李碧樂 史雨凡 于潤濤 孫永剛





摘要:吉黑東部燕山早期(早—中侏羅世)廣泛發育斑巖型鉬礦床,同期還發育矽卡巖型金礦床和造山型金礦床。3類礦床受統一擠壓構造背景控制,形成于太平洋板塊向歐亞大陸俯沖過程中,強烈擠壓過程中由擠壓向伸展的轉換時期。與斑巖型鉬礦床成礦有關的斑巖為高鉀鈣堿性、準鋁質—略過鋁質、分異指數高的殼源花崗巖,鉬礦質主要來源于硅鋁質地殼。燕山晚期(早白堊世晚期)是淺成低溫熱液型金(銅)礦床形成的高峰期,也發育斑巖型銅礦床如常發溝銅礦床,二者構成不同地殼深度層次的成礦系列。礦床形成于中國東部與太平洋板塊俯沖有關的巖石圈強烈減薄時期,為弧后伸展的構造背景。斑巖型銅礦床與成礦有關的侵入巖為分異指數偏低的中酸性—偏堿性淺成侵入巖,巖漿源區和銅礦質主要來源于新生地殼,次為幔源或混合源。早—中侏羅世淺成酸性侵入體、早白堊世晚期中酸性—偏堿性淺成侵入體分別是斑巖型鉬礦床和斑巖型銅礦床找礦的目標地質體。
關鍵詞:燕山早期;斑巖型鉬礦床;燕山晚期;斑巖型銅礦床;成礦機制;吉黑東部
中圖分類號:TD11 P618.41 文章編號:1001-1277(2020)09-0028-07
文獻標志碼:Adoi:10.11792/hj20200905
大量的成礦事實和研究表明,吉黑東部(小興安嶺—張廣才嶺—吉林中東部)燕山期主要有2期重要的斑巖-淺成低溫熱液成礦事件。第一期為燕山早期(早—中侏羅世,集中在167~182 Ma)近南北向花崗巖帶內發生的大規模斑巖型鉬礦成礦作用[1-3]。近年來,新發現和評價了一批中大型和超大型斑巖型鉬礦床,超大型的有鹿鳴[4]和大黑山[2,5],大中型的有霍吉河[6]、翠宏山[7](矽卡巖型-斑巖型鎢鉬鋅多金屬礦床)、福安堡[8]和季德屯[9]等。第二期為燕山晚期(早白堊世晚期,約95~130 Ma)火山巖分布區的淺成低溫熱液型金(銅)多金屬成礦作用,同時發育斑巖型銅礦床如常發溝銅礦床。除了早期發現的烏拉嘎金礦床外,近年來陸續發現了刺猬溝、鬧枝、五鳳、九三溝、東安、四平山、金廠等金礦床和小西南岔等金銅礦床[10-11]。
1 典型斑巖型銅礦床地質特征
位于吉黑東部南端和華北克拉通北緣東段疊合部位的常發溝銅礦床(見圖1),是1984年吉林省物化探大隊異常查證時發現的,1986年吉林省地質局地質五所提交普查報告估算銅金屬量35.89萬t,伴生銀、鋅、鉬和金等元素[12-13]。
常發溝銅礦區出露地層主要為太古宇龍崗群楊家店組下段(Aray1)黑云斜長片麻巖、斜長角閃片麻巖、斜長角閃巖、變粒巖和磁鐵石英巖。礦區內構造較為復雜,主要以斷裂為主。其中,成礦前斷裂為近南北向和近東西向斷裂;成礦期斷裂為北北西向斷裂,巖體侵位主要受其控制;成礦后斷裂為北東向、北西向和北北西向斷裂,對巖體和礦體有一定的破壞作用(見圖2)。礦區內侵入巖分布廣泛,主要有太古代TTG巖系、燕山期花崗斑巖,以及閃長巖(δ)、閃長玢巖(δμ)、流紋斑巖(λπ)、輝綠巖(βμ)和煌斑巖等巖脈(見圖2)。常發溝花崗斑巖體出露于礦區中部,侵位于太古代TTG巖系中,出露面積約0.90 km2,呈巖株狀產出,形態不規則,長軸長約2 km,短軸長約0.5 km, 巖體邊界形態反映其受北東向和北西向2組斷裂控制。該巖體是由少斑堿長花崗斑巖(γπ3(a)5)和多斑堿長花崗斑巖(γπ3(b)5)組成的復式巖體。少斑堿長花崗斑巖分布于復式巖體兩側,均呈北西向展布,總體傾向北東,傾角較陡。多斑堿長花崗斑巖分布于復式巖體中部,侵入于少斑石英斑巖及太古代TTG巖系中,呈北北西向展布,長軸長約600 m,短軸長約350 m,面積約0.18 km2,東西兩側產狀均向外傾,向下有膨大的趨勢。多斑堿長花崗斑巖斑晶主要礦物成分有石英、微斜長石、正長石、鈉長石,少量斜長石和黑云母(見圖3)。角礫花崗斑巖(γπ(j)35)分布在少斑堿長花崗斑巖的邊部,角礫屬于自碎角礫,與少斑堿長花崗斑巖呈漸變關系。
礦體大多賦存在常發溝花崗斑巖體內,分為3個礦段(見圖2),共圈出14個銅礦體,2個金礦體,4個鋅礦體和3個鉬礦體,多為隱伏礦體。礦體垂向分帶較明顯,其中鋅礦體和金礦體分布在淺部和上部,銅礦體、鉬礦體分布在中下部,各礦體產狀基本一致,走向近東西,傾角0°~10°。
圖3 多斑堿長花崗斑巖顯微巖相照片礦床具面型蝕變和礦化分帶特征,由深部向淺部、由內向外蝕變依次發育鉀化帶、絹英巖化帶、泥化帶和青磐巖化帶。由深部向淺部,礦石構造依次為浸染狀構造、細脈浸染狀構造和脈狀構造,礦物組合依次為磁鐵礦→輝鉬礦+磁黃鐵礦→黃鐵礦+黃銅礦→黃鐵礦+閃鋅礦+方鉛礦+金(銀)礦物。金、鋅礦化主要分布于絹英巖化帶上部,銅礦化主要分布于絹英巖化帶中下部,銅、鉬礦化主要分布于鉀化帶中上部,顯示出典型斑巖型銅礦床蝕變礦化分帶特征。本次工作已查明,在空間上,蝕變和礦化圍繞多斑堿長花崗斑巖體內外帶分布。可以確定多斑堿長花崗斑巖體是與成礦有關的巖體,礦床類型為典型斑巖型銅礦床。彭勃[14]測得常發溝銅礦床礦石輝鉬礦Re-Os等時線年齡為114.01 Ma±0.96 Ma,與成礦有關的多斑堿長花崗斑巖鋯石U-Pb諧和年齡為118.11 Ma±0.92 Ma,確定成巖成礦作用發生在早白堊世晚期。
2 常發溝銅礦床成礦時代和礦床類型的確定及意義
近年來人們開始注意到吉黑東部淺成低溫熱液型礦床分布區存在斑巖型礦化。王可勇等[15]通過礦化類型和流體包裹體特征研究,認為金廠金礦區存在2種礦化類型:高鹽度、細脈浸染型金礦化和低鹽度、隱爆角礫巖型金礦化。小西南岔金銅礦床被認為是斑巖型與淺成低溫熱液型礦床的過渡類型[16]。李碧樂等[17]通過圍巖蝕變和控礦構造特征研究,認為團結溝金礦床早期發育斑巖型礦化,晚期疊加了淺成低溫熱液型礦化(主成礦期)。華仁民等[18]強調中國東部晚中生代伴生著強烈的火山巖漿活動,廣泛發育斑巖-淺成低溫熱液金(銅)體系。以上觀點普遍認可吉黑東部燕山晚期斑巖型礦化的存在,但沒有確切的、典型的斑巖型礦床實例。
常發溝銅礦床是吉林省確定的首例典型形成于早白堊世晚期的斑巖型銅礦床,該時期正是吉黑東部大規模淺成低溫熱液型礦床的形成時期。例如:小西南岔金銅礦床礦石輝鉬礦Re-Os等時線年齡為111.0 Ma±3.1 Ma[16],九三溝金礦區內與成礦有關的石英閃長玢巖鋯石U-Pb加權平均年齡為104.2 Ma±1.4 Ma[19],東安金礦床熱液冰長石Ar-Ar等時線年齡為105.14 Ma±0.70 Ma[20],烏拉嘎金礦床礦石黃鐵礦Rb-Sr等時線年齡為109~113 Ma[21],金廠金礦床Ⅻ號礦體石英Ar-Ar等時線年齡為119 Ma±5 Ma[22]。
常發溝銅礦床成巖成礦時代和礦床類型的確定,標志著吉黑東部早白堊世晚期不僅是重要的淺成低溫熱液型礦床成礦期,也是重要的斑巖型銅礦床成礦期。由于常發溝銅礦床所處構造位置為濱太平洋構造域和古亞洲洋構造域東段的疊加復合部位,后者在早中生代已經閉合。古縫合帶在燕山期的活化對后期斑巖型礦床成礦作用有重要影響[3,10]。
最近,在常發溝銅礦床正南方向18 km處又發現了一處斑巖型銅礦床(天合興礦床),探明銅金屬量17 255 t[23]。彭勃[14]認為巖株狀花崗閃長斑巖體是與成礦有關的巖體,并測得其鋯石U-Pb加權平均年齡113.93 Ma±0.39 Ma,諧和年齡為113.94 Ma±0.26 Ma。上述礦床的發現為吉林省乃至吉黑東部尋找斑巖型銅礦提供了理論依據,早白堊世晚期中酸性和偏堿性淺成小侵入體也是吉黑東部斑巖型銅礦找礦的重要目標地質體。
此外,區域內淺成低溫熱液型金(銅)礦床分布區應存在地殼不同深度層次的斑巖-淺成低溫熱液成礦系統。由于區域差異性抬升的影響,目前已出露或揭露的淺成低溫熱液型礦床分布區主要為古老克拉通基底之上的火山盆地,該位置保存條件較好,深部應存在斑巖-淺成低溫熱液成礦系統。而常發溝斑巖-淺成低溫熱液成礦作用發生后,抬升較大,已剝蝕到斑巖型礦床礦化深度。
3 吉黑東部燕山期斑巖型礦床成礦機制
早—中侏羅世是吉黑東部大規模斑巖型鉬礦床形成時期,至今還沒有該時期淺成低溫熱液型礦床的報道。而早白堊世晚期卻是該區淺成低溫熱液型金銅礦床成礦大爆發時期,但確定有斑巖型銅礦床如常發溝銅礦床的產出。吉黑東部早—中侏羅世鉬礦床均為斑巖型鉬礦床,早白堊世晚期礦床為斑巖型銅礦床和淺成低溫熱液型金(銅)礦床,礦質的明顯差異受何種機制制約,仍存在較大分歧。以下主要從成礦構造背景和巖漿源區等方面加以探討。
3.1 成礦構造背景
斑巖型銅礦床廣泛形成于板塊聚合邊界[24],全球97 %的大型—超大型斑巖銅(鉬、金)礦床產于陸緣弧和島弧環境[25]。大多較古老的富金斑巖型銅礦床主要發育于向大陸邊緣增生的島弧環境中[26],例如:烏茲別克斯坦Almalyk、加拿大Galore Creek、蒙古OyuTolgoi等超大型斑巖銅金礦床。R.H.Sillitoe[27]提出,匯聚板塊邊緣的擠壓構造背景對于形成斑巖型銅礦床有重要作用。Kezhang Qin等[28]則強調,斑巖型銅鉬礦多形成于構造背景由擠壓向伸展過渡轉換階段。Bin Xia等[29]指出,太平洋西岸的張性構造背景控制了富金斑巖型銅礦床的形成。Wenliang Xu等[1]認為吉黑東部早—中侏羅世為雙向俯沖和弧后環境,斑巖型鉬礦床形成于陸緣和古俯沖帶;早白堊世為加厚地殼拆沉的陸內伸展環境,形成淺成低溫熱液型礦床。
礦床類型為成礦構造背景提供了最直接和重要的證據。吉黑東部同期發育3類礦床;斑巖型鉬礦床、造山型金礦床和矽卡巖型金礦床。斑巖型鉬礦床成礦年齡:鹿鳴鉬礦床礦石輝鉬礦Re-Os等時線年齡為176.7 Ma±4.4 Ma[30],大黑山鉬礦床礦石輝鉬礦Re-Os等時線年齡為168.2 Ma±3.2 Ma[5],霍吉河鉬礦床礦石輝鉬礦Re-Os加權平均年齡為181.2 Ma±1.8 Ma[31],季德屯鉬礦床礦石輝鉬礦Re-Os等時線年齡為169.1 Ma±1.8 Ma[32],福安堡鉬礦床礦石輝鉬礦Re-Os 等時線年齡為166.9 Ma±6.7 Ma[33]。矽卡巖型金礦床如蘭家金礦床,與成礦有關的閃長巖鋯石U-Pb加權平均年齡為170 Ma±3 Ma[34];造山型金礦床如夾皮溝金礦帶頭道溜河金礦床成礦主階段金屬硫化物Rb-Sr等時線年齡為177.7 Ma±1.7 Ma[35],粗榆金礦床蝕變絹云母Ar-Ar坪年齡為169.3 Ma±1.7 Ma[36]。上述不同類型礦床應形成于統一的構造背景。筆者認為,區域上造山型金礦床、矽卡巖型金礦床和斑巖型鉬礦床同時發育,代表一種典型的擠壓構造背景。同時,與成礦有關的淺成中酸性侵入巖地球化學特征為成礦構造背景研究也提供了重要證據。蘭家金礦區、夾皮溝金礦區內與成礦有關的閃長巖和花崗巖均為鈣堿性、準鋁質系列巖石,顯示為典型的弧巖漿特征[34,37],吉黑東部早—中侏羅世斑巖型鉬礦區內與成礦有關的巖體均為高鉀鈣堿性、準鋁質—略過鋁質系列巖石,表現為富集大離子親石元素和虧損高場強元素,具有與俯沖帶巖漿巖地球化學相似的特征[3,38],普遍認為與古太平洋板塊俯沖有關[1,3,38-39]。基本可以明確,這一時期成礦作用發生在太平洋板塊向歐亞大陸俯沖過程中,強烈擠壓過程中由擠壓向伸展的轉換時期。
吉黑東部早白堊世晚期,與斑巖型銅礦床同期的淺成低溫熱液型金(銅)礦床廣泛發育,代表了一種典型的伸展構造背景。淺成低溫熱液型礦床受區域性深大斷裂和火山機構控制,成礦作用發生在火山機構演化晚期,成巖成礦構造背景具有統一性和繼承性。吉黑東部與成礦時空關系密切的火山巖多具鈣堿性—偏堿性特征,如東安金礦床,反映弧后伸展巖漿特征[11]。常發溝銅礦床所在的那爾轟—天合興地區識別出103~113 Ma不含礦的A型花崗巖和含礦的I型花崗斑巖(斑巖型銅礦化賦礦圍巖)共存,顯示為伸展構造背景[14]。吉黑東部廣泛發育一套早白堊世—晚白堊世早期鈣堿性火山巖組合,代表了古太平洋板塊在該區俯沖作用的存在[10]。中國東部地區的巖石圈減薄高峰在早白堊世[40],伸展作用是巖石圈強烈減薄過程中地殼淺部的地質響應,伴隨著大規模的斑巖-淺成低溫熱液金銅成礦作用的發生。
3.2 巖漿源區與礦質來源
巖石類型和分異程度的差異造成了斑巖型礦床不同元素的富集,而這些又是由巖漿源區和巖漿演化的差異性決定的[41]。統計顯示,與斑巖型銅金礦床有關的斑巖一般SiO2質量分數為60 %~66 %,分異系數(DI)為58~80,巖石多偏中性或堿性;與斑巖型銅或銅鉬礦床有關的斑巖一般SiO2質量分數為62 %~69 %,DI為68~80;與斑巖型鉬礦床有關的斑巖一般SiO2質量分數大于70 %,DI大于84[42]。進一步研究表明,富金斑巖型銅礦床與氧化性高、分異演化程度較低的(花崗)閃長質巖漿有關,而斑巖型鉬礦床主要與氧化性較低、高度演化的花崗質巖漿(花崗質斑巖等)有關[43]。與中生代俯沖有關的斑巖型銅金礦床僅位于鋯石εHf(t)值大于5的新生地殼,高氧逸度(fO2)巖漿分異過程中銅富集是中生代俯沖背景下形成斑巖型金(銅)礦床的關鍵[44]。
由于燕山期吉黑東部大陸邊緣花崗巖類主要為殼源花崗巖[45],與早—中侏羅世斑巖型鉬礦成礦有關的斑巖體主要為高鉀鈣堿性、準鋁質—略過鋁質系列花崗巖,巖石分異指數高,鋯石εHf(t)值多在0附近或偏低的正值[3,30],巖漿源區為古老的硅鋁質地殼和新生玄武質地殼,但斑巖型鉬礦床礦質應主要來源于硅鋁質地殼。鹿鳴、霍吉河、大黑山和福安堡等鉬礦床與成礦有關的斑巖體均表現為與上述相似的巖石地球化學特征[30-31,33,46]。
早白堊世晚期與斑巖型銅礦床、淺成低溫熱液金(銅)礦床成礦有關的侵入巖主要為鈣堿性—偏堿性淺成侵入體,巖石DI偏低,巖漿源區主要源于新生玄武質地殼,少數是幔源或殼幔混合源[14,19]。鬧枝、九三溝金礦床與成礦有關侵入巖均為閃長玢巖,小西南岔金銅礦床(南山礦段)與成礦有關的侵入巖為花崗閃長巖和閃長玢巖,表現為鈣堿性—偏堿性和DI偏低的特征[19,47-48]。淺成低溫熱液型金(銅)礦床礦質來源較復雜,主容礦的火山巖可能提供了較多的礦質[19,47]。
常發溝銅礦床主成礦元素為Cu,Au、Mo和Zn作為伴生元素均能圈出獨立的礦體,礦質的多樣性暗示巖漿源區和巖漿演化的復雜性。區域基底為太古代TTG巖系,成分復雜,其中新生變質基性下地殼很可能是原始礦源Cu、Au元素的主要提供者,源區以新生基性下地殼為主,Mo和Zn(Pb)元素則主要源自古老硅鋁質地殼。此外,常發溝銅礦區巖脈極其發育,閃長玢巖脈、流紋斑巖脈和煌斑巖脈等中酸性和偏堿性巖脈與礦化時空關系密切。通過對ZK1001鉆孔548.00~548.75 m與礦化空間關系密切的煌斑巖(閃斜煌巖)脈進行定年,獲得角閃石Ar-Ar坪年齡為112.86 Ma±0.55 Ma,等時線年齡為109.57 Ma±2.96 Ma(見表1、圖4),與常發溝銅礦床礦石輝鉬礦Re-Os等時線年齡114.01 Ma±0.96 Ma接近,反映成礦期巖漿發生了多期脈動侵位。可導致多期次巖漿流體的注入和提供更多的熱動力,同時能提供復雜的多成分成礦元素。這些巖脈不僅與成礦有時空和成因聯系,還是重要的找礦標志。
綜上所述,吉黑東部燕山早、晚2期斑巖型礦床礦質有明顯差別,通常銅(金)主要來源于新生的玄武質地殼,鉬(鉛、鋅)則主要來源于古老硅鋁質地殼。礦質的不同來源受不同構造背景下巖漿源區及巖漿演化控制。
4 結 論
1)吉黑東部早—中侏羅世斑巖型鉬礦床、矽卡巖型金礦床和造山型金礦床形成于統一的擠壓構造背景為太平洋板塊向歐亞大陸俯沖過程中,強烈擠壓過程中由擠壓向伸展的轉換時期,鉬礦質主要來源于古老硅鋁質地殼。
2)早白堊世晚期斑巖型銅礦床礦形成于中國東部與太平洋板塊俯沖有關的巖石圈強烈減薄時期,為弧后伸展的構造背景,巖漿源區和銅礦質主要來源于新生的玄武質地殼,其次是幔源或混合源。
3)早—中侏羅世中淺成酸性侵入體、早白堊世晚期中酸性—偏堿性淺成小侵入體分別是斑巖型鉬礦床和斑巖型銅礦床找礦的目標地質體。吉黑東部斑巖型銅礦床工作程度低,應加強和重視其研究和找礦工作。
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Discussion of the metallogenic mechanism of the early Yanshan porphyry Mo deposits
and the late Yanshan porphyry Cu deposits in eastern Jilin and Heilongjiang
Li Bile,Shi Yufan,Yu Runtao,Sun Yonggang
(College of Earth Sciences,Jilin University)
Abstract:Porphyry Mo deposits widely developed in the early Yanshan(Early-Middle Jurassic)in the eastern Jilin and Heilongjiang,and skarn-type gold deposits and orogenic-type gold deposits also developed during the same period.The three types of deposits were controlled by a unified compression structure background,and were formed during the subduction of the Pacific plate to Eurasia continent and the transition period from compression to extension in the process of strong compression.The porphyry related to the porphyry Mo deposit mineralization is crust-derived granite with high potassium calc-alkaline,metaluminous-weakly peraluminous and high differentiation index.The Mo minerals mainly come from ancient sialic crustal materials.The late Yanshan (late Early Cretaceous)was the peak period for the formation of epithermal Au(Cu) deposits,and porphyry Cu deposits also developed,e.g.Changfagou Cu Deposit,and the two constituted different crustal depth levels of metallogenic series.The deposits were formed during the period of intense thinning of the lithosphere related to the subduction of the Pacific plate in eastern China and the tectonic setting of back-arc extension.The intrusive rocks related to porphyry Cu deposit mineralization are interme-diate-acidic-alkaline hypabyssal intrusive rocks with relatively low differentiation index.The magma and the Cu mine-rals are mainly derived from the juvenile crust,and secondly from the mantle or crust-mantle mixed sources.Early-Middle Jurassic hypabyssal acidic intrusive bodies and late Early Cretaceous medium-acidic-alkaline hypabyssal intrusive bodies are target geological bodies for prospecting porphyry Mo deposits and porphyry Cu deposits respectively.
Keywords:early Yanshan;porphyry Mo deposit;late Yanshan;porphyry Cu deposit;mineralization mechanism;eastern Jilin and Heilongjiang
收稿日期:2020-07-07; 修回日期:2020-08-08
基金項目:吉林省自然科學基金項目(20180101089JC)
作者簡介:李碧樂(1965—),男,湖北武漢人,教授,博士生導師,博士,研究方向為內生金屬礦床成礦理論及預測;主持的項目有青藏專項“柴達木周緣及鄰區成礦帶找礦疑難問題研究”(1212011086020),國家自然科學基金“小興安嶺東安金礦成礦機制研究”(41272093),吉林省重點基金“吉林省蘭家金礦深部及外圍定位預測”(20100445),中國地質調查局整裝勘查項目“青海沱沱河整裝勘查區富鉛鋅礦成礦規律及富礦體找礦部署研究”(12120114080901)等;長春市建設街2199號,吉林大學地球科學學院,130061;E-mail:libl@jlu.edu.cn