查干敖包复背斜、额仁高毕复向斜和朝不楞复背斜。区内岩浆岩活动频繁,其中以海西期和燕山期花岗岩最为发育,并且与金属矿床具有密切的成因关系(张万益, 2008)。

1.2 矿床地质特征

1.2.1 矿区地质概况

沙麦钨矿床主体为沙麦岩体,大部分被第四系覆盖,仅在矿区东南部零星出露泥盆系浅变质岩和侏罗系火山沉积岩地层(李俊建等, 2016a)。矿区位于NE向东乌旗复背斜的轴部,主要发育NW、NE两个方向多阶段活动的交叉断裂。NW向的压扭性断裂是矿区内重要的容矿构造,控制钨矿体的展布。沙麦岩体主体为燕山期花岗岩类,总体呈NNE-SSW方向展布,北东和南西两端均延深至蒙古国境内(图1b),其延伸长约100 km,宽20～80 km不等(胡朋等, 2006)。沙麦花岗岩体主体为黑云母二长花岗岩,可见黑云母二长花岗斑岩、细粒花岗岩、伟晶岩、细晶岩等呈岩墙或岩脉侵位至黑云母二长花岗岩中(图2)。云英岩及云英岩化花岗岩为含钨石英脉直接蚀变围岩,又往往能够形成独立矿体(图3a、3b)。矿区围岩蚀变类型有云英岩化、角岩化、硅化、白云母化等,其中云英岩化、角岩化和硅化与矿区的W、Mo矿化关系密切。

1.2.2 矿体特征

沙麦矿区矿体主要分布在黑云母二长花岗岩和黑云母二长花岗斑岩岩体内(图2),目前在区内已发现有550多条含钨矿(化)体,其中达到经济品位的有77条,可将其划分为3条主矿化带(图2)。矿区钨矿(化)体总体走向295°～307°,NW向近似呈平行排列,长数米至数百米不等。矿化类型主要有石英脉型和云英岩型两种,局部可见伟晶岩型矿化。石英脉型矿石的WO3品位一般高于云英岩型,例如,在1号矿化带石英脉型矿石中WO3平均含量为0.23%～4.82%,而云英岩型矿石中WO3平均含量为0.11%～0.77%(内蒙古自治区第九地质矿产勘查开发院, 2010)。石英脉型矿石主要以石英+黑钨矿+白云母脉的形式赋存于黑云母二长花岗岩等围岩中(图4a),脉体中可见黄铁矿、萤石和黄玉(图4b)等;云英岩型矿石主要发育于石英+黑钨矿脉两侧的浸染状蚀变围岩中(图3a、3b、3f),主要矿物组合为石英和白云母,含少量浸染状黑钨矿和辉钼矿。两种矿石中的金属矿物除黑钨矿外,还见有白钨矿、黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿(图4c)、辉钼矿(图4d)和毒砂等。

1.2.3 主要侵入岩岩石学特征

黑云母二长花岗岩岩体出露范围较广,岩石呈灰白色,中细粒等粒结构,块状构造(图5a),粒径在0.1～3 mm之间。岩石主要由斜长石(25%～30%)、钾长石(25%～30%)、石英(25%～35%)、黑云母(5%～10%)等组成(图5b)。在显微镜下可见斜长石呈自形至半自形板状,常见聚片双晶,有时见斜长石环带状结构;钾长石呈板状半自形-自形晶,常见卡式双晶和格子双晶;石英呈它形粒状分布在长石、黑云母等矿物晶体之间。

黑云母二长花岗斑岩,岩石呈灰色至灰白色,斑状-似斑状结构,块状构造(图5c)。岩石主要矿物为钾长石(30%～35%)、斜长石(25%～35%)、石英(20%～30%)、黑云母(5%～10%)(图5d),次要矿物有磁铁矿、锆石、磷灰石、独居石和黄玉等。斑晶由长石和石英组成,其中斜长石的斑晶颗粒较大,粒度一般在3～10 mm,呈板状自形晶,显微镜下可见聚片双晶;钾长石斑晶自形-半自形,粒度与斜长石相近,在显微镜下可见卡式双晶和格子双晶;石英斑晶粒径较小,为2～5 mm,呈半自形-它形。基质主要由斜长石、钾长石、石英组成,与斑晶矿物组成成分基本类似,粒径一般在0.2～0.8 mm。

2 分析方法

测试样品采自沙麦钨矿床的黑云母二长花岗岩和黑云母二长花岗斑岩(图2),所取样品远离构造蚀变带,新鲜无蚀变。黑云母二长花岗岩样品SM1018、SM1019、SM1025、SM1058和黑云母二长花岗斑岩样品SM1006、SM1011、SM1097、SM1123用于全岩主、微量元素分析,黑云母二长花岗岩样品SM1021、SM1161和黑云母二长花岗斑岩样品SM1097进行了锆石定年测试。

岩石的主、微量元素分析测试工作在核工业北京地质研究院分析测试中心完成。主量元素测定方法依据《GB/T14506.28-93硅酸盐岩石化学分析方法》,使用仪器为Philips PW2404型X荧光光谱仪(XRF),分析精度优于1%。微量元素测试依据《DZ/T0223-2001电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)方法》通则,使用Finnigan MAT Element I型电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)完成,分析精度多优于3%(谢玉玲等, 2015a)。

单矿物锆石颗粒挑选工作在河北廊坊区调研究所实验室完成,在北京地时科技有限公司进行了锆石制靶工作和锆石阴极发光(CL)图像拍摄。锆石U-Pb定年在澳大利亚James Cook大学高级分析测试中心利用Agilent 7500cs激光剥蚀四极杆电感耦合等离子质谱(LA-ICP-MS)完成。测试采用He气作为剥蚀物质的载气,激光束斑直径为30 μm,剥蚀深度在20～40 μm之间。锆石U-Pb同位素采用GJ-1标准对锆石进行同位素分馏校正,每隔5～10个样品测点分析一次标样,以确保标样和样品测试时的仪器条件相同。详细实验过程及分析方法见Baker等(2004)和Halpin等(2014)。

3 测试结果

3.1 岩石地球化学结果

3.1.1 主量元素分析结果

沙麦钨矿区黑云母二长花岗岩SiO2含量介于75.49%～78.23%之间,Al2O3含量介于11.83%～13.23%之间,Na2O+K2O含量介于7.84%～8.44%之间,MgO含量介于0.09%～0.2%之间,CaO含量介于0.51%～0.74%之间,TiO2含量介于0.03%～0.06%之间。黑云母二长花岗斑岩SiO2含量为73.73%～74.81%,Al2O3含量为13.3%～13.68%,Na2O+K2O含量为7.56%～8.89%,MgO含量为0.12%～0.19%,CaO含量为0.69%～0.89%,TiO2含量为0.08%～0.12%。

尽管两种岩性在野外和岩相学特征存在差异,但其主量元素地球化学特征则具有很大的相似性,均具有富SiO2、富Al2O3、高钾钠含量、贫MgO、贫CaO和贫TiO2的特征。两种岩性的样品中K2O含量介于4.16%～5.11%之间,平均值为4.59%;Na2O含量为3.27%～3.88%,平均值为3.58%;可见样品中K2O含量明显高于Na2O含量,属高钾质类型岩石,在K2O-SiO2图解(图6a)上,投影点均落在高钾钙碱性系列区域范围内,显示高钾钙碱性特征。铝饱和指数(A/CNK)介于1.02 ～1.18之间,A/NK在1.50～1.81之间,在A/NK-A/CNK分类图解上,样品均落入过铝质花岗岩系列区域(图6b)。

3.1.2 稀土和微量元素分析结果

从表1可见,黑云母二长花岗岩稀土元素总量为159.40×10-6～227.02×10-6,平均205.15×10-6,LREE/HREE值介于1.67～3.17之间,(La/Yb)N值为0.88～2.05,平均1.45,轻微富集轻稀土元素。黑云母二长花岗斑岩稀土元素总量为229.47×10-6～268.74×10-6,平均247.80×10-6,LREE/HREE值为3.66～4.42,(La/Yb)N值为2.54～3.37,平均3.05。在稀土元素分配模式图中(图7a),两种岩石稀土元素变化趋势基本一致,轻稀土相对富集,而重稀土则相对亏损,Eu有明显的负异常,球粒陨石标准化稀土配分曲线总体呈海鸥型分布。

表1 沙麦钨矿床主要侵入岩主量元素(wB/%)、微量元素和稀土元素(wB/10-6)分析结果Table 1 Major (wB/%) and trace elements(wB/10-6) of major intrusive rocks from Shamai tungsten deposit

图7 沙麦钨矿主要侵入岩稀土元素球粒陨石标准化配分图(a, 标准化值据McDonough and Sun, 1994)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b, 标准值据Sun and McDonough, 1989)Fig. 7 Chondrite-normalized REE patterns (a, normalization value after McDonough and Sun, 1994) and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams (b, normalization value after Sun and McDonough, 1989) of intrusive rocks from Shamai tungsten deposit

在微量元素蛛网图(图7b),两种岩体均显示出富集Rb、K、Th、U元素,相对亏损Sr、Ba和Nb、P、Ti元素。高Rb、低Sr和Ba的微量元素特征反映了钾长石和斜长石在花岗岩结晶过程中占据主导地位(顾玉超等, 2017)。两种岩体的微量元素原始地幔标准化分布模式曲线均有向右倾的趋势,且走向大体一致。岩石样品中(La/Yb)N值均大于1,说明在岩浆成岩的过程中可能经历了分离结晶作用。

3.2 锆石U-Pb年代学结果

锆石CL图像(图8)显示,两种花岗质岩石中锆石具有相似的特征:长柱状或短柱状,自形-半自形晶,晶棱或晶锥较完整,长轴多在50～200 μm之间,长短轴比多为2∶1～3∶1。锆石晶面较整洁光滑,能够清晰的看到韵律环带,为典型的岩浆锆石。LA-ICP-MS测试点位尽量布置在没有包裹体的锆石中,且这些位置环带较为清晰,以便更精确的获取锆石结晶年龄。

图8 沙麦钨矿黑云母二长花岗岩(a,b)和黑云母二长花岗斑岩(c)锆石阴极发光照片及测试位置Fig. 8 CL images zircon grains from biotite monzogranite (a, b) and biotite monzonitic-porphyry granite (c) of Shamai tungsten deposit, showing the analysis spots and 206Pb/238U age

本次在锆石阴极发光(CL)图像及LA-ICP-MS分析数据的基础上,共挑选能够参与年代学计算的有效数据点30个(详见表2)。黑云母二长花岗岩选取样品SM1021共测试有效点位12个,U-Pb年龄在131.1±3.2 Ma～140.0±1.7 Ma之间,U-Pb下交点年龄为135.6±1.6 Ma(MSWD=1.8,n=12)(图9a);黑云母二长花岗岩另一个样品SM1161共测试有效点位7个, U-Pb年龄在131.1±3.6～138.7±2.0 Ma之间,U-Pb下交点年龄为136.3±1.8 Ma(MSWD = 0.94,n=7)(图9b);两件样品所测得的206Pb/238U年龄值变化范围较小。黑云母二长花岗斑岩(样品SM1097)有效点位11个,U-Pb年龄在134.2±3.5 Ma～142.7±3.5 Ma之间,下交点年龄为138.6±1.1 Ma(MSWD=1.14,n=11)(图9c),时间接近但略早于黑云母二长花岗岩,两者侵位时间均为早白垩世。

表2 沙麦钨矿主要侵入岩锆石U-Pb测年数据Table 2 Zircon U-Pb data of the major intrusive rocks from Shamai tungsten deposit

4 讨论

4.1 岩石成因类型和成岩背景

沙麦矿区的黑云母二长花岗岩和黑云母二长花岗斑岩的地球化学研究结果显示,两种花岗质岩石均富SiO2(73.73%～78.23%)和Al2O3(11.83%～13.68%),高Rb/Sr值(8.97～60.11),低K/Rb值(0.005～0.012),稀土元素球粒陨石标准化配分曲线图呈明显负Eu异常的“海鸥型”,微量元素蛛网图上显示Sr、Ba、Ti和P值出现明显亏损,并且明显富集Zr、Y和Yb等元素,这些特征与典型的A型花岗岩特征(吴锁平等, 2007)相似。此外,沙麦花岗岩Zr/Hf值集中在13.22～21.84之间,均小于25,表明沙麦花岗岩为高分异花岗岩的特征(吴福元等, 2017)。富Si的过铝质A型花岗岩和高分异的I型花岗岩在矿物学和地球化学的某些特征方面高度相似,二者很难区分(吴福元等, 2007),因此,需要多种判别方法结合来判定花岗岩成因类型。

在10 000Ga/Al-Zr(图10a)和10 000 Ga/Al-Y花岗岩判别图解(图10b)上,两种岩性样品全部位于A型花岗岩区域。此外,A型花岗岩具有较高的FeOT含量、FeOT/MgO和FeOT/(FeOT+MgO)的比值,这是辨别A型花岗岩和高分异I型花岗岩的重要指标(Frostetal., 2001; 孙海瑞等, 2021)。沙麦钨矿两种花岗岩的FeOT含量为(0.70%～1.84%),远高于高分异的I型花岗岩的FeOT含量(～0.5%)(唐功建等, 2008)。另外,沙麦矿区两种花岗岩具有较高的FeOT/MgO(5.30～12.50)和FeOT/(FeOT+MgO)(0.84～0.92)的比值,在岩石类型判别图(图10c、10d)中,均落在A型花岗岩区域,表明本次研究的花岗岩应属于A型花岗岩。

图10 沙麦钨矿花岗岩岩石类型判别图(底图据Whalen et al., 1987; Frost et al., 2001)Fig. 10 Discrimination diagram of granite rock types in Shamai tungsten deposit(after Whalen et al., 1987; Frost et al., 2001)a—花岗岩Zr-10 000 Ga/Al判别图解; b—花岗岩Y-10 000 Ga/Al判别图解; c—花岗岩FeOT/MgO-SiO2判别图解; d—花岗岩FeOT/(FeOT+MgO)-SiO2判别图解a—Zr-10 000 Ga/Al discrimination diagram; b—Y-10 000 Ga/Al discrimination diagram; c—FeOT/MgO-SiO2 discrimination diagram;d—FeOT/(FeOT+MgO)-SiO2 discrimination diagram

沙麦钨矿两种花岗岩P2O5含量(0.02%～0.03%)远低于高分异S型花岗岩(均值0.14%),而且沙麦花岗岩中Na2O含量(4.39%～5.11%)高于高分异S型花岗岩(均值2.81%),以上均表明沙麦花岗岩应该不属于高分异S型花岗岩,而是A型花岗岩。

在构造环境Al2O3-SiO2判别图解上(图11a),沙麦钨矿两种花岗岩均落在后造山花岗岩类系列范围内。在Rb-(Y+Nb)微量元素图解(图11b)中,沙麦钨矿两种花岗岩都落在板内花岗岩和同碰撞花岗岩交界处,Forster等(1997)将这一区域圈定为后碰撞伸展花岗岩区,显示沙麦花岗岩形成于造山后伸展构造环境中。沙麦钨矿床位于中亚造山带东段的兴蒙造山带,该区经历了古亚洲洋构造域和古太平洋构造域两大构造演化阶段。古生代期间,该区经历了古亚洲洋盆形成与闭合(Xiaoetal., 2004; 张晓飞等, 2018; 唐克东等, 2022; 王帅等, 2022)。中生代-新生代时期兴蒙造山带进入了滨西太平洋构造域发育阶段。在燕山晚期滨西太平洋构造活动持续向西俯冲,导致深部软流层继续发生上涌底侵,晚侏罗世至早白垩世,该区广泛发育双峰式火山岩和A型花岗岩(赵越, 1990; 谢玉玲等, 2015b),是碰撞后伸展的记录,表明此时该区处于伸展的构造环境。在此阶段,古太平洋板块相对亚洲大陆向北剪切走滑造成近东西向的古板块结合带和一系列近东西向断裂活化,特别是走滑形成的局部张性空间引起软流圈上涌、岩石圈地幔或下地壳部分熔融(邵济安等, 2001; 谢玉玲等, 2015b),导致大规模早白垩世岩浆侵位并伴随广泛的金属矿化(聂风军等, 2010)。沙麦花岗岩形成时代为135.6～138.6 Ma,为早白垩世,与区域伸展及广泛的成岩成矿时间一致,表明沙麦钨矿的形成与区域大规模成矿事件有关。

图11 沙麦侵入岩Al2O3-SiO2构造环境判别图解(a, 底图据Maniar and Piccoli,1989)和Rb-Y+Nb构造环境判别图解(b, 底图据Forster et al., 1997)Fig. 11 Al2O3-SiO2 tectonic discrimination diagram (a, modified from Maniar and Piccoli, 1989) and Rb-Y+Nb tectonic discrimination diagram (b, modified from Forster et al., 1997) of major intrusive rocks from Shamai tungsten deposita: IAG—岛弧花岗岩; CAG—大陆弧花岗岩; CCG—大陆碰撞花岗岩; POG—后碰撞花岗岩; RRG—与裂谷有关的花岗岩; CEUG—与大陆的造陆抬升有关的花岗岩; b: syn-COLG—同碰撞花岗岩; VAG—火山弧花岗岩; WPG—板内花岗岩; ORG—洋中脊花岗岩;post-CEG—后碰撞伸展花岗岩a: IAG—island arc granitoids; CAG—contiental arc granitoids; CCG—continental collision granitoids; POG—post-collisional granitoids;RRG—rift-related granitoids; CEUG—continental epeirogenic uplift granitoids; b: syn-COLG—syncollision granites; VAG—volcanic arc granites; WPG—within plate granites; ORG—ocean ride granites; post-CEG—post-collision extension granites

4.2 矿区岩浆作用与钨成矿的关系

前人研究表明,在燕山期160～110 Ma期间,中国东部出现了一次大规模或大爆发成矿事件(毛景文等, 2000)。大兴安岭南段地区强烈岩浆活动主要集中在150～120 Ma之间,花岗岩侵位主要集中在140～120 Ma之间(邵济安等, 2001)。近年来,位于大兴安岭南段西坡的东乌旗地区获得了大量与中酸性侵入岩浆岩相关的多金属矿床成岩成矿年龄数据,除个别矿床在海西期形成,如1017高地银多金属矿床绢云母40Ar-39Ar年龄为301.2±1.8 Ma(王治华等, 2013);大部分成岩成矿年龄均集中在燕山期,如朝不楞矽卡岩型铁多金属矿床钾长花岗斑岩年龄138～140 Ma(聂凤军等, 2007),辉钼矿Re-Os年龄140.7±1.8 Ma(Wuetal., 2017);奥尤特铜矿含矿石英脉石英40Ar-39Ar年龄187.11±3.50 Ma(李俊建等, 2016b);花脑特银多金属矿床斑状石英正长岩锆石U-Pb年龄172.6±2.0 Ma(谢玉玲等, 2015b);阿尔哈达银铅锌多金属矿床与成矿密切的黑云母二长花岗岩锆石U-Pb年龄154±1.2 Ma(谢玉玲等, 2015b);索纳嘎斑岩型钼多金属矿床花岗斑岩锆石U-Pb年龄164.8±2.0 Ma,辉钼矿Re-Os年龄166.9±2.3 Ma(杨梅珍等, 2012)。这说明兴蒙造山带东乌旗地区从晚三叠世至早白垩世经历了强烈的火山活动和中酸性岩浆侵位,并伴随一系列的成矿事件,在早白垩世和侏罗世达到巅峰。

沙麦钨矿床是华北地区规模最大的中型钨矿床,矿石类型以石英脉型和云英岩型为主,在沙麦花岗岩体南东方向的突出部位及其围岩中产出。该矿床与燕山晚期的黑云母二长花岗岩和黑云母二长花岗斑岩关系密切,矿体受控于由花岗岩节理发育而来的NW向张扭性断裂(李俊建等, 2016a)。本文通过对与成矿关系密切的两种花岗岩进行了锆石U-Pb测年,显示其侵位年龄介于138.6～135.6 Ma之间,且黑云母二长花岗斑岩形成略早于黑云母二长花岗岩,但非常接近,属同一期岩浆产物。综合前人研究结果,沙麦钨矿床与成矿相关的岩浆侵入年龄集中在153～135 Ma之间,而成矿年龄集中介于140～137 Ma之间(Jiangetal., 2016; 吴皓然等, 2022),表明岩浆热液型矿床的成矿作用与岩浆活动在时间上和空间上有密切联系,且成岩与成矿近乎同期进行。花岗质岩浆不仅能够从深部带来大量的成矿物质,并在岩浆演化分异的过程中造成元素在岩体顶部和边部富集,扮演了“热能机”的作用,导致成矿热液的对流循环(高征西, 2019)。此外,在沙麦钨矿的黑云母二长花岗岩中发育大量的伟晶岩脉,记录了岩浆出溶流体的过程,钨等成矿元素富集在流体内部。随着地壳浅部温度和压力的降低,花岗质岩浆开始侵位与冷凝,并在岩体的隆起部位经常形成一系列开放的断裂系统。顺着这些断裂系统,原聚集在岩隆部位的成矿流体开始沸腾,沿裂隙向减压方向运移(张作衡等, 1998)。胡朋等(2005)研究结果表明沙麦钨矿主成矿期流体为岩浆水和大气降水的混合。成矿流体伴随着大气降水的加入,引起流体物理化学性质发生改变,导致钨快速沉淀,形成钨矿床(高征西, 2019)。

5 结论

(1) 沙麦钨矿体主要赋存于黑云母二长花岗岩和黑云母二长花岗斑岩中,其与成矿关系密切。两种不同类型花岗岩为同源岩浆,岩体形成时代介于138.6～135.6 Ma之间,属于早白垩世。

(2) 沙麦矿区两种花岗岩均富SiO2、钾钠、富微量元素Pb、Th和U,具有较高的FeOT含量、FeOT/MgO和FeOT/(FeOT+MgO)值、A/CNK值和10 000 Ga/Al值,贫Mg、Ca、Sr、Ba、Nb、P和Ti,强烈的Eu负异常,显示沙麦花岗质岩体具有A型花岗岩的特征。

(3) 沙麦钨矿形成于燕山期造山后伸展构造环境中,与区域内大规模岩石圈减薄和伸展背景有关,是中国东部大规模成矿事件的产物。