張 朋, 趙 巖, 寇林林, 楊宏智, 畢中偉, 李佇民

(中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，沈陽 110034)

遼東裂谷是中國北方重要的金礦成礦區(qū)，裂谷內(nèi)分布一系列大、中、小型金礦床(礦點)。遼東裂谷區(qū)主要分為3個金礦集區(qū)，分別為貓嶺-岫巖金礦集區(qū)，主要分布有貓嶺金礦、王家崴子金礦、金廠溝金礦、岫巖金礦等；青城子外圍白云-小佟家堡子金礦集區(qū)，主要有白云金礦、林家金礦等；丹東五龍-四道溝金礦集區(qū)，其中分布五龍大型石英脈型金礦和四道溝蝕變巖型中型金礦[1]。遼東裂谷區(qū)金礦成礦時代主要分為3期，分別為晚三疊世(～220 Ma B.P.)、早侏羅世(～190 Ma B.P.)和早白堊世(～120 Ma B.P.)[2]；然而在成礦流體來源和礦床成因方面仍然存在較大爭議，主要觀點有：巖漿熱液型金礦[3]，變質(zhì)熱液型金礦[4]，變質(zhì)熱液為主、巖漿熱液疊加改造為輔型金礦[5]，層控型金礦[6]，韌性剪切帶型金礦[4]。遼東裂谷金礦具有巨大資源潛力，通過詳盡的地質(zhì)找礦勘查工作，在地表及礦床深部發(fā)現(xiàn)一批中小型金礦，典型的礦床有楊樹金礦、林家三道溝金礦和白云金礦等[7]。長期以來，地質(zhì)工作者在本區(qū)開展的金礦找礦勘探工作均集中在蓋縣組賦礦層位，其他層位未見發(fā)現(xiàn)金礦的報道。然而，近期在遼東貓嶺-岫巖金礦集區(qū)內(nèi)岫巖大映溝地區(qū)里爾峪組鐵礦開采過程中，發(fā)現(xiàn)了金礦床，這一新發(fā)現(xiàn)為本區(qū)金礦找礦勘探提供了新的線索。目前，對該礦床的研究僅限于金礦床的礦石類型、礦物組合和礦石組構(gòu)等[8]，而有關(guān)該礦床成礦時代、礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造巖漿活動、礦床成因和成礦構(gòu)造背景等方面的研究較為薄弱，嚴重制約了對遼東裂谷金成礦理論、成礦規(guī)律的認識。鑒于此，本文對礦區(qū)內(nèi)分布的與成礦有關(guān)的二長斑巖開展年代學、元素和同位素地球化學研究，對巖石成因、成巖時代和成礦背景進行探討。

1 成礦地質(zhì)背景

大映溝金礦地處華北克拉通北緣東段(圖1-A)，遼吉古元古代裂谷帶遼東段(圖1-B)。遼東裂谷區(qū)是在太古宙克拉通基底之上發(fā)展的，裂谷演化經(jīng)歷了拉伸裂陷、沉積、底辟侵入、擠壓褶皺、隆升拆離和消亡6個過程[9]。該地區(qū)在漫長的地質(zhì)演化過程中沉積了巨厚的古元古代遼河群地層，自下而上分為浪子山組(Pt1l)、里爾峪組(Pt1lr)、高家峪組(Pt1g)、大石橋組(Pt1d)、蓋縣組(Pt1gx)[10]。浪子山組為一套火山巖-碎屑巖建造，是銅-鈷-鐵礦的主要賦礦層位，形成于裂谷初期的拉張破裂環(huán)境；里爾峪組主要為一套海底火山噴發(fā)沉積作用的產(chǎn)物，伴有少量陸源物質(zhì)混合的火山-沉積巖建造，是硼礦和磁鐵礦的主要含礦層位，形成于裂谷拉張裂陷作用；高家峪組形成于裂谷中期隆升階段，為淺海-濱海相，富含有機質(zhì)部分為火山碎屑的碳酸鹽-陸源黏土-碎屑沉積建造，主要巖性有黏土巖、砂巖和碳酸鹽巖；大石橋組形成于裂谷晚期，為碳酸鹽沉積建造，主要巖性為灰?guī)r和白云巖，含鉛、金、銀等成礦元素；蓋縣組形成于裂谷沉陷作用，主要巖性為黏土巖、長石砂巖和硬砂巖，該層位與大石橋組接觸部位是遼東裂谷金的主要賦礦層位[11]。

裂谷內(nèi)巖漿活動頻繁，對礦床的形成起著極為重要的作用。裂谷演化晚期，形成古元古代的鈉質(zhì)花崗巖，如青城子多金屬礦集區(qū)的大頂巖體(侵位時間為1 869±16 Ma B.P., SHRIMP U-Pb)[12]，該階段構(gòu)造巖漿活動是地層內(nèi)成礦元素遷移活動的熱源。中生代構(gòu)造巖漿活動最為強烈，在印支中期和燕山早期到達高峰，強烈的巖漿活動是區(qū)內(nèi)Au、Ag、Pb、Zn等礦床形成必不可少的再一次熱動力。

根據(jù)構(gòu)造環(huán)境，裂谷區(qū)劃分為北緣斜坡、中央凹陷和南緣淺臺(圖1-B)[13]，3個不同構(gòu)造環(huán)境都經(jīng)歷了火山沉積、區(qū)域變質(zhì)變形和中生代構(gòu)造巖漿活動, 但中央凹陷表現(xiàn)最為強烈, 成礦作用也更加強烈[11]。中央凹陷區(qū)構(gòu)造主要為深大斷裂，斷裂方向有EW、NW、NE。在中央裂谷區(qū)，EW和NE向構(gòu)造交匯形成特有的菱形格狀構(gòu)造體系, 該構(gòu)造體系與成礦密集區(qū)相吻合, 派生的次級構(gòu)造亦發(fā)育, 控制礦床和礦體的空間分布。

圖1 研究區(qū)及周邊地質(zhì)圖Fig.1 Geological maps of the study area and its surrounding area(A)大地構(gòu)造格架圖(據(jù)文獻[2]); (B)遼吉古元古代裂谷構(gòu)造分帶圖(據(jù)文獻[9]); (C)遼東岫巖大映溝礦區(qū)地質(zhì)圖

2 礦區(qū)及礦床地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)特征

通過野外地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大映溝金礦體主要分布在里爾峪組第二段地層中，主要巖性為電氣石斜長變粒巖，含磁鐵礦電氣石斜長變粒巖，含金紅石黑云母斜長變粒巖夾黑云母變粒巖。區(qū)內(nèi)巖漿活動頻繁，礦區(qū)北部分布磁鐵礦條痕狀混合巖，西北部分布二長斑巖，礦體主要分布在該二長斑巖與里爾峪組接觸帶；脈巖主要為閃長玢巖、輝綠巖、煌斑巖等。構(gòu)造以斷裂為主，呈北西及東西方向展布(圖1-C)。

2.2 礦床地質(zhì)特征

金礦體主要分為石英-硫化物脈型和蝕變巖型，賦存在里爾峪組第二段和斷裂破碎帶內(nèi)?？煞譃?個礦帶，南礦帶為石英-硫化物脈狀礦體分布區(qū)，北礦帶為蝕變巖型礦體分布區(qū)。石英-硫化物脈狀礦體賦存在里爾峪組含磁鐵礦電氣石斜長變粒巖中(圖2-A)，礦石品位(質(zhì)量分數(shù)：w)為(3～10)×10-6，最高可達20×10-6。目前控制礦體長約60 m，寬0.5～1 m，產(chǎn)狀穩(wěn)定，傾向223°，傾角23°左右。蝕變巖型礦體主要賦存在黑云母變粒巖和電氣石斜長變粒巖中(圖2-B)，礦石品位(3～8)×10-6，平均品位5×10-6左右。蝕變體近直立，寬1.5～2 m，呈上窄下寬的趨勢向下延伸，傾向110°，傾角78°左右。

石英-硫化物脈型礦石金屬礦物有黃鐵礦和磁黃鐵礦(圖2-E、F、G)，偶見閃鋅礦和方鉛礦；非金屬礦物主要為石英和長石，黑云母次之。蝕變巖型礦石主要金屬礦物有黃鐵礦，偶見黃銅礦、毒砂、閃鋅礦和方鉛礦(圖2-H、I)；非金屬礦物主要為石英和長石，黑云母、碳酸鹽次之。礦石具有細脈浸染狀構(gòu)造和細脈狀-網(wǎng)脈狀構(gòu)造(圖2-A、B)，主要結(jié)構(gòu)有細脈浸染狀結(jié)構(gòu)(圖2-E)、自形-半自形結(jié)構(gòu)(圖2-F)、浸染狀結(jié)構(gòu)(圖2-H)、交代結(jié)構(gòu)等等(圖2-G、I)。

圍巖蝕變：石英-硫化物脈型礦體圍巖蝕變主要有硅化、黃鐵礦化；蝕變巖型礦體主要圍巖蝕變?yōu)楣杌?、黃鐵礦化、泥化。

根據(jù)礦脈間相關(guān)切割關(guān)系和鏡下鑒定結(jié)果，劃分出3個主要成礦階段(表1)：(Ⅰ) 石英-黃鐵礦階段，該階段是在硅化基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，主要形成石英，有少量自形黃鐵礦呈細脈狀和浸染狀分布等；(Ⅱ)石英-金-多金屬硫化物階段，具有團塊特征的硫化物礦脈和集合體在此階段大量出現(xiàn)，金屬礦物以黃鐵礦為主，磁黃鐵礦和黃銅礦次之，此該階段是金成礦主要階段；(Ⅲ)石英-方解石脈階段，此階段有大量石英和方解石脈出現(xiàn)，石英和方解石呈乳白色，可見少量浸染狀黃鐵礦。

圖2 大映溝金礦礦體、手標本及顯微鏡下照片F(xiàn)ig.2 Pictures and photomicrographs showing ore body, hand specimens and minerals in the Dayinggou gold deposit(A)石英硫化物脈礦體; (B)蝕變巖型礦體; (C)石英硫化物脈礦石; (D)蝕變巖型礦石; (E)細脈浸染狀黃鐵礦; (F)自形-半自形黃鐵礦; (G)磁黃鐵礦交代黃鐵礦; (H)浸染狀閃鋅礦和黃銅礦; (I)方鉛礦交代黃鐵礦化; (J)二長斑巖手表本; (K)二長斑巖鏡下照片。Cp.黃銅礦; Po.磁黃鐵礦; Py.黃鐵礦; Gn.方鉛礦; Sp.閃鋅礦; Qz.石英; Bi.黑云母; Pl.斜長石; Kp.鉀長石

3 樣品采集與測試

3.1 樣品特征

本次測試的二長斑巖采自大映溝金礦露天采坑，用于巖石地球化學分析的樣品無蝕變且新鮮，巖石具塊狀構(gòu)造，斑狀結(jié)構(gòu)(圖2-J)，主要由斜長石、正長石、黑云母組成，含少量的石英(圖2-K)。斜長石(面積分數(shù)為40%)以基質(zhì)和斑晶出現(xiàn)，斑晶中呈自形板狀、長板狀，粒徑多在1.5 mm；基質(zhì)中呈半自形、長板狀，少量呈他形粒狀，粒徑0.05～0.15 mm。正長石(面積分數(shù)為35%)斑晶和基質(zhì)中均有出現(xiàn)，斑晶中呈自形短柱狀，粒徑多在1.5 mm；基質(zhì)中呈半自形-他形，粒徑0.05～1.0 mm。黑云母(面積分數(shù)為15%)在斑晶和基質(zhì)中均有，呈自形片狀，粒徑0.3～0.5 mm，含量為斑晶的20%±。石英(面積分數(shù)為10%)主要分布在基質(zhì)中，粒徑0.5 mm。

表1 大映溝金礦床成礦階段劃分表Table 1 The division of metallogenic stages for the Dayinggou gold deposit

3.2 樣品處理

本次采集二長斑巖樣品10 kg進行鋯石挑選，樣品的破碎和挑選工作均在河北廊坊誠信地質(zhì)服務公司完成。采用常規(guī)方法分離，挑選鋯石300余粒進行制靶、拋光、反射光和透射光照相，此項工作在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成。

3.3 測試方法

3.3.1 鋯石U-Pb年齡測定

鋯石U-Pb年代學研究和痕量元素測定在武漢上譜分析科技有限責任公司完成。詳細的儀器參數(shù)和分析流程見文獻[14]。激光剝蝕過程中采用氦氣作載氣、氬氣為補償氣以調(diào)節(jié)靈敏度[15]。鋯石年齡測定和痕量元素分餾校正分別采用鋯石標準91500和玻璃標準物質(zhì)NIST610作外標。每個時間分辨分析數(shù)據(jù)包括20～30 s空白信號和50 s樣品信號。對分析數(shù)據(jù)的離線處理采用軟件ICPMSDataCal完成[16]。鋯石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡加權(quán)平均計算采用Isoplot/Ex_ver3完成[17]。

3.3.2 巖石元素地球化學分析

巖石元素地球化學分析在沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所開展，主元素采用玻璃熔片大型X射線熒光光譜(XRF)分析，測試溫度為24℃，濕度為45%，檢測依據(jù)參照GB/T14506.28-93；痕量元素和稀土元素采用電感耦合等離子質(zhì)譜法(ICP-MS)測定，測試溫度為25℃，濕度為65%，相對誤差小于5%[18]，檢測依據(jù)參照DZ/T0223-2001。

3.3.3 鋯石Hf同位素分析

鋯石原位Hf同位素測試在南京大學內(nèi)生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室開展。測試過程用氦氣作為剝蝕物質(zhì)載體，剝蝕束斑為55 μm，測定時使用鋯石國際標樣MT作為參考物質(zhì)。分析過程中鋯石標準MT的176Hf/177Hf測試加權(quán)平均值為 0.282 008±0.000 025(2δ,n=26)。詳細的儀器參數(shù)和分析流程見文獻[18]。

4 測試結(jié)果

4.1 鋯石LA-MC-ICP-MS U-Pb年齡

大映溝金礦區(qū)二長斑巖LA-MC-ICP-MS 鋯石U-Pb測試結(jié)果見表2。二長斑巖鋯石陰極發(fā)光圖像顯示(圖3)，鋯石呈長條狀、板狀，粒徑為70～100 μm，長寬比為50～80 μm，具有典型的環(huán)帶結(jié)構(gòu)，Th/U比值為0.14～1.2，均大于0.1，為巖漿鋯石的特點[19-20]。30粒鋯石樣品點獲得多組年齡(表2)，其中含有6顆古元古代鋯石U-Pb年齡、1顆印支期年齡和3顆早侏羅世的年齡。研究表明，遼東地區(qū)遼河群和遼吉花崗巖成巖年齡為古元古代，同時該地區(qū)存在大量印支期和早侏羅世的成巖年齡[2]，因此推測本次獲得的這3組年齡均為捕獲的巖漿鋯石年齡。剩余20顆鋯石年齡均落在諧和線，加權(quán)平均年齡值為138±1 Ma，代表二長斑巖結(jié)晶年齡(圖4)。

4.2 元素地球化學特征

二長斑巖分析結(jié)果(質(zhì)量分數(shù))顯示(表3)：SiO2為61.92%～64.40%；Na2O和K2O分別為于3.06%～3.94%和2.85%～3.10%；K2O/Na2O=0.77～0.93；全堿為5.91%～6.99%。鋁飽和指數(shù)A/CNK=1.03～1.24。在SiO2-(Na2O+K2O)判別圖解中樣品落入閃長巖和花崗閃長巖區(qū)域，并靠近石英二長巖區(qū)域(圖5-A)。

圖3 大映溝金礦二長斑巖部分鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.3 Zircon cathodoluminescence images from monzonite porphyry in Dayinggou gold deposit

圖4 大映溝金礦二長斑巖鋯石年齡諧和圖和加權(quán)平均年齡圖Fig.4 Concordia and weighted mean age of zircon from the monzonite porphyry in Dayinggou gold deposit

在SiO2-K2O判別圖解中，樣品均落入高鉀鈣堿性巖系列(圖5-B)；在A/CNK-A/NK圖解中，樣品落入準鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)范圍(圖5-C)。二長斑巖稀土元素總質(zhì)量分數(shù)(wΣREE)為139.25×10-6～ 172.63×10-6，平均為152.69×10-6，稀土配分曲線較一致(圖6-A)，具右傾、富集輕稀土、虧損重稀土以及明顯的輕重稀土元素分餾特點。δEu值為1.18～1.28，具有弱正Eu異常。在原始地幔標準化痕量元素蛛網(wǎng)圖上(圖6-B)，樣品痕量元素配分一致。相對于原始地幔，顯示富集Pb、Rb、K等大離子親石元素和U、Th等活潑的不相容元素，虧損Ti、P、Nb、Ta等高場強元素。

4.3 鋯石Hf同位素特征

本次在鋯石U-Pb年齡測定基礎(chǔ)上挑選15個測點開展原位Hf同位素測定。測試點位置見圖3，測試結(jié)果見表4。鋯石176Hf/177Hf值變化范圍為 0.282 122～0.282 403，計算εHf(t)值范圍為-20.1～-10.1，tDM2值為 2 460～1 833 Ma。

5 討 論

5.1 巖石成因及源區(qū)性質(zhì)

巖石地球化學研究表明，大映溝金礦二長斑巖A/CNK值為1.03～1.24，在A/CNK-A/NK圖解中位于準鋁質(zhì)與弱過鋁質(zhì)之間，具有I型和S性花崗巖特點；但其暗色礦物以角閃石為主，礦物組合中未見富鋁的堇青石和白云母等礦物，反映其不具有S型花崗巖的特點[25]。在Na2O-K2O判別圖中(圖7-A)，所有樣品均落入I型花崗巖區(qū)域。二長斑巖屬高鉀鈣堿性系列，Al2O3質(zhì)量分數(shù)為15.92%～16.77%，Mg#值為76.9～84.3，表明巖石主要來源于深部陸殼[29]。δEu值為1.18～1.29，弱正Eu異常，說明長石結(jié)晶分異不明顯；巖石富集輕稀土元素、虧損重稀土元素以及Nb、Ta等高場強元素，暗示巖漿源區(qū)可能殘留石榴子石[20]。研究表明，鋯石Hf同位素能夠?qū)r漿源區(qū)性質(zhì)提供有價值的信息[29-30]，當花崗巖鋯石εHf(t)>0，巖漿主要來源于新生地殼；而εHf(t)<0則說明巖漿主要來源于古老地殼的重熔[31]。本次獲得的大映溝金礦二長斑巖176Hf/177Hf值為0.282 122～0.282 403，相對變化較小，指示鋯石Hf組成簡單，巖漿源區(qū)單一。樣品中鋯石εHf(t)為-20.1～-10.1(<0)，平均為-16.95，在εHf(t)-t圖解中，樣品均分布在虧損地幔演化線之下，在1.8 Ga地殼演化線以下(圖7-B)。樣品的二階段模式年齡(tDM2)均大于單階段模式年齡(tDM1)。上述特征表明，大映溝金礦二長斑巖的巖漿源區(qū)可能來自古元古界古老地殼的再熔融。

表3 大映溝金礦二長斑巖元素分析結(jié)果Table 3 Element compositions of monzonitic porphyry in Dayinggou gold deposit

圖5 大映溝金礦二長斑巖判別圖Fig.5 Discrimination diagram of monzonitic porphyry in Dayinggou gold deposit(A)作圖方法據(jù)文獻[21]; (B)作圖方法據(jù)文獻[22]; (C)作圖方法據(jù)文獻[23]

圖6 大映溝金礦二長斑巖球粒隕石標準化稀土元素配分圖和原始地幔標準化的痕量元素蛛網(wǎng)圖Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns and primitive mantle normalized trace elements spider diagram for the monzonitic porphyry in Dayinggou gold deposit(球粒隕石標準化值和原始地幔標準化值據(jù)文獻[24])

5.2 成巖、成礦時代

前人對遼東地區(qū)主要金礦的成巖成礦時代做了大量研究，結(jié)果大致可分為2個成礦期：印支期和燕山期。印支期成礦主要分布在青城子地區(qū)，代表性礦床有白云金礦(黃鐵礦Re-Os等時線年齡為225.3±7.0 Ma[32])、小佟家堡子金礦(硅鉀蝕變巖Rb-Sr等時線年齡為233±31 Ma[7])、高家堡子金銀礦(石英Ar-Ar和Rb-Sr等時線年齡為234～238 Ma[7])。燕山期成礦主要分布在遼東蓋縣貓嶺礦集區(qū)和丹東青城子五龍-四道溝礦集區(qū)，代表性礦床有貓嶺金礦(黑云母Ar-Ar坪年齡為188.9±1.2 Ma[33])、五龍金礦(絹云母Ar-Ar坪年齡為122.8±0.8 Ma[34])。本次獲得大映溝金礦二長斑巖138±1 Ma成巖年齡，這一結(jié)果與本人獲得該礦床載金黃鐵礦Rb-Sr等時線年齡為137±2 Ma具有較好的一致性(將另文發(fā)表數(shù)據(jù))，說明大映溝金礦成巖成礦作用均發(fā)生在早白堊世，屬于遼東地區(qū)的燕山期成礦。

圖7 大映溝金礦二長斑巖判別圖Fig.7 Discrimination diagrams for monzonitic porphyry in Dayinggou gold deposit(A)作圖方法據(jù)文獻[26]; (B)作圖方法據(jù)文獻[27]; (C)作圖方法據(jù)文獻[28]; (D)作圖方法據(jù)文獻[20]

5.3 構(gòu)造背景

在Hf-Rb-Ta判別圖解中(圖7-C)，所有樣品點均落入火山弧區(qū)； 在Th/Hf-Ta/Hf判別圖解中，所有數(shù)據(jù)點均落入活動大陸邊緣(圖7-D)，說明研究區(qū)此時具有活動大陸邊緣性質(zhì)。前人研究表明，早白堊世巖漿活動在東北地區(qū)普遍存在，如松遼盆地和黑龍江大興安嶺地區(qū)的流紋巖和玄武巖雙峰火山巖[35]，吉林臨江地區(qū)鈣堿性火山巖和遼南飲馬泉閃長質(zhì)巖石[36]，顯示強烈伸展環(huán)境，因此研究區(qū)早白堊世巖漿活動可能形成于弧后盆地的伸展環(huán)境。研究表明，興蒙造山帶和揚子克拉通對遼東的影響在晚三疊世就已經(jīng)結(jié)束，晚三疊世之后，研究區(qū)處于碰撞后的伸展環(huán)境[37-39]。古地磁資料顯示，華北、華南和西伯利亞板塊的古地磁在早白堊世重合，研究區(qū)乃至中國東部地區(qū)處于東部太平洋構(gòu)造域控制之下，因此，研究區(qū)早白堊世構(gòu)造巖漿活動與古太平洋板塊以NW向向歐亞大陸之下俯沖折返作用相關(guān)(圖8)。

圖8 研究區(qū)早白堊世構(gòu)造演化圖Fig.8 Diagram showing the tectonic evolution of early Cretaceous in the study area(據(jù)Zhang P.等[40]修改)

6 結(jié) 論

a.大映溝金礦二長斑巖的LA-ICP-MS鋯石年齡為138±1 Ma，結(jié)合載金黃鐵礦Rb-Sr等時線年齡，確定大映溝金礦成巖成礦時代為早白堊世，為燕山期構(gòu)造-巖漿-成礦作用的產(chǎn)物。

b.巖石地球化學特征表明，大映溝金礦二長斑巖富硅、富堿、富鉀，屬高鉀鈣堿性系列。輕稀土元素富集，重稀土元素虧損；富集大離子親石元素和不相容元素，而虧損高場強元素；具活動大陸邊緣火山弧花崗巖特點，屬I型花崗巖，為古元古界形成的古老地殼的再熔融的產(chǎn)物。

c.結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化，認為大映溝金礦成巖成礦構(gòu)造背景為早白堊世古太平洋板塊向歐亞大陸之下俯沖折返構(gòu)造環(huán)境。