膠西北新城金礦床地質(zhì)特征及成因探討

膠西北新城金礦床地質(zhì)特征及成因探討

1巖漿與金礦化的關(guān)系東海是中國最重要的錫礦集區(qū)，擁有近四分之一的黃金資源儲量（lietal.2013；lental.，2014）。它也是太平洋中生代金成礦系統(tǒng)的重要組成部分（金色富聯(lián)等人，1998，2014）。區(qū)內(nèi)花崗質(zhì)巖分布廣泛,主要由晚侏羅世玲瓏型花崗巖、早白堊世早期郭家?guī)X型花崗質(zhì)巖和早白堊世晚期艾山型花崗巖組成(Maetal.,2014;Sunetal.,2007;Wangetal.,2014;圖1)。其中,玲瓏型和郭家?guī)X型花崗質(zhì)巖是區(qū)內(nèi)金礦床最主要的賦礦圍巖,其賦存了膠東95%以上的金資源儲量(Dengetal.,2006,2008;GoldfarbandSantosh,2014;Yanetal.,2014;Yangetal.,2006),使膠東成為世界上最大的花崗巖類容礦金礦集區(qū)之一(Qiuetal.,2002;ZhaiandSantosh,2013)。因此,區(qū)內(nèi)花崗巖類及其與金礦化的關(guān)系一直是人們關(guān)注的熱點(Chenetal.,2005;Dengetal.,2003,2011a;Fanetal.,2007,2010;Lietal.,2006;Tanetal.,2012;Yangetal.,2008,2009,2013,2014;楊立強等,2014a);然而,關(guān)于花崗巖類的成因,尤其是早白堊世花崗質(zhì)巖的巖石類型及其源區(qū)仍存有爭議。一些學者把其歸為Adakite巖石(Houetal.,2007;Zhangetal.,2010),認為其是由俯沖增厚的大陸地殼部分熔融形成(Zhangetal.,2010),或者是由拆沉的榴輝巖地殼與軟流圈地幔相互作用形成;楊進輝等(2003)認為是由鎂鐵質(zhì)下地殼部分熔融形成;而最近研究認為是殼幔相互作用的結(jié)果(Yangetal.,2012,2013)。新城金礦床位于膠東西北部萊州市東北約35km處,是迄今為止在膠東礦集區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的賦存在早白堊世花崗質(zhì)巖中的最大的金礦床,其內(nèi)已探明金資源量大于200t(Wangetal.,2014)。然而,關(guān)于該金礦床賦礦花崗巖的系統(tǒng)的巖石學、地球化學和成巖年代學研究很少,致使長期以來一直認為其賦礦圍巖為晚侏羅世玲瓏黑云母花崗巖,影響了該區(qū)金礦與花崗巖類關(guān)系研究,并制約了該金礦床進一步的找礦預測。Wangetal.(2014)通過詳細的地質(zhì)地球化學、LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年及Lu-Hf同位素組成研究,認為新城金礦床的賦礦圍巖由中細粒石英二長巖和中粗粒似斑狀二長花崗巖組成,形成于127~132Ma,屬于早白堊世早期郭家?guī)X型花崗質(zhì)巖,并將賦存該金礦床的花崗質(zhì)巖稱為新城花崗巖體。近幾十年的研究探索與找礦實踐表明,基于新的地質(zhì)認識的找礦新思路是勘查突破的關(guān)鍵(陳光遠等,1993;Dengetal.,2007,2011b,2014a,b;鄧軍等,2010,2011;劉國平等,2001;YangandBadal,2013;Yangetal.,2007a,b;楊立強等,2010,2014b)。本研究最近通過進一步地質(zhì)觀察發(fā)現(xiàn)在中粗粒似斑狀二長花崗巖兩側(cè),其巖石粒度逐漸變細,長英質(zhì)礦物增多,明顯不同于中粗粒似斑狀二長花崗巖,應為中細粒似斑狀二長花崗巖。為了進一步探討這些巖石的地球化學類型、形成時代、巖漿源區(qū)性質(zhì)及其與新城花崗巖體的關(guān)系,本研究進行了系統(tǒng)的野外調(diào)查,采集了相關(guān)分析樣品,在巖石學和地球化學研究基礎(chǔ)上,運用LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年方法進行了成巖年齡測定,并研究了鋯石Lu-Hf同位素組成。2巖漿巖的形成與配置區(qū)內(nèi)變質(zhì)巖建造由太古宙膠東巖群、下元古界荊山群和粉子山群及上元古界蓬萊群組成(圖1)。膠東巖群除TTG系列之外的巖性主要為斜長角閃巖、黑云變粒巖與黑云片巖,少量為磁鐵石英巖、大理巖和含礫石英長石巖(陳光遠等,1993;李兆龍和楊敏之,1993;楊敏之和呂古賢,1996;楊忠芳等,1998;姚鳳良等,1990),其單顆粒鋯石U-Pb同位素年齡為3.4~2.6Ga(裘有守等,1988;Wangetal.,1998;余漢茂,1984);下元古界荊山群和粉子山群不整合于膠東巖群之上,巖性主要為超鎂鐵質(zhì)巖、斜長角閃巖、變粒巖、大理巖和硅線石-黑云片巖等,形成于2.5~1.9Ga(李金祥,2005;Wangetal.,1998)。上元古界蓬萊群不整合于粉子山群之上(李兆龍和楊敏之,1993;楊敏之和呂古賢,1996;楊忠芳等,1998),主要巖性為石英巖、大理巖、板巖、千枚巖、泥灰?guī)r等(陳光遠等,1993;楊敏之和呂古賢,1996;楊忠芳等,1998;姚鳳良等,1990)。巖漿巖建造主要由玲瓏型花崗巖、郭家?guī)X型花崗質(zhì)巖和艾山型花崗巖組成(Maetal.,2014;Sunetal.,2007;Wangetal.,2014;圖1)。其中,玲瓏型和郭家?guī)X型花崗質(zhì)巖是主要的賦礦圍巖;玲瓏型花崗巖體呈NNE向帶狀分布于焦家斷裂與招平斷裂之間(圖1),以黑云母花崗巖為主,其鋯石LA-ICP-MSU-Pb年齡為166~149Ma(Jiangetal.,2012;Yangetal.,2012);郭家?guī)X型花崗質(zhì)巖體由石英二長巖、二長花崗巖和花崗閃長組成,于126~132Ma侵入到玲瓏型花崗巖體中(Houetal.,2007;Yangetal.,2012;圖1)。沿玲瓏型花崗巖體和膠東巖群變質(zhì)巖接觸帶發(fā)育的一系列NNE-NE向斷裂(自西向東依次為三山島斷裂、焦家斷裂和招平斷裂)以及發(fā)育在玲瓏型花崗巖體和郭家?guī)X型花崗質(zhì)巖體中的較小規(guī)模的NNE-NE向斷裂節(jié)理控制了該區(qū)金礦床產(chǎn)出(Yangetal.,2003,2004;楊立強等,2003;圖1)。新城金礦床位于焦家金礦田內(nèi)焦家斷裂帶北段,其內(nèi)花崗巖類出露廣泛,占基巖出露面積90%以上(圖2)。新城花崗巖體是該金礦床的賦礦圍巖,由石英二長巖和二長花崗巖組成,呈北東向巖株狀侵入到玲瓏型花崗巖體中(圖2)。石英二長巖位于該巖體的中心部位,呈灰綠色、深灰色,具中細粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造;而向兩側(cè)逐漸變?yōu)闇\肉紅色中粗粒似斑狀二長花崗巖和中細粒似斑狀二長花崗巖,三者之間呈漸變過渡關(guān)系(圖2),指示其可能為同一期巖漿活動形成。3la-icp-ms鋯石u-pb定年本次研究所用樣品采自新城花崗巖體內(nèi)的中細粒似斑狀二長花崗巖,具體采樣位置見圖2。所有樣品均遠離礦體,手標本及鏡下觀察顯示蝕變較弱(圖3)。巖石樣品呈淺肉紅色,中細粒似斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造(圖3a,b)。斑晶主要為鉀長石,粒徑多為0.5~2cm(圖3c),含量約為15~20%;基質(zhì)主要包括石英(25%~30%)、鉀長石(25%~30%)、斜長石(25%~30%)、黑云母(<5%)和角閃石(<5%)(圖3d);副礦物主要為磁鐵礦、磷灰石、鋯石和榍石等(圖3c)。巖石主、微量元素的測試分析在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心完成,測試儀器分別為PhilipsPW2404X熒光光譜儀和Finnigan-MAT有限公司制造的ELEMENT-I等離子質(zhì)譜儀,精度分別優(yōu)于1%和5%。詳細的實驗流程見Wangetal.(2013)。用于進行LA-ICP-MSU-Pb定年的樣品經(jīng)人工破碎至80~100目,通過重液、電磁儀等方法分離分選出鋯石;然后在雙目鏡下挑選出無裂痕、無包裹體且具有代表性的鋯石顆粒粘于環(huán)氧樹脂表面,固化后打磨拋光至露出一個光潔平面;再進行透、反射和陰極發(fā)光(CL)照像;結(jié)合這些圖像選擇鋯石測試點位,力求避開內(nèi)部裂隙和包裹體以及不同成因的區(qū)域,以期獲得較準確的年齡信息。LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年測試分析在中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所LA-ICP-MS實驗室完成,鋯石定年分析所用儀器為FinniganNeptune型MC-ICP-MS及與之配套的NewwaveUP213激光剝蝕系統(tǒng)。詳細的實驗條件、測試分析流程及數(shù)據(jù)處理方法見趙辛敏等(2014)和侯可軍等(2009)。鋯石Lu-Hf同位素測試在中國地質(zhì)大學(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室的NeptunePlus(ThermoFisherScientific,德國)多接收等離子質(zhì)譜和GeoLas2005(LambdaPhysik,德國)激光剝蝕系統(tǒng)(LA-MC-ICP-MS)上進行,分析點與U-Pb定年分析點為同一位置。儀器運行條件、詳細分析流程、數(shù)據(jù)校正方法及鋯石標準參考值詳見Huetal.(2012)。4分析的結(jié)果4.1長質(zhì)巖新城金礦床中細粒似斑狀二長花崗巖的主量、微量及稀土元素分析結(jié)果列于表1。由表1可以看出,中細粒似斑狀二長花崗巖的SiO2含量變化于71.18%~73.72%,平均72.51%,屬于酸性巖類;Al2O3含量為13.57%~15.73%,平均14.62%;巖石全堿(K2O+Na2O)含量介于7.07%~8.64%,平均8.06%;K2O/Na2O為0.47~0.98,平均值為0.78;MgO、CaO、Fe2O3T和TiO2含量分別為0.22%~0.39%、1.52%~2.06%、0.94%~1.38%和0.18%~0.24%。在TAS圖解(圖4)中,二長花崗巖落入花崗巖范圍;其里特曼指數(shù)δ=1.63~2.62,在SiO2-K2O圖解(圖5a)中,屬于高鉀鈣堿性-鈣堿性巖石系列;鋁飽和指數(shù)(A/CNK)=0.96~1.04,在A/CNK-A/NK圖解(圖5b)中落入準鋁質(zhì)到弱過鋁質(zhì)區(qū)域。所有樣品都具有相似稀土配分模式(圖6a),巖石的輕、重稀土總量分別為71.14×10-6~126.5×10-6和5.21×10-6~7.47×10-6。(La/Sm)N為5.62~7.36,表明輕稀土之間發(fā)生了分餾;而(Gd/Yb)N為5.45~7.76,表明重稀土之間也發(fā)生了分餾。δEu為0.77~1.48,具有中等負銪異常到正銪異常;δCe為0.87~1.01,平均0.91,顯示弱負鈰或無鈰異常。在原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖上(圖6b),二長花崗巖的微量元素顯示了富集大離子親石元素(LILE),如K、Rb、Sr、Ba及輕稀土元素(LREE),其中Sr>729×10-6,Ba>793×10-6,虧損Nb、Ta、P、Ti等高場強元素的特征。4.2鋯石年齡年齡新城金礦床中細粒似斑狀二長花崗巖樣品XC10D211B17中的鋯石多呈自形長柱狀,長徑40~160μm,長寬比1.5∶1~3∶1,具典型的振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖7a),Th/U比值主要變化于0.18~1.34(表2),具典型的巖漿鋯石特征(Belousovaetal.,2002;簡平等,2001;Wangetal.,2012;WuandZheng,2004)。個別鋯石顆粒呈渾圓狀或內(nèi)部存在小的不規(guī)則晶核,可能為捕獲或繼承鋯石(李瑞保等,2009;楊高學等,2008)。本研究對中細粒似斑狀二長花崗巖樣品XC10D211B17中49個鋯石測點進行了定年,獲得的表面年齡變化于121±1Ma~2629±14Ma(表2;對于小于1.0Ga鋯石樣品點一般選用206Pb/238U年齡,而大于1.0Ga鋯石樣品點選用207Pb/206Pb年齡)。其中,44個測試點的206Pb/238U年齡集中在121±1Ma~126±4Ma(表2),在207Pb/235U-206Pb/238U諧和圖上均投影在諧和線上或諧和線附近(圖7b),其206Pb/238U加權(quán)平均年齡為123±1Ma(MSWD=1.4,2σ;圖7c),代表二長花崗巖的結(jié)晶年齡;2個測試點(XC10D211B17-4、XC10D211B17-6)207Pb/206Pb年齡分別為2629±14Ma和2402±18Ma,均投影在諧和線上或諧和線附近(圖7b),應是殘留的基底巖石中鋯石的年齡;其余3個測試點(XC10D211B17-10、XC10D211B17-20、XC10D211B17-21)206Pb/238U年齡分別為150±7Ma、151±1Ma和147±1Ma,均投影在諧和線上或諧和線附近(圖7b),代表了巖漿上升過程中捕獲的圍巖玲瓏黑云母花崗巖中鋯石的年齡。4.3鋯石hf/cf新城金礦床中細粒似斑狀二長花崗巖樣品XC10D211B17中已完成U-Pb測年的18顆巖漿鋯石的Hf同位素測定分析結(jié)果列于表3。所有測試點的176Lu/177Hf比值介于0.000383~0.000967,遠小于0.002,表明鋯石在巖體形成之后漫長的演化歷程中具有較低的放射成因Hf積累,因而可以用鋯石176Hf/177Hf比值探索巖體形成時的成因信息(StilleandSteiger,1991;吳福元等,2007)。另外,所有測試點的fLu/Hf值為-0.99到-0.97,明顯小于鐵鎂質(zhì)地殼fLu/Hf值(-0.34,Amelinetal.,2000)和硅鋁質(zhì)地殼fLu/Hf值(-0.72,Vervoortetal.,1996),故二階段模式年齡更能反應其源區(qū)物質(zhì)從虧損地幔被抽取的時間或其源區(qū)物質(zhì)在地殼的平均存留年齡。中細粒似斑狀二長花崗巖樣品XC10D211B17中18顆巖漿鋯石的176Hf/177Hf比值變化于0.282112~0.282169(表3)平均值為0.282130;對應的εHf(t)值變化在-20.76和-18.66之間,平均值為-20.04;虧損地幔二階段模式年齡tDM2變化范圍為2351~2479Ma,平均值為2430Ma(圖8)。5討論5.1新城火山巖體本研究選取新城金礦床內(nèi)中細粒似斑狀二長花崗巖進行鋯石定年,獲得的LA-ICP-MSU-Pb年齡為123±1Ma,其代表了二長花崗巖的侵位時間,與前人獲得的新城中粗粒似斑狀二長花崗巖(127±2Ma~129±1Ma)和石英二長巖的鋯石(128±1Ma~132±1Ma)的形成年齡比較接近(Wangetal.,2014)?？紤]到礦區(qū)花崗巖類部分鋯石顆粒U含量較高以及測年的分析誤差,本研究認為該區(qū)不同類型的花崗質(zhì)巖石的年齡在誤差范圍內(nèi)基本一致,這與新城金礦床內(nèi)中細粒似斑狀二長花崗巖和新城花崗巖體之間沒有明顯的接觸界限的地質(zhì)事實一致。此外,中細粒似斑狀二長花崗巖和新城花崗巖體(尤其是中粗粒似斑狀二長花崗巖)具有相似的主量元素組成(圖4和圖5)和基本一致的稀土及微量元素分布模式(圖6),說明中細粒似斑狀二長花崗巖是新城花崗巖體的一部分,只是巖相略有差異。由此認為新城花崗巖體為一次巖漿活動的結(jié)果。區(qū)域晚中生代早白堊世花崗質(zhì)巖發(fā)育廣泛,除了新城花崗巖體外,自西向東依次發(fā)育有三山島、上莊、北截、叢家和郭家?guī)X五個郭家?guī)X型花崗巖體(圖1),由石英二長巖、二長花崗巖和花崗閃長組成(Houetal.,2007;Zhangetal.,2010)。其中,三山島巖體的鋯石U-Pb年齡為128±2Ma(Wangetal.,1998)和129±1Ma(Yangetal.,2012),上莊巖體的鋯石U-Pb年齡為126±2Ma(Wangetal.,1998)和129±1Ma(Yangetal.,2012),北截巖體的鋯石U-Pb年齡為128±6Ma(Wangetal.,1998),叢家?guī)r體的鋯石U-Pb年齡為126±0.6Ma和123±0.5Ma(Yangetal.,2013),郭家?guī)X巖體的鋯石U-Pb年齡為129±3Ma和130±3Ma(Wangetal.,1998),與本研究的新城花崗巖體侵入時代一致。Wangetal.(2014)認為新城花崗巖體為膠東地區(qū)晚中生代早白堊世大規(guī)模成巖作用的組成部分,因而本研究精確厘定的123±1Ma的鋯石LA-ICP-MSU-Pb年齡可能代表了該區(qū)早白堊世大規(guī)模巖漿活動的下限,同時又為早白堊世強烈的巖漿活動提供了一年代學證據(jù)。5.2微量元素地球化學新城中細粒似斑狀二長花崗巖具有高的全堿含量(K2O+Na2O=7.07%~8.64%),低的Al2O3(13.57%~15.73%)和MgO(0.22%~0.39%)(表1)以及相對較為平坦的HREE(圖6a),與典型的adakitic巖石明顯不同。在NaK-Ca圖解上,二長花崗巖主要為鈣堿性演化趨勢(圖9a),亦不同于Adakitic巖石的奧長花崗巖演化趨勢。此外,新城二長花崗巖具有高的Ba(>793×10-6)、Sr(>729×10-6)和輕稀土(>71.14×10-6),低的Rb(<91.7×10-6)、Th(<7.4×10-6)、U(<4.5×10-6)、Nb(<4.49×10-6)、Ta(<0.26×10-6)、Y(<3.7×10-6)和重稀土(<3.93×10-6)(表1),無明顯的銪異常(圖6a),并且在原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖上Nb元素明顯虧損(圖6b),類似于高Ba-Sr花崗巖(TarneyandJones,1994)。根據(jù)Ba、Sr含量的不同,在Rb-Sr-Ba圖解中(TarneyandJones,1994;錢青等,2002),新城中細粒似斑狀二長花崗巖的7個樣品均分布于高Ba-Sr花崗巖區(qū)域(圖9b),顯示出相對高的Ba、Sr和低Rb含量的特征,明顯不同于低Ba-Sr花崗巖的相對高Rb和低Ba、Sr含量的特征。此外,輕、重稀土元素分餾明顯[(La/Yb)N=60.61~111.76],無明顯的銪異常(圖6a),明顯虧損Nb、Ta、P、Ti等高場強元素,顯示出典型的高Ba-Sr花崗巖所具有的地球化學特征(Fowleretal.,2001;Pengetal.,2013;Yeetal.,2008)。這與Wangetal.(2014)認為新城石英二長巖和中粗粒二長花崗巖屬高Ba-Sr花崗巖的認識一致。因此,本研究認為該巖體的地球化學類型屬高Ba-Sr花崗巖。5.3鋯石原位hf同位素組成由于鋯石Lu-Hf同位素體系具有較高的封閉溫度,鋯石Hf同位素比值不會隨后期部分熔融或分離結(jié)晶而變化(Schereretal.,2000),鋯石εHf(t)值代表了巖漿源區(qū)的成分特征,正εHf(t)值通常代表源區(qū)為虧損地?；驈奶潛p地幔中新增生的年輕地殼(隋振民等,2009),負εHf(t)通常代表源區(qū)為古老地殼(吳福元等,2007),不均一的鋯石Hf同位素特征很可能指示與具有不同放射性成因Hf同位素含量的幾種巖漿混合有關(guān)(Griffinetal.,2002;Ravikantetal.,2011;周振華等,2012);因此鋯石原位Hf同位素分析是示蹤巖漿源區(qū)的重要手段(Bouvieretal.,2008;Griffinetal.,2000;原埡斌等,2014;趙辛敏等,2014;周振華等,2014)。新城金礦床中細粒似斑狀二長花崗巖巖漿鋯石的εHf(t)為-20.76~-18.66,二階段模式年齡tDM2為2351~2479Ma(表3);在εHf(t)-鋯石U-Pb