Age and geochemistry of amphibolite in Shuangsheng area eastern Inner Mongolia New evidence from the Paleoproterozoic basement of Bainaimiao island arc
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摘要:
白乃庙岛弧位于兴蒙造山带南缘，是研究古亚洲洋早古生代地质的重要单元，其基底属性存在争议。在内蒙古东部阿鲁科尔沁旗附近开展地质调查过程中，在双胜地区发现了一套古元古代变质杂岩，为白乃庙岛弧基底属性研究提供了新素材。对该杂岩中的斜长角闪岩进行岩相学、年代学和地球化学研究。该斜长角闪岩原岩属于辉长岩类，至少经历了2期变质作用，LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄研究表明变质年龄为1924±17 Ma和1814.2±9.4 Ma。地球化学研究显示，该岩石原岩属拉斑玄武岩系列，具有富铁、镁、钙、钛，贫碱，高Na2O/K2O（2.05~3.12），中等Mg#值（41.09~51.71）等特征，稀土和微量元素曲线特征与洋岛玄武岩相似，推测其来源于岩石圈地幔，形成于大洋板内背景。双胜地区变质杂岩可能记录了古元古代哥伦比亚超大陆聚合过程中的洋陆转化事件。结合区域资料，推测白乃庙岛弧具有统一的前寒武纪基底，与华北克拉通具有极好的构造亲缘性。
Abstract:Located on the south margin of the Xing'an-Mongolian orogenic belt, Bainaimiao arc is an important part for studying the early Paleozoic geology of the Paleo-Asian Ocean, but its basement property is still controversial.During the geological survey in Ar Horqin Banner, eastern Inner Mongolia, the authors discovered a set of Paleoproterozoic metamorphic complexes in Shuangsheng area, which provides new evidence for the study of the basement property of Bainaimiao arc.In this paper, amphibolite in the metamorphic complex was studied in the aspects of petrography, geochronology and geochemistry.The results show that the protolith of the amphibolite belongs to gabbronite, and had undergone at least two stages of metamorphism at 1924±17 Ma和1814.2±9.4 Ma respectively.Geochemical features show that the protolith of the amphibolite belongs to tholeiitic series, characterized by relatively high Fe, Mg, Ca, Ti, and Na2O/K2O(2.05~3.12), medium Mg#(41.09~51.71), and relatively low alkali, with curve characteristics of rare earth and trace elements similar to those of OIB, suggesting that the protolith originated from lithosphere mantle and was formed in ocean intraplate.The metamorphic complex from Shuangsheng area may have recorded the event of ocean-continent transformation during the assembly of the Columbia supercontinent in the Paleoproterozoic.Combined with regional data, it is concluded that Bainaimiao arc had a uniform Precambrian basement, which had tectonic affinity to the North China Craton definitely.
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Keywords:
- Xing'an-Mongolian orogenic belt /
- Paleoproterozoic /
- amphibolite /
- Shuangsheng area /
- Bainaimiao arc
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车渡金矿床地处扬子板块、秦岭及松潘-甘孜褶皱带的结合部，属于碧口地块的重要组成部分，空间上位于阳平关-勉略大断裂带北侧，区域上金矿资源十分丰富[1-2]。早期研究认为, 车渡金矿床是与印支期韧性剪切作用有关、多期热液叠加富集的金矿床；而构造变形引发的碧口群火山岩动力分异作用形成了动力变质热液，是金矿成矿流体的主要来源之一；韧性剪切带内碎裂石英岩等脆性地质体是重要的成矿载体，为含矿组分的富集沉淀提供了有利场所；而后期多次构造活动对矿体进行了破坏，使矿体形态多变[3]。但是，对于车渡金矿床的认识仅局限于韧性剪切带控矿，对BIF型（条带状含铁建造型）金矿体尚未识别。本文以车渡金矿床为研究对象，结合对该金矿床的勘查认识，厘定了车渡金矿床中BIF型金矿体，分析了BIF型和强硅化蚀变岩型金矿体的成因，为后期车渡金矿床找矿勘查思路的转变提供参考。
1. 矿区地质背景
车渡金矿床位于扬子地台北缘秦岭多金属成矿带之“勉、略、宁”成矿亚带南缘，大地构造位置处于扬子板块、秦岭及松潘-甘孜褶皱带的结合部[1]，属于碧口地块的重要组成部分。车渡金矿床赋存于阳平关大断裂以北的中—新元古界碧口群（Pt2-3bk）火山岩中。区域出露的中—新元古界碧口群火山岩展布于阳平关-勉县深大断裂北西侧，呈北东东—南西西向展布，形成于大陆裂谷环境，是裂谷拉张速度较快时火山作用的产物，为一套巨厚的海相陆源碎屑-火山碎屑沉积岩系。根据前人获得的同位素数据，碧口群同位素年龄值介于1611~ 764Ma之间，为中—新元古代的产物[4-6]。按其岩性组合特征可分为4个亚群，其中第二亚群（Pt2-3bk2）以酸性火山碎屑岩和中基性火山熔岩组成的变质岩为主，普遍伴随铜、金矿化发育[7]。
区域上，碧口群呈北东东—南西西向延展，新元古代晚期—中生代经历了多期次构造变形，主要有早期与板块俯中碰撞相关的紧闭同斜倒转褶皱变形、晚期大型逆冲型韧性剪切变形及随后的左行走滑型脆韧性剪切变形[1]。碧口群韧性剪切带主要是沿早期地层层理或构造片理发育的顺层韧性变形带，剪切面理产状主体与地层层理产状一致，发育较多的典型韧形变形构造，如剪切透镜体、剪切褶皱、旋转碎斑系等韧性变形构造。区域上金矿资源丰富，已发现青木川[8]、广平镇、玉泉坝、小燕子沟[9-10]、金厂沟[11]、旧房梁[12]、八海、关口垭、燕子砭、太阳岭、阳平关、车渡等金矿床（点）近20处（图 1），与区域中—新元古界碧口群及中酸性-中基性火山岩有关的韧性剪切带具有成因联系，属于北缘秦岭多金属成矿带之“勉、略、宁”成矿亚带的重要组成部分，显示出巨大的找金潜力。
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图 1 研究区大地构造位置图（a，据参考文献[1]修改）和区域地质矿产略图（b）1—地质界线；2—不整合面；3—断裂破碎带；4—金矿床；Z2-S1-2—古生界；Pt3bh—新元古界横单群；Pt2-3bk23—中-新元古界碧口群二亚群三岩组；Pt2-3bk22—中-新元古界碧口群二亚群二岩组；γ—酸性侵入岩Figure 1. Geotectonic location map of the study area (a) and regional geological mineral map (b)2. 矿床地质特征
2.1 矿体特征
车渡金矿床赋存于区域性阳平关-勉县深大断裂带北侧的次级韧-脆性剪切带中，共圈定出金矿化蚀变带2条，编号为AuⅠ和AuⅡ蚀变带（图 2）。
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图 2 车渡金矿床地质简图1—地质界线；2—断裂破碎带；3—金矿体及编号；4—样品采集位置；S1-2—古生界；Pt2-3bk23—中-新元古界碧口群二亚群三岩组；Pt2-3bk22—中-新元古界碧口群二亚群二岩组Figure 2. Simplified geological map of the Chedu gold depositAuⅠ蚀变带为车渡金矿床目前已发现规模最大的含金蚀变带，产于阳平关-勉县深大断裂带北侧次级韧-脆性剪切带中，含矿围岩为中—新元古界碧口群二亚群，为磁铁石英岩型金矿石，属于BIF型金矿，伴生有Fe、Ag、Cu矿化，近矿围岩蚀变为磁铁矿化、硅化、褐铁矿化（黄铁矿化）、碳酸盐化。AuⅠ蚀变带呈北东东向展布，走向上具有膨胀狭缩现象，最宽可达6m，共圈定4条金矿体，其特征见表 1。
表 1 车渡金矿体特征Table 1. List of characteristics of the Chedu gold deposit矿体编号 赋矿岩石 矿体规模 矿体产状 平均品位/(g.t-1) 蚀变组合 控制长/m 平均厚/m 控制斜深/m 倾向/° 倾角/° AuⅠ-1-1 磁铁石英岩 720 1.59 90 350~15 43~72 6.14 褐（黄）铁矿化、磁铁矿化、孔雀石化、碳酸盐化 AuⅠ-1-2 磁铁石英岩 280 0.82 53 0~15 66~73 1.75 弱褐(黄)铁矿磁化、铁矿化、碳酸盐化 AuⅠ-1-3 磁铁石英岩岩 1400 1.35 30 320~350 66~73 3.14 褐（黄）铁矿磁化、铁矿化、碳酸盐化 AuⅠ-2 磁铁石英岩 1200 1.23 88 350~15 40~71 2.58 褐（黄）铁矿磁化、铁矿化、碳酸盐化 AuⅡ-1 强硅化蚀变岩 160 1.75 40 352 83 1.97 硅化、褐铁矿化、黄铁矿化 AuⅡ-2 强硅化蚀变岩 400 0.84 40 352 83 1.68 硅化、褐铁矿化、黄铁矿化、弱磁铁矿化 AuⅡ蚀变带位于AuⅠ蚀变带北西侧，二者呈平行带状产出，也赋存于阳平关-勉县深大断裂带北侧次级韧-脆性剪切带中，矿化蚀变以硅化为主，褐铁矿化（黄铁矿化）次之；AuⅡ蚀变带呈北东东向展布，走向东西长约2000m，南北宽20~120m，圈定2条金矿体，分别为AuⅡ-1和AuⅡ-2（表 1）。
从表 1可以看出，车渡金矿体均受北东东向韧脆性剪切带控制，赋矿岩性均为蚀变火山岩，为强硅化蚀变岩型金矿石，对矿化富集具有选择性，表现出构造-石英岩双重控制的特点，与区域中生代逆冲推覆作用形成的韧性剪切作用具有成因联系。结合地质勘查、钻探及物探测深工作，认为后期构造活动对矿体形态改造较大，主要表现为在多次推覆剪切作用下形成的一系列褶皱，造成矿体在倾向上多次重复出露，局部地段在走向及倾向上均具有膨胀狭缩的特征。
2.2 金矿石特征
车渡金矿床的成因可分为2类，BIF型金矿和蚀变岩型金矿。根据矿床成因的差异，金矿石可分为2类：①磁铁石英岩金矿石，灰黑色，微-细粒结构，条带状构造（图版Ⅰ-a）；磁铁矿呈条带状分布，自形程度较高，多呈正方形，粒径小于0.40mm，含量为35%（图版Ⅰ-b）；石英呈条带状分布，受后期变质作用发生重结晶，粒径0.05~0.1mm，含量约为50%；次生褐铁矿呈粒状，粒径0.1~0.2mm，含量约8%；绿泥石含量约5%，偶见方铅矿、黄铜矿（图版Ⅰ-c）。②蚀变火山岩型金矿石，土黄色，变余凝灰结构，块状构造，主要蚀变为硅化，其次为褐铁矿化（黄铁矿化）（图版Ⅰ-d）；矿石主要由石英、凝灰质团块、褐铁矿、黄铁矿、闪锌矿、绿泥石、方解石等组成（图版Ⅰ-e、f）；黄铁矿大小多在0.01~0.2mm之间，后期者为集合体状，呈条纹状集中，褐铁矿化强烈。
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图版Ⅰa.BIF型金矿石（磁铁石英岩型金矿石）；b.磁铁石英岩微观照片；c.磁铁石英岩型金矿石微观照片；d.强硅化蚀变岩型金矿石；e.强硅化蚀变岩型金矿石微观照片；f.强硅化蚀变岩型金矿石中的闪锌矿图版Ⅰ.3. 地球化学特征
为了研究陕西南沙河车渡金矿床的成因，本文选取6件样品进行测试，其中岩石地球化学样品4件（赋矿围岩和赋矿岩石样品各2件），氢氧同位素样品2件。
3.1 样品选择及测试
本次在车渡金矿区采集2件玄武质火山凝灰岩（赋矿围岩）和2件磁铁石英型金矿石样品，送至中陕核工业集团综合分析测试中心进行主量、微量元素测试工作，实验结果见表 2。本文主量元素分析方法：称取0.5000±0.0001g岩石粉末样品和4.0000± 0.0 001g Li2B2O7，混合均匀后在高频熔样机熔成玻璃片，然后用XRF仪器测定。微量、稀土元素分析方法：称取约0.040g岩石粉末样品加酸溶解，蒸干再加入适量HNO3和HF，放入烘箱中在185℃消解48h，蒸干后再加入HNO3和HF，然后用40%HNO3提取，稀释后用ICP-MS（USA Thermo Electron Co. X7型）测试。
表 2 车渡金矿岩石样品主量、微量和稀土元素含量Table 2. Major, trace and rare earth elements of samples in the Chedu gold deposit样品号 SiO2 Al2O3 TFe2O3 K2O Na2O MgO MnO CaO TiO2 P2O5 SO3 烧失量 Ba Hf Nb Rb Sr Ta Th U Zr Y La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu CD301-1 45.17 13.27 14.98 0.31 3.57 3.59 0.19 6.2 3.78 0.4 〈0.01 8.06 138 3.62 2.84 8.32 21 0.15 0.7 0.23 33.4 13.4 7.78 17 2.67 10.1 2.8 0.62 2.45 0.4 2.85 0.49 1.45 0.19 1.74 0.27 CD301-5 48.15 13.77 11.34 0.26 4.04 5.51 0.21 6.62 1.01 0.08 0.5 8.16 61.1 1.87 1.03 3.73 22.3 0.1 0.25 0.23 13.9 12.6 4.91 9.66 1.62 5.6 1.75 0.36 1.57 0.26 2.15 0.41 1.31 0.19 1.75 0.28 CD1-7 84.97 1.95 4.86 0.25 0.24 0.56 0.21 3.52 0.13 0.03 < 0.01 3.4 83.3 13.2 23 5.34 111 1.04 1.18 0.49 214 30.9 20.7 46.8 6.65 31.6 8.15 2.52 8 1.37 7.74 1.42 3.72 0.46 2.64 0.36 CD1-1 53.41 0.9 41.99 0.16 0.01 0.24 0.57 0.69 0.03 0.41 < 0.01 0.93 28.8 2.41 4.99 8.28 46.6 0.36 0.28 0.26 54.1 17.9 3.9 9.2 1.46 7.83 2.56 0.83 2.91 0.61 3.97 0.82 2.47 0.34 2.13 0.3 注：CD301-1、CD301-5为玄武质火山凝灰岩样品，CD1-7、CD1-1为磁铁石英岩金矿石样品。主量元素含量单位为%，微量和稀土元素含量单位为10-6 本次采集2件具有代表性的磁铁石英岩金矿石样品，进行氢氧同位素分析。其中，石英单矿物的挑选在廊坊地质服务有限公司完成，氢、氧同位素分析测试在中核北京地质研究院稳定同位素实验室完成。
3.2 玄武质火山凝灰岩特征
玄武质火山凝灰岩的SiO2含量为47.47%~ 52.72%，平均值为49.48%；Al2O3含量为13.52%~ 18.99%，平均值为16.97%；TFe2O3含量为10.36%~ 15.93%，平均值为11.95%；CaO含量为5.83%~ 13.54%，平均值为8.27%；Na2O含量为2.65%~ 4.32%，平均值为3.20%；K2O含量为0.26%~2.11%，平均值为0.87%；Mg#值为38.94~55.37，平均值为45.83。研究区玄武质凝灰岩样品的Mg#值较低，暗示玄武质岩浆不是原生玄武岩浆，而是经过演化的分异岩浆。2件样品在TAS图解中均落入粗面玄武岩区域，且位于碱性范围（图 3-a）；在SiO2-K2O（图 3-b）图解中，落入低钾拉斑系列与钙碱性系列的交汇部位。
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图 3 玄武质火山凝灰岩TAS（a）和SiO2-K2O图解（b）Pc—苦橄玄武岩；B—玄武岩；O1—玄武安山岩；O2—安山岩；O3—英安岩；R—流纹岩；S1—粗面玄武岩；S2-玄武质粗面安山岩；S3—粗面安山岩；T—粗面岩、粗面英安岩；F—副长石岩；U1—碱玄岩、碧玄岩；U2—响岩质碱玄岩；U3—碱玄质响岩；Ph—响岩Ir—Irvine分界线，上方为碱性，下方为亚碱性Figure 3. TAS (a) and SiO2-K2O (b) diagrams of basaltic volcanic tuff玄武质火山凝灰岩的稀土元素含量见表 2。样品的稀土元素总量变化范围较小，介于65×10-6~ 155×10-6之间，平均值为108×10-6，总体上稀土元素含量较低。轻、重稀土元素比值介于1.59~2.70之间，平均值为2.17，暗示稀土元素分馏不明显，重稀土元素相对亏损。δEu值为0.64~1.47（平均值1.04），具中等负Eu异常和正Eu异常；δCe值为0.89~1.01（平均值0.96），具较弱的Ce异常。在大洋中脊标准化微量元素蛛网图（图 4-a）和球粒陨石标准化稀土元素配分模式图（图 4-b）中，样品形态略有差异，但总体变化趋势一致，具Sr、Ba、Rb、Ce、P、Sm相对富集，Ta、Nb、Zr、Hf、Ti相对亏损的特征，反映车渡金矿床中玄武质火山凝灰岩具有钙碱性火山弧玄武岩特点。
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图 4 大洋中脊玄武岩标准化微量元素蛛网图（a）和球粒陨石标准化稀土元素配分模式图（b）（标准化值据参考文献[13]）Figure 4. MORB normalized trace element cobweb diagrams (a) and chondrite-normalized REE patterns (b)在Hf/3-Th-Nb/16图解（图 5-a）和Hf/3-ThTa图解（图 5-b）中，样品点均落入N型洋脊玄武岩区，指示车渡金矿床中玄武质火山凝灰岩形成于大洋中脊环境。
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图 5 玄武质火山凝灰岩Hf/3-Th-Nb/16（a）和Hf/3-Th-Ta（b）图解A—N型洋脊玄武岩；B—富集型洋脊玄武岩+板内拉斑玄武岩；C—板内碱性玄武岩；D—岛弧拉斑玄武岩+岛弧钙碱性玄武岩；IAT—火山弧型玄武岩Figure 5. Hf/3-Th-Nb/16 (a) and Hf/3-Th-Ta (b) diagrams of basalt tuff3.3 含金磁铁石英岩特征
含金磁铁石英岩型金矿石SiO2含量在53.41%~84.97%之间，平均值为69.19%；Fe2O3含量在4.86%~41.99%之间，平均值为23.43%；二者占氧化物组分的89.83%~95.4%。A12O3含量介于0.9%~1.95%之间，平均值为1.43%；MgO含量介于0.24%~0.56%之间，平均值为0.40%；CaO含量介于0.63%~3.52%之间，平均值为2.11%；磁铁石英岩除铁的氧化物外，其他氧化物组分含量均很低，表明大陆碎屑物质极少。
含金磁铁石英岩稀土元素总量（REE+Y）为44.4 × 10- 6~64.2 × 10-6，平均值为54.32 × 10-6。在MORB标准化微量元素蛛网图上，含金磁铁石英岩型金矿石大离子亲石元素Rb、Ba、Th，高场强Hf、Sm正异常，Nb、Ta、Ti负异常（图 6-a）；在PAAS标准化稀土元素配分图上，配分曲线左倾，(La/Yb)PAAS= 0.21~0.33，显示金矿石重稀土元素富集的特征（图 6-b）；具有轻微的正Eu异常（Eu/Eu*=1.01~1.12）与正Y异常（Y/Y* =0.90~1.07）；海水的Y/Ho值为44~74，且随着深度增加而减小；陆地岩石与球粒陨石的Y/Ho值为26；洋中脊高温热液的Y/Ho值为28~39；含金磁铁石英岩的Y/Ho值为27.44~ 31.14，平均值为29.29，与洋中脊高温热液相似[14]。
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图 6 大洋中脊玄武岩标准化微量元素蛛网图（a）和PAAS标准化稀土元素配分模式图（b）（标准化值据参考文献[13]）Figure 6. MORB normalized trace element cobweb diagram (a) and PAAS normalized REE patterns (b)3.4 单颗粒磁铁矿成分
本次对矿区内条带状磁铁石英岩金矿石中的单颗粒磁铁矿进行电子探针分析，对磁铁矿的成因类型进行探讨。单颗粒磁铁矿中SiO2含量为0%~ 0.484%，平均值为0.797%；TFeO含量为91.180%~ 94.299%，平均值为93.284%；Al2O3含量为0%~ 0.077%，平均值为0.171%；TiO2含量为0%~0.067%，平均值为0.010%；MgO含量为0%~0.063%，平均值为0.010%；MnO含量为0%~0.087%，平均值为0.011%；V2O3含量为0.321%~0.468%，平均值为0.375%；AuO含量为0%~0.105%，平均值为0.026%，代表磁铁矿内可能存在次显微金。
Nadoll等[15]认为，BIF型矿床中的磁铁矿具有低Al、Ti、V、Mn、Cr、Co、Ni、Ga、Sn的特征；Dupuis等[16]统计了世界上不同成因类型矿床中磁铁矿组分特征，认为较其他类型的磁铁矿，BIF型铁矿中的磁铁矿具有很低的TiO2、MgO、A12O3、MnO含量。车渡金矿磁铁石英岩磁铁矿单矿物中TFeO占氧化物的98.90%~99.87%，平均值为99.59%，且其他氧化物含量均非常低，暗示车渡磁铁石英岩金矿石中条带状磁铁矿属于沉积变质型成因，即BIF型金矿床。对于磁铁矿的标型特征，国内学者常采用陈光远等[17]的TiO2-Al2O3-MgO三角图解。以上方法是将电子探针对单颗粒磁铁矿成分分析结果投影于三角图解中，以判别磁铁矿成因。从图 7-a可以看出，磁铁矿数据点落入沉积变质-接触交代区，从图 7-b可以看出，磁铁矿数据点落入沉积变质型区域。综合认为，车渡金矿区中条带状磁铁石英岩为沉积变质成因。
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图 7 车渡金矿磁铁矿TiO2-Al2O3-MgO（a）和TiO2-Al2O3-(MgO+MnO)（b）图解a：Ⅰ—沉积变质—接触交代区；Ⅱa—超基性—基性—中性岩浆区；Ⅱb—酸性—碱性岩浆区。b：Ⅰ—副矿物型；Ⅱ—岩浆型；Ⅲ—火山岩型（玢岩型）；Ⅳ—接触交代热液型；Ⅴ—矽卡岩型；Ⅵ—沉积变质型Figure 7. TiO2-Al2O3-MgO (a) and TiO2-Al2O3-(MgO+MnO) (b) diagrams of magnetite in the Chedu gold deposit3.5 磁铁矿与金的关系
通过电子探针和扫描电镜分析，在磁铁矿中发现了包裹的银金矿和碲金矿（图 8）。但磁铁矿是否作为磁铁石英岩型金矿石的主要载金矿物，仍需进一步讨论。本文引用二一四大队在TCⅠ0801中采集的金矿石样品化学分析结果（图 9）。可见，虽然金的品位与铁的含量不呈严格的正比关系，但具明显的正比变化趋势（图 9）。由此认为，磁铁矿是磁铁石英岩型金矿石的主要载金矿物。
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图 9 车渡金矿磁铁矿石英岩金矿石TFe-Au关系图Figure 9. Diagram of quartzite gold ore TFe-Au in the Chedu gold deposit3.6 氢氧同位素特征
本次采集的2件磁铁石英岩型金矿石的氢氧同位素分析结果见表 3。其δ18O范围为16.4‰~ 16.6‰，平均值为16.5‰；石英δ18O值较集中，证明其物质来源单一。车渡金矿床中磁铁石英岩的δ18O范围与鞍山—本溪地区BIF型铁矿氧同位素数值相近[19-20]，与世界上阿尔戈马型BIF的δ18O范围（8.1‰~21.5‰）一致[21]，显示热水成因硅质岩的特征[20-22]。应用δ18O水=δ18O石英-1000lnαQ-W，1000lnαQ-W= 3.38 × 106T- 2- 3.4公式[18]，计算出的δ18O水值为12.34‰~12.45‰，平均值为12.40‰。δD值为-112.6‰~-103.5‰，平均值为-108.05‰。与鞍山—本溪地区BIF型铁矿的δD值变化范围（-129‰~-75‰）一致，并认为鞍山—本溪地区BIF型铁矿床的形成可能经历了不同的地质热事件，矿床的形成受后期热液作用的影响，尤其是构造条件是铁质活化、迁移和富集的重要条件[20]。车渡金矿磁铁石英岩中石英单矿物的δ18O水、δD值的投点位置在鞍山—本溪地区BIF型铁矿石英单矿物的δD的投点位置范围（图 10）。此外，车渡金矿床的形成受后期构造控制明显，产于阳平关-勉县深大断裂带北侧次级韧-脆性剪切带中，与鞍—本溪地区BIF型铁矿床具有相似的控矿特征。因此，笔者认为车渡含金磁铁石英岩中石英矿物具有BIF特征。
表 3 车渡金矿磁铁石英岩中石英单矿物氢氧同位素值Table 3. The hydrogen and oxygen isotope values of quartz single mineral in magnetite quartz rock of the Chedu gold deposit岩石 单矿物 δD/‰ δ18O石英/‰ 温度/℃ δ18O水‰ 磁铁石英岩 石英 -112.6 16.6 396 12.45 磁铁石英岩 石英 -103.5 16.4 400 12.34 注：δ18O水=δ18O石英-1000lnαQ-W, 1000lnαQ-W =3.38×106T-2-3.4[18] ![]()
图 10 车渡金矿主成矿阶段流体δ18O水-δD组成Figure 10. The composition of fluid δ18Owater-δD in the main metallogenic stage of the Chedu gold deposit4. 讨论
4.1 磁铁矿包裹金的研究意义
载金矿物特征的研究可以解释区域金成矿作用，反映区域成矿地质背景条件、成矿机理、矿床成因等信息[23]。国内外地质工作者[24-27]对100多个不同类型（包括绿岩带型、浅变质碎屑岩型、沉积岩型、火山岩型和侵入岩内外接触带型）金矿床统计显示，载金矿物涉及硫化物及其类似化合物、硅酸盐、碳酸盐和硫酸盐类矿物。与磁铁矿关系密切的条带状硅铁建造（BIF）型金矿，金矿往往产在氧化物相铁建造中的硫化物相部分，载金矿物也主要为黄铁矿、石英碳酸岩及绿泥石[28]，仅发现少量以磁铁矿为载金矿物的裂隙金、粒间金，是后期还原性含金热液侵入在磁铁矿裂隙中富集成矿的结果[18, 29]。综上所述，无论BIF铁矿还是其他类型金矿的形成都与还原性的富硫、富硅的含金热液密切相关，都未在磁铁矿中发现包裹金和次显微金。车渡金矿磁铁矿包裹金的发现，证明金是在稍早或同时于磁铁矿结晶时形成，对BIF型金矿的成因机理研究具有重大意义，证明在BIF型铁矿沉积的低氧和缺氧环境[30]，金可以沉积富集成矿。
4.2 矿床成因
4.2.1 磁铁石英岩型金矿成因
从矿石结构看，矿石具有明显的前寒武纪条带状硅铁建造的特征，初步认为该矿石为BIF型金矿。从载金矿物特征看，磁铁矿单矿物的化学成分具有典型的沉积-变质型磁铁矿特征，石英氢氧同位素特征与鞍山—本溪地区BIF型铁矿氧同位素数值相近。根据这些特征可以判定，车渡金矿磁铁石英岩型金矿床为BIF型金矿。但是，车渡金矿磁铁矿单矿物V2O3的平均值为0.375%，较Dupuis等[16]总结的BIF铁矿的V2O3值高一个数量级，可能代表BIF型含金磁铁矿与不含金磁铁矿的差异，其原因有待进一步研究。
4.2.2 强硅化蚀变岩型金矿成因
据区域构造演化分析，印支期华北和扬子板块发生大范围的拼合碰撞，构造变形引发的动力分异作用形成的动力变质热液，是碧口地区金矿床的主要成矿流体来源之一。中生代大面积的逆冲推覆构造造成了大范围的韧性变形，在韧性变形构造动力分异作用下形成大量的含金热液，并沿韧性剪切带向上运移，逐渐集中在相对封闭的韧脆性或脆性裂隙中，发生Au元素的沉淀与富集，形成与韧性剪切带关系密切的蚀变岩型金矿床，其成矿演化与构造演化吻合。含矿热液与构造破碎带中围岩发生化学交代反应形成蚀变岩矿体[31-33]。
4.3 车渡金矿勘查建议
车渡金矿床中BIF型金矿和强硅化蚀变岩型金矿的识别，有助于勘查思路的转变。BIF型金矿石为沉积变质成因，且形成时代较早（1611~764Ma），中生代断裂构造对该类型矿体具破坏作用，因此，在勘查过程中应注重电法、磁法等综合方法的利用；强硅化蚀变岩型金矿形成于中生代，与区域逆冲推覆构造关系密切，而近东西向断裂构造（印支晚期—燕山期）为成矿流体提供了运移通道和成矿空间，在后期找矿勘查过程中应加强韧性剪切带控矿的研究工作。
5. 结论
（1）沙河地区车渡金矿床中玄武质火山凝灰岩为低钾钙碱性岩石，具较低的Mg#值，相对富集Sr、Ba、Rb、Ce、P、Sm元素，Ta、Nb、Zr、Hf、Ti相对亏损的特征，反映车渡金矿床中玄武质火山凝灰岩具钙碱性火山弧玄武岩特点。
（2）含金磁铁石英岩型金矿石中SiO2和Fe2O3含量高，可达氧化物组分的89.83%~95.4%，其他氧化物组分含量均很低，表明大陆碎屑物质加入极少。
（3）单颗粒磁铁矿成分分析显示，车渡含金磁铁石英岩中磁铁矿具有高的TFeO（平均值99.59%）含量和极低的TiO2、MgO、A12O3、MnO含量，指示车渡磁铁石英岩金矿石中条带状磁铁矿属于沉积变质型成因，即BIF型金矿床。
（4）含金磁铁石英岩型金矿石的氢氧同位素显示，样品中δ18O水值为12.34‰~12.45‰（平均值12.40‰），δD值为- 112.6‰~- 103.5‰（平均值-108.05‰），与鞍—本溪地区BIF型铁矿δD变化范围（-129‰~-75‰）一致，暗示车渡含金磁铁石英岩中石英矿物具有BIF特征。
（5）车渡金矿床具有2种成因类型，一是与中生代逆冲推覆构造形成的韧性剪切带有关的强硅化蚀变岩型金矿；二是与中—新元古界碧口岩群二亚群火山凝灰岩有关的BIF型金矿。
致谢: 测试分析过程中得到中国地质科学院地质所深地动力学实验室、河北省廊坊市宇恒矿岩技术服务有限公司和自然资源部东北矿产资源监督检测中心等相关单位和个人的大力支持与帮助；成文过程中得到中国地质调查局沈阳地质调查中心付俊彧和杨晓平教授级高工的指导和帮助；审稿专家对本文提出了宝贵的建议，在此表示最诚挚的谢意。 -
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图 1 研究区地质简图及采样位置剖面
a—中亚地区构造简图(据参考文献[9]修改)；b—兴蒙造山带东部构造简图(据参考文献[14]修改)；c—双胜地区地质简图；d—采样位置剖面图; (1)—斜长角闪岩；(2)—透辉石碎斑岩；(3)—变粉晶灰岩；(4)—含透辉石硅灰石大理岩；(5)—变玄武岩；(6)—斜长角闪岩；(7)—长石石英岩；(8)—闪长玢岩；(9)—斜长辉岩；(10)—辉石岩；(11)—透辉钾长变粒岩；(12)—变微晶闪长岩；(13)—含阳起黑云母绿泥石透辉石岩；(14)—含镁橄榄石白云石大理岩；(15)—黝帘石透辉石岩；(16)—含石榴石蛇纹石大理岩；(17)—变玄武岩(阳起片岩)；(18)斜长角闪岩；(19)—黑云钾长变粒岩
Figure 1. Geological sketch map of the study area and profile of sampling sites
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图 2 双胜地区斜长角闪岩岩貌(a)及显微特征(b)
Amp—角闪岩；Pl—斜长石
Figure 2. The outcrop(a)and microscopic characteristics(b)of the amphibolite from Shuangsheng area
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图 3 双胜地区斜长角闪岩锆石阴极发光(CL)图像及U-Pb年龄
Figure 3. CL images and U-Pb data of zircons of the amphibolite from Shuangsheng area
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图 4 双胜地区斜长角闪岩U-Pb年龄谐和图(a、b)和207Pb/206Pb年龄柱状图(c)
Figure 4. Zircon U-Pb concordia diagrams(a, b)and 207Pb/206Pb weighted average histograms(c)of the amphibolite from Shuangsheng area
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图 5 双胜地区斜长角闪岩岩石分类(a)及岩石系列图解(b)
Figure 5. Classification(a)and serial diagrams(b)of the amphibolite from Shuangsheng area
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图 6 双胜地区斜长角闪岩稀土元素模式图(a)及微量元素蛛网图(b)(OIB、N-MORB、E-MORB数据及标准化值据参考文献[64])
OIB—洋岛玄武岩地幔; N-MORB—正常大洋中脊地幔; E-MORB—富集地幔
Figure 6. Chondrite-normalized REE patterns(a)and primitive mantle normalized trace element spider diagram(b)of the amphibolite from Shuangsheng area
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图 7 双胜地区斜长角闪岩构造环境判别图解
a—Zr/Y-Nb/Y图解[68]；b—Ti/1000-V图解[69]；c—Y-Cr图[70]；d—Zr-Zr/Y图解[71]；e—TiO2-TFeO/MgO图解[72]；f—Ta/Hf-Th/Hf图解[73]；图f:Ⅰ—板块发散边缘N-MORB区；Ⅱ—板块汇聚边缘(Ⅱ1—大洋岛弧玄武岩区；Ⅱ2—陆缘岛弧及陆缘火山弧玄武岩区)；Ⅲ—大洋板内洋岛、海山玄武岩区及T-MORB、E-MORB区；Ⅳ—大陆板内(Ⅳ1—陆内裂谷及陆缘裂谷拉斑玄武岩区；Ⅳ2—陆内裂谷碱性玄武岩区；Ⅳ3—大陆拉张带(或初始裂谷)玄武岩区)；Ⅴ—地幔热柱玄武岩区；其他图中：DM—亏损地幔；N-MORB—正常大洋中脊地幔；PM—原始地幔；E-MORB—富集地幔；MORB—洋中脊玄武岩；CA—钙碱性玄武岩；ALK—碱性玄武岩；IAT—岛弧拉斑玄武岩；IAB—岛弧玄武岩；BABB—弧后盆地玄武岩；WPB—板内玄武岩；OIB—洋岛玄武岩；CFB—大陆溢流玄武岩
Figure 7. Tectonic discrimination diagrams of the amphibolite from Shuangsheng area
表 1 双胜地区斜长角闪岩(D7054b18)LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb年龄测试结果
Table 1 LA-ICP-MS U-Th-Pb data of zircons of the amphibolite(D7054b18)from Shuangsheng area
点号 同位素比值及误差 同位素年龄及误差/Ma 含量/10-6 Th/U 207Pb/206Pb 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/235U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/235U 1σ Th U Pb 1 0.1176 0.0010 0.3399 0.0081 5.5144 0.1387 1920.7 16.2 1886.0 39.4 1902.8 22.6 89.0 578.0 509 0.15 2 0.1060 0.0009 0.3166 0.0088 4.6263 0.1251 1731.5 181.3 1773.2 43.5 1754.0 23.3 72.4 142.7 294 0.51 3 0.1111 0.0010 0.3132 0.0039 4.8008 0.0700 1818.2 13.1 1756.3 19.7 1785.0 13.7 245.8 791.0 1074 0.31 4 0.1085 0.0008 0.3149 0.0061 4.7144 0.0953 1775.9 12.4 1765.0 30.4 1769.8 18.0 123.9 626.6 584 0.20 5 0.1102 0.0009 0.3161 0.0074 4.8018 0.1053 1802.2 16.2 1770.8 36.8 1785.2 19.4 101.1 572.1 492 0.18 6 0.1120 0.0010 0.3157 0.0082 4.8746 0.1134 1831.8 15.5 1768.5 40.3 1797.9 20.5 169.4 870.0 809 0.19 7 0.1095 0.0011 0.2947 0.0077 4.4474 0.0961 1790.4 17.7 1664.9 38.5 1721.2 18.8 245.3 1190.2 1091 0.21 8 0.1106 0.0008 0.3149 0.0065 4.8017 0.0953 1809.3 17.7 1765.0 32.2 1785.2 17.7 117.7 659.6 574 0.18 9 0.1118 0.0009 0.3153 0.0067 4.8614 0.0931 1828.7 10.0 1766.9 33.2 1795.6 17.2 158.3 842.8 768 0.19 10 0.1085 0.0008 0.3161 0.0047 4.7303 0.0702 1775.9 11.6 1770.8 23.4 1772.6 13.8 102.4 250.2 433 0.41 11 0.1099 0.0007 0.3129 0.0049 4.7428 0.0738 1798.2 39.4 1755.0 24.3 1774.8 14.4 83.8 480.2 399 0.17 12 0.1104 0.0008 0.3147 0.0058 4.7882 0.0818 1805.6 16.2 1763.6 28.9 1782.8 15.6 120.3 683.9 583 0.18 13 0.1220 0.0008 0.3638 0.0060 6.1220 0.1100 1987.0 10.8 2000.1 29.0 1993.4 17.1 181.3 584.6 919 0.31 14 0.1261 0.0012 0.3703 0.0087 6.4369 0.1376 2044.1 17.0 2030.9 41.4 2037.3 20.0 366.4 574.0 1719 0.64 15 0.1099 0.0007 0.3157 0.0055 4.7869 0.0828 1798.5 37.8 1768.7 27.2 1782.6 15.7 111.1 664.8 543 0.17 16 0.1100 0.0007 0.3136 0.0056 4.7592 0.0833 1799.7 10.0 1758.6 28.0 1777.7 15.9 196.7 835.3 888 0.24 17 0.1611 0.0014 0.4705 0.0123 10.4547 0.3244 2477.8 13.1 2485.7 54.6 2475.9 30.0 339.7 407.6 1953 0.83 18 0.1069 0.0006 0.3151 0.0041 4.6439 0.0639 1746.6 14.7 1765.9 20.4 1757.2 13.0 73.3 461.0 356 0.16 19 0.1184 0.0011 0.3531 0.0051 5.7639 0.0759 1931.8 17.0 1949.4 24.8 1941.0 13.2 93.2 196.8 427 0.47 20 0.1122 0.0007 0.3149 0.0094 4.8732 0.1409 1836.1 9.2 1764.7 46.3 1797.6 25.1 119.3 767.2 594 0.16 21 0.1122 0.0008 0.3447 0.0090 5.3370 0.1525 1836.1 13.9 1909.4 43.4 1874.8 25.3 60.1 210.9 287 0.29 22 0.1215 0.0008 0.3646 0.0063 6.1091 0.1107 1988.9 10.8 2004.0 30.2 1991.6 17.2 124.1 458.7 632 0.27 23 0.1558 0.0070 0.4473 0.0383 9.7217 1.2569 2410.2 77.1 2383.3 170.7 2408.8 119.3 68.2 764.4 660 0.09 24 0.1170 0.0011 0.3451 0.0058 5.5689 0.0915 1922.2 13.1 1911.2 28.3 1911.3 15.6 73.5 416.2 404 0.18 25 0.1112 0.0008 0.3145 0.0054 4.8222 0.0701 1820.4 13.1 1762.9 26.7 1788.8 13.6 286.2 826.5 1227 0.35 26 0.1115 0.0008 0.3147 0.0075 4.8372 0.1044 1823.8 16.2 1763.7 37.2 1791.4 19.2 262.5 1074.6 1194 0.24 27 0.1110 0.0008 0.2725 0.0074 4.1705 0.1232 1816.7 11.6 1553.5 37.9 1668.2 24.9 342.6 1913.4 1504 0.18 28 0.1113 0.0008 0.3138 0.0062 4.8170 0.0924 1820.7 37.8 1759.6 30.5 1787.9 17.2 105.5 574.5 508 0.18 29 0.1110 0.0008 0.3289 0.0065 5.0328 0.0991 1816.7 11.6 1833.1 31.9 1824.8 17.8 58.4 504.6 332 0.12 30 0.1123 0.0010 0.3395 0.0055 5.2577 0.0807 1838.9 13.1 1884.2 26.7 1862.0 14.5 70.3 449.0 393 0.16 
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表 2 双胜地区斜长角闪岩主量、微量和稀土元素含量
Table 2 Major, trace and rare earth elements compositions of the amphibolite from Shuangsheng area
样号 GS1 GS2 GS3 GS4 GS5 SiO2 49.04 47.71 44.55 46.54 46.69 Al2O3 12.67 12.56 12.36 13.11 12.64 Fe2O3 2.69 2.81 3.80 3.99 3.23 FeO 10.15 10.74 13.12 11.23 10.56 CaO 10.94 11.54 12.06 12.00 12.12 MgO 7.55 7.59 6.76 5.80 7.35 K2O 0.60 0.60 0.36 0.40 0.72 Na2O 1.88 1.73 0.86 1.17 1.49 TiO2 1.76 2.09 2.97 3.24 2.24 P2O5 0.21 0.25 0.31 0.39 0.25 MnO 0.26 0.28 0.35 0.33 0.28 烧失量 2.06 1.88 2.07 1.77 2.14 总计 99.81 99.77 99.58 99.95 99.71 TFeO 12.57 13.27 16.54 14.82 13.46 Mg# 51.71 50.49 42.15 41.09 49.32 Na2O/K2O 3.12 2.89 2.39 2.90 2.05 Na2O+K2O 2.48 2.33 1.22 1.57 2.21 m/f 0.92 0.97 1.36 1.42 1.02 σ 0.90 0.99 0.58 0.58 1.06 Y 21.52 23.02 21.74 36.87 29.06 La 18.07 16.49 13.13 20.86 20.71 Ce 39.65 37.62 32.83 49.34 47.06 Pr 5.24 4.95 4.48 6.84 6.05 Nd 24.70 23.20 22.32 32.92 29.05 Sm 5.01 5.02 4.90 7.39 6.22 Eu 1.53 1.37 1.39 2.02 1.90 Gd 4.38 4.41 4.38 6.38 5.49 Tb 0.77 0.83 0.79 1.28 1.01 Dy 4.31 4.59 4.43 7.07 5.71 Ho 0.84 0.92 0.84 1.49 1.11 Er 2.35 2.64 2.39 3.99 3.29 Tm 0.32 0.35 0.31 0.58 0.43 Yb 2.01 2.19 2.00 3.49 2.76 Lu 0.30 0.32 0.29 0.48 0.41 ΣREE 109.48 104.89 94.49 144.13 131.18 LREE 94.21 88.65 79.06 119.38 110.99 HREE 15.27 16.25 15.43 24.76 20.20 L/H 6.17 5.46 5.12 4.82 5.50 LaN/YbN 6.44 5.41 4.70 4.29 5.39 δCe 0.99 1.01 1.05 1.01 1.02 δEu 0.98 0.87 0.90 0.88 0.97 Li 4.36 2.74 3.35 4.13 3.44 Be 1.48 1.35 1.01 1.38 1.44 Sc 36.15 32.48 27.71 37.66 40.21 V 248.27 275.40 372.31 311.58 288.02 Cr 488.11 550.51 243.68 133.37 546.92 Co 68.62 59.66 43.91 49.62 65.10 Ni 355.95 286.12 82.93 130.50 316.97 Ga 17.95 17.46 20.36 18.50 18.68 Rb 13.34 9.27 5.29 5.79 12.05 Sr 328.00 324.93 318.14 445.66 394.24 Zr 165.24 163.46 212.27 250.26 167.99 Nb 20.36 23.26 23.42 26.70 22.59 Ba 428.97 347.11 348.55 307.87 576.10 Hf 1.51 1.56 1.26 1.71 2.16 Ta 1.37 0.60 0.66 0.84 0.57 Th 1.09 0.87 0.43 0.85 1.14 U 0.50 0.46 0.13 0.26 0.56 注：TFeO= FeO+0.8998*Fe2O3；Mg#=100*(MgO)/(TMgO+FeO)(mol)；m/f=(TFeO/72)/(MgO/40)；组合指数(σ)=(Na2O+K2O)2/(SiO2-43)；L/H为LREE/HREE值；主量元素单位含量为%，微量和稀土元素单位含量为10-6
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表 3 白乃庙岛弧前寒武纪地质记录信息
Table 3 Information of Precambrian geological record of Bainaimiao arc
构造位置 位置 岩石 年龄说明 年龄范围/Ma 峰期年龄值或范围/Ma 文献 白乃庙岛弧西段
(温都尔庙—白乃庙地区)白乃庙铜矿 白乃庙群绿片岩 锆石Hf二阶段年龄 693~2843 971~1238 [34] 白云鄂博北部地区 早古生代辉长岩 锆石Hf模式年龄 1000~3670 1000~1300 1600~2050 [25] 白乃庙地区 白乃庙组绿片岩(火山岩) 捕获锆石U-Pb年龄 1421 1928、2027 2316 [24] 白乃庙铜矿 早古生代花岗闪长岩 捕获锆石U-Pb年龄 1082 [33] 太仆寺地区 早古生代镁铁质岩脉 捕获锆石U-Pb年龄 961 1796~1985 2343 [23] 大庙地区 早古生代花岗岩 捕获锆石U-Pb年龄 1235 2427~2532 [22] 白乃庙地区 白乃庙组绿片岩(火山岩) 捕获锆石U-Pb年龄 1731~1757 [18] 锆石Hf二阶段年龄 1073~1470 1285 [16] 达茂旗地区 早古生代变质砂岩 碎屑锆石U-Pb年龄 458~3109 622 960~1158 [30] 达茂旗地区 早古生代变质砂岩 碎屑锆石U-Pb年龄 612、845 986~1254 1607 白乃庙地区 早古生代黑云母石英片岩 碎屑锆石U-Pb年龄 446~2954 591、889 981、1134 2174 白乃庙地区 石英二长闪长玢岩 捕获锆石U-Pb年龄 1231~1277 1709~1881 白乃庙岛弧中段
(赤峰北部—翁牛特旗地区)翁牛特旗 晚志留世二长花岗岩 捕获锆石U-Pb上交点年龄 2504±53 [39] 翁牛特旗解放营子 石英闪长岩 锆石U-Pb年龄(结晶年龄) 2502.6±9.1
2551±7.3[27] 新太古代石英闪长岩 锆石Hf二阶段年龄 2705~2744 2705~2744 赤峰东北部 宝音图群斜长角闪岩 锆石U-Pb年龄(变质年龄) 1738~1976 1860.1±7.9 [38] 翁牛特旗解放营子 早泥盆世火山岩 锆石Hf二阶段年龄 2423~2770 2423~2770 [36] 翁牛特旗解放营子 中三叠世花岗岩 锆石Hf二阶段年龄 936~1126 936~1126 [35] 阿鲁科尔沁旗双胜 古元古代变斜长角闪岩 锆石U-Pb年龄 1731~2478 1987~2044 2478 本文 白乃庙岛弧东段
(吉南地区)吉林南部地区 机房沟群和桦甸杂岩 碎屑锆石U-Pb年龄 582、642、
837-865950~960 1770~1880 2284~2644 [26]
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