0 引言

方解石脉作为热液活动过程中广泛发育且较为重要的直接产物之一，其形成过程中微量元素 U 可以进入方解石中，使其成为一种潜在的同位素U-Pb 测年对象（庞绪成等，2012）。方解石激光原位 U-Pb 同位素定年是基于原位微区分析的同位素测年技术，该方法测试精度高，试验周期短，只需少量的方解石样品即可实现方解石年龄的精确测定。国外 2014 年首次将激光原位剥蚀技术应用到碳酸盐 U-Pb 测年中，并取得了良好的效果。由于该方法起步较晚，目前仅被用于研究流体运动、成岩演化、构造活动历史等方面，在金属矿床年代学研究中的应用实例鲜有报道（刘恩涛等，2019；王斌等， 2021）。九丈沟金矿床位于华北克拉通南缘熊耳山多金属成矿带上，该区构造发育岩浆活动频繁，表现出良好的成矿地质背景，前人对此开展了一定的理论研究，认为该矿床主要受 NEE 向断裂构造控制，区域上与庙岭金矿床、东湾金矿床呈等间距分布的特点，该矿床以蚀变岩型矿石为主，成矿物质来源与太华群片麻岩及岩浆热液有关，为一典型的构造蚀变岩型金矿床（王颖辉，2013；Wang et al.， 2016；张苏坤等，2020）。从前人研究可以看出，其研究多集中在矿床构造控矿特征、矿床类型、成矿物质来源等方面，目前对于矿床的成矿时代未有报道，这将制约了对矿床的进一步认识。基于此，本文选取九丈沟金矿床主矿体热液方解石脉开展同位素年代学的研究，尝试将激光原位测年技术应用在金属矿床中，为金属矿床年代学方面研究提供新的思路。

1 区域成矿地质背景

研究区位于华北克拉通南缘与北秦岭构造带之间，属华北地台南缘华熊台隆熊耳山隆断区。区域地层出露较为简单，表现为地台型基底与盖层的二元结构，即太古宇太华群为区域地层的结晶基底，盖层主要以中元古界熊耳群、蓟县系高山河群、官道口群、新元古界栾川群、中生界白垩系、新生界地层为主（图1）。其中太华岩群、熊耳群、官道口群、栾川群是区域内的主要赋矿层位（庞绪成等， 2018；魏继祖等，2019）。

区域构造以断裂为主，经历了由多个不同时代、不同建造、不同构造背景下形成的构造岩块（岩片），经过多期复杂的构造演化，纵向上堆垛叠置、横向上镶嵌拼合而成的复合型区域（张素超等， 2022）。其中，基底岩系构造变形形式主要为揉流褶皱和韧性剪切带，反映深层次、强塑性变形的特点，是太古宙、古元古代等时期多期构造变形共同作用的结果；盖层岩系主要经历了中元古代早期大陆裂谷、中—新元古代陆缘坳陷沉积、新元古代陆缘拉张、古生代稳定陆台沉积和中新生代陆内造山 5 个大的构造阶段（章永梅等，2010）。这个区域中主要的断裂构造与其次级的断裂构造一起形成纵横交错的构造格局，控制着区域内沉积建造、构造及岩浆演化。

EB—东部板块；TNCO—中央造山带；WB—西部板块；K-Belt—孔兹岩带；JL-Belt —胶辽断裂; 1—第四系；2—太华群；3—官道口群；4—熊耳群；5—燕山期花岗岩；6—断层；7—推断断层；8—拆离断层；9—不整合地质界线；10—金矿床；11—钼矿床；12—银铅锌矿床

区域内岩浆活动强烈，岩浆岩大量发育，在古元古代、中新元古代、古生代、晚侏罗世—早白垩世均有活动，其中以印支期和燕山期的岩浆活动最为强烈，且与区域成矿有着密切联系。

区内矿体及矿脉严格受陡倾斜断裂构造控制，矿体及矿脉主要位于构造破碎带中部。构造以 NNE 向、NW 向及 NE 向为主，其中 NNE 向断裂（F₁） 为区内主要含矿容矿构造，该构造全长大约 6 km，表现出分枝复合、膨大缩小现象，局部直立或反倾，有多次活动迹象，其中东湾—九丈沟的主矿体均受到 F₁断裂构造的控制。在构造带周围蚀变作用较为强烈，其中构造顶底板处以硅化、英安岩化为主，构造带中部以黄铁矿化、褐铁矿化为主。

2 矿床地质特征

九丈沟金矿床位于豫西熊耳山—外方山多金属成矿带上，矿区出露地层较为简单，主要为熊耳群鸡蛋坪组，岩性为灰绿色斑状—块状安山岩、灰白色斑状—流纹状英安岩、火山角砾岩及蚀变岩等，在局部出露古近系高峪沟组紫红色粉砂质黏土岩及第四系砂砾石沉积物等。矿区内的构造以断裂为主，褶皱基本不发育。其中断裂构造包括 NE 向及NW向构造，NE向断裂构造主要有F₁、F₂、F₃、F₄ 等，NW向构造有F₃₅、F₃₆等。

九丈沟金矿体严格受 NE 向断裂构造控制，矿体的展布特征与构造形态基本一致。矿区内主要发育 M₁矿体，占矿区探明资源量的 97.2%。M₁金矿体主要产于 F₁断裂蚀变破碎带中部，位于万岭断裂的东部，属庙岭—九丈沟断裂带的一部分。该破碎带走向 25°～30°，倾向 NW，倾角 50°～75°，出露长度大于 20 km，宽 80～100 m，向深部呈舒缓波状延伸（图2）。带内主要由蚀变岩、碎裂岩、构造角砾岩及断层泥等组成，其原岩成分主要为熊耳群的安山岩、流纹岩、英安岩及凝灰岩等，角砾大小不等，多在2～10 mm。

研究区金矿石主要分为地表浅部的氧化矿及地下深处的原生矿，两者之间呈渐变过渡。氧化矿多呈褐色，硅质胶结，硬度一般较大。原生矿多呈灰色、灰绿色，胶结物多为硅质及长石等。野外及井下可见的原生矿石主要为蚀变岩型，局部可见石英脉型，蚀变岩型矿石多为浸染状黄铁矿化金矿石，石英脉型矿石多为细脉状黄铁矿化金矿石，在构造带内局部发育构造碎裂角砾状金矿石。矿石结构有交代结构、自形—半自形结构、碎裂结构、团块结构及包含结构等。在矿石中 Au主要赋存于黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、褐铁矿中，非金属矿物有石英、绢云母、钾长石、绿泥石、方解石等。

依据矿物共生组合及相互穿插关系，将成矿阶段划分为热液期（热液 I 期与热液 II 期）与表生期。其中热液I期主要为燕山期，是区域主要成矿期，由石英-黄铁矿阶段、石英-硫化物阶段及碳酸盐阶段组成。热液II期主要为石英-碳酸盐阶段，热液II期的碳酸盐阶段强度要明显高于热液 I 期，主要体现在 II 期的碳酸盐多填充于主成矿期后的构造裂隙中，特点是脉体完整，没有被后期构造破坏，局部出现溶洞，颜色乳白至淡黄色，在构造的局部地段常形成厚度较大的碳酸盐单脉、网脉和石英细脉等 （图3），走向上产状与构造带基本一致，局部胶结早期形成的矿石或构造角砾碎屑。该期矿化强度总体较弱，一般达不到工业品位。

a—热液II期的方解石脉与主成矿期矿体及构造带方向近于一致，在方解石脉的局部可见胶结主成矿期的矿石；b—方解石脉整体较为完整，呈乳白色及淡黄色，局部发育石英细脉

3 测试方法与结果

3.1 样品采集及测试方法

样品采自九丈沟金矿床热液 II期的方解石脉，样品呈淡黄色至乳白色，具体采样位置为1101矿体的 1160 m 中段的沿脉坑道掌子面，样品编号为 1101-1A，方解石脉宽 0.2～1 m，其走向与断层带 （矿体）走向一致。

样品测试在中国科学院地球化学研究所（贵阳）完成，测试仪器为LA-ICP-MS，激光剥蚀系统的型号为 RESOlution SE-S155，电感耦合等离子体质谱型号为热电（Thermo Fisher）iCAP RQ。首先将采集的样品用环氧树脂制成直径为25 mm的方解石目标靶，对目标靶表面进行抛光，用超纯水清洗后晾干，置于样品架、放入样品池进行测试。

正式测试前，将待测点先用同样大小激光束斑预剥蚀60下，消除矿物表面的潜在污染。本次测试光斑大小为 120 µm，频率 14.65 Hz，能量 5.8 mJ，背景时间为 15 s，剥蚀时间为 20 s，剥蚀产生的样品由 He气送出样品池，与 Ar气混合后进入ICP-MS完成测试。原始数据用 NIST614 作为内标校正，对分析数据的处理采用iolite软件，用Isoplot投年龄图并进一步校正年龄数据。测试过程中使用的国际标样为纯方解石AHX-1d（推荐年龄为（238.2±2.4） Ma），实验室标样为方解石 PTKD-2（推荐年龄为（153.7± 1.7） Ma）和方解石LD-5-2（推荐年龄为（72.3±0.43） Ma）进行校正。

3.2 测试结果

在方解石样品微区原位微量元素测试基础上，挑选出²³⁸U/²⁰⁶Pb 比值大且²⁶⁰Pb 含量较低的目标点位，在目标点位附近进行密集打点，每块方解石样品的测试点数约 80 个。样品 1101-1A 的 U 含量在 （0.907～25.900）×10^-6，Pb 的含量在（2.356～11.700）×10^-6，²³⁸U/²⁰⁶Pb 比值在（0.527～17.391）。测试样品具有较低的 U和 Pb含量，且²³⁸U/²⁰⁶Pb比值最大可达 17.391，测试数据效果良好。详细测试结果见表1。

方解石的U-Pb同位素测年结果显示，1101-1A 样品方解石脉体形成年龄为（44.1±1.5） Ma，MSWD 为 1.5（图4），测试样品绝对年龄误差均在允许误差范围以内，测试结果可信度高，指示其形成时代为新生代。

4 讨论

伴随着不同地质时期的构造运动和热液活动，在地层中极易发生断裂和破碎作用形成的构造裂隙，这些构造裂隙在后期成岩作用或岩浆活动作用下常被方解石快速填充，形成方解石脉。九丈沟金矿区的断裂带内发育厚度较大的方解石脉，其周边具有一定的围岩蚀变，认为是在热液活动的背景下形成。通常在热液活动的末期大量发育方解石脉，因此利用方解石激光原位 U-Pb同位素定年技术确定其形成年龄，可以有效的判别构造运动及热液活动的时限，这将对熊耳山地区构造运动、热液活动等事件的研究具有重要意义。

4.1 熊耳山地区新生代构造运动与热液活动

朱清波等（2011）认为在整个中国中东部地区新生代，构造、岩浆活动具有一定的规模和强度。但在熊耳山地区，相较于印支期和燕山期的热液活动，新生代的热液活动强度相对较弱，区域上很少有新生代热液活动的报道。本次在构造断裂带内发现的方解石脉，其方解石激光原位 U-Pb 年龄为 （44.1±1.5） Ma，代表了方解石脉的形成年龄及热液活动的年龄，证明了该地区存在古近系时期的热液活动，为区内新生代构造运动和热液活动的研究提供了可靠的年代学依据。

熊耳山矿集区的新生代热液活动并不是孤立存在的，与黑龙江牡丹江黄花地区的拉斑玄武岩 （44.9 Ma）、山西左云县的橄榄玄武岩（47.5 Ma）、安徽广德地区的玄武岩（42.6 Ma）、江苏高邮地区的碱性橄榄玄武岩（46.3 Ma）、雷州半岛的橄榄玄武岩 （61～45 Ma）相接近，并与中国中东部地区古近系断陷盆地中大量分布的火山岩年龄相近，表明包括华北、扬子和长江中下游地区及整个中国中东部地区在古近纪都经历了显著的构造和热液事件（朱清波等，2011）。该时期的热液活动事件是中国中东部地区喜山期构造演化的直接反映。孙甲富等 （2012）将喜山期的构造演化分为以伸展和断陷作用为主的早喜山期（65～44 Ma）与以挤压和隆升作用为主的晚喜山期（43～2.5 Ma）。因此，熊耳山地区九丈沟金矿区内的方解石代表的热液活动事件属早喜山期。

续表1

早喜山期的伸展和断陷作用引起大规模地壳差异升降活动，叠加在早期形成的构造单元之上常形成一系列的断陷盆地，如衡阳盆地、修水盆地和鄱阳湖盆地等，这与熊耳山地区内发育的潭头盆地和洛宁盆地的地质情况相吻合（陈丽娟等，2024）。在此之前，区内虽未有新生代热液事件的报道，但部分学者通过对区域构造及盆地的研究认为区内受到新生代构造活动的影响或改造，区内发育的一系列古近纪断陷盆地是新生代拉张断陷活动的背景下形成，如洛宁盆地、宜阳盆地、洛阳盆地等（胡利芳等，2023）。同时，认为新生代早期的构造运动使洛宁断裂重新活化，与其他断裂构造一起构成了区内的负反转构造。

因此，熊耳山地区不仅受到了新生代热液活动的影响，同时也受到了同时期区域构造运动的改造，方解石脉的同位素年龄体现了该时期热液活动的具体时限。

4.2 新生代构造运动对早期矿体及构造的影响

喜山期构造运动由印度板块与欧亚板块的碰撞所引起，是新生代中国中东部地区地质构造演化中的重要地质事件。在此期间，表现出一定规模强度的构造运动和热液活动，其中热液活动主要为热液流体沿着构造裂隙填充，在中国东部地区主要表现为出露的玄武岩，北起黑龙江，南至南海均有出露，体现新生代的热液活动具有一定的规模。但在熊耳山地区目前尚未发现该时期岩浆岩出露，仅发现该时期的方解石脉，以小侵入体的形式沿着断裂构造带发育，出露面积较小。

受板块碰撞的影响，区域上喜山期的构造运动主要表现为近 EW 向的挤压和近 SN 向的伸展构造变形，同时使早期形成的NE向、EW向、SN向及NW 向等断裂重新活化（姚玉增等，2005；张彦艳等， 2006；钱建平等，2010；祁正强，2018）。在熊耳山地区康山金矿区内，喜山期的构造运动对早期形成的矿体或构造表现出 2 种类型的影响，一是对早期的构造重新活化、扩张，使构造裂隙增大，从而形成一定的张性空间。

在M₁矿体中，喜山期的构造运动使早期的断裂活化、扩张，后期的热液沿着早期形成的构造断裂贯入，明显可见方解石脉的走向与早期矿体或构造的走向一致，同时方解石脉与早期矿体之间存在着明显的界线。在构造带内部及边部发育蚀变岩，但宽度较窄，最宽可达数十厘米。

总之，区内的构造格局在新生代以前基本形成，自新生代以后区内进入了相对较弱的构造演化阶段。方解石同位素年代学的研究结果显示矿区内方解石脉是新生代热液作用下的产物，指示矿床在燕山期主成矿事件之后还受到了新生代构造运动伴随的热液活动事件影响。

5 结论

（1）方解石激光原位 U-Pb同位素结果显示，方解石样品的形成年龄为 44 Ma，指示矿区内方解石脉是新生代热液活动下的产物。

（2）研究区在受燕山期热液事件活动影响的基础上还受到了新生代构造运动伴随的热液活动事件影响，其强度与燕山期相比较弱，虽有可能在局部富集成矿，但规模有限，不作为区内主要的找矿方向。

参考文献