内蒙古沙麦钨矿白云母40Ar/39Ar年龄及其地质意义

吴皓然，李怀彬，李腊梅，黄 华，张 征，谢玉玲

(1.中国冶金地质总局矿产资源研究院，北京 101300；
2.北京科技大学土木与资源工程学院，北京 100083)

内蒙古东乌旗地区分布众多的Mo、W、Sn、Cu、Fe、Pb、Zn、Au、Ag等多金属矿产，主要矿床类型包括斑岩型钼矿、斑岩型铜矿、矽卡岩型钨多金属矿、伟晶岩-云英岩型钨矿、热液型银多金属矿、矽卡岩型铁-锌矿、火山热液型金矿等。长期以来，该区的成岩成矿作用一直受国内外学者的广泛关注，取得了一系列重要成果，相继发现了一批具有大、中型规模的金属矿产地。

沙麦钨矿床位于内蒙古自治区东乌珠穆沁旗地区沙麦苏木，是东乌旗地区目前已探明的最大一例钨矿床。该矿床自1971年发现以来，经历了长时间的地质勘查，矿区累计查明资源储量330.69万吨，WO3储量26365吨，平均品位0.797%(据内蒙古自治区东乌珠穆沁旗沙麦钨矿核查矿区资源储量核查报告①)，属中型规模。前人对该矿床的地质、地球化学等方面进行了一定的工作(胡朋等，2005；
李俊建等，2016a)，初步查明了矿区的地质特征、矿体和矿化特征等，并对其成因提出了初步的认识。但是，由于测试精度的限制以及测试对象的局限性，对该矿床的形成时代方面尚有争议。一些学者认为该矿床形成于燕山晚期(Jiang et al．，2016；
李俊建，2016a)，也有学者认为该区钨(钼)矿床的形成与印支期花岗岩类侵入体的热液活动有关(聂凤军等，2010)。因此，对该矿床进行精细定年就显得十分必要。为了精确厘定沙麦钨矿床的成矿年龄，本文在前人工作的基础上，通过对矿区热液白云母进行40Ar/39Ar同位素定年工作，进而厘定了矿床的热液活动时限，为理解矿床成矿作用过程提供年代学证据，为研究沙麦钨矿乃至东乌旗地区的地质构造演化过程和成矿规律提供依据。

兴蒙造山带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，是华北和西伯利亚两大克拉通之间若干中、小块体经历复杂拼贴演化过程而形成的构造拼合带(李双林和欧阳自远，1998；
Zhou and Wilde，2013)。内蒙古东乌旗地区位于大兴安岭成矿带南段，属于兴蒙造山带的中段，该区大部属于草原覆盖区，主要为第三系和第四系的砂土覆盖，地层出露相对较差。区内主要出露有早古生界下寒武统、奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、侏罗系、白垩系等地层(内蒙古自治区地质矿产局，1991)(图1)。其中，泥盆统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较广，在安格尔音乌拉和吉林宝力格-额仁高毕-满都胡宝力格一带呈NE向展布，为本区重要的容矿围岩。

区内主要断裂构造为NNE向、NE向和NNW向断裂构造，这些断裂构造基本控制着该区域的构造格局(李继宏和张万昌，2005)。此外，区内褶皱较为发育，呈NE向复式背斜和向斜，轴向与区域主干断裂相一致(李继宏和张万昌，2005)。

区内岩浆岩分布较为广泛，岩浆活动明显受区域构造控制，岩性从镁铁质岩至长英质岩均有不同程度的分布。海西期和燕山期花岗岩分布最广，且与金属成矿具有密切的关系。燕山期是岩浆活动的高峰期，在该区分布最为广泛，常与海西晚期花岗岩构成复式侵入岩体。主要岩石类型有石英闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩、黑云母花岗岩等；
其次还有成分较为单一、规模较小的闪长玢岩、霏细岩、二长斑岩、正长斑岩、石英斑岩、辉绿岩等，其中黑云母花岗岩、石英闪长岩、花岗闪长岩常常相互叠套，构成侵入杂岩体(内蒙古自治区地质矿产局，1991)。

图1 中国大兴安岭及毗邻地区构造分区(a,据徐备等,2014修绘)和东乌珠穆沁旗地区地质简图(b,内蒙古自治区地质矿产局,1991修绘)

区内多期次的岩浆侵入作用伴随着大量的有色金属矿产的形成，矿床规模以大型、中型为主，矿床类型多样，包括斑岩型、矽卡岩型、热液脉型等。代表性矿床主要有沙麦钨矿、奥尤特铜矿、迪彦钦阿木钼矿、查干敖包铁锌矿、朝不楞铁多金属矿、吉林宝力格银矿、阿尔哈达铅锌矿、花脑特银多金属矿等。

2.1 矿区地质概况

沙麦钨矿床位于内蒙古锡林浩特市东乌珠穆沁旗境内，北距中蒙边境线40 km。由于矿区地处草原覆盖区，区内地层出露相对单一，主要为泥盆系浅变质岩和侏罗系火山沉积岩地层(图2)。沙麦矿区整体处于NE向东乌旗复背斜的轴部，基本构造格局受NW和NE两大方向多阶段构造活动的控制。其中，NW向断裂发育较好，严格控制着矿区内钨矿脉的分布，是区内主要的容矿构造。沙麦矿区大面积出露中细粒黑云母二长花岗岩，在地表下隐伏黑云母二长花岗斑岩。此外，在野外踏勘过程中还见有石英正长斑岩、细粒花岗岩、细晶岩、长英质伟晶岩呈脉状穿插在黑云母二长花岗岩中(图3a)。这些岩脉均显示沿断裂裂隙展布的特征。

图2 沙麦钨矿区地质简图(据胡朋等，2005修绘)

2.2 矿体特征

沙麦矿床钨矿化大多发育在沙麦花岗岩类侵入体内呈细脉或大脉产出，在花岗岩的围岩中也有分布。但由于地表大部被第四系覆盖，仅在出露的岩体中见钨矿脉。沙麦钨矿区共计发现和圈定含矿脉体550余条，大体可划分为五条主脉带，近似呈平行排列，长数米至数百米不等。其中达到工业品位的矿脉有77条，矿脉总体分布形态复杂，但具体矿脉形态较简单。从空间分布特征上看，钨矿脉主要呈NW向展布，脉带之间的距离大体一致；
从垂向上看，地表细脉向下延申的过程中逐渐变宽形成大脉，并显示明显的垂直分带，自上而下表现为：顶部线脉带-细脉带-大脉细脉带-大脉带-根部细脉带。在走向上，复脉可有几条细小的单脉组成。虽然这些矿脉总体排布形态较复杂，但单矿脉形态却相对简单。

图3 沙麦矿区矿石产状及岩矿相学照片

2.3 矿化和蚀变特征

沙麦钨矿床矿化类型主要有石英脉型(或称伟晶岩型)(图3a、b)和云英岩型(图3c、d)两种，其中石英脉型矿石品位明显高于云英岩型矿石。黑钨矿在石英脉中以矿团、矿巢产出，其次为斑块及星散状、浸染状，而在云英岩中恰好相反，以浸染状为主，次为斑块状，矿团、矿巢少见，且斑块也远比石英脉中的为小。矿床矿石矿物除黑钨矿外还有辉钼矿、白钨矿，并可见少量的闪锌矿、方铅矿、黄铜矿、孔雀石、褐铁矿等。脉石矿物主要有石英、白云母、萤石、钾长石、斜长石以及少量的黑云母、黄玉等。石英脉型矿石主要由黑钨矿和石英组成，伴生有白云母、萤石和黄玉等，其中黑钨矿呈自形-半自形晶在石英块体中产出。云英岩型矿石主要由黑钨矿、石英、白云母和萤石组成，其中黑钨矿多呈不规则的细粒状浸染分布于矿石中矿石结构主要为伟晶、粗粒结构，并以块状、脉状、网脉状、梳状、晶洞状矿石构造为主。

沙麦矿区热液蚀变较为发育，主要有伟晶岩化、云英岩化、硅化、白云母化、萤石化、黄铁矿化。其中伟晶岩化在矿区内较为发育，在地表常以岩脉的形式产出(图3a)，主要分布在生产区内，穿插在黑云母二长花岗岩和云英岩中，是矿区最重要的含黑钨矿脉体之一(图3b)；
云英岩化是矿区花岗岩的一种主要蚀变类型，或为独立脉体，或为含钨石英脉上下盘围岩。云英岩内常常含有浸染状黑钨矿和辉钼矿(图3c)，与W、Mo矿化关系密切。因此花岗岩类云英岩化蚀变可作为矿区内钨矿的直接找矿标志。

2.4 成矿阶段

在野外地质调查的基础上，依据矿物共生组合及穿插关系，并辅助岩矿相学手段，初步认定沙麦矿区主要经历了三个成矿阶段，包括：石英-黄玉阶段(I)，主要矿物组合为石英、黄玉；
石英-白云母-黑钨矿阶段(II)，主要矿物组合为石英、白云母、黑钨矿和黄玉，并含少量黄铜矿、闪锌矿、辉钼矿等；
晚期硅化阶段(III)，主要矿物组成为石英、黄铁矿、毒砂等，其中第II阶段为最主要的钨、钼成矿阶段。

用于40Ar/39Ar成矿年龄测定的白云母样品采自英-白云母-黑钨矿阶段(II)的伟晶岩脉。脉体中可见晶洞状石英、萤石、黄玉，片状的白云母，以及自形-半自形黑钨矿和黄铁矿。其中黑钨矿的分布很不均匀，多数嵌布于石英块体及白云母之间。白云母自形程度较高，多呈片状、团簇状产出(图3b)，肉眼可见其完整的片状晶形，粒径大小多介于 0.5～1.5 cm之间，呈灰色-灰白色，与石英、黑钨矿和黄玉密切共生(图3e)。镜下观察显示，白云母广泛发育，晶型粗大，自形程度好，干涉色为三级蓝到三级浅紫色(图3f)。从手标本和镜下特征观察，白云母样品新鲜，未受到后期蚀变影响。

单矿物挑选工作在河北省区域矿产调查研究所实验室中完成。将白云母样品粉碎筛选后，先后经过水漂、磁选、重液分离等过程，然后在双目镜下挑选并去除含有微小包裹体的白云母，获得纯度达99%以上的测试样品，最后用超声波、蒸馏水以及丙酮清洗，去除白云母表面所吸附的粉尘、油污及其它有机杂质。

白云母40Ar/39Ar同位素定年测试实验在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成。检测方法和依据为《DZ/T 0184.8-199740Ar-39Ar同位素地质年龄及氩同位素比值测定》。测试仪器为Helix SFT型惰性气体质谱仪。用作监控的标准矿物为ZBH-25黑云母，其K=7.599%，Ar=1.8157×10-9(mol/g)。具体测试流程见相关文献(高永伟等，2015)。通过各阶段温度获得的年龄和累计39Ar百分比含量，以及ArArCALC软件(Koppers，2002)计算并绘制年龄谱图，并用加权法计算出坪年龄，最终拟合得到40Ar/39Ar的正、反等时线年龄和相应的初始比值。坪年龄误差以1σ给出。测试样品放射性成因40Ar很高，所以坪年龄可以参考。

对白云母样品进行了10个阶段的40Ar/39Ar实验激光加热分析，从700℃逐渐升温到1300℃，形成了一个基本没有扰动的年龄谱图(图4a)。39Ar累计释放量为100%。实验条件、同位素测试结果及表面年龄列于表1。白云母中的Ar对后期地质作用较为敏感，受到后期地质作用叠加改造的白云母会形成非常明显的扩散丢失谱图，而未受扰动的白云母则形成平坦的年龄谱图(Harrison，1983)。本次实验10个加热阶段的表面年龄构成了一个较为平坦的年龄坪(图4a)，且绝大部分加热阶段析出的39Ar都符合成坪条件，相关性极好，表明矿物内的氩同位素组成相对稳定，自矿物形成以来处于较好的封闭状态，基本没有受到后期热事件的扰动。获得的白云母坪年龄为138.4±0.84 Ma(MSWD=4.23，图4a)，相应的39Ar/36Ar-40Ar/36Ar正等时线年龄为137.32±0.73 Ma(MSWD=0.73，图4b)，初始40Ar/36Ar值为323.9±5.2 Ma，39Ar/40Ar-36Ar/40Ar 反等实线年龄为137.35±0.73 Ma(MSWD=0.74，图4c)，初始40Ar/36Ar值为323.8±5.2 Ma。从分析结果可以看出，样品的总气体年龄、坪年龄，及相应的正反等时线年龄在误差范围内完全一致，说明此次获得的白云母40Ar-39Ar年龄数据真实可靠。

表1 沙麦钨矿成矿阶段白云母40Ar/39Ar测试数据及表面年龄

图4 沙麦钨矿白云母40Ar-39Ar坪年龄(a)、等时线年龄(b)和反等时线年龄(c)图解

5.1 沙麦钨矿成矿时代的限定

热液云母类矿物的氩氩定年是确定成矿年龄较为有效的方法之一，常被应用于确定各类热液矿床的成矿时代(纪现华等，2014；
高永伟等，2015；
牛斯达等，2020)。本文用于Ar-Ar测年的白云母样品与黑钨矿密切共生，钨矿化与白云母化热液蚀变关系密切。在含黑钨矿伟晶岩脉中发育大量团簇状白云母，证明其是主成矿期重要的脉石矿物，也是精确厘定该区钨矿化时限的理想对象。同位素年龄记录的是矿物低于封闭温度之后的冷却年龄，前人的研究结果表明，白云母Ar-Ar同位素体系的封闭温度约为350℃(邱华宁和彭良，1997；
Clauer，2013)，这与笔者所测矿床含钨伟晶岩脉的石英和黄玉矿物中的流体包裹体均一温度(279 ℃～341 ℃，另文发表)接近或略微偏高，表明白云母自形成之后，其Ar-Ar同位素体系没有再次受到高于其封闭温度的热扰动，适合应用40Ar-39Ar方法对成矿热事件进行年龄测定。因此矿床中白云母的40Ar/39Ar坪年龄(138.4±0.84 Ma)可以代表沙麦钨矿床的成矿年龄。该年龄值略晚于沙麦赋矿黑云母二长花岗岩体的侵入时代(139.1±0.93 Ma，李俊建等，2016a)，与黑钨矿Sm-Nd同位素年龄(137.9±1.7 Ma，李俊建等，2016a)和辉钼矿Re-Os同位素年龄(137±2 Ma，Jiang et al．，2016)误差范围内一致，说明沙麦钨矿区的主要构造-岩浆活动及相关热事件发生在燕山晚期早白垩世。同时也说明了成矿发生在岩浆期后的热液作用过程中。

近年来，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(表2)，主要集中于海西期(286～301 Ma)和燕山期(137～166 Ma)。与中酸性侵入岩浆活动有关的多金属成矿作用主要包括斑岩型钼矿床、矽卡岩型铁铜铅锌多金属矿床、石英大脉型钨矿及热液脉型银铅锌多金属矿床等(表2)。现有的年龄数据显示，除了1017高地银多金属矿床形成于海西中期以外，其他所有有成矿年龄报道的、与岩浆侵入作用相关的热液矿床均形成于燕山期。如朝不楞矽卡岩型铁多金属矿床形成于138～140 Ma(聂凤军等，2007；
Wu et al．，2017)；
奥尤特陆相火山岩-次火山岩型铜矿形成于187.11±3.50 Ma(李俊建等，2016b)；
迪彦钦阿木和索纳嘎斑岩型钼多金属矿分别形成于156～159 Ma(Wang et al．，2017)和166.9±2.3 Ma(杨梅珍等，2012)。阿尔哈达和花脑特热液脉型矿床虽尚未见有具体成矿年代学的研究，但与矿床成矿作用密切相关的岩浆侵入活动也集中在燕山期(谢玉玲等，2015)。这一时期的成矿事件，与更北部大兴安岭北段地区和更南部的锡林浩特-翁牛特旗地区均以中生代燕山期为主要成矿期的地质现象相呼应，例如拜仁达坝热液脉型铅锌多金属矿床(135±3 Ma，常勇和赖勇，2010)、维拉斯托热液脉型铜锌矿床(133.4±0.8 Ma，潘小菲等，2009)、边家大院锡钼多金属矿床(140±1.7 Ma，Zhai et al．，2017)、乌兰德勒铜钼多金属矿床(134. 1±3. 3 Ma，陶继雄等，2009)等。表明位于大兴安岭西坡的东乌旗地区也主要受到中生代燕山期构造-岩浆-成矿作用的影响，也暗示了区域上这一时间段Mo、W、Cu、Fe、Pb、Zn、Ag 成矿事件有着紧密的成因联系，具有统一地球动力学背景。

表2 东乌珠穆沁旗地区主要矿床成岩成矿时代一览表

5.2 成矿地球动力学背景

前人研究表明，在燕山期160～110 Ma左右，中国东部发生了大规模的岩石圈减薄作用(邓晋福等，1996)，与之相伴生的是强烈的构造-岩浆活动和大规模成矿事件(毛景文和王志良，2000)。而在兴蒙造山带也存在着燕山期成矿大爆发的现象。毛景文等(2003)、佘宏全等(2012)认为，中生代，尤其是160 Ma以后，我国北方大兴安岭地区与华南地区有着相似的地球动力学背景，都在一定程度上受到了古太平洋板块斜向俯冲的影响。区内的大规模构造岩浆成矿事件也被认为与古太平洋斜向俯冲关系密切(毛景文等，2003)。总结前人的大量研究成果，东乌旗地区乃至整个大兴安岭地区出现了多个形成于非造山板内构造环境的早白垩世A型花岗岩(李培忠和于津生，1993；
Jahn et al．，2001；
谢玉玲等，2015；
李腊梅，2016)，并伴有拉张构造体制下的双峰式火山岩和基性岩墙的侵入(邵济安和张履桥，2002；
林强等，2003；
Wang et al.,2006)，表明在早白垩世本区已经处于陆内伸展构造体制背景下。

处于兴蒙造山带的中段的沙麦钨矿床作为华北地区最为典型的黑钨矿矿床，矿体受控于矿区内NW向张扭性断裂，主要赋存在早白垩世中细粒黑云母二长花岗(斑)岩内。矿化主要以石英-黑钨矿脉及蚀变云英岩的方式产出。矿床的地质特征表明，沙麦钨矿床的成矿作用显然与燕山晚期花岗岩类的侵入和演化过程有关。这些特点与我国华南地区大量中生代和花岗岩类有关的石英脉型钨矿床的地质特征相似(徐克勤等，1982；
毛景文等，2008)。

尽管对兴蒙造山带的大地构造演化、华北克拉通与西伯利亚克拉通碰撞缝合带的位置、陆陆碰撞时限、微陆块的拼合历史等问题尚存在不同的认识。但自中生代以来，在古太平洋俯冲作用的影响下，中国东部的构造格局由中生代以前的近EW向构造转化为NE-NNE向的构造体制，华北克拉通及邻区普遍遭受了岩石圈减薄的改造和强烈的伸展作用。这也意味着华北克拉通北缘地区造山活动的结束。在大兴安岭南段及中蒙边界发现的中生代变质核杂岩和堆晶岩(张履桥和邵济安，1998；
Wang et al．，2006)，也证明了该区在燕山期长期处于一种张性的构造环境。这种陆内伸展作用引起了大规模的岩浆活动，地壳内伸展造成的深大断裂为含矿岩浆侵位提供了运移通道。花岗质岩浆侵入体从深部带来和萃取下地壳中的成矿物质，在自身的分异演化过程中可以释放出富含成矿元素的热液。含矿流体随着物理化学性质的变化充填于沙麦矿区黑云母二长花岗(斑)岩内的一系列断裂系统中，并在NW向断裂破碎带中沉淀富集，进而在张性开放空间形成了伟晶岩型钨矿体，而在侵入体内或边部形成局部的浸染状云英岩型钨矿化。

(1)沙麦钨矿床与黑钨矿密切共生的白云母40Ar/39Ar 坪年龄为138.4±0.84 Ma，其与等时线年龄137.32±0.73 Ma 和反等时线年龄137.35±0.73 Ma 具有很好的一致性，可以代表成矿年龄，属燕山晚期早白垩世，与区内燕山期构造-岩浆-热液活动密切相关。

(2)沙麦钨矿床是与花岗质岩浆有关的热液钨多金属矿床，形成于碰撞造山后的陆内伸展环境。区内成矿事件主要集中在燕山期，是中国东部燕山期大规模成矿事件的产物。

[注 释]

① 内蒙古自治区第九地质矿产勘查开发院．2010．内蒙古自治区东乌珠穆沁旗沙麦钨矿核查矿区资源储量核查报告[R].

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