冀西北中山溝金礦區泥盆世A-型堿性雜巖侵位時代、巖石地球化學以及地質意義*

王豐翔，陳 超，張福祥，于靈艷，馮云磊，馬 奎，王云靜

（1河北省戰略性關鍵礦產資源重點實驗室河北地質大學地球科學學院，河北石家莊 050031；2內蒙古自治區巖漿活動成礦與找礦重點實驗室內蒙古自治區地質調查院，內蒙古呼和浩特 010020；3中國地質科學院礦產資源研究所自然資源部成礦作用與資源評價重點實驗室，北京 100037；4河北地質大學華信學院，河北石家莊 050031）

全球＞20%的大型-超大型銅-金（鉬）礦床與堿性巖漿有關，該類礦床具有規模大、品位高、貧硫化物和對環境破壞小等特點，成為世界金、銅、鉬開發利用的重要對象（Bonha et al.,1983;Mutschle et al.,1984;Muller et al.,1993;Richards,1995;Jensen et al.,2000;聶鳳軍等，1997；2014；王豐翔等，2017）。因此，尋找堿性巖省成為尋找該類礦床的重要靶區。就中國而言，在華北克拉通北部及鄰區發現和圈定富堿-堿性侵入巖體近百處，找礦潛力巨大（聶鳳軍等，2014）。截止目前，在該區域圈定與堿性巖體有關的銅-金礦集區有賽馬-柏林川、河坎子-安子嶺、哈達門溝-包頭東以及水泉溝-后溝巖體（圖1a）。本次研究的堿性雜巖體所在的中山溝金礦床，便是水泉溝-后溝堿性雜巖體內產出的金礦床（圖1a～c）。

圖1 中國東部地質簡圖（a,據Kusky et al.,2003;王豐翔等，2016修編）、冀西北水泉溝地區區域地質圖（b,據Gao et al.,2017;Bao et al.,2016修編）和中山溝金礦床礦區地質圖（c,河北地礦三隊，1989；1990）Fig.1 Tectonic setting of eastern China(a,modified after Kusky etal.,2003;Wang etal.,2016);regional setting of the Shuiquangou area,northwestern Hebei(b,modified after Gao et al.,2017;Bao et al.,2016)and geological map of the Zhongshangou gold deposit（c,after The 3rd Geological Brigade of Hebei Bureau of Geology,1989;1990）

關于中山溝及鄰區金礦的成因研究，目前主要存在以下5種爭議：①與侵入巖有關的碲-金礦床；②與巖漿活動有關的熱液裂隙充填脈型礦床；③混合巖化熱液成因；④淺成中低溫熱液礦床；⑤早白堊世造山型金礦（李昌存等,1999；水蘭素，2002；吳珊珊等，2009；鄧晉福等，2009；王寶德等，2010；查鐘健，2020；甄世民等，2021;Fan et al.,2021）。顯然，多數學者認為金成礦與水泉溝堿性雜巖體有著密切的成因聯系，區域內金礦化的熱源與堿性巖體的演化有關，并將其劃分為與堿性巖體有關的金礦床（宋官祥等，1991；王郁等，1994；宋瑞先等，2013）、堿性巖體有關的改造熱液型金礦（宋瑞國等，1996；江思宏等，2000；包志偉等，2000）和與地幔熱柱多級演化有關的金礦床（王寶德等，2010；牛樹銀等，2011）。然而，礦區堿性雜巖體的研究相對比較薄弱。盡管前人對區域水泉溝-后溝巖體做了精致的研究，其成果如下：①巖體侵位年齡跨度大，獲得精確的U-Pb年齡為372～412 Ma（胡小蝶等，1997；陸松年等，1997；江思宏等，2000；羅鎮寬等，2001；李長民等，2010，2014；Bao et al.,2014）；②巖體成因主要有3種觀點：以幔源為主的巖漿成因（王蓉嶸，1992；宋國瑞等，1994；王寶德等，2010）；以殼-?；旌系闹厝郏ㄍ郏┏梢颍ㄍ跽さ?，1992；包志偉等，1996；2003；2006；張招崇，1997；李長民，1999；2014；江思宏等，2003；Jiang et al.,2005）；以殼源為主的混合巖化-重熔（交代）成因（許云程等，1994；宋瑞先等，2013）。

從區域地殼演化與地球動力學研究角度，將華北克拉通北緣張裂構造環境內產出的堿性和富堿性侵入巖體看作為一種特殊的“巖石探針”。本文通過對中山溝金礦區的堿性雜巖開展LA-MC-ICP-MS鋯石測年、Hf同位素和巖體地球化學研究，一方面通過對巖漿巖的精確測年，從而查明礦區堿性巖漿活動的時間，以及大致限定中山溝金礦床的成礦時代；另一方面，通過對礦區堿性巖漿巖地球化學研究，揭示其源區、動力機制，并初步討論堿性巖漿活動與金成礦作用的成因聯系，以期為區域找礦勘查工作的部署提供理論依據。

1 地質概況

中山溝金礦位于河北省張家口西南約70 km，中心地理坐標115°05′33″E，40°54′302″N（圖1a）。就大地構造而言，研究區位于華北克拉通北緣中段，內蒙斷隆與燕山斷陷的分界線之南側（圖1a、b）。區域上出露的地層有太古宇桑干群（角閃巖相的片麻巖、混合巖和麻粒巖）、下元古界紅旗營子群變質巖系和中元古界長城系淺變質海相沉積碎屑巖系，以及白堊世中酸性火山巖（張家口組）和第四系（圖1b；河北地礦三隊，1989；1990；宋瑞先等，2013；陳超等，2021）。區域地層主要受EW向的尚義-崇禮深大斷裂所控制，并疊加有NNE-NE向及NW向斷裂（圖1b）。

區域巖漿活動貫穿于從前寒武紀經古生代到中生代地殼演化的全部過程，以鐵鎂質和花崗質巖漿侵入活動為主。其中，前寒武紀的代表性巖體主要有元古宙—太古宙片麻狀花崗巖體（1.7～2.7 Ga）、和元古宙溫泉斑狀花崗巖體（～1.7 Ga）和鎂鐵質巖體（圖1b；Miao et al.,2002;Jiang et al.,2007;李長民等，2014；Bao et al.,2016；課題組，未發表）。古生代以來的巖漿侵入主要受E-W向構造控制。海西期則以水泉溝堿性花崗雜巖體（373～410 Ma）為代表，出露面積為340 km2，與區域金礦床在空間上有密切空間聯系（圖1b）；中生代巖體以巖株、巖墻為主，主要有三疊世黑云花崗巖（233～237 Ma）、斑狀花崗巖（234～238 Ma）、白堊世正長花崗巖（142～144 Ma）和二長花崗巖（133～135 Ma）。其中，水泉溝堿性花崗雜巖為中山溝金（鉬）礦床的主要賦礦圍巖，巖石類型主要有輝石閃長巖、角閃二長巖、正長巖，成巖時代為373～410 Ma（圖1b；陸松年等，1997；胡小蝶等1998；羅鎮寬等，2001；李長民等，1999；2014；Bao et al.,2016；課題組，未發表）。

礦區共探明＞40條礦化體，呈脈群或脈帶產出，主要寄宿在水泉溝二長雜巖體的內接觸帶，主要巖性為角閃石英二長巖和石英二長巖（圖2a～i）。巖石受構造活動常形成碎裂巖，局部形成角礫巖和糜棱巖。

圖2 中山溝金礦區典型侵入體照片和顯微照片a～c.樣品ZSG-01：新鮮的中粗粒的角閃石英二長巖，主要由斜長石（Pl）、微斜長石（Mc）、石英（Qz）和角閃石（Amp）組成，并含有少量榍石（Ttn）和磁鐵礦（Mag）；d～f.新鮮中細粒石英二長巖，由斜長石（Pl）、微斜長石（Mc）和石英（Qz）組成；g～i.蝕變角閃石英二長巖，角閃石（Amp）和微斜長石（Mc）基本發生碳酸鹽化、絹云母化和綠泥石化，局部可見石英（Qz）增大Fig.2 Photographs and photomicrographs of intrusive rocks from the Zhongshangou Au deposit a～c.Sample ZSG-01：fresh medium-coarsegrained amphibole-quartz monzonite,mainly comprising plagioclase(Pl),microcline(Mc),quartz(Qz)and amphibole(Amp)and containsasmall amount of titanite(Ttn)and magnetite(Mag);d～f.Sample ZSG-30：fresh medium-finegrained quartz monzonite,mainly comprising plagioclase(Pl),microcline(Mc),and quartz(Qz)；g～i.altered amphibole-quartz monzonite,microcline(Mc)and amphibole(Amp)arebasically altered into carbonate,chlorite and muscovite；Quartz(Qz)enlargement can beseen locally

礦體主要寄宿在蝕變的堿性雜巖內，呈脈群或脈帶產出（圖3a），且具有一定的分帶性，主要由綠化帶、鉀化帶、高硅-泥質蝕變帶和碳酸鹽化帶。根據蝕變-礦化體的切割關系、礦石結構構造、礦物組合及共生關系，成巖成礦階段可劃分2期4階段，分別為熱液期（鉀化-貧硫化物階段、乳白色石英-貧化物階段、強硅化-硫化物階段和碳酸鹽化階段）和表生期。

其中，礦石礦物主要有硫化物（黃鐵礦、方鉛礦、黃銅礦、閃鋅礦、輝鉬礦）和貴金屬礦物（自然金、碲金銀礦和碲銀礦），載金礦物主要為黃鐵礦（圖3b～d）。

圖3 細脈-脈型礦石照片，掃描電鏡及能譜圖研究區位置a.細脈-脈型礦石照片；b.掃描電鏡（SEM）圖像顯示主要載金礦物：黃鐵礦（Py）和貴金屬礦物：自然金（Au）和碲金銀礦（Krt）；c、d.掃描電鏡能譜圖Fig 3 The photographs and scanning electron microscopy(SEM)image a.vein-typeand stringersores;b.scanning electron microscope(SEM)image:Pyrite(Py)and preciousmetals:Native gold(Au)and krennerite(Krt);c,d.SEM energy spectrum

2 樣品采集和測試方法

2.1 樣品采集

ZSG-01和ZSG-2號樣品均采自中山溝金礦區道岔溝北坡，為新鮮的巖體樣品（圖1c）。根據野外及鏡下特征觀察，本文將其巖性定為粗粒角閃石英二長巖。巖石呈肉紅色，花崗結構，交代結構，主要由微斜條紋長石（～75%）、更長石（～10%）、角閃石（～5%）、石英和副礦物組成（磁鐵礦、磷灰石、榍石）組成（圖2）。

樣品ZSG-30和ZSG-31均采自中山溝金礦區#2脈與#1礦脈銜接部位（井下4中段）。定名為石英二長巖。根據鏡下特征，筆者將其定名為中粒石英二長巖，其呈淺肉紅色，不等粒半自形結構、交代結構，主要有微斜條紋長石（～70%）、更長石（～10%）、石英（～10%），普通角閃石及副礦物（磁鐵礦、磷灰石和榍石）。

ZSG-41和ZSG-50號樣品采集于礦區4中段2號脈7線，為賦礦的賦存圍巖，遭受一定程度的蝕變。根據詳細的鏡下鑒定，可以將其定為蝕變角閃石英二長巖。角閃巖和微斜長石基本遭受到碳酸鹽化、綠泥石化；部分石英發生次生增大，可能是硅化疊加的緣故。此外，樣品還可觀測到黃鐵礦化。

樣品ZSG-1、ZSG-2、ZSG-30、ZSG-31、ZSG-41用于巖石地球化學（主微量）測試；ZSG-1和ZSG-50分別代表較為新鮮的堿性雜巖和蝕變的堿性雜巖，用于其LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb測年和微區Hf同位素的測定，詳細測試方法如下。

2.2 樣品測試方法

主元素分析采用X熒光光譜儀，Ba、Sr分析采用ICP-AES，其他元素（含稀土元素）分析采用ICPMS，分析測試工作是由核工業地質分析測試研究中心完成。測試精度：Fe2O3和FeO的RSD＜10%，其他主元素的RSD＜2%～8%，微量和稀土元素的RSD＜10%。

鋯石微區LA-MC-ICP-MS測年在中國地質科學院（CAGS）礦產資源研究所LA-MC-ICP-MS實驗室完成，鋯石測年分析所用儀器為Finnigan Neptune型MC-ICP-MS及與之配套的Newwave UP 213激光剝蝕系統。采用單點剝蝕的方式，數據分析前用鋯石GJ-1進行調試儀器，使之達到最優狀態，鋯石U-Pb定年以鋯石GJ-1為外標，w(U)、w(Th)以鋯石M127（w(U)：923×10-6；w(Th)：439×10-6；Th/U：0.475；Nasdala et al.,2008）為外標進行校正。測試過程中在每測定5個樣品前后重復測定2個鋯石GJ1對樣品進行校正，并測量1個鋯石Plesovice，觀察儀器的狀態以保證測試的精確度。數據處理采用ICPMSDataCal4.3程序，測量過程中絕大多數分析點的206Pb/204Pb＞1000，未進行普通鉛校正，204Pb由離子計數器檢測，204Pb含量異常高的分析點可能受包體等普通Pb的影響，對204Pb含量異常高的分析點在計算時剔除，鋯石年齡諧和圖用Isoplot 3.0程序獲得。詳細實驗測試過程可參見侯可軍等(2009)。

選擇已經做過鋯石年齡和微量元素的鋯石，在相應的位置進行鋯石Lu-Hf同位素分析。分析巖漿鋯石和熱液鋯石Lu-Hf同位素組成的共、異性。鋯石Hf同位素測試在CAGS國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室完成，所用儀器為Neptune多接收等離子質譜和Newwave UP 213紫外激光剝蝕系統（LA-ICP-MS），實驗過程中采用He作為剝蝕物質載氣，根據鋯石大小，剝蝕直徑采用40μm，測定時使用國際上通用的鋯石標樣GJ-1作為參考物質，分析過程中的測試條件據侯可軍等（2007）。

3 分析結果

3.1 年代學特征

3.1.1 鋯石形態特征

ZSG-01樣品所測的25顆鋯石多為無色透明，表面清潔，多數晶形完好，呈長-短柱狀，以自形晶為主，鋯石顆粒較大，長度介于80～160μm，寬度介于50～80μm，CL圖像（圖4）顯示，所有鋯石內部結構均勻，且具有韻律環帶，沒有明顯的蝕變邊，具有典型的巖漿鋯石特征。測試樣品未發現較老鋯石顆?；驓埩翡喪w粒，只有少量鋯石發育一圈具有明亮發光的較窄的生長邊（＜3μm）。測試位置和測試數據分別見圖4和表1。

ZSG-50樣品所測鋯石表面可能受到后期熱液影響，部分有熱液蝕變?？傮w而言，鋯石呈長-短柱狀（長寬比1.5∶1～3∶1），晶體較自形，CL圖像顯示其內部具有韻律環帶，指示著巖漿成因（圖4），且從鋯石的陰極發光照片中，未發現較老的鋯石顆?；蚝瞬康臍埩翡喪?。

3.1.2 鋯石U-Pb年齡

詳細的鋯石微區定年測試結果列于表1和圖4。測試樣品ZSG-01鋯石Th和U的質量分數分別為(118～834)×10-6和(139～574)×10-6，Th/U比值在0.64～1.65之間變化，且Th、U之間正相關性較好，表現出巖漿鋯石的地球化學特征（表1，Claesson et al.,2000）。去掉7個異常高或低的測點，采用18個鋯石點進行計算、作圖。在諧和圖（圖5a、b）中，鋯石均落在諧和線上，僅少數稍微偏離，18個鋯石的加權平均年齡為(390±2)Ma，MSWD=0.026，代表該期巖漿的侵位年齡，為泥盆世。

圖4 中山溝金礦區樣品ZSG-01和ZSG-50的鋯石CL圖像和測試點Fig.4 CL images of zircons from samples ZSG-01 and ZSG-50 in Zhongshangou Au deposit

測試樣品ZSG-50鋯石Th和U的質量分數分別為(134～789)×10-6和(119～484)×10-6，Th/U比值在0.66～1.63之間變化，且Th、U之間正相關性較好，表現出巖漿鋯石的地球化學特征（表1，Claesson et al.,2000）。去掉5個異常高或低的測點，采用15個鋯石點進行計算、作圖。在諧和圖里，大多數鋯石落在諧和線上，或者稍微偏離。15個鋯石的加權平均年齡為(392±3)Ma，（MSWD=0.016），代表該期巖漿的侵位年齡，為泥盆世（圖5c、d）。

圖5 中山溝金礦區堿性侵入巖樣品鋯石U-Pb年齡諧和曲線（a、c）和加權平均年齡圖（b、d）Fig.5 Zircon U-PConcordiadiagram(a,c)and weighted mean age(b,d)showing all LA-MC-ICP-MSdata points for zircons from the alkaline intrusive rock samples in the Zhongshangou Au deposit

表1 中山溝金礦區堿性花崗雜巖LA-ICP-MS鋯石U/Pb分析結果統計表Table1 Statistical tableof LA-ICP-MSzircon U/Pb analytical resultsof alkalinegranitefrom the Zhongshangou Au deposit

3.1.3 鋯石稀土元素特征

鋯石原位微量元素分析結果和相關參數計算列于表2和圖6。測試樣品（ZSG-01和ZSG-50）中鋯石的稀土元素含量相對高，ZSG-01和ZSG-50稀土元素總量（∑REE）分別介于(444～1082)×10-6和(480～1112)×10-6，平均值分別為620×10-6和741×10-6。具體而言，測試樣品（ZSG-01和ZSG-50）∑LREE相對虧損，其數值分別介于(34.8～107.6)×10-6和(40.0～79.2)×10-6，平均含量分別為57.2×10-6和60.5×10-6?！艸REE則相對富集，其數值分別介于(412～999)×10-6和(349～1039)×10-6，平均值分別為589×10-6和681×10-6。測試樣品（ZSG-01和ZSG-50）LREE/HREE值范圍分別為0.05～0.14和0.06～0.13，（La/Yb）N分別為0.000 002～0.006 983和0.000 004～0.019 198。

表2 中山溝金礦區堿性花崗雜巖鋯石稀土元素組成Table 2 The REE composition in zircon of alkaline granitefrom the Zhongshangou Au deposit

在球粒隕石標準化分布圖（圖6）中，測試樣品（ZSG-01和ZSG-50）呈現出相似的展布樣式，均呈現出相對低的LREE含量及較陡直的HREE富集模型，并伴隨著中等-強烈的δCe異常（大部分測試點＞50）和不明顯的δEu異常。

圖6 中山溝金礦區樣品ZSG-01（a）和ZSG-50（b）的鋯石稀土元素隕石標準化配分圖(標準化的球粒隕石數值據Sun et al.,1989)Fig.6 Chondrite-normalized REEpatternsof zirconsfromsamples ZSG-01(a)and ZSG-50(b)in Zhongshangou Au deposit（normalized datafrom Sunetal.,1989）

3.2 元素地球化學分析結果

3.2.1 主量元素

中山溝礦區堿性雜巖體主要為石英二長巖，測試全巖樣品的化學分析數據以及計算所獲有關參數列于表3。石英二長巖主量元素具有以下特征：

表3 中山溝金礦堿性巖全巖主量元素（w(B)/%），微量元素（w(B)/10-6）和稀土元素（w(B)/10-6）Table 3 Whole-rock major（w(B)/%）,trace（w(B)/%）and rare earth（w(B)/10-6）elements of alkaline rocksfrom the Zhongshangou Au deposit

（1）具 有 高Si高 堿 質 的 特 征，w（SiO2）為60.84%～67.34%，平均值為63.20%；堿質組分w（K2O+Na2O)變化范圍較小，但總體而言含量較高，全堿w（K2O+Na2O)變化范圍為7.31%～10.10%，平均值為9.10%；里特曼指數（σ）平均值為4.13，大多顯示出堿性巖系列。K2O/Na2O比值的變化范圍較大，介于0.54～0.99，平均值0.82，指示了相對富鈉。在SiO2-K2O+Na2O和QAP圖解（圖7c）中，測試樣品分布在（石英）正長巖、石英二長巖和二長巖區域（圖7a、b），被定義為高鉀鈣堿性系列。

（2）鋁質含量高，w(Al2O3)介于15.38%～18.81%，平均值為16.31%；A/CNK比值為0.76～1.03，平均值為0.85，A/NK比值為1.10～1.62，平均值為1.30，為準鋁質巖體（圖7d）。

圖7 中山溝金礦區典型侵入巖樣品地球化學圖解a.SiO2（-K 2O+Na2O）圖解(Rollinson,1993)；b.QAP圖解；c.SiO2-K 2O(Middlemost,1994);d.A/CNK-A/NK圖解(Maniar et al.,1989)Fig.7 Geochemical diagrams of typical intrusive rock samples from Zhongshangou Au deposit a.SiO2 versus(K 2O+Na2O)diagram(Rollinson,1993);b.QAPdiagram;c.SiO2 versus K 2O diagram(Middlemost,1994);d.A/CNK versus A/NK diagram(Maniar et al.,1989)

（3）巖石分異程度較高，DI指數（標準礦物石英+正長石+鈉長石，Thornton et al.,1960）變化于72.24～84.67之間，平均值為78.26。

在Harker圖解（圖8a～i）中多數樣品表現了隨SiO2增加，鐵鎂質礦物（TiO2、TFe2O3）降低，Al2O3和CaO也呈下降趨勢，表現出同源巖漿演化特征。

圖8 中山溝金礦區典型侵入體樣品Hark圖解a.CaO-SiO2圖解；b.MnO-SiO2圖解；c.K 2O-SiO2圖解；d.Al2O3-SiO2圖解；e.TiO-SiO2圖解；f.FeO-SiO2圖解；g.Rb-SiO2圖解；h.Nb-SiO2圖解；i.Zr-SiO2圖解Fig.8 Hark diagram of typical intrusive rock samples from Zhongshangou Au deposit a.CaOversus SiO2 diagram;b.MnOversus SiO2 diagram;c.K 2Oversus SiO2 diagram;d.Al2O3 versus SiO2 diagram;e.TiO versus SiO2 diagram;f.FeO versus SiO2 diagram;g.Rb versus SiO2 diagram;h.Nb versus SiO2 diagram;i.Zr versus SiO2 diagram

3.2.2 微量元素

石英二長巖樣品中的地幔不相容元素總體上呈現富集的特征。就大離子親石元素而言，相對于MORB值（Sun et al.,1989）Sr、Rb、K、Ba、La、Ce和Th呈現出中等-強富集。就高場強元素而言，其呈現弱富集或虧損，其中，Y呈現出略微虧損，為0.33～0.57；Ti相對虧損了0.31～0.49倍；Zr相對富集了1.36～2.21倍；Hf相對富集了1.39～1.89；Nb和Ta相對富集3.73～5.54倍和2.78～4.14倍。

在微量元素對原始地幔標準化分布蛛網圖（圖9a）中，隨不相容程度不斷減小的，元素整體上呈右傾形態，5件樣品總體特征較為一致，呈現出富集大離子親石元素（LILE）相對富集的形態，Ba、K、La、Sm、Y呈現明顯的峰值；部分大離子親石元素具有相對虧損的形態，如Nb、P、Ti、HREEs。

礦區石英二長巖具有低Mg#值，且過渡金屬元素（Cr、Co、Ni）的含量也明顯偏低，遠低于華北克拉通下地殼（平均值分別為221，35.78×10-6）（Gao et al.,1998），反映巖體部分熔融程度相對較低，或者巖體中地殼組分更高。此外，測試樣品的放射性元素（Th、U）亦相對虧損，可能與下地殼源區在部分熔融之前發生麻粒巖相變質有關，或者代表一個氧化的環境。石英二長巖Rb/Sr和Rb/Ba比值分別在0.06～0.29和0.03～0.16，大多測試樣品均小于0.1，較低的Rb/Sr可能反應幔源組分特征。

研究區石英二長巖的稀土元素總量較低且變化范圍較大，范圍介于106×10-6～227×10-6。稀土元素配分曲線（圖9b）表現為輕稀土元素富集，重稀土元素虧損的右傾型，La相對于球粒隕石富集了95.4～289.2倍，Yb相對于球粒隕石參考值富集了7.53～12.21倍，(La/Yb)N則介于為12.67～28.29倍之間，相對富集輕稀土元素，虧損重稀土元素，這一特點也被LREE/HREE比值證實，數值介于10.61～16.30。需要指出的是，LREEs的分異也尤為明顯，(La/Sm)N=3.84～7.17，但HREEs的分異不甚明顯，(Gd/Yb)N=1.92～2.41。5件樣品曲線基本平行，Eu/Eu*呈現出弱負至正Eu異常，分別介于0.87～1.23。

圖9 中山溝金礦區典型侵入體樣品微量元素蛛網圖（a）稀土元素球粒隕石標準化（b）圖解（標準化值據Wakita et al.,1971；Sun et al.,1989）Fig.9 Trace element spider diagram(a)and Chondrite-normalized REEpatterns(b)of typical intrusive rock samples from Zhongshangou Au deposit（normalized data from Wakita et al.,1971；Sun et al.,1989）

3.3 Hf同位素

在La-ICPMS鋯石U-Pb測年的基礎上，對礦區石英二長巖的2個樣品（ZSG-01和ZSG-50）的鋯石微區Lu-Hf同位素測定，結果詳細見表4。

樣品ZSG-01和ZSG-50鋯石的176Lu/177Hf比值相對均一，分別介于0.000 76～0.002 04和0.000 78～0.003 13之間，均值分別為0.001 29±0.000 01（1σ，n=18）和0.001 66±0.000 02（1σ，n=18），均小于0.0020，顯示鋯石析出后具有少量或無放射成因Hf的積累（吳福元等，2007）。測試樣品（ZSG-01和ZSG-50）鋯石的176Hf/177Hf比值呈現低值且變化浮動小，分別介于0.282 012～0.282 138和0.281 993 5～0.282 142，對應的加權平均值則為0.282 070±0.000 244（2σ，n=18）和0.282 054±0.000 264（2σ，n=15）。εHf(t)值分別分布在-14.3688～-17.1591和-14.1 044～-19.3289。二階段Hf模式年齡（TDM2）變化范圍為分別為2284～2554 Ma和2269～2595 Ma，對應的平均值分別為2424 Ma和2465 Ma。

4 討論

4.1 侵位時代與地質意義

從大地構造位置上看，水泉溝堿性侵入巖與EW向尚義-崇禮深大斷裂帶密切相關，并主要產出在近E-W向與NE向斷裂的交匯部位。水泉溝堿性雜巖體具有規模大、巖性組合（角閃正長巖、角閃輝石二長巖、角閃石堿長正長巖、霓輝堿長正長巖、堿長正長巖、石英堿長正長巖、石英二長巖）復雜的特征。根據詳細的地質觀測，礦區的堿性侵入巖主要為角閃石英二長巖，其被礦區外圍被早白堊世火山巖（136～143 Ma，韋忠良等，2008）不整合覆蓋，且礦區堿性雜巖偶見中元古界長城系白云質灰巖捕虜體，表明堿性雜巖體侵入于中元古界。因此，從產狀及接觸關系上看，礦區堿性巖侵入的上限為早白堊（136～143 Ma），下限為中元古界。

?

根據前文所述測試鋯石的形態特征，其具有較為顯著的巖漿鋯石特征，結合Th/U比值及兩者正相關等參數，蝕變角閃黑云二長巖產出的鋯石盡管遭受一定熱液侵入，但未發生重置。其與新鮮角閃黑云二長巖中的鋯石基本一致，均顯示出典型巖漿鋯石的特征。在鋯石稀土元素配分圖解，稀土元素呈現出LREE虧損、HREE逐步富集的“海鷗”上翹式展布，即從Sm到Lu逐漸增高，同時顯示Ce的強烈正異常和Eu的負異常（圖6），指示著他們在相對氧化的條件下結晶，與巖漿鋯石的特征相似。(Sm/La)N-Ce/Ce*和La-(Sm/La)N的判別圖（圖10）進一步證實了該觀點，大多數測試鋯石均落入巖漿鋯石范圍內。因此，測試樣品的鋯石為巖漿鋯石，并未遭受明顯的后期蝕變，獲得的U-Pb年齡（389～395 Ma）介于早白堊世與中元古界之間，為礦區堿性侵入巖的形成時代提供了較為可靠的年齡依據。

圖10 中山溝金礦區堿性花崗雜巖鋯石類型判別圖（Hoskin，2005）a.(Sm/La)N-Ce/Ce*圖解；b.La-(Sm/La)N（b）圖解Fig.10 Zircon type discrimination diagrams of alkaline granite from the Zhongshangou Au-deposi（tHoskin，2005）a.(Sm/La)N versus Ce/Ce*diagram;b.La versus(Sm/La)N diagram

前人對水泉溝-后溝雜巖體進行了較多的定年工作，本文統計了較為可信的年齡數據詳細見表5。其中，水泉溝巖體西段的下雙臺的角閃正長巖和下盤地的角閃二長巖的年齡相對年輕，測得鋯石U-Pb年齡分別為372～373 Ma（李長民等，2014）；中山溝礦區外圍和下三道河的角閃二長巖和二長巖的鋯石U-Pb年齡為391～410 Ma（陸松年等，1997；胡小蝶等，1998）。就東段而言，水泉溝東段東坪金礦區的蝕變細粒正長巖、石英二長巖和角閃二長巖的鋯石U-Pb年齡分別為(381±3)Ma、(390±6)Ma、(400±4)Ma（羅鎮寬等，2001；李長民等，2010；Bao et al.,2014);后溝礦區蝕變正長巖和新鮮正長巖的鋯石U-Pb年齡均為(386±7)Ma（李長民等，2010a；2010b）。從水泉溝的年代構架上看，堿性雜巖可能經歷了長達～40 Ma演化，至少經歷了3期熱事件脈動的結果。其中，水泉溝堿性巖體熱事件演化早期，巖石組合則以角閃二長巖和石英二長巖為主，形成時代為409～412 Ma；水泉溝堿性巖體熱事件演化中期，巖石組合與早期基本一致，其與區域金礦化（東坪、后溝以及本次中山溝）更為密切，形成時代為早志留世（389～395 Ma）；巖體熱事件演化晚期，巖石組合以角閃正長巖和角閃二長巖為主，形成時代為早志留世（372～375 Ma）。需要指出的是，志留紀侵入之后，礦區及外圍的巖漿活動和構造也發生了多次脈動，絹云母或黑云母基本上存在多期次的特征，這些巖體的40Ar/39Ar統計年齡存在多期的特征（江思宏等，2000）。本次測得的礦區角閃石英二長巖的鋯石UPb年齡為389～395 Ma，與水泉溝巖體東段的東坪金礦區石英二長巖（（390±6）Ma）和角閃二長巖（（400±4）Ma）的鋯石U-Pb年齡、后溝金礦區正長巖的鋯石U-Pb年齡（386±7Ma）基本相當，為水泉溝堿性雜巖第二期熱事件的產物。

表5 水泉溝-后溝堿性雜巖測試年齡統計表Table 5 Statistical table of isotopic ages of the Shuiquangou-Hougou alkaline complex

賦礦堿性巖與金礦化的成因關系常常被討論，世界許多典型的脈型金（-碲）礦化均與堿性巖漿有關（Cripple Creek,Emperor,Porgera,Ladolam and the Montana;Richards,1995）。Jensen等(2000)認為幔源的堿性巖漿可能是金-碲重要的物質來源。然而，部分學者認為堿性巖與金礦化的成因聯系是否被過分強調了，許多在堿性巖省內的金礦床與鈣堿性巖漿具有明確的成因聯系（Baguio;Cook et al.,2005;Ciobanu et al.,2006）。冀北是華北克拉通北緣金成礦帶重要組成部分，也是中國重要的金-碲礦化帶。在中山溝礦區及鄰區，顯生宙以來巖漿熱事件主要有373～410 Ma、233～237 Ma和144～142 Ma三個階段。根據熱液鋯石和石榴石的U-Pb年代學測定，Miao等(2002)和Fan等(2021)認為東坪金礦化可能與早白堊世巖漿熱事件有關。然而，本課題組測得含金黃鐵礦和輝鉬礦的Re-Os模式年齡分別為375～383 Ma和375～379 Ma（本課題組，未發表），表明中山溝金多金屬礦化可能與水泉溝堿性巖漿期后熱液有關。本次測得角閃石英二長巖的鋯石U-Pb年齡（389～395 Ma）能代表中山溝金礦化的上限，也表明了兩者存在著明顯的成因聯系。

4.2 巖漿巖的源區和源巖

4.2.1 成因類型

全巖地球化學表明，礦區角閃石英二長巖的主量元素以中-高w(SiO2)（60.84%～67.34%）、富堿和相對低的A/CNK值、CaO和Mg#為特征。微量元素方面，測試樣品表現為富集LILEs和LREEs、虧損HFSEs和HREEs，并伴隨著強烈的Nb、P、Ti虧損和無明顯的δEu異常，明顯不同于典型的I型和S型花崗巖（圖11a～f）。測試樣品顯示出貧HFSEs，在Ga/Al*10000與Nb和Ga/Al*10000與Zr圖解（圖11a、b）中，測試樣品基本落入在I/S型和A型花崗巖的過渡區域，顯示出具有高分異I型或A型火山巖的特征。

在巖石類型上，A型花崗巖包括從堿性花崗巖經堿長花崗巖到鉀長花崗巖、石英正長巖、更長環斑花崗巖和紫蘇花崗巖等多種巖石類型（許保良等，1998），一部分富堿質的I型花崗巖，如高分異I型花崗巖也被包括進去（張旗等，2012）。研究區所采樣品主要為角閃石英二長巖和石英二長巖，淺色礦物以堿性長石為主，并含有部分斜長石，堿性長石與斜長石共生，堿性長石以微斜條紋長石為主，斜長石以更長石為主；暗色礦物中以角閃石為主；副礦物以磁鐵礦、磷灰石、榍石為主。造巖礦物組成上，具有I型和A型花崗巖的礦物組成特征。

高分異的I-型花崗巖通常具有低w(FeOT)（＜1%），w(Zr+Nb+Ce+Y)（＜350×10-6）和w(Ga)（＜20×10-6）以及w(Rb)（＜100×10-6），鋯石封閉溫度普遍較低（～754℃）（Whalen et al.，1987；王強等，2000；隋振民等，2007）。相比之下，A-型花崗巖普遍具有高w(FeOT)、w(Zr+Nb+Ce+Y)、w(Rb)和w(Ga)，結晶溫度普遍＞800℃。測試樣品普遍具有高w(FeOT)（3.88%～6.79%）、w(Ga)（（20.47～23.79）×10-6）以及巖漿結晶溫度（（916.33～1015.73℃）＞800℃）；和較低的w(Rb)（（53.18～101.30）×10-6）和w(Zr+Nb+Ce+Y)（（206.22～258.04）×10-6；圖12）。源區虧損Nb、Ta與源區特征有關，可能受到富集地幔影響或源區可能存在金紅石的殘留有關；與此同時，測試樣品均顯示較低的Y含量，顯示源區可能存在石榴子石和角閃石的殘留（Bea,1996）。為了進一步判斷測試樣品的巖體類型，在SiO2與FeO*/MgO和Al2O3與Ga圖解（圖11c、d）中，測試樣品均落入了A型花崗巖區域。綜上所述，中山溝堿性侵入體是具有低Zr+Nb+Ce+Y和Rb值的A型花崗巖。

圖11 中山溝金礦區堿性花崗雜巖巖體類型判別圖a.Ga/Al*10 000-Nb；b.Ga/Al*10 000-Zr；c.SiO2-FeOt/MgO；d.Al2O3-Ga；e.Y/Nb-Rb/Nb和Nb-Y-3Ga圖解Fig.11 Classificationdiagramsof granitetype a.Ga/Al*10000versus Nb;b.Ga/Al*10000versus Zr;c.SiO2 versus FeoT/MgO;d.Al2O3 versus Ga;e.Y/NB versus RB/NB and NB-Y-3GA diagrams of alkalinegranitefrom the Zhongshangou Au deposit

圖12 中山溝金礦區堿性花崗雜巖Zr-T圖解Fig.12 Zr-T diagram of alkaline granite from the Zhongshangou Au deposit

4.2.2 源區性質和年齡

礦區石英二長巖為弱-中等LHEEs富集型，并伴隨著低（La/Yb）N比值（12.67～28.29），可能指示起源于下地殼?？紤]到礦區巖體包裹有大量的中元古代地層包體，且內部構造簡單均一，并且與之接觸的圍巖產狀并沒有發生擠壓流變構造，判斷其是在拉張背景下的產物。此外，同化混染作用不可能同化如此多的地殼物質，所以推測源區為殼幔邊界附近（過渡帶）。根據前人研究，水泉溝雜巖體的δ18O值分布在6.5‰～9‰之間，鍶同位素初始值較低，(87Sr/86Sr)i=0.7062，顯示了殼-?；旌显吹奶卣鳎◤堈谐绲?，1997）。在微量元素（Zr/Y-Zr/Nb-Y/Nb）三角圖解（圖13）中，測試樣品落入到富集地幔和過渡型地幔之間，同樣也顯示了殼-?；旌显吹奶卣?。部分微量元素的特征可能來自對源區的繼承以及遭受圍巖混染的結果。

圖13 中山溝金礦區堿性花崗雜巖微量元素Zr/Nb-Zr/Y-Y/Nb三角圖解Fig.13 Trace element Zr/Nb-Zr/Y-Y/Nb triangle diagram of alkaline granite from the Zhongshangou Au deposit

具體而言，礦區巖體平均w(Sr)和w(Yb)分別為703×10-6和1.70×10-6，為高w(Sr)低w(Yb)型花崗巖w(Sr)＞400×10-6，w(Yb)＜2×10-6；張旗等，2006）。該類侵入體的HREEs強烈虧損，無明顯負至正δEu異常，暗示源區有石榴子石+輝石±角閃巖組成，殘留相為榴輝巖或角閃榴輝巖相。δEu為弱異常-正異常，可能暗示斜長石的分異作用較低，源區無斜長石殘留。Nb、Ta虧損以及較低的Y和Yb，同時也顯示了源區可能殘留了金紅石、石榴子石、角閃石和單斜輝石。

Amelin等（2005）和Vervoort等（1996）認為，?Lu/Hf值小于鎂鐵質地殼和硅鋁質地殼的?Lu/Hf，TDM2反映源區其源區物質從虧損地幔被抽取的時間。所測樣品鋯石的?Lu/Hf值分別分布于-0.9284～-0.9771和-0.9058～-0.9765，均值分別為-0.9610和-0.4999，明顯小于鎂鐵質地殼和硅鋁質地殼的?Lu/Hf（-0.72和-0.34；Amelin et al.,2000；Vervoort et al.,1996)，可能二階段模式年齡（TDM2）更能反應其源區物質從虧損地幔被抽取的時間。測得鋯石TDM2變化范圍分別為2284～2554 Ma和2269～2595 Ma，對應的平均值分別為2424 Ma和2465 Ma，表明該源區的形成時間可能對應于華北板塊的克拉通化以及地殼的生長階段。測試樣品εHf(t)均為較低的負值，數值介于-18.0399～-14.3688。在εHf(t)-t圖解（圖14）中，所有樣品點位于古元古代—晚太古代地殼（～2.5 Ga地殼）演化線附近，可能為老地殼物質再熔融或古元古代—晚太古代底侵地殼物質熔融的產物。根據前人與本次研究，桑干群花崗閃長片麻巖獲得的鋯石UPb年齡為2.30～2.54 Ga（李創舉等，2012；本課題組），可以解釋為礦區堿性雜巖的古老地殼物質來源。

圖14 中山溝金礦區堿性花崗巖鋯石εHf(t)-t圖解Fig.14 εHf(t)-t plot for the zircons in alkaline granite from the Zhongshangou Au deposit

綜上所述，中山溝礦區巖體顯示了源區主要為晚太古代下地殼，反映他們的源巖以地殼物質為主。此外，微量元素特征均顯示著巖體有富集地幔的混入。如果是(87Sr/86Sr)i較高的地幔橄欖巖類與下地殼不同比例的混合，則與巖體具有較低的Mg#不一致。因此，礦區巖體具有明顯的殼源地球化學特征和富集型的同位素特征，可能為增厚下地殼的部分熔融，不可能為板片熔體。因此，本文研究認為，礦區堿性侵入體可能是在伸展作用下幔源巖漿底侵，誘發玄武質巖漿的析取、巖漿底墊、分異、新生基性下地殼的重熔及其分異等一系列深部流體活動（張曉暉等，2010）。這一研究結果也間接支持了泥盆世為華北板塊與西伯利亞板塊主碰撞的重要時期。

4.3 構造環境與動力機制

中山溝礦區A-型侵入體的鋯石LA-MC-ICP-MS測年結果為390～392 Ma，代表了泥盆世的一期構造-巖漿活動。Frost等（2001；2007）認為，A-型花崗巖形成的構造環境為造山后伸展或者非造山環境的大陸裂谷。依據構造背景（A1=非造山裂谷，A2=造山后）和地幔（＜1.2）與地殼（＞1.2）的Y/Nb比值差異，Eby（1990；1992）將其進一步劃分了A1和A2型花崗巖，分別代表非造山裂谷環境下的幔源溶體的分離結晶和造山后環境下地殼部分熔融的產物。所有測試樣品的Y/Nb比值介于1.20～1.70，均值為1.47＞1.20。在Rb/Nb-Y/Nb圖解和Nb-Y-Ga*3三角圖解（圖11e、f）中，測試樣品均落入到A2型花崗巖范圍內。在Y與Nb圖解（圖11e）中，測試樣品落入到ORG范圍和典型A型花崗巖之內；在Y+Nb與Rb圖解（圖11f）中，測試樣品落入到后碰撞花崗巖范圍內（Pearce,1996）。

綜上所述，礦區堿性侵入體的形成動力機制可能為西伯利亞板塊和華北克拉通發生碰撞后伸展的產物。隨之碰撞后應力松弛，逐漸傳遞到碰撞邊界的附近，并沿著赤城-尚義區域深大斷裂。在地幔和下地殼的過渡部位，發生部分熔融，形成鈣堿性巖石組合為主的水泉溝巖體，其形成過程可能比較漫長，并伴隨著3次大的脈動。大約392～393 Ma之間，在礦區范圍內有一次堿性巖漿入侵定位，形成了礦區的石英二長巖。隨后，巖漿期后熱液或后期堿性巖體的新一次脈動引起了區域廣泛的金礦化。

5 結論

（1）根據鋯石的形態特征以及稀土元素分布特征，均指示為巖漿成因。LA-MC-ICP-MS鋯石測年結果表明，中山溝礦區新鮮和蝕變的角閃石英二長巖鋯石U-Pb年齡在誤差范圍基本一致，年齡區間為388～395 Ma，為泥盆世，是區域水泉溝堿性雜巖的一部分，可能為水泉溝堿性雜巖第二期脈動的產物。

（2）巖石地球化學分析結果表明，礦區堿性雜巖具有富SiO2、富堿、準鋁的鈣堿性巖石，為相對低的Mg#的高鉀鈣堿性巖漿系列；巖體具有LREE、LILE元素（Sr、Rb、Ba）富集和高場強元素、放射性元素（Th、U）、HREE相對虧損特征，并伴隨著弱負-正Eu異常，巖體類型為A2-型花崗巖。

（3）巖體具有高Sr低Yb型花崗巖特征，呈現HREEs強烈虧損，弱負至正δEu異常，暗示源區有石榴子石+輝石±角閃巖組成，殘留相為榴輝巖或角閃榴輝巖相。巖體源區可能為下地殼，并含有一定量的富集地幔的物質。

（4）礦區堿性雜巖年代學、巖石學特征表明，堿性巖漿的侵位可能為西伯利亞板塊和華北克拉通微地塊發生碰撞后伸展的產物。結合礦區地質和前人研究成果，認為中山溝金礦床主要與泥盆世巖漿活動有關，是區域拉張構造背景下巖漿活動的產物。

致謝本課題工作得到了河北地質大學的張建珍教授、郭襄博士和張家口市海龍金礦有限公司的楊寶軍、劉洪利、張小波以及李勇先生的熱情指導與幫助，在此表示衷心感謝。