2012, Vol. 28
2. 中国地质大学，北京 100083
2. China University of Geosciences, Beijing 100083, China
近年来，有关大陆动力学的研究取得许多令人瞩目的成果(马宗晋和高祥林，2004；许志琴等，2008，2010；滕吉文等，2009)。尽管与大洋(板块)动力学相比，人们还没有建立起令人信服和完整的动力学模式，但大陆内部发生的多姿多彩的地质-构造-岩浆事件及由其形成的重要成矿地质环境，如热点和地幔柱、岩石圈大规模减薄区、陆内造山带、陆内裂谷和(陆内的)深大断裂构造活动带等，却不断地被人们所认识。由其激发的大规模成矿作用已成为解释大陆内部许多大型-超大型矿集区形成的动力学机制。华北板块在燕山期曾发生过大规模岩石圈减薄(罗照华等，1999；肖庆辉等，2006)，在此背景之下形成了位于华北大陆中(北)部的太行-燕山陆内造山带(邓晋福等，2003)。罗照华等(1999) 、邵济安等(2005) 分别讨论了太行山和燕山造山带的作用过程及其深部制约因素，吴珍汉和孟宪刚(1998) 、邓晋福等(2009) 则分别讨论了燕山和太行山造山带的构造-岩浆活动和区域成矿的关系，极大地推动了陆内造山作用及其成矿效应的研究深度。
晋东北(五台山-恒山)地区位于该造山带中段，是北部近EW向燕山山系和南部NE向太行山系的过渡/转换部位，又表现出NEE向构造(燕山体系)和NE向构造(太行山体系)的叠加特征。区内发育一大批中大型金银多金属矿床，尤以燕山期成矿作用最为强烈，如义兴寨、支家地、刁泉、耿庄、刘庄等，其中许多矿山在最近的全国危机矿山接替资源勘查中不断有新发现，初步显现为华北大陆内部又一个颇具潜力的金多金属矿集区。上世纪末至本世纪初，一些学者从不同角度探讨了晋东北地区的构造-岩浆活动及一些典型矿床的成矿问题(马小兵和李生元，1999；真允庆，2003；张文亮等，2005；赵祯祥和杜晋峰，2007)，但以大陆动力学理论为指导，开展区域构造-岩浆活动和成矿的综合研究还少有涉及。本文在前人工作基础上，通过对典型地区开展详实的野外地质调查和补充测试分析，重点探讨区域岩浆活动与金多属成矿关系，进而阐明区域岩浆活动和大规模成矿的动力学背景。
2 区域地质背景晋东北地区位于华北板块中部的恒山-太行山复合造山带上。该区是华北板块内部新太古代-古元古代地层出露面积最大、层序相对完整的变质基底出露区。由北部的集宁、中部的恒山、南部的阜平和东部的迁怀等几个微陆块及介于其间的构造杂岩带-绿岩带等组成(图 1)。区域地质演化经历了新太古代后期至古元古代的活动陆缘俯冲-碰撞-伸展造山过程(田永清，1994；翟明国等，2004)、中生代岩石圈大规模减薄作用和陆内造山等重大构造事件(李江海和钱祥麟，1995；翟明国等，2004)。与这些重大构造事件相伴的沉积、构造、岩浆活动是本区重要的区域成矿地质背景。
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图 1 晋东北地区主要地质构造单元及金多金属矿床分布略图(据刘凤岐和真允庆，1994修改) 1-第四系沉积物； 2-新生代火山岩；3-古生代沉积地层区；4-中上元古界沉积变质岩系；5-五台群；6-前五台构造层；7-燕山期岩浆岩；8-断裂；9-构造单元界线(断裂)；10-构造-岩浆岩带；11-地质构造单元：I.集宁微陆块；II.恒山微陆块；III.五台造山带；IV.阜平微陆块；12-主要金矿床(点)；13-其他矿床:①堡子湾金矿床；②刁泉银铜矿床；③支家地银矿床；④义兴寨金矿床；⑤后峪钼矿和耿庄金矿床；⑥高凡金矿床；⑦狐狸山金矿 Fig. 1 Sketch map of tectonics and distribution of gold-polymetallic deposits in northeastern Shanxi Province(modified after Liu and Zhen，1994) |
新太古代末期微陆块拼合作用以介于其间的绿岩带为标志，如五台山绿岩带，形成于约2500Ma，其变质火山岩大多具有岛弧、弧后盆地火山岩地球化学特征(翟明国等，2004)；古元古代(2300~1950Ma)进入与碰撞有关的挤压-伸展过程，陆块发生了裂解，至中元古代(1850~1700Ma)，转入伸展造山过程，随后进入相对稳定的陆内构造发展阶段。克拉通整体抬升，并发育陆内裂谷(李江海等，1997；翟明国，2010)。古生代表现为区域性隆升。中生代岩石圈大规模减薄作用及与之相伴的陆内造山主体发生在150~100Ma阶段，峰期在120Ma左右(许文良等，2004)。总体上以伸展构造体制为主，区域构造挤压应力由EW向转化为NNE向。其间，发生了三叠纪-侏罗纪以壳源为主的岩浆活动，形成了深-中深成侵位的花岗质岩基；早白垩世壳幔混源岩浆活动，既有一定规模的岩基，同时又有大量小岩体和次火山岩体；晚白垩世-古近纪大陆玄武岩喷发等多期不同性质的构造岩浆活动，形成了区域重要的构造-岩浆活动带。新生代，区域转入太平洋构造体系。
3 中生代岩浆活动特征 3.1 空间分布及岩石学特征晋东北中生代岩浆岩集中分布于分五台山-恒山地区，受区域性构造控制，具有明显的空间分布规律(图 1)。北部阳高-天镇一带虽有岩浆岩出露，并形成了与其相关的堡子湾等金矿床，但岩浆岩年龄显示为241.3~257.8Ma(刘凤岐和真允庆，1994)，一般认为其与晚古生代北部白乃庙岛弧与华北板块边缘碰撞造山过程有关，本文不予讨论。据不完全统计，全区有中生代花岗岩体或岩体群60余处，大致呈两个NEE向岩带：北带受控于北楼-浑源断裂和义兴寨-孙庄铺断裂，南带受控于繁峙-灵丘断裂和黄金山-古花岩断裂。在岩带内受NEE向和NW向构造交汇部位控制，形成岩体集中区，主要包括南带的滩上、耿庄以及灵丘太白维山(支家地)和刁泉等，北带的义兴寨-尧峪、中庄铺和孙庄铺-太那水等。各集中区之间大致具等间距分布特点。但各集中区内的岩体发育情况具有较大差异。根据最新的地质调查成果(赵祯祥和杜晋峰，2007)，以中庄铺、耿庄和太白维山、刁泉-孙庄铺最为集中。单个岩体主要分布于火山机构的环状、放射状等断裂或火山通道内，形态为岩枝、岩脉或筒状小岩株，部分集中区内岩体(脉)具有环绕火山机构呈规则或不规则环形分布特征，如耿庄、支家地、刁泉等地。从产状上可分为两种：一是单阶段侵入、岩性单一(花岗岩或花岗闪长岩)的侵入岩；二是多期次侵入、喷发和次火山活动形成的包括由中基性到酸性、从钙碱性到偏碱性岩等组成的火山-次火岩杂岩体。
本区燕山期岩浆岩岩性复杂，总体可划分为两大岩石组合。一是以花岗闪长岩—二长花岗岩和中细粒-粗粒斑状黑云母花岗岩等组成的岩石组合，多为单阶段深成侵入形成的独立岩体，一般规模较大，岩性单一。如六棱山、铁瓦殿、岔口等。岩体受控于NW、NE向断裂交汇部位，围岩均具轻微变形，边部有平行接触面的面状构造，内部呈同心环带状分布，边缘时代老，中心时代新。据赵祯祥和杜晋峰(2007) 研究，除六棱山岩体形成于中侏罗世(K-Ar年龄153.4Ma)外，其他两个岩体形成于早白垩世(K-Ar年龄108.5~93.9Ma)。到目前为止，未发现与该类岩体有关的金矿床(但有铌钽或钨锡等矿化)；另一类是以闪长岩—花岗闪长斑岩—花岗斑岩—石英斑岩等为主体的岩石组合，与同期火山岩形成同步，一些为多期次侵入的复式小岩体，与隐爆角砾岩筒或火山口紧密伴生；另一些为受不同方向构造裂隙控制的小岩株或岩脉，或围绕火山机构呈卫星式展布。一般规模较小，岩性复杂，数量众多，反映为浅成或超浅成特点。如刁泉、太白维山-刘庄、义兴寨、耿庄等。据马小兵和李生元(1999) 、赵祯祥和杜晋峰(2007) 等研究，岩体形成的时代主要集中在160~120Ma之间。该类岩体与本区金多金属矿床成矿关系密切。如义兴寨、辛庄等金矿床分布在义兴寨矿集区内，支家地银铅锌矿床、刘庄钼金矿床分布在太白维山-刘庄岩体集中区内，而刁泉铜铅锌矿床、太那水金矿床则分布在中庄铺-刁泉岩体集中区内，后峪钼矿、耿庄金矿以及庄旺金矿床则产出于耿庄岩体集中区。
3.2 岩石地球化学特征在前人研究基础上，本文选择与金多金属成矿密切相关的北带义兴寨岩体集中区和南带支家地-刘庄岩体集中区内的典型岩体开展了系统研究。相关测试结果见表 1和表 2。其主要特征如下(表、图中蚀变闪长岩类数据仅供对比，不作讨论依据)。
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表 1 晋东北地区部分岩体岩石化学成分(wt%) Table 1 Chemical compositions of part intrusion in northeastern Shanxi Province (wt%) |
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表 2 义兴寨和刘庄岩体微量和稀土元素组成(×10-6) Table 2 Trace elements and REE compositions of Yixinzhai and Liuzhuang intrusions(×10-6) |
总体上，从不同岩性看，SiO2以石英斑岩和长石石英斑岩类最高，多在70%以上，其次为花岗闪长(斑)岩和花岗斑岩，以闪长岩类和蚀变闪长岩类最低，一般在60%以上，偏低者显然与成分迁出有关，如义兴寨矿区的蚀变闪长岩；Al2O3以花岗闪长斑岩或花岗斑岩类较高，一般大于14%，其次为长石石英斑岩或闪长岩类，以石英斑岩等较低，含量12%~13%；其他组份方面，花岗闪长斑岩类K2O含量高，MgO、CaO、TiO2含量偏低。和中国花岗岩平均成分(见邱家骧主编，岩浆岩岩石学，1991)比较，本区花岗斑岩与花岗岩平均成分很接近，石英斑岩的K2O高，Na2O低。而闪长岩化学成分与中国闪长岩平均化学成分比较，TiO2 略高，K2O偏高。石英闪长岩化学成分与中国石英闪长岩平均成分比较，K2O和Na2O偏高，FeO、MnO和CaO等偏低。
岩浆岩的AR(碱度率，Wright，1969)-SiO2关系图解(图 2左)表明，岩石主要位于碱性岩范围内，而在K2O-SiO2 判别图解上(图 2右)，投点较为分散，跨越了低钾到高钾多个系列。其中义兴寨矿区石英斑岩类表现为低钾特征，而花岗斑岩、花岗闪长斑岩类为高钾特征，其它地区中酸性火山-次火山岩以高钾钙碱性系列为主。在A/CNK-A/NK(Shand指数)图解(图 3左)上，均位于过铝质区。而在K2O-Na2O岩浆成因类型图解上(图 3右)，位于I型和A型岩浆岩区。反映岩浆形成过程中有一定量的地幔物质加入其中。
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图 2 岩浆岩碱度-SiO2关系图解(左，底图据Wright，1969)和SiO2-K2O岩浆岩系列图解(右，底图据Middlemost，1985) Fig. 2 Diagram of alkalinity-SiO2 (left，after Wright，1969)and SiO2-K2O series(right，after Middlemost，1985) |
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图 3 A/CNK-A/NK图解(左，底图据Maniar and Piccoli，1989)和Na2O-K2O成因类型图解(右，底图据 Collins，1982) Fig. 3 Diagram of A/CNK-A/NK(left，after Maniar and Piccoli，1989)and style of Na2O-K2O(right，after Collins，1982) |
图 4是根据数据表中岩石微量元素地幔标准化后的蜘网图(左)和稀土元素球粒陨石标准化配分曲线图(右)。表 2和图 4揭示出义兴寨(西部)和刘庄(东部)两区中生代岩浆岩如下地球化学特点。花岗闪长斑岩类Cu、Pb低。花岗斑岩和石英斑岩类Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Co含量较高，而Y、B、Be等含量较低。(蚀变的)闪长岩类微量元素Cu、Cr、Co、Vi、V、Ti、Ba、Sr偏高，其余均偏低。图 4左表明，相对于地幔，普遍富集Ba、Rb、K(LILE)，而不活泼高场强元素(HFSE)Ta、Nb、P、Zr均表现为相对偏高，Cr、Co、Ni、V、Ti、Sr等偏低。
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图 4 微量元素蛛网图(左)和稀土元素配分图(右) Fig. 4 Spider of trace elements(left)and chondrite-normalized rare element diagram(right) |
义兴寨和刘庄地区中酸性岩浆岩稀土元素总量界于59×10-6~185×10-6之间，明显可分为两个区间。义兴寨矿区蚀变闪长岩类最低，但变化大，花岗斑岩类和石英斑岩类中等，而正长闪长岩类多数较高。轻重稀土比值较大，重稀土富集。石英斑岩、正长岩和花岗斑岩类具有较明显的负Eu异常，而(蚀变)闪长岩类则以无或很低的负Eu异常为主，Ce异常特征刚好相反。在稀土元素配分曲线图上，除蚀变闪长岩受到强烈蚀变，Si、K等大规模迁出，Mg、Fe、Mn等则不同程度带入，从而改变了其稀土元素配分特点外，其他岩石的曲线相似，均为向右倾斜型，从花岗斑岩、花岗闪长斑岩、闪长岩到石英斑岩，铕亏损程度逐渐增大。表明了不同类型中酸性岩具有相同或相似的源区，应是同源岩浆演化的产物。
图 5表明，本区燕山期岩浆岩还具有高Sr底Y和高(La/Yb)N特征，显示出明显的埃达克岩石的亲和性。邓晋福等(2003) 指出，不管中国东部某些地段(包括华北地区)燕山期的火成岩叫不叫埃达克岩，不管主元素同位素比值是否同于真正的埃达克岩，但高Sr(低Y)这一痕量元素特征和埃达克岩是类同的，这一点已成为大家的共识。
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图 5 岩浆岩埃达克岩属性的判别图解(底图据Atherton and Petford，1996) Fig. 5 Discrimination diagram of adakites(after Atherton and Petford，1996) |
图 6是基于不同方法而开展的岩浆形成环境判别图解。R1-R2图解表明，本区岩浆岩主要集中在造山晚期-晚造山期花岗岩和同碰撞花岗岩区，而在SiO2-Al2O3图解中主要位于后造山花岗岩区。显然，在岩浆形成时，本区已不存在碰撞作用，也并非岛弧和活动陆缘环境。投点反映的本质是岩石形成于后造山期的板内构造活动带中。根据本区岩石岩性系列组合，并结合其成因类型，结合燕山期区域构造演化，认为岩浆的形成可能与华北板块中生代岩石圈大规模减薄所引发的壳幔相互作用密切相关，是大陆构造动力体制下陆内造山作用的产物。
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图 6 R1-R2图解(左，底图据Batchelor，1985)和SiO2-Al2O3图解(右，底图据Anderson and Cullers，1978) 左图：1-地幔分异的花岗岩；2-碰撞前花岗岩；3-碰撞后隆起的花岗岩；4-造山晚期-晚造山期花岗岩；5-造山后-非造山区的花岗岩；6-同碰撞花岗岩.右图：IAG-岛弧花岗岩；CAG-大陆弧花岗岩；CCG-大陆碰撞花岗岩；POG-后造山花岗岩；RRG-与裂谷有关的花岗岩；CEUG-与大陆的造陆抬升有关的花岗岩 Fig. 6 R1-R2 diagram(left，after Batchelor，1985)and SiO2-Al2O3 diagram(right，after Anderson and Cullers，1978) |
如前所述，晋东北地区中生代形成的金多金属矿床主要分布在相关的岩体集中区内，表现出与燕山期岩浆活动具有密不可分的时空关系，由此形成了与岩体集中区相对应的金多金属成矿带和集中区。但各集中区成矿具有各自特点。主要表现在两个方面。一是成矿元素组合上，沿矿带自西向东，南北两个矿带均具有Au-Ag、Mo-Ag、Cu、Au(Mo)-Cu、Pb、Zn、Au(Mo)等逐渐复杂的变化趋势，可能与岩浆岩的活动特征及具体成矿背景相关；二是在矿化类型上，则依控矿构造系统不同各区各具特色，呈现出复杂的矿化类型组合。总体上，区内主要金多金属矿床可划分为如下类型：(1) 产于蚀变花岗闪长(斑)岩体内及外接触带围岩中的斑岩型Mo-Au矿床，伴生有Cu、Ag或Pb、Zn，如后峪(Mo-Au-Cu)、小窝单(Mo)、刘庄(Mo-Au)、茶坊(Mo-Pb-Zn)等；(2) 产于花岗闪长斑岩与白云岩接触带和近岩体围岩中的矽卡岩-热液脉型Au、Fe矿床，有时伴生有Cu，Pb，Zn，Ag，Mo，如太那水(Au-Fe)、刁泉(Cu-Ag-Au-Mo)等；(3) 产于火山角砾岩筒和岩筒附近不同方向裂隙中的爆破角砾岩-热液石英脉型Au(Mo)或Cu-Ag，Ag-Pb-Zn等矿床，如义兴寨(Au-Mo)、辛庄(Au)、耿庄(Au)、庄旺(Au)、支家地(Ag-Pb-Zn)等。有时在同一个成矿集中区内可见有不同类型矿(化)体共(伴)生在一起，构成复杂的矿化类型组合，并在空间上具有明确的元素分带特征。
4.1 典型矿床地质特征 4.1.1 义兴寨金矿位于义兴寨(-辛庄)金矿田内，该矿田位于北成矿带中部，由分布于义兴寨杂岩体北部的义兴寨大型金矿和南部的辛庄中型金矿及外围若干矿床点组成(图 7)。义兴寨金矿是其典型代表。矿区内地层简单，主要为五台-恒山地区的老基底地层。近矿围岩是五台群中的变闪长岩-黑云斜长片麻岩，长英质片麻岩。本区岩浆活动发育，由孙家庄岩体为核心的义兴寨杂岩是区域义兴寨岩体集中区的重要组成部分。岩性主要为二长闪长岩、花岗闪长岩、石英斑岩、花岗斑岩、细晶岩、伟晶岩等，并常伴随(隐蔽)爆破作用，形成多个爆破角砾岩筒。区域性北西向义兴寨-南门山断裂(西部)和龙山断裂(东部)斜贯矿田，并控制着矿田的主体，其次级构造及由义兴寨杂岩体多期侵入形成的环形、放射状、角砾岩筒构造构成矿田的主要控矿构造系统。由其控制，分别形成了角砾岩筒型、石英脉型、构造破碎蚀变岩型及它们之间过渡或叠加的复合型矿化，前两种是矿田内的主要矿化型式，在晋东北地区具有典型代表性。
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图 7 义兴寨金矿区地质图(据李双保和李俊健，1997) 1-第四系河床堆积；2-黄土；3-砂砾夹粘土层(含古砂金)；4-金岗库组火山沉积硅铁质建造；5-五台期石英闪长质片麻岩；6-花岗斑岩；7-花岗岩；8-孙家庄闪长岩杂岩体；9-石英斑岩；10-隐爆角砾岩；11-含金构造蚀变带及编号；12-砂金矿点；13-岩金矿床；14-横张断裂；15-脆-韧性剪切带 Fig. 7 Geological map of Yixinzhai goldfield(after Li and Li，1997) |
含矿石英脉分为单脉、复脉和网脉三种。以复脉带为主，由断裂带内多金属硫化物石英脉和两侧构造蚀变岩组成，带内矿体规模不一，品位变化为10×10-6~20×10-6，石英脉单脉长10~100m，垂深数百米，多呈平行交叉和雁行排列，具分枝复合、尖灭再现特征，以0#、1#、4#、5#脉带较为常见。角砾岩筒型矿化是矿区的另一种主要矿化体。矿田内共发育4个角砾岩筒，各岩筒均有不同程度矿化，以铁塘硐角砾岩筒矿化最好。研究表明，角砾岩筒经历多期次爆破过程，元素组合复杂，类型多样，蚀变强烈，反映岩浆活动和成矿作用多期性的存在。
矿石构造主要有梳状、晶簇(晶洞)状，浸染状、网脉状、角砾状等。结构主要有粒状、压碎、填隙残余等。矿石中主要金属矿物有银金矿、自然金、黄铁矿、闪锌矿、方铅矿等；次要金属矿物有砷黝铜矿、自然铋、辉碲铋矿、毒砂、辉钼矿、金银矿、自然银、等。脉石矿物主要有石英、方解石，次为白云岩、绿泥石、钾长石、电气石等。
由于成矿多期多阶段性，围岩蚀变种类繁多。不同岩性的围岩，其蚀变类型和强度有差异。与金、银矿化关系密切的蚀变有硅化、绢云母化、黄铁绢英岩化，次要蚀变类型有钾化、碳酸盐化、电气石化等。与铁铜矿化关系密切的蚀变主要为矽卡岩化、碳酸盐化、硅化等。
根据野外矿脉间的穿插关系并结合镜下鉴定，区内成矿作用经历了至少5个阶段。第一阶段(I)为脉状石英-黄铁矿阶段，以北西向为主，矿化主要为钼-金组合，其中黄铁矿含量低，并呈零星浸染状分布；第二阶段(II)为脉状石英-黄铁矿阶段，以近南北向脉为主，以大量出现团块状粗粒黄铁矿为标志，形成团块状黄铁矿集合体，并胶结了早期石英脉碎块；第三阶段(III)为石英-多金属硫化物阶段，金属硫化物以中细粒黄铁矿、黄铜矿为主，伴有毒砂、辉铜矿、闪锌矿等，是本区金矿化的主要阶段之一，石英和方铅矿含量低是本阶段的主要标志；第四阶段(IV)也为石英-多金属硫化物阶段。宏观上与第3阶段矿物组合相同。由方铅矿，银、铅、铋硫化物组成，与第III阶段不同的是，石英含量增加，方铅矿常呈大颗粒团块状。最后是以石英-方解石组合为主的矿化阶段(V)，形成石英-方解石脉，以方解石为主，有零星浸染状、细脉状闪锌矿，广泛发育于脉带裂隙中。矿脉中常见晚期石英胶结早期石英晶体残块的现象。
4.1.2 支家地银铅锌矿床支家地银铅锌矿床位于支家地-刘庄银铅锌、钼金多金属矿田内，该矿田位于南矿带东部，与太白维山-刘庄岩体集中区范围一致(图 8)，由支家地银铅锌矿床(北西部)和小清沟—流沙沟银锰铅锌矿床和刘庄钼金矿点(南东部)及外围的银锰、银铜及金矿床等组成。区内主要出露五台超群石咀群庄旺组黑云斜长片麻岩、长城系高于庄组白云岩以及侏罗系上统张家口组流纹质凝灰岩、白旗组英安质凝灰岩。侵入岩主要有吕梁期花岗岩和燕山期(石英)闪长岩、花岗闪长岩、石英斑岩及相伴的爆破角砾岩等，燕山期岩浆也具有多期活动特征。区域基底构造主要是NE向褶皱和断裂。盖层构造以燕山期太白维山环形构造最显著，具有沉陷型破火山口构造特征。区内发育由NW向和NE向2组断裂形成的菱形构造网络，特别是NW向唐河断裂对太白维山破火山口的发生和发展起着重要的控制作用。太白维山破火山口由内、外两个圈层构成，外圈层直径16km，内圈层约8.5km，外圈层是火山盆地的边界；内圈层集中了3个次一级破火山口，均为火山颈相次火山复合岩体充填，主体为石英斑岩，次为花岗岩、安山岩、流纹岩。支家地石英斑岩体就是其中一个，在与火山碎屑岩接触部位，形成隐爆角砾岩。支家地银矿床即产于其中一个与次级破火山口空间范围基本一致的隐爆角砾岩及石英斑岩中。
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图 8 灵丘太白维山-刘庄矿田地质图(据张北廷等，1995) 1-灰岩角砾岩；2-英安质角砾岩及英安岩；3-流纹质凝灰岩及熔结凝灰岩；4-次火山岩；5-推测破火山口；6-火山口；7-推测火山口；8-矿床(化)点；9-断层；10-居民点；Q-新生界；J3zh-张家口组；J3b-白旗组；Pz-古生界；Pt-元古界；Ar-太古界；λιπ-火山颈相流纹质熔岩；γπ5-燕山期花岗斑岩 Fig. 8 Geological map of Taibaiweishan-Liuzhuang mine field in Lingqiu County(after Zhang et al.，1995) |
控矿的隐爆角砾岩体呈NWW向展布，地表出露长度约750m，宽40~120m，呈透镜状，向下逐渐变宽。隐爆角砾岩主要由次火山岩和与其直接接触的围岩组成，角砾主要为石英斑岩和流纹岩，大小不等，形状不一。胶结物为与角砾成分相同的岩粉、岩屑、火山灰、熔浆和后期的热液矿质。按角砾成分和破碎程度等可分为石英斑岩角砾岩、凝灰角砾岩、复成分角砾岩和碎裂石英斑岩等4类。其中凝灰角砾岩和石英斑岩角砾岩是矿区的主要含矿岩石。
银矿体主要赋存于矿区内主要控矿断层上盘的隐爆角砾岩体内。矿体呈脉状、透镜状产出，与围岩界线不清。沿走向变化较大，常有分枝复合、尖灭再现现象；沿倾斜相对稳定，一般在中部膨大，头部、尾部分枝尖灭。矿体倾角在头部和尾部较陡，中部较缓。沿走向拐弯处和沿倾斜产状变缓处均有厚度增大、品位变富的趋势，而在产状变陡处厚度变小。银、铅、锌品位与厚度呈正相关，铅、锌含量与银品位也呈正相关。
矿石类型主要为多金属硫化物银矿石，次有黄铁矿银矿石等，主要呈固溶体分离结构、交代残留、交代网状结构及自形-半自形-他形粒状结构，细粒浸染状、角砾状、网脉状及稀疏浸染状构造。组成矿石的金属矿物种类较多，主要有黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、黄铜矿、辉银矿、自然银及辉铜银矿、硫锑铜银矿、银黝铜矿等，但含量很少。脉石矿物主要有石英、斜长石、正长石、方解石、白云母等。
矿区围岩蚀变强烈，主要有绢云母化、碳酸盐化、硅化、黄铁矿化及绿泥石化、叶腊石化、泥化等中低温蚀变。碱性长石蚀变为绢云母，是矿化带的标志；碳酸盐化主要为铁锰碳酸盐化，其次为方解石化，常呈多金属硫化物铁菱锰矿细脉，构成富银矿石；硅化同样与银及铅锌矿化关系密切，常在铁菱锰矿、闪锌矿脉壁上生成梳状石英，与碳酸盐一起构成含银矿脉；黄铁矿呈细粒浸染状分布于石英斑岩、流纹质火山角砾岩和凝灰角砾岩中，常是矿带和近矿围岩的标志。
据杨建功(1999) 研究，区内成矿作用可划分为3个主要阶段。(I)石英-黄铁矿阶段：以形成立方体、微细粒、呈浸染状分布的黄铁矿为标志。(II)银多金属硫化物阶段：本期黄铁矿多沿裂隙分布，粒度稍粗，部分颗粒破碎、被交代。主要金属矿物还有闪锌矿、 方铅矿、 黄铜矿及银矿物等。(III)银多金属硫化物-碳酸盐阶段：为低温热液阶段，也是银的主要成矿阶段。
4.2 矿床地球化学特征 4.2.1 包裹体地球化学不同类型岩石和矿石的流体包裹体特点及均一温度和盐度特征总结如表 3。
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表 3 晋东北地区部分矿区矿石、岩石包裹体特征 Table 3 The characteristics of part ore field fluid inclusions in northeastern Shanxi Province |
从包裹体特征上看，本文所观察到的包裹体与杨红英等(1995) 在义兴寨矿区观察到的花岗闪长岩、花岗斑岩及部分石英脉中的包裹体特征十分相近，类型也基本一致，证明了成矿流体与花岗闪长岩，特别是花岗斑岩有关。此外，孙家庄闪长杂岩中气液包裹体与含子晶NaCl多相包裹体共生，矿石中包裹体与其具有相似特点，反映含矿热液与斑岩热液具明显的同源性。富液、富气、含CO2和高盐度的各种包体共生在一起，反映含矿流体发生过沸腾，可能是金沉淀的主要机制。
4.2.2 微量和稀土元素地球化学不同类型矿石微量和稀土元素测试结果见表 4。从表 4可以看出，义兴寨矿区不同脉体微量元素含量存在差异。5#、6#、7#脉高值元素主要为Au、Ag、Cu、Pb、Zn组合，金与其它元素呈正相关关系，而1#和4#脉Ti、Cr、V含量相对较高，与铁塘硐角砾岩和河湾角砾岩型矿石相似，1#脉中银含量高于其他矿脉。金与其他元素的相关性不明显。其他矿脉处于二者之间。辛庄金矿主要表现为Au-Ag-Cu-Pb组合，耿庄为Ag-Cu-Pb-Zn，太那水为Au-Pb组合，刘庄为Cu-Pb-Zn。体现它们在成矿上存在着差异。
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表 4 晋东北部分金多金属矿床石微量元素和稀土元素含量表 Table 4 Trace elements and REE of ore in part gold-polymetallic deposits of northeastern Shanxi Province |
本区矿石稀土元素总量均较低，在3.89×10-6~223.47×10-6之间变化，轻重稀土分馏不明显，以没有或仅有较小的Eu异常为特点。在矿石稀土元素配分曲线图解(图略)上，本区火山岩型金多金属矿床矿石的稀土配分曲线总体相似，均呈现向右缓倾斜曲线，反映轻重稀土分馏不明显。各矿床之间以及矿床的不同类型矿石之间，在表现出总体相似的同时，也具有一定差异。义兴寨和刘庄矿区矿石总体一致性较好，但部分脉体矿石具有明显的正铕或负铕异常；辛庄和耿庄矿石以具有一定的负铕异常为特征，太那水矿区角砾岩型矿石与其他石英多金属硫化物矿石具有明显区别。
微量元素和稀土元素含量的对比表明，晋东北不同地区与火山-次火山岩浆活动有关的金银多金属矿床在元素组合及相互关系上表现出一致性，反映它们在成因上具有相同的控制因素。从稀土元素配分曲线与相应地区的成矿岩体配分曲线对比可以看出，二者之间也具有较好的一致关系，充分表明了它们在成因上的相关性。
4.2.3 同位素地球化学(1) H、O同位素
李双保和李俊健(1997) 对义兴寨矿区不同类型围岩、矿石的H、O同位素组成进行了详细研究，认为义兴寨主要容矿岩石全岩的δ18O值为8.3‰，未蚀变的新鲜岩石δD值为-47‰(黑云母代表)。而以孙家庄石英闪长岩为代表的燕山期侵入岩、次火山岩δ18OH2O为9.38‰，反映源岩中含有一定量的幔源物质，相应的δD为-98‰。成矿中-早期含金石英脉流体包体δ18OH2O值为3.63‰~6.50‰，晚期含金石英脉中的石英流体包体δ18OH2O值为3.47~1.87‰，具大气降水值特征。δD最低为-74‰。最晚成矿阶段含金石英-方解石脉，其方解石流体包体δD为-69‰，δ18OH2O为2.17‰。反映流体源主要为岩浆水，成矿晚期有向大气降水漂移的趋势。
李兆龙等(1992) 测得支家地银矿床闪锌矿碳酸盐脉中铁菱锰矿的δ13C值为-5.51‰~-4.31‰，差异小，平均-4.9‰，为深源岩浆碳酸盐的上限；相应的δ18O值变化为13.519‰~15.954‰，平均为14.527‰，属花岗质岩石中的较大值。根据包裹体氧测试数据计算出包体水的δ18OH2O为5.47‰，同时测得δD为-83‰。反映出成矿热液总体具有岩浆热液特征，菱锰矿更富13C和18O，可能是成矿热液与碳酸盐发生交换或大气降水混入的结果。
(2) 硫同位素
对义兴寨、辛庄、刘庄、太那水等矿床矿石黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿等49个样的硫同位素测试(表 5)表明，义兴寨金矿主要矿脉矿石(26件样)δ34S值变化为-1.5‰~4.5‰；辛庄金矿(9件样)变化为-1.4‰~3.2‰；耿庄金矿(3件样)变化为0.6‰~3.4‰；刘庄钼金矿床(6件样)变化为-4.3‰~4.3‰；太那水金矿(8件样)变化为1.1‰~3.7‰。所有值均在0附近，变化十分稳定。不同地区矿床矿石硫化物硫同位素组成也表现出惊人的相似。反映它们具有统一的来源，是从同一源区热液体系沉淀的产物。硫同位素δ34S值与幔源硫十分接近，充分表明其主要源于岩浆体系。
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表 5 晋东北地区部分金多金属矿床矿石硫化物硫同位素组成 Table 5 S isotopic composition of ore-sufide in part gold-polymetallic deposits of northeastern Shanxi Province |
晋东北主要岩浆岩及与其相关金多金属矿床研究所积累的同位素年龄资料(景淑慧，1986；刘凤岐和真允庆，1994；田永清，1994；李兆龙等，1995；叶荣等，1999；真允庆，2004；宋继叶，2009)表明，除北部阳高一带的岩体为海西期外，大同以南的恒山-五台山地区岩浆活动成矿时代在80~160Ma的范围内，集中于三个峰值区，即150~160Ma、130~140Ma和85~127Ma，各峰值区岩浆岩在不同成岩和成矿集中区表现不同。这种岩浆活动时代总体特点与整个华北板块内部燕山期岩浆活动特点完全一致(邓晋福等，2003；许文良等，2004；赵越等，2004)。
景淑慧(1986) 测得义兴寨矿区孙家庄杂岩体中闪长岩体的年龄为159.8~134.7Ma，宋继叶(2009) 根据127粒锆石U-Pb年龄测试结果，获得杂岩体中石英二长闪长岩的结晶年龄为133±0.87Ma。 此外，田永清等(1998) 获得该区石英斑岩Rb-Sr同位素年龄为127.0±3.9Ma，杨红英等(1995) 则获花岗斑岩的K-Ar年龄为116Ma。可见本区岩浆活动具有明显的多期性特征，并与区域岩浆活动高峰期一致。叶荣等(1999) 测得义兴寨金矿床I、II(相当于前述成矿阶段III)期矿石石英的快中子活化法40Ar-39Ar年龄分别为150.7±2.3Ma、131.4±3.1Ma。认为该年龄可作为义兴寨金矿床成矿热液期石英的结晶年龄，代表成矿年龄。可见其与前两期岩浆活动的时间一致性较好。说明金矿化发生在孙庄杂岩体侵入活动期。Ⅰ成矿期中的石英坪年龄150.7±2.3Ma，为(钼)金矿化开始时的年龄，Ⅱ成矿期石英的坪年龄为131.4±3.1Ma，代表了金矿化主成矿期的年龄。事实上，义兴寨矿田内存在一次以铅锌银矿化为主的成矿阶段(相当于前述成矿阶段IV)，在矿区外围还发现一些银铅锌矿点，可能与更晚(116Ma)的岩浆活动有关。
本次对支家地-刘庄矿区钼金矿床含矿岩体测得锆石LA-ICP-MS(22粒)平均年龄为157.4±6.9Ma(MSWD = 1.7)(另文发表)，与刘凤岐和真允庆(1994) 报道的支家地石英斑岩156.03Ma的年龄和上述义兴寨孙家庄杂岩体中的闪长岩体年龄基本一致。而义兴寨矿田早期矿床也表现为钼-金元素组合。可见在燕山期岩浆活动的早阶段，晋东北地区确实存在有一次与岩浆活动体有关的以钼金矿化为主的成矿作用。另据山西省区域地质志(1991) 测得刘庄地区正长闪长岩和石英斑岩的全岩K-Ar年龄分别为125.2Ma和127.9Ma，与灵丘、支家地、刁泉一带石英斑岩等岩体年龄一致。推断支家地银多金属矿化可能与此相关。对照义兴寨矿田岩浆活动和成矿作用可发现，支家地-刘庄矿区目前未见130~140Ma的岩浆岩，同时也未发现相对应的大规模金矿化，从另一侧面证明了义兴寨大规模金矿化应形成于130~140Ma的岩浆活动期。
上述表明，在晋东北五台山-恒山地区，燕山期曾发生了多期岩浆活动，与之相伴，也有多期次成矿作用。150~160Ma，主要与(二长)闪长岩或石英闪长岩、花岗闪长岩等岩浆活动有关，形成以钼-金为主的矿化；130~140Ma，主要与正长闪长岩、石英斑岩等岩浆活动有关，形成了大规模金矿化；85~127Ma，主要与花岗斑岩、石英斑岩、隐爆角砾岩等相关，形成了强烈的银多金属矿化。但在各期次岩浆活动和成矿作用在不同成岩成矿集中区表现出的完整性和强度等有一定区别，体现出了总体一致性与局部的差异性。
5.2 区域成矿动力学机制对晋东北中酸性火山-次火山岩浆岩的岩石化学和地球化学研究表明，其岩浆岩主要属于I型，并可能有少量A型岩浆，源于壳幔强烈相互作用形成的混合源区，以浅成超浅成且多期次活动为主要特点，并广泛伴有隐爆角砾岩筒形成。区域上岩浆活动有三个高峰期，并在各集中区有不同程度的表现；岩体定位受区域构造体系控制，北东东向深大断裂或区域性断裂构造控制了岩浆岩带的宏观展布，北西向与北东构造的网格状交点控制了带内岩体集中区的分布。部分岩体具有埃达克质岩石的地球化学特点。与华北板块内部其他地区燕山期岩浆活动具有较好的对应性。成矿作用与岩浆活动的时空联系十分密切，岩浆集中区就是事实上的矿化集中区，与岩浆岩有关的控岩构造以及在岩浆活动过程形成的岩体脉、角砾岩筒、火山颈、放射状或其他裂隙构造是重要的含矿(矿化)空间。矿石微量元素和稀土元素地球化学示踪暗示它们与岩浆具有明显的继承性关系，同位素地球化学表明，成矿流体主要以岩浆来源为主体，成矿物质带有明显的深源印记，明确反映了成矿作用与岩浆活动之间的成因联系。可以看出，尽管晋东北地区与燕山期火山-次火山岩浆活动有关的金多金属矿床具体成矿条件不完全一致，矿床地质特征和地球化学特点也有差别，但是在区域相似的地质构造背景中形成的，是同一成矿系统的产物，是一个在成因上具有密切联系并由多种矿化型式、多种成矿元素组合组成的成矿系列，具有统一的区域成矿动学机制。
基于最新的同位素年代学资料，许文良等(2004) 认为，华北克拉通东部中生代的岩浆作用可划分成四个阶段，即晚三叠世碱性岩浆作用、中晚侏罗世花岗质岩浆作用、早白垩世双峰式岩浆作用和晚白垩世碱性玄武质岩浆作用。徐淮地区中生代侵入岩中榴辉岩捕虏体的发现及其地质年代学资料表明华北克拉通东部中生代曾发生过一次重要的陆壳加厚为标志的陆内造山过程。俯冲板片的断离以及高压-超高压变质岩的快速折返和晚三叠世的碱性岩浆作用的存在均暗示华北克拉通中生代岩石圈减薄已经开始，中-晚侏罗世花岗质岩浆作用形成于造山期后的伸展环境，代表了中生代岩石圈减薄的继续和发展，早白垩世双峰式岩浆作用表明中生代岩石圈减薄达到了峰期，而幔源纯橄岩捕虏体中富硅质熔体的交代作用和玄武岩的高值特征表明，软流圈对岩石圈底部的化学侵蚀可能是导致该阶段岩石圈减薄的主导机制，晚白垩世碱性玄武质岩浆作用和海洋型+地幔捕虏体的存在代表了等温面的下降和岩石圈地幔的增生。对比本区岩浆活动的特点可以认为，本区岩浆活动作为区域燕山期岩浆活动的重要组成部分，同样是岩石圈大规模减薄背景下陆内造过程中壳幔相互作用的直接产物，标志华北板块内部自晚古生代晚期以来，发生了重要的构造动力体制的转变。翟明国等(2004) 进一步指出，华北中生代构造体制转折始于160~150Ma，终于110~100Ma左右。由EW向转变为NE向的盆岭构造格局，其间经历了多次挤压与伸展的转变。这种深部构造活动是激发区域大规模岩浆活动和成矿作用的重要机制和背景。同时也与本区主要岩浆活动与相关金银多金属矿床成岩成矿地球化学特点是吻合的。
6 结论(1) 晋东北地区燕山期岩浆活动可划分为以花岗闪长岩—二长花岗岩和中细粒-粗粒斑状黑云母花岗岩等和以闪长岩—花岗闪长斑岩—花岗斑岩—石英斑岩等为主体的两套岩石组合，后者与本区金多金属矿床成矿关系密切。时间上具有150~160Ma、130~140Ma和85~127Ma三个高峰期。空间上可划分两个NEE向岩带，各岩带内又可以划分出若干个岩体集中区。
(2) 与金多金属成矿有关的岩浆岩主要为碱性岩类，具过铝质特点，有埃达克质岩石的亲和性；成因上属于I型，并可能有少量A型，源于壳幔强烈相互作用形成的混合源区，并具同源演化关系。其形成可能与华北板块中生代岩石圈大规模减薄所引发的壳-幔相互作用效应密切相关，是大陆构造动力体制下陆内造山作用的产物。
(3) 与燕山期岩浆活动相对应，区域金多金属成矿也具有集中分布和多期成矿的特点。在类型上，主要包括斑岩型Mo-Au矿床、矽卡岩-热液脉型Au、Fe矿床和爆破角砾岩-热液石英脉型Au或Cu-Ag，Ag-Pb-Zn等矿床。有时在同一个成矿集中区内可见有多型一体的复杂组合，并在空间上具有明确的元素分带关系；在时间上，150~160Ma，主要(二长)闪长岩或石英闪长岩、花岗闪长岩等有关，形成以钼-金为主的矿化；130~140Ma，主要与正长闪长岩、石英斑岩等有关，形成了大规模金矿化；85~127Ma，主要与花岗斑岩、石英斑岩、隐爆角砾岩等相关，形成了强烈的银多金属矿化。
(4) 区内不同类型金多金属矿床成矿热液主要源自相关的岩浆体系，是在区域相似的地质构造背景中形成的，是同一成矿系统的产物。
(5) 华北板块在经历前古生代复杂的构造过程后，中生代发生了区域性构造体制转折，岩石圈大规模减薄。在此背景下发生的陆内造山作用是区域大规模岩浆活动和成矿作用的重要动力机制。
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