冀西北后溝金礦田脆韌性剪切帶年代學(xué)新證據(jù):來(lái)自LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡的發(fā)現(xiàn)

李長(zhǎng)民，李拓，鄧晉福，蘇尚國(guó)，劉新秒

(1.地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京100083;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院，河北保定071000;3.天津大學(xué) 化工學(xué)院，天津300072;4.天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，天津300170)

冀西北后溝金礦田脆韌性剪切帶年代學(xué)新證據(jù):來(lái)自LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡的發(fā)現(xiàn)

李長(zhǎng)民1，2，李拓3，鄧晉福1，蘇尚國(guó)1，劉新秒4

(1.地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京100083;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院，河北保定071000;3.天津大學(xué) 化工學(xué)院，天津300072;4.天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，天津300170)

通過(guò)系統(tǒng)的地質(zhì)學(xué)研究，作者在后溝金礦田發(fā)現(xiàn)了近NE向的脆韌性剪切帶，并對(duì)采自石垛口村北糜棱巖化石英正長(zhǎng)巖樣品中的鋯石進(jìn)行了成因礦物學(xué)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了兩組鋯石。一組為具有振蕩環(huán)帶的巖漿鋯石，其LA-ICP-MS鋯石 U-Pb加權(quán)平均年齡為(383.4±2.8)Ma;另一組為在CL圖像上無(wú)陰極發(fā)光充填在巖漿鋯石邊緣和粒間的不規(guī)則狀的熱液鋯石，其LA-ICP-MS鋯石U-Pb加權(quán)平均年齡為(154.4±1.3)Ma。通過(guò)對(duì)研究區(qū)具體情況的綜合分析，作者認(rèn)為前者代表水泉溝巖體東段的侵位年齡，后者代表區(qū)內(nèi)脆韌性剪切帶的形成年齡。考慮到東坪金礦田140 Ma的成礦年齡與后溝金礦田154 Ma的脆韌性剪切帶的形成年齡相近，作者認(rèn)為東坪和后溝金礦田可能存在多階段構(gòu)造-巖漿活動(dòng)和熱液流體成礦事件，但主要的成礦作用發(fā)生在燕山期，并且大多數(shù)金礦與燕山期的中酸性小巖體有關(guān)。

脆韌性剪切帶;鋯石U-Pb定年;熱液鋯石;后溝金礦田;冀西北

0 引 言

華北克拉通北緣是我國(guó)一個(gè)重要的金礦成礦帶，從西向東有大青山、冀西北、赤峰、冀東、遼西、遼東和吉南金礦集中區(qū)。在這個(gè)成礦帶中，冀西北張家口-宣化地區(qū)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)張-宣地區(qū))金礦集中區(qū)具有十分突出的特點(diǎn)，幾乎所有的金礦都產(chǎn)于水泉溝堿性雜巖體的內(nèi)、外接觸帶中。張家口市赤城縣后溝金礦就產(chǎn)于水泉溝堿性雜巖體東段的內(nèi)接觸帶中，是我國(guó)一個(gè)典型的破碎帶鉀質(zhì)蝕變巖型金礦(宋國(guó)瑞和趙振華，1996)，金礦床的展布受近NEE-NE向脆韌性剪切帶控制，并與疊置于脆韌性剪切帶中的鉀長(zhǎng)石化有關(guān)。前人對(duì)該礦床的地質(zhì)與地球化學(xué)做了大量的研究工作(向樹(shù)元等，1992;李瑞，1992;王蓉嶸，1992;宋國(guó)瑞和趙振華，1996;徐興旺等，2001)，但并沒(méi)有對(duì)控制鉀質(zhì)蝕變巖和金礦體的脆韌性剪切帶進(jìn)行高精度的年代學(xué)研究。為了獲得控制后溝金礦脆韌性剪切帶的可靠年齡，作者在石垛口-后溝一帶圈定出了脆韌性剪切帶的具體位置，并對(duì)采自遠(yuǎn)離后溝金礦的石垛口村北的糜棱巖化石英正長(zhǎng)巖樣品中的鋯石進(jìn)行了詳細(xì)研究，結(jié)果在多個(gè)巖漿鋯石碎塊的邊緣和裂隙中發(fā)現(xiàn)了9顆粒度較大的熱液鋯石，試圖用高精度LAICP-MS熱液鋯石U-Pb法獲得剪切帶的形成年齡，從而為華北北緣幾個(gè)大型金礦集中區(qū)控礦構(gòu)造的時(shí)代研究提供典型范例。

1 地質(zhì)概況

冀西北張-宣金礦集中區(qū)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(yíng)子群角閃-綠片巖相變質(zhì)雜巖(主要為綠泥石英片巖、黑云變粒巖、斜長(zhǎng)角閃巖和黑云斜長(zhǎng)片麻巖)，南部為太古宙桑干群角閃-麻粒巖相變質(zhì)雜巖(主要為二輝麻粒巖、角閃片麻巖、斜長(zhǎng)角閃巖夾磁鐵石英巖)和中元古代未變質(zhì)的長(zhǎng)城系碎屑巖、碳酸鹽巖等沉積巖蓋層以及中生代火山巖、火山碎屑巖的分布區(qū)域(圖1)。

圖1 冀西北水泉溝堿性雜巖體及后溝金礦床區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)宋國(guó)瑞和趙振華，1996資料修編)Fig.1 Simplified geological map of the Shuiquangou alkalic complex and Hougou gold deposit，northwestern Hebei province

冀西北金礦集中區(qū)的后溝中型金礦和東坪大型金礦產(chǎn)于水泉溝堿性雜巖體的內(nèi)接觸帶中。水泉溝堿性雜巖體呈近EW向狹長(zhǎng)帶狀出露。巖體東西長(zhǎng)約55 km，南北寬5～8 km，面積約350 km2。巖體的北、南、東部出露有紅花梁黑云母花崗巖、上水泉堿長(zhǎng)花崗巖和溫泉巨斑狀花崗巖(宋國(guó)瑞和趙振華，1996)，見(jiàn)圖1。組成堿性雜巖體的巖石類(lèi)型有輝石閃長(zhǎng)巖、角閃二長(zhǎng)巖、角閃正長(zhǎng)巖、輝石角閃正長(zhǎng)巖、石英二長(zhǎng)巖、堿性正長(zhǎng)巖、石英正長(zhǎng)巖、堿長(zhǎng)花崗巖、角閃花崗巖等。其中中細(xì)粒正長(zhǎng)巖類(lèi)與中粗粒(輝石)角閃正長(zhǎng)巖類(lèi)為堿性雜巖體的主要巖石類(lèi)型;堿長(zhǎng)花崗巖、角閃花崗巖小巖株僅零星見(jiàn)于雜巖體的中東部。中細(xì)粒正長(zhǎng)巖中普遍見(jiàn)有霓輝石和黑榴石等典型堿性巖漿礦物，近年來(lái)Sr、Nd、Pb、O同位素綜合示蹤表明，水泉溝堿性雜巖體是由富集的上地幔與下地殼局部熔融物質(zhì)不均勻混合作用所形成(宋國(guó)瑞和趙振華，1996;李長(zhǎng)民，1999;包志偉等，2003;江思宏和聶鳳軍，2003)。

后溝金礦產(chǎn)于水泉溝堿性雜巖體東段的內(nèi)接觸帶中。該雜巖體東段主要巖性為中細(xì)粒石英正長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)巖，金礦體的主要圍巖為中細(xì)粒石英正長(zhǎng)巖，局部可漸變?yōu)橹屑?xì)粒堿長(zhǎng)花崗巖，礦床類(lèi)型屬于低硫化物破碎帶鉀質(zhì)蝕變巖型。鉀質(zhì)蝕變巖受后溝-石垛口-黃土梁一帶的脆韌性剪切帶控制，剪切帶走向近NEE-NE向，金礦體均分布在鉀質(zhì)蝕變巖中，這些蝕變巖也都含金，二者往往呈漸變過(guò)渡關(guān)系，礦體的確定主要依據(jù)化驗(yàn)結(jié)果而定。金屬礦物含量較少，主要有黃鐵礦、方鉛礦、黃銅礦、閃鋅礦等;脈石礦物主要由石英、微斜長(zhǎng)石和少量鈉長(zhǎng)石組成;主要金礦物為自然金和碲金礦。該類(lèi)金礦的重要特點(diǎn)是礦體賦存在破碎帶的鉀質(zhì)蝕變巖中，蝕變類(lèi)型有鉀長(zhǎng)石化、硅化、綠泥石化、絹云母化、黃鐵礦化等，以鉀長(zhǎng)石化為主，石英脈(不超過(guò)5 cm厚的石英細(xì)脈、透鏡體和網(wǎng)脈)較少出現(xiàn)，礦體由近NEE向(傾向344°，傾角 28°～35°)平行排列的鉀長(zhǎng)石化礦脈群組成，蝕變巖一般厚10～60 m，已經(jīng)控制含金破碎帶的長(zhǎng)度約2000 m，金品位2～10 g/t，已探明金礦儲(chǔ)量8 t。根據(jù)地質(zhì)體的切割關(guān)系、鏡下觀察和包體測(cè)溫等資料并參考盧德林等(1993)、宋國(guó)瑞和趙振華(1996)的研究成果，作者把后溝金礦的熱液活動(dòng)(均一溫度范圍150～337℃)劃分為5期:(1)鉀長(zhǎng)石-粗粒黃鐵礦-石英脈期;(2)鉀長(zhǎng)石-石英脈-黃鐵礦期;(3)多金屬硫化物-鉀長(zhǎng)石-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;(5)重晶石-碳酸鹽-石英細(xì)脈期。其中(4)、(5)兩期熱液活動(dòng)極弱。

后溝金礦一個(gè)顯著的特點(diǎn)是主成礦期肉紅色鉀長(zhǎng)石化特別強(qiáng)烈，表現(xiàn)為鉀長(zhǎng)石、灰白色致密狀石英交代中細(xì)粒碎裂狀的石英正長(zhǎng)巖、糜棱巖化石英正長(zhǎng)巖和堿長(zhǎng)花崗巖，構(gòu)成硅鉀質(zhì)蝕變巖。鉀質(zhì)蝕變作用強(qiáng)烈處往往形成鉀長(zhǎng)石巖包囊或鉀長(zhǎng)偉晶巖(含一定量的石英)。主成礦期以后的熱事件規(guī)模都極小，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(cuò)斷，斷距也很小，表明后溝金礦受主成礦期后的構(gòu)造-熱事件干擾很弱。

2 樣品制備和測(cè)試方法

鋯石分選在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究院完成。鋯石中的流體包裹體激光拉曼光譜測(cè)試在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所國(guó)土資源部大陸動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，測(cè)試儀器為英國(guó)Renishaw公司生產(chǎn)的LM-1000型顯微激光拉曼光譜儀，測(cè)試條件是:激光波長(zhǎng)為514.5 nm，激光功率25 mW，激光光點(diǎn)直徑≤1 μm，掃描時(shí)間為 10～60 s，掃描范圍 1100～4000 cm-1，分辨率1～2 cm-1。鋯石的稀土元素分析在北京大學(xué)造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，使用儀器為L(zhǎng)A-ICP-MS，儀器型號(hào)為 Agilent ICP-MS 7500ce。實(shí)驗(yàn)條件:激光波長(zhǎng)為193 nm，激光束斑直徑為32 μm，激光能量密度為15 J/cm2，激光頻率為5 Hz，He載氣流速為0.75 L/min。元素分析的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)一般≤10%。

年齡測(cè)試在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。利用JEOL 8100電子探針獲得鋯石的背散射電子圖像和陰極發(fā)光圖像。鋯石U-Pb定年所用儀器為帶激光剝蝕系統(tǒng)的Agilent 7500a LA-ICP-MS，激光束斑的直徑為 32 μm，實(shí)驗(yàn)中采用He和Ar氣作為剝蝕物質(zhì)的載氣。實(shí)驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石 GJ-1((608.5 ±0.4)Ma、Th=8 ×10-6、U=330×10-6)作外標(biāo)進(jìn)行同位素分餾校正(Simon et al.，2004)，內(nèi)標(biāo)為 Mud Tank鋯石(735Ma)作精度檢測(cè)(Black and Gulson，1978)。實(shí)驗(yàn)測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)鋯石GJ-1的207Pb/206Pb年齡為(609±10)Ma(1σ)、測(cè)定的內(nèi)標(biāo)Mud Tank為(730±10)Ma(1σ)。有關(guān)鋯石定年的詳細(xì)實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)步驟和測(cè)試過(guò)程可參見(jiàn)李長(zhǎng)民等(2010a，b)，導(dǎo)出原始的ICP-MS數(shù)據(jù)為 ASCII格式，然后用 GLITTER(ver.4.4)軟件(Ludwig，2001)進(jìn)行處理，普通 Pb校正使用Andersen(2002)的方法，我們使用 Isoplot 2.49(Ludwig，2001)進(jìn)行206Pb/238U加權(quán)平均年齡計(jì)算與諧和曲線圖投影。

3 鋯石特征和分析結(jié)果

在冀西北張家口市赤城縣后溝-石垛口一帶發(fā)育有一條走向55°(近NEE-NE向)，傾向NW，產(chǎn)狀為325°∠30°～45°的脆韌性剪切帶。剪切帶經(jīng)北溝、后溝、石垛口到黃土梁金礦，長(zhǎng)達(dá)10 km之多，在后溝-石垛口一帶剪切帶寬20～60 m左右。為了得到后溝金礦田脆韌性剪切帶的形成年齡以及水泉溝堿性雜巖體東段的形成時(shí)代，作者采集了遠(yuǎn)離后溝金礦體的石垛口村北的糜棱巖化石英正長(zhǎng)巖樣品(樣品編號(hào)Sdk01，圖1)，樣重10 kg左右，鏡下觀察見(jiàn)有長(zhǎng)石類(lèi)礦物的旋轉(zhuǎn)碎斑、石英亞顆粒、拉長(zhǎng)的石英、波狀消光的石英以及榍石被剪切錯(cuò)斷形成書(shū)斜構(gòu)造等現(xiàn)象，表明巖石為糜棱巖化石英正長(zhǎng)巖(圖2)。我們還在鋯石CL圖像上發(fā)現(xiàn)有些鋯石呈暗灰白色、具有振蕩環(huán)帶，屬于巖漿鋯石;有些鋯石呈暗黑色(不具陰極發(fā)光)，被剪切錯(cuò)位或破碎成亞顆粒，或呈蠶食狀等不規(guī)則的外形輪廓充填在較自形的巖漿鋯石的邊緣或裂隙中(圖3a、b、c)，這顯然與鋯石受到了剪切作用和深源流體的交代改造作用有關(guān)，這些不規(guī)則狀的鋯石顆粒為熱液鋯石(見(jiàn)后述)。為了確定這些不規(guī)則狀、在CL圖像上無(wú)陰極發(fā)光的鋯石是在脆韌性剪切過(guò)程中形成的熱液鋯石，作者還在石垛口村北采集了遠(yuǎn)離剪切帶未變形的石英正長(zhǎng)巖樣品(樣品編號(hào)Sdk02，圖1)，樣重3 kg，其中的鋯石在CL圖像上呈亮灰白色，具有清晰的振蕩環(huán)帶和較自形的外形輪廓，未見(jiàn)鋯石被剪切錯(cuò)斷的現(xiàn)象，這些鋯石均為巖漿鋯石(圖3f)，說(shuō)明Sdk01樣品中的不規(guī)則狀或蠶食狀無(wú)陰極發(fā)光的鋯石顆粒是在脆韌性剪切過(guò)程中形成的，這些鋯石微區(qū)的地質(zhì)年齡可以代表脆韌性剪切帶的形成年齡。

圖2 糜棱巖化石英正長(zhǎng)巖的顯微構(gòu)造照片F(xiàn)ig.2 Microphotographs of microstructure showing the mylonitized quartz syenite

從樣品(Sdk01)中挑選鋯石顆粒大于100粒，在雙目鏡下仔細(xì)挑選不同形態(tài)、大小和顏色不同的鋯石19粒，并對(duì)這19粒鋯石進(jìn)行了詳細(xì)的BSE圖像(圖略)和CL圖像研究，代表性鋯石CL圖像見(jiàn)圖3，圖上標(biāo)示了測(cè)點(diǎn)的位置、編號(hào)和206Pb/238U年齡值。

本次工作對(duì)樣品Sdk01中的19粒鋯石進(jìn)行了LA-ICP-MS U-Pb年齡測(cè)定。其中，在CL圖像上具有亮灰色-暗灰白色區(qū)域的鋯石晶型較完好(圖3a、b、c中的3-1、4-1和6-1號(hào)測(cè)點(diǎn)所在的區(qū)域)，為年齡較大的一組，元素Th、U的絕對(duì)含量較低(部分測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1)，其中Th含量為2×10-6～213×10-6，平均74×10-6;U含量為29×10-6～733×10-6，平均304.3×10-6，這些測(cè)點(diǎn)所在鋯石微區(qū)在CL圖像上一般具有振蕩環(huán)帶構(gòu)造(圖3)，屬巖漿成因鋯石(Liati et al.，2002;Tomaschek et al.，2003;Li et al.，2006)，其206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(383.4 ±2.8)Ma(MSWD=0.028，n=14，置信度為95%)，這個(gè)年齡指示水泉溝堿性雜巖體東段侵位于晚泥盆世。

充填在巖漿鋯石邊緣和裂隙中的9顆不規(guī)則狀鋯石，在CL圖像上呈暗黑色(無(wú)陰極發(fā)光)，Th和U含量較巖漿鋯石顆粒的明顯偏高，并且變化范圍很大，為年齡較新的一組鋯石，屬于熱液鋯石(詳見(jiàn)討論部分)，如圖3a、b、c中的3-2、4-2和6-2號(hào)測(cè)點(diǎn)所在的區(qū)域均為熱液鋯石。本次實(shí)驗(yàn)共對(duì)9個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了年齡測(cè)定，其中只有2個(gè)測(cè)點(diǎn)分布在諧和線上，其余7個(gè)測(cè)點(diǎn)不同程度地沿水平方向偏離諧和線(圖4)，這一分布形式在相對(duì)年輕鋯石中比較常見(jiàn)，其主要原因是由于年輕鋯石中的207Pb豐度較低而難以測(cè)準(zhǔn)，另一方面也可能是與鋯石中存在微量普通鉛有關(guān)。由于年輕鋯石定年主要采用精度較高的206Pb/238U年齡，這一沿水平方向的漂移不會(huì)對(duì)206Pb/238U定年結(jié)果產(chǎn)生顯著影響(Yuan et al.，2003;邱檢生等，2008)。本次所測(cè)9個(gè)熱液鋯石點(diǎn)的206Pb/238U年齡變化在153～156 Ma之間，其206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(154.4±1.3)Ma(MSWD=0.19，置信度95%，圖4)，這個(gè)年齡記錄了巖漿鋯石遭受后期剪切作用并被熱液流體交代改造的地質(zhì)年齡，即后溝金礦田脆韌性剪切帶的形成年齡為(154.4 ±1.3)Ma。

圖3 石垛口村北石英正長(zhǎng)巖和糜棱巖化石英正長(zhǎng)巖中的鋯石CL圖像Fig.3 CL images of zircons from the quartz syenite and mylonitized quartz syenite in the north of Shiduokou village，Hougou gold orefield

4 討論

4.1 水泉溝堿性雜巖體的侵位年齡

圖4 石垛口村北糜棱巖化石英正長(zhǎng)巖中的鋯石U-Pb年齡諧和圖解Fig.4 Concordia diagram of zircons from the quartz syenite to the north of Shiduokou village in the Hougou gold orefield，northwestern Hebei province

表1 石垛口村北Sdk01樣品LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測(cè)定結(jié)果Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb results for sample Sdk01 from the Hougou gold orefield，northwestern Hebei province

圖5 赤城地區(qū)脆韌性剪切帶構(gòu)造地質(zhì)圖(據(jù)王瑜，1996修編)Fig.5 Simplified geological map of the brittle-ductile shear zones from the Chicheng area，Hebei province(Modified after Wang，1996)

通常，鋯石是地球化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的副礦物，然而，在有流體活動(dòng)的情況下，熱液流體可以沿著鋯石內(nèi)部的裂隙和晶格缺陷部位對(duì)鋯石進(jìn)行不同程度的交代和改造，其結(jié)果是可以在鋯石的邊緣或裂隙部位出現(xiàn)較寬的蝕變邊，導(dǎo)致鋯石U-Pb系統(tǒng)的重置，而形成新生的熱液鋯石，這種現(xiàn)象在其它礦物中很少出現(xiàn)(Kroner et al.，1994)。盡管如此，由于鋯石本身的穩(wěn)定性，仍會(huì)有保留U-Pb體系的封閉性未被重置的鋯石區(qū)域，對(duì)這些鋯石微區(qū)進(jìn)行U-Pb定年仍舊可以得到反映原生鋯石形成的地質(zhì)年齡(Liati et al.，2002;Tomaschek et al.，2003;李長(zhǎng)民，2009)。因此，筆者得到的在CL圖像上具有明顯巖漿振蕩環(huán)帶和亮色CL圖像的鋯石顆粒屬于巖漿殘留鋯石，其206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(383.4±2.8)Ma(n=14)，這個(gè)年齡代表了U-Pb體系未被重置的巖漿鋯石微區(qū)的地質(zhì)年齡。這一年齡雖然與羅鎮(zhèn)寬等(2001)獲得后溝金礦區(qū)正長(zhǎng)巖的SHRIMP鋯石U-Pb年齡(386±6)Ma有2.6 Ma左右的偏差，但同為晚泥盆世，可以認(rèn)為它們?cè)谡`差范圍內(nèi)年齡一致，即水泉溝堿性雜巖體東段石英正長(zhǎng)巖侵位年齡為(383.4 ±2.8)Ma。

4.2 熱液鋯石的判定與脆韌性剪切帶的形成年齡

前已述及在后溝-石垛口一帶發(fā)育有一條走向NEE-NE向的脆韌性剪切帶，我們對(duì)采自脆韌性剪切帶中的樣品(Sdk01，見(jiàn)圖5)進(jìn)行了細(xì)致的顯微鏡下研究和鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像的研究，結(jié)果在樣品中多個(gè)巖漿鋯石碎塊的邊緣和裂隙中發(fā)現(xiàn)了9顆不規(guī)則狀或蠶食狀的熱液鋯石，獲得的年齡幾乎一致;而遠(yuǎn)離脆韌性剪切帶樣品(Sdk02，見(jiàn)圖5)中的鋯石為較自形的巖漿鋯石，這表明剪切帶中不規(guī)則狀的熱液鋯石是在剪切帶形成過(guò)程中產(chǎn)生的熱液鋯石，其U-Pb加權(quán)平均年齡可以代表剪切帶的形成年齡。

在地質(zhì)作用過(guò)程中，流體包裹體可作為原始成巖、成礦流體真實(shí)情況的記錄者。顯微激光拉曼光譜是一種最有效的單個(gè)包裹體非破壞性測(cè)定方法(Burke，2001;Yamamoto et al.，2002)，由掃描各類(lèi)流體包裹體的拉曼光譜峰值可獲得不同流體的組成與性質(zhì)，從而可以研究鋯石的成因及源區(qū)信息。作者對(duì)含有大量流體包裹體的不規(guī)則狀、蠶食狀晶體外形、年齡新，并且在CL圖像上呈暗黑色(無(wú)陰極發(fā)光)的部分鋯石，進(jìn)行了流體包裹體顯微激光Raman探針測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在Raman譜圖上出現(xiàn)了明顯的H2O特征峰(3250～3550 cm-1)，中心特征峰值為3418 cm-1(圖6c)，證實(shí)新生鋯石中的流體包裹體捕獲有H2O相，液相成分主要為H2O，從包裹體的存在形式看(圖6a、b)，該類(lèi)流體包裹體具有較規(guī)則的橢圓形或紡垂形形狀，屬原生成因。說(shuō)明這些不規(guī)則狀的新生鋯石在其生長(zhǎng)過(guò)程中處于以H2O為主的流體環(huán)境，表明這些鋯石微區(qū)的確屬于熱液鋯石。

圖6 石垛口村北糜棱巖化石英堿長(zhǎng)正長(zhǎng)巖中鋯石的代表性流體包裹體的激光拉曼光譜圖Fig.6 Laser Raman Spectra of representative fluid inclusions in the hydrothermal zircon from the Hougou gold orefield

由于后溝-石垛口一帶的石英正長(zhǎng)巖遭受了強(qiáng)烈的糜棱巖化作用和熱液-流體的交代改造作用，形成了一些同構(gòu)造新生礦物組合，如脆韌性剪切帶內(nèi)新形成的綠泥石-綠簾石-絹云母-鈉長(zhǎng)石化等蝕變組合，說(shuō)明脆韌性剪切帶及金礦化作用發(fā)生在綠片巖相(＜450℃)(朱永峰和宋彪，2006)的中低溫條件下，并且伴有熱液活動(dòng)。在中低溫?zé)嵋毫黧w作用下，這些被破碎的巖漿鋯石顆粒遭受熱液流體的交代或改造，使得Th、U等元素在不規(guī)則狀鋯石區(qū)域或巖漿鋯石邊緣極度富集，導(dǎo)致在巖漿鋯石的邊緣和不規(guī)則狀鋯石區(qū)域形成新生鋯石域(如圖3a、b、c中3-2、4-2和6-2號(hào)測(cè)點(diǎn)所在的鋯石微區(qū))。對(duì)CL圖像上呈暗黑色(無(wú)陰極發(fā)光)的不規(guī)則狀鋯石微區(qū)進(jìn)行的微量元素測(cè)試表明，這些鋯石微區(qū)的Th、U含量較巖漿鋯石微區(qū)的含量明顯偏高(表1)，并且變化范圍很大，其中Th含量為377×10-6～1032×10-6，平均681.2×10-6;U 含量為 2362×10-6～4836 ×10-6，平均 3241.1 ×10-6，其 Th/U 值范圍為0.14～0.25，平均0.25 ＞0.1。特別是同在一顆鋯石中的3-2號(hào)測(cè)點(diǎn)的Th含量是3-1號(hào)測(cè)點(diǎn)的401倍，U含量的99.8倍;4-2號(hào)測(cè)點(diǎn)的Th含量是4-1的125.7倍，U含量的91.5倍;6-2號(hào)測(cè)點(diǎn)的Th含量是6-1的344倍，U含量的109.9倍。這些結(jié)果表明在CL圖像上呈暗黑色(無(wú)陰極發(fā)光)的9顆不規(guī)則狀的年輕鋯石微區(qū)相對(duì)于同一顆鋯石中的巖漿鋯石微區(qū)，具有Th、U元素的巨量富集，暗示這些不規(guī)則狀的鋯石顆粒在形成過(guò)程中具有熱液流體的介入，導(dǎo)致這些鋯石微區(qū)U-Pb體系的完全重置。經(jīng)電子顯微鏡驗(yàn)證，這些不規(guī)則狀的新生鋯石微區(qū)的確富含氣液等多相流體包裹體(圖6a、b)，并且這些不規(guī)則狀、蠶食狀鋯石的稀土元素在(Sm/La)N-La和Ce/Ce*-(Sm/La)N圖解中(圖7，表2)落在熱液鋯石的擴(kuò)展區(qū)或附近區(qū)域。綜合考慮鋯石的微形貌、微量元素、流體包裹體和稀土元素特征，我們認(rèn)為這些新生的鋯石顆粒屬于熱液交代被剪切破碎的巖漿鋯石后形成的熱液鋯石，其形成過(guò)程可表述為:在強(qiáng)烈脆韌性剪切作用條件下，來(lái)自深源流體和地殼中礦物脫水形成的熱液流體相混合，并在糜棱巖化石英正長(zhǎng)巖礦物的邊緣和裂隙中發(fā)生水-巖反應(yīng)，導(dǎo)致在晶格被扭曲的、錯(cuò)位的或破碎的巖漿鋯石的邊緣和裂隙中發(fā)生熱液流體的交代作用，形成新生的熱液鋯石。因此，這些熱液鋯石的年齡記錄了脆韌性剪切帶的形成年齡。本次實(shí)驗(yàn)獲得9顆熱液鋯石的LA-ICP-MS U-Pb加權(quán)平均年齡為(154.4±1.3)Ma，這一年齡與王瑜(1996)測(cè)得赤城縣城西近EW向的花崗片麻質(zhì)糜棱巖基質(zhì)中角閃石的40Ar-39Ar坪年齡256.6 Ma相距甚遠(yuǎn)，而與赤城縣城東斜長(zhǎng)角閃質(zhì)糜棱巖基質(zhì)中角閃石的40Ar-39Ar坪年齡(163.23 ±4.09)Ma(王瑜，1996)相近，表明研究區(qū)的確存在中晚侏羅世剪切帶的構(gòu)造活動(dòng)事件，考慮到后溝-石垛口一帶154 Ma的脆韌性剪切帶的形成年齡與Hart等(2002)在東坪金礦70號(hào)脈鉀質(zhì)蝕變巖中獲得的蝕變絹云母40Ar-39Ar年齡(153±3)Ma、(152±3)Ma在誤差范圍內(nèi)一致，這正好驗(yàn)證了兩種不同的測(cè)年方法獲得的年齡數(shù)據(jù)都是可信的，也說(shuō)明東坪、后溝金礦田的確存在154 Ma左右的構(gòu)造-流體活動(dòng)事件。

圖7 區(qū)分巖漿鋯石和熱液鋯石的圖解 (底圖據(jù)Hoskin，2005;Fu et al.，2009)Fig.7 Discrimination plots for magmatic and hydrothermal zircons(After Hoskin，2005;Fu et al.，2009)

作者獲得(154.4±1.3)Ma的脆韌性剪切帶的形成年齡與劉胤等(2010)用SHRIMP鋯石U-Pb法獲得的赤城縣鎮(zhèn)寧堡附近(圖1)紅墩梁黑云母花崗巖(143.9 ±2.2)Ma、東溝樓黑云母花崗巖(138 ±2.2)Ma以及Miao等(2002)獲得的上水泉花崗巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡(142.2±1.3)Ma均相近，也與韋忠良等(2008)用鋯石LA-ICP-MS U-Pb法對(duì)張家口地區(qū)的張家口組火山巖測(cè)得的年齡(143.0±3.7)～(136.1±1.4)Ma相近，這些高精度的年齡數(shù)據(jù)表明張-宣地區(qū)的確存在144～136 Ma的巖漿活動(dòng)(侵入和噴發(fā))事件。另外，作者獲得的(154.4±1.3)Ma的脆韌性剪切帶的形成年齡與相鄰的東坪金礦140 Ma的成礦年齡(李長(zhǎng)民等，2010a，b)相近，說(shuō)明張-宣地區(qū)脆韌性剪切帶形成在先，而成巖、成礦作用發(fā)生在后。脆韌性剪切帶約束著區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)，而脆韌性剪切帶和巖漿活動(dòng)又聯(lián)合制約著金礦成礦作用。脆韌性剪切帶先于巖漿活動(dòng)近10 Ma，而巖漿活動(dòng)的下限又先于金礦成礦作用近4 Ma，金礦的成礦事件介于巖漿活動(dòng)事件(144～136 Ma)之間。這正好從年代學(xué)方面提供了華北北緣張-宣地區(qū)金礦成礦作用與燕山期構(gòu)造-巖漿-流體活動(dòng)事件具有密切成因聯(lián)系的證據(jù)。

4.3 后溝金礦田脆韌性剪切帶中鋯石U-Pb年代學(xué)新證據(jù)及其地質(zhì)意義

長(zhǎng)期以來(lái)，斷層、剪切帶的形成年齡很難限定，多用40Ar-39Ar法。盡管近幾年國(guó)內(nèi)有少量用熱液鋯石U-Pb法限定剪切帶年齡的論文，但或者由于論文中提供的陰極發(fā)光照片看不出熱液鋯石的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，或者由于熱液鋯石的顆粒太小，或者由于熱液鋯石的數(shù)量太少等原因，所給出的剪切帶形成年齡都不能令人信服。本次研究，作者提供了用熱液鋯石U-Pb法限定脆韌性剪切帶年齡的典型范例。另外，154.4 Ma脆韌性剪切帶的確定，證明 Hart等(2002)利用蝕變絹云母40Ar-39Ar法確定的東坪金礦約153 Ma的成礦年齡應(yīng)為剪切帶的形成年齡。結(jié)合作者用LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年法獲得的東坪金礦140 Ma左右的熱液鋯石的年齡與154.4 Ma的脆韌性剪切帶的年齡相近，可以得出東坪、后溝金礦具有晚侏羅世-早白堊世多階段成礦的特點(diǎn)，從而否定了前人認(rèn)為東坪、后溝金礦屬于海西期成礦的觀點(diǎn)。

不少人認(rèn)為，熱液鋯石是厘定熱液活動(dòng)時(shí)代的有效方法，但很少有人找到粒度較大的熱液鋯石。本次實(shí)驗(yàn)從糜棱巖化石英正長(zhǎng)巖樣品中巖漿鋯石的粒間和邊緣找到了9顆粒度較大的熱液鋯石，采用LA-ICP-MS鋯石U-Pb法獲得了154.4 Ma的可靠年齡，而且找到了一種用鋯石微形貌、陰極發(fā)光、激光拉曼光譜和稀土元素等手段判定熱液鋯石的方法，以及用熱液鋯石U-Pb法厘定脆韌性剪切帶形成年齡的新路線。正如人們可以對(duì)礦脈中蝕變絹云母通過(guò)40Ar-39Ar法獲得剪切帶和成礦年齡一樣，對(duì)剪切帶中的蝕變鋯石(由熱液流體交代或改造形成的熱液鋯石)采用鋯石U-Pb法定年也可以獲得脆韌性剪切帶的形成年齡。因此，采用熱液鋯石LA-ICPMS U-Pb法獲得脆韌性剪切帶的形成年齡具有重要的理論和實(shí)際意義，它拓展了厘定脆韌性剪切帶形成年齡的新途徑，是一種精確可靠的定年方法。

5 結(jié) 論

(1)脆韌性剪切帶中的熱液鋯石具有如下特征:①多呈不規(guī)則狀充填在殘留的巖漿鋯石的邊緣或裂隙中;②在CL圖像上為暗黑色(無(wú)陰極發(fā)光);③具有較巖漿鋯石高許多倍的Th、U、REE等元素含量;④在電子顯微鏡下可見(jiàn)原生氣液流體包裹體;⑤在鋯石的(Sm/La)N-La和Ce/Ce*-(Sm/La)N圖解中多數(shù)點(diǎn)落入熱液鋯石的擴(kuò)展區(qū)或邊緣;⑥在同一樣品中，一般巖漿鋯石的年齡老，熱液鋯石的年齡新。

(2)作者發(fā)現(xiàn)充填在巖漿鋯石的邊緣和裂隙中的9顆不規(guī)則狀鋯石，在CL圖像上無(wú)陰極發(fā)光，獲得的鋯石U-Pb年齡幾乎一致，而遠(yuǎn)離剪切帶樣品(Sdk02)中的鋯石為自形的巖漿鋯石，沒(méi)有剪切破碎現(xiàn)象，說(shuō)明9顆不規(guī)則狀鋯石是在剪切帶形成過(guò)程中產(chǎn)生的熱液鋯石，其U-Pb加權(quán)平均年齡可以代表脆韌性剪切帶的形成年齡。

(3)本次實(shí)驗(yàn)獲得后溝金礦附近脆韌性剪切帶的形成年齡為(154.4±1.3)Ma，這一年齡與作者獲得的東坪金礦脈的年齡(140 Ma)相近，表明東坪、后溝一帶金礦不是原來(lái)認(rèn)為的海西期成礦，而是晚侏羅世-早白堊世構(gòu)造-巖漿-流體多階段活動(dòng)成礦的產(chǎn)物。

致謝:野外工作得到了后溝金礦提供的諸多幫助，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(xiàng)目(2006CB403508)為作者提供了鋯石測(cè)年經(jīng)費(fèi)，他的學(xué)生胡森林碩士協(xié)助進(jìn)行了鋯石樣品的年齡測(cè)定工作，肖慶輝教授、李惠民研究員對(duì)本文寫(xiě)作提供了有益的學(xué)術(shù)指導(dǎo)，評(píng)審專(zhuān)家和責(zé)任編輯提出了十分中肯的修改意見(jiàn)，筆者在此一并表示感謝!

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LA-ICP-MS Zircon U-Pb Age of the Brittle-Ductile Shear Zones in Hougou Gold Orefield，Northwestern Hebei Province

LI Changmin1，2，LI Tuo3，DENG Jinfu1，SU Shangguo1and LIU Xinmiao4
(1.State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources;School of Earth Sciences and Resources，China University of Geosciences，Beijing100083，China;2.Great Wall College，China University of Geosciences，Baoding071000，Hebei，China;3.School of Chemical and Engineering，Tianjin University，Tianjin300072，China;4.Tianjin Institute of Geology and Mineral Resources，Tianjin300170，China)

Synthetic study shows that there are near NE brittle-ductile shear zones in the Hougou gold deposit.In order to study its forming age，the authors made a mineralogical and U-Pb geochronologic study on the zircons from the mylonitized quartz syenite located to the north of the Shiduokou village in the shear zones.Two types of zircons，magmatic and hydrothermal origin are recognized.The magmatic zircons are characterized by euhedral-subhedral with clear magmatic oscillatory zones on cathodeluminescence(CL)images.Their U-Pb results gave a weighted mean206Pb/238U age of(383.4 ±2.8)Ma.The hydrothermal zircons are mainly irregular form and fill in the rim or interior of the magmatic zircons，dark-gray(non-luminescent)on the CL images.Their LA-ICP-MS zircon U-Pb age is(154.4 ±1.3)Ma，which indicates a Late Jurassic tectonic event.Combining with the geological facts，the authors suggest that the former age indicates intrusive time of the eastern part of the Shuiquangou alkaline complex，and the latter implies the age of the NE direction brittle-ductile shear zones.Considering the time gap of the ore forming age(140 Ma)of the Dongping gold deposit and the brittle-ductile shear zones age(154 Ma)，the authors propose that there are multistage structural-magmatic activities and hudrothermal ore-forming events in the Dongping and Hougou deposit fields，and the main mineralization stage of Au deposits is the Yanshanian peroid.Aand the gold deposits formation is mostly related to the magmatic activities of the intermediates acid small rock bodies in the Yanshanian period.

brittle-ductile shear zone;zircon U-Pb dating;hydrothermal zircon;Hougou gold deposit;northwestern Hebei province

P597;P54

A

1001-1552(2012)02-0157-011

2011-11-24;改回日期:2012-02-22

項(xiàng)目資助:973項(xiàng)目(2006CB403508)、國(guó)土資源部計(jì)劃項(xiàng)目(1212010711814)和國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(40234048)聯(lián)合資助。

李長(zhǎng)民(1962-)，男，博士，巖石學(xué)專(zhuān)業(yè)。Email:lchangmin62@yahoo.com.cn

劉新秒，Email:qhwjyjjz@163.com