2020, Vol. 29
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2. 中国地质调查局 自然资源实物地质资料中心, 河北 三河 065201
2. Core and Sample Center of Natural Resources, Sanhe 065201, Hebei Province, China
成岩、成矿年代学研究长期以来是地学研究领域的热点问题之一[1].成岩、成矿时代的精确确定对探讨岩浆活动、成矿作用至关重要.老柞山金矿位于中国东北黑龙江省双鸭山市和七台河市交界处, 是一座典型的热液叠加夕卡岩型矿床[2].前人对该矿床的矿床地质、成矿流体、成矿物质和成矿时代做了大量研究[3-4].然而对矿区东部赋矿围岩混合岩却研究较少.近期, 笔者及其研究团队对老柞山东部矿段的赋矿片麻状花岗岩开展精细年代学和Hf同位素分析, 对片麻状花岗岩的形成时代和岩石源区性质作出深入探讨.
1 区域地质和矿床地质概况老柞山金矿床位于兴蒙造山带东段佳木斯地块的中北部, 是一个经历了太古宙古陆核的形成、元古宙裂谷及断拗的形成与演化、早古生代佳木斯地块的克拉通化、晚古生代兴蒙造山及古太平洋构造域形成与发展等多次构造运动叠加的复合构造区[5-6].
矿区内主要出露的地层有古元古界兴东群大马河组、中生界白垩系, 此外还有第四纪松散沉积层.兴东群大马河组大理岩和大面积出露的混合岩为老柞山金矿的主要赋矿层位.其中东矿带和中矿带以麻山群混合岩、花岗岩为主要的赋矿围岩.西矿带赋矿围岩以花岗岩和闪长玢岩为主.矿区构造主要发育北西、北西西及北东3组断裂, 较大断裂36条(图 1).
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图 1 老柞山金矿床矿区地质图(据文献[4]修编) Fig.1 Geological map of Laozuoshan goldfield (Modified from Reference [4]) 1-第四系(Quaternary)；2-城子河组碳质砂岩(carbonaceous sandstone of Chengzihe fm.)；3-麻山群混合岩(migmatite of Mashan gr.)；4-麻山群大理岩(marble of Mashan gr.)；5-麻山群黑云斜长片麻岩(biotite plagiogneiss of Mashan gr.)；6-华力西期花岗岩(Variscan granite)；7-霏细岩(felsite)；8-花岗斑岩(granite porphyry)；9-斜长花岗岩(plagiogranite)；10-闪长岩(diorite)；11-闪长玢岩(diorite porphyrite)；12-煌斑岩(lamprophyre)；13-金矿体(gold orebody)；14-铜矿体(copper orebody)；15-夕卡岩(skarn)；16-断裂构造及破碎带(fault and fracture zone)；17-采样点(sampling site) |
该矿床由近北东向等间距分布的东矿带、中矿带和西矿带组成.已发现矿体约200多条, 呈脉状、透镜状.矿体类型包括硫化物石英脉型矿体和含硫化物蚀变岩型矿体两种.其中：硫化物石英脉矿体多呈似层状、脉状、透镜状.含硫化物蚀变岩型矿体形态呈细脉状、网脉状、蝌蚪状.中矿带及东矿带矿体产状及分布受北西、北西西向断裂及夕卡岩层的控制, 矿带规模大.西矿带只受北西、北西西向断裂控矿的区段, 矿带规模较小.老柞山金矿石中矿石矿物主要为自然金、毒砂、黄铁矿、白铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿, 其次是方铅矿、闪锌矿、孔雀石、褐铁矿.脉石矿物主要为微斜长石、石英、黑云母、透辉石、透闪石、方解石、钙铝榴石.
老柞山金矿围岩蚀变类型主要有硅化、绢云母化、夕卡岩化、钾化, 其次为绿泥石化、碳酸盐化等.其中硅化常伴随着毒砂化、黄铁矿化.在西矿带毒砂化大面积出露, 而在中、东矿带以夕卡岩化为主.在众多的蚀变中, 以硅化、夕卡岩化、毒砂化与成矿关系最为密切.
2 样品采集和分析测试方法 2.1 样品采集本次测试片麻状花岗岩采自老柞山东矿带, 样品号为LZS-02.岩石呈肉红色, 片麻状构造, 花岗结构.岩石主要成分为：石英(20%~25%)、碱性长石(55%~65%)和黑云母(10%~15%).地球化学测试表明(表 1), SiO2含量较高, 为54.11%~68.50%；Na2O为0.52%~3.80%；K2O为3.83%~10.52%；CaO为2.43%~10.18%；Al2O3为11.94%~17.16%.
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表 1 老柞山金矿片麻状花岗岩的主量元素测试结果 Table 1 Contents of major elements in the gneissic granites of Laozuoshan gold deposit |
将采集的样品按照常规方法进行碎样, 并进行分离锆石, 全部过程在河北廊坊诚信地质服务有限公司完成.挑选500余粒锆石进行制靶、抛光、反射光和透射光照相, 此项工作由北京锆年领航科技有限公司完成.
2.3 分析方法 2.3.1 锆石U-Pb定年锆石U-Pb定年分析测试工作在中国科学院青藏高原研究所大陆碰撞与高原隆升重点实验室完成, 采用仪器为激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS). LA-ICP-MS激光剥蚀系统为美国New Wave公司生产的UP193FX型193 nm ArF准分子系统, 激光器波长为193 nm, 脉冲宽度小于4 ns, 束斑直径为35 μm.具体的实验原理和详细的测试方法见文献[7-8].
2.3.2 锆石Hf同位素分析本次在锆石定年基础上开展原位Hf同位素分析, 此项工作在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室开展.测试过程用氦气作为剥蚀物质载体, 剥蚀束斑为55 μm, 测定时使用锆石国际标样MT作为参考物质.分析过程中锆石标准MT的176Hf/177Hf测试加权平均值为0.282 008 ± 0.000 025(2δ, n=26).详细的仪器参数和分析流程见文献[9].
3 测试结果 3.1 锆石U-Pb定年老柞山金矿区片麻状花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测试结果见表 2.锆石CL图像显示(图 2), 锆石的晶体形态多为半自形短柱状, 部分锆石呈长柱状、他形粒状, 粒径为100~200 μm. CL图像显示锆石具有清晰的内部结构和典型的岩浆生长纹及振荡环带结构.锆石Th含量为52×10-6~427×10-6, U含量为52×10-6~427×10-6. Th/U比值变化范围较大, 为0.1~1.23, 为典型的岩浆锆石结构[10-11].对老柞山金矿的片麻状花岗岩锆石的17个点U-Pb定年数据分析, 其中有2个点锆石206Pb/238Pb值分别为697.1±8.0 Ma和703.0±8.8 Ma, 其余15个点均位于协和线上, 加平均值为484.7±2.7 Ma(图 3).
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表 2 老柞山金矿片麻状花岗岩LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析结果 Table 2 LA-MC-ICP-MS zircon U-Pb isotopic compositions of the gneissic granites in Laozuoshan gold deposit |
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图 2 老柞山金矿片麻状花岗岩部分锆石阴极发光图像及测点 Fig.2 CL images and dating points of zircons in the gneissic granites of Laozuoshan gold deposit 1-锆石U-Pb测试位置(position of zircon U-Pb dating)；2-锆石Hf测试位置(position of zircon Hf test) |
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图 3 老柞山金矿片麻状花岗岩锆石U-Pb谐和年龄图和加权年龄图 Fig.3 Concordia and weighted average age diagrams of U-Pb zircons in the gneissic granites of Laozuoshan gold deposit |
锆石的Lu-Hf同位素测定结果列于表 3.本次共分析了15个样品点, 具体测试位置见图 2. 15个Hf点的176Hf/177Hf值变化范围为0.282396~0.282502, 计算εHf(t)值范围-2.4~3.6, TDM2值变化范围为1620~1390 Ma.在εHf(t)-t图解中, 样品均分布在球粒陨石演化线附近(图 4).
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表 3 老柞山金矿片麻状花岗岩LA-MC-ICP-MS锆石Hf同位素分析结果 Table 3 LA-MC-ICP-MS zircon Hf isotopic compositions of the gneissic granites in Laozuoshan gold deposit |
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图 4 老柞山金矿片麻状花岗岩锆石Lu-Hf同位素图解 Fig.4 The Lu-Hf isotopic diagram of gneissic granites in Laozuoshan gold deposit (底图据文献[14]) (After Reference [14]) |
有关老柞山金矿的成岩成矿时代前人做了大量研究.如：获得老柞山金矿成矿年龄为108.76±0.7 Ma(绢云母Ar-Ar)、闪长玢岩成岩年龄为105 Ma(锆石U-Pb年龄)和花岗岩成岩年龄为262.6±3.9 Ma [12-13].赋存于麻山群老地层且与岩浆热液有关的老柞山金矿床中的片麻状花岗岩其锆石定年结果复杂, 获得697.1±8.0、703.0±8.8和484.7±2.7 Ma三组年龄.前两者Th/U比值分别为0.450和0.31, 均大于0.1, CL图像显示, 具有典型岩浆环带, 切在协和线附近, 说明铅丢失可能性较小, 推测为捕获的锆石年龄, 同时也说明该地区可能存在新元古代结晶基底.本次获得的第三组年龄锆石阴极发光图像(CL)显示, 其具有典型清晰的岩浆锆石震荡环带, 其Th/U比值变化范围较大, 为0.1~1.23, 符合Belousova等[10]研究的岩浆锆石的Th/U比值范围, 为典型的岩浆成因锆石.因此认为获得的484.7±2.7 Ma加权平均年龄为片麻状花岗岩的结晶年龄.
4.2 岩石源区性质除了Sr-Nd同位素外, Hf同位素同样能对岩浆源区性质提出精确的制约[14-16]. Hf同位素显示, 176Lu/177Hf＜0.02, 排除锆石在形成后有放射成因Hf的积累, 测定176Hf/177Hf的比值基本代表了其形成时体系的Hf同位素组成[17].片麻状花岗岩的εHf(t)值为-2.4~+3.6, 两阶段Hf模式年龄TDM2为1620~1390 Ma, 该岩浆是中元古代陆壳物质重熔作用形成的, 并伴有幔源物质的加入.目前研究表明, 佳木斯地块的麻山群在500 Ma左右遭受了麻粒岩相变质作用[18-19].这次变质事件是陆-陆碰撞造山所导致的[20].本次获得的片麻状花岗岩的年龄与麻山群变质事件相近, 但从锆石形态和Th/U比值可以确定所测锆石均为岩浆锆石, 显然与麻山群变质作用形成不相符.前人研究显示, 在麻山群变质过程中, 深熔岩浆事件是普遍存在的[15-17].因此, 本次获得的片麻状花岗岩可能是麻山群深熔岩浆结晶作用的产物.
5 结论(1) 老柞山金矿片麻状花岗岩的锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄为484.7±2.7 Ma, 表明花岗岩为寒武纪末形成, 捕获的锆石年龄暗示佳木斯地块南缘可能存在新元古代的结晶基底.
(2) Hf同位素显示片麻状花岗岩原岩可能是中元古代陆壳物质重熔并伴有幔源物质.片麻状花岗岩可能形成于晚泛非-早加里东期的碰撞造山作用, 是麻山群深熔岩浆结晶作用的产物.
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