地质通报  2020, Vol. 39 Issue (8): 1153-1162  
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姚晓峰, 程志中, 杜泽忠, 刘坤, 鲍兴隆, 李少华. 胶西北地区谢家沟金矿岩脉U-Pb年龄及其对成矿时限的制约[J]. 地质通报, 2020, 39(8): 1153-1162.
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Yao X F, Cheng Z Z, Du Z Z, Liu K, Bao X L, Li S H. U-Pb age of post-ore dykes in the Xiejiagou gold deposit and its constraints on ore-forming age, Northwest Jiaodong, China[J]. Geological Bulletin of China, 2020, 39(8): 1153-1162.
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基金项目

国家重点研发计划项目课题《深部矿产资源三维找矿预测评价示范》(编号:2017YFC0601506)和《华北克拉通辽东/胶东重要成矿区带金多金属矿深部预测及勘查示范》(编号:2018YFC0603806)

作者简介

姚晓峰(1986-), 男, 博士, 高级工程师, 从事成矿规律和找矿预测研究。E-mail:289332792@qq.com

文章历史

收稿日期: 2019-04-03
修订日期: 2020-03-04
胶西北地区谢家沟金矿岩脉U-Pb年龄及其对成矿时限的制约
姚晓峰1, 程志中1, 杜泽忠1, 刘坤2, 鲍兴隆3, 李少华3    
1. 中国地质调查局发展研究中心/自然资源部矿产勘查技术指导中心, 北京 100037;
2. 山东地矿集团有限公司, 山东 济南 250013;
3. 招金集团金亭岭矿业公司, 山东 招远 265400
摘要: 胶西北地区是中国最大的金矿集区之一,金资源储量超过4500 t,金矿床受三山岛、焦家、招平3条断裂带及其分支断裂控制明显。谢家沟金矿位于招平断裂带的西侧,与区域上产于招平主干断裂的大尹格庄、夏甸等矿床不同,该矿床产出于主干断裂带的下盘,矿体与次一级的北北东向、北北西向断裂构造关系密切。基于坑道中发现的石英闪长玢岩和花岗闪长岩岩脉切割矿化蚀变现象,对2套岩脉进行U-Pb定年,获得其结晶年龄分别为118.0±1.1 Ma和118.4±0.9 Ma,确定了谢家沟金成矿作用的时间下限,指示区域上金成矿作用在118 Ma基本结束。推测区域成矿与郭家岭岩体形成之后、伟德山岩体形成之前的闪长类岩体关系密切。
关键词: 胶西北    谢家沟    金矿    LA-ICP-MS锆石U-Pb测年    
U-Pb age of post-ore dykes in the Xiejiagou gold deposit and its constraints on ore-forming age, Northwest Jiaodong, China
YAO Xiaofeng1, CHENG Zhizhong1, DU Zezhong1, LIU Kun2, BAO Xinglong3, LI Shaohua3    
1. Development and Research Center, China Geological Survey/Technical Guidance Center for Mineral Resources Exploration, Ministry of Natural Resources, Beijing 100037, China;
2. Shandong Land and Mining Group Co., Ltd., Ji'nan 250013, Shandong, China;
3. Jintingling Mining Industry Co., Ltd., Zhaoyuan 265400, Shandong, China
Abstract: The northwest Jiaodong peninsula is one of the largest gold ore concentration areas in China, in which gold resource reserves exceed 4000 tons.Most of the deposits in the area are controlled by Sanshandao, Jiaojia and Zhaoping faults.The Xiejiagou gold deposit is located in the west and the footwall of Zhaoping fault, controlled by NWW- and NEE- secondary faults, which is different from the feature of the deposits which occur in Zhaoping fault such as Dayinggezhuang and Xiadian.Based on the phenomenon of existence of two kinds of dike, i.e., quartz diorite porphyry and granodiorite, which cut though mineralization and alteration in the tunnel, the authors conducted LA-ICP-MS U-Pb dating for the dikes.It is found that the U-Pb ages are 118.0±1.1 Ma and 118.4±0.9 Ma respectively, which suggests that the lower limit age of mineralization is 118 Ma in the Xiegagou gold deposit, and gold mineralization in northwest area of Jiaodong peninsula had been mainly completed by 118 Ma.It is inferred that regional mineralization was more probably related to diorite type intrusives between the formation of Guojialing and Weideshan intrusives.
Key words: Northwest Jiaodong    Xiejiagou    gold deposit    LA-ICP-MS zircon U-Pb dating    

胶东地区是中国最重要的金资源基地,累计探获的金资源储量超过4500 t[1-2],其中西北地区与三山岛、焦家、招平3条断裂带有关的金资源量占到90%以上[3]。前人研究显示,胶西北地区大多数金矿形成于120~130 Ma[2, 4-7]。尽管对成矿流体来源存在较大争议,一些研究者认为成矿流体以岩浆热液为主并有大气降水的参与[6-13],一些研究者认为成矿流体以变质流体为主且有大气降水、岩浆热液的参与[2, 14],但是毋庸置疑的是,伴随区域金成矿作用发育有空间上相邻、时间上相近的岩浆活动的产物。对于与成矿关系密切的侵入岩体,有研究者认为是郭家岭侵入岩系列(主体在132~123 Ma之间)[2, 6, 14-15],也有研究者认为是伟德山侵入岩系列(主体在110~120 Ma之间)[16-19],成矿时限的精确厘定有助于解决这方面的争议。谢家沟金矿位于招平断裂带以西5 km处,属于该断裂下盘受次级构造控制的矿床,辛洪波等[20]通过对蚀变矿物进行K-Ar定年获得金成矿年龄在105~130 Ma之间,Ma等[21]测得成矿前和成矿后闪长玢岩的U-Pb年龄分别为121.5 ± 1.5 Ma和117.6 ± 1.2 Ma。本次在谢家沟金矿坑道调查过程中,新发现了切割矿化蚀变带的石英闪长玢岩和花岗闪长岩脉,利用LA-ICP-MS方法开展U-Pb测年获得其成岩年龄,厘定了成矿作用的下限为118 Ma,讨论了可能的成矿相关侵入岩体,为进一步认识胶西北大规模金成矿作用提供借鉴。

图 1 谢家沟金矿地质简图(据参考文献[24]修改) Fig.1 Sketch geological map of the Xiejiagou gold deposit 1—玲珑花岗岩;2—中基性脉岩;3—硫铁矿带;4—断层及编号;5—蚀变带及编号;6—金矿体;7—金矿床;8—城市
1 矿床地质特征

谢家沟金矿围岩主要为晚侏罗世玲珑花岗岩系列的片麻状黑云母花岗岩,并发育大量的燕山期岩脉,主要有煌斑岩、辉石闪长岩、闪长玢岩、石英闪长玢岩、花岗闪长岩等,大部分岩脉呈北西向、北北西向展布。区内构造主要为北东向脆-韧剪切带构造、断裂构造和北西向张性-张扭性构造,北东向脆-韧剪切带构造内可见S-C组构和矿物定向排列现象,与矿床空间展布形态一致;北东向断裂构造在浅部可见发育的断裂面,在深部逐渐趋于尖灭;北西向构造主要控制了绝大多数中基性岩脉的产出。

矿体总体呈北北东走向(15°~30°),倾向南东,倾角较陡(70°~80°),具有尖灭再现的特征。矿石类型主要有黄铁矿(黄铜矿)绢英岩型和石英硫化物脉型两大类。其中石英硫化物脉型矿体叠加在绢英岩型矿体之上,前者一般品位较高但空间上连续性较差,后者矿化较均匀但品位较低。据前人研究,金主要有包体金、晶隙金和裂隙金3种形式,包体金和裂隙金寄主矿物为黄铁矿和少量黄铜矿,晶隙金主要分布于以黄铁矿为主的硫化物及其与石英的颗粒之间,金矿物主要为自然金和银金矿[22-23]

根据坑道内观察情况,从早到晚可见3个阶段的蚀变:第一阶段为钾化,主要表现为弥散状、团斑状钾长石化和石英+钾长石脉体2种形式(图 2-a),一般在远离矿体位置相对发育;第二阶段为绢英岩化,主要表现为黑云母二长花岗岩的强烈硅化和绢云母化,并可见第一阶段钾化被绢英岩化叠加和交代的现象,在绢英岩化带内可见钾长石化黑云母花岗岩交代残余(图 2-bd);第三阶段为强硅化,主要表现为石英的强烈交代和含硫化物石英脉的大量发育,可见其穿插和叠加绢英岩化带的现象,在钾化带和绢英岩化带内也可见石英硫化物脉穿插其中,脉体边界截然(图 2-cd)。其中,第二阶段和第三阶段蚀变产物与金矿体在空间上更加密切。

图 2 不同蚀变阶段矿物产出特征 Fig.2 The mineral characteristics of the three alteration stages a—玲珑黑云母花岗岩内发育第一阶段钾长石化蚀变,表现为石英+钾长石脉和弥散状钾长石化现象,钾长石化与黑云母花岗岩为过渡接触关系;b—第一阶段钾长石化被第二阶段绢英岩化叠加和交代,在绢英岩化带内可见钾长石化黑云母花岗岩交代残余;c—第一阶段钾长石化带被第三阶段石英+硫化物脉穿插,脉体边界截然;d—绢英岩化带内可见钾长石化黑云母花岗岩交代残余,二者同被第三阶段石英硫化物脉穿插,脉体边界截然
2 成矿后岩脉产出特征

在-430 m中段可见石英闪长玢岩切割玲珑花岗岩内第一阶段的石英钾长石脉体现象,确定其为成矿后岩脉。该石英闪长玢岩脉为灰黑色,具有斑状结构,块状构造,斑晶主要为长石(10%)、角闪石(5%)、石英(5%),基质主要为细晶长石和石英(图 3),岩体蚀变弱。

图 3 石英闪长玢岩和花岗闪长岩切割矿化蚀变现象 Fig.3 Quartz diorite porphyry and granodiorite cutting though hydrothermal K-feldspar and gold-bearing quartz-sulfide vein a—石英闪长玢岩侵入玲珑花岗岩,接触带切割第一阶段石英钾长石脉体;b—花岗闪长岩侵入玲珑花岗岩,接触带切割第一阶段钾化和第三阶段石英硫化物脉体;c—石英闪长玢岩标本照片;d—花岗闪长岩标本照片

在-310 m中段发现花岗闪长岩切割玲珑花岗岩内第一阶段的团斑状钾长石化及第三阶段的含金石英硫化物脉现象,确定其为成矿后岩脉。该花岗闪长岩脉为灰白色,具有中细粒结构,块状构造,主要矿物有长石(35%)、石英(30%)、角闪石(20%)、黑云母(10%),发育弱蚀变。

3 锆石U-Pb测年 3.1 测试方法

石英闪长玢岩和花岗闪长岩样品的破碎和锆石挑选在首钢地质勘查院进行,样品破碎后经淘洗除去密度小的矿物,再经重液分选和电磁分离方法得到锆石含量较高的重砂样品,最后在双目镜下挑选出锆石晶体。锆石样品置于环氧树脂中,然后磨蚀和抛光至锆石核心出露。对锆石靶进行阴极发光(CL)显微照相,在此基础上结合反射光和透射光照片,观察锆石的内部结构,避开包裹体和裂隙分布位置选定测点。锆石微量元素含量和U-Pb同位素定年在北京燕都中实测试技术有限公司利用LA-ICP-MS完成,采用的激光剥蚀系统为New Wave UP213,ICP-MS为布鲁克M90。激光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度,二者在进入ICP之前通过一个匀化混合器混合,激光剥蚀所用斑束直径为30 μm,每个样品点分别包括20~30 s的空白信号和50 s的样品信号。U-Pb同位素定年中采用锆石标准91500和Plesovice作为外标进行同位素分馏校正,锆石微量元素含量利用SRM610为外标、Si为内标的方法进行定量计算。详细过程见参考文献[25]。

3.2 测试结果

石英闪长玢岩锆石呈无色、透明,主要呈长柱状或短柱状,个别呈细粒浑圆状,部分锆石内见细小的包裹体及裂纹,锆石粒径在150 μm×80 μm~200 μm×100 μm之间。阴极发光图像显示锆石成分含量较均匀,以振荡环带为主,少量锆石发育扇状环带和无环带现象。19个有效测点所在锆石都具有明显的振荡环带(图 4),其长轴和短轴之比在1.5 1~4.5 1之间,Th和U含量分别在45.40×10-6~155.28×10-6和51.53×10-6~122.85×10-6之间,Th /U值变化于0.82~1.30之间(表 1),具有岩浆锆石的特征[26-27]。19个有效测点的206Pb /238U年龄在116.26~118.81 Ma之间(表 1),测点集中分布于谐和曲线上,其206Pb /238U年龄加权平均值为118.0±1.1 Ma(MSWD =0.12)(图 5),代表了石英闪长玢岩的结晶年龄。

图 4 石英闪长玢岩(XJG-GS-1)和花岗闪长岩(XJG-GS-2)锆石阴极发光(CL)图像 Fig.4 Zircon CL images of quartz diorite porphyry (XJG-GS-1) and granodiorite (XJG-GS-2)
表 1 石英闪长玢岩和花岗闪长岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素测定结果 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb data of quartz diorite porphyry and granodiorite
图 5 石英闪长玢岩(a)和花岗闪长岩(b)锆石U-Pb谐和图 Fig.5 U-Pb concordia diagrams of zircons from quartz diorite porphyry (a) and granodiorite (b)

花岗闪长岩锆石无色、透明,主要呈长柱状或短柱状,小部分呈细粒浑圆状,部分锆石内见包裹体及裂纹,锆石粒径在100 μm×60 μm~200 μm×90 μm之间。阴极发光图像显示,锆石成分含量较均匀,以振荡环带为主,少量锆石发育扇状环带现象。22个有效测点所在锆石都具有明显的振荡环带,锆石长轴和短轴之比在1 1~3.5 1之间(图 4),Th和U含量分别在56.09×10-6~308.27×10-6和61.13×10-6~290.86×10-6之间,Th /U值变化于0.71~1.27之间(表 1),具有岩浆锆石的特征[26-27]。22个有效测点的206Pb /238U年龄区间为116.75~121.66 Ma(表 1),测点集中分布于谐和曲线上(图 5),其206Pb/238U年龄加权平均值为118.4±0.9 Ma(MSWD =0.07),代表了中细粒花岗闪长岩的结晶年龄。

4 讨论

胶西北地区大规模集中式金成矿作用已被大多数研究者公认[1-2, 4-7, 28]。由于金矿的特殊性,当前确定成矿年龄主要依靠成矿阶段的热液矿物的Ar-Ar、Rb-Sr等测年方法。前人测得胶西北地区典型矿床的年龄如下:仓上金矿121 Ma(绢云母Ar-Ar)[29]、新城金矿122~126 Ma(黄铁矿Rb-Sr)[11]、界河金矿118~120 Ma(绢云母Ar-Ar)[30]、望儿山金矿120 Ma(绢云母Ar-Ar)[31]、东季金矿114~116 Ma(钾长石Ar-Ar、石英Ar-Ar)[32]、大尹格庄金矿130±5 Ma(绢云母Ar-Ar)[33]、玲珑金矿120 Ma(黄铁矿单颗粒Rb-Sr)[34]、122~123 Ma(黄铁矿Rb-Sr)[35]等。上述年龄数据指示,胶西北地区金成矿作用主要集中于120~130 Ma之间。谢家沟矿床属于胶西北大规模金成矿作用的一个具体实例,前人利用蚀变矿物的K-Ar法获得谢家沟金矿成矿在105~130 Ma之间[20],受当时测试精度影响,成矿时限宽泛;Ma等[21]测得成矿前和成矿后闪长玢岩的U-Pb年龄分别为121.5 ± 1.5 Ma和117.6±1.2 Ma,基本限定了成矿作用的时间范围;本次对新发现的切割早阶段和晚阶段矿化蚀变带的石英闪长玢岩和花岗闪长岩脉进行测年,获得了118.0±1.1 Ma、118.4±0.9 Ma两组年龄,进一步确定其成矿下限。

胶东地区金矿有岩浆热液型[28, 36]、造山型[37-40]、陆内非造山型[41]、克拉通破坏型[7]、“胶东型”[1-2]等成因争议。笔者把不同成矿模型的争议从构造背景剥离出来,回到矿床成因本身看,争议的焦点在于成矿物质主要是来自围岩还是深部岩浆房,成矿流体主要是变质流体还是岩浆热液。前人已在这些方面做了大量的研究,笔者认为是岩浆热液型矿床,主要有以下几方面的证据:一是成矿时限高度集中于120~130 Ma,耦合了区域上早白垩世中晚期伸展背景下的构造-岩浆作用,这在华北克拉通东部乃至整个欧亚大陆东缘都有不同程度的响应[42-46];二是发育大范围的水岩交代作用产物,主要有钾长石化、绢英岩化等蚀变组合,此外多个矿床还伴生有铅锌矿化、黄铜矿化,与典型造山型金矿蚀变和矿化样式明显不同;三是大多数金矿成矿流体氧-氢同位素指示有岩浆水的参与[8-13],尤其是早阶段流体以岩浆水为主[5],岩浆热液与浅部岩株或岩体同属于深部岩浆房演化的产物,在区域尺度上与成矿同期侵入岩的主量、微量元素、铅-锶-铷-铪同位素特征指示源区具有富集岩石圈地幔属性[6, 47-48],岩浆热液必然继承岩浆源区的地球化学特征[49-50],这也能很好地解释氩-氦同位素指示幔源物质参与的现象[51-52]。尽管胶东金矿存在其特殊性,例如有以下两方面:一是空间上与太古宙、元古宙地层邻近,这与造山型金矿围岩条件类似,但是基底地层仅作为金矿围岩,胶西北还有一大部分金矿围岩为侏罗纪玲珑花岗岩[1];二是矿体主要赋存于韧-脆性断裂带内,也与造山型金矿特征相似,但是成矿时限(120~130 Ma)的精确厘定,指示成矿不可能是构造长期活动的产物,断裂构造及其派生构造可能仅为矿质就位空间。

那么,胶西北地区成矿地质体究竟是哪套侵入岩?有研究者认为是132~123 Ma之间的郭家岭岩体[5, 53-56],主要依据是成岩年代和成矿年代具有明显的同时性。但是,郭家岭岩体在地表出露超过150 km2,发育明显的糜棱岩化和似斑状构造,暗示其侵位深且剥蚀大,如果其顶部发育一套成矿系统可能已剥蚀殆尽。同时,可见三山岛控矿断裂沿玲珑岩体和郭家岭岩体接触带发育,说明郭家岭岩体侵位结晶之后主控矿断裂继续活动,这些都是质疑郭家岭岩体是成矿地质体的证据。有研究者认为成矿地质体是120~110 Ma之间的伟德山岩体[16-19, 57],但是其整体上形成年龄滞后于目前大部分发表的成矿年龄数据,本次研究结果显示成矿作用下限为118 Ma,指示区域金成矿作用可能在伟德山岩体侵位之前已基本结束。据此推测,在郭家岭岩体之后、伟德山岩体之前存在一期与成矿关系密切的岩浆活动。近年深部找矿工作在招平断裂带北段玲珑矿田深部发现了一套石英闪长岩岩体,该岩体位于招平断裂带分支断裂的下盘,钻孔揭露视厚度超过100 m[58],岩体内发育“面状”硅化、绢云母化、绿泥石化和绿帘石化,矿(化)体Au品位在0.1 g/t以上的厚度超过80 m、0.5 g/t以上的厚度达17 m、1 g/t以上的厚度为7 m,最高品位7.6 g/t,金矿化与岩体内浸染状和细脉状黄铁矿关系密切;该岩体Ar-Ar测年与成矿年龄均在123~120 Ma之间[34-35, 58],暗示石英闪长岩与金成矿关系密切。此外,近期在焦家断裂带河东金矿的深部也发现1处含金闪长岩岩脉,Au品位达到4 g/t以上,其锆石U-Pb年龄为124.5 Ma(陈辉等,私人通讯)。相比郭家岭岩体和伟德山岩体,该期闪长质岩体(脉)在时间和空间上与金成矿的关系更加密切,其独立赋存于主控矿断裂下盘的蚀变和矿化系统可能是深部岩浆-流体体系的局部“凸起”。然而,区域上成矿地质体是否普遍为闪长类岩体,其规模和空间展布如何,与郭家岭岩体、伟德山岩体具有何种演化联系,这些问题还需要更加深入和细致的研究。

5 结论

对谢家沟金矿切割矿化蚀变的石英闪长玢岩和花岗闪长岩脉进行定年,获得了金成矿作用的下限为118 Ma,指示胶西北金成矿作用在118 Ma基本结束。结合近年深部找矿成果推测,区域成矿可能与郭家岭岩体形成之后、伟德山岩体形成之前的闪长类侵入岩关系密切。

致谢: 感谢招金集团金亭岭矿业公司为野外工作提供便利条件,感谢中国科学院地质与地球物理研究所范宏瑞研究员和审稿专家提出的建设性意见和建议。

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