摘要：杜荒嶺金礦床是中國東北部吉林省延吉地區(qū)典型的淺成熱液高硫化型金礦床之一，礦區(qū)內(nèi)發(fā)育大量早白堊世火成巖。為了更深入地認(rèn)識(shí)杜荒嶺金礦床的巖漿作用、巖漿起源及成礦條件，本文在已有研究基礎(chǔ)上對(duì)礦區(qū)內(nèi)含礦的石英閃長巖、花崗閃長巖和花崗閃長斑巖中的鋯石進(jìn)行了微量元素測(cè)試。結(jié)果顯示，絕大多數(shù)鋯石Th/U值gt;0.1，鋯石的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化REE配分曲線呈左傾配分型式，強(qiáng)烈富集重稀土元素、虧損輕稀土元素，并存在不同程度的Ce正異常與Eu負(fù)異常；研究對(duì)象為典型巖漿鋯石，結(jié)晶溫度主要介于700～900 ℃之間。研究認(rèn)為含礦巖石起源于下地殼部分熔融，形成于板塊俯沖的弧構(gòu)造環(huán)境。此外，成礦巖體花崗閃長斑巖鋯石相比成礦前巖石具有較高的Ce4+/Ce3+值和較低的結(jié)晶溫度，指示花崗閃長斑巖巖漿具有高氧逸度和含水量，即高成礦潛力。而巖漿氧逸度和含水量的差異可能是石英閃長巖和花崗閃長巖未成礦的原因。

關(guān)鍵詞：吉林延吉；淺成熱液高硫化型金礦床；杜荒嶺金礦床；鋯石；微量元素地球化學(xué)

doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20210331

中圖分類號(hào)：P59

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Abstract： Duhuangling gold deposit is one of the highsulphidation epithermal gold deposits in" Yanji area， northeast China， where a large number of Early Cretaceous igneous rocks are developed. In order to understand the magmatism， magma sources and oreforming condition of" Duhuangling gold deposit， integrated with the results of previous research， we conducted trace element analyses of zircons from the orebearing quartz diorite， granodiorite and granodiorite porphyry in ore district. The majority of zircons possess high Th/U values （gt;0.1）， and their chondritenormalized REE patterns of all zircons are characterized by HREE enrichment relative to LREE and MREE with distinctive positive Ce and negative Eu anomalies， which are typical of magmatic zircons. All the zircons yield different Tiinzircon temperatures， with most zircon crystals between 700 to 900 ℃. Zircon trace elements provide that the orebearing rocks were derived from the partial melting of the lower crustal materials and formed in the arc environment related to the plate subduction. In addition， the zircon grains have higher Ce4+/Ce3+ values and lower temperature in the melt of oreforming granodiorite porphyry than preore rocks， indicating that granodiorite porphyry has high oxygen fugacity， water contents and oreforming potential. Therefore， the difference in magmatic oxygen fugacity and water contents may be the reasons why the quartz diorite and granodiorite are not mineralized.

Key words：Yanji area， Jilin Province; highsulfidation epithermal gold deposit; Duhuangling gold deposit; zircon; trace element geochemistry

0 引言

鋯石以副礦物形式廣泛分布于各類巖石中，因其穩(wěn)定的物理化學(xué)屬性倍受地質(zhì)學(xué)家關(guān)注。近二十年來，隨著微區(qū)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用鋯石定年、同位素以及微量元素解決地質(zhì)與環(huán)境等問題成為地球科學(xué)研究的重要技術(shù)手段。伴隨鋯石微量元素理論研究的進(jìn)展，礦床學(xué)家借助理論計(jì)算模型，將巖漿溫度、氧逸度等物理化學(xué)條件與巖漿演化過程相結(jié)合，在成礦作用特別是斑巖銅礦成礦作用制約方面取得了大量成果。但對(duì)淺成熱液高硫化型金礦床而言，該類研究工作還需要進(jìn)一步展開。

吉林省延吉地區(qū)屬于太平洋成礦域，是我國重要的內(nèi)生金屬成礦帶之一，區(qū)內(nèi)有眾多斑巖-淺成熱液高硫化型銅金礦床產(chǎn)出，如杜荒嶺、九三溝、倉林等礦床。以杜荒嶺金礦床為例，作者所在團(tuán)隊(duì)針對(duì)礦床地質(zhì)、礦床成因、成礦時(shí)代、成礦流體、巖石成因和成巖成礦動(dòng)力學(xué)模型開展了研究工作，取得了許多成果；但尚未從成礦巖體鋯石微量元素角度入手，揭示巖漿物理化學(xué)條件對(duì)成礦作用的制約。故本文主要在以往研究基礎(chǔ)上，開展了杜荒嶺礦區(qū)含礦巖體鋯石微量元素地球化學(xué)研究工作，試圖揭示杜荒嶺淺成熱液高硫化型礦床含礦巖體鋯石微量元素特征，厘定其巖漿物理化學(xué)條件，剖析其巖漿起源與成礦效應(yīng)。

1 區(qū)域地質(zhì)與礦床地質(zhì)

延吉位于中國東北地區(qū)吉林省東緣，夾于興凱地塊與華北克拉通之間（圖1a），顯生宙以來經(jīng)歷了晚古生代至早中生代古亞洲洋和古太平洋構(gòu)造域疊加與構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換，以及中生代古太平洋板塊俯沖。延吉地區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)作用使得區(qū)內(nèi)顯生宙花崗質(zhì)巖石廣泛出露；多期次的巖漿活動(dòng)致使該區(qū)域成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，貴金屬礦床、礦化點(diǎn)發(fā)育（圖1b）。延吉地區(qū)構(gòu)造單元地層主要由古生代淺變質(zhì)巖及中生代火山-沉積巖組合構(gòu)成，此外在區(qū)域西北部可見少量新生代火山巖出露（圖1b）。侵入巖時(shí)代橫跨二疊紀(jì)至白堊紀(jì)，主要由閃長巖、花崗閃

長巖和花崗巖組成（圖1b），但區(qū)域內(nèi)銅金成礦作用主要集中于早白堊世。域內(nèi)斷裂以北北東向、北西向和近東西向斷裂為主，斑巖-淺成低溫?zé)嵋盒偷V床主要受北西向和北北東向斷裂聯(lián)合控制。

杜荒嶺金礦床位于延吉中生代火山-沉積巖盆地東緣，區(qū)內(nèi)早白堊世花崗巖發(fā)育，巖體受區(qū)內(nèi)北西向斷裂與東西向斷裂聯(lián)合控制（圖1b）。礦區(qū)內(nèi)出露的地質(zhì)體以石英閃長巖、花崗閃長巖及花崗閃長斑巖3類侵入體單元為主（圖2）。礦區(qū)西側(cè)發(fā)育一條近北北東向的構(gòu)造破碎帶，但與成礦無關(guān)。礦體類型可分為蝕變巖型與隱爆角礫巖型，礦石礦物以黃鐵礦、黃銅礦、斑銅礦、硫砷銅礦和自然金為主。礦床金儲(chǔ)量3.3 t；礦石金品位介于3.00～9.35 g/t之間，平均品位6.14 g/t。隱爆角礫巖型礦體位于礦區(qū)北部，呈橢圓狀分布（圖2），角礫巖巖筒長軸北東向，傾向約25°，長50 m，寬約30 m；角礫成分以花崗閃長斑巖和石英閃長巖為主，普遍遭受泥化蝕變；而膠結(jié)物發(fā)生強(qiáng)烈的青磐巖化蝕變。蝕變巖型礦體沿蝕變帶分布，蝕變強(qiáng)度決定其礦化強(qiáng)度，且

礦體薄厚程度不一；其中強(qiáng)蝕變帶以硅化、高級(jí)泥化、黃鐵絹英巖化為主，而弱蝕變帶以中級(jí)泥化和青磐巖化為主。礦區(qū)內(nèi)3類侵入巖組合中均可見礦化，但礦化蝕變帶主要圍繞花崗閃長斑巖展布（圖2），故杜荒嶺金礦床成礦與花崗閃長斑巖關(guān)系密切。

2 采樣與測(cè)試

在杜荒嶺金礦床礦區(qū)內(nèi)針對(duì)3類含礦侵入巖進(jìn)行了系統(tǒng)采樣工作（圖2），樣品分別為石英閃長巖（dhl-3）、花崗閃長巖（dhl-9）和花崗閃長斑巖（dhl-1，JDH-mus）。其中，石英閃長巖為杜荒嶺礦區(qū)最主要的地質(zhì)體，灰色，中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；主要由斜長石（約50%）、鉀長石（約20%）、石英（約15%）、黑云母（約10%）和少量角閃石（約5%）組成，副礦物有榍石、磷灰石、磁鐵礦和鋯石等。花崗閃長巖呈巖脈或巖株?duì)?，灰白色，中?xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；主要由斜長石（約50%）、石英（約20%）、鉀長石（約10%）、黑云母（約15%）和少量角閃石（約5%）組成，副礦物為磷灰石、榍石、獨(dú)居石、鋯石和磷釔礦等?；◢忛W長斑巖主要呈脈狀，灰綠色，中細(xì)粒斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；斑晶占整個(gè)巖石的30%左右，主要由斜長石（約40%）、石英（約30%）、鉀長石（約20%）、少量黑云母（約5%）和角閃石（約5%）組成；基質(zhì)主要為斜長石和石英微晶；花崗閃長斑巖普遍可見硅化、絹云母化、泥化和黃鐵礦化蝕變現(xiàn)象。

該3類巖石4件樣品鋯石U-Pb年齡已經(jīng)在作者前期研究中有詳細(xì)論述，3類侵入巖就位年齡分別約為118、116和110 Ma。本文主要針對(duì)上述測(cè)年單顆粒鋯石進(jìn)行微量元素分析和討論。鋯石制靶、陰極發(fā)光圖像觀察、照相在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所完成。單顆粒鋯石微量元素組成分析在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理所和中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）激光剝蝕等離子體質(zhì)譜儀（LA-ICP-MS）上完成，運(yùn)用國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500和NIST610為標(biāo)樣，其中29Si 作為內(nèi)標(biāo)元素。樣品的同位素比值及元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算采用GLITTER程序，普通鉛校正采用Andersen的3D坐標(biāo)法，測(cè)試結(jié)果見表1。

3 討論

3.1 巖體鋯石微量元素特征

本次研究對(duì)采自杜荒嶺礦區(qū)侵入巖中的63顆典型鋯石（石英閃長巖20顆、花崗閃長巖15顆和花崗閃長斑巖28顆）進(jìn)行微量元素分析（圖3），所測(cè)試鋯石多呈短柱或長柱狀（100～250 μm），自形程度高，鋯石內(nèi)部振蕩環(huán)帶或條帶結(jié)構(gòu)發(fā)育，與典型巖漿鋯石一致。這些鋯石稀土總量（ΣREE）較高、變化范圍大（（316～5 833）×10-6）；在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化的稀土元素配分曲線圖上呈陡左傾（圖4），此外，鋯石U和Th質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化較大，w（Th）為（26.4～1 789.2）×10-6，w（U）為（52～1 077）×10-6，Th/U值為0.24～1.70，均大于0.1（圖5a），為典型的巖漿成因鋯石特征。而所有樣品中高場(chǎng)強(qiáng)元素Ti、Nb、Ta質(zhì)量分?jǐn)?shù)（w（Ti）=（2.60～30.20）×10-6，w（Nb）=（0.37～3.04）×10-6，w（Ta）=（0.15～0.99）×10-6）均在巖漿鋯石范圍（w（Ti）≤75×10-6，w（Nb）≤62×10-6，w（Ta）≤3×10-6）之內(nèi)，暗示所測(cè)試鋯石

點(diǎn)位中不含有金紅石等包裹體，也未受到含鉭礦物結(jié)晶的影響與控制。排除包體干擾，可以應(yīng)用鋯石Ti溫度計(jì)（T（Zr-Ti），表1）近似計(jì)算獲得鋯石的結(jié)晶溫度，本次計(jì)算鋯石結(jié)晶溫度范圍在673～924 ℃之間，位于未變質(zhì)巖漿鋯石上下限之間（圖5b），暗示鋯石未遭受后期熱事件擾動(dòng)。

（Sm/La）N-w（La）和Ce/Ce*-（Sm/La）N圖解（圖5c、d）可以很好地區(qū)分巖漿與熱液成因鋯石，本次研究大多數(shù)樣品鋯石落入或接近巖漿鋯石區(qū)域，表明其為巖漿鋯石。同時(shí)值得注意的是花崗閃長巖中1粒鋯石（D9-4）落入熱液鋯石或其鄰區(qū)，相比其他鋯石擁有較高的LREE質(zhì)量分?jǐn)?shù)。通常而言，包體礦物影響、變質(zhì)或熱液作用、巖漿晚期結(jié)晶、放射性裂隙影響下的鋯石蛻晶化等會(huì)導(dǎo)致鋯石中LREE的富集。該顆粒鋯石因其完好的晶體形態(tài)（圖3）、正常未離群的表面年齡（（115±6）Ma）和較高的結(jié)晶溫度（844 ℃）可以排除其為變質(zhì)或熱液鋯石，以及巖漿晚期結(jié)晶鋯石的可能;因其具有較低的高場(chǎng)強(qiáng)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可以排除包體礦物的影響。放射性裂隙的影響可以明顯升高鋯石中的LREE和Th、U質(zhì)量分?jǐn)?shù)，但該顆粒鋯石w（Th）（63.8×10-6）、w（U）（268×10-6）較其他鋯石并不明顯偏高，結(jié)合其完好的晶型可以排除蛻晶化的影響。因此，該鋯石應(yīng)來自LREE富集熔漿結(jié)晶，暗示花崗閃長巖巖漿局部存在不均一性。

3.2 對(duì)礦區(qū)巖漿背景、起源和演化的約束

上文提到本次研究鋯石均為典型巖漿鋯石，未遭受后期熱事件干擾，故均形成于封閉的巖漿系統(tǒng)，通過其微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，與已有全巖地球化學(xué)研究工作可以有效制約巖漿起源與演化過程。鋯石微量元素地球化學(xué)特征可以用以約束巖石成因的構(gòu)造背景，在不同構(gòu)造背景下鋯石的w（Ta）-w（Nb）、lg（U/Yb）-lg（Nb/Yb）、Gd/Yb-w（Yb）和U/Yb-w（Hf）判別圖解（圖6）中，杜荒嶺侵入巖鋯石主要落入島弧-大陸邊緣型成因鋯石區(qū)域及鄰區(qū)，這與全巖地球化學(xué)研究一致；而延邊地區(qū)乃至整個(gè)東北地區(qū)在早白堊世發(fā)育一套典型的島弧鈣堿性火山巖組合（玄武巖-安山巖-流紋巖），這也進(jìn)一步佐證了杜荒嶺金礦與含礦侵入巖形成于島弧-陸緣弧構(gòu)造背景，適值古太平洋板塊向古亞洲大陸邊緣俯沖。與典型的A及S型花崗巖相比，杜荒嶺含礦侵入巖鋯石擁有較高的（Nb/Pb）N、Eu/Eu*值及Th質(zhì)量分?jǐn)?shù)，較低的Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)（圖7a、b），與典型的I型花崗巖鋯石一致，說明其巖漿源區(qū)為火成巖。在U/Yb-w（Hf） 和U/Yb-w（Y） 判別圖解（圖7c、d）中，本文樣品的鋯石主要投在陸殼源區(qū)區(qū)域，說明這些侵入巖巖漿起源自陸殼，結(jié)合鋯石Hf同位素研究成果（εHf（t）=5.2～14.9），進(jìn)一步表明其巖漿起源于新生下地殼的部分熔融。但必須指出的是，部分鋯石樣品擁有較低的U/Yb值（低至0.24），與大洋地殼接近（圖7c、d）；考慮到研究區(qū)在晚古生代經(jīng)歷了古亞洲洋的閉合過程，可能有少量古生代大

洋殘片卷入了巖漿源區(qū)，這一推論與杜荒嶺侵入巖少量鋯石擁有古生代的Hf同位素地殼模式年齡一致（TCDM=459～261 Ma）。

前人研究表明，隨著巖漿分異作用的進(jìn)行，鋯石中Hf質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)不斷地升高；而杜荒嶺侵入巖斜長石環(huán)帶結(jié)構(gòu)不發(fā)育，暗示巖漿過程波動(dòng)性不明顯；因此，可以用鋯石結(jié)晶溫度與Hf質(zhì)量分?jǐn)?shù)反演巖漿演化過程。必須指出的是，石英閃長巖、花崗閃長巖（118～116 Ma）與花崗閃長斑巖（110 Ma）為兩期巖漿事件，其中花崗閃長斑巖具有最高的Hf質(zhì)量分?jǐn)?shù)（表1），是巖漿演化程度相對(duì)較高的產(chǎn)物。

石英閃長巖-花崗閃長巖鋯石伴隨溫度的降低與Hf質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高，其Ce/Ce*及Eu/Eu*呈現(xiàn)先升高又降低的趨勢(shì)，且異常變化范圍?。▓D8），暗示巖漿演化過程中隨斜長石的分離結(jié)晶巖漿的物理化學(xué)條件如氧逸度等波動(dòng)較為有限;而花崗閃長斑巖鋯石隨溫度的降低與Hf質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高，其Ce/Ce*、Eu/Eu*有明顯降低的趨勢(shì)（圖8），

指示巖漿過程中氧逸度等參數(shù)變化范圍大；考慮到花崗閃長斑巖與成礦關(guān)系密切，可能晚期巖漿流體出溶誘發(fā)了巖漿物理化學(xué)條件劇烈波動(dòng)。

3.3 對(duì)杜荒嶺金礦成礦作用的制約

含礦巖體不同于成礦巖體，就杜荒嶺金礦床而言，石英閃長巖與花崗閃長巖為成礦前巖體（118～116 Ma），而花崗閃長斑巖（110 Ma）的時(shí)空展布顯示其與成礦（流體包裹體Ar-Ar年齡（107±6）Ma）關(guān)系密切，為典型的成礦巖石。許多研究表明成礦與不成礦巖漿系統(tǒng)的物理化學(xué)條件特別是氧逸度等的區(qū)別制約了礦床的形成。本研究利用鋯石微量元素?cái)?shù)據(jù)，借助前人方法計(jì)算了鋯石的氧逸度等參數(shù)（表1、圖9），探究其對(duì)杜荒嶺金礦床成礦作用的制約。計(jì)算結(jié)果顯示，成礦前巖漿系統(tǒng)（石英閃長巖-花崗閃長巖）lg（fO2）主要位于FMQ緩沖線附近（圖9），其ΔFMQ=-7.00～4.43（表1），平均值分別為-1.47與1.82，位于ΔFMQ=2線以下（圖10）；而成礦巖漿系統(tǒng)（花崗閃長斑巖）lg （fO2）主要位于FMQ緩沖線之上（圖9），其ΔFMQ=-0.57～7.16（表1），平均值為2.23，位于ΔFMQ=2線之上（圖10），表明成礦巖漿系統(tǒng)具有較高的氧逸度。巖漿氧逸度控制著許多元素特別是金屬元素的地球化學(xué)行為，部分學(xué)者研究認(rèn)為成礦巖漿氧逸度高于FMQ緩沖線兩個(gè)對(duì)數(shù)單位（ΔFMQ+2）時(shí)，最有利于斑巖銅金成礦系統(tǒng)的形成。

銅與金的親硫行為導(dǎo)致其在硫化物中有很高的分配系數(shù)，常以硫化物形式沉淀于下地殼等區(qū)域；而當(dāng)氧逸度在ΔFMQ+2以上時(shí)，硫主要以硫酸根的形式存在，而硫酸根在巖漿中的溶解度遠(yuǎn)高于硫化物，從而能夠大幅度提高初始成礦巖漿中銅與金的含量。本次研究工作發(fā)現(xiàn)，淺成低溫?zé)嵋焊吡蚧徒鸬V床與斑巖銅礦床相似，其成礦巖漿與不成礦巖漿相比同樣擁有較高的氧逸度（大于ΔFMQ+2，圖10）。此外，成礦巖漿系統(tǒng)同時(shí)擁有較高的Ce4+/Ce3+值（11.91～120.51，平均值41.3。圖10），明顯區(qū)別于不成礦巖漿系統(tǒng)（石英閃長巖4.37～32.34，平均值9.96；花崗閃長巖7.79～57.41，平均值30.18；圖10）。另一方面，花崗閃長斑巖與成礦前巖石相比擁有更低的鋯石結(jié)晶溫度（表1），如存在許多低于800 ℃的鋯石，暗示其巖漿源區(qū)必然有俯沖帶流體的卷入而使其擁有高的含水量，高含水量一方面提高了巖漿攜帶金屬的能力，另一方面提高了巖漿的浮力；導(dǎo)致巖漿有更淺的侵位深度進(jìn)而發(fā)生流體出溶，并上升至合適位置形成杜荒嶺金礦床。

4 結(jié)論

1）杜荒嶺礦區(qū)內(nèi)含礦侵入巖中鋯石樣品微量元素呈左傾配分型式，強(qiáng)烈富集重稀土元素、虧損輕稀土元素，并存在不同程度Ce正異常與Eu負(fù)異常，多數(shù)鋯石在700～900 ℃之間結(jié)晶；為典型巖漿鋯石。

2）杜荒嶺礦區(qū)內(nèi)含礦侵入巖中鋯石擁有島弧-大陸邊緣親緣性，成因類型與I型花崗巖鋯石一致；巖漿起源下地殼部分熔融，巖漿演化程度不均一，其形成于板塊俯沖的弧構(gòu)造環(huán)境。

3）杜荒嶺金礦

床花崗閃長斑巖

成礦巖漿系統(tǒng)具有高的氧逸度和

含水量，即高成礦潛力；而巖漿氧逸度和含水量的差異可能是石英閃長巖和花崗閃長巖未成礦的原因。

致謝：謹(jǐn)以此文恭祝導(dǎo)師孫景貴教授六十壽誕！

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