华北克拉通南缘熊耳山地区金矿床时空演化、矿床成因及成矿构造背景

【摘要】华北克拉通南缘是我国重要的金、钼、钨、银、铅、锌等多金属成矿带,从西向东依次发育有小秦岭、崤山、熊耳山、外方山、栾川等多个矿集区。其中,熊耳山地区是我国继胶东、小秦岭地区之后又一重要的黄金产地。除金矿外,熊耳山及邻近地区还发育了大量钨、铝和铅-锌-银矿,矿床类型包括斑岩型、矽卡岩型和热液脉型等。前人对熊耳山地区金矿床的矿床地质特征、成矿流体及物质来源、成矿时代和矿床成因、成矿动力学背景等方面开展了较多研究,但对一些关键科学问题(如成矿作用时空演化和成矿构造背景)的认识还不太清楚并存在较大争议。本论文以华北克拉通南缘熊耳山地区的前河、店房、上宫和公峪金矿床为主要研究对象,在野外地质调查和系统采样的基础之上,对这些矿床开展了详细的矿相学研究,查明了各矿床的矿石矿物组合、结构构造以及金的赋存状态,划分了成矿期次和成矿阶段,在此基础上开展了系统的同位素年代学研究(蚀变绢云母40Ar/39Ar定年、辉钼矿Re-Os定年、石榴子石Sm-Nd等时线定年以及LA-ICP-MS锆石U-Pb定年),为熊耳山地区金矿成矿时代分布和区域成矿演化提供了新的资料。进一步对蚀变矿物和矿石矿物进行稳定同位素和稀有气体同位素分析,示踪成矿流体及物质来源,探讨金矿床与区域岩浆活动之间的成因关系以及壳源与幔源流体和成矿物质对金成矿作用的贡献。在获得大量第一手资料的基础上,结合前人对熊耳山、崤山、小秦岭地区以及华北克拉通周缘(如胶东、华北北缘等)中生代成矿作用和岩浆岩成因的研究进展,探讨华北克拉通南缘中生代金成矿作用与秦岭造山带演化以及华北克拉通破坏之间的关系。论文取得的主要认识和成果概括如下。古元古代熊耳群浅变质火山岩系和晚太古代太华群中深变质岩基底岩系是熊耳山地区重要的赋矿地层。区内大量发育的NE向断裂构造带是重要的导矿构造,由含金石英脉或构造蚀变岩组成的金矿体明显受上述断裂及其次级构造控制,其形态多以脉状、透镜状和长条状为主。前河、店房、上宫以及公峪金矿床的成矿过程大致都经历了石英-黄铁矿化阶段、金-多金属硫化物阶段以及石英-碳酸盐阶段,但金沉淀主要发生在前面两个阶段。黄铁矿是各矿床中最常见的金属矿物也是最重要的载金矿物,与其共生的矿物主要有方铅矿、闪锌矿、黄铜矿以及石英、绢云母、钾长石、绿泥石、绿帘石等。此外,在店房金矿和上宫金矿还分别发育了大量与含金黄铁矿密切共生的热液石榴子石和铁白云石。上述矿床围岩蚀变强烈,常见的围岩蚀变有硅化、绢云母化、黄铁矿化、黄铁绢英岩化、黑云母化、碳酸盐化及其组合等。其中,黄铁绢英岩化是与金成矿最为密切相关的蚀变类型。金多以自然金、银金矿以及金银矿等形式呈孤立状、细脉状分布在碎裂黄铁矿的微裂隙中或包裹于黄铁矿中。前河、店房、上宫、公峪以及崤山金矿床的成矿时代分别为134.7＋0.6～123.8＋1.3Ma、206±34～202±18Ma、236.5±2.5～.7±1.4Ma、130.7±1.5～124.0±1.0Ma和156.1±1.0Ma。结合邻区小秦岭近年来获得的成矿年代学数据,认为华北克拉通南缘存在早中生代和晚中生代两次独立的金矿成矿事件。对前河和公峪矿区内与金矿脉空间关系密切的花岗岩脉和碱性岩脉的LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果表明,其侵位时代分别为156.4＋1.2Ma～132.6±0.7Ma和236.2±1.7Ma。结合区内已有的三叠纪和晚侏罗-早白垩世的侵入岩同位素年龄数据,可以认为熊耳山地区中酸性侵入岩(脉)与该地区金矿床的形成时间基本一致。主成矿阶段形成的金属矿物和非金属矿物的C-H-O-S稳定同位素和稀有气体同位素研究为探讨成矿流体及成矿物质来源提供了重要信息。δDH2O-δ18OH2O图解显示,前河及公峪金矿床主成矿阶段的H-O同位素组成位于岩浆水附近,暗示其成矿流体可能来源于岩浆热液,晚期有大气水的混入。上宫金矿H-O同位素组成靠近变质水区域,结合上宫金矿中-低温、低盐度、富CO2的流体包裹体特征,指示其成矿流体可能以变质水为主,但不排除岩浆来源的可能。在δ18OSMOW-δ13CPDB图解中,上宫金矿床的C-O同位素组成与同区祁雨沟隐爆角砾岩型金矿床及胶东典型金矿床差异较大,但与加拿大Victorian造山型金矿省的典型造山型金矿床C-O同位素特征极为相似,进一步证明上宫金矿床的成矿流体可能以变质流体为主,成矿流体来自熊耳山南侧中晚元古代海相碳酸盐-碎屑岩地层的俯冲变质脱水。硫化物矿物的S同位素研究表明,前河、上宫金矿部分样品以及店房、公峪和崤山金矿的634s值为零值附近或者为较小的正值,总体介于-1.9～+6.84‰之间,暗示硫的来源可能都具有深源性。但需要指出的是,前河、上宫金矿床部分硫化物的fδ34S值具有明显的负值,分布范围为-18.7～-4.0%0,但并非代表了源区的特征,更可能反映了成矿流体演化过程中物理化学条件的剧烈变化,如流体沸腾造成的流体氧化事件和强烈的水-岩相互作用等。公峪、店房、上宫以及崤山金矿床黄铁矿的3He/4He值分别为0.20～1.78Ra(平均1.16Ra)、0.18～1.09Ra(平均0.62Ra)、0.03～0.95Ra(平均0.35Ra)和0.23～1.11Ra(平均0.60Ra),显著高于地壳的3He/4He比值(0.05～0.01Ra),但明显低于地幔流体的3He/4He值(7～9Ra)。He同位素的两端元模拟计算,获得成矿流体中地幔来源He的贡献率范围分别为6.39～59.12%(平均38.23%)、5.13～36.11%(平均19.27%)、0.56～31.46%(平均11.41%)和7.36～36.82%(平均19.76%),反映幔源流体不同程度地参与熊耳山地区金成矿作用。上宫金矿床成矿作用发生于中-晚三叠世,与秦岭造山带陆陆碰撞造山作用的时间相近,其矿体产出特征、典型矿石矿物组合、成矿流体特征、C-H-O-S稳定同位素组成等都与造山型金矿相似,据此将上宫金矿床的矿床类型划分为造山型金矿床。店房金矿床的形成时间与上宫金矿相近,尽管其矿床地质特征、流体包裹体特征和稳定同位素组成显示其成因可能与岩浆活动有关,成矿流体也并非来源于变质流体,但这并不否定它是造山型金矿,因为一部分造山型金矿床仍然产于侵入岩中或者岩浆热液有较大贡献。对于以前河和公峪为代表的的晚中生代金矿床,尽管其控矿构造、热液蚀变、成矿元素组合、硫同位素组成等与典型的造山型金矿床相似,但根据成矿时代与区域变质作用时间的显著差异、流体包裹体特征、成矿流体及物质来源等方面的综合分析认为,这些矿床与造山型金矿有显著差异,应属于非造山型金矿。综上所述,华北克拉通南缘熊耳山地区存在早中生代和晚中生代两次独立的构造-岩浆-成矿事件。早中生代时期的金矿床不仅在熊耳山地区产出,也出现在小秦岭和小秦岭以西的西秦岭造山带,表明这次成矿作用与秦岭造山带的形成演化有关。晚中生代的金矿床不仅在熊耳山地区广泛发育,在华北克拉通南缘的小秦岭地区也普遍存在,其成矿时间与华北克拉通东部的晚中生代断陷盆地、变质核杂岩、A型花岗岩、镁铁质-超镁铁质及花岗质岩、中基性火山岩及基性脉岩的年龄基本一致,并与华北克拉通岩石圈减薄的时间吻合。据此认为,包括熊耳山地区在内的华北克拉通南缘晚中生代金矿床是华北克拉通岩石圈减薄的响应和产物。综合考虑华北克拉通南缘及东部晚侏罗世金成矿作用及岩浆活动,推测华北克拉通南缘和东部岩石圈减薄的时间起始于中侏罗世。华北克拉通周缘中生代金成矿作用在时间上与华北克拉通广泛发育的双峰式岩浆岩、断陷盆地、变质核杂岩构造以及基性岩脉的耦合关系进一步证明,华北克拉通晚侏罗-早白垩世金成矿作用是克拉通岩石圈减薄的浅部地壳响应。由于这一时期的矿床在小秦岭以西的西秦岭造山带极少出现,结合现有的地球物理资料及已开展的金矿床研究,初步认为华北克拉通岩石圈减薄的西界大致位于小秦岭以西的蓝田-华县一带。克拉通岩石圈减薄、破坏现象是特定构造环境下大陆岩石圈演化的必然产物,并非仅仅发生在我国华北克拉通,例如北大西洋克拉通、怀俄明克拉通等均发生了不同程度的岩石圈的减薄。但华北克拉通破坏的程度高,地表构造-岩浆-成矿作用响应广泛,是前寒武纪古老克拉通破坏的典范。
【作者】唐克非；
【导师】李建威；
【作者基本信息】中国地质大学，矿物学、岩石学、矿床学，2014，博士
【关键词】熊耳山；华北克拉通南缘；金成矿作用；中生代；同位素年代学；稀有气体同位素；矿床成因；秦岭造山带；克拉通破坏；

【参考文献】
[1]田方.奉化芋艿营养成分分析及其加工保鲜技术研究[D].宁波大学,食品科学,2013,硕士.
[2]张晓骏,刘明贤,段辉,甘礼华,陈龙武.石墨烯/多孔碳复合材料的制备及其电化学性能研究[A].中国化学会.中国化学会第29届学术年会摘要集——第26分会：胶体与界面[C].中国化学会:,2014:1.
[3]王朋.团队创新氛围与团队创新绩效的关系研究：团队认同的中介作用[D].苏州大学,应用心理学,2013,硕士.
[4]张国顺.参加两个国际安全卫生会议的观感[J].中国安全科学学报.1991(01)
[5]韩珏.太阳能电池阵列模拟器的研究与设计[D].浙江大学,2006.
[6]陈晓宁.中国服务业利用FDI的影响因素研究[D].浙江工业大学,2006.
[7]李洪晨.自然资源约束下的食品市场失灵及其纠正[D].复旦大学,财政学,2012,硕士.
[8]石永旭.干部管理信息系统及业务能力评价研究与实现[D].长安大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[9]于跃.建构视野下临时过渡性建筑的地域性探讨[D].西南交通大学,建筑设计及其理论,2013,硕士.
[10]周红丽.超声二维斑点追踪技术评价系统性红斑狼疮患者左心室收缩功能[D].广西医科大学,医学影像学与核医学（专业学位）,2013,硕士.
[11]李伟那.二阶脉冲动力方程解的性态的研究[D].河北师范大学,基础数学,2013,硕士.
[12]姜良红.道德运气与社会建构[D].山东大学,外国哲学,2013,硕士.
[13]吴克强.公众参与行政决策之制度构建[D].湖南师范大学,宪法学与行政法学,2013,硕士.
[14]诸铭耀.市场主导下的大专院校高尔夫人才培养探析[D].南京体育学院,体育教育训练学,2012,硕士.
[15]孙丹丹.我国人民币远期汇率与即期汇率的关系研究[D].南京财经大学,金融学,2012,硕士.
[16]塔娜.基于最小字素的蒙古文编码系统间的互译技术研究与实践[D].吉林大学,软件工程,2012,硕士.
[17]滕艳.徐薯22插蔓特性对其生长发育及产量的影响[D].西南大学,作物栽培学与耕作学,2014,硕士.
[18]马竹梧.信息化、自动化的进展与钢铁工业自动化[A].全国冶金自动化信息网；中国计量协会冶金分会.全国冶金企业计控网络化研讨会论文集[C].全国冶金自动化信息网；中国计量协会冶金分会:,2003:12.
[19]何如.基于凹凸棒为载体的几种光催化剂的制备及其性能研究[D].南京理工大学,2014.
[20]杨爽.氨溴索对哮喘大鼠肺组织激活蛋白-1和γ-谷胺酰半胱氨酸合成酶表达的影响[D].新乡医学院,内科学,2012,硕士.
[21]申雷.茶多酚分子修饰改性及其对中式培根抗氧化作用的研究[D].南京农业大学,食品科学,2011,硕士.
[22]胡中泽.黄瓜花叶病毒在豇豆上诱导HR的无毒基因及功能域研究[D].南京农业大学,植物病理学,2013,硕士.
[23]罗忠建.弹体侵彻预损伤混凝土研究[D].南京理工大学,火炮、自动武器与弹药工程,2012,硕士.
[24]李爱芳,高贤明,党伟光,黄荣祥,邓祖平,唐和春.泽兰实蝇寄生状况及其对紫茎泽兰生长与生殖的影响[J].植物生态学报,2006,03:496-503.
[25]赵天永.乳管镜在乳腺导管内病变患者中的诊断及治疗分析[D].内蒙古大学,生物工程,2014,硕士.
[26]赵敏.1917-1927年小说中现代教育符码的想象风貌[D].山西师范大学,中国现当代文学,2013,硕士.
[27]李秀丽.基于小波变换的心电QRS波群检测算法的研究[D].山东大学,生物医学工程,2013,硕士.
[28]黄清松.广西特色旅游商品设计开发研究[D].广西师范大学,美术学,2013,硕士.
[29]孙栋,陈莉,宋亚奇.基于数据仓库的决策支持系统[J].微机发展,2005,10:56-58+61.
[30]付森茂.广东省社工机构发展现状分析[D].广西师范大学,社会工作,2013,硕士.
[31]陈志辉.知识观下的中小企业家人力资本积累研究[D].浙江大学,管理科学与工程,2003,硕士.
[32]马晓宇,王军,李勇根,李文科.基于蚂蚁追踪的叠前裂缝预测技术[J].石油地球物理勘探,2014,06:1199-1203+7.
[33]黄敏,汪定伟.基于遗传算法和排队网的串联CONWIP系统流通卡数的确定方法[J].自动化学报,2002,03:413-417.
[34]李滔.盆植生境下五种树种根际土壤微生物多样性特征研究[D].江西农业大学,林业,2012,硕士.
[35]马亮.大功率光伏并网逆变系统研究[D].北京交通大学,2012.
[36]杨源.淮北平原典型农耕区地表—地下水环境变化特征及污染风险评估[D].合肥工业大学,环境工程（专业学位）,2014,硕士.
[37]付仪.半导体/金属界面附近离子施主束缚激子体系的性质[D].河北师范大学,凝聚态物理,2013,硕士.
[38]赵伟.基层工商行政管理部门公务员素质研究[D].安徽大学,行政管理,2013,硕士.
[39]何贤国,孙国道,高家全,郑春益,梁荣华.出租车GPS大数据的道路行车可视分析[J].计算机辅助设计与图形学学报,2014,12:2163-2172.
[40]杜娇.基坑工程事故致因因素及对策措施研究[D].西安科技大学,安全技术及工程,2013,硕士.
[41]王素环.图像特征提取及其在电子商务中的应用[D].山东大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[42]戚耀元.我国铝业低碳生产投入产出模型研究[D].北方工业大学,会计学,2013,硕士.
[43]高立群,葛延峰,孔芝,邹德旋.自适应和声粒子群搜索算法[J].控制与决策,2010,07:1101-1104.
[44]尹汝泼.面向控制网络的介质访问控制相关问题研究[D].上海交通大学,2007.
[45]赤建星.当下高中语文阅读教育评价的调查研究[D].信阳师范学院,学科教学,2014,硕士.
[46]薄一楠.政府过程视角下的城乡利益均衡发展研究[D].海南大学,政治学理论,2014,硕士.
[47]杨召君.基于视频人数统计与跟踪改进算法的研究与实现[D].南京邮电大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[48]本报记者宦建新通讯员陈梓军王虎羽.宁波新思路：新常态下发挥科技强有力支撑[N].科技日报,2015-06-12009.
[49]杨军,张和生,潘成,孙伟,贾利民.一种交通信息采集传感器网络的IP互连方法[J].仪器仪表学报,2011,11:2596-2601.
[50]孔令立.红外测温技术在乙烯裂解炉温度检测中的应用[D].安徽大学,光学,2014,硕士.