爱华网关键词：黑云母花岗岩；I型花岗岩；岩石地球化学；锆石UPb年龄；成矿时代；金矿；华北克拉通
中图分类号：P588.121；P618.51文献标志码：A
Formation Age and Geological Significance of Biotite Granite in Paishanlou Au Deposit of Liaoning， China
NIE Shijia， YANG Yanchen， HAN Shijiong， ZHANG Lin， WANG Fengbo
（College of Earth Sciences， Jilin University， Changchun 130061， Jilin， China）
Abstract： Paishanlou Au deposit，which is located in ChifengChaoyangFuxin gold metallogenic belt， the eastern segment of northern periphery of North China Craton， is ductile shear belthosted. The ore body is mainly hosted in Archean metamorphic rocks of EWtrending ductile shear belt. The biotite granite outcropped in the north of orecontrolling ductile shear belt was taken as the research object； the geochemical characteristics of wholerock major and trace elements were analyzed； LAICPMS zircon UPb age was measured； and the petrogenesis， formation age and tectonic setting were discussed. The biotite granite belongs to Itype granite with highK calcalkaline and quasialuminousweak peraluminous， showing the characteristics of minor negative Eu anomaly， enrichment of light rare earth elements and large ion lithophile elements， and loss of high field strength elements； thus， the rocks have geochemical affinity of active continental margin magmatic rock. LAICPMS zircon UPb age is （121.8±1.1）Ma， so that the biotite granite is emplaced during Early Cretaceous Yanshanian. Based on the observation of contact relationship between biotite granite and orecontrolling ductile shear belt， the relationship of trace element and isotope characteristics between biotite granite and gold ore was contrasted. Combined with the tectonic evolution in North China Carton， it is indicated that Paishanlou Au deposit is formed in Early Cretaceous by the background of the regional extensional tectonism and lithosphere thinning process， and the mineralogenetic epoch is late Early Cretaceous. In general， Paishanlou Au deposit is the product of the activation， migration and enrichment of source bed by ductile shearing.
Key words： biotite granite； Itype granite； petrogeochemistry； zircon UPb age； oreforming age； Au deposit； North China Craton 0引言
华北克拉通北缘是中国第三大金成矿省，是滨西太平洋构造成矿域的重要组成部分。华北克拉通在中生代经历了从陆壳加厚到岩石圈破坏事件[1]，其北缘广泛发育燕山期构造岩浆活动，该期岩浆活动为赤峰―阜新一带金成矿提供了有利的地质条件。到目前为止，区内发现红花沟、安家营子、烧锅营子、金厂沟梁、小塔子沟、东五家子等超过10处大―中型岩浆热液型金矿床[28]。排山楼金矿床位于辽宁省阜新市，产于太古宙变质岩区，矿体赋存于近EW向排山楼―侯其营子韧性剪切带内，是中国典型的韧性剪切带型金矿床[911]。曲亚军等对该矿床的矿质来源、成矿年代、矿床成因等进行了研究[1215]。关于该矿床成矿的研究观点可分为两类：一部分学者认为成矿与EW向韧性剪切带有关[9，16]，并通过对金矿石中石英脉进行40Ar39Ar测年[17]，认为金矿化发生在2 100 Ma左右的吕梁期；而另一部分学者认为成矿与中生代华北克拉通构造活动有关，基于对矿化糜棱岩中的黑云母进行40Ar39Ar测年[16]及对控矿韧性剪切带中的脉岩进行锆石UPb测年[18]，认为金矿化主要发生在124 Ma左右的燕山期。本文基于野外地质观察和样品测试数据，对排山楼矿区北部分布的燕山期黑云母花岗岩株开展较系统的岩石地球化学和精细的锆石年代学研究，讨论岩石的构造背景及其与金矿化的关系，进一步完善对排山楼金矿床形成机制的认识。
1区域成矿背景与地质特征
1.1区域成矿背景
排山楼金矿床位于辽宁西部，地处华北克拉通北缘的燕山构造带东段、赤峰―阜新金成矿带东部。而赤峰―阜新金成矿带北部以赤峰―开源断裂为界，与兴蒙造山带相接，东部与郯城―庐江断裂接壤（图1）。本区先后经历了前寒武纪克拉通基底形成、古生代古亚洲洋与华北克拉通碰撞、中生代华北克拉通的破坏与重建等时期。地层主要为太古代建平群及侏罗系―白垩系火山沉积岩系。区域岩浆活动较为强烈，发育有古太古代以及燕山期两个期次，尤以燕山期岩浆活动普遍强烈[19]。古太古代侵入岩广泛出露于研究区东南侧，主要岩性为二长花岗岩及糜棱岩化二长花岗岩；燕山期侵入岩岩石类型主要有二长花岗岩（锆石UPb年龄为（128±13）Ma[14]）和花岗闪长岩。区内金矿多发育于太古宙基底之上，与白垩世燕山期侵入岩关系密切[20]。
区域构造以晚古生代―早中生代板块碰撞形成的EW向深大断裂及晚中生代区域岩石圈伸展拆离背景下产生的NE向变质核杂岩为主。韧性剪切构造发育，区域性大巴―后三角山韧性剪切带从区内通过，排山楼金矿床即位于大巴―后三角山韧性剪切带与EW向排山楼―侯其营子韧性剪切带的交汇部位[2122]，南部紧邻医巫闾山变质核杂岩。
1.2矿区地质特征
排山楼矿区出露地层为太古代建平群大营子组和中元古界长城系。大营子组为变质岩，在整个矿区广泛分布，主要岩性有黑云斜长片麻岩、斜长片麻岩以及白云质大理岩夹层，在矿区东部受韧性剪切带影响发育带状糜棱岩化，金矿亦赋存于此层。长城系地层主要出露于矿区西北部及东南部，为一套陆源原岩和内源碳酸盐建造，主要岩性为石英砂岩和白云岩；因受NE向韧性剪切作用的改造，长城系碳酸盐地层发育不同程度的糜棱岩化。从区域上看，大营子组变质岩地层中Au丰度最高，推测其为矿区内金矿的矿源层[12]。
Ⅰ为红花沟金矿集区；Ⅱ为安家营子金矿集区；Ⅲ为金厂沟梁金矿集区；①为医巫闾山变质核杂岩；②为喀喇沁变质核杂岩；图件引自文献[23]
矿区内发育有近EW向和NE向两组韧性剪切带：前者分布于矿区中部和南部，分别为东沟―马家荒韧性剪切带、北山韧性剪切带、上两家子韧性剪切带；后者分布于矿区西部，为靳家店―排山楼韧性剪切带。排山楼金矿床即赋存于近EW向东沟―马家荒韧性剪切带中（图2）。根据野外观察，近EW向韧性剪切带形成时间应早于NE向韧性剪切带。
矿区内侵入岩主要分为3个期次，分别为中部向东延伸的晚太古代二长花岗岩、西部的海西期花岗岩及北部的燕山期黑云母花岗岩和二长花岗岩。其中，年龄为128 Ma的二长花岗岩本身发育了金矿化（Au品位为15×10-6）[14]，本次研究的岩体为排山楼黑云母花岗岩，其出露于矿区北侧，呈NE向舌状展布，在地表与矿体未见接触，但于深部切穿矿体所在的糜棱岩带（图3）。
1.3矿床地质特征
图3排山楼金矿床31号勘探线剖面
Fig.3Section Map of No.31 Exploration Line in Paishanlou Au Deposit
排山�墙鹂蟠膊�于近EW向东沟―马家荒韧性剪切带中，韧性剪切带即为其控矿构造。矿体产在向西北侧伏的矿化带相对厚大部位内，但在矿化带内不连续。矿体围岩为白云质糜棱岩和斜长质糜棱岩。围岩蚀变带以矿体为中心向外依次为黄铁绢英岩化带、碳酸盐化带和绿泥石化带。与成矿关系密切的蚀变带为黄铁绢英岩化带和碳酸盐化带，矿体与蚀变带之间没有明显的边界。
该矿床目前已控制矿体38条；矿体均产于同一韧性剪切带内。矿石按自然类型分为氧化矿石和原生矿石两类。氧化矿石分布在近地表10 m左右；原生矿石分为蚀变长英质糜棱岩型和蚀变黑云斜长糜棱岩型两种。矿物主要为黄铁矿、自然金，次有黄铜矿、磁黄铁矿、钛铁矿、磁铁矿等。其中，黄铁矿占金属硫化物总量的95%左右。在矿石化学组分上，Au品位一般为（1～3）×10-6，平均为159×10-6，矿石金矿物以自然金为主，另有少量金以碲化物方式产出，如碲金矿。
2样品采集与分析方法
本次研究岩石样品PSL5、PSL6、PSL10、PSL19采自排山楼金矿床北部黑云母花岗岩，样品PSL9、PSL16采自井下。用于进行LAICPMS锆石UPb定年的黑云母花岗岩样品编号为PSL5。该样品呈灰白色不等粒花岗结构、块状构造，主要矿物成分为石英（体积分数为30%）、钾长石（正长石、条纹长石）（35%）、斜长石（25%）和黑云母（5%～10%）等（图4）。 排山楼金矿床黑云母花岗岩样品的主量、微量元素及稀土元素分析测试由澳实分析检测（广州）有限公司完成。主量元素含量采用X射线荧光光谱法（XRF）测定，分析误差小于1%；稀土、微量元素含量采用等离子体质谱法（ICPMS）测定，分析误差小于5%。
进行定年的岩石样品粉碎及锆石挑选工作在河北省区域地质矿产调查研究所实验室进行。锆石样靶的制作，对样靶中的锆石进行透射、反射、阴极发光图像采集以及LAICPMS锆石UPb定年均在中国地质调查局天津地质调查中心同位素实验室完成。利用193 nm激光器对锆石进行剥蚀取样，激光束直径为50 μm，信号采集时间为60 s（有20 s为空白的测定）。激光剥蚀物质用氦气为载气送入Neptune型等�x子质普仪（LAICPMS）进行锆石UPb定年。锆石UPb年龄计算采用国际标准锆石TEMORA（年龄为416.8 Ma）作为外标，采用ICPMS DataCal程序和ISOPLOT程序进行数据处理。
3结果分析
3.1主量元素特征
排山楼金矿床黑云母花岗岩富Si，SiO2含量（质量分数，下同）为661%～743%（表1）。在侵入岩TAS图解上，除1个样品落入石英二长岩区外，其余均落入花岗岩区域内[图5（a）]；结合镜下钾长石和斜长石的相对含量及暗色矿物含量，将其定名为黑云母二长花岗岩。Na2O、K2O含量较高，均大于4%，w（Na2O）/w（K2O）值为0923～1030，里特曼指数为244～325，低于330，岩石为钙碱性系列。在SiO2K2O图解上，样品亦落入高钾钙碱性岩石系列[图5（b）]。样品贫铝（Al2O3含量为13.40%～15.35%），A/CNK值为0953～1030，介于准铝质和过铝质之间，属准铝质―弱过铝质岩石系列[图5（c）]。在SiO2Zr图解上，样品落入I型花岗岩区域[图5（d）]。此外，Na2O含量高于3.2%，A/CNK值低于11以及P2O5、SiO2含量之间的负相关性均体现了黑云母花岗岩具有I型花岗岩的成因特点。
3.2稀土、微量元素特征
排山楼金矿床黑云母花岗岩稀土元素总含量（（2381～25516）×10-6，平均为121.6×10-6）较低，轻稀土元素相对富集，重稀土元素亏损严重且分异不明显（wLREE/wHREE值为1436～3550），中稀土元素（Dy、Ho、Er）相对亏损，轻、重稀土元素分馏强烈（w（La）N/w（Yb）N值为1068～6996），表现出弱的负Eu异常（076～086）（表1）。在球粒陨石标准化稀土元素配分模式上，样品表现为轻稀土元素右倾较陡，重稀土元素右倾较缓，中稀土元素部分有明显下凹[图6（a）]。一般认为Eu倾向于进入结晶的斜长石中，因此，Eu亏损表明在岩浆演化过程中发生过斜长石的结晶分离或在部分熔融过程中有斜长石残留在源区。重稀土元素亏损则暗示源区可能有石榴石存在。
从图6（a）可以看出，黑云母花岗岩重稀土元素含量和配分模式与金矿石较吻合，而轻稀土元素含量则发生明显分化。样品PSL10、PSL19轻稀土元素与金矿石含量基本相近，较样品PSL5、PSL6轻稀土元素含量有明显增加，不排除其与金矿石的形成或有部分联系。
从图6（b）可以看出，黑云母花岗岩富集大离子亲石元素（Rb、K）和部分元素化学性质活泼的高场强元素（Th、U），相对亏损高场强元素Nb、Ta、Ti、P，Sr、Yb含量较低，这表明黑云母花岗岩在微量元素地球化学特征上与活动大陆边缘岩浆岩具有亲缘性。样品中K、Rb、Th富集的特点说明岩浆在上升过程中受地壳物质混染，而Nb、Ta、Ti亏损说明岩浆受到地壳物质混染或岩浆源区残留金红石和钛铁
矿等富Nb、Ta、Ti的矿物。以上微量元素特征均暗示了地壳物质在排山楼金矿床黑云母花岗岩成岩过程中起到不可忽视的作用。
3.3LAICPMS锆石UPb年龄
排山楼金矿床黑云母花岗岩中锆石粒度为100～300 μm，绝大多数为半自形长柱状或粒状，可见清晰的岩浆震荡生长环带，其锆石阴极发光图像见图7。17个分析点LAICPMS 锆石UPb年龄数据有较好的谐和性（表2）。样品n（206Pb）/n（238U）表面年龄为118～125 Ma，w（Th）/w（U）值为0481 9～1021 1，大于04，锆石为典型岩浆成因[2628]。黑云母花岗岩17个分析点落入谐和曲线上及其附近[图8（a）]；锆石n（206Pb）/n（238U）加权平均年龄为（1218±11）Ma，平均标准权重偏差（MSWD）为31[图8（b）]，该年龄代表黑云母花岗岩的冷却结晶年龄，属早白垩世燕山晚期。
4讨论
4.1岩石成因
排山楼金矿床黑云母花岗岩高K（K2O含量为420%～459%）、高碱（w（K2O）+w（Na2O）值为846～888）、贫Al（A/CNK值低于1.1），具有高钾钙碱性岩石和I型花岗岩的地球化学特征；稀土元素总含量较高，相对富集轻稀土元素，亏损中、重稀土元素；w（Nb）/w（Ta）值为79～130（平均为11.3），接近大陆地壳平均值（11）[29]，低于地幔平均值（175）[28]；K、Rb、Th、U等富集，Nb、Sr、P等亏损。以上特征均暗示其与地壳物质的联系。
刘红涛等认为，华北克拉通北缘的中生代花岗岩类可划分为钙碱性和高钾钙碱性花岗岩、强过铝质淡色花岗岩、高锶花岗岩、碱质A型花岗岩和碱性花岗岩5个类型[30]。分布于冀东―辽西地区的高钾钙碱性花岗岩岩石侵位时间从印支期延续至燕山晚期；主要岩石类型为碱长和二长花岗岩；岩石地球化学特征表现为富K、贫Na、低Al；岩石轻、重稀土元素分馏强烈，中稀土元素相对亏损，大离子亲石元素富集，高场强元素亏损。排山楼金矿床黑云母花岗岩在分布位置、侵入时代、岩性特征等方面均与高钾钙碱性花岗岩特征相吻合；在岩石地球化学属性方面，除Na2O含量稍高于高钾钙碱性花岗岩之外，其余属性均与其有可比性，因而可归于该类型花岗岩。王季亮等对高钾钙碱性花岗岩初始Sr同位素比值和氧同位素组成进行研究，认为下地壳物质是华北克拉通中生代高钾钙碱性花岗岩成岩的主要来源，同时有明显的地幔物质参与该类型花岗岩的形成[31]。综上所述，排山楼金矿床黑云母花岗岩成因应属于俯冲的地壳物质部分熔融，并有地幔物质参与。 4.2成岩成矿时代
对于排山楼金矿床北部花岗岩体的成岩年龄，孙守恪等对其中二长花岗岩进行LAICPMS锆石UPb定年，得到形成年龄为（128.3±1.3）Ma[14]。本次对黑云母花岗岩LAICPMS锆石UPb定年，获得（121.8±1.1）Ma的成岩年龄，其略晚于二长花岗岩年龄，可看作处于同一时代岩浆活动的产物。
排山楼金矿床黑云母花岗岩岩体北临控矿韧性剪切带，岩体边部的岩枝侵入到赋矿糜棱岩带中（图3）。孙守恪等在矿井内直接观测到二长花岗岩边部岩枝与矿体相互切穿，且二长花岗岩本身发育热液蚀变及金矿化（Au含量为129×10-6）[14]。Zhang等测得金矿石黄铁矿Pb同位素组成分别为N（206Pb）/N（204Pb）=1640～1700，N（207Pb）/N（204Pb）=1521～1537，N（208Pb）/N（204Pb）=3669～3738[10，32]。这一结果与斜长质围岩（15.15～1562、1511～1527和3561～3845）、白云质围岩（1773～1820、1539～1547和3776～3842）[10，32]及二长花岗岩（1667～1676、1527～1529和3677～3684）的Pb同位素组成[14]基本一致，暗示成矿物质与围岩、早白垩世花岗岩在物源上的亲缘性，即金矿化与围岩、早白垩世花岗岩均有一定联系。
排山楼金矿床的矿化构造系统受韧性剪切带密切控制，但对于成矿时代，主要分为两个观点：古元古代和白垩纪。对于古元古代成矿的观点，李俊建等认为金矿成因与EW向韧性剪切带相关，对EW向韧性剪切带中的石英测得（2 1052±10.4）Ma的40Ar39Ar年龄，其成矿时代应在古元古代[17]，曲亚军等赞同此观点[9，12，16]；对于白垩纪成矿的观点，罗镇宽等对成矿前后的岩脉进行SHRIMP锆石UPb定年，得到其成矿时间为124～126 Ma[13]；王荣湖等对矿化阶段形成的钾长石进行40Ar39Ar定年，得出年龄为116～126 Ma，矿床形成时间不早于（126.70±203）Ma[18]；Zhang等对含有与金矿成矿温度相同的流体包裹体NE向韧性剪切带中的黑云母进行40Ar39Ar定年，得出年龄为（1266±11）Ma，并认为金矿成矿与此年龄联系密切[10]；倪金龙等将排山楼金矿床韧性剪切带演化过程分为约219、约160、120～130 Ma等3期，NE向韧性剪切带形成时期为120～130 Ma，并认为NE向韧性剪切与拆离伸展运动可能直接导致排山楼金矿床的形成[24]；除此之外，孙守恪等认为金矿化主体形成于白垩纪（120 Ma左右），但可能有更早期次金矿化发生[14]。
张晓晖等对EW向韧性剪切带中糜棱岩的含钾矿物进行测试，获得韧性剪切带的40Ar39Ar年龄为（219±4）Ma[22]。由于不确定李俊建等所取石英与EW向韧性剪切带形成的先后关系[17]，所以这一年龄的准确性值得商榷。张晓晖等所取样品的年龄谱特征基本无扰动[22]，是一次构造事件的年龄，因此，219 Ma更适合代表EW向韧性剪切带的形成年龄[24]。基于此，笔者认为古元古代成矿的观点仍需商榷。支持燕山期成矿的学者所获得的年龄均接近黑云母花岗岩的形成时间（121.8 Ma），而这一时期正与研究区所在的中国东部大规模构造热事件和华北克拉通北缘的一系列金矿成矿时间相符[35，23，3335]，岩石圈地壳的伸展减薄、区域韧性剪切构造的形成及深部岩浆上侵在这一时期尤为强烈。
综上所述，本文更倾向于燕山期成矿的观点。在宏观关系上，控矿韧性剪切带的形成应早于黑云母花岗岩，但由于几乎同时代的二长花岗岩发育金矿化，暗示着在这一时期仍存在金矿化，所以笔者推测金矿化主要发生在早白垩世晚期（约125 Ma），但控矿韧性剪切带在更早时期已经形成，并且不排除有更早期金的富集及矿化作用。这一点亦与韧性剪切带型金矿成矿经历深部韧性变形→Au活化→沿韧性剪切带运移→成矿而产生滞后性[3637]的客观地质过程相吻合。
4.3成岩成矿构造环境
排山楼金矿床黑云母花岗岩主量、微量元素地球化学特征均显示其符合活动大陆边缘花岗岩的地球化学属性。在Yb+TaRb和Y+NbRb构造环境判别图解上，样品落入火山弧花岗岩构造环境区域（图9）。
在花岗岩研究中，Sr、Yb含量是两个非常有意义的地球化学指标。张旗等按照Sr、Yb含量（Sr为400×10-6，Yb为2×10-6）将花岗岩划分为4类：高Sr低Yb型、低Sr低Yb型、高Sr高Yb型、低Sr高Yb型[38]。其中，低Sr低Yb型花岗岩（Sr含量低于400×10-6，Yb低于2×10-6）地球化学特征与排山楼金矿床黑云母花岗岩地球化学特征相吻合，主要表现在Al2O3含量为1340%～1535%，K2O高于42%，Sr低于400×10-6，Yb低于2×10-6，Y低于17×10-6，呈弱的负Eu异常，轻稀土元素富集，重稀土元素亏损，中稀土元素亏损强于重稀土元素，球粒陨石标准化稀土元素配分模式呈中间下凹式。一般来说，花岗岩Sr、Yb含量主要受花岗岩熔融源区温压条件的控制，因而由Sr、Yb含量可反推花岗岩源区条件。Xiong等研究表明，低Sr低Yb型岩浆在08～13 GPa和700 ℃～800 ℃的温压条件下形成[39]，相对应的形成深度在40 km左右[40]。
排山楼金矿床北部与黑云母花岗岩临近的二长花岗岩因富Sr（含量为（484～551）×10-6，平均为512×10-6）、高w（Sr）/w（Y）值（66～77），被认为是加厚地壳（厚度大于50 km）的产物[14]。因此，排山楼金矿床的地壳厚度在121～128 Ma从大于50 km减薄至40 km左右，而这与该时期华北克拉通北部处于从挤压到伸展的地壳减薄过程[4146]的观点相符。
排山楼金矿床位于华北克拉通北缘。晚三叠世―晚侏罗世期间，古亚洲洋闭合后华北克拉通北缘受到强烈的的挤压变形，岩石圈也因板块间的俯冲碰撞而增厚[4748]。早白垩世期间（100～130 Ma），华北克拉通经历了由挤压到伸展的巨大转折[4950]，导致加厚岩石圈拆沉减薄。岩石圈拆沉引发软流圈物质上涌，与下地壳岩石发生混合作用形成大量岩浆，产生广泛的岩浆活动；岩石圈伸展的高峰期，大量深部地壳的变质岩或侵入�r上升出露形成变质核杂岩，区域伸展作用也为深部岩浆形成与侵位提供了必要的通道与构造条件。排山楼金矿床黑云母花岗岩及其他早白垩世酸性侵入岩可看作岩石圈拆沉减薄过程中的产物；EW向韧性剪切带、医巫闾山变质核杂岩的就位可看作岩石圈伸展过程中的产物[5155]。 �C上所述，排山楼金矿床的成矿机制与华北岩石圈的减薄及华北克拉通的破坏存在直接关系。在区域伸展的地球动力学背景下，加厚岩石圈减薄，华北克拉通发生破坏，导致强烈的构造地质作用和岩浆活动。在此特殊背景下，韧性剪切作用导致太古代建平群中的成矿元素发生活化、迁移和富集，从而形成排山楼金矿床。
5结语
（1）辽宁排山楼金矿床黑云母花岗岩地球化学特征属于I型高钾钙碱性、准铝质―弱过铝质花岗岩。其微量、稀土元素特征表明其有壳源特征，同位素分析指示成岩有地幔物质参与，为地壳减薄背景下壳幔混合熔融产物。
（2）与金矿成矿关系密切的黑云母花岗岩形成时代为早白垩世（（121.8±1.1）Ma），与金矿成矿为同一地球动力学背景下的不同表现，由此推测排山楼金矿床的成矿时代大致为早白垩世晚期。
（3）排山楼金矿床形成于华北克拉通区域伸展的构造背景下，板块拼贴造成的加厚地壳发生剧烈减薄作用，引发了大量构造热事件。其导致的韧性剪切作用活化了矿源层Au元素，形成了韧性剪切带型矿床。
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