云南大坪金礦新元古代成礦事件
——來自熱液鋯石和閃長巖U-Pb年代學及Hf同位素的約束

曹 原，何小虎,2，談樹成,2，楊建宇，劉沛穎

(1.云南大學 地球科學學院，云南 昆明 650091；2.云南省高校關鍵礦產成礦學重點實驗室，云南 昆明 650091；3.云南華聯鋅銦股份有限公司，云南 文山 663701)

哀牢山-紅河韌性剪切帶位于特提斯構造域東段，是東南亞最重要的的線性構造(長約1 000 km)之一，亦是揚子板塊與印支地塊的重要分界。新生代，哀牢山-紅河韌性剪切帶在印度板塊向歐亞板塊的斜向俯沖碰撞導致印支塊體發生擠出、旋轉和逃逸的過程中起著重要的調節作用(Burnard，1999；劉俊來等，2011)。同時，該剪切帶內發育一系列金(銅-鉬)多金屬礦床，金礦資源豐富，找礦潛力巨大，是我國重要的金成礦遠景區之一(孫曉明等，2007a；石貴勇等，2010；田廣等，2014)。大坪金礦是位于哀牢山-紅河韌性剪切帶南段元陽縣境內的大型金礦床，但其成礦時代、物質來源和動力學背景仍存在爭議。前人對大坪金礦的礦床地質(金世昌等，1994；胡云中等，1995；畢獻武等，1997；楊立強等，2011；李偉，2014；李勇兵等，2015)、礦石礦物學(周躍飛等，2003；孫曉明等，2007a)、成礦流體(Sunetal.，2009；石貴勇等，2010；朱路華等，2011)等特征和成礦時代(金世昌等，1994；韓潤生等，1997；應漢龍，1998；孫曉明等，2007b；張燕等，2011)開展了大量研究工作。在成礦物質與成礦流體來源方面，存在兩種觀點：① 地殼淺部(2 km左右)區域巖漿水和地下水混合來源，金來源于閃長巖圍巖(金世昌等，1994；胡云中等，1995；畢獻武等，1997)；② 地幔流體和下地殼麻粒巖相富CO2變質流體混合來源(孫曉明等，2006，2007b；熊德信等，2007；袁士松等，2010；石貴勇等，2010)。在大坪礦區圍巖閃長巖的成巖時代和該礦床的成礦時代方面，由于分析測試方法和對象的不同，一直存在爭議。例如，前人通過角閃石K-Ar和全巖Rb-Sr等時線方法獲得了閃長巖圍巖的成巖年齡在較大的范圍內變化(926.15～481 Ma，金世昌等，1994；韓潤生等，1997；應漢龍，1998)，張燕等(2011)利用鋯石SHRIMP U-Pb法獲得閃長巖年齡為新元古代(773±12Ma)。在成礦時代方面，朱炳泉等(2001)對大坪金礦脈石英流體包裹體40Ar-39Ar年齡測定給出高溫坪年齡為765.5±7.0 Ma，孫曉明等(2006)對含金石英脈中熱液絹云母的40Ar-39Ar定年結果為33.76±0.65 Ma，Bi等 (1996)利用含金石英脈中石英ESR獲得大坪金礦成礦年齡為58～41.3 Ma。這些爭議不利于哀牢山-紅河韌性剪切帶內金礦床成礦構造背景和成礦模型的建立，也限制了該區的進一步勘查工作。針對上述問題，本文選取哀牢山-紅河韌性剪切帶中大坪金礦床含金石英脈中的熱液鋯石、賦礦圍巖閃長巖和花崗閃長巖脈中的巖漿鋯石為研究對象，開展了鋯石LA-ICP-MS U-Pb測年、微量元素和原位微區Hf同位素組成的測定，并結合前人的研究結果，厘定了大坪金礦床存在新元古代金礦化事件；明確了閃長巖和花崗閃長巖脈形成時代，并通過鋯石微量元素和Hf同位素探討了閃長巖和花崗閃長巖脈的來源及其與金礦化的關系。

1 區域與礦區地質概況

1.1 區域地質概況

大坪金礦位于哀牢山-紅河韌性剪切帶南段，屬哀牢山成礦帶。該區域經歷了印支期和喜馬拉雅期構造作用，形成了多個構造世代的疊加構造變形、多期構造動力體制轉換和巖漿作用，導致金成礦作用復雜多變(鄧軍等，2010a,2010b；楊立強等，2010，2011)。除大坪金礦床外，區內還發育墨江金礦、鎮沅老王寨金礦、金平長安金(銅)礦等多個金礦床，沿哀牢山-紅河斷裂帶，自北西往南東方向呈線性分布。大坪金礦是哀牢山成礦帶內儲量最大的石英脈型金礦，主要分布在哀牢山斷裂帶西側淺變質巖帶內(圖1)。

圖1 哀牢山-紅河韌性剪切帶區域地質簡圖[據陳耀煌等(2014)修改]Fig.1 Regional geological map of Ailao Mountain-Honghe River shear zone (modified after Chen Yaohuang et al.,2014)

紅河-哀牢山韌性剪切帶是喜山期由于印度板塊與亞歐板塊剪切碰撞形成的大型左行走滑韌性剪切帶。新生代以來，受印度大陸與歐亞大陸碰撞的影響，哀牢山-紅河韌性剪切帶經歷了多期左行走滑變形運動(Leloupetal.，1995,1999；張進江等，2006)，形成了區內張性斷裂(如小新街斷裂)，為成礦流體上升與金礦的沉淀提供了有利條件(Leloup and Kienast，1993；Leloupetal.，1995)。區域出露地層以哀牢山淺變質巖或未變質巖系為主，淺變質巖主要為泥盆系碳酸鹽巖、頁巖、砂巖等，志留系碳酸鹽巖，奧陶系砂巖、板巖等(應漢龍，1998)。未變質區域出露地層為下古生界碎屑巖、中生界碎屑巖和酸性噴出巖(流紋斑巖)。同時，發育系列北西向斷裂及相間排列的中酸性巖和基性-超基性巖，控制了區域內低品位銅和銅鎳及釩鈦磁鐵礦礦床的產出(楊立強等，2011)。

1.2 礦區地質概況

大坪金礦區位于哀牢山-紅河韌性剪切帶南部，夾于哀牢山和藤條河深大斷裂之間的金平淺變質帶區內(圖1)。礦區內斷裂十分發育，除哀牢山主斷裂外，還發育有小寨金坪斷裂、小新街斷裂、三家河斷裂等北西向次一級斷裂貫穿整個礦區，并控制著礦體的分布。以小寨金坪斷裂與三家河斷裂為界，圍繞著小新街斷裂均勻分布有諸多雁列狀更次一級斷裂，這些斷裂是大坪的主要儲礦構造(圖2)。以北西向的三家河斷裂帶為界，北東部主要出露新元古代閃長巖、燕山期黑云二長花崗巖、喜山期中基性火山巖(煌斑巖)。礦區金礦體以含金石英脈為主，產狀為北西-南東向，穿插在新元古代閃長巖體中。閃長巖體中部常發育有與金礦脈產狀近似的花崗閃長巖脈，金礦脈偶爾穿插其中(圖2)。除此之外，野外偶見含金石英脈與煌斑巖脈共生。礦床探明儲量為60.00 t，平均品位為14.30×10-6。礦區西南部出露下奧陶統砂巖、板巖，中志留統碳酸鹽巖，以及中泥盆統碳酸鹽巖、頁巖和砂巖等地層。區內圍巖蝕變較強烈，主要有硅化、綠泥石化、綠簾石化、鐵白云石化、方解石化。石英脈中黃鐵礦是主要的載金礦物，偶見自然金(楊立強等，2011)。

圖2 大坪金礦區構造地質簡圖(據朱路華等，2011修改)Fig.2 Structural geological map of the Daping gold deposit (modified after Zhu Luhua et al.,2011)

2 樣品特征及分析測試方法

2.1 樣品特征

本文含金石英脈(DP-04)、賦礦閃長巖(DP-02)和花崗閃長巖脈(DP-03)樣品均采自大坪金礦坑。石英脈寬度一般大于10 cm，呈乳白色，穿插在閃長巖、糜棱巖和板巖圍巖中(圖3a)。含金石英脈中礦石礦物主要為黃鐵礦、方鉛礦、黃銅礦等金屬硫化物，脈石礦物主要為石英，金屬硫化物與石英脈體多呈共生關系(圖3a)。兩類(花崗)閃長巖主要呈淺綠色和灰白色，呈半自形-自形粒狀結構、塊狀構造(圖3a、3b)。主要礦物為斜長石(60%～70%)和角閃石(20%～30%)，次要礦物為黑云母、堿性長石、石英等。賦礦閃長巖中角閃石含量略高于花崗閃長巖脈，且賦礦閃長巖礦物自形程度更高。花崗閃長巖脈中斜長石多呈破碎狀，礦物(石英除外)多數發生強烈的絹云母化、綠泥石化等蝕變。

圖3 大坪金礦床含金石英脈礦石(a)、閃長巖(b)和花崗閃長巖(c)的野外、手標本和鏡下照片Fig.3 Photos of outcrop,hand specimen and microphotograph of gold-bearing quartz-vein (a),diorite (b) and granodiorite vein (c) from the Daping gold depositChl—綠泥石；Bt—黑云母；Hb—角閃石；Q—石英；Pl—斜長石Chl—chlorite；Bt—biotite；Hb—hornblende；Q—quartz；Pl—plagioclase

2.2 分析測試方法

樣品中鋯石的分選工作在河北省廊坊市區域地質調查所進行，先將樣品破碎至60目，再將破碎的樣品通過淘洗、磁選、重液分離和雙目鏡觀察以挑選出代表性鋯石置于環氧樹脂中制靶。鋯石陰極發光圖像、U-Pb年代學和微量元素分析均在中國地質大學(武漢)地質過程與礦產資源重點實驗室進行。鋯石陰極發光圖像(CL)采用JSM-IT100高真空掃描電子顯微鏡(配備有GATAN MINICL系統)完成，工作電場電壓為10.0～13.0 kV，鎢燈絲電流為80～85 μA。LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年和微量元素分析在中國地質大學(武漢)地質過程與礦產資源重點實驗室測試完成，采用安捷倫公司四級桿質譜Agilent 7700e與193nm準分子激光剝蝕系統(GeolasPro)聯用，激光斑束直徑為32 μm，頻率為5 Hz。激光剝蝕過程中采用氦氣作載氣、氬氣為補償氣以調節靈敏度，二者在進入ICP之前通過1個T型接頭混合，激光剝蝕系統配置有信號平滑裝置。在U-Pb同位素定年和微量元素含量處理中采用鋯石標準91500和玻璃標準物質NIST610作外標分別進行同位素和微量元素分餾校正，29Si作內標進行微量元素濃度計算。每個時間分辨分析數據包括20～30 s空白信號和50 s樣品信號。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完成(Liuetal.，2008，2010；Huetal.，2015)。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(Ludwig，2003)。

鋯石原位微區Hf同位素分析在武漢上譜分析科技有限責任公司利用激光剝蝕多接收杯等離子質譜(LA-MC-ICP-MS)完成，激光束斑直徑為44 μm，頻率為8 Hz，激光剝蝕時間約70 s。每次分析包含20 s背景采集和50 s激光剝蝕。采用鋯石標準91500和GJ-1作為外標，測試過程中，每10個分析點之后測試1個91500和GJ-1。采用176Yb/173Yb=0.793 81(Segaletal.，2003；Fisheretal.，2014)和176Lu/175Lu=0.026 56(Belousovaetal.，2009)消除176Yb和176Lu對176Hf的同量異位干擾，用Yb的質量分餾系數(βYb)來校正Lu的質量分餾。數據處理采用軟件ICPMSDataCal(Liuetal.，2008，2010)完成。儀器設置和分析詳細流程見Liu 等(2008)、侯可軍等(2009)、Hu等(2012)。

3 分析測試結果

3.1 鋯石U-Pb年代學及微量元素特征

樣品的陰極發光圖像和U-Pb年齡諧和圖分別見圖4，LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年數據見表1，鋯石微量元素分析數據見表2。陰極發光圖像顯示，含金石英脈(DP-04)中鋯石顆粒表現出面形分帶、晶棱圓化和港灣狀結構，無明顯震蕩環帶結構，顆粒邊部出現白色蝕變邊等(圖4a)，這些形態特征暗示其為典型的熱液鋯石。另外，該樣品中鋯石U和Th含量異常，Th/U值(0.67～8.36)變化較大，在球粒隕石標準化稀土元素配分圖上無明顯Ce或Eu異常，且其稀土元素總量明顯高于其他樣品(表2、圖5a)，這些特征與前人研究的熱液鋯石較為一致(Hancher and Westrene，2007；趙志丹等，2018；蔡宏明等，2019)。研究表明，鋯石可以在中低溫熱液中結晶生長(Sinhaetal.，1992；Kerrich and Kyser，1994；Dubińskaetal.，2004)，形成的熱液鋯石可以用來有效地確定熱液作用以及金礦化的時代(張小文等，2009)。本文分析結果顯示，含金石英脈中鋯石加權平均年齡為760±10 Ma(MSWD=0.46，n=16)，該年齡可以代表含金石英脈的形成年齡，暗示大坪金礦區可能存在一期新元古代的金礦化事件。

表1 大坪金礦區閃長巖、花崗閃長巖與含金石英脈LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年結果Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating result of diorite,granodiorite and Au-bearing quartz vein from the Daping gold deposit

表2 大坪金礦區閃長巖、花崗閃長巖及含金石英脈中鋯石稀土元素和微量元素組成 wB/10-6Table 2 REE and trace elemental compositions of zircons from diorites,granodiorites and Au-bearing quartz veins from the Daping gold deposit

續表2 Continued Table 2

圖4 大坪金礦區閃長巖及含金石英脈熱液鋯石CL圖及U-Pb年齡諧和圖Fig.4 U-Pb age concordia diagrams and cathodoluminescence (CL) images of zircon from diorite and Au-bearing quartz vein from the Daping gold deposit

閃長巖(DP-02)和花崗閃長巖脈(DP-03)中鋯石顆粒均具有明顯的巖漿震蕩環帶結構，Th/U值均大于0.1(0.47～1.95)，且變化較小，具有較低的∑REE。球粒隕石標準化稀土元素配分圖中表現出HREE相對于LREE強烈富集、Ce正異常和Eu負異常的特征(圖5b、5c)，這些特征表明它們為典型的巖漿鋯石(Hoskin and Schaltegger，2000；Hoskin and Ireland，2000；Belousovaetal.，2002；吳元保等，2004；Singh，2018;魯倩等,2019)。在鋯石年齡諧和圖中數據點成群分布(圖4b、4c)，計算得到閃長巖和花崗閃長巖脈的加權平均年齡分別為766±9 Ma(MSWD=0.78，n=18)和773±9 Ma(MSWD=0.34，n=16)。兩個年齡在誤差范圍內基本一致，可以代表大坪金礦區閃長巖和花崗閃長巖脈的形成年齡，其形成時代均應為新元古代。

圖5 大坪金礦區閃長巖、花崗閃長巖和含金石英脈鋯石球粒隕石標準化REE配分型式圖(標準化值據McDonough and Sun,1995)Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns of zircon in diorite,granodiorite and Au-bearing quartz vein in the Daping gold deposit (normalized values after McDonough and Sun,1995)

3.2 鋯石Hf同位素特征

表3 大坪金礦區閃長巖、花崗閃長巖及含金石英脈中鋯石Hf同位素結果Table 3 Hf isotopic compositions of zircons from diorite,granodiorite and Au-bearing quartz vein from the Daping gold deposit

4 討論

4.1 大坪金礦區閃長巖形成時代及成因

前人圍繞大坪金礦區賦礦圍巖閃長巖成巖年齡已開展了大量的工作，并得出了不同的結果。金世昌等(1994)利用Rb-Sr等時線法測得閃長巖的成巖年齡為481 Ma，而后韓潤生等(1997)采用K-Ar法測得閃長巖全巖年齡為844.63±33.66 Ma，并通過其中角閃石獲得單礦物年齡為926.15±94.51～845.26±12.74 Ma。由于閃長巖蝕變強烈，其中角閃石受到后期多期次熱液作用影響，增加了Rb-Sr等時線法和K-Ar法獲得成巖年齡的不確定性。張燕等(2011)利用鋯石SHRIMP定年方法獲得閃長巖的成巖年齡為773±12 Ma，陳耀煌(2015)利用LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年方法獲得閃長巖的成巖年齡為761±7 Ma。顯然鋯石獲得的閃長巖成巖年齡更為可靠。本文通過LA-ICP-MS獲得圍巖閃長巖與花崗閃長巖脈樣品的U-Pb加權平均年齡分別為766±9 Ma和773±9 Ma，在誤差范圍內與張燕等(2011)和陳耀煌(2015)測得的成巖年齡結果基本一致。成巖年齡結果顯示，大坪金礦區閃長巖屬于新元古代晚期巖漿作用的產物，與區域上同時期Rodinia超大陸裂解和哀牢山地區的晉寧-澄江期大規模火山巖漿活動事件在誤差范圍內一致(金世昌等，1994；朱炳泉等，2001)。

圖7 大坪金礦區閃長巖、花崗閃長巖及含金石英脈中鋯石εHf(t)值和Hf同位素地殼模式年齡直方圖Fig.7 Histograms of zircon εHf(t)and from diorite,granodiorite and Au-bearing quartz vein in the Daping gold deposit

圖8 大坪金礦區閃長巖、花崗閃長巖和含金石英脈中鋯εHf(t)-t圖解Fig.8 εHf(t) versus t diagram of zircons from diorite,granodiorite and Au-bearing quartz vein from the Daping gold deposit

4.2 大坪金礦化時代及對礦床成因的指示

本文含金石英脈中熱液鋯石U-Pb年齡為760±10 Ma，與區域閃長巖圍巖成巖年齡(766±9 Ma)基本一致，暗示熱液鋯石的形成可能與閃長巖侵入時代是同期的。熱液鋯石εHf(t)值(2.64～10.41)與閃長巖圍巖εHf(t)值(2.52～6.39)近似，表明其形成可能與閃長質巖漿帶來的巖漿流體有關，因為熱液鋯石所在的石英脈與金礦物質呈包裹、共生關系，可以認為它們是同一時期同一地質作用的產物。該熱液鋯石年齡與朱炳泉等(2001)獲得的大坪金礦脈石英流體包裹體40Ar-39Ar高溫坪年齡(765.5±7.0 Ma)較為一致，表明大坪金礦床存在新元古代金礦化事件。Bi等(1996)利用含金石英脈中石英ESR獲得大坪金礦成礦年齡為58～41.3 Ma，孫曉明等(2006)對含金石英脈中熱液絹云母進行的40Ar-39Ar定年結果為33.76±0.65 Ma，朱路華等(2011)對大坪金礦含金石英礦脈的ESR定年結果表明成礦時代為29～17 Ma，這些測年結果分別對應新特提斯洋板塊與亞歐板塊的碰撞、碰撞導致的地幔上涌及哀牢山構造帶大規模走滑剪切運動，顯示哀牢山成礦與構造動力體制轉換過程中的殼幔物質強烈交換和構造變形密切相關，表明大坪金礦可能存在新元古代和新生代兩期金礦化事件。

前人對大坪金礦的成因模式主要有2種不同的觀點：① 由于大坪金礦受控于哀牢山-紅河韌性剪切帶中深大斷裂及次級斷裂，產于區域變質巖中，成礦作用與該區新生代大規模堿性巖漿活動同步，這些特征使其被認為是典型的造山型金礦(孫曉明等，2006，2007a，2007b；熊德信等，2006a，2006b；Sunetal.，2009；石貴勇等，2010)；② 對其礦石組構和礦物共生組合、容礦斷裂性質、圍巖蝕變類型及分帶、流體包裹體及穩定同位素等特征的研究結果(葛良勝等，2007；楊立強等，2010，2011)，表明大坪金礦具有淺成低溫熱液型金礦床的特征。新生代的金礦化明顯與淺成低溫熱液相關，但大坪金礦區內未發現與該期成礦作用同期的陸相鈣堿性火山巖，楊立強等(2011)指出將大坪金礦床歸為深部造山型+淺部低溫熱液型組合成因可以更好地解釋其兼具造山型金礦和淺成低溫熱液型金礦床基本特征的原因。由于大坪金礦床所在的哀牢山-紅河韌性剪切帶經歷了復雜的地球動力學演化，導致其成礦過程較為復雜。印度板塊與歐亞板塊～55 Ma碰撞，到新生代始新世—漸新世時期，研究區處于造山后伸展構造環境，張性斷裂構造發育，新元古代形成的金礦體被抬升至近地表，受到大氣水的疊加改造(葛良勝等，2007；Zhangetal.，2018)，發生淺成低溫熱液型金礦化。從兩期金礦化事件來看，大坪金礦可能是新元古代和新生代不同巖漿-構造-熱液事件疊加成礦作用的結果。

5 結論

(1) 閃長巖和花崗閃長巖脈鋯石U-Pb年齡結果顯示，大坪金礦區閃長巖形成于新元古代(773±9～766±9 Ma)，可能是區域上同時期Rodinia超大陸裂解和哀牢山地區的晉寧-澄江期大規模火山巖漿活動事件的產物。

(2) 含金石英脈中熱液鋯石U-Pb年齡為760±10 Ma，表明大坪金礦存在新元古代礦化事件。與區內閃長巖、花崗閃長巖脈一致的成巖年齡(766±9 Ma)和相似的Hf同位素組成特征，表明新元古代金礦化事件與閃長巖侵入可能有密切成因聯系。新元古代成礦事件的厘定，暗示了大坪金礦可能是新元古代和新生代不同巖漿-構造-熱液事件疊加成礦作用的產物。

致謝野外工作得到云南省地質調查局的李宗勇高級工程師、劉飛工程師的大力幫助，成文過程中云南大學朱江、李良博士后給予了有益的指導和討論，在此一并表示衷心感謝。