柴北缘滩间山金矿田细晶沟花岗斑岩锆石U-Pb年龄与Hf同位素特征及其与金矿化的关系

姜芷筠 赵呈祥 李碧乐 李鹏 李治华 李华伟 于润涛

摘要：滩间山金矿田位于柴北缘超高压变质带的西段，其中的金矿床为典型中温热液脉型金矿床。细晶沟花岗斑岩的锆石U-Pb定年和Hf同位素测试结果显示：细晶沟花岗斑岩中锆石的206Pb/238U加权平均年龄为359.9 Ma±1.7 Ma（MSWD=0.15）;其176Hf/177Hf值为0.282 515～0.282 788，对应εHf（t）值为-1.4～8.2，两阶段模式年龄（TDM2）为743～1 238 Ma，表明细晶沟花岗斑岩的物质来源较为复杂，岩浆源区应以新元古代新生地壳物质为主，有中元古代地壳物质的混入。结合区域构造演化特征，认为细晶沟花岗斑岩为软流圈地幔上涌，下地壳物质发生部分熔融的产物，形成于后碰撞伸展构造背景，滩间山金矿田的金矿化与该花岗斑岩有关。

关键词：锆石U-Pb定年;Hf同位素;金矿化;细晶沟;花岗斑岩;滩间山金矿田

中图分类号：TD11 P618.51文献标志码：A开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

文章编号：1001-1277（2020）05-0003-08doi：10.11792/hj20200502

引 言

柴北缘超高压变质带位于青藏高原东北部，是近20年来新厘定的一条早古生代碰撞造山带，呈北东向—南西向展布，总长度超过700 km，具有大洋形成、俯冲、碰撞造山完整的演化史，高压—超高压变质岩从西到东依次出露在鱼卡、绿梁山、锡铁山和都兰等地，岩性主要有榴辉岩及相关片麻岩[1-2]。柴北缘超高压变质带不同时代的侵入岩发育，特别是海西期花岗质岩浆侵位活动强烈[3]。同时，该带内受断裂控制的中温热液脉型金矿床发育，被誉为“金腰带”，已发现金矿床主要有青龙沟金矿床、金龙沟金矿床、细晶沟金矿床、鱼卡金矿床和赛坝沟金矿床等[4]。

滩间山金矿田位于柴北缘超高压变质带的西段，在鱼卡北西方向37 km处。1989年，青海省地矿局地质一大队在滩间山金矿田发现了金龙沟金矿床，1995年发现了细晶沟金矿床，之后在金龙沟金矿区外围的绝壁沟、独树沟等地也圈定了金矿体。前人对滩间山金矿田内矿床的地质特征、矿床成因和形成时代进行了大量研究[4-10]，许多学者认为其矿床成因与中酸性侵入岩的关系较为密切[5-6，8-9，11-12]，研究对象多为该矿田内的斜长花岗斑岩，对于呈岩株、岩脉广泛分布的花岗斑岩研究较少。因此，本文选取与该矿田内矿床形成有关的细晶沟花岗斑岩进行研究，对于确定滩间山金矿田内同时期的浅成侵入体的岩浆源区和构造背景具有重要意义，并为区域岩浆演化及金矿床成矿构造背景研究提供依据。

1 区域地质背景

柴北缘超高压变质带地处青藏高原东北部，呈北西西向展布，大地构造位置位于祁连地块和柴达木地块之间（见图1-A），柴北缘断裂和宗务隆—青海南山断裂分别限定了柴北缘超高压变质带的南北边界，哇洪山—温泉断裂和阿尔金走滑断裂分别限定了柴北缘超高压变质带的东西边界[13]。区域出露地层有太古宇—古元古界变质基底、中新元古界深变质岩、新元古界变质岩、早古生界俯冲增生杂岩、早古生界沉积建造、晚古生界—中生界沉积建造及新生界沉积岩;区域构造以断裂为主，主构造线方向为北西向;区域岩浆岩以花岗岩为主（见图1-B）。

2 矿田地质概况

矿田出露的中元古界万洞沟群分为上、下2个岩组（见图2），下岩组分布于矿区东侧和金龙沟采坑南侧，总体呈北西向—南东向展布，岩性由白云质大理岩、条带状白云质大理岩组成，上部夹碳质绢云千枚岩，底部为硅质石英岩;上岩组在矿田内广泛分布，岩性主要为斑点状碳质绢云千枚岩，局部夹硅化大理岩等[9]。矿田构造主要为位于矿区中部呈北北西向展布的韧性剪切带，北西西向和北东向断裂，以及碳质绢云千枚岩发生变形而形成的褶皱。矿田岩浆岩主要为辉长岩、闪长岩、斜长花岗斑岩、石英闪长玢岩、闪长玢岩，其中斜长花岗斑岩的规模最大。矿田岩脉发育，主要为中性岩脉和花岗斑岩脉。

滩间山金矿田包括的主要矿床有金龙沟金矿床和细晶沟金矿床。金龙沟金矿区共圈出矿体45条，金资源量52.6 t。其中，31条矿体集中分布在1 km2的范围内，部分矿体为隐伏矿体。根据地表出露矿体的展布方向划分，北东向矿体13条，一般规模较大，为矿区主要的工业矿体;北西向矿体14条，一般规模较小。细晶沟金矿区共圈出11条工业矿体，金资源量10.5 t，矿体均赋存于碳质绢云千枚岩中，呈脉状、长条状及透镜状产出，金最高品位91.3×10-6。矿石类型主要为碳质绢云千枚岩型和闪长玢岩型。金属矿物主要有自然金、黄铁矿、黄铜矿、毒砂、赤铁矿和褐铁矿等;非金属矿物主要为石英、绢云母、斜长石、石墨和方解石等。围岩蚀变主要为硅化、绢云母化、碳酸盐化和绿泥石化等。

空间上，细晶沟金矿区矿体与花岗斑岩岩株或岩脉关系密切，花岗斑岩发育处矿体亦发育，产状近一致。近矿花岗斑岩发生了蚀变和矿化，表现为成矿期岩体（脉）特征。

3 样品岩相学特征及处理和分析方法

3.1 样品岩相学特征

本次研究的花岗斑岩样品采集于细晶沟金矿区（见图2），采样位置坐标：N38°12′45″，E94°37′43″。花岗斑岩侵入到碳质绢云千枚岩中（见图3-a），岩石风化面为黄褐色（见图3-b），新鲜面为浅黄色，斑状结构，块状构造，基质为隐晶质结构，斑晶主要为斜长石（11 %）、石英（8 %）、黑云母（3 %）、正长石（1 %）（见图3-c、d）。斑晶特征如下：斜长石粒度为0.75～3.00 mm，半自形—自形板状，常见聚片双晶和卡钠联合双晶;石英粒度为0.25～3.25 mm，自形—半自形粒状，常具有熔蚀结构;黑云母粒度为0.25～1.75 mm，大多发生蚀变;正长石粒度约3.00 mm，自形板状，发育卡式雙晶。基质主要由长英质矿物组成。

3.2 样品处理与分析方法

本次研究花岗斑岩中锆石颗粒的分选工作在廊坊市宇恒矿岩技术服务有限公司完成。首先，将样品破碎至60目至100目，用水淘洗粉尘后，先用磁铁除去磁性矿物，再用有机重液分选锆石。在北京中兴美科科技有限公司完成锆石制靶和阴极发光（CL）图像采集工作。将分选好的锆石置于双目镜下，选择形态完好、裂隙少、具有代表性的锆石，将其制成环氧树脂样品靶，将锆石磨至颗粒中心，进行抛光，再进行阴极发光图像拍摄。

锆石U-Pb定年工作在北京燕都中实测试技术有限公司完成。激光剥蚀系统为NewWave UP213，电感耦合等离子体质谱仪器型号为布鲁克M90。激光剥蚀直径为25 μm。激光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度，二者通过匀化混合器混合，每段时间分辨数据包括20～30 s的空白信号和50 s的样品信号，锆石U-Pb定年中采用锆石标准样品91500和Plesovice作为外标进行同位素分馏校正，数据处理采用Glitter（Ver4.0）软件完成，锆石样品的U-Pb年龄谐和图绘制和年龄权重平均计算均利用Isoplot（Ver3.0）软件完成。

锆石Lu-Hf同位素测试工作在北京燕都中实测试技术有限公司完成。激光剥蚀系统为NewWave UP213，测试仪器为多接收电感耦合等离子体质谱仪。测试步骤与校准方法类似[15]，使用频率为8 Hz、能量为16 J/cm2的激光剥蚀锆石31 s，剥蚀出直径约30 μm的剥蚀坑。测试时，由于锆石中的176Lu/177Hf值极低（一般小于0.002），176Lu对176Hf的同位素干扰可以忽略不计，每个测试点173Yb/172Yb平均值用于计算Yb的分馏系数，然后再扣除176Yb对176Hf的同质异位素干扰。

4 分析结果

4.1 锆石U-Pb年龄

细晶沟花岗斑岩中的锆石表面干净无杂质，多为自形—半自形长柱状，形态相似，粒度为106～186 μm，长宽比为1.85～3.93，锆石具有清晰的岩浆振荡环带（见图4），显示出明显的岩浆成因锆石的特征。

对细晶沟花岗斑岩进行锆石U-Pb定年，分析结果见表1。测试点的Th和U质量分数分别为98.56×10-6～565.24×10-6和63.39×10-6～430.16×10-6，w（Th）/w（U）值为0.36～0.87，均大于0.10。锆石的形态、结构及w（Th）/w（U）值均表明该组锆石为岩浆成因的锆石[16]。对细晶沟花岗斑岩的24颗锆石进行了锆石U-Pb定年，剔除了由于普通Pb丢失造成谐和度较差的3个测试点，剩下的21个测试点的206Pb/238U加权平均年龄为359.9 Ma±1.7 Ma（MSWD=0.15）（见图5），代表了细晶沟花岗斑岩的结晶年龄，表明其形成于晚泥盆世。

4.2 锆石Hf同位素

对细晶沟花岗斑岩进行锆石原位Hf同位素测试，分析结果见表2。所有样品的锆石176Yb/177Hf值和176Lu/177Hf值都较低，且176Lu/177Hf值为0.001 027～0.001 422，均小于0.002[17]，表明这些锆石在结晶后具有很低的放射性成因Hf积累，因而可以利用锆石176Hf/177Hf值确定细晶沟花岗斑岩的成因。细晶沟花岗斑岩中锆石176Hf/177Hf比值为0.282 515～0.282 788，εHf（t）值为-1.4～8.2，平均值为6.0。锆石Hf同位素单阶段模式年龄（TDM1）为659～1 046 Ma，两阶段模式年龄（TDM2）为743～1 238 Ma。

5 讨 论

5.1 岩浆源区

前人对岩浆锆石的Hf同位素研究结果表明，锆石Lu-Hf同位素体系具有很高的封闭温度，其同位素比值不会随后期部分熔融或分离结晶而变化，因此锆石εHf（t）值可以代表岩浆源区的成分特征[17]。通常认为锆石εHf（t）值为正的花岗质岩石来自亏损地幔或亏损地幔新生地壳物质的部分熔融，锆石εHf（t）值为负的代表古老地壳成因[17]。本文共对细晶沟花岗斑岩中的15颗锆石进行了Hf同位素分析，其中13颗锆石εHf（t）值较为接近，为5.0～8.2，平均值为7.0，两阶段模式年龄（TDM2）为743～910 Ma，平均值为806 Ma;其余2颗锆石εHf（t）值分别为-1.4和0.6，对应的两阶段模式年龄分别为1 238 Ma和1 135 Ma，且这2颗锆石的表面年龄分别为357 Ma和359 Ma。细晶沟花岗斑岩的锆石εHf（t）值具有变化较大的特点（见图6）。不均一的Hf同位素组成，指示了一个开放体系，可能与具有不同含量放射性成因的Hf同位素物质混合有关[18]。细晶沟花岗斑岩锆石的fLu/Hf值为-0.97～-0.96，明显小于镁铁质和硅铝质地壳的fLu/Hf值（分别为-0.34和-0.72），故两阶段模式年龄（TDM2）更能反映源区物质从亏损地幔被抽取的時间或者源区物质在地壳的平均存留年龄[19]，指示细晶沟花岗斑岩的岩浆源区以新元古代新生地壳物质为主，可能有中元古代地壳物质的混入。

5.2 构造背景及与金矿化的关系

前人研究表明，柴北缘在早古生代曾存在南祁连洋，沙柳河蛇绿岩、洋岛镁铁质岩石、与洋壳俯冲作用有关的埃达克质火山岩和花岗岩，以及绿梁山弧后盆地型蛇绿岩的形成年龄为493～535 Ma[20-25]，这些证据均表明柴北缘在早古生代存在大洋，并且发生了俯冲作用，初始俯冲的时间应早于535 Ma[26]。研究者们对柴北缘的鱼卡、绿梁山、锡铁山和都兰等地出露的榴辉岩和围岩片麻岩进行了细致的研究，发现许多具有洋壳特征的榴辉岩的超高压变质年龄和p-t轨迹与围岩片麻岩是一致的[2，27]，说明这些榴辉岩的超高压变质年龄代表陆壳俯冲的时间[2]。柴北缘超高压变质岩石的峰期变质年龄为420～460 Ma[28-29]，指示南祁连洋在约460 Ma时已经完全关闭，之后开始碰撞造山。

柴北缘在陆陆碰撞阶段形成了同碰撞花岗岩，包括塔塔楞环斑花岗岩（440 Ma±14 Ma）[30]和柴达木山花岗岩（446 Ma±10 Ma）[31]。最新研究发现，柴北缘超高压变质带中的榴辉岩和围岩片麻岩内都存在深熔形成的浅色脉体（422～433 Ma），并认为它们形成于俯冲陆壳快速折返阶段[28-29]，陆壳折返一直持续至391 Ma[3]。柴北缘在约390 Ma开始处于后碰撞伸展环境，岩石圈地幔发生拆沉、去根作用，软流圈上涌，在晚泥盆世—早石炭世达到伸展高峰，发育典型的双峰式岩浆组合，形成了代表典型后碰撞背景的牛鼻子梁铜镍矿床，该矿区内镁铁质—超镁铁质杂岩的形成年龄为389～373 Ma[32]。同时，上涌的软流圈地幔加热下地壳，使下地壳发生部分熔融形成了大量的花岗岩，如锡铁山花岗斑岩[33]和锡铁山二长花岗岩[34]。细晶沟花岗斑岩的形成年龄为359.9 Ma±1.7 Ma， 与区域镁铁质—超镁铁质杂岩是同时期、同构造背景下形成的岩石，表明其为后碰撞伸展背景下软流圈上涌带来巨大热量，新生下地壳物质发生部分熔融的产物。

海西期是柴北缘构造带重要的金成矿期，柴北缘在这一时期处于后碰撞伸展构造环境，大量的岩浆向上侵位，为金的活化、迁移提供热动力。例如：鱼卡金矿区海西期辉长岩（387.5 Ma±7.2 Ma）和花岗岩脉发育，矿石的Ar-Ar年龄为376.9 Ma±4.0 Ma，海西期岩浆活动为金矿的形成提供热源[35];海西期形成的基性、中酸性侵入体为青龙沟金矿床的形成提供热源[36]。滩间山金矿田内金矿床集中发育，一直是研究的热点，一些学者认为滩间山金矿田内金矿床的形成与斜长花岗斑岩（350 Ma±3.2 Ma）有关[12]。张延军[9]认为滩间山金矿田内金矿床的形成与海西期强烈伸展背景下的四五沟—细晶沟变质核杂岩有关，矿体主要受拆离构造控制，并且认为变质核内中酸性岩体的形成年龄（356 Ma±2.8 Ma）代表变质核杂岩的形成年龄，也代表金矿床的形成年龄。本次获得位于变质核中细晶沟花岗斑岩的形成年龄为359.9 Ma±1.7 Ma，与前人报道的与成矿有关的酸性浅成侵入体的形成年龄在误差范围内一致，指示细晶沟花岗斑岩与滩间山金矿田内金矿床的形成密切相关。

6 结 论

1）细晶沟花岗斑岩锆石U-Pb年龄为359.9 Ma±1.7 Ma，是后碰撞伸展背景下软流圈上涌，新生下地壳物质发生部分熔融的产物。

2）细晶沟花岗斑岩锆石176Hf/177Hf值为0.282 515～0.282 788，锆石εHf（t）值为-1.4～8.2，岩浆源区以新生地壳物质为主，有中元古代地壳物质的混入。

3）后碰撞伸展体制下中酸性浅成小侵入体与柴北缘中温热液脉型金矿化有关，要重视这类侵入体的研究。

[参 考 文 献]

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Abstract：Tanjianshan Gold Field sits on the west part of Qaidam ultrahigh-pressure metamorphic belt.The gold deposits in the field are typical mesothermal fluid vein type gold deposits.U-Pb dating and Hf isotopic compositions of zircons from Xijinggou granite porphyry shows that zircons from Xijinggou granite porphyry yield weight mean 206Pb/238U age of 359.9 Ma±1.7 Ma（MSWD=0.15），its 176Hf/177Hf value is 0.282 515-0.282 788，and corresponding εHf（t） values range from -1.4-8.2 and the two-phase model ages （TDM2） are 743-1 238 Ma.These results suggest that the Xijinggou granite porphyry was derived from complicated source，and the magma source area should be dominated by Neoproterozoic juvenile accreted lower crust materials，mixed with Mesoproterozoic crustal materials.Based on the characteristics of regional tectonic evolution，it can be seen that the Xijinggou granite porphyry is the products of asthenosphere mantle upwelling and partial melting of lower crustal materials，which was formed in the post-collision extensional tectonic setting.The gold mineralization in Tanjianshan Gold Field is related to this granite porphyry.

Keywords：zircon U-Pb dating;Hf isotope;gold mineralization;Xijinggou;granite porphyry;Tanjianshan Gold Field