華北地臺北緣中段金礦成礦地質特征

華北地臺北緣中段金礦成礦地質特征

金礦床的年齡研究是近年來礦床學領域的前沿課題。早期成礦年代的確定多采用間接法獲得相對形成時代,近年來,隨著同位素地質新技術的飛速發(fā)展,在礦床領域的應用日趨深入,礦床地質學家?guī)缀鯇Ξ斀袼械臏y年法皆進行了有益的嘗試,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。在華北地臺北緣中段,文中采用石英的40Ar-39Ar法和單顆粒鋯石的U-Pb測年法,結合前人資料,對該區(qū)與綠巖帶有關的初生型金礦床和構造期后再生型金礦床的成礦時代進行了探討。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、小營盤、金廠峪等大型、特大型金礦床。根據(jù)礦床產(chǎn)出特證,可分為細脈浸染狀和脈狀金礦床二個亞類。下面分別以排山樓金礦床、金廠峪和小營盤金礦床為例,闡述綠巖帶初生型金礦床中二個亞類的成礦時代特征。1.1成礦年齡測試結果遼西排山樓大型金礦是目前為止我國發(fā)現(xiàn)的典型太古宙綠巖帶型層控細脈浸染狀金礦床,對該類金礦床的研究,比較一致的觀點認為其形成于太古宙末—古元古宙,但還末見確切成礦年齡報導。因此,進一步查清排山樓金礦的成礦年齡,對探討礦床成因和礦床勘查均具十分重要的意義。為此,我們在排山樓金礦1線露天主采場采集了呈細脈浸染狀分布于黑云斜長質糜棱巖型礦石中的98L2號含金石英細脈樣品,并進行了石英40Ar-39Ar年齡測定,測試結果如表1、圖1所示。樣品的40Ar-39Ar年齡譜呈兩側高,中間低的馬鞍形。Lanphere等曾指出:“40Ar-39Ar呈馬鞍形年齡譜可用來判斷巖漿巖、巖石和礦物中的過剩氬。這種年齡譜的最小值接近樣品的結晶年齡,在一些樣品中甚至可以得到正確的年齡值?！币虼?文中所測得的樣品在3～6階段構成一條較平坦的譜線,對應的坪年齡tp=(2105.2±10.4)Ma,此tp值代表了樣品的形成年齡,即測定的含金石英細脈是呂梁期形成的。排山樓金礦的成礦年齡問題是成礦作用研究中的熱點問題。本文中獲取的排山樓金礦主礦體中含金石英細脈浸染狀礦石的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造有關。1.2測年方法及樣品金廠峪金礦產(chǎn)于遵化深變質花崗巖—綠巖帶中,是冀東地區(qū)開采歷史最長、儲量最大的特大型金礦床。礦體嚴格受控于NNE向韌—脆性剪切帶,容礦巖石主要為斜長角閃巖和斜長角閃片麻巖。該礦床研究程度較高,對其成礦時代主要有兩種看法,一種認為形成于太古宙末期,另一種認為形成于燕山期。從近年測年資料看,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法測定的成礦期鈉長石巖脈或石英—鈉長石巖脈年齡為2391Ma,成礦前煌斑巖脈的年齡為2661Ma,因而認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)域退變質作用)改造這一事實,推斷成礦時代應介于2000～1700Ma之間。為了解決金廠峪金礦的成礦時代問題,文中采用了單顆粒鋯石U-Pb同位素稀釋法這一近年來發(fā)展起來的測年方法,這種方法不僅用量少,更主要的是測定對象鋯石的穩(wěn)定性好,有時在同一樣品中,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,只有對單顆粒晶體及其微區(qū)進行U-Pb同位素測定,才能獲得精確的鋯石年代數(shù)據(jù)及演化信息,因而被廣泛應用于大陸地殼生長和演化的研究工作中。近年來鋯石成因礦物學研究發(fā)現(xiàn),鋯石成因遠比過去想象的要復雜,不僅有巖漿成因鋯石、變質成因鋯石,甚至在巖石生成后遭受到低溫的熱液作用改造時,有時也會形成鋯石,有人稱其為水熱鋯石(hydrothlermalzircon),并被應用于金礦定年工作中?！鞍恕の濉逼陂g,在夾皮溝金礦區(qū),作者等曾開展了這項工作,取得了比較理想的結果。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質譜計上用U-Pb同位素稀釋法進行了年齡測定,選四個試樣點為一組,分別為淺紫紅色柱狀晶體1個、粒狀晶體2個和渾園晶體1個,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個試樣U-Pb不一致線上交點年齡為(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獲得的綠巖帶初生型與韌性剪切帶有關的金礦床的最古老精確年齡。1.3成礦時代探討小營盤金礦位于華北陸臺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、斜長角閃巖、角閃斜長變粒巖、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,脈體分支復合現(xiàn)象明顯,經(jīng)歷強烈變形,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系,將其分成三期即鉀長石英脈期,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)圍巖蝕變強烈,主要有鉀長石化、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關系,石英脈下盤蝕變帶厚度大,局部含金高,形成蝕變巖型金礦體。前人關于小營盤金礦的成礦時代,爭議較大。一種觀點主張為海西期-燕山期成礦。另一種提出存在前寒武紀和海西-燕山期兩期相隔時間較遠的金成礦期。胡達驤則據(jù)對小營盤等礦區(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識。胡小蝶等自六五以來,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法對小營盤礦區(qū)含金石英脈中的鋯石進行了直接測年,提出小營盤金礦的成礦年齡為1800Ma左右。2衍生金礦床成礦時代綠巖帶有關的構造期后再生型金礦床是與綠巖帶形成在不同的構造-巖漿活動階段和地質事件,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作用有關的砂礫巖型金礦床和與殼源深熔巖漿作用有關的再生型熱液金礦床兩個亞類。依據(jù)本區(qū)再生型熱液金礦床的發(fā)育特點,文中主要論述與殼源深熔巖漿作用有關的再生型熱液金礦床的成礦時代。依據(jù)不同巖漿作用的類型和構造環(huán)境再細分為與伸展構造環(huán)境偏堿性雜巖有關的金礦床,與巖漿隱爆作用有關的金礦床,與碰撞型殼源深熔花崗巖有關的金礦床和與拉伸構造環(huán)境次火山巖-火山巖有關的金礦床。2.1礦脈中鋯石u-pb同位素年齡這是近些年來在華北地臺北緣發(fā)現(xiàn)的新類型礦床,在本區(qū)以產(chǎn)在張宣深變質綠巖帶內(nèi),與水泉溝-后溝偏堿性雜巖體有關的東坪、后溝、中山溝等金礦床為代表。東坪金礦是我國在堿性雜巖體中發(fā)現(xiàn)的第一個大型金礦床,近年來多數(shù)地質工作者認為東坪金礦是與堿性巖有關的金礦床。前人對東坪金礦的成礦時代做過不少研究工作,其中大量的同位素測年工作,主要是對礦脈及其周圍的堿性巖用全巖或礦物的K-Ar、40Ar-39Ar和Rb-Sr同位素測年法進行測年,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,有的學者認為東坪金礦是海西-印支期或燕山期成礦。為了獲得較為精確可靠的成礦時代,李惠民等在東坪金礦采集了鉀化蝕變帶中的鉀長石英脈樣品(是最主要礦化期產(chǎn)物的第3期,編號為94H57),嘗試直接用該礦脈中的熱液鋯石進行U-Pb同位素年齡測定。作為對照,同時在東坪金礦附近的下三道河村西采石場采集了東坪金礦直接圍巖的石英二長巖樣品(編號為94H55),用同樣方法同時進行年齡測定。從采集的兩個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代。從作為東坪金礦直接圍巖的石英二長巖樣品(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。這說明礦脈中的鋯石并不是來自其直接圍巖。東坪金礦礦脈(94H57)及其圍巖(94H55)中的鋯石的U-Pb同位素年齡測定結果表明,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號數(shù)據(jù)點是3組熱液鋯石的年齡測定結果,其表面年齡的統(tǒng)計權重平均值為(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代,即相當于華力西中期。4號數(shù)據(jù)點是礦脈中另一類可能為被捕獲的鋯石的測定結果,明顯老于熱液鋯石的生成年齡。作為對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)計權重平均值為(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、成礦的時間差指出:如果一個巖漿體凝固了,然后產(chǎn)生高溫熱液,至形成礦床,一般講這一成巖、成礦的時間差不超過30Ma,而金礦則不同,往往發(fā)現(xiàn)金礦的形成時間和成巖時間差得甚遠。上述東坪金礦的成巖、成礦時差就是典型的一例。2.2不同層系的成礦時代近年來,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,也擴大了在中-新元古代沉積巖分布區(qū)找礦的新領域。王郁認為燕山期花崗巖的侵入活動起到了提供熱源及部分成礦物質的作用,其成礦時代可能就是燕山期。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,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)出的變質基底是太古宙花崗巖-綠巖帶,與巖漿隱爆作用有關的淺成侵入巖是在地殼深部綠巖局部熔融的結果,綠巖為重熔巖漿提供了重要的成礦物質。最近作者對取自冀東冷口金礦帶頭道門子溝礦點原生含金黃鐵礦石英脈礦石中的石英進行了40Ar-39Ar年齡測定,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代本區(qū)是我國中生代巖漿活動最發(fā)育的地區(qū)之一,強烈的陸內(nèi)造山作用,對其早期地殼,特別是富金的地質體—遵化、遼西、阜平、張宣等花崗巖—綠巖地體進行強烈的活化改造,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系十分密切。關于峪耳崖花崗巖的形成時代,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,花崗巖中鉀長石、斜長石及全巖的單礦物—全巖Rb-Sr等時線年齡為紅花崗巖167.27Ma,白花崗巖152.12Ma。吳珍漢測定了絹云母Rb-Sr等時線年齡,確定的花崗巖的蝕變年齡為176.8Ma左右。最近苗來成2對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,峪耳崖金礦的時代(花崗巖蝕變時代)與花崗巖形成的時代較接近,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。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、變質基底花崗巖—綠巖等。本區(qū)以產(chǎn)在遼西的建平—朝陽—北票一帶努魯兒虎山隆起帶的北西側的二道溝—金廠溝梁礦田為代表。礦田位于赤峰—開源深大斷裂和NNE向承德—北票深大斷裂復合部位,變質基底為遼西綠巖帶的建平巖群,中生代侏羅—白堊紀的陸相火山巖構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)受中生代構造—巖漿活動控制的典型的大、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,巖漿侵入活動至少有四期,第一次侵入形成西臺子似斑狀花崗巖巖基,中粗粒結構,似斑狀結構,板粒狀斜長石斑晶粒度1～2cm,其黑云母K-Ar同位素年齡18