李康寧，賈儒雅，李鴻睿，王玉璽，吳 鋒，嚴(yán) 康，張世珍

(1. 甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730050； 2. 甘肅省金屬貴金屬礦產(chǎn)資源勘查與綜合利用工程技術(shù)研究中心，甘肅 蘭州 730050； 3. 中國地質(zhì)調(diào)查局 發(fā)展研究中心，北京 100037； 4. 中國冶金地質(zhì)總局 西北地質(zhì)勘查院，陜西 西安 710119)

甘肅省夏河-合作礦集區(qū)是西秦嶺地區(qū)重要的金礦富集區(qū)之一，大地構(gòu)造位置屬西秦嶺造山帶的西北部，處在華北板塊和揚子板塊的結(jié)合部位，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，成礦條件優(yōu)越，近30年來，累計發(fā)現(xiàn)金礦(化)點80多處，其中特大型礦床2處(早子溝金礦、加甘灘金礦)、 大型礦床2處(以地南金礦、崗岔金礦)、 中型礦床5處，探明金資源量約450 t。甘肅早子溝金礦行政區(qū)劃屬甘南州合作市，1996年根據(jù)群眾報礦首次發(fā)現(xiàn)，之后通過20多年的持續(xù)勘查，查明金資源儲量超過150 t。關(guān)于早子溝金礦的成因認(rèn)識，主要有構(gòu)造蝕變巖型(呂新彪等，2009； 姜琪等，2010； 陳耀宇等，2012； 趙積珍等，2013)、微細(xì)浸染型(卡林型)(劉春先等，2011； 曹曉峰等，2012； Liuetal.，2015)和斑巖型(劉勇等，2012)。近年來，一些學(xué)者認(rèn)為早子溝及其周邊金礦床的成礦作用與巖漿熱液有關(guān)，因而將這一區(qū)域的早子溝、老豆、以地南、早仁道等金礦劃分為與中酸性侵入巖有關(guān)的金礦床(Jinetal.，2017； Suietal.，2017，2018； 李康寧等，2020a)。

黑云母是中酸性巖漿巖重要的造巖礦物，其特殊的晶體結(jié)構(gòu)和礦物化學(xué)特征能夠反映成巖環(huán)境、熱液作用、成礦元素富集及其物理化學(xué)條件等相關(guān)信息(Wones and Eugster，1965； 陳光遠(yuǎn)等，1988； Burkhard，1991； 周作俠，1991)。黑云母在早子溝金礦各類中酸性脈巖中普遍發(fā)育，包含了許多成巖成礦信息，但前人關(guān)注較少，未做過專門研究。本文在充分收集早子溝金礦勘查成果和野外調(diào)研的基礎(chǔ)上，對主要巖漿巖中的黑云母開展系統(tǒng)的化學(xué)成分研究，以揭示其形成過程中的物理化學(xué)條件及其對成巖成礦的指示意義，為找礦預(yù)測和進一步找礦勘查提供方向和理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

夏河-合作地區(qū)主要構(gòu)造線呈NW向，出露晚古生代、中生代地層，整體呈一背斜構(gòu)造。其中石炭系、二疊系分布在夏河-合作斷裂以北，石炭系為背斜核部，巖性為石英砂巖、石英長石砂巖、板巖、生物碎屑灰?guī)r等。二疊系巖性為石英長石砂巖、礫屑灰?guī)r、泥灰?guī)r等。三疊系主要分布在夏河-合作斷裂以南，為一套砂板巖互層復(fù)理石建造，局部見強烈變形的灰?guī)r。侵入巖在北部分布較多，由德合日二長花崗巖-三索瑪花崗閃長巖-德烏魯花崗閃長巖-美武花崗閃長巖等侵入體組成NW向巖漿弧，侵入巖時代集中于250～210 Ma(李康寧等，2020b)。火山巖較少，在夏河縣北部紅墻和合作市東北部德烏魯一帶分別出露白堊紀(jì)和三疊紀(jì)火山巖，白堊紀(jì)火山巖主要為溢流相的玄武巖，三疊紀(jì)火山巖分布面積較大，巖性主要為安山巖、流紋巖及其相應(yīng)的火山碎屑巖組合。區(qū)內(nèi)成礦以內(nèi)生金屬礦為主，具有明顯的分帶性： 北部為多金屬成礦帶，發(fā)育Cu、Au、Fe、W、Pb、Zn、Bi等以中高溫元素為主的礦化，礦化受巖體邊緣接觸帶及不同方向斷層交匯部位控制，礦床類型主要為熱液脈型、矽卡巖型和斑巖型，已知礦床主要有錄斗艘金礦、以地南銅金礦、德烏魯銅金礦、美武鐵礦等。南部為Au、Hg、As、Sb等中低溫元素成礦帶，礦化主要受斷裂破碎帶控制，礦床類型主要為構(gòu)造蝕變巖型和石英脈型，代表性礦床主要有早子溝金礦、加甘灘金礦、早仁道銻金礦、牙利吉銻礦等(圖1b)。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

礦區(qū)地層簡單，僅見早三疊世江里溝組，整體近南北向展布(圖2)，出露兩個巖性段： 第1巖性段為硅質(zhì)板巖、鈣質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖； 第2巖性段為硅質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖、灰?guī)r。受脈巖和構(gòu)造影響，地層變形強烈，產(chǎn)狀雜亂?；◢徺|(zhì)脈巖發(fā)育集中，主要有閃長巖脈、閃長玢巖脈、石英閃長玢巖脈、黑云母石英閃長巖脈、花崗閃長巖脈、花崗斑巖脈等。前人對早子溝金礦脈巖年齡進行了大量測定，除劉勇等(2012)獲得閃長巖脈年齡較小外，其余脈巖侵位時代的鋯石U-Pb年齡集中在249～235 Ma(隋吉祥等，2013； 第鵬飛，2018)，為印支早期，且不同巖性的時代極為接近。礦區(qū)斷裂極為發(fā)育，可大致分為NW、SN、NE、NNE、EW5向5組，其中NE、SN、NW向3組斷裂為礦區(qū)主要控礦斷裂，分別控制著NE、SN、NW向礦帶的形成與展布(陳國忠等，2013； 梁志錄等，2016)。

圖 2 早子溝金礦地質(zhì)圖(a)及85勘查線剖面圖(b)

早子溝金礦礦體受斷裂和侵入體雙重控制，目前共圈定金礦體523條，主礦體18條，礦體形態(tài)主要呈似層狀、脈狀、囊狀。NE向礦帶延長大于1 000 m，寬大于300 m，礦脈蝕變礦化強，品位高，品位、厚度在走向和傾向上呈現(xiàn)波狀分布特征，代表性礦體有Au1、Au9。SN向礦化帶延長大于1 000 m，寬大于500 m，主斷面呈舒緩波狀，陡傾角處礦體薄而貧，緩傾角處礦體厚且富，代表性礦體有Au29、Au30、Au31等。NW向礦體傾角普遍較緩，為隱伏礦體，傾向變化較大，具有環(huán)形分布的特征，形成富含Au、Sb的高品位盲礦體，代表性礦體有M4、M5、M6等。

早子溝金礦原生礦石主要有蝕變板巖型、蝕變脈巖型和石英輝銻礦型、蝕變砂巖型礦石4種。前兩種類型主要產(chǎn)于近SN向和NE向的陡傾角礦體中，后兩種類型主要產(chǎn)于NW向的緩傾角礦體中。礦石中金屬礦物主要為黃鐵礦、毒砂金、輝銻礦、金等，脈石礦物主要為石英、斜長石、黑云母、方解石和絹云母等。根據(jù)礦物共生組合和標(biāo)型特征，早子溝金礦劃分為5個成礦階段(李康寧等，2019b； 李鵬兵，2020)： ① 成礦期前相對氧化階段，形成早期硅化、赤鐵礦化、黑云母化(鉀化)； ② 成礦早期還原礦化階段，礦物生成順序為石英→黃鐵礦→毒砂→自然金，黑云母普遍發(fā)生褪色蝕變，為礦床的主要成金階段； ③ 成礦晚期弱還原礦化階段，石英-輝銻礦階段，礦物生成順序為石英→黃鐵礦→毒砂→自然金→輝銻礦，為礦床的較主要成金階段； ④ 成礦期后弱氧化礦化階段，主要為石英-碳酸鹽化階段，礦物組合及生成順序為石英→方解石→高嶺土等； ⑤ 表生期氧化階段，金屬硫化物在地表及淺部氧化成褐鐵礦、銻華等。黑云母作為蝕變脈巖型礦石的主要組成礦物，主要出現(xiàn)在成礦期前，既是巖漿巖的組成部分，也是早期面型蝕變(鉀化)的礦物學(xué)表現(xiàn)，代表了含礦巖漿活動開始。后期隨著構(gòu)造-流體作用，黑云母普遍發(fā)生褪色蝕變(絹云母化、綠泥石化、高嶺土化等)，同時伴隨著金礦的沉淀。

3 樣品采集與測試

早子溝金礦床中黑云母在各類脈巖均有出現(xiàn)，主要分布在黑云母石英閃長玢巖、黑云母石英閃長巖、花崗閃長斑巖中，黑云母呈斑晶產(chǎn)出，呈片狀或長條狀，單偏光下黃棕色到黃褐色，具有明顯的多色性，節(jié)理發(fā)育，解理完全，粒徑為 0.2～1.0 mm。巖漿黑云母與熱液黑云母手標(biāo)本難以區(qū)分，在鏡下，巖漿黑云母常呈黃棕色，半自形，熱液黑云母呈黑色，半自形-它形，彌散狀或沿巖漿黑云母邊緣、解理分布。蝕變較強，被后期的綠泥石、絹云母等交代，晶形具有裂片、散口、扭曲等特征，常呈交代殘余、破布狀； 部分黑云母可見硫化物、氧化物析離體(圖3)。

圖 3 早子溝金礦黑云母照片

本次用于研究的黑云母分別采自蝕變較弱的黑云母石英閃長玢巖(DZ32)、黑云母閃長玢巖(DZ33)、黑云母石英閃長巖(DZ34)。測試工作由南京宏創(chuàng)地質(zhì)勘查技術(shù)服務(wù)有限公司完成，儀器型號為JEOL JXA8300 型電子探針儀，檢測限100×10-6～300×10-6。標(biāo)樣采用鈉長石(Na、Al、Si)、橄欖石(Mg)、鎂橄欖石(Fe)、磷灰石(P、Ca)、硅灰石(Mn)、金云母(K)和金紅石(Ti)。黑云母的Fe2+、Fe3+值由林文蔚等(1994)給出的待定陽離子數(shù)法計算得到，黑云母陽離子數(shù)以22個氧原子為基礎(chǔ)計算，電子探針數(shù)據(jù)分析處理、參數(shù)計算主要采用Geokit軟件(路遠(yuǎn)發(fā)，2004)完成。早子溝脈巖黑云母電子探針分析數(shù)據(jù)及相關(guān)參數(shù)見表1。

表 1 早子溝金礦黑云母電子探針成分表 wB/%

續(xù)表 1 Continued Table 1

4 礦物化學(xué)特征

通過分析電子探針數(shù)據(jù)(表1)可以看出，DZ34-03(后面數(shù)據(jù)統(tǒng)計及計算均不包含此數(shù)據(jù))可能受風(fēng)化、蝕變等影響較為嚴(yán)重，表現(xiàn)出明顯的高硅鋁鈣、低鐵鎂鉀的特征，其他黑云母數(shù)據(jù)較為均一： 黑云母中FeOt含量為19.71%～29.84%，平均21.88%； MgO含量為9.54%～13.51%，平均10.38%。Fe2+/(Mg+Fe2+)值為0.49～0.57，平均0.54，變化幅度較小，說明受后期流體改造作用的影響較少(Stone，2000； 張有軍等，2015)。此外，脈巖中黑云母CaO含量極低，大多未檢出，基本不受后期流體熱液蝕變(碳酸鹽化、綠泥石化)影響(Santosh and Manjari，2010)，表明早子溝脈巖中的黑云母絕大多數(shù)產(chǎn)生于原生巖漿結(jié)晶作用。在10 TiO2-FeO*-MgO(FeO*=FeOt+MnO)三角分類圖解(Nachitetal.，2005)中，絕大多數(shù)黑云母都落在巖漿黑云母的范圍內(nèi)(圖4a)，只有3個點落在新生黑云母中，說明有少量熱液黑云母形成。在黑云母的Mg-(AlⅥ+Fe3++Ti)-(Fe2++Mn)分類圖解(Foster，1960)中，黑云母成分投點均落在鎂質(zhì)黑云母和鐵質(zhì)黑云母的分界線附近(圖4b)，黑云母閃長玢巖脈中的黑云母趨向鎂質(zhì)黑云母，黑云母石英閃長巖脈中的黑云母則趨向鐵質(zhì)黑云母。

黑云母化學(xué)成分圖解(圖5)顯示，F(xiàn)et與Mn呈現(xiàn)正相關(guān)性，F(xiàn)et、Mn值與Mg值呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性。黑云母結(jié)晶過程中Mg、Fet相對于Al有著不一樣的地球化學(xué)行為，在不同巖漿體系中形成不同種類的黑云母，其置換方式有3 Mg2+? 2 Al3+、2 Al3+? 3 Fe2+、Mg2+?Fe2+(Abdel-Raham，1994； 郭耀宇等，2015)。在巖漿演化的過程中，Mn2+的濃度較低，一般以類質(zhì)同像的方式替代Fe2+、Mg2+進入造巖礦物中(劉英俊等，1984)。黑云母元素協(xié)變圖解表明在其結(jié)晶過程中Mg2+、Fe2+之間可能發(fā)生置換反應(yīng)，而Mg則被Mn以類質(zhì)同像替代。

圖 4 早子溝金礦黑云母10 TiO2-FeO*-MgO判別圖解(a，底圖據(jù)Nachit et al.，2005)和Mg-(AlⅥ+Fe3++Ti)-(Fe2++Mn)分類圖(b，底圖據(jù)Foster，1960)

圖 5 早子溝金礦黑云母主要陽離子協(xié)變圖解

5 討論

5.1 巖漿結(jié)晶的物理化學(xué)條件

5.1.1 溫度與壓力

實驗研究表明，黑云母中Ti 含量與溫度密切相關(guān)，Henry 等(2005)等通過研究建立了一個黑云母溫度計的經(jīng)驗公式：t= {[ln(Ti)-a-c(XMg)3]/b}0.333，式中：XMg=Mg/(Mg+Fet)，a=-2.359 4，b=4.648 2×10-9，c=-1.728 3，XMg=0.275～1.000，Ti=0.04～0.60。其中，Ti是以22個氧原子為基礎(chǔ)計算出的黑云母中Ti的陽離子數(shù)，t為溫度(℃)。計算獲得早子溝金礦脈巖中巖漿黑云母的結(jié)晶溫度介于776.61～799.69℃之間，平均為788.92℃。

Uchida等(2007)通過研究發(fā)現(xiàn)花崗質(zhì)巖石的固結(jié)壓力與黑云母全鋁含量有很好的正相關(guān)性，并建立了黑云母壓力計：p=303 AlT-653。其中，p為壓力(MPa)，AlT為以22個氧原子為基礎(chǔ)計算出的黑云母中AlⅥ、AlⅣ的總數(shù)。據(jù)此估算早子溝金礦脈巖中巖漿黑云母結(jié)晶的壓力為131～283 MPa。侵位深度采用p=ρgh進行換算，其中ρ=2.7 g/cm3，g=9.8 m/s2，得出侵位深度h=4.76～10.29 km，平均為5.75 km。

5.1.2 氧逸度

氧逸度是影響巖漿作用和成礦過程的另一種重要參數(shù)，可以利用花崗巖中與磁鐵礦、鉀長石共生的黑云母的Fe2+、Mg2+和Fe3+來大致計算氧逸度(Wones and Eugster，1965； Wones，1989)。早子溝金礦脈巖中主要副礦物為磁鐵礦，滿足應(yīng)用條件。在黑云母Fe2+-Mg2+-Fe3+圖解中(圖6a)，早子溝金礦脈巖中的巖漿黑云母落在NNO 緩沖線附近，靠近FQM緩沖線，顯示相對較高的氧逸度。在207 MPa條件下，基于黑云母穩(wěn)定度[Fe/(Fe+Mg)]的lgfO2-t圖解中(圖6b)，早子溝脈巖中黑云母lgfO2大致為-14～-12，深成巖(黑云石英閃長巖)氧逸度低于淺成巖?；赪ones(1989)提出的氧逸度計算公式，計算出的巖漿黑云母lgfO2為-14.85～-13.11，平均-14.10，與上述投圖結(jié)果基本一致。

5.2 巖石成因

利用巖漿巖中黑云母的化學(xué)成分變化特征，可以反演推斷巖石的來源和形成環(huán)境(周作俠，1988； Zhangetal.，2016； 吳歡歡等，2019)。造山帶鈣堿性巖石(I型)中的黑云母相對富鎂，過鋁質(zhì)型花崗巖(S型)中的黑云母相對富鋁，而非造山型花崗巖(A型)中的黑云母則明顯富鐵(Abdel-Rahman，1994； Huangetal., 2014)。在黑云母的Mg-(AlⅥ+Fe3++Ti)-(Fe2++Mn)分類圖解上投點結(jié)果表明，黑云母閃長玢巖黑云母趨向鎂質(zhì)，黑云母石英閃長巖黑云母趨向鐵質(zhì)，具有I、S過渡特征。黑云母的氧化系數(shù)和鎂質(zhì)率Mg#也可作為劃分I型與S型花崗巖的依據(jù)，前者中黑云母具有較高的Mg#(0.384～0.626)及氧化系數(shù)(0.121～0.252)，而后者的則較低(徐克勤等，1986)。早子溝金礦脈巖中黑云母的氧化系數(shù)為0.10～0.15，平均值為0.14，Mg#為0.43～0.51，平均值為0.46，更具有I型花崗巖特點。

圖 6 黑云母氧逸度Fe2+-Mg2+-Fe3+圖解(a)和lg fO2-t圖解(b)(據(jù)Wones and Eugster，1965)

黑云母中元素含量尤其是Mg含量與花崗巖的形成有很大關(guān)系： 典型的幔源花崗巖黑云母中MgO>15%，殼源花崗巖黑云母中MgO<6%(丁孝石，1988)。早子溝金礦脈巖中黑云母MgO為9.54%～13.52%，平均10.38%，應(yīng)屬于殼?；旌衔镔|(zhì)來源。在黑云母的FeOt/(FeOt+ MgO)-MgO 圖解上(周作俠，1988)(圖7)，早子溝脈巖中的黑云母成分落于殼?；煸磪^(qū)，并形成較明顯的混合趨勢線，反映了該巖體殼幔混源的成因特征。

利用黑云母FeO、MgO、 Al2O3含量進一步約束其形成的構(gòu)造環(huán)境(Abdel-Raham，1994)，在Al2O3-FeO圖解(圖8a)中，樣品比較分散，但均未落入非造山的堿性巖區(qū)域； MgO-FeO圖解(圖8b)、F2-F1圖解(圖8c)、MgO-FeO-Al2O3圖解(圖8d)均得出較為一致的結(jié)果： 早子溝金礦脈巖中黑云母數(shù)據(jù)絕大多數(shù)落入造山帶鈣堿性區(qū)，與研究區(qū)脈巖均屬鈣堿性(劉勇等，2012； 陳國忠等，2012； 龔全勝等，2019)的特征一致。

圖 7 黑云母源區(qū)FeOt/(FeOt+MgO)-MgO判別圖(據(jù)周作俠，1988)

圖 8 黑云母構(gòu)造環(huán)境判別圖解(據(jù)Abdel-Rahman，1994)

5.3 成礦指示

西秦嶺地區(qū)在三疊紀(jì)發(fā)生了大規(guī)模的俯沖造山運動，為Au、Cu等內(nèi)生金屬成礦提供了有利條件(李康寧等，2020b)，早子溝脈巖物質(zhì)來源具有殼?；煸刺卣?。區(qū)域上金礦與脈巖具有空間上相伴、時間上相繼、物質(zhì)來源相似等特點，為同一巖漿-構(gòu)造旋回演化的產(chǎn)物(殷勇，2011)。礦體與脈巖同構(gòu)造或相鄰平行構(gòu)造產(chǎn)出，部分脈巖就是礦體，進一步說明了脈巖與金礦之間可能為協(xié)同演化關(guān)系(李康寧等，2019a)。早子溝金礦脈巖化學(xué)成分顯示中偏酸性，但暗色礦物基本全為黑云母，表明巖漿是在較高的水分壓下結(jié)晶，間接反映了深部巖漿源是更加富水的，這也是礦床形成的有利因素。同位素和流體包裹體研究也表明，早子溝金礦金礦化與地?；蛏畈繋r漿作用密切相關(guān)(隋吉祥等，2013； 王濤等，2018； 李康寧等，2019b)，更加說明了早子溝金礦與脈巖關(guān)系密切，均為深部殼幔相互作用演化的系列產(chǎn)物。

早子溝脈巖中黑云母的結(jié)晶溫度約776.61～799.69℃(平均788.92℃)，結(jié)晶壓力為131～283 MPa(平均157 MPa)，對應(yīng)的成巖深度為4.76～10.29 km(平均5.7 km)，氧逸度為-14.48～-13.11(平均-14.10)，說明脈巖形成于相對高溫、高氧逸度、低壓的環(huán)境，是對金成礦有利的侵入體(劉詩文，2015)。黑云母作為層狀礦物，Au、Cu、S、Fe等成礦物質(zhì)富集其中，其礦物化學(xué)特征對成礦有良好的指示意義(劉彬等，2010； 黎敏剛，2020)。富鎂黑云母巖漿巖與Au、Cu、Mo成礦作用密切相關(guān)，Au既具化學(xué)惰性，又具化學(xué)活性，在高壓下遷移，低壓下沉淀，高溫下遷移，低溫下沉淀； 巖漿源較深，上升定位較淺，溫度較高的淺部環(huán)境有利于金礦化(陳光遠(yuǎn)等，1993； 劉詩文，2015)。同時Au又是親Fe元素，在巖漿熱液礦床形成過程中，還原條件下Au以Au0分散在暗色礦物中，不進入殘余巖漿溶液，對金礦化不利； 氧化條件下，Au以離子狀態(tài)進入殘余巖漿溶液，隨硫化物氧化，富集于熔體相中，最終進入流體相，有利于其成礦(Halteretal.，2005；蔣少涌等，2009)。

6 結(jié)論

(1) 西秦嶺早子溝金礦中黑云母絕大多數(shù)為原生巖漿成因的黑云母，Si、Al、Ca含量較高，F(xiàn)e、Mg、K含量較低。黑云母石英閃長玢巖中黑云母趨向鎂質(zhì)黑云母，黑云母石英閃長巖中黑云母趨向鐵質(zhì)黑云母。

(2) 黑云母的結(jié)晶溫度為776.61～799.69℃，平均為788.92℃，結(jié)晶壓力131～283 MPa，侵位深度4.76～10.29 km，平均深度為5.71 km，具有高溫低壓、中深成的特點。

(3) 早子溝金礦中黑云母為殼?；煸葱?，形成于造山帶鈣堿性花崗巖中。礦區(qū)中酸性脈巖富含黑云母，具有較高溫度、氧逸度，加之富水、層狀結(jié)構(gòu)的礦物特性，為金礦化形成的提供了有利條件。

致謝感謝中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心程志中研究員、龐振山教授級高級工程師的長期指導(dǎo)，感謝甘肅省地礦局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院李鵬兵高級工程師、田向盛高級工程師以及早子溝金礦朱銳工程師等在野外調(diào)研和項目實施過程中提供幫助。