中国秦岭造山带老湾矿区单斜花岗岩和斑状花岗岩的岩石学与地球化学特征：对金矿和钼矿成矿的启示

《Journal of Asian Earth Sciences》：Petrology and geochemistry of monzogranite and porphyritic granite in Laowan ore field of Qinling orogenic belt, China: Implications for gold and molybdenum mineralization

　　

陈颖楠|徐成|宋文雷|傅伟|易泽邦|韩志轩|邹成宇|陈建丽

桂林理工大学地球科学学院，中国桂林541004

摘要

金和钼是重要的战略关键金属，它们的矿化与花岗岩岩浆作用密切相关。然而，金-钼矿源与其相关的岩浆-热液作用的遗传关系仍存在争议。劳湾矿区是中国秦岭造山带的主要金-钼-锌-铅-银资源区，含有超大的金-钼矿床。本文通过岩石学和地球化学研究，揭示了来自3000米钻探岩心的金-钼矿化的成因。该岩心由浅层单斜长岩（0–542米）、含金角闪岩和深层斑状花岗岩（1717–2892米）组成。后者含有丰富的钼铁矿，而在单斜长岩中未见钼铁矿。锆石U–Th–Pb测年结果显示，单斜长岩形成于1.30±0.96亿年和1.29±0.68亿年前，斑状花岗岩形成于1.33±0.6亿年前。这两种岩石的铁镁含量较高至中等。它们显示出Ba和Sr的亏损以及略微负的Eu异常，与I型花岗岩特征一致。单斜长岩的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr_i值为0.707546–0.708167，εNd_t和εHf_t值为–16.7至–18.7。相比之下，斑状花岗岩的放射性同位素含量较低（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr_i = 0.70480–0.708999，εNd_t = –9.42至–4.51）。这表明单斜长岩是由基底的局部熔融形成的，而斑状花岗岩则起源于含有地幔成分的混合岩浆。这可能有助于金的初次富集。然而，两种岩石中均未观察到含金矿物，且其硫化物中的金含量非常低。因此，我们推断劳湾矿区的金-钼矿化是通过独立的岩浆-热液系统形成的。斑状岩浆作用而非金的主要来源，提供了热量和挥发性的驱动力，促进了金的再迁移和富集。

引言

金（Au）和钼（Mo）作为战略关键材料，对国家经济安全和工业应用变得越来越重要。秦岭是中国著名的金-钼-锌-银矿化带（Mao等人，2008年）。值得注意的是，这些矿区中的金和钼常常在同一矿床中出现。两者都是亲硫元素，其矿化通常在空间和时间上与花岗岩类岩浆作用密切相关。然而，金和钼是否具有遗传联系仍存在争议（Jiang等人，2009年；Jian等人，2015年；Yin等人，2019年）。不同的研究提出了不同的矿床成因机制，包括造山期间长时间岩浆-热液活动的多阶段作用（Li等人，2011年；Zhao等人，2019年），以及与不同岩浆作用相关的矿化（Goldfarb等人，2019年；Zhao等人，2022年）。尽管越来越多的研究表明 Qinling 地区金和钼的来源与其长期造山演化过程中的多次构造-岩浆-流体事件有关，但由于缺乏关键的岩石学证据，关于它们矿化的争议仍未解决。

劳湾矿区位于造山带中部的桐柏地区。整个矿区从西向东延伸，分为七个采矿区，含有198个金矿体，总储量约为208吨，平均品位为5.41克/吨（Chen等人，2021年）。该矿区吸引了大量研究，为矿体分布模式、成矿物质来源和遗传分类提供了重要见解（Zhao等人，2020年；Yang等人，2021年；Chen等人，2023年）。早白垩世的花岗岩在该地区分布广泛。基于矿化特征、全岩和矿物地球化学以及有限的时间数据，许多研究将劳湾矿区的形成与浅层单斜长岩侵入体联系起来（Chen等人，2017年）。然而，关于钼和金矿化之间的遗传联系知之甚少。

为了探索深部矿化的潜力，2021年在劳湾矿区中部钻探了一口3006米的科学钻孔（ZKE1012）。在1717至2865米的深度范围内，遇到了厚层深部斑状花岗岩，其中含有细脉和分散的钼矿化。在深部斑状花岗岩中发现钼资源为研究其起源及其与劳湾矿区金矿化的遗传关系提供了重要机会。本文对钻探岩心中的浅层单斜长岩和深部斑状花岗岩进行了岩石学和地球化学研究，为了解该地区深部侵入体的成因及其与金和钼矿化的关系提供了新的视角。

章节摘要

地质背景

华北克拉通与华南地块由秦岭造山带分隔开来。该造山带东部以大河断层为边界，与大别超高压造山带相连，西部逐渐过渡到东昆仑和祁连造山带，南阳盆地为其边界。该造山带源于扬子克拉通和华北克拉通的碰撞，最终在中三叠世融合，形成了近乎东西方向的结构

锆石U-Th-Pb和Hf同位素分析

锆石U-Th-Pb和Hf同位素分析在西安兆安矿物有限公司进行，使用Agilent 7700a ICP-MS仪器，连接有GeoLas 2005激光剥蚀系统。激光波长为193纳米，重复频率为6赫兹，剥蚀点直径为32微米，每次分析的剥蚀时间约为38秒。为确保准确性，每八个未知样品点之后测量两个参考锆石标准样品（Plesovice和GJ-1）进行仪器校准。

岩石学和矿物学

ZKE1012钻探岩心位于劳湾矿区南部的劳湾侵入体（图1D）。其掌部海拔高度为215.57米，最终深度为3006.42米，倾角为81.4度。岩心穿过了多种岩性，包括表层单斜长岩、桂林山层、隐伏矿化体以及硅化大理石（详见图2）。

浅层单斜长岩（0–542米）：岩石呈浅肉粉色，夹杂着灰白色矿物

花岗岩的分类和成因

根据传统的岩浆演化理论，斑状花岗岩通常形成于较浅的位置，并被更深层的岩石（如单斜长岩）所覆盖。然而，钻探观察显示了一种相反的侵染关系，即较老的深部斑状侵入体（约1.33–1.31亿年前）位于较新的浅层单斜长岩（约1.29亿年前）之下。这种异常的构造几何关系可能归因于燕山期的逆冲-推覆构造活动

结论

在劳湾矿区的3000米岩心中观察到了贫矿的浅层单斜长岩、含金角闪岩和富钼的深部斑状花岗岩。根据锆石U–Th–Pb同位素结果，单斜长岩形成于1.29亿年前，而斑状花岗岩形成于1.31–1.33亿年前。从地球化学特征来看，这两种岩石都属于I型花岗岩。它们的成因主要源于基底的熔融。斑状花岗岩还含有地幔来源的成分

未引用参考文献

Chai等人，2024年；Jiang等人，2009年；Li等人，2007年；Li等人，2015年；Meng和Zhang，2000年；Wang等人，2017年；Xie等人，2001年。

CRediT作者贡献声明

陈颖楠：撰写——初稿。徐成：撰写——审阅与编辑，监督，概念构思。宋文雷：撰写——审阅与编辑，方法学研究。傅伟：方法学研究，资金筹集。易泽邦：研究工作，数据管理。韩志轩：方法学研究，数据管理。邹成宇：验证，资源评估。陈建丽：验证，资源评估。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（42430802、42130102、42573064）、广西壮族自治区第八批“八桂学者”计划对傅伟的支持，以及广西研究生教育的创新项目的资助。