辽东五龙金矿田中生代深部岩浆作用与金成矿过程

来源 :中国地质大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhuliangmike
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华北克拉通是全球最古老的克拉通之一,在中生代发生了大规模的岩石圈减薄/破坏,但其减薄/破坏时限与机制仍存在较大争议。辽东地区位于华北克拉通的东部,正处于华北克拉通岩石圈大规模的减薄/破坏区,发育大量与之相关的岩浆岩;此外,其内分布有众多的超大型、大型金矿床,是华北克拉通内重要的金矿集中区和金资源产地,五龙金矿田即其中的典型代表。五龙金矿田内岩浆深部演化过程与金成矿作用耦合关系不明,制约了区内金矿的矿床成因研究及找矿勘查工作。论文以五龙金矿田内的中生代岩浆岩和金矿床为研究对象,在详细的野外地质调查及室内岩/矿相学研究的基础上,对区内的中基性脉岩及中酸性岩体开展了详细的锆石U-Pb年代学、全岩主微量元素地球化学及全岩/原位Sr-Nd-Pb-Hf同位素示踪,系统探讨了区内各类脉岩及岩体的成因与构造背景,为早白垩世华北克拉通的岩石圈减薄/破坏提供佐证;对五龙超大型石英脉型金矿床开展了流体包裹体、H-O同位素示踪、硫化物的LA-ICP-MS微区微量元素测试和原位S同位素分析,并结合前人的研究成果,剖析了成矿流体及成矿物质的来源,探讨了五龙金矿田内构造岩浆活动与金成矿作用的耦合关系。取得的主要成果与认识如下:(1)五龙金矿床已探明黄金储量达80 t,达到超大型规模,金的平均品位为5.35 g/t,矿体主要以粗大含金石英脉的形式赋存于早白垩世的闪长(玢)岩脉和晚侏罗世的片麻状黑云母花岗岩中,其走向主要受北北东向、北西向的张扭性断裂控制。矿床中的矿石以石英硫化物脉型为主,主要含黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿等金属矿物,非金属矿物以石英为主,其次为绢云母、方解石和绿泥石等。常见的围岩蚀变主要为硅化、绢云母化、黄铁矿化、碳酸盐化和绿泥石化;据野外穿插关系,可以将热液成矿期分为贫硫化物石英阶段、石英-磁黄铁矿-黄铁矿阶段、石英多金属硫化物阶段和石英-碳酸盐阶段。(2)五龙金矿田内发育大量的中基性脉岩群,其与金矿在空间上密切相关。脉岩群按锆石U-Pb年代学和地球化学性质差异可细分为~126 Ma的闪长(玢)岩脉和同期的(约119 Ma)低Ti(Ti O2<1.20 wt.%,Ti/Y<375)和高Ti(Ti O2>1.90 wt.%,Ti/Y>580)辉绿岩脉。闪长(玢)岩脉表现出中硅(56.71~61.13 wt.%)、高钾钙碱性特征,具有低的Ti O2和TFe2O3含量,及较高的Cr和Ni含量;其富集大离子亲石元素元素(LILEs,如:Rb、K、Pb和Sr)而亏损高场强元素(HFSEs,如:Nb、Ta、Ti和P);具有高放射性的锶同位素(全岩(87Sr/86Sr)i=0.711553~0.714284,斜长石原位(87Sr/86Sr)i=0.71392)、较低的εNd(t)值(-19.9~-14.5)和较老的Nd模式年龄(1.81~2.25 Ga);同时,其内的斜长石斑晶发育反向环带,具有富钠的核部(An=35~48)和富钙的边部(An=48~57)。这些地球化学特征表明,闪长(玢)岩脉可能来源于太古代-古元古代下地壳来源的岩浆与岩石圈地幔来源的岩浆之间的混合。低Ti辉绿岩脉属于中-高钾钙碱性岩系列,具有较高的Al2O3和较低的Ti O2含量,及类弧性质的微量元素特征,如富集LILEs(Rb、K、Pb和Sr)、亏损HFSEs(Nb、Ta、Zr、Hf、Ti和P);岩石相对于闪长(玢)岩脉具有较低的(87Sr/86Sr)i比值(全岩和斜长石原位比值分别为0.706331~0.708315和0.70837)和较高的εNd(t)值(-13.6~-5.0),暗示低Ti辉绿岩脉来源于富集岩石圈地幔的部分熔融。其变化的Th/Yb和Th/Nb比值与恒定的Sr/Nd和U/Th值进一步指示岩石圈地幔源区之前可能已被俯冲熔体所改造。相比而言,高Ti辉绿岩脉属于高钾钙碱性到钾玄岩系列,具有较高的Ti O2和TFe2O3及较低的Al2O3含量;岩石具有类OIB性质的微量元素特征(如轻微富集Nb和Ta、无HFSEs异常、具有较高的Nb/U比值(42±5)和正的εNd(t)值(+3.1~+4.3)),表明高Ti辉绿岩脉来源于软流圈地幔的部分熔融。五龙紧密共存的低Ti和高Ti辉绿岩脉岩具有相似的成岩年龄(约119 Ma),暗示着镁铁质岩的地幔源区从岩石圈地幔过渡到了软流圈地幔。结合前人对华北克拉通东部板块内中生代-新生代镁铁质岩的研究,本文认为,在辽东半岛,岩石圈大规模减薄/破坏起始于119 Ma左右,且持续时间较短(约13 Myr)。古太平洋板块快速俯冲和回撤所导致的非稳定地幔流,可能会引发加厚、改造的岩石圈失去其重力稳定性,最终导致华北克拉通的岩石圈拆沉和减薄。(3)针对五龙金矿田内大面积分布的中酸性岩体,年代学结果显示,丹东岩体的锆石U-Pb年龄为161±1 Ma,形成于晚侏罗世;而其它岩体及包体的锆石U-Pb年龄均为126±1 Ma,形成于早白垩世。主微量及Sr-Nd-Pb-Hf同位素示踪表明,三股流和五龙背岩体与前面研究的闪长(玢)岩脉具有极为相似的微量元素及同位素组成,暗示它们具有相似的岩浆源区,即来源于古老下地壳的部分熔融,并有岩石圈地幔来源岩浆的混入。矿田内大面积分布的壳幔混合成因的早白垩世岩体,与辽东半岛同时期的千山A型花岗岩、古道岭I型花岗岩等具有相似的成因及成岩构造背景,表明辽东半岛在早白垩世整体处于一个大规模的伸展构造背景。(4)结合本文及前人成岩成矿年代学研究的成果,本文认为五龙金矿的成矿年龄为126~123 Ma。该成矿年龄与前述的闪长(玢)岩脉、三股流岩体/包体和五龙背岩体的成岩年龄具有高度相似性,表明五龙金矿田的成岩与成矿在时间上具有较强的耦合性。(5)流体包裹体和H-O-He-Ar同位素研究表明,五龙金矿床的原生流体包裹体主要为纯CO2包裹体、含CO2水溶液包裹体和水溶液气液两相包裹体,且后两者多具有不同的气液比。测温结果显示,同一成矿阶段,不同类型、不同气液比的流体包裹体具有相似的均一温度,表明发生了流体沸腾与流体不混溶。成矿流体主要为一种中高温、中低盐度的流体,流体体系为H2O-CO2-Na Cl三元体系;随着流体的演化,均一温度和盐度均降低。五龙金矿床的H-O同位素主要位于岩浆水范围内,晚期有向大气降水漂移的趋势,表明成矿流体主要来源于岩浆水,晚期有少量大气降水的混入;其He-Ar同位素主要位于地壳流体与地幔流体之间,指示来源于两者之间的混合。(6)矿相学及硫化物LA-ICP-MS微量元素测试结果显示,五龙金矿床内的硫化物可以分为5个世代的黄铁矿(Py1~Py5)、两个世代的黄铜矿(Ccp1~Ccp2)和一个世代的磁黄铁矿(Po)及闪锌矿(Sp)。其中,石英-磁黄铁矿-黄铁矿阶段主要由Py1~Py3、Po和Ccp1组成,Py1和Po常共生产出,且微量元素含量极低;Py2与Py3则具有较高的Au(平均值分别为7.10 ppm和1.67 ppm)与As含量(平均值分别为1433 ppm和949 ppm),Py3常作为Py2的多孔状边部产出,Au在Py2中以固溶体金和Au-Ag-Pb-Bi-Te包体形式存在,在Py3中则主要呈固溶体金的形式存在;Ccp1中主要含Ag、Zn、Pb、Bi等微量元素。石英多金属硫化物阶段主要由Py4~Py5、Sb和Ccp2组成,Py4也呈多孔状,具有与Py3相似的微量元素特征,其内金以固溶体金为主,含少量包体金,而Py5以Py4的光滑边部形式存在,具有较高的Au(平均值为6.11 ppm)与As含量(平均值为8423 ppm),其内金以固溶体金和包体金形式产出;Sb与Ccp2中金含量较少,以含Ag、Pb、Bi等微量元素为主。总的来看,各阶段黄铁矿中Au与As具有较强的正相关,As替代黄铁矿晶格中的S导致黄铁矿发生晶格扭曲,促进Au呈固溶体形式进入到黄铁矿晶格中。成矿物理化学条件分析表明,五龙金矿成矿流体中的金主要以Au(HS)2–的形式迁移,当运移到浅部脆性断裂中,由于压力骤然释放而引发流体沸腾与流体不混溶,导致金的大量沉淀。不同世代硫化物的原位S同位素研究表明,五龙金矿黄铁矿的δ34S值变化范围为1.0~6.3‰,磁黄铁矿为1.0~2.3‰,黄铜矿为1.0~6.0‰,闪锌矿为3.1~4.3‰。其中,石英-磁黄铁矿-黄铁矿阶段各硫化物的δ34S值较为相似(集中于1.5~2.5‰),显示出岩浆或地幔硫的特征;石英多金属硫化物阶段的Py4、Sp与上阶段硫化物的δ34S值相似,但Py5具有明显升高的δ34S值(平均值4.5‰),Ccp2则具有显著降低的δ34S值(平均1.5‰),这些变化是硫化物之间的同位素分馏和富34S流体混入的结果。这种富34S流体可能来源于深源(幔源)的岩浆,在迁移过程中混染了深部地壳中的富砷沉积岩。结合前人对五龙金矿田内金矿中硫化物及围岩的S-Pb同位素研究,本文认为矿田内金矿的成矿物质主要来源于壳幔混合岩浆,赋矿围岩是古元古界辽河群时,可能有部分成矿物质来源于地层。(7)五龙金矿田内的金矿床在时空分布、成矿流体及成矿物质来源等方面均与区内的岩浆作用具有密切的成生关系。在时间尺度上,金矿的成矿年龄与区内中酸性岩体及脉岩的年龄具有高度的一致性,对应于华北克拉通岩石圈的大规模减薄/破坏;在空间尺度上,矿田内的金矿床(点)均受控于早白垩世北北东向的脆性断裂,围绕三股流岩体呈近环形分布,区内大面积分布的丹东岩体、三股流岩体及各类脉岩是重要的赋矿围岩;在成矿流体及成矿物质来源方面,矿田内金矿的成矿流体与成矿物质均主要来源于壳幔混合岩浆,深部隐伏岩浆房内幔源基性岩浆的反复注入和随后的MASH过程为矿田内的金矿提供了绝大部分富金的流体与物质。据此构建了五龙金矿田的岩浆-构造-成矿综合模式,以期为矿田内后续找矿勘查提供理论指导。
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