甘肅陽山金礦床花崗巖成因: 來自地球化學、Sr-Nd-Pb同位素和年代學的證據(jù)

楊貴才, 袁士松, 葛良勝, 王治華, 齊金忠,閆家盼, 趙由之, 張玉杰, 李　鵬

甘肅陽山金礦床花崗巖成因: 來自地球化學、Sr-Nd-Pb同位素和年代學的證據(jù)

楊貴才1,2, 袁士松1,2, 葛良勝2, 王治華1,2, 齊金忠3,閆家盼2, 趙由之1,2, 張玉杰2, 李鵬1,2

(1.中國地質(zhì)大學 地球科學與資源學院, 北京 100083; 2.武警黃金地質(zhì)研究所, 河北 廊坊 065000; 3.武警黃金指揮部, 北京 100055)

甘肅文縣陽山金礦為西秦嶺近十年來發(fā)現(xiàn)的超大型卡林–類卡林型金礦床, 地處揚子板塊西北部碧口地體北緣。本文選取陽山礦區(qū)與礦體在空間上密切相關(guān)的花崗巖樣品, 進行系統(tǒng)的元素地球化學特征分析, 結(jié)合前人的年代學和Sr-Nd-Pb同位素數(shù)據(jù)來探討其成因。陽山花崗巖SiO2含量為60.64%～80.77%、Al2O3為13.68%～23.71%, K2O為0.74%～ 4.32%, A/CNK為1.34～6.02, 富集Cs、U、K、Pb等元素, 虧損Ba、Nb、La、Ce、Sr、Ti等元素, ΣREE=14.45×10–6～143.14×10–6,平均70.31×10–6, LREE/HREE=1.39～19.52, 平均10.12, 具有輕稀土富集, 重稀土虧損的特征, (La/Yb)N=1.48～37.26, 平均17.08, 球粒隕石標準化配分模式顯示弱負Eu異常(δEu=0.50～1.21, 平均0.77), 為過鋁質(zhì)鈣堿性花崗巖。結(jié)合前人對花崗巖、碧口群和泥盆系三河口組的元素地球化學、年代學和Sr-Nd-Pb同位素等測試數(shù)據(jù)以及區(qū)域構(gòu)造演化歷史, 認為陽山花崗巖來源于碰撞增厚的地殼物質(zhì)——碧口群的部分熔融, 在上升的過程中與泥盆系發(fā)生混染。

花崗巖; 碧口地體; 巖石成因和源區(qū); 陽山金礦床; 甘肅

0 引 言

花崗巖類巖石是組成大陸地殼的主要巖石, 記錄著陸殼的形成、殼–幔相互作用和巖石圈演化等信息。不同成因類型的花崗巖和巖石組合反映不同的構(gòu)造環(huán)境和地球動力學背景, 而且多數(shù)大型–超大型金屬礦產(chǎn)與花崗巖的形成演化密切相關(guān)。因此,花崗巖是地球科學研究的主要對象之一, 它的成因和成礦等問題也一直是重要的前沿研究課題(徐夕生和賀振宇, 2012)。中國花崗巖比較發(fā)育, 出露面積約占我國陸域面積的 10%, 且類型多樣, 特色鮮明,時空分布廣泛, 形成環(huán)境復(fù)雜, 許多金屬礦床(金、鈾、鎢、錫、銅、稀土、鈮鉭等)的成礦作用與其有關(guān), 在全球地質(zhì)研究中具有舉足輕重的地位(肖慶輝等, 2002), 同時花崗巖類是揭示深部地殼組成和地球動力學過程的有效途徑(Kemp, 2003)。

甘肅陽山金礦床是 1997年由武警黃金十二支隊發(fā)現(xiàn), 金資源量接近400 t, 是我國最大的卡林型–類卡林型金礦床(陳衍景等, 2004; 張復(fù)新等, 2007; Yan and Li, 2008)。自發(fā)現(xiàn)以來, 許多學者對該礦床的構(gòu)造演化(齊金忠等, 2006)、控礦特征(齊金忠等, 2003; 袁士松等, 2004; 李建忠等, 2008; 郭俊華等,2009; 代堰锫等, 2012)、成礦流體特征(劉偉等, 2007;李晶等, 2007; 孟獻真等, 2012)、礦物學特征(楊榮生等, 2006, 2009; 吳春俊等, 2008; 毛世東等, 2009)、成礦物質(zhì)來源(羅錫明等, 2004; 李晶等, 2008; 楊貴才等, 2007; 楊貴才和齊金忠, 2008; 劉紅杰等, 2008;張莉等, 2009; 李楠等, 2012; 張靜等, 2012, Li et al., 2013)、礦床成因(程斌等, 2006; 文成敏, 2006; 齊金忠等, 2006, 2008; 袁士松, 2007; 袁士松等, 2008;趙成海, 2009; 余金元等, 2010; 毛世東等2012)等方面進行了一系列研究, 積累了豐富的研究成果。但是與陽山金礦床具有密切空間關(guān)系的花崗巖, 前人僅對花崗斑巖的元素地球化學、Sr-Nd-Pb同位素(劉紅杰等, 2008; 劉遠華等, 2010)、鋯石U-Pb年代學(雷時斌等, 2010; 孫驥等, 2012)等進行過研究, 有關(guān)花崗巖與礦區(qū)泥盆系三河口組及與礦區(qū)南側(cè)碧口地體中地層的對比研究還存在空白。本文正是從陽山礦區(qū)花崗巖、泥盆紀地層和碧口地塊地層的地球化學特征入手, 結(jié)合前人的研究成果, 來研究和探討花崗巖的成因及源區(qū)。

1　區(qū)域地質(zhì)特征

甘肅陽山金礦床地處秦嶺造山帶西南緣、揚子板塊西北碧口地體北緣和松潘–甘孜褶皺帶東北緣的三角區(qū)內(nèi)(圖1), 屬于西秦嶺南亞帶。秦嶺造山帶形成于揚子板塊和華北板塊在中三疊世末期的碰撞過程, 到三疊紀晚期揚子板塊和華北板塊沿勉略構(gòu)造帶完成拼合(張國偉等, 2001, 2003, 2004)。根據(jù)勉略帶及其附近花崗巖體特征研究, 認為印支晚期存在兩期構(gòu)造–巖漿事件: 245～228 Ma主碰撞時期和228～185 Ma碰撞晚期階段(Dong et al., 2011; Wang et al., 2013)。礦體賦存在勉略構(gòu)造帶文縣弧的安昌河–觀音壩斷裂及其次級斷裂中。

陽山礦區(qū)南側(cè)出露有碧口地體新元古代地層,礦區(qū)內(nèi)為泥盆系三河口組和白堊系。碧口地體從南到北依次劃分為碧口群、橫丹群、關(guān)家溝組。賦礦地層主要為泥盆系三河口組含炭泥、砂質(zhì)碎屑沉積。前人對碧口群的研究較多, 認為其由基性火山巖、酸性火山巖和沉積巖組成(趙祥生等, 1990; 閆全人等, 2004; 夏林圻等, 2007), 為一套蛇綠雜巖(李永飛等, 2007), 主要形成于島弧環(huán)境(王宗起等, 2009),形成年齡為884～776 Ma(Yan et al., 2003; 閆全人等, 2003; 賴紹聰?shù)? 2007; Wang et al., 2008)。橫丹群和關(guān)家溝組以碎屑巖為主(陶洪祥, 1993)。橫丹群為活動性濁積巖系, 形成時代為715～835 Ma(Druschke et al., 2006), 為洋殼板塊向南俯沖于揚子板塊之下陸緣弧前盆地充填物, 主要物源為碧口群(閆全人等, 2002; Yan et al., 2003, 2004; Druschke et al., 2006;盧海峰等, 2007)。關(guān)家溝組為礫巖、含礫板巖、板巖夾凝灰?guī)r組合, 為一套富含火山物質(zhì)成分的碎屑流、濁流組合, 局部夾有灰?guī)r透鏡體, 被認為是冰川沉積(何書成, 1989; 趙祥生等, 1990), 形成于大陸島弧構(gòu)造環(huán)境(盧海峰等, 2007; 王宗起等, 2009)。其南與碧口火山巖系以韌性剪切帶為界, 北與三河口組以斷層相鄰, 內(nèi)部發(fā)育一系列逆斷層。碧口地體中的地層除關(guān)家溝組外大都經(jīng)歷了綠片–藍片巖相變質(zhì)作用。在北東部邊緣還出現(xiàn)麻粒巖(安子山麻粒巖)(李三忠等, 2000), 其變質(zhì)年齡為220 Ma左右(張宗清等, 2002)。由于橫丹群物源來自碧口群, 且兩者在碧口地體中出露面積最廣, 于是將碧口地體中出露的地層統(tǒng)稱為碧口群, 用碧口群代表碧口地體成分。中泥盆統(tǒng)三河口組一套巨厚淺海相碎屑巖–泥質(zhì)巖–碳酸鹽沉積建造, 主要由砂質(zhì)巖類(砂質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)千枚巖、巖屑雜砂巖、粉砂巖和極少量石英片巖)、泥質(zhì)巖類(泥質(zhì)千枚巖和極少量云母片巖)、炭質(zhì)巖類(炭質(zhì)千枚巖、炭質(zhì)板巖)和碳酸鹽類組成, 其金含量分別為: 7.78×10–9, 3.31×10–9, 4.52×10–9, 2.61× 10–9(王學明等, 1999)。陽山金礦礦體主要產(chǎn)出在粉砂質(zhì)、泥質(zhì)、炭質(zhì)千枚巖中。

圖1　甘肅陽山金礦床區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)Yan et al., 2004修改)Fig.1 Regional geological map of the Yangshan gold deposit, Gansu province

陽山礦區(qū)的花崗巖也賦存在泥盆系三河口組中,分布較廣, 大多呈脈狀、透鏡狀(圖2, 3a、b), 少量呈巖株狀。巖性主要為中細?；◢彴邘r, 其次為英云斑巖和花崗細晶巖, 在礦區(qū)北部巖頭村南分布有少量鉀長斑巖。 前三類與金礦體存在較為密切的空間關(guān)系。巖石整體蝕變較強(圖3c、d), 主要為絹云母化、綠泥石化、硅化等。

2　陽山花崗巖的特征

2.1礦物學特征

本文主要討論與成礦密切相關(guān)的花崗斑巖、英云斑巖和花崗細晶巖。三者在礦區(qū)都有分布, 以花崗斑巖為主。鏡下觀察表明(圖 3e、f), 花崗斑巖中斑晶成分主要為斜長石, 條狀或板狀, 粒度一般為0.5～2 mm, 常見聚片雙晶, 約占30%, 絹云母化、黏土礦化較強; 石英, 多為粒狀或團粒狀, 粒度一般為0.5～1 mm, 約占30%, 有重結(jié)晶現(xiàn)象; 鉀長石, 含量較少, 約占40%; 暗色礦物黑云母、角閃石等多已蝕變?yōu)榻佋颇? 局部可見這些暗色礦物的假象。另外, 巖石中還含少量磁鐵礦、鋯石、磷灰石等副礦物。英云斑巖具斑狀結(jié)構(gòu), 斑晶為黑云母、石英, 二者占總量的 5%～10%, 基質(zhì)顆粒較為細小, 以斜長石、鉀長石、石英為主?；◢徏毦r具細晶結(jié)構(gòu), 粒度一般為0.2～0.5 mm, 成分主要為長石、石英類, 約占50%左右, 絹云母化、黏土礦化較強; 石英, 約占35%, 有重結(jié)晶現(xiàn)象; 此外還有暗色礦物黑云母、角閃石等, 均已蝕變, 巖石中也含少量磁鐵礦、鋯石、磷灰石等副礦物。

圖2　陽山礦區(qū)葛條灣–安壩礦段花崗巖分布圖(據(jù)齊金忠等, 2008)Fig.2 Distribution of granites in the Getiaowan-Anba section of the Yangshan gold deposit

圖3　陽山金礦花崗巖野外及顯微特征Fig.3 Photos of the outcrops and microphotographs of granites in the Yangshan gold deposit

2.2地球化學特征

本文選取陽山礦區(qū)花崗巖、千枚巖和碧口群中的樣品進行全巖主量、微量元素分析, 分析測試在武警黃金指揮部測試中心(廊坊)完成, 結(jié)果見表 1 (因數(shù)據(jù)較多表略, 具體數(shù)據(jù)見網(wǎng)絡(luò)電子版)。主量元素分析在PW4400型X熒光光譜儀上完成, 相對偏差一般≤2%, 微量元素在X2型ICP-MS上完成, 相對偏差均<5%。

陽山礦區(qū)花崗斑巖、英云斑巖和花崗細晶巖除ZK1812-7樣品外, 其他樣品巖石地球化學特征: SiO2=60.64%～80.77%(平均70.24%), Al2O3=13.68%～ 23.71%(平均16.14%), CaO=0.05%～4.79%(平均1.46%), MgO=0.056%～1.73%(平均 0.47%), Na2O= 0.02%～5.30%(平均1.43%), K2O=0.74%～4.32%(平均3.05%), Mg#=8～68, 大多數(shù)為 20～40, 平均為 31, K2O/Na2O=0.36～162.50, 大多分布在1～7之間。TAS圖解判斷其主要為花崗巖和花崗閃長巖(圖 4a), 以下將陽山礦區(qū)各類侵入巖簡稱為花崗巖。A/CNK= 1.24～4.71, 均>1.1, A/NK=1.34～6.02, 均>1.0, 為強過鋁質(zhì)。標準礦物計算結(jié)果表明主要礦物為石英、鉀長石、斜長石, 與鏡下鑒定結(jié)果一致, 均出現(xiàn)剛玉分子(1.41%～18.46%), 與秦嶺造山帶 S型花崗巖一致(Li et al., 2015)。陽山花崗巖為強過鋁質(zhì)、高鉀鈣堿性–鈣堿性(圖4b)、S型花崗巖(圖4c)。

在哈克圖解上(圖5), 主量元素之間總體呈現(xiàn)較好的線性分布, 隨SiO2含量的增加, TiO2、Al2O3、FeOT、MgO、CaO、K2O、P2O5含量降低, 而 MnO和 Na2O 含量變化不明顯。Cr含量為 2.7×10–6～ 59.4×10–6, 大多集中在 5×10–6～15×10–6, Ni含量為1.54×10–6～47.36×10–6, 大多集中在 2×10–6～6×10–6。微量元素Sr、La、Cr、Th隨SiO2含量的增加而減少, 其他元素, 如 Cr、Pb、Zr、Yb、Rb等隨 SiO2含量的增加變化不明顯。

圖4　陽山金礦花崗巖地球化學圖解(數(shù)據(jù)來源于本文; 劉紅杰等, 2008; 閻鳳增等, 2010; 雷時斌, 2011)Fig.4 Geochemical plots of granites in the Yangshan gold deposit

圖5　陽山金礦花崗巖哈克圖解Fig.5 Harker plots of granites in the Yangshan gold deposit

在原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖上, 陽山礦區(qū)花崗巖具有相似的元素分布模式(圖6c), 富集Cs、U、K、Th、Pb、Nb、Rb等大離子親石元素, 虧損Ba、Nb、La、Ce、Sr、Ti等元素(圖6c), 說明花崗巖來源于地殼, 且源區(qū)殘留有斜長石。陽山花崗巖稀土元素總量 ΣREE=14.45×10ˉ6～143.14×10ˉ6, 平均70.31×10ˉ6, 元素地幔標準化模式圖顯示弱負 Eu異常(圖 7c), LREE/HREE =1.39～19.52, 平均 10.12, (La/Yb)N=1.48～37.26, 平均17.08, δEu為0.50～1.21,平均0.77, δCe為0.75～1.04, 平均0.94, 稀土元素特征與秦嶺造山帶S型花崗巖一致(Li et al., 2015)。而中、重稀土元素配分曲線沒有明顯下凹(LaN/SmN= 1.3～6.3), 表明斜長石、角閃石可能不是主要殘留相或巖漿演化過程中不存在大量斜長石、角閃石分離結(jié)晶作用(Gromet and Silver, 1987)。

3　巖石成因及巖漿源區(qū)

花崗巖的地球化學特征主要取決于三方面的因素(盧兆良等, 2004): (1)源區(qū)巖石的成分; (2)部分熔融時與熔融體共存的固相組合的礦物學特征; (3)熔融體從源區(qū)運移定位過程中影響熔體成分的各種作用過程?；鸪蓭r的微量元素特征隨源區(qū)成分和各種作用過程而變。巖漿源區(qū)成分可能是火成巖化學成分唯一最重要的決定因素。下面將陽山礦區(qū)花崗巖、泥盆系千枚巖和碧口群火山巖的主量、微量元素、Sr-Nd-Pb同位素進行對比來探討陽山礦區(qū)花崗巖成因及起源。

3.1主、微量元素特征對比

圖 8顯示, 從碧口群火山巖到泥盆系千枚巖,最后到花崗巖有一個明顯的演化趨勢。隨著SiO2含量的升高, Al2O3、MgO、MnO、P2O5、FeOT、TiO2含量降低, 微量Cs、Yb、Sc含量也隨SiO2含量的升高而降低, 而Nb、Sr含量則無明顯變化, 說明這三者之間很可能是一個逐步演化的關(guān)系。從La-La/Sm圖解上(圖 9)可以看出, 陽山花崗巖是部分熔融的產(chǎn)物。以上元素特征可以初步判斷陽山花崗巖來源于地殼物質(zhì), 很可能就是碧口群火山巖部分熔融, 巖漿在上升的過程中與泥盆系發(fā)生混染。

圖 6 陽山花崗巖與泥盆系三河口組、碧口群巖石微量元素蛛網(wǎng)圖(圖中陰影部分為含礦千枚巖和花崗巖; 標準化值為原始地幔McDonough and Sun, 1995; 碧口群數(shù)據(jù)來源于李永飛等, 2007; 夏林圻等, 2007; 花崗巖數(shù)據(jù)來源于本文, 劉紅杰等, 2008; 雷時斌等, 2010; 閻鳳增等, 2010)Fig.6 Primitive mantle-normalized trace element spider diagrams of the Yangshan granites, Devonian Sanhekou Section, and Bikou Group

圖7　陽山花崗巖與泥盆系三河口組、碧口群巖石稀土元素配分模式圖(數(shù)據(jù)來源同圖6; 標準化值為原始地幔Sun and McDonough, 1989)Fig.7 Primitive mantle-normalized REE patterns of the Yangshan granites, Devonian Sanhekou Section and Bikou Group

3.2Sr-Nd-Pb同位素對比

放射性同位素 Rb-Sr、Sm-Nd、Pb等能很好地示蹤物質(zhì)來源和研究地質(zhì)作用過程。

將陽山花崗巖、泥盆系三河口組粉砂巖、泥灰?guī)r和碧口群進行Rb-Sr、Sm-Nd、Pb同位素對比, 以期為示蹤陽山花崗巖提供很好的依據(jù)。將這些數(shù)據(jù)重新處理, 統(tǒng)一將t=220 Ma作為計算它們的初始值的年齡。陽山花崗巖初始(87Sr/86Sr)i、(206Pb/207Pb)i(t= 220 Ma)的值分別為 0.708059～0.717558, 1.1634～ 1.1868; 泥盆系粉砂巖、泥灰?guī)r為0.713568～0.718010、1.1819～1.2495, 碧口群火山巖為0.702240～0.712584、1.0645～1.1822。將三者的初始(87Sr/86Sr)i、(206Pb/207Pb)i(t=220 Ma)投影到圖10a、b上, 可以看出陽山花崗巖的(87Sr/86Sr)i、(206Pb/207Pb)i值均位于碧口群和泥盆系之間, 且(87Sr/86Sr)i有較大的變化范圍顯示其來源區(qū)混入較多的沉積物(Li et al., 2015)。87Sr/86Sr初始比值介于 0.70806～0.71756之間為中鍶花崗巖(0.706～0.719), 這類巖石形成機制和物質(zhì)來源較復(fù)雜, 大致有三種類型(邱家驤, 1991): ①由下地殼源巖部分熔融形成; ②地幔和地殼的混熔作用形成;③起源下地殼的巖漿在上升過程中與上地殼物質(zhì)混染?；◢弾rεNd(220 Ma)(–2.9～ –5.0)<0, 表明它們來源于地殼物質(zhì), 或至少在形成的過程中與地殼物質(zhì)發(fā)生過相當明顯的混染, 而陽山花崗巖的Cr、Ni含量低排除了地幔物質(zhì)的參與可能性, 所以其更可能是下地殼物質(zhì)部分熔融, 在上升的過程中與上地殼物質(zhì)發(fā)生混染。

3.3陽山花崗巖與碧口群年齡對比

統(tǒng)計表明(圖 11)可以明顯的看出, 陽山花崗巖除了在200～220 Ma有一個峰值之外, 在720～820 Ma也有一個較為集中的年齡分布區(qū), 可見其含有較多的繼承鋯石, 與 S型花崗巖中含有較多的繼承性鋯石核(李獻華等, 1996)相吻合。碧口群的鋯石 U-Pb年齡集中在720～880 Ma, 與陽山花崗巖繼承鋯石年齡在誤差范圍內(nèi)一致。Calvin et al. (2003)研究了不同成因類型的 54個花崗巖侵入體中的鋯石, 發(fā)現(xiàn)富含繼承性核的鋯石來自熔融溫度較低的巖體(<800 ℃),而不含繼承性核的鋯石或含較少的繼承性核的鋯石來自形成溫度較高的巖體(>800 ℃)。陽山花崗巖含較多的繼承核, 表明陽山花崗巖來自熔融程度較低的巖石, 這與碧口群的變質(zhì)程度較低一致。陽山花崗巖與碧口群火山巖鋯石U-Pb年齡對比, 表明陽山花崗巖繼承鋯石大部分來自于碧口群。

圖8　陽山花崗巖與泥盆系三河口組、碧口群主量元素對比圖(數(shù)據(jù)來源同圖6)Fig.8 Covariation plots of the Yangshan granites, Devonian Sanhekou Section and Bikou Group

圖 9 陽山花崗巖 La-La/Sm 圖解(底圖據(jù) Allegre and Minster, 1978, 數(shù)據(jù)來源同圖4)Fig.9 La vs. La/Sm plot of granites in the Yangshan gold deposit

3.4陽山花崗巖成因及源區(qū)討論

3.4.1基底性質(zhì)

從陽山金礦產(chǎn)出的區(qū)域地質(zhì)背景分析, 最老的基底為南側(cè)碧口地體元古代地層, 下面以碧口群代表碧口地體的成分來分析區(qū)域基底性質(zhì)。碧口群主要由基性、酸性火山巖和沉積巖組成, 大多數(shù)樣品δEu<1, 少數(shù) δEu>1, 暗示其母巖漿在演化過程中結(jié)晶分異作用較弱, 其 εNd(220 Ma)值有正有負, 正值代表其源區(qū)有地幔物質(zhì)貢獻, 是基性火山巖部分,負值代表在火山巖形成過程中有地殼物質(zhì)的混染,是碧口群中酸性火山巖和沉積巖部分。碧口群鋯石U-Pb年齡為884～776 Ma, 全巖的Nd同位素二階段模式年齡為0.8～2.2 Ga, 平均為1.2 Ga, 也說明碧口群來自先前形成的巖石圈物質(zhì)的部分熔融。

3.4.2陽山花崗巖成因及源區(qū)探討

陽山花崗巖為強過鋁質(zhì)、高鉀鈣堿性–鈣堿性、S型花崗巖。通常認為與碰撞有關(guān)的強過鋁質(zhì)花崗巖的源區(qū)通是變質(zhì)沉積巖(Sylvester, 1998), 但Collins (1998)在研究Lachlan Fold Belt時提出玄武巖經(jīng)過重熔與其他成分混合也有可能產(chǎn)生強過鋁質(zhì)花崗質(zhì)類巖石。因此, 碧口群熔融, 在上升過程中與泥盆系三河口組發(fā)生混染作用產(chǎn)生陽山S型花崗巖成為可能。陽山花崗巖與西秦嶺三疊紀花崗巖類存在較大的差別(Sun et al., 2002; Mao et al., 2014; Li et al., 2015), 后者的巖漿雖然來自地殼物質(zhì)的部分熔融, 但它們的地球化學及Sr-Nd-Pb同位素組成指示這些花崗巖類的源區(qū)為西秦嶺的地殼基底。從陽山花崗巖和碧口群具有較為一致t2DM(Nd)值(平均值分別為1.3 Ga、1.4 Ga), 地球化學性質(zhì)與產(chǎn)在碧口地體內(nèi)的陽壩、南一里和木皮巖體的(Zhang et al., 2007;駱金誠等, 2010)一致, 說明碧口北緣的陽山花崗巖與產(chǎn)在碧口內(nèi)部的巖體為同一源區(qū), 可能為停留在地殼中的元古宙地殼基底(即碧口群)。大部分秦嶺造山帶中的花崗巖地球化學性質(zhì)與陽山花崗巖差別較大(Li et al., 2015), 也說明他們不大可能來自于同一巖漿源區(qū)。

陽山花崗巖具有較為一致的微量元素和稀土元素特征(圖6、7), 表明其具有相同的巖漿源區(qū)。Tuttle and Bowen (1958)在研究花崗巖起源時認為, 如果在飽和水的情況下, 一般在壓力為0.8～1 GPa、溫度為 600 ℃時花崗巖開始熔融(達固相線溫度)。鋯石U-Pb封閉溫度一般在 700～750 ℃(Harrison et al., 1987; Tilton et al., 1991), 這也可能是陽山花崗巖中存在大量繼承鋯石的原因。這個壓力和溫度, 在大陸地殼下部完全可以達到, 因此, 在大陸地殼下部因部分熔融產(chǎn)生花崗質(zhì)巖漿是完全可能的。而且在大陸地殼區(qū), 造山帶地溫梯度可達 30～40 ℃/km,在造山帶20 km深處, 即可形成花崗質(zhì)巖漿(Brown and Fyfe, 1970)。陽山花崗巖具有高K(K2O=1.49%～ 4.32%)和較老的Nd模式年齡(t2DM(Nd)=1.06～1.83 Ga),表明他們不是來源于俯沖的洋殼和/或底侵下地殼的部分熔融, 而是來源于加厚下地殼的部分熔融。區(qū)域上勉略縫合帶在220 Ma處于碰撞晚期階段(陳衍景等, 2009; 陳衍景, 2010; Dong et al., 2011; Wang et al., 2013), 應(yīng)力由擠壓向拉張轉(zhuǎn)換, 也是最容易形成花崗質(zhì)巖漿的時期, 此時下部地殼也可能熔融形成巖漿。巖漿在上升的過程中攜帶大量的熱量,導(dǎo)致泥盆系三河口組部分熔融。由于碧口地體中地層和泥盆系三河口組巖石中金含量高, 這種巖石的部分熔融形成了含有一定數(shù)量流體和成礦元素的巖漿, 當巖漿從源區(qū)分離并上升到地殼淺部時, 一方面壓力下降揮發(fā)分在熔漿中的溶解度減小, 另一方面由于巖漿結(jié)晶而使揮發(fā)分相對過飽和, 必然導(dǎo)致大量揮發(fā)分的出溶, 揮發(fā)分出溶導(dǎo)致部分成礦元素(Au)從巖漿中析出, 從而導(dǎo)致了陽山金礦體不僅存在于花崗斑巖中, 而且也存在泥盆紀地層中。這也就出現(xiàn)陽山金礦床成礦流體/物質(zhì)既有來自于巖漿巖(齊金忠等, 2006, 2008; 楊貴才和齊金忠, 2008;袁士松等, 2008; 雷時斌等, 2010; 李楠等, 2012)和非巖漿巖(泥盆系和/或碧口群)(李晶等, 2008; 劉紅杰等, 2008; 毛世東等, 2012; 張靜等, 2012)兩種截然不同的觀點, 陽山花崗巖成因和源區(qū)的厘定, 將成礦流體/物質(zhì)的多來源統(tǒng)一于礦區(qū)花崗巖。

圖10　陽山花崗巖與泥盆系三河口組、碧口群Sr-Nd-Pb同位素對比圖(陽山花崗巖、泥盆系三河口組數(shù)據(jù)來源于劉紅杰等, 2008; 碧口群數(shù)據(jù)來源于周樂堯, 1991; 張本仁等, 2002; 閆全人等, 2004; 李永飛等, 2007; 夏林圻等, 2007)Fig.10 Sr-Nd-Pb isotope plots of the Yangshan granites, Devonian Sanhekou Section, and Bikou Group

圖11　陽山花崗巖與碧口群鋯石 U-Pb年齡對比圖(陽山花崗巖數(shù)據(jù)來源于 Qi et al., 2004; 雷時斌等, 2010; 碧口群來源于Yan et al., 2003; Wang et al., 2008)Fig.11 Comparision of zircon U-Pb ages of the Yangshan granites and the Bikou Group

4　結(jié) 論

(1) 陽山金礦帶的花崗巖為鈣堿性、過鋁質(zhì)、S型花崗巖, 形成于華北板塊與揚子板塊碰撞后或碰撞晚期。

(2) 微量元素和同位素組成顯示陽山花崗巖來源于碧口群的部分熔融, 熔體在上升過程中受到泥盆系混染。

致謝： 武警黃金十二支隊在野外過程中的幫助, 中國地質(zhì)大學(北京)喻學惠教授、武警黃金地質(zhì)研究所郭曉東博士、張棟高級工程師論文成文及修改過程中的指導(dǎo)和建議, 武警黃金指揮部測試中心楊理勤高級工程師在分析測試中的大力支持, 審稿人北京大學陳衍景教授細致的審閱、并提出建設(shè)性的意見和建議, 在此一并表示感謝。

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Zhang H F, Xiao L, Zhang L, Yuan H L and Jin L L. 2007. Geochemical and Pb-Sr-Nd isotopic compositions of Indosinian granitoids from the Bikou block, northwest of the Yangtze plate: Constraints on petrogenesis, nature of deep crust and geodynamics. Science in China (Series D), 50: 972–983.

Petrogenesis of Granites in Yangshan Gold Deposit, Gansu Province: Evidence from Geochemical Characteristics, Sr-Nd-Pb Isotope and Geochronology

YANG Guicai1,2, YUAN Shisong1,2, GE Liangsheng2, WANG Zhihua1,2, QI Jinzhong3, YAN Jiapan2, ZHAO Youzhi1,2, ZHANG Yujie2and LI Peng1,2
(1.School of Earth Science and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China; 2. Gold Geological Institute of Chinese People’s Armed Police Force, Langfang 065000, Hebei, China; 3. Gold Headquarters of Chinese People’s Armed Police Force, Beijing 100055, China)

The Yangshan gold deposit, a super-large Carlin-type or Carlin-like gold deposit, was discovered in the western Qinling, Gansu province decade ago. It is located in the north margin of the Bikou Terrane, Northwest Yangtze craton. This paper reports the geochemical characteristics of the granites, which are spatially associated with the orebodies, and discusses the petrogenesis and source of the granites in the Yangshan gold deposit. The SiO2, K2O and Al2O3of the Yangshan granites are in the ranges 60.64%～80.77%, 2.27%～4.32%, and 11.83%～23.71% respectively. The A/CNK ratios vary from 1.24 to 4.29. The Yangshan granites are also enriched in Cs, U, K, Pb, and depleted in Ba, Nb, La, Ce, Sr, Ti. Rare earth element (REE) contents of the granites range from 14.45×10ˉ6to 143.14×10ˉ6(average 70.31×10ˉ6), and significantly enriched in LREE with (La/Yb)Nratios of 1.48～37.26 (average 17.08). The REE patterns are characterized by slightly negative Eu anomalies, with δEu=0.50～1.21 (average 0.77). Geochemical characteristics of major element and trace element show that these granites belong to peraluminous and calc-alkaline series. Compariing with the major and trace elements, geochronology, and Sm/Nd, Rb/Sr and Pb isotopes of the Yangshan granites, Bikou terrane, and Devonian Sanhekou section of the previous works, we propose that the granites were derived from partial melting of the Bikou group as a result of collision and crustal thickening, and were contaminated by the Devonian sedimentary rocks during ascending.

granite; Bikou terrane; petrogenesis and source; Yangshan gold deposit; Gansu province

P581; P595

A

1001-1552(2016)04-0739-014

2014-03-08; 改回日期: 2014-12-30

項目資助: 國土資源部公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目(201411048)、中國地質(zhì)調(diào)查局基礎(chǔ)調(diào)查與綜合研究項目(12011220663)和整裝勘查區(qū)綜合研究項目(12120114050201)聯(lián)合資助。

楊貴才(1979–), 男, 博士研究生, 高級工程師, 主要從事礦產(chǎn)資源勘查和地球化學研究。Email: yangguicai_1979@126.com