遼東裂谷白云金礦載金黃鐵礦Re-Os定年及其地質意義

張　朋， 李　斌， 李　杰， 柴　鵬 王希今， 沙德銘， 時建民

遼東裂谷白云金礦載金黃鐵礦Re-Os定年及其地質意義

張朋1，2， 李斌3， 李杰4， 柴鵬1， 王希今2， 沙德銘2， 時建民2

（1.吉林大學 地球科學學院， 吉林 長春 130061； 2.沈陽地質礦產研究所， 遼寧 沈陽 110034； 3.遼寧省丹東青城子礦業有限公司， 遼寧 丹東 118107； 4.中國科學院 廣州地球化學研究所， 同位素地球化學國家重點實驗室， 廣東 廣州 510640）

白云金礦是遼東裂谷區內重要的大型金礦之一， 長期以來缺少直接的年代學數據。本次對白云金礦不同礦石類型中的8件載金黃鐵礦進行了Re-Os同位素定年， 獲得其等時線年齡為225.3±7.0 Ma（MSWD=5.8），187Os/188Os初始值為2.1±2.8。結合前人的研究成果及本次年代學研究得出： 白云金礦形成于印支期， 其成礦物質主要為殼源， 白云金礦是與印支期巖漿活動有關的熱液礦床； 其形成構造背景可能為受蒙古-鄂霍次克大洋向南北兩側俯沖之后的陸內后碰撞造山環境。本次研究也為今后在遼東裂谷區尋找與印支期巖漿活動有關的礦床提供了依據。

Re-Os年代學； 載金黃鐵礦； 礦床成因； 白云金礦； 遼東裂谷

遼東裂谷是我國重要的金礦成礦區， 裂谷內分布著一系列大、中、小型金礦床（礦點）， 如： 白云金礦、貓嶺金礦、小佟家堡子金礦、四道溝金礦、五龍金礦、岫巖金礦等。該區金資源潛力巨大， 新近又發現了林家、楊樹、桃園等中小型金礦（薛春紀等，2003）。白云金礦是遼東裂谷區內重要的大型金礦之一， 近年在礦區及其外圍找礦取得了重大突破， 最新探獲黃金資源儲量達31.7 t， 平均品位為2.85 g/t。該礦床自發現以來在礦床地質特征、成礦物質來源、控礦構造特征和礦床成因等方面進行了大量研究，取得了較多成果（陳錦榮等， 1995； 張寶華等， 1996；劉國平和艾永富， 1999， 2000， 2002； 王富春， 2002； 郎福全等， 2007； 趙鴻志等， 2009； 楊新庫， 2011）， 但在成礦時代方面仍存在較大爭議， 主要觀點有： （1）涂光熾（1984）認為白云金礦為與區域變質事件同期的變質熱液礦床； （2）趙玉福和楊宗恩（1982）認為成礦時代為燕山期； （3）劉國平和艾永富（2000）采用40Ar-39Ar中子活化、階段加熱法測定硅鉀蝕變巖中含礦石英，認為礦床形成于印支期。上述確定礦床成礦時代的方法均為通過測試與成礦有關的巖體或地層， 即通過間接方法確定成礦時代， 至今尚無直接的年代學數據報道。近年， 隨著科學技術的發展， 更直接、更準確的礦石礦物年齡測年技術逐漸成熟， 測定金屬硫化物的形成年齡是確定成礦年齡的最直接和可靠的依據， Re-Os同位素體系在金屬礦床直接精確定年方面發揮著越來越大的作用（蔣少涌等， 2000）， 目前該定年方法除了大量應用于輝鉬礦之外（趙芝等，2012； 吳云輝等， 2013）， 對一些Re、Os含量低的硫化物亦有許多成功案例（Stein et al.， 2000； Arne et al.，2001； 毛景文等， 2001）。本文系統分析測定白云金礦石英硫化物和硅鉀蝕變巖礦石中載金黃鐵礦的Re-Os同位素組成， 為成礦時代、礦床成因、找礦方向以及成礦動力學背景提供依據。

1　成礦地質背景

白云金礦位于華北克拉通北緣東段遼東裂谷區（圖1）。遼東裂谷區是在太古宙克拉通基底之上發展的， 裂谷演化經歷了拉伸裂陷、沉積、底辟侵入、擠壓褶皺、隆升拆離消亡等5個過程（翟安民等， 2005），主要由古元古界遼河群和不同演化階段巖漿巖組合組成。遼河群為一套綠片巖相與角閃巖相變質巖系，下部為浪子山組火山巖-碎屑巖建造， 主要產 Cu-Co礦， 中部為大石橋組碳酸鹽建造， 主要產Pb-Zn礦， 上部為蓋縣組碎屑巖-火山碎屑巖建造， 是Au、Ag的主要賦礦層位。古元古代中期裂谷消亡之后，區域經歷了多次構造熱事件， 包括地殼重熔鈉質花崗巖侵入， 印支期-燕山期巖漿活動等（薛春紀等，2003）。

2　礦床地質特征

白云金礦位于遼東裂谷中段， 礦區出露地層有遼河群蓋縣組片巖和大石橋組大理巖， 礦區構造較為復雜， 其中對金成礦影響最大的為呈東西向展布的滑脫構造帶， 該構造帶地表延長 8500 m， 傾斜深度大于1000 m， 寬1～40 m， 其主要構造面位于蓋縣組和大石橋組接觸部位（圖2）。礦區見有閃長玢巖脈、石英斑巖脈， 閃長玢巖主要呈北西向定位， 石英斑巖則呈近東西向斷續出露在滑脫構造帶中， 石英斑巖與金成礦密切相關， 與金礦脈呈平行產出（圖3）。

白云金礦礦體呈脈狀、扁豆狀分布在蝕變帶中，具有分支復合、尖滅再現特點（圖2）， 礦石類型主要有硅鉀蝕變巖型和石英硫化物脈型， 礦石的礦物組合較為簡單， 金屬礦物有黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦、磁鐵礦等， 黃鐵礦是主要載金礦物， 自然金呈不規則粒狀、脈狀分布于黃鐵礦中及其邊部， 非金屬礦物有石英、正長石、白云母、石墨、綠泥石等， 礦石結構主要有自形粒狀、自形-半自形粒狀（圖4a）、細脈浸染狀結構（圖4b）， 構造有團塊狀、細脈狀和角礫狀構造。白云金礦圍巖蝕變明顯， 主要有硅化、鉀長石化、黃鐵礦化、絹云母化、綠泥石化等。

3　樣品采集與測試方法

本次研究樣品均采自白云金礦井下， 考慮到樣品的代表性， 分別采集白云金礦主成礦階段代表性樣品石英-硫化物礦石6件（圖5a）和硅鉀蝕變巖礦石2件（圖5b）。分別挑選黃鐵礦進行Re-Os同位素定年。

Re-Os同位素組成在中國科學院廣州地球化學研究所同位素地球化學國家重點實驗室測定， 具體的分析測試流程如下：

圖1　遼東裂谷區金礦床分布略圖（據白瑾， 1993）Fig.1 Distribution of gold deposits in Liaodong rift

圖2　白云金礦地質簡圖（據遼寧有色103地質隊資料修改）Fig.2 Sketch geological map of the Baiyun gold deposit

圖3　白云金礦5線地質剖面圖（據遼寧有色103地質隊資料修改）Fig.3 Geological section along line No.5 of the Baiyun gold deposit

準確稱取1～2 g樣品于Carius管中， 加入適量的185Re和190Os稀釋劑， 在冷凍的條件下分別加入2.5 mL濃HCl和7.5 mL濃 HNO3。將封閉的Carius管在240 ℃加熱24～48 h。待分解并冷卻后， 將Carius管打開， 離心， 將上部清液轉移至30 mL PFA瓶中，用4 mL的冰冷的CCl4萃取3遍， 合并CCl4并加入4 mL濃HBr， 在紅外燈下使OsO4與HBr完全反應， 這時OsO4被還原成OsBr62-， 反萃取至HBr相， 分離出該相， 并在130 ℃加熱蒸干。最后 Os用微蒸餾法進行純化。Re采用 AG1X8陰離子樹脂進行分離和純化。

Os同位素組成測定是在Triton型熱電離質譜儀（美國Thermo-Fiser儀器公司）上完成。采用二次電子倍增器（SEM）動態跳峰方式測定 OsO3-（質量數分別為233， 235， 236， 237， 238， 240）。分析結果脫機處理，首先采用逐級剝氧法以等概率模型進行氧校正， 然后通過192Os/188Os=3.08271校正儀器的質量分餾，最后計算扣除稀釋劑對樣品187Os/188Os同位素比值的貢獻。Re含量測量在Xseries-2型電感耦合等離子體質譜（美國Thermo-Fiser儀器公司）上完成。全流程的Os空白為0.3～0.8 pg， Re為5～14 pg， 對測量結果的影響可以忽略。

4　Re-Os同位素測試結果

6件石英硫化物型礦石和 2件硅鉀蝕變巖型礦石的Re-Os同位素測試結果列于表1。6件石英脈型礦石Re含量介于5.552～7.929 ng/g， Os含量介于0.014～ 0.021 ng/g。2件硅鉀蝕變巖型礦石Re含量5.544～6.581 ng/g， Os含量0.018～0.020 ng/g。應用ISOPLOT程序求得 8件礦石的等時線年齡（2σ）為225.3±7.0 Ma， 初始187Os/188Os比值為2.1±2.8，MSWD為5.8， 8個測試點可以擬合一條十分理想的等時線（圖6）。

圖4　白云金礦礦石顯微照片Fig.4 Microphotographs of ores from the Baiyun gold deposit

圖5　白云金礦井下石英-硫化物脈（a）和硅鉀蝕變巖（b）Fig.5 Auriferous quartz vein （a）， silicified and K-feldspathized rock （b） of the Baiyun gold deposit

表1　白云金礦黃鐵礦Re-Os同位素組成分析結果Table 1 Re-Os isotopic compositions of pyrite from the Baiyun gold deposit

圖6　白云金礦黃鐵礦的Re-Os等時線圖Fig.6 Re-Os isochron of pyrite from the Baiyun gold deposit

5　討 論

5.1成礦時代

遼東裂谷區金礦成礦年代學研究始終是我國地質學者研究的熱點， 長期以來， 在該地區獲得了大量的金礦成礦年齡數據， 魏俊浩等（2003）測定五龍金礦主成礦階段石英流體包裹體獲得 Rb-Sr等時線年齡為 120 Ma； 劉國平和艾永富（2000）采用40Ar-39Ar階段加熱法測定小佟家堡子變粒巖型金礦石中絹云母得出成礦年齡為 167 Ma； 薛春紀等（2003）對小佟家堡子金礦含金硅化巖進行全巖 Rb-Sr法定年獲得233 Ma年齡， 而采用40Ar-39Ar快中子活化法測定含礦石英獲得239 Ma； 對高家堡子銀礦進行石英流體包裹體Rb-Sr法定年獲234 Ma， 采用40Ar-39Ar快中子活化法測年獲得240 Ma。對白云金礦前人同樣做了大量年代學研究， 分別采用40Ar-39Ar快中子活化法和階段加熱法測定含金硅鉀蝕變巖中分離出來的含礦石英， 獲得196～197 Ma和207～209 Ma年齡（劉國平和艾永富等， 2000）； 采用全巖 K-Ar法測定硅鉀蝕變巖和有關脈巖， 獲得 6件硅鉀蝕變巖K-Ar表面年齡166～303 Ma， 5件石英斑巖年齡74～198 Ma（葉柏舟等， 1986）； 最近中國地質科學院礦產資源研究所采用Rb-Sr法測定白云金礦石英-硫化物階段石英流體包裹體， 獲得等時線年齡 392 Ma（個人交流）。上述測年方法存在較大爭議， 誤差分歧也較大， 甚至對同一類型樣品采用不同的測試方法，得出的年齡數據相差十分懸殊， 故不能確定其真實的成礦時代。

眾所周知， 對礦床成礦年齡的測定必須重視 3個內容： （1）樣品是否為金礦石或者代表金礦化作用；（2）測試樣品是否與金成礦同期形成； （3）測試樣品是否可以確定金礦成礦事件的年齡（石貴勇等， 2012）。按上述三個標準考量前人獲得的成果， 目前對白云金礦定年和測試均存在缺陷， 采用 Rb-Sr法定年存在諸多不確定因素， 如Rb-Sr體系中Rb的活動性很強導致Rb-Sr體系封閉性差； K-Ar法易于受到后期熱事件影響， 造成Ar的丟失， 從而使K-Ar表面年齡跨度過大；40Ar-39Ar測年同樣存在過剩Ar和Ar丟失事件（陳文等， 2011）。

考慮到上述方法的局限性， 本次選用具有高精度、高靈敏度的熱電離質譜儀 Triton對白云金礦石英硫化物礦石和硅鉀蝕變巖礦石中黃鐵礦進行Re-Os同位素測定， 獲得黃鐵礦 Re-Os等時線年齡為225.3±7.0 Ma。我們認為該年齡能夠更真實反映白云金礦床成礦年齡， 理由如下： Re-Os同位素體系封閉性較好， 不容易受后期構造熱事件的改造， 能比較準確地測定成礦時代， 而且最新研究成果顯示，通過測定載金黃鐵礦Re-Os同位素組成從而確定金成礦時代方面也取得了較大成功（石貴勇等， 2012；Ming et al.， 2013）， 黃鐵礦是礦石中主要的金屬礦物，是本礦床的主要載金礦物， 礦石中金的含量與黃鐵礦的含量呈正相關的關系， 根據光片和電子探針查證， 金絕大多數賦存在黃鐵礦中或與黃鐵礦密切共生（圖 4c）， 大部分呈顯微金獨立礦物（自然金、銀金礦）以包體金、晶隙金及裂隙金狀態賦存在黃鐵礦晶體內， 同時前人從硅鉀蝕變巖型礦石和石英脈型礦石中挑選出黃鐵礦， 并對兩種類型礦石中黃鐵礦的含Au量進行測試， 測試結果表明前者Au含量介于267.1%～991.4%， 后者Au含量介于179.7%～1793.5%（國家輝和程德琳， 1993）， 故從載金礦物角度出發，含金黃鐵礦是白云金礦床最佳測年對象， 通過上述分析， 本文測試得到的225.3±7.0 Ma的年齡代表白云金礦的成礦年齡。

5.2礦床成因、成礦動力學背景及其地質意義

近些年， 隨著精細年代學測試技術的發展， 在白云金礦及其外圍識別出大量印支期巖漿活動， 段曉俠等（2011）對白云金礦南側雙頂溝巖體進行鋯石U-Pb定年結果為224 Ma； Yu et al. （2009）對新嶺巖體進行年代學分析得出225 Ma年齡； 關廣岳和金成洙（1983）測定與白云金礦礦脈平行展布的石英斑巖成巖年齡為 220～300 Ma； 劉國平和艾永富（2002）對小佟家堡子金礦區的煌斑巖進行 K-Ar測年得出211～130 Ma的年齡。同時， 在該地區識別出印支期成礦事件， Yu et al. （2009）對榛子溝鉛鋅礦的閃鋅礦Rb-Sr等時線定年得出221 Ma年齡； 薛春紀等（2003）對小佟家堡子金礦和高家堡子銀礦進行成礦年代學研究也得出印支期成礦的年齡， 結合本次對白云金礦進行黃鐵礦Re-Os定年得出225.3±7.0 Ma年齡， 說明該區至少有一期與印支期巖漿活動相關的成礦作用。據航磁和重力資料顯示， 白云金礦處于一個重力低異常之中， 其深部可能存在隱伏花崗巖體， 且可能被花崗巖兜底（芮宗瑤等， 1994）。白云金礦產于東西向展布的滑脫構造帶中， 中國東部中生代受太平洋板塊作用影響， 印支期主構造方向為東西向，并逐漸向北東向轉化， 控礦構造與印支期構造方向相同， 并與印支期石英斑巖平行展布， 因此白云金礦是與印支期巖漿活動有關的熱液礦床。

華北克拉通北緣東段自印支期西伯利亞克拉通與華北克拉通拼合成統一體， 先后經歷了碰撞、巖石圈減薄、拆沉、伸展等地質作用， 從而導致大規模成礦作用的發生。毛景文等（2003）通過對中國北方大規模成礦作用及地球動力學背景分析認為， 華北克拉通在三疊紀晚期到侏羅紀中期一定程度上仍然處于西伯利亞板塊與華北板塊碰撞造山階段， 并在造山的松弛階段形成大量花崗巖漿上侵定位。任紀舜等（1992）認為， 印支末期到早中燕山期， 西伯利亞克拉通與華北克拉通之間的蒙古-興安造山帶發生了強烈的逆掩-推覆作用， 形成逆掩斷層、飛來峰和構造窗， 標志華北克拉通與西伯利亞克拉通之間的大陸巖石圈進一步縮短， 說明中國北方處于陸內后碰撞造山環境。其主要的動力源為160 Ma最終閉合的蒙古-鄂霍次克大洋向南北兩側的俯沖（趙越等，2002）。本次獲得的白云金礦225.3±7.0 Ma成礦年齡，與前人獲得的與成礦密切的石英斑巖成巖時代一至，指示其為印支晚期構造-巖漿及其相關流體活動的產物， 成礦動力學背景可能為受蒙古-鄂霍次克大洋向南北兩側俯沖影響的內陸后碰撞造山環境。

Re-Os同位素體系在礦床學中的另一個應用就是示蹤成礦物質來源， 并取得的許多成功案例（李超等， 2012）， 由于地殼相對富集 Re， 地殼物質的加入將會導致放射成因187Os含量的增加， 相應的初始187Os/188Os比值也會增大， 白云金礦載金黃鐵礦樣品普遍具有較高放射成因的187Os含量， 其187Os/188Os初始加權平均值為 2.1±2.8， 由于誤差較大， 僅具有參考價值， 盡管如此， 其比值明顯不同于各類原始地幔187Os/188Os比值（0.105～0.152） （Walker and Morgan，1989； Shirey and Walker， 1998）， 更接近于各類地殼的187Os/188Os比值（0.8～1.3）（Esser and Turekian， 1993；Saal et al.， 1998）， 野外地質調查發現， 區域地層中硫化物較少， 而白云金礦的賦礦圍巖中硫化物普遍發育， 結合本次獲得的187Os/188Os比值， 推測成礦物質主要來源于殼源， 是否有幔源物質加入還有待進一步研究。

前人對中國北方成礦時代進行詳細的歸納、研究和總結， 認為中國北方存在三大成礦期次， 分別為200～160 Ma、140 Ma和120 Ma（毛景文等， 2003； 翟明國等， 2003）， 本文所獲得的白云金礦225.3±7.0 Ma成礦年齡明顯早于三大成礦期， 結合前人在該區獲得的成礦年齡（表2）， 推測中國北方有可能存在第四大成礦期或代表遼東裂谷地區早中生代內生金、銀礦的成礦期， 同時也為在該區尋找與印支期成礦有關的礦床提供重要信息和線索。

6　結 論

通過對白云金礦載金黃鐵礦 Re-Os定年研究，得出如下結論：

（1） 白云金礦石英-硫化物和硅鉀蝕變巖載金黃鐵礦Re-Os等時線年齡為225.3±7.0 Ma， 結合控礦構造和區內巖漿活動， 認為礦床形成于印支期， 為與印支期巖漿活動有關的熱液礦床； 載金黃鐵礦187Os/188Os初始加權平均值為2.1±2.8（由于誤差較大，僅具有參考價值）， 推測成礦物質主要來源于殼源。

表2　中國北方印支期成礦年代學格架Table 2 Isotopic ages of Indosinian mineralization in North China

（2） 白云金礦與區內印支期巖漿活動密切相關，成礦動力學背景可能為受蒙古ˉ鄂霍次克大洋的向南北兩側俯沖影響的陸內后碰撞造山環境。

（3） 遼東裂谷區存在顯著印支期成巖、成礦事件，今后在遼東裂谷區應重視與印支期有關的成礦和找礦研究。

致謝： 野外樣品采集工作得到了山東招金集團白云金礦李太明工程師的大力支持， 中國地質大學（武漢）魏俊浩教授及另一位匿名審稿專家對本文提出了許多建設性的修改意見和建議， 在此一并表示衷心的感謝。

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Re-Os Isotopic Dating and its Geological Implication of Gold Bearing Pyrite from the Baiyun Gold Deposit in Liaodong Rift

ZHANG Peng1，2， LI Bin3， LI Jie4， CHAI Peng1， WANG Xijin2， SHA Deming2and SHI Jianmin2
（1. Collage of Earth Sciences， Jilin University， Changchun 130061， Jilin， China； 2. Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources， Shenyang 110034， Liaoning， China； 3. Dandong Qingchengzi Mining Co. Ltd， Dandong 118107， Liaoning， China； 4. Guangzhou Institute of Geochemistry， Chinese Academy of Sciences， Guangzhou 510640， Guangdong， China）

The Baiyun gold deposit is one of the most important large gold deposits in the Liaodong rift. However， no directly chronological dating result has been reported for it yet. On purpose of dating the mineralization of the deposit，rhenium and osmium isotopes in eight gold bearing pyrite separates from different types of ores in the deposit have been analyzed. The results yielded Re-Os isochronal age of 225.3±7.0 Ma （MSWD=5.8）， with an initial187Os/188Os rate of 2.1±2.8. Combined with the previous researches， it is concluded that the Baiyun gold deposit is a magmatic hydrothermal deposit， which was formed in the Indo-Sinian period and the ore-forming materials were mainly originated from the crust. It is also suggested that the deposit was formed in the intracontinental post-collisional setting subsequent to the subduction of the Mongolia-Okhtsk seas. This study may shed light on the future exploration of similar ore deposit（relate to the Indo-Sinian magmatism） in the Liaodong rift.

Re-Os dating； gold bearing pyrite； deposit genesis； Baiyun gold deposit； Liaodong rift

P611； P597

A

1001-1552（2016）04-0731-008

2014-03-29； 改回日期： 2014-08-27

項目資助： 國家自然科學基金青年基金（41501093）和中國地質調查局項目（12120113058700）聯合資助。

張朋（1983-）， 男， 博士研究生， 主要從事成礦理論與找礦預測研究工作。Email： geozhangpeng2010@163.com