河北省東坪金礦鉀質(zhì)蝕變巖中的兩期鋯石年代學(xué)研究及意義

李長民, 鄧晉福, 蘇尚國, 李惠民, 劉新秒

1)中國地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室, 北京 100083;

2)天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所, 天津 300170

河北省東坪金礦鉀質(zhì)蝕變巖中的兩期鋯石年代學(xué)研究及意義

李長民1), 鄧晉福1), 蘇尚國1), 李惠民2), 劉新秒2)

1)中國地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室, 北京 100083;

2)天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所, 天津 300170

河北省崇禮縣東坪金礦位于水泉溝堿性雜巖體內(nèi), 金礦石包括低硫化物石英脈型和鉀質(zhì)蝕變巖型兩種類型。本次工作我們對采自東坪金礦70號脈深部的鉀質(zhì)蝕變巖中的鋯石進(jìn)行了成因礦物學(xué)和成礦年代學(xué)研究, 結(jié)果表明, 礦脈中的鋯石可以分成巖漿鋯石和熱液鋯石兩種成因類型。巖漿鋯石具有自形到半自形結(jié)構(gòu),在背散射電子圖像(BSE)上呈暗灰色, 在陰極發(fā)光圖像(CL)上具有明顯的巖漿振蕩環(huán)帶, 鋯石 U-Pb加權(quán)平均年齡為382.8±3.3 Ma。熱液鋯石多呈不規(guī)則狀充填在巖漿鋯石中, 在BSE圖像上呈亮灰白色, 在CL圖像上為深黑色(無陰極發(fā)光), 鋯石的Th、U含量和Th/U比值較巖漿鋯石明顯增高, 鋯石U-Pb加權(quán)平均年齡為140.3±1.4 Ma, 說明東坪金礦形成于早白堊世。140 Ma成礦年齡的發(fā)現(xiàn), 為認(rèn)識河北省東坪金礦的成礦時代提供了新證據(jù), 具有重要的地質(zhì)意義。

鉀質(zhì)蝕變巖; 鋯石U-Pb定年; 巖漿鋯石; 熱液鋯石; 東坪金礦; 河北省

河北省張家口、宣化地區(qū)(簡稱張宣地區(qū), 下同)東坪大型金礦床, 產(chǎn)于水泉溝堿性正長巖雜巖體內(nèi),屬于低硫化物含金鉀質(zhì)蝕變巖型和鉀長石石英脈型金礦床。金礦床的圍巖為中細(xì)粒正長巖。礦化由一系列平行排列的走向0°～35°的礦脈群組成, 其中1號脈和70號脈是最大的兩條礦脈, 約占全礦區(qū)金儲量的 80%。東坪金礦一個十分重要的特點是主成礦期的鉀長石化蝕變特別強烈, 表現(xiàn)為鉀長石、玉髓、絹云母、致密狀石英等強烈交代中細(xì)粒正長巖構(gòu)成硅鉀質(zhì)蝕變巖, 這些蝕變巖也都含金, 是金礦體的一部分。因此, 不少研究者采集了含金鉀長石蝕變巖中的鉀長石樣品, 試圖通過 K-Ar法和40Ar-39Ar法獲得鉀質(zhì)蝕變巖的形成年齡, 以便了解金礦的成礦時代。但由于很少采用高精度成巖成礦年代學(xué)資料, 特別是欠缺鋯石微區(qū)定年資料, 所測年齡數(shù)據(jù)參差不齊, 成礦年齡數(shù)據(jù)比較分散(120～350.9 Ma)(陸松年等, 1997; 宋國瑞等, 1996), 從而導(dǎo)致人們對金礦的成因認(rèn)識上有較大分歧。為了解決東坪金礦的成礦時代, 重新厘定金礦圍巖中細(xì)粒正長巖的成巖時代, 我們對采自70號脈深部的含金鉀質(zhì)蝕變巖樣品進(jìn)行了 LA-ICP-MS鋯石微區(qū) U-Pb測年,以探討金礦的成礦時代、中細(xì)粒正長巖的精確年齡以及金礦與圍巖中細(xì)粒正長巖的成因聯(lián)系。

1 地質(zhì)概況

河北省張宣地區(qū)東坪金礦田位于華北克拉通北緣中段的崇禮-赤城深大斷裂以南10 km處。以近東西向的崇禮-赤城深大斷裂為界,北部為古元古代紅旗營子群變質(zhì)雜巖,南部為太古代桑干群變質(zhì)雜巖和中新元古代未變質(zhì)的沉積蓋層以及中生代火山巖和火山碎屑巖的分布區(qū)域, 見圖1(b)。其中太古宙桑干群變質(zhì)雜巖主要由TTG質(zhì)片麻巖和其中的各類表殼巖捕虜體組成,經(jīng)歷了角閃巖相-麻粒巖相變質(zhì)作用。紅旗營子群變質(zhì)雜巖主要為古元古代地層組成,經(jīng)受了角閃巖相變質(zhì)作用和強烈的變形作用,分布有花崗質(zhì)深成侵入體。中新元古代未變質(zhì)的沉積蓋層僅見于圖 1(b)的東南角, 主要由長城系的淺海相碎屑巖、碳酸鹽巖沉積巖系組成。上侏羅統(tǒng)張家口組主要由酸性、中酸性火山巖、火山碎屑巖組成, 主要分布在水泉溝雜巖體西部和東坪金礦的東南側(cè),以不整合形式覆蓋在前寒武紀(jì)地層與水泉溝堿性雜巖體之上(宋國瑞等, 1996)。最近韋忠良等(2008)用 LA-ICP-MS鋯石 U-Pb法測得張家口地區(qū)張家口組火山巖的年齡范圍為 143～136 Ma, 屬早白堊世陸相火山沉積建造。

水泉溝堿性雜巖體呈近東西向狹長帶狀出露。巖體東西長約55 km, 南北寬5～8 km, 面積約350 km2。該巖體的北、南、東部出露有紅花梁黑云母花崗巖、上水泉鉀長花崗巖和溫泉巨斑狀花崗巖(宋國瑞等, 1996), 見圖1(b)。組成堿性雜巖體的巖石類型有輝石閃長巖、角閃二長巖、角閃正長巖、輝石角閃正長巖、石英二長巖、堿性正長巖、石英堿長正長巖和部分堿長花崗巖等。其中中細(xì)粒正長巖類與中粗粒(輝石)角閃正長巖類為堿性雜巖體的主要巖石類型。中細(xì)粒正長巖中普遍見有霓輝石和黑榴石等典型的堿性巖漿礦物(張招崇等, 1997; 包志偉等, 2003; 邵濟(jì)安等, 2004)。近年來Sr、Nd、Pb、O同位素綜合研究表明水泉溝堿性雜巖體是來源于富集的上地幔與下地殼局部熔融的物質(zhì)不均勻混合作用所形成的堿性雜巖體(李長民, 1999; 包志偉等, 2003;江思宏等, 2003; Jiang, 2005) 。

東坪金礦的直接圍巖為水泉溝中細(xì)粒堿性正長巖雜巖體, 礦石組分以富含碲為特征, 屬于碲化物金礦床(Mao et al., 2003)。由于區(qū)內(nèi)絕大多數(shù)金礦體(脈)分布在水泉溝堿性正長巖的內(nèi)外接觸帶, 據(jù)此多數(shù)學(xué)者推測東坪金礦床與堿性正長巖體有直接的時空和成因聯(lián)系(王郁等, 1994; 宋國瑞等, 1996; 陸松年等, 1997)。

東坪金礦主要由一系列平行排列的走向NNE、NE和NW向的礦脈組成。金礦石主要包括低硫化物碲金石英脈型和含金鉀質(zhì)蝕變巖型兩種類型, 其中鉀質(zhì)蝕變巖型金礦分布范圍更廣, 所占金礦石比例更大, 這些蝕變帶也都含金, 是金礦體的一部分(Mao et al, 2003)。主要圍巖蝕變有鉀長石化、鈉長石化、硅化、黃鐵礦化、絹云母化、綠泥石化、綠簾石化。金屬礦物含量較少, 主要有黃鐵礦、方鉛礦、黃銅礦、閃鋅礦、斑銅礦、磁鐵礦等; 脈石礦物主要由石英、微斜長石和少量鈉長石組成; 主要金礦物為自然金和碲金礦。盧德林等(1993)根據(jù)切割關(guān)系、鏡下觀察和包體測溫等把熱液活動劃分為 5期: (1)粗粒黃鐵礦－石英脈期, 含微量金, 均一溫度為 329℃～337℃; (2)黃鐵礦－金－石英脈期, 是金的主要礦化期之一, 均一溫度為 315℃～324℃; (3)多金屬硫化物－金－石英脈期, 為金的最主要礦化期, 均一溫度為 244℃～285℃; (4)灰黑色致密玉髓狀硅質(zhì)脈交代充填期, 含微量金, 均一溫度為150℃～185℃; (5)重晶石－碳酸鹽－石英細(xì)脈期。其中(4)、(5)兩期熱液活動極弱。

圖1 水泉溝堿性雜巖體及金礦床區(qū)域地質(zhì)圖Fig. 1 Simplified geological map of Shuiquangou alkalic complex in Zhangjiakou area, Hebei Province

東坪金礦一個十分顯著的特點是主成礦期第三期鉀長石化特別強烈(盧德林等, 1993) , 表現(xiàn)為鉀長石、灰白色致密狀石英交代中細(xì)粒霓輝正長巖, 構(gòu)成硅鉀質(zhì)蝕變巖, 鉀質(zhì)蝕變作用強烈處往往形成鉀長石巖包囊或鉀長偉晶巖(含一定量的石英)。第三期以后的熱事件規(guī)模都極小, 而且溫度很低, 為150～185℃或更低。礦體極少被后期斷層切割, 即使有錯斷, 斷距也很小, 表明東坪金礦主成礦期后的熱事件干擾是很弱的(盧德林等, 1993)。

前人對東坪金礦進(jìn)行了廣泛的年代學(xué)研究, 所得年齡很不一致, 早至元古宙, 晚至中生代。因此,就有元古宙、海西期、印支-燕山期不同時代成礦的爭議。為了更可靠地確定東坪金礦的成礦年齡, 作者對采自東坪金礦 70號脈深部的鉀質(zhì)蝕變巖中的鋯石進(jìn)行了LA-ICP-Ms定年, 以確定東坪金礦可靠的成礦年齡(詳見后述)。

2 樣品制備和測試方法

鋯石的分選是在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究院(廊坊)完成的。部分鋯石的陰極發(fā)光圖像(CL images)在中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所電鏡室完成。本次年齡測試是在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室完成的。先在雙目顯微鏡下仔細(xì)挑選鋯石顆粒, 保證所選顆粒大小比較均勻, 涵蓋不同的長寬比例和顏色。然后, 將所挑選的鋯石顆粒粘在雙面膠上, 用環(huán)氧樹脂和三乙醇胺配制的膠固定, 細(xì)磨至鋯石顆粒最大面后拋光。利用JEOL 8100電子探針獲得鋯石的背散射電子圖像(BSE images)。結(jié)合鋯石的反射光和透射光圖像, 避開其內(nèi)部的裂隙和包裹體, 進(jìn)一步精選用于鋯石微區(qū)定年。

鋯石 U-Pb定年所用儀器為帶激光剝蝕系統(tǒng)的Agilent 7500a ICP-MS。用激光束對所選定的鋯石測試區(qū)域進(jìn)行燒蝕, 被燒蝕出來的樣品用氦氣作為載體輸送到ICP-MS中, 與氬氣在30 cm3混合室混合后進(jìn)入等離子體中電離, 然后用質(zhì)譜儀對被電離的物質(zhì)進(jìn)行同位素比值的測定, 根據(jù)被測礦物與相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)礦物的同位素比值測定結(jié)果進(jìn)行有關(guān)元素含量及被測礦物同位素年齡的計算。

數(shù)據(jù)采集需要 100 s, 其中背景測量時間 40 s,信號測量時間60 s。測試中每個“RUN”包含4個外標(biāo), 1個內(nèi)標(biāo)和10～12個測試樣品。本次實驗采用的外標(biāo)為 GJ-1(609 Ma), 內(nèi)標(biāo)為 Mud Tank(735 Ma), 每個“RUN”中10～12個測試樣品前后各測兩個GJ-1,206Pb、207Pb、208Pb、232Th和238U作為采集對象用來計算年齡。本次實驗測定的GJ-1的207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡為609±10 Ma(1σ), 與Simon 等人(2004)用TIMS分析法測得的608.5±0.4 Ma一致。內(nèi)標(biāo) Mud Tank被用來測試儀器的穩(wěn)定性和重復(fù)能力, 本次實驗測定結(jié)果為: 730±10 Ma(1σ)。

工作參數(shù): 功率1300 W, 氬氣流速1 L/min, 氦氣流速 1.3 L/min, 激光剝蝕系統(tǒng)采用 Nd: YAG213 nm紫外激光器, 激光脈沖重復(fù)頻率為5Hz, 測試脈沖能量為10～20 J/cm2, 剝蝕直徑為30 μm。

導(dǎo)出的原始的ICP-MS數(shù)據(jù)為ASCII格式, 然后用GLITTER軟件進(jìn)行處理, 普通Pb校正使用Andersen(2002)的方法, 我們使用 Isoplot (ver 2.49) (Ludwig, 2001)進(jìn)行206Pb/238U加權(quán)平均年齡的計算與諧和曲線圖的投影。

3 鋯石特征和分析結(jié)果

樣品的采集對成礦時代研究至關(guān)重要, 為了得到東坪金礦精確的成礦年齡, 以及水泉溝堿性正長巖體的形成時代, 作者在東坪金礦70號脈深部坑道中采集了主成礦期的第三期含金硅鉀質(zhì)蝕變巖樣品,樣品編號DP01。

DP01號樣采自東坪金礦70號脈深部的硅鉀質(zhì)蝕變巖(鉀長石化中細(xì)粒霓輝正長巖), 由于強烈的鉀長石化, 現(xiàn)已變?yōu)槿饧t色鉀長石巖, 樣重10 kg左右, 巖石具有強鉀長石化、硅化、弱絹云母化、綠泥石化。薄片觀察鉀長石巖具有它形-半自形狀、粗粒-巨晶狀結(jié)構(gòu), 粒徑 5～35 mm, 主要由微斜長石(65%～80%)和微斜條紋長石(15%～20%)組成, 含少量細(xì)粒(0.3～1.8 mm)斜長石(5%～7%, An12±)、石英(5%～8%), 副礦物有磷灰石、榍石、鋯石、磁鐵礦等?？梢娦遍L石具有交代熔蝕結(jié)構(gòu)和鈉長石化現(xiàn)象。從樣品中挑選鋯石顆粒大于1000粒, 在雙目鏡下仔細(xì)挑選裂隙少、晶型較完好、不同形態(tài)、大小和顏色不同的鋯石 13粒, 并對這 13粒鋯石進(jìn)行了詳細(xì)的BSE圖像研究。由BSE圖像可測得, 鋯石顆粒長寬比為1: 1.3～1: 3.2, 平均1: 1.8左右, 長軸長139～390 μm。部分鋯石晶型較完好, 無色或淺紫紅色, 呈柱狀, 四方雙錐晶面發(fā)育, 主要為(100)、(110)、(111)的聚形, 代表性鋯石BSE圖像見圖2, CL圖像見圖 3, 圖上標(biāo)示了測點的位置、編號和206Pb/238U年齡值。

本次試驗共對13粒鋯石進(jìn)行了U-Pb年齡測定。其中, 在 BSE圖像上深色區(qū)域(暗灰色區(qū)域)的鋯石晶型較完好(如圖2中5-1和11-1號測點所在的樣品),為年齡較大的一組, 共有11個測點, 元素Th、U的絕對含量和 Th/U比值較低, 其中 Th含量為 15× 10?6～418×10?6, 平均108×10?6; 元素U含量為32 ×10?6～613×10?6, 平均 249×10?6; Th/U=0.10～0.69, 平均 Th/U=0.36, 這些測點所在鋯石微區(qū)在CL圖像上具有明顯的巖漿振蕩環(huán)帶構(gòu)造(圖 3), 屬巖漿成因鋯石(關(guān)康等, 1997; Liati et al, 2002; Tomaschek et al, 2003; Hu et al, 2004; 劉鋒等, 2008;聶鳳軍等, 2009), 這11個測點在鋯石U-Pb諧和圖上除 11-1號點207Pb/235U＝0.85783±0.01602過高而遠(yuǎn)離諧和曲線, 產(chǎn)生206Pb/238U與207Pb/235U不一致年齡外, 其它10個點均分布在一致曲線上或附近, 其中9-1號點的年齡明顯偏老,206Pb/238U年齡為424±5Ma,可能為捕獲鋯石, 另外3-1、4-1號點的206Pb/238U年齡分別為 353±5Ma和 348±4Ma, 年齡明顯偏新,可能代表巖漿鋯石與熱液鋯石的混合年齡, 其余 7個點表面年齡值集中在374～389 Ma之間, 其206Pb/238U加權(quán)平均年齡為382.8±3.3 Ma(MSWD=1.4, 見圖 4(a)), 這個年齡記錄了晚泥盆世水泉溝堿性雜巖體侵位的年齡。

圖2 東坪金礦區(qū)含金鉀質(zhì)蝕變巖中的鋯石BSE圖像Fig. 2 BSE images of zircons from auriferous intense k-feldspar-altered rock in the Dongping gold deposit

圖3 東坪金礦區(qū)含金鉀質(zhì)蝕變巖中的鋯石CL圖像Fig. 2 CL images of zircons from auriferous intense k-feldspar-altered rock in the Dongping gold deposit

圖4 東坪金礦含金鉀質(zhì)蝕變巖中的鋯石U-Pb年齡諧和圖解Fig. 4 Concordia diagram of zircons from auriferous intense k-feldspar-altered rock in the Dongping gold deposits

表1 東坪金礦含金鉀質(zhì)蝕變巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測定結(jié)果Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb age of auriferous intense k-feldspar-altered rock of the Dongping gold deposit

另外, 在 BSE圖像上淺色區(qū)域(灰白－亮灰白色區(qū)域), 鋯石多呈不規(guī)則狀, 具明顯的交代結(jié)構(gòu)(如圖2中6-2和13-2號測點所在的樣品區(qū)域), 部分樣品甚至被熱液改造成完整的熱液鋯石顆粒(如圖2中12-1號測點所在的樣品), 為年齡較新的一組, 共有11個測點, 這些測點的鋯石屬熱液鋯石(詳見討論部分)。11個測點, 除點10-1、10-2、6-2的207Pb/235U值過大(遠(yuǎn)大于0.175)而遠(yuǎn)離諧和線外, 其余8個點分布在U-Pb年齡諧和曲線上或附近, 這8個點的表面年齡值集中在136～146 Ma之間, 其206Pb/238U加權(quán)平均年齡為140.3±1.4 Ma(MSWD=0.98, 圖4(b)),這個年齡記錄了巖漿鋯石被后期熱液交代改造的年齡, 即東坪金礦含金鉀質(zhì)蝕變巖的年齡為 140.3± 1.4 Ma。

4 成巖成礦時代討論

4.1 水泉溝堿性雜巖體的侵位年齡

鋯石作為一種地球化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的副礦物, 具有較高的U-Pb封閉溫度。然而, 在有流體相參與的情況下, 由于熱液蝕變作用, 使得熱液流體沿鋯石晶體邊緣、裂隙或晶格缺陷處對鋯石進(jìn)行的交代、改造作用, 可以形成復(fù)雜的鋯石形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu),并使部分鋯石區(qū)域U-Pb體系封閉性遭到破壞, 甚至形成新的熱液鋯石(鋯石U-Pb體系重置), 對這些熱液蝕變作用較為徹底的鋯石晶域進(jìn)行微區(qū)定年,可以得到熱液蝕變作用的準(zhǔn)確年齡(Liati et al, 2002)。但是鋯石中仍有局部區(qū)域, 由于鋯石本身的穩(wěn)定性,在受到交代蝕變改造的鋯石中, 仍會有保留U-Pb體系的封閉性未被重置的區(qū)域, 對這些鋯石微區(qū)進(jìn)行U-Pb定年仍舊可以得到反映這些原生鋯石形成的地質(zhì)年齡(Liati et al, 2002; Tomaschek et al, 2003)。因此本文得到的在 BSE圖像上呈深色區(qū)域(暗灰－深灰色)的鋯石, 其對應(yīng)區(qū)域在 CL圖像上具有明顯的巖漿振蕩環(huán)帶和亮色的 CL圖像的鋯石微區(qū)屬于巖漿鋯石, 這些鋯石的成分點落在U-Pb年齡諧和曲線上或附近, 7個測點的加權(quán)平均年齡為382.8±3.3 Ma, 這個年齡代表了保留在鋯石中 U-Pb體系未被重置的巖漿鋯石區(qū)域的地質(zhì)年齡, 即原生巖漿鋯石的年齡, 這個年齡表明水泉溝堿性雜巖體形成于晚泥盆世。

有關(guān)不同作者使用不同方法測定水泉溝堿性雜巖體的形成年齡, 羅鎮(zhèn)寬等(2001)已有詳細(xì)討論,他們認(rèn)為: 前人對水泉溝巖體進(jìn)行了廣泛的年代學(xué)研究, 包括K-Ar、Rb-Sr、40Ar-39Ar、常規(guī)鋯石U-Pb、單顆粒鋯石和顆粒鋯石U-Pb法等, 所得年齡很不一致(年齡結(jié)果詳見本文表2), 由于這些測試方法存在各種各樣的弊端, 因而出現(xiàn)了較大的年齡偏差, 不能給出真實的成巖年齡, 本文在此就不復(fù)述了。

我們這次實驗獲得水泉溝堿性雜巖體主體侵位時代為382.8±3.3 Ma, 屬于晚泥盆世, 這一年齡雖然與羅鎮(zhèn)寬等(2001)獲得東坪金礦區(qū)內(nèi)堿性雜巖體的SHRIMP鋯石U-Pb年齡390±6 Ma有近7 Ma左右的差值, 與后溝金礦區(qū)正長巖的 SHRIMP鋯石U-Pb年齡386±6 Ma有4 Ma左右的偏差, 但同為晚泥盆世, 可以認(rèn)為它們在誤差范圍內(nèi)年齡一致。因此, 本文獲得的382.8±3.3 Ma的年齡, 可以代表東坪金礦區(qū)水泉溝堿性雜巖體的侵位年齡, 即水泉溝堿性雜巖體形成于晚泥盆世。

4.2 金礦成礦時代

早期人們常利用礦體與賦礦巖石(如地層、巖體等)的相互關(guān)系來間接確定金礦的成礦時代。但是,由于賦礦巖石與礦床之間有時并不一定存在成因上的聯(lián)系, 僅根據(jù)賦礦地質(zhì)體的年齡來間接推斷成礦時代有時可能會得出錯誤的結(jié)論。因此, 要準(zhǔn)確限定金礦床的成礦時代, 需要直接測定與金礦成礦有關(guān)的熱液蝕變礦物或礦石礦物的同位素年齡。近十幾年來陸續(xù)有關(guān)于金礦床中發(fā)現(xiàn)熱液鋯石和熱液鋯石微區(qū) U-Pb定年結(jié)果的報道(Kerrich, 1993; Hu et al., 2004; Fu et al, 2009; Li, 2009), 研究表明鋯石可以直接從中低溫?zé)嵋毫黧w中生長結(jié)晶(Cherniak et al, 2003; Dempster et al,2004; Dubinska et al, 2004), 這些熱液鋯石形成的溫壓條件與含金脈體的形成條件極為相似。因此, 通過尋找含金蝕變巖中的熱液鋯石, 利用鋯石微區(qū)U-Pb定年, 可以確定金礦床的形成時代, 可以為金礦床的定年提供新途徑。

表2 不同測年方法獲得的水泉溝堿性雜巖體和東坪金礦的同位素年齡表Table 2 Isotopic ages of the Dongping gold deposit and Shuiquangou alkalic complex determined by different methods

東坪金礦 70號脈具有鉀長石-綠泥石-綠簾石-絹云母-鈉長石礦化等蝕變組合, 表明礦化作用發(fā)生在綠片巖相(＜450℃)的中低溫條件下(朱永峰等, 2006)。在 BSE圖像上呈亮灰白色的淺色鋯石區(qū)域,多發(fā)育在巖漿鋯石中, 具有明顯不規(guī)則狀的交代結(jié)構(gòu)(見圖2), 在CL圖像上對應(yīng)區(qū)域則呈暗黑色(具無陰極發(fā)光特征)(見圖3), 這些鋯石微區(qū)的Th和U含量較巖漿鋯石微區(qū)的含量明顯偏高, 并且變化范圍很大, 其中 Th含量為 552×10?6～16498×10?6, 平均3283.5×10?6; U含量為3348×10?6～15200×10?6,平均 7109.7×10?6, 其 w (Th)/w (U)比值范圍為0.04～1.18, 平均0.41, 遠(yuǎn)大于0.1。特別是同在一顆鋯石中的3-2是3-0號測點Th含量的348倍, U含量的80.4倍; 同為一顆鋯石的13-2是13-1號測點Th含量的21倍, U含量的46倍; 同為一顆鋯石的10-2是10-3號測點Th含量的1031倍, U含量的438倍。這些結(jié)果表明原生巖漿鋯石通過熱液交代或改造作用后, 使得Th、U等元素在不規(guī)則狀鋯石區(qū)域或鋯石邊緣極度富集, 結(jié)果導(dǎo)致不規(guī)則狀鋯石區(qū)域或鋯石邊緣 U-Pb體系的完全重置, 形成新的鋯石域。這些特征與澳大利亞Boggy Plain巖體中的熱液鋯石和我國新疆天格爾糜棱巖化花崗巖以及新疆咸水泉片麻狀花崗巖熱液鋯石增生邊具有非常相似的特征, 表明這些被改造的區(qū)域?qū)儆跓嵋轰喪?Hoskin, 2005; 朱永峰等, 2006; 唐俊華等, 2007)。具有熱液蝕變交代特征的熱液鋯石, 它們是通過后期富含 Zr和 U、Th等的熱液流體交代或改造原生巖漿鋯石,結(jié)果導(dǎo)致不規(guī)則狀鋯石區(qū)域或鋯石邊緣 U-Pb體系的完全重置, 這個年齡可以記錄熱液活動的年齡。我們這次實驗得到的分布在 U-Pb年齡諧和曲線上或附近的熱液鋯石的 8個測點, 其加權(quán)平均年齡為140.3±1.4 Ma, 表明在水泉溝堿性正長巖形成以后,在燕山中晚期又經(jīng)歷了一次重要的熱液交代或改造事件, 這個年齡即為含金鉀質(zhì)蝕變巖的侵位年齡或東坪金礦的成礦年齡為140.3±1.4 Ma, 表明東坪金礦70號脈形成于早白堊世。

不同研究者曾利用不同方法對東坪金礦進(jìn)行了成礦年齡的測定, 獲得了一大批數(shù)據(jù), 但由于較少使用高精度定年方法, 所測年齡數(shù)據(jù)參差不齊。王正坤等(1992)用 K-Ar法測得鉀長石年齡為 157.37 Ma, 盧德林等(1993)利用K-Ar法和40Ar-39Ar法測定礦石中的鉀長石, 分別獲得148.1±2.2 Ma和156.7 ±0.88 Ma的年齡值。王蓉蠑(1992)對與東坪金礦相鄰的后溝金礦床鉀質(zhì)蝕變巖中的鉀長石用40Ar-39Ar法測年, 獲得148.3±4 Ma和187.5±5.3 Ma的數(shù)據(jù)。由于該區(qū)處于崇禮-赤城斷裂南側(cè), 先后受到過海西、印支和燕山期的構(gòu)造-巖漿熱事件的影響, Ar有可能丟失, K-Ar法、40Ar-39Ar法不能給出真實的地質(zhì)事件年齡。本文成功獲得成礦年齡為 140.3±1.4 Ma , 厘定了東坪金礦主要成礦年代為早白堊世, 這一年齡與中國東部燕山期成礦大爆發(fā)(鄧晉福等, 1999)和中國北方中生代存在3大成礦期次200～160 Ma、140 Ma和120 Ma的觀點(毛景文等, 2005)一致。另外, Hart等(2002)利用40Ar-39Ar法測定東坪金礦70號脈中的兩個絹云母樣品得到153±3 Ma和152±3 Ma的年齡數(shù)據(jù), 這兩個較為一致的年齡代表東坪金礦 70號脈熱液活動形成的熱液蝕變礦物絹云母的蝕變年齡, 證實了晚侏羅世東坪金礦的成礦事件?？紤]到 152Ma左右的年齡與作者測到的 140.3 ±1.4 Ma的年齡較為接近, 說明東坪金礦可能存在多階段成礦的特點, 即東坪金礦是在晚侏羅世-早白堊世期間多階段成礦作用形成的，但主成礦期為早白堊世。

4.3 成巖與成礦的關(guān)系

本文采用LA-ICP-MS鋯石微區(qū)U-Pb法獲得東坪金礦的圍巖中細(xì)粒正長巖年齡為 382.8±3.3 Ma,代表金礦成礦年齡的熱液鋯石年齡為140.3±1.4 Ma,成巖與成礦年齡相差242 Ma左右, 表明東坪金礦床的形成與圍巖中細(xì)粒正長巖巖漿侵位事件無直接關(guān)系。另外, 礦區(qū)東邊的溫泉巨斑狀花崗巖鋯石U-Pb年齡為 1.7 Ga(與姜能個人通信獲知)、水泉溝雜巖體北部的紅花梁黑云母花崗巖鋯石 SHRIMP U-Pb年齡為235±2 Ma(Jiang et al, 2007), 這些花崗巖的年齡均遠(yuǎn)早于東坪金礦140.3 Ma或152～153 Ma的成礦年齡, 顯然這些巖體也與東坪金礦無直接成因聯(lián)系。但是, 與東坪金礦成礦的熱液流體到底來源于何處呢？本文借助BSE圖像顯示的熱液交代鋯石在巖漿鋯石中十分發(fā)育(見圖2), 東坪金礦田的規(guī)模又特別大(達(dá)大型，并具有超大型規(guī)模的潛力), 表明熱液流體來源的規(guī)模應(yīng)該十分巨大。最近韋忠良等(2008)對張家口地區(qū)的張家口組火山巖用鋯石LA-ICP MS 測年的年齡范圍為 143.0±3.7～136.1±1.4 Ma,考慮到張家口組中酸性火山巖在堿性雜巖體附近的西部和東坪金礦東南部約 3.4～4 km均有大面積分布, 作者認(rèn)為張家口組中酸性火山巖的火山活動可能為東坪金礦成礦提供了重要的熱源和成礦流體。另外, 位于東坪金礦區(qū)東南約3 km的上水泉正長花崗巖巖體（注：原用“鉀長花崗巖”一詞不規(guī)范，應(yīng)為正長花崗巖）, 出露面積約8 km2, LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為142.9±0.8 Ma(Jiang et al., 2009)。再者, 位于水泉溝堿性雜巖體東部的轉(zhuǎn)枝蓮暗灰色閃長巖(出露面積約 1Km2)鋯石 SHRIMP U-Pb年齡為139.5±0.9 Ma(Jiang et al, 2007)。這些高精度同位素年齡結(jié)果均為早白堊世, 與本文獲得東坪金礦 140.3±1.4 Ma的成礦年齡在誤差范圍內(nèi)幾乎一致, 證明東坪金礦的成礦與晚侏羅世-早白堊世期間的火山活動或/和礦體周圍的燕山期小型侵入體、脈巖或隱伏巖體侵位后期的熱液活動有關(guān), 成礦時代應(yīng)為燕山中晚期。

考慮到本區(qū)眾多金礦點產(chǎn)于中細(xì)粒正長巖中,并且堿性雜巖體含金量較高, 達(dá) 5×10－9～17×10－9(宋國瑞等, 1996), 因此不排除燕山中晚期來自深部的熱液流體或熔體從堿性雜巖體中萃取了部分成礦金屬元素, 在適宜的空間(如: 北北東向、北東向斷裂系統(tǒng))、適宜的物化條件(弱堿性)下卸載成礦。從這層意義上講, 堿性雜巖體對東坪金礦的成礦作用會有一定影響。

4.4 地質(zhì)意義

許多研究者認(rèn)為東坪、后溝等金礦床產(chǎn)于水泉溝堿性雜巖體的內(nèi)外接觸帶, 屬于與堿性雜巖體有關(guān)的堿性巖型金礦床。我們這次研究獲得東坪金礦70號脈深部的鉀質(zhì)蝕變巖中的鋯石 U-Pb加權(quán)平均年齡為140.3±1.4 Ma, 可以確定金礦床形成于早白堊世, 而水泉溝堿性雜巖體形成于 382.8±3.3 Ma,兩者時差接近242 Ma, 說明東坪金礦可能與水泉溝堿性雜巖體的關(guān)系不大。另外, 水泉溝巖體已被剝蝕成巖基, 面積達(dá)350 km2, 如此大的巖基, 在巖漿期后熱液階段成礦是相當(dāng)困難的。因此, 東坪金礦不屬于與堿性雜巖體有關(guān)的金礦。再者東坪金礦的礦體極少被脈巖、斷層切割, 即使有切割, 斷距也很小, 說明東坪金礦存在多期成礦的可能性小, 但不排除存在多階段成礦的可能性?？紤]到區(qū)域內(nèi)有大面積的侏羅紀(jì)火山巖, 礦區(qū)附近有上水泉花崗巖株、花崗細(xì)晶巖脈的巖漿活動, 而這些地質(zhì)體的形成時代與 140 Ma的成礦年齡在誤差范圍內(nèi)幾乎一致, 表明東坪金礦的成礦與燕山期花崗細(xì)晶巖脈、花崗巖株、侏羅紀(jì)火山巖的巖漿活動有關(guān)。這說明,在張宣地區(qū)開展金礦找礦, 僅僅圍繞水泉溝堿性雜巖體找礦是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的, 還要對水泉溝巖體附近的燕山期花崗巖株、正長巖株、花崗細(xì)晶巖脈, 甚至侏羅紀(jì)火山巖等給予足夠的重視。

5 結(jié)論

通過對河北省張宣地區(qū)東坪大型金礦床含金硅鉀質(zhì)蝕變巖中的鋯石進(jìn)行LA-ICP-MS U-Pb年齡分析和綜合研究, 我們得出以下幾點認(rèn)識:

(1)在 BSE圖像上呈暗灰色的鋯石微區(qū)屬巖漿鋯石, 其U-Pb加權(quán)平均年齡為382.8±3.3 Ma, 這個年齡可代表中細(xì)粒正長巖的侵位年齡, 即水泉溝巖體主體侵位于晚泥盆世。

(2)多呈不規(guī)則狀充填在巖漿鋯石中, 在BSE圖像上呈亮灰白色, 在 CL圖像上為暗黑色(無陰極發(fā)光)的鋯石微區(qū)屬于熱液鋯石, 其 U-Pb加權(quán)平均年齡為140.3±1.4 Ma, 這個年齡代表熱液鋯石的形成年齡, 說明東坪金礦形成于早白堊世。

(3)本文獲得東坪金礦的圍巖中細(xì)粒正長巖年齡為 382.8±3.3 Ma , 代表金礦成礦年齡的熱液鋯石形成于140.3±1.4 Ma。這樣, 成巖與成礦年齡相差近242 Ma, 說明東坪金礦的形成與圍巖中細(xì)粒正長巖的侵位事件無直接關(guān)系。

致謝: 在野外地質(zhì)調(diào)查過程中得到東坪金礦礦山領(lǐng)導(dǎo)和地測科同行們提供的諸多幫助, 南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院陳立輝老師用他的 973項目(2006CB403508)為本文提供了鋯石測年經(jīng)費, 南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院胡森林碩士進(jìn)行了熱液鋯石樣品的年齡測定工作, 本文在成文過程中得到毛景文教授提供的諸多資料, 評審專家悉心審閱本文,并提出了十分有益的修改意見, 在此一并致謝！

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Two Stage Zircon U-Pb Ages of the Potash Altered Rock in the Dongping Gold Deposit, Hebei Province, and Their Geological Implications

LI Chang-min1), DENG Jin-fu1), SU Shang-guo1), LI Hui-min2), LIU Xin-miao2)
1) State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources, School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083;
2) Tianjin Institute of Geology and Mineral Resources, China Geological Survey, Tianjin 300170

Located in Chongli County of Hebei Province, the Dongping gold deposit is hosted by the Shuiquangou alkaline complex. There are two types of gold ores in this ore deposit, namely the low-sulfide quartz veins and the intense k-feldspar alteration type. In this paper, the authors made a mineralogical and U-Pb geochronologic study of the zircons from the intense k-feldspar alteration of No.70 vein. Two types of zircons were recognized, i.e., magmatic and hydrothermal ones. The magmatic zircons are characterized by euhedral-subhedral crystals, dark gray color on the backscattered electron (BSE) image, and clear magmatic oscillatory zoning on cathodeluminescence (CL) image. The U-Pb analytical data of the magmatic zircons indicate a weighted mean206Pb/238U age of 382.8±3.3 Ma. The hydrothermal zircons are mainly of irregular form filled with magmatic zircons. The hydrothermal zircons show light grayish white color on the BSE image and dark black color (non-luminescent) on the CL image. Compared with the magmatic zircons, the hydrothermal zircons have much higher Th, U content and Th/U ratios. The LA-ICP-MS zircon U-Pb age is 140.3±1.4 Ma. It is suggested that the Dongping gold deposit formed in the early Cretaceous. The discovery of the 140 Ma ore-forming age provides new evidence for the metallogenic epoch of the Dongping gold deposit.

intense k-feldspar-altered rock; zircon U-Pb dating; magamatic zircon; hydrothermal zircon; Dong-ping gold deposit; Hebei Province

P618.51; P588.32; P597.1

A

1006-3021(2010)06-843-10

本文由國家自然科學(xué)基金重點項目(編號: 40234048)、全國重要礦產(chǎn)成礦地質(zhì)背景研究(編號: 1212010633902)和中國地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室項目(編號: GPMR0735)聯(lián)合資助。

2010-06-17; 改回日期: 2010-08-17。責(zé)任編輯: 魏樂軍。

李長民, 男, 1962年生。在讀博士, 巖石學(xué)專業(yè)。E-mail: lchangmin62@yahoo.com.cn。