多种同位素（He-Ar-S-Pb）以及地质年代学数据对中国东北吉林省善门银矿床的形成提供了约束

《Journal of Asian Earth Sciences》：Multiple isotope (He-Ar-S-Pb) and geochronological constraints on the genesis of the Shanmen Ag deposit in the Jilin Province, NE China

银矿床成因与年代学研究：通过S–Pb–He–Ar同位素系统、锆石U–Pb定年、辉钼矿Re–Os年代学及硫铅同位素分析，揭示Shanmen银矿两期成矿：中侏罗世辉钼矿化与古太平洋板块俯冲相关，早白垩世银矿化与板块 rollback 相关，硫同位素（平均-0.4‰）显示岩浆硫源，铅同位素（206Pb/204Pb 18.148–18.154）支持花岗岩浆贡献。

　　

张勇|朱航|李铁刚|丁建华|赵旭|卢刚|苏亚拉图

中国地质科学院矿产资源研究所金属成因与矿物评价国家重点实验室，北京100037

摘要

大规模的山东门银矿（Shanmen Ag deposit）位于中国东北部吉林省的四平地区。为了更好地理解山东门矿的形成机制，我们采用了S–Pb–He–Ar同位素系统学、锆石U–Pb测年、钼矿Re–Os地质年代学、硫化物Rb–Sr等时线分析以及原位绢云母Rb–Sr测年等方法来研究热液蚀变矿物。原位硫同位素分析显示，热液硫化物的δ³⁴S变化范围有限，介于?1.9‰至+0.8‰之间（平均值=-0.4‰），这表明其硫源可能来自岩浆。方铅矿的原位铅同位素分析结果表明其组成非常均匀，²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb比值介于18.148–18.154之间，²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb比值介于15.542–15.547之间，²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb比值介于38.067–38.083之间。结合该地区其他岩石单元和矿床的同位素数据，这些结果强烈支持银矿的主要成因与中生代花岗岩岩浆有关。流体包裹体中的稀有气体特征显示了混合的幔源和壳源成分：³He/⁴He比值介于2.07至2.36之间，⁴⁰Ar/³⁶Ar比值（329.6–537.6）显著高于大气值（295.5）。对矿床中的闪长岩、石英闪长岩和正长岩进行的锆石U–Pb测年得到的加权平均年龄分别为125.6±2 Ma、164.0±1.7 Ma和164.9±1.6 Ma。金属年代学研究表明，矿化过程分为两个阶段：钼矿Re–Os地质年代学结果显示，早期弱钼矿化事件发生在中侏罗世（164.8±1.8 Ma），与古太平洋板块俯冲引发的石英闪长岩-正长岩岩浆活动在时间和成因上有关；随后在早白垩世发生的以银为主的热液矿化事件通过综合硫化物Rb–Sr等时线（123.7±2.2 Ma）和原位绢云母Rb–Sr地质年代学（122.3±8.0 Ma）得到了精确测定，这与古太平洋板块的回撤过程相对应。

引言

中国东北部属于中亚造山带（CAOB；图1a）的东部构造域，拥有重要的多金属矿床（图1b）。近半个世纪以来，该地区发现了许多具有经济价值的银多金属矿床（吴等人，2014年；吕等人，2020年）。这些矿床主要与火山侵入岩相关，属于浅成热液型、矽卡岩型和热液脉型。这些银多金属矿床的地质特征、地质年代学及成矿机理已有详细记录，例如双建子山银-铅-锌矿床（翟等人，2020年；惠等人，2024年）、边家大院银-铅-锌-铜矿床（翟等人，2017年）、二道沟银矿床（赵等人，2024年）、哈拉生银-铅-锌矿床（韩等人，2020年）、二道坎银-铅-锌矿床（袁等人，2020年）以及孟恩塔奥勒盖银-铅-锌矿床（张等人，2000年；张等人，2023a）。地质年代学研究表明，矿化作用主要发生在两个时期：（1）中晚三叠世；（2）晚侏罗世-早白垩世，并且这些矿化作用与岩浆-热液系统密切相关（牛等人，2017年）。大多数矿床经历了多次岩浆活动，因此确定其成因较为复杂，这也限制了我们对成矿过程的认识，因此进行多同位素测年和地球化学研究尤为重要。

山东门银矿是中国著名的银矿之一，预计银资源量为1,750吨，伴生金资源量为9.9吨（曹等人，2020年）。先前的研究表明，成矿流体主要由岩浆水组成，在最后阶段掺入了大气水（冯和冯等人，2020a；姜等人，2007年；冯等人，2010年；曹等人，2020年）。该矿床被归类为热液型（冯和冯等人，2020a；曹等人，2020年）。尽管自20世纪90年代初以来对该矿床进行了大量研究，但仍有一些关键问题尚未解决，例如银矿化的确切时间、成矿矿物的来源、岩浆活动与矿化作用之间的关系以及矿床的成因等。由于缺乏精确的测年数据，矿化时间的确定较为困难。例如，田和邵（1991年）通过K–Ar测年将矿化时间限定在122–167 Ma之间，而王（1992年）基于对先前研究的重新分析将矿化时间定为145–122 Ma。彭等人（2006年）通过绢云母K–Ar测年将矿化时间确定为113 Ma，而任等人（2022年）则根据相关锆石的U–Pb测年结果提出矿化时间约为168 Ma。关于成矿矿物的来源也有不同观点，包括混合花岗岩和围岩（冯和冯等人，2020b；孙等人，2019年；曹等人，2020年）、幔源岩浆岩（王等人，1992年）或围岩（冼等人，2004年）等。

为了解决这些问题，我们采用了综合地质年代学方法（锆石U–Pb、硫化物Rb–Sr、钼矿Re–Os、原位绢云母Rb–Sr）并结合同位素示踪剂（He–Ar、硫化物的原位S–Pb）来精确确定矿化年代，从而更好地理解矿床的形成机制。

地质背景

中国东北部位于中亚造山带（CAOB）的东部构造域，由于长期复杂的地质演化和多阶段的岩浆活动而备受关注。其地质演化历史包括：（1）古亚洲板块的俯冲-增生作用，在晚古生代-早中生代达到最终闭合（Seng?r等人，1993年；Seng?r和Natal’in，1996年；Wilde，2015年）；（2）随后受到其他构造活动的叠加和改造。

矿床地质

山东门热液岩浆矿床位于中国东北部中亚造山带的中央区域。矿区出露的地层包括寒武-奥陶纪的西宝安组、奥陶纪的黄英屯组和白垩纪的登楼库组（图2）。西宝安组主要由角闪石-斜长岩粒岩、片岩、绢云母-石英片岩、变流纹岩和变英安岩组成（赵等人，2005年）。黄英屯组主要由片岩、变质粉砂岩等组成。

采样与分析方法

为了更深入地了解山东门矿的成矿机制并确定其时间，我们从矿床的钻孔岩芯和地下矿井中采集了代表性样品，用于进行以下分析：三个锆石U–Pb测年样品（SM-1、SM-2、SM-4）；三个硫化物样品（SM-5至SM-7）用于原位铅同位素分析；三个硫化物样品（SM-9至SM-11）用于原位硫同位素分析；八个硫化物样品（SM-12至SM-19）含有方铅矿-闪锌矿-黄铁矿。

矿石矿物学与共生关系

主要硫化物包括黄铁矿（图5a）、方铅矿（图5b）、闪锌矿（图5c）、黄铜矿（图5d）、四硫化物（图5e-f）、钼矿（图5g-i）、含银矿物如弗雷贝格石（图5g-j）和银矿（图5k-l），以及含金矿物如电银矿和库斯特石。还观察到少量自然银和自然金（赵等人，2005年）。

黄铁矿呈自形-半自形颗粒，广泛分布于矿石中。方铅矿、闪锌矿、银矿等矿物也普遍存在。

热液活动与矿化时间的确定

关于山东门银矿的矿化时间，长期以来存在争议，部分原因在于缺乏精确的年龄数据。地质年代学研究得出的矿化时间范围较广且存在矛盾，从早侏罗世到早白垩世都有报道。已知的结果包括：122 Ma之后（田和邵，1991年；王和侯，1996年）、145–122 Ma（K–Ar测年；王，1992年）、134.7 Ma（铅同位素测年；臧和王，1992年）、113.4 Ma（绢云母K–Ar测年）等。

结论

综合地质年代学研究表明，中侏罗世的岩浆侵入（165–164 Ma；锆石U–Pb、Re–Os）导致了古太平洋板块俯冲期间的弱钼矿化作用，而早白垩世的岩脉和银矿化作用（约122 Ma）与板块回撤过程相关。原位硫同位素分析显示，热液硫化物的δ³⁴S变化范围有限，介于?1.9‰至+0.8‰之间；原位铅同位素数据显示，²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb比值为18.148–18.154，²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb比值为15.542–15.547。

未引用参考文献

韩等人，2020年；黄和沈，2006年；梁等人，2001年；舒等人，2013年；张等人，2016年；张等人，2015年。

CRediT作者贡献声明

张勇：撰写——审稿与编辑；撰写——初稿；资金申请。朱航：野外调查。李铁刚：。丁建华：资金申请；概念构思。赵旭：野外调查。卢刚：野外调查。苏亚拉图：。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了科学技术基础资源调查计划（项目编号2022FY101704）、国家自然科学基金（项目编号42172095）、中国地质调查局项目的资助（项目编号DD20242072、DD20242275）。同时，感谢支俊先生和张志辉在野外调查以及提供地下隧道样品方面的帮助。