宋明春, 宋英昕, 沈?昆, 姜洪利, 李世勇

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膠東焦家深部金礦礦床地球化學特征及有關問題討論

宋明春1,2, 宋英昕3,4*, 沈?昆2,4, 姜洪利5, 李世勇6

(1. 山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局, 山東 濟南?250013; 2. 國土資源部 金礦成礦過程與資源利用重點實驗室, 山東 濟南?250013; 3. 中國地質(zhì)大學(北京) 地球科學與資源學院, 北京?100083; 4. 山東省地質(zhì)科學試驗研究院, 山東 濟南?250013; 5. 山東省第六地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院, 山東 威海?264209; 6. 山東省物化探勘查院, 山東 濟南?250013)

在開展焦家深部金礦找礦的同時, 采集349.12～1212 m深度鉆孔巖芯樣品, 研究了礦床地球化學特征。深部金礦床近礦圍巖的巖石化學成分位于花崗巖成分范圍內(nèi), 具有鉀玄巖系列和超鉀質(zhì)系列特點。將蝕變巖石與花崗巖的成分相比較, 得出蝕變過程中加入、帶出的元素, SiO2、H2O、K2O和Fe2O3加入到蝕變帶內(nèi), 而Al2O3、CaO和Na2O等組分被帶出。蝕變巖與花崗巖微量元素特征相似, 具有埃達克巖的特征,從花崗巖到蝕變巖: 大離子親石元素Sr含量明顯降低, Ba含量呈降低趨勢, Rb含量呈升高趨勢; 高場強元素Zr、Hf含量呈降低趨勢。稀土分布模式總體表現(xiàn)為右傾型, 輕稀土分餾明顯, 重稀土較平坦, 多具Eu正異常。金礦石硫同位素值較穩(wěn)定,34SCDT=11.08‰～12.58‰, 具有混合硫特征。氫同位素組成DV-SMOW= -83.68‰～-116.95‰, 氧同位素組成18OV-SMOW=12.04‰～16.28‰, 顯示了以大氣降水為主或巖漿水與大氣水的混合水特征。流體包裹體組成主要為H2O(鹽水)包裹體、其次為H2O-CO2(±CH4)包裹體和純CO2包裹體, 偶見含固相(石鹽或方解石)的水溶液包裹體。流體不混溶是深部金礦床流體包裹體的重要特征。從花崗巖到礦體, 隨著蝕變和礦化作用增強, 包裹體爆裂曲線顯示了負的蒸發(fā)暈和負異常。研究認為, 早白堊世偉德山花崗巖巖漿活動所引起的流體活化是導致金礦成礦的直接原因; 膠東蝕變巖型金礦與石英脈型金礦穩(wěn)定同位素和流體包裹體地球化學特征有較大差異, 指示兩者的成礦條件不同。

礦床成因論; 蝕變巖; 花崗巖; 焦家深部金礦床; 山東省

0 引 言

膠東是我國最重要的金礦集中區(qū), 金礦資源儲量和黃金產(chǎn)量均占全國四分之一以上。焦家金礦田是膠東金礦的重要組成部分, 礦田內(nèi)集中分布有焦家、新城、河西、河東、東季、龍埠、馬塘、上莊、望兒山、寺莊等特大型、大型金礦床及許多中小型金礦床。這些金礦床主要分布于地表以下400 m深度以淺地段, 稱為淺部金礦。21世紀以來, 地質(zhì)工作者在地表以下500 m深度以深開展了找礦探索。2005年以來, 深部找礦取得重大突破, 在第二礦化富集帶探明了寺莊深部、馬塘深部、焦家深部等大-特大型金礦[1–4]。使該區(qū)再次成為地學界關注的熱點。

前人對焦家金礦田進行了大量研究, 對金礦的地球化學特征也進行過較多研究[5–12], 但對深部金礦床地球化學特征尚未開展研究。作者等在近年來參加深部找礦的同時, 采集了焦家深部金礦床349.12～1212 m深度鉆孔巖芯樣品, 研究了礦床地球化學特征及成礦地質(zhì)條件。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

焦家金礦位于膠東半島西北部萊州市和招遠市之間, 其南側距萊州城區(qū)約28 km。膠東半島處于華北板塊和大別-蘇魯造山帶結合部位, 前者包括膠北隆起和膠萊盆地2個構造單元, 后者在膠東地區(qū)稱為威海隆起(圖1)。膠北隆起主要由前寒武紀變質(zhì)巖系組成, 膠萊盆地為白堊紀陸相火山-沉積盆地, 威海隆起主要由含榴輝巖的新元古代花崗質(zhì)片麻巖組成。中生代花崗巖類侵入巖在3個構造單元中均較發(fā)育。

焦家深部金礦床位于原焦家金礦床(淺部)的西北部, 是淺部金礦沿焦家斷裂傾向方向向深部的延伸部分。礦區(qū)附近分布的主要地質(zhì)體有: 新太古代變質(zhì)巖系、侏羅紀玲瓏花崗巖和少量白堊紀郭家?guī)X花崗巖, 另外有第四系沿海邊和河流分布(圖1)。新太古代變質(zhì)巖系由TTG質(zhì)花崗片麻巖、變輝長巖(斜長角閃巖)和少量膠東巖群組成, 花崗巖中發(fā)育偉晶巖、細晶巖、石英閃長玢巖、閃長玢巖、輝綠玢巖和煌斑巖等脈巖。

區(qū)域主要控礦構造為焦家斷裂和三山島斷裂, 與焦家斷裂近平行分布的一組NE走向斷裂構造構成金礦的次級控礦構造。焦家金礦的主要控礦斷裂——焦家斷裂平均走向30o, 傾向北西, 大致沿新太古代變質(zhì)巖系與侏羅紀玲瓏花崗巖的接觸帶分布, 但有的地段穿切玲瓏花崗巖和郭家?guī)X花崗巖, 破碎蝕變帶寬80～200 m不等。

圖1?焦家金礦田區(qū)域地質(zhì)圖

1–第四系; 2–新太古代變質(zhì)巖系(左上角圖中為前寒武紀變質(zhì)巖系); 3–含榴輝巖的新元古代花崗質(zhì)片麻巖(角圖); 4–白堊紀郭家?guī)X花崗巖; 5–侏羅紀玲瓏花崗巖; 6–中生代花崗巖類(角圖); 7–構造蝕變帶; 8–斷裂; 9–地質(zhì)界限/不整合地質(zhì)界限; 10–淺部金礦位置(直徑大者代表大型、特大型金礦, 直徑小者代表中小型金礦); 11–新探明的深部金礦床范圍; 12–采集樣品的勘探線位置及編號。

F1–三山島斷裂; F2–焦家斷裂; A–上莊金礦; B–新城金礦; C–河東金礦; D–河西金礦; E–龍埠金礦; F–東季金礦; G–焦家金礦; H–望兒山金礦; I–馬塘金礦; J–寺莊金礦; K–三山島金礦; L–新立金礦; M–倉上金礦。

1–Quaternary; 2–Neoarchean metamorphic complex; 3–Neoproterozoic granitic gneiss; 4–Cretaceous Guojialing granite; 5–Jurassic Linglong granite; 6–Mesozoic granites; 7–Beresitization alteration zone; 8–Fault; 9–Geological boundary; 10–Position of shallow gold deposit; 11–Range of deeply-seated gold deposit; 12–Sampling exploration lines and number. F1–Sanshandao fault; F2–Jiaojia fault; A–Shangzhuang gold mine; B–Xincheng gold mine; C–Hedong gold mine; D–Hexi gold mine; E–Longbu gold mine; F–Dongji gold mine; G–Jiaojia gold mine; H–Wangershan gold mine; I–Matang gold mine; J–Sizhuang gold mine; K–Sanshandao gold mine; L–Xinli gold mine; M–Cangshang gold mine.

2 礦化蝕變巖石和圍巖的地球化學特征

分析樣品采自焦家深部金礦床112勘探線(ZK622、ZK603、ZK604)、144勘探線(ZK606、ZK608、ZK615)鉆孔中的礦體及近礦圍巖(蝕變巖、蝕變花崗質(zhì)碎裂巖、蝕變花崗巖、花崗巖)。由核工業(yè)實驗室測試, 巖石化學分析采用X射線熒光光譜法(型號為飛利浦PW2404 X射線熒光光譜儀); 微量元素和稀土元素采用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)法(型號為ElementⅠ)。

2.1 主元素

焦家深部金礦床礦化蝕變巖石和近礦圍巖的主元素分析結果見表1, 選擇蝕變較弱的近礦圍巖——花崗巖和蝕變花崗巖進行化學成分投點。在(K2O+Na2O)-SiO2圖解上(圖2a), 近礦圍巖主要投影在花崗巖區(qū), 與正常玲瓏花崗巖相比, 近礦圍巖離散程度較大、投點范圍較寬; 在K2O-Na2O圖解中(圖2b), 樣品多投點于鉀玄巖系列區(qū), 部分投點于超鉀質(zhì)巖系列區(qū), 而用于對比的區(qū)域玲瓏花崗巖樣品多投點于鉀玄巖區(qū), 指示近礦圍巖具有明顯的鉀化特點。

表1?焦家深部金礦床礦體及近礦圍巖主元素含量(%)

圖2 焦家深部金礦床近礦圍巖的(Na2O+K2O)-SiO2圖解(a)和K2O-Na2O圖解(b)

底圖巖石分區(qū)分別據(jù)Middlemost[13]和Rickwood[14]; 玲瓏花崗巖數(shù)據(jù)引自文獻[15]。

金礦的圍巖蝕變本質(zhì)上是一個水化過程。根據(jù)主元素化學成分, 利用A·魯?shù)履峥频脑芋w積法, 計算蝕變巖形成過程中化學組分的加入-帶出平衡。將深部金礦床花崗質(zhì)圍巖按照蝕變破碎程度劃分為花崗巖(未發(fā)生蝕變破碎)、蝕變花崗巖(絹英巖化花崗巖)、蝕變花崗質(zhì)碎裂巖(絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖)和蝕變巖(黃鐵絹英巖)四種類型, 按照各種巖石類型化學成分平均值, 將蝕變巖石與花崗巖比較得出元素在蝕變過程中加入、帶出的量。反映在蝕變巖元素組分變化圖解中, 隨著蝕變程度增強, Si4+曲線變化幅度最大, 其次為H1+、K1+、Fe3+、Na1+、Ca2+和Al3+(圖3)。這種變化特征指示, 從新鮮花崗巖→絹英巖化花崗巖→絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖→黃鐵絹英巖, 由于含H2O流體(熱液)的作用, 富含SiO2、H2O、K2O和Fe2O3的流體加入到蝕變帶內(nèi), 而原花崗巖內(nèi)的Al2O3、CaO和Na2O等組分則被帶出。由此看來, 焦家式金礦的賦礦巖石——蝕變巖是由玲瓏花崗巖經(jīng)過破碎、受以H2O為主的流體活動改造而成的。

2.2 微量元素

微量元素分析結果(表2)表明, 礦化蝕變巖石與花崗巖微量元素豐度大致相似。在相對于洋中脊玄武巖標準化蛛網(wǎng)圖上(圖4), 花崗巖、蝕變花崗巖、蝕變花崗質(zhì)碎裂巖、蝕變巖與礦石微量元素變異曲線極為相似。說明這些巖石原巖是一致的, 蝕變礦化作用對微量元素含量的影響不大。

圖3 深部金礦床蝕變巖組分含量變化圖解(據(jù)楊敏之[8])

A–花崗巖; B–蝕變花崗巖; C–蝕變花崗質(zhì)碎裂巖; D–蝕變巖。

A–granite; B–altered granite; C–altered granitic cataclasite; D–altered rocks.

表2?焦家深部金礦床礦體及近礦圍巖微量元素含量(μg/g)

圖4 深部金礦床礦體及近礦圍巖微量元素相對于洋中脊玄武巖標準化蛛網(wǎng)圖

微量元素變異曲線呈右傾形態(tài), 大離子親石元素Rb、Ba和高場強元素Ce、Hf呈“V”型谷, P2O5、TiO2和Cr呈峰值; K2O、Rb、Ba、Th和Ce等的含量顯著高于洋中脊玄武巖, P2O5、TiO2、Sm、Y、Sc和Cr等明顯低于洋中脊玄武巖, 其他元素含量與洋中脊玄武巖接近。

從花崗巖、蝕變花崗巖、蝕變花崗質(zhì)碎裂巖到蝕變巖, 大離子親石元素Sr含量明顯降低, Ba含量呈降低趨勢, Rb含量呈升高趨勢; 高場強元素Zr、Hf含量呈降低趨勢; 元素B呈升高趨勢。巖石的Y含量總體較低(Y =1.40～15.60 μg/g), 與埃達克巖較為接近, 且具有源于大洋板片埃達克巖的某些特征(圖5), 相似于長江下游含礦的埃達克巖[17]。

2.3 稀土元素

稀土元素分析結果(表3)表明, 金礦體及近礦圍巖稀土元素總量變化較大, ∑REE=10.26~126.46 μg/g。由花崗巖到蝕變巖, 稀土元素總量顯示出減少趨勢(2件花崗巖樣品∑REE平均值為83.23 μg/g, 7件蝕變巖樣品∑REE平均值為67.12 μg/g)?；◢弾r、蝕變花崗巖、蝕變花崗質(zhì)碎裂巖、蝕變巖與礦石的稀土分布模式極為相似(圖6), 總體表現(xiàn)為右傾形態(tài), 輕稀土分餾明顯, 重稀土較平坦, 多具Eu正異常(Eu=1.02~7.52),個別出現(xiàn)Eu負異常(Eu=0.63~0.82), 指示這些巖石具有明顯的淵源關系。

以往研究表明, 焦家式金礦中石英和黃鐵礦的Eu值可正可負, 但鉀長石化階段Eu正異常明顯[19]; 鄧格莊金礦床的蝕變圍巖為弱Eu正異常[20]; 正常的玲瓏花崗巖為Eu負異常至無明顯Eu異常[19,21]?？梢? 焦家深部金礦床礦石及其圍巖的Eu異常特征與膠東其他金礦相似, 且顯示出從花崗巖到蝕變巖, 隨著蝕變增強由Eu負異常漸變?yōu)镋u正異常的特點, 暗示堿性氧化成礦環(huán)境與Eu正異常形成有關。這種特征與蒙古斑巖型銅鉬礦床[22]相似。

圖5?Sr/Y-Y圖解(a, 底圖據(jù)Defant et al.[16])和Sr/Y-(La/Yb)N圖解(b, 底圖據(jù)Liu et al.[17])

圖6 深部金礦床礦石及近礦圍巖稀土元素球粒隕石標準化分布模式(球粒隕石數(shù)值據(jù)Boynton[18])

表3?焦家深部金礦床礦體及近礦圍巖稀土元素含量(μg/g)及有關參數(shù)

3?穩(wěn)定同位素地球化學

采自鉆孔中的8件礦石樣品送至中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所穩(wěn)定同位素地球化學實驗室進行穩(wěn)定同位素測試, 結果列于表4中。

3.1 硫同位素

用于測試的黃鐵礦呈稀疏浸染狀分布于巖石中, 礦物形態(tài)呈微細粒不規(guī)則粒狀至半自形粒狀, 淺黃色, 粒度0.01～2 mm。測得的硫同位素值較穩(wěn)定, 變化范圍小,34SCDT=11.08‰～12.58‰, 極差1.50‰, 表現(xiàn)了34S變異小和富集34S的特征, 說明硫均一程度較高。焦家深部金礦床硫同位素值高于淺部金礦床28個樣品的硫同位素平均值(10.06‰), 位于淺部金礦床硫同位素范圍(8.70‰～11.80‰)的高值端, 與三山島金礦床硫同位素平均值(11.40‰)[23]接近(圖7)。

據(jù)統(tǒng)計, 膠西北14個金礦床, 所有單個礦床的34S均為正值, 變化范圍為0.20‰～12.60‰, 與圍巖花崗巖和前寒武紀變質(zhì)巖系的34S值接近(圖7), 因此推測硫源主要為容礦的花崗巖類和前寒武紀變質(zhì)巖[23]。深部金礦床礦石硫同位素組成位于中生代花崗巖和前寒武紀變質(zhì)巖的硫同位素組成范圍的高值部分(圖7), 其含量變化范圍明顯小于花崗巖和變質(zhì)巖, 說明深部金礦床中硫的來源不是單純的地幔硫或地殼硫, 而應屬混合硫。地幔來源的巖漿混染了前寒武紀變質(zhì)巖組成的地殼物質(zhì), 還可能有海水混入, 形成了富34S的混合硫。

3.2?氫、氧同位素

焦家深部金礦床的氫同位素組成DV-SMOW=-83.68‰～-116.95‰,氧同位素組成18OV-SMOW=12.04‰～16.28‰。氫同位素低于焦家礦田值(-60.07‰～-95.80‰)和膠西北金礦床礦石石英包裹體流體氫同位素值(-46.90‰～-95.80‰)[23]。氧同位素值則略高于焦家礦田值(18O石英=10.00‰～14.70‰), 而與玲瓏礦田值接近(18O石英= 10.70‰～16.60‰)[23]。

表4 焦家深部金礦床礦石穩(wěn)定同位素組成

注: SJH–黃鐵絹英巖; SγJH–黃鐵絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖。

在膠西北主要金礦田D-18O關系圖上(圖8), 除玲瓏金礦田有較多樣品位于巖漿水區(qū)外, 其他礦田樣品均顯示了大氣降水與巖漿水混合的特征。焦家深部金礦床樣品投點于膠西北其他金礦樣品的右下方, 位于250 ℃大氣降水演化線右側和200 ℃巖漿水演化線下方, 顯示了以大氣降水為主或巖漿水與大氣水的混合水特征。

4?流體包裹體地球化學

4.1 流體包裹體的組成和密度

流體包裹體的組成和密度主要通過顯微測溫并結合激光拉曼探針分析結果(表5和表6)估算。分析表明, 包裹體組成主要為H2O(鹽水)包裹體、其次為H2O-CO2(±CH4)包裹體和純CO2包裹體, 偶見含固相(石鹽或方解石)的水溶液包裹體。

H2O(鹽水)包裹體, 冰點降為-1.7～-6.8 ℃, 由此換算的鹽度為1.4%～10.24%NaCl, 相當于中-低鹽度水溶液。結合均一溫度計算的流體密度變化于0.619～0.979 g/cm3。

圖7 膠西北金礦床及圍巖硫同位素組成

除焦家深部資料為本次工作獲得外, 其余資料據(jù)李俊建[23]。

在有富CO2氣相包裹體和富水的H2O-CO2包裹體共存的樣品中, 前者的氣相比例可達65%～≥90%, 后者多在20%～35%。其中一個樣品中的富CO2氣相包裹體和富水的H2O-CO2包裹體分別在286～301 ℃和279～305 ℃均一到氣相和液相; 另一個樣品中有2個H2O-CO2包裹體的氣相比例分別為30%和85%, 它們分別在288 ℃和292 ℃均一到氣相和液相; 而在第三個樣品中的富CO2氣相包裹體和富水的H2O-CO2包裹體, 則在236～250 ℃之間分別均一到液相和氣相。在同一個小區(qū)域中流體包裹體的相比例變化很大, 而且具有小氣相比例的富液相包裹體與具有大氣相比例的富氣相包裹體在近于相同的溫度下分別均一到液相和氣相, 這種現(xiàn)象是流體發(fā)生沸騰的重要證據(jù)。

圖8 膠西北金礦床δD-δ18O關系圖解

除焦家深部金礦床數(shù)據(jù)為本次工作獲得外, 其余數(shù)據(jù)引自文獻[23]。底圖據(jù)Taylor[24]和林文蔚等[25]。圖中向左下方收斂的曲線為大氣降水與花崗巖相互作用形成的流體相中氫氧同位素變化趨勢線(200～350 ℃演化線), 收斂于MW(巖漿水的組成標志點)的一簇曲線是以巖漿水的初始組成為18O=7‰作為約束條件所計算的曲線，曲線EFMW上方為巖漿水區(qū)，曲線AB右側為高18O巖漿水或變質(zhì)水區(qū)域，膠東金礦多數(shù)投點于CD線之上，圖中帶數(shù)字的虛線為水/巖比值等值線，Oi巖為巖石初始氧同位素值。

流體包裹體測溫結果, H2O(鹽水)包裹體的均一溫度主要分布在兩個區(qū)間, 即360～200 ℃和176～128℃, 而集中在340～270 ℃?？赡芊从沉瞬煌瑫r期的流體事件。早期與絹英巖化和金成礦作用有關的水溶液包裹體的均一溫度較高(346～267 ℃), 而密度較低(0.619～0.874 g/cm3), 均一壓力為14.60～6.32 MPa; 與金多金屬硫化物形成有關的水溶液包裹體的均一溫度在250～200 ℃之間, 其均一壓力為4.0～1.6 MPa(但實際捕獲溫度、壓力應該高于上述限值)。而晚期H2O包裹體的均一溫度為176～128 ℃, 密度升高(0.919～0.973 g/cm3), 均一壓力僅為0.25～0.91 MPa(約2.5～9.1大氣壓), 可能代表金成礦后的流體作用。

4.2?石英爆裂曲線特征

對ZK603、ZK608、ZK615、ZK704和ZK 715等鉆孔石英中流體包裹體爆裂曲線進行了研究。結果顯示, 不同類型巖石石英中流體包裹體的爆裂特征明顯不同。以ZK603鉆孔為例, 圍巖花崗巖具有高的爆裂頻次、明顯的主爆裂峰和高的相變峰, 而隨圍巖蝕變的增強, 從鉀化花崗巖到絹英巖化花崗巖, 再到黃鐵絹英巖(硅化帶或礦體中心), 石英爆裂曲線具有如下變化趨勢(圖9): 總爆裂頻次逐漸降低; 相變峰由很高、高, 到逐漸變低, 而到硅化帶或礦體中心則無相變峰存在; 主爆裂峰也由大變小, 直到礦體無爆裂峰(或只有極微弱的峰); 疊加的小峰有從高溫向低溫轉移之趨勢: 從主爆裂峰右翼(高溫區(qū))出現(xiàn)鋸齒狀小峰(鉀化帶)到主峰左翼(低溫區(qū))出現(xiàn)多個小峰(絹英巖化帶)。而到了礦體下盤爆裂頻次又有所增加。

在所研究的焦家金礦床其他鉆孔中也見到相同的變化趨勢, 從遠離礦體的花崗巖到蝕變帶, 再到礦體, 隨著蝕變和礦化作用增強, 總爆裂頻次降低, 爆裂峰和相變峰也逐漸降低, 直到消失; 在礦體部位的爆裂曲線呈現(xiàn)低平的波狀曲線乃至直線, 從而顯示負的蒸發(fā)暈和負異常。因此, 可以利用爆裂強度和爆裂曲線形態(tài)特征來區(qū)分未受構造和熱液蝕變影響的花崗巖圍巖、蝕變巖石和礦體, 用以指導深部找礦。

表5?焦家深部金礦床流體包裹體顯微測溫結果

表6?H2O-CO2包裹體的激光拉曼探針分析結果

注: 由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院流體包裹體實驗室張敏(儀器型號LABHR-VIS LabRAM HR800)完成測試。

5?討?論

5.1?金礦與花崗巖的關系

以往地質(zhì)工作者認為, 膠東焦家式金礦是混合巖化重熔巖漿熱液成因, 并認為, 在重熔花崗巖(玲瓏花崗巖)形成過程中, 金在流體相中的大規(guī)模富集是金礦得以發(fā)育的根本原因之一[26]。本文對深部金礦床蝕變巖的巖石地球化學特征研究表明, 蝕變巖是由玲瓏花崗巖經(jīng)過破碎、流體活動改造而成的。

圖9?ZK603鉆孔從圍巖花崗巖經(jīng)過鉀化帶、絹英巖化帶到礦體石英爆裂曲線的變化

圖中虛線對應于α-石英/β-石英相轉變溫度的爆裂峰, 即相變峰, 數(shù)字為相變峰的爆裂頻次。

這說明, 蝕變作用和金礦化是在玲瓏花崗巖形成之后發(fā)生的, 玲瓏花崗巖形成時的混合巖化重熔作用不可能是金礦成礦的直接原因。同位素年代學研究表明, 玲瓏花崗巖形成于160~140 Ma[27], 金主成礦期年齡為125~115 Ma[3], 金礦的形成時間明顯晚于玲瓏花崗巖, 與地球化學研究指示的地質(zhì)事件的關系是一致的。另外, 由于金礦成礦流體系統(tǒng)的溫度(集中在200～350 ℃)遠低于巖漿溫度(大于573 ℃), 因此, 成礦流體系統(tǒng)的發(fā)育深度應淺于巖漿系統(tǒng)[28]。據(jù)此推斷, 膠西北金礦成礦時, 其直接圍巖——玲瓏花崗巖已抬升至流體成礦的深度, 成礦流體活動不是玲瓏花崗巖重熔巖漿活動所引起的。膠東地區(qū)廣泛分布煌斑巖和中基性巖墻, 成巖時代為123～103 Ma, 與金礦成礦時代幾乎完全吻合[29], 與這些淺成巖墻有關的深成巖體——偉德山花崗巖的同位素年齡集中于127～105 Ma[3]。偉德山花崗巖大量分布于膠東主要金成礦區(qū)的外圍和深部, 其形成時間與金礦一致, 產(chǎn)出的空間位置位于金礦的深部。據(jù)此認為, 偉德山花崗巖巖漿活動所引起的流體活化是導致金礦成礦的直接原因, 流體從圍巖中萃取成礦物質(zhì)在成礦有利部位富集成礦; 而玲瓏花崗巖則為金礦形成提供了部分物質(zhì)來源。

5.2 穩(wěn)定同位素變化及其原因

研究發(fā)現(xiàn), 膠西北金礦床硫同位素變化具有明顯規(guī)律性, 表現(xiàn)出自東向西34S值遞增[30]和從石英脈型到破碎帶蝕變巖型礦石重硫含量相對略有增高的特點[29]。前人獲得的玲瓏、焦家、三山島金礦的34S值分別為 4.90‰～8.50‰、8.70‰～11.84‰、和11.0‰～12.60‰[31], 本次獲得的焦家深部金礦床34S值為11.08‰～12.58‰。焦家深部金礦床34S值高于淺部金礦床平均值, 與三山島金礦床平均值接近。關于34S值自東向西遞增的原因, 有學者認為是由于海水硫和表生硫參與了成礦作用所 致[30,32]。毛景文等[29]認為, 可能石英脈型礦石基本代表了成礦原始流體系統(tǒng)的同位素組成, 而蝕變巖型礦石在成礦時與圍巖中的硫發(fā)生了同位素交換, 導致34S值增高。膠西北硫同位素顯示了混合硫源的特征。地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn), 以玲瓏金礦為代表的石英脈型金礦賦存于玲瓏花崗巖體內(nèi)部, 而以焦家金礦為代表的蝕變巖型金礦賦存于玲瓏花崗巖邊緣斷裂構造帶中。因此, 我們認為焦家式蝕變巖型金礦34S值增高的原因, 應與其形成位置接近變質(zhì)地層, 混合了較多與海相變質(zhì)地層——荊山群、粉子山群有關的表生硫有關。由于膠西北地區(qū)東部有較多石英脈型金礦, 而西部均為蝕變巖型金礦, 所以硫同位素值顯示了自東向西的規(guī)律變化。焦家深部金礦床硫同位素值與三山島金礦硫同位素值一致的原因, 應是三山島金礦形成時的地質(zhì)條件與焦家深部金礦床相似。石英脈型金礦與蝕變巖型金礦硫同位素值的明顯差異表明, 石英脈型金礦形成的深度相對深,表生硫混入少, 蝕變巖型金礦形成的深度相對淺, 表生硫混入多。

蝕變巖型金礦與石英脈型金礦氫、氧同位素組成的差異, 指示其含礦熱液中水的來源不同。蝕變巖型金礦床的成礦流體中大氣水所占比例較高, 是因為這類礦床受斷裂控制, 控礦斷裂帶規(guī)模大、切割深、破碎程度高, 有利于大氣水的下滲、加熱和循環(huán), 演化為成礦流體。而玲瓏金礦田石英脈型礦床的成礦流體以巖漿水為主, 指示石英脈型金礦成礦深度大, 與地表連通性差, 不利于大氣降水的滲入(可能因為石英脈型金礦位于巖體內(nèi)部, 流體與玲瓏花崗巖發(fā)生了同位素交換而具有巖漿水特征)。除個別樣品外, 深部金礦床氫、氧同位素組成與焦家金礦田一致, 指示深、淺部金礦床的成礦流體來源沒有實質(zhì)性變化。

5.3?流體包裹體特征及影響因素

深部金礦床流體包裹體特征與焦家式蝕變巖型金礦類似, 而與玲瓏式石英脈型金礦特征有明顯差異。深部金礦床鹽度為1.40%～10.24%NaCl, 三山島金礦(蝕變巖型)鹽度為0.00%～8.10%NaCl[33],大尹格莊金礦(蝕變巖型)為1.00%～10.00%NaCl[34], 玲瓏金礦(石英脈型)流體包裹體的鹽度是3.40%～19.20%NaCl[35]。前人[36]已經(jīng)注意到蝕變巖型金礦鹽度小于玲瓏式金礦鹽度的現(xiàn)象, 認為這種差異與成礦方式有關, 充填作用發(fā)生的時間短, 只有成礦元素濃度高(鹽度大)的流體才能形成有效富集; 而交代作用持續(xù)時間長, 成礦元素濃度低(鹽度小)的流體也可形成有效富集而成礦。筆者認為, 蝕變巖型金礦鹽度與石英脈型金礦鹽度的差異還與成礦地質(zhì)條件有關, 深、淺部蝕變巖型金礦、焦家?guī)А⒄衅綆?、三山島帶蝕變巖型金礦均處于早前寒武紀地質(zhì)體與中生代花崗巖之間的大型伸展構造帶主構造帶上, 成礦的物理化學條件一致, 因此流體包裹體特征類似; 石英脈型金礦形成于伸展構造下盤的花崗巖中, 在蝕變巖型金礦之下, 成礦的溫度、壓力較高, 易形成較高鹽度的流體活動。

流體不混溶是深部金礦床中流體包裹體所揭示的重要特征, 這與膠東地區(qū)蝕變巖型金礦的普遍規(guī)律一致, 而與玲瓏式金礦略有不同, 后者主要表現(xiàn)為在相對穩(wěn)定的環(huán)境下伴隨含礦流體降溫降壓而發(fā)生礦物結晶和分異成礦的特征[35]。蝕變巖型金礦顯示的流體不混溶的原因是, 自深部上升的含礦流體進入較開放的構造空間, 因壓力驟然降低而發(fā)生沸騰和相分離作用[34,37]。焦家式與玲瓏式金礦流體包裹體的這種差異指示, 焦家式金礦形成的深度略淺、構造空間較開放。

熱液礦床通常從近礦圍巖到礦體, 流體活動增強, 流體包裹體爆裂強度(頻次)增加, 在礦體部位顯示有明顯的爆裂峰, 表現(xiàn)出正的熱暈和蒸發(fā)暈。而焦家深部金礦床從遠離礦體的花崗巖到蝕變帶再到礦體, 隨著蝕變和礦化作用增強, 顯示了負的蒸發(fā)暈和負異常。造成這種現(xiàn)象的原因, 可能與蝕變巖中石英形成溫度較低, 流體包裹體較小有關。據(jù)觀察, 花崗巖中石英流體包裹體大小一般為小于等于3 μm到15 μm不等, 大者可達20～30 μm以上; 蝕變花崗巖中石英流體包裹體以小于等于2 μm到8 μm居多, 少量長條狀包裹體長可達到15～20μm左右; 絹英巖中所含石英流體包裹體以小于1～5 μm居多, 少數(shù)可達8～10 μm; 金-多金屬硫化物絹英巖中石英流體包裹體多數(shù)小于1～3 μm, 少數(shù)略大于3 μm。由此表明, 從圍巖到礦體, 石英中流體包裹體逐漸變小。與金-多金屬硫化物沉淀有關的石英主要為乳濁狀細粒石英, 石英呈乳濁狀是由于其中含有成千上萬極其微小(遠小于1 μm)的流體包裹體, 引起光線漫反射所致。要使這些包裹體爆裂的內(nèi)壓力極高(大于3000 MPa), 即使升溫到600 ℃也不會爆裂。因此金-多金屬硫化物礦體一般無爆裂顯示。焦家斷裂規(guī)模大, 位于不同巖石構造單元的接觸界面, 斷裂帶內(nèi)裂隙發(fā)育, 與地表連通性較好。成礦流體運移到斷裂帶時, 快速降溫、沸騰、擴散, 產(chǎn)生大量極其微小的流體包裹體。前人[36]和我們的研究表明, 石英脈型金礦流體包裹體的體積大于蝕變巖型金礦, 因此蝕變巖型金礦與石英脈型金礦流體包裹體爆裂曲線特征不同。

6?結?論

(1)焦家深部金礦床近礦圍巖的巖石化學成分位于花崗巖范圍內(nèi), 具有鉀玄巖系列和超鉀質(zhì)系列特點。在礦化蝕變過程中, SiO2、H2O、K2O和Fe2O3等組分加入到蝕變巖內(nèi), Al2O3、CaO和Na2O等組分被帶出。焦家式金礦的賦礦巖石——蝕變巖是由玲瓏花崗巖經(jīng)過破碎、受以H2O為主的流體活動改造而成的, 而偉德山花崗巖巖漿活動所引起的流體活化是導致金礦成礦的直接原因。

(2)蝕變巖與圍巖微量元素、稀土元素特征相似, 微量元素含量相似于長江下游含礦的埃達克巖。蝕變巖稀土元素總量較低, 具有明顯的正Eu異常特征,可能是受堿性氧化成礦環(huán)境影響所致。

(3)焦家深部金礦床硫同位素具有混合硫源特征, 重硫含量與蝕變巖型金礦一致, 明顯高于石英脈型金礦。指示蝕變巖型金礦形成的深度相對淺, 表生硫混入多。深部金礦床氫、氧同位素組成與焦家金礦田一致, 顯示了以大氣降水為主或巖漿水與大氣水的混合水特征, 而與石英脈型金礦以巖漿水為主的特征不同, 指示蝕變巖型金礦成礦時與地表連通性較好, 有利于大氣降水滲入。

(4)焦家深部金礦床的流體包裹體組成主要為H2O(鹽水)包裹體、其次為H2O-CO2(±CH4)包裹體和純CO2包裹體, 偶爾可見含固相(石鹽或方解石)的水溶液包裹體。流體不混溶是深部金礦床流體包裹體的重要特征。從花崗巖到礦體, 隨著蝕變和礦化作用增強, 包裹體爆裂曲線顯示了負的蒸發(fā)暈和負異常。焦家深部金礦床的流體不混溶特征與焦家式蝕變巖型金礦類似, 而與玲瓏式石英脈型金礦以結晶分異為主的特征有差異, 指示焦家式金礦形成的深度略淺、構造空間較開放。

本文是山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局“膠西北礦集區(qū)深部大型-超大型金礦找礦和成礦模式研究”項目的部分成果, 是在山東省第六地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院提交的《山東省萊州市寺莊金礦床深部詳查報告》、《山東省萊州市焦家金礦床深部詳查報告》、《山東省萊州市朱郭李家礦區(qū)金礦詳查報告》等成果基礎上完成的, 感謝這些項目、成果的參與者對深部找礦和本文的貢獻。同時感謝審稿專家提出的寶貴意見。

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Geochemical features of deeply-seated gold deposit and discussions on some associated problems in Jiaojia gold ore field, Shandong Peninsula, China

SONG Ming-chun1,2, SONG Ying-xin3,4*, SHEN Kun2,4, JIANG Hong-li5and LI Shi-yong6

Shandong Provincial Bureau of Geology and Mineral Resources, JinanChina2. Key Laboratory of Gold Mineralization Processes and Resources Utilization, Ministry of Land and Resources of the People’s Republic of China, Jinan?250013, China; 3. School of the Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing?100083, China; 4. Shandong Institute & Laboratory of Geological Sciences, Jinan?250013, China; 5. No.6 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources, Weihai?264209, China; 6. Shandong Institute of Geophysical and Geochemical Exploration, Jinan?250013, China

We studied geochemical features of drillhole specimens between depths of 349.12-1212 m in the deeply-seated gold deposit of Jiaojia gold ore field. Petrochemical composition of altered rocks in the deeply-seated gold deposit is similar to that of granite. Strongly altered rocks belong to ultrapotassic and weekly altered rocks belong to shoshonite series. Through comparison of petrochemical composition of altered rocks and granite, we find that the alteration zone gained SiO2, H2O, K2O and Fe2O3but lost Al2O3, CaO and Na2O during alteration. Trace elements characteristics of altered rocks are similar to that of granite and adakite. Sr, Ba, Zr and Hf contents of the altered rocks are lower than those of the granite, and Rb contents are higher. The altered rocks are relatively enriched in LREE, depleted in HREE, and have positive Eu abnormity. The sulfur isotope composition of the gold ore ranges between 11.08‰－12.58‰34SCDT, indicating a mixed source. TheirDV-SMOWand18OV-SMOWvalues range from -83.68‰－-116.95‰ and 12.04‰－16.28‰, suggesting that they were mainly derived from meteoric water or mixed with magmatic and meteoric water. The fluid inclusions are dominantly saline water inclusions, followed by H2O-CO2(±CH4) and pure CO2inclusions, occasionally with daughter mineral-bearing inclusions. Fluid immiscibility is crucial characteristics of deeply-seated gold ore. From granite to ore body, decrepitation curves of fluid inclusions show negative anomalies of vapor aureole occurring together with increasing of alteration and mineralization.This paper proposes that fluids derived from the Early CretaceousWeideshan granite caused the gold mineralization,the conditions of which are different for altered-rocktype and quartz vein type gold deposits in the Shandong Peninsula.

ore genesis; altered rock; granite; Jiaojia deeply-seated gold deposit; Shandong Province

P588.121

A

0379-1726(2013)03-0274-16

2012-10-06;

2013-01-09;

2013-01-22

山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局科研和勘查項目([2007]25)

宋明春(1963–), 男, 博士、研究員, 地質(zhì)礦產(chǎn)勘查專業(yè)。E-mail: mingchuns@163.com

SONG Ying-xin, E-mail: 13705317191@163.com, Tel: +86-531-86403464