鲁西中生代金成矿的地球动力学背景研究
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摘要
鲁西地区位于华北克拉通东部，与郯庐断裂东侧的胶东地区在中生代金成矿规模和特征等方面存在很大差异。本文通过对鲁西中生代成矿有关岩体的岩石学特征、主微量元素地球化学特征、主要矿物（长石、黑云母、角闪石）成分标型、副矿物锆石的U-Pb年代学、裂变径迹年代学及Lu-Hf同位素特征进行了研究，结合近年获得的高精度地球物理探测成果和郯庐断裂两侧金矿床的S、Pb、H-O、C-O、He-Ar同位素及流体包裹体特征，对鲁西中生代金成矿的地球动力学背景做了深入探讨。
鲁西和胶东地区的岩石圈结构存在显著差异。对穿越郯庐断裂两侧的大地电磁测深、重力和大地热流等地球物理剖面解析结果进行综合研究，可以看出，鲁西地区的岩石圈厚度为64-85Km，地壳厚度为35-38Km。前者明显大于胶东地区（约63-72Km），后者则与胶东地区没有明显的区别。
郯庐断裂两侧中生代中基性侵入岩和岩石包体的Sr-Nd-Pb及Lu-Hf同位素显示：鲁西地区的地幔以EM1型为主，在靠近郯庐断裂处变为EM1+EM2型，胶东地区主要为EM2型地幔。鲁西的地幔性质与循环的古老岩石圈有关，而胶东的地幔与扬子板块俯冲改造有关。
鲁西地区基底中的TTG片麻岩、二长花岗岩和斜长角闪岩锆石U-Pb年龄分别为2572.2±8.8Ma、2531±12Ma和2572±32Ma；与归来庄等金矿有关的铜石岩体锆石U-Pb年龄在175.61.7178.42.1Ma之间，与沂南等金矿有关的铜井岩体的锆石U-Pb年龄为128.0±5.4Ma。鲁西地区在中生代存在180Ma和130Ma左右两期构造-岩浆-成矿事件。
铜石岩体属于高钾碱性、准铝-过铝质岩石，存在微弱的负铕异常，富集大离子亲石元素，亏损高场强元素，是底侵的富集地幔岩浆与新生地壳熔融体混合后分离结晶的产物，并存在上部地壳物质的混染。铜井岩体属于高钾钙碱性系列准铝质岩石，无负铕异常，具有高Sr、低Y的特征，Mg#为52.19～67.13，属于高镁闪长岩，来源于富集岩石圈地幔。与金场金矿有关的金场岩体属于I型花岗岩，是部分熔融的华北下地壳物质与来自富集地幔的基性岩浆混合形成的。
铜石岩体的结晶温度均值为672.53℃，logfO2为-14.8～-11.9；铜井岩体的结晶温度均值为743.68℃，logfO2为-12.2～-11.7。铜石岩体含亚铁韭闪石核部和边部形成的物理化学条件差异不大，其岩浆房深度为9～31.6Km，均值为21Km。铜井岩体的角闪石从核部（普闪石）到边部（浅闪石），温度、压力、氧逸度和熔体中水含量都降低。其岩浆房深度约为4.8～21.5Km，均值为15Km；侵位深度为：1.9～16.4Km，均值为8.4Km。
铜石岩体自侵位后到133-140Ma间的隆升速率为0.34-0.39Km/Ma，130-91Ma间的隆升速率为1.13m/Ma，90Ma到现在的隆升速率为45.5-47.8m/Ma，剥蚀深度为4.2Km。铜井岩体自侵位后到87-100Ma间的隆升速率为0.33-0.51Km/Ma，87-100Ma到现在的隆升速率为63.6～73.1m/Ma，剥蚀深度为6.4Km。鲁西的剥蚀速率和深度高于胶东。
通过对比鲁西和胶东地区矿石的S、Pb、C-O、H-O、He-Ar和流体包裹体特征得出，鲁西地区的成矿流体为幔源为主的壳-幔混合岩浆热液，成矿物质主要来源于同时期的岩体。胶东地区的成矿物质是多来源，壳源为主也有部分幔源的加入。110~130Ma的花岗岩和中基性脉岩都与成矿有密切联系。
综上所述，华北与扬子板块的碰撞是鲁西和胶东岩石圈改造的先导，而侏罗纪-白垩纪太平洋板块的俯冲引起岩石圈减薄和软流圈上涌对先存地幔改造程度的不同是鲁西和胶东地区成岩成矿存在差异的关键因素。
The scale and characteristics of gold metallogeny in the Luxi area along the southeasternmargin of the North China Craton is in marked contrast with those in the Jiaodong area alongthe eastern Tan-Lu fault. This thesis summarizes the petrologic features，major and traceelement geochemistry, compositions of main minerals including feldspar, biotite andhornblende, zircon U-Pb geochronology, fission track chronology and Lu-Hf isotopes ofore-bearing magmatic rocks and combines these results with salient regional geophysical data,S, Pb, H-O, C-O, He-Ar isotopes, and fluid inclusion data on ores in Luxi and Jiaodong todiscuss the geodynamic setting of the gold mineralization in western Shandong Province.
Luxi and Jiaodong area have different lithospheric structures. In a detailed synthesis,this work combined the magnetotelluric data, gravity data, heat flow and other geophysicaldata of the profiles crossing Tan-Lu fault which reveal that the lithospheric thickness andcrustal thickness of Luxi area are64-85Km and35-38km respectively. The former isobviously larger than the Jiaodong region with thickness of63-72km, and the latter has nomarked difference with Jiaodong area.
The combined Sr-Nd-Pb and Lu-Hf geochemical features of intermediate-maficmagmatic units and their xenoliths in Shandong Province show that the mantle beneath theLuxi area is mainly of EM1type, and the mantle in the eastern part, close to the Tan-Lu faultshows mixed EM1and EM2features, whereas the mantle beneath the Jiaodong area is mainlyof EM2type. The EM1type is related to recycling ancient lithosphere mantle, whereas theEM2type is associated with the Yangtze craton subduction.
The zircon U Pb data on the basement rocks in the Luxi area show that the protoliths ofthe TTG (tonalite-trondhjemite-granodiorite) gneisses, granitoids and amphibolites formed at2572.2±8.8Ma,2531±12Ma, and2572±32Ma respectively. The Mesozoic Tongshi complexin Guilaizhuang gold deposit formed at178.42.1175.61.7Ma; the diorite porphyry ofTongjing complex related to Yinan gold deposit was emplaced at128.0±5.4Ma. During theMesozoic, Luxi area had two tectono-magmatism-metallogeny events: around180Ma and130Ma.
The Tongshi complex belongs to high-K alkaline and aluminum-peraluminous series,with the geochemical data displaying weakly negative europium anomalies, enrichment oflarge ion lithophile elements, and depletion in high field strength elements, suggestingfractional crystallization of magmas derived from enriched mantle together with youngercrustal components. The Tongjing complex belongs to high-K calc-alkaline and aluminum series, and lacks negative europium anomalies. The rock display high Sr, low Y content, andMg#value between52.19and67.13suggesting high Mg diorite composition derived fromenriched mantle. The Jinchang complex of Jinchang gold deposit belongs to I-type granitederived from the partial melting of lower crust and mixed with the mafic magma fromenriched mantle.
The average zircon crystallization temperature of Tongshi complex is672.53℃, and theoxygen fugacity is-14.8to-11.9. The average zircon crystallization temperature of Tongjingcomplex is743.68℃, and the oxygen fugacity is-12.2to-11.7. The EPMA data of pargasite inthe Tongshi complex, shows that the rim and core compositions are identical, the magmachamber depth of Tongshi complex is estimated to be between9and31.6km with mean valueof21km. but the temperature, pressure, oxygen fugacity and H2O content in melt of Tongjingcomplex shows a reduction from core to rim. The magma chamber depth of Tongjing complexis4.8to21.5km with mean value of15km, and its emplacement depth is between1.9and16.4Km, with a mean of8.4km.
From Tongshi complex cooling stage to133-140Ma, the uplift rate is estimated as0.34-0.39km/Ma; from130Ma to91Ma, its uplift rate is1.13m/Ma; then from90Ma tocurrent level, its uplift rate is45.5-47.7m/Ma and the mean denudation depth is4.2km. FromTongjing complex cooling stage to87-100Ma, the uplift rate is estimated as0.33-0.51Km/Ma;then from87-100Ma to current level, its uplift rate is63.6-73.1m/Ma and the meandenudation depth is6.4km. In addition, the uplift rate and depth of Luxi area is higher thanthat of Jiaodong.
Comparison of S, Pb, C-O, H-O, He-Ar isotope and fluid inclusion characters of oresfrom Luxi and Jiaodong areas, lead to the inference that ore-forming fluid of Luxi area has acrust-mantle mixed magmatic hydrothermal signature with dominant input from mantlesources. The ore-forming materials were derived from complexes during the same period.However, the ore-forming materials in the Jiaodong area were derived from multiple sources,including the110-130Ma granites and intermediate-mafic dykes.
In summary, the collision between the Yangtze Craton and the North China Cratonprobably marks the prelude for lithosphere modification of Luxi and Jiaodong, but thedifferent extent of modified lithospheric mantle induced by the Jurassic-Cretaceous subductionof the Pacific plate and subsequent asthenosphere upwelling is the main factor of metallogenicdifferences in these two areas.
鲁西和胶东地区的岩石圈结构存在显著差异。对穿越郯庐断裂两侧的大地电磁测深、重力和大地热流等地球物理剖面解析结果进行综合研究，可以看出，鲁西地区的岩石圈厚度为64-85Km，地壳厚度为35-38Km。前者明显大于胶东地区（约63-72Km），后者则与胶东地区没有明显的区别。
郯庐断裂两侧中生代中基性侵入岩和岩石包体的Sr-Nd-Pb及Lu-Hf同位素显示：鲁西地区的地幔以EM1型为主，在靠近郯庐断裂处变为EM1+EM2型，胶东地区主要为EM2型地幔。鲁西的地幔性质与循环的古老岩石圈有关，而胶东的地幔与扬子板块俯冲改造有关。
鲁西地区基底中的TTG片麻岩、二长花岗岩和斜长角闪岩锆石U-Pb年龄分别为2572.2±8.8Ma、2531±12Ma和2572±32Ma；与归来庄等金矿有关的铜石岩体锆石U-Pb年龄在175.61.7178.42.1Ma之间，与沂南等金矿有关的铜井岩体的锆石U-Pb年龄为128.0±5.4Ma。鲁西地区在中生代存在180Ma和130Ma左右两期构造-岩浆-成矿事件。
铜石岩体属于高钾碱性、准铝-过铝质岩石，存在微弱的负铕异常，富集大离子亲石元素，亏损高场强元素，是底侵的富集地幔岩浆与新生地壳熔融体混合后分离结晶的产物，并存在上部地壳物质的混染。铜井岩体属于高钾钙碱性系列准铝质岩石，无负铕异常，具有高Sr、低Y的特征，Mg#为52.19～67.13，属于高镁闪长岩，来源于富集岩石圈地幔。与金场金矿有关的金场岩体属于I型花岗岩，是部分熔融的华北下地壳物质与来自富集地幔的基性岩浆混合形成的。
铜石岩体的结晶温度均值为672.53℃，logfO2为-14.8～-11.9；铜井岩体的结晶温度均值为743.68℃，logfO2为-12.2～-11.7。铜石岩体含亚铁韭闪石核部和边部形成的物理化学条件差异不大，其岩浆房深度为9～31.6Km，均值为21Km。铜井岩体的角闪石从核部（普闪石）到边部（浅闪石），温度、压力、氧逸度和熔体中水含量都降低。其岩浆房深度约为4.8～21.5Km，均值为15Km；侵位深度为：1.9～16.4Km，均值为8.4Km。
铜石岩体自侵位后到133-140Ma间的隆升速率为0.34-0.39Km/Ma，130-91Ma间的隆升速率为1.13m/Ma，90Ma到现在的隆升速率为45.5-47.8m/Ma，剥蚀深度为4.2Km。铜井岩体自侵位后到87-100Ma间的隆升速率为0.33-0.51Km/Ma，87-100Ma到现在的隆升速率为63.6～73.1m/Ma，剥蚀深度为6.4Km。鲁西的剥蚀速率和深度高于胶东。
通过对比鲁西和胶东地区矿石的S、Pb、C-O、H-O、He-Ar和流体包裹体特征得出，鲁西地区的成矿流体为幔源为主的壳-幔混合岩浆热液，成矿物质主要来源于同时期的岩体。胶东地区的成矿物质是多来源，壳源为主也有部分幔源的加入。110~130Ma的花岗岩和中基性脉岩都与成矿有密切联系。
综上所述，华北与扬子板块的碰撞是鲁西和胶东岩石圈改造的先导，而侏罗纪-白垩纪太平洋板块的俯冲引起岩石圈减薄和软流圈上涌对先存地幔改造程度的不同是鲁西和胶东地区成岩成矿存在差异的关键因素。
The scale and characteristics of gold metallogeny in the Luxi area along the southeasternmargin of the North China Craton is in marked contrast with those in the Jiaodong area alongthe eastern Tan-Lu fault. This thesis summarizes the petrologic features，major and traceelement geochemistry, compositions of main minerals including feldspar, biotite andhornblende, zircon U-Pb geochronology, fission track chronology and Lu-Hf isotopes ofore-bearing magmatic rocks and combines these results with salient regional geophysical data,S, Pb, H-O, C-O, He-Ar isotopes, and fluid inclusion data on ores in Luxi and Jiaodong todiscuss the geodynamic setting of the gold mineralization in western Shandong Province.
Luxi and Jiaodong area have different lithospheric structures. In a detailed synthesis,this work combined the magnetotelluric data, gravity data, heat flow and other geophysicaldata of the profiles crossing Tan-Lu fault which reveal that the lithospheric thickness andcrustal thickness of Luxi area are64-85Km and35-38km respectively. The former isobviously larger than the Jiaodong region with thickness of63-72km, and the latter has nomarked difference with Jiaodong area.
The combined Sr-Nd-Pb and Lu-Hf geochemical features of intermediate-maficmagmatic units and their xenoliths in Shandong Province show that the mantle beneath theLuxi area is mainly of EM1type, and the mantle in the eastern part, close to the Tan-Lu faultshows mixed EM1and EM2features, whereas the mantle beneath the Jiaodong area is mainlyof EM2type. The EM1type is related to recycling ancient lithosphere mantle, whereas theEM2type is associated with the Yangtze craton subduction.
The zircon U Pb data on the basement rocks in the Luxi area show that the protoliths ofthe TTG (tonalite-trondhjemite-granodiorite) gneisses, granitoids and amphibolites formed at2572.2±8.8Ma,2531±12Ma, and2572±32Ma respectively. The Mesozoic Tongshi complexin Guilaizhuang gold deposit formed at178.42.1175.61.7Ma; the diorite porphyry ofTongjing complex related to Yinan gold deposit was emplaced at128.0±5.4Ma. During theMesozoic, Luxi area had two tectono-magmatism-metallogeny events: around180Ma and130Ma.
The Tongshi complex belongs to high-K alkaline and aluminum-peraluminous series,with the geochemical data displaying weakly negative europium anomalies, enrichment oflarge ion lithophile elements, and depletion in high field strength elements, suggestingfractional crystallization of magmas derived from enriched mantle together with youngercrustal components. The Tongjing complex belongs to high-K calc-alkaline and aluminum series, and lacks negative europium anomalies. The rock display high Sr, low Y content, andMg#value between52.19and67.13suggesting high Mg diorite composition derived fromenriched mantle. The Jinchang complex of Jinchang gold deposit belongs to I-type granitederived from the partial melting of lower crust and mixed with the mafic magma fromenriched mantle.
The average zircon crystallization temperature of Tongshi complex is672.53℃, and theoxygen fugacity is-14.8to-11.9. The average zircon crystallization temperature of Tongjingcomplex is743.68℃, and the oxygen fugacity is-12.2to-11.7. The EPMA data of pargasite inthe Tongshi complex, shows that the rim and core compositions are identical, the magmachamber depth of Tongshi complex is estimated to be between9and31.6km with mean valueof21km. but the temperature, pressure, oxygen fugacity and H2O content in melt of Tongjingcomplex shows a reduction from core to rim. The magma chamber depth of Tongjing complexis4.8to21.5km with mean value of15km, and its emplacement depth is between1.9and16.4Km, with a mean of8.4km.
From Tongshi complex cooling stage to133-140Ma, the uplift rate is estimated as0.34-0.39km/Ma; from130Ma to91Ma, its uplift rate is1.13m/Ma; then from90Ma tocurrent level, its uplift rate is45.5-47.7m/Ma and the mean denudation depth is4.2km. FromTongjing complex cooling stage to87-100Ma, the uplift rate is estimated as0.33-0.51Km/Ma;then from87-100Ma to current level, its uplift rate is63.6-73.1m/Ma and the meandenudation depth is6.4km. In addition, the uplift rate and depth of Luxi area is higher thanthat of Jiaodong.
Comparison of S, Pb, C-O, H-O, He-Ar isotope and fluid inclusion characters of oresfrom Luxi and Jiaodong areas, lead to the inference that ore-forming fluid of Luxi area has acrust-mantle mixed magmatic hydrothermal signature with dominant input from mantlesources. The ore-forming materials were derived from complexes during the same period.However, the ore-forming materials in the Jiaodong area were derived from multiple sources,including the110-130Ma granites and intermediate-mafic dykes.
In summary, the collision between the Yangtze Craton and the North China Cratonprobably marks the prelude for lithosphere modification of Luxi and Jiaodong, but thedifferent extent of modified lithospheric mantle induced by the Jurassic-Cretaceous subductionof the Pacific plate and subsequent asthenosphere upwelling is the main factor of metallogenicdifferences in these two areas.
引文
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