黑龙江东部那丹哈达地体燕山期金铜成矿系统——中生代岩浆作用与成矿背景

张国宾,何云龙,杨言辰,孔金贵,冯玥,陈兴凯

1) 辽宁工程技术大学矿业学院,辽宁阜新, 123000;2) 吉林大学地球科学学院,长春,130061; 3) 江苏煤炭地质物测队,南京, 210000

内容提要:黑龙江东部那丹哈达地体位于锡霍特—阿林造山带中部西缘,中生代以来发生了剧烈的构造—岩浆—成矿作用,发育有热泉型、火山热液型、浅成低温热液型以及矽卡岩型等铜金矿床。笔者等在详细的野外地质调查基础上,对四平山、先锋北山、258高地和跃进山4个典型矿床的成矿岩体进行主量元素、稀土、微量元素地球化学特征分析以及锆石U-Pb年代学研究,旨在探讨研究区燕山期铜金成矿构造背景与成矿模式。研究结果表明,四平山金矿床、先锋北山金矿床、258高地金矿床和跃进山铜金矿床成矿岩体的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄分别为122.5±1.1 Ma、117.0±0.4 Ma、116.9±0.8 Ma和115.7±1.1 Ma,矿床成矿时代属于早白垩世晚期。4个矿床的成矿岩体具有相似的岩石地球化学特征,属于中分异I型花岗岩,岩浆来源于地壳物质部分熔融源区,形成于碰撞后构造背景。结合矿床地质背景、锆石U-Pb年代学特征、地球化学特征以及区域构造演化,笔者等认为四平山金矿床、先锋北山金矿床、258高地金矿床和跃进山铜金矿床的成矿时代基本一致,成因均与燕山期中酸性岩浆相关,属于同一成矿系列,铜金成矿作用与古太平洋板块俯冲作用密切相关。

那丹哈达地体又称完达山地体,大地构造位置处于中亚造山带东缘,锡霍特—阿林造山带中部西缘(图1a)(Bi Junhui et al., 2017; Zheng Han et al., 2019),是中亚造山带东缘和太平洋构造域的叠加部位,为我国典型的蛇绿岩发育地区之一(Zhou Jianbo et al., 2014;刘永江等,2019;李伟民等,2020; Liang Yong et al., 2021, 2023)。那丹哈达地体由具有洋壳组合特征的晚三叠世—中侏罗世超镁铁质岩、镁铁质堆晶岩、枕状玄武岩、硅质岩、泥质硅质岩以及粉砂岩等组成,发育有饶河杂岩和跃进山杂岩两套构造混杂岩,被认为是古太平洋板块俯冲增生作用的产物,是探讨古太平洋板块俯冲增生作用的最佳场所(周建波等,2016, 2018;李三忠等,2017;Zhou Jianbo and Li Long, 2017; Zhang Duo et al., 2020;韩伟等,2020; Wang Yini et al., 2022)。由于受到古太平洋板块俯冲活动影响,研究区自中生代以来发生了剧烈的构造—岩浆—成矿作用,其中以燕山期中酸性岩浆活动最为强烈,并伴随有大量金属矿产产出,如四平山金矿床、先锋北山金矿床、258高地金矿床、跃进山铜金矿床、358高地金矿床、河口林场锡铅矿床等,具有较好的找矿前景。近年来,众多学者围绕燕山期金多金属矿床开展了大量的研究工作(Zhang Guobin et al., 2013;王庆双等,2015a;韦延兰等,2015;王庆磊等,2015;谈艳等,2016;王硕等,2017;郝宇杰等,2020; Wang Qingshuang et al., 2021; Zhang Yong et al., 2022),主要针对单个矿床的成岩(矿)时代、物质来源、构造背景、矿床成因等进行研究,没有从成矿系统的角度整体探讨那丹哈达地体燕山期金铜矿成矿作用和成矿模式,在一定程度上制约了区域找矿工作的进一步开展。基于此,笔者等以那丹哈达地体燕山期金铜矿床为研究对象,通过系统的岩石地球化学、锆石U-Pb同位素年代学、成矿流体地球化学研究,建立那丹哈达地体燕山期中酸性岩浆岩金铜多金属成矿系统,探讨其成矿构造背景和成矿模式,为区域找矿工作提供理论依据。

1 区域成矿背景

那丹哈达地体位于黑龙江省东部,西以跃进山断裂为界,南以敦化—密山断裂为界,北至小佳河镇胜利农场,东至乌苏里江边与俄罗斯远东地区的锡霍特—阿林地体相隔,是那丹哈达—锡霍特—阿林超地体的重要组成部分,为中国东部中生代海相沉积地层发育最为完整的地区(李三忠等,2017;张国宾等,2017;周建波等,2018;黄迪颖等,2021; Lan Haoyuan et al., 2022)。区内缺失太古宇和古生界的古老地层,主要发育上三叠统大佳河组、上三叠统—下侏罗统大岭桥组、下侏罗统大架山组、下侏罗统白鹤山组、下侏罗统永福桥组、中侏罗统南大塔山组、上侏罗统曙光组、下白垩统皮克山组、上白垩统大塔山林场组以及第四系等中—新生代地层。研究区构造活动强烈,发育一系列NW、NNE和NE向的断裂构造和大量的褶皱变形,经历了敦密断裂左旋走滑活动和锡霍特—阿林整体旋转两期构造活动,地体构造线方向在南部为NW向、中部为NNW向、北部为NNE向,平面上形成近南北向略向西突出的弧形构造格局(图1b)(万阔,2017)。区域岩浆岩极为发育,主要有晚古生代基性—超基性岩、早中生代基性—超基性岩和晚中生代酸性岩浆岩。其中,晚中生代中酸性岩浆岩主要由中酸性侵入岩和中酸性火山岩组成,与燕山期的铜金成矿作用关系密切。中酸性侵入岩主要出露于蛤蚂河至太平村一带以及蛤蟆通水库和东方红镇西北部,代表岩体有:哈蚂河岩体、太平村岩体、三元坝岩体、蛤蟆通岩体和尖山子岩体,岩性主要为花岗闪长岩、二长花岗岩、花岗斑岩、正长花岗岩、斜长花岗岩等;中酸性火山岩主要分布于研究区南部的大塔山林场组和皮克山组地层中,岩性以流纹岩、流纹质凝灰岩、流纹质凝灰熔岩、流纹质角砾凝灰岩、热液角砾岩、英安质流纹岩为主。

2 典型矿床地质特征

2.1 四平山金矿床

虎林县四平山金矿床位于那丹哈达地体东部,矿区出露地层为上三叠统大佳河组、上三叠—下侏罗统大岭桥组、下侏罗统大架山组、上白垩统四平山组、上白垩统大塔山林场组以及第四系。区内构造十分发育,矿区北部和西部发育4个背斜构造、3个向斜构造。矿区岩浆岩不发育,岩石类型主要为流纹岩、流纹质凝灰熔岩和枕状熔岩,其中枕状熔岩体大多被后期断裂切割成三角形或菱形体。目前矿区已探明3个含矿层,上部含矿层共圈定5条金矿体,主矿体长约278 m,宽约100 m,厚3.00～15.24 m,金品位1.22～5.77 g/t,平均金品位3.17 g/t,呈层状近水平状产出于热泉成因的硅质岩中;中部含矿层共圈定3条金矿体,主矿体长约150 m,宽约25 m,厚1.0～5.1 m,金品位1.15～22.40 g/t,平均金品位7.57 g/t,呈缓倾斜层状产出于泉胶砾岩中;下部含矿层共圈定8条金矿体,主矿体长约540 m,宽约300 m,厚0.98～3.00 m,金品位1.04～10.11 g/t,平均金品位3.24 g/t,呈缓倾斜层状产出于硅化流纹岩内(Zhang Guobin et al., 2013)。矿石多呈层纹状、条纹—条带状、块状、网脉状、角砾状构造。金属矿物以黄铁矿为主,银金矿、自然金、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿、褐铁矿、白铁矿、方铅矿等次之;脉石矿物主要为玉髓和微晶石英,其次有长石、蛋白石、碳酸盐和黏土等。矿区围岩蚀变类型主要有硅化、绿泥石化、绢云母化、叶蜡石化、碳酸盐化等,其中硅化与金矿化关系最为密切。

2.2先锋北山金矿床

虎林县先锋北山金矿床位于那丹哈达地体西南部尖山子岩体内,矿区出露地层为下白垩统皮克山组流纹岩、流纹质凝灰岩、英安岩等中酸性火山岩以及第四系全新统砂砾岩、砂岩。矿区断裂构造可划分为NE向、EW向和NW向3组不同方向。NE向断裂由一系列平行断裂组成,是成矿前构造;EW向断裂控制着数条张性构造角砾岩带,是主要含矿构造;NW向断裂多为张性断裂,该构造与EW向断裂交汇之处构成矿区最有利的金矿赋存部位。矿区内侵入岩发育较少,多呈岩基、岩株或岩脉状产出,岩性以花岗岩和闪长玢岩为主。目前矿区已探明三条金矿化带,I号金矿化带共圈定5条金矿体,其中主矿体I-2号长约30 m,宽约2.5 m,斜深130 m,平均厚度1.92 m,金品位为1.04～8.25 g/t,平均金品位为4.88 g/t,走向NE,倾向S,呈脉状、透镜状产出于玉髓状石英脉中;II号金矿化带共圈定7条金矿体,其中主矿体II-2号长约50 m,宽约2.5 m,斜深80 m,平均厚度2.0 m,金品位为0.29～15.82 g/t,平均金品位为5.2 g/t,走向NE,倾向S,呈脉状、透镜状产出于玉髓状石英脉中;III号金矿化带共圈定7条金矿体,其中主矿体III-3号长约30 m,宽约1 m,平均厚度4.42 m,金品位1.03～10.69 g/t,平均金品位5.97 g/t,走向NNW,倾向S,呈脉状产出于玉髓状石英脉中。矿石呈网脉状、浸染状、细脉浸染状和条带状构造。金属矿物主要为自然金、黄铜矿、赤铁矿、磁铁矿和闪锌矿,脉石矿物为石英。矿区围岩蚀变类型主要有硅化、绢云母化、绿泥石化、碳酸盐化和叶腊石化,其中硅化与金矿化关系最为密切。

2.3 258高地金矿床

饶河县258高地金矿床位于那丹哈达地体东北部蛤蚂河岩体内,矿区出露地层较少,仅见第四系更新统冲—湖积层和全新统漫滩堆积物。矿区NW向和NNE向构造较为发育,NW向构造控制着矿化带和矿体的空间展布,是区内主要控矿构造;NNE向构造是NW向断裂的次级构造,在一定程度上影响了金矿体的富集。区域侵入岩十分发育,岩石类型主要有白垩纪似斑状二长花岗岩、黑云母花岗闪长岩、闪长玢岩和少量的蚀变碎裂花岗岩。目前矿区已探明4条金矿化带,I号金矿化带共圈定2条金矿体,主矿体宽约2 m,长度未封闭,金品位为1.18～2.16 g/t,走向NW,倾向NE,主要赋存于蚀变碎裂花岗岩和二长花岗岩中;II号金矿化带共圈定5条金矿体,主矿体长150～250 m,宽2～10 m,金品位为1.23～8.28 g/t,走向NW,倾向NE,主要赋存于二长花岗岩、闪长玢岩和蚀变碎裂花岗岩中;III号金矿化带共圈定2条金矿体,主矿体长约160 m,宽1～2 m,金品位为1.09～1.89 g/t,走向NW,倾向WS,呈脉状和蜂窝状赋存于蚀变碎裂花岗岩和闪长玢岩中;Ⅳ号金矿化带仅圈定1条矿体,矿体长约160 m,宽约2 m,平均金品位为2.66 g/t,走向NW,倾向WS,主要赋存于硅化、褐铁矿化花岗闪长岩中。矿石多呈块状、囊状、稀疏浸染状和细脉状构造,金属矿物主要有黄铁矿、黄铜矿和少量的闪锌矿。围岩蚀变类型以硅化、绢云母化、高岭土化、绿泥石化为主。

2.4 跃进山铜金矿床

宝清县跃进山铜金矿床位于那丹哈达地体西南部,矿区出露地层主要为上三叠—下侏罗统大岭桥组和第四系。矿区构造较为发育,以NW向和NE向构造为主,其中NW向构造控制着铜金矿体的空间展布,是区域主要控矿构造。矿区内侵入岩发育,主要为晚古生代的橄榄岩、辉长岩、辉石岩和晚中生代的花岗闪长岩、花岗斑岩。目前矿区已发现3条铜金矿化带,I号矿化带规模最大,位于矿区东北部,长约3000 m,宽约100 m,共圈定出3条铜矿体和1条金矿体。铜矿体长100～200 m,斜深34～165 m,平均厚度4.49～5.58 m,铜品位0.53%～4.00%,走向NW,倾向NE,呈脉状产出于矽卡岩和斜长角闪片岩中;金矿体长约100 m,斜深50 m,平均厚度3 m,金品位为1.5～6.8 g/t,平均金品位为3.87 g/t,赋存于花岗斑岩中。矿石多呈斑杂状、细脉状和块状构造,金属矿物主要包括斑铜矿、黄铜矿、自然铜、蓝铜矿、赤铜矿、黄铁矿、辉铜矿、辉钼矿和磁铁矿等;脉石矿物主要有阳起石、透闪石、辉石、石榴石、黑柱石和石英。矿区围岩蚀变类型以透辉石化、透闪石化、阳起石化、绿帘石化、绿泥石化、硅化为主。

3 地球化学样品采集与分析方法

本次共采集4件锆石U-Pb测年样品和20件岩石地球化学样品。测年样品(SPS-05)和岩石地球化学样品(SPS-01～SPS-05)均采自四平山金矿床大塔山林场组流纹岩内(图2),测年样品(XFB-05)和岩石地球化学样品(XFB-01～XFB-05)均采自先锋北山金矿床流纹岩内(图3),测年样品(258-03)和岩石地球化学样品(258-01～258-05)均采自258高地金矿床闪长玢岩内(图4),测年样品(YJS-05)和岩石地球化学样品(YJS-01～YJS-05)均采自跃进山铜金矿床花岗斑岩内(图5),所有样品均新鲜无蚀变。

图2 黑龙江虎林县四平山金矿区地质图(据Zhang Guobin et al., 2013修改)Fig.2 Geological map of Sipingshan gold deposit in Hulin County(after Zhang Guobin et al., 2013)

图3 黑龙江虎林县先锋北山金矿区地质图(据王庆双等,2015a修改)Fig.3 Geological map of Xianfengbeishan gold deposit in Hulin County(after Wang Qingshuang et al., 2015a&)

测年样品的锆石制靶、阴极发光(CL)图像采集和锆石U-Pb同位素测年工作在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成,样品经机械粉碎、浮选和电磁分选后,在双目显微镜下挑选出透明度较高、无明显裂纹、晶形较好的锆石,将选好的锆石固定在环氧树脂盘表面,经充分固化打磨抛光后,对其进行锆石透射光、反射光及阴极发光(CL)图像采集。锆石U-Pb同位素分析检测依据为DZ/T0184.3-1997,数据测试所使用的仪器为德国Lambda Physik公司生产的ComPex102型ArF准分子激光器(波长193nm)和Shield Torch的Agilient 7500a ICP-MS仪器,实验以高纯的He气作为剥蚀物质的载体,使用人工合成硅酸盐物质NIT610对仪器进行优化,确保仪器达到最佳化,采用哈佛大学国际标准锆石91500校正剥蚀、传输和离子化过程中出现的同位素分馏和质量歧视效应。使用ICP-MS DataCal软件对测试结果进行数据处理,运用Isoplot程序完成测年样品加权平均年龄的计算和年龄谐和图的绘制,所测得的同位素比值和年龄误差均在1σ水平。全岩地球化学测试工作在中国地质科学院应用地球化学重点开放实验室完成,主量元素采用熔片法X-射线荧光光谱法(XRF)分析,分析准确度和精度优于5%;微量元素及稀土元素采用酸溶法制备样品,在ICP-MS上获取数据,测试准确度和精度优于10%;烧失量采用重量法(GR)进行测试。流体包裹体岩相学和测温工作在吉林大学地球科学学院流体实验室完成,使用仪器为THMSG-600型冷热两用台,在实验过程中,当温度小于30℃时,升温速率为1℃/min;温度大于200℃时,升温速率为10℃/min;在相变化及冰点附近,升温速率小于0.2℃/min。

4 岩石主量元素地球化学特征

4.1 酸性火山岩

四平山金矿床流纹岩样品的SiO2含量为81.51%～84.59%(均值为82.79%),Al2O3含量为6.94%～10.16%(均值为8.63%),CaO含量为0.05%～0.14%(均值为0.09%),Na2O含量为0.07%～0.40%(均值为0.19%),K2O含量为3.98%～6.16%(均值为5.19%),全碱(Na2O+K2O)含量为4.04%～6.37%(均值为5.38%),相对富钾K2O/Na2O=14.77～58.55(均值为38.76),具有较低的MnO、TiO2、MgO、P2O5含量,铝饱和指数值(A/CNK)为1.28～1.63(均值为1.44),里特曼指数(σ)为0.39～1.05(均<3.3)(表1)。根据邓晋福等(2015a)关于火成岩常用图解的相关建议进行投图,岩石样品在TAS火山岩分类图解中落入亚碱性流纹岩范围内(图6a),在K2O—SiO2图解中落入高钾钙碱性系列范围(图6b),在A/NK—A/CNK图解中落入过铝质区域内(图6c),属于亚碱性过铝质高钾钙碱性系列岩石。

δEu0.450.650.460.650.500.350.380.350.370.39δCe0.941.031.001.040.980.981.031.031.051.01Nb/Ta9.5814.579.6112.068.708.5010.4910.297.539.08Zr/Hf29.3834.3229.9934.5429.2429.8331.2732.7032.3432.85Th/Ta7.138.917.088.495.679.058.689.038.668.36矿床名称258高地金矿床跃进山铜金矿床岩石类型闪长玢岩花岗斑岩样品号258-01258-02258-03258-04258-05YJS-01YJS-02YJS-03YJS-04YJS-05SiO263.6258.3761.3862.4362.3275.1668.1471.1570.0975.52TiO20.450.400.420.460.400.190.500.420.350.10Al2O316.1915.1716.6516.3716.4013.0215.1513.8214.6512.40TFe2O35.236.425.235.895.141.914.733.642.541.94FeOT4.715.784.715.304.621.724.263.272.291.75MgO2.643.602.613.242.420.410.981.301.400.14CaO3.595.824.133.424.291.762.612.451.980.60MnO0.110.160.120.270.130.050.020.080.070.02K2O2.952.503.352.683.463.781.672.562.563.82Na2O2.932.933.552.553.423.223.903.534.523.74P2O50.170.250.200.200.200.050.180.120.110.02烧失量2.114.612.312.651.970.491.100.961.050.76总和99.7299.75100.399.72100.499.8699.4799.7499.6299.35Na2O+K2O5.885.436.905.236.887.005.576.097.087.56K2O/Na2O1.000.850.941.051.011.180.430.720.571.02A/NK2.022.011.762.311.751.391.841.611.431.20A/CNK1.110.840.981.230.951.031.171.061.061.09里特曼指数1.671.922.591.412.451.521.231.321.851.76Rb11910793.482.697.797.393.084.282.176.9Ba492523519473628112810455196972100Th3.704.964.324.314.7711.205.7713.4013.0512.60U1.191.641.461.271.682.521.492.211.772.19Ta0.430.530.580.490.621.451.230.981.301.47Nb6.077.194.597.685.4716.8420.7212.497.8614.69Sr380421459344479187272185306131Zr11194.810098.4118116185238142103Hf3.492.602.923.183.444.075.267.274.313.77Ga14.2116.3713.8718.0516.1416.3522.1920.4216.4214.53Y19.5217.5413.3519.7116.0718.9526.3430.4910.4717.01La16.7617.9115.3917.1918.0131.1734.2335.9442.1828.01Ce33.9633.0527.6729.9932.5157.6764.0174.2181.5853.37Pr4.014.093.364.083.996.287.018.738.335.37Nd15.2316.3412.5215.7415.2421.6827.2132.4929.0319.32Sm3.203.612.663.523.453.905.636.694.733.43Eu1.001.110.751.060.940.571.001.080.870.43Gd3.013.212.373.452.813.425.205.922.892.75Tb0.500.520.380.620.480.580.781.010.400.45Dy3.412.842.263.482.863.175.015.541.902.85Ho0.690.570.480.670.570.630.971.110.390.60Er2.031.741.292.091.771.952.793.241.031.95Tm0.320.300.190.360.270.370.400.560.160.29Yb2.091.951.452.231.832.242.863.321.012.09矿床名称258高地金矿床跃进山铜金矿床岩石类型闪长玢岩花岗斑岩样品号258-01258-02258-03258-04258-05YJS-01YJS-02YJS-03YJS-04YJS-05Lu0.320.290.200.320.260.350.410.460.160.31LREE74.1576.1162.3571.5874.14121.26139.09159.15166.72109.93

HREE12.3611.428.6213.2210.8512.7018.4221.157.9411.29ΣREE86.5187.5470.9784.8084.99133.97157.51180.30174.66121.22LREE/HREE6.006.667.235.416.839.557.557.5321.009.74LaN/YbN5.756.587.615.537.069.978.597.7729.969.61GdN/YbN1.191.361.351.281.271.261.501.482.371.09δEu0.970.980.890.920.890.470.560.520.670.41δCe0.980.910.900.850.900.950.961.001.001.00Nb/Ta13.9613.607.9115.648.8211.6316.8512.766.059.99Zr/Hf31.7236.4934.2530.9834.3028.4135.1732.6932.9527.32Th/Ta8.519.397.458.777.697.744.6913.6910.048.57

先锋北山金矿床流纹岩样品的SiO2含量为76.91%～80.40%(均值为78.32%),Al2O3含量为9.26%～11.30%(均值为10.42%),CaO含量为0.02%～0.06%(均值为0.04%),Na2O含量为0.10%～0.17%(均值为0.13%),K2O含量为6.29%～8.17%(均值为7.11%),全碱(Na2O+K2O)含量为6.39%～8.32%(均值为7.24%),相对富钾K2O/Na2O=38.65～63.83(均值为54.52),具有较低的MnO、TiO2、MgO、P2O5含量,铝饱和指数值(A/CNK)为1.23～1.39(均值为1.31),里特曼指数(σ)为1.14～2.04(均<3.3)(表1)。根据邓晋福等(2015a)关于火成岩常用图解的相关建议进行投图,岩石样品在TAS火山岩分类图解中落入亚碱性流纹岩范围内(图6a),在K2O—SiO2图解中均落入钾玄岩范围(图6b),在A/NK—A/CNK图解中落入过铝质区域内(图6c),属于亚碱性过铝质钾玄岩系列岩石。

4.2 中酸性侵入岩

258高地金矿床闪长玢岩样品的SiO2含量为58.37%～63.62%(均值为61.62%),Al2O3含量为15.17%～16.65%(均值为16.15%),CaO含量为3.42%～5.82%(均值为4.25%),Na2O含量为2.55%～3.55%(均值为3.08%),K2O含量为2.50%～3.46%(均值为2.99%),全碱(Na2O+K2O)含量为5.23%～6.90%(均值为6.06%),钠钾含量相当K2O/Na2O=0.85～1.05(均值为0.97),具有较低的MnO、TiO2、P2O5含量,铝饱和指数值(A/CNK)为0.84～1.23(均值为1.02),里特曼指数(σ)为1.41～2.59(均<3.3)(表1)。根据邓晋福等(2015a)关于火成岩常用图解的相关建议进行投图,岩石样品在TAS岩浆岩分类图解中落入亚碱性闪长岩范围内(图6d),在K2O—SiO2图解中落入高钾钙碱性系列中(图6e),在A/NK—A/CNK图解中落入准铝质—过铝质区域内(图6f),属于亚碱性准铝—过铝质高钾钙碱性系列岩石。

跃进山铜金矿床花岗斑岩样品的SiO2含量为68.14%～75.52%(均值为72.01%),Al2O3含量为12.40%～15.15%(均值为13.81%),CaO含量为0.60%～2.61%(均值为1.88%),Na2O含量为3.22%～4.52%(均值为3.78%),K2O含量为1.67%～3.82%(均值为2.88%),全碱(Na2O+K2O)含量为5.57%～7.56%(均值为6.66%),相对富钠K2O/Na2O=0.43～1.18(均值为0.78),具有较低的MnO、TiO2、MgO、P2O5含量,铝饱和指数值(A/CNK)为1.03～1.17(均值为1.08),里特曼指数(σ)为1.23～1.85(均<3.3)(表1)。根据邓晋福等(2015a)关于火成岩常用图解的相关建议进行投图,岩石样品在TAS岩浆岩分类图解中多数落入亚碱性花岗岩范围内(图6d),在K2O—SiO2图解中落入钙碱性—高钾钙碱性范围(图6e),在A/NK—A/CNK图解中落入过铝质区域内(图6f),属于亚碱性过铝质钙碱性—高钾钙碱性系列岩石。

5 稀土及微量元素地球化学特征

5.1 酸性火山岩

四平山金矿床流纹岩样品的稀土总量较低(ΣREE=51.64×10-6～132.09×10-6,均值为72.62×10-6),轻稀土含量(LREE)为45.89×10-6～120.33×10-6(均值为65.05×10-6),重稀土含量(HREE)为5.35×10-6～11.76×10-6(均值为7.57×10-6),轻重稀土分馏程度中等(LREE/HREE=6.43～10.47,LaN/YbN=5.90～11.60),重稀土分馏程度相对平缓(GdN/YbN=0.89～1.90),稀土元素球粒陨石标准化分布型式图为轻稀土富集,重稀土亏损的右倾型(图7a),具有明显的铕负异常(δEu=0.45～0.65,均值为0.54),无铈异常(δCe=0.94～1.04,均值为1.00) 。微量元素原始地幔标准化蛛网图中(图7b),流纹岩样品富集Rb、Th、U、K元素,相对亏损Sr、P、Ti等元素(表1)。

图7 黑龙江四平山流纹岩、先锋北山流纹岩稀土元素球粒陨石标准化分布型式图(a)、(c)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)、(d) (标准化值据Sun and McDonough, 1989)Fig.7 Chondrite-normalized REE distribution patterns (a), (c) and primitive mantle-normalized trace elements spidergrams (b), (d) of the Sipingshan rhyolite, Xianfengbeishan rhyolite(normalizing values after Sun and McDonough, 1989)

先锋北山金矿床流纹岩样品的稀土总量(ΣREE)为85.25×10-6～161.91×10-6(均值为113.57×10-6),轻稀土含量(LREE)为78.59×10-6～150.35×10-6(均值为105.05×10-6),重稀土含量(HREE)为5.67×10-6～11.56×10-6(均值为8.52×10-6),轻重稀土分馏程度较强(LREE/HREE=10.67～15.40,LaN/YbN=12.18～17.68),重稀土分馏程度相对平缓(GdN/YbN=1.25～1.94),稀土元素球粒陨石标准化分布型式图为轻稀土富集,重稀土亏损的右倾型(图7c),具有明显的铕负异常(δEu=0.35～0.39,均值为0.37),无铈异常(δCe=0.98～1.05,均值为1.02)。微量元素原始地幔标准化蛛网图中(图7d),流纹岩样品富集Rb、Th、U、K元素,相对亏损Sr、P、Ti等元素(表1)。

5.2 中酸性侵入岩

258高地金矿床闪长玢岩样品的稀土总量较低(ΣREE=70.97×10-6～87.54×10-6,均值为82.96×10-6),轻稀土含量(LREE)为62.35×10-6～76.11×10-6(均值为71.67×10-6),重稀土含量(HREE)为8.62×10-6～13.22×10-6(均值为11.30×10-6),轻重稀土分馏程度中等(LREE/HREE=5.41～7.23,LaN/YbN=5.53～7.61),重稀土分馏程度相对平缓(GdN/YbN=1.19～1.36),稀土元素球粒陨石标准化分布型式图为轻稀土富集,重稀土亏损的右倾型(图8a),无明显铕负异常(δEu=0.89～0.98,均值为0.93),具有微弱的铈异常(δCe=0.85～0.98,均值为0.91)。微量元素原始地幔标准化蛛网图中(图8b),闪长玢岩样品富集Rb、U、Ba、K元素,相对亏损Ta、Nb、Ti元素(表1)。

图8 黑龙江258高地闪长玢岩、跃进山花岗斑岩稀土元素球粒陨石标准化分布型式图(a)、(c)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)、(d) (标准化值据Sun and McDonough, 1989)Fig.8 Chondrite-normalized REE distribution patterns (a), (c) and primitive mantle-normalized trace elements spidergrams (b), (d) of the 258 highland diorite porphyrite and Yuejinshan granite porphyry (normalizing values after Sun and McDonough, 1989)

图10 黑龙江四平山金矿床(a) (b) 和258高地金矿床(c)、(d)流体包裹体均一温度和盐度Fig.10 Homogenization temperature and salinity of fluid inclusions in Sipingshan gold deposit(a), (b) and 258 highland gold deposit(c), (d)

跃进山铜金矿床花岗斑岩样品具有较高的稀土总量(ΣREE=121.22×10-6～180.30×10-6,均值为153.53×10-6),轻稀土含量(LREE)为109.93×10-6～166.72×10-6(均值为139.23×10-6),重稀土含量(HREE)为7.94×10-6～21.15×10-6(均值为14.30×10-6),轻重稀土分馏程度较强(LREE/HREE=7.53～21.00,LaN/YbN=7.77～29.96),重稀土分馏程度相对平缓(GdN/YbN=1.09～2.37),稀土元素球粒陨石标准化分布型式图为轻稀土富集,重稀土亏损的右倾型(图8c),具有明显的铕负异常(δEu=0.41～0.67,均值为0.52),无铈异常(δCe=0.95～1.00,均值为0.98)。微量元素原始地幔标准化蛛网图中(图8d),花岗斑岩样品富集Rb、Th、U、Ba、K元素,相对亏损P、Ti、Sr、Nb等元素(表1)。

6 流体地球化学特征

包裹体岩相学镜下观察结果显示,四平山金矿含金石英脉中的流体包裹体类型主要为气液两相包裹体(L+V)和少量纯液相包裹体(L),大小介于5～12 μm之间。室温下,气液比介于10～35%之间,其中气液比为15～25%的包裹体约占总量的80%,包裹体多呈椭圆形和不规则形成群或孤立分布,为典型的原生成因包裹体。包裹体测温工作显示,四平山金矿含金石英脉中流体包裹体均一温度为118.7～223.4℃(均值为166.1℃),集中于155～200℃,冰点温度为-0.8～-5.8℃(均值为-2.53℃)。根据Potter等 (1977)的盐度计算公式估算得到盐度为0.40%～8.9% NaCleq,根据均一温度和盐度估算得到流体密度为0.84～0.97 g/cm3,采用等容线相交法估算得到流体捕获压力为21.2～51.4 MPa。综上分析,四平山金矿含金石英脉中的流体包裹体属于低温、低盐度的H2O—NaCl盐水溶液体系,形成于浅成低温热液环境。

包裹体岩相学镜下观察表明,258高地金矿含金石英脉中流体包裹体类型主要为气液两相包裹体(L+V)和少量纯液相包裹体(L),大小介于3～10 μm之间。室温下,气液比介于5%～20%之间,其中气液比为15%～25%的包裹体居多,包裹体多呈长条状、椭圆状、水滴状和不规则状成群或孤立分布,为典型的原生成因包裹体。包裹体测温工作显示,258高地金矿含金石英脉中的流体包裹体均一温度为125.5～345.4℃(均值为264.0℃),集中于260～300℃,冰点温度为-1.6～-8.5℃(均值为-5.5℃)。根据Potter等(1977)的盐度计算公式估算得到盐度为2.73%～12.31% NaCleq,根据均一温度和盐度估算得到流体密度为0.64～1.02 g/cm3,采用等容线相交法估算得到流体捕获压力为13.95～29.60 MPa。综上分析,258高地金矿含金石英脉中的流体包裹体属于中低温、中低盐度的H2O—NaCl盐水溶液体系,形成于浅成中低温热液环境。

7 锆石U-Pb年代学

7.1 酸性火山岩

四平山金矿床流纹岩样品(SPS-05)的锆石晶形较好,为自形—半自形,长柱状,长短轴均在50～220 μm,环带结构清晰(图11a),Th/U值介于0.16～0.40(>0.1),为典型的岩浆成因锆石。16个测点数据均位于谐和线上及其附近(图12a),锆石n(206Pb)/n(238U)年龄集中分布于119～125 Ma之间,加权平均年龄为122.5±1.1 Ma(MSWD=3.0)(表2),表明四平山金矿床流纹岩成岩时代为早白垩世。

图11 黑龙江四平山金矿床流纹岩(a)、先锋北山金矿床流纹岩(b)、258高地金矿床闪长玢岩(c)和跃进山铜金矿床花岗斑岩(d)的锆石阴极发光图Fig.11 The CL images of zircons from the Sipingshan rhyolite(a), Xianfengbeishan rhyolite(b), 258 highland diorite porphyrite(c) and Yuejinshan granite porphyry(d)

图12 黑龙江四平山金矿床流纹岩、先锋北山金矿床流纹岩、258高地金矿床闪长玢岩和跃进山铜金矿床花岗斑岩的锆石U-Pb年龄谐和图和加权平均年龄图Fig.12 The zircon U-Pb concordia and weighted mean diagrams from the Sipingshan rhyolite, Xianfengbeishan rhyolite, 258 highland diorite porphyrite and Yuejinshan granite porphyry

先锋北山金矿床流纹岩样品(XFB-05)的锆石晶形较好,为自形—半自形,长柱状,长短轴均在50～215 μm,环带结构清晰(图11b),Th/U值介于0.46～1.05(>0.1),为典型的岩浆成因锆石。19个测点数据均位于谐和线上及其附近(图12b),锆石n(206Pb)/n(238U)年龄集中分布于116～118 Ma之间,加权平均年龄为117.0±0.4 Ma(MSWD=2.0)(表2),表明先锋北山金矿床流纹岩成岩时代为早白垩世。

7.2 中酸性侵入岩

258高地金矿床闪长玢岩样品(258-03)的锆石晶形较好,为自形—半自形,长柱状,长短轴均在50～220 μm,环带结构清晰(图11c),Th/U值介于0.20～0.68(>0.1),为典型的岩浆成因锆石。19个测点数据均位于谐和线上及其附近(图12c),大致可分为两组年龄,第一组年龄共有10个测点数据,锆石n(206Pb)/n(238U)年龄集中分布于120～124 Ma(图12d),加权平均年龄为121.7±1.0 Ma(MSWD=1.3),代表了岩浆上侵时捕获早期岩浆岩的结晶年龄;第二组年龄共有9个测点数据,锆石n(206Pb)/n(238U)年龄集中分布于116～119 Ma(图12e),加权平均年龄为116.9±0.8 Ma(MSWD=0.5)(表2),代表闪长玢岩成岩的结晶年龄,即258高地金矿床闪长玢岩成岩时代为早白垩世。

跃进山铜金矿床花岗斑岩样品(YJS-05)的锆石晶形较好,为自形—半自形,长柱状,长短轴均在45～200 μm,环带结构清晰(图11d),Th/U值介于0.32～0.71(>0.1),为典型的岩浆成因锆石。21个测点数据均位于谐和线上及其附近(图12f),锆石n(206Pb)/n(238U)年龄集中分布于108～124 Ma,加权平均年龄为115.7±1.1 Ma(MSWD=1.5)(表2),表明跃进山铜金矿床花岗斑岩成岩时代为早白垩世。

8 讨论

8.1 成岩(矿)时代

8.1.1酸性火山岩

四平山金矿床主要赋矿围岩为四平山组硅质岩和泉胶砾岩,硅质岩和泉胶砾岩成岩时代晚于流纹岩,其证据为硅质岩呈层状分布于流纹岩之上或其裂隙中,泉胶砾岩的角砾为流纹岩(Zhang Guobin et al., 2013),故四平山金矿床成矿时代应略晚于流纹岩的成岩时代。笔者等所测矿化流纹岩(SPS-05) 的锆石颗粒发育明显的岩浆振荡环带(图11a)且Th/U值大于0.1,为典型岩浆成因锆石,矿化流纹岩的成岩年龄为122.5±1.1 Ma。因此,四平山金矿床的成矿时代应略晚于122.5±1.1 Ma。

先锋北山金矿赋矿围岩为流纹质火山岩,根据矿区各岩体之间的穿插关系,脉状闪长玢岩是矿区内最年轻的岩体,先锋北山金矿床成矿时代应早于闪长玢岩的成岩时代而晚于流纹质火山岩的成岩时代。王庆双等(2015b)测得闪长玢岩成岩年龄为113.2±1.7 Ma,笔者等所测矿化流纹岩(XFB-05) 的锆石颗粒发育明显的岩浆振荡环带(图11b)且Th/U值大于0.1,为典型岩浆成因锆石,流纹岩的成岩年龄为117.0±0.4 Ma。因此,先锋北山金矿床的成矿时代应介于113～117 Ma之间。

8.1.2中酸性侵入岩

258高地金矿(化)体主要赋存于二长花岗岩、花岗闪长岩和闪长玢岩中,金矿体成矿作用与闪长玢岩脉密切相关(谈艳等,2016),258高地金矿床成矿时代略晚于闪长玢岩的成岩时代。笔者等所测闪长玢岩(258-03)的锆石颗粒发育明显的岩浆振荡环带(图11c)且Th/U值大于0.1,为典型岩浆成因锆石,闪长玢岩的成岩年龄为116.9±0.8 Ma。因此,258高地金矿床的成矿时代应略晚于116.9±0.8 Ma。

跃进山铜金矿(化)体主要赋存于矽卡岩内,其次赋存于矽卡岩和花岗斑岩的构造裂隙内,矽卡岩形成与花岗斑岩密切相关(张国宾等,2018),跃进山铜金矿床的成矿时代略晚于花岗斑岩的成岩时代。笔者等所测矿化花岗斑岩(YJS-05)的锆石颗粒发育明显的岩浆振荡环带(图11d)且Th/U值大于0.1,为典型岩浆成因锆石,花岗斑岩的成岩年龄为115.7±1.1 Ma。因此,跃进山铜金矿床的成矿时代应略晚于115.7±1.1 Ma。

通过对上述4件样品中75颗锆石进行数据统计发现,锆石结晶年龄主要集中于124～114 Ma之间(图13),与那丹哈达地体早白垩世中酸性岩浆活动时代一致,表明四平山金矿床、先锋北山金矿床、258高地金矿床和跃进山铜金矿床的成矿作用与早白垩世中酸性岩浆活动密切相关。

图13 黑龙江东部那丹哈达地体早白垩世中酸性岩浆岩锆石结晶年龄分布直方图Fig.13 Histogram of zircon crystallization ages of Early Cretaceous intermediate—acid magmatic rocks in Nadanhada terrane

8.2 岩石成因

花岗岩的成因分类一直是地质学家们关注的焦点,前人根据花岗岩的岩浆源区和构造背景将花岗岩划分为I型、S型、M型和A型。M型花岗岩由地幔岩浆衍生而来,在自然界中分布极少(邱检生等,2008)。A型花岗岩在地球化学特征方面具有高TFeO/MgO值(>16)、10000Ga/Al值(>2.6)和Zr+Nb+Ce+Y值(>350×10-6)(Bonin, 2007; Whalen et al., 1987)。I型和S型花岗岩的化学成分和矿物组成较为相似,成因类型易于混淆,在判别I型或S型花岗岩时需要多种判别方法相结合。Chappell等(1974)采用A/CNK=1.1作为判别I型和S型花岗岩的标志,大于1.1为S型花岗岩,小于1.1为I型花岗岩,这种分类方法判别未结晶分异的花岗岩有效,而对分异的花岗岩成因判别无效。Chappell等(1992)和Chappell(1999)研究发现I型花岗岩的P2O5、Al2O3含量随SiO2的增加而降低,S型花岗岩的P2O5、Al2O3含量随SiO2的增加而增加,这种判别方法有效地弥补了采用A/CNK=1.1判别I型或S型花岗岩的不足。

吴福元等(2017)根据结晶分异程度进一步将花岗岩划分为:普通花岗岩(Zr/Hf>55)、中等分异花岗岩(25

8.2.1酸性火山岩

四平山流纹岩和先锋北山流纹岩样品具有高硅、富铝、高碱、贫钙钛锰磷和低Zr含量,分别属于过铝质高钾钙碱性和过铝质钾玄岩系列岩石,稀土元素配分模式图为轻稀土富集、重稀土亏损的右倾型,相对富集Rb、Th、U、K、La、Ce元素,亏损Sr、P、Ti和重稀土元素,与I型花岗岩地球化学特征相似。四平山流纹岩和先锋北山流纹岩样品的分异指数分别为92.50～96.78和93.65～95.58,Zr/Hf值分别为29.24～34.54和29.83～32.85,属于中等分异花岗岩(25

图14 黑龙江四平山流纹岩和先锋北山流纹岩Zr—10000Ga/Al图解(a) (据Whalen et al., 1987); Ce—SiO2图解(b) (据Collins et al., 1982) ; Al2O3—SiO2图解(c); Th—Rb图解(d)Fig.14 Zr—10000Ga/Al (a) (after Whalen et al., 1987) ; Ce—SiO2 (b) (after Collins et al., 1982) ; Al2O3—SiO2(c) and Th—Rb (d) diagrams of the Sipingshan rhyolite and Xianfengbeishan rhyolite

8.2.2中酸性侵入岩

258高地闪长玢岩样品和跃进山花岗斑岩样品具有高硅、富铝、高碱、贫钛锰磷和低Zr含量,分别属于准铝—过铝质高钾钙碱性和过铝质钙碱性—高钾钙碱性系列岩石,稀土元素配分模式图为轻稀土富集、重稀土亏损的右倾型,相对富集Rb、Th、U、Ba、K、La、Ce元素,亏损Ta、Nb、Ti和重稀土元素,与I型花岗岩地球化学特征相似。258高地闪长玢岩和跃进山花岗斑岩样品的分异指数分别为55.94～66.34和75.74～92.91,Zr/Hf值分别为30.98～36.49和27.32～35.17,属于中等分异花岗岩(25

图15 黑龙江258高地闪长玢岩和跃进山花岗斑岩Zr—10000Ga/Al图解(a) (据Whalen et al., 1987); Ce—SiO2图解(b) (据Collins et al., 1982) ; Al2O3—SiO2图解(c); Th—Rb图解(d)Fig.15 Zr—10000Ga/Al (a) (after Whalen et al., 1987) ; Ce—SiO2(b) (after Collins et al., 1982) ; Al2O3—SiO2(c) and Th—Rb(d) diagrams of the 258 highland diorite porphyrite and Yuejinshan granite porphyry

近年来,地质学者们在饶河—大岱—关门地区陆续发现含堇青石的S型花岗岩,这些花岗岩普遍具有正的εHf(t)值和较年轻的二阶段Hf模式年龄,与那丹哈达地体早白垩世中酸性岩浆岩具有相似的Hf同位素特征,源岩为新元古代—显生宙新增生的年轻地壳物质(程瑞玉等,2006; Zhou Jianbo et al., 2014;韩伟等, 2020)。笔者等从矿物组成、岩石地球化学特征和地质意义方面,总结发现本文I型花岗岩与饶河S型花岗岩之间存在以下3点区别:①矿物组成方面:饶河S型花岗岩普遍发育堇青石、白云母等富铝矿物。四平山流纹岩、先锋北山流纹岩、258高地闪长玢岩和跃进山花岗斑岩中不含堇青石、石榴子石、白云母等富铝矿物,普遍发育石英—斜长石—钾长石—黑云母等矿物,在258高地闪长玢岩中发现有I型花岗岩的特征性矿物——角闪石(孙荣祥,2002;王庆双等,2015a;谈艳等,2016;韦延兰等,2015;张国宾等,2018)。②稀土元素方面:饶河S型花岗岩球粒陨石标准化稀土元素配分图为海鸥型。四平山流纹岩、先锋北山流纹岩、258高地闪长玢岩和跃进山花岗斑岩的球粒陨石标准化稀土元素配分图为右倾V字型或右倾型;③地质意义方面:饶河S型花岗岩侵位于饶河杂岩内,地质学者利用较老的侵入体限定饶河杂岩的最晚就位时间(即那丹哈达地体的最终就位时间)。四平山流纹岩、先锋北山流纹岩、258高地闪长玢岩和跃进山花岗斑岩主要与那丹哈达地体燕山期铜金矿化作用密切相关,多被用来讨论矿床的形成时代以及成矿构造背景。

8.3 成岩(矿)构造背景

中国东北地区位于华北板块、西伯利亚板块和古太平洋板块所夹持的区域,由一系列不同构造属性的微陆块和不同时代的缝合带组成(Wu Fuyuan et al., 2011; Liu Yongjiang et al., 2017),是中亚造山带东段的重要组成部分(李皓东等,2022)。中生代以来,随着蒙古—鄂霍茨克洋在中—晚侏罗世的最终闭合(Wu Lei et al., 2017; Sorokin et al., 2020),古太平洋板块向欧亚大陆的俯冲逐渐主导该区的岩浆活动与构造演化(Wu Fuyuan et al., 2011; Jahn et al., 2015; Ma Xinghua et al., 2015, 2017;杨文采, 2022)。中生代晚期,受古太平洋板块低角度斜向俯冲作用的影响,东北地区的构造环境由挤压转变为伸展,区域发生了大规模岩石圈减薄事件并于早白垩世(约120 Ma)达到减薄峰期,最终在东北地区形成了大面积的中生代花岗岩和火山岩(葛肖虹等,2014;张国宾等,2018; Wang Qingshuang et al., 2021)。那丹哈达地体位于中国东北地区最东部,与东侧的锡霍特—阿林地体在岩石组合、地层、古生物以及构造变形特征等方面具有高度的相似性,是那丹哈达—锡霍特—阿林超地体的重要组成部分(Khanchuk et al., 2016; Zhou Jianbo and Li Long, 2017;Wang Zhihui et al., 2017)。那丹哈达地体以发育中生代蛇绿岩为标志,主要由具有洋壳组合特征的晚三叠世—中侏罗世超镁铁质岩、镁铁质堆晶岩、枕状玄武岩、硅质岩、泥质硅质岩以及粉砂岩等组成,区内出露有跃进山杂岩和饶河杂岩两套增生杂岩组合,是典型的古太平洋板块俯冲拼贴的增生楔(Zhou Jianbo et al., 2014; Sun Mingdao et al., 2015; Zhou Jianbo and Li Long, 2017;周建波等,2018; Li Gang et al., 2019;韩伟等,2020, 2022;周建波,2020;许文良等,2022;杜兵盈等,2022)。已有的古生物及古地理研究资料表明,石炭纪—三叠纪那丹哈达地体位于赤道附近(水谷伸治郎等,1989;邵济安等,1991),中侏罗世由低纬向高纬漂移距离约2000km(任收麦等,2015),晚侏罗世时就位于佳木斯地体东缘,在晚侏罗世末—早白垩世与佳木斯地体发生俯冲拼贴作用,之后与西侧的布列亚、佳木斯、兴凯等地体共同经历了东亚大陆东缘的演化过程(周丽云等,2015;任云生等,2020;郝宇杰等,2020)。Xu Wenliang等(2013)和Tang Jie等(2018)研究发现从早白垩世晚期到古近纪,东北陆缘的岩浆作用范围由陆内向陆缘收缩(Xu Wenliang et al., 2013; Tang Jie et al., 2018),指示古太平洋俯冲板片发生后撤(许文良等,2022)。受古太平洋俯冲板片后撤的影响,早白垩世晚期那丹哈达地体的构造体制由挤压转变为伸展,这种构造体制间的变化引发强烈的壳幔相互作用,形成了大量中酸性岩浆,为区内热泉型(四平山金矿床)、火山热液型(先锋北山金矿床)、浅成低温热液型(258高地金矿床)以及矽卡岩型(跃进山铜金矿床)等不同成因类型的铜金矿床的形成奠定了物质基础。

四平山金矿床流纹岩、先锋北山金矿床流纹岩、258高地金矿床闪长玢岩和跃进山铜金矿床花岗斑岩样品在构造判别图解Nb—Y(图17a)和Ta—Yb(图17b)中全部落入同碰撞和火山弧花岗岩区域;在Rb—(Y+Nb)图解(图17c)中落入同碰撞花岗岩、火山弧花岗岩和板内花岗岩的交界部位,这一部位也是碰撞后(伸展环境)花岗岩的投影范围(邓晋福等,2015b),在Th/Ta—Yb图解(图17d)中绝大多数落入活动大陆边缘区域,表明四平山金矿床流纹岩、先锋北山金矿床流纹岩、258高地金矿床闪长玢岩和跃进山铜金矿床花岗斑岩形成于碰撞后构造背景。LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果显示四平山金矿床流纹岩、先锋北山金矿床流纹岩、258高地金矿床闪长玢岩和跃进山铜金矿床花岗斑岩样品的n(206Pb)/n(238U)加权平均年龄分别为122.5±1.1 Ma、117.0±0.4 Ma、116.9±0.8 Ma和115.7±1.1 Ma,成岩时代均为早白垩世晚期。从区域构造演化上来看,早白垩世那丹哈达地体与佳木斯地体拼贴完成,研究区大地构造背景逐渐由碰撞阶段的挤压增生转换为碰撞后的伸展减薄(周丽云等,2015;张国宾等,2018),该过程引起了物质的熔融和巨量流体的产生——对流(陈衍景,2006;刘学龙等,2016),为后续那丹哈达地体燕山期大规模铜金成矿作用的发生创造了有利条件。综上所述,四平山金矿床、先锋北山金矿床、258高地金矿床和跃进山铜金矿床形成于碰撞后伸展减薄构造环境,与古太平洋板块俯冲作用密切相关。

图17 黑龙江四平山流纹岩、先锋北山流纹岩、258高地闪长玢岩和跃进山花岗斑岩Nb—Y图解(a) (据Pearce et al., 1984) ; Ta—Yb图解(b) (据Pearce et al., 1984) ; Rb—Y+Nb图解(c) (据Pearce et al., 1984) ; Th/Ta—Yb图解(d) (据Gorton and Schandl, 2000) Fig.17 Nb—Y (a) (after Pearce et al., 1984) ; Ta—Yb (b) (after Pearce et al., 1984) ; Rb—Y+Nb (c) (after Pearce et al., 1984) and Th/Ta—Yb (d) (after Gorton and Schandl, 2000) diagrams of the Sipingshan rhyolite, Xianfengbeishan rhyolite, 258 highland diorite porphyrite and Yuejinshan granite porphyry

8.4 成矿模式

增生杂岩是大洋板块俯冲过程中刮削与增生的特征性产物,为板块俯冲作用的直接记录(Karig and Sharman, 1975)。饶河杂岩作为那丹哈达地体的主体,于晚侏罗世末—早白垩世初增生就位于佳木斯地体东缘,其增生物质年龄由西向东逐渐变年轻,这与古太平洋板块西向俯冲作用相对应(朱日祥等,2019;郝宇杰等,2020;任云生等,2020)。早白垩世,在古太平洋板块俯冲—后撤的影响下,随着那丹哈达地体与佳木斯地体碰撞拼贴完成,研究区的地球动力学背景逐渐由碰撞阶段挤压增生转换为碰撞后伸展减薄,加厚的岩石圈地幔发生拆沉,上涌的软流圈物质直接接触并不断加热下地壳,致使下地壳发生部分熔融形成中酸性岩浆,这些中酸性岩浆在后期构造作用下发生大规模侵位和喷发,形成了一系列与中酸性岩浆岩相关的铜金矿床,如跃进山铜金矿床、258高地金矿床、四平山金矿床、先锋北山金矿床等,这些矿床的形成时间十分接近,矿床成因均与燕山期中酸性岩浆活动相关,属于同一成矿系列。笔者等在详细的野外地质勘查基础上,结合矿床地质背景、岩石地球化学特征、成矿流体特征以及区域构造背景,建立了那丹哈达地体燕山期中酸性岩浆岩铜金成矿模式:早白垩世晚期,那丹哈达地体处于碰撞后伸展减薄构造环境,加厚的岩石圈地幔发生拆沉,软流圈物质上涌,直接接触并不断加热下地壳,致使下地壳发生部分熔融形成富含铜、金等成矿元素的中酸性岩浆熔液。这些中酸性岩浆在热力梯度、浓度梯度、压力梯度、速度梯度和化学反应等能量的驱使下,沿区内NW、NE向深大断裂由下向上运移,并逐渐演化分异为岩浆热液和成矿流体。岩浆热液侵位于浅地表或喷出地表,形成中酸性岩体(如:哈蚂河岩体、太平村岩体、三元坝岩体、蛤蟆通岩体和尖山子岩体等);高温成矿流体与地层中富镁(钙)质碳酸盐岩发生热接触交代作用形成矽卡岩型铜金矿床(跃进山铜金矿床),中低温成矿流体充填于火山角砾岩之间形成火山热液型金矿床(先锋北山金矿床),沿纵横交错的细小缝隙在水底涌出形成热泉型金矿床(四平山金矿床),在闪长玢岩、蚀变碎裂花岗岩和地层的构造破碎带中冷凝结晶形成浅成低温热液型金矿床(258高地金矿床)。那丹哈达地体燕山期中酸性岩浆岩铜金成矿模式如图18所示。

9 结论

(1) 虎林县四平山流纹岩的成岩年龄为122.5±1.1 Ma,虎林县先锋北山流纹岩的成岩年龄为117.0±0.4 Ma,饶河县258高地闪长玢岩的成岩年龄为116.9±0.8 Ma,宝清县跃进山花岗斑岩的成岩年龄为115.7±1.1 Ma,均属于早白垩世晚期。

(2) 虎林县四平山流纹岩、虎林县先锋北山流纹岩、饶河县258高地闪长玢岩和宝清县跃进山花岗斑岩均具有高硅、富铝、贫钛锰磷和低Zr含量,轻稀土富集,重稀土亏损,属于中分异I型花岗岩,岩浆来源于地壳物质部分熔融源区。

(3) 虎林县四平山金矿床、虎林县先锋北山金矿床、饶河县258高地金矿床和宝清县跃进山铜金矿床均形成于碰撞后伸展减薄构造环境,成矿时代一致,成因上均与燕山期中酸性岩浆相关,属于同一成矿系列。