冀东地区金厂峪和峪耳崖金矿床成矿岩体差异性研究：来自锆石U-Pb和原位微量元素的证据

2021-11-08王福睿

河北地质大学学报 2021年5期

张娟，王福睿

河北地质大学河北省战略性关键矿产资源重点实验室，河北石家庄 050031

1 引言

冀东地区位于华北地台北东部（图1），地质演化历史长，地质构造复杂，岩浆活动强烈，矿产资源丰富，已发现和探明金矿床（点）197 处，是中国重要的金矿集中区之一[1-2]。现有资料表明，大规模金成矿作用与中生代花岗质岩浆活动在时空和成因上联系密切，绝大多数金矿床的附近都有火成岩产出（如唐杖子金矿、金厂峪金矿），或者矿体直接产于火成岩中（如峪耳崖金矿、牛心山金矿），但对于这些金矿床含矿岩浆的物理化学条件研究目前还很薄弱。金厂峪矿区内分布多期钠长岩脉，与含金矿脉密切共生，目前报道的成岩年龄与金矿化年龄相差甚远[3-5]；矿区西2～3 km处分布青山口花岗岩侵入体被认为与金矿体具有成因联系[3,6]，但其成岩年龄与成矿年龄[3-5,7]有所差别，且其并未在矿区内直接出露。因此，金厂峪金矿床的成矿岩体有必要进一步确定。峪耳崖金矿床矿体赋存于峪耳崖花岗岩体内，少数分布于接触带围岩中的断裂带内，成岩成矿年龄[6-8]基本一致，且二者具有密切的空间联系，岩体发生金矿化。

图1 冀东地区区域地质及金矿床分布简图（引自[6]；修改自[2]）Fig. 1 Regional geology and distribution of gold deposits in eastern Hebei

因此，选择金厂峪金矿钠长岩进行锆石U-Pb测年，厘定其成矿时代，进一步判断其与金矿体的时空关系，并对金厂峪钠长岩及峪耳崖岩体开展锆石原位微量元素地球化学分析，探讨成矿岩体物理化学条件特征及其差异，以期丰富冀东地区金矿成岩成矿理论，并为区域找矿提供依据。

2 矿床地质特征

2.1 金厂峪金矿床

金厂峪金矿床位于华北克拉通东北缘燕山陆内造山带东段（图1），是成矿带内规模最大的石英脉型金矿床，储量达80 t，平均品位5.30 g/t[5]。矿区内出露的地层为太古宙遵化群角闪-高角闪岩相变质岩石，矿体赋存在太古代八道河群王厂组斜长角闪岩中，矿石类型主为石英脉型、钠长石脉型和蚀变岩型[5,9-11]。矿石矿物主要有黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿和少量金银矿物，脉石矿物主要有石英、钠长石、绿泥石、绢云母、铁白云石和方解石等[11]。矿区西南2～3 km处发育青山口燕山期岩体[3]，北部出露都山印支期岩体[10]，矿区范围内出露多条钠长岩脉，与矿体关系密切（图2a）。罗镇宽等[3]通过锆石U-Pb法测得钠长岩和青山口岩体的年龄分别为185.8±8 Ma和199.1±2 Ma，张秋生等[12]获得全岩 Rb-Sr 等时线年龄为186. 8 Ma，林尔为等[13]获得黑云母K-Ar年龄为195. 6 Ma，证明青山口岩体为燕山早期岩浆活动的产物。金厂峪金矿床辉钼矿Re-Os年龄为242.6±6.8 Ma[5]，金矿蚀变岩绢云母K-Ar法年龄为169.8 Ma[4]，表明金厂峪金矿床经历了印支期和燕山期两期成矿作用。

2.2 峪耳崖金矿床

峪耳崖金矿床位于金厂峪金矿床北部（图1），近年来已查明资源量也达到大型规模[6]。矿区内出露地层比较简单，主要为中元古界长城系高于庄组碳酸盐岩，被燕山期峪耳崖花岗岩体侵入。矿区位于马兰峪复背斜的北翼，金矿体主要受NE、NEE向断裂构造控制[6]。峪耳崖花岗岩体为峪耳崖金矿床主矿体赋矿岩体，由灰白色中细粒黑云母花岗岩和肉红色中粗粒黑云母花岗岩组成，两者之间无明显的界线，罗镇宽等[14]获得两者的年龄分别为175±1 Ma和174±3 Ma。金矿体主要赋存于峪耳崖花岗岩体及其接触带中，矿化类型主要为含金石英脉型和微细脉浸染状蚀变岩型[5-7]。主要矿石矿物为黄铁矿、黄铜矿，其次为磁黄铁矿、闪锌矿、辉铜矿及少量自然金、自然铋等，脉石矿物主要为石英、长石、方解石、绿泥石、绢云母及铁白云石等[6-7]。陈绍聪等[6-7]获得蚀变绢云母40Ar-39Ar年龄为169.4±1.1 Ma和辉钼矿Re-Os年龄为171.9 Ma。成岩成矿时代在误差范围内一致，且峪耳崖花岗岩与金矿体具有密切的空间联系，因此峪耳崖花岗岩为金矿体的成矿岩体。

金厂峪和峪耳崖金矿床是冀东地区代表性的金矿床，近年来在矿床地质特征、大地构造背景、岩石地球化学、成矿作用及矿床成因等方面均取得了大量研究进展[5-23]，因此选择这两个金矿床作为研究对象，分析对比两个金矿床成矿岩体的地球化学特征有助于探讨冀东地区与金矿有关的岩体的成矿要素特征。

3 样品采集及测试

金厂峪金矿床采集的钠长岩（JCY-6）样品采自金厂峪5号矿脉4线，峪耳崖金矿床花岗岩（YEY-1）采自峪耳崖5分区180中段47线。其中，金厂峪钠长岩为肉红色，与金矿体密切共生（图2a），主要矿物组成为钠长石，含少量石英、黄铁矿和方解石等（图2b）。峪耳崖花岗岩为肉红色，发生金矿化，与金矿体密切共生，主要矿物为钾长石、斜长石和石英（图2c），含少量黑云母、黄铁矿，及副矿物如磁铁矿、磷灰石、锆石等（图2d）。

图2 金厂峪金矿床钠长岩（a，b）和峪耳崖金矿床花岗岩（c，d）岩体野外及正交偏镜下照片Fig. 2 Field and orthogonal polarimetric photos of albite (a, b) in the Jinchangyu and granite (c, d) in the Yuerya gold deposits

上述样品在廊坊诚信地质技术服务公司进行了锆石单矿物挑选、制靶和岩石显微薄片制备。锆石U-Pb同位素定年和原位地球化学测试在河北地质大学区域地质与成矿作用重点实验室完成，激光剥蚀系统采用搭载Laurin Technic S155样品池和GeoStar μ GISTM软件的澳大利亚RESOlution-LR型高能量ArF2准分子激光剥蚀系统，质谱仪为美国赛默飞iCAP RQ型等离子体质谱仪（具体方法及流程参见[24]）。测年测试数据采用Iolite v3.1软件[25]进行同位素比值及元素含量的计算，测试精度以2σ表示。样品的U-Pb年龄谐和图绘制、年龄权重平均计算及年龄概率分布图等均采用Isoplot/Ex_ver 3 完成[26]。微量元素含量以国际标样NIST610为外标，NIST612为监控盲样。使用ICPMSDataCal[27-28]计算微量元素浓度。根据参考物质的重复分析，微量元素的分析准确度均＜10%。

4 分析结果

4.1 成岩时代

金厂峪金矿床钠长岩样品（JCY-6）锆石CL图像显示晶型较好，晶型基本为自形，晶面整洁光滑，大多呈不规则多边形，长宽比变化不大（图3）。锆石U-Pb定年测试结果如表1所示，206Pb/238U年龄区间为184.40～211.04 Ma，206Pb/238U-207Pb/235U谐和年龄为191.9±3.8 Ma（n=14，MSWD=2.6）（图4），该年龄代表钠长岩的侵位年龄为早侏罗纪。

图3 金厂峪钠长岩和峪耳崖花岗岩锆石CL图像Fig. 3 Zircon Cl images of Jinchangyu albite and Yuerya granite

图4 金厂峪金矿床肉红色钠长岩锆石U-Pb年龄谐和图Fig. 4 Zircon U-Pb dating concordia diagram of albite in the Jinchangyu gold deposit, eastern Hebei Province

4.2 锆石原位微量元素

峪耳崖花岗岩样品（YEY-1）锆石CL图像显示晶型较好，晶型基本为自形，晶面整洁光滑（图3）。金厂峪金矿床钠长岩和峪耳崖金矿床花岗岩锆石原位微量元素数据分别列于表2和表3。

金厂峪金矿床钠长岩ΣREE含量388.28×10-6～2 087.11×10-6，锆石原位球粒陨石标准化稀土元素分配曲线（图5a）显示，其具有明显的轻稀土亏损重稀土富集的右倾配分模式，轻重稀土分异明显，LREE/HREE=0.05～0.12，（La/Yb）N=1.15×10-5～30.86×10-5，具有较强的Ce正异常及的较弱的Eu负异常，δEu=0.07～0.14，δCe=23.07～191.66。

峪耳崖金矿床钠长岩ΣREE含量161.20×10-6～314.69×10-6，锆石原位球粒陨石标准化稀土元素分配曲线（图5b）显示，其具有明显的轻稀土亏损重稀土富集的右倾配分模式，轻重稀土分异明显，LREE/HREE=0.03～0.16，（La/Yb）N=0.000 5～0.005 8，具有Ce正异常及的弱Eu负异常，δEu=0.11～0.21，δCe=3.97～33.90。

图5 金厂峪钠长岩（a）和峪耳崖花岗岩（b）稀土元素配分曲线Fig. 5 The REE distribution pattern of albite (a) in the Jinchangyu and granite (b) in the Yuerya gold deposit

Ce通常以Ce4+和Ce3+两种形式存在于自然界中，并在氧化状态下，Ce3+被氧化向Ce4+转变。在岩浆中因Ce4+和Zr4+具有相似离子半径及电荷数得以进入锆石中，导致锆石Ce正异常。近年来，很多学者利用锆石Ce4+/Ce3+的比值来计算岩浆分离结晶时的相对氧逸度特征[29]。Ce4+/Ce3+的比值计算公式及求解过程参考Ballard等[30]，计算得到金厂峪金矿床钠长岩Ce4+/Ce3+= 1.44～46.00，平均值为15.17（表2）；峪耳崖岩体Ce4+/Ce3+=2.41～23.24，平均值为10.82（表3）。

5 讨论

5.1 金厂峪金矿床成矿岩体

Song等[5]测得金厂峪金矿床辉钼矿Re-Os年龄为242.6±6.8 Ma，属印支期，但贾三石等[4]测得金矿蚀变岩绢云母K-Ar法年龄为169.8 Ma，证明燕山期花岗岩浆活动对金厂峪金矿床进行了叠加改造。矿区内出露的仅有钠长岩脉，青山口花岗岩体距离金厂峪金矿床最近的也有2～3 km[3]。从成岩时代上看，青山口花岗岩体U-Pb年龄和全岩Rb-Sr等时线年龄（199.1±2 Ma和186.8 Ma）[3,12]显示其为燕山期花岗岩浆活动的产物，但其未在金厂峪金矿区内出露，因此其与金矿体的成因联系不能根据年龄结果给出肯定的结论。虽然罗镇宽等[3]获得金厂峪金矿床钠长岩的年龄为185.8±8 Ma，但本文运用锆石U-Pb测年获得了与矿体密切共生的肉红色钠长岩的年龄为191.9±3.8 Ma，其206Pb/238U年龄区间为184.40～211.04 Ma，与成矿时代具有一定的耦合性。因此推测其与金厂峪金矿床的燕山期成矿活动关系密切，可能为金厂峪金矿床的成矿岩体。

5.2 金厂峪金矿床成矿岩体特征

如前所述，金厂峪金矿床存在印支期和燕山期两期成矿作用[5-6,12]，印支期的成矿时代与青山口岩体及钠长岩脉的时代均相差较大，因此，印支期成矿作用的成矿岩体有待进一步研究。燕山期成矿作用与青山口岩体及本文所测的钠长岩脉时代在误差范围内一致，从时空及成因关系上，钠长岩与金矿体的关系更为密切。

宋扬等[10]根据围岩、钠长岩脉及石英脉型矿石的岩石地球化学及稳定同位素组成特征，认为金厂峪矿床金的成矿过程与深部岩浆作用有关，成矿物质来源于地幔、下地壳和部分围岩的重熔，并认为钠长石脉和含金石英脉为同源同一成矿作用的产物。本文计算获得金厂峪金矿床钠长岩Ce4+/Ce3+（1.44～46.00）（表2）较大，且锆石微量元素具有明显的Ce正异常，表明钠长岩结晶时岩浆处于较高的氧化状态。而钠长岩与金矿体关系密切，因此，金厂峪金成矿作用的形成环境也应处于较高的氧化状态，这个结论与宋扬等[10]的研究结果一致。

5.3 峪耳崖金矿床成矿岩体特征

前人对于峪耳崖金矿床成矿流体和成矿物质来源的问题进行了较多研究，观点不尽一致。主流观点为成矿流体来自于深部岩浆体系[20,23]，成矿物质来自于下地壳或地幔[21,23]。封文学[22]对矿石及围岩进行了详细系统的C-H-O-S同位素分析，认为峪耳崖金矿床的成矿流体及成矿物质均主要来自岩浆体系。结合峪耳崖岩体与金矿体的时空关系，峪耳崖岩体与金矿体的成因联系毋庸置疑。

峪耳崖岩体表现出I-S型的过渡类型，且同时处于改造型与同熔型区域[21]，成岩物质可能来自太古代基底的部分熔融[6,8,20,22]。岩石地球化学特征表明其为过铝质、偏碱性岩体，富集重稀土，亏损轻稀土，富集Rb、Th、U、K、La、Ce，亏损P、Ti等元素，具Eu负异常[24]。这些特征与本文研究的结果基本一致。另外，峪耳崖岩体锆石的Ce4+/Ce3+=2.41～23.24（表3），也与岩石地球化学表现出的正Ce异常吻合，表明峪耳崖花岗岩结晶时也处于高氧逸度的状态。