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《南京大学》 2011年
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河南小秦岭金矿成矿作用地球化学研究

赵海香  
【摘要】:小秦岭地区是我国仅次于胶东的第二大金矿产地,对该地区金矿床的成因研究不仅具有重要的科学意义,而且具有重要的经济意义,因此一直是矿床学家关注的领域。本文选择小秦岭金矿区的5个典型矿床(大湖、灵湖、文峪、枪马、崟鑫)作为主要研究对象,通过详细的矿床地球化学研究,特别是系统的流体包裹体研究,微量元素分析、多元同位素体系(H-O-C-Pb-S)示踪,讨论了金矿床的成矿物质和成矿流体来源,建立了该区的金成矿模式。同时对该区主要的燕山期花岗岩体进行了详细的矿物岩石地球化学研究,确定了成岩年代和岩体成因,并讨论其是否与金成矿有密切联系。 文峪和娘娘山花岗岩是本区的主要岩浆岩,主体岩性为黑云母二长花岗岩,同时发育角闪黑云花岗闪长岩,岩石中主要矿物为斜长石、钾长石、石英、黑云母、角闪石。两岩体属准铝到弱过铝质岩石,锆石U-Pb定年结果分别为131±1 Ma和134±1 Ma。上述两岩体相对于原始地幔富Si、K、Ba和Sr,而贫Nb、Ta、P、Ti、Mg, Ni、V和Y,均表现出类似TTG岩系和埃达克岩的性质,富集轻稀土元素(LREE),具有高的Sr/Y比值,无Eu的负异常,富集大离子亲石元素(LILE),亏损高场强元素(HSFE)。两花岗岩体具有高的初始87Sr/86Sr值(文峪0.7076~0.7089;娘娘山0.7074~0.7086),低负εNd(t)值(文峪-15.0~-10.1;娘娘山-18.5~-12.2),以及低负εHf(t)值(文峪-21.9~-10.4;娘娘山-30.8~-20.8)。这些同位素特征都指示岩浆的壳源成因。另外,低的MgO, Ni和V含量也暗示地幔物质没有加入或者加入很少。地球化学和同位素特征都与加厚下地壳部分熔融的埃达克质岩浆一致,说明花岗岩的源岩很可能来自于下地壳。本区太古代到古元古代的太华群老地层是最可能的源岩,但是其同位素组成却与花岗岩有些许差别,我们注意到中元古代1.78 Ga的碎屑锆石在花岗岩中发育,并且Hf同位素组成落在Hf的年龄演化线上,我们认为包括太华群和1.78 Ga底侵到地壳底部的玄武质岩石的下地壳是最可能的源岩,高的Sr/Y和La/Yb比值以及低的Yb和Y含量暗示角闪石+石榴石+单斜辉石可能是主要的残留相。Sr和Eu无异常说明源区没有斜长石残留,且岩浆演化时未发生斜长石的分离结晶。角闪石压力计计算得到岩浆侵位于约11 km深部的基底太华群岩石中,文峪和娘娘山岩体的结晶温度大约770~790℃。岩浆演化阶段,角闪石、磷灰石和榍石分离结晶导致元素组成的规律变化。本区花岗岩形成时,石榴石作为残留证明加厚地壳的存在,而新生代及现今地壳明显减薄,因此推断本区地壳减薄可能发生在130 Ma之后。 通过对典型矿床文峪金矿的流体包裹体研究,可以将文峪金矿流体成矿过程分为早、中、晚三个阶段,其热液石英中发育CO2-H2O型、纯CO2型和H2O溶液型三种类型流体包裹体。早阶段石英中原生包裹体主要是CO2-H2O型和纯CO2型,其成分为CO2+H2O+N2+CH4,均一温度集中在290~330℃,盐度为1.0~9.6wt% NaCl equiv.;中阶段为主成矿阶段,该阶段石英中包含了所有三种类型的包裹体,其中以CO2-H2O型包裹体为主,获得CO2-H20和水溶液包裹体均一温度集中在250~290℃,盐度为0.0~12.8wt% NaCl equiv.;晚阶段石英仅发育水溶液型包裹体,具有较低的均一温度(114~239℃)和盐度(4.2~9.0 wt% NaCl equiv.)。根据CO2-H2O型包裹体计算早、中阶段压力分别为130~178 MPa和85~150 MPa,对应的成矿深度分别为4.7~6.5 km和3.1~5.5 km。H-O同位素研究表明,文峪金矿早阶段成矿流体δ18O值变化于4.3~5.5%o,δD变化于-63~-47%,投影点落在变质水区域内及左边边界,说明流体来自变质作用,两个晚阶段样品流体δ18O分别为-3.2%和-3.0%,δD分别为-46‰和-64‰;与早阶段相比,向大气降水线或中生代东秦岭大气降水范围漂移,表明晚阶段流体有大量大气降水加入。中阶段成矿流体的δ18O为0.9~4.8%,δD值为-49--40%,落在变质水与大气降水之间总体介于早、晚阶段样品之间,说明其可能属于早阶段流体与大气降水的混合热液。总体而言,文峪金矿的初始流体具有中高温、富CO2、低盐度的变质流体特征,晚成矿阶段大气降水加入增多,流体演化为低温、低盐度水溶液流体,流体的不混溶导致了主成矿期矿质的大量沉淀。 对大湖、文峪和崟金矿进行了LA-ICP-MS原位黄铁矿微量元素分析表明,黄铁矿中的Au含量较低(0.01 ppm~2.2 ppm),而Ni含量较高(甚至达到8425 ppm)。主成矿阶段(Ⅱ和Ⅲ)明显比成矿早阶段(Ⅰ)高的多的Au和Ni含量。镜下观察表明,金主成矿阶段的黄铁矿与年龄为~218 Ma(辉钼矿Re-Os定年)的Mo为一期成矿的产物,微量元素分析也证明了这一点,因此认为主成矿年龄为与华北华南碰撞同时的印支期,推测金矿为前人提出的造山型金矿,黄铁矿中高的Ni含量(高达8425 ppm)可能暗示成矿物质来源为深源的基性超基性岩而不可能是燕山期花岗岩,同时燕山期花岗岩中赋存的同期车仓峪Mo矿中黄铁矿具有低的Ni含量(4.5~16.1 ppm),明显不同于含金石英脉中的高Ni含量,也从侧面证实了金矿成矿物质不可能来自于花岗岩。黄铁矿中低的Au含量也与典型的造山型金矿一致。 对典型矿床进行了Pb-S以及C-O同位素分析。硫化物的206Pb/204Pb为16.9831~17.8070,207Pb/204Pb为15.3968~15.5563,208Pb/204Pb为37.4047~38.5123。3件围岩中硫化物Pb同位素值也落入这些范围中。Pb同位素图解中,矿石矿物的投影区域落在太华群地层的范围内,与花岗岩中长石的Pb同位素组成相差较大,因此,Pb源为太华群。而矿石矿物的S同位素组成变化较大(-13.6~7.5‰),与太华群大的变化范围一致(-5.4~10.5‰),而花岗岩的S同位素为较小的正值,且组成变化较小(1.4~4.3‰),因此S源应为太华群地层。成矿晚阶段铁白云石的C-O同位素值δ13 Cv-PDB变化范围为-3.4~-6.7‰,平均值为-5.1‰,反应碳的深源特征,与典型的造山型金矿一致。与Au密切共生的Pb-S均显示与太华群地层有密切的联系,推测成矿的Au也来自围岩地层太华群。 综上,我们推测,金主成矿期为印支期,前人得到的燕山期年龄可能只是反映了燕山期金的局部活化转移。成矿流体以变质水为主,成矿物质来源为围岩太华群,是典型的造山型金矿,是对印支期华北与华南碰撞造山过程的响应。
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