遼東半島五龍金礦成礦系統(tǒng)新認(rèn)識：來自外圍熱液角礫巖型鉛鋅礦化的指示*

姚曉峰 顏廷杰 林成貴 李生輝 宓奎峰 李建平 李陽 杜宛鴿

1.中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心，自然資源部礦產(chǎn)勘查技術(shù)指導(dǎo)中心，北京 100037 2.遼寧有色地質(zhì)局103隊(duì)，丹東 118008 3.遼寧五龍黃金公司，丹東 118000 4.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 1000835.成都理工大學(xué)，成都 610059

華北克拉通東部中生代金成礦作用規(guī)模宏大，在膠東半島形成了金屬量超4500噸的大型資源基地(宋明春，2015)，但與膠東隔渤海相望的遼東半島的金資源量僅在500噸左右(曾慶棟等，2019)。遼東地區(qū)是否具備類似膠東金礦級別的成礦潛力？這是需要回答的科學(xué)問題和現(xiàn)實(shí)問題。膠東地區(qū)金成礦作用的主要時(shí)限已被大量研究者所限定，主體集中于早白堊世120～130Ma之間(楊立強(qiáng)等, 2014; Lietal., 2015; Songetal., 2015; 范宏瑞等, 2016)，與成礦相關(guān)的侵入巖有郭家?guī)X巖體(Lietal., 2015)和偉德山巖體(Songetal., 2015)。但也有研究者認(rèn)為，該期成礦作用與巖漿作用并無直接關(guān)聯(lián)(Goldfarb and Santosh, 2014; Groves and Santosh, 2016)。

五龍金礦是遼東半島代表性的早白堊世石英脈型金礦(Weietal., 2004; Yuetal., 2018; 劉軍等, 2018; Liuetal., 2019; Zhangetal., 2020)，前人已開展了大量的研究。S同位素特征顯示其成礦物質(zhì)主要來源于巖漿，且相比膠東具有更加接近0的δ34S值(陳錦榮等, 1995; 馬玉波等, 2013; 成曦暉, 2017; Yuetal., 2018; 劉軍等, 2018; Zhangetal., 2020)，指示地層物質(zhì)混入更少；H-O同位素特征顯示成礦流體主要為巖漿水和少量大氣水(Liuetal., 2019; Chengetal., 2020; Zhangetal., 2020)，變質(zhì)流體的貢獻(xiàn)較為有限。顯然，遼東五龍金礦更容易將成礦作用與巖漿作用關(guān)聯(lián)起來。然而，也有研究者認(rèn)為其成礦母巖是三股流巖體(戰(zhàn)寶貴, 1994; 楊鳳超等, 2018)，還有人認(rèn)為是隱伏巖體(Yuetal., 2018; Chenetal., 2020)。五龍金礦連接巖漿作用和熱液成礦之間的“橋梁”還存在明顯爭議。

本文報(bào)道了在五龍礦區(qū)邊部發(fā)現(xiàn)的熱液角礫巖型鉛鋅礦化及其密切相關(guān)的閃長巖，該套鉛鋅礦化屬于與五龍金礦同時(shí)代、具有成因聯(lián)系的成礦作用產(chǎn)物。通過開展角礫巖型鉛鋅礦化相關(guān)的巖相學(xué)和H-O同位素研究，以及閃長巖的年代學(xué)、巖石地球化學(xué)、Sr-Nd-Hf同位素研究，探討了五龍成礦系統(tǒng)中鉛鋅礦化和金礦化的關(guān)系，約束了成礦母巖的巖漿起源特征，這為完善五龍成礦系統(tǒng)提供了新指示，也為進(jìn)一步認(rèn)識華北克拉通東部早白堊世金成礦作用提供借鑒和參考。

1 成礦地質(zhì)背景

五龍金礦位于遼東半島丹東市附近，大地構(gòu)造位置屬于華北克拉通東北部(圖1)。區(qū)域上出露的地層有古元古代遼河群和白堊系(圖1)，前者主要巖性為云母片巖、石英片巖和淺粒巖，后者主要為一套砂巖和礫巖。區(qū)域巖漿巖主要為中生代侵入巖，按照時(shí)間范圍可以劃分出兩類，一類為晚侏羅世(154～168Ma)片麻狀構(gòu)造的黑云母花崗巖和二云母花崗巖(Wuetal., 2005; 劉軍等, 2018; Liuetal., 2019; Wangetal., 2019; 楊鳳超等, 2019)，以五龍巖體為代表；一類為早白堊世(113～130Ma)的花崗巖、花崗閃長巖、閃長巖、輝綠巖和煌斑巖(劉軍等, 2018; 肖世椰等, 2018; Liuetal., 2019; Zhangetal., 2020)，花崗巖類以五龍背、三股流巖體為代表，其余巖性主要以巖脈形式發(fā)育。區(qū)域性構(gòu)造主要為北東走向斷裂，從東向西依次有鴨綠江、鄭家、黑溝、雞心嶺、楊家和紅石斷裂，這些斷裂被認(rèn)為至少經(jīng)歷過左行平移運(yùn)動(肖世椰等, 2018)。

圖1 五龍礦集區(qū)大地構(gòu)造位置圖(a，據(jù)Lin et al., 2008)及區(qū)域地質(zhì)簡圖(b，據(jù)肖昌浩等，2020)1-第四系；2-早白堊世地層；3-古元古代遼河群地層；4-早白堊世花崗閃長巖；5-晚侏羅世黑云母花崗巖；6-早白堊世巖脈；7-左行平移斷層；8-大型和小型礦床Fig.1 Tectonic sketch map showing the location of the Wulong deposit (a, modified after Lin et al., 2008) and geological map of the Wulong gold district (b, after Xiao et al., 2020)

五龍礦區(qū)內(nèi)出露的巖石主要為黑云母花崗巖和二云母花崗巖(屬于五龍巖體)、花崗閃長巖(屬于三股流巖體)，其次可見少量呈破布狀分布于花崗巖中的高家峪組云母石英片巖和穿插充填于斷裂構(gòu)造內(nèi)的閃長巖和花崗斑巖巖脈(圖2)。礦區(qū)內(nèi)發(fā)育的構(gòu)造主要為北東、近南北、北西三個(gè)走向的斷層(圖2)。北東向構(gòu)造以雞心嶺斷裂為代表，走向20°～30°，傾向北西，傾角在 60°～80°之間，可以識別出左行平移、正斷兩期運(yùn)動(肖世椰等, 2018)。北西向斷裂走向310°，傾向南西，傾角在60°～80°之間。近南北向斷裂走向350°左右，既有東傾又有西傾，傾角在75°～90°之間。北西向斷裂和近南北向斷裂是目前已控制礦體的主要賦存空間，其中侵位了大量的閃長巖、花崗斑巖巖脈(圖2)。有研究者認(rèn)為北西向斷裂近和南北向斷裂是一對共軛斷裂(呂貽峰等, 1994; 楊春福, 1997; 肖世椰等, 2018)，始形成于區(qū)域上近南北向的擠壓，并在近東西向的伸展背景下進(jìn)一步活化(肖世椰等, 2018)。

圖2 五龍金礦礦區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)Yu et al., 2018修改)1-第四系；2-古元古代高家峪組云母石英片巖；3-晚侏羅世二云母花崗巖(屬于五龍巖體)；4-閃長巖脈；5-花崗斑巖脈；6-輝綠巖脈；7-煌斑巖脈；8-早白堊世花崗閃長巖(屬于三股流巖體)；9-斷裂；10-金礦脈；11-含鉛鋅礦石英脈群；12-熱液角礫巖Fig.2 Geological map of the Wulong gold deposit (after Yu et al., 2018)

五龍金礦的礦體主要分布于北西走向和近南北走向的斷裂構(gòu)造內(nèi)，為石英脈型礦體。賦存在北西走向斷裂內(nèi)的礦體傾向南西，傾角在70°～85°之間；賦存在近南北走向斷裂內(nèi)的礦體既有東傾又有西傾，傾角在75°～90°之間。礦體一般呈大脈狀、脈狀、透鏡狀產(chǎn)出，具有尖滅再現(xiàn)和尖滅側(cè)現(xiàn)特征。礦區(qū)內(nèi)累計(jì)發(fā)現(xiàn)的工業(yè)礦體超過20條，礦體延長在數(shù)十米至五百余米之間，延深在數(shù)十米至九百米不等，一般的水平厚度在1～5m之間，金平均品位在3～20g/t之間。礦石礦物以黃鐵礦為主，其次可見磁黃鐵礦、輝鉍礦、輝鉬礦、白鎢礦等。脈石礦物以石英為主，其次可見絹云母、綠泥石和方解石。礦石構(gòu)造主要有條帶狀、網(wǎng)格狀、脈狀構(gòu)造，其次可見浸染狀、角礫狀構(gòu)造等。圍巖蝕變主要為硅化、絹云母化、綠泥石化、碳酸鹽化和鉀長石化，從斷裂構(gòu)造向外依次發(fā)育強(qiáng)絹英巖化帶、硅化絹云母化帶、絹云母化綠泥石化帶(Yuetal., 2018)。

2 熱液角礫巖型礦化點(diǎn)地質(zhì)特征

2.1 地質(zhì)概況

熱液角礫巖露頭分布于晚侏羅世黑云母花崗巖和高家峪組云母石英片巖接觸帶附近(圖2)，地面出露范圍整體近似橢圓形，長軸超10m，東側(cè)被殘破積物和第四系覆蓋。熱液角礫巖周圍分布有大量石英脈群，閃長巖在角礫巖和石英脈群的下方和旁側(cè)出露，黑云母花崗巖和云母石英片巖分布在角礫巖外側(cè)。北側(cè)300m處可見近南北走向斷裂控制的閃長巖脈，其內(nèi)發(fā)育有石英脈型金礦體，地表石英脈露頭可見黃鐵礦化發(fā)育。東南側(cè)可見三股流巖體出露，巖體內(nèi)可見發(fā)育有近南北向斷裂構(gòu)造，其中并充填有閃長巖脈。

2.2 主要巖石特征

2.2.1 熱液角礫巖

角礫巖整體為灰綠色、灰黃色、斑雜色，角礫多具明顯棱角，呈透鏡狀、板條狀、團(tuán)塊狀產(chǎn)出，角礫長軸從0.1mm～10cm不等，局部具有可拼接性(圖3a)。根據(jù)角礫成分和膠結(jié)物的關(guān)系，可以識別出兩階段角礫巖化作用。第一階段形成的角礫主要有二云母花崗巖(占15%～20%)、片巖和淺粒巖(占20%～25%)和閃長巖(占10%～15%)(圖3b-d)，膠結(jié)物(占40%～55%)為細(xì)粒暗灰色石英和巖粉、巖屑(圖3b, d)，巖屑和巖粉都蝕變至難以辨認(rèn)；第二階段將先成固結(jié)的角礫巖再次角礫巖化(圖3e, f)，膠結(jié)物主要為較純凈的灰白色熱液石英，結(jié)晶早的石英晶形較好，鏡下可見呈長柱狀、柱狀、正六邊形產(chǎn)出，結(jié)晶晚的石英呈砂糖狀、細(xì)粒狀產(chǎn)出(圖3e, f)。

圖3 熱液角礫巖野外照片和顯微照片特征(a)熱液角礫巖標(biāo)本照片，角礫具有可拼性，不規(guī)則石英脈和角礫巖膠結(jié)物可連通；(b)黑云母花崗巖內(nèi)熱液角礫巖鏡下照片，角礫成分主要可見花崗巖碎片、鉀長石和石英晶片，角礫位移不明顯，膠結(jié)物為細(xì)粒石英、巖粉和巖屑(單偏光)；(c)閃長巖內(nèi)熱液角礫巖鏡下照片，角礫成分為閃長巖碎片，膠結(jié)物為細(xì)晶石英(單偏光)；(d)云母石英片巖內(nèi)熱液角礫巖鏡下照片，照片中角礫主要為石英晶片、云母石英片巖碎片，膠結(jié)物為石英和巖粉(單偏光)；(e)第二階段的熱液角礫巖鏡下照片，角礫為第一階段熱液角礫巖碎片，膠結(jié)物為相對純凈的石英，結(jié)晶早的石英晶形較好，結(jié)晶晚的石英呈細(xì)粒砂糖狀(單偏光)；(f)為(e)的正交偏光下照片. 礦物代號：Q-石英；Kfs-鉀長石Fig.3 Photographs and photomicrographs of the hydrothermal breccia

2.2.2 石英脈

大量細(xì)脈狀、脈狀、大脈狀石英與角礫巖密切伴生，石英脈總體雜亂無章但大脈產(chǎn)狀較陡，可見石英脈與角礫巖膠結(jié)物連通現(xiàn)象(圖3a、圖4a)，說明其與熱液角礫巖為同一期熱液作用所致。石英脈內(nèi)可見晶洞和石英晶簇發(fā)育，指示其熱液作用過程為相對張性環(huán)境(圖4b)。方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦、黃銅礦等硫化物主要在石英膠結(jié)物和石英脈內(nèi)發(fā)育，多呈星點(diǎn)狀、團(tuán)斑狀、稀疏浸染狀產(chǎn)出(圖4c)，顯微鏡下呈自形晶、半自形晶、他形晶形式(圖4d)，可見分布于不同粒度石英的晶隙和空腔內(nèi)(圖4e, f)。

圖4 角礫巖型和石英脈型鉛鋅礦化標(biāo)本照片和顯微照片(a)石英脈群露頭照片，石英脈產(chǎn)狀總體較陡；(b)石英脈內(nèi)晶洞和石英晶簇照片；(c)角礫巖手標(biāo)本內(nèi)星點(diǎn)狀方鉛礦和黃鐵礦；(d)礦石礦物鏡下照片，方鉛礦呈半自形晶產(chǎn)出，黃銅礦呈他形晶產(chǎn)出(反射光); (e、f)角礫巖膠結(jié)物內(nèi)礦石礦物鏡下照片，方鉛礦充填于自形石英晶簇孔隙之間，其中(e)為正交偏光照片，(f)為同一視域反射光照片. 礦物縮寫：Gn-方鉛礦；Py-黃鐵礦；Cp-黃銅礦Fig.4 Photographs and photomicrographs of lead-zinc mineralization in hydrothermal breccia and quartz veins

2.2.3 閃長巖

閃長巖整體上為灰黑色至黑色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物成分主要有角閃石(35%)、斜長石(30%)、黑云母(20%)、堿性長石(7%)、輝石(5%)(圖5a)，副礦物可見磁鐵礦、鋯石、榍石等。角閃石呈粒狀、短柱狀、柱狀產(chǎn)出，自形程度較長石更高，發(fā)育不同程度的絹云母化和泥化(圖5b-f)。長石呈不規(guī)則粒狀、板片狀，發(fā)育不同程度的絹云母化、綠泥石化、硅化和泥化(圖5b-f)。黑云母呈長柱狀、短柱狀、鱗片狀，大部分都已絹云母化和泥化(圖5b-f)。閃長巖內(nèi)發(fā)育有晶洞結(jié)構(gòu)，晶洞內(nèi)充填有熱液石英和黑云母，熱液黑云母相對巖漿黑云母蝕變明顯較弱，同時(shí)在石英晶隙之間可見硫化物發(fā)育(圖5c)。在閃長巖和角礫巖接觸帶位置，總體蝕變較強(qiáng)，鏡下可見硫化物交代閃長巖呈港灣狀、破布狀(圖5d)；還可見發(fā)育梳狀石英結(jié)構(gòu)，石英晶體尖端指向角礫巖一側(cè)(圖5e, f)；同時(shí)閃長巖內(nèi)斜長石、角閃石晶粒之間他形石英含量相對較高，石英與二者多具有生長接觸關(guān)系(圖5e, f)，指示石英為相對較晚的巖漿結(jié)晶產(chǎn)物。

圖5 閃長巖手標(biāo)本及顯微鏡照片(a)閃長巖標(biāo)本照片；(b)閃長巖單偏光鏡下照片，角閃石自形程度較長石高，角閃石和長石都不同程度蝕變；(c)閃長巖內(nèi)晶洞結(jié)構(gòu)單偏光鏡下照片，晶洞內(nèi)可見熱液石英和黑云母發(fā)育，石英晶隙之間可見黃鐵礦發(fā)育；(d)熱液黃鐵礦單偏光鏡下照片，黃鐵礦交代閃長巖呈破布狀、港灣狀；(e、f)閃長巖邊部石英梳狀結(jié)構(gòu)顯微照片，可見石英呈板條狀、晶簇狀發(fā)育，石英晶體頂部指向外側(cè)，他形石英在閃長巖內(nèi)斜長石、角閃石晶粒間較發(fā)育，(e)為單偏光，(f)為正交偏光. 礦物縮寫：Pl-斜長石；Hb-角閃石，Bit-黑云母Fig.5 Photographs and photomicrographs of the diorite

3 采樣與測試方法

本次研究采集了熱液角礫巖下伏的弱蝕變閃長巖，開展了鋯石U-Pb定年和Hf同位素測量，以及全巖主微量組分和Sr-Nd同位素測試。采集了熱液角礫巖石英膠結(jié)物和含鉛鋅礦石英脈，進(jìn)行H-O同位素和流體包裹體均一溫度測試。

3.1 鋯石U-Pb定年和Hf同位素分析

樣品破碎和鋯石挑選在首鋼地質(zhì)勘查院進(jìn)行，樣品破碎后經(jīng)淘洗除去密度小的礦物，再經(jīng)重液分選和電磁分離得到鋯石含量較高的重砂樣品，最后在雙目鏡下挑選出鋯石晶體。鋯石樣品置于環(huán)氧樹脂中，然后磨蝕和拋光至鋯石核心出露。對鋯石靶進(jìn)行陰極發(fā)光(CL)顯微照相，在此基礎(chǔ)上結(jié)合反射光和透射光照片，觀察鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，避開包裹體和裂隙分布位置選定測點(diǎn)。

鋯石的U-Pb測年和Hf同位素分析在北京科薈測試技術(shù)有限公司完成。鋯石U-Pb分析所用儀器為AnlyitikJena PQMS Elite型 ICP-MS及與之配套的ESI NWR 193nm 準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)。激光剝蝕所用斑束直徑為25μm，頻率為10Hz，能量密度約為2.31J/cm2，以He為載氣。詳細(xì)實(shí)驗(yàn)測試過程可參見侯可軍等(2009)。數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal程序(Liuetal., 2010)，鋯石年齡諧和圖用Isoplot 3.0程序獲得。鋯石Hf同位素分析采用激光剝蝕多接收器電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，激光進(jìn)樣系統(tǒng)為Resolution SE 193nm準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)，分析系統(tǒng)為多接收等離子體質(zhì)譜儀(NEPTUNE plus)。激光剝蝕的斑束直徑為38μm，能量密度為7～8J/cm2，頻率為10Hz，激光剝蝕物質(zhì)以高純He為載氣送入Neptune Plus(MC-ICPMS)。詳細(xì)實(shí)驗(yàn)過程可參見侯可軍等(2007)。

3.2 全巖主微量分析

主量及微量元素分析在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院完成。主量成分測試使用X射線熒光光譜儀，其中 Al2O3、SiO2、MgO、Na2O 檢測限為0.015%，CaO、K2O、TiO2檢測限為0.01%，F(xiàn)e2O3T、MnO、P2O5檢測限為0.005%，F(xiàn)eO用容量法完成(檢測限為0.1%)。微量元素及稀土元素使用電感耦合等離子體質(zhì)譜Finingan MAT HR-ICP-MS完成，監(jiān)控標(biāo)樣 GSR-6顯示誤差小于5%，部分揮發(fā)性元素及極低含量元素的分析誤差小于10%。

3.3 Rb-Sr、Sm-Nd同位素

Rb-Sr、Sm-Nd同位素測試在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院完成。采用儀器為ISOPROBE‐T熱電離質(zhì)譜儀。Sr同位素質(zhì)量分餾用86Sr/88Sr=0.1194 校正，國際標(biāo)樣 NBS987測量結(jié)果為0.710250±7，實(shí)驗(yàn)室流程本底Rb=2×10-10g、Sr=2×10-10g。Nd同位素用146Nd/144Nd=0.7219校正，標(biāo)樣JMC測量結(jié)果為143Nd/144Nd = 0. 512109±3，全流程本底Sm、Nd小于50×10-12g。

3.4 H-O同位素

氫氧同位素測試在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院完成。所用儀器為 Finnigan MAT 253 型質(zhì)譜儀。氧同位素測試采用傳統(tǒng)的BrF5分析方法，用BrF5與礦物在高溫真空條件下反應(yīng)提取礦物氧，并與灼熱電阻-石墨棒燃燒轉(zhuǎn)化成CO2，最后利用MAT253型質(zhì)譜儀進(jìn)行氧同位素測試，分析精度為 0.2‰。氫同位素分析采用鋅還原法測定，低溫烘干去除吸附水，加熱至600℃提取原生流體包裹體的水，之后用鋅置換出水中的氫，同樣利用MAT253 型質(zhì)譜儀對 H2進(jìn)行質(zhì)譜分析，分析精度優(yōu)于±1‰。

3.5 流體包裹體均一溫度

為了計(jì)算熱液石英內(nèi)流體中水的δ18O值，對測試H-O同位素的石英樣品進(jìn)行流體包裹體均一測溫，實(shí)驗(yàn)儀器為THMSG600地質(zhì)型顯微冷熱臺，采用美國FLUID Inc公司提供的人工合成包裹體標(biāo)樣進(jìn)行溫度校正，精度為±2℃。通過鏡下觀察選擇沿石英晶體生長帶發(fā)育的流體包裹體群和孤立流體包裹體，以10℃/min的速度逐漸升溫，連續(xù)升溫至氣泡消失時(shí)記錄均一溫度。利用流體包裹體群中各包裹體均一溫度平均值代表該群的均一溫度，如果群內(nèi)包裹體均一溫度差異超過15℃則棄用該群數(shù)據(jù)。利用流體包裹體群和孤立流體包裹體均一溫度平均值代表該樣品的均一溫度，每個(gè)樣品獲得的有效數(shù)據(jù)保證在10個(gè)以上。

4 結(jié)果

4.1 年代學(xué)特征

閃長巖內(nèi)鋯石無色、透明，主要呈短柱狀、細(xì)粒渾圓狀和長柱狀，粒徑在40μm×80μm～230μm×100μm之間。陰極發(fā)光圖像顯示鋯石成分比較均勻，以振蕩環(huán)帶為主，可見少量扇狀環(huán)帶和無環(huán)帶現(xiàn)象。27個(gè)測點(diǎn)所在鋯石長軸和短軸之比在1.5:1～3:1之間(圖6)，Th和U含量分別在59×10-6～246×10-6和52×10-6～372×10-6之間，Th/U比值變化于0.66～1.99之間(表1)，具有巖漿鋯石的特征(Corfuetal., 2003)。閃長巖鋯石27個(gè)有效測點(diǎn)曲線位置一致，獲得206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為120.9±1.6Ma(MSWD= 1.5)(圖6)，該年齡可代表閃長巖的結(jié)晶年齡。

圖6 閃長巖鋯石年齡圖(a)和典型鋯石CL圖像(b)Fig.6 Zircon U-Pb concordia and weighted-mean age diagrams (a) and representative cathodoluminescence images (b) of zircons for the diorite

表1 閃長巖鋯石U-Pb測年結(jié)果

4.2 巖石地球化學(xué)特征

閃長巖主微量組分分析結(jié)果見表2。結(jié)果顯示，閃長巖的SiO2的含量在49.62%～54.88%，Al2O3含量在17.25%～18.07%, MgO含量在4.37%～5.91%，F(xiàn)e2O3含量在3.08%～4.23%，F(xiàn)eO含量在4.67%～6.96%，K2O含量在2.03%～2.35%，Na2O含量在3.64%～4.45%，燒失量在4.25%～6.35%之間(表2)。涉及主量組分的相關(guān)指數(shù)和判別圖解是在去掉燒失量重新計(jì)算百分比的基礎(chǔ)上再進(jìn)行計(jì)算和投圖。在TAS圖解中，閃長巖主要投入二長閃長巖范圍內(nèi)(圖7a)，屬于高鉀鈣堿性系列(圖7b)，為過鋁質(zhì)(A/CNK>1.18，A/NK>2.09)，在氧化還原判別圖解中落在中等氧化區(qū)域(圖7c)。稀土元素總量為在221.6×10-6～258.2×10-6之間(平均為236.8×10-6)，稀土配分型式具有輕稀土富集、重稀土虧損的特征(LREE/HREE值在11.16～12.36之間，平均值為11.70)，無明顯銪異常(圖8a)。微量元素特征總體具有右傾式配分形式，富集Rb、Ba等大離子親石元素，虧損Nb、Zr、Hf等高場強(qiáng)元素(圖8b，表2)。

圖7 閃長巖TAS圖解(a，底圖據(jù)Middlemost, 1994)、SiO2-K2O圖(b，底圖據(jù)Winchester and Floyd，1976)和氧化性判別圖解(c，底圖據(jù)Blevin, 2004)Fig.7 Diagrams of SiO2 vs. K2O+Na2O (a, after Middlemost, 1994), SiO2 vs. K2O (b, after Winchester and Floyd, 1976) and log(Fe2O3/FeO) vs. FeOT (c, after Blevin, 2004) for the diorite

表2 閃長巖主量(wt%)和微量元素(×10-6)含量表

圖8 閃長巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線(a)及原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)三股流巖體數(shù)據(jù)引自成曦暉(2017),圖12同F(xiàn)ig.8 Chondrite-normalized rare earth element patterns (a) and primitive-mantle-normalized trace element patterns (b) for the diorite (normalization values after Sun and McDonough, 1989)Sanguliu pluton data from Cheng (2017), also in Fig.12

4.3 Sr-Nd-Hf同位素特征

閃長巖全巖的Rb-Sr和Sm-Nd同位素?cái)?shù)據(jù)見表3，鋯石測點(diǎn)的Lu-Hf同位素?cái)?shù)據(jù)見表4，Sr、Nd、Hf初始值利用本次測得U-Pb年齡121Ma進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果顯示，(87Sr/86Sr)t值在0.7110～0.7121之間，平均值為0.7115；εNd(t)值在-8.2～-9.0之間，平均值為-8.7。Hf初始比值(176Hf/177Hf)i為0.282052～0.282097，平均值為0.282070；εHf(0)主要為-23.8～-25.4，平均為-24.8；各測點(diǎn)的εHf(t)值為-21.2～-22.8，平均為-22.2；單階段模式年齡tDM為1603～1665Ma。

表3 閃長巖的Rb-Sr、Sm-Nd同位素成分表

表4 閃長巖鋯石Hf同位素成分表

4.4 H-O同位素和流體包裹體均一溫度

熱液角礫巖的石英膠結(jié)物和含礦石英內(nèi)δ18O在6.2‰～7.6‰之間，流體包裹體中的δDV-SMOW變化范圍為-71.5‰～-85.9‰ 之間(表5)。同一樣品石英的原生流體包裹體均一溫度主要分布在235～296℃之間。利用1000× lnα石英-流體=3.38 × 106T-2-3.40 (Claytonetal., 1972)計(jì)算流體中水的δ18O在-2.7‰～0.1‰ 之間。

表5 角礫巖膠結(jié)物和含鉛鋅礦石英脈的δ18O和δDV-SMOW的成分表

5 討論

5.1 熱液角礫巖礦化與閃長巖關(guān)系

從野外露頭宏觀特征來看，晚侏羅世黑云母花崗巖和古元古代云母石英片巖為侵入接觸關(guān)系，出露的角礫巖及其下伏的閃長巖主體為沿著二者接觸帶穿插或疊加在二者接觸帶上，說明閃長巖和角礫巖形成晚于黑云母花崗巖和云母石英片巖。本次獲得閃長巖的U-Pb年齡為121Ma，區(qū)內(nèi)與金礦體空間相依的閃長巖脈的U-Pb年齡在122～126Ma之間(Liuetal., 2020; Yuetal., 2020; Zhangetal., 2020)，五龍金礦礦體內(nèi)輝鉬礦的Re-Os等時(shí)線年齡為128Ma (Yuetal., 2020)、熱液獨(dú)居石的Th-Pb年齡為127Ma (Yuetal., 2020)、熱液絹云母的Ar-Ar年齡為123Ma (Liuetal., 2019)、黃鐵礦的Rb-Sr年齡為119Ma (Zhangetal., 2020)，可以指示閃長巖是區(qū)域內(nèi)大規(guī)模巖漿-成礦作用的同一期次產(chǎn)物。

從角礫特征來看，角礫巖內(nèi)可見大量的花崗巖、片巖角礫以及早階段角礫巖碎片，角礫整體具有可拼接性，在黑云母花崗巖內(nèi)還可見原地“震碎”特征，角礫位移量有限，說明角礫巖是原地爆破的角礫巖，且至少經(jīng)歷了兩次爆破作用。從角礫巖膠結(jié)物特征來看，早階段的膠結(jié)物有細(xì)粒石英、巖屑和巖粉，晚階段的膠結(jié)物主要為不同粒度的石英，兩個(gè)階段的石英晶出都伴隨有硫化物的析出。角礫巖的石英膠結(jié)物與石英硫化物脈相連通，二者為同期次熱液充填膠結(jié)作用產(chǎn)物，H-O同位素特征指示其與五龍金礦晚階段石英脈特征類似(圖9)，為巖漿水和大氣降水混合成因(Yuetal., 2018)。

圖9 含鉛鋅礦石英和含金石英的H-O判別圖解(底圖據(jù)Taylor, 1997)五龍金礦不同階段熱液石英H-O同位素?cái)?shù)據(jù)來自Yu et al. (2018)Fig.9 Diagram of δDV-SMOW vs. δ18O for quartz in the Pb-Zn and Au mineralized veins (base map after Taylor, 1997)H and O isotopic data of quartz in Wulong from Yu et al. (2018)

與角礫巖空間相依的閃長巖發(fā)育明顯的蝕變和礦化特征，并且在閃長巖邊部可見顯微級的梳狀結(jié)構(gòu)和晶洞結(jié)構(gòu)(圖5c, e, f)，石英的梳狀結(jié)構(gòu)主要為熱液途經(jīng)閃長巖向上運(yùn)移，在相對張性的環(huán)境中石英的持續(xù)生長所致(Dongetal., 1995)；晶洞結(jié)構(gòu)多為巖漿-熱液過渡階段氣相存在的記錄(Candela and Blevin, 1995; Candela, 1997)，氣相占據(jù)的空腔被后續(xù)形成的巖漿礦物和熱液礦物充填。同時(shí)，在靠近接觸帶附近的閃長巖存在有巖漿礦物組分變化，其中與角閃石、長石生長接觸的石英含量相對較高，可能是熔體-流體演化晚階段的結(jié)晶產(chǎn)物。角礫巖型鉛鋅礦化與閃長巖的成因聯(lián)系較為密切，熱液角礫巖及其中的鉛鋅礦化可能為巖漿及熱液上侵至張性空間至少經(jīng)歷兩次流體爆破作用所形成的。

5.2 角礫巖型鉛鋅礦化與石英脈型金礦的關(guān)系

五龍金礦前人已經(jīng)開展大量的研究，已發(fā)表的礦石礦物的84個(gè)S同位素?cái)?shù)據(jù)(δ34S平均值為1.94‰，中位數(shù)為1.80‰)顯示巖漿硫特征(陳錦榮等, 1995; 馬玉波等, 2013; 成曦暉, 2017; Yuetal., 2018; 劉軍等, 2018; Zhangetal., 2020)；H-O同位素顯示成礦流體以巖漿水為主且在晚階段有少量大氣水的加入(Yuetal., 2018; Liuetal., 2019; Chengetal., 2020; Zhangetal., 2020)(圖9)；He-Ar同位素指示成礦流體具有殼源為主、混入?；斓某煞痔卣?劉軍等, 2018; Liuetal., 2019; Zhangetal., 2020)；成礦與W、Mo、Bi等元素關(guān)系密切，礦石內(nèi)產(chǎn)出有白鎢礦、輝鉬礦、輝鉍礦等礦物(趙玉山等, 1994; Fengetal., 2019)；礦體與閃長巖類密切共伴生且形成時(shí)代接近(Liuetal., 2019; Zhangetal., 2020)。上述依據(jù)指示五龍金礦具有巖漿熱液成因特征。

本次發(fā)現(xiàn)的角礫巖型鉛鋅礦化與閃長巖成因關(guān)系密切，可以用閃長巖的侵位年齡代表鉛鋅礦化的年齡，指示鉛鋅礦化年齡與五龍金礦的成礦年齡近于一致(Weietal., 2004; Yuetal., 2018; 劉軍等, 2018; Liuetal., 2019; Zhangetal., 2020)。角礫巖型礦化與五龍金礦礦體集中區(qū)平面距離小于2km，北側(cè)300m處仍有近南北向斷裂控制的金礦體(圖2)。角礫巖石英膠結(jié)物和含礦石英脈可以代表成礦熱液作用的記錄，其H-O同位素特征顯示成礦熱液屬于巖漿水與大氣水混合成因(圖9)。因此，角礫巖型鉛鋅礦化和五龍石英脈型金礦時(shí)空關(guān)系密切，且同為巖漿熱液作用產(chǎn)物，可以認(rèn)為二者屬于同一個(gè)熱液成礦系統(tǒng)的不同空間位置的不同表現(xiàn)樣式。

5.3 閃長巖成因及其指示

既然熱液角礫巖型鉛鋅礦與五龍金礦屬于同一成礦系統(tǒng)，那么與之關(guān)系密切的閃長巖可以指示整個(gè)熱液成礦系統(tǒng)的巖漿起源特征。該閃長巖的SiO2<55%、MgO>4%以及換算后的Fe2O3T>14%，指示閃長巖并非地殼起源，更可能為幔源物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物。同時(shí)，閃長巖屬于高鉀鈣堿性系列，具有輕稀土富集、富集大離子親石元素和虧損高場強(qiáng)元素的特征，以及(87Sr/86Sr)t> 0.711、εNd(t)<-8.2、εHf(t)<-21.2的同位素特征(圖10、圖11)，指示其源區(qū)具有富集巖石圈地幔(EMI)特征，并且可能經(jīng)歷過富含易溶組分流體的交代作用。

圖10 五龍礦區(qū)早白堊世初侵入巖Sr-Nd同位素判別圖解(底圖據(jù)Yang et al., 2007)數(shù)據(jù)來源：寒武紀(jì)基底范圍引自Wu et al. (2005)；淺色閃長巖脈、閃長質(zhì)暗色包體、花崗斑巖、三股流巖體花崗閃長巖引自魏俊浩等(2003)；輝綠巖引自Liu et al. (2020)Fig.10 Initial 87Sr/86Sr vs. εNd(t) (t=121Ma) diagram for the diorite (base map after Yang et al., 2007)Data sources: Precambrian basement from Wu et al. (2005); light diorite, diorite enclosure, granitic porphyry, granodiorite within Sanguliu pluton from Wei et al. (2003); diabase from Liu et al. (2020)

圖11 閃長巖Hf同位素判別圖解(底圖據(jù)Yang et al., 2006)三股流巖體范圍引自張朋等(2019)Fig.11 Zircon εHf(t) vs. age (Ma) diagram for the diorite (base map after Yang et al., 2006)Data of Sanguliu pluton from Zhang et al. (2019)

區(qū)域上同時(shí)期的巖漿作用還形成了三股流巖體和中基性巖脈，三股流巖體已報(bào)道的侵位年齡介于137～123Ma之間(楊鳳超等, 2018; 張朋等, 2019)，本次研究的閃長巖侵位年齡約為121Ma，區(qū)內(nèi)中基性巖脈的形成時(shí)代從126～115Ma皆有發(fā)育(Liuetal., 2020; Zhangetal., 2020)。區(qū)域上該期次巖漿活動被認(rèn)為是下地殼部分熔融的產(chǎn)物(楊進(jìn)輝等, 2003; Yangetal., 2012; Lietal., 2012；楊鳳超等，2018)，閃長巖相對于三股流巖體具有富集重稀土、高場強(qiáng)元素(圖8)，還相對富集TFe、MgO、TiO2等組分和Co、Ni、Cr等相容元素(圖12)，且(87Sr/86Sr)t值更小、εNd(t)值更大(圖10)，指示整個(gè)巖漿體系中從三股流巖體到閃長巖的形成伴隨了巖漿源區(qū)從下地殼向巖石圈地幔的轉(zhuǎn)變。稍晚侵位于119Ma的低Ti和高Ti輝綠巖相比閃長巖具有更加虧損的Sr-Nd同位素組成(圖10)，代表了軟流圈持續(xù)上涌和虧損地幔物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物(Liuetal., 2020)。

圖12 閃長巖和三股流花崗閃長巖部分氧化物和微量元素與SiO2含量協(xié)變圖Fig.12 Some oxides and trace element against SiO2 diagrams for the diorite and Sanguliu pluton

早白堊世是華北克拉通減薄的峰期(朱日祥等，2011，2012)，伴隨形成了起源于下地殼的中酸性巖漿(楊進(jìn)輝等, 2003; Lietal., 2012; Yangetal., 2012)，以及起源于巖石圈地幔甚至軟流圈地幔的基性巖漿(Maetal., 2014, 2016; Lietal., 2016)。遼東地區(qū)的五龍背、三股流巖體是前者的表現(xiàn)，低Ti(TiO2<2%)和高Ti(TiO2>2%)輝綠巖脈是后者的表現(xiàn)(Liuetal., 2020)。同時(shí)，早白堊世克拉通破壞還伴隨有區(qū)域上大規(guī)模的NW-SE到WNW-ESE方向的伸展作用(Linetal., 2008; 關(guān)會梅等, 2008; 林偉等, 2011; Charlesetal., 2012)，五龍一帶的北東、北西和近南北走向的斷裂構(gòu)造都受之影響而新生或活化(肖世椰等, 2018)。在這樣的背景下，巖石圈拆沉、軟流圈上涌依次導(dǎo)致了下地殼、巖石圈地幔、軟流圈地幔部分熔融形成了不同性質(zhì)巖漿，巖漿在區(qū)域伸展背景下向上運(yùn)移，氣水熱液和少量巖漿在淺部沿著斷裂系統(tǒng)就位，流體不混溶和地下水混合導(dǎo)致礦質(zhì)沉淀(Yuetal., 2018)。早白堊世巖漿體系中更加富含相容元素的幔源物質(zhì)的加入是金成礦的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。

5.4 對五龍巖漿熱液成礦系統(tǒng)的指示

前人已對五龍金礦的礦床模型進(jìn)行了很多刻畫(Yuetal., 2018; Zhangetal., 2019; 曾慶棟等, 2019; Chenetal., 2020)，總的來說共性很多，主要表現(xiàn)在以下幾方面：1)礦體受斷裂系統(tǒng)所控制，主要含礦構(gòu)造為北西走向和近南北走向的斷裂；2)礦體和閃長巖空間關(guān)系密切，閃長巖在成礦前和成礦后都有發(fā)育且年齡主要在122～126Ma之間；3)成礦流體主要為巖漿水，晚階段可能混入少量大氣降水；4)成礦物質(zhì)主要來源于巖漿；5)成礦流體主要為中低溫、中低鹽度特征，致礦機(jī)制為流體不混溶和水巖反應(yīng)。上述特征指示五龍金礦屬于與侵入巖有關(guān)的金成礦系統(tǒng)。

在典型的侵入巖有關(guān)的金礦(IRGD)礦床模型(Lang and Baker, 2001; Baker, 2002; Hart, 2007)和中低溫巖漿熱液型金礦找礦預(yù)測地質(zhì)模型中(葉天竺等，2014)，在巖體(株)近端可形成浸染狀和席狀石英脈(sheeted veins)型礦化(如：美國Fort Konx，Lang and Baker, 2001；加拿大Dublin Gulch礦床，Maloofetal., 2001；西班牙Linares礦床，Cepedaletal., 2013)，在碳酸鹽巖圍巖接觸帶位置可形成矽卡巖型礦化；在巖(株)中-遠(yuǎn)端張性空間可形成角礫巖型礦化(如澳大利亞Kidsston礦床，Baker and Andrew, 1991)，在層間構(gòu)造、硅鈣地層界面可形成蝕變巖型礦化(葉天竺等，2014)，在先成或同巖漿侵位期的斷裂系統(tǒng)可發(fā)育石英脈型礦化。五龍金成礦系統(tǒng)已查明了北西向、近南北向斷裂控制的石英脈型礦體，本次新發(fā)現(xiàn)了局部張性空間發(fā)育的熱液角礫巖型、石英脈型鉛鋅礦化。我們可以推測成礦系統(tǒng)深部發(fā)育有賦存于巖體內(nèi)外接觸帶的浸染狀礦化和席狀石英脈型礦化(圖13)。關(guān)于成礦巖體及其可能賦存的空間位置，有研究者認(rèn)為是三股流巖體(戰(zhàn)寶貴, 1994; 楊鳳超等, 2018)，但可見其被區(qū)內(nèi)南北走向控礦斷裂所切割(圖1)，指示其成礦前已結(jié)晶冷凝；本次發(fā)現(xiàn)的閃長巖與含礦熱液角礫巖關(guān)系密切，但是出露范圍有限，且地質(zhì)-物探綜合解釋也沒有明顯隱伏巖體顯示(Zhangetal., 2019)。成礦巖體深部位置仍需在后續(xù)工作中進(jìn)一步探測和勘查。

圖13 五龍金礦找礦預(yù)測地質(zhì)模型簡圖1-遼河群地層；2-五龍巖體(黑云母花崗巖)；3-三股流巖體(花崗閃長巖)；4-閃長巖株(體)；5-閃長巖脈；6-花崗斑巖脈；7-熱液角礫巖；8-地質(zhì)界線；9-斷層；10-斷裂帶內(nèi)石英脈型金礦體；11-推測巖體內(nèi)外接觸帶席狀石英脈型金礦化；12-推測巖體內(nèi)外接觸帶浸染狀金礦化；13-石英脈型鉛鋅礦化Fig.13 Schematic model for the formation and prediction of Wulong deposit

6 結(jié)論

通過對五龍金礦外圍新發(fā)現(xiàn)的熱液角礫巖型鉛鋅礦化點(diǎn)和臨近閃長巖脈的調(diào)查和研究，取得了以下主要結(jié)論：

(1)熱液角礫巖具有流體爆破特征，密切伴生有大量陡立的石英脈群，鉛鋅礦在石英脈和角礫巖膠結(jié)物內(nèi)發(fā)育。角礫巖下伏和旁側(cè)發(fā)育有閃長巖脈，閃長巖可見發(fā)育礦化和蝕變現(xiàn)象，并可見晶洞結(jié)構(gòu)和梳狀石英結(jié)構(gòu)，指示閃長巖與熱液角礫巖關(guān)系密切。

(2)閃長巖的U-Pb年齡為120.9±1.3Ma，可以近似代表鉛鋅礦的形成年齡，與五龍金礦形成時(shí)代基本一致。熱液角礫巖膠結(jié)物和石英脈的H-O同位素特征顯示形成流體為巖漿水和大氣降水混合成因，與五龍金礦成礦流體性質(zhì)相同。五龍石英脈型金礦與外圍熱液角礫巖型鉛鋅礦化應(yīng)屬于同一巖漿熱液系統(tǒng)的不同位置的成礦作用產(chǎn)物。

(3閃長巖屬于高鉀鈣堿性系列，具有輕稀土富集、無銪異常的稀土配分模式，以及富集大離子親石元素(Rb、Ba)而虧損高場強(qiáng)元素(Nb、Zr、Hf)的特征，結(jié)合其(87Sr/86Sr)t值(> 0.711)、εNd(t)值(<-8.2)、εHf(t)值(<-21.2)等特征，認(rèn)為閃長巖可能是富集巖石圈地幔(EMI)部分熔融的產(chǎn)物，相對富集相容元素的幔源巖漿是金成礦的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。

(4)整個(gè)礦床系統(tǒng)的成礦地質(zhì)體可能為隱伏閃長巖類，預(yù)測成礦系統(tǒng)深部可能發(fā)育有賦存于巖體(株)內(nèi)外接觸帶的浸染狀和席狀石英脈型金礦化(體)。

致謝感謝五龍金礦邱海成總工程師對野外工作的支持。感謝中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所曾慶棟研究員和北京礦產(chǎn)地質(zhì)研究院王玉往研究員對論文提出的寶貴意見和建議。