山东蓬莱石家金矿床含金黄铁矿微量元素地球化学特征及其对成矿流体的约束.pdf
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1、DOI:10.12401/j.nwg.2023030山东蓬莱石家金矿床含金黄铁矿微量元素地球化学特征及其对成矿流体的约束冯李强1,2,顾雪祥2,3,*,章永梅2,3,张英帅2,王鹏飞1,颜宏伟1,王大伟1(1.中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心,北京100055;2.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院,北京100083;3.中国地质大学(北京)地质过程与矿产资源国家重点实验室,北京100083)摘要:石家金矿床是位于胶东蓬莱栖霞成矿带北段的一个石英脉型金矿床,其成矿过程大致可以分为石英黄铁矿绢云母阶段()、石英多金属硫化物金阶段()和石英方解石萤石阶段()。为探讨石家金矿床成矿流体的性
2、质,采用电感耦合等离子质谱仪(ICPMS)技术,对石英多金属硫化物金阶段与自然金共生的黄铁矿开展微量元素分析。结果表明,黄铁矿富集Cu、Pb、Zn 等亲硫元素,并且主要以矿物包裹体的形式赋存于黄铁矿中。稀土元素总量较低(REE 值 为 2.5510620.94106),呈 现 出 轻 稀 土 元 素 富 集、重 稀 土 元 素 亏 损 的 配 分 模 式,LREE/HREE 与(La/Yb)N值分别为 16.1552.12 和 18.26481.62。黄铁矿表现出显著的 Eu 负异常(Eu 值为 0.160.62)而无明显 Ce 异常(Ce 值为 0.891.33),Hf/Sm、Th/La、N
3、b/La 值均小于 1。结合前人流体包裹体的研究,认为黄铁矿是在流体不混溶的作用下,从富 Cl 的还原性流体中沉淀的。Y/Ho、Zr/Hf、Nb/Ta 值变化范围大,暗示成矿过程中热液体系受到了干扰,可能有大气降水的加入。Co、Ni 含量和 Co/Ni 值显示黄铁矿为热液成因,成矿流体具有变质热液的特点,可能与富集岩石圈地幔的去挥发分作用有关。关键词:黄铁矿;稀土元素;微量元素;成矿流体;石家金矿床;胶东中图分类号:P618.51;P578.2+92 文献标志码:A文章编号:1009-6248(2023)05-0262-16Trace Element Geochemical Character
4、istics of GoldBearing Pyrite from the Shijia Gold Deposit inPenglai,Shandong Province and Its Constraints on OreForming FluidsFENG Liqiang1,2,GU Xuexiang2,3,*,ZHANG Yongmei2,3,ZHANG Yingshuai2,WANG Pengfei1,YAN Hongwei1,WANG Dawei1(1.Command Center of Natural Resources Comprehensive Survey,China Geo
5、logical Survey,Beijing 100055,China;2.School of EarthSciences and Resources,China University of Geosciences,Beijing 100083,China;3.State Key Laboratory of Geological Processes andMineral Resources,China University of Geosciences,Beijing 100083,China)Abstract:The Shijia gold deposit is a quartzvein t
6、ype gold deposit located in the north of the PenglaiQixiagold belt in Jiaodong.The mineralization process of Shijia can be roughly divided into quartzpyritesericite(I),收稿日期:2022-12-24;修回日期:2023-02-23;责任编辑:姜寒冰基金项目:国家自然科学基金重点项目“新疆西天山北缘晚古生代斑岩矽卡岩型铜钼铁多金属成矿与岩浆热液作用过程”(42130804),中国地质调查局地质调查专项“全国金矿勘查成果集成与战略选
7、区”(DD20230374)联合资助。作者简介:冯李强(1991),男,工程师,主要从事矿床学及矿床地球化学研究。Email:fengliqiang_。*通讯作者:顾雪祥(1963),男,教授,博士生导师,主要从事矿床学与矿床地球化学研究。Email:xuexiang_。第 56 卷 第 5 期西 北 地 质Vol.56No.52023 年(总 231 期)NORTHWESTERN GEOLOGY2023(Sum231)quartzpolymetallic sulfidegold(II)and quartzcalcitefluorite(III)stages.The rare earth el
8、ement(REE)andtrace elements of pyrite coexisting with natural gold in the quartzpolymetallic sulfidegold stage was analyzedby inductively coupled plasma mass spectrometry(ICPMS)to discuss the properties of oreforming fluids inthe Shijia gold deposit.Results show that pyrite is relatively enriched in
9、 sulphophile elements such as Cu,Pb,Zn,and mainly occurs in pyrite in the form of mineral inclusions.The contents of REE in pyrite are relativelylow,enriched in LREE,and depleted in HREE,with REE,LREE/HREE values and (La/Yb)N values of2.5510620.94106,16.1552.12 and of 18.26481.62,respectively.Pyrite
10、 shows significant negative Euanomalies(Eu=0.160.62)but no obvious Ce anomalies(Ce=0.891.33),and Hf/Sm,Th/La,Na/La ratiosare all less than 1.Combined with previous studies of fluid inclusions,it is indicating that pyrite is precipitatedfrom a reducing fluid dominated by Clenriched under the mechanis
11、m of fluid immiscibility.The wide varia-tion range of Y/Ho,Zr/Hf,and Nb/Ta ratios suggests that the hydrothermal system was disturbed during themineralization process,which may be related to the addition of meteoric water.The contents of Co and Ni andthe Co/Ni values indicate that the pyrite is of h
12、ydrothermal origin,and the oreforming fluids are presumed to besimilar to the metamorphic fluid which may be associated with the devolatilization of the enriched lithosphericmantle.Keywords:pyrite;rareearth elements;trace elements;oreforming fluids;Shijia gold deposit;Jiaodong 位于华北克拉通东南缘的胶东半岛是中国最重要的
13、金矿集区和黄金产地,目前已发现大小金矿床百余处,探明的黄金储量超过 5 000 t,约占全国的 1/3(宋明春等,2020)。目前,针对胶东的金矿床已开展了诸多研究,但在成矿流体性质和来源等方面还未达成统一认识。前人根据流体包裹体、同位素等方法探讨了胶东金矿床成矿流体的来源,提出成矿流体来源于古太平洋板块及其上覆沉积物变质脱水、岩浆水、富集岩石圈地幔去挥发分等认识(Goldfarb et al.,2014;Li etal.,2015;Deng et al.,2020)。上述争议在一定程度上导致了对胶东金矿床成因认识的不同。因此,开展成矿流体性质的研究,对于阐明胶东地区金矿床的成因机制具有重要的
14、理论价值。黄铁矿是地壳中最丰富的金属硫化物,也是绝大多数金属矿床中最为常见的矿石矿物,尤其是在金矿床中常作为载金矿物出现。通常,黄铁矿中会含有Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Co、Ni、As、Sb 等多种微量元素。这些微量元素主要以类质同象或者机械混入物的形式存在于黄铁矿中,并且往往是在黄铁矿结晶过程中从流体中捕获的,其含量受控于成矿流体的成分和物理化学条件(申俊峰等,2013)。对现代海底热液系统的研究则表明硫化物具有与热液流体相似的稀土元素特征(Mills et al.,1995)。因此,黄铁矿中的微量元素和稀土元素特征在确定矿床成因、限定成矿物质来源、探讨流体演化以及找矿勘查等方面意义重大
15、(Bralia et al.,1979;Large et al.,2009)。目前,黄铁矿微量元素已成为探讨金矿成矿机制的有效地球化学工具,并在胶东金矿床成矿流体研究中得到广泛应用(郭林楠等,2019;李杰等,2020;邱志伟等,2022)。位于胶东蓬莱栖霞成矿带北段的石家金矿床是一个储量大于 10 t 的中型石英脉型金矿床。前人在矿床地质、成矿时代和成矿预测等方面对石家金矿床开展了相关研究(Feng et al.,2020;张英帅等,2021),但在成矿流体方面还较为薄弱。黄铁矿是石家金矿床最主要的载金矿物,与自然金关系密切。笔者在野外地质调查和矿相学观察的基础上划分成矿阶段,利用电感耦合等
16、离子质谱(ICPMS)技术对主成矿阶段与自然金共生的黄铁矿开展了微量元素分析,探讨成矿流体性质与来源,以期为胶东金矿集区成矿流体研究提供一定的资料。1区域地质背景胶东半岛在大地构造位置上位于华北克拉通东南缘(图 1a),西侧与鲁西地体相毗邻,两者之间以NNE 向的郯庐断裂为界(范宏瑞等,2016)。以五莲烟台断裂为界,胶东半岛可以划分为胶北地体和苏鲁地体两个构造单元(图 1b),其中胶北地体由胶北隆起和胶莱盆地组成。在岩石建造上,胶北隆起主要由前寒武纪变质基底和中生代的岩浆岩组成(Tang et al.,第 5 期冯李强等:山东蓬莱石家金矿床含金黄铁矿微量元素地球化学特征及其对成矿流体的约束2
17、63 Ar 3Pt f1K l1K q1QQQAr j3渤海QK 1J 3HtHtAr 3Ar 3Ar 3Ar 3Ar 3K 1K 1K 1K 1K 1K 1K 1Pt p3Pt p3Pt j1Pt f1K 1西林断裂西林断裂肖古家断裂肖古家断裂虎路线断裂虎路线断裂西硼断裂西硼断裂黑岚沟黑岚沟河西河西石家石家Q第四系Pt j1古元古界荆山群Pt p3新元古界蓬莱群Pt f1古元古界粉子山群K q1下白垩统青山群K l1下白垩统莱阳群早白垩世郭家岭含角闪石二长花岗岩晚侏罗世玲珑二长花岗岩古元古代花岗岩新太古代花岗岩新太古代变质辉长岩新太古代英云闪长岩片麻岩K 1早白垩世辉绿岩脉K 1早白垩世煌斑
18、岩脉K 1早白垩世正长斑岩脉金矿脉地质界线断层构造断裂带金矿床研究区01 km早白垩世郭家岭含黑云母二长花岗岩Ar j3新太古界胶东群平度即墨海阳黄海威海牟平烟台渤海苏鲁地体胶莱盆地胶北隆起三山岛焦家玲珑乳山郯庐断裂招平断裂莱阳石岛花岗岩栖霞断裂桃村断裂牟平-即墨断裂荣城断裂威海断裂牟平-乳山断裂海阳-青岛断裂五莲-烟台断裂海阳-石岛断裂焦家断裂三山岛断裂白垩纪火山岩中生代沉积岩新元古代变质岩超高压变质岩古元古代变质岩新太古代变质岩早白垩世晚期花岗岩早白垩世早期花岗岩早侏罗世花岗岩三叠纪花岗岩断裂蚀变岩型金矿床石英脉型金矿床蚀变砾岩型金矿床030 km图1c招远-莱州金矿带蓬莱-栖霞成矿带牟平
19、-乳山成矿带华北克拉通西部陆块东部陆块苏鲁地体扬子克拉通中部碰撞带郯庐断裂0400 km秦岭-大别造山带图1babc图 1胶东半岛大地构造位置图(a)(据 Zhao et al.,2005 修改)、胶东金矿集区金矿床分布图(b)(据 Deng et al.,2020 修改)、大柳行地区地质简图(c)(据 Feng et al.,2020 修改)Fig.1(a)Tectonic location of the Jiaodong Peninsula,(b)geological map showing the distribution of gold depositsin the Jiaodong
20、Peninsula and(c)regional geological map of the Daliuhang area.264西北地质NORTHWESTERN GEOLOGY2023 年2007;Jahn et al.,2008),胶莱盆地则是中生代形成的裂陷盆地,被白垩纪的陆相碎屑沉积岩和火山沉积序列所覆盖(任凤楼等,2008)。苏鲁地体是秦岭桐柏大别山造山带的东延部分,出露的主体岩性为超高压变质岩(以花岗片麻岩为主)和中生代未变质的花岗岩(孔庆波,2009;刘福来等,2009;续海金等,2013)。侵位于前寒武纪变质基底和超高压变质带中的花岗岩在时代上以晚侏罗世和早白垩世为主,此外还有
21、少量的晚三叠世花岗岩(范宏瑞等,2016)。石家金矿床所处的大柳行地区在大地构造位置上处于华北克拉通东南缘的胶北隆起(图 1b),区内出露的地层以前寒武纪变质基底为主,由老到新包括新太古界胶东群(Ar3J)斜长角闪岩、黑云变粒岩以及磁铁石英岩,古元古界荆山群(Pt1j)二云片岩、黑云片岩夹黑云变粒岩、透辉岩,粉子山群(Pt1f)黑云变粒岩、白云大理岩、片岩,以及新元古界蓬莱群(Pt3p)板岩、千枚岩、大理岩。中生界仅在南部小面积分布,由下白垩统莱阳群(K1l)和青山群(K1q)组成,岩性组合分别为长石砂岩、粉砂岩、砾岩和安山质角砾岩夹凝灰岩、砾岩(图 1c)。区内断裂构造发育,以 NNE、NE
22、 走向为主,次为NW 向和 NWW 向。其中,NNE、NE 向断裂是区内最主要的控矿构造,控制区内金矿床(点)的分布。虎路线断裂是区内规模最大的断裂,全长为 25 km,宽数米至数十米,走向为 2025,倾向 SE,倾角为 4879。其余规模较大的断裂包括 NNE 向肖古家断裂、NW 向西硼断裂以及近 NWW 向西林断裂等。区内岩浆岩广布,以中生代侵入岩为主,包括晚侏罗世玲珑花岗岩和早白垩世郭家岭花岗岩。玲珑花岗岩夹持于虎路线断裂与肖古家断裂之间,岩性包括含斑粗中粒二长花岗岩和弱片麻状细中粒含石榴二长花岗岩;郭家岭花岗岩出露于虎路线断裂以西,主要岩性包括斑状粗中粒含角闪石花岗闪长岩、似斑状中细
23、粒含角闪石二长花岗岩和似斑状中细粒含黑云二长花岗岩。年代学研究表明,玲珑花岗岩与郭家岭花岗岩分别侵位于 165150 Ma 和 130126 Ma(Yang et al.,2012,2014)。新太古代和古元古代侵入岩在研究区南部呈小范围的岩株出露,岩性分别为细粒变辉长岩、含角闪黑云英云闪长质片麻岩和细粒变辉长岩、细粒黑云二长花岗岩。中生代脉岩亦较发育,包括花岗伟晶岩脉、煌斑岩脉、辉绿岩脉以及花岗斑岩脉,主要侵位于 130120 Ma(Feng et al.,2020)。2矿床地质特征整个石家矿区被中生代花岗岩所覆盖,并且以发育一系列近平行展布的 NNE 向断层为特征(图 2a)。1、326
24、和 334 号矿脉是石家矿区内规模最大的 3 条矿脉,占矿石储量的 98%以上。3 条矿脉近平行、等间距赋存于郭家岭二长花岗岩之中,并且由于矿化不连续又可以分成多个支矿体(图 2b、图 2c)。这些矿体长为 2501 010 m,宽为 0.152.30 m,矿石 Au 品位为1.0273.9 g/t,平均为 6.74 g/t。矿体的产出受 NNE 向断裂严格控制,走向为 20345,倾向 E,倾角陡立,为 5690。此外,在555 m 标高以下,还存在 2 条盲矿体(M1、M2),整体产状与 1、326、334 号脉相似。矿石类型包括石英脉型和蚀变岩型两类。石英脉型矿石是最主要的矿石类型,表现
25、为宽 1020 cm的石英硫化物脉(图 3a、图 3b);蚀变岩型矿石分布于石英脉型矿石的两侧,厚度几厘米至数十厘米不等,主要由黄铁绢英岩化花岗岩组成(图 3C)。矿石中主要金属矿物包括黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、黄铜矿以及自然金,非金属矿物主要包括石英、钾长石、方解石以及少量的萤石、绿泥石、绿帘石等。常见的矿石构造包括脉状、角砾状、块状、浸染状、条带状、梳状及晶洞状等构造;矿石结构为结晶结构、交代结构、包含结构以及固溶体分离结构(图 3)。围岩蚀变发育,主要蚀变类型包括硅化、硫化物化、钾长石化、绢云母化、碳酸盐化以及少量的绿泥石化、绿帘石化等(图 4a图 4e),并且在空间上表现出一定的分带性。
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