蓬莱黑岚沟金矿区岩浆作用对成矿制约：岩石地球化学、年代学证据.pdf

书书书 年第 期 第 卷黄金 黄 金 地 质 蓬莱黑岚沟金矿区岩浆作用对成矿制约：岩石地球化学、年代学证据收稿日期：；修回日期：基金项目：国家自然科学基金项目（）；山东省自然科学基金项目（，）；山东省重点研发计划项目（）；山东省地勘基金项目（鲁勘字 号，鲁勘字 号）作者简介：刘强（），男，高级工程师，博士，从事地质矿产研究工作；：通信作者：张岩（），男，高级工程师，博士，从事地质矿产、矿床学研究工作；：刘强，李大鹏，张岩，尉鹏飞，蔡娜，张超，谢伟，（山东省地质科学研究院；自然资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室；山东省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室）摘要：黑岚沟金矿区位于胶北地区东部，目前探明金储量占蓬莱地区的 以上。矿区内与成矿相关的侵入岩富硅、富碱、贫镁，（，平均值 ）、质量分数小于 ，稀土元素球粒陨石标准化配分曲线具明显的右倾分配模式，具有弱的正 异常，（）（）值为 ，为 型花岗岩，具有低镁埃达克岩的特征。锆石 法测得侵入岩结晶年龄分别为（）、（）和（），均属中侏罗世早期岩浆活动产物。黑岚沟金矿区主要受下地壳和岩石圈地幔控制，成矿物质来源与地壳的部分熔融、岩石圈地幔和软流圈地幔上涌相关，属于壳幔混合来源。关键词：地球化学；锆石 法；同位素；黑岚沟；蓬莱；成矿物质来源中图分类号：文献标志码：开放科学（资源服务）标识码（）：文章编号：（）：黑岚沟金矿区位于胶北地区东部、栖霞蓬莱金矿带北段，由多个石英脉型金矿床组成，主要包括黑岚沟矿段、初格庄矿段、齐家沟矿段、强家沟矿段和侯格庄矿段等，矿区目前探明金储量占蓬莱地区的 以上。前人对黑岚沟金矿区的地球物理特征、岩浆活动的构造背景、成矿物质来源、同位素年龄、成矿规律等 方面进行了初步研究。目前，该矿区内花岗岩类地球化学演化特征及其指示大地构造背景转化的系统研究成果缺失，制约了对岩浆活动的构造驱动机制和大规模金成矿机理的深入理解。本研究在细致野外地质调查工作基础上，采集黑岚沟金矿区内与成矿关系密切的侵入岩样品及典型矿石，开展岩相学、岩石地球化学和锆石 年代学等方面的研究，厘定侵入岩的成岩（矿）时代，揭示岩体起源及其形成环境，探讨岩石成因与演化及其对成矿的制约，该研究对于进一步认识胶西北地区燕山晚期岩浆演化与金矿成因具有一定的科学意义。区域地质背景及矿床地质黑岚沟金矿床位于华北地台郯庐深大断裂带东侧，胶北隆起区的栖霞复背斜北翼东段，其成矿地质条件受控于所属成矿带的地层、构造、岩浆岩。矿区内地层出露较简单，构造运动较频繁，岩浆活动强烈（见图 ）。矿区内矿体多位于岩体的构造破碎蚀变带内，石英脉多以充填为主，蚀变岩以热液交代为主。矿体总体呈脉状、网脉状、透镜状，产状受构造破碎蚀变带控制。矿体在构造破碎蚀变带中的赋存状态具有一定规律性，在构造膨胀部位围岩蚀变越强烈，则金矿化越明显。在构造膨胀部位存在上、下 个结构面（断层面），夹持在结构面之间的蚀变体，是由几种碎裂和蚀变程度不同的蚀变岩石所组成。靠近上、下结构面，岩石破碎、裂隙密集，多穿插脉状或网脉状石英脉，形成夹石英脉的黄铁绢英岩，其构成了矿体的主体。样品及分析方法 样品采集及特征样品采集主要在黑岚沟矿段、齐家沟矿段和强家沟初格庄矿段的井下及岩芯中选择侵入岩样品及矿体围岩。共采集了侵入岩样品 件，矿石样品件。黄 金 地 质黄金 第四系 郭家岭序列罗家单元二长花岗岩 玲珑序列郭家店单元二长花岗岩 大柳行序列燕子夼单元二长花岗岩 石英闪长玢岩脉 煌斑岩脉 黄铁绢英岩蚀变带及编号 断裂图 黑岚沟金矿区地质简图黑岚沟金矿区与成矿作用相关的侵入岩主要为燕山早期的侏罗世花岗岩（见图），在地表分布于矿区东部燕子夼磁山一带，井下大面积分布为中粗粒二长花岗岩。岩石呈灰白色、灰色，中粗粒结构，块状构造。主要矿物成分及占比为：钾长石 ，斜长石 ，石英 ，黑云母 。矿区矿石成分简单，金（见图 ）赋存于石英脉中，金属矿物主要有自然金、银金矿、黄铁矿、方铅矿、闪锌矿，以及少量黄铜矿、磁黄铁矿；脉石矿物主要有石英、长石、绢云母、绿泥石、方解石等。自然金常与金属硫化物共生，由于部分颗粒较大，形成的明金肉眼可见，但分布不均，往往在矿石金品位很富的地方可见。分析方法全岩主量元素和微量元素分析测试工作在山东省地质科学研究院完成。主量元素测试采用 射线荧光光谱法（），使用仪器为 型 射线荧光光谱仪。微量元素和稀土元素测试分析采用电感耦合等离子体质谱法（），使用的仪器为 等离子体质谱仪。锆石分选工作在廊坊市峰泽源岩矿检测技术有限公司完成。样品靶的制作、透射光、反射光和阴极发光由北京锆年领航科技有限公司完成，锆石 、齐家沟矿段井下花岗岩照片 手标本照片、花岗岩镜下照片 黑云母 石英 钾长石 斜长石图 黑岚沟金矿井下围岩照片及其显微照片年龄测试分析在山东省地质科学研究院的激光剥蚀 多接收电感耦合等离子体质谱仪（）上完成。锆石 测年数据处理采用 程序，年龄谐和图采用 软件绘制。结果及分析 岩石地球化学分析对黑岚沟金矿区侵入岩样品进行了岩石地球化学全分析，结果见表 。年第 期 第 卷黄 金 地 质 矿石手标本、碎裂状黄铁矿脉（反射光）黄铁矿内包裹的自然金（反射光）黄铁矿 金图 黑岚沟金矿区矿石显微照片表 黑岚沟金矿区侵入岩的主量元素、微量元素及稀土元素测试结果元素及参数 黄 金 地 质黄金表 （续）元素及参数 （）（）（）（）注：主量元素单位为；微量元素及稀土元素单位为 。主量元素特征黑岚沟金矿区侵入岩石按 质量分数可以分为 类，一类样品 质量分数高，为 ，平均值 ；另一类 质量分数较低，仅有 。质量分数较低，为 ，平均值 ；质量分数 ，平均值 ；质量分数 ，平均值 ；烧失量较低。将样品进行碱 硅（）图解投图，结果见图 。由图 可知：样品大多投在花岗岩区域内。从岩石系列上看，样品落在了高钾钙碱性钙碱性系列区域内（见图 ），属于偏铝质过铝质岩石（见图 ）。橄榄辉长岩 碱性辉长岩 亚碱性辉长岩 辉长闪长岩 闪长岩 花岗闪长岩 花岗岩 硅英岩 二长辉长岩 二长闪长岩 二长岩 石英二长岩 正长岩 副长石辉长岩 副长石二长闪长岩 副长石二长正长岩 副长石正长岩 副长石深成岩 霓方钠岩 磷霞岩 粗白榴岩图 黑岚沟金矿区花岗岩碱 硅（）图解 图 黑岚沟金矿区花岗岩 （）（）图解 岛弧花岗岩类 大陆弧花岗岩类 大陆碰撞花岗岩类 后造山花岗岩类 与裂谷有关的花岗岩类 与大陆造陆抬升有关的花岗岩类 大洋斜长花岗岩类图 黑岚沟金矿区花岗岩的 图解 稀土元素和微量元素特征稀土元素（）质量分数为 ，平均值 ，在稀土元素球 年第 期 第 卷黄 金 地 质 粒陨石标准化配分模式图（见图 ）中具有相似的稀土配分特征，配分曲线显示为明显右倾到相对平坦，（）（），（）（），富集轻稀土元素，相对亏损重稀土元素，轻、重稀土元素分异现象较明显。矿石稀土元素大部分表现出弱的负 异常，少部分具有弱的正 异常，。花岗质围岩样品表现出较弱的负 异常，表明该岩体遭受了轻微的蚀变及风化作用。图 黑岚沟金矿区侵入岩稀土元素和微量元素模式图 在微量元素原始地幔标准化蛛网图（见图 ）中，所有矿石样品均表现出明显的富集大离子亲石元素 、和高场强元素 、，具有高的 值（），平均值 ）。锆石 年代学本次研究选择了 件样品进行锆石 同位素测试分析，锆石阴极发光（）图像（见图 ）显示，锆石以长柱状、板柱状晶体为主，个别为短柱状，粒径多在 ，长宽比多为 ，少量为 。锆石晶体轮廓清晰，晶面多数光滑，内部结构清楚，振荡环带、核幔结构较发育，部分锆石颗粒发育裂隙，表现出典型的岩浆锆石特征。图 黑岚沟金矿区花岗岩锆石阴极发光图像样品测试数据见表 。齐家沟矿段花岗岩样品 （见图 ）个测点的 年龄和谐，集中位于谐和线附近，其谐和年龄值为（），；加权平均年龄为（），。齐家沟矿段花岗岩样品 （见图 ）个测点的 年龄和谐，集中于谐和线附近，其谐和年龄值为（），；加权平均年龄为（），。强家沟矿段花岗岩样品 （见图 ）个测点的 年龄和谐，集中于谐和线附近，其谐和年龄值为（），；加权平均年龄为（），。黑岚沟金矿区侵入体的岩浆结晶年龄均属燕山早期中侏罗早期岩浆活动的产物。黄 金 地 质黄金 年第 期 第 卷黄 金 地 质 图 黑岚沟金矿区花岗岩锆石 年龄谐和图 讨论 成岩时代黑岚沟金矿区存在 期侵入岩体，形成时代分别为古元古代、早侏罗世、早白垩世，对应岩体分别为大柳行序列燕子夼单元二长花岗岩、玲珑序列郭家店单元二长花岗岩和郭家岭序列罗家单元二长花岗岩。本次研究采集的侵入岩样品为井下与矿化相关的侏罗纪岩体，未发生变质，且锆石阴极发光图像岩浆振荡环带清晰，所测样品的数据点均位于 年龄谐和曲线上，研究结果将齐家沟矿段花岗岩结晶年龄限定为（），将强家沟矿段二长花岗岩结晶年龄限定为（），表明这 处岩体是中侏罗世岩浆活动的产物，属燕山早期侵入岩。从鲁西与胶东岩浆侵位时间来看，等 认为铜石岩体和铜井岩体的锆石 年龄分别为（）和 ，等 获得了铜石岩体的 等时线年龄为（），胡华斌等 报道了铜石闪长玢岩的锆石 年龄为（），等 报道了铜石岩体的石英二长岩和正长斑岩的年龄为 ，郭谱 获得铜井岩体 年龄为 。这些年龄代表了铜石杂岩体的侵位时间，而本次在黑岚沟金矿区发现的 的岩浆侵位活动与鲁西地区铜石杂岩体的侵位时间基本一致，揭示着胶东地区也存在着与鲁西同时代岩浆活动，从胶东和鲁西地区的成矿物质来源是否相同这一角度思考，值得进一步研究。已有研究认为，玲珑序列岩体的年龄在 ，本次获得的年龄（）要早于玲珑序列岩体的活动范围，这一发现是对胶东地区一直以来没有发现 岩浆活动的补充，具有很好的科学研究意义。构造背景在晚三叠世晚侏罗世，板块俯冲后碰撞的巨大挤压作用导致华北克拉通南缘地壳增厚，早侏罗世末期，郯庐断裂开始产生并发生左行平移运动，这时候玲珑花岗岩强力侵位，而郯庐断裂带发生了巨大的左行平移，将胶北地块从蚌埠五河的东部推移到现在的位置。黑岚沟金矿区侵入岩亦随着郯庐断裂带的活动而侵位形成，在其 （）（）图解（见图 ）中样品基本落入大陆花岗斑岩区域内，在侵入岩 （）（）判别图解（见图 ）上显示其形成于火山弧同碰撞构造环境；在 图上显示为大陆弧与后造山花岗岩，以上特征显示黑岚沟金矿区侵入岩的岩浆源区主要为重熔型花岗质岩浆，成岩环境处于挤压构造背景。到了早白 黄 金 地 质黄金垩世，郯庐断裂带由左行压扭向右行拉张转化，导致胶北地块郭家岭岩体侵位。同时，郯庐断裂带发生了大规模的拉张，导致沂沭裂谷、胶莱盆地、青山群火山岩、金矿床等形成和隆起区大量脉岩侵入。图 黑岚沟金矿区侵入岩的 （）（）图解（）和侵入岩 （）（）判别图解（）从侵入岩的岩石地球化学分析结果来看，主量元素显示了高硅、高碱、富钾、贫钙、贫镁及低钛的特征，（）（）值较高，（）（）值和（）较高，微量元素 、质量分数较高，、质量分数较低，异常不明显，符合 型花岗岩特征。本次研究的花岗岩具有较高的（）（，平均值 ），且 质量分数（）小于 ，这与高分异的 型花岗岩（低 ，）有区别。花岗岩具有较低的 质量分数（平均值 ）和较高的 质量分数（平均值为 ），这与 型花岗岩区别明显。在 （）（）（）（）图解（见图 ）中，样品大部分也均落入 型花岗岩区域内，因此可以判定侵入岩属于 型花岗岩。图 黑岚沟金矿区侵入岩的 （）（）（）（）图解 岩浆作用对成矿制约黑岚沟金矿区侵入围岩的主量元素、微量元素分析表明，其均具有高 、高 、低 ，富集大离子亲石元素（、）和轻稀土元素，亏损高场强元素（、）和重稀土元素，以及高 、低 和 的特征，图解中样品落入偏铝质过铝质区域内，在 （）（）图解上样品落入高钾钙碱性钙碱性区域内。在稀土元素球粒陨石标准化配分模式图上具有较为明显的右倾分配模式，轻重稀土元素分异现象较明显。这些特征显示出低镁埃达 克 岩 的 特 点（见 图 ）。花 岗 岩 较 高 的（）（）值和亏损重稀土元素的特征指示了该岩体的源区残留相中含有石榴石和 或角闪石，同样该岩体稀土元素表现出弱的正 异常，这区别于典型的板内花岗岩的“”型配分模式。花岗岩中（）（）值为 ，高于地壳的平均值（）。以上特征表明，黑岚沟金矿区侵入岩主要为壳源物质熔融的产物。图 黑岚沟金矿区侵入岩的埃达克岩 （）（）（）判别图解 对于胶西北地区金矿或者扩大到胶东地区金矿的成矿物质来源，翟建平等 认为，成矿流体来源于大气降水，成矿物质来源于围岩，包括花岗岩、变质岩；张连昌等 认为，成矿流体来源于与中基性脉岩有关的幔源流体，成矿物质主要来源于地幔；吕古贤等 认为，晚太古代元古代的海底基性火山岩 年第 期 第 卷黄 金 地 质 及沉积岩系是胶东金矿的初始矿源岩，胶东前寒武纪变质岩系是金矿的中间矿源岩，而主要在中生代期间形成的同源交代重熔花岗岩是直接矿源岩；侯明兰等 对蓬莱地区金矿的黄铁矿和方铅矿单矿物进行了系统的 同位素研究，认为黑岚沟金矿区的成矿流体与围岩（如新太古代胶东岩群地层）的水岩交换反应作用更强，更多上地壳物质进入了成矿流体，幔源贡献可能稍少，壳源组分混入稍多。等 认为，流体和成矿金属并非主要来源于已经变质的地壳岩石或胶东半岛大量的花岗质岩浆作用，而可能来源于下地壳，即早前俯冲事件中被交代和富集的地幔岩石圈。基于岩石学、地球化学和 年代学的综合研究，认为黑岚沟金矿区成矿主要受下地壳和岩石圈地幔控制。西太平洋板块向东亚大陆边缘俯冲导致胶东地区岩石圈增厚，加厚下地壳的进一步熔融和侵位形成岩体。由太平洋板块俯冲作用形成的弧后伸展构造环境，地幔岩浆上升造成地壳物质部分熔融产生了酸性岩浆房 。因此，胶北地区金矿的成矿物质来源与地壳部分熔融、岩石圈地幔和软流圈地幔上涌密切相关，属于壳幔混合来源。结论）黑岚沟金矿区主要赋矿侵入岩显示高钾钙碱性钙碱性系列花岗岩特征，属偏铝质过铝质 型花岗岩，具低镁埃达克岩特征，是壳源物质熔融的产物，其岩浆源区主要为重熔型花岗质岩浆，成岩环境处于挤压构造背景。）黑岚沟金矿区典型中酸性侵入岩的结晶年龄分别为（）、（）和（），均属中侏罗世早期岩浆活动的产物，比前人认为的玲珑序列花岗岩的形成年龄早约 。）黑岚沟金矿区成矿主要受下地壳和岩石圈地幔控制，成矿物质来源与地壳部分熔融、岩石圈地幔和软流圈地幔上涌密切相关，属于壳幔混合来源。致谢：在野外调查期间得到了山东省核工业二七三地质大队等地质同行的大力协助。中国地质大学（北京）李小伟教授对本文提供了很好的建议；本文撰写的过程中引用了大量文献，由于篇幅所限，未能一一列出，在此深表感谢！参 考 文 献 孙永深 黑岚沟矿区金矿成矿规律探讨 黄金，（）：毛景文，李厚民，王义天，等 地幔流体参与胶东金矿成矿作用的氢氧碳硫同位素证据 地质学报，（）：侯明兰，蒋少涌，姜耀辉，等 胶东蓬莱金成矿区的 同位素地球化学和 同位素年代学研究 岩石学报，（）：侯明兰，蒋少涌，沈昆，等 胶东蓬莱金矿区流体包裹体和氢氧同位素地球化学研究 岩石学报，（）：张宗庆 山东蓬莱黑岚沟金矿田断裂控矿特征浅析 科技创新导报，（）：马顺溪，白宜娜，孙永联，等 胶东蓬莱大柳行金矿田燕山金矿床流体包裹体特征和氢 氧同位素研究 地质学报，（）：吴晋超，申俊峰，申玉科，等 胶东黑岚沟金矿田黄铁矿热电性研究及深部成矿预测 西北地质，（）：，（）：，：，（）：，（）：，：，：，：，（）：，（）：胡华斌，毛景文，牛树银，等 鲁西平邑地区浅成热液金矿床成矿作用 北京：地震出版社，：，：郭谱 鲁西中生代金成矿的地球动力学背景研究 北京：中国地质大学（北京），（）：，（）：，：，（）：黄 金 地 质黄金 ，（）：翟建平，徐光平，胡凯 栖霞金矿矿物、流体和同位素特征及意义 矿床地质，（）：卢焕章，方根保 山东玲珑金矿的成矿流体特征 地球化学，（）：张连昌，沈远超，李厚民，等 胶东地区金矿床流体包裹体的 、同位素组成及成矿流体来源示踪 岩石学报，（）：吕古贤，韦昌山，郭涛，等 胶东矿集区金矿成矿地质事件研究初探 黄金地质，（）：李秀章，王勇军，李衣鑫，等 胶东蓬莱黑岚沟金矿床黄铁矿微区地球化学特征及对成矿流体的启示 地质通报，（）：，（）：，：（），：牞 牶 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 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