辽东地区古元古代沉积变质型硼矿床是我国硼矿石的主产地,呈层状或透镜状赋存于古元古代辽吉裂谷的火山-沉积建造之中,主矿区包括后仙峪、翁泉沟和砖庙-杨木杆三处,硼矿石类型包括遂安石-硼镁石型和硼镁铁矿-硼镁石型,属于沉积-变质型矿床。矿体直接容矿围岩为蛇纹石化大理岩和蛇纹石化超基性火山岩,外围为各类变粒岩和浅粒岩,矿体和围岩中发育有大量电气石、石膏、黄铁矿等脉石矿物。矿床成因有非海相蒸发沉积、热水沉积和热液交代三种不同认识。论文采用SHRIMP和LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb定年技术,对辽东硼矿三个矿区矿体上盘和下盘的条痕状角闪混合岩、变粒岩、浅粒岩、淡色花岗岩、斜长角闪岩以及矿体直接容矿围岩橄榄玄武岩进行了年代学测试。获得以下数据和结果:(1)砖庙-杨木杆矿区矿体上盘含电气石变粒岩的岩浆锆石核部SHRIMP年龄为2174.0±9.9Ma,层状产出于变粒岩地层之中的斜长角闪岩的重结晶锆石SHRIMP年龄为1869±28Ma;(2)翁泉沟硼矿区矿体上盘的浅粒岩和蛇纹石化橄榄玄武岩内岩浆锆石LA-MC-ICP-MS年龄分别为2139±13Ma和2130±19Ma;(3)后仙峪矿区矿体下盘的条痕状角闪混合岩锆石核部LA-MC-ICP-MS年龄为2240±4Ma,侵位于直接容矿围岩-蛇纹石化超基性岩之中的淡色花岗岩的锆石核部LA-MC-ICP-MS年龄为2157±6Ma,具有震荡环带的锆石边部207Pb/206Pb加权平均年龄为1932±26Ma。因此,矿体上下盘的条痕状角闪混合岩、变粒岩和淡色花岗岩的锆石核部年龄(~2.17Ga)代表了辽吉裂谷早期酸性火山岩的喷发结晶时代,即辽东硼矿的初始沉积时代;斜长角闪岩中重结晶锆石年龄和淡色花岗岩中岩浆锆石边部年龄代表了区域变质和混合岩化的时代,即辽东硼矿的最终形成时代,说明华北克拉通古元古代晚期的构造热事件(1.87Ga)可能引发了辽吉裂谷火山沉积地层的大规模原地重熔。基于LA-MC-ICP-MS微区原位B同位素分析技术,测得矿区硼矿石和电气石的δ11B值为6.4~13.9‰,平均10.8‰,显示为受变质的海相蒸发成因硼酸盐特征。三处硼矿区的硼矿石、大理岩和硬石膏等硫酸盐矿物的δ34SV-CDT值为16.1~24.7‰,平均值为20.3‰,指示硫酸盐形成于海相蒸发环境。砖庙-杨木杆矿区矿体上下层位中大理岩的δ13CV-PDB值为-5.0‰~4.6‰,其中未发生蛇纹石化的大理岩的δ13CV-PDB值较高,为3.2‰~4.6‰,保留了 Lomagundi事件古元古代海相沉积碳酸盐岩特征。硼矿矿体周缘普遍分布的超基性岩石的岩相学和元素地球化学特征显示其原岩为同期喷发的超基性火山岩。此类超基性岩覆盖于富硼蒸发沉积盐之上,约1.9Ga左右变质过程中,熔融温度较高的超基性火山岩对硼酸盐矿床起到了保护作用,并与海相蒸发沉积的碳酸盐岩和硼酸盐反应,形成独特的硼酸盐矿物,碳酸盐岩与超基性岩石组合。辽吉裂谷北缘斜坡区发育有“世界级”的菱镁矿矿床。稳定同位素及锆石U-Pb年代学结果表明:(1)菱镁矿矿石和镁质大理岩具有较高的硼含量(9.76×10-6~287×10-6),δ11B为7.8‰~13.3‰,平均11.1‰,与硼矿石的值相似;(2)菱镁矿矿石及内部石膏岩的δ34SV-CDT为16.0‰.5‰,平均18.9‰;菱镁矿及其围岩的δ13Cv-PDB值为0.3‰~1.6‰,平均0.9‰,显示海相沉积碳酸盐的稳定同位素地球化学特征;(3)菱镁矿矿石和硼矿体周缘的镁质大理岩具有相似的稀土元素配分模式图;(4)菱镁矿和硼矿矿体上、下盘中的各类变粒岩和浅粒岩的岩浆锆石阴极发光图像相似,均具有的2.2Ga左右的峰期岩浆锆石年龄。因此,辽吉裂谷北缘斜坡区的菱镁矿矿床和中央凹陷区的硼酸盐矿床可能均形成于2.2Ga左右的海相蒸发环境,处于大规模火山喷发沉积活动的间歇期,属裂谷内南北两侧同期异相海相蒸发沉积的产物。