河北南梁下营坊金矿蚀变带成矿时代及成矿作用

河北南梁下营坊金矿蚀变带成矿时代及成矿作用

1岩浆隐爆角砾岩和流纹斑岩南梁金矿区位于阴山-燕山东西构造带的东段。燕山台的褶皱带从ew到ne延伸至明亮的宽城拱形褶皱带。与金矿床有密切成生联系的南梁花岗斑岩岩体,是区内岩浆活动的主体,呈岩株产出,出露面积0.65km2,岩体定位受NE和EW向断裂控制,地表形态似“葫芦”状,总体展布方向为300°左右。在花岗斑岩岩体接触带及其附近,有流纹斑岩和岩浆隐爆角砾岩出露,地质研究证明它们的形成晚于花岗斑岩,其中岩浆隐爆角砾岩的成因与流纹斑岩直接有关。区内分布的闪长岩小岩体,其形成相对较早,与金成矿作用无明显关系。金矿床主要产于花岗斑岩岩体内部和接触带附近,矿石类型以斑岩型为主,金成矿作用与花岗斑岩有直接关系。矿化蚀变分带包括绢英岩化带、石英-绢云母化带和钾化带。钾化带主要以钾长石化为主,分布于岩体边部。金矿化与绢英岩化和石英-绢云母化相伴,据K-Ar同位素年龄测定的成矿时代为147Ma。金成矿作用至少有两期:①花岗斑岩岩浆期后热液首先使岩体发生广泛的石英-绢云母化蚀变,局部出现绢英岩化;②后期流纹斑岩及其相关的岩浆隐爆角砾岩岩浆活动导致钾化和再次硅化蚀变作用发生。在花岗斑岩与流纹斑岩或岩浆隐爆角砾岩接触带附近形成钾化带,与早期石英-绢云母化蚀变带叠加部位形成蚀变程度更高的绢英岩化带。研究样品采自南梁岩体的石英-绢云母化带(XD)、绢英岩化带(XB)和钾化带(XC、XA),其中XB样取自采矿硐内,其它均系地表样;样品XA位于岩体边部,是叠加于绢云岩带上的钾化带。2自发径迹的测定每个样品应用重液和磁选方法分离出锆石和磷灰石单矿物。将若干磷灰石和锆石颗粒分别制成环氧树脂样片和聚全氟乙丙烯塑料样片,并抛光为光薄片。磷灰石在恒温25℃的6.6%HNO3中蚀刻30s。锆石样蚀刻条件为8gNaOH+11.5gKOH溶液在220℃下蚀刻33h,这样,可识别出自发径迹。采用外探测器法定年,用低铀白云母作外探测器,与样片紧密包裹,组合样品置于反应堆内辐照。辐照后将外探测器在室温下的HF酸中蚀刻30s,揭示诱发径迹。然后分别测量自发径迹密度、诱发径迹密度和封闭径迹长度。应用径迹自动测量装置。年龄计算采用Zeta常数法,年龄标准样品选用国际裂变径迹定年标准化工作组推荐的标准样,其中磷灰石和锆石各二种,用外探测器法测定年龄标准样品的(ρs/ρi)标准和标准铀玻璃的外探测器白云母记录的ρd,本文获得锆石的ζ=349.3,σζ=10.4;磷灰石的ζ=332.1,σζ=10.5。南梁成矿花岗斑岩体石英-绢云母化带(XD)、绢英岩带(XB)和钾化带(XA和XC)的锆石和磷灰石裂变径迹测定结果见表1,各样品所测年龄经χ2检验,均大于5%,属于同一年龄组。3成矿热发育历史3.1热史模拟结果裂变径迹长度及其分布特征是成矿热历史的重要表征。钾化带磷灰石裂变径迹长度分布似呈单峰(图1),但平均长度较短,为11.85±2.45μm(n=94),表明曾发生明显的退火作用。石英-绢云母化带磷灰石裂变径迹平均长度为10.11±2.90μm(n=41),长度分布略呈不对称单峰特征(图1),显示其热历史为冷却过程。依据磷灰石的退火模型所进行的热史模拟结果见图2。钾化带和石英-绢云母化带磷灰石裂变径迹模拟的平均长度分别为12.10±2.69μm和10.79±3.18μm,模拟的裂变径迹年龄分别为106Ma和105Ma,模拟长度分布直方图均呈偏单峰状,与实测结果基本一致。石英-绢云母化带与钾化带模拟的热演化史有所不同。钾化带样品XC属于连续冷却热史,其中120Ma前为快速降温,120Ma后冷却速率较低。样品XD在140Ma前处于快速冷却过程,至140Ma时温度降到60℃,继而转为升温,约于135Ma时温度达到100℃,至110Ma为恒温,此后一直降温。石英-绢云母化带与钾化带热演化的主要区别,在于前者140Ma前后有一次低温过程,即经历两次热事件作用,而后者是连续冷却热史,期间没有明显的低温过程。由此推测,本区磷灰石实测裂变径迹年龄是样品一定程度退火后的表观年龄,大致对应于冷却至100℃的时间。样品XA和XB中没能选出磷灰石,可能是该两个样蚀变程度较高,pH较低,磷灰石溶解速率较高,使得原岩中磷灰石被彻底溶解而消失。3.2成矿热作用及成矿时代多种矿物地质温度计、同位素地质温度计以及流体包裹体测温等研究手段证实,不同成矿阶段的成矿温度为:早期石英-黄铁矿阶段290~230℃,主要成矿期的石英-黄铁矿阶段210~170℃,成矿晚期的石英-碳酸盐-绿泥石阶段150~80℃。由于磷灰石退火带的温度为60~110℃,考虑到锆石和磷灰石裂变径迹的封闭温度,锆石的裂变径迹年龄可相当于早期成矿时代,而磷灰石的裂变径迹年龄代表晚期成矿时代。绢云母的K-Ar封闭温度为250±50℃,与240±50℃的锆石裂变径迹封闭温度类似,147Ma的K-Ar年龄亦与石英-绢云母化带153.9Ma的锆石裂变径迹年龄相近。南梁金矿区所测锆石和磷灰石的裂变径迹年龄范围153.9~103.3Ma,成矿作用应属于燕山早期,这与已有绢云母K-Ar年龄147Ma相符。石英-绢云母化带和钾化带锆石的裂变径迹年龄分别为153.9Ma和135.6Ma,表明石英-绢云母化蚀变作用早于钾化蚀变。石英-绢云母化带和钾化带磷灰石的裂变径迹年龄分别为103.3Ma和114.1Ma,证实石英-绢云母化蚀变持续时间比钾化蚀变长的多,这便是区内石英-绢云母化远比钾化强的重要原因。上述热历史与两期金成矿作用密切相关。样品XD经历的两次热活动便是两期热液成矿作用的直接反映;样品XC呈现连续降温过程,可能是第一期成矿温度尚未进入低温段便受到第二期热液成矿作用叠加的结果。由于金的成矿作用主要与石英-绢云母化蚀变有关,故153.9Ma和103.3Ma更能反映早、晚期成矿时代,二者相差50.6Ma。考虑到153.9Ma的锆石裂变径迹年龄并不是最早成矿年龄,103.3Ma磷灰石裂变径迹年龄亦非成矿结束年龄,所以,实际成矿时间跨度大于50.6Ma,可见本区金成矿作用的长期性。早期快速冷却反映第一期热液成矿作用的热演化特征,晚期缓慢降温过程是第一期热液成矿活动与第二期成矿热事件共同作用的体现。第一期成矿热事件与花岗斑岩体的侵位有关,花岗斑岩体属于浅成—超浅成相。据地球化学及物理化学研究,岩体定位深度为1km左右,而金成矿深度小于0.5km,说明花岗质岩浆不仅快速侵位,而且侵位后仍有抬升,加之是作用于“冷”的围岩中,故降温速率较快。第二期成矿热作用与第一期热液成矿作用相叠加后,由于一方面补充了热源,另一方面围岩温度已经较高,从而使得总体冷却速率较低。石英-绢云母化带样品XD锆石裂变径迹年龄(153.9Ma)和绢英岩化带样品XB锆石裂变径迹年龄(147.2Ma)是第一期成矿热液活动的反映,即相当于花岗斑岩岩浆期后热液于250℃(锆石裂变径迹封闭温度)时的年龄。石英-绢云母化带样品XD磷灰石103.3Ma的裂变径迹年龄和钾化带样品XC114.1Ma的裂变径迹年龄是第二期金成矿热事件的体现,此次热液金成矿作用与流纹斑岩及其岩浆隐爆角砾岩岩浆活动有关。流纹斑岩侵位之后,气液活动强烈,并导致岩浆隐爆角砾岩的形成。依据磷灰石裂变径迹对热史的模拟结果,其实测年龄相当于成矿热液由100℃开始降温时的年龄。样品XD从153.9Ma的250℃,一直冷却到140Ma的60℃,后受第二期成矿热液影响,约于135Ma温度又上升到100℃,恒温到110Ma时开始降温(图2)。可见,两次成矿热事件表现明显,并且该样品的第二期成矿热液温度较低,不仅远没有达到锆石裂变径迹封闭温度,而且亦低于磷灰石裂变径迹的封闭温度。样品XC的锆石裂变径迹年龄为135.6Ma,明显比样品XD和XB低,表明该样品的第二期成矿热液温度可能超过锆石裂变径迹的封闭温度,样品XC中锆石135.6Ma的年龄即代表第二期成矿热液温度约250℃时的年龄值。磷灰石热史模拟(图2)证实该样品一直处于冷却过程,其中120Ma之前为快速冷却,之后冷却速率较低。100Ma时的温度为80℃左右,样品XD103.3Ma的磷灰石年龄与此大致相当。钾化带样品XA锆石裂变径迹年龄(120.0Ma)比样品XC小,其原因可能是:①样品XA主要受岩浆隐爆角砾岩的热影响,而岩浆隐爆角砾岩形成较晚;②地质研究证实,样品XA接近深部岩浆通道,热影响时间较长。3.3热史模拟结果目前磷灰石裂变径迹校正年龄虽然精度不够高,但对地质解释甚为有用。本区样品XD和XC磷灰石年龄则由实测的103.3±5.3Ma和114.1±8.6Ma分别校正为148±10Ma和140±10Ma。显然,磷灰石年龄校正值与相应样品所测锆石年龄(分别为153.9±8.0Ma和135.6±7.0Ma)接近,应相当于快速冷却热史的年龄,因为只有快速冷却时,从锆石裂变径迹封闭温度降温至磷灰石裂变径迹封闭温度的时间才能很短。由热史模拟结果(图2)可知,样品XD处于120℃时的时代约为147Ma,代表第一期成矿热液活动时代,而第二期成矿热液温度最高约为100℃,不超过120℃。样品XC磷灰石校正年龄与其锆石年龄接近,代表第二期成矿热液活动的时代。可见,磷灰石校正年龄亦反映出第二期成矿热液活动对样品XC的影响大于样品XD,说明岩体东部第二期成矿热事件的热影响较小。4成矿时代及区域差异(1)南梁金矿成矿热历史总体上是早期温度高、冷却快,晚期温度低、冷却慢,转折时间在120Ma左右,转折温度在100℃左右,呈现明显不同的两期热液成矿过程。花岗斑岩体侵位后的岩浆热液,导致第一期金成矿活动;第二期金成矿作用与随后的流纹斑岩和岩浆隐爆角砾岩的形成有关。(2)通常不同样品中的锆石和磷灰石,经快速冷却后的裂变径迹年龄基本相同,可代表热事件发生的时代。然而本区第一期热液成矿作用发生在150Ma前后,第二期热液成矿作用发生在135Ma前后。二个磷灰石裂变径迹实测年龄是冷却较慢、径迹发生退火后的表观年龄,大致相当于降温至100℃时的