锶-钕-铅同位素地球化学被广泛的应用在矿床学研究中,主要是:(1)示踪矿床的成矿物质来源(Kesler et al.,1988;Schneider et al.,2002;许东青等,2008c);(2)示踪成矿流体的同位素演化(Ruiz et al.,1988);(3)约束热液流体的活动和流体的混合(Andrew et al.,1984;Ruiz et al.,1988; Schneider et al.,2002)。苏-查矿床和敖包吐萤石矿床主要产出于早白垩世花岗岩的外接触带上,而 贵勒斯泰萤石矿化点和细粒花岗岩脉中的萤石矿化则都产出在花岗岩中。不同矿床萤石的锶-钕-铅同 位素地球化学特征无疑记录了萤石成矿作用过程中成矿流体的演化和成矿物质来源的主要信息。前人 的许多工作证明了萤石的成矿流体和物质来源具有混源的特点(Deans et al.,1965;Ruiz et al.,1985,1988;Barbieri et al.,1987;Cannals et al.,1993;Galindo et al.,1994,1997;Simonetti et al.,1995;Menuge et al.,1997)。在苏-查萤石矿床中,萤石的锶同位素组成在早白垩世卫境花岗岩的锶 同位素组成之间变化,而远大于下二叠统大石寨组火山岩,因此,萤石的锶同位素组成不可能是由大 石寨组的火山岩提供,主要是来自早白垩世的花岗岩。而萤石的钕同位素初始比值(143Nd/144Nd)i大 于大石寨组火山岩和大理岩的(143Nd/144Nd)i,而小于早白垩世的花岗岩的(143Nd/144Nd)i,因此,萤石的钕同位素组成不可能是完全来自大石寨组,而主要是来自早白垩世花岗岩。区域上岩浆岩的钕 同位素演化随着时间的推移,从早二叠世大石寨组到早白垩世花岗岩表现出εNd(t)不断增大的趋 势,反映随着岩浆演化从老到新,幔源物质更多的加入到成岩成矿的过程中。地球化学研究表明,富 碱的岩浆演化过程中可以分异出富氟的成矿流体(Simonetti et al.,1995),钕同位素可以用来示踪岩 石中氟的来源(Ronchi et al.,1995),而成矿作用过程中钙和锶的来源则可能主要来自大石寨组火山 岩和大理岩透镜体。这种成矿流体中氟和钙来源不一致并不鲜见。Eills(1979)的实验结果也表明,富氟的流体并不一定也是富钙的。因此,萤石成矿流体的形成一般都存在富氟的流体与富钙围岩的混 合过程。白垩纪早期由于酸性、富碱的岩浆活动形成富含氟的成矿流体,沿着大石寨组火山-沉积岩 的构造薄弱面(不同岩性段之间的层间破碎带)上升,并与大石寨组的流纹岩、流纹质凝灰岩和大 理岩透镜体发生水岩反应,使成矿流体中的CaF2产过饱和而大规模的沉淀析出,从而形成了萤石 矿床。在这个过程中成矿流体从不同的地质单元分别混合和继承了不同的同位素印记,从而在萤石的 同位素组成表现出混源的特点。萤石矿脉周围广泛发育的高岭土化就是这一重大地质事件的记录,其 蚀变矿物绢云母和伊利石的钾-氩年龄与花岗岩的SHRIMP铀-铅年龄所表示的岩浆结晶年龄高度耦 合,暗示了早白垩世的酸性、富碱的岩浆活动为萤石成矿提供了主要的成矿流体和成矿物质来源。
所有萤石单矿物的二阶段模式年龄T2DM分布在1153 ~1599 Ma之间,只有1件样品的二阶段模 式年龄为2068 Ma,大多数样品分布在1153~1350 Ma之间,暗示了萤石的成矿物质来源与南蒙古微 陆块有成因关联(Yarmolyuk et al.,2005)。
苏-查地区位于中亚晚古生代造山带上,它先后经历了活动大陆边缘长达200 Ma的弧岩浆作用(Chen et al.,2008)和二叠世酸性火山岩的喷发活动,而后在晚二叠世一早三叠世(大约234 Ma)(Chen et al.,2000,2008;Xiao et al.,2003)古亚洲洋发生了消减闭合,华北板块和西伯利亚板块 拼贴对接成统一大陆。
自晚中生代以来,该区又经历了构造体制的转换,晚侏罗世到早白垩世早期区内转入伸展构造阶 段,地壳由南向北逐渐伸展,出现了一系列拉伸断陷盆地和碱性花岗岩。结合地球物理的研究,认为 该区发生了下地壳的拆沉,导致了岩石圈的减薄(地壳厚度(29~37km),吴福元等,1999;翟明 国等,2002;许绚等,2004)。在四子王旗北部所发现的钾玄岩(112°10′E,42°00′N)(108~128 Ma,许恂等,2004)验证了这一构造体制转换的存在(许恂等,2004;张双涛等,2005;李毅等,2007)。在苏莫查干地区出露的早白垩世敖包吐花岗岩,其SHRIMP锆石铀-铅年龄指示的岩浆侵位时 代和苏-查矿床萤石矿脉中的蚀变矿物绢云母和伊利石的钾-氩年龄,以及含萤石矿化的细粒花岗岩脉 的侵位年龄高度吻合,指示了燕山期酸性岩浆活动与萤石成矿作用具有紧密的时-空关系。花岗岩在 岩石化学上表现为高硅、富碱的特点,钕同位素表现为高εNd(t),铅同位素的分布也位于造山带铅 演化线附近,表现为壳幔混源的特点。因此,早白垩世花岗岩的形成过程可能正是在软流圈物质上 升、岩石圈减薄背景下形成的。这个过程中,上升的软流圈物质对上覆的地壳物质发生底侵作用,部 分前寒武纪地块或下二叠统大石寨组火山-沉积岩发生深熔,经过一定程度的结晶分异作用后上升、 侵位形成大面积分布的花岗岩;同时富碱的花岗质岩浆在其岩浆活动过程中分异出高含氟的含矿流 体,与上升的地幔流体混合,不仅在花岗岩体中,同时也可能沿重新活化的区域大断裂和层间破碎带 上升,与早二叠世火山岩和碳酸盐类岩石发生水岩反应,导致成矿流体中的CaF2过饱和而沉淀析出,从而形成超大型苏-查矿床和敖包吐矿床,以及星罗棋布的萤石矿化点,而流体的幔源属性和各个地 层单元的同位素特点也由此随着水岩反应作用表现在萤石矿石上。