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华北克拉通南缘熊耳山地区金矿床时空演化、矿床成因及成矿构造背景

唐克非  
【摘要】:华北克拉通南缘是我国重要的金、钼、钨、银、铅、锌等多金属成矿带,从西向东依次发育有小秦岭、崤山、熊耳山、外方山、栾川等多个矿集区。其中,熊耳山地区是我国继胶东、小秦岭地区之后又一重要的黄金产地。除金矿外,熊耳山及邻近地区还发育了大量钨、铝和铅-锌-银矿,矿床类型包括斑岩型、矽卡岩型和热液脉型等。前人对熊耳山地区金矿床的矿床地质特征、成矿流体及物质来源、成矿时代和矿床成因、成矿动力学背景等方面开展了较多研究,但对一些关键科学问题(如成矿作用时空演化和成矿构造背景)的认识还不太清楚并存在较大争议。本论文以华北克拉通南缘熊耳山地区的前河、店房、上宫和公峪金矿床为主要研究对象,在野外地质调查和系统采样的基础之上,对这些矿床开展了详细的矿相学研究,查明了各矿床的矿石矿物组合、结构构造以及金的赋存状态,划分了成矿期次和成矿阶段,在此基础上开展了系统的同位素年代学研究(蚀变绢云母40Ar/39Ar定年、辉钼矿Re-Os定年、石榴子石Sm-Nd等时线定年以及LA-ICP-MS锆石U-Pb定年),为熊耳山地区金矿成矿时代分布和区域成矿演化提供了新的资料。进一步对蚀变矿物和矿石矿物进行稳定同位素和稀有气体同位素分析,示踪成矿流体及物质来源,探讨金矿床与区域岩浆活动之间的成因关系以及壳源与幔源流体和成矿物质对金成矿作用的贡献。在获得大量第一手资料的基础上,结合前人对熊耳山、崤山、小秦岭地区以及华北克拉通周缘(如胶东、华北北缘等)中生代成矿作用和岩浆岩成因的研究进展,探讨华北克拉通南缘中生代金成矿作用与秦岭造山带演化以及华北克拉通破坏之间的关系。论文取得的主要认识和成果概括如下。 古元古代熊耳群浅变质火山岩系和晚太古代太华群中深变质岩基底岩系是熊耳山地区重要的赋矿地层。区内大量发育的NE向断裂构造带是重要的导矿构造,由含金石英脉或构造蚀变岩组成的金矿体明显受上述断裂及其次级构造控制,其形态多以脉状、透镜状和长条状为主。前河、店房、上宫以及公峪金矿床的成矿过程大致都经历了石英-黄铁矿化阶段、金-多金属硫化物阶段以及石英-碳酸盐阶段,但金沉淀主要发生在前面两个阶段。黄铁矿是各矿床中最常见的金属矿物也是最重要的载金矿物,与其共生的矿物主要有方铅矿、闪锌矿、黄铜矿以及石英、绢云母、钾长石、绿泥石、绿帘石等。此外,在店房金矿和上宫金矿还分别发育了大量与含金黄铁矿密切共生的热液石榴子石和铁白云石。上述矿床围岩蚀变强烈,常见的围岩蚀变有硅化、绢云母化、黄铁矿化、黄铁绢英岩化、黑云母化、碳酸盐化及其组合等。其中,黄铁绢英岩化是与金成矿最为密切相关的蚀变类型。金多以自然金、银金矿以及金银矿等形式呈孤立状、细脉状分布在碎裂黄铁矿的微裂隙中或包裹于黄铁矿中。 前河、店房、上宫、公峪以及崤山金矿床的成矿时代分别为134.7+0.6~123.8+1.3Ma、206±34~202±18Ma、236.5±2.5~.7±1.4Ma、130.7±1.5~124.0±1.0Ma和156.1±1.0Ma。结合邻区小秦岭近年来获得的成矿年代学数据,认为华北克拉通南缘存在早中生代和晚中生代两次独立的金矿成矿事件。对前河和公峪矿区内与金矿脉空间关系密切的花岗岩脉和碱性岩脉的LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果表明,其侵位时代分别为156.4+1.2Ma~132.6±0.7Ma和236.2±1.7Ma。结合区内已有的三叠纪和晚侏罗-早白垩世的侵入岩同位素年龄数据,可以认为熊耳山地区中酸性侵入岩(脉)与该地区金矿床的形成时间基本一致。 主成矿阶段形成的金属矿物和非金属矿物的C-H-O-S稳定同位素和稀有气体同位素研究为探讨成矿流体及成矿物质来源提供了重要信息。δDH2O-δ18OH2O图解显示,前河及公峪金矿床主成矿阶段的H-O同位素组成位于岩浆水附近,暗示其成矿流体可能来源于岩浆热液,晚期有大气水的混入。上宫金矿H-O同位素组成靠近变质水区域,结合上宫金矿中-低温、低盐度、富CO2的流体包裹体特征,指示其成矿流体可能以变质水为主,但不排除岩浆来源的可能。在δ18OSMOW-δ13CPDB图解中,上宫金矿床的C-O同位素组成与同区祁雨沟隐爆角砾岩型金矿床及胶东典型金矿床差异较大,但与加拿大Victorian造山型金矿省的典型造山型金矿床C-O同位素特征极为相似,进一步证明上宫金矿床的成矿流体可能以变质流体为主,成矿流体来自熊耳山南侧中晚元古代海相碳酸盐-碎屑岩地层的俯冲变质脱水。硫化物矿物的S同位素研究表明,前河、上宫金矿部分样品以及店房、公峪和崤山金矿的634s值为零值附近或者为较小的正值,总体介于-1.9~+6.84‰之间,暗示硫的来源可能都具有深源性。但需要指出的是,前河、上宫金矿床部分硫化物的fδ34S值具有明显的负值,分布范围为-18.7~-4.0%0,但并非代表了源区的特征,更可能反映了成矿流体演化过程中物理化学条件的剧烈变化,如流体沸腾造成的流体氧化事件和强烈的水-岩相互作用等。公峪、店房、上宫以及崤山金矿床黄铁矿的3He/4He值分别为0.20~1.78Ra(平均1.16Ra)、0.18~1.09Ra(平均0.62Ra)、0.03~0.95Ra(平均0.35Ra)和0.23~1.11Ra(平均0.60Ra),显著高于地壳的3He/4He比值(0.05~0.01Ra),但明显低于地幔流体的3He/4He值(7~9Ra)。He同位素的两端元模拟计算,获得成矿流体中地幔来源He的贡献率范围分别为6.39~59.12%(平均38.23%)、5.13~36.11%(平均19.27%)、0.56~31.46%(平均11.41%)和7.36~36.82%(平均19.76%),反映幔源流体不同程度地参与熊耳山地区金成矿作用。 上宫金矿床成矿作用发生于中-晚三叠世,与秦岭造山带陆陆碰撞造山作用的时间相近,其矿体产出特征、典型矿石矿物组合、成矿流体特征、C-H-O-S稳定同位素组成等都与造山型金矿相似,据此将上宫金矿床的矿床类型划分为造山型金矿床。店房金矿床的形成时间与上宫金矿相近,尽管其矿床地质特征、流体包裹体特征和稳定同位素组成显示其成因可能与岩浆活动有关,成矿流体也并非来源于变质流体,但这并不否定它是造山型金矿,因为一部分造山型金矿床仍然产于侵入岩中或者岩浆热液有较大贡献。对于以前河和公峪为代表的的晚中生代金矿床,尽管其控矿构造、热液蚀变、成矿元素组合、硫同位素组成等与典型的造山型金矿床相似,但根据成矿时代与区域变质作用时间的显著差异、流体包裹体特征、成矿流体及物质来源等方面的综合分析认为,这些矿床与造山型金矿有显著差异,应属于非造山型金矿。 综上所述,华北克拉通南缘熊耳山地区存在早中生代和晚中生代两次独立的构造-岩浆-成矿事件。早中生代时期的金矿床不仅在熊耳山地区产出,也出现在小秦岭和小秦岭以西的西秦岭造山带,表明这次成矿作用与秦岭造山带的形成演化有关。晚中生代的金矿床不仅在熊耳山地区广泛发育,在华北克拉通南缘的小秦岭地区也普遍存在,其成矿时间与华北克拉通东部的晚中生代断陷盆地、变质核杂岩、A型花岗岩、镁铁质-超镁铁质及花岗质岩、中基性火山岩及基性脉岩的年龄基本一致,并与华北克拉通岩石圈减薄的时间吻合。据此认为,包括熊耳山地区在内的华北克拉通南缘晚中生代金矿床是华北克拉通岩石圈减薄的响应和产物。 综合考虑华北克拉通南缘及东部晚侏罗世金成矿作用及岩浆活动,推测华北克拉通南缘和东部岩石圈减薄的时间起始于中侏罗世。华北克拉通周缘中生代金成矿作用在时间上与华北克拉通广泛发育的双峰式岩浆岩、断陷盆地、变质核杂岩构造以及基性岩脉的耦合关系进一步证明,华北克拉通晚侏罗-早白垩世金成矿作用是克拉通岩石圈减薄的浅部地壳响应。由于这一时期的矿床在小秦岭以西的西秦岭造山带极少出现,结合现有的地球物理资料及已开展的金矿床研究,初步认为华北克拉通岩石圈减薄的西界大致位于小秦岭以西的蓝田-华县一带。克拉通岩石圈减薄、破坏现象是特定构造环境下大陆岩石圈演化的必然产物,并非仅仅发生在我国华北克拉通,例如北大西洋克拉通、怀俄明克拉通等均发生了不同程度的岩石圈的减薄。但华北克拉通破坏的程度高,地表构造-岩浆-成矿作用响应广泛,是前寒武纪古老克拉通破坏的典范。


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