山东沂沭断裂带及邻区晚中生代构造—岩浆活动与金成矿作用

【摘要】山东省位于华北克拉通东南缘,是我国重要的黄金产地之一,以沂沭断裂带为界,可分为鲁西、鲁东地区。对于山东省中生代构造-岩浆活动与金成矿作用,前人的研究主要集中于胶东地区,其次为鲁西地区,而沂沭断裂带作为华北克拉通东部最主要的大型走滑构造与骨干断裂,分别控制了上述邻沂与胶东等两个较大的金矿矿集区。论文以鲁西沂南、沂沭断裂带内龙泉站以及鲁东五莲地区金矿床及白垩纪中酸性杂岩体以及基性脉岩为研究对象,以详细的野外地质调查以及矿床地质特征分析为基础,并通过详细的矿石学、岩相学、锆石U-Pb年代学、黄铁矿Rb-Sr年代学、岩石地球化学及Sr-Nd-Pb-S-H-O-He-Ar同位素地球化学研究,探讨了与白垩纪金成矿相关的岩浆作用的成因与地球动力学背景,并对区内鲁西沂南铜井、沂沭断裂带内龙泉站以及鲁东五莲七宝山等典型金矿床开展了成矿流体、成矿物质来源的多元联合示踪研究,分析了成矿流体及成矿物质来源,结合上述研究成果探讨了区内构造-岩浆活动与金成矿等地质事件之间的成因联系,取得的主要结论如下：1.沂沐断裂带内龙泉站金矿区内发育了大量规模不等的中基性脉岩,岩性主要包括辉长岩、辉绿岩、闪长玢岩等为主。脉岩锆石LA-ICP-MSU-Pb年龄值可分为四组：2453±44-2552±47Ma、1852±44-1900±44Ma、730±8Ma及131±2Ma,其中131±2Ma代表了脉岩的形成年龄,形成于早白垩世。脉岩SiO2(47.54%～51.77%)含量变化较大,且具有较低的MgO(Mg#=40-49).Na20+K20(2.17%-3.43%).A1203(11.23%-13.58%).Cr(89.5×10-6-127×10-6).Ni(69.4×10-6-90.4×10-6)及较高的Fe203(13.57%-16.56%).Ti02(1.58%-3.20%).Ca0(8.99%-9.59%).Na2O/K20(1.77-8.03)。岩石微量元素组成(含稀土元素)富集Rb、Ba、Th、U等大离子亲石元素(LILE)和轻稀土元素(LREE),另外,岩石还相对富集高场强元素(HFSE),不具有明显的Nb、Ta、Zr、Hf负异常,岩石属于拉斑玄武岩系列岩石。脉岩(87Sr/86Sr)i(0.71019-0.71676)变化较大,对应的εNd(t)值(-8.66–4.30)与T2DM(1272-1625Ma)变化相对较小,其Sr-Nd组成位于原始地幔与大陆上地壳之间,且Nd同位素模式年龄相对于晚于华北克拉通地壳强烈的增生期,Pb同位素((206Pb/204Pb)i=17.7006-18.2049.(207Pb/204Pb)i=15.4781-15.5627.(208Pb/204Pb)i=38.2248-40.1191)变化较大,介于扬子与华北克拉通基底之间。主微量元素以及同位素综合研究结果表明,沂沭断裂带内基性脉岩为早白垩世强烈伸展背景下软流圈地幔部分熔融产生的岩浆与上地壳混染与分离结晶作用的产物。成岩构造背景与早白垩世郯庐断裂带的左行走滑所引起的岩石圈引张有关,同时也指示华北克拉通东部由挤压向伸展构造体制转换的时限不晚于130Ma。2.鲁西沂南铜井闪长玢岩为高钾钙碱性准铝质岩石,具富钠、高Mg#、富集Rb、Ba、U、Sr等大离子亲石元素(LILEs)与轻稀土元素(LREEs),亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素(HFSEs)等特征,且基本无负Eu异常。岩石富集放射性成因铅((206Pb/204Pb)i=16.917-17.956),高(87Sr/86Sr)i(0.707105-0.70788)、低εNd(t)(-15.13–10.23)。主微量元素、Sr-Nd-Pb同位素综合研究表明,沂南闪长玢岩主要起源于富集岩石圈地幔,并伴随有陆壳物质的参与。鲁东七宝山早期次火山岩属于钾玄岩系准铝质岩石,Si02含量变化范围较大,富碱、低Mg#,富集Rb、Ba、Th等大离子亲石元素(LILEs),强烈亏损Nb、Zr、Ti等高场强元素(HFSEs),无-弱负Eu异常,具有相对较高的(87Sr/86Sr)i(0.7090-0.70920),低εNd(t)(-15.17–16.41)。而晚期次火山岩则属于高钾钙碱性弱过铝质岩石,明显富硅,相对高Mg#、富钾,轻重稀土分馏程度以及稀土总量低于早期次火山岩,但重稀土相对于早期岩石偏高,且具有正Eu异常,其(87Sr/86Sr)i(0.70875-0.70879)则与早期次火山岩较为一致。主微量元素、Sr-Nd同位素综合研究表明,早期次火山岩主要来源富集地幔的部分熔融,而晚期次火山岩则主要来源于镁铁质下地壳,可能有少量的幔源组分加入。3.研究区内龙泉站蚀变岩型金矿床黄铁矿Rb-Sr等时线年龄为96±2Ma,确证了华北克拉通东南缘可能存在晚白垩世金成矿作用。沂沭断裂带西侧沂南金场矽卡岩型金矿床辉钼矿Re-Os年龄为128±1Ma,早、晚矽卡岩阶段黑云母Rb-Sr年龄分别为133±6Ma、128±2Ma,与矿区二长花岗斑岩(126～128Ma)、花岗斑岩(127Ma、133Ma两期)等LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄在误差范围内一致,二者无时差或较小(<5Ma)；铜井金矿床矿石中锆石U-Pb年代学获得与成矿关系密切的闪长玢岩的成岩年龄为129±4Ma左右,并结合区域内相邻矿床的年代学资料,推测成矿年龄为120Ma,与铜井闪长玢岩锆石U-Pb年龄(128～129Ma)基本一致,表明成岩成矿关系密切。七宝山隐爆角砾岩型金矿床单颗粒黄铁矿Rb-Sr年代(117Ma±),表明成矿时代为早白垩世产物,与区内晚期石英闪长玢岩黑云母K-Ar年龄(124.1Ma)时差较小,成岩成矿时代较为一致,为七宝山金矿成矿作用与晚期次火山岩有关提供了年代学制约。4.龙泉站含金石英脉中石英的6DH2O值为-77‰,对应的δ18OH2o值为+1.77‰～+4.07‰；七宝山金矿主成矿期热液胶结物中的石英δDG2O为-78.6‰–48.14‰,δ18OH2O值为+3.05‰～+5.77‰；沂南铜井形成金的石英-硫化物阶段石英的H-O同位素组成为δDH2O=-87‰,δ18OH2O=-0.4‰区内金矿主成矿期成矿流体主要来源于岩浆水。龙泉站金矿黄铁矿流体包裹体He-Ar同位素组成3He/4He(R/Ra)为0.14-0.78Ra,40Ar/36Ar比值为482-1811,40Ar*/4He比值为0.078～0.272；沂南金矿3He/4He(R/Ra)比值为0.11-1.02,40Ar/36Ar为364-458,40Ar*/4He比值为0.154～0.735；七宝山3He/4He(R/Ra)为0.187-0.194Ra,40Ar/36Ar比值为291-842,40Ar*/4He比值为0-0.04。根据根据壳-幔混合二元模型计算得到龙泉站金矿幔源He所占比例为1.6-9.6%,沂南金矿为1.3-12.6%,七宝山为2.3%。龙泉站金矿放射成因的Ar的比例范围为38.7%～83.7%,沂南铜井金矿为18.8%～35.5%,七宝山金矿为0～64.9%,上述三个矿床中对应的大气Ar的贡献率分别为16.3%～61.3%、64.5%～81.2%、35.1%～100%,上述结果显示龙泉站金矿大气Ar与放射性成因Ar的贡献率差别不大,而沂南与七宝山金矿的放射性成因Ar的参与量远小于大气Ar。综上所述,区内龙泉站金矿主要为壳源流体,沂南金矿成矿流体为壳幔混合成因流体,其幔源组分参与的比例与胶东地区金矿类似,而七宝山金矿则以大气降水为主。另外,七宝山与沂南金矿成矿流体中均有大气降水参与,从而表现出相对较低的40Ar/36Ar,与胶莱盆地内的蓬家夼、发云夼金矿成矿流体的He-Ar同位素组成较为类似。区内龙泉站、沂南铜井以及七宝山金矿床硫化物的δ34S分别为0.9%o-4.4‰、1.53%o-5.6%o和0.3‰～5.89‰,具有岩浆硫的特征。龙泉站金矿3硫化物的n(206Pb)/n(204Pb)=15.779-19.037,n(207Pb)/n(204Pb)=15.076-15.643,n(208Pb)/n(204Pb)=36.744-40.488,3件赋矿围岩(新太古代二长花岗岩)校正后为(206Pb/204Pb)i=15.40-17.754,(207Pb/204Pb)i=15.053-15.472,(208Pb/204Pb)i=35.734-37.801,龙泉站金矿床Pb同位素组成与校正后的围岩Pb同位素组成具有明显的差别,研究表明成矿物质主要来源于壳源；沂南铜井金矿床的10件硫化物的n(206Pb)/n(204Pb)=19.04-23.08,n(207Pb)/n(204Pb):15.69-16.30,n(208Pb)/n(204Pb)=38.40-41.46,与成矿关系密切的2件闪长玢岩的Pb同位素组成为n(206Pb)/n(204Pb)=17.855-17.956,n(207Pb)/n(204Pb)=15.505-15.528,n(208Pb)/n(204Pb)=37.826-37.883,沂南铜井金矿床硫化物的Pb同位素组成明显大于校正后闪长玢岩的Pb同位素组成,但二者Pb呈明显的线性分布趋势,表明矿石Pb主要由成矿母岩以及富集放射性成因Pb的地壳物质等两端元混合而成；七宝山金矿7件硫化物的n(206Pb)/n(204Pb)=16.624-17.725,n(207Pb)/n(204Pb)=15.238-15.512,n(208Pb)/n(204Pb)=36.414-37.721,矿区内早白垩世石英二长岩、安山玢岩与粗面岩的Pb同位素组成为n(206Pb)/n(204Pb)=16.485-17.056,n(207Pb)/n(204Pb)=15.149-15.388,n(208Pb)/n(204Pb)=36.445-37.484,七宝山金矿床Pb同位素组成与区内晚期火山-次火山岩Pb同位素组成基本相似,反映二者具有成因关系,也即成矿物质主要来源于岩浆活动。5.高精度成岩成矿年代学表明研究区内金矿主要存在两期成矿作用,分别为早白垩世与晚白垩世,与早白垩世金矿成矿有关的岩体成岩时代略早或同期,为早白垩世引张背景下富集地幔或地壳来源的浅成次火山侵入杂岩,属于高钾钙碱性系列岩石。金矿成矿流体与成矿物质与岩浆活动关系密切。尽管目前沂沭断裂带内晚白垩世矿内没有发现与金成矿作用关系密切的岩浆活动,但矿床地球化学特征指示金矿成矿流体与成矿物质均具有岩浆来源特征。根据矿床的矿化蚀变与岩浆活动的时空及成因关系,论文建立了沂沭断裂带及邻区早白垩世矽卡岩型金铜矿床+隐爆角砾岩型金铜矿床以及晚白垩世与岩浆热液有关的蚀变岩型金矿床的两阶段成矿模式。
【作者】石文杰；
【导师】魏俊浩；
【作者基本信息】中国地质大学，矿产普查与勘探，2014，博士
【关键词】胶东；鲁西；沂沭断裂带；锆石U-Pb年代学；Sr-Nd-Pb-S同位素；黄铁矿Rb-Sr年代学；He-Ar同位素；

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