黑龙江中部隶属中国东北地区,包括小兴安岭-张广才岭和佳木斯-兴凯两个重要成矿带,发育有众多的斑岩、矽卡岩、浅成低温热液等类型矿床,为我国的国民生产和经济发展提供了大量的铁、铜、铅锌、金、银、钨、钼等重要矿产资源,已成为中国东北地区大规模成矿的集中区域。长期以来,针对黑龙江中部内生金属成矿问题一直受到国内外地质学家的关注,为了揭示黑龙江中部地区内生金属成矿规律和资源潜力,并建立成矿找矿模式和地球动力学背景,本文在前人工作的基础上,选取研究区内重要的老柞山矽卡岩型铜金矿床、大安河矽卡岩型金矿床和二股矽卡岩型铁铜多金属矿床展开矿床地质、流体地质、成岩成矿年代学、地球化学等方面的研究工作,取得的研究成果如下:1.矿床地质特征揭示:老柞山矿床存在两期矽卡岩型矿化,早期大规模矽卡岩型铜金矿化发生在花岗闪长岩和麻山群大理岩之间的矽卡岩带中,形成矿区主要的铜金矿体和少量的磁铁矿矿体,晚期叠加的小型金矿化发生在闪长岩/闪长玢岩与麻山群之间的矽卡岩带中;大安河金矿床形成于辉长闪长岩和土门岭组碳酸盐岩之间的矽卡岩带中,在靠近地层的外带中形成中小规模的金矿体;二股中型铁铜多金属矿床形成于中粒花岗闪长岩和铅山组大理岩之间的矽卡岩带中。三个矿床发育的围岩蚀变主要为矽卡岩化、绢云母化、硅化和碳酸盐化等,其中二股矿床和老柞山矿床透闪石化较大安河矿床发育。三个矿床普遍发育磁铁矿化、黄铜矿化、硫铁矿化、方铅矿化和闪锌矿化,所不同的是:老柞山矿床以黄铜矿、自然金矿化发育,形成以金为主、伴生铜的大型铜金矿床;大安河磁铁矿、闪锌矿、黄铜矿、方铅矿和自然金矿化发育程度较弱,形成中小型金矿床;二股矿床磁铁矿、黄铜矿和闪锌矿化较发育,均可构成相对独立的中型内生矿床。2.流体包裹体研究揭示:三个矿床发育的流体包裹体类型主要为气液两相包裹体(W型)、含子晶三相包裹体(S型),同时有少量的纯气相(PV)、纯液相(PL)包裹体,其中矽卡岩亚期的包裹体类型主要为S型和W型包裹体,石英硫化物亚期除了老柞山矿床晚期的早期石英硫化物阶段发育S型包裹体外,其余阶段主要发育W型和PV、PL型包裹体。老柞山铜金矿床:获得早期铜金矿化流体包裹体的均一温度从469~539℃降低至228~341℃,盐度由10.1~58.6wt.%Na Cleqv降低至1.39~4.48 wt.%Na Cleqv,其中铜金矿形成时的温度和盐度分别为228~425℃和1.05~11.2 wt.%Na Cleqv;晚期叠加金矿化流体包裹体的均一温度从468~513℃降低至137~235℃,盐度由8.54~51.7 wt.%Na Cleqv降低至0.87~2.89 wt.%Na Cleqv,其中金矿形成时的温度和盐度分别为237~406℃和0.87~41.6 wt.%Na Cleqv。结合激光拉曼探针分析与H-O同位素特征进一步得出早期成矿流体总体为含N₂的H₂O-Na Cl-CO₂±CH₄体系,初始成矿流体具有岩浆性质的热流体或来自花岗质岩浆深成就位过程与麻山群大理岩发生接触交代形成的高温超临界类岩浆流体;晚期叠加金矿化成矿流体为H₂O-Na Cl-CH₄±CO₂体系,伴随有少量的CO和H₂S;初始成矿流体同样是岩浆性质的热流体,或来自闪长岩浅成就位过程与麻山群大理岩发生接触交代形成的高温超临界类岩浆流体。大安河金矿床:获得流体包裹体的均一温度从420~520℃降低至137~247℃,盐度由11.2~51.0 wt.%Na Cleqv降低至0.87~3.37 wt.%Na Cleqv,其中金成矿的温度、盐度分别为226~366℃和4.17~9.73 wt.%Na Cleqv;结合激光拉曼分析和氢氧同位素实验结果得出成矿流体总体为低氧逸度或还原的H₂O-Na Cl-CH₄±CO₂体系,初始含矿流体具有岩浆热流体性质,或来自辉长闪长岩深成就位过程与古生代土门岭组大理岩发生接触交代形成的高温超临界类岩浆流体。二股铁铜多金属矿床:获得流体包裹体的均一温度从395~525℃降低至169~263℃,盐度由2.89~46.8 wt.%Na Cleqv降低至1.39~4.48 wt.%Na Cleqv,其中磁铁矿沉淀的温度和盐度分别为275~467℃和2.06~40.2 wt.%Na Cleqv,铜多金属成矿的温度和盐度分别为193~360℃和1.22~7.15 wt.%Na Cleqv;结合激光拉曼分析和氢氧同位素实验结果,得出成矿流体总体为含CH₄的H₂O-Na Cl-CO₂体系,初始成矿流体为具有岩浆性质的热流体,或来自花岗闪长质岩浆深成就位过程与古生代铅山组大理岩发生接触交代形成的高温超临界类岩浆流体。三座典型矿床硫化物的S-Pb同位素具有与成矿相关侵入岩相似的特征,而与矿区内的碳酸盐地层存在较大的差异,指示其成矿物质可能主要来源于与成矿相关的侵入岩。综合合以上分析,我们认为研究区矽卡岩型金、铁铜多金属矿床的成矿物质来源于与成矿相关的侵入岩,初始成矿流体来源于岩浆出溶的高温、高盐度的含矿热液,随着成矿作用的发生,成矿流体中不断有大气水的加入;引起矽卡岩期金属矿物(磁铁矿)发生沉淀的机制主要为流体沸腾作用,石英硫化物期金属矿物(黄铜矿、硫铁矿、铅锌矿、自然金等)发生沉淀的机制受到流体沸腾、流体混合和水岩反应的共同制约,整个成矿过程,成矿流体经历了多次沸腾、混合及水岩反应,由高温、中高盐度的含矿热液向低温、低盐度的大气降水热液的演化。3.成岩成矿同位素年代学研究表明:(1)老柞山铜金矿床发育的花岗闪长岩、闪长岩和花岗闪长斑岩的锆石U-Pb加权平均年龄分别为264.6±2.6Ma、103.2±1.0Ma和104.6±1.8Ma,东矿带井下晚期叠加金矿化石榴石矽卡岩中石榴石U-Pb测年的反等时线年龄为107.4±1.8Ma,因此我们认为老柞山矿床早期矽卡岩型铜金矿化形成于晚二叠世(~265Ma),晚期矽卡岩型金矿化形成于早白垩世(~107Ma);(2)大安河矿床与成矿关系密切相关的辉长闪长岩的锆石U-Pb加权平均年龄为185.8±1.3Ma~183.7±1.3Ma,我们认为大安河矿床成岩成矿作用形成于早侏罗世;(3)二股矿床花岗闪长岩和似斑状花岗岩的锆石U-Pb加权平均年龄分别为183.8±1.4Ma~181.9±1.6Ma和182.7±1.0Ma和182.7±1.4Ma,结合前人(欧阳荷根等,2016)获得二股西山矿段矽卡岩型矿化蚀变带中的金云母⁴⁰Ar-³⁹Ar同位素年龄为181.0±4.2Ma,因此我们认为二股矿床成岩成矿作用形成于早侏罗世。4.在矽卡岩矿物学方面,老柞山晚二叠世铜金矿化和二股矿床形成的石榴石主要由钙铁榴石组成(And_63.7⁹3.9Grs_1.15³4.6;And_63.7⁹3.9Grs_1.15³4.6),辉石主要由透辉石组成(Di52.28~78.17Hd20.64~45.83Jo0.78~1.90;Di81.15~93.67Hd5.30~17.23Jo1.03~1.98),代表了矽卡岩矿物形成时的氧化-弱氧化的环境;大安河矿床和老柞山早白垩世金矿化形成的石榴石主要由钙铝榴石组成(Grs_44.93⁷4.76And_21.89⁵2.89;Grs_58.04⁸2.26And_14.02³7.39),大安河矿床的辉石以透辉石为主(Di_65.31⁷0.25Hd_28.67³3.65Jo_0.45¹.12),老柞山早白垩世金矿化形成的辉石以钙铁辉石为主(Hd_51.49⁷5.68Di_41.04⁴5.40Jo_3.05³.44),代表了矽卡岩矿物形成时的还原环境。三个矿床石榴石和辉石的成分与世界上相应的矽卡岩型金、铁铜多金属矿床的石榴石、辉石的成分组成相似。5.与成矿相关侵入体的岩相学和地球化学特征揭示:与老柞山矿床晚二叠世大型铜金矿化成矿相关的花岗闪长岩属于弱过铝质、高钾钙碱性系列的埃达克质岩石,初始岩浆起源于增厚下地壳部分熔融形成的埃达克质岩浆(ε_Hf(t)=-3.7~-1.7),具有浅成侵位(1.99~2.65km)、中等分异、弱氧化(ΔFMQ=+1.33;log(f O₂)=-13.41)、较高含水量的特点;与早白垩世小型金矿化相关的闪长岩/闪长玢岩属于准铝质、高钾钙碱性的I型花岗岩,初始岩浆来源于壳幔混合(ε_Hf(t)=-0.4~10.7),具有中浅成侵位(2)=-11.88)、较高含水量(6.24wt.%)的特点。与大安河中小型金矿床成矿相关的辉长闪长岩属于过铝质钙碱性系列的岩石,初始岩浆来源于壳幔混合(ε_Hf(t)=1.3~9.6;ε_Nd(t)=-1.3~-1.2;(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i=0.70621~0.70763),具有中深成侵位(4.13~4.26km)、低分异、还原(ΔFMQ=+0.17;log(f O₂)=-15.11)、高含水量(6.80wt.%)的特点。二股中型铁铜多金属矿床的花岗闪长岩和似斑状花岗岩属于准铝质-过铝质、钾玄岩-高钾钙碱性的I型花岗岩,它们是同源岩浆在不同演化阶段结晶的产物,初始岩浆均起源于新生下地壳与古老地壳物质部分熔融形成的混合岩浆(ε_Hf(t)=-0.5~6.2;ε_Nd(t)=-1.7~-1.4;(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i=0.70599~0.70897),其中与成矿相关的花岗闪长质岩浆具有中深成侵位(3.13~3.55km)、中等分异、氧化(ΔFMQ=+1.82;log(f O₂)=-14.35)、较高含水量(5.69wt.%)的特点。结合各矿床的矿床类型和成矿规模,我们得出:与成矿相关侵入岩的岩浆酸碱度、演化程度和起源制约着研究区矽卡岩矿床的类型,岩浆高氧化性和高含水量的特征能够促进矿化的进行,但最关键的因素还是取决于岩浆的就位深度,侵位越浅,矿床规模越大。6.从三个矿床成矿岩浆形成时代、起源角度出发,建立了成岩成矿模式,估算了成矿期后抬升剥蚀状况,从地球动力学角度出发概括如下:(1)晚二叠世晚期,随着古亚洲洋逐渐闭合,引发松嫩地块与佳木斯地块发生拼贴,由此引发地壳的横向缩短使地壳厚度增大,因此在碰撞的挤压环境下,导致佳木斯地块地壳的增厚,该过程使下地壳中富含石榴子石的角闪岩相发生部分熔融,形成富含矿质的埃达克质岩浆。该岩浆形成后在热动力的驱动下上升,上升过程中可能与少量的古老地壳物质发生混合,在到达地壳浅部时从埃达克质岩浆中出溶出含矿流体,当含矿流体与麻山群大理岩接触时发生大规模的接触交代作用,并在晚期形成金矿化,最终形成了老柞山晚二叠世矽卡岩型铜金矿床。(2)早侏罗世早期,研究区开始受古太平洋板块西向俯冲的影响,由此造成软流圈物质上涌以及岩石圈地幔的减压熔融,一部分地幔物质直接侵位到地壳中深部,在该过程中可能加入了古老地壳物质,当岩浆遇到土门岭组地层时发生双交代反应,使其携带的成矿物质卸载而形成大安河金矿床;另外一部分地幔物质在下地壳底部聚集,产生的高温使地壳发生部分熔融形成原始岩浆房岩浆在上升演化过程中经结晶分异作用先后形成辉长质、花岗闪长质、花岗质岩浆,并依次发生深成、中浅成就位,当深成就位的花岗闪长质与铅山组钙质碳酸盐地层接触时,发生大规模的接触双交代作用,形成含铁、铜、铅锌等有用元素的类岩浆溶体,随后伴随温压降低,经历早期矽卡岩阶段、湿矽卡岩/退化蚀变阶段结晶作用之后,先后形成磁铁矿矿体、硫铁矿矿体、铜多金属矿体、金矿体和铅锌矿体,最终形成二股铁铜多金属矿床。(3)早白垩世晚期,研究区处于太平洋板块俯冲回转后撤发生弧后拉张的伸张环境,在该背景下软流圈物质上涌并加热下地壳使其发生部分熔融,形成的中酸性岩浆与幔源基性岩浆混合,并且这一混合岩浆在上升演化的过程中发生少量的地壳混染。混合的岩浆在研究区沿区域构造向上移动,多数喷出地表,形成了巨量的钙碱性火山岩,该次岩浆活动在小兴安岭地区产生了一系列典型热液金矿床,例如东安、团结构和高松山等;在佳木斯地块形成大量钙碱性火山岩和少量的侵入岩,部分侵入岩在到达地壳浅部时从岩浆中出溶出含矿流体,当含矿流体与麻山群大理岩接触时发生大规模的接触交代作用并在晚期形成金矿化,最终形成老柞山早白垩世矽卡岩型金矿床。(4)结合流体包裹体数据所计算矿床就位时的压力深度结果,我们认为二股和大安河矿床所在的小兴安岭地区剥蚀深度较深(~3km),深部找矿潜力有限,而老柞山矿床剥蚀程度相对较浅,形成深度较大,深部有较好的找矿前景。