華北克拉通北緣三疊紀(jì)金礦床地質(zhì)特征、物質(zhì)來源與控制因素*

白陽 張連昌 朱明田 黃柯 周伶俐

1. 太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，太原 030024 2. 中國科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究重點實驗室，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029 3. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049 4. Durham University, Durham DH13LE 5. iCRAG, School of Earth Science, University College Dublin, Dublin 4

華北克拉通是我國最古老的構(gòu)造單元之一，中生代華北金礦帶的成礦時代和空間展布受重大地質(zhì)事件相關(guān)的應(yīng)力轉(zhuǎn)變及快速隆起控制(Goldfarbetal., 2019)，其成礦時代主要分為三個區(qū)間：240～220Ma、170～150Ma和130～115Ma(張連昌等，2018;圖1a)，其中早白堊世金礦床規(guī)模最大，其次為中-晚三疊世金礦床，晚侏羅世金礦床零星分布。華北克拉通中生代不同時代金礦床的空間分布具有差異性(圖1b)：早白堊世金礦床分布廣泛于華北克拉通周緣，克拉通內(nèi)部金礦僅出現(xiàn)在太行山一帶，如義興寨金礦(Lietal., 2014)；華北克拉通侏羅系成礦作用較弱，分布比較局限，主要出現(xiàn)在華北北緣燕-遼金成礦帶的張家口地區(qū)和冀東地區(qū)(陳紹聰?shù)? 2014)，零星出現(xiàn)在克拉通東緣，規(guī)模一般較??；華北克拉通三疊紀(jì)金礦床主要形成于中-晚三疊世，廣泛分布于克拉通北緣(包括華北東北部)(陳衍景等, 2009; 聶鳳軍等, 2011; Songetal., 2016; 張朋等, 2016; Baietal., 2019)，局部出現(xiàn)在華北南緣小秦嶺-熊耳山礦集區(qū)(李厚民等, 2007)。

圖1 華北克拉通中生代金成礦時代分布(a)和金礦帶分布地質(zhì)簡圖(b)(據(jù)Li et al., 2012; 張連昌等，2018修改)Fig.1 Metallogenic age distribution map of Mesozoic gold deposits (a) and geological map of the gold belts (b) in the NCC (modified from Li et al., 2012; Zhang et al., 2018)

圖2 華北克拉通北緣金礦集區(qū)分布簡圖(據(jù)Hart et al., 2002修改)Fig.2 Distribution map of gold districts in the northern margin of the NCC (modified after Hart et al., 2002)

華北克拉通北緣擁有豐富的金礦資源，是我國重要的金礦集中區(qū)之一。據(jù)統(tǒng)計，區(qū)內(nèi)包含近百個金礦床及礦化點，金資源總量>1000t(Zengetal., 2020)。長期以來，部分學(xué)者的關(guān)注點集中于克拉通北緣早白堊世金礦，如海溝金礦和五龍金礦等，認(rèn)為華北北緣金礦與膠東和小秦嶺金礦集中區(qū)相似，主要形成于～120Ma(Zengetal., 2017; Sunetal., 2019; Yuetal., 2020)；近年來的研究表明，華北克拉通北緣還存在受周邊造山帶影響的三疊紀(jì)大規(guī)模金成礦事件(薛春紀(jì)等, 2003; Dengetal., 2014; Goldfarbetal., 2019; Liuetal., 2019; Zhangetal., 2020; Zengetal., 2020; Zhouetal., 2020)。隨著研究工作的深入，原位40Ar-39Ar定年(Jiaetal., 2018)及含金硫化物Re-Os定年技術(shù)的發(fā)展(Songetal., 2016; 張朋等, 2016; Zhangetal., 2017; Baietal., 2019)，同位素測年技術(shù)精度的提高和多種同位素示蹤方法的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)華北北緣存在一條近東西向展布的三疊紀(jì)金成礦帶。

已有的資料表明，區(qū)內(nèi)主要金礦床(化)賦礦圍巖為新太古代和古中元古代角閃巖相-麻粒巖相變質(zhì)巖，約占全區(qū)面積的30%，少量金礦床產(chǎn)于晚古生代至中生代的花崗巖類巖石中。晚三疊世巖漿巖廣泛分布在華北克拉通北緣各金礦集中區(qū), 與金礦床具有密切的時空關(guān)系(Miaoetal., 2002; 段曉俠等, 2012; Duanetal., 2014; 熊樂, 2017; 曾慶棟等, 2019; Wutiepuetal., 2020)。華北克拉通北緣金礦帶從西到東依次劃分為烏拉山-大青山金(鉬)礦集中區(qū)、張家口金礦集中區(qū)、冀東-遼西金礦集中區(qū)、青城子金多金屬礦集區(qū)和夾皮溝金礦集中區(qū)(以下簡稱礦集區(qū))。本文在總結(jié)各礦集區(qū)典型三疊紀(jì)金礦成礦地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)收集了有關(guān)金礦同位素年代學(xué)、流體包裹體、氫-氧-碳-硫-鉛及氦-氬同位素等資料，綜合對比了三疊紀(jì)礦集區(qū)的地質(zhì)和成礦流體特征，為探討區(qū)域金礦成因和主要控礦因素提供了重要信息。

1 華北克拉通北緣區(qū)域地質(zhì)概況

華北克拉通是中國大陸最古老的地質(zhì)單元，經(jīng)歷了漫長的地質(zhì)演化，具有豐富的礦產(chǎn)資源，尤其是金礦資源在全國占主導(dǎo)地位(圖1)。克拉通北緣廣泛發(fā)育近東西向展布的太古宇變質(zhì)結(jié)晶基底，主要巖石類型有片麻巖、混合巖、麻粒巖、斜長角閃巖和斜長角閃片麻巖(Zhaoetal., 2001; 劉敦一等, 2007; Zhai, 2011；圖2)。古元古代以來，克拉通北緣開始接受蓋層沉積，形成了弱變質(zhì)的中元古代-早古生代海相碎屑巖及碳酸鹽巖沉積；中石炭世-二疊紀(jì)，發(fā)育海陸交互相沉積，與下伏巖層不整合接觸；侏羅紀(jì)之后，主要發(fā)育陸相及火山-沉積地層。

華北克拉通北緣的構(gòu)造演化同時受控于華北克拉通及北鄰中亞造山帶的演化影響，主要經(jīng)歷了變質(zhì)基底形成期、穩(wěn)定克拉通化發(fā)展期和克拉通活化破壞期三個過程(陳昌勇, 1998; 翟明國, 2019)。晚古生代之前,克拉通內(nèi)部相對穩(wěn)定；晚古生代，受到中亞造山構(gòu)造域的影響，克拉通北緣形成EW向為主的構(gòu)造-巖漿格局(張拴宏等, 2010; 李長民等, 2014)。其中，中-晚泥盆世巖漿巖以堿性巖為主，成巖時代集中于400～360Ma (張拴宏等, 2007; Zhangetal., 2014; 李長民等, 2014)；晚石炭世-中二疊世侵入巖(330～265Ma)以閃長巖、石英閃長巖、花崗閃長巖及花崗巖為主(張拴宏等, 2007; Zhangetal., 2009; 章永梅等, 2009; 鄒滔等, 2017; 廖祥東, 2019)。進入三疊紀(jì)，克拉通周緣出現(xiàn)巖石圈初始減薄與破壞事件，巖漿活動強烈，巖性復(fù)雜，包括輝長巖、閃長巖和花崗巖等鈣堿性系列侵入巖，及正長巖和正長花崗巖等堿性系列侵入巖(楊進輝和吳福元, 2009; Zhangetal., 2014; Jiaetal., 2019)。華北克拉通北緣三疊紀(jì)巖漿-構(gòu)造-成礦事件可能受到中亞造山帶和揚子板塊俯沖作用的共同控制, 北緣中、東段的陰山、燕遼地區(qū)多種構(gòu)造與巖漿疊加活動最為顯著。區(qū)域巖漿活動受到EW向、NE向、NNE向構(gòu)造控制，巖體多呈巖株、巖枝產(chǎn)出，少數(shù)表現(xiàn)為巖床、巖脈或巖基。早三疊世巖漿巖侵入時代集中于～250Ma(趙越等, 2010; Zhangetal., 2014)；中晚三疊世巖漿巖在北緣西段、中段、東段廣泛分布，成巖時代為235～200Ma，集中在～220Ma(羅鎮(zhèn)寬等, 2004; 吳福元等, 2005; 章永梅等, 2011b; 劉勇等, 2012; Zhangetal., 2014; 劉錦等, 2016; 徐希陽等, 2016)，巖性以花崗巖、堿性巖和堿性花崗巖為主，與區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育的金、鉬、鉛鋅銀等多金屬礦化關(guān)系密切。

侏羅紀(jì)-白堊紀(jì)，華北克拉通東部受到古太平洋板塊俯沖作用的影響，發(fā)生強烈活化與破壞, 發(fā)育以NE向和NNE向為主的伸展構(gòu)造?？死ū本壻_紀(jì)-白堊紀(jì)巖漿活動主要分布于成礦帶東段，侵入巖的成巖時代集中在151～193Ma和～120Ma(吳福元等, 2005; Zhangetal., 2014)，巖石類型主要有花崗巖、二長花崗巖、花崗閃長巖和和石英閃長巖，金礦的形成與早白堊世侵入巖有關(guān)。

圖3 華北克拉通北緣主要礦集區(qū)三疊紀(jì)金礦床時空統(tǒng)計圖(主要參考文獻見表1)Fig.3 Spatial-temporal diagram of the Triassic gold deposits in the northern margin of the NCC (references in Table 1)

2 華北克拉通北緣三疊紀(jì)金礦帶的礦床類型及時空分布

華北克拉通北緣三疊紀(jì)金礦帶自西向東可劃分為烏拉山-大青山、張家口、冀東-遼西、青城子和夾皮溝礦集區(qū)(圖3、表1)。多數(shù)三疊紀(jì)金礦床賦存在前寒武紀(jì)角閃巖相-高角閃巖相-麻粒巖相變質(zhì)巖中，少數(shù)位于顯生宙花崗巖中，礦脈以含金石英脈為主，伴隨蝕變巖型礦化。烏拉山-大青山礦集區(qū)位于克拉通北緣金成礦帶西段，以金、鉬礦化為主；張家口及冀東-遼西礦集區(qū)位于金成礦帶中段，以金礦化及金、鉬礦化為主；遼東青城子礦集區(qū)和吉南夾皮溝礦集區(qū)位于金成礦帶東段，以金、多金屬礦化為主。此外，黑龍江省大黑山附近的東風(fēng)溝金礦、九佛溝式金多金屬礦床和老柞山金礦也存在三疊紀(jì)金-多金屬礦化(表1)(李曉敏等, 2001; 趙玉鎖等, 2013; 吳猛等, 2018)。整體上，華北克拉通北緣大規(guī)模金礦化主要發(fā)生在晚三疊世，自西向東礦化類型由金鉬礦化轉(zhuǎn)變?yōu)榻?多金屬礦化，成礦流體及物質(zhì)來源具有一定的演化規(guī)律。以下就各礦集區(qū)及其賦存的典型礦床地質(zhì)特征進行分述。

2.1 烏拉山-大青山礦集區(qū)

烏拉山-大青山礦集區(qū)位于華北克拉通北緣緊靠帶西段，地處臨河-集寧斷裂和包頭-呼和浩特斷裂之間。區(qū)內(nèi)出露的地層主要為上太古界烏拉山群角閃巖相-麻粒巖相變質(zhì)巖，金礦主要位于背斜兩翼烏拉山群片麻巖中；區(qū)內(nèi)斷裂主要是近EW向展布的臨河-集寧斷裂和包頭-呼和浩特斷裂及一系列近NE-SW向小斷層。中生代巖體和巖脈侵入到前寒武變質(zhì)巖中，其中三疊紀(jì)堿性花崗巖脈與金礦密切相關(guān)。礦集區(qū)內(nèi)以哈達門溝金礦和柳壩溝金礦最為典型(圖4)。

圖4 烏拉山-大青山礦集區(qū)哈達門溝礦田地質(zhì)圖(據(jù)章永梅等, 2011a修改)Fig.4 Geological sketch map of Hadamengou ore field of Wulashan-Daqingshan district (modified after Zhang et al., 2011a)

2.1.1 哈達門溝金礦

哈達門溝金礦位于包頭市西20km處，目前探明金資源量超過100t，金平均品位4.3g/t(Jiaetal., 2018)，是烏拉山-大青山礦集區(qū)內(nèi)最大的金礦。上太古界烏拉山群角閃巖-麻粒巖相變質(zhì)巖為主要容礦圍巖，包頭-呼和浩特斷裂的次級EW、NE和NNE斷裂是主要的容礦構(gòu)造。礦區(qū)內(nèi)發(fā)育新太古代-顯生宙多期巖漿巖，形成大量中酸性侵入巖及中基性-酸性巖脈和偉晶巖脈等，大樺背正長花崗巖體(330～353Ma; 苗來成等, 2001; 李大鵬等, 2009; 王梁等, 2015)是區(qū)內(nèi)規(guī)模最大的侵入巖。礦脈整體近EW向展布, 少數(shù)呈NW向，礦化類型包括石英脈型、鉀長石-石英脈型和含金鉀-硅化蝕變巖型。蝕變巖型礦化通常分布在脈狀礦化兩側(cè)，主礦體為13號礦脈(侯萬榮等, 2014)。黃鐵礦是主要的載金礦物，金主要為自然金和銀金礦。礦石礦物Ar-Ar和Re-Os年齡主要集中在200～240Ma之間(侯萬榮, 2011; 聶鳳軍等, 2011; 陳代鑫, 2014; 王梁等, 2014; Zhangetal., 2017; Jiaetal., 2018)。此外，哈達門溝金礦13號主礦脈的含金鉀長石-石英脈中絹云母40Ar-39Ar為 239.76±3.04Ma(聶鳳軍等, 2005); 含金鉀長石-石英中鉀長石原位40Ar-39Ar年齡為199.0±0.8～243.5±1.3Ma(Jiaetal., 2018)，確定哈達門溝金礦的主成礦時代為三疊紀(jì)(圖3)。

2.1.2 柳壩溝金礦

柳壩溝金礦位于哈達門溝金礦西北約5km處，與哈達門溝金礦具有相似的成礦地質(zhì)背景。柳壩溝金礦313礦脈是主礦脈，長約6.5km，儲量達40t，約占全區(qū)儲量的90%，平均品位2.5g/t(章永梅等, 2011a)。礦體總體呈脈狀、似板狀產(chǎn)出，礦石類型主要包括石英脈型及鉀-硅化蝕變巖型，黃鐵礦、石英和鉀長石是主要的載金礦物礦，局部出現(xiàn)鉬礦化。313號主礦脈鉀-硅化蝕變巖礦石的鉀長石40Ar/39Ar坪年齡和等時線年齡分別是217.9±3.1Ma和205.0±34.2Ma，Pb-Pb年齡為224Ma(章永梅等, 2011a; Zhangetal., 2017; Jiaetal., 2018)。柳壩溝金礦和哈達門溝金礦年齡成礦年齡相似，礦田內(nèi)的主要Au-Mo礦化發(fā)生在中-晚三疊世。

2.2 張家口礦集區(qū)

張家口礦集區(qū)位于金礦帶中段，區(qū)內(nèi)包含25個金礦(點)及多個成礦潛力區(qū)，保有金儲量約100t。新太古代桑干群角閃巖相-麻粒巖相變質(zhì)火山巖-火山沉積巖分布在礦區(qū)中部，礦區(qū)北部出露古元古代紅旗營子群變質(zhì)巖，中元古代至新元古代長城群和薊縣群未變質(zhì)的砂巖、頁巖和石灰?guī)r，局部可見晚侏羅世的火山碎屑巖(圖5)。礦集區(qū)內(nèi)廣泛分布古生代-中生代巖漿巖，面積最大的是形成于晚泥盆世的水泉溝堿性雜巖體(440km2)(羅鎮(zhèn)寬等, 2001b; 李長民等, 2014)。區(qū)內(nèi)NW向和NNE向次級斷裂是主要控礦構(gòu)造，金礦床受斷裂構(gòu)造及水泉溝巖體的共同控制，按照賦礦圍巖將區(qū)內(nèi)礦床分為兩類：(1)東坪式金礦，巖體容礦，如東坪金礦和中山溝金礦；(2)小營盤式金礦，前寒武變質(zhì)巖容礦，如小營盤金礦、后溝金礦和張家口金礦等。

圖5 張家口礦集區(qū)地質(zhì)圖(據(jù)Hart et al., 2002修改)Fig.5 Geological sketch map of Zhangjiakou district (modified after Hart et al., 2002)

2.2.1 小營盤金礦

圖6 冀東-遼西礦集區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)賈三石等, 2011修改)Fig.6 Geological sketch map of Jidong-Liaoxi district (modified after Jia et al., 2011)

小營盤大型金礦位于張家口礦集區(qū)南部，儲量約35t，平均品位9.7g/t。賦礦圍巖為新太古代桑干群角閃巖相-麻粒巖相變玄武巖和變沉積巖。礦區(qū)構(gòu)造以NE-NNE向斷裂為主，NW向展布的次級斷裂帶是主要控礦構(gòu)造。小營盤金礦共有58條礦脈，其中16號礦脈是區(qū)內(nèi)最大的礦體，占金儲量的85%(Hartetal., 2002)。礦體主要由含金石英脈和石英-堿性長石脈組成，金礦物主要為自然金和銀金礦，以包裹金的形式賦存在黃鐵礦和石英中，或與碲化物共生。礦化蝕變圍巖中白云母的40Ar-39Ar年齡230～354Ma(Hartetal., 2002)，金礦石的K-Ar年齡為235～283Ma(李紅陽和張建珍，1994)。

2.2.2 中山溝金礦

中山溝金礦是位于張家口礦集區(qū)北部的中型金礦，礦區(qū)出露地層為新太古代桑干群，NNE向斷裂為主要控礦構(gòu)造。礦體位于水泉溝雜巖體西部，屬于“東坪式” 金礦，平均金品位3～6g/t。礦體主要為含金石英脈，地表延長近2km，單脈寬約0.5～1.0m(查鐘健, 2020)。礦石類型包括石英-多金屬硫化物型、黃鐵礦-鉀長石石英脈型和浸染狀鉀化蝕變巖型。金以自然金、銀金礦、碲金礦和其他含金碲化物的形式出現(xiàn)(Cooketal., 2009)，主要賦存于黃鐵礦中，其次為石英。鉀化蝕變巖中兩組鉀長石(< 60目和>100目)的40Ar-39Ar年齡分別為180～241.0±0.6Ma和180～246.5±0.7Ma(Hartetal., 2002)，其中，～240Ma的礦化年齡與礦石全巖K-Ar年齡～230Ma(李紅陽和張建珍, 1994)基本吻合。小營盤、中山溝金礦成礦時代與礦集區(qū)內(nèi)谷嘴子(236±2Ma)(Miaoetal., 2002)和紅花梁花崗巖體(235±2Ma)(姜能, 2006)的侵位年齡一致，表明這二者屬于同一構(gòu)造熱事件的產(chǎn)物或具有成因聯(lián)系。因此，中山溝金成礦可能與晚三疊世巖漿活動有關(guān)。

2.3 冀東-遼西礦集區(qū)

冀東-遼西礦集區(qū)位于金礦帶中段，北鄰中亞造山帶，東鄰中生代古太平洋構(gòu)造域。區(qū)域地層包括太古宙變質(zhì)基底，元古宙和顯生宙的沉積蓋層。區(qū)域斷裂以EW向、NE向和NNE向為主，其中NNE斷裂為主要控礦構(gòu)造。區(qū)內(nèi)巖漿活動以中生代印支期和燕山期花崗巖為主，發(fā)育近200處金礦床及礦化點，前寒武紀(jì)變質(zhì)基底和相關(guān)斷裂系統(tǒng)共同控制區(qū)內(nèi)巖漿巖和金礦(點)的展布(圖6)。

2.3.1 金廠峪金礦

金廠峪金礦床是冀東地區(qū)最大的金礦床，儲量達80t，平均品位5.30g/t。賦礦圍巖為新太古代遵化群角閃巖相變質(zhì)巖，主要控礦構(gòu)造為NNE向脆韌性擠壓片理化帶和脆性斷裂。金廠峪金礦床具有6條含金脈帶，礦石類型以石英-硫化物脈型為主，其次為鈉長石±石英脈型。金屬礦物以黃鐵礦為主，包括少量方鉛礦、黃銅礦和閃鋅礦。金以自然金為主，呈乳滴狀、不規(guī)則狀充填在黃鐵礦顆粒中、裂隙內(nèi)及顆粒間，少量賦存在邊部的石英中；脈石礦物為石英和鈉長石。早期部分學(xué)者認(rèn)為金廠峪金礦形成于新太古代(2400～2200Ma; 張秋生等, 1991; 林傳勇等, 1994;李俊建等, 2002)或古元古代(1858Ma; 羅鎮(zhèn)寬等, 2001a)；依據(jù)不同礦石中絹云母及石英的40Ar-39Ar及K-Ar年齡, 有些學(xué)者認(rèn)為金礦化發(fā)生于204～160Ma(林爾為和郭裕嘉, 1985; Hartetal., 2002; Wangetal., 2020)；隨著礦石礦物同位素測年方法的進步，Songetal.(2016)獲得輝鉬礦Re-Os等時線年齡為223±5Ma；Baietal.(2019)測得主成礦階段含金黃鐵礦Re-Os等時線年齡為223.5±6.0Ma，直接證明了金廠峪金礦形成于晚三疊世。

2.3.2 柏杖子金礦

柏杖子金礦(20t，8.2g/t)位于遼寧省凌源市，礦區(qū)內(nèi)出露地層以中元古界長城系、薊縣系為主，中-上太古界八道河群零星分布，少量侏羅系陸相火山巖分布在礦區(qū)東南側(cè)。礦區(qū)構(gòu)造以斷裂為主，NE向和NNE向次級斷裂為主要控礦構(gòu)造。柏杖子巖體(222Ma, 羅鎮(zhèn)寬等, 2004) 是礦區(qū)重要的含礦圍巖, 沿NNE向斷裂侵入長城系碳酸鹽巖中，巖性為花崗巖-石英二長巖的過渡類型，常見煌斑巖脈和花崗斑巖脈沿斷裂。柏杖子金礦的礦化類型主要包括石英脈型和蝕變巖型；石英脈型礦體淺部賦存于NNE向大斷裂的次級斷裂中，深部受柏杖子巖體及其內(nèi)部斷裂共同控制(熊樂, 2017)；蝕變巖型礦化發(fā)育在靠近斷裂部位的柏杖子巖體中。礦石礦物包括黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦等，少量毒砂及輝鉬礦；金礦物主要是銀金礦，其次為自然金和金銀礦。柏杖子巖體是金礦體的賦礦圍巖，成巖成礦年齡為222～233Ma(羅鎮(zhèn)寬等, 2004; 熊樂等, 2017)。因此，柏杖子花崗巖和金礦體是區(qū)內(nèi)三疊紀(jì)構(gòu)造-巖漿熱液活動的產(chǎn)物。

圖7 青城子礦集區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)曾慶棟等, 2019修改)Fig.7 Geological sketch map of Qingchengzi district (modified after Zeng et al., 2019)

2.4 遼東青城子礦集區(qū)

青城子礦集區(qū)位于金礦帶東段，遼東中部，是我國重要的金(>300t)、鉛鋅(>1.6Mt)、銀(>4000t)產(chǎn)地。礦集區(qū)內(nèi)出露地層為古元古界遼河群蓋縣組、大石橋組及少量高裕莊組(圖7)。礦區(qū)發(fā)育NE向、NW向和EW向三組斷裂，斷裂多穿切遼河群各地層單元, 金礦化沿NW尖山子斷裂展布。礦集區(qū)內(nèi)發(fā)育古元古代-中生代中酸性侵入體及各類巖脈。青城子金多金屬礦集區(qū)內(nèi)金礦化主要分布于小佟家堡子、白云和林家三道溝金礦帶內(nèi)。一般認(rèn)為礦集區(qū)內(nèi)金銀礦化形成于晚三疊世，與區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育的晚三疊世巖漿活動具有成因聯(lián)系(Yuetal., 2009; Liuetal., 2019; Lietal., 2020)。

2.4.1 白云金礦

白云金礦位于青城子金多金屬礦集區(qū)北部，尖山子斷裂西側(cè)，儲量>85t，金品位1.0～7.1g/t(Lietal., 2020)。礦區(qū)出露地層主要為古元古界遼河群蓋縣組綠片巖相-角閃巖相變質(zhì)巖和大石橋組大理巖，其中，蓋縣組黑云母變粒巖和夕線石黑云母片巖是主要的賦礦圍巖?？氐V構(gòu)造為EW向的層間破碎蝕變帶，該帶地表延長8500m，寬100～300m，傾斜延深達1000m。礦區(qū)內(nèi)各類晚三疊世巖脈廣泛分布，巖性包括二長斑巖、石英斑巖、閃長斑巖等(Liuetal., 2019)。石英斑巖脈與成礦密切相關(guān)，主要沿東西向斷裂發(fā)育，近平行于金礦脈，礦化類型包括破碎硅-鉀蝕變巖型和石英-硫化物脈型，金以不規(guī)則粒間金或包裹金的形式賦存于黃鐵礦中。張朋等(2016)獲得含金黃鐵礦Re-Os等時線年齡為225.3±7.0Ma，直接限定了白云金礦化的年齡，表明與礦區(qū)內(nèi)三疊紀(jì)巖體(221～224Ma)活動具有時空一致性(Liuetal., 2019; Lietal., 2020)；硅-鉀蝕變巖中含礦石英40Ar-39Ar等時線年齡為207±6Ma，坪年齡為209±2Ma(劉國平和艾永富, 2000)，與黃鐵礦的Re-Os年齡一致，均證實了白云金礦形成于晚三疊世。

2.4.2 小佟家堡子金礦

小佟家堡子金礦位于青城子金多金屬礦集區(qū)南段，尖山子斷裂西側(cè)，儲量>30t，金品位3.3～10.84g/t(Lietal., 2020)，平均品位6.2g/t。礦區(qū)出露地層為遼河群蓋縣組和大石橋組，黑云母變粒巖、大理巖和黑云母片巖是主要賦礦圍巖。小佟家堡子金礦為隱伏礦床，主要由3個構(gòu)造蝕變巖帶組成，II號蝕變帶的2號礦體是主礦體。2號礦體為硅化大理巖型和蝕變黑云變粒巖型礦化，黃鐵礦和毒砂是主要的載金礦物(Lietal., 2020)。薛春紀(jì)等(2003)測得小佟家堡子含金硅化黑云母變粒巖的Rb-Sr年齡為233±31Ma，石英的40Ar-39Ar坪年齡和等時線年齡分別為238.78±0.74Ma和239.46±1.13Ma。

2.5 吉南夾皮溝礦集區(qū)

夾皮溝礦集區(qū)位于華北克拉通北緣東段，吉林省樺甸市東約60km。區(qū)內(nèi)構(gòu)造單元主要包括吉林南部變質(zhì)地體和北部古生代增生帶(Zengetal., 2014)，金礦產(chǎn)于變質(zhì)地體中新太古代夾皮溝花崗巖-綠巖帶中(2.5～2.7Ga, Lietal., 1999)。礦集區(qū)廣泛發(fā)育中生代巖漿巖及巖脈，中生代的巖漿活動與金成礦具有密切的時空關(guān)系，巖脈巖性主要包括花崗閃長巖、閃長巖、閃長玢巖、正長斑巖、花崗斑巖、煌斑巖、輝綠巖和霏細(xì)巖等(圖8)。礦集區(qū)內(nèi)分布17個金礦床161個金礦化點，規(guī)模較大的金礦有夾皮溝、三道岔、二道溝、八家子和板廟子金礦等，金儲量超過100t(Zengetal., 2014)。

2.5.1 二道溝金礦

二道溝金礦位于夾皮溝礦集區(qū)西南側(cè)，金儲量>20t，平均金品位14g/t。賦礦圍巖為新太古代夾皮溝群角閃巖、角閃斜長片麻巖及TTG花崗巖，NW-NNW向夾皮溝韌性剪切帶是主要控礦構(gòu)造。礦區(qū)內(nèi)發(fā)育晚太古代-中生代巖漿巖，晚三疊世花崗閃長巖脈(223±2Ma, 羅鎮(zhèn)寬等, 2002; Miaoetal., 2005)侵位于礦區(qū)中部，一般認(rèn)為該巖脈與礦脈近同期形成(Miaoetal., 2005)；此外，礦區(qū)發(fā)育石英閃長巖、花崗巖、閃長巖、閃長斑巖和煌斑巖脈等。二道溝金礦主要包括4個礦化帶，礦體以含金石英脈為主，少量蝕變巖型礦石。金礦體總體地表延長超過1.2km，單個礦體長30～100m，延深超100m(Zengetal., 2014)。二道溝金礦淺部礦石中金屬礦物以黃鐵礦為主，其次為方鉛礦和黃銅礦。深部礦石中硫化物以方鉛礦為主，其次為黃鐵礦和黃銅礦(Miaoetal., 2005)。

2.5.2 八家子金礦

八家子金礦位于二道溝金礦東南側(cè)～5km處，金儲量超過20t，品位5～30g/t。賦礦圍巖以角閃巖、角閃斜長片麻巖及TTG花崗巖為主，NE向韌性剪切帶是主要控礦構(gòu)造。礦區(qū)發(fā)育大量巖脈，其中規(guī)模最大的是石英正長斑巖脈。此外，八家子礦區(qū)出現(xiàn)閃長巖和鎂鐵質(zhì)巖脈，閃長巖巖脈穿切金礦脈和石英正長斑巖脈。礦體以含金石英脈為主，礦石中金屬礦物以黃鐵礦、方鉛礦和黃銅礦為主，黃鐵礦是主要的載金礦物。礦區(qū)內(nèi)石英正長斑巖脈的SHRIMP鋯石U-Pb年齡為218±6Ma(羅鎮(zhèn)寬等, 2002; Miaoetal., 2005)，石英正長斑巖脈與礦脈平行展布，巖脈局部發(fā)育金礦化，該巖脈的年齡可以間接代表金礦化年齡；劉軍等(2018a)獲得礦石中黃鐵礦Rb-Sr等時線年齡為218.0±1.5Ma，與石英正長斑巖的侵位年齡一致, 與八家子金礦石英流體包裹體Rb-Sr等時線年齡(231±21Ma)在誤差范圍內(nèi)一致(李華芹等, 1993)；蝕變巖中絹云母的40Ar-39Ar坪年齡和等時線年齡分別為203.6±0.4Ma和203.8±0.4Ma(Miaoetal., 2005)。盡管測試對象和方法存在差異，所得年齡存在一定誤差，但整體上八家子金礦形成于三疊紀(jì)。

3 華北克拉通北緣三疊紀(jì)金礦成礦流體性質(zhì)及來源

華北克拉通北緣三疊紀(jì)金礦床石英流體包裹體及氫-氧同位素研究表明，成礦流體具有中溫、低鹽度、低密度的特征，屬于H2O-NaCl-CO2±CH4體系；金礦床成礦流體以巖漿水或變質(zhì)水為主，后期加入了大氣降水。氦、氬、碳同位素研究表明，成礦流體具有殼-幔來源混合的特征，幔源組分的貢獻與三疊紀(jì)巖漿活動有關(guān)，殼源組分來源于變質(zhì)圍巖的貢獻。

3.1 流體包裹體

華北克拉通北緣三疊紀(jì)金礦床具有相似的流體特征(表2)，流體包裹體類型以氣液兩相包裹體為主，液相成分以H2O為主，氣相成分主要為H2O還包含CO2、CH4及少量N2、O2，陽離子以Na+、K+、Mg2+、Ca2+為主，其中Na+>K+。成礦早期流體包裹體均一溫度約270～500℃，大多低于400℃，鹽度變化范圍大(0.83%～18% NaCleqv)，流體密度低(0.5～0.92g/m3)，屬于H2O-CO2-NaCl體系。主成礦階段，流體包裹體均一溫度為180～420℃，集中于200～300℃，鹽度≤15% NaCleqv，含子礦物包裹體的鹽度可達～30% NaCleqv(Songetal., 2016)，氣液兩相包裹體密度集中在0.7～1.0g/m3之間，主成礦階段包裹體中氣相組分較復(fù)雜，除H2O和CO2外，還包含CH4、C4H6、N2和O2等，屬于H2O-NaCl-CO2±CH4體系；成礦晚期，流體溫度變化范圍為90～300℃(集中在120～200℃)，流體鹽度≤13%NaCleqv，主要集中于2%～8% NaCleqv之間，流體密度低(0.84～1g/m3)，屬于低溫、低鹽度、低密度的H2O-NaCl體系。金礦成礦流體總體具有中溫、低鹽度、低密度、富CO2的特點，屬于H2O-NaCl-CO2±CH4體系；從早階段演化至晚階段，成礦流體溫度逐漸降低，鹽度變化范圍大，但主要礦床具有鹽度逐漸降低的趨勢(Songetal., 2016; 劉軍等, 2018b; Liuetal., 2019)。研究表明，同一視域中不同相比例及成分組成的流體包裹體共存，如富液兩相水溶液包裹體、富氣兩相包裹體、含CO2包裹體共存于同一石英顆粒內(nèi)，流體包裹體組合具有相似均一溫度，但具有不同的均一行為，如富液兩相包裹體加熱完全均一至液相，富氣兩相包裹體加熱完全均一至氣相，含CO2包裹體加熱完全均一至液相CO2，說明成礦過程中流體發(fā)生過相分離作用(盧煥章等, 2004; 劉軍等, 2018b; 李健, 2020)，這可能是導(dǎo)致石英脈型金礦中金沉淀的主要原因之一(Zengetal., 2014; Zhangetal., 2017; 劉軍等, 2018b; Zhangetal., 2019; 查鐘健, 2020)。

3.2 氫-氧同位素

華北北緣三疊紀(jì)金礦床具有相似的氫-氧同位素組成，總體上石英δD集中在-50‰～-110‰之間，δ18OH2O主要介于0‰～9.5‰之間；不同礦集區(qū)金礦床成礦階段石英的δD-δ18O組成略有差異(表3)，少數(shù)位于大氣降水線上，大部分位于巖漿水或變質(zhì)水與大氣降水線之間(圖9a)，說明成礦流體可能是復(fù)雜的混合熱液。青城子礦集區(qū)小佟家堡子金礦主成礦階段石英具有寬泛的氫、氧同位素組成，明顯向大氣降水線偏移，少數(shù)樣品點位于大氣降水線，受到大氣降水的顯著影響，而白云金礦具有相對集中的氫、氧同位素組成，樣品點位于巖漿水和變質(zhì)水下方(孫立民等, 1997; 王一存等, 2015; 楊鳳超等, 2016; 郝立波等, 2017; Liuetal., 2019; 李健, 2020)。相比于小佟家堡子金礦，白云金礦受到大氣降水影響程度較低，這可能是成礦壓力和深度差異造成的(小佟家堡子金礦, 5km, 代軍治, 2005; 白云金礦, 9km, Liuetal., 2019)。成礦流體從早階段演化至晚階段，整體表現(xiàn)為δ18OH2O降低，逐漸向大氣降水區(qū)域靠近，形成“氧同位素漂移”，而δD變化不明顯，這可能是由于大氣降水沿著斷裂及裂隙滲透到巖石中，隨著深部原始成礦熱液(巖漿熱液或變質(zhì)熱液)向上運移，部分大氣降水(δ18OH2O=-15‰～-12‰, 楊利亞等, 2013)混入原始熱液中造成的。大氣降水的加入導(dǎo)致成礦流體物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，加速了成礦物質(zhì)的富集沉淀。金廠峪金礦的δ18OH2O具有相反的趨勢，成礦階段早期到晚期，δ18OH2O值向變質(zhì)水和巖漿水的混合區(qū)域演化(圖9a)，表明變質(zhì)圍巖與原始成礦流體間發(fā)生了強烈的水-巖反應(yīng)，這可能是影響成礦物質(zhì)沉淀的重要原因之一。

圖9 華北克拉通北緣三疊紀(jì)金礦床成礦流體氫-氧同位素組成(a, 主要參考文獻見表3)和碳同位素組成(b, 據(jù)張秋生等, 1991; 楊利亞, 2011; 鄭宏偉, 2014; 王一存等, 2015; Zhang et al., 2017; Liu et al., 2019及其中文獻)Fig.9 H-O isotopic compositions (a, references in Table 3) and C isotopic compositions (b, Zhang et al., 1991, 2017; Yang, 2011; Zheng, 2014; Wang et al., 2015; Liu et al., 2019 and references therein) of ore-forming fluids of the Triassic gold deposits in the northern margin of the NCC

3.3 碳同位素

成礦帶內(nèi)碳酸鹽礦物及石英流體包裹體碳同位素組成可分為兩個系列：(1)以巖漿巖或變質(zhì)火成巖為賦礦圍巖的礦床，包括哈達門溝金礦(δ13CPDB=-5.1‰～-3.2‰)、柳壩溝金礦(δ13CPDB=-5.0‰～-3.2‰, 平均值-4.1‰)(Zhangetal., 2017及其中文獻)、中山溝金礦(δ13CPDB=-5.9‰～-3.0‰, 平均值-3.7‰)(鄭宏偉, 2014)、金廠峪金礦(-4.65‰,-4.84‰)(張秋生等, 1991)和夾皮溝礦集區(qū)一系列金礦(δ13CPDB=-5.0‰～-1.9‰, 平均值-4.0‰)(楊利亞, 2011及其中文獻)；該類礦床的碳同位素組成落入深部巖漿及地幔來源區(qū)域(-5‰, Hoefs, 2009)，表明成礦熱液與區(qū)域內(nèi)巖漿活動有關(guān)；(2)青城子礦集區(qū)內(nèi)三疊紀(jì)金礦床的δ13C組成低于北緣礦集區(qū)內(nèi)大部分金礦。白云金礦(δ13CPDB=-13.9‰～-8.9‰, 平均值-12.5‰)(Liuetal., 2019)和小佟家堡子金礦(δ13CPDB=-13.2‰～-7.4‰)(王一存等, 2015)的碳同位素組成介于巖漿來源碳(-7‰～-2‰; Deinesetal., 1991; Cartignyetal., 1998)和沉積巖或變質(zhì)巖中有機碳范圍(-25‰; McArthur, 1997)(圖9b)。研究表明，青城子礦集區(qū)內(nèi)金礦較低的δ13C值是礦區(qū)內(nèi)晚三疊世巖漿巖、遼河群變質(zhì)巖和遼河群變質(zhì)碎屑巖混合作用的結(jié)果(Liuetal., 2019)。綜上，碳同位素可以記錄成礦流體經(jīng)過的不同巖性的地層和巖體，圍巖碳同位素組成的差異性可能是造成華北北緣不同礦集區(qū)礦石碳同位素差異的主要原因。

3.4 氦-氬同位素

華北克拉通北緣三疊紀(jì)金礦黃鐵礦的氦-氬同位素組成均位于殼-幔端元之間靠近地幔的區(qū)域內(nèi)，表明成礦流體為殼-幔來源混合流體。在4He-3He圖中(圖10a)，樣品點位于地殼氦和地幔氦之間，靠近地幔氦的范圍內(nèi)，黃鐵礦流體包裹體中地幔氦的貢獻率在4.12%～43.49%之間(表4)。小佟家堡子金礦Ar同位素組成(40Ar/36Ar=362.2～1113.1)表現(xiàn)出“改造飽和大氣降水”的特征，大部分金礦床黃鐵礦流體包裹體具有高40Ar/36Ar值(669.9～9805.0)，平均值為4685.7，遠(yuǎn)高于飽和大氣降水的特征值(295.5)，40Ar/36Ar值與流體中地幔組分的貢獻程度正相關(guān)，說明幔源流體是成礦熱液的重要組成部分(圖10b)。40Ar*/4He-3He/4He圖中，樣品點位于殼-幔過渡帶靠近地幔端元的范圍內(nèi)(圖10c)，40Ar*/4He值為0.12～5.28，多數(shù)高于地幔(0.33～0.56)和地殼(0.2)的特征值(Stuartetal., 1995)，表明成礦流體中高Ar同位素組成及高放射性Ar的特征，很可能是地幔組分和地殼放射性成因Ar共同作用的結(jié)果。H-O-C同位素組成表明，成礦流體與圍巖發(fā)生了強烈的水巖反應(yīng)，成礦流體中高Ar同位素組成是圍巖參與成礦的重要表現(xiàn)。

4 華北克拉通北緣三疊紀(jì)金礦成礦物質(zhì)來源

華北克拉通北緣三疊紀(jì)金礦床礦石中硫化物的硫同位素研究表明， 金礦成礦物質(zhì)具有殼-幔混合來源。鉛同位素組成顯示，自成礦帶西段到東段，成礦物質(zhì)由以幔源為主逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐詺ぴ礊橹?。金礦床形成于造山后區(qū)域伸展構(gòu)造背景，與賦礦圍巖及北緣三疊紀(jì)巖漿活動有成因聯(lián)系。

表4 華北克拉通北緣典型三疊紀(jì)金礦黃鐵礦氦-氬同位素組成

續(xù)表4

圖10 華北克拉通北緣三疊紀(jì)金礦床中黃鐵礦氦-氬同位素組成圖解(主要參考文獻見表4)Fig.10 Diagrams of He-Ar isotopic composition of pyrite of the Triassic gold deposits in the northern margin of the NCC (references in Table 4)

4.1 硫同位素

華北克拉通北緣三疊紀(jì)金礦具有兩組不同的硫同位素組成，第一組為西段烏拉山-大青山礦集區(qū)(δ34S=-21.7‰～5.4‰)(侯萬榮等, 2014; Zhangetal., 2017)和中段張家口礦集區(qū)(δ34S=-14.3‰～-9.9‰)(江思宏和聶鳳軍, 1998; 鄭宏偉, 2014及其文獻)，區(qū)內(nèi)金礦床硫同位素組成具有明顯負(fù)值。熱液硫化物的硫同位素受到成礦流體的物理化學(xué)條件(如氧逸度、pH、離子強度和溫度)及源區(qū)性質(zhì)的影響(Ohmoto, 1972)。通過金礦床中硫化物硫同位素矯正，得到成礦流體的δ34S≈0±3‰,，結(jié)合哈達門溝礦、柳壩溝金礦圍巖中黃鐵礦的δ34S(-18.3‰～18.5 ‰, 侯萬榮等, 2014)及中山溝金礦圍巖桑干群的δ34S(-0.4 ‰～4.4 ‰, 王正坤等, 1992)，表明金礦床中硫主要是深部巖漿和太古代地層的混合硫(圖11)。第二組為中段和東段金礦集區(qū)內(nèi)三疊紀(jì)金礦，金礦礦石中硫化物的δ34S可以代表成礦熱液中總δ34S。中段冀東-遼西金礦集區(qū)金廠峪金礦硫化物的δ34S為-4.4 ‰～1.9‰ (Songetal., 2016)，與圍巖斜長角閃巖的δ34S略微重疊(-1.2 ‰～5.2‰; 余昌濤和賈斌, 1989; 張秋生等, 1991)；柏杖子金礦硫化物的δ34S值與賦礦圍巖密切相關(guān)，花崗巖容礦及長城系石英砂巖容礦礦石中硫化物的δ34S平均值分別為0.8‰和7.3‰(趙亮, 2019)。東段青城子礦集區(qū)小佟家堡子金礦床中礦石硫化物的δ34S為4.6‰～12.9 ‰，與賦礦圍巖富集“重硫”同位素特征一致(大石橋組: 0.15‰～13.2‰；蓋縣組: 4.6 ‰～ 6.2‰)(楊鳳超等, 2016及其文獻; 曾慶棟等, 2019)。白云金礦早階段黃鐵礦δ34S值為11.74‰～17.33‰(Sunetal., 2020)，接近賦礦圍巖中黃鐵礦的δ34S值(7.0‰～18.7‰, 平均值為12.3‰)(Zhangetal., 2019)，主成礦階段黃鐵礦的δ34S值為-10.44‰～-6.19‰。夾皮溝礦集區(qū)三疊紀(jì)金礦床礦石具有相對均一的硫同位素組成(δ34S=2.7‰～12.2‰, 集中在5‰～8‰)(沈遠(yuǎn)超等, 1999; Zengetal., 2014; 劉軍等, 2018a)，與夾皮溝群變質(zhì)巖中硫化物的富集“重硫”的特征一致。

圖11 華北克拉通北緣主要礦集區(qū)三疊紀(jì)金礦床礦石及圍巖中硫化物硫同位素組成數(shù)據(jù)來源：Yu and Jia, 1989; 張秋生等, 1991; 王正坤等, 1992; 江思宏和聶鳳軍, 1998; Miao et al., 2005; Zeng et al., 2014; 楊利亞等, 2013; 侯萬榮等, 2014; 鄭宏偉, 2014; Song et al., 2016; 楊鳳超等, 2017; 劉軍等, 2018b; 曾慶棟等, 2019; 趙亮, 2019; Sun et al., 2020Fig.11 Sulfur isotopic compositions of sulfide and host rocks of the Triassic gold deposits in the northern margin of the NCCData sources: Yu and Jia, 1989; Zhang et al., 1991; Wang et al., 1992; Jiang and Nie, 1998; Miao et al., 2005; Zeng et al., 2014, 2019; Yang et al., 2013, 2017; Hou et al., 2014; Zheng, 2014; Song et al., 2016; Liu et al., 2018b; Zhao, 2019; Sun et al., 2020

總體上，華北北緣金礦硫源具有巖漿硫和地層硫的貢獻(圖11)。三疊紀(jì)金礦床的巖漿硫與華北北緣三疊紀(jì)巖漿活動有關(guān)，礦石中硫同位素組成的差異受到不同巖性地層硫同位素的制約；大氣降水的加入促使流體的相分離，改變了成礦流體的性質(zhì)，間接影響了同一礦床不同成礦階段礦石中硫同位素組成。

4.2 鉛同位素

華北克拉通北緣東段青城子礦集區(qū)三疊紀(jì)金礦床礦石的鉛同位素組成與圍巖相似(206Pb/204Pb=17.74～19.19,207Pb/204Pb=15.58～15.77,208Pb/204Pb=37.91～38.53)(表5)，金礦床鉛組成可能與區(qū)域變質(zhì)作用產(chǎn)生的高放射成因鉛含量有關(guān)(Liuetal., 2019; Sunetal., 2020; 李健, 2020)。青城子礦集區(qū)內(nèi)金礦床礦石鉛同位素組成位于變質(zhì)圍巖及晚三疊世巖漿巖的混合區(qū)域，表明二者為礦石鉛的主要來源(圖12; Yuetal., 2009; Zhangetal., 2019)。東段夾皮溝礦集區(qū)三疊紀(jì)金礦中硫化物具有相對均一的鉛同位素組成(表5)，數(shù)據(jù)點主要集中在上地幔、造山帶和上地殼之間(圖12a)；206Pb/204Pb-208Pb/204Pb圖中(圖12b)，樣品點集中于下地殼附近，表明礦石鉛具有殼-?；旌系亩嘣葱?Miaoetal., 2005; Zengetal., 2014; 張笑天, 2018)。西段哈達門溝和柳壩溝金礦硫化物鉛同位素組成主要集中在造山帶附近(圖12)，其中哈達門溝硫化物的鉛同位素組成與同期沙德蓋巖體相似(Jiaetal., 2018)，礦石鉛同位素的上交點年齡約220Ma，表明成礦過程與區(qū)內(nèi)晚三疊世巖漿活動緊密相關(guān)(章永梅等, 2011a)，下交點年齡約2.5Ga，表明成礦物質(zhì)具有烏拉山群變質(zhì)巖的貢獻(～2.5Ga, 聶鳳軍等, 1994)。盡管北緣中段張家口和冀東-遼西礦集區(qū)內(nèi)金礦床硫化物鉛含量比值具有明顯的差異性(表5)，但鉛同位素組成均位于造山帶及其附近的殼-幔混合區(qū)范圍內(nèi)(圖12)，表明金礦床鉛來源具有殼-幔混合特征。

綜上，華北克拉通北緣東段金礦床硫化物鉛同位素分布較為分散，礦石鉛的來源具有明顯的地殼儲庫貢獻；西段及中段的鉛同位素組成集中于造山帶、上地幔和下地殼之間，礦石鉛具有典型殼-?；旌咸卣鳎U來源具有顯著上地幔鉛儲庫的貢獻(圖12)。

圖12 華北克拉通北緣主要礦集區(qū)三疊紀(jì)金礦床硫化物鉛同位素組成圖解(據(jù)Zartman and Haines, 1988修改; 主要參考文獻見表5)Fig.12 Diagrams of the lead isotopic compositions of sulfide of the Triassic gold deposits in the northern margin of the NCC (modified after Zartman and Haines, 1988; references in Table 5)

4.3 相關(guān)成礦巖體及巖脈的釹、鉿同位素

華北克拉通北緣烏拉山-大青山礦集區(qū)沙德蓋黑云母正長巖、西沙德蓋斑狀花崗巖，冀東-遼西礦集區(qū)都山花崗巖基、柏杖子花崗巖、河坎子黑云母正長花崗巖，青城子礦集區(qū)雙頂溝黑云母二長花崗(斑)巖、青城子煌斑巖脈、新嶺黑云母花崗巖、夾皮溝礦集區(qū)八家子花崗巖、二道溝花崗閃長巖和小北溝石英正長斑巖均具有變化較大的鉿和釹同位素組成(圖13、表6)。冀東-遼西金礦集區(qū)金廠峪金礦附近的都山巖體鋯石εHf(t)為-13.7～3.9(葉浩, 2014)，柏杖子巖體鋯石εHf(t)變化范圍為-13.4～-5.9(熊樂等, 2017)。青城子礦集區(qū)雙頂溝巖體的εHf(t)在-17.6～-15.4之間，新嶺巖體鋯石εHf(t)為-18.7～-11.4，煌斑巖中鋯石的εHf(t)介于-18.8～-11.6之間(Yuetal., 2009; Duanetal., 2014)，青城子礦集區(qū)內(nèi)三疊紀(jì)巖體具有相似的Hf同位素組成，樣品點于2.5 Ga平均地殼與下地殼演化線之間(圖13a)。夾皮溝金礦集區(qū)八家子巖體鋯石εHf(t)主要為-3.0～1.7，二道溝巖體鋯石εHf(t)在-2.8～1.9之間變化，小北溝巖體鋯石εHf(t)為-2.3～1.5(Wutiepuetal., 2020)，樣品點落入1.8Ga平均地殼演化線之上。

表5 華北克拉通北緣三疊紀(jì)代表性金礦鉛同位素組成

續(xù)表5

續(xù)表5

表6 華北克拉通北緣主要三疊紀(jì)礦集區(qū)成礦相關(guān)巖體釹、鉿同位素組成

圖13 華北克拉通北緣主要礦集區(qū)三疊紀(jì)金礦床成礦相關(guān)巖體εHf(t)-t 圖解(a、c)和εNd(t)-t圖解(b)(主要參考文獻見表6)圖c為圖a的補充說明Fig.13 Diagrams of εHf(t) vs. t (a, c) and εNd(t) vs. t (b) of the mineralization related rocks of Triassic gold deposits in the northern margin of the NCC (references in Table 6)Fig.13c shows detailed information of Fig.13a

烏拉山-大青山、冀東-遼西及青城子礦集區(qū)三疊紀(jì)巖漿巖的εNd(t)值集中于2.5Ga平均地殼演化線之上，都山巖體部分樣品點落入演化線之下，各巖體的εNd(t)值與華北北緣早中生代來源于富集地幔的堿性(花崗)巖相似(圖13)。烏拉山-大青山礦集區(qū)沙德蓋和西沙德蓋巖體εNd(t)值在-17.2 和-3.2之間變化(表6；侯萬榮等, 2011)，基本落入烏拉山群變質(zhì)巖的εNd(224 Ma)(-4.4～-25.3)范圍內(nèi)(Wuetal., 2005)；冀東-遼西礦集區(qū)都山巖體εNd(t)值為-19.7～-6.2(葉浩, 2014; 徐希陽等, 2016)；柏杖子巖體εNd(t)值為-7.3～-1.7(熊樂等, 2017)，河坎子巖體的εNd(t)值為-6.3和-4.4(任康緒等, 2004)，遵化群變質(zhì)巖及TTG的εNd(223.5Ma)值為-32.5～-16.6(Lietal., 2019)，說明除遵化群變質(zhì)巖外，礦集區(qū)內(nèi)三疊紀(jì)巖體具有更虧損組分的貢獻；青城子礦集區(qū)雙頂子巖體和新嶺巖體εNd(t)值變化范圍為-15.9～-15.2，落入遼河群變質(zhì)巖范圍內(nèi)(εNd(224Ma)=-23.9～-7.5)(Wuetal., 2005)，表明青城子礦集區(qū)的三疊紀(jì)巖體可能主要來自古老地殼的重熔。三疊紀(jì)巖體廣泛的釹、鉿同位素特征反映母巖漿具有多源性，源區(qū)主要為區(qū)內(nèi)太古宙-元古宙古老地殼和富集巖石圈地幔，冀東-遼西和夾皮溝礦集區(qū)部分樣品具有高εHf(t)，代表了更虧損組分的加入，如軟流圈地幔組分，而烏拉山-大青山礦集區(qū)及青城子金多金屬礦集區(qū)巖體具有相對較多的古老地殼貢獻，這與金礦床礦石中黃鐵礦氦-氬同位素特征具有一致性(圖10、表4)，造成這種差異性的原因有待進一步研究。

經(jīng)綜合對比研究，作者認(rèn)為中-晚三疊世華北克拉通北緣進入碰撞后伸展階段，軟流圈地幔物質(zhì)上涌底侵進入地殼，伴隨著下地殼物質(zhì)不斷熔融，形成不同混合程度的巖漿熔體，最終形成具有混合同位素特征的巖體。殼-幔混合來源的巖漿熱液與圍巖進行大規(guī)模水巖反應(yīng)，活化、萃取和攜帶成礦物質(zhì)形成含礦流體，含礦流體向上運移，在構(gòu)造有利位置沉淀成礦。

5 華北北緣三疊紀(jì)金礦成因及主要控制因素

5.1 三疊紀(jì)典型金礦成礦模式

關(guān)于金礦床成礦模式中流體和物質(zhì)的來源歷來存在較大爭議，主要包括變質(zhì)熱液來源(張秋生等, 1991; 胡小蝶等, 1997; 李俊建等, 2002)及巖漿熱液來源(Miaoetal., 2005; 章永梅等, 2011a; Dengetal., 2014; 張朋等, 2016; Jiaetal., 2018; Baietal., 2019)兩種觀點。本文研究表明，華北北緣金礦床成礦流體為中溫(200～300℃)、低鹽度(≤15wt%NaCleqv)、低密度(0.39～1.15g/m3)的H2O-NaCl-CO2±CH4體系，是巖漿水或變質(zhì)水和大氣降水的混合流體(圖9a)；碳同位素組成具有深部巖漿及不同地層圍巖中碳的混合特征(圖9b)；黃鐵礦流體包裹體的氦-氬同位素特征顯示成礦流體為殼-?；旌蟻碓?圖10)；硫主要來源于巖漿和賦礦圍巖的混合(圖11)，硫化物的鉛同位素具有殼-?；旌香U的特點，其中，成礦帶東段金礦具有明顯地殼組分參與，中、西成礦帶金礦中鉛具有上地幔鉛的貢獻(圖12)。成礦有關(guān)巖體及礦脈中鋯石釹、鉿同位素表明，礦集區(qū)內(nèi)巖漿來源具有古老地殼、富集巖石圈地幔及少量軟流圈地幔的貢獻(圖13)。綜合研究表明，華北北緣金礦床成礦流體及物質(zhì)具有殼-?；旌蟻碓?，殼源性質(zhì)的流體及物質(zhì)主要來自賦礦圍巖。不同礦床圍巖成分的差異性可能是造成礦石同位素組成差異的主要原因；幔源組分的貢獻來源于區(qū)域上三疊紀(jì)巖漿活動，成礦過程與造山后伸展運動有關(guān)。

關(guān)于金礦床成礦構(gòu)造背景方面，本文認(rèn)為華北克拉通北緣三疊紀(jì)金成礦帶主要受控于古亞洲洋俯沖、碰撞及其后伸展過程。晚泥盆世至早石炭世，古亞洲洋向華北克拉通北緣俯沖，成礦帶西段哈達門溝-柳壩溝礦集區(qū)小規(guī)模鉬礦化(382～323Ma)、大樺背花崗巖巖基的侵位(366～328Ma)(王梁等, 2015; Zhangetal., 2017)、中段張家口礦集區(qū)內(nèi)水泉溝雜巖體(～372Ma)(李長民等，2014)的侵位是此次事件的響應(yīng)，也是三疊紀(jì)華北北緣大規(guī)模金成礦的前奏。盡管晚泥盆世-早石炭世的構(gòu)造巖漿活動沒有直接促成大規(guī)模金礦化，但其活動造成了下地殼物質(zhì)的局部熔融和殼-幔物質(zhì)混合，巖漿活動提供了熱能和堿質(zhì)、富鉀、鈉的堿性熱液萃取前寒武變質(zhì)巖中的有用組分，在構(gòu)造有利部位形成金和鉬的預(yù)富集。華北克拉通與西伯利亞克拉通在晚二疊世至早三疊世發(fā)生碰撞, 這一碰撞過程在270～250Ma 結(jié)束，此后華北克拉通北緣進入碰撞后伸展構(gòu)造階段。晚三疊世，華北北緣經(jīng)歷了大規(guī)模伸展運動，導(dǎo)致地幔物質(zhì)底侵和下地殼部分熔融，形成了華北北緣近東西向展布的三疊紀(jì)堿性花崗巖-堿性巖帶及鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)侵入巖帶。同時，深部殼-幔混合流體沿深大斷裂上升，與圍巖發(fā)生強烈的水巖反應(yīng)，萃取圍巖中部分成礦物質(zhì)，成礦流體上升進入淺部斷裂構(gòu)造體系。大氣降水的加入導(dǎo)致成礦流體的物理化學(xué)條件改變，成礦流體迅速發(fā)生相分離作用，造成金等成礦元素的沉淀，在脆韌性構(gòu)造疊合的有利部位形成金礦床。

圖14 華北克拉通北緣俯沖-造山后伸展構(gòu)造演化與三疊紀(jì)金礦成礦動力學(xué)模式(據(jù)Zhang et al., 2017修改)Fig.14 Post-orogenic extensional tectonic evolution and the Triassic gold mineralization dynamic model of the northern margin of the NCC (modified after Zhang et al., 2017)

圖15 華北克拉通東部三疊紀(jì)巖漿活動與金礦成礦動力學(xué)模式圖(據(jù)楊進輝和吳福元，2009修改)Fig.15 Triassic magmatic activities and gold mineralization dynamic model of the eastern margin of the NCC (modified after Yang and Wu, 2009)

5.2 區(qū)域金礦主要控制因素

目前華北克拉通北緣金成礦帶控制因素的研究，主要集中在區(qū)域構(gòu)造體系、前寒武變質(zhì)基底及三疊紀(jì)巖漿活動等方面。金礦床與區(qū)域構(gòu)造關(guān)系的研究表明，三疊紀(jì)華北克拉通北緣主要受控于中亞造山帶構(gòu)造演化，金成礦帶形成于中亞造山帶造山后伸展環(huán)境；區(qū)域上廣泛發(fā)育的近EW向斷裂構(gòu)造，控制了三疊紀(jì)中酸性巖漿巖和區(qū)域金礦帶的展布(趙越等, 2010; 張笑天, 2018; 周海, 2019)(圖14)。此外，華北北緣金礦帶東段同時受揚子克拉通俯沖作用的影響(圖15)，形成一系列NE和NNE向斷裂構(gòu)造，NE向構(gòu)造與EW向構(gòu)造共同控制了東部金礦段的形成與展布(段曉俠等, 2012; 楊鳳超, 2019; Lietal., 2020)。揚子克拉通俯沖作用的疊加導(dǎo)致了東段礦集區(qū)具有復(fù)雜的多金屬礦化樣式，發(fā)育大量三疊紀(jì)鉛、鋅、銀礦, 如喜鵲溝鉛鋅礦、榛子溝鉛鋅、甸南鉛鋅礦和高家堡子銀礦床等(圖7)。Goldfarbetal.(2019)提出中國大多數(shù)礦集區(qū)的形成與區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)變化及伴隨的地體快速隆起有關(guān)，華北北緣金成礦帶也不例外。Zhangetal.(2014)通過研究華北克拉通中生代巖漿作用及構(gòu)造變形作用，指出中晚三疊世華北克拉通周緣后碰撞(造山)作用引起了初始巖石圈減薄與克拉通破壞。張連昌等(2018)提出，中侏羅世及其以前華北克拉通周邊的構(gòu)造演化主要受古亞洲洋及古特提斯構(gòu)造成礦域的影響，華北北緣三疊紀(jì)成礦事件是克拉通初始破壞在北緣的重要響應(yīng)。此外，王登紅等(2020)總結(jié)了三疊紀(jì)中國大陸成礦體系，提出華北克拉通三疊紀(jì)金礦床是印支運動結(jié)束的標(biāo)志，強調(diào)了印支運動是成礦的決定性因素。綜上所述，中晚三疊世，華北克拉通周緣受到造山作用影響，深部巖石圈經(jīng)歷了初始減薄破壞，北緣三疊紀(jì)金成礦帶是其重要響應(yīng)。

華北克拉通北緣金礦床與圍巖前寒武變質(zhì)巖及三疊紀(jì)花崗巖具有密切的成因聯(lián)系。如前所述，三疊紀(jì)金礦床成礦流體與成礦物質(zhì)具有殼-?；旌咸卣鳎瑲ぴ簇暙I主要來自賦礦圍巖，而幔源的貢獻與區(qū)域三疊紀(jì)巖漿活動相關(guān)，礦石同位素組成的差異可能是不同性質(zhì)賦礦圍巖造成的。早三疊世華北克拉通北緣曾發(fā)生過多期大規(guī)模伸展構(gòu)造作用(劉杰勛, 2019; 周海, 2019; 王興安和李世超, 2020)，區(qū)域伸展作用導(dǎo)致巖石圈局部減薄和軟流圈上涌，為巖漿巖的起源和成礦流體的形成提供了充分條件。陳衍景等(2009)提出北緣三疊紀(jì)巖漿成礦作用具有殼-?；旌系奶卣?，其形成與古亞洲洋閉合引發(fā)的碰撞及碰撞后伸展有關(guān)。華北北緣三疊紀(jì)地殼來源(如，斑巖鉬礦)與地幔來源礦床(如，銅鎳硫化物礦床)的同時侵位，表明殼-幔混合過程是三疊紀(jì)成礦的重要影響因素(毛景文等, 2012)。Zhangetal.(2020)提出區(qū)域上巖漿活動既是活化、萃取和富集圍巖中成礦物質(zhì)的 “熱機”，也是部分成礦熱液和成礦物質(zhì)的來源。

基于華北克拉通北緣主要礦集區(qū)三疊紀(jì)金礦礦床特征和礦石、圍巖及相關(guān)巖體的同位素年代學(xué)及地球化學(xué)分析，本文認(rèn)為區(qū)域性伸展作用、三疊紀(jì)殼-?；旌蠋r漿活動和變質(zhì)基底中金再活化影響著華北克拉通北緣三疊紀(jì)金礦的形成。華北克拉通北緣三疊紀(jì)金礦形成于碰撞后伸展環(huán)境，區(qū)域伸展引發(fā)的三疊紀(jì)殼-幔混合的巖漿作用、圍巖性質(zhì)、圍巖中成礦元素的易活化程度影響著成礦流體的物理化學(xué)性質(zhì)，變質(zhì)基底中相關(guān)的伸展構(gòu)造對巖漿巖和金礦床的定位起著關(guān)鍵作用。因此，三疊紀(jì)區(qū)域上的構(gòu)造運動是引發(fā)大規(guī)模金成礦的決定性因素。古構(gòu)造再活化，尤其是深達地幔的超殼斷裂再活動及區(qū)域新斷裂的形成，為巖漿流體活動、成礦物質(zhì)活化、多次預(yù)富集及最終成礦提供了有利條件。

6 結(jié)語

本文在綜合作者及前人有關(guān)華北克拉通北緣各礦集區(qū)內(nèi)三疊紀(jì)金礦地質(zhì)、成礦年代學(xué)、地球化學(xué)等研究成果的基礎(chǔ)上，總結(jié)和探討了北緣三疊紀(jì)金礦的時空分布特征、成礦流體性質(zhì)與來源、成礦物質(zhì)來源，以及區(qū)域金礦控制因素。取得以下主要認(rèn)識：

(1)華北克拉通北緣金成礦帶包括西段、中段和東段金礦集區(qū)，西段和中段三疊紀(jì)礦化組合以金或金鉬為主，東段礦集區(qū)以金多金屬(鉛、鋅、銀、銅等)礦化為特征?？傮w上，三疊紀(jì)金礦成礦時代集中在～220Ma，自西段至東段礦化年齡稍微變新，這可能與古亞洲洋自西向東閉合后區(qū)域伸展作用先后順序有關(guān)。

(2)該金礦帶成礦流體包裹體以氣液兩相包裹體為主，成礦流體具有中溫、低鹽度、低密度的特征，屬于H2O-NaCl-CO2±CH4體系，相分離可能是金成礦的重要機制。

(3)氫-氧同位素研究表明，該金礦帶成礦流體以巖漿水或變質(zhì)水為主，成礦后期加入大氣降水，成礦帶東段小佟家堡子金礦成礦流體性質(zhì)受到大氣降水的顯著影響。氦-氬、碳、硫、鉛同位素組成表明，金礦床成礦流體及成礦物質(zhì)具有殼-幔混合特征，主要來源于圍巖和區(qū)域三疊紀(jì)深源巖漿活動，成礦帶東段青城子礦集區(qū)三疊紀(jì)金礦具有更多地殼組分貢獻; 礦集區(qū)內(nèi)與成礦相關(guān)巖體的釹、鉿同位素研究表明，三疊紀(jì)巖漿巖具有古老地殼、富集巖石圈地幔及軟流圈地?；旌蟻碓础?/p>

(4)華北克拉通北緣三疊紀(jì)金礦的形成整體受控于中亞造山帶構(gòu)造演化的控制。晚三疊世，華北北緣進入與中亞造山帶有關(guān)的碰撞后伸展階段，地殼伸展引發(fā)局部巖石圈減薄、地幔物質(zhì)上涌和殼-幔相互作用，形成了近EW向展布的堿性花崗巖-堿性巖帶及金成礦帶。成礦帶東段可能同時受到華北克拉通與揚子克拉通碰撞作用的疊加影響，這可能是造成東段三疊紀(jì)金礦成礦特征與西段和中段存在差異性的原因之一。

致謝非常感謝中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所楊進輝和徐興旺研究員、中國地質(zhì)大學(xué)(北京)張德會教授和李勝榮教授對本研究提供的建議和幫助；感謝中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所王一波博士對文章圖件制作的幫助。感謝兩位匿名審稿人為本文提供的建設(shè)性意見，在文章完善和發(fā)表過程中發(fā)揮了重要作用。