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2017 年 9 月 September 2017 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 36，No． 5 551 －558 收稿日期 2016 －12 －29; 修回日期 2017 －01 －23; 接受日期 2017 －03 －20 基金项目 国家自然科学基金资助项目 “柴达木盆地大风山特大型天青石矿床锶的富集成矿机制研究” 41402084 ; 中国地 质调查局地质调查项目 “我国三稀金属资源战略调查” 1212011220803 ， 我国稀有、 稀散资源战略调查及研究 1212011220805 ， 中国矿产地质与成矿规律综合集成和服务 矿产地质志 DD20160346 作者简介 高允， 硕士研究生， 主要从事矿物学、 矿石学、 矿床学方面的研究。E- mail gaoyun_10163． com。 通讯作者 孙艳， 高级工程师， 主要从事三稀金属资源战略调查研究工作。E- mail sunyan517 vip． 163． com。 高允，孙艳，赵芝， 等． 内蒙古武川县赵井沟铌钽多金属矿床白云母40Ar － 39Ar 同位素年龄及地质意义［J］ ． 岩矿测试， 2017， 36 5 551 －558． GAO Yun，SUN Yan，ZHAO Zhi，et al． 40Ar-39Ar Dating of Muscovite from the Zhaojinggou Nb- Ta Polymetallic Deposit in Wuchuan County of Inner Mongolia and Its Geological Implications［ J］ ． Rock and Mineral Analysis， 2017， 36 5 551 －558． 【DOI 10． 15898/j． cnki． 11 －2131/td． 201612290190】 内蒙 古 武 川 县 赵 井 沟 铌 钽 多 金 属 矿 床 白 云 母40Ar － 39 Ar 同位素年龄及地质意义 高允1， 2，孙艳1*，赵芝1，李建康1，何晗晗1，杨岳清1 1． 中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037; 2． 中国地质大学 北京 地球科学与资源学院，北京 100083 摘要 内蒙古赵井沟铌钽多金属矿是近年来取得较大找矿进展的大型稀有金属矿床， 初步探明铌钽氧化物 储量超过 8200 吨， 前人对其矿床地质特征已有初步研究， 但其成矿时代尚未精确厘定。本文以赵井沟铌钽 多金属矿区内天河石花岗伟晶岩脉中的白云母为研究对象， 利用40Ar － 39Ar 同位素年代学方法， 以确定其成 矿时代。研究发现矿区内铌钽矿化主要赋存在碱长花岗岩、 碱长花岗细晶岩、 云英岩和天河石花岗伟晶岩 中， 且铌钽矿物与白云母同时形成， 有重要的共生关系， 故本次研究获得的白云母坪年龄 123． 57 0． 66 Ma 和等时线年龄 124． 0 2． 0 Ma 具有地质意义， 可代表成矿年龄。这一成果表明赵井沟铌钽多金属矿床形成 于燕山晚期 至少延续至早白垩世 ， 与前人获得的锆石年龄有较大差异， 这对分析其矿床成因有重要意义。 同时， 结合区域地质资料， 本文认为华北地台北缘内蒙古地轴中部在燕山运动的晚期存在一次重要的稀有金 属成矿事件。 关键词 铌钽多金属矿床; 天河石花岗伟晶岩; 白云母; 40Ar －39Ar 同位素年龄; 赵井沟 中图分类号 P618． 79; P618． 86; P619． 273文献标识码 A 铌和钽是两种重要的稀有金属元素， 由于具有 独特的物理性质而成为机械、 电子、 原子能等领域不 可或缺的重要金属原料。世界上 75 以上的钽矿 分布在澳大利亚， 绝大部分的铌矿产出于巴西和加 拿大 ［1 －2 ］， 我国铌钽储量较小， 主要分布在华南地 区， 新疆和内蒙古也有零星分布。赵井沟铌钽多金 属矿位于内蒙古呼和浩特市武川县东北约 35 公里 处， 该矿床由内蒙古局属区测队发现于 20 世纪 70 年代， 并进行了普查工作， 2010 年赵井沟铌钽多金 属矿床转入详查， 并取得重大进展， 据内蒙古第一地 质勘查院报告， 矿床新增铌 Nb2O5 和钽 Ta2O5 资 源量约 8000 吨。前人已对赵井沟矿区开展了系统 的构造、 岩浆岩、 岩矿及同位素年代学研究， 对矿床 产出的地质背景、 矿床特征及成矿时代进行了探 讨 ［3 －6 ］， 聂凤军等 2013［3 ］进行了成矿岩体年代学 研究， 测得碱长花岗岩、 碱长花岗细晶岩和碱长花岗 伟晶岩中锆石的 U － Pb 同位素年龄值分别为 277． 14 0． 82 Ma、 277． 0 2． 1 Ma 和 276． 6 2． 1 Ma， 推测矿床为海西期产物; 柴华等 ［4 ］、 黄从俊等［5 ］ 通过野外勘探， 将成矿时代定为燕山期。然而成岩 时代并不能代表成矿时代， 通过野外勘探讨论成矿 时代更是证据不足， 其成矿时代仍缺乏准确的年龄 155 ChaoXing 数据。 本文在野外考察的基础上， 发现该矿床浅部存在 大量天河石花岗伟晶岩， 其中的白云母与铌钽矿物有 着重要的共生关系， 是厘定成矿时代的理想对象， 通 过白云母40Ar － 39Ar 同位素定年工作， 进行了成岩成 矿年龄对比， 同时针对区域上稀有金属矿床和基础地 质资料， 讨论了该区的成矿潜力和找矿前景。 1太古代变质岩; 2元古代变质火山 － 沉积岩; 3中生代地层; 4太古代岩浆岩; 5元古代岩浆岩; 6早古生代岩浆岩; 7晚古生代变 质岩; 8中生代岩浆岩; 9第四系; 10断裂; 11金矿床 点 ; 12赵井沟铌钽矿。 1 东伙房金矿床; 2 牌楼金矿点; 3 鹿场金 矿床; 4 摩天岭金矿床; 5 哈拉沁金矿点; 6 卯独庆金矿床; 7 新地沟金矿床; 8 大汗青金矿点。 图 1内蒙古呼和浩特武川区域地质简图 据文献［ 3， 7］ 改编 Fig． 1Simplified regional geological map of HohhotWuchuan area，central Inner Mongolia Modified from Reference［ 3， 7］ 1区域地质背景 地理位置上， 赵井沟铌钽多金属矿床位于内蒙 武川县东北部 图 1 ， 成矿区带属于滨太平洋成矿 域华北板块华北陆块北缘东段成矿带内蒙隆 起东段成矿亚带。大地构造位置属华北古板块的华 北陆块北缘内蒙古地轴中部， 位于山前 乌拉特前 旗呼和浩特 、 山后 固阳察右中旗 和固阳 土默特左旗三条深大断裂构成的菱形格架中 ［3 ］。 区内分布的地层主要为中元古界渣尔泰群黑云母千 枚岩、 砂质千枚岩; 中石炭统栓马桩组 C2s 变质砾 岩、 变质长石砂岩; 第四系全新统松散沉积物。区内 总的构造线方向为北东南西向， 侏罗系地层呈单 斜， 仅局部有小褶皱及断层。地层中解理、 裂隙发 育， 可分为北东、 近东西及北北东向三组， 其中前两 组最为发育， 延伸较远， 倾角一般较陡， 后期脉岩多 沿次两组裂隙贯入， 形成良好成矿条件。受构造运 动的影响， 研究区内岩浆活动比较频繁， 不同规模、 形态的侵入岩分布广泛， 主要有太古代黑云母花岗 岩 Ar1γβ 、 早元古代片麻状闪长岩 Pt1δ 和石英闪 长岩 Pt1δ 、 中元古代黑云母花岗岩 Pt2γβ 和二长 花岗岩 Pt2ηγ 、 早古生代石英闪长岩和二长花岗 岩、 晚古生代中粗粒花岗岩和侏罗纪细粒钾长花岗 岩 ［4 ］。其中古生代的碱长花岗岩与铌钽矿体具有 密切的分布关系。 区域内除赵井沟铌钽多金属矿床外， 还有潘家 沟和虎头山铌钽矿点， 同时还有很多金矿床、 矿化 点， 很多学者已对该区域的金矿成矿条件和成矿时 代进行了论述， 其中构造蚀变岩型和岩浆蚀变岩型 金矿与燕山活动关系密切 ［8 －10 ］。 2矿床地质特征 区内出露的地层主要有中元古界渣尔泰群 255 第 5 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2017 年 ChaoXing Pt2zh 黑云母千枚岩、 砂质千枚岩; 中石炭统栓马桩 组 C2s 变质砾岩、 变质长石砂岩; 第四系全新统 Qh 松散沉积物。其中中元古界渣尔泰群 Pt2zh 呈 东西向出露于矿区南部， 中石炭统栓马桩组 C2s 分 布于矿区北部 图2 。矿区构造以断裂为主， 主要为 早期的北西向断裂和晚期的北东向断裂两组， 矿体主 要沿北东向断裂分布。中石炭统栓马桩组 C2s 地层 呈单斜， 局部有小褶皱和断层。矿区内发育多期岩浆 侵入活动， 侵入体主要为中元古代闪长岩、 二叠纪碱 长花岗岩和侏罗纪钾长花岗岩， 其中侏罗纪钾长花岗 岩分布于矿区南部， 分布面积最大。 1第四系; 2中石炭统拴马庄组变质长石砂岩; 3中石炭统中石炭统拴马庄组变质砾岩; 4碱长花岗伟晶岩; 5碱长花岗细晶岩; 6云英岩; 7碱长花岗岩 含天河石 ; 8铌钽矿体; 9含钨石英脉; 10实测和推测断层。 图 2内蒙古武川县赵井沟铌钽矿床 a 地质略图及 b 第Ⅲ号地质勘探线剖面简图 据文献［ 3］ 改编 Fig． 2 a Simplified geological map of the Zhaojinggou Nb- Ta deposit and bSection diagram of No． Ⅲ exploration line， Wuchuan County，Inner Mongolia Modified from Reference［ 3］ 赵井沟主矿岩体呈北东向侵入于地层的构造裂 隙中， 为一比较规则的脉状体， 中部稳定， 两端作收 缩的扇羽形分叉尖灭。岩体倾角 50 ～70， 上部较 陡， 深部及东部较缓， 地表矿化岩体总长约 450 m， 出露宽 20 ～44 m， 矿化以含天河石的钠长石化花岗 岩、 含天河石细晶质钠长岩为特征， 其次为含钨石英 脉。岩体岩性主要为含天河石钠长石化碱长花岗 岩、 碱长花岗细晶岩、 云英岩和天河石花岗伟晶岩， 全区共有 40 多条规模不等的矿化岩脉和数十条规 模不等的含钨石英脉， 呈北东向、 北北东向贯穿于石 炭系拴马桩组 C2s 轻变质砂岩、 含砾变质砂岩、 轻 变质砾岩北东向构造裂隙中 ［11 ］。下部矿体产状有 较大变化， 矿体向东南延伸， 至400 m 左右处明显变 厚， 且品位明显变富。钻孔资料显示标高 1590 m 以 下， 钠长花岗岩由脉状渐变为岩株状， 倾角变缓， 长 度、 厚度加大， 铌钽矿物平均品位变高。矿体呈浸染 状和条带状， 并构成脉状、 似层状、 囊状和透镜状矿 体， 与岩体没有明显界限 ［3 ］。较多矿化脉群分布于 矿化岩体两侧， 其岩性多为细晶质钠长岩、 钠长细晶 岩及细晶岩。矿化情况因岩脉的蚀变程度不同而不 同， 其中天河石化、 钠长石化对含矿起着决定性作 用， 强则高， 反之则低。 3样品制备及测试 3． 1样品制备 本次用于测年的样品 图 3 采自赵井沟矿区的 天河石伟晶岩脉， 样品为蓝绿色， 粗粒不等粒结构， 脉状构造， 主要矿物为石英、 天河石、 斜长石和白云 母， 其中天河石含量约 20， 自形程度较好为板状， 355 第5 期高允， 等 内蒙古武川县赵井沟铌钽多金属矿床白云母40Ar － 39Ar 同位素年龄及地质意义 第36 卷 ChaoXing 图 3赵井沟铌钽多金属矿床40Ar －39Ar 样品照片 a 矿石照片; b 显微照片 正交偏光 Fig． 3The images of the samples for 40Ar-39Ar dating from the Zhaojinggou Nb- Ta deposit a Ore photo; b Microscopic photo 云母含量约 3， 石英含量约为 35， 为他形粒状。 首先将岩石样品粉碎， 挑选其中的云母并且纯 度达到 99 以上， 然后根据陈文等 ［11 －12 ］总结的清 洗方法用超声波清洗， 除去污垢后将样品封进石英 瓶中， 在中国原子能科学研究院的“游泳池堆” 中接 受中子照射。照射适用 H4 孔道， 中子流密度约为 2． 60 1013n/ cm2s 。照射总时间为 1444 min， 积分中子通量为 2． 25 1018n/cm2。 3． 2实验分析 样品测试在中国地质科学院地质研究所同位素 热年代学实验室完成， 样品的阶段升温加热使用石 墨炉， 每一个阶段加热 30 min， 纯化 30 min， 质谱分 析所用仪器是型号为 HelixMC 的多接收稀有气体质 谱仪， 每个峰值均采集 20 组数据。所有的数据在回 归到时间零点值后再进行质量歧视校正、 大气氩校 正、 空白校正和干扰元素同位素校正。中子照射过 程中产生的干扰同位素校正系数通过分析照射过的 硫酸钾和氟化钙来获得， 其值为 36 Ar/37Ar0 Ca 0． 0002389， 40Ar/39Ar K0． 004782， 39Ar/37Ar 0Ca 0． 000806。 37Ar 经过放射性衰变校正;40K 衰变常 数 λ 5． 543 10 －10 y －1 ［13 ］; 利用 Isoplot 程序计算坪 年龄及正、 反等时线。坪年龄误差以 2σ 给出。 详细的测试流程参见文献［ 13 －14］ 。 4结果与讨论 4． 1Ar －Ar 定年分析结果 对天河石花岗伟晶岩 样品编号 NMZJG3 中 的白云母共进行了 16 个阶段的加热分析， 温度变化 范围为 700 ～ 1430℃， 各阶段同位素比值等详细数 据见表 1， 相应的年龄谱图和等时线图如图 4a、 b 所 图 4内蒙古赵井沟铌钽多金属矿床白云母 a40Ar －39 Ar 坪年龄和 b 等时线年龄图 Fig． 4 a 40Ar-39Ar spectrum and b isochronal age diagram of muscovite in the Zhaojinggou Nb- Ta polymetallic deposit，Inner Mongolia 示。由表 1 可以看出， 云母在 800℃ 以下视年龄较 小， 这可能是由于矿物低温晶格缺陷或矿物边部少 量 Ar 丢失所致 ［15 －16 ］， 低温阶段析出的39Ar 不足总 量的 6， 超过 94的39Ar 是在高温阶段析出的， 且 构成了很好的年龄坪， 坪年龄为 123． 57 0． 66 Ma， 相应的40Ar / 36Ar －39Ar /36Ar图解 图4b 为一条很 455 第 5 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2017 年 ChaoXing 表 1内蒙古赵井沟矿区白云母40Ar －39 Ar 同位素测年结果 Table 1 40Ar-39Ar isotopic dating results of the muscovite of the Zhaojinggou Nb- Ta polymetallic deposit，Inner Mongolia T ℃ 40Ar/39Ar m 36Ar/39Ar m 37Ar/39Ar m 38Ar/39Ar m 40Ar 39Ar 10－14 mol 39Ar 积累 年龄 Ma1σ Ma 70030．01520．07430．00000．029226．810．290． 6871．21． 8 80014．61190．00530．00000．013489．252．255． 96114．01． 1 85014．35070．00120．00000．012797．542．3211．41122．11． 2 90014．36710．00090．00000．012598．172．6917．75123．01． 2 95014．52900．00140．00000．012897．112．7524．21123．01． 2 100014．88280．00230．00000．012895．302．9431．11123．61． 2 104015．19280．00340．00000．013193．383．3739．02123．71． 2 108015．36390．00420．00420．013491．973．9648．32123．21． 2 112015．29630．00370．00000．013292．784．1358．03123．71． 2 116015．16140．00300．00000．013094．043．4766．18124．31． 2 120015．07550．00270．00000．012994．774．5876．95124．51． 2 124015．17830．00300．00000．013094．215．3189．43124．61． 2 128015．52250．00440．01700．013391．562．3194．86123．91． 2 134015．62670．00470．00000．013191．100．8796．91124．11． 4 140015．47250．00470．00000．013791．021．1099．50122．81． 2 143018．19050．01350．00000．015778．090．21100．00123．82． 5 注 表中标 m 代表样品中测定的同位素比值总年龄 122． 8 Ma。 好的等时线， 计算的等时线年龄为 124． 0 2． 0 Ma， 加权平均方差为 3． 5。样品初始的40Ar/ 36 Ar 值为 303， 在误差范围内与尼尔值 295． 5 5 Ma 一致， 表明本文所测数据可靠度较高。 样品的总年龄、 坪年龄和等时间线年龄在误差 范围内一致， 因此 NMZJG3 白云母坪年龄 123． 57 0． 66 Ma， 具有地质意义， 可以代表其形成的年龄。 4． 2赵井沟铌钽多金属矿成矿时代的限定 厘定矿床的成矿时代对找矿具有重要意义。赵 井沟铌钽多金属矿是近年来新发现的稀有金属矿床， 研究程度较低， 尤其是其成矿时代的研究。柴华 等 ［ 4 ］、 黄从俊等［ 5 ］通过野外勘探， 将成矿时代定为燕 山期， 聂凤军等 ［ 3 ］通过岩体锆石测年推断矿体是海西 期构造 －岩浆活动的产物， 而具体的成矿时代缺乏精 确的年龄证据。该矿床成矿作用与蚀变矿化有重要 关系， 矿区内碱长花岗岩岩体经后期各种蚀变作用 后， 使钽、 铌及其他稀有金属富集成矿， 且钠长石化与 天河石化与成矿关系最为密切 ［ 4 ］。单矿物40Ar －39Ar 年龄指被测定矿物的形成年龄， 近年来矿石中脉石矿 物云母的40Ar － 39Ar 年龄已被广泛用于指示成矿年 龄 ［ 17 －19 ］。白云母是研究区内重要的脉石矿物， 含量 占脉石矿物的 2 ～3， 与铌钽矿物有重要的共生 关系 ［ 4 ］， 是厘定成矿时代的理想对象。 本次研究测得赵井沟铌钽多金属矿中白云母的 坪年龄为 123． 57 0． 66 Ma， 等时线年龄为 124． 0 2．0 Ma， 测试样品中白云母的坪年龄和等时线年龄在 误差范围内一致， 可以代表其形成年龄， 表明赵井沟 铌钽多金属矿床的形成于早白垩世， 成矿时代属于燕 山晚期， 推测该铌钽多金属矿床是燕山运动的产物。 4． 3成矿时代具有的地质意义 赵井沟矿区内高背景值铌钽成矿元素的高钾钙 碱性花岗岩岩浆是本矿床成矿的主要物质基础， 碱 长花岗岩是铌钽多金属矿的主要载矿岩体 ［5 ］， 铌钽 矿化与钠长石化、 白云母化等蚀变有重要的空间重 合关系。聂凤军等 ［3 ］获得的载矿岩体中锆石 U － Pb 同位素年代学数据仅能说明其成岩时代为海西期， 该期有无矿化现象需进一步的研究。本次研究选取 与铌钽矿物有共生关系的白云母为研究对象， 获得 的年龄数据可以证明矿区内在燕山晚期存在一次重 要的稀有金属成矿作用， 这对研究其矿床成因具有 重要意义。 赵井沟铌钽多金属矿床位于华北地台北缘内蒙 古地台中段大青山成矿带， 是重要的热液型成矿带。 研究区自太古代以来经历了多次构造活动， 且伴随 许多矿床的形成 ［20 －22 ］。其中燕山晚期该区发生了 强烈的构造岩浆活动 ［23 －27 ］。区域上石灰窑稀有金 属矿床形成于燕山晚期 ［18 ］， 其成矿时代与赵井沟铌 钽多金属矿床相同。据此， 本项目组认为内蒙古地 台中部在燕山晚期存在一次重要的稀有金属成矿 作用。 受构造运动影响， 区域上形成了近东西向的主 断裂和北东、 北西向的次级断裂， 岩浆活动频繁且分 布广泛。燕山运动既可以产生构造裂隙使岩浆侵入 形成新的岩体， 又可以提供热能使原有的成矿物质 555 第5 期高允， 等 内蒙古武川县赵井沟铌钽多金属矿床白云母40Ar － 39Ar 同位素年龄及地质意义 第36 卷 ChaoXing 富集成矿。研究区稀有金属矿床与碱性花岗岩和碱 长花岗岩有密切关系， 且岩体的蚀变作用如钠长石 化、 天河石化与铌钽等稀有金属矿化有着密切的共 生关系， 是成矿的决定性因素。因此区域上碱性花 岗岩和碱长花岗岩的分布可以作为寻找稀有金属的 重要靶区， 钠长石化、 天河石化可以作为稀有金属矿 床的重要找矿标志。 前人获得的同位素年龄与本次获得的年龄看似 矛盾， 其实可能意味着岩体本身也是“围岩” ， 即燕 山晚期的成矿流体对海西期、 印支期的岩体进行了 热液交代， 形成了稀有金属矿化及相伴的钠长石化、 白云母化等蚀变。这种情况在很多稀有金属矿区都 可见。 5结论 赵井沟铌钽多金属矿体受碱长花岗岩体控制， 矿化与矿区内广泛发育的钠长石化、 天河石化等蚀 变关系密切。前人已根据野外地质现象和成矿岩体 年龄对矿床成矿时代进行了讨论， 但结论不一， 且缺 乏准确的成矿年龄数据。本次研究利用40Ar － 39Ar 阶段加热同位素定年方法， 测得赵井沟钠长石化花 岗岩中白云母的坪年龄为 123． 57 0． 66 Ma， 等时 线年龄为 124． 0 2． 0 Ma， 样品总年龄、 坪年龄和等 时间线年龄在误差范围内一致， 具有地质意义， 厘定 了赵井沟铌钽多金属矿床的成矿时代为燕山晚期， 为燕山运动的产物。 已有的资料显示， 区域上已发现的稀有金属矿 床的成矿时代同属于燕山晚期， 显示华北地台北缘 大青山成矿带在燕山运动的晚期存在一次重要稀有 金属成矿作用。同时， 研究区及相邻区域经历了强 烈的构造运动， 岩浆活动频繁， 含钠长石化细晶花岗 岩广泛分布， 局部有天河石钠长伟晶岩， 钠长石化、 天河石化强烈且分布广泛， 利于铌、 钽、 铷、 锂等稀有 金属发生沉淀和聚集， 指示研究区内具有较大的成 矿潜力。 6参考文献 ［ 1］Partington G A， Mcnaughton N J， Williams I S． A review of the geology， mineralization and geochronology of the Greenbushes pegmatite， Western Australia［ J］ ． Economic Geology， 1995， 90 616 －635． ［ 2］Fetherston J M． Tantalum in Western Australia［M］ ． Western Australia Geological Survey， 2004 162． ［ 3］聂凤军， 王丰翔， 赵宇安， 等． 内蒙古赵井沟大型铌钽 矿床地质特征及成因［J］ ． 矿床地质， 2013， 32 4 730 －743． Nie F J， Wang F X， Zhao Y A， et al． Geological features and origin of Zhaojinggou Nb- Ta deposit in Wuchuan 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