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华北地台北缘东段赤峰-朝阳地区浅成热液金矿床成矿作用研究

杨帆  
【摘要】:研究区位于内蒙赤峰和辽宁朝阳两个地级市接壤部位,地处华北地台北缘东段与兴蒙造山带接壤的复合构造区,复杂的构造、岩浆作用使得本区成为倍受关注的金成矿区。目前,已勘探出大中型金矿床20余座,包括撰山子、金厂沟梁、二道沟、奈林沟、小塔子沟等,是中国重要的金矿带之一。近些年,随着开发的推进,一些中小型矿床资源开采殆尽,亟待开展相关矿区深部和外围金矿的找矿工作,缓解研究区内资源枯竭的问题。如何解决这一现存的自然科学问题,迫在眉睫。因此,本文在综合前人研究的基础上并依托中国地质调查局项目,对研究区内具有代表性的金矿床(撰山子、金厂沟梁及二道沟矿床)开展了系统的矿床地质、流体包裹体、同位素年代学、同位素地球化学等方面的研究,以期为进一步找矿提供理论依据,所取得的成果与进展如下:1.研究区内典型矿床矿石类型以硫化物石英脉(石英大脉和细脉+网脉)型为主,少量为蚀变岩型;成矿作用大体经历四个阶段,依次为黄铁矿–石英阶段(成矿早阶段)、石英–黄铁矿阶段(成矿主阶段)、石英–多金属硫化物阶段(成矿主阶段)、碳酸盐阶段(成矿晚阶段);围岩蚀变及分带现象较为明显,由矿体中心向两侧围岩依次呈现白色硅化、黄铁绢英岩化、青色硅化、青磐岩化、钾化等蚀变现象;矿石中的金属矿物以黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、自然金等为主,含少量闪锌矿和黝铜矿等。2.矿床的矿物流体包裹体研究表明,金厂沟梁金矿成矿早阶段发育W型(水溶液)和C型(含CO_2水溶液)包裹体,其均一温度为356.4~416.8℃、盐度为3.33~13.07wt.%、密度为0.54~0.73g/cm~3;成矿主阶段发育W型和C型包裹体,其均一温度为260.5~408.9℃、盐度为3.71~11.48wt.%、密度为0.60~0.84g/cm~3;成矿晚阶段发育W型包裹体,其均一温度为202.8~334.2℃、盐度为8.94~11.11wt.%、密度为0.76~0.94g/cm~3。二道沟金矿成矿早阶段发育W型包裹体,其包裹体的均一温度为334~395℃、盐度为7.72~11.23wt.%、密度为0.67~0.74g/cm~3;成矿主阶段发育W型和C型包裹体,其均一温度为214~364℃、盐度为0.20~23.18wt.%、密度为0.59~1.00g/cm~3;成矿晚阶段发育W型包裹体,其均一温度为172~272℃、盐度为0.35~5.25wt.%、密度为0.76~0.93g/cm~3。撰山子金矿成矿早阶段发育W型包裹体,其均一温度为284~408℃、盐度为2.23~6.58wt.%、密度为0.51~0.79g/cm~3;成矿主阶段发育W型包裹体,其均一温度为200~380℃、盐度为0.35~3.23wt.%、密度为0.54~0.89g/cm~3;成矿晚阶段发育W型包裹体,其均一温度为145~245℃、盐度为0.35~1.05wt.%、密度为0.81~0.93g/cm~3。三个矿床其成矿早阶段含矿流体均属于中温、中低盐度的NaCl-H_2O-CO_2体系;成矿主阶段流体演化为中温为主、中低盐度共存的NaCl-H_2O-CO_2不混溶体系;成矿晚阶段,成矿流体已逐渐演化为以H_2O为主的低温、低盐度的NaCl-H_2O体系。3.矿物流体包裹体氢–氧同位素显示,初始含矿流体主要由深源岩浆提供,并且有幔源物质的加入,成矿过程伴随着大气降水的持续加入;氦–氩同位素显示金厂沟梁金矿的流体并非简单的地幔流体与大气降水的混合物,而可能是以洋壳俯冲为主的流体交代形成的EMⅡ型富集地幔的产物;硫–铅同位素揭示成矿物质具有以幔源为主的壳幔混合源属性,并且金厂沟梁和二道沟金矿可能来自下地壳具有Ⅰ型富集地幔属性,而撰山子金矿成矿物质呈现Ⅱ型富集地幔属性,成矿流体上升运移的过程中均萃取了少量围岩中的成矿物质。4.成岩成矿年代学示踪显示,撰山子金矿赋矿围岩的锆石U–Pb年龄介于252.0±1.5Ma~252.8±3.2Ma之间,金厂沟梁金矿开展的硫化物Rb–Sr同位素等时线年龄在127.6±5.5Ma~127.5±2.0Ma之间。结合前人研究成果认为研究区内至少存在2期金成矿事件,依次为晚二叠世–早三叠世(252Ma~245Ma)和早白垩世(140Ma~126Ma)。5.与成矿密切相关的岩浆热事件元素地球化学、Hf同位素特征揭示,撰山子花岗斑岩属高钾钙碱性岩石系列,富集大离子亲石元素、不相容元素和轻稀土元素,相对亏损重稀土元素和高场强元素,岩石表现为下地壳的部分熔融形成的岩浆经结晶分异作用生成的高分异I型花岗岩,其整体处于兴蒙造山带向华北板块碰撞造山后的拉张构造背景之下;西对面沟岩体(石英二长岩)属于钾玄岩岩石系列,富集大离子亲石元素、不相容元素和轻稀土元素,相对亏损重稀土元素和高场强元素,整体为C型埃达克质岩石,为加厚下地壳的部分熔融形成,其整体处于岩石圈强烈减薄的伸展时期。6.将岩浆作用、流体起源演化与区域构造演化背景相结合,认为撰山子金矿成矿与晚二叠世–早三叠世兴蒙造山带和华北板块碰撞造山后的伸展有关,其含矿流体库为俯冲板片脱水交代地幔楔形成的玄武质岩浆,该玄武质岩浆底侵至深部下地壳使其发生部分熔融形成酸性岩浆,两者混合形成初始岩浆房,伴随着岩浆的上升,释放出的初始含矿流体沿着撰山子金矿田内早期形成的不同方向的韧脆性断裂继续向上运移并萃取围岩中的成矿物质,大气降水的加入导致含矿流体发生强烈的不混溶作用,致使成矿流体的物理化学条件发生变化,由此导致撰山子金矿的形成;金厂沟梁及二道沟金矿的成矿处于早白垩世中国东部岩石圈大规模的减薄的背景下,俯冲板片脱离导致软流圈底侵下地壳使其发生部分熔融形成初始岩浆房,岩浆上移释放出的初始含矿流体沿早期形成的断裂继续向上运移并萃取围岩(变质岩系及火山岩)中的成矿物质,而后大气降水的加入导致含矿流体发生强烈的不混溶作用,致使流体的物理化学条件发生变化,并导致金和其他一些金属硫化物发生沉淀形成金厂沟梁、二道沟金矿。


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