柴北緣灘間山金礦田細晶溝花崗斑巖鋯石U-Pb年齡與Hf同位素特征及其與金礦化的關系

姜芷筠 趙呈祥 李碧樂 李鵬 李治華 李華偉 于潤濤

摘要：灘間山金礦田位于柴北緣超高壓變質帶的西段，其中的金礦床為典型中溫熱液脈型金礦床。細晶溝花崗斑巖的鋯石U-Pb定年和Hf同位素測試結果顯示：細晶溝花崗斑巖中鋯石的206Pb/238U加權平均年齡為359.9 Ma±1.7 Ma（MSWD=0.15）;其176Hf/177Hf值為0.282 515～0.282 788，對應εHf（t）值為-1.4～8.2，兩階段模式年齡（TDM2）為743～1 238 Ma，表明細晶溝花崗斑巖的物質來源較為復雜，巖漿源區(qū)應以新元古代新生地殼物質為主，有中元古代地殼物質的混入。結合區(qū)域構造演化特征，認為細晶溝花崗斑巖為軟流圈地幔上涌，下地殼物質發(fā)生部分熔融的產(chǎn)物，形成于后碰撞伸展構造背景，灘間山金礦田的金礦化與該花崗斑巖有關。

關鍵詞：鋯石U-Pb定年;Hf同位素;金礦化;細晶溝;花崗斑巖;灘間山金礦田

中圖分類號：TD11 P618.51文獻標志碼：A開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

文章編號：1001-1277（2020）05-0003-08doi：10.11792/hj20200502

引 言

柴北緣超高壓變質帶位于青藏高原東北部，是近20年來新厘定的一條早古生代碰撞造山帶，呈北東向—南西向展布，總長度超過700 km，具有大洋形成、俯沖、碰撞造山完整的演化史，高壓—超高壓變質巖從西到東依次出露在魚卡、綠梁山、錫鐵山和都蘭等地，巖性主要有榴輝巖及相關片麻巖[1-2]。柴北緣超高壓變質帶不同時代的侵入巖發(fā)育，特別是海西期花崗質巖漿侵位活動強烈[3]。同時，該帶內(nèi)受斷裂控制的中溫熱液脈型金礦床發(fā)育，被譽為“金腰帶”，已發(fā)現(xiàn)金礦床主要有青龍溝金礦床、金龍溝金礦床、細晶溝金礦床、魚卡金礦床和賽壩溝金礦床等[4]。

灘間山金礦田位于柴北緣超高壓變質帶的西段，在魚卡北西方向37 km處。1989年，青海省地礦局地質一大隊在灘間山金礦田發(fā)現(xiàn)了金龍溝金礦床，1995年發(fā)現(xiàn)了細晶溝金礦床，之后在金龍溝金礦區(qū)外圍的絕壁溝、獨樹溝等地也圈定了金礦體。前人對灘間山金礦田內(nèi)礦床的地質特征、礦床成因和形成時代進行了大量研究[4-10]，許多學者認為其礦床成因與中酸性侵入巖的關系較為密切[5-6，8-9，11-12]，研究對象多為該礦田內(nèi)的斜長花崗斑巖，對于呈巖株、巖脈廣泛分布的花崗斑巖研究較少。因此，本文選取與該礦田內(nèi)礦床形成有關的細晶溝花崗斑巖進行研究，對于確定灘間山金礦田內(nèi)同時期的淺成侵入體的巖漿源區(qū)和構造背景具有重要意義，并為區(qū)域巖漿演化及金礦床成礦構造背景研究提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質背景

柴北緣超高壓變質帶地處青藏高原東北部，呈北西西向展布，大地構造位置位于祁連地塊和柴達木地塊之間（見圖1-A），柴北緣斷裂和宗務隆—青海南山斷裂分別限定了柴北緣超高壓變質帶的南北邊界，哇洪山—溫泉斷裂和阿爾金走滑斷裂分別限定了柴北緣超高壓變質帶的東西邊界[13]。區(qū)域出露地層有太古宇—古元古界變質基底、中新元古界深變質巖、新元古界變質巖、早古生界俯沖增生雜巖、早古生界沉積建造、晚古生界—中生界沉積建造及新生界沉積巖;區(qū)域構造以斷裂為主，主構造線方向為北西向;區(qū)域巖漿巖以花崗巖為主（見圖1-B）。

2 礦田地質概況

礦田出露的中元古界萬洞溝群分為上、下2個巖組（見圖2），下巖組分布于礦區(qū)東側和金龍溝采坑南側，總體呈北西向—南東向展布，巖性由白云質大理巖、條帶狀白云質大理巖組成，上部夾碳質絹云千枚巖，底部為硅質石英巖;上巖組在礦田內(nèi)廣泛分布，巖性主要為斑點狀碳質絹云千枚巖，局部夾硅化大理巖等[9]。礦田構造主要為位于礦區(qū)中部呈北北西向展布的韌性剪切帶，北西西向和北東向斷裂，以及碳質絹云千枚巖發(fā)生變形而形成的褶皺。礦田巖漿巖主要為輝長巖、閃長巖、斜長花崗斑巖、石英閃長玢巖、閃長玢巖，其中斜長花崗斑巖的規(guī)模最大。礦田巖脈發(fā)育，主要為中性巖脈和花崗斑巖脈。

灘間山金礦田包括的主要礦床有金龍溝金礦床和細晶溝金礦床。金龍溝金礦區(qū)共圈出礦體45條，金資源量52.6 t。其中，31條礦體集中分布在1 km2的范圍內(nèi)，部分礦體為隱伏礦體。根據(jù)地表出露礦體的展布方向劃分，北東向礦體13條，一般規(guī)模較大，為礦區(qū)主要的工業(yè)礦體;北西向礦體14條，一般規(guī)模較小。細晶溝金礦區(qū)共圈出11條工業(yè)礦體，金資源量10.5 t，礦體均賦存于碳質絹云千枚巖中，呈脈狀、長條狀及透鏡狀產(chǎn)出，金最高品位91.3×10-6。礦石類型主要為碳質絹云千枚巖型和閃長玢巖型。金屬礦物主要有自然金、黃鐵礦、黃銅礦、毒砂、赤鐵礦和褐鐵礦等;非金屬礦物主要為石英、絹云母、斜長石、石墨和方解石等。圍巖蝕變主要為硅化、絹云母化、碳酸鹽化和綠泥石化等。

空間上，細晶溝金礦區(qū)礦體與花崗斑巖巖株或巖脈關系密切，花崗斑巖發(fā)育處礦體亦發(fā)育，產(chǎn)狀近一致。近礦花崗斑巖發(fā)生了蝕變和礦化，表現(xiàn)為成礦期巖體（脈）特征。

3 樣品巖相學特征及處理和分析方法

3.1 樣品巖相學特征

本次研究的花崗斑巖樣品采集于細晶溝金礦區(qū)（見圖2），采樣位置坐標：N38°12′45″，E94°37′43″。花崗斑巖侵入到碳質絹云千枚巖中（見圖3-a），巖石風化面為黃褐色（見圖3-b），新鮮面為淺黃色，斑狀結構，塊狀構造，基質為隱晶質結構，斑晶主要為斜長石（11 %）、石英（8 %）、黑云母（3 %）、正長石（1 %）（見圖3-c、d）。斑晶特征如下：斜長石粒度為0.75～3.00 mm，半自形—自形板狀，常見聚片雙晶和卡鈉聯(lián)合雙晶;石英粒度為0.25～3.25 mm，自形—半自形粒狀，常具有熔蝕結構;黑云母粒度為0.25～1.75 mm，大多發(fā)生蝕變;正長石粒度約3.00 mm，自形板狀，發(fā)育卡式雙晶。基質主要由長英質礦物組成。

3.2 樣品處理與分析方法

本次研究花崗斑巖中鋯石顆粒的分選工作在廊坊市宇恒礦巖技術服務有限公司完成。首先，將樣品破碎至60目至100目，用水淘洗粉塵后，先用磁鐵除去磁性礦物，再用有機重液分選鋯石。在北京中興美科科技有限公司完成鋯石制靶和陰極發(fā)光（CL）圖像采集工作。將分選好的鋯石置于雙目鏡下，選擇形態(tài)完好、裂隙少、具有代表性的鋯石，將其制成環(huán)氧樹脂樣品靶，將鋯石磨至顆粒中心，進行拋光，再進行陰極發(fā)光圖像拍攝。

鋯石U-Pb定年工作在北京燕都中實測試技術有限公司完成。激光剝蝕系統(tǒng)為NewWave UP213，電感耦合等離子體質譜儀器型號為布魯克M90。激光剝蝕直徑為25 μm。激光剝蝕過程中采用氦氣作載氣、氬氣為補償氣以調(diào)節(jié)靈敏度，二者通過勻化混合器混合，每段時間分辨數(shù)據(jù)包括20～30 s的空白信號和50 s的樣品信號，鋯石U-Pb定年中采用鋯石標準樣品91500和Plesovice作為外標進行同位素分餾校正，數(shù)據(jù)處理采用Glitter（Ver4.0）軟件完成，鋯石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡權重平均計算均利用Isoplot（Ver3.0）軟件完成。

鋯石Lu-Hf同位素測試工作在北京燕都中實測試技術有限公司完成。激光剝蝕系統(tǒng)為NewWave UP213，測試儀器為多接收電感耦合等離子體質譜儀。測試步驟與校準方法類似[15]，使用頻率為8 Hz、能量為16 J/cm2的激光剝蝕鋯石31 s，剝蝕出直徑約30 μm的剝蝕坑。測試時，由于鋯石中的176Lu/177Hf值極低（一般小于0.002），176Lu對176Hf的同位素干擾可以忽略不計，每個測試點173Yb/172Yb平均值用于計算Yb的分餾系數(shù)，然后再扣除176Yb對176Hf的同質異位素干擾。

4 分析結果

4.1 鋯石U-Pb年齡

細晶溝花崗斑巖中的鋯石表面干凈無雜質，多為自形—半自形長柱狀，形態(tài)相似，粒度為106～186 μm，長寬比為1.85～3.93，鋯石具有清晰的巖漿振蕩環(huán)帶（見圖4），顯示出明顯的巖漿成因鋯石的特征。

對細晶溝花崗斑巖進行鋯石U-Pb定年，分析結果見表1。測試點的Th和U質量分數(shù)分別為98.56×10-6～565.24×10-6和63.39×10-6～430.16×10-6，w（Th）/w（U）值為0.36～0.87，均大于0.10。鋯石的形態(tài)、結構及w（Th）/w（U）值均表明該組鋯石為巖漿成因的鋯石[16]。對細晶溝花崗斑巖的24顆鋯石進行了鋯石U-Pb定年，剔除了由于普通Pb丟失造成諧和度較差的3個測試點，剩下的21個測試點的206Pb/238U加權平均年齡為359.9 Ma±1.7 Ma（MSWD=0.15）（見圖5），代表了細晶溝花崗斑巖的結晶年齡，表明其形成于晚泥盆世。

4.2 鋯石Hf同位素

對細晶溝花崗斑巖進行鋯石原位Hf同位素測試，分析結果見表2。所有樣品的鋯石176Yb/177Hf值和176Lu/177Hf值都較低，且176Lu/177Hf值為0.001 027～0.001 422，均小于0.002[17]，表明這些鋯石在結晶后具有很低的放射性成因Hf積累，因而可以利用鋯石176Hf/177Hf值確定細晶溝花崗斑巖的成因。細晶溝花崗斑巖中鋯石176Hf/177Hf比值為0.282 515～0.282 788，εHf（t）值為-1.4～8.2，平均值為6.0。鋯石Hf同位素單階段模式年齡（TDM1）為659～1 046 Ma，兩階段模式年齡（TDM2）為743～1 238 Ma。

5 討 論

5.1 巖漿源區(qū)

前人對巖漿鋯石的Hf同位素研究結果表明，鋯石Lu-Hf同位素體系具有很高的封閉溫度，其同位素比值不會隨后期部分熔融或分離結晶而變化，因此鋯石εHf（t）值可以代表巖漿源區(qū)的成分特征[17]。通常認為鋯石εHf（t）值為正的花崗質巖石來自虧損地幔或虧損地幔新生地殼物質的部分熔融，鋯石εHf（t）值為負的代表古老地殼成因[17]。本文共對細晶溝花崗斑巖中的15顆鋯石進行了Hf同位素分析，其中13顆鋯石εHf（t）值較為接近，為5.0～8.2，平均值為7.0，兩階段模式年齡（TDM2）為743～910 Ma，平均值為806 Ma;其余2顆鋯石εHf（t）值分別為-1.4和0.6，對應的兩階段模式年齡分別為1 238 Ma和1 135 Ma，且這2顆鋯石的表面年齡分別為357 Ma和359 Ma。細晶溝花崗斑巖的鋯石εHf（t）值具有變化較大的特點（見圖6）。不均一的Hf同位素組成，指示了一個開放體系，可能與具有不同含量放射性成因的Hf同位素物質混合有關[18]。細晶溝花崗斑巖鋯石的fLu/Hf值為-0.97～-0.96，明顯小于鎂鐵質和硅鋁質地殼的fLu/Hf值（分別為-0.34和-0.72），故兩階段模式年齡（TDM2）更能反映源區(qū)物質從虧損地幔被抽取的時間或者源區(qū)物質在地殼的平均存留年齡[19]，指示細晶溝花崗斑巖的巖漿源區(qū)以新元古代新生地殼物質為主，可能有中元古代地殼物質的混入。

5.2 構造背景及與金礦化的關系

前人研究表明，柴北緣在早古生代曾存在南祁連洋，沙柳河蛇綠巖、洋島鎂鐵質巖石、與洋殼俯沖作用有關的埃達克質火山巖和花崗巖，以及綠梁山弧后盆地型蛇綠巖的形成年齡為493～535 Ma[20-25]，這些證據(jù)均表明柴北緣在早古生代存在大洋，并且發(fā)生了俯沖作用，初始俯沖的時間應早于535 Ma[26]。研究者們對柴北緣的魚卡、綠梁山、錫鐵山和都蘭等地出露的榴輝巖和圍巖片麻巖進行了細致的研究，發(fā)現(xiàn)許多具有洋殼特征的榴輝巖的超高壓變質年齡和p-t軌跡與圍巖片麻巖是一致的[2，27]，說明這些榴輝巖的超高壓變質年齡代表陸殼俯沖的時間[2]。柴北緣超高壓變質巖石的峰期變質年齡為420～460 Ma[28-29]，指示南祁連洋在約460 Ma時已經(jīng)完全關閉，之后開始碰撞造山。

柴北緣在陸陸碰撞階段形成了同碰撞花崗巖，包括塔塔楞環(huán)斑花崗巖（440 Ma±14 Ma）[30]和柴達木山花崗巖（446 Ma±10 Ma）[31]。最新研究發(fā)現(xiàn)，柴北緣超高壓變質帶中的榴輝巖和圍巖片麻巖內(nèi)都存在深熔形成的淺色脈體（422～433 Ma），并認為它們形成于俯沖陸殼快速折返階段[28-29]，陸殼折返一直持續(xù)至391 Ma[3]。柴北緣在約390 Ma開始處于后碰撞伸展環(huán)境，巖石圈地幔發(fā)生拆沉、去根作用，軟流圈上涌，在晚泥盆世—早石炭世達到伸展高峰，發(fā)育典型的雙峰式巖漿組合，形成了代表典型后碰撞背景的牛鼻子梁銅鎳礦床，該礦區(qū)內(nèi)鎂鐵質—超鎂鐵質雜巖的形成年齡為389～373 Ma[32]。同時，上涌的軟流圈地幔加熱下地殼，使下地殼發(fā)生部分熔融形成了大量的花崗巖，如錫鐵山花崗斑巖[33]和錫鐵山二長花崗巖[34]。細晶溝花崗斑巖的形成年齡為359.9 Ma±1.7 Ma， 與區(qū)域鎂鐵質—超鎂鐵質雜巖是同時期、同構造背景下形成的巖石，表明其為后碰撞伸展背景下軟流圈上涌帶來巨大熱量，新生下地殼物質發(fā)生部分熔融的產(chǎn)物。

海西期是柴北緣構造帶重要的金成礦期，柴北緣在這一時期處于后碰撞伸展構造環(huán)境，大量的巖漿向上侵位，為金的活化、遷移提供熱動力。例如：魚卡金礦區(qū)海西期輝長巖（387.5 Ma±7.2 Ma）和花崗巖脈發(fā)育，礦石的Ar-Ar年齡為376.9 Ma±4.0 Ma，海西期巖漿活動為金礦的形成提供熱源[35];海西期形成的基性、中酸性侵入體為青龍溝金礦床的形成提供熱源[36]。灘間山金礦田內(nèi)金礦床集中發(fā)育，一直是研究的熱點，一些學者認為灘間山金礦田內(nèi)金礦床的形成與斜長花崗斑巖（350 Ma±3.2 Ma）有關[12]。張延軍[9]認為灘間山金礦田內(nèi)金礦床的形成與海西期強烈伸展背景下的四五溝—細晶溝變質核雜巖有關，礦體主要受拆離構造控制，并且認為變質核內(nèi)中酸性巖體的形成年齡（356 Ma±2.8 Ma）代表變質核雜巖的形成年齡，也代表金礦床的形成年齡。本次獲得位于變質核中細晶溝花崗斑巖的形成年齡為359.9 Ma±1.7 Ma，與前人報道的與成礦有關的酸性淺成侵入體的形成年齡在誤差范圍內(nèi)一致，指示細晶溝花崗斑巖與灘間山金礦田內(nèi)金礦床的形成密切相關。

6 結 論

1）細晶溝花崗斑巖鋯石U-Pb年齡為359.9 Ma±1.7 Ma，是后碰撞伸展背景下軟流圈上涌，新生下地殼物質發(fā)生部分熔融的產(chǎn)物。

2）細晶溝花崗斑巖鋯石176Hf/177Hf值為0.282 515～0.282 788，鋯石εHf（t）值為-1.4～8.2，巖漿源區(qū)以新生地殼物質為主，有中元古代地殼物質的混入。

3）后碰撞伸展體制下中酸性淺成小侵入體與柴北緣中溫熱液脈型金礦化有關，要重視這類侵入體的研究。

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Abstract：Tanjianshan Gold Field sits on the west part of Qaidam ultrahigh-pressure metamorphic belt.The gold deposits in the field are typical mesothermal fluid vein type gold deposits.U-Pb dating and Hf isotopic compositions of zircons from Xijinggou granite porphyry shows that zircons from Xijinggou granite porphyry yield weight mean 206Pb/238U age of 359.9 Ma±1.7 Ma（MSWD=0.15），its 176Hf/177Hf value is 0.282 515-0.282 788，and corresponding εHf（t） values range from -1.4-8.2 and the two-phase model ages （TDM2） are 743-1 238 Ma.These results suggest that the Xijinggou granite porphyry was derived from complicated source，and the magma source area should be dominated by Neoproterozoic juvenile accreted lower crust materials，mixed with Mesoproterozoic crustal materials.Based on the characteristics of regional tectonic evolution，it can be seen that the Xijinggou granite porphyry is the products of asthenosphere mantle upwelling and partial melting of lower crustal materials，which was formed in the post-collision extensional tectonic setting.The gold mineralization in Tanjianshan Gold Field is related to this granite porphyry.

Keywords：zircon U-Pb dating;Hf isotope;gold mineralization;Xijinggou;granite porphyry;Tanjianshan Gold Field