華北地臺(tái)北緣中段金礦成礦地質(zhì)特征

華北地臺(tái)北緣中段金礦成礦地質(zhì)特征

金礦床的年齡研究是近年來(lái)礦床學(xué)領(lǐng)域的前沿課題。早期成礦年代的確定多采用間接法獲得相對(duì)形成時(shí)代,近年來(lái),隨著同位素地質(zhì)新技術(shù)的飛速發(fā)展,在礦床領(lǐng)域的應(yīng)用日趨深入,礦床地質(zhì)學(xué)家?guī)缀鯇?duì)當(dāng)今所有的測(cè)年法皆進(jìn)行了有益的嘗試,如蝕變礦物及石英的40Ar-39Ar法和K-Ar稀釋法,石英流體包裹體的Rb-Sr法,白鎢礦的Sm-Nd法和礦物—全巖的Sm-Nd法及單顆粒水熱鋯石、金紅石、榍石的U-Pb法和硫化物的Re-Os法,獲得了一批有益的年代信息。在華北地臺(tái)北緣中段,文中采用石英的40Ar-39Ar法和單顆粒鋯石的U-Pb測(cè)年法,結(jié)合前人資料,對(duì)該區(qū)與綠巖帶有關(guān)的初生型金礦床和構(gòu)造期后再生型金礦床的成礦時(shí)代進(jìn)行了探討。1中小型、高端金礦床綠巖帶初生型金礦床是本區(qū)的重要金礦床類型,主要分布在遼西、遵化、張宣、青龍河等綠巖帶內(nèi),其中不僅有新民、桂蘭峪、沙坡峪、半壁山、苗杖子、韓家溝、水晶屯等一批中小型金礦床,還分布著排山樓、小營(yíng)盤(pán)、金廠峪等大型、特大型金礦床。根據(jù)礦床產(chǎn)出特證,可分為細(xì)脈浸染狀和脈狀金礦床二個(gè)亞類。下面分別以排山樓金礦床、金廠峪和小營(yíng)盤(pán)金礦床為例,闡述綠巖帶初生型金礦床中二個(gè)亞類的成礦時(shí)代特征。1.1成礦年齡測(cè)試結(jié)果遼西排山樓大型金礦是目前為止我國(guó)發(fā)現(xiàn)的典型太古宙綠巖帶型層控細(xì)脈浸染狀金礦床,對(duì)該類金礦床的研究,比較一致的觀點(diǎn)認(rèn)為其形成于太古宙末—古元古宙,但還末見(jiàn)確切成礦年齡報(bào)導(dǎo)。因此,進(jìn)一步查清排山樓金礦的成礦年齡,對(duì)探討礦床成因和礦床勘查均具十分重要的意義。為此,我們?cè)谂派綐墙鸬V1線露天主采場(chǎng)采集了呈細(xì)脈浸染狀分布于黑云斜長(zhǎng)質(zhì)糜棱巖型礦石中的98L2號(hào)含金石英細(xì)脈樣品,并進(jìn)行了石英40Ar-39Ar年齡測(cè)定,測(cè)試結(jié)果如表1、圖1所示。樣品的40Ar-39Ar年齡譜呈兩側(cè)高,中間低的馬鞍形。Lanphere等曾指出:“40Ar-39Ar呈馬鞍形年齡譜可用來(lái)判斷巖漿巖、巖石和礦物中的過(guò)剩氬。這種年齡譜的最小值接近樣品的結(jié)晶年齡,在一些樣品中甚至可以得到正確的年齡值?！币虼?文中所測(cè)得的樣品在3～6階段構(gòu)成一條較平坦的譜線,對(duì)應(yīng)的坪年齡tp=(2105.2±10.4)Ma,此tp值代表了樣品的形成年齡,即測(cè)定的含金石英細(xì)脈是呂梁期形成的。排山樓金礦的成礦年齡問(wèn)題是成礦作用研究中的熱點(diǎn)問(wèn)題。本文中獲取的排山樓金礦主礦體中含金石英細(xì)脈浸染狀礦石的40Ar-39Ar坪年齡為(2105.2±10.4)Ma,代表了排山樓金礦主成礦期的成礦年齡。由此提出排山樓金礦的成因主要與呂梁期的東西向韌性剪切帶構(gòu)造有關(guān)。1.2測(cè)年方法及樣品金廠峪金礦產(chǎn)于遵化深變質(zhì)花崗巖—綠巖帶中,是冀東地區(qū)開(kāi)采歷史最長(zhǎng)、儲(chǔ)量最大的特大型金礦床。礦體嚴(yán)格受控于NNE向韌—脆性剪切帶,容礦巖石主要為斜長(zhǎng)角閃巖和斜長(zhǎng)角閃片麻巖。該礦床研究程度較高,對(duì)其成礦時(shí)代主要有兩種看法,一種認(rèn)為形成于太古宙末期,另一種認(rèn)為形成于燕山期。從近年測(cè)年資料看,林傳永等獲取了主成礦期含金石英脈中石英40Ar-39Ar最低坪年齡為2190.5Ma。張秋生等用Pb-Pb法測(cè)定的成礦期鈉長(zhǎng)石巖脈或石英—鈉長(zhǎng)石巖脈年齡為2391Ma,成礦前煌斑巖脈的年齡為2661Ma,因而認(rèn)為其形成于太古宙末期。并依據(jù)礦石鉛的模式年齡和冀東地區(qū)麻粒巖相巖石多普遍遭受一次近于1700Ma的后期熱事件迭加(區(qū)域退變質(zhì)作用)改造這一事實(shí),推斷成礦時(shí)代應(yīng)介于2000～1700Ma之間。為了解決金廠峪金礦的成礦時(shí)代問(wèn)題,文中采用了單顆粒鋯石U-Pb同位素稀釋法這一近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的測(cè)年方法,這種方法不僅用量少,更主要的是測(cè)定對(duì)象鋯石的穩(wěn)定性好,有時(shí)在同一樣品中,往往含有不同年齡、不同成因的鋯石晶體,甚至有時(shí)一顆鋯石的外殼和內(nèi)核也具有不同年齡和成因,在這種情況下,只有對(duì)單顆粒晶體及其微區(qū)進(jìn)行U-Pb同位素測(cè)定,才能獲得精確的鋯石年代數(shù)據(jù)及演化信息,因而被廣泛應(yīng)用于大陸地殼生長(zhǎng)和演化的研究工作中。近年來(lái)鋯石成因礦物學(xué)研究發(fā)現(xiàn),鋯石成因遠(yuǎn)比過(guò)去想象的要復(fù)雜,不僅有巖漿成因鋯石、變質(zhì)成因鋯石,甚至在巖石生成后遭受到低溫的熱液作用改造時(shí),有時(shí)也會(huì)形成鋯石,有人稱其為水熱鋯石(hydrothlermalzircon),并被應(yīng)用于金礦定年工作中。“八·五”期間,在夾皮溝金礦區(qū),作者等曾開(kāi)展了這項(xiàng)工作,取得了比較理想的結(jié)果。本文中,亦采用了單顆粒鋯石U-Pb同位素稀釋法,樣品采自金廠峪金礦四坑23m中段19線(98h263)主成礦期含金石英大脈中人工重砂的鋯石。鋯石呈淺紫紅色,透明,粒度較小,一般在25～40μm,表面無(wú)明顯熔蝕痕跡,呈半自型柱狀、粒狀和渾園狀,共生礦物主要為黃鐵礦、石英和自然金。在VG354質(zhì)譜計(jì)上用U-Pb同位素稀釋法進(jìn)行了年齡測(cè)定,選四個(gè)試樣點(diǎn)為一組,分別為淺紫紅色柱狀晶體1個(gè)、粒狀晶體2個(gè)和渾園晶體1個(gè),它們的Pb-Pb表面年齡分別為2474Ma、2471Ma、2463Ma和2480Ma,均比較接近,差值僅17Ma,4個(gè)試樣U-Pb不一致線上交點(diǎn)年齡為(2539±23)Ma(表2,圖2),代表了金廠峪含金石英大脈的形成年齡,這也是目前為止我國(guó)獲得的綠巖帶初生型與韌性剪切帶有關(guān)的金礦床的最古老精確年齡。1.3成礦時(shí)代探討小營(yíng)盤(pán)金礦位于華北陸臺(tái)北緣燕山西段的張宣金礦化集中區(qū),是河北省又一特大型含金石英脈型金礦床,目前區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)含金石英脈200余條。容礦巖石為太古界桑干巖群的二輝麻粒巖、斜長(zhǎng)角閃巖、角閃斜長(zhǎng)變粒巖、片麻巖和磁鐵石英巖等。礦體受控于近東西向展布的低角度韌—脆性逆沖推覆剪切帶,剪切帶內(nèi)普遍發(fā)育糜棱巖化巖石和碎裂巖。含金石英脈在其中呈透鏡狀產(chǎn)出,屬單脈型,呈波狀曲面,脈體分支復(fù)合現(xiàn)象明顯,經(jīng)歷強(qiáng)烈變形,發(fā)生碎裂、彎曲、揉皺及石英的糖粒化。根據(jù)各含金石英脈的空間展布關(guān)系,將其分成三期即鉀長(zhǎng)石英脈期,含金多金屬硫化物石英脈期及碳酸鹽、重晶石和玉髓期。以第二期為主成礦期。本區(qū)圍巖蝕變強(qiáng)烈,主要有鉀長(zhǎng)石化、硅化、絹云母化、黃鐵礦化和碳酸鹽化等,蝕變分帶不明顯,其蝕變帶寬度與石英脈的厚度呈正消長(zhǎng)關(guān)系,石英脈下盤(pán)蝕變帶厚度大,局部含金高,形成蝕變巖型金礦體。前人關(guān)于小營(yíng)盤(pán)金礦的成礦時(shí)代,爭(zhēng)議較大。一種觀點(diǎn)主張為海西期-燕山期成礦。另一種提出存在前寒武紀(jì)和海西-燕山期兩期相隔時(shí)間較遠(yuǎn)的金成礦期。胡達(dá)驤則據(jù)對(duì)小營(yíng)盤(pán)等礦區(qū)含金石英脈石英的40Ar/30Ar年齡為(1362.0±24.8)Ma、(963.7±22.3)Ma,提出了晉寧期成礦的認(rèn)識(shí)。胡小蝶等自六五以來(lái),在該區(qū)做了大量的研究工作,最近選擇了單顆粒鋯石U-Pb法對(duì)小營(yíng)盤(pán)礦區(qū)含金石英脈中的鋯石進(jìn)行了直接測(cè)年,提出小營(yíng)盤(pán)金礦的成礦年齡為1800Ma左右。2衍生金礦床成礦時(shí)代綠巖帶有關(guān)的構(gòu)造期后再生型金礦床是與綠巖帶形成在不同的構(gòu)造-巖漿活動(dòng)階段和地質(zhì)事件,并晚于綠巖帶形成的一大類金礦床的總稱,也有人稱之為衍生金礦床。該類金礦床又可分為與外生地質(zhì)作用有關(guān)的砂礫巖型金礦床和與殼源深熔巖漿作用有關(guān)的再生型熱液金礦床兩個(gè)亞類。依據(jù)本區(qū)再生型熱液金礦床的發(fā)育特點(diǎn),文中主要論述與殼源深熔巖漿作用有關(guān)的再生型熱液金礦床的成礦時(shí)代。依據(jù)不同巖漿作用的類型和構(gòu)造環(huán)境再細(xì)分為與伸展構(gòu)造環(huán)境偏堿性雜巖有關(guān)的金礦床,與巖漿隱爆作用有關(guān)的金礦床,與碰撞型殼源深熔花崗巖有關(guān)的金礦床和與拉伸構(gòu)造環(huán)境次火山巖-火山巖有關(guān)的金礦床。2.1礦脈中鋯石u-pb同位素年齡這是近些年來(lái)在華北地臺(tái)北緣發(fā)現(xiàn)的新類型礦床,在本區(qū)以產(chǎn)在張宣深變質(zhì)綠巖帶內(nèi),與水泉溝-后溝偏堿性雜巖體有關(guān)的東坪、后溝、中山溝等金礦床為代表。東坪金礦是我國(guó)在堿性雜巖體中發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)大型金礦床,近年來(lái)多數(shù)地質(zhì)工作者認(rèn)為東坪金礦是與堿性巖有關(guān)的金礦床。前人對(duì)東坪金礦的成礦時(shí)代做過(guò)不少研究工作,其中大量的同位素測(cè)年工作,主要是對(duì)礦脈及其周圍的堿性巖用全巖或礦物的K-Ar、40Ar-39Ar和Rb-Sr同位素測(cè)年法進(jìn)行測(cè)年,所獲得的年齡數(shù)據(jù)相差較大。年齡數(shù)據(jù)主要分布在120～280Ma(圖3)。因此,有的學(xué)者認(rèn)為東坪金礦是海西-印支期或燕山期成礦。為了獲得較為精確可靠的成礦時(shí)代,李惠民等在東坪金礦采集了鉀化蝕變帶中的鉀長(zhǎng)石英脈樣品(是最主要礦化期產(chǎn)物的第3期,編號(hào)為94H57),嘗試直接用該礦脈中的熱液鋯石進(jìn)行U-Pb同位素年齡測(cè)定。作為對(duì)照,同時(shí)在東坪金礦附近的下三道河村西采石場(chǎng)采集了東坪金礦直接圍巖的石英二長(zhǎng)巖樣品(編號(hào)為94H55),用同樣方法同時(shí)進(jìn)行年齡測(cè)定。從采集的兩個(gè)巖石樣品中分選出的鋯石的顯微鏡觀察及掃描電鏡照片中可以看到,從礦脈樣品(95H57)中分選出的鋯石有兩類不同的形態(tài)特征,一類為淺紫紅色透明柱狀自形晶體,另一類為無(wú)色透明的圓度系數(shù)較高的渾圓狀晶體,表面有熔圓的痕跡。前一類鋯石判斷為自生熱液鋯石,其年齡可能代表東坪金礦主礦化期的時(shí)代;后一類鋯石則可能為被礦脈捕獲的鋯石,其年齡不能代表金礦的成礦時(shí)代。從作為東坪金礦直接圍巖的石英二長(zhǎng)巖樣品(94H55)中分選出的鋯石均為淺紫紅色透明的不規(guī)則粒狀晶體,與礦脈樣品中的鋯石在形態(tài)特征方面有較大的差異。這說(shuō)明礦脈中的鋯石并不是來(lái)自其直接圍巖。東坪金礦礦脈(94H57)及其圍巖(94H55)中的鋯石的U-Pb同位素年齡測(cè)定結(jié)果表明,礦脈中的兩類具有不同形態(tài)特征的鋯石,其U-Pb同位素年齡也不一樣。1-3號(hào)數(shù)據(jù)點(diǎn)是3組熱液鋯石的年齡測(cè)定結(jié)果,其表面年齡的統(tǒng)計(jì)權(quán)重平均值為(350.9±0.9)Ma。這一年齡可以作為礦脈中熱液鋯石的生成年齡,也可作為東坪金礦的主礦化期的時(shí)代,即相當(dāng)于華力西中期。4號(hào)數(shù)據(jù)點(diǎn)是礦脈中另一類可能為被捕獲的鋯石的測(cè)定結(jié)果,明顯老于熱液鋯石的生成年齡。作為對(duì)照的東坪金礦的直接圍巖(94H55)中的鋯石,其形態(tài)特征與礦脈中的鋯石不一樣,其206Pb-238U表面年齡的統(tǒng)計(jì)權(quán)重平均值為(410.2±1.1)Ma。這一年齡值可以解釋為作為東坪金礦直接圍巖的石英二長(zhǎng)巖的生成年齡,這一年齡值與金礦的主礦化期相差60Ma。涂光熾先生曾就成巖、成礦的時(shí)間差指出:如果一個(gè)巖漿體凝固了,然后產(chǎn)生高溫?zé)嵋?至形成礦床,一般講這一成巖、成礦的時(shí)間差不超過(guò)30Ma,而金礦則不同,往往發(fā)現(xiàn)金礦的形成時(shí)間和成巖時(shí)間差得甚遠(yuǎn)。上述東坪金礦的成巖、成礦時(shí)差就是典型的一例。2.2不同層系的成礦時(shí)代近年來(lái),在本區(qū)青龍、興隆、寬城、遷安、易縣等地,先后發(fā)現(xiàn)了一批以中元古代碳酸鹽巖-碎屑巖為容礦圍巖的礦床如唐杖子、水泉南溝、軍屯、孔格莊等。這是本區(qū)在找金工作中的新突破,也擴(kuò)大了在中-新元古代沉積巖分布區(qū)找礦的新領(lǐng)域。王郁認(rèn)為燕山期花崗巖的侵入活動(dòng)起到了提供熱源及部分成礦物質(zhì)的作用,其成礦時(shí)代可能就是燕山期。根據(jù)筆者的研究,這些金礦床的大多數(shù)形成是與巖漿隱爆作用有關(guān),可分為隱爆角礫巖筒型、隱爆侵入角礫巖墻型和隱爆震碎角礫巖型三類。這類金礦床產(chǎn)出的變質(zhì)基底是太古宙花崗巖-綠巖帶,與巖漿隱爆作用有關(guān)的淺成侵入巖是在地殼深部綠巖局部熔融的結(jié)果,綠巖為重熔巖漿提供了重要的成礦物質(zhì)。最近作者對(duì)取自冀東冷口金礦帶頭道門子溝礦點(diǎn)原生含金黃鐵礦石英脈礦石中的石英進(jìn)行了40Ar-39Ar年齡測(cè)定,獲得了石英40Ar-39Ar低坪年齡為(217.32±2.04)Ma,代表了該金礦的原生礦形成于中生代的印支晚期。2.3峪耳崖金礦成礦年齡及形成時(shí)代本區(qū)是我國(guó)中生代巖漿活動(dòng)最發(fā)育的地區(qū)之一,強(qiáng)烈的陸內(nèi)造山作用,對(duì)其早期地殼,特別是富金的地質(zhì)體—遵化、遼西、阜平、張宣等花崗巖—綠巖地體進(jìn)行強(qiáng)烈的活化改造,有利于區(qū)內(nèi)形成一批由綠巖帶的深熔作用而形成的花崗巖,及與之有關(guān)的再生型熱液金礦床。這是本區(qū)重要的金礦床類型,如峪耳崖、牛心山、寶國(guó)老、柏杖子、石湖、土嶺、上明峪、虎峪等金礦床。峪耳崖金礦主要分布于燕山期花崗巖及其與長(zhǎng)城系高于莊組碳酸鹽巖接觸帶中,前期工作發(fā)現(xiàn)的礦體主要產(chǎn)于花崗巖體內(nèi)及內(nèi)接觸帶,近年來(lái)的工作亦在外接觸帶高于莊組碳酸鹽巖中發(fā)現(xiàn)了厚大的盲-10號(hào)含金石英脈。前人研究表明峪耳崖花崗巖體與金礦床的形成關(guān)系十分密切。關(guān)于峪耳崖花崗巖的形成時(shí)代,據(jù)任啟江等1研究,其K-Ar法年齡為白花崗巖175.4Ma、紅花崗巖194Ma,花崗巖中鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石及全巖的單礦物—全巖Rb-Sr等時(shí)線年齡為紅花崗巖167.27Ma,白花崗巖152.12Ma。吳珍漢測(cè)定了絹云母Rb-Sr等時(shí)線年齡,確定的花崗巖的蝕變年齡為176.8Ma左右。最近苗來(lái)成2對(duì)峪耳崖白色和紅色花崗巖中選取單顆粒鋯石,用SHRIMPU-Pb法獲得侵位年齡分別為(175±1)Ma和(174±3)Ma。由此可見(jiàn),峪耳崖金礦的時(shí)代(花崗巖蝕變時(shí)代)與花崗巖形成的時(shí)代較接近,同屬燕山早期。2.4金廠溝梁、道溝金礦特征與次火山巖—火山巖有關(guān)的淺成熱液金礦床也是本區(qū)重要的金礦床類型。它主要產(chǎn)在陸相火山巖地區(qū)拗陷和隆起的過(guò)渡地帶,一般為上疊式火山斷陷盆地,基底為太古宙花崗巖—綠巖帶,巖漿作用與成礦作用的時(shí)代均為燕山期,成礦作用大多與火山巖同源的中酸性次火山巖有關(guān)。容礦圍巖的巖石類型多種多樣,有火山巖、次火山巖、火山沉積巖、變質(zhì)基底花崗巖—綠巖等。本區(qū)以產(chǎn)在遼西的建平—朝陽(yáng)—北票一帶努魯兒虎山隆起帶的北西側(cè)的二道溝—金廠溝梁礦田為代表。礦田位于赤峰—開(kāi)源深大斷裂和NNE向承德—北票深大斷裂復(fù)合部位,變質(zhì)基底為遼西綠巖帶的建平巖群,中生代侏羅—白堊紀(jì)的陸相火山巖構(gòu)成上疊盆地的沉積蓋層。金廠溝梁和二道溝金礦分別位于朝陽(yáng)市北50km的內(nèi)蒙敖漢旗金廠溝梁鎮(zhèn)和遼寧北票市龍?zhí)多l(xiāng)大杖子村,屬金廠溝梁—貝子府成礦帶的西南端。金廠溝梁金礦主要產(chǎn)在太古宙變質(zhì)巖和中生代淺成侵入體中,二道溝金礦主要產(chǎn)在中生代火山巖和淺成侵入體中,是遼西地區(qū)受中生代構(gòu)造—巖漿活動(dòng)控制的典型的大、中型金礦床。該區(qū)中生代淺成侵入巖異常發(fā)育,據(jù)王建平資料,巖漿侵入活動(dòng)至少有四期,第一次侵入形成西臺(tái)子似斑狀花崗巖巖基,中粗粒結(jié)構(gòu),似斑狀結(jié)構(gòu),板粒狀斜長(zhǎng)石斑晶粒度1～2cm,其黑云母K-Ar同位素年齡18