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青城子矿田位于辽宁省东部的辽东裂谷带中,是我国北方最大的铅锌矿田之一。上世纪90年代在铅锌矿区外围又发现了一批大型银矿床和金矿床,使青城子地区再次成为矿床研究的热点。但是由于铅锌矿床中缺少传统定年技术适用的定年对象,而Os含量极低使Re-Os定年不能开展,因此青城子矿区成矿年代学研究是同位素地质年代学的一个难点。本论文做了大量的方法探索,除了传统的锆石U-Pb定年、碳酸盐Pb-Pb定年和矿石的Pb同位素示踪外,还采用了硫化物的分步溶解Rb-Sr同位素分析技术。在此基础上,得到了关于青城子矿区变质岩和岩浆岩年代学、矿床年代学和成矿物质来源等方面的初步认识。
本论文得到新岭花岗岩的SHRIMP锆石年龄为225.3±1.8Ma,这年龄结果与前人的K-Ar法年龄范围(226.7-217.6Ma)一致。姚家沟花岗岩的SHRIMP锆石年龄为184.5±1.6Ma,表明姚家沟岩体的形成比新岭岩体晚,指示本矿区在184.5±1.6Ma左右还存在一次岩浆活动。新岭岩体与双顶沟岩体的长石Pb同位素组成一致(206Pb/204Pb=17.121-17.410、207Pb/206Pb=15.471-15.535和208Pb/204Pb=37.510-37.885),说明它们有相同的物质源区,结合双顶沟岩体已有的K-Ar年龄数据(230.7±5Ma),我们认定双顶沟岩体的形成年龄也近似225Ma。大顶子岩体的长石Pb同位素比值(206Pb/204Pb=15.606-15.879、207Pb/206Pb=15.493-15.531和208Pb/204Pb=35.625-35.891)比新岭和双顶沟花岗岩的低,说明大顶子岩体的形成时代比新岭和双顶沟岩体老,这得到前人的1740-1621Ma的K-Ar法年龄的支持。
采自喜鹊沟和高家堡子两矿床外围的8个大石桥组的大理岩样品给出Pb-Pb等时线年龄为1835±75Ma。这一年龄可以代表大石桥组大理岩Pb同位素均一化的时代,解释为大石桥组大理岩的变质年龄。盖县组岩石的三个样品也近似构成了一线性排列,相当于年龄为2458±320Ma,但由于比值变化范围小,误差大,且数据量较少,其地质意义有待进一步研究。
高家堡子银矿床硅化岩-银矿石中的锆石,在谐和曲线上得到不一致线的上交点年龄为2376±33Ma,下交点年龄为203±41Ma。上交点年龄解释为热液从围岩变质岩中捕获的古老锆石的年龄,而下交点年龄可能指示与硅化相关热液活动的时代,但也可能仅代表的是深部火成岩的年龄,而成矿热液活动时代比这年龄年轻。
高家堡子银矿的3个深红银矿的硫化物相给出了-Rb-Sr等时线,年龄为138.5±4.1Ma,初始87Sr/86Sr=0.71805±0.00028,这个年龄可解释为高家堡子深红银矿形成的时代。该年龄说明高家堡子银矿石的形成与印支期岩浆热液活动无关,而可能与本矿区岩脉对应的燕山期岩浆热液活动有关(前人给出脉岩K-Ar年龄为130-140Ma)。而高家堡子黄铁矿的分步溶解Rb-Sr分析结果并无明显的线性关系,可能是由于该样品包含了形成与不同期次的黄铁矿,或是黄铁矿受到了后期扰动因而其Rb-Sr体系开放所致。高家堡子银矿床的铁白云石样品具有高的Sr含量(355~532ppm)及87Sr/86Sr比值(0.72586~0.73045)和低的Rb含量,所以可用铁白云石的平均87Sr/86Sr(0.72714±0.00094)代表它的初始Sr同位素比值,其与深红银矿的初始87Sr/86Sr(0.71805±0.00028和0.71082±0.00035)有显著差异,暗示它们形成于具有不同Sr同位素比值的成矿流体。
6个榛子沟铅锌矿床的闪锌矿样品的硫化物相和8个闪锌矿样品的包体相构成一Rb-Sr等时线,年龄=217±9Ma,初始87Sr/86Sr=0.7112±0.0035,这年龄可解释为榛子沟锌铅矿的闪锌矿化时代,此年龄与印支期新岭和双顶沟岩体的年龄(225Ma)在误差范围内一致,说明榛子沟铅锌矿的闪锌矿的形成可能与本区由新岭和双顶沟岩体所代表的印支期岩浆热液活动有关。
喜鹊沟方铅矿的硫化物相5个点给出一参考等时线,相当于年龄=187±32Ma,初始87Sr/86Sr=0.7156±0.0020。
姚家沟辉钼矿3次测定的平均模式年龄为166.0±2.6Ma,此年龄比姚家沟岩体的锆石年龄(184.5±1.6Ma)显著年轻,表明此辉钼矿的形成与姚家沟岩体无关,可能指示本矿区还存在166Ma左右的岩浆活动。
青城子矿石铅的Pb同位素组成明显可分为不同的两类。第一类是青城子铅锌矿石,包括高家堡子的铁白云石和黄铁矿、榛子沟锌的闪锌矿和喜鹊沟的黄铁矿和方铅矿(206Pb/204Pb=17.657-17.955、207Pb/206Pb=15.599-15.742和208Pb/204Pb=37.943-38.595),相同的Pb同位素组成表明它们的成矿物质来源相同,也许它们是同时形成的。第二类是高家堡子银矿床的深红银矿,其Pb同位素组成与第一类矿石Pb显著不同(206Pb/204Pb=18.376-18.535、207Pb/206Pb=15.651-15.851和208Pb/204Pb=37.893-38.542),因此两类矿石有不同的成矿物质来源。在青城子矿区岩石和矿石的Pb同位素关系图中,铅锌矿石Pb落在中生代花岗岩和变质岩Pb(对225Ma以来的放射成因Pb做了校正)构成的直线之间,暗示矿石Pb是中生代花岗岩Pb和变质岩Pb的混合。与大理岩相比,盖县组岩石中的Pb可以更好地解释矿石Pb的成因。
本区中生代岩浆活动可分为4期:225Ma,(以新岭和双顶沟岩体为代表)、185Ma(以姚家沟小岩体为代表)、166Ma(以姚家沟矽卡岩指示的未出露的岩体为代表)和130-140Ma(以文献报道的脉岩为代表)。相应的成矿作用可分为3期:(1)印支期,以榛子沟锌铅矿床为代表,根据Pb同位素组成相似性推测还包括喜鹊沟铅锌矿床和高家堡子的铅-锌-银矿石,根据成矿特征推测还可能包括本区的其他铅锌矿。其成矿时代与印支期(225Ma)花岗岩一致,很可能有密切的成因联系。(2)166Ma,以姚家沟矽卡岩矿化点的辉钼矿为代表,应有一期岩浆活动与之对应。(3)138Ma,以高家堡子银矿的独立银矿石为代表,也许与晚期脉岩活动有关,但尚需进一步工作。
综上所述,青城子矿区的铅锌矿床和银矿床的形成都与中生代的岩浆热液活动有关,成矿物质的主要来源是中生代岩浆岩和元古界变质岩,因此青城子矿田矿床的形成过程中,中生代火成岩不仅提供热能成为成矿的动力,而且和元古界变质岩一起提供了主要的成矿物质。