2. 辽宁省丹东青城子矿业有限公司, 辽宁 丹东 118107
2. Liaoning Dandong Qingchengzi Mining Co, Ltd, Dandong 118107, Liaoning China
0 引言
辽东青城子地区是我国北方重要的铅-锌-金-银矿集区，迄今为止，该地区共发现各类矿床17余处，矿体200余条，累计探明铅、锌资源量1 988万t、金200 t、银1 100余t[1-2]。鉴于青城子矿集区开采历史悠久，矿床产出集中且规模大，其成矿理论研究和找矿勘查工作备受我国地质学家和生产单位的青睐，在辽东裂谷演化、矿床地质、地球化学特征和成矿时代等诸多方面取得大量认识，并提出多种矿床成因模式，主要观点有：1)青城子矿集区矿床为元古宙海底火山喷气沉积作用的产物[3]或浊积岩型矿床[4]；2)多阶段复合成因，即古元古代海底喷气沉积变质，中生代构造岩浆活动迭加改造型层控矿床[5-8]；3)最新研究成果显示，矿集区内大多数矿床形成于中生代燕山期和印支期，矿床成矿作用与中生代岩浆活动密切相关[9-12]。
近些年随着找矿勘探工作的不断深入，人们在矿集区中心首次发现了姚家沟中型钼矿。该矿床为一典型的矽卡岩型矿床，矿床形成与姚家沟花岗岩密切相关。由于该矿床发现较晚，其研究并不深入，前人只在成矿时代方面进行了少量研究[13]。为了厘定姚家沟钼矿与姚家沟花岗岩的时间耦合性，推动该区成矿理论发展，我们开展了硫同位素和姚家沟花岗岩年代学、元素地球化学研究工作，并结合区域地壳演化，探讨了该矿床的成矿动力学背景。
1 成矿地质背景青城子矿集区位于辽东古元古代裂谷带。辽东裂谷是在太古宙华北克拉通基底上形成的，经历了地壳的拉张裂陷-快速沉降-慢速沉降-回返挤压-收缩上隆5个主要演化阶段[14]。裂谷演化早期沉积了巨厚的辽河群；辽河群下部为于家堡子组和浪子山组火山岩-碎屑岩建造，是铜-钴-铁矿的主要赋矿层位；中部为大石桥组碳酸盐建造，是铅锌矿产出的主要层位；上部为盖县组碎屑岩-火山碎屑岩建造，产有小佟家堡子金矿、高家堡子银矿等贵金属矿床。辽河群在距今1.8 Ga时经历了区域热动力变质作用，发生了角闪岩相-绿片岩相的变质，形成斜长角闪岩、变粒岩、片岩和大理岩等[10]。
矿集区内侵入岩分布广泛(图 1)，主要分布有古元古代和中生代侵入岩。其中，古元古代侵入岩以大顶子岩体为代表，主要岩性为黑云母斜长花岗岩，侵入时代为1 869 Ma (杨凤超待发表)。
中生代区域构造-岩浆活动强烈。青城子矿集区北侧有新岭岩体和姚家沟岩体产出，岩性分别为黑云母花岗岩和花岗岩，新岭岩体侵入时代为224.2 Ma，姚家沟斑状花岗岩锆石SHRIMP U-Pb年龄为(183.5±1.6) Ma[11]；南侧有双顶沟岩体，主要岩性为黑云母二长花岗岩，锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄为(224.2±1.2) Ma[2]。矿集区内亦有不同规模的煌斑岩脉产出；刘国平和艾永福[9]对其进行年代学研究，得出成岩时代为211~130 Ma；我们对榛子沟和甸南地区产出的煌斑岩脉进行精确的锆石LA-ICP-MS U-Pb定年，得出(227.7±1.3) Ma和(227.3±2.1) Ma的成岩时代(作者另文发表)。
青城子矿集区中深构造层次的片麻岩穹窿或变质核杂岩是该区主体构造格局。青城子片麻岩穹隆在辽河群挤压-褶皱-变质之后，又经历了造山后的伸展拉张，形成了以辽吉花岗岩为核部的片麻岩隆起。褶皱构造带是青城子矿集区的主要构造格架。由北而南分布着新岭背斜、四棵杨树向斜、榛子沟背斜及南山向斜；整个矿集区内断层发育，以脆性断裂为主。这些断裂构造在该区铅锌银金矿的成矿中起着重要作用，它们既为火成岩脉的侵位提供了构造薄弱带，又为含矿热液的运移提供了通道。按走向分为NE、NS、NW 3组。
2 矿床地质特征青城子矿化集中区Pb-Zn矿主要赋矿围岩为辽河群大石桥组大理岩，Au-Ag贵金属矿床主要赋矿围岩为辽河群盖县组片岩，矿化集中区中零星出露辽河群浪子山组火山碎屑岩和于家堡子组火山碎屑岩；矿集区中矿体形态复杂，根据矿体形态和产状分为：层状、似层状矿体，如榛子沟矿体，矿体顺层产于大理岩中；脉状矿体，如本山铅锌矿，矿体在穿切大理岩有利成矿部位富集；羽毛状矿体，如南山铅锌矿，主要产于主断裂一侧，呈羽毛状产出，矿体规模大小不等。
青城子矿集区构造复杂，NW、NE向断裂相互交错，不同期次褶皱构造相互叠加，整体上形成两条弧形倒转褶皱和两条深大断裂。两条深大断裂分别为NW向尖山子断裂和NE向喜鹊沟-二道沟断裂，矿集区内几乎所有矿床均分布在这两条深大断裂围成的区域内(图 1)。
区内分布大量花岗岩类岩体，分别为大顶子、双顶沟、新岭和姚家沟岩体(图 1)。
姚家沟矽卡岩型钼矿产于本山铅锌矿以北1.6 km处，位于姚家沟花岗岩与辽河群大理岩接触带及其附近围岩中，辉钼矿主要有3种产出方式：1)浸染状独立产出在强硅化蚀变岩中(图 2a)；2)单一辉钼矿细脉(图 2b)，该类型为辉钼矿主要的产出类型；3)结晶粗大的多金属硫化物矿物集合体产出(图 2c)，该类产出类型常见于矿床边部，数量有限。矿床的主要金属矿物有辉钼矿、黄铜矿、黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、白铁矿；非金属矿物有石英、方解石、石榴子石、透辉石、阳起石、金云母和萤石等。矿石主要构造有浸染状构造、细脉状构造、块状构造等，结构主要为自形-半自形结构(图 2d)、固溶分离结构(图 2e)、碎裂结构(图 2f、g)、交代结构(图 2h)、镶嵌结构(图 2i)等。围岩蚀变主要有黄铁矿化、绿泥石化、碳酸盐化、硅化和绢云母化等。根据矿脉穿插和矿物生成顺序可划分5个成矿阶段，即矽卡岩阶段、磁铁矿阶段、辉钼矿阶段、多金属硫化物阶段和碳酸盐阶段。
|
| a.浸染状构造的辉钼矿；b.细脉状产出的辉钼矿；c.硅卡岩型多金属硫化物矿石；d.自形晶的辉钼矿；e.固溶分离结构的黄铜矿和闪锌矿；f.黄铜矿沿黄铁矿裂隙充填；g.辉钼矿沿黄铁矿裂隙充填；h.方铅矿交代黄铜矿；i.白铁矿沿磁黄铁矿边部生长。Py.黄铁矿；Cp.黄铜矿；Gn.方铅矿；Sp.闪锌矿；Po.磁黄铁矿；Mo.辉钼矿；Mrc.白铁矿。 图 2 姚家沟钼矿矿石手标本和显微照片 Figure 2 Hand specimens and microscopics lithofacies of the Yaojiagou molybdenite deposit |
|
|
本次用于测年的样品采自姚家沟钼矿北部，坐标点为123°36′11.6″E，40°44′46.7″N (图 1)。样品编号为YGS，岩性为花岗岩，岩石新鲜面呈灰白色，花岗结构，块状构造(图 3a)。主要由斜长石(50%±)、钾长石(10%±)和石英(25%±)及少量黑云母、磁铁矿和锆石组成。斜长石呈自形-半自形板状，大小0.2 mm±；钾长石呈他形粒状，粒晶0.5 mm×3 mm，格子结构；石英他形粒状，粒晶0.15 mm±，表面干净，波状消光；黑云母，鳞片状晶形，可见一组完全解理，大小0.1 mm±(图 3b)。
|
| Bi.黑云母；Mt.磁铁矿；Pl.斜长石；Q.石英。 图 3 姚家沟花岗岩手标本(a)和镜下显微照片(b) Figure 3 Hand specimen and microscope images of Yangjiagou granite |
|
|
硫同位素测试样品采自于姚家沟钼矿的平垌，样品新鲜无风化，主要为多金属硫化物矿石，挑选辉钼矿、黄铁矿、方铅矿等单矿物用于硫同位素测试。
3.2 分析测试本文样品采用常规方法进行粉碎，经过淘洗、磁选和重液分离，在双目镜下选出晶型和透明度好的单颗粒锆石，进行锆石制靶和阴极发光图像分析，锆石LA-MC-ICP-MS定年在天津地质矿产研究所进行，详细实验流程见参考文献[15]。
岩石主、微量元素、硫同位素测试均在核工业北京地质研究院分析测试中心完成，主量元素测试仪器为飞利浦PW2404X射线荧光光谱仪，分析精度优于5%。微量元素利用HR-ICPMS (ElementⅠ)电感耦合等离子体质谱仪测试，分析精度：元素质量分数≥10×10-6时，精度优于5%；元素质量分数＜10×10-6时，精度优于10%。硫同位素测试用MAT251气体同位素质谱仪进行测试，测量结果以V-CDT为标准，分析精度优于±0.2‰。
4 测试结果 4.1 锆石U-Pb年龄青城子矿化集中区姚家沟花岗岩的锆石U-Pb年代学数据见表 1。阴极发光CL图像显示(图 4)，锆石晶型较好，主要呈长柱状，长宽比值较大，长轴长为90~120 μm，短轴宽50~80 μm，大部分具有典型的环带结构，为典型的岩浆锆石[16]，少数具有明显的核幔结构。本次选择23颗环带清楚的代表性锆石用于U-Pb年龄测试，23个分析点均位于U-Pb谐和线上或附近，206Pb/238U加权平均年龄为(167.47±0.87) Ma (MSWD=0.80)(图 5)，代表岩浆结晶年龄。
| 测点 | wB/10-6 | 同位素比值 | 年龄/ Ma | |||||||||||||
| Pb | U | 206Pb/238U | 1σ | 207Pb/235U | 1σ | 207Pb/206Pb | 1σ | 206Pb/238U | 1σ | 207Pb/235U | 1σ | 207Pb/206Pb | 1σ | |||
| DYJG-1 | 11 | 0.026 3 | 0.026 2 | 0.000 3 | 0.173 6 | 0.003 7 | 0.048 1 | 0.000 9 | 167 | 2 | 163 | 3 | 104 | 46 | ||
| DYJG-2 | 13 | 0.026 3 | 0.026 3 | 0.000 3 | 0.177 5 | 0.003 4 | 0.049 0 | 0.000 9 | 167 | 2 | 166 | 3 | 147 | 41 | ||
| DYJG-3 | 12 | 0.026 5 | 0.026 3 | 0.000 3 | 0.177 4 | 0.004 6 | 0.049 0 | 0.001 2 | 167 | 2 | 166 | 4 | 146 | 57 | ||
| DYJG-4 | 14 | 0.026 2 | 0.026 5 | 0.000 3 | 0.180 8 | 0.003 1 | 0.049 5 | 0.000 8 | 169 | 2 | 169 | 3 | 171 | 35 | ||
| DYJG-5 | 11 | 0.026 5 | 0.026 2 | 0.000 3 | 0.189 7 | 0.004 3 | 0.052 5 | 0.001 1 | 167 | 2 | 176 | 4 | 308 | 48 | ||
| DYJG-6 | 15 | 0.026 1 | 0.026 5 | 0.000 3 | 0.202 2 | 0.003 7 | 0.055 4 | 0.000 9 | 168 | 2 | 187 | 3 | 429 | 36 | ||
| DYJG-7 | 15 | 0.026 4 | 0.026 1 | 0.000 3 | 0.190 9 | 0.003 8 | 0.053 0 | 0.000 9 | 166 | 2 | 177 | 4 | 330 | 40 | ||
| DYJG-8 | 13 | 0.026 1 | 0.026 4 | 0.000 3 | 0.208 2 | 0.006 1 | 0.057 3 | 0.001 4 | 168 | 2 | 192 | 6 | 503 | 55 | ||
| DYJG-9 | 14 | 0.026 6 | 0.026 1 | 0.000 4 | 0.177 2 | 0.003 4 | 0.049 3 | 0.000 9 | 166 | 2 | 166 | 3 | 161 | 41 | ||
| DYJG-10 | 25 | 0.026 4 | 0.026 6 | 0.000 3 | 0.198 4 | 0.002 2 | 0.054 0 | 0.000 5 | 169 | 2 | 184 | 2 | 372 | 19 | ||
| DYJG-11 | 10 | 0.026 7 | 0.026 4 | 0.000 3 | 0.196 1 | 0.004 0 | 0.053 9 | 0.001 0 | 168 | 2 | 182 | 4 | 368 | 44 | ||
| DYJG-12 | 13 | 0.026 4 | 0.026 7 | 0.000 3 | 0.195 7 | 0.003 5 | 0.053 2 | 0.000 9 | 170 | 2 | 181 | 3 | 336 | 38 | ||
| DYJG-13 | 15 | 0.026 4 | 0.026 4 | 0.000 3 | 0.189 4 | 0.002 9 | 0.052 1 | 0.000 7 | 168 | 2 | 176 | 3 | 290 | 31 | ||
| DYJG-14 | 15 | 0.026 3 | 0.026 4 | 0.000 4 | 0.178 5 | 0.003 6 | 0.049 1 | 0.000 9 | 168 | 2 | 167 | 3 | 153 | 43 | ||
| DYJG-15 | 14 | 0.026 5 | 0.026 3 | 0.000 4 | 0.180 7 | 0.003 3 | 0.049 8 | 0.000 8 | 167 | 2 | 169 | 3 | 188 | 39 | ||
| DYJG-16 | 13 | 0.026 5 | 0.026 5 | 0.000 4 | 0.176 1 | 0.003 9 | 0.048 3 | 0.001 0 | 168 | 3 | 165 | 4 | 112 | 47 | ||
| DYJG-17 | 12 | 0.027 0 | 0.026 5 | 0.000 4 | 0.193 4 | 0.003 6 | 0.052 9 | 0.000 9 | 169 | 2 | 180 | 3 | 326 | 39 | ||
| DYJG-18 | 12 | 0.026 2 | 0.027 0 | 0.000 5 | 0.182 3 | 0.005 9 | 0.049 0 | 0.001 3 | 172 | 3 | 170 | 5 | 146 | 64 | ||
| DYJG-19 | 14 | 0.026 6 | 0.026 2 | 0.000 3 | 0.178 2 | 0.003 2 | 0.049 2 | 0.000 8 | 167 | 2 | 167 | 3 | 159 | 37 | ||
| DYJG-20 | 18 | 0.025 3 | 0.026 6 | 0.000 3 | 0.176 9 | 0.003 2 | 0.048 2 | 0.000 7 | 169 | 2 | 165 | 3 | 111 | 34 | ||
| DYJG-21 | 6 | 0.026 3 | 0.025 3 | 0.000 3 | 0.185 1 | 0.006 8 | 0.053 1 | 0.001 9 | 161 | 2 | 172 | 6 | 335 | 80 | ||
| DYJG-22 | 10 | 0.026 0 | 0.026 3 | 0.000 4 | 0.186 8 | 0.003 7 | 0.051 4 | 0.000 9 | 168 | 3 | 174 | 3 | 260 | 41 | ||
| DYJG-23 | 11 | 0.026 2 | 0.026 0 | 0.000 4 | 0.172 3 | 0.003 1 | 0.048 1 | 0.000 8 | 165 | 2 | 161 | 3 | 105 | 39 | ||
|
| 图 4 姚家沟花岗岩部分典型锆石的CL图像 Figure 4 Part of representative CL images of zircon from Yaojiagou granite in Qingchengzi orefiele, Liaoning |
|
|
|
| 图 5 青城子矿集区姚家沟花岗岩锆石U-Pb谐和图 Figure 5 U-Pb concordia digram of zircon from Yaojiagou granite in Qingchengzi orefiele, Liaoning |
|
|
姚家沟花岗岩主量元素(表 2)显示：w(SiO2)为77.33%~81.10%，w(K2O)为7.01%~7.56%，w(Na2O)为0.26%~0.67%，富碱w(Na2O+ K2O)=7.29%~7.91%，w(MgO)为(0.13%~0.33%)，Mg#=24.6~37.9。在w(K2O)-w(SiO2)图解上，投点均落入钾玄岩系列(图 6a); w(Al2O3)为9.92%~11.84%，A/CNK＞1(1.19~1.29)，具有过铝质-强过铝质特征(图 6b)[17]。
| 样品号 | SiO2 | Al2O3 | TFeO | FeO | MgO | CaO | Na2O | K2O | MnO | TiO2 | P2O5 | 烧失量 | 总和 | Na2O+ K2O | A/NK | A/CNK | Mg# |
| YGS-1 | 78.00 | 11.07 | 1.07 | 0.53 | 0.15 | 0.26 | 0.50 | 7.41 | 0.04 | 0.39 | 0.14 | 0.59 | 99.59 | 7.91 | 1.25 | 1.19 | 24.6 |
| YGS-2 | 77.33 | 11.84 | 1.26 | 0.86 | 0.33 | 0.15 | 0.67 | 7.24 | 0.03 | 0.17 | 0.05 | 0.90 | 99.97 | 7.91 | 1.32 | 1.29 | 37.9 |
| YGS-3 | 81.10 | 9.92 | 0.90 | 0.80 | 0.13 | 0.09 | 0.28 | 7.01 | 0.02 | 0.06 | 0.01 | 0.46 | 99.98 | 7.29 | 1.23 | 1.21 | 25.2 |
| YGS-4 | 80.00 | 10.47 | 0.88 | 0.74 | 0.15 | 0.12 | 0.26 | 7.56 | 0.02 | 0.06 | 0.02 | 0.46 | 99.99 | 7.82 | 1.22 | 1.19 | 28.4 |
| 注：主量元素质量分数单位为%。Mg#=100(w(MgO) /40.31) / (w(MgO) /40.31+w(TFeO) /71.85)。 | |||||||||||||||||
姚家沟花岗岩稀土、微量元素分析结果见表 3。稀土元素总量(∑REE)为24.23×10-6~66.45×10-6，平均为45.53×10-6，明显低于地壳平均值(106×10-6)[18]。富集轻稀土元素(LREE/HREE=10.00~22.34)，稀土配分模式呈现轻稀土富集重稀土亏损的右倾型，轻重稀土元素分馏明显(La/Yb)N=8.87~32.17。δEu=0.95~1.52，平均值1.18，呈现弱正Eu异常(图 7a)。原始地幔标准化微量元素蛛网图(图 7b)显示[19]，样品明显富集K、Rb、U、Sr、Pb等大离子亲石元素，亏损Nb、Ti、P等高场强元素，上述特征与高分异的I型花岗岩类似。
| 样品号 | La | Ce | Pr | Nd | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | δEu | LREE | HREE | ∑REE | (La/Yb)N | Y | W | Re | Pb | Bi | Th | U | Li | Be | Sc | V | Cr | Co | Ni | Cu | Zn | Ba | Ga | Rb | Sr | Ta | Nb | |||
| YGS-1 | 14.00 | 29.1 | 6.97 | 5.60 | 3.71 | 1.03 | 2.95 | 0.34 | 0.95 | 0.21 | 0.67 | 0.08 | 0.77 | 0.09 | 0.95 | 60.41 | 6.04 | 66.45 | 13.04 | 6.10 | 20.00 | 0.01 | 41.2 | 0.14 | 6.77 | 1.16 | 4.86 | 0.97 | 2.81 | 20.30 | 4.57 | 1.54 | 2.05 | 20.10 | 29.20 | 361 | 21.90 | 264 | 410 | 0.61 | 10.60 | |||
| YGS-2 | 15.70 | 28.2 | 2.83 | 9.91 | 1.25 | 0.37 | 0.96 | 0.12 | 0.57 | 0.14 | 0.39 | 0.05 | 0.35 | 0.04 | 1.03 | 58.26 | 2.61 | 60.86 | 32.17 | 2.81 | 110.00 | 0.02 | 22.9 | 0.21 | 4.15 | 0.98 | 17.20 | 1.00 | 1.30 | 12.00 | 3.05 | 1.77 | 2.09 | 15.00 | 21.70 | 835 | 13.30 | 160 | 203 | 0.35 | 6.12 | |||
| YGS-3 | 6.18 | 10.4 | 1.11 | 3.80 | 0.57 | 0.26 | 0.48 | 0.04 | 0.40 | 0.08 | 0.31 | 0.04 | 0.50 | 0.08 | 1.52 | 22.31 | 1.92 | 24.23 | 8.87 | 2.65 | 4.35 | 0.01 | 15.7 | 0.08 | 4.34 | 1.35 | 7.65 | 0.64 | 0.95 | 4.29 | 1.33 | 0.58 | 0.90 | 8.52 | 4.23 | 468 | 9.11 | 148 | 129 | 0.34 | 3.80 | |||
| YGS-4 | 8.19 | 13.5 | 1.42 | 4.61 | 0.65 | 0.23 | 0.53 | 0.09 | 0.36 | 0.05 | 0.35 | 0.06 | 0.46 | 0.07 | 1.20 | 28.60 | 1.98 | 30.58 | 12.77 | 2.93 | 12.20 | 0.01 | 19.0 | 0.06 | 5.29 | 1.43 | 10.80 | 0.88 | 1.00 | 5.03 | 2.29 | 0.60 | 1.12 | 8.55 | 5.80 | 431 | 10.60 | 168 | 123 | 0.46 | 5.06 | |||
| 注：微量和稀土元素质量分数单位为10-6。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
由于K、Rb、U、REE等大离子亲石元素在壳幔分异过程中易于进入熔体相而在地壳中富集，因此，该花岗岩源区具有壳源特征。岩石Sr质量分数为123×10-6~410×10-6，Ba质量分数为361×10-6~835×10-6，结合Eu弱正异常说明残留相无斜长石存在，弱亏损HREE说明源区可能存在石榴子石等富含重稀土元素矿物相残留；Nb、Ta地球化学特征相近，可作为判别源区地球化学特征的标志。一般认为花岗岩Nb/Ta值 < 10，姚家沟花岗岩Nb/Ta值为11.00~17.50。研究认为基性岩墙的Nb/Ta值较高，一般在20左右[20]，Yang等[21]对辽东半岛基性岩墙研究显示，其Nb/Ta值为16~25，结合Sr-Nd-Hf同位素分析认为造成Nb/Ta值高的原因是幔源物质的加入，所以我们推测姚家沟岩体形成过程中可能有幔源物质的加入。因此，姚家沟岩体形成过程可能存在一定的壳幔混染作用。
4.4 硫同位素组成硫同位素分析(表 4)显示，姚家沟钼矿7件硫化物样品δ34S值为2.0‰~3.9‰，极差为2.9‰，平均值为2.7‰。
| 样品标号 | 测试矿物 | δ34SV-CDT/‰ |
| DY-1 | 方铅矿 | 3.1 |
| DY-2 | 辉钼矿 | 2.1 |
| DY-3 | 辉钼矿 | 2.2 |
| DY-4 | 黄铁矿 | 2.0 |
| DY-5 | 黄铁矿 | 3.9 |
| DY-6 | 辉钼矿 | 2.5 |
| DY-7 | 方铅矿 | 3.3 |
硫同位素广泛用于矿床成矿物质来源示踪，是判断成矿物质来源的主要依据。在判别成矿物质来源时，一般要判断成矿流体的总体硫同位素组成。野外和室内镜下鉴定，姚家沟钼矿金属矿物组合基本上都为硫化物，指示其成矿物质沉淀时成矿流体具有较低的氧逸度[22]。前人研究表明，在氧逸度较低的情况下，硫化物的硫同位素可近似的看做成矿流体总体硫同位素构成[23]。从本次对姚家沟钼矿主要硫化物硫同位素测试的结果(表 4)可以看出，姚家沟钼矿硫化物δ34S值均表现出较小的正值，且变化范围较小(δ34S值为2.1‰~3.9‰)，暗示成矿流体硫来源单一，总体显示出岩浆来源的特点[24-25]。
5.2 成岩、成矿时代探讨姚家沟钼矿是一个与姚家沟花岗岩密切相关的矽卡岩型矿床，矿体产于姚家沟花岗岩与辽河群大理岩接触带及其附近围岩中。关于姚家沟花岗岩侵入时代，前人做过少许研究，获得其侵入时代为(184.5±1.6) Ma[11]，但未进行深入系统研究。本次研究的姚家沟花岗岩样品中的锆石，具有十分发育的振荡环带结构，表明其为岩浆成因的锆石。23颗锆石的LA-ICP-MS分析结果均位于一致的谐和线上，其加权平均值年龄为(167.47±0.87) Ma (MSWD=0.80)，代表花岗岩的结晶年龄，说明姚家沟岩体属于中侏罗世燕山期岩浆活动的产物。随着研究的深入，青城子矿集区识别出大量中生代成岩、成矿事件，已有同位素资料显示，青城子矿集区的成岩、成矿时代可分为两期。中生代岩浆活动可分为印支期和燕山期，前者以新岭岩体和双顶沟岩体为代表，后者以区内的闪长岩脉为代表，相应本区成矿可分为两期，分别为印支期成矿和燕山期成矿。前者以榛子沟、小佟家堡子和白云金矿为代表(成矿时代分别为(221.0±12.0) Ma；217.6~(230.7±5) Ma；(225.0±7.0) Ma)[10-12]，成矿作用可能与双顶沟、新岭岩体和煌斑岩脉有关；后者以高家堡子银矿为代表((138.0±4.1) Ma，独立银矿Rb-Sr等时线年龄)[26]，可能与区内的闪长岩脉有关。
关于姚家沟钼矿的成矿年龄，方俊钦等[13]选择镶嵌在围岩中的辉钼矿进行Re-Os测试，以期确定其成矿时代，获得辉钼矿的模式年龄为167.1~169.1 Ma，获得Re-Os等时线年龄为(168.8±3.9) Ma，代表钼矿成矿时代。前人对姚家沟岩体的成岩年龄进行了初步研究，获得成岩年龄为(184.5±1.6) Ma，与辉钼矿Re-Os年龄相差较大。本次对姚家沟花岗岩进行LA-ICP-MS锆石U-Pb测试，获得(167.47±0.87) Ma年龄和辉钼矿Re-Os等时线年龄完全一致，不存在明显时差，岩浆活动与成矿作用近于同时发生。以往研究认为，与花岗岩有关的热液矿床成矿时代滞后于主岩体岩浆侵入时间，与末期或补充期单元的岩浆侵入时间相当[27]。本文获得的姚家沟花岗岩成岩年龄明显不同于前人的结果，推测姚家沟岩体至少存在两期岩浆活动，结合硫同位素研究，推测后者可能提供成矿所必须的热、流体和金属成矿元素，二者均为中侏罗世构造-岩浆-流体活动的产物。
5.3 成岩成矿动力学背景姚家沟花岗岩在化学成分上具有富硅(w(SiO2)=77.33%~81.10%)、富铝(w(Al2O3)=9.92%~11.84%)、全碱含量中等(w(Na2O+ K2O)=7.29%~7.91%)，铝饱和指数较高(A/CNK=1.19~1.29)的特征；在微量元素原始地幔标准化蛛网图上，表现出Rb、Sr、Pb等大离子亲石元素富集，Nb、Ti、P等高场强元素强烈亏损的特点，微量元素显示与岛弧岩浆作用特点相似[28]。然而，一些学者研究认为碰撞-后碰撞火山岩、非俯冲带地壳环境亦有上述特征。在Pearce花岗岩微量元素w(Yb)-w(Ta)构造判别图解中，所有样品均落入火山弧花岗岩区域(图 8a)，在w(Y)-w(Nb)图解中，所有样品均落入火山弧和同碰撞花岗岩区域(图 8b)[29]。由于花岗岩的构造判别图解思路来源于玄武岩的研究成果，构造判别图解存在多解性，已存在较多问题。因此，判断花岗岩形成的构造环境存在较大疑问[30]，对其形成的构造背景必须与区域大地构造环境、构造演化结合起来才能得到正确、可信的结论。
华北板块北缘位于处于华北板块与西伯利亚板块、太平洋板块接合部位，经历了漫长的地质演化和多次构造热事件。已有资料表明，华北板块在中侏罗世及其以前构造演化主要受古亚洲洋闭合的影响；晚侏罗世-白垩纪初期，古亚洲洋构造域转化为太平洋构造域，发生大规模、多样式成矿作用，形成多种矿种；白垩纪及其之后，华北克拉通主要受太平洋板块活动影响[31-32]。毛景文等[33-34]对华北及邻区大规模成矿作用进行研究认为，三叠纪末期到侏罗纪中期(200~160 Ma)，华北克拉通在一定程度上仍然处于华北板块与西伯利亚板块后碰撞造山阶段，大量的花岗岩经过同熔或重熔作用在造山松弛阶段上侵定位成岩，形成斑岩型或者矽卡岩型矿床[33-34]；刘红涛等[35]认为，华北克拉通北缘岩石圈在中生代早中期(~160 Ma)仍然处于碰撞后的强烈加厚的过程，说明此刻华北板块北缘处于后碰撞造山状态。
已有的资料表明，华北克拉通东北缘的燕辽钼成矿带一些典型的矽卡岩型钼矿床(肖家营子、兰家沟、杨家杖子)成岩、成矿时代大约在侏罗纪早中期(190~160 Ma)[36-40]，本次获得的姚家沟钼矿成岩时代及前人获得的辉钼矿Re-Os年龄近于相同(图 9)，均为中侏罗世构造-岩浆-流体活动的产物。毛景文等[33-34]研究认为，中国北方三大成矿规模对应的地球动力学背景分别为：200~160 Ma的后碰撞造山过程；140 Ma左右的构造体制大转折晚期和120 Ma左右的岩石圈大规模快速减薄。姚家沟钼矿及华北克拉通燕辽钼成矿带中的一些典型的钼矿成岩成矿时代属于毛景文提出的华北克拉通中生代第一期成矿作用。
|
| 图 9 华北克拉通北缘燕辽钼成矿带成岩成矿年龄分布图 Figure 9 Distribution of the diagenesis and mineralization along Yanshan-Liaoning molybdenum metallogenic belt in North China craton |
|
|
综上分析，我们推测姚家沟钼矿成岩、成矿构造背景为受古亚洲洋闭合影响，华北板块与西伯利亚板块后碰撞造山阶段构造-岩浆-流体活动的环境，中生代该区大规模的岩浆活动对该区铅、锌、金、银、钼等矿床的形成贡献巨大。
6 结论1) 姚家沟花岗岩侵入时代为(167.47±0.87) Ma，具有富硅、富铝、全碱含量中等、过铝质-强过铝质的特征；稀土配分模式呈现轻稀土富集、重稀土亏损的右倾型，弱正Eu异常；富集K、Rb、U、Sr、Pb等大离子亲石元素，亏损Nb、Ti、P等高场强元素等特点；Nb/Ta值为11.00~17.50，岩石具有壳幔混合源特点。
2) 姚家沟钼矿床金属硫化物δ34S值变化为2.0‰~3.9‰，平均值为2.7‰，表明来源于岩浆，反映该矿床为与岩浆侵入作用有关的矽卡岩型矿床的成矿特征。
3) 结合区域成矿背景及姚家沟花岗岩元素地球化学特征，推测姚家沟钼矿成岩、成矿构造背景为受古亚洲洋闭合影响，华北板块与西伯利亚板块后碰撞造山阶段构造-岩浆-流体活动的环境。
| [1] | 沙德铭, 赵东方, 张森, 等. 辽宁青城子铅-锌矿深部找矿工作曙光初现[J]. 矿物学报, 2007 (Sup.) : 521-522. Sha Deming, Zhao Dongfang, Zhang Sen, et al. Deep Prospecting Work is Beginning to Dawn of Qingchengzi Pb-Zn Deposits of Liaoning Province, China[J]. Acta Mineralogica Sinica, 2007 (Sup.) : 521-522. |
| [2] | 段晓侠, 刘建明, 王永彬, 等. 辽宁青城子铅锌多金属矿田晚三叠世岩浆岩年代学、地球化学及其地质意义[J]. 岩石学报, 2012, 28 (2) : 595-606. Duan Xiaoxia, Liu Jianming, Wang Yongbin, et al. Geochronology, Geochemistry and Geological Significance of Late Triassic Magmatism in Qingchengzi Orefield, Liaoning[J]. Acta Petrologica Sinica, 2012, 28 (2) : 595-606. |
| [3] | 王魁元, 赵彦明, 曹秀兰. 华北地台北缘元古宙典型铅锌地质 [M]. 北京: 地质出版社, 1994 : 1-190. Wang Kuiyuan, Zhao Yanming, Cao Xiulan. The Geology of Typical Pb-Zn Deposits of the North Margin of Proterozoic North China Platform [M]. Beijing: Geological Publishing House, 1994 : 1-190. |
| [4] | 陈江. 辽宁青城子矿田浊积岩型金银多金属矿床[J]. 辽宁地质, 2000, 17 (4) : 241-244. Chen Jiang. Turbidite Type of Silver and Gold Polymetallic Deposit of Liaoning Qingchengzi Orefields[J]. Liaoning Geollogy, 2000, 17 (4) : 241-244. |
| [5] | 蒋少涌. 辽宁青城子铅-锌矿床的铅同位素组成及其地质特征[J]. 北京大学学报(自然科学版), 1987 (4) : 112-119. Jiang Shaoyong. Pb-Isotope Composition at Qingchengzi Lead-Zinc Deposit and Its Geological Application[J]. Acta Scicentiarym Naturalum Uninersitis Pekinesis, 1987 (4) : 112-119. |
| [6] | 蒋少涌. 辽宁青城子铅-锌矿床氧、碳、铅、硫同位素特征及矿床成因[J]. 地质论评, 1988, 34 (6) : 515-523. Jiang Shaoyong. Stable Isotope Geological Characteristics of Oxygen, Carbon, Lead and Sulfur and Metallogenesis of Qingchengzi Lead-Zinc Deposit, Liaoning Province[J]. Geological Review, 1988, 34 (6) : 515-523. |
| [7] | 蒋少涌, 魏菊英. 青城子铅-锌矿床地球化学[J]. 矿床地质, 1989, 8 (4) : 20-28. Jiang Shaoyong, Wei Juying. Geochemistry of the Qingchengzi Lead-Zinc Deposit, Liaoning Province[J]. Mineral Deposits, 1989, 8 (4) : 20-28. |
| [8] | 丁悌平, 蒋少涌, 万德芳, 等. 华北元古宙铅-锌成矿带稳定同位素研究 [M]. 北京: 科学技术出版社, 1992 : 36-60. Ding Tiping, Jiang Shaoyong, Wan Defang, et al. Stable Isotope Studies on the Proterozoic Pb-Zn Mineral Belt of Northern China [M]. Beijing: Science and Technology Publishing House, 1992 : 36-60. |
| [9] | 刘国平, 艾永富. 辽宁小佟家堡子金矿床成矿时代探讨[J]. 矿床地质, 2002, 21 (3) : 53-57. Liu Guoping, Ai Yongfu. Study on Ore-Forming Epoch of Xiaotongjiapuzi Gold Deposit, Liaoning Province[J]. Mineral Deposits, 2002, 21 (3) : 53-57. |
| [10] | 薛春纪, 陈毓川, 路远发, 等. 辽东青城子矿集区金、银成矿时代及地质意义[J]. 矿床地质, 2003, 22 (2) : 176-184. Xue Chunji, Chen Yuchuan, Lu Yuanfa, et al. Metallogenic Epochs of Au and Ag Deposits in Qingchengzi Ore-Clustered Area, Eastern Liaoning Province[J]. Mineral Deposits, 2003, 22 (2) : 176-184. |
| [11] | Yu G, Chen J F, Xue C J, et al. Geochronological Framework and Pb, Sr Isotope Geochemisty of the Qingchengzi Pb-Zn-Ag-Au Orefield, Northeastern China[J]. Ore Geology Reviews, 2009, 35 : 367-382. DOI:10.1016/j.oregeorev.2008.11.009 |
| [12] | 张朋, 李斌, 李杰, 等. 辽东裂谷白云金矿载金黄铁矿Re-Os定年及其地质意义[J]. 大地构造与成矿学, 2016, 40 (4) : 731-738. Zhang Peng, Li Bin, Li Jie, et al. Re-Os Isotopic Dating and Its Geological Implication of Gold Bearing Pyrite from the Baiyun Gold Deposit in Liaodong Rift[J]. Geotectonica et Metallogenia, 2016, 40 (4) : 731-738. |
| [13] | 方俊钦, 聂风军, 张可, 等. 辽宁姚家沟钼矿床辉钼矿Re-Os同位素年龄测定及其地质意义[J]. 岩石学报, 2012, 28 (2) : 372-378. Fang Junqin, Nie Fengjun, Zhang Ke, et al. Re-Os Isotopic Dating on Molybdenite Separates and Its Geological Significance from the Yaojiagou Molybdenum Deposit, Liaoning Province[J]. Acta Petrologica Sinica, 2012, 28 (2) : 372-378. |
| [14] | 方如恒, 何恃松, 博德彬.辽东吉南古元古代裂谷有色金属矿床[C]//芮宗瑶, 施林道, 方如恒.华北陆块北缘及邻区有色金属矿床地质.北京:地质出版社, 1994:4-109. Fang Ruheng, He Shisong, Bo Debin.Nonferrous Metallic Ore Deposit in the East Liaoning-South Jilin Early Proterozoic Rift[C]//Rui Zongyao, Shi Lindao, Fang Ruheng.Geology of Nonferrous Metallic Deposits in the Northern Margin of the North China Landmass and Its Adjacent Area.Beijing:Geological Publishing House, 1994:4-109. |
| [15] | 李怀坤, 耿建珍, 郝爽, 等. 用激光烧蚀多接收器等离子质谱仪(LA-MC-ICP-MS)测定锆石U-Pb同位素年龄的研究[J]. 矿物学报, 2009, 29 (Sup.1) : 600-601. Li Huaikun, Geng Jianzhen, Hao Shuang, et al. Study on the Determination of Zircon U-Pb Ages by LA-MC-ICP-MS[J]. Acta Mineralogica Sinica, 2009, 29 (Sup.1) : 600-601. |
| [16] | Koschek G. Origin and Significance of the SEM Cath-odoluminescence from Zircon[J]. Journal of Microscopy, 1993, 171 : 223-232. DOI:10.1111/jmi.1993.171.issue-3 |
| [17] | Maniar P, Piccoli P. Tectonic Discrimination of Grani-toids[J]. Geol Sco Am Bull, 1989, 101 : 636-643. |
| [18] | Rudnick R L, Gao S. Composition of the Continental Crust[J]. Treatise on Geochemistry, 2003, 3 : 1-64. |
| [19] | Sun S S, McDonough W F.Chemical and Isotopic Systematics of Ocean Basalts:Implications for Mantle Composition and Process[C]//Saunders A D, Norry M J.Magmatism in Ocean Basins Geol Soc.London:Spec Publl, 1989:313-345. |
| [20] | 赵振华, 熊小林, 王强, 等. 铌与钽的某些地球化学问题[J]. 地球化学, 2008, 37 (4) : 304-320. Zhao Zhenhua, Xiong Xiaolin, Wang Qiang, et al. Some Aspects on Geochemistry of Nb and Ta[J]. Geochimica, 2008, 37 (4) : 304-320. |
| [21] | Yang J H, Sun J F, Chen K F, et al. Sources and Petrogenesis of Late Triassic Dolerite Dikes in the Liaodong Peninsula:Implications for Post-Collisional Lithosphere Thinning of the Eastern North China Craton[J]. Journal of Petrology, 2007 (10) : 1973-1997. |
| [22] | 胡新露, 姚书振, 何谋春, 等. 大兴安岭北段岔路口和大黑山斑岩型钼矿硫、铅同位素特征[J]. 矿床地质, 2014, 33 (4) : 776-784. Hu Xinlu, Yao Shuzhen, He Mouchun, et al. Sulfur and Lead Isotopic Characteristics of Chalukou and Daheishan Porphyry Mo Deposits in Northern Segment of Daxinganling Mountains[J]. Mineral Deposits, 2014, 33 (4) : 776-784. |
| [23] | Ohmoto H. Systematic of Sulfur and Carbon Isotopes in Hydrothermal Ore Deposits[J]. Economic Geology, 1972, 67 : 551-578. DOI:10.2113/gsecongeo.67.5.551 |
| [24] | 刘文恒, 刘继顺, 马慧英, 等. 云南东川雪岭铜多金属矿区硫铅同位素组成特征及成矿物质来源[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2014, 8 (45) : 2728-2739. Liu Wenheng, Liu Jishun, Ma Huiying, et al. Chracteristics of S and Pb Isotope Compositions and Source of Metallogenic Material in Xueling Cu-Polymetallic Mining Area of Dongchuan, Yunnan[J]. Journal of Central South University (Science and Technology), 2014, 8 (45) : 2728-2739. |
| [25] | 高永宝, 李文渊, 钱兵, 等. 新疆维宝铅锌矿地质、流体包裹体和同位素地球化学特征[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2014, 44 (4) : 1153-1165. Gao Yongbao, Li Wenyuan, Qian Bing, et al. Geology, Fluid Inclusions and S Pb Isotopic Geochemistry of the Weibao Zn-Pb Deposit in Qimantaga, Xinjiang[J]. Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 2014, 44 (4) : 1153-1165. |
| [26] | Duan X X, Zeng Q D, Yang J H, et al. Geoch-ronology, Geochemistry and Hf Isotope of Late Triassic Magmatic Rocks of Qingchengzi District in Liaodong Peninsula, Northeast China[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2014, 91 : 107-124. DOI:10.1016/j.jseaes.2014.05.009 |
| [27] | 陈润生, 李建威, 曹康, 等. 闽北上房钨矿床锆石U-Pb和辉钼矿Re-Os定年及其地质意义[J]. 地球科学:中国地质大学学报, 2013, 38 (2) : 289-302. Chen Runsheng, Li Jianwei, Cao Kang, et al. Zircon U-Pb and Molybdenite Re-Os Dating of the Shangfang Tungsten Deposit in Northern Fujian Province:Implications for Regional Mineralization[J]. Earth Science:Journal of China University of Geosciences, 2013, 38 (2) : 289-302. |
| [28] | Miller C, Schuster P, Kiotzli U, et al. Post-Colli-sional Potassic and Ultrapotassic Magmatism in SW Tibet:Geochemical and Sr-Nd-Pb-O Isotopic Constraints for Mantal Source Characteristics and Petrogenesis[J]. Journal of Petrology, 1999, 40 (9) : 1399-1424. DOI:10.1093/petroj/40.9.1399 |
| [29] | Pearce J A, Harris N B W, Tindle A G. Trace Element Discrimination Diagrama for the Tectonic Interpretation of Granitic Rocks[J]. Journal of Petrology, 1984, 25 : 956-983. DOI:10.1093/petrology/25.4.956 |
| [30] | 吴福元, 李献华, 郑永飞, 等. Lu-Hf同位素体系及其岩石学应用[J]. 岩石学报, 2007, 23 (2) : 185-220. Wu Fuyuan, Li Xianhua, Zheng Yongfei, et al. Lu-Hf Isotopic Systematic and Their Applications in Petrology[J]. Acta Petrologica Sinica, 2007, 23 (2) : 185-220. |
| [31] | Chen Y J, Chen H Y, Zaw K, et al. Geodynamic Setting and Tectonic Model of Skarn Gold Deposits in China:An Overview[J]. Ore Geology Review, 2007, 31 : 139-169. DOI:10.1016/j.oregeorev.2005.01.001 |
| [32] | 翟明国, 朱日祥, 刘建明, 等. 华北东部中生代构造体制转折的关键时限[J]. 中国科学:D辑, 2003, 33 (10) : 913-929. Zhai Mingguo, Zhu Rixiang, Liu Jianming, et al. The Key Timing of the Mesozoic Tectonic in Northeastern China[J]. Science in China:Series D, 2003, 33 (10) : 913-929. |
| [33] | 毛景文, 张作衡, 余金杰, 等. 华北及临区中生代大规模成矿地球动力学背景:从金属矿床年龄精测得到的启示[J]. 中国科学:D辑, 2003, 33 (4) : 289-299. Mao Jingwen, Zhang Zuoheng, Yu Jinjie, et al. The Geodynamic Setting of Mesozoic Large-Scale Mineralization in North China and Adjacent Areas:Implication from the Highly Precise and Accurate Ages of Metal Deposits[J]. Science in China:Series D, 2003, 33 (4) : 289-299. |
| [34] | 毛景文, 谢桂青, 张作衡, 等. 中国北方中生代大规模成矿作用期次及其动力学背景[J]. 岩石学报, 2005, 21 (1) : 169-188. Mao Jingwen, Xie Guiqing, Zhang Zuoheng, et al. Mesozoic Large-Scale Metallogenic Pulses in North China and Corresponding Geodynamic Settings[J]. Acta Petrologica Sinica, 2005, 21 (1) : 169-188. |
| [35] | 刘洪涛, 翟明国, 刘建明, 等. 华北克拉通北缘中生代花岗岩:从碰撞后到非造山[J]. 岩石学报, 2002, 18 (4) : 433-448. Liu Hongtao, Zhai Mingguo, Liu Jianming, et al. The Mesozoic Granitoids in the Northern Marginal Region of North China Craton:Evolution from Post-Collisional to Anorogenic Settings[J]. Acta Petrologica Sinica, 2002, 18 (4) : 433-448. |
| [36] | 黄典豪, 杜安道, 吴澄宇, 等. 华北地台钼(铜)矿铼-锇年龄及其地质意义[J]. 矿床地质, 1996, 15 (4) : 289-297. Huang Dianhao, Du Andao, Wu Chengyu, et al. Metallochronology of Molybdenum (Copper) Deposits in the North China Platform:Re-Os Age of Molybdenite and Its Geological Significance[J]. Mineral Deposits, 1996, 15 (4) : 289-297. |
| [37] | 吴福元, 杨进辉, 张艳斌, 等. 辽西东南部中生代花岗岩时代[J]. 岩石学报, 2006, 22 (2) : 315-325. Wu Fuyuan, Yang Jinhui, Zhang Yanbin, et al. Emplacement Ages of the Mesozoic Granites in Southeastern Part of the Western Liaoning Province[J]. Acta Petrologica Sinica, 2006, 22 (2) : 315-325. |
| [38] | 代军治.燕辽成矿带钼(铜)矿床成矿作用及成矿动力学背景[D].北京:中国地质科学院, 2008:1-107. Dai Junzhi.The Metallogeneses and Geodynamic Setting of Molybdenum (Copper) Deposit in Yan-Liao Metallogenic Belt[D].Beijing:Chinese Academy of Geological Sciences, 2008:1-107. |
| [39] | 代军治, 毛景文, 赵财胜, 等. 辽西兰家沟钼矿床花岗岩SHRIMP锆石U-Pb年龄及岩石化学特征[J]. 地质学报, 2008, 82 (11) : 1555-1564. Dai Junzhi, Mao Jingwen, Zhao Caisheng, et al. Zircon SHRIMP U-Pb Age and Petrogeochemical Features of the Lanjiagou Granite in Western Liaoning Province[J]. Acta Geological Sinica, 2008, 82 (11) : 1555-1564. |
| [40] | Han C M, Xiao W J, Zhao G C, et al. A Re-Os Study of Molybdenite from the Lanjiagou Mo Deposit of North China Craton and Its Geological Significance[J]. Gondwana Research, 2009, 16 : 264-271. DOI:10.1016/j.gr.2009.01.001 |