成矿年代学研究 矿物岩石研究室
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\uff08\u636e\u738b\u767b\u7ea2\u7b49\uff0c2003\uff09
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2\uff093\u4e2a\u6837\u54c1\u5728\u576a\u5e74\u9f84\u8c31\u56fe\u4e0a\u8bb0\u5f55\u4e86\u591a\u6b21\u540e\u671f\u6784\u9020\u7684\u70ed\u4e8b\u4ef6\uff0c\u5305\u62ec\u5370\u652f\u671f\u3001\u71d5\u5c71\u671f\u548c\u559c\u9a6c\u62c9\u96c5\u671f\u6784\u9020\u70ed\u4e8b\u4ef6\u7684\u8bb0\u5f55\uff0c\u8868\u660e\u8be5\u5730\u533a\u66fe\u7ecf\u906d\u53d7\u591a\u6b21\u6784\u9020\u8fd0\u52a8\u7684\u5f71\u54cd\u3002\u8fd9\u4e00\u8ba4\u8bc6\u4e0e\u5df2\u6709\u7684\u533a\u57df\u5730\u8d28\u8c03\u67e5\u548c\u7814\u7a76\u6210\u679c\u662f\u4e00\u81f4\u7684\uff0c\u5982\u56db\u5ddd\u5730\u8d28\u77ff\u4ea7\u7814\u7a76\u6240\u5728\u77ff\u533a\u8fdb\u884c1:5\u4e07\u533a\u57df\u5730\u8d28\u8c03\u67e5\u65f6\u66fe\u6d4b\u5f97\u6768\u67f3\u576a\u77ff\u533a\u5927\u96ea\u7ec4\u542b\u77ff\u56f4\u5ca9\u7684K-Ar\u5e74\u9f84\u4e3a62.3Ma\uff0c\u610f\u5473\u7740\u559c\u9a6c\u62c9\u96c5\u671f\u6784\u9020\u70ed\u4e8b\u4ef6\u7684\u53e0\u52a0\u3002
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\u56fe6-8 \u56db\u5ddd\u6768\u67f3\u576a\u94dc\u954d\u786b\u5316\u7269\u77ff\u5e8a\u94dc\u954d\u77ff\u77f3\u7684Re-Os\u540c\u4f4d\u7d20\u7b49\u65f6\u7ebf\u5e74\u9f84
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\u56e0\u6b64\uff0c\u81ea\u4e0b\u800c\u4e0a\u7684\u70ed\u7a79\u7abf\u6784\u9020\u8fd0\u52a8\u4e0e\u6c34\u5e73\u65b9\u5411\u5e94\u529b\u4f5c\u7528\u4e3a\u7279\u5f81\u7684\u4e2d\u65b0\u751f\u4ee3\u9f99\u95e8\u5c71\u9020\u5c71\u8fd0\u52a8\u7684\u53e0\u52a0\uff0c\u5bfc\u81f4\u4e86\u6768\u67f3\u576a\u77ff\u533a\u6784\u9020\u7684\u590d\u6742\u5316\uff0c\u4e00\u65b9\u9762\u901a\u8fc7\u6324\u538b\u4f5c\u7528\u5f62\u6210\u8936\u76b1\uff08\u5176\u4e2d\u7684\u865a\u8131\u7a7a\u95f4\u6709\u5229\u4e8e\u70ed\u6db2\u6d41\u4f53\u7684\u5b9a\u4f4d\uff09\uff0c\u53e6\u4e00\u65b9\u9762\u5219\u901a\u8fc7\u6ed1\u8131\u5bfc\u81f4\u77ff\u4f53\u201c\u642c\u5bb6\u201d\uff0c\u201c\u642c\u5bb6\u201d\u7684\u7ed3\u679c\u4e5f\u53ef\u4ee5\u5bfc\u81f4\u786b\u5316\u7269\u77ff\u4f53\u5448\u201c\u900f\u955c\u72b6\u201d\u5c16\u706d\u518d\u73b0\u6216\u5448\u4e32\u73e0\u72b6\u3002\u8fd9\u5bf9\u4e8e\u4eca\u540e\u7684\u627e\u77ff\u5de5\u4f5c\u662f\u6709\u542f\u53d1\u7684\uff0c\u5373\u9700\u8981\u7279\u522b\u6ce8\u610f\u6cbf\u7740\u6ed1\u8131\u5e26\u5bfb\u627e\u56f4\u5ca9\u4e4b\u4e2d\u7684\u5757\u72b6\u94dc\u954d\u786b\u5316\u7269\u77ff\u4f53\u3002
1.\u4e1a\u52a1\u5b9a\u4f4d
\uff081\uff09\u7784\u51c6\u56fd\u9645\u5730\u5b66\u524d\u6cbf\uff0c\u5f00\u5c55\u6709\u5173\u77ff\u7269\u5b66\u3001\u5ca9\u77f3\u5b66\u3001\u5730\u7403\u5316\u5b66\u3001\u5730\u8d28\u6d41\u4f53\u9886\u57df\u7684\u521b\u65b0\u6027\u7814\u7a76\uff0c\u53d1\u5c55\u6210\u5ca9\u6210\u77ff\u7406\u8bba\u3002
\uff082\uff09\u56f4\u7ed5\u56fd\u5bb6\u76ee\u6807\u548c\u793e\u4f1a\u9700\u6c42\uff0c\u5f00\u5c55\u6210\u77ff\u5730\u8d28\u80cc\u666f\u3001\u6210\u5ca9\u6210\u77ff\u8fc7\u7a0b\u7684\u7cbe\u7ec6\u7814\u7a76\uff0c\u4e3a\u5b9e\u73b0\u5730\u8d28\u627e\u77ff\u7a81\u7834\u63d0\u4f9b\u79d1\u6280\u652f\u6491\u3002
\uff083\uff09\u5927\u578b\u4eea\u5668\u7684\u529f\u80fd\u5f00\u53d1\u548c\u65b0\u5206\u6790\u6280\u672f\u7684\u7814\u53d1\uff0c\u4e3a\u6210\u77ff\u7406\u8bba\u7814\u7a76\u548c\u8d44\u6e90\u6f5c\u529b\u8bc4\u4ef7\u63d0\u4f9b\u65b0\u7684\u89c6\u89d2\u3002
\uff084\uff09\u5b9e\u9a8c\u5ba4\u5bf9\u5916\u5f00\u653e\uff0c\u4e3a\u56fd\u5185\u5916\u5730\u5b66\u673a\u6784\u548c\u79d1\u7814\u4eba\u5458\u63d0\u4f9b\u9ad8\u8d28\u91cf\u7684\u5206\u6790\u6d4b\u8bd5\u6570\u636e\u3002
\uff085\uff09\u77ff\u7269\u3001\u5ca9\u77f3\u3001\u5730\u7403\u5316\u5b66\u3001\u5730\u8d28\u6d41\u4f53\u9886\u57df\u4f18\u79c0\u4eba\u624d\u7684\u57f9\u517b\u548c\u521b\u65b0\u56e2\u961f\u7684\u5efa\u8bbe\uff0c\u529b\u4e89\u5728\u56fd\u5185\u5730\u5b66\u754c\u6709\u8f83\u5927\u7684\u5f71\u54cd\uff0c\u5728\u56fd\u9645\u5730\u5b66\u754c\u6709\u4e00\u5b9a\u7684\u663e\u793a\u5ea6\u3002
2.\u73b0\u6709\u7814\u7a76\u65b9\u5411
\uff081\uff09\u5fae\u675f\u5206\u6790\u2014\u6210\u56e0\u77ff\u7269\u5b66\u3002
\uff082\uff09\u9065\u611f\u8680\u53d8\u5206\u5e26\u2014\u627e\u77ff\u77ff\u7269\u5b66\u3002
\uff083\uff09\u526f\u77ff\u7269\u7684\u77ff\u7269\u5b66\u4e0e\u5730\u7403\u5316\u5b66\u3002
\uff084\uff09\u77ff\u7269\u5fd7\u3001\u7cfb\u7edf\u77ff\u7269\u5b66\u7684\u7acb\u5178\u7f16\u64b0\u3002
\uff085\uff09\u9020\u5c71\u5e26\u53d8\u8d28\u5ca9\u77f3\u5b66\u4e0e\u5730\u7403\u52a8\u529b\u5b66\u3002
\uff086\uff09\u9020\u5c71\u5e26\u5ca9\u6d46\u6d3b\u52a8\u4e0e\u6210\u77ff\u4f5c\u7528\u3002
\uff087\uff09\u6210\u77ff\u6d41\u4f53\u6210\u5206\u3001\u6027\u8d28\u4e0e\u6f14\u5316\u3002
\uff088\uff09\u6210\u77ff\u7269\u8d28\u6765\u6e90\u3001\u8fd0\u79fb\u5f62\u5f0f\u548c\u5378\u8f7d\u673a\u5236\u3002
\uff089\uff09\u9ad8\u6e29\u9ad8\u538b\u6c34\u5ca9\u53cd\u5e94\u2014\u6210\u5ca9\u6210\u77ff\u5b9e\u9a8c\u6a21\u62df\u3002
3.\u8fd1\u671f\u65b0\u7684\u53d1\u5c55\u65b9\u5411
\uff081\uff09\u91d1\u5c5e\u77ff\u7269\u7684\u6210\u56e0\u77ff\u7269\u5b66\u2014\u6210\u77ff\u5e74\u4ee3\u5b66\u7814\u7a76\u3002
\uff082\uff09\u91d1\u5c5e\u3001\u975e\u91d1\u5c5e\u77ff\u5e8a\u4e2d\u5fae\u7c73\u2014\u7eb3\u7c73\u5c3a\u5ea6\u5fae\u7ec6\u77ff\u7269\u7684\u6210\u5206\u548c\u7ed3\u6784\u7814\u7a76\u3002
\uff083\uff09\u6cb9\u6c14\u50a8\u5c42\u4e2d\u5fae\u7c73\u5b54\u3001\u7eb3\u7c73\u5b54\u7b49\u50a8\u5b58\u7a7a\u95f4\u7684\u7279\u5f81\u7814\u7a76\u3002
\uff084\uff09\u52a0\u5f3a\u57fa\u6027\u2014\u8d85\u57fa\u6027\u5ca9\u7814\u7a76\uff0c\u4e30\u5bcc\u548c\u5b8c\u5584\u91d1\u521a\u77f3\u6210\u77ff\u7406\u8bba\u3002
\uff085\uff09\u52a0\u5f3a\u6c89\u79ef\u5ca9\u7814\u7a76\uff0c\u5f00\u5c55\u9020\u5c71\u5e26\u548c\u76c6\u5730\u7684\u5f62\u6210\u4e0e\u6f14\u5316\u7814\u7a76\u3002
不同研究者曾利用不同方法对哈达门沟金矿床进行过成矿年龄测定（郎殿有，1990；张洪涛，1991；郭砚田，1992；李杰美，1993；聂凤军等，1994，2005；中国人民武装警察黄金指挥部，1995；孟伟等，2002；苗来成等，2000；Hart et al.，2002），以往这些测年对象主要为与金矿化比较密切的蚀变矿物和脉石矿物，采用的同位素定年方法有Ar-Ar法、K-Ar法、水热锆石SHRIMP U-Pb法、矿石全岩Rb-Sr法等，其年龄数据变化范围为477～132 Ma（表3-16；图3-19），这些年龄数据跨度范围较大。目前直接对金属矿床矿石矿物定年最有效的方法是Re-Os法，测定的最好对象为金属矿物共生的辉钼矿，这种方法保证被测矿物与成矿的同时性。近年来，随着金矿勘查和开采工作的进行，在哈达门沟金矿区深部和柳坝沟金矿区深部相继发现了有工业意义的钼矿化，这不仅显示了在乌拉山金矿集中区寻找钼矿的巨大潜力，也为采用辉钼矿进行Re-Os同位素测定成矿时代提供了有利条件。
表3-16 哈达门沟金矿床同位素年龄表
本次用来测年的5件辉钼矿样品采自哈达门沟金矿床113号金矿脉，其中样品H11311，WLS-8采自1305中段，WLS-1采自1185中段，均为含辉钼矿的石英脉型金矿石；H11348，WLS-4为含辉钼矿的钾长石化蚀变岩型金矿石。辉钼矿在矿石中呈薄膜状、细粒状，细脉状，主要沿含金石英脉和含金钾化蚀变岩的裂隙面分布，局部地段呈浸染状与黄铁矿紧密共生（图3-20）。辉钼矿单矿物挑选由廊坊市科大岩石矿物分选技术服务有限公司完成。
辉钼矿样品的铼-锇同位素分析是国家地质实验测试中心铼-锇同位素年代学实验室完成的，样品的化学处理流程和质谱测定技术简述如下（Du et al.，2004；杜安道等，2009，2001，1994；屈文俊等，2009，2003）：准确称取待分析样品，通过细颈漏斗加入到Carius管底部，缓慢加液氮到有半杯乙醇的保温杯中，使成黏稠状（摄氏-50～-80℃）。放装好样品的Carius管到该保温杯中；用适量超纯浓HCl通过细颈漏斗把准确称取的185Re和190Os混合稀释剂转入Carius管底部。再依次加入2 mL10 mol/L HCl，4 mL 16 mol/L HNO3和1 mL 30％H2O2，一定要注意一种试剂冻实后再加另一种试剂。当Carius管底溶液冻实后，用液化石油气和氧气火焰加热封好carius管的细颈部分，擦净表面残存的乙醇，放入不锈钢套管内，轻轻放套管入鼓风烘箱内，待回到室温后，逐渐升温到200℃，保温24h。取出，冷却后在底部冻实的情况下，先用细强火焰烧熔Carius管细管部分一点，使内部压力得以释放。再用玻璃刀划痕，并用烧热的玻璃棒烫裂划痕部分。
将待打开的Carius管放在冰水浴中回温使内容物完全融化，用约20 mL水将管中溶液转入蒸馏瓶中。把内装5 mL超纯水的25 mL比色管，放在冰水浴中，以备吸收蒸馏出的OsO4。连接蒸馏装置，加热微沸30 min。所得OsO4水吸收液可直接用于ICP-MS测定Os同位素比值。将蒸馏残液转入150mL Teflon烧杯中待分离铼。
将蒸馏残液置于电热板上，加热近干。加少量水，加热近干。重复两次以降低酸度。加入10 mL5 mol/L NaOH，稍微加热，促进样品转为碱性介质。转入Teflon离心管中，加入10 mL丙酮，振荡1min萃取Re。离心后，用滴管直接取上层丙酮相到150 mL已加有2 mL水的Teflon烧杯中，在电热板上50℃加热除去丙酮，然后电热板温度升至120℃加热至干，加数滴浓硝酸和30％过氧化氢，加热蒸干以除去残存的Os。用数滴HNO3溶解残渣，用水转移到小瓶中，稀释到适当体积，备用ICP-MS测定Re同位素比值。
图3-19 哈达门沟金矿床成矿年龄统计直方图（Ma）
图3-20 哈达门沟金矿床113号矿脉辉钼矿产出位置及标本照片
质谱测定采用美国TJA公司生产的电感耦合等离子体质谱仪TJAX-series ICP-MS测定同位素比值。对于Re：选择质量数185，187，用190监测Os。对于Os：选择质量数为186，187，188，189，190，192。用185监测Re。TJA X-series ICP-MS测得的Re，Os和187Os全流程本底值分别为（0.1145±0.0031）10-9，（0.0002±0.0001）10-9，（0.0002±0.0000）10-9，远远小于所测样品和标样中的铼、锇含量，不会影响测定结果。实验室标准物质为GBW04436（JDC）。
经实验室测试分析，分别得出Re，Os，187Re，187Os的含量，普Os是根据原子量表（WIESER，2006）和同位素丰度表（Bohlkea et al.，2005），通过192Os/190Os测量比计算得出，Re，Os含量的不确定度包括样品和稀释剂的称量误差、稀释剂的标定误差、质谱测量的分馏校正误差、待分析样品同位素比值测量误差，置信水平95％。模式年龄的不确定度还包括衰变常数的不确定度（1.02％），置信水平95％。在此基础上根据公式
岩浆活动与金的成矿作用——以哈达门沟和金厂沟梁金矿床为例
计算出模式年龄值（表3-17）。其中λ（187Re衰变常数）＝1.666×10-11yr-1（Smoliar et al.，1996）。最后，所获铼-锇同位素分析数据采用Isoplot软件作等时线和加权平均值（Ludwig，1999）年龄图，得到铼-锇同位素等时线和加权平均值年龄（图3-21）。从表中铼-锇同位素可以看出：哈达门沟金矿床的辉钼矿的Re含量为4.201～10.90μg/g，187Re含量为2.640～6.853μg/g，187Os的含量17.07～44.59ng/g。成矿模式年龄为384.4±5.6 Ma～421.0±6.1 Ma，WLS-8号样品模式年龄为421.0±6.1 Ma，可能是由于挑选样品不纯或污染，引起其模式年龄偏大，其余4个样品模式年龄基本一致，其加权平均值为386.4±2.7 Ma，而且构成很好的等时线，等时线年龄为386.6±6.1 Ma（图3-21）。
表3-17 内蒙古哈达门沟金矿床辉钼矿铼-锇同位素测定结果
分析测试单位：国家地质实验室测试中心。
从方法学而言，辉钼矿Re-Os法直接测定了成矿矿物年龄，相比其他方法更为接近真实。而且野外调查可以看出，辉钼矿主要产于含金石英脉和含金钾化蚀变岩的裂隙面，局部地段可见辉钼矿与含金黄铁矿共生的现象（见图3-20），这表明钼矿化与金矿化是近于同期形成或略晚于金矿化，所以本次获得辉钼矿的Re-Os等时线年龄为386.6±6.1 Ma（MSWD＝1.18），可以代表113号矿脉金、钼矿化的形成年龄。
无独有偶，李长明（2009）通过测定东坪金矿蚀变岩型矿石中锆石SHRIMP U-Pb年龄，也存在380～385 Ma的年龄数据。赵景德等（1991）对白云鄂博碱性闪石的Ar-Ar年龄测定，其中给出的一个年龄为396±4 Ma。李文博等（2008）测得白乃庙矿床南矿带含矿石英脉黑云母40Ar/39Ar等时线年龄为396±2 Ma，也表明白乃庙铜矿在泥盆纪有一期成矿作用，所以华北板块北缘在400 Ma左右这期矿化是普遍存在的。
近年来，相继在华北克拉通北缘确定了泥盆纪早期的岩浆岩，冀西北水泉沟碱性杂岩体的锆石SHRIMP U-Pb年龄为390～386 Ma（罗镇宽等，2001），冀北承德地区的镁铁质-超镁铁质岩的侵位年龄为395 Ma（Zhang SH et al.，2009b），闪长岩为390 Ma（Zhang et al.，2007a），内蒙古集宁三道沟地区的碱性岩大约于410 Ma侵位（Zhang et al.，2010a），内蒙古固阳地区的二长岩和闪长岩形成于400 Ma左右（张晓晖等，2010a，b），这些岩浆杂岩总体上沿华北板块北缘深大断裂分布，表现出偏碱性特点，揭示出华北板块北缘当时可能处于伸展构造背景（罗镇宽等，2001；李锦轶等，2009；张晓晖等，2010a，b），华北板块北缘早-中泥盆世处于弧陆碰撞后伸展阶段（张晓晖等，2010a，b），这些碱性杂岩形成于交代型大陆岩石圈地幔部分熔融产生的碱性玄武质熔体的结晶分异及下地壳熔体的同化混染作用（Jiang，2005；Zhang et al.，2010a；张晓晖等，2010），深部当时可能存在着地幔柱活动（李锦轶等，2009）。
图3-21 哈达门沟金钼矿床辉钼矿Re-Os同位素等时线（A）和模式年龄加权平均值（B）
哈达门沟金矿床辉钼矿的Re-Os年龄与这些成矿成岩年龄的一致性，为本区地质演化和成矿提供重要信息，揭示出本区金-钼矿化为华北板块北缘大地构造演化和成岩成矿事件的产物，是华北板块北缘早泥盆世构造-岩浆-热液事件的重要组成部分。
近10多年来，许多研究者对哈达门沟金矿成矿年代学进行了研究，获得大量年龄数据（表3-28），苗来成等（1999）采用离子探针（SHRIMP）对矿体边部的钾长石化蚀变岩锆石U-Pb测年，获得年龄为132±2 Ma，认为哈达门沟金矿床应为燕山晚期成矿。聂凤军等（2005）对内蒙古哈达门沟金矿区含金钾化蚀变岩和金矿石中的绢云母样品进行40 Ar/39Ar同位素年龄测定，对应的同位素等时线年龄值分别为322.58±3.24 M和239.76±3.04 Ma，认为哈达门沟地区金矿化发生的时间分别为海西中期和印支早期，其中印支早期是金矿床的主要成矿时期。中国人民武装警察黄金指挥部（1995）认为成矿时代为海西晚期。Hart等（2002）测得矿脉与蚀变岩之间断层泥中铬云母的最小年龄为351.4±0.8 Ma，与矿带外围大桦背花岗岩体的锆石SHRIMP U-Pb年龄（353±7 Ma）十分接近，认为岩体为乌拉山金矿床成矿提供热动力来源。本次获得的辉钼矿Re-Os年龄为386 Ma，为海西早期。这些年龄集中在132～139 Ma，203～247 Ma，270～287 Ma，311～351 Ma，386 Ma等几个时间段（见图3-19），这些年龄资料记录了哈达门沟金矿床复杂的金矿床成矿演化史以及不同时期的构造-热事件信息。哈达门沟金矿床位于华北克拉通北缘，其北侧为兴-蒙多旋回褶皱带（邵济安，1991；徐备等，1997），早古生代洋盆的张开和洋盆的闭合（造山作用）必然影响到邻侧的华北克拉通北缘，为此，哈达门沟金矿床在386 Ma时的成矿作用是受北侧加里东造山运动的影响，为加里东褶皱造山作用之后弧-陆碰撞后伸展阶段的岩浆-热液活动产物（Jiang，2005；Zhang et al.，2010）。早泥盆世，在这种伸展背景下，引发近东西走向的开原-崇礼-固阳大断裂重新活动，导致深部岩浆、钾质流体和矿质向上运移，并在有利空间定位，最终形成碱性杂岩体及哈达门沟、东坪等金矿床（罗镇宽，2001；李长明，2009）。在此期间白云鄂博铁-铌-稀土矿床（赵景德等，1991；裘愉卓，1997）、白乃庙铜-金矿床（李文博等，2008）可能在原有矿化的基础上叠加新的矿化蚀变。
此外，为了探讨哈达门沟金矿区深部钼矿化和西沙德盖钼矿床的关系，我们对矿区北部的西沙德盖钼矿床也进行了辉钼矿Re-Os同位素年龄测定，Re-Os同位素模式年龄值变化范围为222.4～226.3Ma（表3-18），等时线年龄为226.4±3.3 Ma（图3-22），与赋矿围岩花岗斑岩的成岩年龄226.6±0.87 Ma一致，形成时间均为晚三叠世，属印支晚期构造-岩浆活动的产物。由此看来与哈达门沟金-钼矿化属于不同期次的产物，也说明乌拉山地区至少发生了两期钼矿化，其中第一期是与金矿化同时发生的。
表3-18 内蒙古西沙德盖钼矿床辉钼矿铼-锇同位素测定结果
分析测试单位：国家地质实验室测试中心。
图3-22 西沙德盖钼矿床辉钼矿Re-Os同位素等时线（A）和模式年龄加权平均值（B）
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