Molybdenite Re-Os dating of the Tugurige gold deposit, Urad Middle Banner, Inner Mongolia, and its geological significance
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摘要:
图古日格是内蒙古宝音图地块内的一例具有中型规模的金矿床。含金石英脉呈NW向穿插于各类晚古生代岩体与下元古界宝音图群地层中，矿体走向、倾向延伸相对稳定。金属矿物主要为黄铁矿、黄铜矿、方铅矿等，脉石矿物为石英、方解石等。发育硅化、绢云母化、绿泥石化、绿帘石化等围岩蚀变。与金共生的辉钼矿Re-Os等时线年龄为（305.6±4.5）Ma、模式年龄为（313.5±4.8）Ma，限定图古日格金矿是晚石炭世构造-岩浆活动的产物。辉钼矿Re含量介于42.42×10-6~307.7×10-6，显示成矿物质可能为壳幔混合来源。
Abstract:Tugurige is a middle-sized gold deposit in Buyant Block, Inner Mongolia. The NW-striking gold-bearing quartz veins penetrate the Late Paleozoic rock mass and Lower Proterozoic Buyant Group. The orebody stably extends along the strike and the dip. The metallic minerals mainly include pyrite, chalcopyrite and galena, whereas the gangue minerals are predominately quartz and calcite. The alteration in the wall rocks includes silicification, sericitization and epidotization. The Re-Os dating of molybdenite samples from gold ore yielded a Re-Os isochron age of (305.6±4.5) Ma with an average of (313.5±4.8) Ma. This implies that the Au and Mo mineralization occurred in Late Carboniferous. The Re content of molybdenites in the Tugurige gold deposit is 42.42×10-6-307.7×10-6, suggesting that the ore-forming material was derived mainly from a mixed source of crust and mantle.
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Keywords:
- Re-Os isotopes /
- metallogenic ages /
- Tugurige gold deposit /
- Urad Middle Banner /
- Inner Mongolia
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成矿年代学是矿床学研究的重要内容，是分析矿床成因、探讨成矿作用、总结成矿规律的钥匙。辉钼矿Re-Os 同位素体系具有封闭温度高（约500℃）[1]、不易受后期热液、变质和构造事件影响等特点[2-3]，是获得精确成矿年龄的直接手段。另外，由于该体系对成矿过程中地壳物质混入程度高度灵敏[4]，也是示踪成矿物质来源的重要方法。
图古日格金矿位于内蒙古乌拉特中旗海流图镇310°方向直距103 km处，行政区划属巴音杭盖苏木，中心地理坐标：107°34′14″E，42°09′55″N，接近中蒙边界。矿床所属的大地构造位置为宝音图岩浆弧（或称宝音图地块；图 1-A）。宝音图岩浆弧南部马尼图—查干花一带近些年勘查了查干花大型钼矿床、查干德尔斯（Ⅰ）大型钼-铋-钨矿床、查干础鲁中型钨-钼矿床和查干德尔斯（Ⅱ）中型钨矿床等[5-6]，已探明的钼金属量为40 万t，铋和钨的储量均在万吨以上[7]。宝音图地块北部近年来与超基性岩相关的铜镍矿也取得突破，新发现的达布逊镍钴矿达到中型规模，特颇格日图铁镍矿点潜力较大[8]，该地区同时发育图古日格、查干此老、二三八地等金矿床及一系列金矿化点。
图古日格金矿（包括原巴音杭盖金矿）由核工业二〇八大队于1995 年在图古日格地区发现了7号带和8 号金矿体，同期开展了堆浸实验。1996 年12 月，中国人民武装警察部队黄金第十一支队提交了《内蒙古自治区巴音杭盖金矿区普查报告》。1996 年12 月核工业西北地质局二〇八大队提交《乌中旗图古日格金矿区1007、1008 号矿体储量说明书》。在1996—2007 年，为进行矿山生产开展了大量地质工作，2007 年4 月核工业二〇八大队提交了《内蒙古自治区乌拉特中旗图古日格矿区金矿资源储量核实报告》。2010 年5 月核工业二〇八大队提交了《内蒙古自治区乌拉特中旗图古日格矿区岩金矿生产详查报告》，探获金金属量10.6 t，达到中型规模。图古日格金矿发现以来，陈祥等[9-10]、曹海清等[11]开展了稀土元素及同位素地球化学研究；王辉[12]描述了矿床地质特征并探讨了找矿方向。迄今为止，有关该矿床的成岩成矿年代学研究一直欠缺，本文针对图古日格金矿床含金石英脉中共生的辉钼矿进行了Re-Os 同位素测年，首次获得了图古日格金矿床的高精度成矿年龄。
1. 区域地质
宝音图岩浆弧位于索伦蛇绿构造混杂岩带与华北北缘断裂带之间，隆起两侧为中、新生代盆地，隆起与盆地以深大断裂接触（图 1-A）。下元古界宝音图群构成区域结晶基底，分3 个岩组：石英岩变粒岩组（Pt1by1）为浅灰、黄灰色石英岩、变粒岩夹二云石英片岩；石榴片岩组（Pt1by2）为灰、深灰色石榴二云石英片岩、石榴白云片岩夹片状含石榴白云母石英岩、二云石英片岩及蓝闪片岩透镜体；石英岩大理岩组（Pt1by3）为浅灰色、灰白色石英岩、大理岩夹灰色石榴石蓝晶石二云片岩及云母石英片岩（图 1）。宝音图群基性火山岩Sm-Nd全岩等时线年龄为(2485±128) Ma[13]，宝音图地块变质侵入体和宝音图群石英岩的锆石SHRIMP 和LA-ICP-MS 锆石U-Pb 定年限定宝音图群形成时代晚于1426 Ma，碎屑锆石显示华北克拉通物源属性[14]。白垩系上统（K2）砖红色泥岩、砂岩、砂砾岩层及新生界陆相沉积构成沉积盖层（图 1-B）。
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区内岩浆活动频繁，从超基性岩到酸性岩均有出露。区域内片麻状花岗岩（Pt1γ），石炭纪片麻状闪长岩（C1δ）、英云闪长岩（C2γο）及二长花岗岩（C2ηγ）广泛发育，二叠纪似斑状花岗岩少量分布。花岗岩脉、花岗闪长岩脉、石英斑岩脉、石英脉等各类脉岩广泛分布（图 1-B）。
区域断裂构造十分发育，多为逆断层，主体呈NE向，在区域南部发育NNW和NW向断层（图 1-B）。宝音图群变形强烈，以紧密线型褶皱为主，常见倒转褶皱，次一级的紧密小褶曲屡见不鲜，褶皱轴方向以NE向为主，次为NNE和NEE向，局部因受后期构造变动影响，褶皱轴呈“S”型弯曲舒缓延伸。
2. 矿床地质
图古日格金矿区地层简单，仅见下元古界宝音图群上岩段（Pt1by3），岩性组合为浅灰色、灰白色石英岩、大理岩夹灰色石榴石蓝晶石二云片岩及云母石英片岩（图 2）。
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图 2 图古日格金矿区地质图（据[16]修改）1—二叠纪似斑状花岗闪长岩；2—石炭纪英云闪长岩；3—石炭纪闪长岩；4—石炭纪透闪石岩；5—下元古界宝音图群上段；6—金矿体及编号；7—地质界线Figure 2. Geological map of the Tugurige gold ore district (modified after reference [16])1-Permian porphyraceous granodiorite; 2-Carboniferous tonalite；3-Carboniferous diorite；4-Carboniferous tremolite rock；5-Upper Formation ofLower Proterozoic Baoyintu Group；6-Gold orebody and its serial number; 7-Geological boundary矿区岩浆活动频繁，发育有石炭纪闪长岩（C1δ）、石炭纪透闪石岩（CΣ）、石炭纪英云闪长岩（C2γο）、二叠纪似斑状花岗闪长岩（P2γ）（图 2）。其中，闪长岩（C1δ）主要由石英、角闪石、斜长石、绿帘石、白（绢）云母、碳酸盐矿物及不透明矿物等组成；透闪石岩（CΣ）呈岩盖状侵入蚀变闪长岩中，主要成分为柱状角闪石和普通角闪石；英云闪长岩（C2γο）主要由斜长石、石英、白云母组成；似斑状花岗闪长岩（P2γ）呈岩基状大面积分布，主要成分为长石、石英、黑云母和少量角闪石（图 3-A）。
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图 3 图古日格金矿床似斑状花岗闪长岩（A）及黄铁矿（Py）-辉钼矿（Mo）-石英脉金矿石（B）Figure 3. Porphyaceous granodiorite (A) and pyrite-molybdenite-quartz gold ore (B) of the Tugurige gold deposit矿区未见大型褶皱及断裂构造，主要发育走向117°和140°的两组被矿化石英脉充填的小断裂。
矿区石英脉呈北西向穿插于各类岩体与地层中，形成以北西向为主的多条矿体。石英脉宽度在0.1~2.3 m，长度从几十米到上千米不等。地表发育69 条含金石英脉型矿体，其中较大矿脉有7、2-1、2-3，单脉长600~1600 m，宽0.8~2.0 m。虽然局部有膨胀收缩、分支复合、尖灭再现、尖灭侧现的现象，但主体走向、倾向延伸相对稳定（图 4）。
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主要金属矿物为黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、自然金，少量辉钼矿（图 3-B）。脉石矿物为石英、方解石等。围岩蚀变主要有硅化、绢云母化、绿泥石化、绿帘石化等。
3. 样品采集及分析测试
3.1 样品及分析方法
用于Re-Os 同位素定年的辉钼矿样品来自图古日格金矿2 号主脉2 号斜井内采出的石英脉型金矿石，辉钼矿呈细脉状产出于石英脉裂隙中，或呈团块状与石英脉中的黄铁矿共生（图 3-B）。样品分选工作在廊坊宇能岩石矿物分选服务有限公司完成，分选时用常规方法将样品粉碎至60~80 目，经淘洗和磁选后，在双目镜下分选纯度达99%以上的辉钼矿，最后用玛瑙研钵研磨至200 目，用于开展Re-Os同位素组成分析测试。
样品测试工作在国家地质实验测试中心Re-Os同位素实验室完成。测试时采用Carius 管封闭溶液分解样品，然后使用美国TJA 公司生产的电感耦合等离子体质谱仪TJA X-series ICP-MS测定同位素比值，对于Re：选择质量数185、187，用190 监测Os。对于Os：选择质量数为186、187、188、189、190、192，用185 监测Re。TJA X-series ICP-MS测得的Re、Os、187Os 的空白值分别为(0.0024±0.0003)×10-9、(0.00036±0.00005)×10-9、(0.00002±0.00002)×10-9，远小于所测样品和标样中Re、Os 的含量，不会影响实验结果。普Os是根据原子量表和同位素丰度表，通过测量192Os/190Os比值计算得出[17-18]。Re、Os含量的不确定度主要包括：样品和稀释剂的称量误差、稀释剂的标定误差、质谱测量的分馏校正误差、待分析样品同位素比值测量误差，置信水平95%，由于采用混合稀释剂，模式年龄的不确定度不包括稀释剂和样品的称量误差，但还包括衰变常数的不确定度（1.02%），模式年龄置信水平95%。实验以国家标准物质（GBW04435 (HLP)）为表样来监控化学流程和分析数据的可靠性。标样（HLP）的Re、187Os 及模式年龄与标准值在误差范围内完全一致（表 1），因此所测得的辉钼矿数据准确可靠。Re 和Os 的分离及质谱测试详细过程参见文献[19-22]。
表 1 实验标准物质标准值和测定结果Table 1. Certificated values and analytical data of Re-Os isotope for standard sample
3.2 测试结果
图古日格金矿床6 件辉钼矿样品的分析测试结果见表 2，其中样品14TG-1 作为平行样测试了2次。辉钼矿中普通Os 含量很低，几乎所有的187Os都来自于187Re 的β 衰变，可以通过187Re 和187Os 的含量来计算模式年龄，模式年龄计算所用公式为：t=1/λ [ln(1+187Os/187Re)]，其中187Re 衰变常数λ =1.666×10-11/a[23]。计算结果表明，辉钼矿样品的模式年龄变化范围相对较窄，为(306.5±4.2) Ma~(318.4±4.4)Ma，加权平均年龄为(313.5±4.8) Ma，(MSWD=6.3)（图 5）。利用Isoplot 软件对样品进行等时线年龄拟合（图 6），所有样品均排列在一条直线上，构成一条相关性很好的187Re-187Os 等时线，获得的等时线年龄为(305.6±4.5) Ma，(MSWD=6.6)，两者结果相近，均为晚石炭世。
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图 5 图古日格金矿辉钼矿Re-Os年龄加权平均图Figure 5. Weighted average of Re-Os model age of molybdenitesfrom the Tugurige gold deposit![]()
图 6 图古日格金矿辉钼矿Re-Os等时线年龄Figure 6. Re-Os isochron of molybdenites from the Tugurige golddeposit4. 讨论
4.1 成矿时代
本次工作测得的图古日格金矿中辉钼矿Re-Os 等时线年龄为(305.6 ± 4.5) Ma、模式年龄为(313.5±4.8) Ma，代表了金成矿作用的年龄，证实图古日格金矿是晚石炭世构造-岩浆活动的产物。矿区容矿似斑状花岗岩的成岩时代可能也并非原先认为的二叠纪，而很可能不晚于晚石炭世。图古日格金矿成矿时代明显老于宝音图隆起区南部查干德尔斯钼矿床（辉钼矿Re-Os 等时线年龄(243.0±2.2) Ma[24]）、查干花钼矿床（Re-Os 等时线年龄(242.7±3.5) Ma[25]）的形成时代，但晚于境外欧玉陶勒盖铜（金）矿的形成时代（辉钼矿Re-Os年龄373~(370±1.2) Ma[26]）。与内蒙古中西部金矿床相比，图古日格金矿成矿时代也老于浩尧尔忽洞（246~270Ma[27-28]）、朱拉扎嘎金矿（石英40Ar/39Ar，(282.3±0.9)Ma[29]；成矿期花岗斑岩和成矿后闪长玢岩SHRIMP锆石U-Pb 年龄限定成矿时代为280 Ma[30]）、大青山地区后石花金矿（辉钼矿Re-Os 等时线年龄为(281.9±1.8) Ma[31]）、四子王旗夏尔楚鲁金矿床（辉钼矿Re-Os等时线年龄为(263.8±4.4) Ma[32]）的成矿时代，但比哈达门沟金矿成矿年轻（辉钼矿Re-Os 等时线为(386.6±6.1) Ma[33]）。
表 2 图古日格金矿辉钼矿Re-Os同位素数据Table 2. Re-Os isotopic data of molybdenite from the Tugurige gold deposit
4.2 成矿物质来源
前人研究表明，Re-Os 同位素体系对硫化物形成过程中地壳物质的混入程度高度灵敏[4]。由于Re更倾向于在地幔或基性、超基性岩石中富集[3]，因此Re 含量可作为指示金属矿床成矿物质来源的示踪剂[4, 34]。Mao et al. [34]综合分析了中国各种类型钼矿床中辉钼矿的Re含量，发现从地幔来源到壳幔混源再到地壳来源，Re 含量呈数量级下降，从n×10-4→n×10-5→n×10-6。图古日格金矿5 件辉钼矿样品的Re 含量介于42.42×10-6~81.86×10-6，2 件样品Re 含量为223.7×10-6和307.7×10-6，暗示成矿物质可能为壳幔混合来源，同样陈祥等[10]、曹海清等[11]也均认为成矿物质来源为壳幔混源。
5. 结论
（1）图古日格金矿位于宝音图岩浆弧，金矿体主要为含金石英脉，呈NW向穿插于似斑状花岗岩及其外围岩体中，主要金属矿物为黄铁矿、黄铜矿、方铅矿等，脉石矿物为石英、方解石等。发育硅化、绢云母化、绿泥石化、绿帘石化等围岩蚀变。
（2）图古日格金矿辉钼矿Re-Os 等时线年龄为(305.6±4.5) Ma、模式年龄为(313.5±4.8) Ma，限定图古日格金矿是晚石炭世构造-岩浆活动的产物。
（3）图古日格金矿辉钼矿样品的Re 含量介于42.42×10-6~307.7×10-6，显示成矿物质可能为壳幔混合来源。
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图 2 图古日格金矿区地质图（据[16]修改）
1—二叠纪似斑状花岗闪长岩；2—石炭纪英云闪长岩；3—石炭纪闪长岩；4—石炭纪透闪石岩；5—下元古界宝音图群上段；6—金矿体及编号；7—地质界线
Figure 2. Geological map of the Tugurige gold ore district (modified after reference [16])
1-Permian porphyraceous granodiorite; 2-Carboniferous tonalite；3-Carboniferous diorite；4-Carboniferous tremolite rock；5-Upper Formation ofLower Proterozoic Baoyintu Group；6-Gold orebody and its serial number; 7-Geological boundary
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图 3 图古日格金矿床似斑状花岗闪长岩（A）及黄铁矿（Py）-辉钼矿（Mo）-石英脉金矿石（B）
Figure 3. Porphyaceous granodiorite (A) and pyrite-molybdenite-quartz gold ore (B) of the Tugurige gold deposit
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图 5 图古日格金矿辉钼矿Re-Os年龄加权平均图
Figure 5. Weighted average of Re-Os model age of molybdenitesfrom the Tugurige gold deposit
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图 6 图古日格金矿辉钼矿Re-Os等时线年龄
Figure 6. Re-Os isochron of molybdenites from the Tugurige golddeposit
表 1 实验标准物质标准值和测定结果
Table 1 Certificated values and analytical data of Re-Os isotope for standard sample
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表 2 图古日格金矿辉钼矿Re-Os同位素数据
Table 2 Re-Os isotopic data of molybdenite from the Tugurige gold deposit
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