敖汉旗金厂沟梁金矿床地质特征及成矿时代

张伟波，侯万荣，聂凤军，曹毅，王丰翔，丁成武

1)中国地质调查局发展研究中心，北京，100037；2)中国地质科学院矿产资源研究所，北京，100037；3)武警黄金第二支队，呼和浩特，010010

内容提要: 金厂沟梁金矿床是华北克拉通北缘中段的一个重要的大型金矿床。本文分别对与58号脉相互穿插的黑云粗安岩和与成矿具有密切关系的对面沟花岗闪长岩复式岩株进行了定年工作。锆石LA-ICP-MS U-Pb测年结果表明，黑云粗安岩的结晶年龄为131.7±1.1Ma，对面沟花岗闪长岩复式岩株的成岩年龄为142.65±0.44～138.7±1.2Ma，由此限定金厂沟梁金矿床的主成矿期在142.7～131.7Ma之间。金矿化作用与岩浆作用同期或稍晚，由含矿热液运移富集成矿元素而成矿。该矿床为岩浆热液型金矿床，成岩成矿作用与燕山晚期中国东部发生的岩石圈减薄作用密切相关。

金厂沟梁金矿床位于内蒙古赤峰市东南158km敖汉旗境内，中心地理坐标为东经120°16′35″，北纬41°58′12″。是华北克拉通北缘新太古代花岗—绿岩带中的一个大型脉状金矿床。自新中国成立以来，累计探明金资源量约44t。

前人对金厂沟梁地区的岩体和岩脉的成岩年代、岩石地球化学特征及其与成矿的关系进行过大量的研究(王建平等，1992；王时麒等，1994；陈军强等，2005；宋维民等，2009)。不同学者关于本区重要岩体及金矿的成岩成矿时代方面存在一些分歧和争论，周乃武(2000)结合基础地质研究，并整理前人在该区测试分析所得的各类年龄数据后，提出本区金成矿主期为141.7～135.26Ma。王建平(1992)对蚀变岩全岩K-Ar同位素年龄进行了测定，得出了121.71～100.02Ma等6个结果，他认为成矿时限为121.71～117.74Ma。以往的用于限定成矿时代的年龄数据主要以蚀变矿物的K-Ar或Ar-Ar同位素年龄为基础，这些数据存在有较大的误差，因此需要进一步地对金厂沟梁金矿床精确的成矿时代进行厘定。

鉴于此，本文选取与金矿成矿具有密切关系的对面沟花岗闪长岩复式岩株和与58号脉有相互穿插关系的黑云粗安岩脉，开展了岩体及岩脉的锆石LA-ICP-MS U-Pb测年工作，通过精确地年龄测定，更有效地限定金矿主期的成矿年龄，为金厂沟梁地区成矿作用的研究提供基础资料和新的思路。

1 区域及矿区地质概况

金厂沟梁金矿床的大地构造位置位于兴蒙造山带和华北克拉通两大构造单元的交接地带，金矿床地处华北克拉通北缘中段的赤峰—开原大断裂与承德—北票大断裂之间的努鲁儿虎隆起带东北部龙潭地块内。地块内古老基底长期隆起，经历了吕梁、加里东、海西及燕山等多次构造活动的影响，构造形态复杂，岩浆活动强烈，断裂构造发育。

区内出露的地层以太古宇变质岩系为主，有少量元古宇和中—新生界分布。太古宇地层主要沿努鲁尔虎隆起带中央花岗岩两侧沿北东东—南西西向分布，主要为新太古宇建平群小塔子沟组，由斜长角闪岩、斜长角闪片麻岩、紫苏透辉麻粒岩等深变质岩组成，具有不同程度混合岩化。小塔子沟组变质岩是金厂沟梁金矿床最主要的赋矿围岩，在东、西矿区皆有广泛分布。此外，在矿区的周围还零星分布有中元古宇浅变质沉积建造，上古生界泥盆系、石炭系火山—沉积岩建造，中生界侏罗系陆相碎屑岩及火山岩建造、白垩系火山碎屑岩建造等(图1)。

图1 敖汉旗金厂沟梁金矿床地质简图(据王建平等，1998修编)Fig. 1 The sketch geological map of the Jinchanggouliang gold deposit, Aohan Banner, Inner Mongolia(from Wang Jianping et al., 1998)K1—早白垩纪火山岩；J1—晚侏罗纪流纹岩；Ar3—太古宙片麻岩；πγ—对面沟似斑状花岗闪长岩；γ—对面沟花岗岩闪长岩；η—金厂沟梁片麻状二长花岗岩；η—西台子似斑状二长花岗岩 K1—Early Cretaceous volcanic; J1—Late Jurassic rhyolite; Ar3—Archean gneiss; πγ—Duimiangou porphyritic granodiorite; γ—Duimiangou granite diorite; η—Jinchanggouliang gneissic monzogranite; —Xitaizi porphyritic monzogranite

金厂沟梁矿区以断裂构造为主要的构造形式，这些断裂构造绝大多数形成于燕山期，几乎所有矿脉都受断裂控制，而后又被成矿后构造切割和改造(周乃武，2000；杨洪英等，1998)。其中南北向与北西向两组断裂是在原两组共轭剪切节理的基础上发育而形成的菱形格子状断裂。这两组断裂在成矿前、成矿时、成矿后均有活动。成矿前为压扭性断裂，岩石发生破碎，为成矿提供了赋存空间；成矿后又活动形成断层泥，可作为重要找矿标志(牛树银等，2011)。北北东向断裂以头道沟断裂为代表，该组断裂形成最晚，斜贯金厂沟梁矿区、切割矿区的地层和岩石，并将金厂沟梁矿区分割成东、西两个矿区(图1)。

区内发育有多期次的侵入岩，岩性复杂，岩浆活动频繁，出露广泛，主要分布在矿区的南部和东南部。侵入岩主要包括金厂沟梁片麻状花岗岩、西台子中粗粒似斑状二长花岗岩、对面沟中细粒花岗闪长岩与斑状花岗闪长岩、娄上含辉石石英闪长岩与闪长玢岩、西对面沟似斑状花岗闪长岩与细粒花岗闪长岩等。对面沟岩体位于金厂沟梁金矿南侧，出露面积6km2。该岩体总体上可以分为边缘相和中间相两部分，边部岩相为中细粒花岗闪长岩，内部岩相为斑状花岗闪长岩(图1)。

金厂沟梁金矿床与二道沟金矿床、长皋沟金矿床围绕西对面沟岩体分布，共同组成金厂沟梁—二道沟金矿田。金厂沟梁金矿床全区共发现大小矿脉40余条(图1)，除26号脉部分裸露外，多数矿脉被第四系覆盖(牛树银等，2011)。矿脉一般长30～1000m，厚0.3～1.0m，平均品位7.67×10-6～19.45×10-6。矿脉的产状有三组方向，北西向、近南北向和近东西向。金厂沟梁金矿床的矿化类型有硫化物及富硫化物—石英脉型、富硫化物蚀变岩型。矿石矿物主要有黄铁矿、黄铜矿，其次为方铅矿、闪锌矿、斑铜矿、黝铜矿、白铁矿等，金矿物主要是自然金、自然银和银金矿等，脉石矿物以石英为主，其次为绿泥石、绢云母、碳酸盐矿物和冰长石等。矿石结构有自形—半自形粒状结构、他形充填结构、交代结构、乳滴状结构和压碎结构等；矿石的构造有块状构造、浸染状构造、碎裂—角砾状构造、晶洞状构造、条带状构造和细脉—网脉状构造等。围岩蚀变特征主要有绿泥石化、绢云母化、硅化、冰长石化和碳酸盐化等，其中与成矿作用关系密切的蚀变主要是绢云母化，其次为绿泥石化和硅化，碳酸盐化不具成矿性。

图2 敖汉旗金厂沟梁金矿床对面沟细粒花岗闪长岩(样品号TJG7)锆石CL图像和U-Pb 测年谐和图解Fig. 2 CL images and U-Pb Concordia diagram, weighted mean model age diagram of the Zircon from Duimiangou fine grained granodiorite(sample No. TJG7) in Jinchanggouliang gold deposit, Aohan Banner, Inner Mongolia

2 样品采集与分析方法

对面沟细粒花岗闪长岩样品(TJG7)的具体采样位置为对面沟岩体边缘相部位，地理坐标为120°18′52.15″E，41°57′2.41″N。锆石样品多呈等轴状—长柱状，晶形较为完整，晶面比较干净，粒度中等，在40～120μm之间，发育韵律环带结构，具有明显的岩浆锆石特点(图2a)。

图3 敖汉旗金厂沟梁金矿床对面沟似斑状花岗闪长岩(样品号J19)锆石CL图像和U-Pb 测年谐和图解Fig. 3 CL images, U-Pb Concordia diagram, weighted mean model age diagram of the Zircon from Duimiangou porphyritic granodiorite in Jinchanggouliang gold deposit, Aohan Banner, Inner Mongolia

对面沟似斑状花岗闪长岩样品采样位置为对面沟岩体中间相部位，地理坐标分别为120°17′25.30″E，41°57′57.11″N(J19)；120°17′23.26″E，41°57′58.24″N (J20)。样品J19锆石多呈等轴状，少数为长柱状，晶形较为完整，晶面比较干净，大小在50～300μm之间，多数为80～100μm，发育韵律环带结构，具有明显的岩浆锆石特点(图3a)。样品J20锆石多呈短柱状—等轴状，少数为长柱状，晶形较为完整，粒度中等，长轴大小在30～280μm之间，多数在80μm左右，发育韵律环带结构，具有明显的岩浆锆石特点(图4a)。

图 4 敖汉旗金厂沟梁金矿床对面沟似斑状花岗闪长岩(样品号J20)锆石CL图像和U-Pb 测年谐和图解Fig. 4 CL images, U-Pb Concordia diagram, weighted mean model age diagram of the Zircon from Duimiangou porphyritic granodiorite in Jinchanggouliang gold deposit, Aohan Banner, Inner Mongolia

黑云粗安斑岩样品(JCG581)采自金厂沟梁金矿区一采区十五中段(130m)15～58穿掌子面的与58号脉相互穿插的黑云粗安斑岩。锆石样品多呈等轴状—短柱状，晶形较为完整，晶面比较干净，粒度中等，在50～240μm之间，多数为100μm±，发育韵律环带结构，具有明显的岩浆锆石特点(图5a)。

图5 敖汉旗金厂沟梁黑云粗安岩(样品号JCG581)锆石CL图像和U-Pb 测年谐和图解Fig. 5 CL images， U-Pb ages concordia diagram, weighted mean model age diagram of the zircon from biotite trachyandesite in Jinchanggouliang gold deposit, Aohan Banner, Inner Mongolia

样品分选采用常规方法进行粉碎，用浮选和电磁选方法进行分选，再在双目镜下挑选出晶形和透明度较好的锆石颗粒作为测定对象。用双面胶将挑选出的锆石粘附, 再用无色透明的环氧树脂充分固定, 最后磨制抛光使锆石内部得以充分暴露然后进行锆石显微CL显微图像和LA-ICP-MS分析。

LA-ICP-MS锆石U-Pb定年测试分析在中国地质科学院矿产资源研究所MC-ICP-MS实验室完成，锆石定年分析所用仪器为Finnigan Neptune型MC-ICP-MS及与之配套的Newwave UP213激光剥蚀系统。激光剥蚀所用斑束直径为25μm，频率为10Hz，能量密度约为2.5J/cm2，以He为载气。均匀锆石颗粒n(207Pb)/n(206Pb)、n(206Pb)/n(238U)、n(207Pb)/n(235U)的测试精度(2σ)均为2%左右，对锆石标准的定年精度和准确度在1%(2σ)左右。锆石U-Pb定年以锆石GJ-1为外标，U、Th含量以锆石M127(U 923×10-6，Th 439×10-6，Th/U 0.475)(Nasdala et al.,2008)为外标进行校正。数据处理采用ICPMSDataCal4.3程序(Liu et al.,2008)，测量过程中绝大多数分析点n(206Pb)/n(204Pb)>1000，未进行普通铅校正。锆石年龄谐和图用Isoplot3.0程序获得。详细实验测试过程参见侯可军等(2009)。

3 分析结果

对对面沟细粒花岗闪长岩样品(TJG7)中的20粒锆石进行了LA-ICP-MS铀—铅同位素测年，每粒锆石1个点，锆石中铀、钍含量变化较大，铀为77.39×10-6～2488.18×10-6，钍为82.22×10-6～2025.76×10-6，Th/U比值为0.54～3.16，均大于0.5，具有岩浆锆石的特点(表1)。其中10个测点可以给出一组年龄数据，其n(206Pb)/n(238U)加权平均年龄值为138.7±1.2Ma(MSWD=3.3)(图2b)，代表细粒花岗闪长岩的结晶年龄。

对对面沟似斑状花岗闪长岩样品J19中的20粒锆石进行了LA-ICP-MS铀—铅同位素测年，每粒锆石1个点，锆石中铀、钍含量变化较大，铀为61.18×10-6～240.4×10-6，平均148.94×10-6，钍为27.42×10-6～315.60×10-6，平均136.28×10-6，Th/U比值为0.16～1.36，平均0.91，多数大于0.5，具有岩浆锆石的特点(表1)，其中13个测点可以给出组成很好的一组年龄数据，其n(206Pb)/n(238U)加权平均年龄值为142.65±0.44Ma(MSWD=0.94)(图3b)，代表似斑状花岗闪长岩的结晶年龄。对样品J20中的20粒锆石进行了LA-ICP-MS铀—铅同位素测年，每粒锆石1个点，锆石中铀、钍含量变化较大，铀为60.78×10-6～292×10-6，平均182.65×10-6，钍为39.28×10-6～503.5×10-6，平均179.47×10-6，Th/U比值为0.65～1.72，平均1.02，均大于0.5，具有岩浆锆石的特点(表1)。其中的15个测点组成很好的一组年龄数据，其n(206Pb)/n(238U)加权平均年龄值为140.86±0.71Ma(MSWD=2.2)(图4b)，代表似斑状花岗闪长岩的结晶年龄。两个样品的测试结果在误差范围内基本一致，可代表似斑状花岗闪长岩的成岩年龄：142.65±0.44～140.86±0.71Ma，2个年龄数据存在一个变化范围，可能反映岩石就位有一个时间过程。

对黑云粗安斑岩样品(JCG581)中的20粒锆石进行了LA-ICP-MS铀—铅同位素测年，每粒锆石1个点，锆石中铀、钍含量变化较大，铀为61×10-6～487.59×10-6，钍为38.92×10-6～451.92×10-6，Th/U比值为0.57～1.66，均大于0.5，具有岩浆锆石的特点(表1)，其中12个测点组成很好的一组年龄数据，其n(206Pb)/n(238U)加权平均年龄值为131.7±1.1Ma(MSWD=1.9)(图5b)，代表黑云粗安斑岩的结晶年龄。

4 讨论

此前学者们通过对金厂沟梁金矿床进行了不同角度的研究，认为其成矿作用主要与燕山期岩浆作用有关，矿床中硫具有深源特征(李强之，1990；褚金锁等，2000)；流体包裹体的研究结果显示成矿流体为中、低盐度，矿床形成于中高温高氧逸度近于中性的环境(刘纲，1996)，成矿物质则可能来源于深部或者幔源(褚金锁等，2000；苗来成等，2003；陈军强等，2005；宋维民等，2009)。金厂沟梁矿田范围内金厂沟梁、二道沟、长皋沟三个金矿床围绕对面沟花岗闪长岩分布，矿脉距离岩体在0.5～4km范围内，成矿成岩时代相近，多数研究者认为成矿主要与对面沟岩体有关。

本次测得的黑云粗安斑岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄为131.7±1.1Ma，基本代表了黑云粗安斑岩的成岩年龄，该年龄数据接近或略晚于成矿年龄。对面沟花岗闪长岩复式岩株年龄为142.65±0.44～138.7±1.2Ma，这两组数据说明金厂沟梁金矿成矿发生在142.7～131.7Ma左右，成岩成矿年龄相差不超11Ma，这说明金矿化作用与岩浆作用同期或稍晚，由含矿热液运移富集成矿元素而成矿。

金厂沟梁金矿成矿作用发生在142.7～131.7 Ma之间，结合燕山晚期中国东部发生的大规模岩石圈减薄作用大背景，(Fan WM et al., 1992；Menzies et al.,1993；吴福元等，1999；翟明国等，2003；邓晋福等，2006；周新华，2009)，燕山期的构造作用造成下地壳的重熔活化(张长春等，2002)，不仅引发了强烈而广泛的岩浆作用，还导致壳—幔物质发生大比例混合，形成大规模的流体作用。金厂沟梁金矿床应该就是在这种相对张性的大环境背景下形成的。在张性背景下，地壳发生破裂，岩浆活动进入高峰期，各类侵入岩在金厂沟梁、对面沟相继侵入，其中对面沟花岗闪长岩成岩深度较深，在侵入过程中，从深部带上丰富的成矿物质，在岩浆期后，深部含矿流体的大量积聚，在岩浆热和流体压力驱动下，大量含矿流体与地下水、变质水混合，并在运移过程中从含金丰度很高的变质岩及火山岩中的萃取成矿物质，形成富金流体，并在适当的构造条件下沉淀形成金厂沟梁金矿床。

表1 敖汉旗金厂沟梁金矿区对面沟细粒花岗闪长岩(TJG7)似斑状花岗闪长岩(J19、J20)和金厂沟梁黑云粗安岩(JCG581)锆石LA-ICP-MS U-Pb分析结果Table1 LA-ICP-MS zircon U-Pb analyses data of Duimiangou fine grained granodiorite(TJG7)， porphyritic granodiorite (J19，J20) and Jinchanggouliang biotite trachyandesite(JCG581) in the Jinchanggouliang gold deposit, Aohan Banner

(续表1)

注：样品由中国地质科学院矿产资源研究所同位素实验室测定。

5 结论

(1) 对面沟细粒花岗闪长岩的锆石LA-ICP-MS U-Pb加权平均年龄值为138.7±1.2Ma(MSWD=3.3)，代表细粒花岗闪长岩的结晶年龄。对面沟似斑状花岗闪长岩的成岩年龄为142.65±0.44～140.86±0.71Ma。说明对面沟花岗闪长岩复式岩株的成岩年龄为142.65±0.44～138.7±1.2Ma。

(2) 与58号矿脉相互切穿的黑云粗安岩脉的锆石LA-ICP-MS U-Pb加权平均年龄值为131.7±1.1Ma(MSWD=1.9)。两组年龄数据为准确的限定成矿年代提供了重要的依据，说明金厂沟梁金矿成矿发生在142.7～131.7Ma之间。

(3) 金厂沟梁金矿床与对面沟花岗闪长岩关系密切，在燕山晚期相对张性环境背景下，对面沟岩浆活动将深部成矿物质带到有利构造部位，在运移过程中萃取一部分变质岩围岩中的成矿物质，最终在有利的环境沉淀而成矿。

致谢:野外地质工作得到了内蒙古赤峰国土局和金陶股份有限公司一些同志的大力帮助, 中国地质科学院矿产资源研究所盛继福研究员和石家庄经济学院牛树银教授对本文进行了审阅并提出了宝贵的建议, 在此一并表示衷心的感谢!