大别造山带双庙关金矿床成矿时代与成矿背景

2024-01-22秦志军汪兴韦周豹刘嘉杜文洋曾小华李奥冰张维康

西北地质 2024年1期

秦志军，汪兴韦，周豹，刘嘉，杜文洋，曾小华，李奥冰，张维康

（1.湖北省地质调查院，湖北武汉 430034；2.湖北省地质勘查工程技术研究中心，湖北武汉 430034；3.中国地质大学（武汉）资源学院，湖北武汉 430074）

秦岭-桐柏-大别造山带是扬子和华北克拉通在晚三叠世碰撞拼合的产物，经历了造山期SN 向挤压和造山后的伸展作用（赵新福等，2019）。自侏罗纪以来，该区受古太平洋板块俯冲的影响，和整个中国东部一起经历了强烈的岩石圈改造和破坏（张国伟等，1995；毛景文，2003；马宏卫，2008）。与复杂的构造演化相对应，区域上构造-岩浆活动强烈，矿产种类丰富，形成了小秦岭、熊耳山、桐柏、大别等系列多金属矿集区（张国伟等，2001；马骁等，2016；高峰等，2017；朱雪丽等，2021）。造山带东部的大别地区因产出汤家坪、沙坪沟等世界级的斑岩型钼矿床而闻名于世（曾小华等，2021），金多金属矿床（点）也广泛发育（徐江嬿等，2020；曾小华等，2020）。20 世纪末，鄂东北地质队等勘查单位先后在大别地区发现东湾、熊家坳等一批金矿点，并探获白云、陈林沟等中小型脉型金矿床。2010 年以来，笔者所在团队先后在该区开展了1∶5万矿产地质调查和金多金属矿调查评价工作，新发现郑家塘、大松树岗、大河铺、双庙关等一批金矿点（图1）。2017～2020 年，笔者所在团队重点对该区双庙关地区开展了金矿普查工作，并在双庙关金矿区探获11 条金矿（化）体，初步估算金推断资源量为1 558 kg，伴生银推断资源量为16 565 kg。双庙关金矿床作为大别地区脉状金矿床的典型代表，但其成矿时代和成矿背景尚不清楚，这不仅限制了对该矿床成因的准确认识，更在一定程度上阻碍了区域上同类矿床的找矿勘查工作部署。鉴于此，笔者所在团队于2021 年对双庙关矿区相关地质体与金矿化的时空关系进行了系统野外调查，利用LA-ICP-MS 锆石U-Pb 年龄间接限定了矿床的成矿时代，进一步与区域上金矿床成矿时代和构造-岩浆活动时代进行对比研究，分析了金的成矿构造背景。以研究成果为指导，团队还于近期在双庙关地区新发现多处具有高Au、Ag 品位矿化的找矿靶区，指示该区具有寻找中-大型金矿床的潜力。

图1 桐柏-大别造山带地质简图（据吴皓然等，2020 修）Fig.1 Geological sketch of the Tongbai-Dabie orogenic belt

1 区域地质背景

大别造山带地处秦岭-桐柏-大别造山带东部，其东部以北北东向郯-庐断裂带为界，北部和南部分别以NW-NNW 向的明港-六安断裂带、襄樊-广济断裂带与华北克拉通、扬子克拉通相接（图1）。大别造山带主要由原岩性质不同的各类变质岩和侵入其中的花岗岩类及镁铁质-超镁铁质岩类组成（曹正琦等，2023），整体构成核部为中深变质杂岩体、南北两侧分布浅变质岩及未变质盖层的格局。根据断裂构造及地质单元岩性的差异，通常将大别造山带划分为5 个单元，从北至南依次为北淮阳低温低压绿片岩相带（BHYZ）、北大别高温超高压构造带（NDZ）、中大别中温超高压榴辉岩相带（CDZ）、南大别低温超高压榴辉岩相带（SDZ）及宿松低温高压蓝片岩相带（SZ）（吴皓然等，2020），双庙关金矿床即位于中大别中温超高压榴辉岩相带内（图1）。

区域上地层出露时代跨度较大，从新太古界至新生界均有出露，主要由（自北向南）栾川群、宽坪群、二郎坪群、秦岭群、梅山群、信阳群、苏家河群、佛子岭群、庐镇关群、红安群、大别/桐柏杂岩群、随县群等组成。区域内构造发育，以NW 向、NNE、近SN 向断裂为主，NW 向为区域性大断裂，往往控制该区矿床的分布，如信阳-舒城断裂、桐柏-桐城断裂等；NNE、近SN 向断裂以郯庐断裂带为代表，次级断裂主要有商城-麻城断裂、浠水-桐城断裂等；NE 向、NW 向和近EW 向等次级断裂也较为发育，总体构造格局呈棋盘格子状。区域内岩浆岩活动频繁，在多个地质时期均有不同程度的岩浆活动，包括了古生代花岗岩，中生代闪长岩-花岗闪长岩、花岗岩及中生代火山岩等。

区域上矿产种类丰富，广泛发育金、银、铅、锌、钼等多金属矿床（点），空间上这些矿床（点）主要沿北西向的区域深大断裂分布，代表性矿床有破山、银洞坡、老湾等大型金银多金属矿床；银山、银水寺、汞湾、汞洞冲等铅锌多金属矿床；汤家坪、沙坪沟等斑岩型钼矿床。成矿年代学研究表明，这些矿床主要形成于晚泥盆世（380～370 Ma）和早白垩世（140～120 Ma），矿床成因类型包括岩浆热液型金银钼矿床、与火山-次火山作用有关的金银铅锌矿床和斑岩-矽卡岩型钼多金属矿床等（徐江嬿等，2020；曾小华等，2020，2021；金伟衎，2021；柴明春，2021）。

2 矿床地质特征

矿区出露地层主要为中元古界西张店基性火山岩组和第四系（图2）。西张店基性火山岩组出露于矿区西北部，呈透镜状、孤岛状及不规则状分布。岩性为绿帘黑云斜长角闪（片）岩、斜长角闪岩、含石英绿帘角闪岩、黑云斜长变粒岩夹黑云二长变粒岩、条带状石英绿帘石岩、白云钠长片麻岩、浅粒岩等。其原岩为一套基性火山岩为主夹陆源碎屑沉积建造，显示出裂谷环境沉积特征。第四系仅小规模出露于矿区西南部河流、沟谷地带。以坡积物及河流冲积物为主，其成分多为石英岩、花岗岩、浅粒岩、斜长角闪岩、片麻岩等。按照空间展布特征，可将矿区断裂构造划分为NE-NNE 向、NW 向以及近EW 向3 组，其中NE-NNE向断裂在矿区占主导地位，如延伸较长的断裂F7、F8和贯穿矿区南北的断裂F14等；NW 向断裂规模较小，如断裂F10、F17等；近EW 向断裂数量最少，仅有断裂F2、F20等寥寥几条小规模出露。矿区岩浆岩分布广泛，按时代可将区内侵入岩分为新元古代片麻状二长花岗岩、变辉长岩和中生代细粒钾长花岗岩、中粒二长花岗岩、花岗斑岩。矿区内岩脉主要有变辉长（绿）岩脉、闪长岩脉等，产状较为复杂，主要呈NW、NE、EW 向展布。

图2 双庙关金矿床地质图（据杜文洋等，2022）Fig.2 Geological Map of the Shuangmiaoguan gold deposit

截至目前，矿区内已发现11 条金矿（化）体，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅴ1、Ⅵ、Ⅶ号矿体产于NE-NNE 向破碎蚀变带中，Ⅲ、Ⅷ号矿体产于近EW 向的石英脉中，Ⅸ、Ⅹ号矿体产于NNW 向破碎蚀变带中。单条矿体长可达360 m，斜深可达290 m，估算推断金金属量为1 558 kg，伴生银金属量为16 565 kg，Au 的平均品位为6.3～17.1 g/t，Ag 的平均品位为30.4～185 g/t，为该区少有的高品位金多金属矿床。区内X 矿体较为典型，该矿体位于矿区东北部16#线北端，地表由探槽TC29 和TC31 控制，深部由ZKS04 孔控制（图3）。矿体呈脉状产于NNW 向的破碎带中，倾向为251°～258°，倾角为42°～63°，平均倾角为60°；矿体长约为260 m，斜深为110 m，赋存标高为297～406 m。矿体厚度为0.80～1.13 m，平均为0.98 m，厚度变化系数为30%。矿体Au 品位为7.31～38.00 g/t，平均为17.10 g/t，品位变化系数为91%，伴生Ag 平均品位为185.16 g/t。

图3 双庙关矿区PM11 勘查线剖面图及野外露头特征图（据杜文洋等，2022）Fig.3 Cross-section of PM11 in the Shuangmiaoguan gold deposit and characteristics of field outcrops

矿区矿石中金属矿物主要有黄铁矿、磁铁矿、黄铜矿、赤铁矿、闪锌矿、方铅矿、磁黄铁矿等；非金属矿物主要有石英、钾长石、绢云母、绿泥石、绿帘石、方解石。矿石构造类型以脉状-网脉状构造、浸染状构造为主，次为细小团块状构造、角砾状构造等。矿石结构类型主要有粒状结构、填隙结构、包含结构、交代残余结构、环带结构等。常见的蚀变有钾化、硅化、黄铁绢英岩化、绿泥石化、绿帘石化、碳酸盐化等，其中绿泥石化与成矿关系密切，而碳酸盐化往往意味着成矿作用的结束（图4）。

图4 双庙关金矿床典型矿石特征图Fig.4 Typical ores in the Shuangmiaoguan gold deposit.

3 矿区岩浆岩与金成矿的时间关系

前已述及，区内中生代岩浆岩主要包括细粒钾长花岗岩、中粒二长花岗岩、花岗斑岩及各类脉岩。其中，细粒钾长花岗岩主要分布于矿区北部，岩石呈肉红色，细粒花岗结构、局部具交代结构，块状构造，主要组成矿物为钾长石（50%～60%）、斜长石（15%～20%）、石英（20%～30%）及少量黑云母（5%），常见副矿物有榍石、磷灰石等。该岩体被区内北东向含矿构造切割（图2），局部可见明显钾化、碳酸盐化（图5a、图5b），表明其侵位早于区内金成矿作用。

图5 早白垩世细粒钾长花岗岩、花岗斑岩及闪长岩脉特征图Fig.5 Characteristics of early Cretaceous fine-grained K-feldspar granite,granite porphyry and diorite dikes

早白垩世花岗斑岩主要分布于矿区北部，岩石呈浅肉红色，具斑状结构，块状构造，斑晶含量约为60%，主要组成矿物为钾长石（20%～30%）、斜长石（10%～20%）、石英（15%）、黑云母（5%）。其中，钾长石斑晶以半自形板状为主，粒径为0.5～2 mm，具卡式双晶；斜长石斑晶以半自形板状为主，粒径为0.3～2.5 mm，具聚片双晶；石英斑晶多为他形粒状，无色透明，粒径为0.2～2 mm；黑云母斑晶呈自形板状，粒径为0.5～1.5 mm；岩石基质含量约为40%，多为隐晶质，矿物成分与基质相同。副矿物主要为磷灰石、锆石和磁铁矿等（图5c、图5d）。在前期野外构造调查中，可见成矿后节理穿切花岗斑岩脉，表明其侵位早于区内金成矿作用。

闪长岩脉零散分布于矿区中部，岩石呈深灰-辉绿色，细粒半自形粒状结构，块状构造，主要组成矿物为斜长石（50%～60%）、普通角闪石（10%～15%）、石英（5%～10%）、斜方辉石（10%）、黑云母（5%），可见少量锆石和磷灰石等副矿物。局部有硫化物产出，区内也可见闪长岩脉穿切早期含矿石英脉（图5e、图5f），表明其侵位晚于区内金成矿作用。

4 样品采集及分析方法

在野外和室内观察的基础上，选取双庙关金矿区出露的3 类具有代表性的岩体开展U-Pb 定年工作，即成矿前钾长花岗岩（DQD-1）、成矿前花岗斑岩（SMHG-1）和成矿后闪长岩（D2002-B1），具体采样位置见图2。

样品的破碎、分选、挑选、制靶工作及锆石阴极发光（CL）显微照相均在中国科学院广州地球化学研究所完成。按照标准程序破碎、用浮选和电磁法进行单矿物分选，并在双目镜下挑选透明度较好、具有良好晶形、无明显裂隙和包裹体的锆石制靶，将锆石靶打磨抛光，拍摄锆石透射光、反射光照片和阴极发光（CL）照片。

锆石U-Pb 同位素定年和微量元素含量测试在中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室完成，采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪（LA-ICP-MS）进行微区原位U-Pb 同位素测定。本次分析的激光束斑为32 µm，仪器配置和实验流程见有关文献（Zong et al.，2017），U-Pb 同位素定年和微量元素含量处理中采用国际标准锆石91 500 作外标进行同位素分馏校正，以玻璃标准物质NIST610 作外标进行微量元素分馏校正，以GJ-1 作为监控样进行分析。对分析数据的离线处理（包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U-Pb 同位素比值和年龄计算）采用软件ICPMSDataCal（Liu et al.，2008，2010）完成。锆石样品的U-Pb 年龄谐和图绘制和年龄加权平均计算采用Isoplot/Ex_ver3 完成。

5 分析结果

3 个样品的LA-ICP-MS 锆石U-Pb 年龄分析结果见表1。钾长花岗岩（DQD-1）的锆石颗粒的阴极发光（CL）特征如图6a，锆石颗粒主要呈柱状，无色透明，锆石晶体大小为80～200 µm，长宽比为1∶1～2∶1。锆石Th 含量为400×10-6～3 693×10-6，U 含量为357×10-6～2 066×10-6，阴极发光图像显示锆石具有明显的核幔结构，幔部均显示明显的震荡环带，且锆石微量元素Th/U 值（0.92～1.97）均大于0.4，指示锆石为岩浆成因（Rubatto，2002；GrantMatthew，2009；王梓桐等，2022；柳永正等，2023；杨济远等，2023）。本次研究对钾长花岗岩的锆石颗粒共分析22 个锆石测点，锆石测点数据高度集中，在锆石206Pb/238U 数据谐和图上（图7a），数据点均落在谐和线上或其附近，锆石206Pb/238U 年龄群为138～130 Ma，加权平均年龄为（133.6±1.1）Ma（MSWD=2.9），该年龄代表了钾长花岗岩岩体的侵位年龄，表明钾长花岗岩形成时间约为133 Ma。

表1 双庙关金矿床岩浆岩LA-ICP-MS 锆石U-Pb 同位素数据表Tab.1 LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic of the Shuangmiaoguan gold deposit

图6 双庙关金矿床火成岩锆石CL 图像Fig.6 Zircon CL images of plutons in the Shuangmiaoguan gold deposit

图7 双庙关金矿床岩体锆石U-Pb 年龄谐和图Fig.7 Zircon U-Pb ages of plutons in the Shuangmiaoguan gold deposit

样品SMHG-1（花岗斑岩）CL 特征如图6b，锆石主要呈柱状，无色透明，晶体长轴多为50～250 µm，长宽比为1∶1～3∶1，锆石的Th 含量为248×10-6～1 963×10-6，U 含量为330×10-6～852×10-6，阴极发光图像显示锆石具有明显的核幔结构，幔部均显示明显的震荡环带，且锆石微量元素Th/U 值为0.77～2.54，均大于0.4，指示锆石为岩浆成因。本次研究对花岗斑岩的锆石颗粒共分析14 个锆石测点，锆石测点数据高度集中，在锆石206Pb/238U 数据谐和图上（图7b），数据点均落在谐和线上或其附近，锆石206Pb/238U 年龄群为135～125 Ma，加权平均年龄为（127.9±1.6）Ma（MSWD=4.1），该年龄代表了花岗斑岩的结晶年龄，表明花岗斑岩形成时间约为128 Ma。

样品D2002-B1（闪长岩）CL 特征如图6c，锆石主要呈柱状，无色透明，锆石晶体大小为80～400 µm，长宽比为2∶1～4∶1。锆石Th含量为185×10-6～1 297×10-6，U 含量为195×10-6～766×10-6。阴极发光图像显示锆石具有明显的核幔结构，幔部均显示明显的震荡环带，锆石微量元素Th/U 值（0.63～2.65）均大于0.4，指示锆石为岩浆成因。本次研究对闪长岩的锆石颗粒共分析20 个锆石测点，锆石测点数据高度集中，在锆石206Pb/238U 数据谐和图上（图7c），数据点均落在谐和线上或其附近，锆石206Pb/238U 年龄群为132～122 Ma，加权平均年龄为（126.6±1.3）Ma（MSWD=4.0），该年龄代表了闪长岩的结晶年龄，表明闪长岩形成时间约为126 Ma。

6 讨论

6.1 成岩成矿时代

根据前述分析结果不难看出，双庙关金矿床成矿前钾长花岗岩和花岗斑岩年龄分别为（133.6±1.1）Ma、（127.9±1.6）Ma，成矿后闪长岩年龄为（126.6±1.3）Ma。因此，双庙关金矿床的成矿作用应发生于早白垩世（128～126 Ma）。前人研究表明，秦岭-桐柏-大别造山带发育了强烈的燕山期岩浆作用及其相关的成矿作用（刘巍等，2021）。笔直整理收集了小秦岭、熊耳山、桐柏矿集区的一系列与岩浆活动有关的金矿成矿年龄（图8a），发现在小秦岭矿集区内，东桐峪、樊岔、东闯、文峪、陈耳、枪马、杨砦峪等系列金矿床的成矿时间非常集中，其40Ar-39Ar 年龄为132～118 Ma（Li et al.，2012）。在熊耳山矿集区内，唐克非（2014）对公峪金矿蚀变岩矿石中绢云母40Ar-39Ar 定年，获得了（129.8±1.0）Ma 的成矿年龄；Wang 等（2019）对松里沟金矿黄铁矿Rb-Sr 定年，获得了（126.6±2.3）Ma 的成矿年龄，整个矿集区成矿年龄集中在135～118 Ma（图8a）。在桐柏矿集区内，梁涛等（2020）对高庄金矿黄铁矿Rb-Sr 定年，获得了（129.8±1.4）Ma 的成矿年龄；向祥辉等（2021）对黑龙潭金矿蚀变岩矿石中绢云母K-Ar 定年，获得了128.24～130.58 Ma 的成矿年龄，整个矿集区的主体成矿年龄集中在142～119 Ma（图8a）。因此，双庙关金矿床成矿年龄为128～126 Ma，表明大别地区的金矿化时间与华北克拉通南缘的小秦岭、熊耳山、桐柏等矿集区内的金成矿作用峰期基本一致。

图8 秦岭-大别造山带金矿床成矿作用、混合岩化、构造伸展、岩浆活动时代（据Keay et al.，2001；LI et al.，2012；唐克非，2014；Ji et al.，2017；王勇生等，2018；张哲坤，2020）Fig.8 Age of mineralization,mixed mineralization,tectonic extension and magmatic activity of gold deposits in Qinling-Dabie orogenic belt

6.2 成岩成矿构造背景

对小秦岭、熊耳山、桐柏、大别等矿集区内金矿床的成矿时代进行进一步统计发现，区域上金矿成矿时间多集中在140～120 Ma（Li et al.，2012；唐克非，2014；Ji et al.，2017），峰期约为130 Ma（图8a）。该期金成矿作用与区域上斑岩-矽卡岩型钼多金属矿床、火山-次火山作用有关的金银铅锌矿床成矿作用基本同时（刘欢，2016；赵新福等，2019；赵宇洁，2021），与秦岭-桐柏-大别地区早白垩世构造热事件关系密切，可能为深部岩石圈破坏的产物。

Ji 等（2017）认为桐柏-大别造山带在145 Ma 可能已开始伸展垮塌作用，随之混合岩化和壳内拆离，130 Ma 到达伸展作用峰期，以山根拆沉为标志，随后发生穹窿作用和大量岩浆活动（图8c）。造山带伸展作用开始时会引起与地壳减薄相关的热流的显著增强，并通常表现为地壳熔融、混合岩化和花岗岩侵入（Keay et al.，2001），对大别造山带区域上的混合岩锆石年龄进行统计可得（图8B），区域上混合岩锆石年龄主要为145～120 Ma，介于145～120 Ma 的年龄数据连续分布，其中尤以140～128 Ma 的数据分布最为密集。这些数据的加权平均年龄为（132.2±1.9）Ma（n=436），该年龄应代表了混合岩化峰期的时间（王勇生等，2018）。研究表明，在造山带造山后伸展垮塌过程中同时会伴随有明显的岩浆活动。秦岭-大别造山带内岩浆岩U-Pb 年代学统计结果显示（张哲坤，2020）（图8d），中生代岩浆活动大概有～148 Ma、～132 Ma、～118 Ma 等3 个峰期。马昌前等（2003）认为130～120 Ma 是岩浆作用最为强烈的一个时期。因此，双庙关金矿床的成矿时代与区域构造伸展、岩浆作用峰期年龄高度吻合，是秦岭-桐柏-大别地区早白垩世伸展构造-岩浆热事件产物，与深部岩石圈改造、破坏紧密相关。