黔东南扒草金矿微量和稀土元素特征及其意义

申浩原，张 均，谢 辉，刘安璐

(中国地质大学资源学院，武汉 430074)

黔东南扒草金矿微量和稀土元素特征及其意义

申浩原，张 均，谢 辉，刘安璐

(中国地质大学资源学院，武汉 430074)

扒草金矿产于黔东南下江群浅变质岩系中，是近年来新发现的金矿床。文章对其赋矿地层、蚀变围岩、不同成矿期石英脉的微量和稀土元素进行了研究。研究结果表明，赋矿地层与蚀变围岩的微量、稀土元素特征无差异。石英脉的稀土、微量含量低于地层和蚀变围岩，但其稀土元素配分模式、微量元素配分模式总体上与地层和蚀变围岩相似；所有样品在稀土元素三组分图中的投影均处于同一位置。不同成矿期石英脉对比发现，成矿早期石英脉的稀土配分模式与地层及蚀变围岩一致，而晚期石英脉的稀土元素配分模式发生了一些变化。即从早期到晚期，石英脉中W元素含量迅速降低，而V、Cr元素含量升高，特征值δTb、δTm由正异常变为负异常；微量元素曲线呈现地层、蚀变岩中的Sr均表现为负异常，而石英脉中大部分表现为Sr的正异常，少部分表现为负异常；石英脉的w(Y)/w(Ho)值与区域变质岩相似，但部分样品偏离区域变质岩的范围。总体认为，成矿物质主要来自于浅变质岩系，成矿流体主要为变质流体，但在晚期可能有其它流体的加入；石英脉富含LREE的同时富集部分HFSE，w(Th)/w(La)、w(Nb)/w(La)、w(Hf)/w(Sm) 值均小于1，表明成矿流体为Cl->F-的流体体系；特征值δEu负异常、δCe无异常和w(Th)/w(U)值大于1.25，表明扒草金矿的成矿环境为还原环境。

微量元素；稀土元素；成矿流体；成矿物质；扒草金矿；贵州省

0 引言

黔东南扒草金矿位于贵州省天柱县城东南约18 km处，是近年来新发现的热液型金矿床。此矿床与黔东南地区常见的石英脉型金矿床有所不同，其矿脉除顺层石英脉外还发育有走向NW的切层含矿石英脉和产于倾向SE的断裂中的含金石英脉，研究扒草金矿具有较大的找矿意义。前人对扒草金矿床的研究资料较少，仅见到刘坤[1]对顺层石英脉做过一些研究。矿床的成矿物质、成矿流体、成矿环境等方面尚不清楚，因此对扒草金矿展开研究是十分必要的。

在矿床研究中，微量和稀土元素被广泛用于示踪成矿物质来源、反演成矿过程、探讨成矿流体性质、成矿条件及矿床成因等[2-8]。本文将对扒草金矿的赋矿地层、蚀变围岩、不同类型石英脉的微量和稀土元素特征展开研究，试图查明矿床的成矿物质来源、成矿流体性质及成矿环境，希望能对扒草金矿及黔东南地区金矿的研究工作有所帮助。

1 矿床地质概况

图1 扒草金矿床地质简图(据资料[10-12]改绘)Fig.1 Simplified geological map of pacao gold deposit1.第四系；2.平略组第一段；3.清水江组第二段第二亚段;4.清水江组第二段第一亚段；5.石英脉；6.背斜；7.向斜；8.正断层；9.平移断层；10.性质不明断裂；11.地层界限；12.不整合界限;13.研究区

黔东南地区地处扬子陆块与华南加里东褶皱带的结合部，其在地质历史上经历了雪峰、加里东、海西-印支和燕山-喜马拉雅等多次构造运动。雪峰运动时期在此区形成一系列的NE向、NNE向以及近EW向的褶皱和断裂，基本上奠定了区内EW向和NE向的构造格局[9]。区域出露地层为中新元古界四堡群、下江群浅变质岩系，岩性为片岩、板岩及少量的变凝灰岩等，其中含金层位有番召组、清水江组、隆里组、平略组。

扒草金矿区内出露地层主要为新元古界下江群清水江组第二段(Pt3q2)、下江群平略组第一段(Pt3p1)，岩性为变余粉砂岩、变余凝灰质粉砂岩、砂质板岩、含粉砂质板岩、绢云母板岩等。此外，在河床及低洼处还有一些第四系(Q)残积物等(图1)。清水江组第二段(Pt3q2)按其岩性组合又分为清水江组第二段第一亚段(Pt3q2-1)和清水江组第二段第二亚段(Pt3q2-2)。

区内发育有褶皱和断裂构造。褶皱仅有天华山背斜；位于矿区中部偏北，背斜轴呈SW-NE向延伸，轴部为清水江组第二段第一亚段(Pt3q2-1)，北西翼、南东翼为清水江组第二段第二亚段(Pt3q2-2)，北西翼倾角30°～58°，南东翼倾角10°～40°。断裂构造有F1、F2、F3三条。F1即溪口断裂，属NW向左行平移区域性断裂，其明显错断NE向的构造；F2、F3为性质不明断层，规模较小，无矿化现象。此外，还广泛发育有NW向的密集节理。

扒草金矿床为石英脉型金矿，含金石英脉有M1—M6多条。M1、M2、M3为顺层石英脉，分布在天华山背斜北西翼地层中；M4、M6为发育于NW走向密集节理中的含金石英脉，单脉厚度3～5 cm，俗称“吊线脉”，以多条脉在一起的形式密集产出。此外，产状为140°～160°∠40°～60°的小断裂中也发育有含金石英脉，脉厚3～15 cm左右。野外观察发现，顺层石英脉先形成，吊线脉及断层中的石英脉后形成，此后又有层间剪切运动(图2)。

图2 不同类型的石英脉Fig.2 Different types of quartz veinsa.密集产出的北西向石英脉；b.顺层石英与吊线脉之间的关系

金以自然金和金银矿的形式产出，多赋存在石英脉内部裂隙中，少量以包裹金的形式分布于黄铁矿或毒砂颗粒中。硫化物含量较少，总体的硫化物体积分数<5%，以毒砂为主，次为黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、白铁矿、黄铜矿。非金属矿物以石英为主，有少量的绢云母、方解石。矿石组构表现为脉状构造、脉状穿插构造、条带状构造、晶洞构造、角砾状构造、块状构造，自形粒状结构、半自形粒状结构、网状结构、交代残余结构、压碎结构、解理结构、脉粒状结构等特征。

2 样品采集与处理方法

本次工作采集了背斜轴部顺层脉(样号：PC2-4-2、PC2-4-8)及其上下盘围岩(样号：PC2-4-1、PC2-4-7，PC2-4-3、PC2-4-10)、北西走向吊线脉(样号：PC2-2-3)及其上下盘围岩(样号：PC2-2-2、PC2-2-4)、断层中的石英脉(样号：TF-10)及其上下盘围岩(样号：TF-9、TF-11)共计12个样品进行稀土及微量元素测试分析，测试单位为广州澳实矿物实验室，所用方法的代码为ME-MS81。此外，本次研究还引用前人对扒草金矿的北西翼顺层石英脉、蚀变围岩、地层的8个样品(样号：BC-1—BC-5、BC-7—BC-9)分析数据，共计有20个样品数据。样品测试结果，以及引用前人数据如表1所述。

3 微量和稀土元素特征

3.1 微量元素特征

扒草金矿的微量元素测试结果见表1，微量元素质量分数比上地壳微量元素质量分数的蛛网图如图3所示。可以看出，总体上蚀变围岩及地层中的微量元素含量(除Sr、W外)与上地壳相近，但石英脉的微量元素含量低于上地壳。蚀变围岩、地层在图中的配分曲线一致，而与石英脉的分配曲线形成明显的分区现象，但所有样品的曲线模式基本一样，表明成矿物质来主要自浅变质碎屑岩系。

Rb、Ba与Sr为典型的大离子亲石元素，通常与低温热液沉积作用相关联。配分曲线中Rb、Ba元素在地层、蚀变围岩、石英脉中均无异常。Sr元素在地层和蚀变围岩中的富集系数小于1，配分曲线中表现出强烈的亏损；在石英脉中，少部分样品Sr的曲线形式与地层和蚀变围岩相似，但大部分样品却表现出相对的富集。Rb、Ba、Sr在表生条件和地下水中均有强烈的活性，而且Sr在变质作用过程中也有强烈的地球化学活动性[13]，因此易于从原岩迁出。地层、蚀变围岩中Rb、Ba无异常而Sr负异常，应该理解为区域变质作用使得Sr从地层中迁出。石英脉中Rb、Ba无异常，部分样品Sr无异常，大部分石英脉的Sr表现出正异常，这一方面表明石英脉对地层和围岩元素的继承性，另一方面表明成矿流体可能为区域变质作用产生的变质流体。变质流体带出了赋矿地层中的Sr，使得地层和围岩中Sr为负异常，此流体参与成矿，使得大部分石英脉的Sr含量出现正异常。

Ta为高场强元素，图中地层和蚀变围岩中Ta无异常，石英脉中的Ta表现为正异常，表明了Ta在石英脉中具有一定的富集。

W具有明显的富集特征，且含量变化较大。W在地层中含量很高，富集系数可达到100，早期石英脉的W富集系数可达到900，显示出明显的富集作用，而晚期石英脉W的富集系数只有1左右。表明成矿早期石英脉W含量高于地层，可能是成矿流体对赋矿地层进行萃取、富集的结果，而成矿晚期石英脉W含量迅速降低至地壳水平。

晚期石英脉中的V、Cr含量较早期均有所上升，尤其是Cr在晚期石英脉中的含量迅速上升至地壳水平。V、Cr为铁族元素，常与岩浆热液活动存在成因联系，这两种元素在晚期石英脉中的含量升高暗示成矿流体可能发生了某种变化。

3.2 稀土元素特征

3.2.1 近矿蚀变围岩稀土元素特征

由表1不难看出，扒草金矿床近矿蚀变围岩的w(ΣREE)=118.06×10-6～381.21×10-6，平均为210.37×10-6。w(ΣLREE)/w(ΣHREE)=5.12～9.44，w(La)N/w(Yb)N=5.16～10.87，属于轻稀土富集型；w(La)N/w(Sm)N=2.43～3.61，反映轻稀土分馏明显；w(Gd)N/w(Yb)N=1.01～1.84，表明重稀土分馏不明显。而赋矿地层的稀土元素含量及各种特征值均与近矿蚀变围岩相当，这表明成矿热液对围岩中的稀土含量及组成几乎没有影响。

3.2.2 石英脉稀土元素特征

扒草金矿床的石英脉的稀土总量w(ΣREE)=5.14×10-6～103.38×10-6，平均为30.39×10-6。w(ΣLREE)/w(ΣHREE)=2.67～8.03，w(La)N/w(Yb)N=2.26～6.51，属于轻稀土富集型；w(La)N/w(Sm)N=1.10～3.73，w(Gd)N/w(Yb)N=1.29～3.46，轻稀土及重稀土均表现弱微的分馏行为。石英脉中的稀土含量明显低于蚀变围岩及地层，这可能是由于石英的含量对稀土元素含量起稀释效应，石英含量越高，稀土含量越低[14]。

由于石英属于架状结构矿物，其硅与同处于周期表中第六周期第Ⅲ副族的各稀土元素无任何亲和性，稀土元素不可能以类质同像混入物形式进入石英晶格中[13]，即石英中的稀土元素应主要赋存于其中的流体包裹体内，石英的REE特征与其流体包裹体的稀土元素特征相差不大[15-16]。因此，石英脉体中的稀土特征可以近似反映石英沉淀时成矿流体的稀土特征[17]。

图3 扒草金矿的微量元素比值蛛网图(上地壳值据Taylor and McLennan，1985)Fig.3 Spider diagram of trace element ratio of Bacao gold deposit

图4 蚀变围岩、地层及石英脉的稀土元素球粒陨石标准化模式图(球粒陨石数据Taylor and McLennan，1985)Fig.4 Chondrite-normalized REE pattern of the altered wall rock,the host strata and quartz veins

3.2.3 石英脉、蚀变围岩及地层的稀土元素特征比对

图4为扒草金矿床的蚀变围岩、地层及石英脉的稀土元素球粒陨石标准化模式图。由图4可以看出，蚀变围岩、地层与石英脉的配分曲线明显分为两个不同的区域：石英脉稀土元素含量低，故而其配分曲线整体偏下；蚀变围岩与地层具有一致的稀土元素配分曲线。

蚀变围岩与地层的稀土元素配分曲线整体上为右倾型，其中轻稀土明显右倾，而重稀土近乎水平，配分曲线密集，且表现出明显的δEu负异常。顺层石英脉的稀土元素配分曲线整体上呈轻微的右倾型，表现得较为稀疏。顺层石英脉(样号：BC-1、BC-2、BC-4、BC-7)、围岩、地层的稀土元素具有相似的配分曲线模式，而断层中的石英脉、NW向吊线脉、背斜轴部顺层石英脉、围岩角砾石英脉则有不太相同的配分模式。断层中的石英脉(样号：TF-10)与围岩角砾状石英脉(样号：BC-8)稀土元素曲线较为相似，具有δEu轻微负异常、轻稀土平坦、重稀土右倾的配分模式。轴部顺层石英脉(样号：PC2-4-2、PC2-4-8)在Tm处出现峰值，表现出δTm正异常。NW向吊线脉(样号：BC2-2-3)表现出重稀土右倾，配分曲线在Lu处明显下降，具有明显的Lu亏损。

扒草金矿区石英脉形成顺序表现为顺层石英脉先形成，而后形成断层中的石英脉、走向NW的吊线脉形成。顺层石英脉与围岩及地层稀土配分模式相似，表现出明显的继承性，这反映了成矿物质来自于浅变质岩系，成矿流体为变质流体。断层中的石英脉及NW走向吊线脉的稀土配分曲线模式与前述有所不同，可能是晚期成矿流体发生了变化。相对于翼部顺层石英脉，背斜轴部石英脉出现了δTm正异常。据Green and Pearson[18-19]研究资料，压力对稀土元素的分配系数有明显的影响。因此，背斜轴部石英脉的δTm异常可能是轴部的压力状态与翼部不同有关。

从稀土元素三组分图(图5)中可以看出，所有样品的稀土元素三组分大小顺序均为La-Nd>Sm-Ho>Er-Lu，且样品的投影在图中几乎都处于同一位置，表明地层、蚀变围岩、石英脉、断层中的石英脉、背斜轴部石英脉、NW向吊线脉之间的均一性及成因上的相似性，反映了它们具有同源性的特征。

图5 稀土元素三组分图Fig.5 Three component diagram of REE

元素Ce及Eu为稀土体系中的易变价元素，在成矿作用过程中因物理化学条件的改变，可促使Ce、Eu的价态发生变化而从稀土体系中分离，从而显示Ce与Eu的异常行为。因此，Ce和Eu异常记录了成矿环境发生了氧化-还原条件的改变，可作为氧化还原条件的指示剂[20-21]。Ce在还原条件下通常呈正三价与其它稀土元素共存于流体中，而在氧化条件下呈正四价状态与其它稀土元素分离，形成Ce异常；Eu在氧化条件下呈正三价状态与其它稀土元素共存于流体中，在还原条件下通常呈正二价与其它稀土元素分离，形成Eu异常。扒草金矿地层与蚀变围岩δEu=0.52～0.75，平均为0.60，而δCe=0.94～0.97，平均为0.95；石英脉δEu=0.42～0.95，平均为0.72，δCe=0.94～1.00，平均为0.96。对比发现，石英脉的δEu与蚀变围岩及地层一样为负异常，δCe与地层及蚀变围岩基本一致，基本无异常。这表明石英脉明显继承了围岩和地层的δEu、δCe性质，即成矿流体具有δEu负异常、δCe无异常的特征，反映了扒草金矿的成矿环境为还原环境。这也可以从其它方面得到印证，扒草金矿含金石英脉中以石英为主，毒砂、黄铁矿、方铅矿、闪锌矿等硫矿物含量较少，表明成矿流体的阴离子以S2-为主，成矿流体处于还原环境[22]。

戴凤岩等[23]认为Tb、Tm异常在地壳岩石中普遍存在，Tb、Tm异常值的指示性不亚于Ce和Eu，异常形式具有特殊的地质意义；δTb、δTm的计算方法与δEu、δCe基本相类似，取0.93～1.04为正常值[23]。从表1可知，扒草金矿中顺层石英脉的δTb、δTm表现为无异常—弱的正异常，背斜轴部顺层脉表现为强烈的δTm正异常，而吊线脉的δTb、δTm均为强烈的负异常，断层中的石英脉表现为δTm负异常。轴部顺层石英脉因压力状态与翼部顺层石英脉有所差别，故δTb、δTm的异常形式相似但程度不同；而吊线脉、断层中的石英脉晚于顺层脉形成，代表了成矿晚期的流体性质，反映了从早到晚成矿流体具有δTb、δTm从正异常到负异常的变化特征。

图6 扒草金矿围岩、石英脉与现代海底热液、海水w(Y)/w(Ho)值比较图(底图据文献[29])Fig.6 Diagram showing comparison ofw(Y)/w(Ho) ratios of wall rocks andquartz veins from Bacao gold deposit and the modern submarine hydrothermal fluids and seawaterEPR.东太平洋洋脊热液流体；MAR.中大西洋洋脊；BAB.弧后盆地；区域变质岩数据据文献[32-33]；扒草金矿的部分数据据文献[1]

3.3 成矿流体性质讨论

元素Y、Ho具有相同的电价及相似的离子半径，其地球化学行为相似。学者Bau et al[24-25]、Douville et al[26]、毕献武等[27]、赵葵东[28]、毛光周等[29]、Liu K et al[30-31]、刘坤[1]就成矿流体及现代海底热液中的Y、Ho元素地球化学行为开展了较多的研究工作。在同一热液体系中元素Y和Ho保持稳定的比例关系，对指示流体来源有一定的指示意义[1]。当热液体系平衡被破坏，此元素对可能发生明显分异，导致元素对在不同样品中的比例发生较大范围的改变[1]。扒草金矿的石英脉、蚀变围岩的w(Y)/w(Ho)值与现代海底热液和海水的比较如图6所示，从图中可以看出扒草金矿的w(Y)/w(Ho)与区域变质岩十分相似，但部分样品偏离了区域变质岩的范围，这一方面说明成矿流体与区域变质岩密切相关，成矿流体为变质流体；另一方面，表明可能有外来热液的加入，从而改变初始流体的w(Y)/w(Ho)比例关系。因此，扒草金矿的成矿热液具有混合流体来源的特征。

前人研究结果表明，利用REE与HFSE量关系能够对成矿流体性质进行判分析[1，27，29-31，34]。HFSE及REE在富Cl-热液体系和富F-热液体系中具有明显不同的地球化学行为：富Cl-热液明显富集LREE，w(Th)/w(La)、w(Nb)/w(La)、w(Hf)/w(Sm)值一般小于1；富F-热液明显富集LREE及HFSE，w(Th)/w(La)、w(Nb)/w(La)、w(Hf)/w(Sm)值一般大于1[34]。石英中的REE及HFSE极难以类质同像形式存在，不受晶体结构制约，可能主要赋存于流体包裹体或晶体缺陷中，即石英中的REE及HFSE主要应受成矿热液性质的控制。扒草金矿的石英脉富集LREE，w(Th)/w(La)、w(Nb)/w(La)、w(Hf)/w(Sm)值均小于1，部分富集HFSE(如Ta正异常)，这表明扒草金矿的成矿流体为Cl->F-的流体体系。

有学者[35]指出，岩石、矿石、矿物的w(Th)/w(U)值可反映成岩成矿地质环境的氧化还原特征：一般认为，w(Th)/w(U)<0.75为氧化环境；w(Th)/w(U)=0.75～1.25为过渡的缺氧环境；w(Th)/w(U)>1.25为还原环境。扒草金矿石英脉中的w(Th)/w(U)值为2.60～6.67，大于1.25，表明其成矿地质环境为还原环境，其与δEu、δCe的特征相一致。

4 结语

(1)稀土元素三组分图中所有样品的投影均处于同一位置，表明了地层、围岩、石英脉具有同源性的特征。地层、蚀变围岩和石英脉具有相似的微量及稀土元素配分曲线，表明成矿物质主要来自浅变质岩系。Rb、Ba、Sr的微量元素的变化特征表明成矿流体主要为变质流体，w(Y)/w(Ho)值反映了成矿流体与区域变质作用密切相关，成矿流体主要为变质流体，同时表明可能有外来热液的加入，使得成矿热液具有混合流体来源的特征。δEu、δCe和w(Th)/w(U)值均表明成矿环境为还原环境。石英脉富含LREE同时部分富集HFSE，且w(Th)/w(La)、w(Nb)/w(La)、w(Hf)/w(Sm)值均小于1，表明扒草金矿的成矿流体为Cl->F-的流体体系。

(2)早、晚期石英脉对比发现，早期石英脉的稀土配分曲线与地层及围岩十分相似，反映了成矿早期流体为变质流体，而晚期石英脉的配分曲线及相关元素、参数与早期相比具有一定的差异。从早期到晚期，石英脉δTb、δTm值从正异常变为负异常，W元素的富集系数由近900急剧降为1左右，与岩浆热液活动密切相关的V、Cr含量增高；晚期较早期石英脉在微量、稀土元素配分曲线上也有许多差异，这些均表明晚期的成矿流体发生了某些变化，结合w(Y)/w(Ho)值所反映出的混合流体来源的特征，认为导致这些变化的原因是成矿晚期可能有其它流体的加入。

综上所述，扒草金矿的成矿物质主要来自浅变质岩系，成矿流体主要为变质流体，在晚期可能有其它流体加入，成矿流体为Cl-多于F-的流体体系，成矿环境为还原环境。

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Trace element and rare earth element characteristics of Bacao gold deposit, Southeastern Guizhou province and the significance

SHEN Haoyuan, ZHANG Jun, XIE Hui, LIU Anlu

(FacultyofEarthResources,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan, 430074,China)

The Bacao gold deposit is a newly discovered gold deposit in recent years in low grade metamorphic rock series of Xiajiang group at southeastern Guizhou province. This paper studies the trace elements and REE of host strata, altered rocks and different mineralization periods’ quartz veins of the deposit. The results show the same characteristics of the host strata with those of the altered rocks and quartz veins. The trace elements and REE content of quartz veins is lower than those of the host strata and altered rocks but their distribution patterns similar. Projection of three components of REE for all samples falls in the same position. Comparison of the trace elements and REE content of different mineralization periods’ quartz veins reveals that the early quartz vein has the same REE distributed pattern with the host strata and altered rocks and that of the late has some differences. W content decreases rapidly from the early to late quartz veins. V, Cr content increases. The eigen values ofδTb,δTm are from positive anomalies to negative anomalies. Most of the quartz veins are characterized by positive Sr anomalies but a little by negative Sr anomalies. Thew(Y)/w(Ho) value of the quartz veins are generally similar to that of the regional metamorphic rocks. A few of the value deviate from scope of the metamorphic rock. In summary the ore materials are derived from the low grade metamorphic rock. The ore fluid is dominated by metamorphic fluid and is incorporated with other fluid in the late stage and the quartz vein is rich in LREE and HFSE.w(Th)/w(La)、w(Nb)/w(La)、w(Hf)/w(Sm) values are all less than 1 indicating that the fluid is of Cl->F-fluid system. Negative anomaly ofδEu, no anomaly ofδCe andw(Th)/w(U) >1.25 is the manifest of reduction condition under which the Bacao gold deposit formed.

trace element; REE; ore fluid; ore material; Bacao gold deposit; Guizhou province

2015-03-03； 责任编辑： 王传泰

申浩原(1989—)，男，硕士，矿产普查与勘探专业，研究方向成矿规律与成矿预测，现从事矿产规划工作。通信地址：湖北省武汉市洪山区鲁磨路388号，中国地质大学(武汉)资源学院；邮政编码：430074；E-mail：shenhaoyuan123@163.com。或者：广西南宁市青秀区中新路2号，广西国土资源规划院；邮政编码：530028。

10.6053/j.issn.1001-1412.2015.04.009

P595，P618.51

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