大兴安岭南段北大山岩体的年代学和地球化学：对岩石成因及成矿潜力的指示.pdf

书书书 （）：岩石学报 ：贾力，吴昌志，焦建刚等 大兴安岭南段北大山岩体的年代学和地球化学：对岩石成因及成矿潜力的指示 岩石学报，（）：，：大兴安岭南段北大山岩体的年代学和地球化学：对岩石成因及成矿潜力的指示贾力吴昌志，焦建刚钱壮志雷如雄 ，长安大学地球科学与资源学院，成矿作用及其动力学实验室，西安 新疆自然资源与生态环境研究中心，乌鲁木齐 ，收稿，改回 ，：，（）：，：（，），（，），（），（），（），），（），（），（），（），；本文受国家自然科学基金重大研究计划重点支持项目（）和新疆维吾尔自治区“天池英才”计划联合资助第一作者简介：贾力，男，年生，博士生，矿床学专业，：通讯作者：吴昌志，男，年生，教授，博士生导师，矿床学专业，：摘要大兴安岭南段发育包括维拉斯托、黄岗、安乐、大井、毛登和边家大院等锡多金属矿床，是我国北方最重要的锡多金属成矿带。北大山岩体是该锡多金属成矿带规模最大，出露最完全的花岗质侵入体，其北部主要为石英二长斑岩，南部为黑云母花岗岩，且南部岩相中常见电气石和绿柱石，被认为是区内锡多金属矿床的成矿母岩。然而，目前对该岩体岩石成因及其稀有金属成矿潜力的认识却存在较大争议。本文在对北大山岩体开展岩相学观察和锆石 定年的基础上，通过全岩地球化学和锆石 同位素分析，结合 热力学模拟计算，试图阐明该岩体的成因类型、源区特征和演化过程，并讨论其成矿潜力。锆石 定年结果显示，北大山岩体北部的石英二长斑岩形成于 ，南部黑云母花岗岩形成于 ，与大兴安岭南段早白垩世锡多金属成矿年龄峰值相一致。北大山岩体中含自形富水矿物角闪石及黑云母、富碱（）、值介于 ，含量低（）且与 含量呈负相关，指示该岩体为高钾钙碱性 型花岗岩。岩体的锆石 同位素组成较为亏损（）值平均 ，），且全岩锆饱和温度较高（平均值为 ），指示其为新生地壳物质高温熔融的产物。主量元素变化关系和 模拟结果表明，北大山岩体为高钾钙碱性岩浆体系不同程度分离结晶的产物，其中北部石英二长斑岩样品之间结晶分异程度较低，而南部黑云母花岗岩的结晶分异程度较高。北大山岩体的形成时代、源区特征和氧化还原条件（）与大兴安岭南段稀有金属花岗岩类似，具有一定的锡多金属成矿潜力，但其初融温度、挥发分组成（相对富 贫 ）、分异演化程度（结晶分异和熔体 流体相互作用程度相对较低）明显不同于维拉斯托矿床成矿碱长花岗斑岩，不会是该矿床的成矿母岩。关键词锆石 定年；锆石 同位素；地球化学；北大山；锡多金属成矿带；大兴安岭南段中图法分类号 ；大兴安岭是位于华北板块和西伯利亚板块之间的显生宙造山带，经历从古亚洲洋、蒙古 鄂霍茨克洋到古太平洋的多阶段增生演化过程，中生代岩浆活动与成矿作用十分活跃（，；，；，；，）。近些年，大兴安岭南段一系列大中型锡多金属矿床（如：维拉斯托、黄岗、安乐、大井、毛登和边家大院等）陆续被发现，该带已成为我国东北最重要的锡多金属成矿带。北大山岩体是该锡多金属成矿带规模最大，出露最完全的花岗质侵入体。前人对北大山岩体的研究主要集中在成岩时代、岩石地球化学和岩石成因等方面（刘翼飞，；，；管育春等，；刘瑞麟等，；周振华等，；武广等，；张静俊，；丁磊磊等，）。然而，由于北大山岩体岩相较为复杂，且经历一定程度的分异演化和热液蚀变作用，前人对其岩石成因和演化过程的认识还存在一定争议（刘翼飞，；，；管育春等，；刘瑞麟等，；，；武广等，；张静俊，；丁磊磊等，）。此外，北大山岩体成岩时代与大兴安岭南段主要稀有金属成矿时代基本一致，且其南部岩相的磨盘山一带黑云母花岗岩中常见电气石和绿柱石，被认为是该区锡多金属矿床的成矿母岩（，；武广等，；丁磊磊等，）。但是，目前尚无对北大山岩体稀有金属成矿潜力的深入评价，其与区域锡多金属矿床的成因联系尚不明确。本文以北大山岩体为研究对象，在对北大山岩体不同岩相锆石 定年的基础上，通过系统的全岩地球化学和锆石 同位素分析，结合 热力学模拟计算，试图阐明该岩体的岩石成因和演化过程，进而探讨其稀有金属成矿潜力。区域地质背景大兴安岭南段构造上隶属于中亚造山带东段的兴蒙造山带，其北以二连 贺根山断裂将其与额尔古纳 兴安地块分割，南以西拉木伦断裂与华北克拉通北缘增生带相隔，东以嫩江 八里罕断裂与松辽地块相隔（图 ，）。大兴安岭南段出露的地层主要有古元古界宝音图群（锡林郭勒杂岩）黑云斜长片麻岩和角闪斜长片麻岩，上石炭统本巴图组和阿木山组粉砂岩、杂砂岩、海相碎屑岩和碳酸盐岩建造，下 中二叠统大石寨组海相火山岩、火山岩和火山碎屑岩，上二叠统林西组陆相碎屑岩建造，中侏罗统万宝组含碳泥岩、粉砂岩及砾岩（夹煤层），上侏罗统满克头鄂博组酸性火山岩（以流纹岩和流纹质熔结凝灰岩为主）和第四系冲积层及风成砂土（图 ）。区内构造格局呈近网格状，主要由贯穿全区的米生庙复背斜和断裂组成，复背斜和断裂走向以 向为主，向断裂及近 向断裂也较为发育。侵入岩浆活动主要发生在华力西期和燕山期，受 向断裂控制，呈岩基或岩株状产出。华力西期侵入岩包括角闪辉长岩、角闪闪长岩、石英闪长岩、英云闪长岩和花岗闪长岩，岩性表现为从基性至酸性的演化序列，侵位年龄介于 （，；，）。燕山期侵入岩主要为石英二长斑岩和黑云母花岗岩，还有少量的正长花岗岩和碱长花岗岩，呈岩株产出，主要形成于早白垩世（，；李睿华，），与区内锡多金属成矿关系密切。北大山岩体位于大兴安岭南段西坡，是区域内规模最大、出露最完全的花岗质侵入体，也是本文的研究重点。岩石学报 ，（）：图 大兴安岭南段大地构造位置简图（，据 ，）及锡多金属矿床分布图（，据武广等，）（，）（，）岩体地质特征与岩石学特征北大山岩体位于内蒙古克什克腾旗北约 处，阿斯哈图石林景区是其南部岩相磨盘山的一部分，岩体呈岩基状产出，侵入中侏罗统地层中，走向近北东，长约 ，最宽处约 ，出露面积达 （图 ）。根据岩性组合特征，可将北大山岩体大致分为北部的石英二长斑岩和南部的黑云母花岗岩两个岩相。石英二长斑岩分布于北大山岩体北部的窟窿山 小北大山一带，斑状结构，块状构造（图 ，）。斑晶约占 ，主要为斜长石（）、钾长石（）和石英（），另有少量角闪石（）和黑云母（），粒径 。斜长石斑晶粒径 ，半自形 自形结构，发育聚片双晶和卡 钠复合双晶（图 ）；钾长石斑晶粒径 ，半自形 自形结构，发育卡式双晶，表面普遍发生高岭土化（图 ）；石英斑晶粒径 ，自形结构，边缘通常被溶蚀为不规则的港湾状（图 ）；角闪石斑晶呈棕绿色，粒径 ，半自形 自形结构（图 ）；黑云母斑晶呈棕红色，自形半自形（图 ）。基质约占 ，主要为斜长石（）、钾长石（）和石英（），角闪石和黑云母含量均少于 。黑云母花岗岩分布于北大山岩体南部的磨盘山一带，呈花岗结构，块状构造（图 ）。矿物组成主要为石英（）、钾长石（）、斜长石（）和黑云母（）。石英粒径 ，半自形 自形结构；钾长石粒径为 ，半自形结构，表面高岭土化；斜长石粒径 ，自形结构，发育聚片双晶和卡 钠复合双晶，表面多发生高岭土化和绢云母化；黑云母呈黄褐色板状、片状，偶见锆石包裹其中，其周围可见明显的放射晕（图 ）。磨盘山一带的黑云母花岗岩中岩体还可见较多的云英岩脉、萤石电气石石英脉，以及绿柱石和电气石囊团（图 ）。分析方法用于主量、微量和稀土元素分析的样品采自岩体北部窟贾力等：大兴安岭南段北大山岩体的年代学和地球化学：对岩石成因及成矿潜力的指示图 北大山岩体区域地质简图（据管育春等，）（，）窿山 小北大山一带的石英二长斑岩（样品 、）和南部磨盘山一带的黑云母花岗岩（、和 ）。各选取一件石英二长斑岩（，、）和黑云母花岗岩（，、）样品进行锆石分选以开展 定年分析。此外，在进行锆石 定年的基础上，选择粒度较大，年龄较谐和的部分锆石点位开展原位 同位素分析。锆石 年龄锆石 定年和微量元素含量分析在长安大学成矿作用及其动力学实验室完成。实验过程将 气态准分子激光器和 电感耦合等离子体质谱仪联用。实验过程的激光束斑直径为 ，频率 ，能量密度 ，单点停留时间分别设定为 （、和 ）、（和 ）和 （、和 ），每个分析点的气体背景采集时间为 ，信号采集时间为 ，冲洗时间为 ，具体实验条件参见栾燕等（）。锆石标样 、和 （，）用作质量偏差和仪器漂移校正的外标。标样 的 的加权平均年龄为 ，的 的加权平均年龄为 ，的 的加权平均年龄为 （栾 燕 等，）。定 年 和 微 量 元 素 数 据 由 进 行 离 线 处 理（，），定年结果使用 进行图像绘制（，）。主量、微量和稀土元素分析石英二长斑岩（件）和黑云母花岗岩（件）全岩样品的主量和微量元素分析在广州澳实矿物实验室完成。样品的主量元素分析使用 光谱仪采用 方法完成。微量元素分析使用 和 仪器分别采用 方法和 方法完成。主量元素分析的相对偏差（）和相对误差（）小于 ，微量元素分析的相对偏差（）和相对误差（）小于 。锆石 同位素锆石 同位素分析在西安地质调查中心自然资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室配有 型激光剥蚀系 岩石学报 ，（）：图 北大山岩体代表性岩性照片（）北部窟窿山 小北大山一带的石英二长斑岩及暗色包体；（）石英二长斑岩；（）南部磨盘山一带的的黑云母花岗岩；（）黑云母花岗岩中的电气石囊团和放射状绿柱石；（）黑云母花岗岩岩裂隙中的萤石薄膜；（）黑云母花岗岩与云英岩脉接触带 斜长石；钾长石；石英；电气石；绿柱石；萤石 （），；（）；（），；（）；（）；（）；统的 多 接 收 电 感 耦 合 等 离 子 体 质 谱（）仪上完成。详细测试流程参照 （）和侯可军等（）。测试束斑直径为 。每分析 个样品测点后分析一组锆石标准样品作为监控，包括 、和 。分 析 过 程 中，标 样 的 测试加权平均值为 （），计算初始 时采用 的衰变常数为 （，）。锆石 （）值基于 年龄获得，计算时采用的球粒陨石 同位素 值为 ，值为 （，）。计算锆石 单阶段模式年龄（）时采用亏损地幔的 现在值为 ，值 为 （，）。计算锆石 二阶段模式年龄（）时采用亏损地幔的 现 在 值 为 ，值 为 （，）。热力学模拟 （）建立了在火成岩领域应用广泛的热力学模拟软件（），随后衍生出多个适合于不同岩性、不同温度、压力条件的相平衡模拟软件（如：，；，；，）。系列软件可以定量模拟岩浆（矿物 熔体）体系中的（相）平衡热力学过程，并可在温度 、压力 的变化范围区间给出特定岩石样品的平衡相关系。本次使用的 模型对石英和长石中的钾长石端元的生成焓经过重新标定，约束石英和钾长石的饱和温度边界，以便更准确的制约酸性岩浆的结晶过程（，），进而模拟含水的酸性岩浆体系中的热力学平衡相关系。本次模拟假设结晶分异在封闭的体系中进行，将基性程度最高的样品（）的主量元素含量（低 ，高 ）假定为初始岩浆的主量元素组成，温度变化范围设定为 ，压力分别设定为 、和 ，氧逸度保持在 （根据全岩及锆石的主微量元素计算所得，计算方法详见 ，）。热力学模型并不能对含有含水矿物（如：角闪石或黑云母等）的中性岩石的熔融与结晶过程进行准确模拟，且只适合模拟结晶度小于 的酸性岩浆体系（，；，）。而北大山岩体不仅含有角闪石和黑云母等含水矿物，且其南部黑云母花岗岩为高分异花岗岩（武广等，）。因此需要结合结晶分异模型（，），根据其主微量元素含量的变化来定量计算出北大山不同岩相的结晶分异程度。分析结果 锆石 年龄北大山岩体北部窟窿山 小北大山一带石英二长斑岩（）的 粒锆石和岩体南部磨盘山一带黑云母花岗岩（）粒锆石的锆石分析点位和它们的阴极发光图像见图 ，其分析结果见表 。石英二长斑岩（）与黑云母花岗岩（）的锆石在单偏光下均呈浅黄色至无色透明，半自形 自形柱状结构。石英二长斑岩中的锆石粒径在 之间，长宽比约为 至 ，而黑云母花岗岩中的锆石粒径在 之间，长宽比约为 至 。在阴极发光图像中，件样品中的大部分锆石发育生长韵律环带（图 ）。分析结果表明，石英二长斑岩（）与黑云母花岗岩（）锆石的 和 含量分别为 、和 、，比值分别为 贾力等：大兴安岭南段北大山岩体的年代学和地球化学：对岩石成因及成矿潜力的指示图 北大山岩体显微结构照片（）及 显微相图（、）（）石英二长斑岩中的斜长石和角闪石斑晶；（）石英二长斑岩的钾长石斑晶边缘发育蚀变边；（）石英二长斑岩中的石英斑晶；（）石英二长斑岩中的棕色的黑云母斑晶；（、）黑云母花岗岩；（）石英二长斑岩 显微相图；（）黑云母花岗岩 显微相图（、）为单偏光下，（、）为正交偏光下 钠长石；黑云母；角闪石；锆石 （）（，）（）；（）；（）；（）；（，）；（）；（）（，），（，）；岩石学报 ，（）：书书书?贾力等：大兴安岭南段北大山岩体的年代学和地球化学：对岩石成因及成矿潜力的指示书书书?岩石学报 ，（）：图 北大山岩体不同岩相锆石阴极发光照片（）岩体北部石英二长斑岩；（）岩体南部黑云母花岗岩 黑色和白色圆圈分别代表 年龄和 同位素测试位置，圈外黑色和白色数值分别为其 年龄和 （）值，圈内数值为其测点编号 （）（）；（），（）和 ；表 ），均明显高于变质和热液锆石的 比值（通常小于 ，）。此外，这些锆石总体具有较低的轻稀土和较高的重稀土含量，在球粒陨石标准化曲线上呈明显的左倾型分布特征（图 ，），且 正异常和 负异常显著，与典型岩浆锆石稀土分配模式一致（，），进一步说明这些锆石均为岩浆成因。本次对选自岩体北部窟窿山 小北大山一带石英二长斑岩中的 粒锆石进行了 次测点分析，相关 同位素组成均集中分布在谐和线附近（图 ），其 年龄的加权平均值为 （，图 ），表明北大山岩体北部窟窿山 小北大山一带的石英二长斑岩是早白垩世岩浆活动的产物。对选自岩体南部磨盘山一带黑云母花岗岩的 粒锆石进行了 次测点分析，除 个点谐和度较差外，其余 个分析点的相关 同位素组成均集中分布在谐和线附近（图 ），其中一个点为捕获锆石，年龄为 ，其余锆石分析点的 年龄的加权平均值为 （，图 ），表明北大山岩体南部磨盘山一带的黑云母花岗岩同样是早白垩世岩浆活动的产物。岩石地球化学特征北大山北部窟窿山 小北大山一带 件石英二长斑岩和图 北大山岩体不同岩相锆石的球粒陨石标准化稀土元素配分图解（标准化值据 ，）（，）南部磨盘山一带 件黑云母花岗岩的主量、微量和稀土元素分析结果见表 。石英二长斑岩样品 含量（）相对较低，（）、（）和（）含量较高。和 的含量分别为 和 ，值为 ，在 图解中（图 ），样品点主要落在石英二长岩区并向花岗岩区过渡。样品 值为 ，在 图解中（图 ），落入准铝质和过铝质的过渡区，属于准铝质 弱过铝质的岩石。石英二长斑岩样品总体相对富钾（），在 图解上均落入钾玄岩系列（图 ）。与石英二长斑岩相比，黑云母花岗岩具有高的 含量（），低的 （）、（）和 （）含量。黑云母花岗岩样品的 和 的含量分别为 和 ，值为 ，在 图解中（图 ），全部落在花岗岩区。样品的 值为 ，在 贾力等：大兴安岭南段北大山岩体的年代学和地球化学：对岩石成因及成矿潜力的指示表 北大山岩体全岩主量元素（）和微量元素（）分析结果 （）（）样品号 岩性石英二长斑岩黑云母花岗岩 （）岩石学报 ，（）：续表 样品号 岩性石英二长斑岩黑云母花岗岩 （），图 北大山岩体的锆石 年龄谐和图（、）及加权平均年龄图（、）（，）（，）图解中（图 ），同样落入准铝质和过铝质的过渡区，属于准铝质 弱过铝质的岩石。样品 值为 ，低于石英二长斑岩样品，在 图解中落入高钾钙碱性系列（图 ）。石英二长斑岩的稀土元素总量 为 ，比值为 ，（）比贾力等：大兴安岭南段北大山岩体的年代学和地球化学：对岩石成因及成矿潜力的指示图 北大山岩体主量元素协变图解（）图解（据 ，）；（）图解（据 ，）；（）图解（实线据 ，；虚线据 ，）数据来源：北大山石英二长斑岩数据引自管育春等（）；北大山黑云母花岗岩数据引自管育春等（）和武广等（）；维拉斯托碱长花岗斑岩数据引自 （），（），（）图 图 、图 图 中引用数据来源同此图 （）（，）；（）（，）；（）（，；，）：（）；（）（）；（），（）（）；值为 ，轻重稀土分馏显著，球粒陨石标准化稀土元素配分曲线呈右倾型（图 ）。黑云母花岗岩稀土元素总量 为 ，比值为 ，（）值为 ，轻重稀土分馏程度变化较大，球粒陨石标准化稀土元素配分曲线呈轻微右倾型（图 ）。石英二长斑岩和黑云母花岗岩的 值分别为 和 ，均显示明显的负铕异常，同时都具有低 （和 ）含量和高（和 ）含量，表明岩石经历了显著的斜长石分离结晶作用或源区存在斜长石残留相，且黑云母花岗岩较石英二长斑岩的分异程度更高。石英二长斑岩与黑云母花岗岩品都富集 、和 等元素，亏损 、和 等元素，在原始地幔标准化微量元素蛛网图中显示具有与中上地壳类似的配分模式（图 ）。锆石 同位素特征锆石 同位素分析结果见表 和图 。北大山北部窟窿山 小北大山一带石英二长斑岩样品（）中 个分 岩石学报 ，（）：图 北大山岩体球粒陨石标准化稀土元素配分图（）和原始地幔标准化微量元素蛛网图（）（标准化值据 ，）（）（）（，）图 北大山岩体锆石 同位素组成与 年龄相关性图解中亚造山带东段显生宙火成岩 同位素组成据 （）和 （）；燕山褶皱逆冲带显生宙火成岩 同位素组成据 （）（）（）；（）析点 的 同 位 素 初 始 值 介 于 之间，平均值为 ；（）值介于 之间，平均值为 。同位素单阶段年龄和两阶段年龄分别为 和 ，平均值分别为 和 （图 、表 ）。北大山南部磨盘山一带黑云母花岗岩样品（）中 粒锆石的 个分析点的 同位素初始 值介于 之间，平均值为 ；（）值介于 之间，平均值为 。同位素单阶段年龄和两阶段年龄分别为 和 ，平均值分别为 和 （图 、表 ）。热力学素模拟结果 热力学模拟结果表明，北大山北部一带石英二长斑岩和南部一带黑云母花岗岩二者之间明显具有连续的演化关系（图 ），模拟设定的初始岩浆在演化过程中共经历了斜长石（）、钾长石（）、石英（）、角闪石（）和黑云母（）贾力等：大兴安岭南段北大山岩体的年代学和地球化学：对岩石成因及成矿潜力的指示书书书?岩石学报 ，（）：图 北大山岩体主微量元素 图解（）与 模拟结果（、，据 ，）（）（，）等矿物的分离结晶（图 ）。石英二长斑岩不同样品之间存在明显的结晶分异程度的差异，其结晶分异程度最高的样品可达约 。黑云母花岗岩的结晶分异程度远高于石英二长斑岩，且不同样品之间的结晶分异程度变化范围介于 （图 ）。讨论 成岩时代本次锆石 定年测得北大山岩体北部窟窿山 小北大山一带石英二长斑岩的形成年龄为 （，），南部磨盘山黑云母花岗岩的形成年龄为 （，），二者具有相似的成岩年龄，均形成于早白垩世。上述结果与前人所获得的北大山岩体北部石英二长斑岩的锆石 年龄（集中分布于 ；管育春等，；丁磊磊等，）、南部磨盘山一带黑云母花岗岩的锆石 和 年龄，以及锡石 年龄（集中分布于 之间；刘翼飞，；，；管育春等，；刘瑞麟等，；周振华等，；武广等，；丁磊磊等，），在误差范围内完全一致（表 、图 ）。大兴安岭南段是我国北方最重要的锡多金属成矿带。前人对该区发育的一系列锡多金属矿床及相关岩体运用多种测年手段进行了详细的测年工作，确定了这些矿床及相关成矿岩体的年龄，并发现其成岩成矿时代同样集中在 之间，具有较好的一致性（图 、表 ）。由此可见，北大山岩体不同岩相的形成均为早白垩世，与大兴安岭南段燕山期锡多金属矿床成矿事件的时间基本一致（陈毓川等，；毛景文等，；武广等，）。岩石成因野外及薄片观察表明，北大山岩体遭受了一定程度的热贾力等：大兴安岭南段北大山岩体的年代学和地球化学：对岩石成因及成矿潜力的指示图 北大山岩体和维拉斯托锡多金属矿床成岩成矿时代分布图 表 大兴安岭南段锡多金属矿床及相关岩体的年龄统计表 名称成矿元素类型测试方法测试对象年龄（）参考文献维拉斯托 岩体锆石 定年碱长花岗斑岩 ，锆石 定年碱长花岗斑岩 ，锆石 定年碱长花岗斑岩 ，锆石 定年碱长花岗斑岩 郭贵娟，锆石 定年碱长花岗斑岩 武广等，锆石 定年碱长花岗斑岩 武广等，锆石 定年碱长花岗斑岩 翟德高等，锆石 定年碱长花岗斑岩 张天福等，锡石 定年碱长花岗斑岩 ，矿体辉钼矿 定年云英岩矿化 ，锡石 定年脉型矿 刘瑞麟等，辉钼矿 定年脉型矿 ，锡石 定年脉型矿 ，白云母 定年脉型矿 周振华等，白云母 定年脉型矿 ，辉钼矿 定年脉型矿 ，辉钼矿 定年脉型矿 翟德高等，黄岗 岩体锆石 定年钾长花岗岩 ，锆石 定年钾长花岗岩 ，锆石 定年钾长花岗岩 ，锆石 定年花岗斑岩 ，矿体辉钼矿 定年矿体 ，辉钼矿 定年矿体 周振华等，大井 岩体锆石 定年石英斑岩 江思宏等，锆石 定年晶屑熔结凝灰岩 江思宏等，锆石 定年流纹质火山角砾熔岩 江思宏等，锆石 定年晶屑凝灰岩 江思宏等，矿体锡石 定年矿体 廖震等，岩石学报 ，（）：续表 名称成矿元素类型测试方法测试对象年龄（）参考文献毛登 岩体锆石 定年花岗斑岩 季根源等，锆石 定年斑状二长花岗岩 季根源等，锆石 定年斑状花岗岩 郭硕等，锆石 定年碎斑熔岩 张学斌等，锆石 定年碱长花岗岩 季根源等，矿体锡石 定年脉型矿 季根源等，锡石 定年脉型矿 郭硕等，安乐 岩体锆石 定年花岗斑岩 张静俊，花岗斑岩 王国政，次火山岩 王国政，次火山岩 王国政，矿体锡石 定年脉型矿 张静俊，边家大院 岩体锆石 定年花岗斑岩 蒋昊原，锆石 定年辉石闪长岩 蒋昊原，锆石 定年正长花岗岩 顾玉超等，锆石 定年花岗闪长岩 ，锆石 定年花岗斑岩 王喜龙等，锆石 定年辉长岩 王喜龙等，锆石 定年闪长岩 王喜龙等，锆石 定年石英斑岩 ，锆石 定年石英斑岩 ，锆石 定年辉长岩 ，锆石 定年辉长岩 ，锆石 定年闪长岩 ，矿体辉钼矿 定年脉型矿 ，绢云母 定年脉型矿 ，北大山岩体锆石 定年石英二长斑岩 管育春等，锆石 定年石英二长斑岩 管育春等，锆石 定年石英二长斑岩 丁磊磊等，锆石 定年石英二长斑岩 本文锆石 定年黑云母花岗岩 ，锆石 定年黑云母花岗岩 ，锆石 定年黑云母花岗岩 武广等，锆石 定年黑云母花岗岩 周振华等，锆石 定年黑云母花岗岩 管育春等，锆石 定年黑云母花岗岩 丁磊磊等，锡石 定年黑云母花岗岩 丁磊磊等，锆石 定年黑云母花岗岩 本文液作用（如电气石化、绿柱石化、萤石化和云英岩化等，图 ）和次生蚀变（如高岭土化，图 ）。部分样品较高的烧失量（达 ）（表 ），也表明热液作用和次生蚀变对样品的地球化学组成有一定的影响。是典型的高强元素和化学不活动性元素，在流体及弱变质过程中不易迁移（，）。因此 与其他元素的相关性是判断元素受蚀变影响程度的重要依据。由图 可见，除 、和 等活动性元素外，大多数元素与 相关性明显，表明热液作用和次生蚀变对多数元素含量的影响不大，其地球化学特征仍可制约其岩石成因和演化过程（，）。成因类型在北大山岩体中不含典型的 型花岗岩特有的富铝质矿物（如：堇青石和石榴石等），样品 的含量很低（），且与 含量为负相关（图 ）。此外，石英二长斑岩较高的全岩锆饱和温度（平均值 ），亏损的锆石 同位素组成（），均明显不同于 型花岗岩。北大山岩体北部石英二长斑岩含有 型花岗岩的特征矿物角闪石（图 ），在地球化学上富含钾（；），值介于 ，属于高钾钙碱性的准铝质 弱过铝质岩石。此外，北大贾力等：大兴安岭南段北大山岩体的年代学和地球化学：对岩石成因及成矿潜力的指示图 北大山岩体中各岩相的主微量元素与 含量相关性图解 山岩体的各岩相均含早期结晶的含水矿物黑云母（图 ），指示其岩浆相对富水；而 的含量较低且与 比值呈明显的负相关（图 ；吴福元等，），较低的 值（，图 ）和（）值（，图 ）（，），均表明北大山岩体并非典型 型花岗岩，而是经历一定程度结晶分异的 型花岗岩。岩浆源区 （）根据全岩锆饱和温度提出热和冷花岗岩的概念，热花岗岩的温度大约在 左右，源区的残留物较少，其形成可能与外来热的加入有关。北大山岩体石英二长斑岩中含有少量的暗色包体（图 ），高的锆石 饱和温度和全岩锆饱和温度（和 ，平均值为 和 ；，；，），符合热花岗岩的特征，指示其形成过程中有一定地幔热贡献。北大山岩体的两个岩相具有相似且亏损的锆石 同位素组成，其中石英二长斑岩锆石的 （）值介于 之间（平均值为 ），黑云母花岗岩锆石的 （）值介于 之间（平均值为 ），在锆石 同位素组成与 年龄相关性图解中（图 ），两者均位于 （）和 （）限定的中亚造山带东段显生宙火成岩 同位素组成区域。石英二长斑岩的锆石两阶段模式年龄为 （平均值为 ），黑云母花岗岩的两阶段模式年龄为 （平均值为 ），表明北大山岩体与大兴安岭南段中生代花岗质侵入岩的源区 岩石学报 ，（）：图 花岗岩成因类型判别图解（）图解；（）图解（据 ，；吴福元等，）；（）（）图解（据 ，）；（）（）（）图解（据 ，）（）；（）（，；，）；（）（）（，）；（）（）（）（，）类似，均源于新元古代新生壳源物质部分熔融（，；吴福元等，），也表明该区存在新元古代重要陆壳生长事件（，；，；武广等，）。因此，北大山岩体在是幔源岩浆底侵作用的热影响下，新元古代新生地壳物质发生高温部分熔融的产物，并可能有少量地幔物质的加入。岩浆演化北大山岩体北部石英二长斑岩和南部黑云母花岗岩的形成时代、矿物组合、地球化学和同位素组成相似，表明岩体不同岩性单元之间是同源岩浆分异演化的产物。岩体南部黑云母花岗岩具有高硅（）、富碱（）、低 （）和高 （）的特征，表明其经历了较高程度的结晶分异。、和 比值是花岗岩浆结晶分异程度的重要地球化学指标（，；，；，），北大山黑云母花岗岩的 、及 值明显低于石英二长斑岩的值（图 ），指示该黑云母花岗岩相对于石英二长斑岩具有高的结晶分异程度。此外，与 和 的负相关（图 ）及 的亏损（图 ）指示斜长石参与了分离结晶过程；而 与 的负相关（图 ）、与 的正相关（图 ；，）指示其岩浆演化过程中经历了磷灰石的分离结晶作用；与 和 的负相关（图 ）指示镁铁矿物（角闪石和黑云母）可能参与了的分离结晶；与 、的负相关（图 ，）指示 氧化物的分离结晶；和 的亏损（图 ）指示钾长石的分离结晶。镜下观察和 模拟结果表明，北大山岩体中的斜长石结晶较早，而钾长石结晶相对较晚（图 ），北部石英二长斑岩中样品的 和 的含量随 含量升高而呈明显的下降趋势，而在南部黑云母花岗岩中相关元素的含量贾力等：大兴安岭南段北大山岩体的年代学和地球化学：对岩石成因及成矿潜力的指示图 花岗岩演化程度判别图（据 ，）（，）趋于稳定（图 ，）。由此可见，在石英二长岩阶段，斜长石经历过显著的分离结晶作用，钾长石尚未开始分离结晶，而在黑云母花岗岩阶段，斜长石分离结晶已较弱（斜率明显降低，图 ），钾长石开始大规模结晶。由此可见，北大山岩体两个岩相都存在一定程度的结晶分异作用，且北部石英二长斑岩与南部黑云母花岗岩结晶分异程度相差较大（图 ）。以石英二长斑岩基性程度最高的样品的元素组成作为端元组分的 模拟结果表明，石英二长斑岩样品间的结晶分异程度的变化范围介于 ，而黑云母花岗岩是假定初始岩浆经历 分离结晶作用的产物。成矿潜力大兴安岭南段是我国北方最重要的锡多金属成矿带，区内发育维拉斯托、黄岗、安乐、大井、毛登和边家大院等一系列与燕山期花岗岩有关的锡多金属矿床（，；蒋少涌等，；隋清霖等，）。维拉斯托超大型锡多金属矿床位于北大山岩体西北约 ，是该区最具代表性的锡多金属矿床之一（，；武广等，）。北大山岩体为区域内出露规模最大的燕山期侵入岩体，但截至目前岩体内尚未发现富锡矿体。因此北大山岩体与维拉斯托矿床成矿岩体的亲缘性与锡多金属成矿潜力亟需探讨。花岗质岩浆的成矿作用主要受控于岩浆源区性质、氧化还原状态、结晶分异过程与程度和挥发分类型与含量等因素（，；，；，；，）。一般认为，源区组分及熔融过程对锡等稀有金属的初始富集作用至关重要（，；，）。大量的锆石年代学、同位素、同位素组成及两阶段模式年龄结果显示，大兴安岭南段锡多金属成矿带成矿花岗岩主要来源于新元古代新生地壳的部分熔融（，；，；李睿华，；张天福等，；武广等，）。北大山岩体与维拉斯托成矿岩体具有相似的成岩年龄和 同位素组成（图 、图 ），表明其与维拉斯托锡多金属矿床具有相似的物质来源。近年来的研究显示，源区富黑云母（和角闪石），而贫白云母质源岩的高温低程度部分熔融（，；，）是成锡花岗岩的关键因素。因此，大部分含锡花岗岩显示与准铝质 型花岗岩或高分异花岗岩类似的地球化学特征（，；蒋少涌 岩石学报 ，（）：等，；隋清霖等，；袁顺达等，）。北大山岩体的各岩相均含早期结晶的含水矿物黑云母，的含量较低且与 比值呈明显的负相关，较低的 值和（）值，均表明北大山岩体并非典型 型花岗岩，而是经历一定程度结晶分异的 型花岗岩。维拉斯托成矿岩体中的碱长花岗斑岩同样为高分异的 型花岗岩，含量、比值和（）含量的相关性（图 ）也表明二者可能具有连续的演化趋势。锡为变价元素（或 ），氧化还原条件决定了锡在花岗岩体 系 中 的 存 在 形 式 和 成 矿 潜 力（，；，）。在氧化性（）花岗质岩浆中，倾向于进入造岩矿物或副矿物（角闪石、黑云母和磁铁矿等）中而不利于其进入成矿熔体和流体中运移，亦不利于成矿元素的进一步富集与成矿（，；，），而在还原性花岗质岩浆中，倾向于进入成矿熔体和流体中运移，易于形成岩浆热液型锡矿床（，；，）。北大山岩体两个岩相的氧逸度平均为 （，），而维拉斯托碱长花岗斑岩的氧逸度介于 与 之间（，），均为还原性花岗岩，具有较好的锡等稀有金属成矿潜力。在还原性花岗质岩浆的结晶分异过程，锡为不相容元素并优先进入熔体（，；，）。因此，结晶分异作用有利于锡在残留岩浆中的不断富集和成矿。、和 比值和稀土得四分组效应值（，）评价花岗岩的分异演化程度（，；，；，；，），如 为高分异和中等程度分异花岗岩的指标（，）；为花岗岩体系岩浆 热液的分界（，）；为花岗岩发生岩浆热液相互作用的依据（，）。（）和 ，（）是指示花岗质岩浆发生过熔体 流体的相互作用的重要指示（，）。北大山南部黑云母花岗岩具有相对低的 、和 的值（图 、图 ）、高的 和 含量（图 、图 ）及 模拟结果（图 ）均表明其具有相对高的结晶分异程度。此外，北大山岩体各岩相样品的 均介于 之间，（，主要为 ）较低，指示岩体演化过程中没有经历明显的熔体 流体相互作用和岩浆热液演化过程。相对于北大山岩体，维拉斯托矿床成矿碱长花岗斑岩的 、（）和 的 值 更 低、及 的值更高，四分组效应显著（，），表明维拉斯托碱长花岗斑岩不仅经历了更高程度的结晶分异，且在岩浆演化的晚期经历了强烈的熔体 流体相互作用和岩浆热液演化过程。、和 等挥发性元素对锡等成矿元素的迁移、富集起着积极的作用（，；，；，；胡晓燕等，；，）。在源区部分熔融的过程中，、和 等元素可以促进含锡等矿物相的部分熔融，造成原始岩浆中锡等成矿元素的初始富集。此外，在岩浆演化过程中，、和 等挥发性元素不仅可以有效降低熔体的粘度和固相线温度（，；，；，；，；，；，），还可以与锡等成矿元素形成稳定的络合物进行迁移（，），有利于岩浆演化和成矿元素富集。北大山南部黑云母花岗岩中局部可见电气石囊团，后期裂隙中常含紫色萤石薄膜（图 ），但是岩体中 和 含量总体较低，也未见原生电气石和富氟矿物（如黄玉）。与之对应的是，维拉斯托矿床成矿碱长花岗斑岩中普遍发育黄玉，且在晚期热液系统中发育大量萤石脉。因此，北大山岩体总体挥发分富集程度不高，明显低于其北部维拉斯托矿床成矿碱长花岗斑岩。综上所述，北大山南部黑云母花岗岩体为新生壳源物质部分熔融所产生的岩浆经历较高程度结晶分异的产物，其形成时代、源区特征和氧化还原条件与大兴安岭南段稀有金属花岗岩类似，具有一定的锡多金属成矿潜力。但是，北大山岩体初融温度不高、相对贫 而富有 、结晶分异程度和熔体 流体相互作用明显低于维拉斯托矿床成矿碱长花岗斑岩，不可能是维拉斯托锡多金属矿床的成矿母岩。结论（）北大山岩体北部石英二长斑岩形成于 （，），南部黑云母花岗岩形于 （，），与大兴安岭南段早白垩世锡多金属成矿事件相一致。（）北大山岩体为富水的高钾钙碱性 型花岗岩，来源于新生地壳的部分熔融，且有地幔热的加入。在演化过程中经历了角闪石、黑云母、斜长石、磷灰石和 氧化物的结晶分异作用。及微量元素等模拟结果显示，北大山岩体北部石英二长斑岩的结晶分异程度明显低于南部黑云母花岗岩。（）北大山岩体的形成时代、源区特征和氧化还原条件与大兴安岭南段稀有金属花岗岩类似，具有一定的锡多金属成矿潜力，但其初融温度、挥发分组成、分异演化程度明显不同于维拉斯托矿床成矿碱长花岗斑岩，不是该矿床的成矿母岩。致谢感谢中南大学李欢教授和另一位匿名审稿人认真评阅论文并提出了宝贵的修改意见。，贾力等：大兴安岭南段北大山岩体的年代学和地球化学：对岩石成因及成矿潜力的指示 ：，（）：，（）：，：，（）：，（）：，：，：，（）：，：，（）：，（），：，（）：，（）：（），：，：，：，：，（）：（）：，（）：，（）：，：，（）：，：，：，：，（）：，（）：，：，（）：，：，（）：，（）：（），：，（）：，（）：，（）：（）：（），（）：（），：（），：，（）：（），（）：（），（）：，：（），（）：，：，（）：（），岩石学报 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