3190 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2014,30(11) 1 引言 一直以来, 华北克拉通北缘以其特殊的地理位置和丰富的矿产资源而受到众多研究者的青睐 ( 曹从周等,1986; 任纪舜等,1990; 程裕淇,1994; 伍家善等,1998; 邓晋福和莫宣学,1999;Z

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1 /2014/030(11) ActaPetrologicaSinica 岩石学报 内蒙古赤峰金厂沟梁金矿区花岗岩类年代学 地球 化学特征及其地质意义 1 段培新 2 李长民 1 刘翠 1 邓晋福 1 赵国春 DUANPeiXin 1,LIChangMin 2,LIUCui 1,DENGJinFu 1 andzhaoguochun 1 1 中国地质大学地球科学与资源学院, 北京 中国地质大学长城学院, 保定 FacultyofEarthSciencesandResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China 2 GreatWalColege,ChinaUniversityofGeosciences,Baoding071000,China 收稿, 改回 DuanPX,LiCM,Liu C,DengJF and ZhaoGC 2014 Geochronologyand geochemistryofthegranitesfrom the JinchanggoulianggolddepositareaintheInnerMongoliaanditsgeologicalsignificance ActaPetrologicaSinica,30(11): Abstract ThispaperstudiesthegraniticrocksofJinchanggouliang,XitaiziandDuimiangouinChifengarea,InnerMongolia Jinchanggoulianggraniticrocksaremainlycomposedofgneisosemozoniticgranite,thezirconLA ICP MSU Pbdatingofitgavean ageof249 9±1 4Ma,i e,earlytriasic TheserocksarealplotedintheareaofCCGinthediagramsfordiscriminationof tectonicsetings ZirconLA ICP MSU PbdatingofXitaiziporphyriticmozoniticgranitegaveanageof216 7±1 8Ma,i e,late Triasic Inthediagramsfordiscriminationoftectonicsetings,theyareplotedintheareaofPOG Duimiangougraniticrocksare composedofbeschtauiteandquartzmonzonite,whichintrudedinearlycretaceous,thecenterphasearebeschtauite,whiletheedge phasearequartzmonzonite Inthediagramsfordiscriminationoftectonicsetings,theyareplotedintheVAGarea Combinedwith previousstudiesandtheregionalgeology,inthelatetriasic,paleo AsianOceanhadbeenending,andthisareahadstayintheend ofacontinentalcolisionorogenicintracontinentalorogenicstage Thispaperputsforwardthecontrolingroleofthebatholithtothe latermineralization, thattheplatewhich isformed beforethemineralization providesthenecesaryconditionsforthelater mineralization,itreasonablyexplainsthedistributiongoldintheareaofjinchanggoulianggoldfield,andmayhaveanuniversal significance Keywords GranitoidofJinchanggouliang;ZirconU Pbage;Triasic;Post batholithmetalogenicmodel;innermongolia 摘要本文对内蒙赤峰地区金厂沟梁金矿区内的金厂沟梁 西台子 对面沟花岗质岩体开展了相关研究 金厂沟梁岩体岩性主要为片麻状二长花岗岩,LA ICP MS 锆石 U Pb 测年结果为 249 9±1 4Ma, 为早三叠世 构造环境判别为大陆碰撞造山 (CCG) 西台子岩体岩性为似斑状二长花岗岩, 其 LA ICP MS 锆石 U Pb 测年结果为 216 7±1 8Ma, 为晚三叠世, 构造环境判别图解中位于后造山 (POG) 区域 对面沟岩体为早白垩世, 其中心相岩性是石英二长斑岩, 边缘相是石英二长岩, 在构造环境判别图中均属于火山弧环境 结合区域地质资料和前人研究成果, 推测古亚洲洋构造域在晚三叠世已到末期, 从而进入大陆碰撞造山的末期陆内造山阶段 本文提出岩基对后期成矿的控制作用, 认为早于成矿时期所形成的板状侵入体为后期成矿提供必要条件, 较为合理的解释金厂沟梁地区金矿分布的成因, 并可能具有普遍意义 关键词 中图法分类号 金厂沟梁地区花岗岩 ; 锆石 U Pb 年龄 ; 三叠纪 ; 岩基后成矿模式 ; 内蒙古 P ;P597 3 本文受中国地质调查局项目 ( ) 973 项目 (2011CB808901) 和科技部国际科技合作项目 (2010DFB23390) 联合资助. 第一作者简介 : 段培新, 女,1990 年生, 硕士生, 矿物学 岩石学 矿床学专业,E mail:duanpeixin1990@126.com 通讯作者 : 刘翠, 女,1973 年生, 博士, 副教授, 岩石学,E mail:liucui@cugb.edu.cn

2 3190 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2014,30(11) 1 引言 一直以来, 华北克拉通北缘以其特殊的地理位置和丰富的矿产资源而受到众多研究者的青睐 ( 曹从周等,1986; 任纪舜等,1990; 程裕淇,1994; 伍家善等,1998; 邓晋福和莫宣学,1999;Zhaietal.,2000; 赵国春等,2002; 赵国春, 2009;Seng retal.,1996;tang,1990; 罗照华和邓晋福, 1997; 李锦轶等,2007;Miaoetal.,2008) 任纪舜等 (1990) 邓晋福和莫宣学 (1999) 翟明国和卞爱国 (2000) 认为该区域古老陆核经历晚太古代和早元古代两次克拉通化过程, 最终通过东西陆块俯冲等一系列演化过程形成目前多微陆块拼合的华北陆块结晶基底 受复杂的区域构造演化影响, 区域内大量发育不同时代, 不同类型花岗岩和与其有成生联系的矿床, 是中国重要的金矿化集中区之一 (Hartet al.,2002; 毛景文等,2005; 聂凤军等,2007) 汤中立和李小 虎 (2006) 汤中立等 (2007) 进行大量的实际观测认为大型内生金属矿床常常与小岩体有关 然而, 大量矿床或者矿点经常分布在花岗质岩基周围和内部 ( 郭少丰,2010), 比如都山岩体, 喀喇沁岩体 许多岩基的形成时间大大早于成矿时间, 但是, 传统上认为花岗质岩基是连通源区的巨型侵入体, 后期成矿物质及致矿侵入体是如何灌入岩基? 至今仍不清楚, 未得到很好的解释 ; 本文选择以金厂沟梁金矿区的岩基为例, 研究其对金厂沟梁金矿的控制作用, 试图揭示岩基对后期成矿物质的控制作用 2 研究背景 金厂沟梁金矿区位于内蒙古赤峰市与辽宁省西部朝阳市交界处的敖汉旗境内, 地理坐标 : E,41 58 N, 其大地构造位置位于华北克拉通北缘, 努鲁儿虎隆起东北部的龙潭地块内 努鲁儿虎隆起的北侧是东西向的赤峰 开原断 图 1 研究区构造位置图 (a 据 Yangetal.,2003 修改 ) 及金厂沟梁地区研究区简图 (b 据苗来成等,2003 修改 ) Fig.1 Tectoniclocationofstudyarea(a,afterYangetal.,2003)andsimplifiedgeologicalmapsofJinchanggouliangarea(b, aftermiaoetal.,2003)

3 段培新等 内蒙古赤峰金厂沟梁金矿区花岗岩类年代学 地球化学特征及其地质意义 ３１９１ 图 ２ 金厂沟花岗岩类镜下显微照片 金厂沟梁片麻状二长花岗岩 ＸＧ０ １ ｂ 西台子似斑状二长花岗岩 ＦＳ ０ ４ 对面沟中心部位石英二长斑岩 ｃ 和边缘部位石英二长 岩 ｄ Ｑ 石英 Ｐｌ 斜长石 Ｋｆ 钾长石 Ｍｓ 白云母 Ｂ 黑云母 Ａｍｐ 角闪石 Ｆ ２ Ｐｈ ｐ ｈ ｓｓ ｈ ｗ ｍ ｃ ｓ ｕ ｃ ｕ ｆ ｕ ｓ ｆ ｄｆ ｍｊ ｃ ｈ ｕ ｌ Ｊ ｃ ｈ ｕ ｌ ｓ ｓ ｓ ｍ ｚ ｃ ｂ Ｘ ｚ ｐ ｐｈ ｙ ｃｍ ｚ ｃ Ｄｕ ｍ ｕｂ ｓ ｃ ｈ ｕ ｃ ｄｑ ｕ ｚｍ ｚ ｄ Ｑ ｑ ｕ ｚ Ｐｌ ｐｌ ｃ ｌ ｓ Ｋｆ Ｋ ｆ ｌ ｄｓ ｐ Ｍｓ ｍｕ ｓ ｃ ｖ Ｂ ｂ Ａｍｐ ｍｐｈ ｂ ｌ 裂 南侧为北东向承德 北票断裂 西侧是铁匠营 四官营断裂 隆起地块内出露的地层主要为太古界建平群变质 图 １ 侧的为石英二长斑岩 南侧为中细粒石英二长岩 金厂沟梁金矿床矿体赋存在建平群小塔子沟组片麻岩 岩的小塔子沟组下段和大营子组 零星分布着中新元古的常 ０ 以上 中 分为东西两个矿区 西矿区的储量占其总量的 ９ 州沟组 团山子组和大红峪组以及上古生代地层 中生代的 其金矿脉走向近南北向和北西向 以构造蚀变岩型为主 部 侏罗白垩的火山碎屑岩分布在隆起的东南部和西部地区 分石英脉型 西沟铜矿产出于金厂沟梁片麻状二长花岗岩 隆起带内出露大量的花岗质侵入岩 主要包括元古代碱性 为小型铜矿 郝杖子小型金矿赋存在西台子岩体中 矿脉走 花岗岩 环斑花岗岩 中泥盆世碱性岩 闪长岩 石炭纪闪长 向近南北 主要以石英脉型和蚀变岩型为主 二道沟金矿位 岩 石英闪长岩 花岗闪长岩 二叠纪花岗岩及侏罗 白垩纪花 于研究区东部的侏罗火山岩中 矿脉走向呈东西向 北西向 岗岩等 分布 以石英脉型为主 也在爆破角砾岩中产矿 对面沟岩体 金厂沟梁金矿的围岩由建平群的角闪斜长片麻岩 黑云 中存在金矿化矿点 但品位较低 未能达到开采级别 从图中 斜长片麻岩及各种混合岩化片麻岩组成 研究区的东侧出露 图 １ｂ 可看出金厂沟梁 二道沟金矿田的矿脉走向均围绕对 流纹质火山岩 在一些沟壑中覆盖第四 侏罗纪蓝旗组英安 面沟岩体呈放射状分布 系沉积物 图 １ｂ 研究区出露三种侵入岩体 金厂沟梁片 麻状二长花岗岩分布在矿区的南侧 岩体呈东西向展布 长 约 ４ｋ ｍ 西 边 宽 约 ２ ０ ０ ０ｍ 东 边 宽 约 ５ ０ ０ｍ 出 露 面 积 约 沿贯穿金厂沟梁镇的北金线公路对金厂沟梁地区花岗 质岩体进行样品采集 采样位置见图 １ｂ 所采样品较新鲜 岩石主要类型为金厂沟梁片麻状二长花岗岩 测年位置点 ６ ５ｋ ｍ２ 最南端出露西台子中粗粒似斑状二长花岗岩 呈岩 ４ １ ５ ７ ５ ３ Ｎ １ ２ ０ １ ７ ３ ６ Ｅ 西台子似斑状二长花岗岩 测年 基状分布 出露面积约为 １ ２ ０ｋ ｍ２ 岩基的西侧与金厂沟梁岩 位置点 ４ １ ５ ６ ０ ２ Ｎ １ ２ ０ １ ９ ５ ７ Ｅ 和对面沟复式岩体 ０ ０ ３ 认为这两个岩体为同期侵入的相同 体相接 苗来成等 ２ 岩体 另外一些学者则认为是两个不同期次的岩体 并且岩 体侵入的先后顺序存在争议 研究区中间为对面沟复式岩 ｍ２ 中心偏北 体 呈近椭圆形的小岩株产出 出露面积为 ６ｋ ３ 岩相学特征 金厂沟梁岩体为片麻状二长花岗岩 图 ２ 中细粒半

4 3192 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2014,30(11) 表 1 金厂沟梁片麻状二长花岗岩与西台子似斑状二长花岗岩锆石 LA ICP MS 定年分析结果 Table1 ResultsofzirconLA ICP MSU PbageofJinchanggoulianggneisosemozoniticgraniteandXitaiziporphyriticmozoniticgranite U Th 普通 Pb 校正同位素比值 (±1σ) 普通 Pb 校正同位素年龄 (Ma)(±1σ) 测点号 ( 10-6 ) Th/U Pb/ 206 Pb Pb/ 235 U Pb/ 238 U Pb/ 206 Pb Pb/ 235 U Pb/ 238 U 比值误差比值误差比值误差比值误差比值误差比值误差 金厂沟梁片麻状花岗岩 xg xg xg xg xg xg xg xg xg xg xg xg xg xg xg xg xg xg xg 西台子似斑状二长花岗岩 fs fs fs fs fs fs fs fs fs fs fs fs fs fs fs fs fs fs fs fs 自形结构, 弱片麻状构造, 矿物略显定向 主要由斜长石 (35%) 钾长石 (20%) 石英 (35%), 少量次生白云母组成, 副矿物有磁铁矿 锆石 榍石 磷灰石等, 蚀变矿物有绢云母 绿泥石和粘土矿物等 斜长石具有聚片双晶, 呈板柱状, 颗粒大小一般在 1 至 2mm 左右, 双晶结合面有强烈绢云母化和粘土化 ; 钾长石自形程度较差, 粒径为 1~2mm 左右 ; 石英呈填隙状紧密排列 西台子岩体为中粗粒似斑状二长花岗岩 ( 图 2b), 似斑状结构, 块状构造 主要由碱性长石 (35%) 斜长石 (30%) 石英 (23%) 黑云母及角闪石 (5%) 组成, 副矿物有磁铁矿 磷灰石 榍石及锆石等 碱性长石多为斑晶, 含量约为 50%, 主要为正长石 条纹长石以及微斜长石等, 偏光显微镜下可见简单双晶和格子双晶, 呈宽板状, 颗粒较大约为 3mm 10mm; 斜长石呈半自形粒状, 粒径约为 1mm, 聚片双

5 段培新等 : 内蒙古赤峰金厂沟梁金矿区花岗岩类年代学 地球化学特征及其地质意义 3193 图 3 金厂沟梁片麻状二长花岗岩和西台子似斑状二长花岗岩锆石阴极发光图 (a b) 及 U Pb 谐和年龄图 (c d) Fig.3 Cathodoluminescenceimages(a,b)andU Pbconcordiadiagrams(c,d)ofzirconsfrom Jinchanggoulianggneisose mozoniticgraniteandxitaiziporphyriticmozoniticgranite 晶发育, 一般作为基质成分, 多蚀变为绢云母和粘土矿物 ; 石英颗粒大小不均一, 波状消光明显, 表面干净 在斑晶周围可看到石英和长石形成的蠕虫结构 对面沟复式岩体中心为石英二长斑岩 ( 图 2c), 斑状结构, 块状构造, 主要由斜长石 (40%) 碱长石 (35%) 石英 (10%) 组成, 角闪石和黑云母总计占 12%, 副矿物有磁铁矿 锆石 榍石等, 斜长石斑晶具有聚片双晶 卡钠复合双晶, 多呈板状, 生长环带明显 ; 斑晶占 70% 左右, 钾长石斑晶多为自形 半自形, 具有简单双晶, 还可见少量角闪石斑晶, 粒径 约 1~3mm, 基质组成与斑晶成分类似, 但石英的含量明显增多 对面沟岩体的边缘为石英二长岩 ( 图 2d), 细粒结构, 块状构造, 粒径 0 1~0 8mm, 主要由斜长石 (40%) 石英 (10%) 碱长石 (35%) 组成, 角闪石占 5%, 黑云母占 5% 4 分析方法 锆石单矿物分选在廊坊区域地质矿产调查调查研究所完成, 岩石经过粉碎, 筛分和淘洗后, 再次重选和电磁选, 最

6 3194 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2014,30(11) 后在实体显微镜下逐粒挑选获得锆石样品 然后用 DEVCON 环氧树脂将锆石颗粒固定于靶脱, 然后磨光至颗粒中部, 对锆石靶进行镀金, 拍摄阴极发光图像 LA ICP MS 锆石 U Pb 同位素年龄测试在中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室完成 实验所用仪器为 FinniganNaptune 型多接收电感耦合等离子体质谱仪 (MC ICP MS) 及与之配套的 NewwaveUP213 激光剥蚀系统 在样品测定前, 用酒精轻擦样品表面, 除去可能的污染 采样方式为单点剥蚀, 采用的激光斑束直径为 30μm 斑束, 激光剥蚀采用氦气作为剥蚀物质的载气, 氩气为补偿气以调节灵敏度 测试采用标准锆石 GJ1 和 Plesovioe 作为外标进行同位素的分馏校正, 每分析 10 个样品点, 分析两次 GJ1 和一次 Plesovioe 数据处理( 包括对样品和空白信号的选择 仪器灵敏度漂移校正 U Th Pb 同位素比值和年龄计算 ) 采用软件 ICPMSDataCalv4 6 完成, 锆石年龄和谐图和频率直方图由 Isoplot3 0 程序获得 详细实验测试过程见侯可军的相关文章介绍 ( 侯可军等,2009) 测试结果见表 1 岩石的主微量元素分析在武汉综合岩矿测试中心实验室完成, 在 XRF 1800 型 X 荧光光谱仪上进行主量元素分析, 分析精度优于 2% 痕量元素分析采用等离子直读光谱仪 (ICAP6300) 和电感耦合等离子体质谱仪 (X7) 分析结果见表 2 图 4 金厂沟梁地区花岗岩 TAS 分类图中曲线为为碱性 A 和亚碱性 SUB 分界线 6 花岗岩 ;11 石英二长岩 Fig.4 TAS clasification of the granites in the Jinchanggouliang ThedivisionlinebetweenalkalineA andsub alkaline 6 granite; 11 quartzmonzonite 5 分析结果 5 1 锆石 U Pb 年龄本文采用 LA ICP MS 锆石 U Pb 测年法对金厂沟梁片麻状二长花岗岩样品 (XG01) 和西台子似斑状二长花岗岩样品 (FS04) 进行测年工作, 结果见表 1 金厂沟梁片麻状二长花岗岩的锆石自形程度较好, 呈柱状, 长度介于 90~200μm 之间, 长宽比为 2 1~3 1, 在透反射光下均为无色, 透明 半透明, 具较典型的振荡环带结构 ( 图 3), 所测锆石的 Th 含量为 ~ ,U 含量为 ~ ,Th/U 比值介于 0 6~4 98, 均大于 0 4, 属于典型的岩浆成因锆石 (Rubato,2002; 吴元保和郑永飞,2004;Schulzetal.,2006) 金厂沟梁片麻状花岗岩样品的 19 个测点, 剔除 4 个不和谐点, 其余 15 个测点均投影于谐和线上或其附近, 206 Pb/ 238 U 表面年龄变化于 248 ~252Ma 间, 加权平均年龄为 249 9±1 4Ma(MSWD = 0 14), 属于早三叠世 西台子似斑状二长花岗岩的锆石与金厂沟梁岩体的锆石类似, 呈长柱状, 长宽比为 2 1~4 1, 在透射光和反射光下无色, 透明 半透明, 具典型的振荡环带结构, 锆石 Th 含量为 ~ ,U 含量为 ~ ,Th/U 比值介于 1 01~2 46, 同样大于 0 4, 属于典型的岩浆成因锆石, 剔除 4 个不和谐测试结果外, 其余 16 个测点均位于谐和线附近, 锆石 206 Pb/ 238 U 表面年龄介于 215~ 图 5 金厂沟梁地区花岗岩 SiO 2 K 2 O 图解 ( 据 Peccerilo andtaylor,1976) Fig.5 SiO 2 vs K 2 O diagram ofthegranitesin the Jinchanggouliang(afterPecceriloandTaylor,1976) 218Ma 之间, 加权平均年龄为 216 7±1 8Ma(MSWD = 0 07), 表示其结晶年龄, 为晚三叠世 5 2 花岗岩地球化学特征 早三叠世的金厂沟梁片麻状二长花岗岩 SiO 2 的含量为 71 80% ~73 68%,K 2 O+Na 2 O 含量为 8 17% ~8 64%, Al 2 O 3 含量为 14 76% ~15 88%, 岩石分异指数 DI 介于 91 86~92 25( 见表 2) 在 TAS 图解中 ( 图 4) 样品点落入花岗岩范围 ;SiO 2 K 2 O 图解中 ( 图 5), 属于高钾钙碱系列 ; 其铝饱和指数 (A/CNK) 为 1 23~1 26, 在标准矿物计算中出现刚玉, 属于过铝质花岗岩 ( 图 6); 其 Peacock 指数显示为碱钙性 (AC)( 图 7) 痕量元素蛛网图显示, 亏损 Ba Nb Ta Ce P Ti 等元素, 富集 Rb K Pb 等大离子亲石元素以及 Th 和 Hf

7 段培新等 : 内蒙古赤峰金厂沟梁金矿区花岗岩类年代学 地球化学特征及其地质意义 3195 表 2 金厂沟梁地区花岗岩主量元素 (wt%) 和微量元素 ( 10-6 ) 数据 Table2 Major(wt%)andtrace( 10-6 )elementsdataofthegranitoidsinthejinchanggouliang 样品号 Xg01 Xg02 Fs01 1 Fs01 3 Fs02 2 Fs04 Fs05 Xg04 1 Xg06 Xg07 Xg08 岩石类型片麻状二长花岗岩似斑状二长花岗岩石英二长斑岩石英二长岩 岩体名称 金厂沟梁岩体 西台子岩体 对面沟岩体 SiO TiO Al 2 O FeO T MnO MgO CaO Na 2 O K 2 O P 2 O LOI Total DI R R A/CNK A/NK La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Y Sc V Cr Co Ni Rb Zr Nb Cs Hf Ta Pb Th U Ba Ga Sr Au Ag Cu Mo ΣREE (La/Yb) N Eu/Eu LREE/HREE

8 3196 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2014,30(11) 图 6 金厂沟梁地区花岗岩 A/CNK A/NK 图解 ( 据 ManiarandPiccoli,1989) IAG 岛弧花岗岩类 ;CAG 大陆弧花岗岩类 ;CCG 大陆碰撞花岗岩类 ;POG 后造山花岗岩类 ;RRG 与裂谷有关的花岗岩类 ;OP 大洋斜长花岗岩 ;CEUG 与大陆的造陆抬升有关的花岗岩类 Fig.6 TheA/CNK A/NK diagram ofthegranitesinthe Jinchanggouliang(afterManiarandPiccoli,1989) IAG islandarcgranitoids;cag continentalarcgranitoids;ccg continentalcolisiongranitoids;pog post orogenicgranitoids;rrg rift related granitoids; CEUG continental epeirogenic uplift granitoids;op oceanicplagiogranites ( 图 8a),Yb 含量的平均值为 ,Sr 含量的平均值为 , 具低 Sr 低 Yb 特征 ( 张旗等,2006) 样品稀土总量较低 (ΣREE= ~ ), 富集轻稀土,LREE/HREE 的平均值为 10 27,(La/Yb) N 的平均值为 11 84, 稀土元素的配分模式图为右倾型, 轻稀土较陡, 重稀土相对平缓, 具轻微负 Eu 异常 (Eu/Eu =0 69~0 75), 可能表明与岩浆平衡的的液相线矿物为斜长石 ( 图 8b) 晚三叠世的西台子似斑状二长花岗岩 SiO 2 的含量介于 64 79% ~69 55% 之间, 相对金厂沟梁岩体偏低,K 2 O+ Na 2 O 含量为 8 15% ~10 06%,Al 2 O 3 含量介于 14 57% ~ 15 67%, 岩石的分异指数较高,DI=82 24~84 12( 表 2) 在 TAS 图解中 ( 图 4), 样品落入石英二长岩和花岗岩的接触界限附近 ;SiO 2 K 2 O 图解中 ( 图 5), 部分落入高钾钙碱系列, 其余落入钾玄岩系列 ; 铝饱和指数 (A/CNK) 介于 0 90~ 0 99, 属于准铝质 ( 图 6),Peacock 指数显示为碱钙性 (AC) 碱性 (A)( 图 7) 其痕量元素特征与金厂沟梁岩体相似, 在痕量元素蛛网图中 ( 图 8a), 样品亏损 Ba Nb Ta Sr P Ti 等元素, 富集 Rb Th K Pb Nd Hf 等元素,Yb 的平均值 ,Sr 的平均值 , 为低 Sr 低 Yb 花岗岩 稀土总量较高 (ΣREE= ~ ), 轻稀土明显富集, 轻重稀土比值介于 9 82~17 34 之间,(La/Yb) N 的平均值为 19 13, 稀土元素配分模式图呈右倾型, 轻稀土的斜率较大, 重稀土相对平缓, 具有轻微负 Eu 异常 (Eu/Eu =0 58 ~0 74) 曲线形态与金厂沟梁岩体的类似, 但总体高于金 图 7 金厂沟梁地区花岗岩 SiO 2 (Na 2 O+ K 2 O CaO) 图解 ( 据 Frostetal.,2001) Fig.7 SiO 2 vs (Na 2 O +K 2 O CaO) diagram ofthe granitesinthejinchanggouliang(afterfrostetal.,2001) 厂沟梁岩体 ( 图 8b) 对面沟复式岩体的中心与边缘岩体的地球化学性质相近,SiO 2 的含量介于 65 58% ~68 32%,K 2 O+Na 2 O 含量较高且稳定 (8 04% ~8 57%), 富铝 (15 47% ~16 27%), 岩石的分异指数较高 ( 表 2), 在 TAS 图解中 ( 图 4), 均落在石英二长岩范围里 ;SiO 2 K 2 O 图解中 ( 图 5), 落入高钾钙碱性系列 ; 铝饱和指数的平均值为 1, 位于准铝质与过铝质的边界 ( 图 6) 在 SiO 2 (K 2 O+Na 2 O CaO) 图解中 ( 图 7), 落入碱钙性 (AC) 区域 其痕量元素特征与西台子岩体相比较, 差别较大, 样品亏损 Rb Nb Ta Sm Ti 等元素, 富集 Ba K Pb Sr, 等大离子亲石元素 ( 图 8a),Yb 的平均值 ,Sr 的平均值 , 属于高 Sr 低 Yb 型 其稀土总量介于 ~ 之间, 具有轻稀土富集, 重稀土亏损的特点, 轻重稀土比值为 16 03~19 03,(La/Yb) N 的平均值为 23 12, 在稀土元素配分曲线中呈右缓倾斜, 负 Eu 异常不明显 ( 图 8b) 6 讨论 6 1 金厂沟梁金矿区花岗岩类的时代金厂沟梁金矿区花岗质岩体侵入先后顺序存在较大争议, 王建平等 (1992) 牛树银等 (2011) 根据早期得到的年龄认为西台子岩体早于金厂沟梁岩体形成, 是第一期侵入花岗岩, 刘宗秀等 (2002) 认为金厂沟梁岩体与对面沟岩体是一个多期次侵入的复式岩体, 而付乐兵等 (2010) 苗来成等 (2003) 认为该区金厂沟梁岩体与西台子岩体为同期侵入的相同岩体 据前文所述, 金厂沟梁片麻状二长花岗岩样品采自金厂沟梁铜矿矿区外围岩体 ( 图 1b), 王建平等 (1992) 通过钾长

9 段培新等 : 内蒙古赤峰金厂沟梁金矿区花岗岩类年代学 地球化学特征及其地质意义 3197 图 8 金厂沟梁地区花岗岩原始地幔标准化微量元素蛛网图 (a) 与球粒陨石标准化稀土元素配分图 (b)( 标准化值据 Sun andmcdonough,1989) Fig.8 Primitivemantle normalizedtraceelementspiderdiagrams(a)andchondrite normalizedreepaterns(b)ofthegranites inthejinchanggouliang(normalizationvaluesaftersunandmcdonough,1989) 石 K Ar 法测年, 获得 Ma 年龄 ; 周乃武 (2000) 对该岩体中黑云母进行 40 Ar 39 Ar 定年, 获得 Ma 年龄 ; 侯万荣 (2011) 利用锆石 LAICP MS 测试方法获得年龄为 258 6± 1 6Ma~261 61±0 94Ma 由于该矿区发育多期岩浆作用, 早形成的岩体难免会受到后期岩浆作用的改造和影响 如对面沟岩体 ( 见下文 ) 和矿区东部的侏罗火山 ( 碎屑 ) 岩所代表的岩浆事件均可能影响金厂沟梁岩体 K Ar 同位素体系的封闭温度, 故本文认为王建平等 (1992) 和周乃武 (2000) 获得的年龄可能反映的是后期的岩浆 ( 热 ) 事件的年龄, 不能代表金厂沟梁岩体的结晶年龄 侯万荣 (2011) 采用的测年方法和单位与本文一样, 但是进行测年的样品位置与本文测年样品位置相对接近但仍有些偏差 ( 侯万荣具体采样位置 : E N, E N; 本文采样位置 : E N), 并且其测试的锆石明显带有熔蚀, 锆石形态不规则, 年龄的谐和度一般 ( 详见侯万荣, 2011) 本文的锆石形态较为完整, 长宽比较大, 发育明显结晶环带, 基本没有熔蚀, 打点位置尽量避免锆石核部, 选择边部环带发育的地方进行测试, 获得年龄 249 9±1 4Ma, 属于早三叠世 西台子似斑状二长花岗岩样品采自金厂沟梁公路东侧 ( 图 1b), 样品露头新鲜 前人对西台子岩体进行较多测试工作, 采用方法有所不同, 王建平等 (1992) 对岩体中黑云母进行 K Ar 法测年, 获得 187 9Ma 年龄, 苗来成等 (2003) 使用 SHRIMP 锆石测年方法得到年龄 218±4Ma, 侯万荣 (2011) 利用锆石 LA ICP MS 测试方法测得该岩体年龄为 226 8± 0 87Ma 其中 K Ar 法的同位素年龄可能反映后期的岩浆事件, 而苗来成对西台子岩体的 SHRIMP 测试结果与侯万荣的年龄有所区别, 相差近 10Ma, 侯万荣的打点位置更多选择锆石中心部位, 无岩浆环带, 并且其年龄的谐和度一般, 故本文对西台子岩体进行测试, 采样位置与其一致, 锆石形态完好, 并选择具有典型岩浆环带的锆石进行测试, 打点位置选择在边缘环带位置上获得锆石年龄与苗来成等 (2003) 所测年龄 在误差范围内一致, 本文得到年龄为 216 7±1 8Ma(MSWD =0 07), 属于晚三叠世 王建平等 (1992) 测得对面沟岩体边缘的石英二长岩 U Pb 年龄为 Ma, 采用 K Ar 法测得中心部位的石英二长斑岩年龄为 121 5Ma 侯万荣(2011) 采用 LAICP MS 锆石 U Pb 法测得边缘岩石年龄 138 7±1 2Ma; 中心为 ± 0 71Ma~142 65±0 44Ma, 所测试样品位置与本文中对面沟岩体的采样位置近乎一致, 采用目前相对较准确的测试方法, 并与前人的测试结果相近, 故本文认为对面沟岩体的形成年龄为早白垩世 综上, 金厂沟梁片麻状花岗岩形成时间为早三叠世, 西台子似斑状花岗岩形成于于晚三叠世, 对面沟岩体形成于早白垩世 金厂沟梁岩体的形成时间早于西台子岩体, 并且野外地质特征显示金厂沟梁片麻状花岗岩具明显的片麻理, 石英等矿物明显拉长, 而西台子岩体中矿物颗粒较大, 未发生矿物拉长现象, 应当为后期侵入岩体 6 2 构造环境中蒙边境中段 ( 包括内蒙古中部地区和河北北部地区 ) 夹于中朝板块与西伯利亚板块之间, 在中生代受多种构造体系的制约 ( 唐克东等,1995; 童英等,2010; 许文良等,2013), 如古亚洲洋构造域的作用, 蒙古 鄂霍茨克海俯冲 碰撞造山作用, 古太平洋板块的向西俯冲的影响等 在古亚洲洋的演化阶段, 其闭合的时限一直是地质界关注和研究的热点 对该地区两大板块拼合以及古亚洲洋最终关闭的时限则有更多不同认识 : 晚志留世 泥盆纪 (Seng retal.,1993), 中晚泥盆世 (Tang,1990), 晚泥盆世 早石炭世 ( 邵济安,1991) 二叠纪 (Windleyetal.,2007), 二叠纪 三叠纪 ( 李锦轶等,2007; Miaoetal.,2008;Xiaoetal.,2003) 燕山期该地区的大地构造背景目前也存在较多争议, 吴利仁 (1985), 周新民和李武显 (2000) 认为其形成与太平洋板块有关, 邓晋福等 (2000, 2006) 认为该地区在燕山期早期受到了太平洋俯冲的影响,

10 3198 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2014,30(11) 厂沟梁岩体在 SiO 2 FeO T /(FeO T +MgO) 二元图,(Al 2 O 3 Na 2 O K 2 O) FeO T MgO 三元图,(Al 2 O 3 Na 2 O K 2 O) (FeO T + MgO) CaO 三元图, 这三组图解中落入 IAG+CAG+CCG 的范围内, 其 A/CNK 值均大于 1 15, 显示 CCG 型 ; 西台子岩体在这三组图解中同时具有第一类 (IAG+CAG+CCG) 和第二类 (RRG+CEUG) 特点, 将其归为 POG 型 ; 对面沟岩体在 (Al 2 O 3 Na 2 O K 2 O) (FeO T +MgO) CaO 三元图中显示为 POG 型, 其余图解中均落入 IAG+CAG+CCG 范围, 其 A/ CNK 值均小于 1 05, 显示为 IAG 金厂沟梁岩体中的矿物颗粒定向排列指示其形成于挤压环境, 并且具有大陆碰撞花岗岩的特征, 指示着此时该区古亚洲洋演化已经由火山弧环境进入到陆陆碰撞的转化阶段 ; 西台子岩体显示造山晚期的特点, 样品落于高钾钙碱性和钾玄岩区域, 为典型的大陆碰撞造山带的特点, 指示该地区于晚三叠世处于陆陆碰撞造山的末期 陆内造山阶段 ( 邓晋福等,1994); 对面沟岩体显示大陆弧火山岩的特征, 并且样品中镁含量较低, 稀土元素配分图中无明显的负 Eu 异常 ( 图 8), 可推断其形成于活动大陆边缘靠近内陆一侧的火成岩弧内带 ( 邓晋福等,2007) 6 3 岩石形成温度 图 9 金厂沟梁地区花岗岩类主元素构造环境判别图解 ( 据 ManiarandPiccoli,1989) 实心点数据引自侯万荣 (2011) Fig.9 Discrimination ofthe granites ofthe area of Jinchangouliang(afterManiarandPiccoli,1989) TheblackspotdatacitedfromHou(2011) 晚期叠加了伸展作用, 邵济安等 (1999) 认为其形成环境为陆内拉张, 与古太平洋俯冲无关 ManiarandPiccoli(1989) 的一系列图解可以根据主元素的特征判别构造环境 ( 图 9), 由于金厂沟梁地区的花岗岩类 K 2 O 的含量均大于 1 1%, 可以排除大洋斜长花岗岩范围, 金 花岗岩中锆石含量很多, 前人对不同成分岩石部分熔融所产生的熔体进行实验, 结果表明在不同成分的岩浆中, 锆的饱和程度取决于岩浆温度和岩浆成分, 因此锆石锆饱和温度计是限定地壳深熔成因花岗岩的重要工具 (Wastonand Harison,1983) 未饱和锆石的温度可以代表锆石结晶温度的下限, 而残留锆石较多的花岗岩反映的是最高温度 ( 吴福元等,2007) 锆石是较早从岩浆中结晶的副矿物, 因此锆石饱和温度接近液相线的温度 (Kingetal.,1997) 根据前人实验结果,Miler 对锆石在岩浆中溶解度方程进一步修正得到如下公式进行计算 (Mileretal.,2003): 锆石 / 熔体 T Zr =12900/[ M+LnD Zr ] T 为绝对温度,M 是阳离子含量的比值, 由公式 (Na+K +2Ca)/(Al Si) 来计算,D 为锆在由化学计算的锆石中的浓度与熔体中的浓度的比值, 用纯锆石中的 Zr 含量 ( ), 及全岩的 Zr 含量分别代表锆石中的含量和熔体中的含量 依据上述公式计算, 金厂沟梁片麻状花岗锆石形成温度为 747~809, 西台子似斑状二长花岗岩锆石形成温度为 784~809, 对面沟岩体的锆石温度为 759~777 金厂沟梁岩体与西台子的岩体温度相对比较一致, 对面沟岩体的结晶温度比前两者略低, 可能标志着其结晶时的位置更浅或有挥发分的加入 6 4 成矿模式与找矿意义 从金厂沟梁矿区分布图看 ( 图 1b), 矿田内金厂沟梁金矿 二道沟金矿 郝杖子金矿的矿脉均围绕对面沟岩体分布,

11 段培新等 : 内蒙古赤峰金厂沟梁金矿区花岗岩类年代学 地球化学特征及其地质意义 3199 图 10 岩基后成矿模式图 ( 以金厂沟梁地区为例 ) Fig.10 Post batholithmetalogenicmodel(astudyforjinchanggouliang) 而对面沟岩体内部只有轻微矿化, 但其南部的西台子岩体, 东部的火山 ( 碎屑 ) 岩, 北部的建平群老地层中均分布大量金矿点 根据航磁二阶导数分析, 岩株状的对面沟岩体在深部向 NE 侧伏, 金厂沟梁金矿床产于侧伏的舌状凸起的尖端 ( 王建平等,1992); 前人对该区域矿化研究得到小型铜钼矿床的辉钼矿 Re Os 年龄为 ±0 93Ma( 侯万荣,2011), 金厂沟梁金矿田中与矿脉相穿插的黑云粗安岩脉的锆石年龄为 131 7±1 1Ma( 侯万荣,2011), 蚀变富钾矿物测得 K Ar 年龄介于 ~117 13~100 02Ma 之间 ( 王建平等, 1992), 由此可推测该区域矿化时期为早白垩世 理论上, 成因相关的不同地质现象之间可能存在五种联系 : 时间联系 空间联系 热力学联系 运动学联系和动力学联系 ( 罗照华等,2008) 对面沟岩体与矿脉的分布很容易让人联想到其与成矿有关, 但其面积很小, 这么一个小岩体是如何使其周围形成大型 中型矿床的? 作为岩基的西台子岩体与该区域成矿时间相差 80Ma, 它的形成与成矿很难建立直接关系 但是通过前人资料可观察到, 每个与成矿有关的小岩体周围都会有类似西台子岩体这样的大岩基, 此种模式非常类似郭少丰, 罗照华等 (2010) 定义的岩基后成矿作用 为此, 本文尝试提出以下成岩 成矿模式 ( 图 10) 西台子岩体的岩浆在晚三叠世熔融其围岩建平群老地层的镁铁质成分以及壳幔混合的镁铁质成分, 形成一个新的镁铁质层, 在其冷却过程中, 镁铁质层的角闪岩相向榴辉岩相转变, 当其完全转变成榴辉岩时, 密度增加使得岩石圈重力不稳定 ; 西台子岩体在侵位过程中使其上部盖层抬升, 同时也对四周造成挤压, 形成断裂等构造, 为后期大规模成矿提供了通道 上覆岩浆早已冷却结晶形成盖层, 致密的岩体作为屏蔽层, 其内部可能有部分残余岩浆房未能上升到地表, 下部的铁镁质层由于成分转变导致重力不稳定, 在滨太平洋构造域俯冲的触发下, 铁镁层下降, 发生拆沉作用, 拆沉作用引发的近场应力场, 叠加在处于后造山阶段具有挤压性质的远场应力场, 提供了金矿良好的储集空间, 含矿流体与岩浆混合, 流 体降低岩浆的密度, 岩浆保护含矿流体中的成矿物质两者耦合成一个复杂的体系 伴随岩石圈减薄, 其热力学环境发生很大变化, 很可能导致含矿流体与岩浆沿西台子岩体下方通道上升 根据透岩浆成矿理论 ( 罗照华等,2009), 熔浆体系与含矿流体体系因需要而耦合在一起形成一个复杂的混合体系, 当其解耦时可以在不同的条件下发生成矿作用, 可以将透岩浆流体成矿体系进一步划分成正岩浆成矿体系 接触带成矿体系 远程热液成矿体系 火山热液成矿体系等 研究区处于华北克拉通北缘这一特殊的地理位置, 晚三叠世 早侏罗世为区域构造域体制的转折时期, 导致该区域断裂发育广泛, 含矿流体可以快速逸出并沿着有利通道向远离源的方向运动, 含矿流体大部分从岩浆中分离出来, 在构造裂隙中形成破碎带蚀变岩成矿亚体系, 部分与岩浆系统一起冷却形成细脉浸染型矿体, 均属于远程热液成矿体系, 导致研究区内金矿大部分都为蚀变岩型金矿 研究区内的矿床形成以燕山期为主成矿期, 在这个时期里拆沉作用导致岩石圈的大量减薄是岩浆与含矿流体上升的触发机制, 该地区的矿床是以西台子岩体为屏蔽层的岩基后成矿模式 因此今后在该区域的金矿勘探应重点关注燕山期的岩浆活动, 尤其是与三叠纪岩浆作用所形成的岩基叠加的部位, 更有利于金矿发育 7 结论 (1) 锆石 LAICP MSU Pb 测得金厂沟梁片麻状花岗岩年龄为 249 9±1 4Ma, 属于早三叠世 ; 西台子似斑状二长花岗岩年龄为 216 7±1 8Ma, 为晚三叠世 (2) 金厂沟梁片麻状花岗岩富碱, 过铝质,Peacock 指数为碱钙型, 富集大离子亲石元素, 亏损高场强元素, 低 Sr 低 Y, 稀土配分曲线为右倾型, 弱负 Eu 异常 ; 西台子岩体属于钾玄岩 高钾钙碱性系列, 准铝质,Peacock 指数为碱钙型 碱型,

12 3200 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2014,30(11) 富集 K Pb 等, 亏损 Nb, 低 Sr 低 Y, 稀土配分曲线类似金厂沟梁岩体, 但各元素含量整体略高, 具弱负 Eu 异常 ; 对面沟岩体富碱, 准铝质,Peacock 指数为碱钙型, 富集 Ba K Sr 等, 亏损 Rb Nb 等元素, 高 Sr 低 Yb, 稀土配分曲线右缓倾斜, 无负 Eu 异常 (3) 早三叠世 (249 9Ma 左右 ) 的金厂沟梁岩体具有陆陆碰撞花岗岩的特征, 指示着此时该区古亚洲洋演化已经由火山弧环境进入到陆陆碰撞的转化阶段 ; 晚三叠世 (216 7Ma) 的西台子岩体显示造山晚期的特点, 样品落于高钾钙碱性和钾玄岩区域, 为典型的大陆碰撞造山带的特点, 指示该地区于晚三叠世处于陆陆碰撞造山的末期 陆内造山阶段, 表明古亚洲洋构造域行将结束 ; 对面沟岩体显示大陆弧火山岩的特征, 推断其形成于活动大陆边缘靠近内陆一侧的火成岩弧内带, 应当与古太平洋西向俯冲有关 (4) 研究区金矿勘探应当关注燕山期的小岩体 ( 岩脉 ) 分布区, 并重点关注西台子岩体深部, 以及该区域几个金矿之间深部通道的联系, 能有助于推测其他成矿位置 致谢在野外地质调查过程中得到金陶公司的大力支持 ; 单矿物分选和岩石碎样在廊坊区调所进行, 李林庆主任给予了很多帮助 ;LAICP MS 锆石 U Pb 测年在中国地质科学院完成, 侯可军老师给予了指导与帮助 ; 主元素 痕量元素和稀土元素测试由武汉综合岩矿测试中心实验室完成 ; 罗照华教授对论文进行了认真的评阅和修改, 提出了十分宝贵的建设性意见, 使得论文的质量和认识得到大幅提升 ; 二位匿名审稿人也提出了宝贵的意见 ; 在此一并表示衷心的感谢! 谨以此文庆贺邓晋福先生 80 华诞暨从事地质工作 60 周年! References CaoCZ,YangFL,TianCLetal.1986.TheophioliteinHegenshan district,neimongolandsiberianplates.in:tangkd (ed.). ContributionstotheProjectofPlateTectonicsinNorthernChina (No.1). 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