膠西北三山島金礦黃鐵絹英巖中絹云母40Ar/39Ar年齡及其意義

楊振毅，于曉衛(wèi)，張文，王立功，王巧云，郭瑞朋

(1.山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東 濟(jì)南 250014；2.山東省地質(zhì)學(xué)會(huì)，山東 濟(jì)南 250013)

0 引言

三山島金礦床位于膠東半島西北部，礦床類型歸屬于“膠東型”金礦[1-2]，是在早白堊世郭家?guī)X花崗巖內(nèi)成礦，也是膠東巨型金成礦省最大的金礦床之一。在礦床應(yīng)用分類方面，膠東的含金石英脈型(玲瓏式)和破碎帶蝕變巖型(焦家式)金礦在業(yè)內(nèi)基本達(dá)成共識(shí)[3]。三山島金礦床以石英脈型和破碎帶蝕變巖型為主[4]。近年來不同學(xué)者研究過該礦床的地質(zhì)、圍巖蝕變、成礦時(shí)代、成礦物質(zhì)、流體性質(zhì)和來源等，但對(duì)成礦時(shí)代的測(cè)定，測(cè)試數(shù)據(jù)較少，只見有采用的Rb-Sr法測(cè)絹云母的結(jié)晶年齡[5]，這就有必要通過絹云母40Ar/39Ar測(cè)年法測(cè)定三山島金礦床的成礦年齡，從而與Rb-Sr法測(cè)年結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，來進(jìn)一步確定三山島金礦成礦年齡的準(zhǔn)確性。

1 地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域地質(zhì)

三山島金礦床在大地構(gòu)造位置上處于膠北隆起的西緣，西側(cè)與沂沭斷裂帶相毗鄰。該區(qū)主要由前寒武紀(jì)變質(zhì)巖系和中新生代地質(zhì)體組成。前寒武變質(zhì)巖系主要為新太古代花崗-綠巖帶，以TTG片麻巖為主、部分變輝長(zhǎng)巖、少量呈殘留包體出現(xiàn)的新太古代膠東巖群及中太古代唐家莊巖群,另外還有少量古元古代荊山群、粉子山群。區(qū)內(nèi)第四系廣泛分布，主要由砂質(zhì)黏土、中粗砂、細(xì)砂、粉砂及亞黏土等組成，三山島北部為淺海覆蓋區(qū)。區(qū)內(nèi)中生代巖漿巖較為發(fā)育，主要為侏羅紀(jì)玲瓏花崗巖163～155Ma(鋯石U-Pb年齡)[6]，白堊紀(jì)郭家?guī)X花崗巖132～123Ma(鋯石U-Pb年齡)[7]，偉德山花崗巖120～113Ma(鋯石U-Pb年齡)，嶗山花崗巖115.4～90Ma(鋯石U-Pb年齡)[8]和酸性、中—基性脈巖。在構(gòu)造特征上，中生代花崗巖與老地質(zhì)體呈斷層接觸。礦區(qū)構(gòu)造主要為斷裂構(gòu)造，根據(jù)形成先后及與成礦的關(guān)系，可分為控礦斷裂及成礦后斷裂，前者為三山島斷裂帶，后者為NE向、NNE向和NW向斷裂。

三山島斷裂帶位于三山島-倉(cāng)上-潘家屋子一線，大部分地段被第四系覆蓋。斷裂帶陸地出露長(zhǎng)12km，向北延伸至淺海區(qū)，帶寬20～400m，總體走向40°～50°，傾向SE，傾角30°～40°，局部可達(dá)80°。斷裂平面上呈“S”，形態(tài)不規(guī)則[9-10]，自萊州市倉(cāng)上至三山島一線呈NE向展布。受三山島-倉(cāng)上斷裂帶控制的金礦床，從南向北依次為倉(cāng)上(22t)、新立(175t)、三山島(561t)、三山島北部海域(470t)等大型—超大型金礦床，累計(jì)探明資源量1228t，隨著深部找礦工作的持續(xù)深入，三山島-倉(cāng)上金礦成礦帶在膠東三大成礦帶的地位越來越重要(圖1)。

1—第四系；2—白堊系；3—古元古界；4—白堊紀(jì)偉德山花崗巖；5—白堊紀(jì)郭家?guī)X花崗巖；6—侏羅紀(jì)玲瓏花崗巖；7—太古宙TTG(含變輝長(zhǎng)巖包體)；8—實(shí)測(cè)及推測(cè)斷層；9—大型、特大型金礦床/中小型金礦床；10—金礦體；11—斷裂帶產(chǎn)狀圖1 膠西北區(qū)域地質(zhì)圖(a)和三山島斷裂帶基巖地質(zhì)圖(b)

1.2 礦床地質(zhì)

三山島金礦床賦存在三山島斷裂帶下盤，上盤基本不見礦，礦體大多緊鄰三山島-倉(cāng)上斷裂主裂面發(fā)育，分布在黃鐵絹英巖化碎裂巖帶內(nèi)，地表斷續(xù)出露。礦體厚度大小不等，厚度1.51～34.48m，平均厚度6.08～14.0m，平均品位(2.57～7.35)×10-6，礦體走向12°～62°，傾向SE，傾角30°～88°，多在40°～50°之間變化，礦體受壓扭性斷裂控制，沿走向或傾向呈板狀或脈狀舒緩波狀起伏延展，膨脹夾縮，分支復(fù)合明顯，局部呈似層狀和透鏡狀；局部可圈定無礦天窗，自新立至三山島存在無礦間隔，無礦間隔長(zhǎng)400～500m。從剖面上看，淺部礦體至深部礦體呈階梯式分布，淺部礦體主要賦存標(biāo)高為-700m以淺，稱之為第一階梯；深部礦體主要賦存標(biāo)高為-1000m～-2000m，稱之為第二階梯；-700m～-1000m標(biāo)高為無礦間隔，其產(chǎn)狀變陡。

三山島金礦①-1號(hào)礦體，礦體呈不對(duì)稱“Z”字型展布，不規(guī)則脈狀產(chǎn)出，常見分支、復(fù)合、膨脹、狹縮及尖滅再現(xiàn)現(xiàn)象。總體走向35°左右，傾向SE，傾角34°～44°。礦體厚度最小0.95m，最大12.08m，一般4.31～6.86m，平均6.65m，厚度變化系數(shù)68.9%，穩(wěn)定程度為穩(wěn)定型(以上是按單工程多層礦累加厚度計(jì)算)。礦體無論沿走向或是沿傾向均不連續(xù)，都有尖滅再現(xiàn)的特點(diǎn)。礦體單樣金品位最高為15.40×10-6(ZK48-2)，單工程金品位(1.74～5.65)×10-6，平均3.25×10-6，品位變化系數(shù)70.6%，分布均勻程度為均勻型(圖2)。

1—第四系；2—變輝長(zhǎng)巖；3—二長(zhǎng)花崗巖；4—黃鐵絹英巖化花崗巖；5—黃鐵絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖；6—黃鐵絹英巖化碎裂巖；7—穿脈；8—鉆孔；9—基點(diǎn)及編號(hào)；10—礦體及編號(hào)圖2 三山島金礦①-1號(hào)礦體聯(lián)合剖面圖

2 樣品制備及測(cè)試

用于40Ar/39Ar同位素測(cè)年的樣品(390mTW1)采自三山島金礦井下-390m中段①-1號(hào)礦體內(nèi)，強(qiáng)烈蝕變的黃鐵絹英巖化礦石。黃鐵絹英巖礦石標(biāo)本樣品(圖3a)，巖石新鮮面呈灰色、灰白色，塊狀構(gòu)造，粒狀結(jié)構(gòu)，巖石發(fā)生強(qiáng)烈的硅化、絹英巖化。顯微鏡下觀察,顯微粒狀片狀變晶結(jié)構(gòu)，變余斑狀結(jié)構(gòu)，組成巖石的礦物成分主要為絹云母、石英和金屬礦物，巖石由于中低溫氣液交代作用，長(zhǎng)石和暗色礦物已全部蝕變?yōu)榻佋颇负褪⒌鹊V物，形成變余斑狀結(jié)構(gòu)。主要礦物有絹云母(30%～35%)、石英(10%～15%)和黃鐵礦(50%～60%)(圖3b)。絹云母，顯微鱗片狀變晶，部分集合體依稀可見斜長(zhǎng)石假象，可能主要為斜長(zhǎng)石的蝕變產(chǎn)物，無色，干涉色較鮮艷，構(gòu)成巖石主體;巖石中的金屬礦物僅見有黃鐵礦，他形—半自形粒狀，最大粒徑可達(dá)1.50mm，不等粒，多呈聚集狀分布于其他礦物間隙中。集合體呈角礫狀構(gòu)造，黃白色，糙面明顯，均質(zhì)性，含量50%。

Qtz—石英；Srt—絹云母；Jsk—金屬礦物圖3 三山島金礦礦石標(biāo)本照片(a)和偏光顯微鏡照片(b)

單礦物絹云母分選工作在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室完成，分離流程為：確定碎樣粒度→漂浮→電磁分離→酸溶分離→電磁分離→重液分離，通過該流程選取的絹云母純度較高，適宜作40Ar/39Ar升溫測(cè)年實(shí)驗(yàn)。

選純的絹云母(純度>99%)用超聲波清洗。清洗后的樣品被封進(jìn)石英瓶中送核反應(yīng)堆中接受中子照射。照射工作是在中國(guó)原子能科學(xué)研究院的“游泳池堆”中進(jìn)行的，使用B4孔道，中子流密度約為2.65×1013ncm-2S-1。照射總時(shí)間為1440min，積分中子通量為2.29×1018ncm-2；同期接受中子照射的還有用做監(jiān)控樣的標(biāo)準(zhǔn)樣ZBH-25黑云母標(biāo)樣，其標(biāo)準(zhǔn)年齡為(132.7±1.2)Ma，K含量為7.6%。

40Ar/39Ar升溫測(cè)年分析是在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所40Ar/39Ar年代學(xué)實(shí)驗(yàn)室的MM1200B質(zhì)譜計(jì)上進(jìn)行的。樣品的階段升溫加熱使用石墨爐，每一個(gè)階段加熱10min，凈化20min。質(zhì)譜分析是在多接收稀有氣體質(zhì)譜儀Helix MC上進(jìn)行的，每個(gè)峰值均采集20組數(shù)據(jù)。所有的數(shù)據(jù)在回歸到時(shí)間零點(diǎn)值后再進(jìn)行質(zhì)量歧視校正、大氣氬校正、空白校正和干擾元素同位素校正。中子照射過程中所產(chǎn)生的干擾同位素校正系數(shù)通過分析照射過的K2SO4和CaF2來獲得，其值為：(36Ar/37Aro)Ca=0.0002398，(40Ar/39Ar)K=0.004782，(39Ar/37Aro)Ca=0.000806。37Ar經(jīng)過放射性衰變校正；40K衰變常數(shù)λ=5.543×10-10a-1；用ArArCALC程序計(jì)算坪年齡及正、反等時(shí)線年齡，坪年齡誤差以2s給出[11-12]。

3 分析結(jié)果

樣品測(cè)試結(jié)果顯示，所有誤差可信區(qū)間為2σ。絹云母經(jīng)過14個(gè)階段的分步加熱,加熱區(qū)間為700～1400℃,其中850～1150℃的溫度范圍，即3～12加熱階段內(nèi),樣品的年齡譜形成平坦的年齡坪,其中39Ar累積量占總釋放量的94.83%,所獲得的坪年齡為(118.35±1.21)Ma(圖4a)。在反等時(shí)線圖上,獲得的年齡為(118.56±1.37)Ma(圖4b),反等時(shí)線年齡在誤差范圍內(nèi)和坪年齡一致,表明坪年齡可信[12-13]，初始Ar同位素組成為285.4±31.1,在誤差范圍內(nèi)與大氣Ar比值(295.5±0.5)基本一致,說明樣品冷卻生成時(shí)沒有捕獲過剩Ar(表1)。

表1 膠東三山島金礦黃鐵絹英巖中絹云母Ar同位素測(cè)定結(jié)果及表面年齡

圖4 三山島金礦黃鐵絹英巖中絹云母樣品40Ar/39Ar年齡譜(a)及反等時(shí)線圖(b)

4 討論

從表1可以看出，從第3階段開始,視年齡基本穩(wěn)定,呈現(xiàn)出一個(gè)連續(xù)的、39Ar累積量占總釋出量94%以上的年齡坪。與黑云母不同,絹云母的晶體結(jié)構(gòu)在真空爐加熱過程中穩(wěn)定,因此其年齡譜反映了Ar同位素在礦物內(nèi)部的分布[13-14]。因此,所測(cè)樣品平坦的年齡譜表明Ar同位素分布穩(wěn)定、均勻,沒有受到后期地質(zhì)作用的擾動(dòng),樣品采自井下開采面上新鮮礦石,所測(cè)年齡值代表了絹云母結(jié)晶冷卻至Ar同位素體系冷卻封閉的時(shí)間。由于熱液蝕變礦物結(jié)晶快，因此通過實(shí)驗(yàn)獲得的40Ar/39Ar年齡能夠代表絹云母的結(jié)晶年齡。

該文將金礦熱液成礦期劃分為黃鐵礦-石英-絹云母、金-石英-黃鐵礦、金-石英-多金屬硫化物、石英-方解石4個(gè)成礦階段。

(1)黃鐵礦-石英-絹云母階段：該階段屬于金成礦的開始階段，以絹英巖或石英-黃鐵礦脈為標(biāo)志。

(2)金-石英-黃鐵礦階段：是主要成礦階段，以絹英巖化蝕變帶內(nèi)的石英-黃鐵礦細(xì)脈、網(wǎng)脈，或者充填于次級(jí)斷裂內(nèi)的含金石英-黃鐵礦脈為特征。

(3)金-石英-多金屬硫化物階段：為重要成礦階段，其礦化特點(diǎn)是以細(xì)脈浸染狀為主，并有細(xì)脈狀充填，穿切Ⅱ階段的石英-黃鐵礦脈，或以細(xì)脈—網(wǎng)脈的形式賦存于浸染狀礦石內(nèi)。

(4)石英-方解石階段：該階段形成石英-方解石脈，多疊加于早階段礦化產(chǎn)物之上，穿切浸染狀礦石內(nèi)的石英-黃鐵礦細(xì)脈或石英-多金屬硫化物脈。該階段沒有發(fā)現(xiàn)金礦物。

結(jié)合井下地質(zhì)現(xiàn)象和標(biāo)本特征，認(rèn)為采集的樣品屬成礦的第二階段，即金-石英-黃鐵礦階段，是區(qū)域內(nèi)主成礦期的產(chǎn)物，用該樣品中的金屬礦物或蝕變礦物定年可以獲得準(zhǔn)確的主成礦期年齡信息。絹云母Ar同位素體系封閉溫度約350℃[15]，使用同一樣品中的石英包裹體測(cè)溫，測(cè)得主成礦期溫度340～360℃(數(shù)據(jù)另行刊發(fā))，而絹云母是在主成礦期形成的，所以絹云母的形成年齡可以代表三山島金礦主成礦期的成礦年齡。該次研究的樣品經(jīng)過40Ar/39Ar分步加熱實(shí)驗(yàn)均形成平坦的年齡坪，等時(shí)線年齡在誤差范圍內(nèi)與坪年齡一致。因此，可以用坪年齡來代表絹云母的形成年齡[16]。從而得出三山島金礦床的成礦年齡為(118.35±1.21)Ma。

表2為前人已做的膠西北地區(qū)金礦床成礦年齡，通過40Ar/39Ar法測(cè)得的金礦成礦年齡在(119.0～121.5)Ma范圍內(nèi)，而三山島金礦，通過Rb-Sr法測(cè)得成礦年齡為(117.6±3.0)Ma，略小于絹云母測(cè)得的成礦年齡。該次實(shí)驗(yàn)獲得金礦成礦年齡為(118.35±1.21)Ma。這一年齡對(duì)三山島金礦成礦年齡的確定具有重要的指導(dǎo)意義。

表2 膠西北地區(qū)金礦床成礦年齡

三山島金礦的直接圍巖為郭家?guī)X殼?；旌息裥突◢弾r，有研究者認(rèn)為郭家?guī)X花崗巖巖體在深部為連通的大巖基。其LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(127±2)Ma[21-27]，該年齡與三山島金礦石黃鐵絹英巖中絹云母獲得的年齡相差9Ma，考慮巖漿在深部侵位的緩慢冷卻效應(yīng)不超過10Ma[28]，三山島金礦黃鐵絹英巖中絹云母的結(jié)晶(熱液蝕變事件)應(yīng)該與郭家?guī)X花崗巖的侵位事件關(guān)系密切。

在三山島金礦深部的西嶺礦區(qū)施工的見礦鉆孔中，礦體發(fā)育在郭家?guī)X斑狀花崗巖中(圖5)，郭家?guī)X斑狀花崗巖發(fā)生強(qiáng)烈的硅化、絹英巖化、黃鐵礦化，且在巖石裂隙中發(fā)育細(xì)脈狀黃鐵礦。初步認(rèn)為郭家?guī)X花崗巖在侵位結(jié)晶后，受同期構(gòu)造作用發(fā)生破碎，期后熱液隨即充填交代前期結(jié)晶破碎的巖石，并在裂隙中充填含金的黃鐵礦細(xì)脈。

圖5 三山島金礦西嶺礦區(qū)郭家?guī)X斑狀花崗質(zhì)蝕變巖巖心照片

綜上所述，鑒于三山島金礦的成礦與郭家?guī)X花崗巖侵位事件關(guān)系密切，通過總結(jié)前人的研究成果，認(rèn)為其成礦模式為在中生代揚(yáng)子、華北板塊碰撞，太平洋板塊向歐亞板塊的俯沖擠壓、深切到上地幔的沂沭斷裂帶大規(guī)模的左行平移以及其后的復(fù)雜活動(dòng)，同時(shí)伴有廣泛構(gòu)造-巖漿熱液事件背景下，在晚侏羅世形成了層狀殼源重熔型玲瓏花崗巖，致使原生礦源層(前寒武紀(jì)變質(zhì)基底巖石)中的金質(zhì)活化、擴(kuò)散、遷移，其析出的高溫堿性熱液溶解金等成礦物質(zhì)形成初始含礦熱液。玲瓏序列花崗巖被稱為金礦成礦的衍生礦源巖系[29]。隨著巖石圈減薄、地幔物質(zhì)上涌。地溫梯度不斷增高，并進(jìn)一步產(chǎn)生大量熱能[30]，導(dǎo)致下地殼重熔或殼幔同熔產(chǎn)生大規(guī)模巖漿侵入活動(dòng)及成礦流體的形成，從而使得巖石圈地幔不斷消耗而減薄。在區(qū)域構(gòu)造作用的影響下，殼幔同熔產(chǎn)生的巖漿侵位結(jié)晶形成郭家?guī)X花崗巖。隨著巖體的隆升，溫度的下降，富含金質(zhì)的多源成礦流體，進(jìn)入構(gòu)造裂隙系統(tǒng)，并和圍巖發(fā)生強(qiáng)烈的蝕變交代，使含礦熱液的礦質(zhì)濃度進(jìn)一步提高，成礦流體在上升過程中因大氣降水的加入，進(jìn)而加速了金質(zhì)的沉淀，形成一系列的金礦床(圖6)[31-39]。

圖6 膠東金礦成礦模式圖

5 結(jié)論

(1)三山島金礦黃鐵絹英巖中絹云母40Ar/39Ar坪年齡為(118.35±1.21)Ma，反等時(shí)線年齡為(118.56±1.37)Ma,該年齡可以認(rèn)為是三山島金礦的成礦年齡。

(2)三山島金礦成礦事件與其圍巖郭家?guī)X花崗巖侵入事件關(guān)系密切。

(3)殼幔同熔產(chǎn)生的巖漿侵位結(jié)晶形成郭家?guī)X花崗巖。隨著巖體的隆升，溫度的下降，富含金質(zhì)的多源成礦流體，進(jìn)入構(gòu)造裂隙系統(tǒng)，并和圍巖發(fā)生強(qiáng)烈的蝕變交代，使含礦熱液的礦質(zhì)濃度進(jìn)一步提高，成礦流體在上升過程中因大氣降水的加入，進(jìn)而加速了金質(zhì)的沉淀，形成一系列的金礦床。

致謝：野外工作得到了三山島金礦床相關(guān)工作人員的幫助和支持;樣品測(cè)試獲得了中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所柯昌輝高級(jí)工程師的幫助，李洪奎研究員對(duì)該文提出了寶貴的修改意見，在此一并表示感謝！