吉林南岔金礦區(qū)頭道溝花崗巖鋯石U-Pb年代學(xué)、地球化學(xué)特征及地質(zhì)意義

崔博 王力 孫豐月 劉金龍 張佳楠 盧寅花 孫渠

摘要：南岔金礦床是吉林南部老嶺金多金屬成礦帶內(nèi)重要的中型金礦床，該礦區(qū)內(nèi)礦體呈似層狀、脈狀和鞍狀，主要賦存于老嶺群珍珠門組與花山組接觸帶附近和蝕變閃長巖中。頭道溝花崗巖侵入珍珠門組大理巖中，分布在礦區(qū)南東側(cè)，呈小巖株?duì)町a(chǎn)出，巖性主要為似斑狀黑云母花崗巖。鋯石U-Pb定年結(jié)果表明，頭道溝花崗巖鋯石加權(quán)平均年齡為120?Ma±1?Ma，表明其結(jié)晶時(shí)代為早白堊世。全巖地球化學(xué)分析結(jié)果表明，頭道溝花崗巖具有富硅，貧MgO、CaO等特點(diǎn);相對(duì)富集K、Ba、Rb等大離子親石元素和Th、U等活潑不相容元素，相對(duì)虧損Nb、Ta、P、Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素;稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線顯示右傾型，具有微弱Eu負(fù)異常，反映源區(qū)有少量斜長石殘留。該巖石屬于高鉀鈣堿性系列向鉀玄巖系列過渡的準(zhǔn)鋁質(zhì)花崗巖，具有Ⅰ型花崗巖特征，推斷巖石可能來源于加厚下地殼的部分熔融，是吉林省南部中生代晚期巖漿活動(dòng)的代表，形成于造山后擠壓向拉張過渡的后碰撞成巖構(gòu)造環(huán)境，與古太平洋板塊俯沖作用有關(guān)，與吉林省南部地區(qū)120?Ma左右的金礦化事件產(chǎn)于同一構(gòu)造體制下。

關(guān)鍵詞：鋯石U-Pb定年;地球化學(xué);頭道溝花崗巖;南岔金礦區(qū);吉林

中圖分類號(hào)：TD11?P618.51文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

文章編號(hào)：1001-1277（2021）02-0009-08doi：10.11792/hj20210203

引?言

南岔金礦床位于吉林省東南部，自中生代以來，該地區(qū)主要受北部古亞洲洋構(gòu)造域及東部環(huán)太平洋構(gòu)造域影響[1]。針對(duì)環(huán)太平洋構(gòu)造域中生代晚期的演化，相關(guān)學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了一系列研究工作，認(rèn)為早白堊世晚期侵入巖主要分布在華北板塊東部及朝鮮半島地區(qū)，巖石類型復(fù)雜，包括輝長巖、閃長巖、Ⅰ型花崗巖、A型花崗巖和堿性巖等。華北地區(qū)廣泛發(fā)育與此同期的火山巖，且具有大規(guī)模金成礦作用[2-3]，而普遍缺少中侏羅世晚期—早白堊世早期的巖漿活動(dòng)記錄，暗示該階段受古太平洋板塊俯沖作用影響較弱[4-5]。

南岔金礦床地處華北板塊北緣東段，隸屬遼吉古元古代活動(dòng)帶，位于老嶺變質(zhì)核雜巖的南西端[6]，是吉林省南部重要的中型金礦床[7]，行政區(qū)劃隸屬于吉林省通化縣，發(fā)現(xiàn)于1988年，研究程度低。頭道溝位于南岔金礦區(qū)東南部，到目前為止，仍缺乏對(duì)頭道溝花崗巖年代學(xué)和巖石地球化學(xué)特征等的系統(tǒng)研究。因此，本次工作對(duì)南岔金礦區(qū)出露的頭道溝花崗巖進(jìn)行鋯石U-Pb年代學(xué)及巖石地球化學(xué)研究，旨在確定其形成時(shí)代，揭示該巖體巖漿來源、構(gòu)造背景及成礦指示意義，并為南岔金礦區(qū)金成礦作用提供一定的研究資料。

1?成礦地質(zhì)概況

南岔金礦床位于古元古代遼吉活動(dòng)帶東段老嶺成礦帶南西端，老嶺成礦帶是一條重要的貴金屬和多金屬成礦帶，成礦條件優(yōu)越[8]。

礦區(qū)出露地層主要為古元古界老嶺群及中生界地層。其中，老嶺群為區(qū)域內(nèi)最主要的賦礦層位，自下而上分為達(dá)臺(tái)山組、珍珠門組、花山組、臨江組及大栗子組，礦區(qū)內(nèi)廣泛分布珍珠門組（Pt1z）與花山組（Pt1h）（見圖1）。區(qū)域內(nèi)多數(shù)礦床產(chǎn)于珍珠門組大理巖和花山組片巖接觸帶附近[8]。

礦區(qū)構(gòu)造發(fā)育，主要有斷裂和變質(zhì)核雜巖構(gòu)造，斷裂主要為韌脆性斷裂，構(gòu)造線總體呈北東向，以荒溝山—南岔S形斷裂為主，該韌脆性斷裂位于珍珠門組大理巖與花山組片巖接觸帶附近，呈30°～40°展布[8]，傾向南東，傾角較陡，斷裂深部有變緩的趨勢(shì)。北西向斷裂是最后一期斷裂，其特征是規(guī)模較大，多沿溝谷分布，走向290°～350°。

礦區(qū)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，巖漿巖分布廣泛，主要為頭道溝花崗巖（γ35）及各類脈巖。頭道溝花崗巖主要分布在礦區(qū)東南部，呈小巖株?duì)钋秩胝渲殚T組大理巖中，巖性為似斑狀黑云母花崗巖。前人測(cè)得花崗巖中黑云母K-Ar年齡為186?Ma[10]，鋯石U-Pb年齡為124.0?Ma±1.6?Ma[11]。區(qū)域上，該期巖漿活動(dòng)與金成礦作用具有密切的時(shí)間和空間聯(lián)系。礦區(qū)脈巖發(fā)育，巖性以閃長巖和霏細(xì)巖為主，其次為花崗閃長巖、花崗斑巖、閃長玢巖和煌斑巖等。

2021年第2期/第42卷??黃金地質(zhì)黃金地質(zhì)??黃?金

2?樣品采集及測(cè)試方法

2.1?樣品采集及巖相學(xué)特征

本次研究的巖石樣品采自南岔金礦區(qū)，共5件，采樣位置見圖1。其中，用于鋯石U-Pb定年的樣品1件，編號(hào)為TDG-N1;用于全巖地球化學(xué)分析的樣品共4件，編號(hào)為TDG-B1—4。

巖石樣品為似斑狀黑云母花崗巖，新鮮面呈淺灰—淺肉紅色，似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物為石英、斜長石、正長石、黑云母（見圖2），以及少量角閃石，副礦物有榍石、鋯石、磷灰石和不透明礦物等。其中，石英呈不規(guī)則粒狀，體積分?jǐn)?shù)約為35?%，粒度0.2～1.0?mm;正長石斑晶呈自形—半自形粒狀，粒度5～10?mm，體積分?jǐn)?shù)約為15?%，卡式雙晶發(fā)育，基質(zhì)體積分?jǐn)?shù)約為5?%，微弱黏土化;斜長石斑晶呈自形—半自形粒狀，粒度0.2～1.0?mm，聚片雙晶發(fā)育，微弱絹云母化，體積分?jǐn)?shù)約為35?%;黑云母體積分?jǐn)?shù)約為5?%，呈片狀，發(fā)育少量綠泥石化，粒度0.2～1.0?mm;角閃石體積分?jǐn)?shù)小于5?%。

Bt—黑云母?Pl—斜長石?Or—正長石?Qz—石英

圖2?頭道溝花崗巖鏡下照片

2.2?測(cè)試方法

鋯石單礦物挑選是由河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所利用標(biāo)準(zhǔn)重礦物分離技術(shù)，在雙目鏡下挑選出晶形較好的鋯石顆粒，將不同礦物粘貼在環(huán)氧樹脂表面，經(jīng)拋光露出鋯石表面，最后進(jìn)行透射光、反射光及陰極發(fā)光（CL）圖像的采集。鋯石U-Pb定年在國土資源部東北亞礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，以國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500為外標(biāo)校正，激光束斑直徑為32?μm，同位素比值及元素含量計(jì)算采用ICP-MS-DATECAL程序[12-13]完成，年齡計(jì)算及諧和圖的繪制采用Isoplot軟件[14]完成，普通Pb校正方法見文獻(xiàn)[15]，詳細(xì)原理和流程見文獻(xiàn)[16]。

樣品全巖地球化學(xué)分析在吉林大學(xué)測(cè)試科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心完成。主量元素采用PW1401/10型X射線熒光光譜儀分析，微量元素及稀土元素采用ICP-MS（Agilent?7500A型）法分析。主量元素分析精度和準(zhǔn)確度優(yōu)于5?%。微量元素與稀土元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于10×10-6時(shí)，分析誤差小于5?%;質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10×10-6時(shí)，分析誤差小于10?%。

3?測(cè)試結(jié)果及分析

3.1?鋯石U-Pb年代學(xué)

頭道溝花崗巖鋯石U-Pb定年結(jié)果見表1，陰極發(fā)光（CL）圖像見圖3，諧和曲線與加權(quán)平均年齡圖見圖4。鋯石自形程度較好，內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰，呈長柱狀，發(fā)育典型巖漿成因的振蕩生長環(huán)帶。w（Th）/w（U）值（0.38～0.91）均大于0.1，表明其為巖漿成因[17]。鋯石206Pb/238U年齡為（119±2）～（121±3）Ma，加權(quán)平均年齡為120?Ma±1?Ma（MSWD=0.92，n=17）。因此，頭道溝花崗巖結(jié)晶年齡為120?Ma±1?Ma，屬于早白堊世巖漿活動(dòng)產(chǎn)物。

3.2?巖石地球化學(xué)特征

3.2.1?主量元素

頭道溝花崗巖主量元素分析結(jié)果及特征值見表2。

頭道溝花崗巖具有富硅（71.63?%～74.63?%），貧MgO（0.14?%～0.47?%）、CaO（0.63?%～1.41?%）等特征，鎂指數(shù)（Mg#）為12.00～25.00。在TAS圖解（見圖5）中，樣品落在花崗巖區(qū)域內(nèi)。鋁指數(shù)（A/CNK）為0.94～0.98，顯示準(zhǔn)鋁質(zhì)Ⅰ型花崗巖特征。在w（SiO2）-w（K2O）圖解（見圖6）中，樣品落在高鉀鈣堿性系列向鉀玄巖系列過渡區(qū)域內(nèi)，表明頭道溝花崗巖屬于高鉀鈣堿性—鉀玄巖系列巖石。

3.2.2?稀土元素和微量元素

頭道溝花崗巖微量元素和稀土元素分析結(jié)果及特征值見表3。

頭道溝花崗巖稀土元素（REE）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為114.24×10-6～170.61×10-6。稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖（見圖7）顯示，曲線明顯右傾，輕、重稀土元素分異明顯。δEu為0.63～0.81，具有弱負(fù)Eu異常，反映源區(qū)有少量斜長石殘留;w（La）N/w（Yb）N值為10.97～14.03，w（LREE）/w（HREE）值為5.40～13.45，表明頭道溝花崗巖富集輕稀土元素，虧損重稀土元素。

從微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖（見圖8）上可以看出，微量元素配分曲線近似一致，顯示同源巖漿演化分異特征，相對(duì)富集大離子親石元素（K、Ba、Rb）和活潑不相容元素（Th、U），相對(duì)虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素（Nb、Ta、P、Ti）。

4?討?論

4.1?巖漿源區(qū)及成因

頭道溝花崗巖w（SiO2）為71.63?%～74.63?%;w（MgO）和Mg#分別為0.14?%～0.47?%、12.00～25.00;w（Na2O）和w（K2O）分別為3.56?%～3.80?%、5.18?%～5.56?%，K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，富集大離子親石元素和輕稀土元素，虧損Nb、Ta、P、Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素，揭示殼源物質(zhì)混染導(dǎo)致高場(chǎng)強(qiáng)元素虧損[20-21]，Nb明顯虧損通常認(rèn)為是俯沖帶火山巖或典型陸殼巖石的標(biāo)志[22];以上特征均反映了頭道溝花崗巖屬于殼源成因巖石[23]。Cr、Ni、Co、Sc和V質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為6.66×10-6～11.53×10-6、2.54×10-6～3.49×10-6、1.14×10-6～2.75×10-6、1.88×10-6～2.48×10-6和3.48×10-6～9.97×10-6，顯示巖石并沒有與地幔發(fā)生相互作用。

頭道溝花崗巖中w（Sr）為58.00×10-6～195.00×10-6（<400×10-6），w（Yb）為1.66×10-6～1.98×10-6（<2×10-6），w（Y）為10.00×10-6～15.00×10-6，δEu為0.63～0.81，張旗等[24]稱之為喜馬拉雅型花崗巖。頭道溝花崗巖極低的Yb和Y含量，表明源區(qū)有石榴子石殘留，貧Sr則表示源區(qū)同時(shí)有斜長石殘留[24-25]。因此，頭道溝花崗巖源區(qū)殘留物組成是石榴子石+斜長石。張旗等[24]認(rèn)為這類低Sr、Yb的花崗巖形成壓力下限與埃達(dá)克巖最低形成壓力一致（>1.0?GPa），形成壓力上限以斜長石的消失為準(zhǔn)，形成壓力上限取決于斜長石的穩(wěn)定范圍，通常不超過1.5?GPa，最高不超過1.7～2.0?GPa[24-25]。綜上認(rèn)為，頭道溝花崗巖形成深度可能不及埃達(dá)克巖的形成深度，是加厚下地殼部分熔融的產(chǎn)物。

4.2?構(gòu)造背景及地質(zhì)意義

頭道溝花崗巖地球化學(xué)特征顯示其為鉀玄巖系列向高鉀鈣堿性系列過渡巖石，LIEGEOIS等[26-28]認(rèn)為該類型巖石主要形成于同碰撞巖石圈加厚之后的伸展垮塌向非造山板內(nèi)的過渡階段。在w（SiO2）-w（Al2O3）圖解（見圖9）和w（SiO2）-w（TFeO）/w（TFeO+MgO）圖解（見圖10）上，頭道溝花崗巖形成于造山后環(huán)境中。在w（Ta+Yb）-w（Rb）圖解（見圖11）和w（Y+Nb）-w（Rb）圖解（見圖12）上，樣品落于后碰撞區(qū)域內(nèi)，代表一種構(gòu)造體制的轉(zhuǎn)變。

結(jié)合區(qū)域前人研究成果，延邊高嶺巖體（～180?Ma）[29]，吉黑地區(qū)棉田、東清、朱敦店、大蒲柴河（～165?Ma）[30]、大黑山、團(tuán)結(jié)溝等地埃達(dá)克巖的發(fā)現(xiàn)[31]，表明東北地區(qū)侏羅紀(jì)可能存在地殼加厚的地質(zhì)現(xiàn)象。對(duì)應(yīng)于此，下地殼（前寒武紀(jì)巖石）發(fā)生熔融形成花崗質(zhì)巖漿，沿碰撞中局部拉張區(qū)上升，于相應(yīng)部位沉淀富集成礦。頭道溝花崗巖具有后碰撞地球化學(xué)特點(diǎn)，形成于加厚地殼的伸展垮塌構(gòu)造環(huán)境中。

早—中侏羅世，古太平洋構(gòu)造體系開始俯沖于歐亞大陸之下[31-32]。早白堊世，強(qiáng)烈的巖漿、構(gòu)造、成礦熱事件和大陸地殼生長等現(xiàn)象標(biāo)志著華北克拉通于早白堊世已經(jīng)失去了穩(wěn)定性，發(fā)生了強(qiáng)烈的去克拉通化作用[33-34]。系統(tǒng)的地球化學(xué)和同位素研究表明，華北早白堊世巖漿巖源區(qū)具有多元性，包括虧損地幔、富集地幔、古老下地殼、新生地殼和淺部地殼，是殼幔強(qiáng)烈相互作用的產(chǎn)物[33，35-36]。與早白堊世大規(guī)模巖漿作用和巨量金成礦作用同期，華北板塊東部廣泛發(fā)育大量變質(zhì)核雜巖[37]和伸展盆地[38]，變質(zhì)核雜巖通常標(biāo)志著中下地殼物質(zhì)被抬升至地殼淺部，這也意味著早白堊世華北板塊東部發(fā)生了北西向強(qiáng)烈伸展作用[39]。

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)背景，華北板塊中生代早—中期表現(xiàn)為擠壓作用，晚期表現(xiàn)為拉張作用。華北板塊內(nèi)脈狀金礦體主要形成于陸塊活化階段，其總的構(gòu)造背景可概括為由擠壓、碰撞作用晚期或期后向伸展構(gòu)造的轉(zhuǎn)變時(shí)期[40]。結(jié)合前文研究，頭道溝花崗巖與金礦化具有密切的時(shí)空聯(lián)系，花崗巖起源于加厚下地殼的部分熔融，形成于燕山晚期擠壓向拉張過渡的后碰撞伸展作用構(gòu)造環(huán)境中，這一強(qiáng)烈的后碰撞伸展背景為含金流體向上運(yùn)移提供了必要的熱力學(xué)條件和動(dòng)力學(xué)條件。

5?結(jié)?論

1）南岔金礦區(qū)頭道溝花崗巖鋯石加權(quán)平均年齡為120?Ma±1?Ma，表明其形成時(shí)代為早白堊世，是吉林省南部地區(qū)晚期巖漿活動(dòng)產(chǎn)物。

2）頭道溝花崗巖屬于高鉀鈣堿性系列向鉀玄巖系列過渡的準(zhǔn)鋁質(zhì)花崗巖，具有Ⅰ型花崗巖特征，推斷其為加厚下地殼部分熔融產(chǎn)物。

3）頭道溝花崗巖與金礦化具有密切的時(shí)空聯(lián)系，巖石形成于擠壓向拉張過渡的后碰撞成巖構(gòu)造環(huán)境，與古太平洋板塊俯沖作用有關(guān)，與吉林省南部120?Ma左右的金礦化事件產(chǎn)于同一構(gòu)造體制下。

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