冀北水泉溝堿性雜巖體的成因及成因

冀北水泉溝堿性雜巖體的成因及成因

該區(qū)域位于河北省張家口市宣化縣和赤城縣的交界處。也是中國(guó)北方地臺(tái)北緣著名的“金三角”。區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)大型金礦3處(宣化縣小營(yíng)盤(pán)、崇禮縣東坪和赤城縣黃土梁)中型金礦4處(宣化縣張全莊、韓家溝,崇禮縣水晶屯、赤城縣后溝)小型金礦及礦點(diǎn)百余處。這些金礦床的形成與水泉溝堿性巖體具有密切的時(shí)、空分布關(guān)系,前人對(duì)水泉溝雜巖體的巖石學(xué)、礦物學(xué)、巖體形成時(shí)代及其成因等做了大量工作。對(duì)雜巖體的成因認(rèn)識(shí)主要有幾種觀點(diǎn):混合巖化、殼慢混合源巖漿和富堿熱液交代等成因觀點(diǎn)。筆者20世紀(jì)80年代在該區(qū)進(jìn)行過(guò)1:5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查,90年代后期又參與了“堿性巖體與金礦成礦作用”的專(zhuān)題研究項(xiàng)目,近年來(lái)在該區(qū)又從事礦產(chǎn)調(diào)查工作,取得了大量資料,本文試圖通過(guò)對(duì)水泉溝堿性巖體特征以及鉛、鍶同位素特征的研究,來(lái)探討巖體的成因。1區(qū)域地質(zhì)特征水泉溝堿性巖體產(chǎn)于華北地臺(tái)北緣中段,東西向的尚義一赤誠(chéng)一平泉深斷裂南側(cè)的燕山臺(tái)褶帶內(nèi)。以東西向深斷裂為界,南部為燕山臺(tái)褶帶,北部為內(nèi)蒙地軸。區(qū)域出露的地層主要有太古宇桑干群的中高級(jí)變質(zhì)巖系、中元古界長(zhǎng)城系的海相沉積巖和晚侏羅世酸性一中酸性火山熔巖及火山碎屑巖(圖1)。其中,太古宙變質(zhì)巖構(gòu)成了該區(qū)的結(jié)晶基底。區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,斷裂構(gòu)造發(fā)育,總體構(gòu)造格架以近東西向,尚義一崇禮一赤城深斷裂為該區(qū)最重要的控巖控礦構(gòu)造。區(qū)域巖漿侵人活動(dòng)頻繁而強(qiáng)烈。主要侵位時(shí)代為海西期和燕山期。水泉溝雜巖體與該區(qū)金礦床之間具有密切的時(shí)空分布關(guān)系。2水泉溝堿性巖體巖體堿性雜巖體呈東西向展布(圖1),巖體東西長(zhǎng)約55km,南北寬約5～8km,面積340km2,侵位于太古宇崇禮群中。其北與崇禮群澗溝河組接觸,南與崇禮群澗溝河及元古代透輝巖呈侵入接觸,中部有燕山期斑狀花崗巖侵入,將巖體分割為東西兩部分。雜巖體由4個(gè)單元組成。單元Ⅰ分布最廣,包括2個(gè)巖體:東坪二長(zhǎng)巖體和后溝二長(zhǎng)巖體,其面積均在數(shù)十平方千米之上,呈近東西向,主要巖性為二長(zhǎng)巖、石英二長(zhǎng)巖、角閃二長(zhǎng)巖、黑云二長(zhǎng)巖等。單元Ⅱ呈條狀分布在單元Ⅰ的兩側(cè),包括后溝、黃土梁、東坪和中山溝4個(gè)正長(zhǎng)巖體,每個(gè)巖體面積約30～40km2,主要巖性為正長(zhǎng)巖、角閃正長(zhǎng)巖和石英正長(zhǎng)巖等,其與單元Ⅰ呈侵入接觸。單元Ⅲ分布零星,呈等軸狀產(chǎn)出,包括小趙家溝、西坪、狼窩溝、下三道河、地上和三道溝6個(gè)堿長(zhǎng)正長(zhǎng)巖體,每個(gè)巖體面積10km2,主要巖性為堿長(zhǎng)正長(zhǎng)巖、霓石堿長(zhǎng)正長(zhǎng)巖、鈉閃石堿長(zhǎng)正長(zhǎng)巖,與Ⅱ、Ⅰ單元有明顯侵入界線。單元Ⅳ呈規(guī)模不一的脈巖侵入上述3個(gè)單元和圍巖中(圖1)。單元Ⅰ的二長(zhǎng)巖屬于頂蝕侵位,單元Ⅱ的正長(zhǎng)巖體屬疊置侵位,單元Ⅲ和單元Ⅳ以貫入侵位形成。水泉溝堿性雜巖體中各單元關(guān)系清楚,巖石成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造亦有較明顯差別,其中斜長(zhǎng)石含量由早到晚逐漸遞減,微斜長(zhǎng)石含量逐漸增多;巖石由細(xì)變粗,巖性也由多樣變?yōu)閱我?巖體中有大量澗溝河組變質(zhì)巖捕擄體,很少見(jiàn)定向排列、橢圓狀的深源包體,充分反映了水泉溝堿性巖體巖漿演化具有一定規(guī)律。據(jù)部分資料,水泉溝堿性巖體巖石化學(xué)特征如下:二氧化硅含量:二長(zhǎng)巖類(lèi)為60.76%而堿長(zhǎng)正長(zhǎng)巖為64.88%,巖性從二長(zhǎng)巖類(lèi)→正長(zhǎng)巖類(lèi)→堿長(zhǎng)正長(zhǎng)巖類(lèi)演化,SiO2含量略有增加,巖石中SiO2含量偏低,但相對(duì)穩(wěn)定。三氧化二鋁含量:巖性從二長(zhǎng)巖類(lèi)→正長(zhǎng)巖類(lèi)→堿長(zhǎng)正長(zhǎng)巖類(lèi)演化,Al2O3含量分別為18.47%、18.28%和16.81%,Al2O3含量逐漸遞減,遞減幅度較小。氧化鈣:巖性從二長(zhǎng)巖類(lèi)→正長(zhǎng)巖類(lèi)→堿長(zhǎng)正長(zhǎng)巖類(lèi)演化,CaO含量分別為4.31%、2.05%和1.67%,CaO含量逐漸遞減,相互間相差接近一倍。反映了隨著巖漿演化,堿質(zhì)交代加強(qiáng),鈣長(zhǎng)石被鉀長(zhǎng)石取代的結(jié)果。鐵、鎂含量:巖性從二長(zhǎng)巖類(lèi)→正長(zhǎng)巖類(lèi)→堿長(zhǎng)正長(zhǎng)巖類(lèi)演化,鐵含量和鎂含量均逐漸遞減。鉀、鈉含量:巖性從二長(zhǎng)巖類(lèi)→正長(zhǎng)巖類(lèi)→堿長(zhǎng)正長(zhǎng)巖類(lèi)演化,K2O含量比Na2O含量增加幅度大,二長(zhǎng)巖類(lèi)到正長(zhǎng)巖類(lèi)中K2O含量變化突然,反映了隨著巖漿演化,鉀質(zhì)交代加強(qiáng),鈉長(zhǎng)石被微斜長(zhǎng)石交代。堿性程度:巖性從二長(zhǎng)巖類(lèi)→正長(zhǎng)巖類(lèi)→堿長(zhǎng)正長(zhǎng)巖類(lèi)演化,里特曼值σ、堿度率AR和(K2O+Na2O)/Al2O3遞增,由鈣堿性演化為堿性,總體堿性程度不高,基本接近堿性巖標(biāo)準(zhǔn)。總之,巖石化學(xué)組成總的特征是貧硅、富堿,鋁含量中至高。各類(lèi)巖石間無(wú)明顯的界線,一般為漸變過(guò)渡關(guān)系。見(jiàn)表1。3總鉛含量測(cè)定水泉溝堿性巖體包括二長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)巖類(lèi)、堿長(zhǎng)正長(zhǎng)巖類(lèi)三大單元(表2),鉛同位素組成:二長(zhǎng)巖206Pb/204Pb變化范圍為17.03～17.51,平均17.21;207Pb/204Pb變化范圍為15.11～15.62,平均為15.34;208Pb/204Pb變化范圍為36.68～37.39,平均37.07。見(jiàn)表2。巖性從二長(zhǎng)巖類(lèi)→正長(zhǎng)巖類(lèi)→堿長(zhǎng)正長(zhǎng)巖類(lèi)演化,206Pb/204Pb將從17.21→17.38→17.67,呈規(guī)律性上升,說(shuō)明放射鉛含量不斷增加。同時(shí)各類(lèi)巖石中ψ值、μ值和ω值不盡相同,而模式年齡變化甚大,從小于0到976Ma,說(shuō)明鉛同位素屬異常鉛的演化模式。在鉛構(gòu)造模式圖上,大多數(shù)樣品集中在地幔與下地殼演化線附近,部分在造山帶、上地殼演化線上,說(shuō)明鉛來(lái)源以地幔與下地殼來(lái)源為主,但在巖漿上侵過(guò)程中由于大量上地殼物質(zhì)的混入,使原始巖漿不同程度的污染,從而使巖漿由單一鉛源變?yōu)槎喾N鉛源。見(jiàn)圖2。4投入在大陸殼與國(guó)表海線上的巖石水泉溝堿性巖鍶同位素(87Sr/86Sr)i為0.7044～0.7355,變化范圍較大(表3)。若將其初始值投在Faure等(1972)的地球中鍶的演化圖(地幔演化線Rb/SrL比值為0.025,大陸殼開(kāi)始形成于2.5Ga,87Sr/86Sr比值為0.701,大陸演化線Rb/Sr比值為0.18),結(jié)果有1/3的投點(diǎn)位于地幔區(qū),其他大部分位于大陸殼與地幔增長(zhǎng)線之間,只有少數(shù)點(diǎn)位于大陸殼演化線之上(圖3)。若將其初始值投到Rolinson(1993)地球中鍶的演化圖上(地幔演化線Rb/Sr比值為0.03,大陸殼開(kāi)始形成于2.7Ga,87Sr/86Sr比值為0.7014,大陸演化線Rb/Sr比值為0.17),結(jié)果除了極少數(shù)點(diǎn)于大陸殼演化線之上,絕大多數(shù)點(diǎn)在大陸殼與地幔增長(zhǎng)線之間,有不少點(diǎn)緊靠地幔演化曲線。上述兩種圖解取得相同結(jié)果。投入地幔區(qū)的巖石,其成因一般認(rèn)為是幔源。投入在大陸殼與地幔增長(zhǎng)線之間,主要是由于含放射性成因的87Sr增加引起的,結(jié)合鉛同位素研究,主要為地幔巖漿上侵中混入了地殼物質(zhì)造成的。投點(diǎn)在大陸殼演化線之上的巖石是太古宙老變質(zhì)巖局部熔融的產(chǎn)物。總之,該區(qū)鍶也多源的,以殼?；煸礊橹?。見(jiàn)圖3。5基于耐心的討論5.1殼源物質(zhì):地實(shí)行重熔或混合巖化關(guān)于堿性巖的原始巖漿來(lái)源有以下幾種觀點(diǎn)(邱家嚷,1991):①上地慢低度熔融產(chǎn)物;②玄武巖漿分異產(chǎn)物;③下地殼低度熔融產(chǎn)物;④花崗巖漿的分異產(chǎn)物。根據(jù)該區(qū)實(shí)際地質(zhì)情況及同位素研究結(jié)果,水泉溝雜巖體可能首先產(chǎn)自上地幔的低度熔融產(chǎn)物。在同位素各式圖解中,樣品投點(diǎn)于地幔與大陸殼演化線之間,少量于陸殼演化線之上,說(shuō)明鉛、鍶同位素不是單一來(lái)源,原始物質(zhì)來(lái)源于地幔,部分來(lái)自地殼物質(zhì)的混入。通常二長(zhǎng)巖類(lèi)異常鉛和鍶初始值較低,向正長(zhǎng)巖類(lèi)和堿長(zhǎng)正長(zhǎng)巖類(lèi)的演化中逐漸增高。該區(qū)巖石中具較高的異常鉛和較高的鍶初始值,且二長(zhǎng)巖類(lèi)與正長(zhǎng)巖類(lèi)之間增幅大,而正長(zhǎng)巖類(lèi)和堿長(zhǎng)正長(zhǎng)巖類(lèi)之間增幅相對(duì)小,說(shuō)明在地幔巖漿上侵過(guò)程中殼源物質(zhì)的混入是肯定的,且是不均衡混入的。根據(jù)該區(qū)實(shí)際地質(zhì)情況及鉛、鍶同位素研究結(jié)果,水泉溝雜巖體不可能是太古宙變質(zhì)巖的重熔或混合巖化產(chǎn)物,而極可能是地幔巖漿與重熔的下地殼物質(zhì)不均勻混合造成的。早期地幔巖漿部分混入重熔殼源物質(zhì)后,演化成二長(zhǎng)巖漿侵位;稍后的堿性巖漿在上侵過(guò)程中,又有重熔殼源物質(zhì)不均勻混入,進(jìn)一步演化成正長(zhǎng)巖漿及堿長(zhǎng)正長(zhǎng)巖漿侵位。雖然巖體中有大量太古宇澗溝河組變質(zhì)巖捕擄體,很少見(jiàn)定向排列、橢圓狀的深源包體,顯然澗溝河組是巖漿上侵時(shí)接觸的淺部圍巖,僅是殼源物質(zhì)的一部分而不是全部,混入巖漿中的殼源物質(zhì)并起重要作用的應(yīng)該是更深層次的基底圍巖或更多是下地殼物質(zhì)。在討論堿性巖成因及金礦成礦作用應(yīng)充分考慮這種關(guān)系。5.2水泉溝堿性巖體的構(gòu)造作業(yè)期和巖漿活動(dòng)的強(qiáng)烈改造時(shí)間鑒于K-Ar同位素體系“封閉性”較差,對(duì)于經(jīng)歷多次巖漿活動(dòng)等熱擾動(dòng)的巖體,K-Ar法一般給出的是最后一幕熱擾動(dòng)事件的時(shí)間。該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境復(fù)雜,巖漿活動(dòng)頻繁,無(wú)疑對(duì)巖體有強(qiáng)烈影響,因此K-Ar法給出的年齡值雖不能作為本巖體的成巖時(shí)代,卻可以反映巖體受后期構(gòu)造一巖漿活動(dòng)的時(shí)間。本人20世紀(jì)90年代曾在水泉溝堿性雜巖體獲得了大量的K-Ar同位素測(cè)年數(shù)據(jù),K-Ar法測(cè)年數(shù)據(jù)組直方圖的峰值段為180～200Ma,正好與該區(qū)的燕山早期巖漿侵人活動(dòng)時(shí)間一致(紅花梁花崗巖176.6Ma,谷嘴子花崗巖188Ma,溫泉斑狀花崗巖198.42±3.3Ma),K-Ar法測(cè)年數(shù)據(jù)反映的是水泉溝堿性巖體受燕山早期巖漿活動(dòng)的強(qiáng)烈改造的時(shí)間。20世紀(jì)90年代末,本人與聶鳳軍等人在水泉溝堿性巖體不同地段采樣,獲得的39Ar-40Ar年齡值集中在288～327.4Ma,見(jiàn)表4,屬海西晚期。對(duì)比研究,采用39Ar-40Ar年齡值288～327.4Ma,作為水泉溝堿性巖體成巖時(shí)代較為合適。5.3堿性巖體的形成過(guò)程涂光熾(1989)等研究認(rèn)為,富堿侵入巖是一組產(chǎn)于特定環(huán)境、具有特殊性質(zhì)的巖石類(lèi)型,產(chǎn)于裂谷、地塹、地幔上拱的拉張條件下,常與幔源巖漿活動(dòng)相聯(lián)系。該區(qū)在海西晚期發(fā)生了古蒙古洋板塊向南俯沖,造成古蒙古洋的消失,天山一興蒙褶皺系與華北地臺(tái)連為一體。在這種大的構(gòu)造背景下,華北地臺(tái)北緣一度成為活動(dòng)的大陸邊緣,由于超殼斷裂——尚義一赤城一平泉深斷裂發(fā)生大規(guī)模逆沖活動(dòng),造成內(nèi)蒙地軸的隆升和燕山臺(tái)褶帶的下降。根據(jù)重磁異常研究,尚義—赤城一平泉深斷裂向下延續(xù)較深,可能深達(dá)下地殼深部或深達(dá)上地幔。深斷裂構(gòu)造頻繁活動(dòng),表現(xiàn)為剪切擠壓為主,局部引張的構(gòu)造環(huán)境。且由于局部構(gòu)造應(yīng)力的降低,在上地慢熔融出了堿性巖漿,大規(guī)模的構(gòu)造活動(dòng)也造成下地殼物質(zhì)的局部熔融。地幔堿性巖漿在上升過(guò)程中與熔融的下地殼物質(zhì)發(fā)生混合,由于巖漿上升速度較快,因此兩者之間既沒(méi)有充分的均勻混合,也沒(méi)有充分的結(jié)晶分異,這樣就造成了堿性巖體中同位素體系沒(méi)有充分地均一,堿性巖體缺少明顯的巖相分帶。水泉溝堿性巖體侵位成巖過(guò)程漫長(zhǎng),來(lái)自地幔的偏堿性二長(zhǎng)巖漿沿尚義一赤城深斷裂帶東西向上涌頂蝕侵位,然后捕獲上地殼圍巖并消納了頂部圍巖,形成有大量圍巖捕擄體和頂垂體存在的規(guī)模巨大的東西向展布的二長(zhǎng)巖體;稍后在二長(zhǎng)巖半熾熱半塑性半固結(jié)狀態(tài)時(shí),堿性的正長(zhǎng)巖漿發(fā)生疊置侵位,形成結(jié)晶粗大、成分均一的4個(gè)正長(zhǎng)巖體;在二長(zhǎng)巖和正長(zhǎng)巖基本固結(jié)成巖時(shí),由于深斷裂活