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黑龙江新立金矿床片麻状花岗岩锆石U—Pb定年及其地质意义

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 摘 要:黑龙江新立金矿床位于兴蒙造山带东段佳木斯地块中部,矿体赋存于柳毛组云母石英片岩的层间破碎带中。通过对矿区片麻状花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb定年及全岩主量元素、微量元素地球化学特征的研究,探讨了其成因类型、形成时代和构造背景。岩石地球化学显示,片麻状花岗岩具有准铝质—过铝质的钙碱性系列岩石特征,富集大离子亲石元素(Rb、K、Ba),不同程度地亏损高场强元素(U、Ta、Nb、Zr、Ti、Hf),轻、重稀土元素分馏明显,亏损重稀土元素,呈弱Eu负异常。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年获得片麻状花岗岩的成岩时代为(266.0±4.7)Ma,成矿流体为花岗质岩浆演化晚期的产物,因此,推测新立金矿床的成矿时代为晚二叠世。矿区片麻状花岗岩的成因类型为I型花岗岩,形成于晚古生代古亚洲洋板块俯冲消减的构造环境。
  关键词:片麻状花岗岩;I型花岗岩;岩石地球化学;锆石U-Pb年龄;成矿时代;新立金矿床;黑龙江
  中图分类号:P595;P597.+3 文献标志码:A
  文章编号:1672-6561(2016)05-0638-11
  Abstract: Xinli gold deposit in Heilongjiang is located in the center of Jiamusi massif, which belongs to the eastern section of Xing-Meng orogenic belt. The ore bodies are hosted in interstratified fracture belt of Liumao Formation mica-quartzose schist. LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of gneissic granite was analyzed, and the geochemistry characteristics of whole rock major and trace elements were reported, and the petrogenesis, formation age and tectonic setting were discussed. The petrogeochemistry shows that gneissic granite is characterized by calc-alkaline and metaluminous-peraluminous rocks, and is enriched in large ion lithophile elements(Rb, K and Ba), and is depleted with different degrees in high field strength elements(U, Ta, Nb, Zr, Ti and Hf); the fractionation of light and heavy rare earth elements is obvious, and heavy rare earth element is depleted, and negative Eu anomaly is weak. LA-ICP-MS zircon U-Pb age of gneissic granite is (266.0±4.7)Ma. The ore-forming fluids are produced in late period during granitic magma evolution, so that the metallogenic age of Xinli gold deposit maybe Late Permian. The gneissic granite belongs to I-type granite, and is formed by the subduction of Paleo-Asian Ocean Plate in Late Paleozoic.
  Key words: gneissic granite; I-type granite; petrogeochemistry; zircon U-Pb age; metallogenic age; Xinli gold deposit; Heilongjiang
  0 引 言
  中国东北地区位于西伯利亚克拉通和华北克拉通之间的中亚造山带东段[1-3],大地构造格局自西向东依次为额尔古纳地块、兴安地块、松嫩地块和佳木斯地块[4-9]。自古生代以来,由于微陆块的拼合和古亚洲洋的闭合,该区发生了多期次大规模的岩浆活动[10-13],并与之伴生了大量的内生金属矿床[14]。佳木斯地块作为黑龙江省重要的金矿产区之一[15-16],区内大多数金矿床的形成都与晚古生代花岗质岩石关系密切[17-19]。位于佳木斯地块中部的新立金矿床是一个成矿作用与花岗质岩石有关的矿床,是佳木斯地块重要的金矿产区之一。唐海涛等对该矿床的基本地质特征进行了研究[20],但是缺乏关于岩石地球化学、成岩时代方面的研究。本文通过对新立金矿床片麻状花岗岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb定年及地球化学特征进行研究,探讨其成因类型、形成时代及地球动力学背景。
  1 区域地质概况
  新立金矿床地处黑龙江省桦南县驼腰子镇,大地构造位置上位于佳木斯地块中部[图1(a)]。矿区出露地层主要为中下元古界麻山群柳毛组中—低级变质岩系,岩性以云母石英片岩、大理岩为主,柳毛组地层呈残留体NE向展布于片麻状花岗岩中,岩层以中等或较陡倾角倾向NW。区内以断裂构造为主,早期断裂主要有NNE、NNW向以及与岩层走向一致的层间破碎带。早期断裂为控矿构造,多被花岗岩脉和石英脉所充填;晚期断裂可分为NW、NE和近EW向3组,晚期断裂为成矿后构造,常破坏矿体,使地层、岩脉和含矿石英脉发生微小错断。区内侵入岩为晚古生代花岗岩类,其中以片麻状花岗岩为主,还发育少量闪长岩[图1(b)]。片麻状花岗岩呈浅肉红色,以中—细粒粒状结构为主,具片麻状构造,主要矿物为斜长石、钾长石和石英,斜长石和钾长石的自形程度较高。 新立金矿床的矿体主要为含矿石英脉,少量矿石为含金碎裂黑云母花岗岩。石英脉呈近NE向分布于柳毛组地层的层间破碎带中,石英脉为花岗岩岩浆演化晚期的产物[图1(c)]。矿石矿物为黄铁矿、磁黄铁矿、方铅矿等,具他形粒状结构、胶状结构等,呈浸染状构造、网脉状-脉状构造等。围岩蚀变类型为硅化、黄铁矿化、磁黄铁矿化、绢云母化等,其中硅化与成矿关系密切。
  2 分析方法
  选取新立金矿床蚀变较弱的片麻状花岗岩和石英脉矿石样品用于地球化学测试分析。
  2.1 主量元素、微量元素分析
  主量元素、微量元素测试分析工作是在中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所完成的。其中,主量元素使用玻璃熔片大型X射线荧光光谱(XRF)测试分析,分析误差小于5%;微量元素是在采用酸溶法制得样品后,使用电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)完成测试的,测试分析精度小于10%。
  2.2 锆石U-Pb定年
  选取采自天然露头及采石场的新鲜样品用于锆石U-Pb定年。碎样和锆石的分选在河北省地质测绘院实验室完成。锆石的阴极发光照相及LA-ICP-MS分析在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。锆石经过分选后进行挑选,并将锆石样品和91500标准锆石(年龄为(1 062.2±3.3)Ma)置于环氧树脂上,然后磨制成靶,进行阴极发光照相。对采集的阴极发光图像进行观察,圈出分析点位置。在对阴极发光图像进行圈点的基础上,通过LA-ICP-MS仪对锆石进行U-Pb定年,详细方法和步骤参见文献[21]。锆石阴极发光(CL)图像利用扫描电镜+Gatan阴极发光MonoCL3获得,锆石测定分析中采用的是激光剥蚀孔径为25~30 μm,激光脉冲为10 Hz,能量为32~36 mJ的离子束。锆石测试过程中,通过91500标准锆石进行锆石原位U-Pb分馏校正分析,之后对LA-ICP-MS法测试得到的锆石年龄数据进行处理,利用ISOPLOT3.0程序完成谐和曲线的绘制及加权年龄的计算。
  3 结果分析
  3.1 主量元素
  新立金矿床片麻状花岗岩样品主量元素分析结果见表1。片麻状花岗岩SiO2含量(质量分数,下同)为67.44%和66.22%,属于酸性岩类;Al2O3含量为15.92%和17.35%,CaO含量为3.11%和3.23%,Na2O含量为2.27% 和3.41%,K2O含量为6.64%和1.80%,A/CNK值为0.96和1.29。在A/CNK-A/NK图解中,两件样品整体呈偏铝—过铝质岩石特征,里特曼指数为2.09(<3.30),属于钙碱性系列(图2)。
  3.2 微量元素
  新立金矿床片麻状花岗岩及石英脉矿体微量元素分析结果见表2。片麻状花岗岩的稀土元素含量变化不大,配分模式近平行[图3(a)],稀土元素总含量较高((496.15~575.84)×10-6),均值为535.99×10-6,轻稀土元素总含量为(475.98~558.49)×10-6,重稀土元素总含量为(17.35~20.17)×10-6,轻、重稀土元素含量比值(wLREE/wHREE)为23.60~32.19,均值为27.90,显示其轻、重稀土元素分异程度很高,轻稀土元素富集,重稀土元素亏损。样品w(La)N/w(Yb)N值为143.79~154.47,球粒陨石标准化稀土元素配分模式明显右倾,强烈富集轻稀土元素;Eu异常为0.72~0.82,具有弱Eu负异常,可能与花岗质岩浆演化过程中斜长石的分离结晶作用有关。原始地幔标准化微量元素蛛网图[图3(b)]显示,片麻状花岗岩富集Rb、Ba、K等大离子亲石元素,而相对亏损U、Ta、Nb、Zr、Hf、Ti等高场强元素。其中,Nb、Ta、Ti元素的亏损可能是在流体交代地幔楔而发生部分熔融作用的过程中,这些元素保留在残留相金红石等副矿物中导致的,表明该样品在微量元素组成上与岛弧岩浆岩具有亲缘性[23]。样品Y含量为(13.45~14.58)×10-6,w(Sr)/w(Y)值为26.90~29.82,在Y-Sr/Y图解上,样品落在岛弧火山岩区(图4)。
  含矿石英脉的稀土元素总含量为(144.35~198.62)×10-6,均值为173.18×10-6,w(La)N/w(Yb)N值为11.19~11.64,球粒陨石标准化稀土元素配分模式[图3(a)]右倾,轻稀土元素富集;Eu异常为0.54~0.85,具有弱Eu负异常;稀土元素配分模式表现为轻稀土元素富集(总含量为(131.77~182.73)×10-6)、重稀土元素亏损(总含量为(12.58~15.89)×10-6)的右倾模式,轻、重稀土元素分馏明显。含矿石英脉的稀土元素配分模式变化趋势与矿区侵入岩片麻状花岗岩总体一致,暗示两者可能具有同源性。与矿区侵入岩片麻状花岗岩相比,含矿石英脉的稀土元素总含量较低((144.35~198.62)×10-6),且稀土元素配分模式为明显Eu负异常(0.54~0.85),这可能是由于含矿石英脉为岩浆演化晚期分异出的流体,在上升过程中由于水岩反应降低了流体的稀土元素总含量,且斜长石的分离结晶作用导致Eu负异常。原始地幔标准化微量元素蛛网图显示[图3(b)],含矿石英脉曲线总体趋势与片麻状花岗岩基本一致,即富集大离子亲石元素(Rb、Ba、K等),而相对亏损高场强元素(U、Ta、Nb、Zr、Hf、Ti等)。
  3.3 锆石U-Pb定年
  从新立金矿床花岗岩样品XL-2-N中分选出来的锆石多呈半自形长柱状、短柱状,为透明—半透明晶体,锆石颗粒直径为150~300 μm(图5)。锆石阴极发光图像显示所测锆石具有明显的韵律环带,具有岩浆结晶产物的特征。样品XL-2-N的LA-ICP-MS锆石U-Pb定年测试分析结果见表3。片麻状花岗岩中所测锆石的U、Th含量分别为(142~443)×10-6和(362~1 592)×10-6,所测锆石的w(Th)/w(U)值为0.18~0.49,平均为0.31,均大于0.1。Belousova等研究表明,岩浆锆石w(Th)/w(U)值大于0.1[27]。因此,片麻状花岗岩中所测锆石为岩浆型锆石。在年龄谐和曲线[图6(a)]上,样品XL-2-N的19个分析点均集中落于谐和曲线上或曲线附近。19个锆石分析点的n(206Pb)/n(238U)年龄加权平均值为(266.4±4.7)Ma,平均标准权重偏差为0.07(样本量为19个),代表了片麻状花岗岩的结晶年龄。  4 讨 论
  4.1 岩浆成因类型
  新立金矿床花岗岩的岩性以片麻状花岗岩为主,主要矿物组成为斜长石、钾长石、石英、黑云母等。新立金矿床花岗岩SiO2含量为66.22%和67.44%,Al2O3含量为15.92%和17.35%,A/CNK值为0.96和1.29,碱性指数为0.44和0.69,里特曼指数为2.09(<3.30),表明其是具有富Al、偏铝质特征的钙碱性系列岩石。微量元素分析结果显示,岩体高场强元素(U、Ta、Nb、Zr、Ti、Hf)有不同程度的亏损,而大离子亲石元素(Rb、K、Ba)富集,显示了受流体交代作用的特征[28]。稀土元素表现出轻稀土元素富集、重稀土元素亏损的配分模式,并有弱Eu负异常。这些特征均表现出I型花岗岩的地球化学特征[29],显示岩石具有火山弧花岗岩的特点[13,30]。
  在片麻状花岗岩成因类型判别图解(图7)上,其中一个样品受蚀变作用的影响,落在I&S型花岗岩区域的边界上,另一个样品落在I&S型花岗岩区域内部。根据岩石的矿物组成和化学成分判断,矿区侵入岩片麻状花岗岩属于I型花岗岩。
  4.2 成岩成矿时代
  新立金矿床的矿体赋存于与花岗岩体接触的柳毛组片岩层间破碎带中,且稀土元素、微量元素特征显示石英脉与花岗岩具有同源性,含Au石英脉可能为花岗质岩浆演化后期的产物。因此,对矿区片麻状花岗岩成岩时代的研究有助于成矿时代的限定。
  唐海涛等研究认为,新立金矿床内与金矿形成密切相关的片麻状花岗岩形成时代为元古代[20]。而近年来的研究显示,佳木斯地块自古生代以来有两期花岗质岩浆作用,分别为早古生代早期(515~530 Ma)和晚古生代晚期(254~270 Ma)[12-13,32-34]。本文对新立金矿床片麻状花岗岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果显示,其加权平均年龄为(266.0±4.7)Ma,而研究区内发育的老柞山金矿和平顶山金矿与成矿相关的花岗岩成岩时代分别为(262.0±3.9)Ma[18]和(271.0±2.3)Ma[17],说明区内这3个金矿床与成矿相关岩体成岩时代为晚古生代,表明佳木斯地块在晚古生代存在一期重要岩浆-热液成矿事件。
  根据矿区地质资料,矿体在深部与花岗岩体相连,是花岗岩体在柳毛组片岩地层中的条带状分枝,在地表呈与条带状花岗岩体相一致的产状分布。地球化学特征表明,矿体与矿区片麻状花岗岩的起源具有一定的相似性,但稀土元素总含量较矿区侵入岩片麻状花岗岩低,Eu负异常明显,这可能是由于含矿石英脉为岩浆演化晚期分异出的流体,在上升过程中的水岩反应降低了流体的稀土元素总含量。因此,含矿石英脉矿体为花岗质岩浆演化到晚期阶段的产物,由此推断新立金矿床的成矿时代可能为晚二叠世。
  4.3 成岩成矿地球动力学背景
  新立金矿床片麻状花岗岩的锆石U-Pb定年显示其成岩时代(266 Ma)为中二叠世晚期;微量元素地球化学特征表明其富集大离子亲石元素(如Rb、K、Ba),不同程度地亏损高场强元素(如U、Ta、Nb、Zr、Ti、Hf),轻、重稀土元素分馏明显,亏损重稀土元素,呈弱Eu负异常,具有火山弧花岗岩的特点[13,30]。同时,在Ta/Yb-Yb和Rb/(Yb+Ta)-Yb+Ta微量元素构造环境判别图解中,花岗岩样品落于火山弧花岗岩区(图8),显示出样品具有活动大陆边缘或岛弧的特征。
  新立金矿床位于兴蒙造山带东段的佳木斯地块中部。晚古生代,佳木斯地块作为西伯利亚克拉通的东南缘,在古亚洲洋板块的俯冲作用下最终与华北克拉通北缘的兴凯地块拼合[5,36],在俯冲和拼合过程中产生了一系列岩浆活动。佳木斯地块广泛发育二叠纪花岗岩,其中吴福元等对青山(年龄为(270±4)Ma)、楚山((256±5)Ma)、柴河((254±5)Ma)等岩体的研究成果表明其具有活动大陆边缘特征[13]。
  近年来,众多学者分别对佳木斯地块美作(年龄为(259±3.6)Ma)[37]、纪方山(278 Ma)[38]、六连(284 Ma)[39]、锦山(260~278 Ma)[40]等岩体的成岩时代及地质意义做了精细研究。研究结果显示,这些岩体具有比较一致的岛弧花岗岩特征及洋陆俯冲削减的构造环境,表明早二叠世古亚洲洋板块已经向佳木斯地块俯冲。同时,孙德有等对吉林大玉山花岗岩体的成岩时代构造意义进行研究,发现大玉山岩体是具有同碰撞性质的花岗岩体(年龄为(248±4)Ma),表明晚二叠世古亚洲洋发生闭合[41]。从区域上看,与古亚洲洋板块俯冲作用有关的岩浆作用与成矿关系密切[14]。综上所述,研究区古亚洲洋的俯冲始于早二叠世,闭合于晚二叠世,区内成矿作用与古亚洲洋的俯冲作用有着密切关系。晚古生代,古亚洲洋板块的俯冲引起的岩浆作用导致黑龙江老柞山金矿、平顶山金矿等一批矿床的产生,表明佳木斯地块晚古生代古亚洲洋板块的俯冲作用是一期重要岩浆-热液成矿事件。因此,新立金矿床晚古生代的花岗质岩浆作用形成于活动大陆边缘环境,其成岩成矿地球动力学背景与晚古生代古亚洲洋板块的俯冲消减有关。
  5 结 语
  (1)黑龙江新立金矿床花岗岩以片麻状花岗岩为主,是具有富Al、偏铝质特征的钙碱性系列岩石。微量元素地球化学特征显示其亏损U、Ta、Nb、Zr、Ti、Hf等高场强元素,富集Rb、K、Ba等大离子亲石元素。稀土元素配分模式为轻稀土元素富集、重稀土元素亏损的右倾模式,轻、重稀土元素分馏明显,有弱Eu负异常,岩石成因类型属于I型花岗岩。
  (2)新立金矿床片麻状花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为(266.0±4.7)Ma,成矿流体为花岗质岩浆演化到晚期阶段的产物,由此推测新立金矿床的成矿时代可能为晚二叠世。
  (3)新立金矿床片麻状花岗岩形成于活动大陆边缘环境,其成岩成矿地球动力学背景与晚古生代古亚洲洋板块的俯冲消减有关。

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出处:地球科学与环境学报作者:张琳 杨言辰 韩世炯 薄军委 王凤博 聂世嘉 转载请注明来源。原文地址:http://m.lw54.com/20161113/6477932.html