WU YS, XIANG N, TANG HS, ZHOU KF and YANG YF. 2013. Molybdenite Re-Os isotope age of the Donggebi Mo deposit and the Indosinian metallogenic event in eastern Tianshan. Acta Petrologica Sinica , 29(1): 121-130(in Chinese with English abstract) 东戈壁超大型钼矿床位于新疆境内的东天山觉罗塔格成矿带。8件辉钼矿样品Re-Os同位素年龄介于228.7±2.7Ma~241.7±0.9Ma，等时线年龄为231.9±6.5Ma (95%置信度，MSWD=0.71)，加权平均年龄为238.5±3.7Ma (95%置信度，MSWD=5.8)。其中，最小的辉钼矿Re-Os年龄与矿区内斑状花岗岩年龄(227.6±1.3Ma) 一致，表明成岩和成矿作用发生在三叠纪。7件辉钼矿样品Re含量为26.51×10 ^-6 ~91.34×10 ^-6 ，指示成矿物质主要来自古生代增生作用形成的不成熟大陆壳。已有成矿年龄显示了印支期成矿事件在东天山地区非常显著，发生于大陆碰撞造山体制。 关键词 : 辉钼矿Re-Os同位素年龄 东戈壁钼矿 印支成矿作用 大陆碰撞作用 Molybdenite Re-Os isotope age of the Donggebi Mo deposit and the Indosinian metallogenic event in eastern Tianshan WU YanShuang ¹ , XIANG Nan ¹ , TANG HaoShu ² , Zhou KeFa ¹ , YANG YongFei ³

1. Xinjiang Research Center for Mineral Resources, Xinjiang Institute of Ecology and Geography, Chinese Academy of Sciences, Urumqi 830011, China;
2. State Key Laboratory of Ore Deposit Geochemistry, Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guiyang 550002, China;
3. Key Laboratory of Orogen and Crust Evolution, Peking University, Beijing 100871, China

Abstract : The Donggebi giant Mo deposit is located in the Qoltag metallogenic belt, eastern Tianshan, Xinjiang. Eight molybdentie samples from the deposit yield Re-Os isotope ages ranging from 228.7±2.7Ma to 241.7±0.9Ma, with an isochron age of 231.9±6.5Ma (95% confidence, MSWD=0.71), and a weighted mean age of 238.5±3.7Ma (95% confidence, MSWD=5.8). The lowest molybdenite Re-Os age (228.7±2.7Ma) agrees well with the age (227.6±1.3Ma) of the parental porphyritic granite at the deposit, indicating that the magmatism and Mo-mineralization occurred in Triassic. The Re contents in seven molybdenite samples range from 26.51×10 ^-6 to 91.34×10 ^-6 , suggesting that the ore-forming metals were mainly sourced from an immature continental crust which was likely formed in Paleozoic subduction-related accretion. Compiling of the available isotope ages obtained from the mineral systems in eastern Tianshan area shows that the Indosinian mineralization was significant in the eastern Tianshan orogenic belt. The Indosinian mineralization occurred in continental collision regime. Key words : Molybdentie Re-Os isotope age Donggebi Mo deposit Indosinian mineralization Continental collision Eastern Tianshan

中亚造山带是全球最大的增生造山带与大陆成矿域( 陈衍景, 2000 ; 李锦轶等, 2006 ; 王京彬和徐新, 2006 ; 肖文交等, 2008 ; 陈衍景等, 2009 )，它经历了多期次的洋盆形成、俯冲消减和闭合等过程，并在二叠纪末-三叠纪初彻底闭合( Sengör and Natal’in, 1996 ; Bazhenov et al ., 2003 ; Xiao et al ., 2003 , 2004 , 2009 ; Chen et al ., 2007 , 2012 )。按照现代成矿理论，在洋壳俯冲和大陆碰撞可分别形成古生代和中生代的岩浆热液(斑岩型、矽卡岩型等)、变质热液型(造山型) 和浅成热液等多类成矿系统( 陈衍景和富士谷, 1992 ; 陈衍景等, 2007 , 2008 , 2012 ; 李诺等, 2007a ; Pirajno, 2009 )。东天山成矿带位于中亚成矿域的南缘，是我国的重要成矿省之一( 陈衍景等, 1995 ; Xiao et al ., 2004 ; 王登红等, 2006 )，包括了多个成矿带或矿田，如大南湖-头苏泉成矿带、康古尔-黄山成矿带、雅满苏成矿带和中天山成矿带等。

东戈壁钼矿床位于新疆哈密市境内，经河南地勘院详细的地质勘查工作，已探明钼资源储量50万吨，平均品位0.115%，是一个具有超大型规模的隐伏斑岩型钼矿床(河南省地质矿产勘查开发局第二地质勘查院(后文简称河南第二地质勘查院), 2010 ^① )。该矿床与白山超大型斑岩钼矿毗邻，均产于东天山的觉罗塔格多金属成矿带上，显示了该成矿带寻找斑岩钼矿的潜力( 图 1 )。为确定成矿时代， 杨志强等(2011) 对矿区花岗岩类进行了同位素年代学研究，获得花岗斑岩脉和斑状花岗岩的锆石U-Pb年龄分别为292.2±2.8Ma和227.6±1.3Ma。显示成矿作用发生在二叠纪或三叠纪两种可能性，仍无法确定该矿床形成于古生代还是中生代。

①河南省地质矿产勘查开发局第二地质勘查院. 2010.新疆哈密市东戈壁钼矿勘探报告

Fig. 1

鉴于上述，为研究矿床成因，总结成矿规律，指导今后找矿工作，我们对东戈壁钼矿床进行了辉钼矿Re-Os年龄测定，确证其形成于三叠纪，并探讨了东天山地区的印支期成矿事件。

1 地质背景

东戈壁钼矿床位于阿奇克库都克深大断裂带以北的觉罗塔格晚古生代岛弧增生带内( 杨兴科等, 1996 )。早石炭世之后，觉罗塔格地区强烈褶皱隆起，形成以阿奇山-雅满苏为中心的复背斜，发育多期次中酸性侵入岩。该区二叠纪地层褶皱变形，伴有中酸性岩体侵入和断裂构造产生( 王新昆等, 2009 )。觉罗塔格岛弧增生带的多期次构造-岩浆事件形成了多时代、多类型的成矿系统，包括与基性-超基性杂岩带有关的土墩-黄山-镜儿泉铜镍成矿带，与浅侵位中酸性岩浆活动有关的土屋-延东斑岩铜(金钼) 矿带和白山-东戈壁斑岩钼矿带，深侵位花岗岩浆活动有关的小白石头-沙东钨锡成矿带，与陆相火山-次火山作用有关的石英滩-马庄山-南金山浅成低温热液型金矿带，与海相火山-沉积作用有关的红云滩、库姆塔格、雅满苏等铁-铜-金矿床，与大型剪切带或走滑断裂作用有关的康古尔塔格金矿带等( 图 1 )。

2 矿床地质特征

矿区地层为下石炭统干墩组。干墩组为一套厚度巨大的陆源碎屑-碳酸盐沉积建造，下部为黄褐色变质砂岩、石英细砂岩及深灰色薄层灰岩；中部为灰绿色粗砂岩、紫红色千枚岩及细碧岩夹含铁碧玉岩；上部为灰绿色、黄褐色中粗粒砂岩夹含铁碧玉岩及细碧岩。区内断裂主要有北东向、近东西向及北西向，以近东西向和北东向断裂规模最大。褶皱主要为东戈壁复向斜，该复向斜由4个次级背斜和4个次级向斜组成，其两翼岩层产状均较陡，倾角一般在60°~80°左右。随后，晚古生代-早中生代构造-岩浆作用强烈，中酸性-酸性岩浆岩发育，破坏了褶皱、断裂的的完整性( 图 2 )。

Fig. 2

岩浆岩以酸性侵入岩为主，呈长条带状或等轴状岩株产出，主要为斑状花岗岩、花岗斑岩脉、细粒花岗岩脉，均为隐伏岩体，其与围岩的接触处多具中细粒结构或细粒冷凝边结构。各侵入体的矿物成分基本相同，具有斑状或似斑状结构，斑晶以石英、钾长石、斜长石为主，基质主要由微细粒斜长石、钾长石、石英和黑云母，并含绢云母、绿泥石、磷灰石、黄铁矿和白钨矿等副矿物或蚀变矿物，不同岩体的斑晶含量、主要矿物所占比例、矿物粒度具有一定差别。 杨志强等(2011) 获得斑状花岗岩和细粒花岗岩锆石SHRIMP U-Pb年龄为227.6±1.3Ma，花岗斑岩脉年龄为292.2±2.8Ma。因此，花岗岩与斑状花岗岩、细粒花岗岩不是同期形成的。

东戈壁钼矿体赋存于隐伏斑状花岗岩东西两侧的外接触带，将矿区分为东西两个矿段，两矿段内的矿体均受同一个斑状花岗岩体控制。其中，东矿带Ⅰ号矿体为矿床的主矿体，赋矿围岩主要为石炭系干墩组浅变质的砂岩、泥质砂岩、砂质泥岩等一套碎屑岩( 图 3 )。矿体平面形态为形状不规则的近圆形，剖面形态为近似层状-透镜状，总体产状平缓，由中心向周边缓慢倾斜，倾角0°~5°，局部矿体倾角变陡，倾角30°左右。

Fig. 3

矿石类型以石英网脉型为主。钼矿物主要为辉钼矿( 图 4 )，多呈薄膜状、浸染状赋存于围岩表面或石英脉与围岩接触面上，或是呈自形-半自形粒状、叶片状、团块状、鳞片状赋存于石英细脉中。其它金属矿物主要有黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、方铅矿、闪锌矿，白钨矿、黑钨矿等；脉石矿物主要为石英、绢云母、黑云母、钾长石、斜长石、白云母、方解石等。矿石结构包括鳞片-叶片状结构、他形粒状结构、半自形粒状结构、自形粒状结构、共边结构、交代结构、乳浊状结构、碎裂结构等。矿石构造包括细脉浸染状、脉状、条带状、颗粒状-斑块状、放射状、角砾状等构造。

Fig. 4

围岩蚀变主要有钾化、硅化、黄铁矿化、电气石化、碳酸盐化、萤石化、绢云母化(白云母化)，黑云母化等。其中，硅化、钾长石化与钼矿化关系密切。围岩蚀变显示空间分带性，从岩体至围岩依次是钾硅酸盐化带→绢英岩化带→青磐岩化带。时间上也显示明显的变化，由钾硅酸盐化演变为绢英岩化。

3 样品采集和分析方法

8件辉钼矿样品均采自钻孔岩芯，采样位置和样品特征见 图 4 和 表 1 。样品经粉碎、分离、粗选和精选，获得了纯度>99%的辉钼矿。

Table 1 表 1 ( Table 1 )

辉钼矿样品溶解，Re、Os纯化分离，ICP-MS分析等，均在中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室完成。实验仪器为ELAN DRC-e ICP-MS，仪器灵敏度大于40000cps/ppb (1ppb=lng/g115In)，相对标准偏差(RSD%) 小于3%。HCl和HNO ₃ 通过亚沸蒸馏提纯，实验用水为Millipore 18MΩ·cm，同位素释剂 ¹⁸⁵ Re和 ¹⁹⁰ Os分别稀释至10×10 ^-9 和0.1×10 ^-9 备用。阴离子交换树脂采用AG1-X8(200~400目)，实验用卡洛斯管约230mm长，内部容积大约120mL，实验前用60%的王水加热煮5h，蒸馏水清洗干净后加热到560℃约8h退火。

本次实验使用改进的卡洛斯管溶样新方法。首先用HNO ₃ 在120mL卡洛斯管中分解硫化物，反应产生的气体极少部分挥发的Os用10mol/L的HCl在冰水浴中吸收，待反应完成后，将吸收Os的HCl再转移回卡洛斯管中，然后加入稀释剂和HNO ₃ 并封闭卡洛斯管。由于硫化物与HNO ₃ 反应产生的气体已预先除去，此方法可以增加取样量至3~5g，并且基本没有爆炸的危险，使得Re-Os同位素的测定更为可靠( Qi et al ., 2010 )。铼-锇化学分离和质谱测定方法参见( 杜安道等, 1994 ; Qi et al ., 2010 )，具体实验步骤如下：将样品标准称量与卡洛斯管中，缓慢加入HNO ₃ 分解硫化物，产生的气体和少部分Os用2.5mL 10mol/L HCl在冰水浴中吸收，由于反应过程中产生大量的热量，在反应过程中持续通入净化的空气，以避免冷却时导致吸收Os的HCl回流。待反应完全，将吸收Os的HCl转移至卡洛斯管中，并用4mol HCl分两次清洗卡洛斯管。加入适量的 ¹⁸⁵ Re和 ¹⁹⁰ Os稀释剂，加入15mL HNO ₃ ，密封卡洛斯管，放入不锈钢套中于200℃加热15h。将之取出并置冰箱冷冻室冷却2h。打开卡洛斯管，将进气的特氟龙管移至管底部，在沸腾的水浴中加热蒸馏，同时缓慢加入5mL H ₂ O ₂ 使Os蒸馏完全，Os用净化空气带出，并用1.5mL H ₂ O在冰水浴中吸收，该吸收液用于Os的ICP-MS测定。将蒸馏Os剩下的溶液转移至125mL特氟龙烧杯中，蒸干后加入3mL HCl再蒸干，残渣用25mL 2mol/L HCl溶解，用阴阳离子交换树脂分离Re，该溶液用于Re的ICP-MS测定。

Re和Os全流程空白值分别为0.006×10 ^-9 和0.002×10 ^-9 。实验结果由辉钼矿标样JDC监控，标样测定年龄数据与推荐值基本一致，指示分析结果稳定可靠。8件辉钼矿Re-Os同位素测试结果列于 表 2 。

Table 2 表 2 ( Table 2 ) 4 讨论 4.1 东戈壁钼矿床的成矿年龄

采用 ¹⁸⁷ Re衰变常数 λ 值=1.666×10 ^-11 /a ( Smoliar et al ., 1996 )，求得单个辉钼矿样品Re-Os同位素年龄介于228.7±2.6Ma和241.7±0.9Ma之间。利用ISOPLOT软件(Model 3; Ludwig, 1999 ) 将8件数据回归成一条直线，求得Re-Os等时线年龄为231.9±6.5Ma (95%置信度，MSWD=0.71； 图 5a )；8个单样品年龄的加权平均值为238.5±3.7Ma (95%置信度，MSWD=5.8； 图 5b )，二者在误差范围内一致，显示了数据的可靠性。此外，求得 ¹⁸⁷ Os初始值为0.002±0.003×10 ^-6 ，接近于0，表明辉钼矿形成时几乎不含 ¹⁸⁷ Os，辉钼矿中的 ¹⁸⁷ Os系由 ¹⁸⁷ Re衰变形成，说明所获得单样品年龄能较好地反映辉钼矿的结晶时间，符合Re-Os同位素体系年龄的计算条件。因此，231.9±6.5Ma的辉钼矿Re-Os等时线年龄代表了东戈壁钼矿床的形成时间。

Fig. 5

考虑到辉钼矿Re-Os体系对后期热液作用的抵抗能力和对古老事件的记忆性( Suzuki et al ., 1996 ; Li et al ., 2011 , 2012 )，本文倾向使用最小的单样品辉钼矿Re-Os年龄(228.7±2.6Ma) 作为成矿年龄。此年龄与矿区中部隐伏斑状花岗岩的锆石U-Pb年龄(227.6±1.3Ma； 黄超勇等, 2011 ; 杨志强等, 2011 ) 完全一致，证实斑状花岗岩和钼矿化属于同一事件，发生在印支期，是大陆碰撞体制(含后碰撞) 的产物( 陈衍景等, 2012 )。

4.2 Re含量与成矿物质来源

辉钼矿中Re含量作用于成矿物质来源示踪，Mo-Cu矿床中辉钼矿Re含量多数为10×10 ^-6 ~29×10 ^-6 ，明显低于Cu-Mo或W-Mo矿床中Re的含量；从幔源经壳幔混源到壳源，辉钼矿Re含量从n×10 ^-4 →n×10 ^-5 →n×10 ^-6 递降( 胡受奚等, 1988 ; Mao et al ., 1999 ; Stein et al ., 2001 ; Berzina et al ., 2005 ; 李诺等, 2007a , b ; 陈衍景等, 2012 )。

东戈壁钼矿8件辉钼矿样品中7件Re含量为26.51×10 ^-6 ~91.34×10 ^-6 ，显示成矿物质以不成熟陆壳为主，或者，成熟陆壳与部分地幔物质混合。一件样品的Re含量高达384.77×10 ^-6 ，显示该样存在较多幔源物质参与。重要的是，该样品恰恰来自蚀变的干墩组，而干墩组被认为是岛弧火山岩建造，表明辉钼矿Re含量记录了干墩组的物源信息，同时指示干墩组为东戈壁钼成矿系统提供了成矿物质。综合上述信息，我们认为成矿斑岩和成矿物质初始来源于古生代新生地壳物质的部分熔融作用。

杨志强等(2011) 和 马雁飞等(2012) 对矿区隐伏斑状花岗岩岩石化学成份进行了分析研究，得出岩体SiO ₂ 含量>70%，平均74.42%，花岗质岩体富硅；K ₂ O/Na ₂ O=1.71 > 1，K ₂ O含量4.76%，显示了高钾富碱特点；斑状花岗岩的稀土元素特征ΣREE为117×10 ^-6 ~151×10 ^-6 ，平均132×10 ^-6 ；LREE/HREE为1.9~2.9，平均2.2，表现为轻稀土富集； δ Eu为0.21~0.427，平均0.289，为强负铕异常，显示了壳源花岗岩的特点，属陆壳重熔的碰撞型花岗岩( Chen et al ., 2000 )，此与辉钼矿Re含量的示踪结果基本一致。

4.3 东天山印支期岩浆-成矿事件

前人对东天山地区的成矿年代学进行了诸多研究，表明该区成矿作用主要发生在晚石炭世-早二叠世( 陈衍景等, 1995 ; 毛景文等, 2002 ; 李华芹等, 1998 , 2006 ; 韩春明等, 2002 ; 陈富文等, 2005 ; Zhang et al ., 2005 )，而中生代成矿作用研究的较少。 陈富文等(1999) 、 Zhang et al .(2005) 和 李华芹等(2006) 提出：三叠纪有强烈的岩浆活动，并伴随有多种金属矿床的形成。近年来的研究获得：金窝子和金窝子210金矿石英流体包裹体Rb-Sr等时线年龄为228±22Ma和230Ma±6Ma ( 陈富文等, 1999 )；鄯善采石场钾长花岗岩TIMS锆石U-Pb年龄为230±2.3Ma ( 李文明等, 2002 )；尾亚钒钛磁铁矿环状花岗岩单颗粒锆石U-Pb和谐年龄为219.4Ma，天湖二长花岗岩体全岩Rb-Sr等时线年龄和单颗粒锆石U-Pb和谐年龄分别为220±26Ma和209.7±7.1Ma，小白石头泉夕卡岩型钨矿黑云二长花岗岩全岩的Rb-Sr等时线年龄244±5Ma ( 李华芹和陈富文, 2004 )； Li et al .(2005) 又测得小白石头泉白钨矿石英脉Rb-Sr等时线年龄为248±7Ma，双峰山和石英滩石英流体体包裹体Rb-Sr等时线年龄分别为226±21Ma和237±9Ma； 李嵩龄等(2002) 获得尾亚环形山超单元二长花岗岩锆石U-Pb年龄为240.6Ma；尾亚细粒花岗岩、辉长岩、石英闪长岩和石英正长岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄分别为237±8Ma、236±6Ma、233±8Ma和246±6Ma ( Zhang et al ., 2005 )；星星峡黑云母花岗岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄为236Ma ( Wang et al ., 2010 )；土墩钾长花岗岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为246Ma ( 周涛发等, 2010 )； Zhang et al .(2005) 和 李华芹等(2006) 获得白山钼矿辉钼矿及于其共生的黄铁矿的Re-Os等时线年龄分别为224.8~225Ma和229±2Ma, 其黑云母斜长花岗岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄为239Ma和南部斜长花岗岩SHRIMP锆石U-Pb为235~245Ma ( 李华芹等, 2006 )。可以看出，东天山地区印支期成矿作用强烈，找矿潜力较大。本文对东戈壁超大型钼矿床形成时间的确定，进一步说明东天山印支期成矿作用值得重视。

天山地区发育大量古生代和中生代的多种类型、多种金属的成矿系统，但迄今尚未发现三叠纪以前的单钼矿床或钼多金属矿床，与中亚造山带东段钼成矿演化特点一致，表明钼矿床是地壳演化到一定程度的产物( 陈衍景等, 2012 ; 陈衍景, 2013 )。

在中亚造山带东段、华北克拉通边缘、中央造山带以及华南地区，均识别出重要的印支期构造事件和成矿作用( 陈衍景等, 2009 , 2012 )。例如，秦岭造山带中温泉、黄龙铺、大湖、纸房等钼矿床的成矿时间被确定为三叠纪( 李诺等, 2007b ; 邓小华等, 2009 ; 陈衍景, 2010 ; Li et al ., 2011 ; Zhu et al ., 2011 )；在中亚造山带东段，单钼矿床和钼多金属矿床始现于三叠纪( 陈衍景等, 2012 )。在阿勒泰地区，除大量伟晶岩稀有金属矿床形成于三叠纪外，一批造山型金铜铅锌矿床以及部分铁矿床被证实形成于三叠纪( Wan et al ., 2012 ; Zhang et al ., 2012 ; Zheng et al ., 2012 ; 郑义等, 2013 )。此外，甘肃北山地区在三叠纪也形成了一定规模的钨钼金铅锌矿床(如：红尖兵山钨矿床, 江思宏和聂凤军, 2006 ; 小狐狸山钼矿床, 张雨莲等, 2012 ; 南金山金矿, 江思宏等, 2006 ; 拾金坡金矿, 周济元等, 2000 ; 新井铅锌矿, 殷先明, 2008 )。

以上表明，我国众多构造单元普遍发生了印支期成矿事件。

5 结论

(1) 东戈壁钼矿床的8件辉钼矿样品Re-Os年龄介于228.7±2.7Ma~241.7±0.9Ma，等时线年龄为231.9±6.5Ma (95%置信度，MSWD=0.71)，加权平均年龄为238.5±3.7Ma (95%置信度，MSWD=5.8)，确证东戈壁钼矿形成于三叠纪。

(2) 东戈壁钼矿8件辉钼矿样品中7件Re含量介于26.51×10 ^-6 ~91.34×10 ^-6 ，指示成矿物质主要来自壳源，成矿岩体斑状花岗岩的同位素年龄(227.6±1.3Ma) 和地球化学特征也显示壳源性质，指示成岩成矿作用发生于大陆碰撞造山体制。

(3) 东天山地区存在重要的印支期成矿事件，三叠纪开始出现单钼矿床。

本研究在陈衍景教授和肖文交研究员的指导下完成；韩春明研究员、朱志敏博士等指导了野外工作；中科院矿床地球化学国家重点实验室尹一凡老师和漆亮研究员指导和帮助完成了样品分析；成文过程中与邓小华、张志欣和刘艳宾等博士进行了讨论；两位评审专家提出了宝贵的修改意见；特此致谢！ Bazhenov ML, Collins AQ, Degtyatev KE, Lavashova NM, Mikolaichuk AV, Pavlov VE, VanderVoo R. 2003. Paleozoic northward drift of the North Tie Shan (Central Asia) as revealed by Ordovician and Carboniferous paleomagnetism. Tectonophysics, 366: 113–141. DOI:10.1016/S0040-1951(03)00075-1 Berzina AN, Sotnikova VI, Economou-Eliopoulosb M, Eliopoulos DG. 2005. Distribution of rhenium in molybdenite from porphyry Cu-Mo and Mo-Cu deposits of Russia (Siberia) and Mongolia. Ore Geology Reviews, 26(1-2): 91–113. DOI:10.1016/j.oregeorev.2004.12.002 Chen FW, Li HQ, Cai H, Liu GQ. 1999. The origin of the Jinwozi gold deposit in eastern Xinjiang: Evidence from isotope geochronology. Geological Review, 45(3): 247–254. Chen FW, Li HQ, Chen YC, Wang DH, Wang JL, Liu DQ, Tang YL, Zhou RH. 2005. 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