大別造山帶雙廟關金礦床成礦時代與成礦背景

秦志軍，汪興韋，周豹，劉嘉，杜文洋，曾小華，李奧冰，張維康

（1.湖北省地質調查院，湖北 武漢 430034；2.湖北省地質勘查工程技術研究中心，湖北 武漢 430034；3.中國地質大學（武漢）資源學院，湖北 武漢 430074）

秦嶺-桐柏-大別造山帶是揚子和華北克拉通在晚三疊世碰撞拼合的產物，經歷了造山期SN 向擠壓和造山后的伸展作用（趙新福等，2019）。自侏羅紀以來，該區受古太平洋板塊俯沖的影響，和整個中國東部一起經歷了強烈的巖石圈改造和破壞（張國偉等，1995；毛景文，2003；馬宏衛，2008）。與復雜的構造演化相對應，區域上構造-巖漿活動強烈，礦產種類豐富，形成了小秦嶺、熊耳山、桐柏、大別等系列多金屬礦集區（張國偉等，2001；馬驍等，2016；高峰等，2017；朱雪麗等，2021）。造山帶東部的大別地區因產出湯家坪、沙坪溝等世界級的斑巖型鉬礦床而聞名于世（曾小華等，2021），金多金屬礦床（點）也廣泛發育（徐江嬿等，2020；曾小華等，2020）。20 世紀末，鄂東北地質隊等勘查單位先后在大別地區發現東灣、熊家坳等一批金礦點，并探獲白云、陳林溝等中小型脈型金礦床。2010 年以來，筆者所在團隊先后在該區開展了1∶5萬礦產地質調查和金多金屬礦調查評價工作，新發現鄭家塘、大松樹崗、大河鋪、雙廟關等一批金礦點（圖1）。2017～2020 年，筆者所在團隊重點對該區雙廟關地區開展了金礦普查工作，并在雙廟關金礦區探獲11 條金礦（化）體，初步估算金推斷資源量為1 558 kg，伴生銀推斷資源量為16 565 kg。雙廟關金礦床作為大別地區脈狀金礦床的典型代表，但其成礦時代和成礦背景尚不清楚，這不僅限制了對該礦床成因的準確認識，更在一定程度上阻礙了區域上同類礦床的找礦勘查工作部署。鑒于此，筆者所在團隊于2021 年對雙廟關礦區相關地質體與金礦化的時空關系進行了系統野外調查，利用LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 年齡間接限定了礦床的成礦時代，進一步與區域上金礦床成礦時代和構造-巖漿活動時代進行對比研究，分析了金的成礦構造背景。以研究成果為指導，團隊還于近期在雙廟關地區新發現多處具有高Au、Ag 品位礦化的找礦靶區，指示該區具有尋找中-大型金礦床的潛力。

圖1 桐柏-大別造山帶地質簡圖（據吳皓然等，2020 修）Fig.1 Geological sketch of the Tongbai-Dabie orogenic belt

1 區域地質背景

大別造山帶地處秦嶺-桐柏-大別造山帶東部，其東部以北北東向郯-廬斷裂帶為界，北部和南部分別以NW-NNW 向的明港-六安斷裂帶、襄樊-廣濟斷裂帶與華北克拉通、揚子克拉通相接（圖1）。大別造山帶主要由原巖性質不同的各類變質巖和侵入其中的花崗巖類及鎂鐵質-超鎂鐵質巖類組成（曹正琦等，2023），整體構成核部為中深變質雜巖體、南北兩側分布淺變質巖及未變質蓋層的格局。根據斷裂構造及地質單元巖性的差異，通常將大別造山帶劃分為5 個單元，從北至南依次為北淮陽低溫低壓綠片巖相帶（BHYZ）、北大別高溫超高壓構造帶（NDZ）、中大別中溫超高壓榴輝巖相帶（CDZ）、南大別低溫超高壓榴輝巖相帶（SDZ）及宿松低溫高壓藍片巖相帶（SZ）（吳皓然等，2020），雙廟關金礦床即位于中大別中溫超高壓榴輝巖相帶內（圖1）。

區域上地層出露時代跨度較大，從新太古界至新生界均有出露，主要由（自北向南）欒川群、寬坪群、二郎坪群、秦嶺群、梅山群、信陽群、蘇家河群、佛子嶺群、廬鎮關群、紅安群、大別/桐柏雜巖群、隨縣群等組成。區域內構造發育，以NW 向、NNE、近SN 向斷裂為主，NW 向為區域性大斷裂，往往控制該區礦床的分布，如信陽-舒城斷裂、桐柏-桐城斷裂等；NNE、近SN 向斷裂以郯廬斷裂帶為代表，次級斷裂主要有商城-麻城斷裂、浠水-桐城斷裂等；NE 向、NW 向和近EW 向等次級斷裂也較為發育，總體構造格局呈棋盤格子狀。區域內巖漿巖活動頻繁，在多個地質時期均有不同程度的巖漿活動，包括了古生代花崗巖，中生代閃長巖-花崗閃長巖、花崗巖及中生代火山巖等。

區域上礦產種類豐富，廣泛發育金、銀、鉛、鋅、鉬等多金屬礦床（點），空間上這些礦床（點）主要沿北西向的區域深大斷裂分布，代表性礦床有破山、銀洞坡、老灣等大型金銀多金屬礦床；銀山、銀水寺、汞灣、汞洞沖等鉛鋅多金屬礦床；湯家坪、沙坪溝等斑巖型鉬礦床。成礦年代學研究表明，這些礦床主要形成于晚泥盆世（380～370 Ma）和早白堊世（140～120 Ma），礦床成因類型包括巖漿熱液型金銀鉬礦床、與火山-次火山作用有關的金銀鉛鋅礦床和斑巖-矽卡巖型鉬多金屬礦床等（徐江嬿等，2020；曾小華等，2020，2021；金偉衎，2021；柴明春，2021）。

2 礦床地質特征

礦區出露地層主要為中元古界西張店基性火山巖組和第四系（圖2）。西張店基性火山巖組出露于礦區西北部，呈透鏡狀、孤島狀及不規則狀分布。巖性為綠簾黑云斜長角閃（片）巖、斜長角閃巖、含石英綠簾角閃巖、黑云斜長變粒巖夾黑云二長變粒巖、條帶狀石英綠簾石巖、白云鈉長片麻巖、淺粒巖等。其原巖為一套基性火山巖為主夾陸源碎屑沉積建造，顯示出裂谷環境沉積特征。第四系僅小規模出露于礦區西南部河流、溝谷地帶。以坡積物及河流沖積物為主，其成分多為石英巖、花崗巖、淺粒巖、斜長角閃巖、片麻巖等。按照空間展布特征，可將礦區斷裂構造劃分為NE-NNE 向、NW 向以及近EW 向3 組，其中NE-NNE向斷裂在礦區占主導地位，如延伸較長的斷裂F7、F8和貫穿礦區南北的斷裂F14等；NW 向斷裂規模較小，如斷裂F10、F17等；近EW 向斷裂數量最少，僅有斷裂F2、F20等寥寥幾條小規模出露。礦區巖漿巖分布廣泛，按時代可將區內侵入巖分為新元古代片麻狀二長花崗巖、變輝長巖和中生代細粒鉀長花崗巖、中粒二長花崗巖、花崗斑巖。礦區內巖脈主要有變輝長（綠）巖脈、閃長巖脈等，產狀較為復雜，主要呈NW、NE、EW 向展布。

圖2 雙廟關金礦床地質圖（據杜文洋等，2022）Fig.2 Geological Map of the Shuangmiaoguan gold deposit

截至目前，礦區內已發現11 條金礦（化）體，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅴ1、Ⅵ、Ⅶ號礦體產于NE-NNE 向破碎蝕變帶中，Ⅲ、Ⅷ號礦體產于近EW 向的石英脈中，Ⅸ、Ⅹ號礦體產于NNW 向破碎蝕變帶中。單條礦體長可達360 m，斜深可達290 m，估算推斷金金屬量為1 558 kg，伴生銀金屬量為16 565 kg，Au 的平均品位為6.3～17.1 g/t，Ag 的平均品位為30.4～185 g/t，為該區少有的高品位金多金屬礦床。區內X 礦體較為典型，該礦體位于礦區東北部16#線北端，地表由探槽TC29 和TC31 控制，深部由ZKS04 孔控制（圖3）。礦體呈脈狀產于NNW 向的破碎帶中，傾向為251°～258°，傾角為42°～63°，平均傾角為60°；礦體長約為260 m，斜深為110 m，賦存標高為297～406 m。礦體厚度為0.80～1.13 m，平均為0.98 m，厚度變化系數為30%。礦體Au 品位為7.31～38.00 g/t，平均為17.10 g/t，品位變化系數為91%，伴生Ag 平均品位為185.16 g/t。

圖3 雙廟關礦區PM11 勘查線剖面圖及野外露頭特征圖（據杜文洋等，2022）Fig.3 Cross-section of PM11 in the Shuangmiaoguan gold deposit and characteristics of field outcrops

礦區礦石中金屬礦物主要有黃鐵礦、磁鐵礦、黃銅礦、赤鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦、磁黃鐵礦等；非金屬礦物主要有石英、鉀長石、絹云母、綠泥石、綠簾石、方解石。礦石構造類型以脈狀-網脈狀構造、浸染狀構造為主，次為細小團塊狀構造、角礫狀構造等。礦石結構類型主要有粒狀結構、填隙結構、包含結構、交代殘余結構、環帶結構等。常見的蝕變有鉀化、硅化、黃鐵絹英巖化、綠泥石化、綠簾石化、碳酸鹽化等，其中綠泥石化與成礦關系密切，而碳酸鹽化往往意味著成礦作用的結束（圖4）。

圖4 雙廟關金礦床典型礦石特征圖Fig.4 Typical ores in the Shuangmiaoguan gold deposit.

3 礦區巖漿巖與金成礦的時間關系

前已述及，區內中生代巖漿巖主要包括細粒鉀長花崗巖、中粒二長花崗巖、花崗斑巖及各類脈巖。其中，細粒鉀長花崗巖主要分布于礦區北部，巖石呈肉紅色，細?；◢徑Y構、局部具交代結構，塊狀構造，主要組成礦物為鉀長石（50%～60%）、斜長石（15%～20%）、石英（20%～30%）及少量黑云母（5%），常見副礦物有榍石、磷灰石等。該巖體被區內北東向含礦構造切割（圖2），局部可見明顯鉀化、碳酸鹽化（圖5a、圖5b），表明其侵位早于區內金成礦作用。

圖5 早白堊世細粒鉀長花崗巖、花崗斑巖及閃長巖脈特征圖Fig.5 Characteristics of early Cretaceous fine-grained K-feldspar granite,granite porphyry and diorite dikes

早白堊世花崗斑巖主要分布于礦區北部，巖石呈淺肉紅色，具斑狀結構，塊狀構造，斑晶含量約為60%，主要組成礦物為鉀長石（20%～30%）、斜長石（10%～20%）、石英（15%）、黑云母（5%）。其中，鉀長石斑晶以半自形板狀為主，粒徑為0.5～2 mm，具卡式雙晶；斜長石斑晶以半自形板狀為主，粒徑為0.3～2.5 mm，具聚片雙晶；石英斑晶多為他形粒狀，無色透明，粒徑為0.2～2 mm；黑云母斑晶呈自形板狀，粒徑為0.5～1.5 mm；巖石基質含量約為40%，多為隱晶質，礦物成分與基質相同。副礦物主要為磷灰石、鋯石和磁鐵礦等（圖5c、圖5d）。在前期野外構造調查中，可見成礦后節理穿切花崗斑巖脈，表明其侵位早于區內金成礦作用。

閃長巖脈零散分布于礦區中部，巖石呈深灰-輝綠色，細粒半自形粒狀結構，塊狀構造，主要組成礦物為斜長石（50%～60%）、普通角閃石（10%～15%）、石英（5%～10%）、斜方輝石（10%）、黑云母（5%），可見少量鋯石和磷灰石等副礦物。局部有硫化物產出，區內也可見閃長巖脈穿切早期含礦石英脈（圖5e、圖5f），表明其侵位晚于區內金成礦作用。

4 樣品采集及分析方法

在野外和室內觀察的基礎上，選取雙廟關金礦區出露的3 類具有代表性的巖體開展U-Pb 定年工作，即成礦前鉀長花崗巖（DQD-1）、成礦前花崗斑巖（SMHG-1）和成礦后閃長巖（D2002-B1），具體采樣位置見圖2。

樣品的破碎、分選、挑選、制靶工作及鋯石陰極發光（CL）顯微照相均在中國科學院廣州地球化學研究所完成。按照標準程序破碎、用浮選和電磁法進行單礦物分選，并在雙目鏡下挑選透明度較好、具有良好晶形、無明顯裂隙和包裹體的鋯石制靶，將鋯石靶打磨拋光，拍攝鋯石透射光、反射光照片和陰極發光（CL）照片。

鋯石U-Pb 同位素定年和微量元素含量測試在中國地質大學（武漢）地質過程與礦產資源國家重點實驗室完成，采用激光剝蝕電感耦合等離子體質譜儀（LA-ICP-MS）進行微區原位U-Pb 同位素測定。本次分析的激光束斑為32 μm，儀器配置和實驗流程見有關文獻（Zong et al.，2017），U-Pb 同位素定年和微量元素含量處理中采用國際標準鋯石91 500 作外標進行同位素分餾校正，以玻璃標準物質NIST610 作外標進行微量元素分餾校正，以GJ-1 作為監控樣進行分析。對分析數據的離線處理（包括對樣品和空白信號的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及U-Pb 同位素比值和年齡計算）采用軟件ICPMSDataCal（Liu et al.，2008，2010）完成。鋯石樣品的U-Pb 年齡諧和圖繪制和年齡加權平均計算采用Isoplot/Ex_ver3 完成。

5 分析結果

3 個樣品的LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 年齡分析結果見表1。鉀長花崗巖（DQD-1）的鋯石顆粒的陰極發光（CL）特征如圖6a，鋯石顆粒主要呈柱狀，無色透明，鋯石晶體大小為80～200 μm，長寬比為1∶1～2∶1。鋯石Th 含量為400×10-6～3 693×10-6，U 含 量為357×10-6～2 066×10-6，陰極發光圖像顯示鋯石具有明顯的核幔結構，幔部均顯示明顯的震蕩環帶，且鋯石微量元素Th/U 值（0.92～1.97）均大于0.4，指示鋯石為巖漿成因（Rubatto，2002；GrantMatthew，2009；王梓桐等，2022；柳永正等，2023；楊濟遠等，2023）。本次研究對鉀長花崗巖的鋯石顆粒共分析22 個鋯石測點，鋯石測點數據高度集中，在鋯石206Pb/238U 數據諧和圖上（圖7a），數據點均落在諧和線上或其附近，鋯石206Pb/238U 年齡群為138～130 Ma，加權平均年齡為（133.6±1.1）Ma（MSWD=2.9），該年齡代表了鉀長花崗巖巖體的侵位年齡，表明鉀長花崗巖形成時間約為133 Ma。

表1 雙廟關金礦床巖漿巖LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 同位素數據表Tab.1 LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic of the Shuangmiaoguan gold deposit

圖6 雙廟關金礦床火成巖鋯石CL 圖像Fig.6 Zircon CL images of plutons in the Shuangmiaoguan gold deposit

圖7 雙廟關金礦床巖體鋯石U-Pb 年齡諧和圖Fig.7 Zircon U-Pb ages of plutons in the Shuangmiaoguan gold deposit

樣品SMHG-1（花崗斑巖）CL 特征如圖6b，鋯石主要呈柱狀，無色透明，晶體長軸多為50～250 μm，長寬 比為1∶1～3∶1，鋯石的Th 含量為248×10-6～1 963×10-6，U 含量為330×10-6～852×10-6，陰極發光圖像顯示鋯石具有明顯的核幔結構，幔部均顯示明顯的震蕩環帶，且鋯石微量元素Th/U 值為0.77～2.54，均大于0.4，指示鋯石為巖漿成因。本次研究對花崗斑巖的鋯石顆粒共分析14 個鋯石測點，鋯石測點數據高度集中，在鋯石206Pb/238U 數據諧和圖上（圖7b），數據點均落在諧和線上或其附近，鋯石206Pb/238U 年齡群為135～125 Ma，加權平均年齡為（127.9±1.6）Ma（MSWD=4.1），該年齡代表了花崗斑巖的結晶年齡，表明花崗斑巖形成時間約為128 Ma。

樣品D2002-B1（閃長巖）CL 特征如圖6c，鋯石主要呈柱狀，無色透明，鋯石晶體大小為80～400 μm，長寬比為2∶1～4∶1。鋯石Th含量為185×10-6～1 297×10-6，U 含量為195×10-6～766×10-6。陰極發光圖像顯示鋯石具有明顯的核幔結構，幔部均顯示明顯的震蕩環帶，鋯石微量元素Th/U 值（0.63～2.65）均大于0.4，指示鋯石為巖漿成因。本次研究對閃長巖的鋯石顆粒共分析20 個鋯石測點，鋯石測點數據高度集中，在鋯石206Pb/238U 數據諧和圖上（圖7c），數據點均落在諧和線上或其附近，鋯石206Pb/238U 年齡群為132～122 Ma，加權平均年齡為（126.6±1.3）Ma（MSWD=4.0），該年齡代表了閃長巖的結晶年齡，表明閃長巖形成時間約為126 Ma。

6 討論

6.1 成巖成礦時代

根據前述分析結果不難看出，雙廟關金礦床成礦前鉀長花崗巖和花崗斑巖年齡分別為（133.6±1.1）Ma、（127.9±1.6）Ma，成礦后閃長巖年齡為（126.6±1.3）Ma。因此，雙廟關金礦床的成礦作用應發生于早白堊世（128～126 Ma）。前人研究表明，秦嶺-桐柏-大別造山帶發育了強烈的燕山期巖漿作用及其相關的成礦作用（劉巍等，2021）。筆直整理收集了小秦嶺、熊耳山、桐柏礦集區的一系列與巖漿活動有關的金礦成礦年齡（圖8a），發現在小秦嶺礦集區內，東桐峪、樊岔、東闖、文峪、陳耳、槍馬、楊砦峪等系列金礦床的成礦時間非常集中，其40Ar-39Ar 年齡為132～118 Ma（Li et al.，2012）。在熊耳山礦集區內，唐克非（2014）對公峪金礦蝕變巖礦石中絹云母40Ar-39Ar 定年，獲得了（129.8±1.0）Ma 的成礦年齡；Wang 等（2019）對松里溝金礦黃鐵礦Rb-Sr 定年，獲得了（126.6±2.3）Ma 的成礦年齡，整個礦集區成礦年齡集中在135～118 Ma（圖8a）。在桐柏礦集區內，梁濤等（2020）對高莊金礦黃鐵礦Rb-Sr 定年，獲得了（129.8±1.4）Ma 的成礦年齡；向祥輝等（2021）對黑龍潭金礦蝕變巖礦石中絹云母K-Ar 定年，獲得了128.24～130.58 Ma 的成礦年齡，整個礦集區的主體成礦年齡集中在142～119 Ma（圖8a）。因此，雙廟關金礦床成礦年齡為128～126 Ma，表明大別地區的金礦化時間與華北克拉通南緣的小秦嶺、熊耳山、桐柏等礦集區內的金成礦作用峰期基本一致。

圖8 秦嶺-大別造山帶金礦床成礦作用、混合巖化、構造伸展、巖漿活動時代（據Keay et al.，2001；LI et al.，2012；唐克非，2014；Ji et al.，2017；王勇生等，2018；張哲坤，2020）Fig.8 Age of mineralization,mixed mineralization,tectonic extension and magmatic activity of gold deposits in Qinling-Dabie orogenic belt

6.2 成巖成礦構造背景

對小秦嶺、熊耳山、桐柏、大別等礦集區內金礦床的成礦時代進行進一步統計發現，區域上金礦成礦時間多集中在140～120 Ma（Li et al.，2012；唐克非，2014；Ji et al.，2017），峰期約為130 Ma（圖8a）。該期金成礦作用與區域上斑巖-矽卡巖型鉬多金屬礦床、火山-次火山作用有關的金銀鉛鋅礦床成礦作用基本同時（劉歡，2016；趙新福等，2019；趙宇潔，2021），與秦嶺-桐柏-大別地區早白堊世構造熱事件關系密切，可能為深部巖石圈破壞的產物。

Ji 等（2017）認為桐柏-大別造山帶在145 Ma 可能已開始伸展垮塌作用，隨之混合巖化和殼內拆離，130 Ma 到達伸展作用峰期，以山根拆沉為標志，隨后發生穹窿作用和大量巖漿活動（圖8c）。造山帶伸展作用開始時會引起與地殼減薄相關的熱流的顯著增強，并通常表現為地殼熔融、混合巖化和花崗巖侵入（Keay et al.，2001），對大別造山帶區域上的混合巖鋯石年齡進行統計可得（圖8B），區域上混合巖鋯石年齡主要為145～120 Ma，介于145～120 Ma 的年齡數據連續分布，其中尤以140～128 Ma 的數據分布最為密集。這些數據的加權平均年齡為（132.2±1.9）Ma（n=436），該年齡應代表了混合巖化峰期的時間（王勇生等，2018）。研究表明，在造山帶造山后伸展垮塌過程中同時會伴隨有明顯的巖漿活動。秦嶺-大別造山帶內巖漿巖U-Pb 年代學統計結果顯示（張哲坤，2020）（圖8d），中生代巖漿活動大概有～148 Ma、～132 Ma、～118 Ma 等3 個峰期。馬昌前等（2003）認為130～120 Ma 是巖漿作用最為強烈的一個時期。因此，雙廟關金礦床的成礦時代與區域構造伸展、巖漿作用峰期年齡高度吻合，是秦嶺-桐柏-大別地區早白堊世伸展構造-巖漿熱事件產物，與深部巖石圈改造、破壞緊密相關。

7 結論

（1）雙廟關金礦床的鉀長花崗巖、花崗斑巖和閃長巖鋯石U-Pb 年齡分別為（133.6±1.1）Ma、（127.9±1.6）Ma、（126.6±1.3）Ma。結合地質體穿插關系，可以限定雙廟關金礦床形成于早白堊世128～126 Ma。

（2）雙廟關金礦床的成礦時代與區域構造伸展、巖漿作用峰期年齡高度吻合，系華北克拉通南緣早白堊世伸展構造-巖漿熱事件產物，與深部巖石圈破壞緊密相關。