敖漢旗金廠溝梁金礦床地質(zhì)特征及成礦時代

張偉波，侯萬榮，聶鳳軍，曹毅，王豐翔，丁成武

1)中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心，北京，100037；2)中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京，100037；3)武警黃金第二支隊，呼和浩特，010010

內(nèi)容提要: 金廠溝梁金礦床是華北克拉通北緣中段的一個重要的大型金礦床。本文分別對與58號脈相互穿插的黑云粗安巖和與成礦具有密切關(guān)系的對面溝花崗閃長巖復(fù)式巖株進行了定年工作。鋯石LA-ICP-MS U-Pb測年結(jié)果表明，黑云粗安巖的結(jié)晶年齡為131.7±1.1Ma，對面溝花崗閃長巖復(fù)式巖株的成巖年齡為142.65±0.44～138.7±1.2Ma，由此限定金廠溝梁金礦床的主成礦期在142.7～131.7Ma之間。金礦化作用與巖漿作用同期或稍晚，由含礦熱液運移富集成礦元素而成礦。該礦床為巖漿熱液型金礦床，成巖成礦作用與燕山晚期中國東部發(fā)生的巖石圈減薄作用密切相關(guān)。

金廠溝梁金礦床位于內(nèi)蒙古赤峰市東南158km敖漢旗境內(nèi)，中心地理坐標為東經(jīng)120°16′35″，北緯41°58′12″。是華北克拉通北緣新太古代花崗—綠巖帶中的一個大型脈狀金礦床。自新中國成立以來，累計探明金資源量約44t。

前人對金廠溝梁地區(qū)的巖體和巖脈的成巖年代、巖石地球化學(xué)特征及其與成礦的關(guān)系進行過大量的研究(王建平等，1992；王時麒等，1994；陳軍強等，2005；宋維民等，2009)。不同學(xué)者關(guān)于本區(qū)重要巖體及金礦的成巖成礦時代方面存在一些分歧和爭論，周乃武(2000)結(jié)合基礎(chǔ)地質(zhì)研究，并整理前人在該區(qū)測試分析所得的各類年齡數(shù)據(jù)后，提出本區(qū)金成礦主期為141.7～135.26Ma。王建平(1992)對蝕變巖全巖K-Ar同位素年齡進行了測定，得出了121.71～100.02Ma等6個結(jié)果，他認為成礦時限為121.71～117.74Ma。以往的用于限定成礦時代的年齡數(shù)據(jù)主要以蝕變礦物的K-Ar或Ar-Ar同位素年齡為基礎(chǔ)，這些數(shù)據(jù)存在有較大的誤差，因此需要進一步地對金廠溝梁金礦床精確的成礦時代進行厘定。

鑒于此，本文選取與金礦成礦具有密切關(guān)系的對面溝花崗閃長巖復(fù)式巖株和與58號脈有相互穿插關(guān)系的黑云粗安巖脈，開展了巖體及巖脈的鋯石LA-ICP-MS U-Pb測年工作，通過精確地年齡測定，更有效地限定金礦主期的成礦年齡，為金廠溝梁地區(qū)成礦作用的研究提供基礎(chǔ)資料和新的思路。

1 區(qū)域及礦區(qū)地質(zhì)概況

金廠溝梁金礦床的大地構(gòu)造位置位于興蒙造山帶和華北克拉通兩大構(gòu)造單元的交接地帶，金礦床地處華北克拉通北緣中段的赤峰—開原大斷裂與承德—北票大斷裂之間的努魯兒虎隆起帶東北部龍?zhí)兜貕K內(nèi)。地塊內(nèi)古老基底長期隆起，經(jīng)歷了呂梁、加里東、海西及燕山等多次構(gòu)造活動的影響，構(gòu)造形態(tài)復(fù)雜，巖漿活動強烈，斷裂構(gòu)造發(fā)育。

區(qū)內(nèi)出露的地層以太古宇變質(zhì)巖系為主，有少量元古宇和中—新生界分布。太古宇地層主要沿努魯爾虎隆起帶中央花崗巖兩側(cè)沿北東東—南西西向分布，主要為新太古宇建平群小塔子溝組，由斜長角閃巖、斜長角閃片麻巖、紫蘇透輝麻粒巖等深變質(zhì)巖組成，具有不同程度混合巖化。小塔子溝組變質(zhì)巖是金廠溝梁金礦床最主要的賦礦圍巖，在東、西礦區(qū)皆有廣泛分布。此外，在礦區(qū)的周圍還零星分布有中元古宇淺變質(zhì)沉積建造，上古生界泥盆系、石炭系火山—沉積巖建造，中生界侏羅系陸相碎屑巖及火山巖建造、白堊系火山碎屑巖建造等(圖1)。

圖1 敖漢旗金廠溝梁金礦床地質(zhì)簡圖(據(jù)王建平等，1998修編)Fig. 1 The sketch geological map of the Jinchanggouliang gold deposit, Aohan Banner, Inner Mongolia(from Wang Jianping et al., 1998)K1—早白堊紀火山巖；J1—晚侏羅紀流紋巖；Ar3—太古宙片麻巖；πγ—對面溝似斑狀花崗閃長巖；γ—對面溝花崗巖閃長巖；η—金廠溝梁片麻狀二長花崗巖；η—西臺子似斑狀二長花崗巖 K1—Early Cretaceous volcanic; J1—Late Jurassic rhyolite; Ar3—Archean gneiss; πγ—Duimiangou porphyritic granodiorite; γ—Duimiangou granite diorite; η—Jinchanggouliang gneissic monzogranite; —Xitaizi porphyritic monzogranite

金廠溝梁礦區(qū)以斷裂構(gòu)造為主要的構(gòu)造形式，這些斷裂構(gòu)造絕大多數(shù)形成于燕山期，幾乎所有礦脈都受斷裂控制，而后又被成礦后構(gòu)造切割和改造(周乃武，2000；楊洪英等，1998)。其中南北向與北西向兩組斷裂是在原兩組共軛剪切節(jié)理的基礎(chǔ)上發(fā)育而形成的菱形格子狀斷裂。這兩組斷裂在成礦前、成礦時、成礦后均有活動。成礦前為壓扭性斷裂，巖石發(fā)生破碎，為成礦提供了賦存空間；成礦后又活動形成斷層泥，可作為重要找礦標志(牛樹銀等，2011)。北北東向斷裂以頭道溝斷裂為代表，該組斷裂形成最晚，斜貫金廠溝梁礦區(qū)、切割礦區(qū)的地層和巖石，并將金廠溝梁礦區(qū)分割成東、西兩個礦區(qū)(圖1)。

區(qū)內(nèi)發(fā)育有多期次的侵入巖，巖性復(fù)雜，巖漿活動頻繁，出露廣泛，主要分布在礦區(qū)的南部和東南部。侵入巖主要包括金廠溝梁片麻狀花崗巖、西臺子中粗粒似斑狀二長花崗巖、對面溝中細粒花崗閃長巖與斑狀花崗閃長巖、婁上含輝石石英閃長巖與閃長玢巖、西對面溝似斑狀花崗閃長巖與細?；◢忛W長巖等。對面溝巖體位于金廠溝梁金礦南側(cè)，出露面積6km2。該巖體總體上可以分為邊緣相和中間相兩部分，邊部巖相為中細?；◢忛W長巖，內(nèi)部巖相為斑狀花崗閃長巖(圖1)。

金廠溝梁金礦床與二道溝金礦床、長皋溝金礦床圍繞西對面溝巖體分布，共同組成金廠溝梁—二道溝金礦田。金廠溝梁金礦床全區(qū)共發(fā)現(xiàn)大小礦脈40余條(圖1)，除26號脈部分裸露外，多數(shù)礦脈被第四系覆蓋(牛樹銀等，2011)。礦脈一般長30～1000m，厚0.3～1.0m，平均品位7.67×10-6～19.45×10-6。礦脈的產(chǎn)狀有三組方向，北西向、近南北向和近東西向。金廠溝梁金礦床的礦化類型有硫化物及富硫化物—石英脈型、富硫化物蝕變巖型。礦石礦物主要有黃鐵礦、黃銅礦，其次為方鉛礦、閃鋅礦、斑銅礦、黝銅礦、白鐵礦等，金礦物主要是自然金、自然銀和銀金礦等，脈石礦物以石英為主，其次為綠泥石、絹云母、碳酸鹽礦物和冰長石等。礦石結(jié)構(gòu)有自形—半自形粒狀結(jié)構(gòu)、他形充填結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)、乳滴狀結(jié)構(gòu)和壓碎結(jié)構(gòu)等；礦石的構(gòu)造有塊狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造、碎裂—角礫狀構(gòu)造、晶洞狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造和細脈—網(wǎng)脈狀構(gòu)造等。圍巖蝕變特征主要有綠泥石化、絹云母化、硅化、冰長石化和碳酸鹽化等，其中與成礦作用關(guān)系密切的蝕變主要是絹云母化，其次為綠泥石化和硅化，碳酸鹽化不具成礦性。

圖2 敖漢旗金廠溝梁金礦床對面溝細粒花崗閃長巖(樣品號TJG7)鋯石CL圖像和U-Pb 測年諧和圖解Fig. 2 CL images and U-Pb Concordia diagram, weighted mean model age diagram of the Zircon from Duimiangou fine grained granodiorite(sample No. TJG7) in Jinchanggouliang gold deposit, Aohan Banner, Inner Mongolia

2 樣品采集與分析方法

對面溝細?；◢忛W長巖樣品(TJG7)的具體采樣位置為對面溝巖體邊緣相部位，地理坐標為120°18′52.15″E，41°57′2.41″N。鋯石樣品多呈等軸狀—長柱狀，晶形較為完整，晶面比較干凈，粒度中等，在40～120μm之間，發(fā)育韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)，具有明顯的巖漿鋯石特點(圖2a)。

圖3 敖漢旗金廠溝梁金礦床對面溝似斑狀花崗閃長巖(樣品號J19)鋯石CL圖像和U-Pb 測年諧和圖解Fig. 3 CL images, U-Pb Concordia diagram, weighted mean model age diagram of the Zircon from Duimiangou porphyritic granodiorite in Jinchanggouliang gold deposit, Aohan Banner, Inner Mongolia

對面溝似斑狀花崗閃長巖樣品采樣位置為對面溝巖體中間相部位，地理坐標分別為120°17′25.30″E，41°57′57.11″N(J19)；120°17′23.26″E，41°57′58.24″N (J20)。樣品J19鋯石多呈等軸狀，少數(shù)為長柱狀，晶形較為完整，晶面比較干凈，大小在50～300μm之間，多數(shù)為80～100μm，發(fā)育韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)，具有明顯的巖漿鋯石特點(圖3a)。樣品J20鋯石多呈短柱狀—等軸狀，少數(shù)為長柱狀，晶形較為完整，粒度中等，長軸大小在30～280μm之間，多數(shù)在80μm左右，發(fā)育韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)，具有明顯的巖漿鋯石特點(圖4a)。

圖 4 敖漢旗金廠溝梁金礦床對面溝似斑狀花崗閃長巖(樣品號J20)鋯石CL圖像和U-Pb 測年諧和圖解Fig. 4 CL images, U-Pb Concordia diagram, weighted mean model age diagram of the Zircon from Duimiangou porphyritic granodiorite in Jinchanggouliang gold deposit, Aohan Banner, Inner Mongolia

黑云粗安斑巖樣品(JCG581)采自金廠溝梁金礦區(qū)一采區(qū)十五中段(130m)15～58穿掌子面的與58號脈相互穿插的黑云粗安斑巖。鋯石樣品多呈等軸狀—短柱狀，晶形較為完整，晶面比較干凈，粒度中等，在50～240μm之間，多數(shù)為100μm±，發(fā)育韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)，具有明顯的巖漿鋯石特點(圖5a)。

圖5 敖漢旗金廠溝梁黑云粗安巖(樣品號JCG581)鋯石CL圖像和U-Pb 測年諧和圖解Fig. 5 CL images， U-Pb ages concordia diagram, weighted mean model age diagram of the zircon from biotite trachyandesite in Jinchanggouliang gold deposit, Aohan Banner, Inner Mongolia

樣品分選采用常規(guī)方法進行粉碎，用浮選和電磁選方法進行分選，再在雙目鏡下挑選出晶形和透明度較好的鋯石顆粒作為測定對象。用雙面膠將挑選出的鋯石粘附, 再用無色透明的環(huán)氧樹脂充分固定, 最后磨制拋光使鋯石內(nèi)部得以充分暴露然后進行鋯石顯微CL顯微圖像和LA-ICP-MS分析。

LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年測試分析在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所MC-ICP-MS實驗室完成，鋯石定年分析所用儀器為Finnigan Neptune型MC-ICP-MS及與之配套的Newwave UP213激光剝蝕系統(tǒng)。激光剝蝕所用斑束直徑為25μm，頻率為10Hz，能量密度約為2.5J/cm2，以He為載氣。均勻鋯石顆粒n(207Pb)/n(206Pb)、n(206Pb)/n(238U)、n(207Pb)/n(235U)的測試精度(2σ)均為2%左右，對鋯石標準的定年精度和準確度在1%(2σ)左右。鋯石U-Pb定年以鋯石GJ-1為外標，U、Th含量以鋯石M127(U 923×10-6，Th 439×10-6，Th/U 0.475)(Nasdala et al.,2008)為外標進行校正。數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal4.3程序(Liu et al.,2008)，測量過程中絕大多數(shù)分析點n(206Pb)/n(204Pb)>1000，未進行普通鉛校正。鋯石年齡諧和圖用Isoplot3.0程序獲得。詳細實驗測試過程參見侯可軍等(2009)。

3 分析結(jié)果

對對面溝細?；◢忛W長巖樣品(TJG7)中的20粒鋯石進行了LA-ICP-MS鈾—鉛同位素測年，每粒鋯石1個點，鋯石中鈾、釷含量變化較大，鈾為77.39×10-6～2488.18×10-6，釷為82.22×10-6～2025.76×10-6，Th/U比值為0.54～3.16，均大于0.5，具有巖漿鋯石的特點(表1)。其中10個測點可以給出一組年齡數(shù)據(jù)，其n(206Pb)/n(238U)加權(quán)平均年齡值為138.7±1.2Ma(MSWD=3.3)(圖2b)，代表細?；◢忛W長巖的結(jié)晶年齡。

對對面溝似斑狀花崗閃長巖樣品J19中的20粒鋯石進行了LA-ICP-MS鈾—鉛同位素測年，每粒鋯石1個點，鋯石中鈾、釷含量變化較大，鈾為61.18×10-6～240.4×10-6，平均148.94×10-6，釷為27.42×10-6～315.60×10-6，平均136.28×10-6，Th/U比值為0.16～1.36，平均0.91，多數(shù)大于0.5，具有巖漿鋯石的特點(表1)，其中13個測點可以給出組成很好的一組年齡數(shù)據(jù)，其n(206Pb)/n(238U)加權(quán)平均年齡值為142.65±0.44Ma(MSWD=0.94)(圖3b)，代表似斑狀花崗閃長巖的結(jié)晶年齡。對樣品J20中的20粒鋯石進行了LA-ICP-MS鈾—鉛同位素測年，每粒鋯石1個點，鋯石中鈾、釷含量變化較大，鈾為60.78×10-6～292×10-6，平均182.65×10-6，釷為39.28×10-6～503.5×10-6，平均179.47×10-6，Th/U比值為0.65～1.72，平均1.02，均大于0.5，具有巖漿鋯石的特點(表1)。其中的15個測點組成很好的一組年齡數(shù)據(jù)，其n(206Pb)/n(238U)加權(quán)平均年齡值為140.86±0.71Ma(MSWD=2.2)(圖4b)，代表似斑狀花崗閃長巖的結(jié)晶年齡。兩個樣品的測試結(jié)果在誤差范圍內(nèi)基本一致，可代表似斑狀花崗閃長巖的成巖年齡：142.65±0.44～140.86±0.71Ma，2個年齡數(shù)據(jù)存在一個變化范圍，可能反映巖石就位有一個時間過程。

對黑云粗安斑巖樣品(JCG581)中的20粒鋯石進行了LA-ICP-MS鈾—鉛同位素測年，每粒鋯石1個點，鋯石中鈾、釷含量變化較大，鈾為61×10-6～487.59×10-6，釷為38.92×10-6～451.92×10-6，Th/U比值為0.57～1.66，均大于0.5，具有巖漿鋯石的特點(表1)，其中12個測點組成很好的一組年齡數(shù)據(jù)，其n(206Pb)/n(238U)加權(quán)平均年齡值為131.7±1.1Ma(MSWD=1.9)(圖5b)，代表黑云粗安斑巖的結(jié)晶年齡。

4 討論

此前學(xué)者們通過對金廠溝梁金礦床進行了不同角度的研究，認為其成礦作用主要與燕山期巖漿作用有關(guān)，礦床中硫具有深源特征(李強之，1990；褚金鎖等，2000)；流體包裹體的研究結(jié)果顯示成礦流體為中、低鹽度，礦床形成于中高溫高氧逸度近于中性的環(huán)境(劉綱，1996)，成礦物質(zhì)則可能來源于深部或者幔源(褚金鎖等，2000；苗來成等，2003；陳軍強等，2005；宋維民等，2009)。金廠溝梁礦田范圍內(nèi)金廠溝梁、二道溝、長皋溝三個金礦床圍繞對面溝花崗閃長巖分布，礦脈距離巖體在0.5～4km范圍內(nèi)，成礦成巖時代相近，多數(shù)研究者認為成礦主要與對面溝巖體有關(guān)。

本次測得的黑云粗安斑巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡為131.7±1.1Ma，基本代表了黑云粗安斑巖的成巖年齡，該年齡數(shù)據(jù)接近或略晚于成礦年齡。對面溝花崗閃長巖復(fù)式巖株年齡為142.65±0.44～138.7±1.2Ma，這兩組數(shù)據(jù)說明金廠溝梁金礦成礦發(fā)生在142.7～131.7Ma左右，成巖成礦年齡相差不超11Ma，這說明金礦化作用與巖漿作用同期或稍晚，由含礦熱液運移富集成礦元素而成礦。

金廠溝梁金礦成礦作用發(fā)生在142.7～131.7 Ma之間，結(jié)合燕山晚期中國東部發(fā)生的大規(guī)模巖石圈減薄作用大背景，(Fan WM et al., 1992；Menzies et al.,1993；吳福元等，1999；翟明國等，2003；鄧晉福等，2006；周新華，2009)，燕山期的構(gòu)造作用造成下地殼的重熔活化(張長春等，2002)，不僅引發(fā)了強烈而廣泛的巖漿作用，還導(dǎo)致殼—幔物質(zhì)發(fā)生大比例混合，形成大規(guī)模的流體作用。金廠溝梁金礦床應(yīng)該就是在這種相對張性的大環(huán)境背景下形成的。在張性背景下，地殼發(fā)生破裂，巖漿活動進入高峰期，各類侵入巖在金廠溝梁、對面溝相繼侵入，其中對面溝花崗閃長巖成巖深度較深，在侵入過程中，從深部帶上豐富的成礦物質(zhì)，在巖漿期后，深部含礦流體的大量積聚，在巖漿熱和流體壓力驅(qū)動下，大量含礦流體與地下水、變質(zhì)水混合，并在運移過程中從含金豐度很高的變質(zhì)巖及火山巖中的萃取成礦物質(zhì)，形成富金流體，并在適當?shù)臉?gòu)造條件下沉淀形成金廠溝梁金礦床。

表1 敖漢旗金廠溝梁金礦區(qū)對面溝細粒花崗閃長巖(TJG7)似斑狀花崗閃長巖(J19、J20)和金廠溝梁黑云粗安巖(JCG581)鋯石LA-ICP-MS U-Pb分析結(jié)果Table1 LA-ICP-MS zircon U-Pb analyses data of Duimiangou fine grained granodiorite(TJG7)， porphyritic granodiorite (J19，J20) and Jinchanggouliang biotite trachyandesite(JCG581) in the Jinchanggouliang gold deposit, Aohan Banner

(續(xù)表1)

注：樣品由中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所同位素實驗室測定。

5 結(jié)論

(1) 對面溝細?；◢忛W長巖的鋯石LA-ICP-MS U-Pb加權(quán)平均年齡值為138.7±1.2Ma(MSWD=3.3)，代表細?；◢忛W長巖的結(jié)晶年齡。對面溝似斑狀花崗閃長巖的成巖年齡為142.65±0.44～140.86±0.71Ma。說明對面溝花崗閃長巖復(fù)式巖株的成巖年齡為142.65±0.44～138.7±1.2Ma。

(2) 與58號礦脈相互切穿的黑云粗安巖脈的鋯石LA-ICP-MS U-Pb加權(quán)平均年齡值為131.7±1.1Ma(MSWD=1.9)。兩組年齡數(shù)據(jù)為準確的限定成礦年代提供了重要的依據(jù)，說明金廠溝梁金礦成礦發(fā)生在142.7～131.7Ma之間。

(3) 金廠溝梁金礦床與對面溝花崗閃長巖關(guān)系密切，在燕山晚期相對張性環(huán)境背景下，對面溝巖漿活動將深部成礦物質(zhì)帶到有利構(gòu)造部位，在運移過程中萃取一部分變質(zhì)巖圍巖中的成礦物質(zhì)，最終在有利的環(huán)境沉淀而成礦。

致謝:野外地質(zhì)工作得到了內(nèi)蒙古赤峰國土局和金陶股份有限公司一些同志的大力幫助, 中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所盛繼福研究員和石家莊經(jīng)濟學(xué)院牛樹銀教授對本文進行了審閱并提出了寶貴的建議, 在此一并表示衷心的感謝!