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河南省内乡县银洞沟银金多金属矿成矿年龄:热液锆石LA-MC-ICP-MS U-Pb测年.pdf
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1、un.2 0232023年6 月ACTAICA SINICA质地报学Vol.97 No.6第9 7 卷第6 期河南省内乡县银洞沟银金多金属矿成矿年龄:热液锆石 LA-MC-ICP-MS U-Pb 测年曾威12.3),王佳营*营*1,2),涂家润1.2),李志丹1.2),胡鹏1.2,李光耀1.2),许雅文1.2),叶丽娟1,2)1)中国地质调查局天津地质调查中心,天津,30 0 17 0;2)华北地质科技创新中心,天津,30 0 17 0;3)吉林大学地球科学学院,吉林长春,130 0 6 1内容提要:北秦岭构造带广泛发育与古生代洋壳俯冲和碰撞造山有关的岩浆活动以及与造山过程有关的变质作用,但古
2、生代热液脉型矿床在北秦岭构造带少见报道。银洞沟银金多金属矿为北秦岭构造带东部的一处中型热液脉型矿床,本文通过对该矿床赋矿围岩和含矿石英脉中锆石开展LA-MC-ICP-MSU-Pb测年和锆石成因研究,确定了矿床的形成时代,并探讨了矿床的成矿动力学背景。结果表明赋矿围岩黑云母二长花岗岩的形成时代为431.4土2.1Ma,含矿石英脉中锆石结晶年龄为419.4士5.9Ma,石英脉中锆石的岩相学、锆石中矿物和流体包裹体及锆石微量元素研究表明419.4Ma代表矿床的形成时代。结合前人的研究结果,确定银洞沟银金多金属矿为形成于晚志留世的造山型矿床,成矿作用与碰撞期后42 0 Ma的变质作用密切相关,成矿流体
3、来源于地层的变质脱水,成矿物质主要来源于秦岭岩群和二郎坪群。关键词:北秦岭;古生代;造山型矿床;热液锆石;成矿时代成矿时代是矿床学研究的重要问题,精确测定矿床的形成时代是研究成矿动力学和区域成矿规律的基础。热液脉型矿床形成时代的确定一直是矿床研究工作的难点,蚀变矿物的Ar-Ar法测年由于体系封闭温度低,易受后期热事件的改造;金属矿物Rb-Sr等时线法常常由于初始同位素组成的均一化程度不够而难以得到理想的等时线年龄。实验研究表明,由于流体中的F-和C1-是Zr的重要载体,磷酸根、硫酸根和碳酸根阴离子可以和Zr形成配位体,使得Zr在热液体系中的活动性增强,锆石可以在较低的温度和压力条件下生长(Si
4、nhaetal.,1992;Ru b i n e t a l.,1993)。H o s k i n(2 0 0 5)认为热液锆石可能有3种成因:从围岩捕获的锆石在热液作用下溶解后再结晶;因放射性作用发生蜕晶化的锆石与流体发生离子交换使晶体结构恢复;热液中ZrSiO饱和而结晶。和类成因的锆石均可作为确定热液脉形成年龄的有效对象。近年来,国内学者通过热液锆石U-Pb测年精确确定了一些矿床的形成时代,并对热液锆石的鉴定特征进行了系统的总结(毕诗健等,2 0 0 8;张晓文等,2009;俞军真等,2 0 2 0;ZhangShuetal.,2 0 2 1),为这一方法的应用积累了宝贵的经验。银洞沟银金
5、多金属矿床为北秦岭构造带内的一处中型热液脉型矿床。北秦岭构造带经历早古生代一晚古生代早期造山作用,发育强烈的与洋壳俯冲有关的弧岩浆活动(王佳营等,2 0 2 3)、与碰撞造山作用有关的花岗质岩浆活动(WangTao et al.,2009;刘丙祥,2 0 14;WangHaoetal.,2 0 16)以及与造山过程有关的变质作用(DongYunpeng et al.,2018;王海杰等,2 0 2 1)。与区内古生代大规模岩浆活动和广泛发育的变质作用形成鲜明对比的是,区内报道的形成于古生代的矿床较少,仅有与本溪注:本文为中国地质调查项目(编号DD20160043-5,D D 2 0 2 0 1
6、148)和河南省财政地质科研项目(豫国土资发2 0 18 98 号-0 2、0 3)联合资助的成果。收稿日期:2 0 2 1-11-2 7;改回日期:2 0 2 2-0 1-2 1;网络发表日期:2 0 2 2-12-2 9责任编委:范宏瑞;责任编辑:潘静。作者简介:曾威,男,198 5年生。正高级工程师,主要从事区域成矿规律研究。E-mail:3148 18 431 q q.c o m。*通讯作者:王佳营,男,198 6 年生。高级工程师,主要从事矿床学研究工作。E-mail:c u g w j y q q.c o m。引用本文:曾威,王佳营,涂家润,李志丹,胡鹏,李光耀,许雅文,叶丽娟2
7、0 2 3.河南省内乡县银洞沟银金多金属矿成矿年龄:热液锆石LA-MC-ICP-MSU-Pb测年.地质学报,97(6):197 2 198 6,doi:10.197 6 2/j.c n k i.d iz h ix u e b a o.2 0 2 30 0 3.Zeng Wei,Wang Jiaying,Tu Jiarun,Li Zhidan,Hu Peng,Li Guangyao,Xu Yawen,Ye Lijuan.2023.Metallogenic age ofthe Yindonggou silver-gold-polymetallic deposit in Neixiang,Henan
8、 Province:LA-MC-ICP-MS U-Pb dating of hydrothermalzircons.ActaGeologicaSinica,9 7(6):19 7 2 19 8 6.曾威等:河南省内乡县银洞沟银金多金属矿成矿年龄:热液锆石LA-MC-ICP-MS U-Pb测年第6 期1973组沉积作用有关的铝土矿(曾威等,2 0 2 1a)、与二郎坪群弧火山岩有关的热水喷流型矿床(燕长海等,2008;徐勇航等,2 0 0 9)和与伟晶岩有关的铀及稀有金属矿床分布(YuanFengetal.,2 0 2 0;曾威等,2021b),未见有与岩浆活动和造山作用有关的热液脉型金属矿床的
9、报道。银洞沟银金多金属矿床位于夏馆银金多金属矿集区,区内还分布有许瑶沟、东山洼、夏家沟、周庄、老庄等银、金多金属矿床(点)(图1),这些矿床(点)均具有类似的成矿地质特征。关于银洞沟矿床的成矿时代,ZhangJingetal.(2 0 16)对围岩中的蚀变绢云母进行了4Ar/3Ar年龄测试,但未能得到可靠的坪年龄。李晶等(2 0 0 9)在银洞沟矿床北西约1.5km的钼多金属矿点中采取辉钼矿样品,测得5件辉钼矿样品的同位素模式年龄介于432.242 3.4M a 之间,加权平均年龄为42 9.3士3.9Ma,但是否与银洞沟银多金属矿为同一成矿事件,尚不能确定。本文对银洞沟矿床含矿石英脉和围岩中
10、的锆石开展了LA-MC-ICP-MS法U-Pb测年,并结合前人对矿床成因的研究成果(曹纪虎等,2011向世红等,2 0 12,2 0 13;ZhangJingetal.,2016),揭示了该矿床是北秦岭古生代造山作用的产物,对北秦岭构造带成矿理论和区域成矿规律的研究具有重要意义。1地质背景北秦岭自北向南由宽坪单元、二郎坪单元、北秦岭微陆块组成,各单元之间分别以瓦穴子断裂和朱夏断裂分隔(曾威等,2 0 19;图1)。宽坪单元主体由宽坪岩群组成,岩性为一套变质陆源碎屑岩、变质基性火山岩和大理岩组合,其中变质基性火山岩代表古洋壳残片(第五春荣等,2 0 10)。王宗起等(2 0 0 9)在宽坪岩群变
11、沉积岩中发现了早一中奥陶世的疑源类、几丁虫和虫颚等古生物化石,表明其形成时代为早古生代。二郎坪单元主要由二郎坪群和侵人其中的古生代花岗岩类组成。二郎坪群由变质基性火山岩、变碎屑岩和大理岩组成,其中火神庙组发育有具N-MORB、E-M O RB、I A B特点的多种类型玄武质火山岩,被认为形成于岛弧(Ratschbacher et al.,2003;Wang Hao et al.,2 0 13;W u Yu a n b a o e tal.,2 0 13)或弧后盆地(DongYunpeng et al.,2011)环境,前人测得火神庙组基性火山岩的年龄为47446 3M a(闫全人等,2 0 0
12、 7;陆松年等,2 0 0 9;赵姣等,2 0 12)。北秦岭微陆块由秦岭岩群和侵人其中的新元古代和古生代花岗岩组成。秦岭岩群主体岩性为一套经历了中高级变质作用的片麻岩、石英片岩和大理岩,夹斜长角闪岩,其形成时代为中一新元古代(陆松年等,2 0 0 9;赵利刚等,2 0 18)。北秦岭微陆块中产出大量峰期变质年龄为511490 Ma的榴辉岩透镜体,其原岩形成年龄为8 0 0 Ma,反映早古生代早期的大陆深俯冲作用(刘良等,2 0 13;LiuQianetal.,2 0 14;陈丹玲等,2 0 15)。银洞沟银金多金属矿床位于朱夏断裂北侧的二郎坪单元中,南距朱夏断裂约5km(图1b)。矿区内出露
13、地层主要为二郎坪群小寨组和火神庙组,小寨组岩性为黑云(二云)石英片岩、黑云(二云)变粒岩、二云母片岩、变长石石英砂岩,原岩为一套复理石建造;火神庙组岩性主要为变细碧岩、含角砾变细碧岩、斜长角闪片岩、绢云石英片岩,主体为一套变基性火山岩建造。区内侵人岩主要为早古生代卢家坪岩体和茶庵岩体,岩性为黑云母二长花岗岩。区内断裂构造发育,近南北向、北东向断裂规模最大,其次有北西向断裂和近东西断裂,近南北向断裂和北东向断裂为区内主要的控矿构造(图2)。2矿床地质特征矿体严格受断裂构造控制,呈脉状产出,以近南北向和北东向规模为大,其次为北西西向(图2)。矿体围岩为小寨组变质细碎屑岩、卢家坪黑云母二长花岗岩和火
14、神庙组变细碧岩。目前矿区内已发现矿(化)脉13条,控制的工业矿脉5条,分别为Y1、Y2、Y3、Y6、Y10,其中Y1、Y2、Y3、Y10 为近南北向到北东向,Y6为北西西向。矿脉走向稳定,一般单脉产出,呈脉状、豆荚状,矿体中心矿化强,由石英多金属硫化物组成,向两侧变为黄铁绢英岩,矿化较弱,局部矿化富集形成矿体。近矿围岩普遍发生蚀变和矿化,宽度最大可达15m左右,但矿脉厚度较薄,一般为0.31.2 m。5条矿脉共圈出8 个矿体,分别为Y1-1、Y1-2、Y1-3、Y2-1、Y3-1、Y3-2、Y6-1、Y10-1。Y1号矿脉为矿区内最大矿脉,长2 30 0 m,呈单脉状产出,总体产状2 7 0
15、2 90 2 8 53。赋矿围岩为二郎坪群小寨组和卢家坪黑云母二长花岗岩体,矿脉穿切卢家坪黑云母二长花岗岩体(图2),说明矿化和断裂活动发生于卢家坪岩体侵位之后。矿脉矿化强度及厚度沿走向不稳定,通过地表工程、钻探及深部坑道控制,在Y1号脉上圈出3个矿体,估算资源量Ag373.64t,A u 4.2 6 t,伴生Pb1.68t,Zn 1.51 t。http:/WWW.h/index.aspx197420233年质地报学1071100N200km天水NCB灵宝宝鸡图1b西安LLWF洛南-34LLFO川南坪丹凤鲁山舞阳O寿县上古生界-三叠系碎屑岩沉积UpperPaleozoictoTriassicc
16、lasticrocs下古生界沉积岩LowerPaleozoic sedimentaryrocks-32BSF32北秦岭单元舒城NorthQinlingunitN-SCB房县二郎坪单元XGFErlangpingunitN-SCB:华南陆块北缘桐城宽坪单元Northern margin of South China blockKuanpingunitLLWF:灵宝-鲁山-舞阳断裂带华北陆块南缘Lingbao-Lushan-WuyangfaultSouthern margin of North China Craton蛇绿混杂岩LLF:洛南-栾川断裂带Luonan-Luanchuanfault鄂州宿
17、松-30OphioliticmelangeMLS:勉略缝合带30勉略缝合带MianluesutureMianluesutureSDS:商丹缝合带XGF:襄樊-广济断裂带大别地体Sangdan sutureXiangfan-GuangjifaultDabie terraneBSF:巴山弧形韧性剪切带TLF:郑庐断裂带NCB:华北陆块BashanductileshearzoneTanlufaultNorthChinablock1041071101131161112020kmAu-(Pb)-(Zn)矿床Au-(Pb)-(Zn)deposit栾川Ag-(Au)-Pb-Zn矿床Ag-(Au)-Pb-Zn
18、depositCu-Pb-Zn矿床Cu-Pb-Zndeposit张家庄漂池心蛮子营西庄河33.5三郎坪板山坪图2宽坪单元SDSKuanpingunit三郎坪单元Erlangpingunit北秦岭单元NorthQinlingunit新元古代花岗岩燕山期花岗岩Neoproterozoicgranite五垛山Yanshanniangranite橄榄岩早古生代闪长岩PeridotiteEarlyPaleozoicdiorite辉长岩早古生代二长花岗岩GabbroEarlyPaleozoicmonzograniteLLF:洛南-栾川断裂带ZXF:朱夏断裂早古生代奥长花岗岩Luonan-Luanchuan
19、faultZhuxiafaultEarlyPaleozoictrondhjemiteWQF:瓦穴子-乔端断裂SDS:商丹缝合带(b)Waxuezi-QiaoduanfaultSangdansuture112图1秦岭造山带构造简图(a)(据DongYunpengetal.,2 0 11修改)和北秦岭东部区域地质图(b)Fig.1SSimplified tectonic subdivisions of the Qinling orogenic belt(a)(modified after Dong Yunpeng et al.,2011)and regional geological map of
20、 east of North Qinling(b)Y1-1号矿体:位于Y1号脉北中段西沟一带,赋矿围岩为小寨组变质碎屑岩和卢家坪黑云母二长花岗岩。矿体主要由多金属硫化物石英脉构成,与围岩界线清楚。矿体长2 40 m,呈板状产出,厚度较曾威等:河南省内乡县银洞沟银金多金属矿成矿年龄:热液锆石LA-MC-ICP-MSU-Pb测年第6 期1975N人Pz.hPz,hVY10YPF10F,Pz.hFY2VqPz.hOYPY2芦家坪岩体Y7FPzxFY8YP2Pzx茶庵岩体QF。Y5Y6F元Pz.hPPzixF,PZx20750m第四系Pz.h火神庙组Pz,x小寨组变辉长岩HuoshenmiaoForm
21、ationVQuaternaryXiaozhaiFormationMetagabbro花岗岩脉元花岗斑岩脉YP花岗伟晶岩脉石英脉GraniteveinGranite-porphyryveinGranitepegmatiteveinQuartzvein古生代黑云母花岗岩矿脉断裂Y5F,PaleozoicbiotitegraniteOre veinFault图2银洞沟银金多金属矿矿区地质图(据YuYangetal.,2 0 2 1修改)Fig.2Geological map of the Yindonggou gold-silver-polymetallic deposit(modified af
22、ter Yu Yang et al.,2021)稳定,最大1.43m,平均1.12 m。倾向2 7 3 2 8 5,倾角2 8 53,自地表往下矿体倾角有增大的趋势。地表出露最高标高90 5m,控制最低标高40 0 m。矿化在不同标高出现一定分带性,在6 0 0 8 0 0 m标高银铅矿化最强,银平均品位6 8 3.2 510-6;至400m标高附近银铅矿化减弱,金矿化增强。Y1-2号矿体:分布在Y1号脉中部靳家庄沟一带。控制矿体长度16 0 m,平均厚度0.55m,倾向2702 90,倾角32 48。地表出露最大标高1100m左右,深部有两排坑道控制,控制最低标高850m。赋矿围岩为小寨组变
23、碎屑岩。矿体中心由石英脉构成,两侧靠近石英脉的蚀变岩也构成矿体的一部分。Y1-3号矿体:分布在Y1号脉中南段。地表出露最大标高12 0 0 m左右,深部有四排坑道控制,控制最低标高7 0 0 m。赋矿围岩为小寨组变碎屑岩。控制矿体长度190 m,平均厚度0.7 4m,倾向2 7 0 2 8 0,倾角30 45(图3)。银平均品位47 6.48 10-6,金1976http:/WWWdzxb/ch/index.aspx2023年报质地学平均品位3.2 510-6,铅3.7 4%,锌1.6 3%。矿石类型分为石英硫化物型和蚀变岩型两种。以银金-多金属硫化物石英脉为中心,向两侧变为银金多金属硫化物十
24、黄铁绢英岩化蚀变岩。石英脉的宽度为0.2 1.2 m,多金属硫化物十黄铁绢英岩化蚀变岩宽度一般2 3m。矿石构造有团块状、细脉状、网脉状、浸染状和星点状构造。团块状构造、细脉-网脉状构造和星点状构造是矿石的主要构造。矿石结构有自形一他形粒状结构、碎裂结构、交代结构、包裹结构等(图4)。金属矿物主要有:银金矿、辉银矿、自然金、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、磁黄铁矿、黄铁矿、白铁矿、黑钨矿及少量金属氧化物。非金属矿物主要有:石英、方解石、绢云母、长石、绿泥石等。主要蚀变有硅化、碳酸盐化、绢英岩化和绿泥石化等。镜下可明显见两期黄铁矿,早期黄铁矿呈自形一半自形粒状产于石英脉中,见有少量黑钨矿、磁黄铁矿与早期
25、黄铁矿伴生(图4o、n);晚期黄铁矿为他形,与方铅矿、闪锌矿、磁黄铁矿伴生(图4j),部分黄铁矿见碎裂结构,沿裂隙充填碳酸盐脉和方铅矿(图4j、n)。方铅矿、闪锌矿、磁黄铁矿和黄铜矿常密切共生(图4h、i、km),可见方铅矿和闪锌矿沿边缘交代磁黄铁矿或充填于磁黄铁矿裂隙中(图4i、k),亦见黄铜矿、闪锌矿、方铅矿包裹于磁黄铁矿中(图41)。自然金呈裂隙金产于磁黄铁矿并与闪锌矿和方铅矿共生(图4k),或呈包体金产于黄铁矿中(图4n)。3样品采集和实验测试本次分别采集了含矿石英脉样品和赋矿围岩黑云母二长花岗岩样品进行锆石LA-MC-ICP-MSU-Pb年代学研究。3.1样品岩石学特征本文采集了含矿
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