华北克拉通秋树林钼矿床两阶段成矿作用：来自流体、同位素和地质年代学数据的约束

《Ore Geology Reviews》：Two-stage mineralization of the Qiushulin molybdenum deposit in the North China Craton: Constraints from fluid, isotopic, and geochronologic data

　　

秋树林钼矿床位于华北克拉通（North China Craton，NCC）中部太行山地区，赋存于石英二长斑岩与新太古代放里片麻岩的接触带中。石英二长斑岩的激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）锆石U-Pb定年结果给出加权平均²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄为132 Ma。结合全岩地球化学特征，表明其形成于早白垩世，由古太平洋板块（Paleo-Pacific plate，PPP）俯冲至NCC之下并发生板片回卷所诱发的幔源角闪岩/玄武岩部分熔融所致。对辉钼矿开展铼-锇（Re-Os）定年，获得两阶段成矿年龄。前一成矿年龄为130 Ma，与石英二长斑岩年龄大体一致，对应前两个成矿阶段：（Ⅰ）石英-黄铁矿阶段、（Ⅱ）石英-多金属硫化物阶段。后一成矿年龄为113 Ma，对应最后一个成矿阶段：（Ⅲ）石英-碳酸盐阶段。流体包裹体的岩相学、显微测温及激光拉曼结果表明，包裹体主要成分为CO₂，以三相原生包裹体为主，同时亦可见富液相次生包裹体。第Ⅰ和第Ⅱ成矿阶段的原生包裹体成矿温度分别为357–427 ℃和257–381 ℃，盐度分别为6.54–9.44 wt%和2.96–11.61 wt%。计算获得的第Ⅰ和第Ⅱ阶段捕获压力分别为200–276 MPa和203–248 MPa，成矿深度约8.34 km。氢-氧（H-O）同位素分析显示，第Ⅰ阶段的δD_V-SMOW和δ¹⁸O_H2O范围分别为?58.1‰至?59.0‰和5.37‰至6.07‰，投点位于原生岩浆水区域附近；第Ⅱ阶段的δD_V-SMOW和δ¹⁸O_H2O范围分别为?59.4‰至?60.8‰和4.40‰至4.48‰，向大气降水线方向漂移。这表明成矿流体主要为原生岩浆水，随成矿作用进行，有大气降水的加入。结合硫-铅（S-Pb）同位素组成，指示金属矿物主要来源于地幔-下地壳。基于对秋树林钼矿床及其赋矿岩石石英二长斑岩的研究，结合区域构造-岩浆事件、矿床地质以及年代学和同位素数据，研究人员认为秋树林钼矿床为典型的斑岩型矿床。其成因归因于PPP俯冲至NCC之下并发生回卷过程中，岩石圈伸展与软流圈上涌所引发的壳幔岩浆相互作用，伴随多期构造岩浆活动与成矿叠加。

华北克拉通（NCC）是世界上最古老、规模最大的克拉通之一，其早白垩世岩石圈减薄与克拉通破坏过程伴随强烈的壳幔岩浆作用和丰富的多金属成矿事件。古太平洋板块（PPP）晚侏罗世开始俯冲、早白垩世发生板片回卷，导致NCC岩石圈拆沉和伸展，在太行山地区形成 NNE 向构造-岩浆带及一系列金、钼、铅锌银矿床。太行山中北段已识别出140 Ma、130 Ma和115–100 Ma三期成矿事件，但位于中段麻棚岩体外围的秋树林钼矿床研究程度较低：含矿石英二长斑岩的形成时代、岩石成因及其与成矿的关系尚不明确，成矿物质来源缺乏系统年代学和同位素约束。为此，研究人员对该矿床开展锆石U-Pb年代学、全岩地球化学、辉钼矿Re-Os定年、流体包裹体及H-O、S-Pb同位素综合研究，以揭示其成岩成矿机制，为深入理解NCC中生代岩浆作用、成矿作用和岩石圈地幔演化提供科学依据。

研究采用的主要技术方法包括：对矿区钻孔样品（ZK130、ZK901、ZK231、ZK101）和地表露头中的石英二长斑岩开展LA-ICP-MS锆石U-Pb定年及全岩主微量元素分析；对四件辉钼矿样品进行Re-Os同位素定年；对四个成矿阶段石英脉样品开展流体包裹体岩相学、显微测温与激光拉曼光谱分析；对主成矿期黄铁矿和辉钼矿单矿物进行S-Pb同位素测试，并对石英脉开展H-O同位素分析。所有样品均采自秋树林钼矿床钻孔及井田范围。

**5.1 石英二长斑岩锆石U-Pb年代学**：对14颗岩浆锆石进行分析，获²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄132±1 Ma（MSWD=0.88），锆石呈典型岩浆振荡环带，Th/U比值大于0.40，解释为石英二长斑岩的结晶年龄，属早白垩世。

**5.2 石英二长斑岩全岩地球化学**：岩石属高钾钙碱性准铝质石英二长岩，富集大离子亲石元素，亏损高场强元素和重稀土，具弱正Eu异常，高Sr/Y比值（138–159），表现出埃达克质岩石亲和性，指示岩浆来源于地幔角闪岩/玄武岩部分熔融并与下地壳物质发生壳幔混合。

**5.3 辉钼矿Re-Os年代学**：四件辉钼矿样品给出两阶段成矿年龄。第一阶段由三件样品构成，等时线年龄130±9 Ma（MSWD=1.1），代表主成矿年龄，与赋矿石英二长斑岩年龄132 Ma一致；第二阶段单件样品模式年龄113±0.54 Ma，代表后期叠加成矿事件。

**5.4 H-O同位素组成**：第Ⅰ阶段δD_V-SMOW为?58.1‰至?59.0‰，δ¹⁸O_H2O为5.37‰至6.07‰，投点位于原生岩浆水区域；第Ⅱ阶段δD_V-SMOW为?59.4‰至?60.8‰，δ¹⁸O_H2O为4.40‰至4.48‰，向大气降水线方向偏移，表明成矿流体以原生岩浆水为主，后期有大气降水混入。

**5.5 流体包裹体分析**：（1）岩相学特征显示原生H₂O-CO₂三相包裹体呈簇状分布，次生富液相包裹体呈带状分布；（2）显微测温获得第Ⅰ阶段均一温度357–427 ℃、盐度6.54–9.44 wt%、捕获压力200–276 MPa，第Ⅱ阶段均一温度257–381 ℃、盐度2.96–11.61 wt%、捕获压力203–248 MPa，第Ⅲ阶段石英和方解石中次生包裹体均一温度分别为263–337 ℃和145–153 ℃，据此估算成矿深度约8.34 km，属中高温深成矿床；（3）激光拉曼光谱显示流体气相成分以CO₂为主。

**5.6 硫同位素组成**：主成矿期黄铁矿δ³⁴S值为0.67‰–0.86‰，辉钼矿δ³⁴S值为0.54‰，与地幔硫范围（0–1‰）一致，指示硫来源于地幔。

**5.7 铅同位素组成**：黄铁矿和辉钼矿的²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb、²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb、²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb值分别落于下地壳或地幔铅演化曲线附近，反映成矿物质具有壳幔混合特征。

讨论中，研究人员将秋树林钼矿床与区域构造-岩浆事件对比，确认其形成与PPP早白垩世回卷引发的岩石圈伸展和软流圈上涌密切相关。石英二长斑岩具埃达克质特征，源于俯冲流体交代的地幔源区部分熔融，底侵的基性岩浆加热下地壳导致其拆沉熔融，形成含矿岩浆。随成矿流体演化，早期以岩浆水为主的高温高压CO₂流体萃取幔源金属元素，后期大气降水混入导致温度、盐度降低和硫化物大规模沉淀。Re-Os年龄和Re含量变化（第一阶段75–169 ppm增至第二阶段316 ppm）进一步指示晚期有更多幔源物质参与。区域对比表明太行山中北段存在约140 Ma钼金成矿、约130 Ma钼金成矿和115–100 Ma铅锌银成矿三阶段成矿事件，秋树林矿床130 Ma和113 Ma两阶段成矿年龄正是该区域构造岩浆演化历史的直接记录。

研究结论如下：（1）秋树林石英二长斑岩锆石U-Pb年龄为132 Ma，属早白垩世，地球化学上显示典型埃达克质特征，对应于早白垩世PPP向NCC俯冲回卷，俯冲流体交代和分离结晶形成的基性岩浆底侵加热下地壳，导致下地壳拆沉和熔融，形成具埃达克质亲和性的含矿岩浆。（2）秋树林钼矿床第一阶段成矿年龄为130 Ma，与赋矿石英二长斑岩年龄132 Ma一致，约束主成矿期为早白垩世；第二阶段成矿年龄为113 Ma，与区域煌斑岩侵位年龄一致。（3）秋树林钼矿床流体包裹体分为原生包裹体和次生包裹体，H-O同位素分析显示成矿流体主要来源于岩浆热液，S-Pb同位素研究表明金属矿物主要来源于地幔-下地壳。（4）结合区域研究，确认太行山中北段存在三个主要成矿阶段：约140 Ma构造岩浆作用形成钼金矿化，约130 Ma构造岩浆作用与钼金矿化相关，115–100 Ma构造岩浆作用主要生成铅锌银矿化。该研究成果发表于《Ore Geology Reviews》。