2021, Vol. 37
2. 中国冶金地质总局矿产资源研究院, 北京 101300;
3. 内蒙古金陶股份有限公司, 敖汉 024327
2. Institute of Mineral Resources Research, Chinese Metallurgical Geology Bureau, Beijing 101300, China;
3. Inner Mongolia Jintao Co., Ltd, Aohan 024327, China
华北克拉通北缘是我国最重要的金成矿带之一，发育有大量的金矿床(Hart et al., 2002; Li and Santosh, 2017; Wang et al., 2018a)。内蒙古金厂沟梁金矿床是华北克拉通北缘东段的一个大型金矿床，前人针对金厂沟梁金矿床的矿床地质、控矿构造、矿床地球化学、矿化时限和矿床成因等方面进行了研究，认为金厂沟梁金矿床是一个赋存在太古代变质岩中、受断裂构造控制、与岩浆热液有关的脉状金矿床(Poulsen et al., 1990；王建平等, 1992; 陈军强, 2006; 付乐兵等, 2010; 牛树银等, 2011)。
然而，前人对该矿床的成矿时代的认识依然存在较多争议。王建平等(1992)通过靠近矿脉的蚀变围岩的全岩K-Ar定年，提出矿床主蚀变矿化形成于121.7~117.7Ma之间；Lin et al. (1993)认为成矿与西对面沟岩体岩浆活动有关，通过西对面沟岩体黑云母K-Ar定年，提出矿床形成于128~120Ma之间；苗来成等(2003)通过二道沟金矿成矿前闪长玢岩脉锆石SHRIMP U-Pb定年，结合王建平等(1992)的蚀变岩全岩K-Ar定年，认为金厂沟梁矿床形成于126~118Ma之间。最近，侯万荣(2011)、张伟波等(2014)基于矿区粗面安山岩及对面沟岩体中锆石的U-Pb定年结果，限定矿床形成于138~131Ma之间。
金厂沟梁矿床成矿时代产生上述争议，一方面是因为已有定年多采用K-Ar技术，但K-Ar体系封闭温度低，容易被后期热事件重置(韩玥，2012；卢磊勋等，2015)；另一方面，开展定年的地质体与金矿化的地质关系缺乏详细限定。
近来，笔者在详细的矿床地质调查过程中，发现矿区北部的安山玢岩中存在39号矿脉分支，同时，在矿区南部观察到粗面安山岩切穿了15号矿脉。为此，本文拟通过成矿前安山玢岩和成矿后粗面安山岩脉锆石U-Pb LA-ICP-MS测年，间接限定矿床的成矿时代，在此基础上结合安山玢岩的锆石Hf同位素特征探讨矿区岩浆演化序列、金矿化与岩浆的成因关系及构造动力学背景，以期增进对华北北缘金成矿规律的认识。
1 区域地质概况与矿床地质特征 1.1 区域地质概况内蒙古金厂沟梁金矿区大地构造位置上位于华北克拉通北缘东段(图 1a)，努鲁尔虎隆起带内(图 1c)。区域内主要出露的地层为太古代建平群的中高级变质表壳岩系，古生代的浅海沉积地层，中生代陆相中酸性火山岩建造。隆起带形成一个北东-南西走向的背形构造，边界受断裂控制。隆起带北缘为近东西向赤峰-开原超深岩石圈断裂带；南东边界为北东-北北东向的承德-北票超深岩石圈断裂带；西界为北北东向的铁匠营-四官营断裂(图 1c)。
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图 1 研究区区域地质图及矿区地质图 (a)华北克拉通构造及主要矿集区分布图(据Yang et al., 2003; Liu et al., 2020)；(b)华北克拉通金矿化及岩浆活动时间分布(据张连昌等，2018); (c)金厂沟梁金矿床所在区域的地质图(据Poulsen et al., 1990) Fig. 1 Regional geological maps of the studied area (a) general tectonic framework and distribution of major gold mineralized districts in the North China Craton (modified after Yang et al., 2003; Liu et al., 2020); (b)age distributions of magmatism and gold mineralization in the North China Craton (modified after Zhang et al., 2018); (c) the regional geological map (modified after Poulsen et al., 1990) |
区域上岩浆侵入活动频繁而强烈，分布广泛，出露面积均占全区三分之一，它们主要沿努鲁儿虎台背斜的轴区形成长达50km的北东向构造侵入岩浆带或复式岩基，部分沿其它断裂形成若干零散的岩体。其中，岩浆活动以海西期及燕山期的酸性岩浆作用为主，其次为闪长质和花岗闪长质岩浆作用。
多期的构造岩浆作用形成了沿努鲁尔虎背斜的两翼分布两个的金(铜)成矿带，其中金厂沟梁金矿就位于背斜北西一侧的金厂沟梁-贝子府成矿带上。区域上发育的EW向张扭性断裂以及NE-NNE向压性断裂所形成的复合断裂是区带内主要的导矿构造, 其低序次的NW向断裂为容矿构造。区内主要金矿床多产出于岩体与地层接触带或附近的围岩中，如金厂沟梁、东五家子以及二道沟等金矿床，它们与白垩纪花岗质岩体和太古代变质基底的关系密切。
1.2 矿区地质与矿床地质特征矿区地质研究表明，金厂沟梁金矿区出露的岩性为太古代小塔子沟组的角闪岩相变质岩以及中生代侏罗纪流纹岩、白垩纪安山岩(图 2a)。其中，变质岩主要岩性包括角闪岩、斜长角闪岩以及斜长角闪片麻岩等，它们是金厂沟梁金矿床主体的赋矿围岩；侏罗纪流纹岩位于在金厂沟梁矿区东部，是辽宁二道沟金矿床最主要的赋矿围岩；白垩纪的安山岩在金厂沟梁金矿以北。矿区内粗面安山岩脉发育，主要分布在头道沟断裂中。
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图 2 金厂沟梁金矿床构造地质简图(a, 据王建平等, 1992；Lin et al., 1993)及矿区矿脉分布图(b，据内蒙古金陶股份有限公司，2018①) Apy-毒砂; Ccp-黄铜矿; Gn-方铅矿; Mo-辉钼矿; Sp-闪锌矿; Sti-辉锑矿; Tet-黝铜矿 Fig. 2 Sketch geological map of the Jinchanggouliang gold deposit (a, modified after Wang et al., 1992; Lin etal., 1993) and its ore-vein distribution (b) Apy-arsenopyrite; Ccp-chalcopyrite; Gn-galena; Mo-molybdenite; Sp-sphalerite; Sti-stibnite; Tet-tetrahedrite |
① 内蒙古金陶股份有限公司. 2018. 金厂沟梁矿区中段地质平面图(内部资料)
矿区内发育的断裂，主要分为东西向、北西向、北东向三组，东西向断裂为小东沟-正北沟裂，从金厂沟梁矿区南部一直延伸到二道沟金矿；北西向断裂为鸡冠山断裂，其上盘为建平群小塔子沟组变质岩系、斑状花岗岩、二长花岗岩等，下盘为侏罗系火山岩；北东向断裂由两条，即西对面沟断裂和头道沟断裂，前者是一条切过西对面沟花岗闪长岩的局部引张的压剪性左旋断裂；后者是一条切过金厂沟梁金矿矿脉的成矿后高角度正断层，并将金厂沟梁金矿划分为东西两个矿区。矿区内侵入体主要是早三叠世的金厂沟梁岩体的片麻状二长花岗岩和晚三叠世的西台子岩基的似斑状花岗岩以及白垩纪的对面沟岩株的花岗闪长岩。在金厂沟梁金矿田范围内，围绕西对面沟岩体分布有三个金矿床，分别是岩体北西的金厂沟梁金矿床，东部的二道沟和南部的长皋沟(图 2a)。
金厂沟梁金矿目前已开采黄金近40吨，年产黄金1吨以上，保有储量20余吨，平均品位7.5g/t，是区带内的一个大型金矿床。
矿床所有矿体均发育在断裂中，严格沿着断裂分布形成矿脉。容矿断裂分为北西向和近南北向两组，相互交错，主体在水平面上形成一个菱形格子状的构造网络系统(图 2b)。
受断裂严格控制的矿脉，其空间分布型式与控矿断裂一致。两组矿脉规模、形态相近，延长400~1200m，控制延深400~800m，脉宽集中在0.2~1.2m之间；普遍具有分支复合现象，沿走向与倾向都呈舒缓波状，倾角(65°~85°)较陡，两组矿脉相互穿插，相互利用改造形成弧形弯曲。井下调查发现，这两组断裂观察不到明确的切穿关系，在断裂交汇处矿脉出现分支拐折，局部分支细脉相互切穿，位移小。
矿区矿脉附近及变质围岩内出现强烈蚀变，根据蚀变作用所产生的主要矿物，矿区内围岩蚀变类型主要有绿泥石化、绢云母化、粘土化、绿帘石化、碳酸盐化(图 3a-d)。
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图 3 金厂沟梁围岩蚀变特征 (a)条带状含矿石英脉周围发生绿泥石化及粘土化；(b)矿脉被细网脉状的方解石切穿；(c)矿脉与围岩接触面上的绿泥石化和绢云母化；(d)两条矿脉之间夹石上的绿泥石化、绿帘石化和粘土化. Chl-绿泥石; Clay-粘土; Car-碳酸盐化; Ser-绢云母; Epi-绿帘石 Fig. 3 Alteration characteristics of the host rocks of Jinchanggouliang gold deposit (a) chlorite and clay alteration around the banded quartz vein; (b) the vein cut through by fine calcite stockwork; (c) chlorite and sericite alteration at the interface between the vein and host rock; (d) chlorite, epidote and clay alteration distribute around the rock in vein. Chl-chlorite; Car-carbonation; Ser-sericitie; Epi-epidote |
金厂沟梁金矿床矿化方式主要为石英脉型与蚀变岩型。矿石结构主要包括自形与他形-半自形粒状结构、交代残余结构、包含结构和压碎结构。矿区常见的矿石构造为条带状、浸染状、致密块状、脉状与角砾状构造。矿脉中矿石矿物主要为黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、黝铜矿、方铅矿和自然金、银金矿；脉石矿物主要为石英、绿泥石、绢云母、粘土矿物、绿帘石和方解石(图 4a-f)。
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图 4 金厂沟梁主要矿物组合 主要脉石矿物(a)、主要的金属矿物(b)和金矿物(c)背散射照片；(d)主要脉石矿物单偏透射光照片；(e)主要的金属矿物反射光图；(f)金矿物反射光照片. Pl-斜长石；Hbl-角闪石；Qz-石英；Kf-钾长石；Ap-磷灰石；Py-黄铁矿；Au-自然金 Fig. 4 The main mineral assemblages of Jinchanggouliang gold deposit BSE photos of the main gangue minerals (a), the main metal minerals (b) and the gold ores (c); (d) single polarized transmission photos of the main gangue minerals; (e) reflection photos of the main metal minerals; (f) reflection photos of gold. Pl-plagioclase; Hbl-hornblende; Qz-quartz; Kf-potash feldspar; Ap-apatite; Py-pyrite; Au-native gold |
矿化主要划分为三个阶段。早期成矿阶段，以乳白色石英和自形-半自形黄铁矿以及白色粗粒石英和浸染状分布的粗粒自形黄铁矿为主，蚀变类型主要为绿泥石化与硅化，该阶段不发育金矿化。主成矿阶段以多金属硫化物和中粗粒、灰色自形-半自形石英为主，蚀变类型为绿泥石化、绢云母化、硅化，是主要的成金阶段，金主要以包裹金和粒间金的形式赋存在黄铁矿及其与其他硫化物的颗粒间隙。晚期成矿阶段，以方解石和少量黄铁矿为主，蚀变主要为碳酸盐化，矿化作用较弱。
在矿区范围，围绕西对面沟岩体存在内带为铜、钼等高温金属组合，外带为铅锌等中低温金属矿物组合。内带以靠近西对面沟岩体中心的金厂沟梁矿区南部和长皋沟金矿为主，矿脉金属矿物组合常见黄铁矿、黄铜矿，部分可见辉钼矿，围岩蚀变以硅化、绿帘石化为主。外带主要为金厂沟梁矿区北部和二道沟金矿，矿脉金属矿物组合常见黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、黝铜矿，围岩蚀变以绿泥石化、粘土化为主。
在西矿区17中段的39号矿脉，我们观察到其矿化分支细脉穿入了围岩中的安山玢岩，并引起了安山玢岩的蚀变(图 5a, b)；在西矿区南部18中段的15号矿脉，见粗面安山岩切穿了矿脉的分支细脉(图 5d)。
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图 5 样品产出位置及样品特征 (a)赋存在安山玢岩中的矿脉分支；(b)矿脉主要以石英和黄铁矿为主；(c)安山玢岩标本照片；(d)切割15号矿脉分支细脉的粗面安山岩；(e)粗面安山岩标本照片 Fig. 5 Sample output locations and textural characteristics (a) ore vein branche hosted in andesitic porphyrite; (b) relatively loosely vein structures, mainly composed of quartz and pyrite; (c) photo of andesitic porphyrite; (d) trachyandesite cutting branch veinlet of No.15 vein; (e) photo of trachyandesite |
为了限定成矿时代，选择矿区内的矿化蚀变安山玢岩(图 5c)和西矿区南部18中段切穿15号矿脉分支细脉(图 5d)的粗面安山岩(J18-15y-01，图 5e)作为实验样品，它们的岩相学特征如下：
安山玢岩(J005)位于矿区北部地层之中，新鲜面呈灰色，斑状结构，块状构造。斑晶为斜长石和石英，其中，长石呈他形柱状或粒状，粒径在0.2~3mm之间，含量约20%~30%；石英主要呈他形粒状，粒度在0.2~1mm之间，含量约占5%。基质为隐晶质，约占50%~60%，同时，还含有少量的角砾, 淡黄-深灰色，有棱角，含量约占10%(图 5c)。
粗面安山岩(J18-15y-01)：新鲜面呈灰黄色，斑状结构，块状构造。斑晶主要为斜长石和暗色矿物，粒径为0.2~4mm之间，含量约占15%~30%，暗色矿物呈深灰色，含量约占10%；基质为隐晶质，约占60%~70%。
2.2 测试方法锆石分选工作由首钢地质勘查院完成，样品破碎至80~120目，经淘洗粉尘、去除磁性矿物、重液分选等程序，在双目镜下人工挑出锆石；由北京锆年领航有限公司完成锆石环氧树胶浇铸，制成锆石靶，并拍摄锆石阴极发光图片。
J005样品的锆石U-Pb定年测试分析在中国地质科学院地质研究所大陆构造与动力学实验室完成。锆石U-Pb定年工作所用的MC-ICP-MS为美国Thermo Fisher公司最新一代Neptune Plus型多接收等离子体质谱仪。采用的激光剥蚀系统为美国Coherent公司生产的GeoLasPro 193nm。激光剥蚀以氦气作为剥蚀物质的载气，激光剥蚀束斑直径为24~44μm，通常采用32μm，激光能量密度为10J/cm2，频率为8Hz。锆石中的U、Pb在8000℃以上的高温等离子体中发生离子化，利用动态变焦扩大色散可以同时接收质量数相差很大的U-Pb同位素，从而进行锆石微区U-Pb同位素原位同时测定。每个分析点的气体背景采集时间为4s，信号采集时间为23s。数据分析前用国际上通用的锆石标样91500作为参考物质进行仪器的最佳化，使仪器达到最大的灵敏度、最小的氧化物产率(ThO+/Th+ < 2%)和最低的背景值。选用GJ-1作为辅助标样对数据的准确性进行验证。ICP-MS数据采集选用一个质量峰采集一点的跳峰方式。每测定5~10个样品点，测定一组标样(一个标样91500点和一个GJ-1点)。数据处理采用ICPMSDataCal和Isoplot程序(Ludwig, 2003; Chen and Hu, 2014)。
J18-15y-01的锆石U-Pb定年在中国地质科学院地质研究所矿物/包裹体微区分析实验室使用激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)完成。激光剥蚀平台采用NWR 193uc型193nm深紫外激光剥蚀进样系统(Elemental Scientific Lasers LLC，美国)，配备双体积样品池(Two Volume 2)，一批次可放入9个一英寸样品靶。质谱仪采用Agilent 7900型电感耦合等离子体质谱仪(Agilent，美国)。测量前，使用外置能量计测量到达样品池的实际能量，以保证到达样品表面的实际能量与预设的能量密度相一致。锆石样品固定在环氧树脂靶上，抛光后在超纯水中超声清洗，分析前用分析纯甲醇擦拭样品表面。采用5个激光脉冲对每个剥蚀区域进行预剥蚀(剥蚀深度~0.3μm)，以去除样品表面可能的污染。在束斑直径30μm、剥蚀频率5Hz、能量密度2.3J/cm2的激光条件下分析样品。数据处理采用Iolite程序(Paton et al., 2010)，锆石91500作为主标，GJ-1、Plešovice作为副标，每隔10~12个样品点分析两个91500标样及一个GJ-1、Plešovice标样; GJ-1加权平均年龄为601.8±2.1Ma(N=14，MSWD=2.0)，Plešovice加权平均年龄为339.7±1.7Ma(N=14，MSWD=2.4)。通常采集20秒的气体空白，35~40秒的信号区间进行数据处理，按指数方程进行深度分馏校正(Paton et al., 2010)。以NIST 610作为外标，91Zr作为内标计算微量元素含量。
J005样品的锆石Hf同位素测试分析在国家地质实验测试中心利用fs-LA-MC-ICP-MS分析完成。飞秒激光剥蚀系统(fs-LA)为ASI J200；MC-ICP-MS为Thermo Fisher Neptune Plus。激光剥蚀过程采用氦气作载气，氩气作补偿气。氦气流出剥蚀池后，经T形接头与氩气混合，并经另一T形接头加入少量氮气，提高仪器灵敏度。混合气体在进入ICP前通过一个圆筒状信号平滑装置，以匀化低频率剥蚀时的信号。质谱仪在静态模式下同时接收信号，使用法拉第杯接收M/Z 172、173、175、176、177、178、179和180信号。采用179Hf和177Hf的自然丰度比值，按指数规律，对176Hf/177Hf测定值进行在线分馏校正。每个分析点的数据包含30秒样品信号。采用标准锆石(91500、Plesovice、Temora或GJ-1)作监控标样，每分析20个样品点，分析1次，以监控仪器状态。对分析数据进行离线处理，扣除176Yb和176Lu对176Hf的同质异位素干扰，采用实验室内部编制的数据处理程序完成。详细测试方法见Zhou et al.(2018)。
3 分析结果 3.1 年代学特征CL图像显示，安山玢岩的锆石呈无色、透明，锆石主要呈长柱状、短柱状和浑圆状，自形-半自形，100~350μm (图 6)。阴极发光图像显示锆石成分含量较均匀，以振荡环带为主，部分锆石发育扇状环带、无环带以及核幔结构。15个有效测点所在锆石大部分具有明显的振荡环带，其长轴和短轴之比在1.1∶1~4.5∶1之间(图 6)。上述所测锆石的Th含量介于95.90×10-6~1324×10-6之间，U含量为105.5×10-6~1040×10-6，Th/U为0.71~1.48之间(表 1)，具有火山岩锆石的特征。15个有效测点中2个点的206Pb/238U年龄在162.3~166.0Ma之间，锆石具有明显的核-幔结构，核部呈浑圆状，边部有环带发育，分析点在锆石核部，推测为火山岩形成过程中的捕获锆石，与二道沟侏罗纪流纹质火山岩年龄相近(笔者未发表数据)。其余13测点为126.0~132.3Ma，集中分布于谐和曲线上(图 7a)，锆石谐和年龄为129.36±0.92Ma(N=13，MSWD=0.65)。其206Pb/238U年龄加权平均值为129.1±1.3Ma (N=13，MSWD=1.3)(图 7b)，代表了灰色安山玢岩的结晶年龄。
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图 6 安山玢岩(J005)和粗面安山岩(J18-15y-01)锆石阴极发光图像及U-Pb年龄 Fig. 6 The zircon CL images and U-Pb ages of andesitic porphyrite (J005) and trachyteandesite (J18-15y-01) |
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表 1 安山玢岩和粗面安山岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素测定结果 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb data of andesitic porphyrite and trachyteandesite |
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图 7 安山玢岩(a、b)和粗面安山岩(c、d)锆石U-Pb年龄谐和图及直方图 Fig. 7 Concordia and frequency plots of zircon ages for andesitic porphyrite (a, b) and trachyteandesite (c, d) |
从CL图像可知，粗面安山岩的锆石呈自形柱状，长约150~300μm，清澈，透明，长短轴之比为1:1~4:1。从阴极发光图可以看到发光性较强，震荡环带发育，具有明显的岩浆锆石特征(图 6)测得24个有效点中，Th含量介于98.7×10-6~419×10-6之间，U含量为144.9×10-6~399.1×10-6，Th/U为0.68~1.39之间(表 1)。24测点206Pb/ 238U年龄区间为121.2~127.4Ma，集中分布于谐和曲线上(图 7c)，谐和年龄为124.02±0.47Ma(N=24，MSWD=0.37)。其206Pb/238U年龄加权平均值为123.95±0.93Ma(N=24，MSWD=0.52)(图 7d)，代表了粗面安山岩的结晶年龄。
3.2 Hf同位素特征对安山玢岩(J005)进行Lu-Hf同位素分析(表 2)，分析点选择与U-Pb定年测点的相同位置或者结构相似的部位。其中，两颗捕获锆石176Lu/177Hf为0.00044和0.00094，其他锆石176Lu/177Hf为0.00066~0.00138之间，显示出176Hf的低放射成因。根据各自锆石U-Pb年龄值计算εHf(t)、tDM和tDMC值。捕获锆石的εHf(t)为-1.06~-3.45，tDMC为1278Ma和1433Ma；其他锆石εHf(t)为-8.31~-19.24(图 8a)，tDMC为1714~2406Ma(图 8b)。
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表 2 金厂沟梁安山玢岩中锆石LA-ICP-MS Lu-Hf同位素测定结果 Table 2 Zircon LA-ICP-MS Lu-Hf isotopic data of the andesitic porphyrite in Jinchanggouliang |
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图 8 安山玢岩锆石εHf(t)-U-Pb年龄图(a)和地壳模式年龄(tDMC)直方图(b) Hf演化的球粒陨石(CHUR)参考线据Blichert-Toft and Albarède (1997) Fig. 8 Zircon εHf(t) versus U-Pb ages diagram (a) and histogram of tDMC(b) of andesitic porphyrite Reference line representing chondritic Hf evolution (CHUR) from Blichert-Toft and Albarède (1997) |
尽管前人试图通过靠近矿体的蚀变围岩全岩K-Ar同位素测年限制主要蚀变矿化事件的时代(王建平等, 1992)。但是K-Ar体系封闭温度低，容易被后期热事件重置，并且，围岩蚀变发生在矿化之前，年龄所记录的体系可能是已处于开放状态、并接受大气降水所引起蚀变的时间(周乃武，2000)。金厂沟梁围岩蚀变发育，碳酸盐脉切穿硫化物脉(图 3b)，这表明成矿后仍有热液活动。K-Ar法所记录的年龄不可避免受到成矿后热液事件的影响，很难准确代表成矿的时间。
通过与矿脉存在切穿关系的岩体和地层的年龄来间接限定成矿时间，需要厘定矿脉与岩体、地层详细的接触关系。成矿年龄的下限为成矿前的岩浆岩结晶年龄，成矿前的岩浆岩包括西对面沟岩体，二道沟金矿成矿前闪长岩脉(Poulsen et al., 1990；侯万荣, 2011; 张伟波等, 2014)。早期的研究获得西对面沟边缘相黑云母K-Ar年龄为128±2Ma、中心相黑云母K-Ar年龄为120±2Ma(Poulsen et al., 1990)，锆石U-Pb LA-ICP-MS年龄为138.7±1.2Ma~142.65±0.44Ma (侯万荣, 2011; 张伟波等, 2014)、128Ma(Fu et al., 2012；付乐兵，2012)、128.2±1.1Ma(杨帆等，2019)；二道沟金矿成矿前闪长岩脉锆石U-Pb SHRIMP年龄为126±1Ma(苗来成等，2003)。西对面沟岩体与矿脉缺乏直接的接触关系限定，且已有的年龄存在较大的不一致，如侯万荣(2011)与Fu et al.(2012)的结果相差10Myr以上；考虑到Fu et al.(2012)和杨帆等(2019)的锆石环带更为清晰、数据谐和度较好等原因，认为128Ma更能代表西对面沟岩体的结晶年龄。本文所选取的成矿前安山岩，与矿脉的接触关系清晰，其锆石U-Pb LA-ICP-MS年龄为129.36±0.92Ma，与西对面沟岩体、二道沟成矿前闪长岩脉所限定的成矿年龄下限基本一致，因此，该年龄可以代表矿床金矿化时代的下限。
金厂沟梁成矿年龄的上限主要通过矿区北部的安山岩(全岩K-Ar年龄为120±2Ma；Lin et al., 1993)和矿区南部的粗面安山岩脉(锆石U-Pb LA-ICP-MS年龄为131.7±1.1Ma；侯万荣，2011；张伟波等，2014)的年龄来限定。随着矿山开采的范围不断扩大，在矿区17中段发现在北部的安山岩中存在金矿体(图 5a)，表明安矿区北部的安山岩形成早于金矿化，而非晚于成矿。侯万荣(2011)和张伟波等(2014)所测定的黑云粗安岩脉与矿脉为相互切穿，表明该岩体的形成时代跨度大，至少有些部位在成矿前已经形成，也不适合作为成矿后岩体。而本文测定的粗面安山岩，在18中段切穿了金矿脉，与矿化关系非常明确。且本次测试的年龄谐和程度高，因此，其锆石U-Pb年龄(124.02±0.47Ma)可代表金矿化时代的上限。因此，金厂沟梁的金矿化应晚于矿区北面安山岩(129.04±0.95Ma)，早于粗面安山岩脉(124.02±0.47Ma)，介于129.04±0.95Ma~124.02±0.47Ma之间。
4.2 金矿化与岩体关系探讨矿区在约2.5Ga建平群小塔子沟组变质岩形成之后，经历了4期岩浆活动(图 9)。第一期为金厂沟梁岩体的二长花岗岩，锆石LA-ICP-MSU-Pb年龄为262~259Ma(侯万荣，2011)、250Ma(段培新等，2014)、226Ma(杨帆等，2019)。第二期为西台子花岗岩，锆石LA-ICP-MSU-Pb年龄为227Ma(侯万荣，2011)、221Ma(杨帆等，2019)、218Ma(苗来成等，2003)、217Ma(段培新等，2014)，黑云母K-Ar年龄为207Ma(Poulsen et al., 1990)。第三期以二道沟流纹岩、小西沟岩体、娄上闪长岩为主，二道沟流纹岩全岩K-Ar年龄为168Ma(王志等，1989)，在安山玢岩中所发现的两颗捕获锆石(162Ma、166Ma)，也可能来自于二道沟的流纹岩；小西沟岩体锆石LA-ICP-MSU-Pb年龄为163Ma(杨帆等，2019)；娄上闪长岩锆石SHRIMPU-Pb年龄为161Ma(苗来成等，2003)。第四期岩浆活动包括金厂沟梁北部的安山玢岩、西对面沟岩体、粗面安山岩以及二道沟闪长岩脉，金厂沟梁北部的安山玢岩锆石LA-ICP-MSU-Pb年龄为129Ma，黑云母K-Ar年龄为120Ma(Poulsen et al., 1990)；西对面沟岩体锆石LA-ICP-MS年龄为139Ma(侯万荣，2011)、128Ma(付乐兵，2012；杨帆等，2019)，边缘相与中心相的黑云母K-Ar年龄分别为128Ma和120Ma(Poulsen et al., 1990)；粗面安山岩的锆石LA-ICP-MSU-Pb年龄为124Ma以及侯万荣(2011)所测定的132Ma，黑云母K-Ar年龄为124Ma(Poulsen et al., 1990)；二道沟闪长岩脉的锆石SHRIMPU-Pb年龄161Ma(苗来成等，2003)。
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图 9 金厂沟梁矿区岩浆演化序列 年龄数据来源与测试方法：(a)王志等, 1989, 全岩K-Ar；(b) Poulsen et al., 1990, 黑云母K-Ar；(c)王建平等, 1992, 全岩K-Ar；(d)苗来成等, 2003, 锆石SHRIMP；(e)侯万荣, 2011, 锆石LA-ICP-MS；(f)付乐兵, 2012, 锆石LA-ICP-MS；(g)段培新等, 2014, 锆石LA-ICP-MS；(h)杨帆等, 2019, 锆石LA-ICP-MS；(i)本文，锆石LA-ICP-MS Fig. 9 Magma evolution sequence of Jinchanggouliang gold deposit Age data sources and testing methods: (a) Wang et al., 1989, whole rock K-Ar; (b) Poulsen et al., 1990, biotite K-Ar; (c) Wang et al., 1992, whole rock K-Ar; (d) Miao et al., 2003, zircon SHRIMP; (e) Hou et al., 2011, zircon LA-ICP-MS; (f) Fu, 2012, zircon LA-ICP-MS; (g) Duan et al., 2014, zircon LA-ICP-MS; (h) Yang et al., 2019, zircon LA-ICP-MS; (i) this paper, zircon LA-ICP-MS |
矿床围绕西对面沟岩体呈现明显的金属分带特征(图 2a)，内带为铜、钼等高温金属组合，外带为铅锌等中低温金属组合(Lin et al., 1993)，金厂沟梁金矿的硫同位素研究表明矿区的硫是单一的深源岩浆硫来源，流体包裹体和H-O同位素结果表明成矿流体主要来自岩浆水，有部分天水混入(侯万荣，2011；孙珍军等，2014；王路智，2018；Liu et al., 2019；栗鹏，2019)。指示了矿床成矿物质来源在空间与成因上与西对面沟岩体有关，而成矿期间129~124Ma之间刚好是西对面沟岩体(128Ma)的侵位时间，从时间上佐证了矿床形成与西对面沟岩体之间的关系。
4.3 金成矿动力学背景华北克拉通在中生代(侏罗纪至白垩纪)造山运动期间记录了三个主要的金矿化时期(图 1a)，即240~220Ma、170~150Ma和130~115Ma(徐兴旺等, 2001; Miao et al., 2005; 侯明兰等, 2006; 姚军明等, 2009; Li and Audétat, 2012; 陈绍聪等, 2014; 张连昌等，2018)；详细的地质和地质年代学数据研究表明这三个成矿期与岩浆侵入同期或者稍晚(图 1b)(卢欣祥等，2008; Li and Audétat, 2012; Fan et al., 2016; 张连昌等, 2018; 刘俊辰, 2020; N'dri et al., 2021)。随着古亚洲洋闭合，矿区从晚侏罗世到早白垩世期间进入到后造山伸展阶段，金厂沟梁岩体与西台子花岗岩侵位(段培新等, 2014; 杨帆等, 2019)。在晚侏罗世，古太平洋板块的西向俯冲造成了该区域NWW向的挤压环境(Liu et al., 2020)。晚侏罗世-早白垩世由于太平洋板块俯冲板块回转、海沟后撤导致应力由挤压向NW-SE向伸展转变(朱日祥等，2012；Wang et al., 2018b；朱日祥和徐义刚等，2019)，同时伴随着地壳抬升、断裂活动和岩石圈地幔的减压熔融，这一时期形成了以西对面沟岩体为代表的燕山期岩浆活动。矿化在时间上与该岩浆事件密切相关，赋矿的安山玢岩也在这一构造背景下形成，其锆石εHf(t)值变化于-8.31~-19.24之间(图 8a)，在εHf(t)对U-Pb年龄图解中分布于CHUR线下方(图 8a)，表明安山玢岩的岩浆来源于壳源物质的重熔。与成矿关系密切的西对面沟岩体侵位稍晚于安山玢岩，前人的岩相学、地球化学及Sr-Nd-Pb-Hf同位素组成研究结果显示，岩体具有C型埃达克质岩石的特征，形成于陆内的拉张动力学环境下，可能来源于华北克拉通古老地壳物质的部分熔融(杨帆等，2019)，或者是地幔来源的岩浆遭受地壳混染的产物(付乐兵，2012)。中国东部岩石圈在伸展体制下大规模的减薄在145~120Ma达到最大程度(Yang et al., 2019)，安山玢岩形成于129Ma、西对面沟岩体侵位于128Ma、矿化时限为129~124Ma，指示金厂沟梁金矿与早白垩世伸展体制下岩石圈减薄引发的岩浆活动关系密切。
5 结论(1) 金厂沟梁矿区北部被含金矿脉切穿的安山玢岩年龄为129.04±0.95Ma，切穿含金矿脉的粗面安山岩脉锆石U-Pb年龄为124.02±0.47Ma，表明金成矿发生在129.04±0.95Ma和124.02±0.47Ma之间，与矿区内西对面沟岩体侵位年龄一致，反映金成矿很可能与该期岩浆活动有关。
(2) 金厂沟梁金成矿与华北克拉通中生代最晚期大规模金成矿时代一致，成矿动力学背景为东部大规模岩石圈减薄的陆内伸展环境。
致谢 感谢中金集团金陶矿业股份有限公司为野外工作提供的便利条件；感谢王峥和于超工程师以及周利敏博士的实验分析测试指导；感谢各位审稿专家提出的建设性意见和建议。
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