Study on Metallogenic Mechanism of the Tremolite Jade Deposit in Jiubagou, Qinghai Province

LI Yifan, LAI Yong†

Key Laboratory of Orogenic Belts and Crustal Evolution (MOE), School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871; † Corresponding author, E-mail: yonglai@pku.edu.cn

Abstract Jiubagou tremolite jade deposit in Golmud district is one of the typical Kunlun jade deposits. The metallogenic mechanism and age of this deposit are determined based on the systematic study of field geological characteristics, mineral chemistry, ore body occurrence, geochemical characteristics of ore-bearing strata and intrusion, and diagenetic age. The metallogenic intrusive rock is dominated by porphyritic two-mica monzogranite with a zircon U-PB age of 427.1±4.7 Ma. Actinolite is developed in skarn of magmatic hydrothermal metasomatism, while tremolite is developed in the tremolite jade. They have obviously different mineral chemical characteristics. Combined with the whole rock trace element characteristics of magma, wall rock, the tremolite jade and the skarn, it is proposed that the magma intrudes into the siliceous dolomite and causes the contact thermal metamorphism, which leads to the direct metamorphism between the dolomite and the siliceous mass and forms the tremolite deposit. Key words tremolite jade; the age of mineralization; metallogenic mechanism; Jiubagou; Qinghai Province

透闪石玉的组成矿物主要为透闪石, 含量通常大于95%。根据其赋矿围岩的岩性, 可将透闪石玉分为蛇纹岩型和白云岩型, 前者为富Ca, Si热液交代蛇纹岩成因, 后者为富Si热液交代白云岩或硅质白云岩变质成因[1]。1992年以来, 东昆仑地区陆续发现三岔河、纳赤台、拖拉海、羊皮岭、没草沟、大灶火河、小灶火河和九八沟等一系列透闪石玉矿

床, 分别为中酸性、基性和超基性岩侵入白云岩形成, 其中与基性和超基性岩浆有关的矿床通常为接触交代成因[2‒4], 与中酸性岩浆有关的矿床可能为接触交代或接触热变质成因[5‒7]。

在中酸性岩浆岩和白云岩的接触带, 往往发育矽卡岩化, 并可能产出透闪石玉。矽卡岩带常出现透闪石‒铁阳起石系列矿物, 目前尚欠缺对玉矿与

矽卡岩中角闪石的对比研究。东昆仑地区自然环境恶劣, 岩浆和构造关系复杂, 找矿难度大。近年来,虽然对东昆仑地区透闪石玉的地质特征和成因研究不断取得新成果, 但对矿床成因尚有不同的认识。九八沟透闪石玉产出于中酸性岩基侵入白云岩的接触带附近, 矿床研究程度低, 成因尚不明确。本文通过探究九八沟玉矿的成因机制, 试图厘清岩浆在成矿中的作用, 为进一步找矿提供理论依据。

1 区域地质背景

东昆仑地区下元古界到新生界地层均有发育,集中在前寒武纪、奥陶纪、石炭–二叠纪、三叠纪及新生代[8‒9],岩性主要为白云岩、大理岩和碎屑岩等。透闪石玉赋矿地层主要是中元古界万宝沟群(三岔河玉矿、拖拉海玉矿和九八沟玉矿等), 岩性为火山岩‒碳酸盐岩组合; 其次是下元古界金水口群[10‒11](大灶火河玉矿和小灶火河玉矿等), 岩性为片麻岩和混合岩组合, 夹石英岩和镁质大理岩透镜体; 部分矿点位于中元古界长城系小庙组和蓟县系狼牙山组地层中; 个别矿点位于二叠系地层中[11]。该区属于东昆仑造山带。该造山带位于青藏高原东北缘的中央造山带西部, 临近昆仑–柴达木地块与巴颜喀拉–松潘–羌塘地块的结合带, 北部以柴达木盆地为界, 南抵巴颜喀拉山脉, 西部以北东走向的阿尔金走滑断裂为界, 属于典型的复合增生造山带(图1)[12]。该区的构造演化史主要包括前寒武古陆形成、加里东期造山(包括早古生代洋盆开合及加里东褶皱山链的形成)、晚华力西–印支期造山(包括古特提斯洋盆开合和柴北缘及东昆仑–巴颜喀拉褶皱山链的形成)以及中新生代叠复造山4个构造旋回[13‒14]。

区内岩浆活动十分发育, 主要为中酸性岩浆岩,包括华力西期和印支期的花岗闪长岩和二长花岗岩, 以及少量早古生代岩体[15‒16]。纳赤台北早古生代岩体又称万宝沟岩体。此外, 晚元古代和早古生代等时期的拉张伸展作用导致的板块破裂形成一系列基性岩浆, 以岩脉和岩墙形式产出。强烈的构造和岩浆活动使东昆仑地区广泛分布深大断裂和次级挤压破碎带, 岩浆热液活动广布。在中酸性岩体和碳酸盐岩地层接触带附近, 接触热变质和接触交代作用均十分强烈, 为透闪石玉成矿提供了有利条件。

2 矿区地质特征

九八沟矿区位于东昆仑造山带中部, 介于昆中断裂与昆南断裂之间(图 1)。区内构造活动强烈,褶皱断裂发育, 经历多期叠加与改造[17‒18](图 2)。断裂以EW向和NWW向为主, 其次为NE向。矿区地层主要是中元古界万宝沟群碳酸盐岩和碎屑

[17]岩 。碳酸盐岩包括硅质团块白云岩及白云质大理岩(图 3(c)和(f)), 有明显的重结晶现象。碎屑岩以紫红色粉砂岩为主。玉石矿体赋存于万宝沟群硅质团块白云岩中。矿区地层裂隙较发育(图 5(e)和(f)), 但赋存矿体白云岩构造裂隙少, 为厚层块状(图 3(c)和(d))。

矿区西侧侵入加里东期中酸性岩基, 即万宝沟

岩体, 为似斑状二云母二长花岗岩, 具有典型的似斑状结构, 斑晶为粗大的条纹长石(图3(a))。

在侵入体与硅质白云岩围岩的接触带附近, 围岩蚀变和变质现象十分发育。根据矿物组合、形态和产状, 可划分两种围岩蚀变类型: 1) 矿体周围(矿区北侧)主要为透闪石化和滑石化; 2) 其他接触区域(矿区南侧)为典型的矽卡岩化蚀变分带(图2)。

2.1 接触变质特征

矿体主要产于北侧与侵入岩紧密接触的硅质白云岩中(图 2), 产出位置严格受侵入岩控制。白云岩形态较完整, 构造裂隙不发育, 矿体整体上呈厚层块状(图 3(c)和(d))。矿石类型为块状或浸染状,形态变化大。块状矿石为较纯的透闪石岩, 主要矿物为透闪石, 局部可见后期充填或交代形成的方解石及白云石; 浸染状矿石主体为重结晶白云岩, 透闪石不均匀地分布于白云石之间, 局部可见细粒石英集合体(图4(a))。早期透闪石为微细粒集合体状,形成纤维交织结构或毛毡状结构(图4(b)); 块状矿石中则呈现不同形态的透闪石互相叠加, 晚期透闪石呈粗粒长柱状, 相对自形, 为早期透闪石重结晶产物(图4(c))。透闪石重结晶程度是评价其玉石化的重要指标[19], 纤维交织结构或毛毡状结构的透闪

石有定向的细粒集合体, 这类玉石手标本温润细腻,呈半透明状; 局部重结晶的透闪石颗粒较粗大, 不均匀, 玉石质地较差。玉矿体及其白云岩围岩中未见明显蚀变现象,仅在远离岩体一侧白云岩中发育滑石、蛇纹石和金云母, 未见硅酸盐矿物之间交代残余或假象结构。白云岩中滑石呈鳞片状, 分布均匀(图4(d)), 蛇纹石主要为粒状集合体, 金云母呈自形片状散布。

2.2 矽卡岩蚀变分带特征

矿区南侧具有较完整的矽卡岩分带(图3), 距岩体由近至远可分为石榴石带、透辉石带和阳起石带。石榴石带的主要矿物为石榴子石, 次要矿物为绿帘石、阳起石及极少量符山石和黑云母, 其中石榴子石主要为钙铁榴石, 形态为粒状, 粒径粗大(图5(b)); 透辉石带的主要矿物组合为透辉石–次透辉石, 含少量阳起石、符山石和蛇纹石, 可见透辉石被阳起石交代的现象(图 5(d)和图 6(d)), 辉石周围亦可见放射状或簇状蛇纹石(图6(e)); 阳起石带的主要矿物为阳起石或铁阳起石, 含少量次透辉石及黑云母或富铁金云母, 野外可见角砾岩化(图5(a))。上述分带中的黑云母和富铁金云母为片状和粒状,分布在石榴子石与阳起石等矿物之间, 具有显著的多色性, 呈现交代石榴子石及阳起石的特征(图6 (f))。矽卡岩带未见透闪石。

3 实验方法和结果3.1 分析方法

对矿区二长花岗岩、矽卡岩、白云岩和透闪石玉矿石样品进行主量元素、微量元素和稀土元素分析。测试工作在广州澳实矿物实验室完成, 主量元素分析采用 X 荧光光谱法(ME-XRF26D), 烧失量分析采用称重法, 微量元素分析采用等离子发射光谱法(ME-ICP68 和 ME-ICP61)。分析结果见表 1。

结合探针片显微镜下特征及矿物分布特点, 选取九八沟矿区闪石族矿物及碳酸盐矿物进行电子探针元素分析, 测试工作在北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室完成, 电子探针型号为JEOL– JXA8100, 加速电压为15 kv, 束流为10 na, 硅酸盐矿物束斑直径为2 μm, 碳酸盐矿物束斑直径为10 μm。使用PRZ方法进行校正。分析结果见表 2。

对二长花岗岩(JBG-143)进行碎样, 并挑选锆石制靶。锆石U-PB定年在北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室LA-ICP-MS实验室完成, 激光

图 1东昆仑地区区域地质简图(据文献[12]修改) Fig. 1 Regional geological map of East Kunlun region (modified after Ref. [12])

图 2矿区周边地质示意图(据文献[18]修改) Fig. 2 Geological sketch map around the mining area (modified after Ref. [18])

(a) 碳酸盐矿物与石英接触边界发生溶蚀, 形成透闪石; (b) 早期纤维交织结构或毛毡状结构透闪石集合体; (c) 后期应力作用下发生重结晶的粗粒长柱状透闪石; (d) 白云岩中均匀分布的片状和粒状滑石; (e) 自形的长片状金云母; (f) 粒状蛇纹石集合体(保留原白云石的解理)。Tr: 透闪石; Tlc: 滑石; Phl: 金云母; Srp: 蛇纹石图 4九八沟矿区北侧样品显微镜下照片Fig. 4 Photomicrographs of samples from north mining area of Jiubagou deposit

(a) 侵入体呈似斑状结构, 斑晶为条纹长石; (b) 与岩体接触的白云岩发生重结晶; (c) 白云岩发生弱透闪石化, 呈厚层块状, 构造裂隙不发育; (d) 透闪石矿体, 矿石形态为块状或浸染状; (e) 远离岩体方向, 透闪石化过渡为滑石化; (f) 未发生蚀变的硅质团块白云岩 图 3矿区北侧地质特征Fig. 3 Geological characteristics in the north of the mining area

(a)二长花岗岩中早期结晶的黑云母和较晚结晶的白云母; (b) 阳起石交代钙铁榴石; (c) 透辉石交代符山石; (d)阳起石交代透辉石; (e) 蛇纹石交代透辉石并围绕其边缘生长; (f) 黑云母呈片状分布在阳起石空隙间。Pth: 条纹长石; Adr: 钙铁榴石; Act: 阳起石; Cal: 方解石; Ves: 符山石; Di: 透辉石; Srp: 蛇纹石; Bi: 黑云母图 6九八沟矿区南侧样品显微镜下照片Fig. 6 Photomicrographs of samples from the south mining area of Jiubagou deposit

(a) 矽卡岩化蚀变分带: 石榴石带–透辉石带–阳起石带; (b) 矽卡岩带中的石榴石; (c) 透辉石带中的符山石、透辉石; (d) 阳起石带中的阳起石交代透辉石; (e) 层理清晰的粉砂岩地层; (f) 节理、破裂发育的白云岩图 5矿区南侧地质特征Fig. 5 Geological characteristics in the south of the mining area