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辽东地区是我国重要的金-多金属(铅锌银)矿产基地,分布有青城子、猫岭、五龙等多个矿集区(图1)。青城子矿集区位于辽宁凤城县青城子镇及其北部,区内分布有白云(二道沟、三道沟)、荒甸子、林家三道沟、小佟家堡子、杨树、桃源等大型或中小型金矿床,高家堡子、凤银大地等大中型银矿床,桃源、新岭、榛子沟等大型或中小型铅锌矿床及姚家沟小型钼矿床等(图2)。五龙矿集区位于辽宁省丹东市西南侧,区内分布有五龙、四道沟大型金矿床及杨家、红石等一系列小型金矿床或矿点(图3)。
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关于青城子和五龙矿集区矿床成矿时代、矿床成因、岩浆作用及控矿构造前人已经开展了大量的调查研究工作,已有大量的成果发表(Xue Chunji et al.,2003; Dai Junzhi et al.,2006; Sun Wentao et al.,2008; Wang Keyong et al.,2008; Yu Gang et al.,2009; Duan Xiaoxia et al.,2012,2017; Zhang Sen et al.,2012; Zhang Peng et al.,2016,2020; Wang Yuwang et al.,2017; Liu Jun et al.,2018,2019; Zeng Qingdong et al.,2019; Zhang Shuanhong et al.,2020)。已有研究结果显示,青城子和五龙矿集区矿床成矿时代、赋矿围岩、岩浆作用、控矿构造类型及矿床成因类型均有显著差别(Zeng Qingdong et al.,2019),但造成这种差别的原因目前还不清楚。
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本文将在综合分析青城子与五龙矿集区矿床地质特征及成矿差异性研究的基础上,结合区域构造、中生代以来剥蚀深度及矿体保存条件等研究成果及新的年代学和构造学数据,分析了这两个矿集区成矿差异的控制因素及其对深部找矿预测的意义。
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图1 华北克拉通构造简图(a)及辽东主要金-多金属矿床分布地质简图(b)(据Xiao Changhao et al.,2020; Zhang Peng et al.,2020修改补充)
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Fig.1 Sketch tectonic map of the North China Craton (a) and sketch geological map showing distribution of main Au-polymetallic ore deposits in eastern Liaoning Province (b) (modified after Xiao Changhao et al., 2020; Zhang Peng et al., 2020)
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1 青城子矿集区矿床地质特征
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青城子矿集区金-多金属矿床主要赋存在古元古代辽河群盖县组和大石桥组接触带硅-钙面附近层间断裂带及其分支断裂中,矿床类型包括石英脉型和硅钾蚀变岩型两种。矿体主要位于断裂带内石英脉或硅钾蚀变岩中,呈层状—似层状、扁豆状、脉状、透镜状产出。矿集区北侧的白云(二道沟、三道沟)、荒甸子矿区以金矿为主,而南侧的林家三道沟、小佟家堡子、杨树、桃源、高家堡子、凤银大地等除金矿床之外,还有铅锌银等多金属矿床。矿集区内区域性大断裂主要为NW走向的尖山子断裂和NE走向的二道沟(101)断裂。
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1.1 赋矿围岩
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青城子矿集区主要出露的地层为辽河群盖县组和大石桥组,二者呈渐变过渡关系。其中大石桥组上部大理岩夹碎屑岩段大理岩内层间构造带内发育有大量的铅锌银等多金属矿床,而盖县组碎屑岩段最下部层间构造带(部分矿区为切层构造带)内金矿最为发育。金矿一般位于盖县组碎屑岩与大石桥组大理岩接触带上部碎屑岩中,而铅锌银矿则主要位于盖县组碎屑岩与大石桥组大理岩接触带下部的大理岩之中(Tian Yucai,1999; Liu Guoping et al.,1999; Liu Xianli et al.,2000; Zhang Sen et al.,2012; Zhang Peng et al.,2016; Wang Yuwang et al.,2017)。即使是同一条容(含)矿断裂带,发育在碎屑岩中一般以金矿为主,而发育在大理岩中则以铅锌银多金属为主。在凤银大地井下见有含金矿化带向铅锌矿带过渡部位,这种金及铅锌银多金属成矿分带可能与成矿热液在不同岩性介质中沉淀机制差异有关(Zhang Shuanhong et al.,2020)。区内辽河群沉积变质地层发生了强烈的褶皱变形,大规模的褶皱构造包括白云山背斜(形)、石家岭向斜(形)及方家隈子向斜(形)等,褶皱轴的走向主要呈近东-西向(图2)。根据侵入到大石桥组厚层大理岩中古元古代变质基性岩床(变形前侵位)及穿过褶皱翼部及核部侵入的中元古代基性岩床(变形后侵入)分析,这些近东-西向褶皱的变形主要发生在古元古代晚期,在中生代期间进一步叠加褶皱变形,形成了现今复杂的褶皱形态(图2)。
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图2 辽东青城子矿集区地质图(据Zhang Shuanhong et al.,2020修改补充; 底图来源于辽宁省有色地质局一○三队)
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Fig.2 Geological map of the Qingchengzi ore concentration area, eastern Liaoning Province (modified after Zhang Shuanhong et al., 2020; base map is from the103 Brigade of Nonferrous Geological Bureau of Liaoning Province)
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1 —第四系; 2—侏罗系小岭组; 3—辽河群盖县组片岩、变粒岩; 4—辽河群大石桥组大理岩夹碎屑岩; 5—辽河群大石桥组白云质大理岩; 6—辽河群高家峪组(?)变粒岩、大理岩、片岩; 7—古元古代花岗岩; 8—变质辉绿岩、斜长角闪岩; 9—中元古代辉绿岩; 10—晚三叠世花岗岩; 11—中侏罗世花岗岩; 12—早白垩世花岗岩; 13—早白垩世闪长岩脉; 14—花岗斑岩脉; 15—伟晶岩; 16—褶皱轴线; 17—断层; 18—铅锌矿床; 19—铅矿床; 20—银矿床; 21—金矿床/矿点
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1 —Quaternary; 2—Jurassic Xiaoling Formation; 3—schist, leptynite of Gaixian Formation; 4—marbles interlayered with meta-clastic rocks of Dashiqiao Formation; 5—dolomitic marble of Dashiqiao Formation; 6—leptynite, marble, schist of Gaojiayu (?) Formation; 7—Paleoproterozoic granite; 8—meta-dolerite, amphibolite; 9—Mesoproterozoic dolerite dyke; 10—Late Triassic granite; 11—Middle Jurassic granite; 12—Early Cretaceous granite; 13—Early Cretaceous diorite vein; 14—granite porphyry vein; 15—pegmatite vein; 16—fold axis; 17—fault; 18—Pb-Zn deposit; 19—Pb deposit; 20—Ag deposit; 21—gold deposit or ore spot
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图3 五龙矿集区地质简图与剖面图(据Xiao Shiye et al.,2018; Feng Haoxuan et al.,2019; Xiao Changhao et al.,2020修改补充)
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Fig.3 Sketch geological map and cross section of the Wulong ore concentration area (modified after Xiao Shiye et al., 2018; Feng Haoxuan et al., 2019; Xiao Changhao et al., 2020)
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1.2 岩浆活动时代及产状
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矿集区出露的规模较大的岩浆岩主要为古元古代花岗岩基(大顶子、方家隈子、石家岭等)、侵位于大石桥组厚层大理岩中的变质基性岩岩床、中元古代辉绿岩墙、三叠纪花岗岩基(双顶沟、新岭等)及大量的三叠纪花岗斑岩及煌斑岩岩脉(Yu Gang et al.,2009; Duan Xiaoxia et al.,2012; Xie Hongjing et al.,2018)。另外,近期大量锆石U-Pb年代学结果显示,在青城子矿集区还分布有一些晚侏罗世(如姚家沟岩株)及早白垩世岩脉或岩株(Yu Gang et al.,2009; Sun Guotao et al.,2020; Xu Lei et al.,2020; 表1、图4)。在矿集区西侧三家子一带出露有中侏罗世花岗岩基,其锆石SHRIMP U-Pb年龄为162±2 Ma(Yang Fengchao et al.,2015)。其中古元古代侵入岩有明显变质,而三叠纪—早白垩世岩体或岩脉则无明显变形变质。
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1.3 控矿及容(含)矿构造
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青城子矿集区金-多金属矿床主要位于尖山子断裂以西。矿集区北部的白云-荒甸子矿区与南部的林家三道沟-小佟家堡子矿区的控矿及容(含)矿构造有明显差别。北部的白云-荒甸子金矿区容(含)矿构造为总体上位于盖县组与大石桥组接触带附近盖县组变质碎屑岩内的近东-西向延伸的逆冲断裂带及其分支断裂控制(Lang Fuquan et al.,2007; Zhao Hongzhi et al.,2009; Lu Junbo et al.,2013; Wei Jun,2015; Zhang Shuanhong et al.,2020)。该逆冲断裂带东起白云荒甸子,西至冯家堡子,自东向西延伸>8 km(图2)。由主逆冲断层面及与其近于平行的若干条逆冲断层组成,宽度可达200 m。主断层面上、下盘岩层产状及变形有明显差别,下盘片岩及含砂质条带状大理岩岩层产状近于直立,变形较弱; 而上盘盖县组岩层产状平缓,与主构造面产状近于一致,变形较强(Zhang Shuanhong et al.,2020)。而发育在主断裂面上盘盖县组地层中,且与主断裂带近于平行的含矿逆冲断层,其断层面产状则与盖县组岩层产状近于一致(Zhang Shuanhong et al.,2020)。沿断裂带有花岗斑岩、石英斑岩、闪长玢岩及煌斑岩脉侵入,侵位时代可能以印支期为主(Li Dedong et al.,2016; Wang Yuwang et al.,2017; Liu Jun et al.,2019),少量岩脉则形成于燕山期。主断裂面倾向南,总体倾角在30°左右,断层面呈舒缓波状,局部倾角可达40°~50°。该逆冲断裂带控制了白云金矿床及其外围金矿体(脉)的空间产出范围,白云二道沟、三道沟、荒甸子井下及地表所采金矿体均分布在该断裂带及其次生断裂中。金矿体赋存有利部位一般为逆冲断层倾角较缓(断坪)的部位,倾角较陡部位(断坡)一般矿化较差。在金矿体周围一般都发育有炭质断层泥或石墨,厚度可达数厘米到数十厘米。该断裂带变形强度、出露宽度及含矿性由东段(荒甸子-白云)向西(冯家堡子)有明显减弱趋势。在荒甸子以东未见该断裂带及金矿床出露,可能被NW走向尖山子断裂右行错移。在白云三道沟及白云二道沟金矿北西侧废弃采坑内及二道沟井下均见有NNW-NWW向断裂,将近E-W走向容矿逆冲断层带右行错断,错距可达数米至10 m,为成矿后断裂,可能为尖山子断裂的分支。
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续表1
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注:样品19LD044-1和19LD093-1在武汉上谱分析科技有限责任公司采用GeoLas 193 nm激光剥蚀系统和安捷伦7700e质谱仪完成测试; 样品19LD075-1在自然资源部古地磁与古构造重建重点实验室采用GeoLas HD 193 nm激光剥蚀系统和安捷伦7900质谱仪完成测试。样品测试分别用91500和NIST610作为同位素比值和元素含量标样,Plesovice和GJ-1作为监控样。
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矿集区南部的林家三道沟-小佟家堡子矿区容矿构造均为位于碎屑岩及大理岩界面附近向N或NW缓倾的逆冲断层。这些断层一般近于顺层产出,总体上与盖县组及大石桥组地层产状近于一致,延伸较稳定,可能是在碎屑岩及大理岩界面附近早期形成的层间滑脱带的基础上发育起来的。断层面倾角一般为20°~30°,在林家三道沟井下产状较缓(0°~10°,接近向斜核部)。含矿断裂带内挤压透镜体及炭质断层泥(或石墨)非常发育,该逆冲断裂带发育在碎屑岩中一般以金矿为主,在大理岩中则以铅锌银多金属为主。虽然该矿集区被人为分割成不同的矿区,容矿逆冲断层及矿体的产状也有变化,但不同矿区(林家三道沟、小佟家堡子、杨树、桃源金矿床,高家堡子、凤银大地铅锌矿床)金-多金属的赋存层位是近于一致的。部分矿区(如新岭、桃源铅锌矿等)由于受中生代新岭花岗岩体侵位的影响,大理岩及其层间容矿逆冲断层产状明显变陡。
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图4 青城子矿集区早白垩世岩脉锆石U-Pb谐和图
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Fig.4 U-Pb concordia diagrams of zircons from the early Cretaceous veins in Qingchengzi ore concentration area
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1.4 成矿时代
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前人曾尝试通过蚀变矿物及石英40Ar-39Ar定年、矿石或流体包裹体Rb-Sr等时线、含金黄铁矿Re-Os等时线及与矿体有交切关系岩脉的锆石U-Pb定年确定青城子矿集区金-多金属成矿时代,但关于其成矿时代仍有古元古代、三叠纪、侏罗纪和早白垩世等不同的认识。研究结果显示,尽管青城子矿集区可能存在有古元古代、侏罗纪和早白垩世成矿,但该区金及铅锌银等多金属成矿时代主要为三叠纪(Liu Guoping et al.,2000; Xue Chunji et al.,2003; Yu Gang et al.,2009; Duan Xiaoxia et al.,2012; Zhang Peng et al.,2016; Liu Jun et al.,2019),并与三叠纪岩浆作用密切相关(Li Dedong et al.,2020)。古元古代可能代表了成矿物质的预富集阶段,三叠纪为主成矿阶段,在侏罗纪及早白垩世则有成矿事件的叠加。从侵入到白云-荒甸子金矿区容矿断裂带内煌斑岩脉和花岗岩脉的锆石U-Pb年龄来看,这些岩脉的年龄变化于225±2 Ma至120±2 Ma(Yu Gang et al.,2009; Sun Guotao et al.,2020; Xu Lei et al.,2020; 表1,图4、图5),表明这些容矿断裂带可能形成于三叠纪之前,在三叠纪至早白垩世仍有多期活动。在李家堡子废弃采坑、白云二道沟西侧废弃采坑及东侧近E—W向含矿断裂带内均发现有白垩纪岩脉被断裂改造呈透镜体(图5),表明近E—W向断裂在早白垩世之后还有活动,并且可能有燕山期成矿事件叠加。
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2 五龙矿集区矿床地质特征
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五龙矿集区以金矿床为主,包括矿集区东部位于辽河群下部变质碎屑岩中的四道沟金矿及矿集区西部位于中侏罗世五龙岩体中的五龙大型金矿床及杨家、红石等一系列小型金矿床或矿点。NE走向鸭绿江大断裂从矿集区南东侧通过,其他区域性断裂包括NNE走向的郑家堡断裂、黑沟断裂、鸡心沟断裂、杨家断裂、红石断裂及韩家堡子断裂。另外矿集区还发育有大量的NW向及近S—N向断裂,为五龙金矿的主要容矿构造。五龙金矿矿化为石英脉型,而四道沟金矿则包括硅化蚀变岩型和石英脉型两种(Wu Xinghua et al.,1990; Wang Keyong et al.,2011; Feng Haoxuan et al.,2019)。
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图5 青城子矿集区侵入到含矿断裂带并被断裂带改造破坏的早白垩世岩脉
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Fig.5 Early Cretaceous veins emplaced into and deformed by the ore-host faults in Qingchengzi ore concentration area
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(a,b)—李家堡子废弃采坑顺近E-W向断层侵入并被透镜化的早白垩世石英斑岩脉(样品19LD044-1采样点);(c)—白云二道沟矿区东开挖处侵入到断裂带内并被其改造破坏的早白垩世煌斑岩脉(样品19LD075-1采样点);(d)—白云二道沟废弃采坑近E-W向含矿断裂带内的透镜状石英斑岩脉
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(a, b) —Deformed early Cretaceous quartz porphyry vein intruded into the E-W trending ore-host fault in an abandoned pit near Lijiabuzi (location of sample19LD044-1) ; (c) —deformed early Cretaceous lamprophyre vein in a fault near Erdaogou, Baiyun ore deposit (location of sample19LD075-1) ; (d) —deformed quartz porphyry intruded into the E-W trending ore-host fault in an abandoned pit near Erdaogou, Baiyun ore deposit
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2.1 赋矿围岩
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四道沟金矿的围岩为古元古代辽河群下部变质砂岩、黑云母片麻岩及变粒岩。五龙金矿及杨家、红石等地小型金矿床的围岩为中侏罗世五龙二长花岗岩岩基,该花岗岩体有明显的透入性韧性变形(图6a)。
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2.2 岩浆活动时代及产状
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五龙矿集区出露的花岗岩岩基主要为中侏罗世五龙岩体及早白垩世三股流和五龙背岩体(图3),其中五龙花岗岩体的锆石SHRIMP U-Pb年龄为165±3~157±2 Ma,三股流岩体二长花岗岩和花岗闪长岩的锆石SHRIMP U-Pb年龄分别为123±2 Ma和123±1 Ma(Yang Fengchao et al.,2018),五龙背岩体的锆石U-Pb年龄为127±5 Ma和126±1 Ma(Wu Fuyuan et al.,2005)。另外矿区发育大量的早白垩世花岗斑岩、伟晶岩、煌斑岩、闪长岩及辉绿岩岩脉,其锆石U-Pb年龄变化于127±3~113±3 Ma(Xiao Shiye et al.,2018),未见有三叠纪岩体或岩脉出露。虽然早白垩世岩体及岩脉未见有韧性变形,但中侏罗世五龙花岗岩体韧性变形明显,普遍发育片麻状构造,北侧韧性变形强于南部,发育眼球状构造(图6a)。镜下可见五龙花岗岩体中石英发生强烈韧性变形和重结晶,而长石则以脆性变形为主(图7a),为岩体固结后中—低温变形特征,估算的变形温度在350~500℃(Passchier et al.,2005),按正常(30℃/km)计算,所对应的变形深度>12 km。五龙花岗岩体片麻理产状不稳定,但总体上以缓倾角(20°~30°)为主,矿物拉伸线理走向主要为SEE,产状相对稳定。早白垩世三股流和五龙背岩体呈似斑状结构,块状构造(图6b)。早白垩世花岗斑岩、伟晶岩、煌斑岩、闪长岩及辉绿岩岩脉在五龙金矿及其周边主要侵位到中侏罗世五龙岩体中,少量侵位于三股流及五龙背岩体之中。这些岩脉主要呈NW、NE及近S-N走向,倾角一般大于60°,宽度从几十厘米至数米不等,其中闪长岩脉常与含金石英脉伴生。四道沟矿区早白垩世花岗斑岩、闪长玢岩、闪长岩、辉绿岩及煌斑岩脉发育,其中煌斑岩脉与金矿脉关系密切(Zhang Xiaodong et al.,2008; Feng Haoxuan et al.,2019)。
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图6 五龙岩体(a,强烈的韧性变形)及三股流岩体(b,似斑状结构、块状构造)宏观变形特征
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Fig.6 Macrophotographs showing different deformation characteristics of the Wulong (a) and Sanguliu (b) plutons
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图7 五龙岩体(a)及三股流岩体(b)显微照片显示其变形特征差异
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Fig.7 Microphotographs showing different deformation characteristics of the Wulong (a) and Sanguliu (b) plutons
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Q—石英; Kf—钾长石; Pl—斜长石; Hb—角闪石
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Q—Quartz; Kf—K-feldspar; Pl—plagioclase; Hb—hornblende
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2.3 控矿及容(含)矿构造
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五龙金矿控矿构造总体上为一套早白垩世早期在近S-N向挤压应力作用下形成的近S-N向张裂隙及共轭的NE-NNE向左行和NW-NNW向右行走滑断层,其中NW-NNW向断裂及近S-N向断裂是矿区最主要的容矿构造,沿NW向断裂及近S-N向断裂内有大量闪长岩脉、花岗岩脉及石英脉侵入,部分石英脉含金。这些含金石英脉的特点是金品位高,但沿走向分布不均匀。虽然NW-NNW、NE-NNE及近S-N向断裂为早白垩世早期在近S-N向挤压应力作用下的产物,并且倾角都比较陡(倾角一般>70°),但其规模及活动特征有明显差别。NW-NNW向及近S-N向断裂一般规模较小,出露宽度<2 m,普遍被闪长岩脉、花岗岩脉及石英脉充填,在成矿之后未见有强烈活动。而NE-NNE向断裂规模大,延伸长,断裂破碎带发育,宽度可达3~10 m,是该区最主要的断裂构造。沿沟谷呈负地形分布,局部可见到断层面及缓倾擦痕(图8)。断层面一般倾向NW,倾角较陡,断裂活动在中部(五龙—杨家)较强,向南、北两侧有减弱的趋势。该断裂带具有多期活动特征,早期以左行斜冲为主,晚期可能为正断层。野外调查结果表明,该断裂切穿了早白垩世三股流岩体(图9),说明NE-NNE向断层在成矿后仍有活动。NE-NNE向断层早期可能发挥了导矿作用,晚期则对矿体有改造破坏作用。如五龙金矿163脉在鸡心沟断裂NW盘消失,可能被该断裂左行向南错位。尽管NE主断裂带内普遍发育硅化、黄铁矿化热液蚀变作用,但在这些断裂带内尚未发现工业矿体。因此,NE向断裂在成矿过程中可能主要起着导矿和改造破坏作用。
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图8 五龙矿集区杨家NE向左行走滑断层面擦痕(a)及断层泥(b)
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Fig.8 Slickenside (a) and gouge (b) within the NE-trending Yangjia left-lateral strike-slip fault zone
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图9 早白垩世三股流岩体内NNE向正断兼左行走滑断层面(a)及擦痕(b)
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Fig.9 The NNE-trending normal left-lateral oblique fault surface (a) and slickenside (b) within the early Cretaceous Sanguliu pluton
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四道沟金矿位于鸭绿江深大断裂西侧2 km处。矿区辽河群地层(以变质碎屑岩为主,大理岩较少)有强烈的褶皱,褶皱轴总体走向近E-W向。断裂构造包括NE走向的切层断裂及位于辽河群下部变质碎屑岩内的层间断裂,其中变质碎屑岩内的层间断裂是矿区最主要的容矿构造(Wang Keyong et al.,2011)。NE向断裂至少有近于平行的4条,倾向SE,倾角50°左右。该断裂带沿走向及倾向延伸均比较大,并具有多期活动特征(Wang Keyong et al.,2011)。与五龙金矿区相似,尽管四道沟NE向断裂带内普遍发育硅化、黄铁矿化及碳酸盐化等热液蚀变作用,但这些断裂带内强蚀变构造岩金品位一般较低(多<0.5 g/t),截至目前尚未发现工业矿体。NE向断裂在成矿过程中可能主要起着矿液运移通道作用。
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2.4 成矿时代
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前人通过容矿断裂带内岩脉锆石U-Pb定年及辉钼矿Re-Os等时线、独居石U-Th-Pb等方法,对五龙矿集区石英脉型金矿(五龙)及蚀变岩型金矿(四道沟)的形成时代进行了限定,所获得的成矿时代主要集中在127 Ma左右,为早白垩世成矿。在五龙矿集区未发现有三叠纪或侏罗纪成矿的记录。
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3 青城子与五龙矿集区成矿条件对比
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青城子与五龙矿集区在大地构造位置上均位于华北克拉通东部胶-辽-吉裂谷-造山带东南缘。胶-辽-吉带是位于龙岗地块与狼林地块之间的古元古代造山带,发育有巨厚的辽河群沉积变质地层(盖县组、大石桥组、高家峪组、里尔峪组、浪子山组)及大量古元古代侵入岩。中—晚三叠世期间,受南侧苏鲁造山带及北侧兴蒙造山带的影响,在研究区有大量中—晚三叠世花岗岩侵位。晚侏罗世—早白垩世,受古太平洋俯冲的影响,在研究区发育有大量的侵入岩及少量火山岩。
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尽管青城子与五龙矿集区大地构造位置没有明显差别,但二者的赋矿围岩、岩浆活动期次及产状、控矿及容(含)矿构造及成矿时代均有明显差异。两个矿集区成矿地质条件对比见表2。
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4 矿集区剥蚀程度及矿床保存条件
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4.1 青城子矿集区
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青城子矿集区三叠纪岩体为无变形变质的中-浅成似斑状花岗岩体,其侵位深度一般不超过6 km。矿集区辽河群地层广泛出露,表明该地区三叠纪以来剥蚀程度不深(<6 km),中生代以来矿床保存条件较好。目前该矿集区浅部岩体以印支期为主,成矿时代也主要集中在印支期(Liu Guoping et al.,2000; Xue Chunji et al.,2003; Duan Xiaoxia et al.,2012; Zhang Peng et al.,2016; Liu Jun et al.,2019),仅有少量燕山期岩脉或岩株出露(Yu Gang et al.,2009; Sun Guotao et al.,2020; Xu Lei et al.,2020),因此白垩纪以来剥蚀程度非常浅(图10a)。这种浅的剥蚀程度导致了青城子矿集区大量辽河群地层的分布(包括辽河群最上部地层),并有大量的三叠纪岩体及金-多金属矿床保存。除三叠纪成矿之外,在青城子矿集区近年来还发现了一些侏罗纪及早白垩世成矿的线索(Yu Gang et al.,2009; Zeng Qingdong et al.,2019)。这些侏罗纪及早白垩世成矿极有可能是燕山期成矿在浅部的显示,在深部可能有更大规模的燕山期,特别是早白垩世金-多金属矿床。
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图10 青城子(a)与五龙(b)矿集区中生代以来剥蚀深度及保存条件差异示意图
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Fig.10 Sketch diagrams showing different uplift and erosion between Qingchengzi (a) and Wulong (b) ore concentration areas from the Mesozoic period
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4.2 五龙矿集区
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与青城子矿集区明显不同,五龙矿集区大量出露中侏罗世五龙深成变形花岗岩基及早白垩世花岗岩基,辽河群地层大量被剥蚀,仅在矿集区SE侧及四道沟矿区有少量辽河群地层出露(图3)。中侏罗世五龙花岗岩体透入性韧性变形特征显示其变形时所处的深度>12 km。角闪石-斜长石全铝温压计估算结果表明,五龙矿集区早白垩世岩体的侵位深度为6 km左右(Li Jianfeng et al.,2021)。因此,从中侏罗世—早白垩世及早白垩世以来,五龙矿集区都经历了强烈的剥蚀(图10b)。这种强烈的剥蚀导致了五龙矿集区早期侵位的三叠纪岩体及可能存在的三叠纪矿床被剥蚀殆尽,辽河群地层也大量被剥蚀,仅在矿集区东侧的四道沟金矿残留有少量辽河群最下部地层。五龙矿集区中侏罗世以来强烈的抬升剥蚀可能与NE-NNE向区域性断裂的斜向走滑有关。与NW侧的五龙金矿区及其外围相比,矿集区SE侧的四道沟金矿区剥蚀程度相对较浅,辽河群地层得以保留,早白垩世岩浆岩仅发育岩脉,未见早白垩世岩体(图3)。从五龙花岗岩体变形特征来看,矿集区北部中侏罗世—早白垩世剥蚀程度高于其南部,这与矿集区北侧无辽河群地层,而其南部发育辽河群地层的地质特征相符合。
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5 青城子与五龙矿集区成矿差异控制因素分析及对成矿有利区预测的意义
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如前所述,尽管青城子与五龙矿集区构造背景相似,但二者成矿特征有明显差别,这种差别极有可能与两个矿集区晚三叠世以来剥蚀程度差异有关。在相同构造背景条件下,三叠纪岩体及矿床保存的地区(如青城子矿集区)晚三叠世以来剥蚀程度相对较浅(图10a),而白垩纪岩体及成矿保存的地区(如五龙矿集区)晚三叠世以来剥蚀程度相对较深,早期形成的三叠纪岩体及矿床可能已被剥蚀殆尽(图10b)。因此,在青城子矿集区已发现的三叠纪金-多金属矿床的深部,可能保存有早白垩世金-多金属成矿潜力,是本区深部找矿突破的一个重要方向。
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5.1 辽东“三层楼”成矿找矿模式及对深部找矿的意义
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根据对青城子矿集区金-多金属矿床及五龙矿集区五龙金矿床和四道沟金矿床成矿大地构造背景、赋矿围岩、岩浆活动时代及产状、控矿及容矿构造、成矿时代和剥蚀程度的综合分析,认为青城子矿集区及五龙矿集区五龙金矿床和四道沟金矿床成矿的差异主要与剥蚀程度有关,在此基础上提出了辽东“三层楼”成矿找矿模式(图11)。该模式最底部为“五龙式”石英脉型金矿床,以五龙矿集区位于中侏罗世花岗岩体内断裂带中的五龙金矿床及杨家、红石等金矿点为代表,成矿时代为早白垩世; 中部为“四道沟式”蚀变岩型及石英脉型金矿床,以五龙矿集区位于辽河群下部变质碎屑岩层间断裂带中的四道沟金矿床为代表,成矿时代为早白垩世; 顶部为“白云式”石英脉型及蚀变岩型金-多金属矿床,以青城子矿集区位于辽河群盖县组与大石桥组硅-钙面附近层间断裂带(部分地区为切层断裂带)内的白云(二道沟、三道沟)、荒甸子、林家三道沟、小佟家堡子、高家堡子、杨家等金-多金属矿床为代表,其成矿时代以三叠纪为主,但有晚侏罗世及早白垩世成矿事件的叠加。
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图11 辽东“三层楼”成矿找矿模式图
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Fig.11 Cartoon showing the three-floor metallogenic model of eastern Liaoning Province
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辽东“三层楼”成矿找矿模式一方面解释了青城子与五龙矿集区成矿差异的原因,另一方面对该区深部找矿有重要参考意义。未来深部找矿中要注意青城子矿集区深部存在“四道沟式”及“五龙式”金-多金属矿床的可能,以及在四道沟金矿深部存在“五龙式”金矿床的可能性(图11)。
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5.2 辽河群内硅-钙面及层间断裂带
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辽东地区辽河群地层从下向上依次被划分为浪子山组、里尔峪组、高家峪组、大石桥组和盖县组,主要岩性为变质碎屑岩和大理岩,在下部层位发育变质火山岩(辽宁省地质矿产局,1989)。辽河群地层累计厚度约6~8 km,其中大石桥组和盖县组累计厚度接近或>4 km(辽宁省地质矿产局,1989)。盖县组岩性主要为变质碎屑岩,而大石桥组和高家峪组岩性主要为变质碎屑岩夹大理岩(辽宁省地质矿产局,1989)。由于大理岩与碎屑岩接触带为岩性薄弱面,在辽河群地层褶皱变形过程中,沿这些薄弱面发生层间滑动,形成层间断裂带。在后期构造活化及成矿有利条件下,矿床热液在这些层间断裂带内沉淀,形成金-多金属矿床。
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青城子与五龙矿集区出露的辽河群地层主要包括高家峪组、大石桥组和盖县组,其主要岩性为变质碎屑岩和大理岩。由于地层变质变形及缺少年代学资料约束,地层划分主要根据岩相组合,因此所划分的地层层位在区域上不一定能够完全对比。从青城子矿集区来看(图2),白云金矿北部的含变质基性岩床厚层大理岩地层厚度较大,可能代表了大石桥组的最底部层位,其下部应该为高家峪组地层,其上部大理岩及变质碎屑岩中应该存在有多个硅-钙面和层间断裂带。青城子矿集区目前所有施工的钻孔深部均未见到含变质基性岩床厚层大理岩,白云三道沟以南2000 m钻孔(编号ZK062-15,辽宁省有色地质局一○三队钻探)1760~1794 m左右见到厚层大理岩被辉长岩侵入,但这些辉长岩没有变形变质,与白云金矿北部的含变质基性岩床特征明显不同,2个样品斜锆石U-Pb定年显示辉长岩侵位时代为晚三叠世—早侏罗世(作者未发表数据)。小佟家堡子金矿-凤银大地银矿区目前把含矿碎屑岩(盖县组)和大理岩(大石桥组)下部的变粒岩定为高家峪组,并认为是矿体底板,作为深部勘探的终止层位,但从区域对比来看,这些矿区大石桥组大理岩的厚度与矿区外围大石桥组接近或>6 km地层厚度明显不一致。笔者认为这些矿区深部所谓的“高家峪组”地层,其实为大石桥组大理岩内碎屑岩夹层,高家峪组地层位于更深部的大石桥组含变质基性岩床厚层状大理岩下部层位。因此,小佟家堡子-凤银大地矿区大理岩层位下部还有大理岩夹碎屑岩组合,其中的层间逆冲断裂带内也有形成金-多金属矿的可能,该区勘探深度至少应该达到大石桥组中—下部厚层大理岩段(含变质基性岩床)。据此认为,青城子矿集区已发现的硅-钙面及层间含矿断裂带深部,仍有类似的硅-钙面及层间含矿断裂带存在,特别是在小佟家堡子金矿-凤银大地银矿区已经勘探的层位之下仍有多个硅-钙面及层间断裂带存在,可能具有较大的金-多金属成矿潜力,可以作为未来深部找矿突破的目标。
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5.3 五龙矿集区NE-NNE向断裂含矿性
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NE-NNE向断裂是五龙矿集区最为发育的区域性断裂,在五龙金矿区及四道沟金矿区均很发育,并具有多期活动特征。该断裂带早期为左行压扭性断裂,可能发挥了导矿构造的作用; 晚期则以左行张扭性断裂为主,并切穿了早白垩世三股流岩体。NE-NNE向断裂在成矿后仍有强烈活动,可能将五龙金矿区NW向含矿石英脉左行错断。
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从地表调查及浅部钻探结果来看,五龙矿集区NE-NNE向断裂为陡倾断裂(倾角一般>70°),浅部虽然有金矿化,但矿化总体不佳。造成这种NE-NNE向断裂浅部含矿性较差的原因可能有2个方面:① 断裂带规模大,倾角陡,尽管有成矿热液通过,但难以在断裂带内沉淀,成矿热液在NE-NNE向断裂附近规模小的次生或伴生断裂(如NW向及近S-N向)中沉淀成矿; ② 断裂带后期多次活动将早期形成的矿体或矿化破坏,导致其品位降低。
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目前未发现五龙矿集区NE-NNE向断裂向深部变缓的趋势。鉴于NE-NNE向断裂规模大,胶东地区NE-NNE向断裂缓倾断裂普遍发育大规模蚀变岩型金矿,如果地球物理资料显示NE-NNE向断裂向深部变缓(倾角<40°),则可以作为深部找矿的方向。
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5.4 青城子矿集区NW及NE向断裂含矿性
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NW走向的尖山子断裂及NE走向的二道沟(101)断裂是青城子矿集区规模最大的区域性断裂。由于青城子矿集区规模较大的金-多金属矿床均位于这两个断裂附近,因此这两个断裂带可能是金-多金属成矿热液运移的主要通道,在成矿中发挥了导矿作用。目前该区发现的大型金-多金属矿床均位于尖山子断裂以西,在尖山子断裂以东虽然没有发现大型金-多金属矿床,但分布林家金矿、龙庙北沟金矿(已废弃)及多个民采金矿坑。辽宁省有色地质局一○三队在该区附近钻探结果显示200 m左右有金矿化或矿体。因此未来找矿工作中要特别关注尖山子断裂以东大石桥组大理岩与盖县组碎屑岩接触带附近的区域,特别是扈家堡子—马隈子北—毛甸子一带地表及其深部,可能是白云-荒甸子矿区近E-W向南倾容矿逆冲断裂带被尖山子断裂右行走滑向南错移的位置。另外,位于二道沟断裂与尖山子断裂交汇部位的南侧的桃源村以南,成矿条件优越。该区地表出露为盖县组碎屑岩,下部为大石桥组上部大理岩夹碎屑岩,产状较为平缓,成矿条件与林家三道沟、小佟家堡子等相似,前期钻探发现多层金-多金属矿化,并在300 m深度发现隐爆角砾岩及金矿化,因此可以作为另外一个金-多金属深部找矿重点区。
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地表调查结果显示,NW走向的尖山子断裂浅部近于直立,破碎带宽度可达3~10 m,断裂带规模大,延伸长度约13 km(Zhang Shuanhong et al.,2020)。NE向二道沟(101)断裂地表未见到明显的断层面,但地球物理资料显示该断裂带磁性异常明显,推测为与尖山子右行走滑断裂同期形成的陡倾左行走滑断裂。目前在尖山子断裂浅部虽然有一些金-多金属矿化显示,但未发现大规模矿床,造成这种现象的原因可能也有2个方面:一是尖山子断裂带规模大,倾角陡,尽管作为导矿构造有成矿热液通过,但难以在该断裂带内沉淀成矿; 另一方面是尖山子断裂带在成矿后有多次活动,可能将早期形成的矿体或矿化破坏,导致其品位降低。但如果地球物理资料能够揭示尖山子断裂向深部倾角变缓(倾角<40°),则成矿热液可能在其深部缓倾角断裂带沉淀形成大规模矿床,可以作为该区深部找矿的另外一个重点目标。
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6 结论
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(1)青城子矿集区及五龙矿集区五龙金矿床和四道沟金矿床形成于相似的大地构造背景,其赋矿围岩、岩浆活动时代及产状、控矿及容矿构造、成矿时代的差异主要与矿区三叠纪以来剥蚀程度不同有关,提出了辽东“三层楼”成矿找矿模式,即底部为位于中侏罗世岩体内断裂带中的“五龙式”石英脉型金矿床(早白垩世成矿),中部为位于辽河群下部变质碎屑岩层间断裂带中的“四道沟式”蚀变岩型及石英脉型金矿(早白垩世成矿),上部为位于盖县组碎屑岩及大石桥组大理岩硅-钙面附近层间断裂带(部分为切层断裂带)的“白云式”石英脉型及蚀变岩型金矿(三叠纪成矿为主,但有晚侏罗世及早白垩世成矿的叠加)。
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(2)青城子矿集区白垩纪以来剥蚀很浅,而五龙矿集区中侏罗世—早白垩世及早白垩世以来均有强烈的剥蚀,但四道沟金矿剥蚀明显弱于五龙金矿及其周边,未来深部找矿中要注意青城子矿集区深部存在“四道沟式”及“五龙式”金-多金属矿床的可能,以及在四道沟金矿深部存在“五龙式”金矿床的可能性。
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(3)五龙矿集区NE-NNE向区域性断裂及青城子矿集区NW向尖山子断裂及NE向二道沟(101)断裂由于规模大,倾角陡,尽管作为导矿构造有成矿热液通过,但难以沉淀成矿,导致其地表及浅部含矿性不佳。若地球物理资料揭示这些区域性断裂带向深部倾角变缓(倾角<40°),则成矿热液可能在其深部缓倾角断裂带沉淀形成大规模矿床,可以作为该区深部找矿的一个重点目标。
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致谢:野外工作得到了辽宁省有色地质局一○三队、五龙金矿、白云金矿、林家三道沟金矿、桃源铅锌矿、小佟家堡子金矿、凤银大地银矿等单位的大力支持与协助,2位审稿专家提出了很多建设性的意见和建议,在此表示诚挚的谢意。
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摘要
位于辽东地区的青城子与五龙矿集区尽管成矿大地构造背景相似,但其成矿时代、赋矿围岩及控矿构造却有明显的差别。根据对青城子矿集区金-多金属矿床及五龙矿集区五龙金矿床和四道沟金矿床成矿大地构造背景、赋矿围岩、岩浆活动时代及产状、控矿及容矿构造、成矿时代和剥蚀程度新数据及已有资料的综合分析,认为青城子矿集区金-多金属矿床及五龙矿集区五龙金矿床和四道沟金矿床的成矿差异主要与晚三叠世以来剥蚀程度不同有关,在此基础上提出了辽东地区“三层楼”成矿找矿模式。该“三层楼”模式底部为赋存于中侏罗世深成变形花岗岩体内陡倾断裂带中的“五龙式”石英脉型金矿床(早白垩世成矿),中部为赋存于辽河群下部变质碎屑岩内层间断裂带中的“四道沟式”蚀变岩型及石英脉型金矿床(早白垩世成矿),而上部为赋存于盖县组碎屑岩及大石桥组大理岩硅-钙面附近层间断裂带(部分为切层断裂带)的“白云式”石英脉型及蚀变岩型金-多金属矿床(三叠纪成矿为主,但有晚侏罗世及早白垩世成矿的叠加)。未来辽东深部找矿中要注意青城子金-多金属矿集区深部存在“四道沟式”及“五龙式”金矿床的可能,以及在五龙矿集区四道沟金矿深部存在“五龙式”金矿床的可能性。特别是在剥蚀程度相对较浅的青城子矿集区可能存在有较好的深部找矿潜力,在未来研究工作中需要加以重视。
Abstract
Although the Qingchengzi and Wulong ore concentration areas in the eastern Liaoning Province are characterized by a similar tectonic background, their mineralization ages, ore-hosting rocks and ore-controlling structures are very different. Previous researches and our new data on tectonic background, ore-hosting rocks, magmatism ages and occurrences, ore-controlling structures, mineralization ages and erosion depth of the gold and Pb-Zn-Ag polymetallic deposits in the Qingchengzi ore concentration area and the Wulong and Sidaogou gold deposits in the Wulong ore concentration area suggest that the differences between mineralization in these two ore concentration areas are most likely related to differential uplift and erosion from the late Triassic period.Therefore, we propose a “three-floor metallogenic model” for the gold-polymetallic deposits in the eastern Liaoning Province. In this metallogenic model, the early Cretaceous “Wulong type” gold-bearing quartz vein deposit within the middle Jurassic deformed granitic pluton is located in the lower part, and the early Cretaceous “Sidaogou type” structural alteration type and quartz vein type gold deposit within the Paleoproterozoic metaclastic sedimentary rocks from the lower Liaohe Group is located in the middle part. The upper part of the metallogenic model is the “Baiyun type” quartz vein-bearing and structural alteration type gold or Pb-Zn-Ag polymetallic deposit near the contacts between the Paleoproterozoic metaclastic rocks of the Gaixian Formation and marbles of the Dashiqiao Formation of the upper Liaohe Group.These gold-polymetallic deposits were mainly formed in the Triassic period with middle Jurassic and early Cretaceous mineralization overprints. It is most likely that some “Wulong type” and “Sidaogou type” ore deposits exist beneath the currently explored ore bodies in the Qingchengzi ore concentration area, and some “Wulong type” gold-bearing quartz vein deposits may exist beneath the currently explored ore bodies in the Sidaogou gold deposit. The Qingchengzi ore concentration area with relatively weak erosion from late Triassic period is therefore characterized by favorable deep metallogenic conditions and more attention should be paid for deep metallogenic explorations in this area in the future.