摘要
北京延庆红石湾铂钯矿床属于岩浆型铜镍硫化物型矿床，成矿与红石湾岩体的侵位密切相关。红石湾岩体是燕山地区超基性岩的代表性岩体之一，岩体侵入于新太古代变质岩群中，被中元古界长城系底部的常州沟组石英砂岩沉积覆盖。按岩性特征可将该岩体分为角闪斜方辉石岩和角闪单斜辉石岩两个相带，铂钯矿化主要赋存在角闪斜方辉石岩中，但是岩体的形成时代还存在争议。本文通过对其含矿角闪斜方辉石岩中的岩浆成因锆石进行LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测定，获得含矿岩体中的锆石年龄为（2323±21） Ma，表明其成矿年代为古元古代。该研究为区内与超基性岩有关的成矿作用和岩浆活动提供了年代学资料。
Abstract
The Hongshiwan Pt-Pd deposit in Yanqing, Beijing, represents a typical magmatic copper-nickel sulfide deposit whose mineralization is genetically associated with the emplacement of the Hongshiwan pluton. As one of the representative ultrabasicrock in the Yanshan region, the pluton intrudes into the Neoarchean metamorphic rock series and is unconformably overlain by the Mesoproterozoic quartz sandstone of the Changzhougou Formation at the base of the Changcheng System. Based on lithological characteristics, the pluton can be subdivided into two facies zones: amphibolite and amphibolite-bearing clinopyroxenite. Platinum and palladium mineralization is predominantly hosted within the amphibolite-clinopyroxenite unit. However, the precise emplacement age of the pluton remains debated. In this study, LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic dating was conducted on magmatic zircons from the ore-bearing amphibolite-clinopyroxenite. The results yield a crystallization age of (2323±21) Ma, indicating that the ore-forming event occurred during the Paleoproterozoic. These findings provide key geochronological constraints on mineralization and ultrabasic-related magmatic activity in the study area.
0 引言
红石湾铂钯矿床位于华北克拉通超基性岩带的南带，也是北京地区已发现的两个铂钯矿产地（延庆红石湾、密云四合村）之一（北京市地质矿产局， 1992；刘鸿等，2021），红石湾岩体也是北京地区重要的超基性岩体。前人对该矿床及其含矿岩体的地质特征、矿石特征进行了研究，并对矿床成因等进行了探讨（北京市地质局 102 队，1972①；张燕，2011），认为矿床为形成于前长城纪的与超镁铁质岩浆有关的岩浆熔离型矿床。岩浆型 Ni-Cu-（PGE）硫化物矿床是与镁铁质—超镁铁质岩浆作用有关的富 Ni、 Cu、PGE（Platinum-Group Elements）的重要类型的硫化物矿床（吕林素等，2007），是铜、镍、铂族矿产的重要来源。同时镁铁质—超镁铁质岩主要来源于地幔，研究这类矿床不仅是探索相关镁铁质—超镁铁质岩浆演化规律的窗口，同样是认识深部地质作用、地幔矿物组成、壳幔岩浆作用以及大陆动力学等方面的重要工具（吕林素等，2007）。近年来，同样位于华北克拉通北缘超基性岩带的小张家口含铬超基性岩体、高寺台含铬铁矿超基性杂岩体中辉石岩的锆石 U-Pb 测年都获得了有效的岩体侵位年龄（田伟等，2007；李立兴等，2012），可见对辉石中锆石的精确定年，可以有效地确定岩石的成岩年龄（李光辉等，2010）。本研究对红石湾铂钯矿的含矿岩体进行了 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 测试，探讨了红石湾岩体的成岩成矿时代，有助于进一步总结华北陆块北缘成矿规律，指导下一步找矿，同时对研究华北克拉通古元古代岩浆演化有重要的意义。
1 区域地质背景和矿床地质
华北克拉通北缘北侧以康保一围场断裂与古亚洲洋构造域相接，南侧以崇礼—赤城—承德深大断裂与华北克拉通古陆块相连，大地构造位置十分重要。华北克拉通北缘的燕山地区分布着超过 1700个大小不一的超基性岩体，可分为南北两个岩带，燕山南带主要有红石湾、放马峪、平顶山、毛家厂等岩体；燕山北带主要有小张家口、吕合堡、团榆树、红石砬、高寺台和罗匠沟等岩体（陈森煌等， 1991a，1991b）。
红石湾矿床位于北京市延庆区东北部，区内出露地层有新太古界密云岩群（角闪斜长片麻岩），中元古界常州沟组石英砂岩和第四系松散堆积物（北京市地质矿产局，1992）。矿区主要构造特征为一个由常州沟组石英砂岩组成的不对称穹隆构造，在穹隆构造的核部剥蚀出露新太古界片麻岩，两者呈不整合接触。区内岩浆岩比较发育，主要有角闪辉石岩和花岗岩。花岗岩主要出露在角闪单斜辉石岩西南部边缘，呈岩墙产出，为肉红色，致密块状或似片麻状构造（北京市地质局102队，1972①）。
1970—1972 年，北京市地质局 102 队对矿区进行勘探，基本查明了矿石中主要矿物赋存状态，其物质成分达49种之多，碲铋铂钯矿为唯一的铂钯独立矿物。矿床规模为小型，探明总金属量铂为 1018.16 kg；钯为975.00 kg，平均品位为Pt 0.132 g/t、 Pd 0.127 g/t。矿区水文地质、工程地质条件总体情况简单，矿体埋藏浅，适于露天开采，但后期未进行开采。
2 岩体及矿体特征
2.1 岩体地质特征
角闪辉石岩分布在穹隆的西北部，呈椭圆形不对称岩盆产出，北东—南西向长约550 m，北西—南东向宽约 350 m，面积约 0.19 km2，东北和西南部分多为第四系覆盖，分隔为几个露头。岩体东部与片麻岩接触，接触面产状与片麻岩片麻理方向基本一致，南部被花岗岩墙所截，西北部被常州沟组石英砂岩覆盖（图1）。据矿区勘探情况（北京市地质局102 队，1972①；北京市地质矿产局，1992），岩体中橄榄石多集中在北部的钻孔中，顽火辉石和古铜辉石出现在岩体中部，向四周以紫苏辉石为主，岩体中部富镁，往四周铁质增加。单斜辉石大量出现于岩体西北部和西南部。岩体岩性包括有橄榄斜方辉石岩、橄榄二辉岩、辉石橄榄岩、角闪斜方辉石岩、角闪单斜辉石岩，呈渐变过渡关系。根据物化差异和含矿特征，可将岩体分为角闪单斜辉石岩和角闪斜方辉石岩两个相带，两者之间呈渐变关系。角闪斜方辉石岩相分布于岩体的中部到东北部，是岩体的主体部分，铂钯矿主要赋存在该岩相带中，角闪单斜辉石岩分布于岩体西南边部，围绕角闪斜方辉石岩相呈半环形分布，矿化极为微弱，并且该相带上部受风化剥蚀，仅有局部残留，推测该岩体很可能为阿拉斯加型超基性岩体，因为风化剥蚀，而未被全部保存。
2.2 矿体特征
矿床的矿体形态、规模和产状受角闪斜方辉石岩相控制，与围岩呈渐变过渡，无明显界线，仅能依据测试分析资料圈定矿体。全区圈定一个完整工业矿体，矿体北北东向长410 m，北西西向宽260 m，平面上呈不规则的椭圆形，最大厚度 82.12 m，矿体随岩体厚度减小而变薄。根据勘探报告，整个角闪斜方辉石岩基本上均含铂、钯，矿体按照铂、钯总含量分为 3个品级，即铂+钯总含量＞0.5 g/t为一级品矿石，0.2~0.5 g/t为二级品矿石，0.1~0.2 g/t为三级品矿石（北京市地质局 102 队，1971②，1972①），一级富矿体主要产于岩体的底部和中下部（图2）。
矿石呈黑色，风化后显黑绿色。主要结构为他形晶粒状结构，海绵陨铁结构、包含结构、网格状结构、交代熔蚀及残余结构；构造为稀疏浸染状构造，斑杂状构造及网脉状构造。矿石中的主要矿物有碲铋铂钯、黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿、镍黄铁矿及角闪石、辉石等。矿石中有用组分主要为铂、钯、铜，次为镍、钴、金、银及微量的锇、铱、铑、钌。电子探针分析表明，铂钯矿物单矿物呈包含结构赋存在雌黄铁矿、黄铜矿、镍铁矿等硫化物中，是典型的金属硫化物型矿床（北京市地质局102队，1972①）。
图1延庆红石湾铂钯矿床地质图
1—第四系；2—中元古界长城系常州沟组石英砂岩；3—新太古界密云岩群（角闪斜长片麻岩）；4—角闪斜方辉石岩；5—蚀变角闪斜方辉石岩；6—角闪单斜辉石岩；7—蚀变角闪单斜辉石岩；8—花岗岩； 9—角度不整合；10—采样点；11—剖面线及编号；12—钻孔位置
3 样品分析方法
3.1 样品采集和处理方法
本文样品（KCZ002）采自角闪辉石岩体中，实验样品采集2块，重约20 kg，经机械破碎、重磁分选后，在双目显微镜下挑选裂隙少、晶形完好、具有代表性的锆石晶体制作成环氧树脂样品靶。样品靶经打磨和抛光后，使锆石内部暴露，再拍摄反射光、透射光照片和阴极发光（CL）图像。以上样品处理均委托核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成。
3.2 分析方法
锆石 U-Pb同位素分析在核工业北京地质研究院分析测试研究中心采用 LA-ICP-MS 分析技术完成，测试过程中采用的激光剥蚀系统为美国相干公司生产的 GeoLasPro 193 nm 准分子激光器，ICP-MS 为美国赛默飞世尔公司生产的 ELEMENT XR 型高分辨电感耦合等离子体质谱仪（HR-ICP-MS）。测试过程中，激光束斑直径为 24 μm 或 32 μm，频率为 6 Hz，能量密度为 7 J/cm2。采用 He 作为载气，Ar 作为补偿气。采用美国国家标准参考物质NIST610对仪器进行最佳化，并将其作为微量元素含量测定的外标。采用标准锆石 91500 作为定年外标，采用标准锆石 Plesovice 作为监控样品。在样品测试过程中每测定6个样品点测定两次标准锆石91500，每个样品的信号采集时间为 80 s，其中前 20 s 为背景信号采集时间，样品信号采集时间为 40 s。测试完成后，采用软件ICPMSDataCal对样品的测试数据进行后期处理，年龄计算和谐和图的绘制采用Isoplot 3.0 完成（Ludwig，2003）。
4 分析结果
本文采集岩石呈暗绿黑色，半自形粒状结构，块状构造，矿物成分主要为辉石、角闪石、黑云母，金属硫化物沿暗色矿物间隙充填和胶结（图3a、b、 c）。镜下观察（图3d）矿物组成有辉石、角闪石、黑云母和不透明矿物。辉石为柱状、不规则粒状，部分已转变为皂石、黑云母集合体，仅保留其假象，少量可见两组近垂直解理，粒径0.20~3.00 mm，主要粒径0.30~1.30 mm，含量约45%。角闪石为柱状、不规则粒状，粒径 0.05~1.80 mm，主要粒径 0.50~1.50 mm，含量约35%。黑云母为片状，绿泥石化蚀变，片径 0.20~1.50 mm，含量约 15%。不透明矿物为不规则粒状，粒径0.02~0.50 mm，星散分布。
图2延庆红石湾铂钯矿床V—V′线剖面图
1—第四系；2—新太古界密云岩群（角闪斜长片麻岩）；3—花岗岩；4—角闪斜方辉石岩；5—蚀变角闪斜方辉石岩；6—角闪单斜辉石岩； 7—一级品矿石；8—二级品矿石；9—三级品矿石；10—地质界线；11—剖面线及编号；12—钻孔位置
图3延庆红石湾铂钯矿角闪辉石岩照片
a—角闪辉石岩体和长城系常州沟组；b—角闪辉石岩样品；c—角闪辉石岩手标本；d—角闪辉石岩体镜下特征；Cpx—单斜辉石；Bt—黑云母； Am—角闪石
4.1 岩石地球化学特征
红石湾角闪辉石岩体的全岩成分为以低 SiO2 （44.09%～45.05%），高 MgO（18.6%~20.38%）和高 Mg# （70.17%~85.26%）为特征（表1）。稀土总量∑ REE为64.25×10-6~95.67×10-6，轻稀土相对重稀土富集，重稀土元素分异不强。δEu 没有异常或具有较弱的异常，说明岩浆演化过程中没有斜长石的晶出，δCe基本上没有异常。岩浆演化过程中，不相容元素 Sr与 Mg# 呈负相关，相容元素 Ni、Cr与 Mg# 呈负相关，说明其受岩浆分异作用控制。大离子亲石元素 Sr、Ba 相对富集。Nb、Ta、Zr、Hf 等高场强元素相对亏损。
表1主量和微量元素含量
注：“/”表示未测定元素含量；主量元素含量单位为%，微量和稀土元素含量为10-6；D083样品据于春林等，1999③。
图4红石湾角闪辉石岩锆石CL图像及LA-ICP-MS分析点位置（单位：Ma）
4.2 测年结果
本研究对30颗锆石进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测定，测试结果见表2。
从 CL 图像（图4）来看，锆石主要为灰白色、无色，呈短柱状、浑圆状或不规则状，粒径为 50~150 μm。Th/U 为 0.29~0.53，锆石岩浆震荡环带特征不明显，具有不规则状分带或者弱分带的特征，部分锆石具有核边结构，具有基性岩浆锆石的特征。
从测试获得的锆石年龄来看，测点的年龄值为 2232~2800 Ma。经过观察，除去点 1（2257 Ma）、点 16（2232 Ma）、点 28（2800 Ma）零散分布外，其余年龄集中分布在 2307~2542 Ma，并且有两个年龄峰值 （图5）。通过对剩余 27个点进行分组处理，并在作图过程中去掉rho值大于1的点（点12、点14、点23、点 27），给出了（2453±21） Ma 和（2323±21） Ma 两组207Pb/206Pb加权平均年龄（图6）。
图5红石湾含矿角闪辉石岩锆石U-Pb年龄柱状图
图6红石湾含矿角闪辉石岩锆石U-Pb年龄谐和图
5 讨论
5.1 岩体年代学意义
在燕山北部地区的南北两个超基性岩带，分别侵位于新太古代和古元古代的变质岩系中。根据地质产状推断，这些岩体属于前长城期岩浆活动的产物，但是以往的测年结果并未取得统一的认识。陈森煌等（1991b）通过对南带的放马峪岩体和北带的罗匠沟进行全岩Sm-Nd同位素等时线分析，认为岩体的形成年代分别为中、新元古代。陈安国等 （1996）通过整理小张家口、红石砬、高寺台岩体的岩体年龄，认为该超基性岩带可能形成于3个时期，分别为中元古宙、海西期及印支期。田伟等（2007） 获得了小张家口含铬超基性岩体的年龄为（220±5） Ma。李立兴等（2012）获得高寺台含铬铁矿超基性杂岩体（213±51） Ma 中辉石岩的年龄为（213±51） Ma，认为它们形成于晚三叠世，形成于华北板块和西伯利亚板块碰撞后的伸展构造构造阶段。
根据野外特征，红石湾角闪辉石岩体侵入于新太古代密云岩群中，被中元古界长城系底部的石英砂岩沉积覆盖，岩体顶部发育风化壳。岩体的年龄应该晚于新太古代（2500 Ma），早于中元古代。显然，延庆红石湾岩体的钾氩同位素年龄值1253.6 Ma （辉石）（北京市地质矿产局，1991）是不可靠的。本研究获得了（2453±21） Ma 和（2323±21） Ma 两组207Pb/206Pb加权平均年龄。根据锆石 CL图像中锆石呈现出不规则、浑圆状形态特征，以及不规则分带和弱分带的分带特征，判定测定的锆石为基性岩浆锆石。而获得的（2453±21） Ma 年龄与区域上新太古代的变质作用时间接近（万渝生等，2015，2024），为区域上较常见的变质年龄，所以该年龄可能为来自新太古代继承锆石。而（2323±21） Ma 的基性岩浆中的年龄，即代表了岩体的侵位年龄。红石湾铂钯矿的矿床成因类型为岩浆熔离型矿床（北京市地质局 102 队，1972①；张燕，2011）。其成矿作用通常受到母岩浆源区及组成、岩浆运移路径、硫化物有利沉积位置等各个环节共同控制（李斯等， 2023）。其矿化来自于硫化物液滴从基性、超基性母岩浆中的分离、冷凝、沉积（汤中立，1990），所以硫化物的聚集成矿与岩浆活动密切相关，成矿时间与岩浆侵位的时间相当，因此矿床的成岩成矿年龄为（2323±21）Ma。
表2红石湾含矿角闪辉石岩LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素定年结果
注：作图过程中去掉rho值大于1的点。
5.2 区域成矿研究意义
根据区域成矿理论研究，特定的矿床赋存在特定的成矿地质限定的时空范围内，其地质背景有明显的时间坐标（陈毓川等，2003，2020，2022；王登红等，2020，2022）。燕山北部的超基性岩带中发育铬铁矿床（平顶山、放马峪、高寺台岩体），铂族矿床和铜镍铂钯硫化物矿床，分别产于纯橄岩、透辉岩和闪辉岩中，具有明显的成矿专属性，是镁质-铁质超基性岩浆系列演化的产物（周永樟和敬成贵，1988； 陈森煌等，1991a，1991b；王登红等，2002；李立兴等， 2012，2015）。虽然从空间上来看岩体的分布受控于崇礼—赤城—承德深大断裂（李德东等，2014；方同明等，2020），但从成矿时代上来说，并不是同期形成的。据 Kusky and Li（2003）提出的华北陆块构造单元划分模式，2300 Ma 华北陆块北缘以岛弧形式与北部陆块碰撞，形成长达 1400 km 内蒙—冀北造山带以及南侧1600 km麻粒岩相变质带。红石湾岩体有阿拉斯加岩体的环带特征，传统上阿拉斯加岩体的形成与岛弧作用密切相关（Taylor，1967；崔梦萌等，2020），因此红石湾岩体的成岩成矿可能与华北陆块北缘 2300 Ma 左右的岛弧碰撞有关，有助于在华北陆块北缘开展与该期成矿作用相关的矿床勘查工作。同时本研究获得的矿床成矿年龄为研究燕山超基性岩成矿以及华北克拉通太古宙晚期到元古宙早期的岩浆活动提供了年龄参考。
6 结论
（1）通过LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年，获得延庆红石湾含铂钯矿超基性岩体的形成时间为 （2323±21） Ma，结合矿床的地质特征，该年龄揭示了矿床的成矿时代为古元古代。
（2）研究成果为燕山地区超基性岩的侵位时间、形成背景提供了年龄数据，对进一步研究该区与超基性岩相关的铬铁矿床，铂族矿床和铜镍铂钯硫化物矿床的成矿规律具有参考价值。
致谢 感谢审稿专家对文章修改提出的宝贵意见！
注释
① 北京市地质局 102 队 .1972. 北京市延庆县红石湾铂矿地质勘探总结报告[R].
② 北京市地质局 102 队 .1971. 铂矿的新生——延庆县红石湾铂矿1971年度地质勘探报告[R].
③ 于春林，赵兴国，马强 .1999. 三道营子、喇叭沟门、杨木栅子幅 1∶5万区域地质调查报告[R]. 北京: 北京市地质调查所.
