华北地台北缘中段金矿成矿地质特征

华北地台北缘中段金矿成矿地质特征

金矿床的年龄研究是近年来矿床学领域的前沿课题。早期成矿年代的确定多采用间接法获得相对形成时代,近年来,随着同位素地质新技术的飞速发展,在矿床领域的应用日趋深入,矿床地质学家几乎对当今所有的测年法皆进行了有益的尝试,如蚀变矿物及石英的40Ar-39Ar法和K-Ar稀释法,石英流体包裹体的Rb-Sr法,白钨矿的Sm-Nd法和矿物—全岩的Sm-Nd法及单颗粒水热锆石、金红石、榍石的U-Pb法和硫化物的Re-Os法,获得了一批有益的年代信息。在华北地台北缘中段,文中采用石英的40Ar-39Ar法和单颗粒锆石的U-Pb测年法,结合前人资料,对该区与绿岩带有关的初生型金矿床和构造期后再生型金矿床的成矿时代进行了探讨。1中小型、高端金矿床绿岩带初生型金矿床是本区的重要金矿床类型,主要分布在辽西、遵化、张宣、青龙河等绿岩带内,其中不仅有新民、桂兰峪、沙坡峪、半壁山、苗杖子、韩家沟、水晶屯等一批中小型金矿床,还分布着排山楼、小营盘、金厂峪等大型、特大型金矿床。根据矿床产出特证,可分为细脉浸染状和脉状金矿床二个亚类。下面分别以排山楼金矿床、金厂峪和小营盘金矿床为例,阐述绿岩带初生型金矿床中二个亚类的成矿时代特征。1.1成矿年龄测试结果辽西排山楼大型金矿是目前为止我国发现的典型太古宙绿岩带型层控细脉浸染状金矿床,对该类金矿床的研究,比较一致的观点认为其形成于太古宙末—古元古宙,但还末见确切成矿年龄报导。因此,进一步查清排山楼金矿的成矿年龄,对探讨矿床成因和矿床勘查均具十分重要的意义。为此,我们在排山楼金矿1线露天主采场采集了呈细脉浸染状分布于黑云斜长质糜棱岩型矿石中的98L2号含金石英细脉样品,并进行了石英40Ar-39Ar年龄测定,测试结果如表1、图1所示。样品的40Ar-39Ar年龄谱呈两侧高,中间低的马鞍形。Lanphere等曾指出:“40Ar-39Ar呈马鞍形年龄谱可用来判断岩浆岩、岩石和矿物中的过剩氩。这种年龄谱的最小值接近样品的结晶年龄,在一些样品中甚至可以得到正确的年龄值。”因此,文中所测得的样品在3～6阶段构成一条较平坦的谱线,对应的坪年龄tp=(2105.2±10.4)Ma,此tp值代表了样品的形成年龄,即测定的含金石英细脉是吕梁期形成的。排山楼金矿的成矿年龄问题是成矿作用研究中的热点问题。本文中获取的排山楼金矿主矿体中含金石英细脉浸染状矿石的40Ar-39Ar坪年龄为(2105.2±10.4)Ma,代表了排山楼金矿主成矿期的成矿年龄。由此提出排山楼金矿的成因主要与吕梁期的东西向韧性剪切带构造有关。1.2测年方法及样品金厂峪金矿产于遵化深变质花岗岩—绿岩带中,是冀东地区开采历史最长、储量最大的特大型金矿床。矿体严格受控于NNE向韧—脆性剪切带,容矿岩石主要为斜长角闪岩和斜长角闪片麻岩。该矿床研究程度较高,对其成矿时代主要有两种看法,一种认为形成于太古宙末期,另一种认为形成于燕山期。从近年测年资料看,林传永等获取了主成矿期含金石英脉中石英40Ar-39Ar最低坪年龄为2190.5Ma。张秋生等用Pb-Pb法测定的成矿期钠长石岩脉或石英—钠长石岩脉年龄为2391Ma,成矿前煌斑岩脉的年龄为2661Ma,因而认为其形成于太古宙末期。并依据矿石铅的模式年龄和冀东地区麻粒岩相岩石多普遍遭受一次近于1700Ma的后期热事件迭加(区域退变质作用)改造这一事实,推断成矿时代应介于2000～1700Ma之间。为了解决金厂峪金矿的成矿时代问题,文中采用了单颗粒锆石U-Pb同位素稀释法这一近年来发展起来的测年方法,这种方法不仅用量少,更主要的是测定对象锆石的稳定性好,有时在同一样品中,往往含有不同年龄、不同成因的锆石晶体,甚至有时一颗锆石的外壳和内核也具有不同年龄和成因,在这种情况下,只有对单颗粒晶体及其微区进行U-Pb同位素测定,才能获得精确的锆石年代数据及演化信息,因而被广泛应用于大陆地壳生长和演化的研究工作中。近年来锆石成因矿物学研究发现,锆石成因远比过去想象的要复杂,不仅有岩浆成因锆石、变质成因锆石,甚至在岩石生成后遭受到低温的热液作用改造时,有时也会形成锆石,有人称其为水热锆石(hydrothlermalzircon),并被应用于金矿定年工作中。“八·五”期间,在夹皮沟金矿区,作者等曾开展了这项工作,取得了比较理想的结果。本文中,亦采用了单颗粒锆石U-Pb同位素稀释法,样品采自金厂峪金矿四坑23m中段19线(98h263)主成矿期含金石英大脉中人工重砂的锆石。锆石呈浅紫红色,透明,粒度较小,一般在25～40μm,表面无明显熔蚀痕迹,呈半自型柱状、粒状和浑园状,共生矿物主要为黄铁矿、石英和自然金。在VG354质谱计上用U-Pb同位素稀释法进行了年龄测定,选四个试样点为一组,分别为浅紫红色柱状晶体1个、粒状晶体2个和浑园晶体1个,它们的Pb-Pb表面年龄分别为2474Ma、2471Ma、2463Ma和2480Ma,均比较接近,差值仅17Ma,4个试样U-Pb不一致线上交点年龄为(2539±23)Ma(表2,图2),代表了金厂峪含金石英大脉的形成年龄,这也是目前为止我国获得的绿岩带初生型与韧性剪切带有关的金矿床的最古老精确年龄。1.3成矿时代探讨小营盘金矿位于华北陆台北缘燕山西段的张宣金矿化集中区,是河北省又一特大型含金石英脉型金矿床,目前区内已发现含金石英脉200余条。容矿岩石为太古界桑干岩群的二辉麻粒岩、斜长角闪岩、角闪斜长变粒岩、片麻岩和磁铁石英岩等。矿体受控于近东西向展布的低角度韧—脆性逆冲推覆剪切带,剪切带内普遍发育糜棱岩化岩石和碎裂岩。含金石英脉在其中呈透镜状产出,属单脉型,呈波状曲面,脉体分支复合现象明显,经历强烈变形,发生碎裂、弯曲、揉皱及石英的糖粒化。根据各含金石英脉的空间展布关系,将其分成三期即钾长石英脉期,含金多金属硫化物石英脉期及碳酸盐、重晶石和玉髓期。以第二期为主成矿期。本区围岩蚀变强烈,主要有钾长石化、硅化、绢云母化、黄铁矿化和碳酸盐化等,蚀变分带不明显,其蚀变带宽度与石英脉的厚度呈正消长关系,石英脉下盘蚀变带厚度大,局部含金高,形成蚀变岩型金矿体。前人关于小营盘金矿的成矿时代,争议较大。一种观点主张为海西期-燕山期成矿。另一种提出存在前寒武纪和海西-燕山期两期相隔时间较远的金成矿期。胡达骧则据对小营盘等矿区含金石英脉石英的40Ar/30Ar年龄为(1362.0±24.8)Ma、(963.7±22.3)Ma,提出了晋宁期成矿的认识。胡小蝶等自六五以来,在该区做了大量的研究工作,最近选择了单颗粒锆石U-Pb法对小营盘矿区含金石英脉中的锆石进行了直接测年,提出小营盘金矿的成矿年龄为1800Ma左右。2衍生金矿床成矿时代绿岩带有关的构造期后再生型金矿床是与绿岩带形成在不同的构造-岩浆活动阶段和地质事件,并晚于绿岩带形成的一大类金矿床的总称,也有人称之为衍生金矿床。该类金矿床又可分为与外生地质作用有关的砂砾岩型金矿床和与壳源深熔岩浆作用有关的再生型热液金矿床两个亚类。依据本区再生型热液金矿床的发育特点,文中主要论述与壳源深熔岩浆作用有关的再生型热液金矿床的成矿时代。依据不同岩浆作用的类型和构造环境再细分为与伸展构造环境偏碱性杂岩有关的金矿床,与岩浆隐爆作用有关的金矿床,与碰撞型壳源深熔花岗岩有关的金矿床和与拉伸构造环境次火山岩-火山岩有关的金矿床。2.1矿脉中锆石u-pb同位素年龄这是近些年来在华北地台北缘发现的新类型矿床,在本区以产在张宣深变质绿岩带内,与水泉沟-后沟偏碱性杂岩体有关的东坪、后沟、中山沟等金矿床为代表。东坪金矿是我国在碱性杂岩体中发现的第一个大型金矿床,近年来多数地质工作者认为东坪金矿是与碱性岩有关的金矿床。前人对东坪金矿的成矿时代做过不少研究工作,其中大量的同位素测年工作,主要是对矿脉及其周围的碱性岩用全岩或矿物的K-Ar、40Ar-39Ar和Rb-Sr同位素测年法进行测年,所获得的年龄数据相差较大。年龄数据主要分布在120～280Ma(图3)。因此,有的学者认为东坪金矿是海西-印支期或燕山期成矿。为了获得较为精确可靠的成矿时代,李惠民等在东坪金矿采集了钾化蚀变带中的钾长石英脉样品(是最主要矿化期产物的第3期,编号为94H57),尝试直接用该矿脉中的热液锆石进行U-Pb同位素年龄测定。作为对照,同时在东坪金矿附近的下三道河村西采石场采集了东坪金矿直接围岩的石英二长岩样品(编号为94H55),用同样方法同时进行年龄测定。从采集的两个岩石样品中分选出的锆石的显微镜观察及扫描电镜照片中可以看到,从矿脉样品(95H57)中分选出的锆石有两类不同的形态特征,一类为浅紫红色透明柱状自形晶体,另一类为无色透明的圆度系数较高的浑圆状晶体,表面有熔圆的痕迹。前一类锆石判断为自生热液锆石,其年龄可能代表东坪金矿主矿化期的时代;后一类锆石则可能为被矿脉捕获的锆石,其年龄不能代表金矿的成矿时代。从作为东坪金矿直接围岩的石英二长岩样品(94H55)中分选出的锆石均为浅紫红色透明的不规则粒状晶体,与矿脉样品中的锆石在形态特征方面有较大的差异。这说明矿脉中的锆石并不是来自其直接围岩。东坪金矿矿脉(94H57)及其围岩(94H55)中的锆石的U-Pb同位素年龄测定结果表明,矿脉中的两类具有不同形态特征的锆石,其U-Pb同位素年龄也不一样。1-3号数据点是3组热液锆石的年龄测定结果,其表面年龄的统计权重平均值为(350.9±0.9)Ma。这一年龄可以作为矿脉中热液锆石的生成年龄,也可作为东坪金矿的主矿化期的时代,即相当于华力西中期。4号数据点是矿脉中另一类可能为被捕获的锆石的测定结果,明显老于热液锆石的生成年龄。作为对照的东坪金矿的直接围岩(94H55)中的锆石,其形态特征与矿脉中的锆石不一样,其206Pb-238U表面年龄的统计权重平均值为(410.2±1.1)Ma。这一年龄值可以解释为作为东坪金矿直接围岩的石英二长岩的生成年龄,这一年龄值与金矿的主矿化期相差60Ma。涂光炽先生曾就成岩、成矿的时间差指出:如果一个岩浆体凝固了,然后产生高温热液,至形成矿床,一般讲这一成岩、成矿的时间差不超过30Ma,而金矿则不同,往往发现金矿的形成时间和成岩时间差得甚远。上述东坪金矿的成岩、成矿时差就是典型的一例。2.2不同层系的成矿时代近年来,在本区青龙、兴隆、宽城、迁安、易县等地,先后发现了一批以中元古代碳酸盐岩-碎屑岩为容矿围岩的矿床如唐杖子、水泉南沟、军屯、孔格庄等。这是本区在找金工作中的新突破,也扩大了在中-新元古代沉积岩分布区找矿的新领域。王郁认为燕山期花岗岩的侵入活动起到了提供热源及部分成矿物质的作用,其成矿时代可能就是燕山期。根据笔者的研究,这些金矿床的大多数形成是与岩浆隐爆作用有关,可分为隐爆角砾岩筒型、隐爆侵入角砾岩墙型和隐爆震碎角砾岩型三类。这类金矿床产出的变质基底是太古宙花岗岩-绿岩带,与岩浆隐爆作用有关的浅成侵入岩是在地壳深部绿岩局部熔融的结果,绿岩为重熔岩浆提供了重要的成矿物质。最近作者对取自冀东冷口金矿带头道门子沟矿点原生含金黄铁矿石英脉矿石中的石英进行了40Ar-39Ar年龄测定,获得了石英40Ar-39Ar低坪年龄为(217.32±2.04)Ma,代表了该金矿的原生矿形成于中生代的印支晚期。2.3峪耳崖金矿成矿年龄及形成时代本区是我国中生代岩浆活动最发育的地区之一,强烈的陆内造山作用,对其早期地壳,特别是富金的地质体—遵化、辽西、阜平、张宣等花岗岩—绿岩地体进行强烈的活化改造,有利于区内形成一批由绿岩带的深熔作用而形成的花岗岩,及与之有关的再生型热液金矿床。这是本区重要的金矿床类型,如峪耳崖、牛心山、宝国老、柏杖子、石湖、土岭、上明峪、虎峪等金矿床。峪耳崖金矿主要分布于燕山期花岗岩及其与长城系高于庄组碳酸盐岩接触带中,前期工作发现的矿体主要产于花岗岩体内及内接触带,近年来的工作亦在外接触带高于庄组碳酸盐岩中发现了厚大的盲-10号含金石英脉。前人研究表明峪耳崖花岗岩体与金矿床的形成关系十分密切。关于峪耳崖花岗岩的形成时代,据任启江等1研究,其K-Ar法年龄为白花岗岩175.4Ma、红花岗岩194Ma,花岗岩中钾长石、斜长石及全岩的单矿物—全岩Rb-Sr等时线年龄为红花岗岩167.27Ma,白花岗岩152.12Ma。吴珍汉测定了绢云母Rb-Sr等时线年龄,确定的花岗岩的蚀变年龄为176.8Ma左右。最近苗来成2对峪耳崖白色和红色花岗岩中选取单颗粒锆石,用SHRIMPU-Pb法获得侵位年龄分别为(175±1)Ma和(174±3)Ma。由此可见,峪耳崖金矿的时代(花岗岩蚀变时代)与花岗岩形成的时代较接近,同属燕山早期。2.4金厂沟梁、道沟金矿特征与次火山岩—火山岩有关的浅成热液金矿床也是本区重要的金矿床类型。它主要产在陆相火山岩地区拗陷和隆起的过渡地带,一般为上叠式火山断陷盆地,基底为太古宙花岗岩—绿岩带,岩浆作用与成矿作用的时代均为燕山期,成矿作用大多与火山岩同源的中酸性次火山岩有关。容矿围岩的岩石类型多种多样,有火山岩、次火山岩、火山沉积岩、变质基底花岗岩—绿岩等。本区以产在辽西的建平—朝阳—北票一带努鲁儿虎山隆起带的北西侧的二道沟—金厂沟梁矿田为代表。矿田位于赤峰—开源深大断裂和NNE向承德—北票深大断裂复合部位,变质基底为辽西绿岩带的建平岩群,中生代侏罗—白垩纪的陆相火山岩构成上叠盆地的沉积盖层。金厂沟梁和二道沟金矿分别位于朝阳市北50km的内蒙敖汉旗金厂沟梁镇和辽宁北票市龙潭乡大杖子村,属金厂沟梁—贝子府成矿带的西南端。金厂沟梁金矿主要产在太古宙变质岩和中生代浅成侵入体中,二道沟金矿主要产在中生代火山岩和浅成侵入体中,是辽西地区受中生代构造—岩浆活动控制的典型的大、中型金矿床。该区中生代浅成侵入岩异常发育,据王建平资料,岩浆侵入活动至少有四期,第一次侵入形成西台子似斑状花岗岩岩基,中粗粒结构,似斑状结构,板粒状斜长石斑晶粒度1～2cm,其黑云母K-Ar同位素年龄18