柴北缘赛坝沟金矿床花岗斑岩脉的成因及动力学背景：来自年代学和地球化学的证据

2022-07-09朱德全唐名鹰丁正江朱海波王炜晓何宗围吴洪彬

现代地质 2022年3期

朱德全，唐名鹰，丁正江，朱海波，王炜晓，张宇，何宗围，吴洪彬

(1.山东省核工业二四八地质大队，山东青岛 266000；2.山东理工大学资源与环境工程学院，山东淄博 255000；3.山东省第八地质矿产勘查院，山东日照 276800；4.山东省地矿局有色金属矿找矿与资源评价重点实验室，山东日照 276800；5.山东省第六地质矿产勘查院,山东威海 264209；6.山东省深部金矿探测大数据应用开发工程实验室,山东威海 264209；7.河南省地质调查院，河南郑州 450001)

0 引言

青海省赛坝沟中型金矿床位于青海省柴北缘赛什腾山—阿尔茨托山加里东期—印支期铅、锌、金、钨锡(铜、钴、稀土)成矿带东南段。该成矿带内自20世纪90年代以来，在滩间山、青龙沟、赛坝沟等地区陆续发现了一大批小-大型金矿床。青海省国土资源厅[1]对锡铁山铅锌矿、青龙滩含铜硫铁矿、双口山铅(银)矿、沙柳河南区钨锡矿等多金属硫铁矿床进行了研究评价。前人对赛坝沟金矿床成矿时代、成矿物质来源、成矿模式及矿床成因等进行了较为系统的研究，认为赛坝沟及周边金矿床(点)均分布在构造挤压叠加和韧脆性剪切发育的地带，矿体展布方向与韧性剪切带展布方向基本一致，赋矿围岩均不具控矿性[2-5]。矿石同位素特征表明，赛坝沟金矿床成矿物质主要来源于深部，但成矿热液来源于周围深源花岗质岩石，具有混合热液来源[3]。绢云母40Ar/39Ar测年结果表明赛坝沟金矿成矿时间(425.5±2.1 Ma)晚于围岩侵入时代(463.2±1.9 Ma)[6]，与早志留世岩浆活动(431.6±2.1 Ma)有关[7]。综合区域地质构造演化及其形成的区域性大型剪切带和派生的褶皱、断裂系统，认为该矿床为与岩浆热液作用相关的金矿床[8]。但是前人对该矿区内一系列基性-中酸性岩脉的研究甚少，尤其是与矿体关系密切的花岗斑岩脉基本未进行过研究。笔者在对赛坝沟金矿进行矿产勘查工作时发现，矿区内一系列花岗斑岩脉在地表与Ⅱ号构造蚀变破碎带紧密相连，深部直接产出于Ⅳ-3、Ⅳ-4号主矿体两侧，构成矿体顶底板，局部挤压矿体，使得矿体局部南倾。同时本次研究的与矿体密切相关的花岗斑岩脉局部可见团块状、浸染状黄铁矿化。野外地质观察表明该类型的岩脉与矿体并无明显的穿插关系，这意味着该期次的岩脉侵入可能与形成矿体的岩浆热液形成时代相近。因此，本研究通过对赛坝沟金矿床花岗斑岩脉进行锆石U-Pb年代学、岩石地球化学分析，对该花岗斑岩脉的来源及岩石成因进行讨论，为该区进一步矿产勘查与找矿提供基础的地质资料与信息。

1 区域地质概况

图1 研究区构造分区略图(a)及区域地质简图(b)(据文献[31])Fig.1 Schematic tectonic map (a) and regional geologic map (b) of the study area (after reference [31])

研究区位于柴北缘结合带东部，主要由中元古代沙柳河高压-超高压变质岩、寒武纪—奥陶纪变火山-沉积岩系、中奥陶世—早石炭世岩浆岩和晚泥盆世上叠盆地等组成(图1)。其中，沙柳河高压-超高压变质岩分布于研究区南部沙柳河—泽日肯一带，表现为正片麻岩夹少量副片麻岩及透镜状榴闪岩、蚀变榴辉岩的组合。大量岩石地球化学分析及锆石U-Pb测年结果表明，区域上沙柳河岩群形成时限为850～1 300 Ma[9-12]。原岩以基性火山岩(玄武岩)和含泥硅质岩为主，形成环境以岛弧环境为主，少量为洋岛环境。而透镜状榴闪岩、蚀变榴辉岩年龄主要集中于425～458 Ma[13-22]，与晚奥陶世—早志留世区域陆陆深俯冲活动相关。

寒武纪—奥陶纪变火山-沉积岩系由滩间山群变火山-沉积岩和蛇绿混杂岩共同组成，分布在南部黄德拉—托莫尔日特一带。前人在滩间山群云母片岩、中酸性火山岩及变玄武岩等岩石中得到464.2～531.0 Ma的年龄值[23-27]，同时在蛇绿混杂岩带变玄武岩中得到锆石U-Pb年龄为(480.1±1.8) Ma[28]，认为其形成于岛弧-弧后盆地的构造环境。

图2 赛坝沟金矿床地质略图(据文献[32])Fig.2 Geologic map of the Saibagou gold deposit (after reference [32])1.第四系；2.赛坝沟蛇绿混杂岩带斜长角闪片岩；3.英云闪长岩；4.石英闪长岩；5.花岗斑岩脉；6.二长闪长玢岩脉；7.闪长岩脉；8.地质界线；9.断层及推测断层；10.逆断层；11.碎裂岩化构造蚀变破碎带；12.金矿体

中奥陶世—早石炭世岩浆岩具有不同的构造形成环境，其中中奥陶世花岗岩显示英云闪长岩-花岗闪长岩-闪长岩组合特征。英云闪长岩中含有大量椭圆形-透镜状暗色微粒包体，说明岩浆侵位过程中存在地幔基性岩浆注入，主微量元素特征亦反映消减带地幔楔岩浆明显受到大洋俯冲板片熔融流体影响，具I型花岗岩特征，锆石U-Pb同位素年龄为(463.2±1.9) Ma[7]，形成于消减带陆缘弧构造环境。早志留世花岗岩以石英二长闪长岩-二长花岗岩-正长花岗岩组合为特征，为钾玄岩-高钾钙碱性系列岩石，产出于火山弧-同碰撞构造环境范围内，在该花岗岩岩系组合中获得430.9～439.8 Ma的年龄数据[7]，说明柴北缘东部赛坝沟地区在早志留世晚期存在同碰撞岩浆活动。早石炭世花岗岩为二长花岗岩-正长花岗岩组合，岩石地球化学特征显示出同碰撞构造环境，结合区域地质背景和(345.7±2.7) Ma的锆石U-Pb年龄[7]，推测柴达木地块向北侧南祁连构造带的陆内俯冲形成了重熔型花岗岩。此外，赛坝沟地区还存在中晚泥盆世陆内伸展构造运动形成的牦牛山组火山-陆源碎屑岩沉积。

综上所述，柴北缘赛坝沟地区在寒武纪发生洋盆俯冲造山运动，并形成一系列的岛弧火山岩，到中奥陶世形成消减带性质的英云闪长岩-花岗闪长岩-闪长岩组合，并在晚奥陶世—早志留世进入陆陆俯冲碰撞造山时期，自晚泥盆世开始，陆内伸展作用在沉积盆地形成磨拉石及板内火山岩建造，随后早石炭世研究区南侧古特提斯洋进一步向北俯冲[29-30]，使得柴北缘地区发生进一步的陆内俯冲-碰撞造山，下地壳重新熔融形成的同碰撞花岗岩沿构造薄弱部位侵入。

2 矿区地质及脉岩特征

赛坝沟金矿床位于研究区东北部，除发育寒武纪—奥陶纪滩间山群斜长角闪片岩组合外，大面积分布中奥陶世英云闪长岩-石英闪长岩岩石组合(图2)。区内构造极为发育，总体表现为走向在290°～330°之间的一系列紧密排列的韧脆性变形带，倾向多为NE向，倾角较陡。构造带内岩石变形强烈，表现为脆-韧性变形叠加特征，力学性质表现为压性-压扭性，后期可见NE向张性正断层。

赛坝沟金矿床矿体以含金石英脉为主，赋存于NWW向脆-韧性断裂带中，产状与区内断裂基本一致，与围岩界线清晰，矿化不均匀。同时在该矿床内可见较多闪长岩、二长闪长玢岩、花岗斑岩等中基性-中酸性岩脉。其中中基性岩脉走向与区域构造方向基本一致，多为NWW向，倾向NE，倾角普遍大于70°，脉宽0.2～10 m，延伸长度多小于50 m，产于英云闪长岩中。同时金矿床Ⅱ号矿带地表北东侧及Ⅳ号矿带深部均可见中酸性浅肉红色花岗斑岩脉沿矿脉稳定分布，局部直接构成矿体顶底板，宽1～5 m，长度在85～720 m之间。硐探施工中可见该岩脉直接挤压矿脉，造成矿脉局部南倾，初步推断与矿体同期产出。

3 岩石样品特征和测试分析方法

图3 赛坝沟金矿床花岗斑岩野外照片(a)及镜下照片(b)Fig.3 Field photo(a) and thin-section micrograph (b) of the granite porphyry from the Saibagou gold depositSBGWL4.样品SBGWL4采样点位；Kfs.钾长石；Pl.斜长石

本次研究采集的花岗斑岩脉共5件，其中进行主、微量和稀土元素分析的4件样品采自Ⅱ号矿带地表及坑道3 200 m中段(距地表深度270 m)CM18、CM19、CM20中，1件同位素年龄样品(SBGWL4)采自坑道3 200 m中段(距地表深度270 m)CM18中，其岩脉紧邻Ⅳ-4号主矿体产出(图3)。该脉岩岩石风化色多呈灰褐色-灰红色，新鲜面呈浅肉红色，斑状结构，基质具微晶结构，块状构造。薄片综合鉴定结果表明，斑晶为钾长石、石英、斜长石，基质为钾长石、斜长石及石英，副矿物为少量方解石、磁铁矿等。斑晶含量占5%～15%，其中钾长石呈半自形粒状，泥化，部分颗粒具黝帘石化、微碳酸盐化以及绢云母化，颗粒表面较脏，可见简单双晶，粒径一般为0.8～1.6 mm；石英呈浑圆状，颗粒边缘溶蚀呈港湾状，部分颗粒可见溶蚀反应边，粒径一般为0.15～1.2 mm；斜长石呈半自形粒状，粒径一般为0.4～1.4 mm。基质含量较高，在85%～95%之间，主要由钾长石、斜长石以及少量石英组成，颗粒大小一般在0.2 mm以下。

定年样品的破碎、锆石挑选及制靶在南京宏创地质勘查技术服务有限公司完成。阴极发光(CL)图像以及LA-ICP-MS定年均在湖北省地质实验测试中心(国土资源部武汉矿产资源监督检测中心)岩石矿物研究室完成。锆石LA-ICP-MS定年测试分析采用点剥蚀的方式，以91500为外标，元素含量采用NIST 610为外标，Si为内标。每测定5个样品点测定一组锆石标样，即测试时采用“一组标准+5个样品+一组标准”的测试流程。背景采集10 s，样品剥蚀40 s，管路吹扫10 s，信号采集时间总共为60 s。在整个测试过程中，列表前后两组标准对仪器的质量歧视和漂移进行校正。样品的同位素比值和元素含量采用ICPMSDataCal 10.1程序处理分析，加权平均年龄的计算及锆石U-Pb谐和图的绘制采用Isoplot 3.0完成。

主、微量和稀土元素样品的测试均在山东省第八地质矿产勘查院岩石矿物测试中心实验室完成。其中主量元素分析在波长色散X荧光光谱仪上完成，分析精度优于10%；微量和稀土元素采用德国Finnigan-MAT公司生产的ELEMENT I(离子质谱仪)测定，微量元素分析精度优于10%，稀土元素分析精度优于5%，分析方法及流程同文献[33]。

4 分析结果

4.1 锆石U-Pb年代学

图4 赛坝沟金矿床花岗斑岩锆石阴极发光(CL)图像及年龄Fig.4 Zircon CL images and ages of the granite porphyry from the Saibagou gold deposit

SBGWL4样品中锆石多透明无色，呈半自形短柱状-长柱状，通过阴极发光照片(图4)可看出，样品中锆石除原生岩浆锆石外，还存在部分继承锆石。继承锆石多为黑色，浑圆状，具白色或浅色增生变质边；原生锆石多为灰白色，部分受后期岩浆作用呈现黑色核部，但锆石整体形态以自形居多，内部环带发育(图4)。本次研究共测定了53颗锆石，除去极不谐和的23个点外，还有3个位于黑色变质边上的年龄数据均大于核部，推测为流体交代变质导致放射性同位素发生变化，剩下的27颗锆石年龄分析结果如表1所示。27颗锆石的数据投点均落在谐和线上(图5(a))，其中2个数据分别为(471.77±32.7) Ma、(476.50±10.9) Ma，1个数据年龄为(409.85±9.9) Ma，上述3个数据应代表捕获岩浆锆石的年龄。17颗锆石的放射成因Pb含量为14.73×10-6～95.78×10-6，Th、U含量变化范围分别为103.32×10-6～749.04×10-6和96.25×10-6～626.34×10-6，Th/U值为0.31～1.63，另有3颗锆石(6、9、12测点)具极高的Th、U含量，但不影响其成岩年龄计算。上述20颗锆石得到371.35～372.85 Ma的年龄数据，206Pb/238U 加权平均年龄值为(372.4±4.1) Ma(图5(b))，代表该脉岩的形成年龄，时代为晚泥盆世。另外，在两颗具暗色核部和亮色变质边的变质锆石和一颗典型的岩浆锆石中获得4个数据年龄，206Pb/238U加权平均年龄值为(355.6±8.1) Ma(图5(c))，为本区获得的最年轻的锆石年龄，推测4个年龄数据可能受后期流体蚀变改造导致Pb同位素比例增高，使得锆石年龄发生变化。

表1 赛坝沟金矿床花岗斑岩(样品SBGWL4)LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果

图5 赛坝沟金矿床花岗斑岩样品(SBGWL04)锆石U-Pb谐和图(a)及206Pb/238U年龄结果(b)(c)Fig.5 Zircon U-Pb concordia diagrams(a) and weighted average 206Pb/238U age (b)(c) of the granite porphyry(sample SBGWL04) from the Saibagou gold deposit

4.2 岩石地球化学特征

4.2.1 主量元素

从样品的主量元素分析结果(表2)可以看出，花岗斑岩的SiO2含量为71.83%～74.84%(平均值73.21%)；Na2O+K2O含量为5.11%～5.26%，在TAS图解中，样品点全部落在花岗岩范围内(图6(a))。

花岗斑岩Al2O3含量为13.12%～13.70%(平均值13.43%)，MgO含量为0.32%～0.81%(平均值0.51%)，CaO、K2O和Na2O含量分别为1.18%～1.72%(平均值1.49%)、1.48%～1.64%(平均值1.56%)和3.47%～3.74%(平均值3.61%)，Na2O/K2O值为2.12～2.48，SiO2-K2O图解(图6(b))显示其属钙碱性岩石。岩石化学参数σ值为0.83～0.92，AR值为2.65～3.09，在AR-SiO2图解(图6(c))中样品数据投点均落入钙碱性区域；岩石铝饱和指数A/CNK为1.2～1.4，在A/CNK-A/NK图解(图6(d))中，岩石样品数据投点均落在过铝质范围内。岩石中DI和SI指数分别变化于81.40～84.54和3.56～8.17之间，表明岩石经历了一定程度的分异作用。在正长花岗斑岩脉的Harker图解(图7)上，SiO2与CaO、MgO之间具有较明显的负相关性(图7(b)和(d))，可能与角闪石、磷灰石、榍石等矿物的分离结晶有关；SiO2与Al2O3具有弱的负线性关系(图7(a))，表明长石在岩浆演化过程中的结晶分异作用不显著。综合主量元素特征分析，花岗斑岩为经历一定程度分异作用的过铝质钙碱性系列花岗岩。

4.2.2 微量元素

在微量元素原始地幔标准化蛛网图(图8(a))上，所有花岗斑岩样品的变化趋势非常一致，岩石中Nb、Ta、P、Ti均出现强烈亏损，Ba、Sr出现中等亏损。其中Nb、Ta的强烈亏损指示岩浆为地壳来源或在演化过程中受到地壳物质的混染，P、Ti的亏损说明岩浆可能经历了磷灰石、榍石、钛铁矿等矿物的分离结晶，而Ba、Sr的中等亏损说明在部分熔融岩浆或结晶分异的过程中岩石存在斜长石、黑云母等矿物的分离。

表2 赛坝沟金矿床花岗斑岩样品主量(%)、微量(10-6)和稀土元素(10-6)分析结果

图6 赛坝沟金矿床花岗斑岩主量元素相关图解Fig.6 Correlation diagrams of major elements of the granite porphyry samples from the Saibagou gold deposit1.橄榄辉长岩；2a.碱性辉长岩；2b.亚碱性辉长岩；3.辉长闪长岩；4.闪长岩；5.花岗闪长岩；6.花岗岩；7.硅英岩；8.二长辉长岩；9.二长闪长岩；10.二长岩；11.石英二长岩；12.正长岩；13.副长石辉长岩；14.副长石二长闪长岩；15.副长石二长正长岩；16.副长正长岩；17.副长深成岩；18.霓方钠岩/磷霞岩/粗白榴岩

图7 赛坝沟金矿床花岗斑岩主量元素Harker图解Fig.7 Harker diagrams of major elements of the granite porphyry samples from the Saibagou gold deposit

图8 赛坝沟金矿床花岗斑岩微量元素原始地幔标准化蛛网图(a)和稀土元素球粒陨石标准化配分模式(b)Fig.8 Primitive mantle-normalized trace element(a) and chondrite-normalized REE(b) plots of the granite porphyry samples from the Saibagou gold deposit

图9 赛坝沟金矿床花岗斑岩分类判别图解(底图据文献[34])Fig.9 Discrimination diagrams of the granite porphyry samples from the Saibagou gold deposit (base map after reference[34])(a)Ce与10000Ga/Al判别图；(b)Nb与10000Ga/Al判别图；(c)(Zr+Nb+Ce+Y)与(TFeO+MgO)判别图；(d)TiO2与Zr判别图

4.2.3 稀土元素

花岗斑岩样品中REE值变化范围为71.80×10-6～75.21×10-6(均值73.33×10-6)，LREE较为富集，HREE相对亏损，LREE/HREE值为9.66～14.75，(La/Yb)N值为12.60～27.80，显示轻、重稀土分异明显。在球粒陨石标准化配分曲线(图8(b))上，花岗斑岩的稀土元素分布形式亦表现为明显的右倾型轻稀土元素富集型，其δEu值为0.77～0.96(平均0.90)，δCe值为0.82～0.91(平均0.86)，岩石具Eu元素的轻微负异常。

5 讨论

5.1 成岩时代

本次测年样品SBGWL4来自赛坝沟金矿床中紧邻Ⅳ-4号主矿体产出的花岗斑岩脉，其锆石U-Pb年龄值集中分布在371.35～372.85 Ma之间，206Pb/238U加权平均年龄值为(372.4±4.1) Ma(n=20，MSWD=0.001 04)，指示该岩脉的形成时代为晚泥盆世。

5.2 岩石类型及成因

赛坝沟金矿床花岗斑岩脉样品主量元素分析结果表明，其属于过铝质钙碱性岩石；稀土元素特征显示轻稀土元素相对富集，重稀土元素相对亏损且Eu元素具轻微负异常；微量元素La、Hf、Rb、Th富集， Nb、Ta、P、Ti、Ba、Sr亏损，指示岩浆在演化或结晶分异过程中经历了磷灰石、钛铁矿以及斜长石的分离结晶。

图10 赛坝沟金矿床花岗斑岩SiO2-Al2O3(a)和SiO2-(Fe2O3+FeO)/(Fe2O3+FeO+MgO) (b)判别图解(底图据文献[35])Fig.10 SiO2-Al2O3(a) and SiO2-(Fe2O3+FeO)/(Fe2O3+FeO+MgO) (b)diagrams of the granite porphyry from the Saibagou gold deposit (base map after reference[35])

花岗岩成因类型判别图，可在一定程度上反映岩浆源区特征并对其形成的构造环境进行识别，赛坝沟金矿床花岗斑岩脉样品的10000 Ga/Al值为2.13～2.48，平均值为2.35，明显低于A型花岗岩的平均值3.75；TFeO/MgO值为1.72～4.13，平均值为2.53，显示其贫铁的特征；Zr含量范围为96.58×10-6～102.76×10-6，平均值为99.56×10-6，明显不同于A型花岗岩的Zr含量特征(Zr>250×10-6)[34]。通过Whalen等1987年提出的以10000Ga/Al为基础的花岗岩分类判别图解可以看出[34]，赛坝沟金矿床花岗斑岩样品点均落入I、S型花岗岩区域内(图9(a)和(b))，且落入分异型的I型花岗岩区域内(图9(c)和(d))。此外，在野外岩性观测及薄片标本鉴定中，并未见到作为S型花岗岩判别标志的富铝矿物。综上分析，认为赛坝沟花岗斑岩为I型花岗岩。

5.3 岩石形成的构造环境

通过花岗斑岩元素图解可判断其形成的构造环境。在主量元素的SiO2-Al2O3图解和SiO2-(Fe2O3+FeO)/(Fe2O3+FeO+MgO)图解(图10)[35]中，花岗斑岩样品均落入后造山花岗岩类(POG)区域内，指示其为后造山花岗岩。

前已述及赛坝沟金矿床花岗斑岩脉形成时代为晚泥盆世，区域上柴北缘构造演化自中奥陶世—早志留世为俯冲碰撞造山，至中晚泥盆世出现暂时性的造山后构造伸展，并形成牦牛山组火山-陆源碎屑沉积；而早石炭世形成的二长花岗岩-正长花岗岩组合多显示碰撞花岗岩特征，为进一步陆内俯冲形成的重熔型花岗岩[7]。综合区域构造演化和本次研究的花岗斑岩主微量元素特征，认为赛坝沟金矿床花岗斑岩脉形成于柴北缘中晚泥盆世陆内伸展阶段后造山的构造环境。

5.4 花岗斑岩与金矿成矿的关系

前人曾对赛坝沟金矿床地层、岩浆与矿体穿切关系和金矿形成时代有过较为细致的研究，但其研究成果仅限于赛坝沟金矿床及其东部乌达热乎沟金矿床[36-37]。其中，赛坝沟金矿床韧性剪切带中糜棱岩型金矿石共生的绢云母40Ar/39Ar年龄为(426±2) Ma，形成时代为晚志留世[36]；乌达热乎沟含金石英脉切穿的花岗岩脉全岩K-Ar年龄为(210±3) Ma，时代为晚三叠世[37]。因此，前人多认为赛坝沟金矿床及周边小型金矿床(点)形成时代有两期，矿床成因类型为加里东期和晚华力西期—印支期复合造山作用形成的石英脉型金矿床。

本次研究所采集的花岗斑岩脉样品在地表与Ⅱ号构造蚀变破碎带紧密相连，深部直接产出于Ⅳ-3、Ⅳ-4号主矿体两侧，构成矿体顶底板，与成矿关系密切。同时在花岗斑岩脉局部可见团块状、浸染状黄铁矿化，意味着该期次的岩脉侵入可能与形成矿体的岩浆热液形成时代相近，很可能为成矿石英脉形成后花岗斑岩脉紧随侵入，对原有石英脉造成一定程度的挤压破坏，因此可将赛坝沟金矿形成时间上限限定在372.4 Ma，其准确形成年龄尚需后续进一步研究。同时赛坝沟金矿床中花岗斑岩脉基本紧邻矿体产出并充填在构造裂隙中，因此后期的找矿勘查可围绕花岗斑岩重点展开。