甘肃北山前红泉金矿床绢云母40Ar-39Ar年龄及其地质意义
40Ar-39Ar Age of Sericite and Its Geological Significance in Qianhongquan Gold Deposit, Beishan Area,Gansu Province
收稿日期: 2021-03-08 修回日期: 2021-04-18 网络出版日期: 2021-05-28
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Received: 2021-03-08 Revised: 2021-04-18 Online: 2021-05-28
作者简介 About authors
丁书宏(1968-),男,甘肃泾川人,高级工程师,从事区域地质调查及矿产勘查工作
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Keywords:
本文引用格式
丁书宏.
DING Shuhong.
北山造山带地处西伯利亚板块与塔里木板块的交会部位,位于中亚巨型造山带南缘,区内地质构造复杂,岩浆作用频繁,成矿作用强烈,具有良好的找矿前景(左国朝等,2003;龚全胜等,2003;江思宏等,2006a;袁伟恒等,2020)。甘肃北山地区是我国重要的金矿集中区,区内已发现各类金矿床(点)百余处,以小西弓、新金厂、老金厂、南金山和马庄山等金矿为典型代表。其中,小西弓、老君庙、金庙沟和金庙井等多个金矿床均受北山南带巨型韧性剪切带的控制,该韧性剪切带是区域金矿床产出的良好部位。
前红泉金矿是甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院在开展“甘肃省玉门市前红泉—黑山北滩地区1∶5万矿产远景调查”项目时新发现的小型金矿床,目前正在开展普查工作。该院之前对该矿床的地质特征和矿床成因进行了初步调查研究,但是其成矿年代学研究尚属空白。本文拟通过绢云母40Ar-39Ar测年工作,准确限定前红泉金矿成矿时代,探讨矿化作用发生的时间及其地质意义,这对北山地区金矿床成矿规律研究以及在该区开展金矿找矿工作具有重要借鉴意义。
1 区域地质背景
北山地区位于中亚造山带南缘、北山造山带中段南端,自寒武纪以来经历了多期次构造—岩浆演化旋回(孙新春等,2011),地质构造复杂,多期次岩浆活动强烈(图1)。该区矿产资源十分丰富,是我国西北地区重要的矿产聚集地。前人依据北山地区自北向南出露的4条蛇绿岩带和深大断裂对该区构造单元进行了划分,多数学者以明水—石板井—小黄山和红柳河—牛圈子—洗肠井为界,将北山地区划分为北山北带、北山中带和北山南带(左国朝等,1990;何世平等,2002;杨合群等,2010;李杰等,2019)。前红泉金矿位于北山南带,属敦煌地层分区,出露地层主要为太古宙—古元古代敦煌岩群、长城纪古硐井群、侏罗纪水西沟群和白垩纪新民堡群。敦煌岩群为一套中深变质岩系,是区域上韧性剪切带型金矿的主要产出层位;古硐井群是一套浅变质碎屑岩夹碳酸盐岩建造,有铅锌、金等矿产产出;水西沟群是区域上主要的含煤层位,局部有薄层煤(线)产出;新民堡群为一套杂色碎屑岩建造,局部产出有硅藻土和白垩等非金属矿产。区域侵入岩以花岗岩类为主,主要有三叠纪二长花岗岩(锆石U-Pb年龄为239 Ma,杨镇熙等,未发表数据)、花岗闪长岩和斑状花岗闪长岩[锆石U-Pb年龄为234~249 Ma(杨镇熙等,2021b)],二叠纪石英二长闪长岩(锆石U-Pb年龄为267 Ma,赵青虎等,未发表数据)及泥盆纪花岗闪长岩、英云闪长岩[锆石U-Pb年龄为407 Ma(杨镇熙等,2021a)]等。其中,三叠纪花岗闪长岩和斑状花岗闪长岩与前红泉金矿在空间上关系密切,在矿床南侧呈岩基状分布,矿区内多见其岩脉和岩枝。杨镇熙等(2021b)研究认为,三叠纪斑状花岗闪长岩和花岗闪长岩形成于后碰撞伸展的大地构造环境。
图1
图1
北山地区区域地质简图(据袁伟恒等修改,2020)
1.中生代岩体;2.古生代岩体;3.断层;4.推测断层;5.第四系与露头界线;6.国界线;7.金矿床;8.铜矿床;9.钼矿床;10.钨锡矿床;11.钒钛磁铁矿床;12.铅锌矿床
Fig.1
Regional geological map of the Beishan area(modified after Yuan et al.,2020)
图2
图2
北山地区韧性剪切带与金属矿床关系示意图(据陈柏林等修改,2002)
1.韧性剪切带;2.研究区范围;3.金矿床;4.铅锌矿床;5.铜矿床
Fig.2
Schematic diagram of the relationship between ductile shear zone and metal deposit in Beishan area(modified after Chen et al.,2002)
2 矿床地质特征
前红泉金矿区内出露地层较为简单,主要是长城纪古硐井群(ChG)和第四系冲积物(Qhal)。其中,长城纪古硐井群一岩组在矿区内大面积出露,北侧主要出露一岩组上段(ChG
图3
图3
前红泉金矿1矿段地质简图
1.第四系更新统;2.长城系古硐井群二组上段;3.长城系古硐井群二组下段;4.三叠纪花岗闪长岩;5.中元古代片麻状花岗岩;6.花岗闪长岩脉;7.石英闪长岩脉;8.石英闪长玢岩脉;9.石英脉;10.金矿体及编号;11.地质界线;12.实测逆断层;13.实测平移断层;14.实测性质不明断层;15.韧性剪切带;16.板理产状;17.片麻理产状;18.采样位置
Fig.3
Geological diagram of the 1st ore section of Qianhongquan gold deposit
前红泉金矿床由北至南、自东向西划分为4个矿段,地表矿化蚀变带[图4(a)]长度超过8 km,找矿前景良好。截至目前,在矿化带内共圈定金矿体26条,矿体以似层状和透镜状为主,长35~1 200 m,厚度为0.82~7.56 m,品位为0.83×10-6~5.87×10-6。矿体总体南倾,倾角为56°~86°,局部沿走向和倾向呈舒缓波状,膨胀夹缩现象明显,具尖灭再现和侧现、分支复合现象。赋矿岩石为千枚岩、千糜岩和千枚状板岩,围岩为千枚状板岩、板岩和石英岩等。矿化富集地段岩石韧性变形明显,千枚状板岩层间褶曲发育,千糜岩可见强烈的韧性变形特征。矿体空间展布与区域构造线(韧性剪切带)方向一致,呈NWW向和近EW向。岩石韧性变形越强,矿化越富集,一般情况下千糜岩中金品位最高,显示韧性变形与金矿化呈正相关关系。围岩蚀变较为强烈,以硅化、黄铁矿化和绢云母化为主,其次为毒砂化、碳酸盐化和绿泥石化等,其中硅化、毒砂化、黄铁矿化与金矿化关系较为密切。蚀变绢云母普遍发育,且常与黄铁矿化和硅化相伴而生,应是同一时代产物,其年龄应该能代表矿床成矿年龄。
图4
图4
前红泉金矿床矿石宏观及微观特征
(a)含金蚀变带;(b)蚀变岩型金矿石;(c)石英脉型金矿石;(d)~(f)千枚状板岩镜下特征(正交偏光);(g)~(i)金矿石镜下特征(单偏光);Au-自然金;Py-黄铁矿;Po-磁黄铁矿;Ccp-黄铜矿;Cov-铜蓝;Ser-绢云母;Q-石英
Fig.4
Macroscopic and microscopic characteristics of ore in Qianhongquan gold deposit
3 样品采集及测试
3.1 样品采集
本研究用于40Ar-39Ar测年的绢云母样品采自前红泉金矿区1矿段AuⅠ-5矿体千枚状板岩型金矿石中,采样点坐标为:40°39′50″N,97°47′10″E(图3)。年龄测试所用的绢云母是主成矿期热液蚀变的产物,其年龄可近似代表该矿床成矿作用年龄。
3.2 分析测试方法
绢云母单矿物的分选工作由廊坊诚信地质服务有限公司完成,40Ar-39Ar测年工作在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成。
样品的阶段升温加热使用石墨炉,每一个阶段加热和净化时长均为30 min。质谱分析在核工业北京地质研究院Argus VI惰性气体质谱仪上完成,中子照射过程中产生的干扰同位素校正系数是通过分析校正过的CaF2和K2SO4来获得的,所得到的校正因子分别为(36Ar/37Ar)Ca=0.00019975,(39Ar/37Ar)Ca=0.00059721和(40Ar/39Ar)K=0.0063046;40K衰变常数值为5.543×10-10(Steiger et al.,1977);年龄误差以1σ给出。采用Ar Ar CALC 2.40软件对获得的年龄进行计算,同时绘制年龄谱图,坪年龄由加权法计算得出,40Ar/39Ar的初始比值及等时线年龄采用直线拟合法得出。具体的试验流程及参数详见相关文献(陈文等,2002;郭晓东等,2012;樊新祥等,2019;刘永彪等,2020)。
3.3 测试结果
通过对前红泉金矿床中蚀变绢云母进行7个阶段分步加热分析获得的40Ar-39Ar测年数据见表1。加热温度区间为800~1 300 ℃,其中在900~1 300 ℃温度范围内获得了较为平坦的年龄坪,可以代表该矿床成矿年龄。
表1 前红泉金矿蚀变绢云母Ar-Ar测年结果
Table 1
温阶/℃ | (40Ar/39Ar)m | (36Ar/39Ar)m | (37Ar/39Ar)m | 40Ar/% | F(40Ar*/39Ar) | 39Ar/(×10-14 mol) | 39ArCum./% | 年龄/Ma | ±1σ/Ma |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
800 | 23.9564 | 0.0087 | 0.0278 | 89.31 | 21.3960 | 2.11 | 3.83 | 228.7 | 1.2 |
900 | 24.0328 | 0.0017 | 0.0144 | 97.89 | 23.5263 | 8.40 | 15.24 | 249.9 | 1.2 |
1 000 | 23.6582 | 0.0005 | 0.0048 | 99.39 | 23.5136 | 18.75 | 34.05 | 249.8 | 1.2 |
1 100 | 23.6448 | 0.0002 | 0.0054 | 99.68 | 23.5703 | 13.53 | 24.56 | 250.4 | 1.2 |
1 200 | 23.7741 | 0.0002 | 0.0029 | 99.71 | 23.7063 | 12.01 | 21.80 | 251.7 | 1.2 |
1 300 | 26.6459 | 0.0113 | 0.0051 | 87.42 | 23.2940 | 0.29 | 0.52 | 247.6 | 3.8 |
通过测试计算,获得坪年龄为(250.4±1.0)Ma,正等时线年龄为(251.3±1.1)Ma,相对误差约为1 Ma(图5)。
图5
图5
前红泉金矿蚀变绢云母Ar-Ar测年坪年龄(a)和等时线年龄谐和图(b)
Fig.5
Plateau age(a) and isochron age(b) harmonic diagram of Ar-Ar dating for altered sericite from Qianhongquan gold deposit
4 讨论
4.1 成矿时代
绢云母40Ar-39Ar法是通过对脉石矿物中次生蚀变的绢云母进行放射性定年,获取矿床成矿的间接年龄,该方法具有测定精度高、数据多解性少以及可以判定热扰动对定年的影响等优点,已广泛应用于矿床成矿年代学研究。本次研究通过对前红泉金矿中热液蚀变的绢云母进行加热试验,发现坪年龄谱在900~1 300 ℃之间较为平坦,说明矿物内部Ar同位素组成稳定,获得的年龄可信度较高。分析结果显示,前红泉金矿坪年龄为(250.4±1.0)Ma,正等时线年龄为(251.3±1.1)Ma,二者在误差范围内一致,年龄可靠。本次测定的绢云母年龄谱较为平坦,表明绢云母于250 Ma左右形成以后再没有受到高于其封闭温度的构造热事件影响,绢云母坪年龄[(250.4±1.0)Ma,MSWD=0.55]可代表其冷却年龄。
前红泉金矿石英流体包裹体结果显示,成矿温度在221~324 ℃之间(杨镇熙,未发表数据),平均温度为277 ℃,与绢云母Ar同位素的封闭温度(约300 ℃)(李晓峰等,2005)基本一致。因此,前红泉金矿绢云母Ar封闭温度可以代表成矿年龄,成矿作用发生在250 Ma左右,这也是首次对该矿床成矿时代进行限定。
4.2 地质意义
北山地区是中国西北地区重要的金矿集中区,目前已发现小西弓、南金山、马庄山、金窝子、新金厂和老金厂等一大批中型以上金矿床及数十处小型金矿床(点)(江思宏等,2006b)。前人研究认为,北山地区岩浆活动频繁,岩浆活动集中于中—晚元古代至晚古生代,岩浆侵入活动时间与金矿成矿时间具有明显的耦合关系,该区成矿作用持续时间较长,华力西晚期是大规模金矿成矿期(江思宏等,2006b;胡朋等,2009)。
近年来,随着北山地区研究程度的大幅提高以及同位素测年工作的深入,以往被认为是华力西期甚至是元古宙的糜棱岩化岩体被证实是印支期岩浆作用的产物(苗来成等,2014),北山地区多个金属矿成矿年龄(表2)显示,三叠纪是该区重要的成矿作用时期。北山北带的马庄山金矿、南金山金矿和镜儿泉稀有金属矿,北山中带的金窝子金矿,北山南带的拾金坡金矿和花牛山铅锌金矿床等一大批以金为主的典型金属矿床成矿时代为243~215 Ma,集中在中—晚三叠世。小西弓金矿的成矿年龄为284~267 Ma,但由于K-Ar法测年无法判断被测样品是否存在Ar过剩或丢失,导致所获得的数据常不具有明确的地质意义(聂凤军等,2003;李晓峰等,2005);小西弓金矿区含矿石英闪长岩Rb-Sr等时线年龄为213 Ma(李通国等,待刊数据),显示成矿作用可能持续到三叠纪;同时,与小西弓金矿受同一韧性剪切带控制的前红泉金矿成矿年龄为250 Ma,因此小西弓金矿床成矿时代很可能也是三叠纪。近年来,地质科研人员在与北山毗邻的东天山地区也发现了大量三叠纪矿床,如尾亚钒钛磁铁矿赋矿岩体的锆石SHRIMP年龄为219~246 Ma(Zhang et al.,2005;王玉往等,2008)。因此,三叠纪是北山地区大规模金属矿床的成矿高峰期。
表2 北山地区主要金属矿床成矿时代
Table 2
矿床名称 | 测试对象 | 测试方法 | 年龄/Ma | 资料来源 |
---|---|---|---|---|
南金山金矿 | 绢云母 | Ar-Ar | 242.8±0.8 | Jiang et al.,2004 |
金窝子金矿 | 石英包裹体 | Rb-Sr | 230~224 | 陈富文等,1999 |
小宛南山金矿 | 矿石/锆石 | U-Pb | 227 | 崔惠文,1996 |
拾金坡金矿 | 矿石包裹体 | Rb-Sr | 228 | 陈富文等,1999 |
花牛山铅锌金矿床 | 金矿石辉钼矿 | Re-Os | 221.0±3.4 | 朱江,2013 |
小西弓金矿 | 绢云母 | K-Ar | 284~267 | 聂凤军等,2003 |
花黑滩钼矿 | 辉钼矿 | Re-Os | 225.5±1.9 | 朱江,2013 |
白山钼矿 | 辉钼矿 | Re-Os | 229±2 | 李华芹等,2006 |
小狐狸山钼矿 | 辉钼矿 | Re-Os | 220±2 | 彭振安等,2010 |
红尖兵山钨矿 | 白云母 | Ar-Ar | 215±3 | 江思宏等,2006b |
镜儿泉稀有金属矿 | 白云母 | Ar-Ar | 243±2 | 陈郑辉等,2006 |
前红泉金矿 | 绢云母 | Ar-Ar | 250 | 本文 |
前红泉金矿位于北山造山带中段南端,该区在漫长的地质构造演化过程中经历了多期次、多阶段板块裂解—俯冲—碰撞—拼合的地质演化过程(龚全胜等,2002),是地质学家研究的热点地区之一。虽然对于古亚洲洋闭合时间存在争议,但研究人员普遍认为该区地壳演化经历了寒武纪裂解,寒武纪—晚奥陶世大洋扩张,早志留—早泥盆世洋壳俯冲碰撞,晚泥盆—早石炭世碰撞造山,晚石炭世—三叠纪造山后伸展阶段(左国朝等,2003;何世平等,2002;聂风军等,2002;龚全胜等,2002,2003;毛启贵,2008;杨合群等,2010,2012;余吉远等,2012;Tian et al.,2015;Song et al.,2016;田健等,2020;杨镇熙等,2021a)。
以往研究表明,甘肃北山地区三叠纪发育有大规模剪切活动,北山北带剪切带活动时间为260~245 Ma(陈文等,2007;王利清等,2008;Wang et al.,2010);北山南带剪切带活动时间为250~216 Ma(李景春等,1996;本文)。这表明,北山地区晚二叠世—三叠纪发生了大规模伸展体制下的地壳垂向运动。前红泉金矿蚀变绢云母40Ar-39Ar年龄结果表明,金矿成矿作用发生在三叠纪,该时期柳园洋所代表的古亚洲洋早已闭合,北山地区处于后碰撞的大地构造环境,在后碰撞陆内伸展作用下,大规模花岗质岩浆沿着剪切带上涌,形成了大面积分布的三叠纪花岗质岩石。三叠纪剪切作用和岩浆侵入作用为成矿物质活化和迁移提供了热动力和运移通道,为区域大规模金属矿产成矿作用提供了良好条件。
上述地质事实表明,三叠纪(印支期)是北山地区重要的成矿期,为该区一次大规模金属矿床成矿期,造山后伸展阶段是大量金属矿床产出的有利大地构造背景,这对该区金属矿产的找寻工作具有积极的指导意义,地质工作者应高度重视。
5 结论
(1)首次获得前红泉金矿蚀变绢云母40Ar-39Ar坪年龄为(250.4±1.0)Ma,正等时线年龄为(251.3±1.1)Ma,代表金矿床的成矿年龄,表明前红泉金矿成矿时代为早三叠世。
(2)三叠纪是北山地区一次大规模金属矿床成矿期,造山后伸展阶段是大量金属矿产产出的有利大地构造背景。
http://www.goldsci.ac.cn/article/2021/1005-2518/1005-2518-2021-29-2-173.shtml
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