中国东北部陆缘夹皮沟矿田金矿床地质、地球化学特征与成矿作用研究

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夹皮沟金矿田位于吉林省桦甸市南东方向约50公里处,地处华北克拉通北缘东段与兴蒙造山带(即中亚造山带东段)之间的北西向拼贴带内、夹皮沟-海沟金成矿带的北西部。矿田内目前分布有小北沟、三道岔、二道沟、八家子和下戏台等大中小型金矿床20余个,是中国最主要的金产地之一,同时也是滨太平洋成矿带的重要金矿田之一。近年来,随着找矿范围和找矿力度的逐步加大,在夹皮沟金矿田的外围相继又发现了大洋岔、六批叶等大、中型金矿床以及一批有成矿远景的矿化点,体现该区仍具有发现大型乃至超大型金矿床的潜力。但是,有关该区金矿床的成因类型、成矿地质过程、成矿结构、成矿地质背景尚存在较大的争议,并导致对该区成矿规律认识分歧较大。鉴于此,本文在前人研究的基础上和中国地质调查局项目的支持下,选取夹皮沟金矿田内具有代表性的金矿床(八家子、下戏台和三道岔矿床)开展了系统的矿床地质、流体包裹体、成岩成岩年代学和矿床地球化学等方面研究,以期为深度找矿提供理论基础,所取得的成果与进展如下所述。1.矿田及矿床地质特征研究表明,矿田内各个矿床、矿体的空间分布主要受夹皮沟主断裂所派生出的一系列NW、近SN和NE-NEE向韧脆性、脆性次级断裂的控制;矿体类型以硫化物石英脉型为主,次为少量蚀变岩型;成矿过程普遍经历五个矿化蚀变阶段,依次为乳白色石英阶段(I)、黄铁绢英岩化阶段(II)、石英-黄铁矿阶段(III)、石英-多金属硫化物阶段(IV)和碳酸盐化阶段(V);围岩蚀变及分带现象较为明显,由矿体中心向两侧围岩依次为灰白色、白色硅化→(高级泥化)→黄铁绢英岩化(叠加晚期碳酸盐化)→青色硅化→青磐岩化(绿泥石化+绿帘石化)→钾化(钾长石化+黑云母化);矿石中的金属矿物主要为黄铁矿,次为方铅矿、黄铜矿、闪锌矿和微量的自然金等。2.八家子、下戏台和三道岔矿床各成矿阶段石英捕获的流体包裹体岩相学和激光拉曼光谱分析结果表明,成矿早阶段石英普遍发育W型(水溶液)和C型(含CO2水溶液)包裹体,成矿主阶段灰色石英普遍发育大量的W型和C型包裹体;并且八家子和三道岔矿床还发育少量的PC型(纯CO2)包裹体,三道岔矿床还发现一个S型(含子晶)包裹体,呈现不混溶包裹体群特征,而各矿床成矿晚阶段石英仅发育W型包裹体。获得八家子、下戏台和三道岔金矿床成矿早阶段流体包裹体的均一温度区间分别为287.5397.0℃、280.5298.3℃和282.5411.0℃,八家子和三道岔矿床成矿早阶段包裹体的盐度分别在8.8219.45wt.%和4.2617.48 wt.%之间,密度分别在0.770.92 g/cm3和0.860.92g/cm3之间;成矿主阶段三个矿床流体包裹体的均一温度区间依次降为183.0281.0℃、197.0267.8℃和210.1287.6℃,盐度依次在3.8717.61 wt.%、8.1416.71 wt.%和2.0715.76 wt.%之间,密度在0.830.96 g/cm3、0.850.94 g/cm3和0.790.96 g/cm3之间;至成矿晚阶段,各矿床流体包裹体的均一温度区间依次进一步降为119.8190℃、152.3198.0℃和130.9209.6℃,盐度依次在3.2311.34 wt.%、6.4512.39 wt.%和2.5714.04 wt.%之间,密度在0.910.99 g/cm3、0.930.97 g/cm3和0.870.98 g/cm3之间。上述结果结合前人对该区其他矿床流体包裹体的研究成果,共同揭示了夹皮沟金矿田的成矿早阶段流体属于富含CO2的中温、中低盐度、弱还原性质的CO2-NaCl-H2O体系,在与围岩发生了强烈的水岩反应基础上进入主成矿阶段;随着成矿流体的演化和大气降水的加入,成矿主阶段流体逐渐演化为中温为主、中低盐度共存的NaCl-H2O-CO2不混溶体系,由流体不混溶作用所引发的Au-S络合物稳定性的破坏是成矿元素卸载的主要原因;至成矿晚阶段,成矿流体已逐渐演化为以H2O为主的低温、较低盐度、高密度的NaCl-H2O体系。3.C-H-O同位素特征共同揭示,初始含矿流体是由具有幔源物质加入的深源岩浆所提供,成矿过程伴随着大气降水的持续加入;S-Pb-Sr同位素特征揭示成矿物质具有壳幔混合来源,但主要是由幔源物质提供,可能来自深部下地壳位置具有I型富集地幔属性的壳幔混合源区,此外,成矿流体上升运移的过程中还萃取了少量围岩中的成矿物质。4.本次对下戏台矿床开展了Rb-Sr同位素定年工作,获得其等时线成矿年龄在177Ma176Ma之间。结合前人的研究成果,得出夹皮沟金矿田在早侏罗世末期至中侏罗世早期存在一期重要的金成矿事件(178Ma170Ma),其形成环境与古太平洋板块向欧亚大陆第一次俯冲后由挤压向伸展的转换环境有关。5.与成矿关系密切的(脉状)细粒闪长岩的锆石U-Pb年龄为176.5±2.4Ma,属钙碱性钾钙碱性系列,具有较低的稀土含量,轻、重稀土之间分馏明显,且明显富集大离子亲石元素(如Rb、K、Sr)、活泼的不相容元素(Th、U、Pb)和轻稀土元素,相对亏损重稀土元素和高场强元素(Nb、Ta、P、Ti)。尤其是Nb、Ta的强烈亏损以及Ti的相对贫化(“TNT”负异常),显示岛弧或活动大陆边缘弧岩浆属性,进一步研究表明该闪长岩是形成于与汇聚板块边缘俯冲作用有关的活动大陆边缘构造背景之下。6.元素地球化学与Lu-Hf同位素特征揭示与成矿关系密切的闪长岩起源于俯冲板片脱水释放的、与俯冲沉积物发生过再平衡的流体交代地幔楔,并诱发其部分熔融形成具有富集地幔特征的新生幔源岩浆,该幔源岩浆底侵至深部下地壳并持续提供热能,促使古老的下地壳岩石发生部分熔融形成酸性岩浆并与少量幔源岩浆发生混合,所形成的中性岩浆在上侵过程中通过结晶分异作用最终在地壳浅部固结成岩。7.将岩浆作用、流体演化与区域构造演化背景相结合,揭示夹皮沟地区中温岩浆热液金矿的成岩成矿地质过程至少经历了如下阶段:(1)中-晚三叠世(特别是晚三叠世),研究区处于古亚洲洋闭合后的伸展环境,北西向的夹皮沟韧性剪切带发生右行剪切作用并叠加破碎带性质,形成了一系列NW、NE-NEE和近SN向的韧脆性(压扭性)、脆性(张性断及张扭性)次级断裂,为同时期及后期的脉岩岩浆与含矿流体上侵提供了通道与就位空间;(2)早侏罗世末期-中侏罗世早期,适值古太平洋板块向欧亚大陆第一次俯冲后由挤压向伸展环境的转换期,由俯冲板片释放的、与上覆沉积物发生过再平衡的流体交代地幔楔,并诱发其部分熔融形成具有I型富集地幔特征的玄武质岩浆,同时强烈的交代作用使得成矿元素在该岩浆体系中不断富集,玄武质岩浆底侵促使古老的下地壳岩石部分熔融形成酸性岩浆,并与少量玄武质岩浆混合形成初始的中性岩浆房;(3)岩浆上侵至地壳浅部并以结晶分异的方式固结成岩,期间熔体与流体发生相的分离,释放出富含大量成矿物质的初始含矿流体,沿早期形成的不同方向的韧脆性、脆性次级断裂向上运移,并与围岩发生强烈的水岩反应,萃取少量围岩中的成矿物质,并产生一系列围岩蚀变现象;(4)成矿主阶段大气降水的加入和压力突降引发含矿流体强烈不混溶,致使挥发分物质大量逸出以及流体的物理化学条件发生变化,进而造成Au-S络合物的稳定性遭到破坏、金的溶解度降低,最终导致夹皮沟地区大规模的金成矿事件。
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