甘肅陽(yáng)山金礦床花崗巖成因: 來(lái)自地球化學(xué)、Sr-Nd-Pb同位素和年代學(xué)的證據(jù)

楊貴才, 袁士松, 葛良勝, 王治華, 齊金忠,閆家盼, 趙由之, 張玉杰, 李　鵬

甘肅陽(yáng)山金礦床花崗巖成因: 來(lái)自地球化學(xué)、Sr-Nd-Pb同位素和年代學(xué)的證據(jù)

楊貴才1,2, 袁士松1,2, 葛良勝2, 王治華1,2, 齊金忠3,閆家盼2, 趙由之1,2, 張玉杰2, 李鵬1,2

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院, 北京 100083; 2.武警黃金地質(zhì)研究所, 河北 廊坊 065000; 3.武警黃金指揮部, 北京 100055)

甘肅文縣陽(yáng)山金礦為西秦嶺近十年來(lái)發(fā)現(xiàn)的超大型卡林–類(lèi)卡林型金礦床, 地處揚(yáng)子板塊西北部碧口地體北緣。本文選取陽(yáng)山礦區(qū)與礦體在空間上密切相關(guān)的花崗巖樣品, 進(jìn)行系統(tǒng)的元素地球化學(xué)特征分析, 結(jié)合前人的年代學(xué)和Sr-Nd-Pb同位素?cái)?shù)據(jù)來(lái)探討其成因。陽(yáng)山花崗巖SiO2含量為60.64%～80.77%、Al2O3為13.68%～23.71%, K2O為0.74%～ 4.32%, A/CNK為1.34～6.02, 富集Cs、U、K、Pb等元素, 虧損Ba、Nb、La、Ce、Sr、Ti等元素, ΣREE=14.45×10–6～143.14×10–6,平均70.31×10–6, LREE/HREE=1.39～19.52, 平均10.12, 具有輕稀土富集, 重稀土虧損的特征, (La/Yb)N=1.48～37.26, 平均17.08, 球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式顯示弱負(fù)Eu異常(δEu=0.50～1.21, 平均0.77), 為過(guò)鋁質(zhì)鈣堿性花崗巖。結(jié)合前人對(duì)花崗巖、碧口群和泥盆系三河口組的元素地球化學(xué)、年代學(xué)和Sr-Nd-Pb同位素等測(cè)試數(shù)據(jù)以及區(qū)域構(gòu)造演化歷史, 認(rèn)為陽(yáng)山花崗巖來(lái)源于碰撞增厚的地殼物質(zhì)——碧口群的部分熔融, 在上升的過(guò)程中與泥盆系發(fā)生混染。

花崗巖; 碧口地體; 巖石成因和源區(qū); 陽(yáng)山金礦床; 甘肅

0 引 言

花崗巖類(lèi)巖石是組成大陸地殼的主要巖石, 記錄著陸殼的形成、殼–幔相互作用和巖石圈演化等信息。不同成因類(lèi)型的花崗巖和巖石組合反映不同的構(gòu)造環(huán)境和地球動(dòng)力學(xué)背景, 而且多數(shù)大型–超大型金屬礦產(chǎn)與花崗巖的形成演化密切相關(guān)。因此,花崗巖是地球科學(xué)研究的主要對(duì)象之一, 它的成因和成礦等問(wèn)題也一直是重要的前沿研究課題(徐夕生和賀振宇, 2012)。中國(guó)花崗巖比較發(fā)育, 出露面積約占我國(guó)陸域面積的 10%, 且類(lèi)型多樣, 特色鮮明,時(shí)空分布廣泛, 形成環(huán)境復(fù)雜, 許多金屬礦床(金、鈾、鎢、錫、銅、稀土、鈮鉭等)的成礦作用與其有關(guān), 在全球地質(zhì)研究中具有舉足輕重的地位(肖慶輝等, 2002), 同時(shí)花崗巖類(lèi)是揭示深部地殼組成和地球動(dòng)力學(xué)過(guò)程的有效途徑(Kemp, 2003)。

甘肅陽(yáng)山金礦床是 1997年由武警黃金十二支隊(duì)發(fā)現(xiàn), 金資源量接近400 t, 是我國(guó)最大的卡林型–類(lèi)卡林型金礦床(陳衍景等, 2004; 張復(fù)新等, 2007; Yan and Li, 2008)。自發(fā)現(xiàn)以來(lái), 許多學(xué)者對(duì)該礦床的構(gòu)造演化(齊金忠等, 2006)、控礦特征(齊金忠等, 2003; 袁士松等, 2004; 李建忠等, 2008; 郭俊華等,2009; 代堰锫等, 2012)、成礦流體特征(劉偉等, 2007;李晶等, 2007; 孟獻(xiàn)真等, 2012)、礦物學(xué)特征(楊榮生等, 2006, 2009; 吳春俊等, 2008; 毛世東等, 2009)、成礦物質(zhì)來(lái)源(羅錫明等, 2004; 李晶等, 2008; 楊貴才等, 2007; 楊貴才和齊金忠, 2008; 劉紅杰等, 2008;張莉等, 2009; 李楠等, 2012; 張靜等, 2012, Li et al., 2013)、礦床成因(程斌等, 2006; 文成敏, 2006; 齊金忠等, 2006, 2008; 袁士松, 2007; 袁士松等, 2008;趙成海, 2009; 余金元等, 2010; 毛世東等2012)等方面進(jìn)行了一系列研究, 積累了豐富的研究成果。但是與陽(yáng)山金礦床具有密切空間關(guān)系的花崗巖, 前人僅對(duì)花崗斑巖的元素地球化學(xué)、Sr-Nd-Pb同位素(劉紅杰等, 2008; 劉遠(yuǎn)華等, 2010)、鋯石U-Pb年代學(xué)(雷時(shí)斌等, 2010; 孫驥等, 2012)等進(jìn)行過(guò)研究, 有關(guān)花崗巖與礦區(qū)泥盆系三河口組及與礦區(qū)南側(cè)碧口地體中地層的對(duì)比研究還存在空白。本文正是從陽(yáng)山礦區(qū)花崗巖、泥盆紀(jì)地層和碧口地塊地層的地球化學(xué)特征入手, 結(jié)合前人的研究成果, 來(lái)研究和探討花崗巖的成因及源區(qū)。

1　區(qū)域地質(zhì)特征

甘肅陽(yáng)山金礦床地處秦嶺造山帶西南緣、揚(yáng)子板塊西北碧口地體北緣和松潘–甘孜褶皺帶東北緣的三角區(qū)內(nèi)(圖1), 屬于西秦嶺南亞帶。秦嶺造山帶形成于揚(yáng)子板塊和華北板塊在中三疊世末期的碰撞過(guò)程, 到三疊紀(jì)晚期揚(yáng)子板塊和華北板塊沿勉略構(gòu)造帶完成拼合(張國(guó)偉等, 2001, 2003, 2004)。根據(jù)勉略帶及其附近花崗巖體特征研究, 認(rèn)為印支晚期存在兩期構(gòu)造–巖漿事件: 245～228 Ma主碰撞時(shí)期和228～185 Ma碰撞晚期階段(Dong et al., 2011; Wang et al., 2013)。礦體賦存在勉略構(gòu)造帶文縣弧的安昌河–觀音壩斷裂及其次級(jí)斷裂中。

陽(yáng)山礦區(qū)南側(cè)出露有碧口地體新元古代地層,礦區(qū)內(nèi)為泥盆系三河口組和白堊系。碧口地體從南到北依次劃分為碧口群、橫丹群、關(guān)家溝組。賦礦地層主要為泥盆系三河口組含炭泥、砂質(zhì)碎屑沉積。前人對(duì)碧口群的研究較多, 認(rèn)為其由基性火山巖、酸性火山巖和沉積巖組成(趙祥生等, 1990; 閆全人等, 2004; 夏林圻等, 2007), 為一套蛇綠雜巖(李永飛等, 2007), 主要形成于島弧環(huán)境(王宗起等, 2009),形成年齡為884～776 Ma(Yan et al., 2003; 閆全人等, 2003; 賴(lài)紹聰?shù)? 2007; Wang et al., 2008)。橫丹群和關(guān)家溝組以碎屑巖為主(陶洪祥, 1993)。橫丹群為活動(dòng)性濁積巖系, 形成時(shí)代為715～835 Ma(Druschke et al., 2006), 為洋殼板塊向南俯沖于揚(yáng)子板塊之下陸緣弧前盆地充填物, 主要物源為碧口群(閆全人等, 2002; Yan et al., 2003, 2004; Druschke et al., 2006;盧海峰等, 2007)。關(guān)家溝組為礫巖、含礫板巖、板巖夾凝灰?guī)r組合, 為一套富含火山物質(zhì)成分的碎屑流、濁流組合, 局部夾有灰?guī)r透鏡體, 被認(rèn)為是冰川沉積(何書(shū)成, 1989; 趙祥生等, 1990), 形成于大陸島弧構(gòu)造環(huán)境(盧海峰等, 2007; 王宗起等, 2009)。其南與碧口火山巖系以韌性剪切帶為界, 北與三河口組以斷層相鄰, 內(nèi)部發(fā)育一系列逆斷層。碧口地體中的地層除關(guān)家溝組外大都經(jīng)歷了綠片–藍(lán)片巖相變質(zhì)作用。在北東部邊緣還出現(xiàn)麻粒巖(安子山麻粒巖)(李三忠等, 2000), 其變質(zhì)年齡為220 Ma左右(張宗清等, 2002)。由于橫丹群物源來(lái)自碧口群, 且兩者在碧口地體中出露面積最廣, 于是將碧口地體中出露的地層統(tǒng)稱(chēng)為碧口群, 用碧口群代表碧口地體成分。中泥盆統(tǒng)三河口組一套巨厚淺海相碎屑巖–泥質(zhì)巖–碳酸鹽沉積建造, 主要由砂質(zhì)巖類(lèi)(砂質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)千枚巖、巖屑雜砂巖、粉砂巖和極少量石英片巖)、泥質(zhì)巖類(lèi)(泥質(zhì)千枚巖和極少量云母片巖)、炭質(zhì)巖類(lèi)(炭質(zhì)千枚巖、炭質(zhì)板巖)和碳酸鹽類(lèi)組成, 其金含量分別為: 7.78×10–9, 3.31×10–9, 4.52×10–9, 2.61× 10–9(王學(xué)明等, 1999)。陽(yáng)山金礦礦體主要產(chǎn)出在粉砂質(zhì)、泥質(zhì)、炭質(zhì)千枚巖中。

圖1　甘肅陽(yáng)山金礦床區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)Yan et al., 2004修改)Fig.1 Regional geological map of the Yangshan gold deposit, Gansu province

陽(yáng)山礦區(qū)的花崗巖也賦存在泥盆系三河口組中,分布較廣, 大多呈脈狀、透鏡狀(圖2, 3a、b), 少量呈巖株?duì)睢r性主要為中細(xì)粒花崗斑巖, 其次為英云斑巖和花崗細(xì)晶巖, 在礦區(qū)北部巖頭村南分布有少量鉀長(zhǎng)斑巖。 前三類(lèi)與金礦體存在較為密切的空間關(guān)系。巖石整體蝕變較強(qiáng)(圖3c、d), 主要為絹云母化、綠泥石化、硅化等。

2　陽(yáng)山花崗巖的特征

2.1礦物學(xué)特征

本文主要討論與成礦密切相關(guān)的花崗斑巖、英云斑巖和花崗細(xì)晶巖。三者在礦區(qū)都有分布, 以花崗斑巖為主。鏡下觀察表明(圖 3e、f), 花崗斑巖中斑晶成分主要為斜長(zhǎng)石, 條狀或板狀, 粒度一般為0.5～2 mm, 常見(jiàn)聚片雙晶, 約占30%, 絹云母化、黏土礦化較強(qiáng); 石英, 多為粒狀或團(tuán)粒狀, 粒度一般為0.5～1 mm, 約占30%, 有重結(jié)晶現(xiàn)象; 鉀長(zhǎng)石, 含量較少, 約占40%; 暗色礦物黑云母、角閃石等多已蝕變?yōu)榻佋颇? 局部可見(jiàn)這些暗色礦物的假象。另外, 巖石中還含少量磁鐵礦、鋯石、磷灰石等副礦物。英云斑巖具斑狀結(jié)構(gòu), 斑晶為黑云母、石英, 二者占總量的 5%～10%, 基質(zhì)顆粒較為細(xì)小, 以斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、石英為主。花崗細(xì)晶巖具細(xì)晶結(jié)構(gòu), 粒度一般為0.2～0.5 mm, 成分主要為長(zhǎng)石、石英類(lèi), 約占50%左右, 絹云母化、黏土礦化較強(qiáng); 石英, 約占35%, 有重結(jié)晶現(xiàn)象; 此外還有暗色礦物黑云母、角閃石等, 均已蝕變, 巖石中也含少量磁鐵礦、鋯石、磷灰石等副礦物。

圖2　陽(yáng)山礦區(qū)葛條灣–安壩礦段花崗巖分布圖(據(jù)齊金忠等, 2008)Fig.2 Distribution of granites in the Getiaowan-Anba section of the Yangshan gold deposit

圖3　陽(yáng)山金礦花崗巖野外及顯微特征Fig.3 Photos of the outcrops and microphotographs of granites in the Yangshan gold deposit

2.2地球化學(xué)特征

本文選取陽(yáng)山礦區(qū)花崗巖、千枚巖和碧口群中的樣品進(jìn)行全巖主量、微量元素分析, 分析測(cè)試在武警黃金指揮部測(cè)試中心(廊坊)完成, 結(jié)果見(jiàn)表 1 (因數(shù)據(jù)較多表略, 具體數(shù)據(jù)見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)電子版)。主量元素分析在PW4400型X熒光光譜儀上完成, 相對(duì)偏差一般≤2%, 微量元素在X2型ICP-MS上完成, 相對(duì)偏差均<5%。

陽(yáng)山礦區(qū)花崗斑巖、英云斑巖和花崗細(xì)晶巖除ZK1812-7樣品外, 其他樣品巖石地球化學(xué)特征: SiO2=60.64%～80.77%(平均70.24%), Al2O3=13.68%～ 23.71%(平均16.14%), CaO=0.05%～4.79%(平均1.46%), MgO=0.056%～1.73%(平均 0.47%), Na2O= 0.02%～5.30%(平均1.43%), K2O=0.74%～4.32%(平均3.05%), Mg#=8～68, 大多數(shù)為 20～40, 平均為 31, K2O/Na2O=0.36～162.50, 大多分布在1～7之間。TAS圖解判斷其主要為花崗巖和花崗閃長(zhǎng)巖(圖 4a), 以下將陽(yáng)山礦區(qū)各類(lèi)侵入巖簡(jiǎn)稱(chēng)為花崗巖。A/CNK= 1.24～4.71, 均>1.1, A/NK=1.34～6.02, 均>1.0, 為強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)。標(biāo)準(zhǔn)礦物計(jì)算結(jié)果表明主要礦物為石英、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石, 與鏡下鑒定結(jié)果一致, 均出現(xiàn)剛玉分子(1.41%～18.46%), 與秦嶺造山帶 S型花崗巖一致(Li et al., 2015)。陽(yáng)山花崗巖為強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)、高鉀鈣堿性–鈣堿性(圖4b)、S型花崗巖(圖4c)。

在哈克圖解上(圖5), 主量元素之間總體呈現(xiàn)較好的線性分布, 隨SiO2含量的增加, TiO2、Al2O3、FeOT、MgO、CaO、K2O、P2O5含量降低, 而 MnO和 Na2O 含量變化不明顯。Cr含量為 2.7×10–6～ 59.4×10–6, 大多集中在 5×10–6～15×10–6, Ni含量為1.54×10–6～47.36×10–6, 大多集中在 2×10–6～6×10–6。微量元素Sr、La、Cr、Th隨SiO2含量的增加而減少, 其他元素, 如 Cr、Pb、Zr、Yb、Rb等隨 SiO2含量的增加變化不明顯。

圖4　陽(yáng)山金礦花崗巖地球化學(xué)圖解(數(shù)據(jù)來(lái)源于本文; 劉紅杰等, 2008; 閻鳳增等, 2010; 雷時(shí)斌, 2011)Fig.4 Geochemical plots of granites in the Yangshan gold deposit

圖5　陽(yáng)山金礦花崗巖哈克圖解Fig.5 Harker plots of granites in the Yangshan gold deposit

在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖上, 陽(yáng)山礦區(qū)花崗巖具有相似的元素分布模式(圖6c), 富集Cs、U、K、Th、Pb、Nb、Rb等大離子親石元素, 虧損Ba、Nb、La、Ce、Sr、Ti等元素(圖6c), 說(shuō)明花崗巖來(lái)源于地殼, 且源區(qū)殘留有斜長(zhǎng)石。陽(yáng)山花崗巖稀土元素總量 ΣREE=14.45×10ˉ6～143.14×10ˉ6, 平均70.31×10ˉ6, 元素地幔標(biāo)準(zhǔn)化模式圖顯示弱負(fù) Eu異常(圖 7c), LREE/HREE =1.39～19.52, 平均 10.12, (La/Yb)N=1.48～37.26, 平均17.08, δEu為0.50～1.21,平均0.77, δCe為0.75～1.04, 平均0.94, 稀土元素特征與秦嶺造山帶S型花崗巖一致(Li et al., 2015)。而中、重稀土元素配分曲線沒(méi)有明顯下凹(LaN/SmN= 1.3～6.3), 表明斜長(zhǎng)石、角閃石可能不是主要?dú)埩粝嗷驇r漿演化過(guò)程中不存在大量斜長(zhǎng)石、角閃石分離結(jié)晶作用(Gromet and Silver, 1987)。

3　巖石成因及巖漿源區(qū)

花崗巖的地球化學(xué)特征主要取決于三方面的因素(盧兆良等, 2004): (1)源區(qū)巖石的成分; (2)部分熔融時(shí)與熔融體共存的固相組合的礦物學(xué)特征; (3)熔融體從源區(qū)運(yùn)移定位過(guò)程中影響熔體成分的各種作用過(guò)程。火成巖的微量元素特征隨源區(qū)成分和各種作用過(guò)程而變。巖漿源區(qū)成分可能是火成巖化學(xué)成分唯一最重要的決定因素。下面將陽(yáng)山礦區(qū)花崗巖、泥盆系千枚巖和碧口群火山巖的主量、微量元素、Sr-Nd-Pb同位素進(jìn)行對(duì)比來(lái)探討陽(yáng)山礦區(qū)花崗巖成因及起源。

3.1主、微量元素特征對(duì)比

圖 8顯示, 從碧口群火山巖到泥盆系千枚巖,最后到花崗巖有一個(gè)明顯的演化趨勢(shì)。隨著SiO2含量的升高, Al2O3、MgO、MnO、P2O5、FeOT、TiO2含量降低, 微量Cs、Yb、Sc含量也隨SiO2含量的升高而降低, 而Nb、Sr含量則無(wú)明顯變化, 說(shuō)明這三者之間很可能是一個(gè)逐步演化的關(guān)系。從La-La/Sm圖解上(圖 9)可以看出, 陽(yáng)山花崗巖是部分熔融的產(chǎn)物。以上元素特征可以初步判斷陽(yáng)山花崗巖來(lái)源于地殼物質(zhì), 很可能就是碧口群火山巖部分熔融, 巖漿在上升的過(guò)程中與泥盆系發(fā)生混染。

圖 6 陽(yáng)山花崗巖與泥盆系三河口組、碧口群巖石微量元素蛛網(wǎng)圖(圖中陰影部分為含礦千枚巖和花崗巖; 標(biāo)準(zhǔn)化值為原始地幔McDonough and Sun, 1995; 碧口群數(shù)據(jù)來(lái)源于李永飛等, 2007; 夏林圻等, 2007; 花崗巖數(shù)據(jù)來(lái)源于本文, 劉紅杰等, 2008; 雷時(shí)斌等, 2010; 閻鳳增等, 2010)Fig.6 Primitive mantle-normalized trace element spider diagrams of the Yangshan granites, Devonian Sanhekou Section, and Bikou Group

圖7　陽(yáng)山花崗巖與泥盆系三河口組、碧口群巖石稀土元素配分模式圖(數(shù)據(jù)來(lái)源同圖6; 標(biāo)準(zhǔn)化值為原始地幔Sun and McDonough, 1989)Fig.7 Primitive mantle-normalized REE patterns of the Yangshan granites, Devonian Sanhekou Section and Bikou Group

3.2Sr-Nd-Pb同位素對(duì)比

放射性同位素 Rb-Sr、Sm-Nd、Pb等能很好地示蹤物質(zhì)來(lái)源和研究地質(zhì)作用過(guò)程。

將陽(yáng)山花崗巖、泥盆系三河口組粉砂巖、泥灰?guī)r和碧口群進(jìn)行Rb-Sr、Sm-Nd、Pb同位素對(duì)比, 以期為示蹤陽(yáng)山花崗巖提供很好的依據(jù)。將這些數(shù)據(jù)重新處理, 統(tǒng)一將t=220 Ma作為計(jì)算它們的初始值的年齡。陽(yáng)山花崗巖初始(87Sr/86Sr)i、(206Pb/207Pb)i(t= 220 Ma)的值分別為 0.708059～0.717558, 1.1634～ 1.1868; 泥盆系粉砂巖、泥灰?guī)r為0.713568～0.718010、1.1819～1.2495, 碧口群火山巖為0.702240～0.712584、1.0645～1.1822。將三者的初始(87Sr/86Sr)i、(206Pb/207Pb)i(t=220 Ma)投影到圖10a、b上, 可以看出陽(yáng)山花崗巖的(87Sr/86Sr)i、(206Pb/207Pb)i值均位于碧口群和泥盆系之間, 且(87Sr/86Sr)i有較大的變化范圍顯示其來(lái)源區(qū)混入較多的沉積物(Li et al., 2015)。87Sr/86Sr初始比值介于 0.70806～0.71756之間為中鍶花崗巖(0.706～0.719), 這類(lèi)巖石形成機(jī)制和物質(zhì)來(lái)源較復(fù)雜, 大致有三種類(lèi)型(邱家驤, 1991): ①由下地殼源巖部分熔融形成; ②地幔和地殼的混熔作用形成;③起源下地殼的巖漿在上升過(guò)程中與上地殼物質(zhì)混染。花崗巖εNd(220 Ma)(–2.9～ –5.0)<0, 表明它們來(lái)源于地殼物質(zhì), 或至少在形成的過(guò)程中與地殼物質(zhì)發(fā)生過(guò)相當(dāng)明顯的混染, 而陽(yáng)山花崗巖的Cr、Ni含量低排除了地幔物質(zhì)的參與可能性, 所以其更可能是下地殼物質(zhì)部分熔融, 在上升的過(guò)程中與上地殼物質(zhì)發(fā)生混染。

3.3陽(yáng)山花崗巖與碧口群年齡對(duì)比

統(tǒng)計(jì)表明(圖 11)可以明顯的看出, 陽(yáng)山花崗巖除了在200～220 Ma有一個(gè)峰值之外, 在720～820 Ma也有一個(gè)較為集中的年齡分布區(qū), 可見(jiàn)其含有較多的繼承鋯石, 與 S型花崗巖中含有較多的繼承性鋯石核(李獻(xiàn)華等, 1996)相吻合。碧口群的鋯石 U-Pb年齡集中在720～880 Ma, 與陽(yáng)山花崗巖繼承鋯石年齡在誤差范圍內(nèi)一致。Calvin et al. (2003)研究了不同成因類(lèi)型的 54個(gè)花崗巖侵入體中的鋯石, 發(fā)現(xiàn)富含繼承性核的鋯石來(lái)自熔融溫度較低的巖體(<800 ℃),而不含繼承性核的鋯石或含較少的繼承性核的鋯石來(lái)自形成溫度較高的巖體(>800 ℃)。陽(yáng)山花崗巖含較多的繼承核, 表明陽(yáng)山花崗巖來(lái)自熔融程度較低的巖石, 這與碧口群的變質(zhì)程度較低一致。陽(yáng)山花崗巖與碧口群火山巖鋯石U-Pb年齡對(duì)比, 表明陽(yáng)山花崗巖繼承鋯石大部分來(lái)自于碧口群。

圖8　陽(yáng)山花崗巖與泥盆系三河口組、碧口群主量元素對(duì)比圖(數(shù)據(jù)來(lái)源同圖6)Fig.8 Covariation plots of the Yangshan granites, Devonian Sanhekou Section and Bikou Group

圖 9 陽(yáng)山花崗巖 La-La/Sm 圖解(底圖據(jù) Allegre and Minster, 1978, 數(shù)據(jù)來(lái)源同圖4)Fig.9 La vs. La/Sm plot of granites in the Yangshan gold deposit

3.4陽(yáng)山花崗巖成因及源區(qū)討論

3.4.1基底性質(zhì)

從陽(yáng)山金礦產(chǎn)出的區(qū)域地質(zhì)背景分析, 最老的基底為南側(cè)碧口地體元古代地層, 下面以碧口群代表碧口地體的成分來(lái)分析區(qū)域基底性質(zhì)。碧口群主要由基性、酸性火山巖和沉積巖組成, 大多數(shù)樣品δEu<1, 少數(shù) δEu>1, 暗示其母巖漿在演化過(guò)程中結(jié)晶分異作用較弱, 其 εNd(220 Ma)值有正有負(fù), 正值代表其源區(qū)有地幔物質(zhì)貢獻(xiàn), 是基性火山巖部分,負(fù)值代表在火山巖形成過(guò)程中有地殼物質(zhì)的混染,是碧口群中酸性火山巖和沉積巖部分。碧口群鋯石U-Pb年齡為884～776 Ma, 全巖的Nd同位素二階段模式年齡為0.8～2.2 Ga, 平均為1.2 Ga, 也說(shuō)明碧口群來(lái)自先前形成的巖石圈物質(zhì)的部分熔融。

3.4.2陽(yáng)山花崗巖成因及源區(qū)探討

陽(yáng)山花崗巖為強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)、高鉀鈣堿性–鈣堿性、S型花崗巖。通常認(rèn)為與碰撞有關(guān)的強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)花崗巖的源區(qū)通是變質(zhì)沉積巖(Sylvester, 1998), 但Collins (1998)在研究Lachlan Fold Belt時(shí)提出玄武巖經(jīng)過(guò)重熔與其他成分混合也有可能產(chǎn)生強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)花崗質(zhì)類(lèi)巖石。因此, 碧口群熔融, 在上升過(guò)程中與泥盆系三河口組發(fā)生混染作用產(chǎn)生陽(yáng)山S型花崗巖成為可能。陽(yáng)山花崗巖與西秦嶺三疊紀(jì)花崗巖類(lèi)存在較大的差別(Sun et al., 2002; Mao et al., 2014; Li et al., 2015), 后者的巖漿雖然來(lái)自地殼物質(zhì)的部分熔融, 但它們的地球化學(xué)及Sr-Nd-Pb同位素組成指示這些花崗巖類(lèi)的源區(qū)為西秦嶺的地殼基底。從陽(yáng)山花崗巖和碧口群具有較為一致t2DM(Nd)值(平均值分別為1.3 Ga、1.4 Ga), 地球化學(xué)性質(zhì)與產(chǎn)在碧口地體內(nèi)的陽(yáng)壩、南一里和木皮巖體的(Zhang et al., 2007;駱金誠(chéng)等, 2010)一致, 說(shuō)明碧口北緣的陽(yáng)山花崗巖與產(chǎn)在碧口內(nèi)部的巖體為同一源區(qū), 可能為停留在地殼中的元古宙地殼基底(即碧口群)。大部分秦嶺造山帶中的花崗巖地球化學(xué)性質(zhì)與陽(yáng)山花崗巖差別較大(Li et al., 2015), 也說(shuō)明他們不大可能來(lái)自于同一巖漿源區(qū)。

陽(yáng)山花崗巖具有較為一致的微量元素和稀土元素特征(圖6、7), 表明其具有相同的巖漿源區(qū)。Tuttle and Bowen (1958)在研究花崗巖起源時(shí)認(rèn)為, 如果在飽和水的情況下, 一般在壓力為0.8～1 GPa、溫度為 600 ℃時(shí)花崗巖開(kāi)始熔融(達(dá)固相線溫度)。鋯石U-Pb封閉溫度一般在 700～750 ℃(Harrison et al., 1987; Tilton et al., 1991), 這也可能是陽(yáng)山花崗巖中存在大量繼承鋯石的原因。這個(gè)壓力和溫度, 在大陸地殼下部完全可以達(dá)到, 因此, 在大陸地殼下部因部分熔融產(chǎn)生花崗質(zhì)巖漿是完全可能的。而且在大陸地殼區(qū), 造山帶地溫梯度可達(dá) 30～40 ℃/km,在造山帶20 km深處, 即可形成花崗質(zhì)巖漿(Brown and Fyfe, 1970)。陽(yáng)山花崗巖具有高K(K2O=1.49%～ 4.32%)和較老的Nd模式年齡(t2DM(Nd)=1.06～1.83 Ga),表明他們不是來(lái)源于俯沖的洋殼和/或底侵下地殼的部分熔融, 而是來(lái)源于加厚下地殼的部分熔融。區(qū)域上勉略縫合帶在220 Ma處于碰撞晚期階段(陳衍景等, 2009; 陳衍景, 2010; Dong et al., 2011; Wang et al., 2013), 應(yīng)力由擠壓向拉張轉(zhuǎn)換, 也是最容易形成花崗質(zhì)巖漿的時(shí)期, 此時(shí)下部地殼也可能熔融形成巖漿。巖漿在上升的過(guò)程中攜帶大量的熱量,導(dǎo)致泥盆系三河口組部分熔融。由于碧口地體中地層和泥盆系三河口組巖石中金含量高, 這種巖石的部分熔融形成了含有一定數(shù)量流體和成礦元素的巖漿, 當(dāng)巖漿從源區(qū)分離并上升到地殼淺部時(shí), 一方面壓力下降揮發(fā)分在熔漿中的溶解度減小, 另一方面由于巖漿結(jié)晶而使揮發(fā)分相對(duì)過(guò)飽和, 必然導(dǎo)致大量揮發(fā)分的出溶, 揮發(fā)分出溶導(dǎo)致部分成礦元素(Au)從巖漿中析出, 從而導(dǎo)致了陽(yáng)山金礦體不僅存在于花崗斑巖中, 而且也存在泥盆紀(jì)地層中。這也就出現(xiàn)陽(yáng)山金礦床成礦流體/物質(zhì)既有來(lái)自于巖漿巖(齊金忠等, 2006, 2008; 楊貴才和齊金忠, 2008;袁士松等, 2008; 雷時(shí)斌等, 2010; 李楠等, 2012)和非巖漿巖(泥盆系和/或碧口群)(李晶等, 2008; 劉紅杰等, 2008; 毛世東等, 2012; 張靜等, 2012)兩種截然不同的觀點(diǎn), 陽(yáng)山花崗巖成因和源區(qū)的厘定, 將成礦流體/物質(zhì)的多來(lái)源統(tǒng)一于礦區(qū)花崗巖。

圖10　陽(yáng)山花崗巖與泥盆系三河口組、碧口群Sr-Nd-Pb同位素對(duì)比圖(陽(yáng)山花崗巖、泥盆系三河口組數(shù)據(jù)來(lái)源于劉紅杰等, 2008; 碧口群數(shù)據(jù)來(lái)源于周樂(lè)堯, 1991; 張本仁等, 2002; 閆全人等, 2004; 李永飛等, 2007; 夏林圻等, 2007)Fig.10 Sr-Nd-Pb isotope plots of the Yangshan granites, Devonian Sanhekou Section, and Bikou Group

圖11　陽(yáng)山花崗巖與碧口群鋯石 U-Pb年齡對(duì)比圖(陽(yáng)山花崗巖數(shù)據(jù)來(lái)源于 Qi et al., 2004; 雷時(shí)斌等, 2010; 碧口群來(lái)源于Yan et al., 2003; Wang et al., 2008)Fig.11 Comparision of zircon U-Pb ages of the Yangshan granites and the Bikou Group

4　結(jié) 論

(1) 陽(yáng)山金礦帶的花崗巖為鈣堿性、過(guò)鋁質(zhì)、S型花崗巖, 形成于華北板塊與揚(yáng)子板塊碰撞后或碰撞晚期。

(2) 微量元素和同位素組成顯示陽(yáng)山花崗巖來(lái)源于碧口群的部分熔融, 熔體在上升過(guò)程中受到泥盆系混染。

致謝： 武警黃金十二支隊(duì)在野外過(guò)程中的幫助, 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)喻學(xué)惠教授、武警黃金地質(zhì)研究所郭曉東博士、張棟高級(jí)工程師論文成文及修改過(guò)程中的指導(dǎo)和建議, 武警黃金指揮部測(cè)試中心楊理勤高級(jí)工程師在分析測(cè)試中的大力支持, 審稿人北京大學(xué)陳衍景教授細(xì)致的審閱、并提出建設(shè)性的意見(jiàn)和建議, 在此一并表示感謝。

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Petrogenesis of Granites in Yangshan Gold Deposit, Gansu Province: Evidence from Geochemical Characteristics, Sr-Nd-Pb Isotope and Geochronology

YANG Guicai1,2, YUAN Shisong1,2, GE Liangsheng2, WANG Zhihua1,2, QI Jinzhong3, YAN Jiapan2, ZHAO Youzhi1,2, ZHANG Yujie2and LI Peng1,2
(1.School of Earth Science and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China; 2. Gold Geological Institute of Chinese People’s Armed Police Force, Langfang 065000, Hebei, China; 3. Gold Headquarters of Chinese People’s Armed Police Force, Beijing 100055, China)

The Yangshan gold deposit, a super-large Carlin-type or Carlin-like gold deposit, was discovered in the western Qinling, Gansu province decade ago. It is located in the north margin of the Bikou Terrane, Northwest Yangtze craton. This paper reports the geochemical characteristics of the granites, which are spatially associated with the orebodies, and discusses the petrogenesis and source of the granites in the Yangshan gold deposit. The SiO2, K2O and Al2O3of the Yangshan granites are in the ranges 60.64%～80.77%, 2.27%～4.32%, and 11.83%～23.71% respectively. The A/CNK ratios vary from 1.24 to 4.29. The Yangshan granites are also enriched in Cs, U, K, Pb, and depleted in Ba, Nb, La, Ce, Sr, Ti. Rare earth element (REE) contents of the granites range from 14.45×10ˉ6to 143.14×10ˉ6(average 70.31×10ˉ6), and significantly enriched in LREE with (La/Yb)Nratios of 1.48～37.26 (average 17.08). The REE patterns are characterized by slightly negative Eu anomalies, with δEu=0.50～1.21 (average 0.77). Geochemical characteristics of major element and trace element show that these granites belong to peraluminous and calc-alkaline series. Compariing with the major and trace elements, geochronology, and Sm/Nd, Rb/Sr and Pb isotopes of the Yangshan granites, Bikou terrane, and Devonian Sanhekou section of the previous works, we propose that the granites were derived from partial melting of the Bikou group as a result of collision and crustal thickening, and were contaminated by the Devonian sedimentary rocks during ascending.

granite; Bikou terrane; petrogenesis and source; Yangshan gold deposit; Gansu province

P581; P595

A

1001-1552(2016)04-0739-014

2014-03-08; 改回日期: 2014-12-30

項(xiàng)目資助: 國(guó)土資源部公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(201411048)、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局基礎(chǔ)調(diào)查與綜合研究項(xiàng)目(12011220663)和整裝勘查區(qū)綜合研究項(xiàng)目(12120114050201)聯(lián)合資助。

楊貴才(1979–), 男, 博士研究生, 高級(jí)工程師, 主要從事礦產(chǎn)資源勘查和地球化學(xué)研究。Email: yangguicai_1979@126.com