津巴布韋太古宙克拉通金礦化年齡綜述

李 科，王 騰，方聯(lián)華

(1.四川省鑫冶礦業(yè)投資股份有限公司，成都 610084；2.四川省冶金地質(zhì)勘查局，成都 610041)

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津巴布韋太古宙克拉通金礦化年齡綜述

李 科1,2，王 騰1,2，方聯(lián)華1,2

(1.四川省鑫冶礦業(yè)投資股份有限公司，成都 610084；2.四川省冶金地質(zhì)勘查局，成都 610041)

文章通過系統(tǒng)梳理津巴布韋克拉通成礦年代學(xué)研究成果，結(jié)合野外觀測工作、賦礦巖體間接年齡測定以及熱液礦物的同位素年齡測定，總結(jié)了其區(qū)內(nèi)典型地區(qū)如Harare-Shamva綠巖帶、Midlands綠巖帶、Mutare綠巖帶及Limpopo活動帶北緣的金礦化時限分布特征，提出主金礦化年齡分布范圍為2 660 Ma—2 610 Ma，接近于新太古代地殼塊體穩(wěn)定克拉通化階段末期，屬同構(gòu)造期或后構(gòu)造期成礦；另一期礦化作用時限為2 420 Ma—2 380 Ma，與后克拉通化作用中大巖墻的侵位、區(qū)域性應(yīng)力轉(zhuǎn)換拉伸以及再活化作用引起的廣泛的巖漿作用有關(guān)。兩期礦化作用事件可與其它地區(qū)典型克拉通相類比。

金礦化年齡；太古宙；克拉通；津巴布韋

0 引言

津巴布韋太古宙克拉通以每平方千米產(chǎn)出黃金數(shù)量多而著稱。自19世紀末歐洲殖民者大量涌入開啟現(xiàn)代機械化采礦活動以來，至今已有一百余年歷史；期間1905年—2007年間，年產(chǎn)黃金平均超過10 t，1916年和1999年黃金產(chǎn)量分別達到28.94 t和27 t，為歷史之最。2008年因惡性通貨膨脹導(dǎo)致年產(chǎn)黃金跌破3 t，達到歷史低點。此后，黃金生產(chǎn)逐步走向穩(wěn)中有升之路。

區(qū)內(nèi)地質(zhì)工作在20世紀末伴隨著工業(yè)生產(chǎn)進入到了“黃金”時期，相關(guān)地質(zhì)研究也達到高峰，與之相關(guān)的學(xué)術(shù)研究走在行業(yè)前沿。相對于金礦床地質(zhì)特征認識、工業(yè)/成因類型劃分，與克拉通密切相關(guān)的成礦年代學(xué)研究曾在上世紀90年代興起于一時，研究深度與世界同步，但其后便沒有更高精準(zhǔn)度和先進的測試技術(shù)應(yīng)用于實踐，沒有形成專門性論述；更不用說為中國國內(nèi)的廣大地學(xué)者注意和熟知。

本文在基于搜集零散年齡數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上，將通過系統(tǒng)梳理和討論其區(qū)內(nèi)典型地區(qū)(Harare-Shamva、Midlands、Mutare綠巖帶及Limpopo活動帶北緣)金礦化的時限分布，旨在豐富大家對津巴布韋克拉通金礦化的認識，以及促進交流。

1 地質(zhì)構(gòu)造單元與成礦背景

津巴布韋大地構(gòu)造單元組合如圖1所示，可劃分為兩大類型[1-2]：克拉通基底雜巖、綠巖帶及大巖墻；變沉積巖—變火山巖組成的年輕造山活動帶。

(1)造山活動帶

圖1 津巴布韋大地構(gòu)造單元劃分及太古宙綠巖帶分布Fig.1 Map showing division of geotectonic units and distribution of Archean greestone belts in Zimbabwe

造山活動帶由較年輕的變沉積巖—變火山巖組成，位于西部、北西部、北部和南部。其以Zambezi造山活動帶位于北部、Mozambique造山活動帶位于東部、Limpopo造山活動帶位于南部，與克拉通為分界。在西部和北西部，主要出露較年輕的褶皺變形了的Magondi盆地沉積巖和Karoo超群，兩者大部分又被三疊系沙層所覆蓋[1]。

(2)克拉通基底雜巖、綠巖帶及大巖墻

位于津巴布韋的中部、中東部和中南部地區(qū)，屬津巴布韋克拉通范疇。

基底雜巖構(gòu)造復(fù)雜，侵入和變質(zhì)變形作用強烈，由強烈變形和區(qū)域變質(zhì)了的古太古宙花崗質(zhì)片麻巖和花崗巖類組成，其中的花崗巖類由粗粒的結(jié)晶巖類組成，成分從英云閃長巖至石英二長巖，純花崗巖非常少見；片麻質(zhì)巖石為片理化或條帶狀灰色片麻巖和深黑色的雜色混合巖，主要成分為英云閃長質(zhì)。

伴隨著穩(wěn)定克拉通化及陸殼增生[3]，太古界綠巖系廣泛超覆在地殼基底之上，主要由雙峰式基性、超基性和中酸性火山巖，以及相關(guān)侵入巖、碎屑質(zhì)變沉積巖和條帶狀鐵質(zhì)建造組合構(gòu)成[1]。該套巖石組合呈一系列顯著的伸展線狀就位，寬數(shù)十千米，長可達幾百千米，為金礦化的最重要礦源層和賦礦層位[4]。境內(nèi)主要分布有22條綠巖帶[2](見圖1)，發(fā)育于三個連續(xù)的地層單元中：Sebakwian群、Bulawayan群和Shamvaian群。每條綠巖帶雖具有其獨特的構(gòu)造和巖石特征，但通常強烈發(fā)育褶皺和斷裂，并伴有較大的走滑韌性剪切，彼此間以基底雜巖中的花崗巖類和片麻巖相隔。各綠巖帶的變質(zhì)相級別和變形程度各異，但主要為低至中級綠片巖相[1]。

富含鉑族元素、鉻、金、鎳、銅等金屬的津巴布韋大巖墻呈SSW—NNE向橫跨全境，作為后克拉通化作用的區(qū)域應(yīng)變轉(zhuǎn)換標(biāo)志，也是太古界與元古界的分界過渡。

2 花崗巖-綠巖地體金礦化特征

Foster等[4]根據(jù)金礦床的層控和非層控特征，以及有關(guān)的容礦巖石巖性及其地層位置，系統(tǒng)收集了每個產(chǎn)量超過311 kg的290個金礦床資料(截止到1977年)，并研究了金礦床的地質(zhì)特征和地球化學(xué)特征，將太古宙津巴布韋金礦床劃分為層控型和非層控性。層控型是限于鐵建造和火山碎屑巖容礦型礦床，是津巴布韋最重要的含金層控礦床，境內(nèi)約13%的黃金產(chǎn)自前者，5%來自后者。非層控型細分為脈狀和礦化剪切帶型，屬于一個連續(xù)系列的兩個端元，具有各自獨特的典型礦物和化學(xué)特征，其中脈狀類型是津巴布韋最常見的金礦類型，與礦化剪切帶型一起貢獻了該國黃金產(chǎn)量的五分之四。

在太古宙花崗巖-綠巖地體中，大量“非層控型”金礦呈現(xiàn)出后生特點，其通過構(gòu)造約束將礦化年齡限定為同構(gòu)造期或后構(gòu)造期年齡，接近于地殼塊體的穩(wěn)定克拉通化階段[4]。即津巴布韋克拉通的金礦化特征顯示，剪切帶型和脈狀型金礦化在空間上與綠巖表殼巖系、地殼尺度的剪切帶以及花崗巖類侵入巖體緊密相關(guān)，含金石英脈和剪切帶內(nèi)礦化是由與區(qū)域變質(zhì)作用和花崗巖類侵入作用有關(guān)的熱液活動形成的[5]。

(1)脈狀型金礦化

含金脈體由厚幾厘米至20 m的板狀或透鏡狀礦體組成，沿走向延伸幾十米至1 000 m以上，最大延深度達到2 000 m。

主要礦物為石英，常伴有少量碳酸鹽礦物，如方解石、鐵白云石、菱鐵礦和白云石。在許多脈狀礦床中有多期石英礦化，還常伴有晚期網(wǎng)脈狀石英。硫化物僅組成礦脈物質(zhì)的一小部分(一般不超過4%)[6]，呈浸染狀產(chǎn)在石英內(nèi)或礦脈的微裂隙中；典型的硫化物常富集在石英內(nèi)和礦脈邊幾厘米內(nèi)的蝕變圍巖中或礦脈的圍巖捕擄體中。白鎢礦是含金石英脈的常見組分，呈粗粒結(jié)晶集合體和分散小顆粒產(chǎn)出，或呈薄的不連續(xù)的切割容礦主脈的富白鎢礦細脈產(chǎn)出。金呈粗粒鋸齒狀塊體、細粒浸染狀產(chǎn)出，或產(chǎn)在石英的微裂隙中。金還呈細粒包體出現(xiàn)，甚至呈固溶體產(chǎn)在硫化物礦物中，特別是黃鐵礦、毒砂、黃銅礦和方鉛礦中[7]。

石英脈體附近的近礦圍巖蝕變強烈，但多僅限1～2 m的范圍內(nèi)。鐵鎂質(zhì)圍巖的常見蝕變類型為青磐巖化，產(chǎn)出一套典型的綠泥石、絹云母-碳酸鹽巖礦物組合。花崗質(zhì)容礦巖石的長石礦物常強烈絹云母化，產(chǎn)生一種絹英巖化的蝕變外殼。相對韌性的超基性圍巖，則形成一套滑石、碳酸鹽和陽起石蝕變組合。

(2)剪切帶型金礦化

礦化剪切帶包括受剪切巖石帶內(nèi)的石英和碳酸鹽細脈，且大部分細脈近平行于剪切方向。硫化物礦物和金產(chǎn)在石英細脈中，但硫化物的大量富集常出現(xiàn)在石英細脈之間的圍巖薄層中。硫化物礦物與脈狀礦床中見到的相似，但富鐵礦物，如黃鐵礦、磁黃鐵礦和毒砂常占優(yōu)勢，也比脈狀礦床中的更豐富。

圍巖蝕變類型與脈狀礦床相似，但液-巖反應(yīng)的結(jié)果可用以測定離礦體的距離，例如，Herrington等[8]在Dalny礦體7 m處見到明顯的蝕變，Mann等[9]在距離礦體70 m處見到砷元素土壤異常。

3 金礦化年齡

3.1 相對年齡

斷層、巖墻及侵入巖體的相互交切關(guān)系可以較為可靠地約束金礦化的年齡時限[10-12]。在克拉通中北部的Harare-Shamva綠巖帶(見圖1中4號綠巖帶)中，Mazowe花崗巖體侵入同火山期的石英斑巖體和上Bulawayan群(2 700 Ma～2 650 Ma)[2]的長英質(zhì)火山巖中，含金石英脈和剪切帶切穿上述所有巖石單元，緊跟其后，一條石英斑巖巖墻侵入整個組合[13-14]。因此，Mazowe花崗巖體限定了金礦化的最大年齡值，斑巖巖墻則為最小年齡時限。同樣地，切割Bindura花崗巖體且為Freda和Rebecca礦床控礦構(gòu)造的礦化剪切帶，其最大年齡值被此花崗巖體所限定；而在Bindura花崗巖體以西相對未經(jīng)變形的Glendale英云閃長巖體(圖2)，代表了一套未發(fā)生礦化作用的花崗巖類巖體，普遍推斷為后礦化期侵入[2,14-15]，可作為最小礦化年齡參考值。

在克拉通東部Mutare綠巖帶(見圖1中12號綠巖帶)，這種交切關(guān)系同樣適用，Redwing等礦床的控礦剪切帶切割Penhalonga花崗閃長巖體，后者侵入(結(jié)晶)時間構(gòu)成礦化最大年齡時限[16]。

圖2 Harare-Shamva綠巖帶Bindura地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡圖Fig.2 Geological sketch of the Bindura Granitoid terrain in Harare-Shamva greestone belt1.玄武巖巖墻；2.蛇紋石化橄欖巖；3.輝長巖；4.Bindura花崗閃長巖；5.Glendale英云閃長巖；6.雜砂巖(變沉積巖)；7.副片麻巖；8.基性、超基性變火山巖；9.變閃長巖；10.斷層；11.礦井；12.城鎮(zhèn)

在克拉通中西部Midlands綠巖帶(見圖1中7號綠巖帶)，一部分金礦床與同火山期至構(gòu)造后期的英云閃長巖緊密相關(guān)，如Whitewaters英云閃長巖套和Sesombi英云閃長巖套(見圖1)，在其中可識別兩類含金構(gòu)造，第一類別平行于或者低角度斜交于初始S1組構(gòu)，第二類別則高角度切割S1組構(gòu)[17]。此類同火山期侵入巖體提供最大礦化年齡參考，而切割S1組構(gòu)的構(gòu)造作為平行一類的最小年齡值。

與克拉通南部毗鄰的Limpopo造山活動帶北緣，Renco礦床中已識別三類交切構(gòu)造。未礦化的NEE向受剪切麻粒巖被礦化紫蘇花崗閃長巖體切割，后者被更晚期的礦化輝石巖交切[18-20]。因此，紫蘇花崗閃長巖體則構(gòu)成賦存于其內(nèi)的礦化體的最大年齡；而輝石巖年齡，一方面作為自身礦化類型的最大年齡值，另一方面作為紫蘇花崗閃長巖類礦化的最小年齡值。

3.2 同位素年齡

Wilson等[21]利用高精度鋯石SHRIMP U-Pb法測定修正了津巴布韋太古宙地層年齡，測試對象為新太古界長英質(zhì)火山巖中的同巖漿源鋯石(當(dāng)時并未測定金礦化年齡)。之后一段時期，大量地質(zhì)年代學(xué)工作和各種測試方法集中于克拉通內(nèi)金礦化“絕對”時間及其與克拉通演化之間的關(guān)系研究，測定數(shù)據(jù)(表1)支撐了野外觀測結(jié)果，即太古宙克拉通內(nèi)的金礦化是在克拉通穩(wěn)定及花崗巖體侵入就位之后形成。

在Harare-Shamva綠巖帶的Mazowe礦化集中區(qū)，Vinyu[22]利用常規(guī)鋯石U-Pb法測定的Mazowe花崗巖體的結(jié)晶年齡為2 664 Ma±15 Ma，限定了該地區(qū)剪切帶類型礦化的最大年齡；隨后Frei等[23]通過石榴子石單礦物Pb-Pb逐步淋濾法獲得直接礦化年齡2 618 Ma±19 Ma，Vinyu等[14]通過一組多礦物(石榴子石、綠簾石、符山石、石英、黃鐵礦)Pb-Pb淋濾法測得直接礦化年齡2 659 Ma±13 Ma，Oberthur等[13]在此基礎(chǔ)之上采用白鎢礦Sm-Nd同位素研究獲得兩組成礦年齡數(shù)值：2 604 Ma±84 Ma(Stori’s Golden礦床)和2.41 Ga±0.20 Ga(Mazowe礦床)。在Bindura礦集區(qū)，Vinyu[14]利用

常規(guī)鋯石U-Pb法測定的Bindura花崗(閃長)巖體的結(jié)晶年齡為2 649 Ma ±6 Ma，同樣限定了該區(qū)剪切帶類型礦化的最大年齡，而其西側(cè)相對未經(jīng)變形和礦化的Glendale英云閃長巖體的結(jié)晶年齡限定在2 618 Ma±6 Ma(見圖2)。

在Mutare綠巖帶，Schmidt等[16]通過系統(tǒng)研究代表性的Redwing和Rezende礦床，測得Penhalonga花崗閃長巖體的結(jié)晶年齡為2 741 Ma± 3Ma(常規(guī)鋯石U-Pb法上交點年齡值)；通過熱液方鉛礦Pb-Pb模式年齡獲得直接礦化年齡為2 650 Ma左右。

在Midlands綠巖帶，針對區(qū)域性整體花崗巖侵入事件的標(biāo)志性巖體，Hawkesworth等[10]最早獲取了Sesombi英云閃長巖套的全巖Rb-Sr等時線年齡2 633 Ma±140 Ma；Taylor等[24]報道了全巖Pb-Pb等時線年齡2 579 Ma+154 Ma/-173 Ma，以及虧損地幔型的全巖Sm-Nd等時線年齡2.68 Ga。盡管上述Pb-Pb、Sm—Nd及Rb-Sr等時線年齡誤差較大，也不十分精確，但可與Harare-Shamva綠巖帶及Mutare綠巖帶中的同類型花崗巖體的侵入年齡相類比(見表1、圖3)。當(dāng)用于判定與S1組構(gòu)相平行或斜交的剪切帶型金礦化年齡時，可以認為Midlands帶內(nèi)的礦化時間與花崗巖體的侵入時間同期或置后，該觀點可以通過Darbyshire等[17]對區(qū)域內(nèi)熱液白鎢礦的Sm-Nd等時線年齡值(見表1)來佐證。

在Limpopo造山活動帶的Renco金礦床內(nèi)，Blenkinsop 等[18]最早識別出兩類礦化，通過直接測定與礦化相關(guān)的黑云母Rb-Sr年齡，認為與紫蘇花崗閃長巖有關(guān)的主礦化時間在1 880 Ma左右；通過輝石和石榴子石Pb-Pb逐步淋濾法間接測定的輝石巖巖墻侵入時間為2 399 Ma±19 Ma，代表了與巖墻侵入同期的第二種礦化類型，與津巴布韋大巖墻侵入時間可類比(2 460 Ma±16 Ma[25])。然而，通過交切關(guān)系及常規(guī)鋯石U-Pb法獲得的紫蘇花崗閃長巖體的侵入時間，顯示主礦化作用的最大年齡達到2 571 Ma±5 Ma[18]?？紤]到在整個津巴布韋克拉通內(nèi)，上述1 880 Ma直接礦化年齡值無法與任何已知金礦化時間相類比，可將其解釋為2 000 Ma左右在Limpopo帶北緣和Triangle剪切帶發(fā)育的構(gòu)造熱事件過程中的“熱重置”結(jié)果[26]，Renco礦床的主礦化時間段可限定為2 571 Ma±5 Ma至2 399 Ma±19 Ma之間。

4 討論

上述三條典型綠巖帶中花崗巖體侵入年齡的相似性和一致性，以及與其相關(guān)的大多數(shù)直接礦化年齡測定值均分布于不同巖體侵入時間區(qū)段內(nèi)的特點，暗示了克拉通主礦化年齡可能在2 660 Ma—2 610 Ma之間(見圖3)。而在Harare-Shamva綠巖帶中通過Pb-Pb逐步淋濾法測定的熱液型磁黃鐵礦和電氣石成礦年齡分別為1.93 Ga和2.02 Ga[27]，兩個較年輕的年齡值表明古元古代期間上述主礦化很可能經(jīng)歷了再活化過程[28]。

因此，津巴布韋克拉通內(nèi)的主要金礦化年齡范圍最有可能為2 660 Ma—2 610 Ma；區(qū)域構(gòu)造背景研究中，該年齡值與NW—SE或E—W向的擠壓和以左旋轉(zhuǎn)換擠壓為主的主變形期(D1)相一致[2]。

在全球典型太古宙綠巖型金礦研究中，津巴布韋主金礦化作用與產(chǎn)于澳大利亞、加拿大等地的太古宙綠巖地體中的脈金礦床可相類比，可定義為全球性事件。此階段，金礦化被認為與賦礦圍巖的變質(zhì)作用峰期同步或稍晚于后者[29-30]，與之相關(guān)的巖漿作用、變質(zhì)作用和構(gòu)造作用都相對集中，比如加拿大Superior Province的2 710 Ma—2670 Ma[30]；西澳大利亞Yilgarn克拉通內(nèi)的中酸性巖漿活動及變質(zhì)作用集中于2 690 Ma—2 660 Ma，金礦化作用集中于2 660 Ma—2 630 Ma[31-32]；而津巴布韋新太古代TTG巖套侵入事件集中于2.7 Ga—2.6 Ga[1]。

此外，在鄰區(qū)Limpopo活動造山帶及克拉通局部地區(qū)，存在另一期礦化作用，時限為2 420 Ma—2 380 Ma(見圖3)，可能與后克拉通化作用中大巖墻的侵位(2 460 Ma ±16 Ma)[25]，區(qū)域性應(yīng)力轉(zhuǎn)換拉伸以及再活化作用引起的廣泛的巖漿作用有關(guān)，與以NNE-SSW向擠壓為主的D2形變期相一致[2]。在全球范圍內(nèi)，可與加拿大Timmins地區(qū)的Hollinger、McIntyre、Coniaurum等金礦床的礦化年齡相類比[33]。

5 結(jié)語

通過系統(tǒng)梳理津巴布韋克拉通成礦年代學(xué)研究成果，根據(jù)Harare-Shamva、Midlands、Mutare綠巖帶及Limpopo活動帶北緣的金礦化時限分布特征，提出了津巴布韋太古宙克拉通金礦化年齡具有以下特征：

(1)主金礦化年齡分布范圍為2 660 Ma—2 610 Ma，接近于新太古代地殼塊體穩(wěn)定克拉通化階段末期，屬同構(gòu)造期或后構(gòu)造期成礦。

(2)另一期礦化作用時限為2 420 Ma—2 380 Ma，與后克拉通化作用中大巖墻的侵位、區(qū)域性應(yīng)力轉(zhuǎn)換拉伸以及再活化作用引起的廣泛的巖漿作用有關(guān)。

(3)上述兩期金礦化作用事件可與全球典型克拉通的金礦化相類比。

致謝：成文及資料收集過程中得到津巴布韋地質(zhì)調(diào)查局Forbes Mugumbate博士的無私幫助和指導(dǎo)，審稿人對本文提出了諸多的建設(shè)性意見，在此一并預(yù)致謝意。

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A Review on the timing of gold mineralization in the Zimbabwe Archaean Craton

LI Ke1,2，WANG Teng1,2, FANG Lianhua1,2

(1.SichuanXinyeInvestmentCorporationofMining&Exploration，Chengdu610084，China2.SichuanBureauofMetallurgicalGeology&Exploration，Chengdu610041，China)

Combing metallogenic geochronological results of the Zimbabwe Craton, unequivocal field relationships, robust isotope systems constrain the timing of gold mineralization in major greenstone belts such as Harare-Shamva Belt, Midlands Belt, Mutare Belt and Northern Marginal Zone of the Limpopo Belt. The two phases of gold mineralization of 2 660 Ma—2 610 Ma and 2 420 Ma—2 380 Ma have been established. The former is syn-tectonic and approximate to end of stable cratonization of the Neoarchean crust and the latter related to the post-cratonization emplacement of the great dyke and extension resulted from regional stress transformation and wide-spread magmatism from reactivation. The phases can be correlated to those of typical cratons all over the world.

timing of gold mineralization; archaean eon; craton; Zimbabwe

2015-11-13； 責(zé)任編輯： 王傳泰

李科(1986—)，男，工程師，理學(xué)碩士，主要從事境外地質(zhì)礦產(chǎn)勘查與研究工作。通信地址：四川省成都市金牛區(qū)金牛萬達廣場SOHO-B座3504室； 郵政編碼：610084；E-mail：liaget@hotmail.com

10.6053/j.issn.1001-1412.2016.04.020

P613，P618.51

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