焦家矿区深部岩矿石稀土元素特征及地球化学意义

黄先春, 李 山, 刘彩杰, 范家盟

(1.湖北省地质局 第六地质大队,湖北 孝感 432100; 2.山东省第六地质矿产勘查院,山东 招远 265400)

焦家矿区深部岩矿石稀土元素特征及地球化学意义

黄先春1,2, 李 山2, 刘彩杰2, 范家盟2

(1.湖北省地质局 第六地质大队,湖北 孝感 432100; 2.山东省第六地质矿产勘查院,山东 招远 265400)

焦家金矿是胶东西北部地区蚀变岩型金矿的典型代表之一,也是“焦家式金矿”模式建立之处。尝试对焦家矿区深部岩矿石稀土元素地球化学特征进行初步探讨,力求揭示焦家成矿带深部蚀变矿化特征与稀土元素分布模式之间的内在联系,对丰富和完善焦家金矿成矿理论无疑是有所裨益的。其稀土元素丰度较低,表现为轻稀土富集、重稀土亏损及正铕异常;不断增强的蚀变作用使轻稀土含量降低、正铕异常消减直至出现负铕异常。

焦家式金矿;稀土元素分布模式;蚀变矿化;轻稀土富集;正铕异常;胶西北

焦家金矿处于沂沭断裂带的东侧,胶北隆起的西北部,焦家断裂带中段。该断裂带走向北东10°～30°,倾向北西,倾角在40°～70°之间变化[1-5](图1)。受沂沭断裂带和滨太平洋构造活动带的影响,区内断裂构造发育、岩浆活动频繁,区内金矿的形成和演化与中生代大规模的断裂构造及岩浆活动的关系十分密切[6]。区域内出露的地层主要包括新太古界胶东岩群、古元古界荆山群、粉子山群、新元古界蓬莱群,其中胶东岩群为区内主要出露地层,其出露面积占区内地层总出露面积的70%左右;粉子山群在莱州市粉子山地区大量出露;荆山群和蓬莱群分别在招远市南部的霞坞一带和招远市东南部有少量分布。未变质地层主要为上侏罗统莱阳组、下白垩统青山组及上白垩统王氏组,在成矿带南侧的莱阳、莱西有大面积的出露。新生界的地层主要为河湖相沉积和玄武岩建造[7-9]。已有研究表明,太古宙—元古宙的变质地层可能是区内众多金矿的初始矿源层,为金矿形成提供了充分的物质基础[10]。

1 矿区地质概况

矿床位于焦家断裂带的中段,区内第四纪地层广泛分布,北北东—北东向断裂是控制矿体的主体构造,主要包括焦家主干断裂、望儿山分支断裂以及二断裂之间的更次级的候家支断裂、鲍李断裂。以焦家断裂带主裂面为界,东侧为晚侏罗世玲珑序列二长花岗岩和早白垩世郭家岭序列斑状花岗闪长岩,西侧为新太古代马连庄序列变辉长岩。

图1 焦家金矿田地质略图 (据山东省第六地质矿产勘查院资料简化)Fig.1 Geologic scheme of Jiaojia Gold Deposit1.第四系;2.构造蚀变带;3.新太古界;4.晚侏罗统;5.早白垩统;6.矿区位置。

焦家金矿Ⅰ号主矿体控制最大走向长1 160 m,最大倾斜长2 470 m。规模大,形态较简单,矿化连续性较好,矿体厚度局部变薄,但总体上稳定,沿走向、倾向有分支复合特征,夹石较少,产状稳定,无后期构造破坏;矿体厚度变化系数为39%,品位变化系数为172%,属厚度稳定型、有用组分分布不均匀型矿体。

工程布置采用勘探线布置形式,基线方位30°,勘探线方位300°,采用第Ⅰ勘查类型布置探矿工程,勘探线基本间距120 m(图2)。

2 岩矿石稀土元素特征

样品采自焦家金矿112号、144号勘探线深部钻孔(ZK622、ZK603、ZK604、ZK606、ZK608、ZK615),由核工业实验室测试,稀土元素采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法(仪器型号ElementⅠ)检测。其矿石及围岩稀土元素分析结果见表1,采用Geokit软件对分析结果进行处理,其中Eu异常采用几何平均值进行计算,稀土元素有关参数见表2。

图2 焦家矿区勘探工程布置及取样工程位置图 (据山东省第六地质矿产勘查院资料简化)Fig.2 Project layout and sampling drawing of Jiaojia Gold Deposit1.第四系;2.新太古界;3.晚侏罗世;4.蚀变带;5.勘探系统;6.见矿/未见矿钻孔;7.取样工程位置;8.地质界线;9.矿体;10.勘探线编号。表1 焦家矿区深部矿石及围岩稀土元素分析结果(10-6)Table 1 REE analysis results of surrounding rock and deep rock ore of Jiaojia Gold Deposit(10-6)

序号样号及采样位置/m岩性LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLuY1ZK604-1 870黄铁绢英岩化花岗岩18.432.53.6413.22.580.862.510.472.760.531.420.21.220.1915 2ZK604-2 910钾长石化绢英岩化花岗岩13.123.62.679.631.810.781.70.31.780.330.920.150.960.169.553ZK604-3 935绢英岩化花岗质碎裂岩13232.599.391.780.821.470.291.640.30.870.140.870.139.024ZK604-4 940绢英岩化碎裂岩14.725.42.739.741.440.731.050.130.640.10.280.040.340.062.75ZK604-5 949黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩13.823.92.579.181.450.861.310.211.190.220.660.10.720.116.316ZK604-6 984绢英岩化花岗质碎裂岩12.120.32.177.221.110.891.20.140.870.170.50.080.550.14.877ZK604-7 1030黄铁绢英岩化花岗岩16.3282.9710.21.580.971.50.241.480.290.850.130.910.148.478ZK604-11 1217中粗粒含黑云二长花岗岩21.134.23.4811.71.771.061.690.241.310.230.690.090.550.086.259ZK622-2 695黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩26.544.44.6716.42.30.771.810.231.150.210.530.080.530.085.5410ZK622-3 720黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩13.623.92.649.611.880.391.890.372.420.471.520.221.660.2614.311ZK622-4 735绢英岩化花岗质碎裂岩30.653.95.8620.52.890.6820.261.280.220.730.10.730.16.6112ZK622-5 756黄铁绢英岩化碎裂岩2.093.410.351.340.20.520.220.030.230.040.170.030.20.031.413ZK622-6 777黄铁绢英岩化碎裂岩14.324.32.478.781.160.81.250.140.740.140.440.070.50.083.9714ZK603-4 859黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩8.3414.51.615.971.140.670.880.140.780.160.530.10.650.114.4715ZK603-9 1014黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩14.1242.529.141.531.011.450.261.570.320.950.151.050.168.5716ZK603-10 1048黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩24.842.94.6816.72.750.962.170.341.990.411.160.191.280.1910.517ZK615-3 1030绢英岩化花岗质碎裂岩19.232.83.5713.12.111.051.910.261.420.260.710.110.70.117.6318ZK615-6 1071中粗粒含黑云二长花岗岩16.929.63.1811.21.890.621.420.20.870.170.480.080.550.094.719ZK615-9 1132黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩23.741.24.5116.62.881.272.970.513.010.571.750.231.480.215.620ZK608-3 930绢英岩化花岗质碎裂岩19.333.73.6712.62.370.841.980.351.970.371.090.151.180.1610.921ZK608-5 1005黄铁绢英岩化碎裂岩2035.93.7913.21.760.361.380.180.990.20.620.090.710.115.8322ZK606-1 840黄铁绢英岩化碎裂岩21.451.43.4611.71.610.931.450.160.650.10.280.040.310.042.8623ZK606-3 900钾长石化绢英岩化花岗岩4.688.520.923.690.840.440.990.241.570.3410.151.190.179.6724ZK606-4 930黄铁绢英岩化花岗岩18.231.73.36122.061.081.790.291.70.341.070.171.210.219.8225ZK606-5 949黄铁绢英岩化碎裂岩11.620.62.27.951.210.240.940.130.70.140.430.060.460.074.0226ZK606-8 1020黄铁绢英岩化碎裂岩17.729.73.1510.61.480.881.440.221.210.260.760.120.860.147.25

注:数据来源于参考文献[11]。

表2 焦家矿区深部岩矿石稀土元素有关参数Table 2 REE parameters of deep rock ore of Jiaojia Gold Deposit

注:表中LR =∑LREE,HR=∑HREE,∑R=∑REE,∑REE包括Y。用于标准化的球粒陨石数据采用推荐的球粒陨石平均值(Taylor and McLennan,1985)La0.367、Ce0.957、Pr0.137、Nd0.711、Sm0.231、Eu0.087、Gd0.306、Tb0.058、Dy0.381、Ho0.085 1、Er0.249、Tm0.035 6、Yb0.248、Lu0.038 1、Y2.100 0。表中岩性同表1。

可以看出,焦家矿区深部岩矿石稀土元素总量偏低,其∑REE在10.26～126.46之间,平均74.89,变化系数34.26%。其稀土元素丰度远低于Haskin(1968)推荐的191件样品平均值(SiO2:60%～70%)及213件样品平均值(SiO2>70%,∑REE=280*),亦低于赵振华(1985)52个黑云母二长花岗岩平均值(∑REE=215.8*)[12]。稀土配分形式表现为轻稀土富集,而重稀土明显亏损,在∑(La-Nd)-∑(Sm-Ho)-∑(Er-Lu)三角图解(图3)上,投影点均靠近∑(La-Nd)端元。∑LREE(LR)在7.91～114.43之间,平均62.06,变化系数37.44%;∑HREE(HR)在0.95～10.72之间,平均5.29,变化系数41.09。LR/HR=3.38～29.87,平均12.81。

采用Geokit软件绘制稀土球粒陨石标准化分布型式图(图4),可以看出,稀土配分曲线总体表现为右倾斜线,轻稀土分馏明显,重稀土较平坦,多具正铕异常或无铕异常,个别出现负铕异常(花岗质碎裂岩及蚀变碎裂岩样品各2件)。

图3 焦家矿区深部岩矿石 ∑(La-Nd)-∑(Sm-Ho)-∑(Er-Lu)三角图解Fig.3 ∑(La-Nd)-∑(Sm-Ho)-∑(Er-Lu) triangular diagram of deep rock ore of Jiaojia Gold Deposit

图4 焦家矿区深部岩矿石稀土元素/球粒陨石标准化分布型式图Fig.4 Standardized distribution pattern of deep rock ore REE/chondrite of Jiaojia Gold Deposit

3 稀土元素特征及地球化学意义

在(La/Yb)N-δEu变异图上(图5),投影点均位于壳幔型花岗岩一侧(仅1件花岗质碎裂岩样品例外),表明焦家矿区深部岩矿石稀土元素分布与壳幔型花岗岩相当。其稀土组成特征为:轻稀土富集,(La/Yb)N>10,平均16.16;(La/Sm)N=3.51～8.37,平均5.99;LR/HR=12.81;(Gd/Yb)N=0.67～3.79,平均1.69;δEu=0.63～7.58,大部分1.03～2.36,平均1.73,表现为较弱的正铕异常;稀土总量低,<200×10-6,平均74.89。以上特征均与赵振华推荐的壳幔型花岗岩74个样品平均值相当。

在不同类型花岗岩的Rb-(Y+Nb)及Rb-(Yb+Ta)判别图解上(图6),焦家矿区深部岩矿石投影点均位于火山弧花岗岩区域(VAG),并靠近同碰撞花岗岩(syn-COLG)一侧。

图5 焦家矿区深部岩矿石(La/Yb)N-δEu变异图 (底图据参考文献[13-14],修改)Fig.5 (La/Yb)N-δEu variogram of deep rock ore of Jiaojia Gold Deposit

图6 不同类型花岗岩的Rb-(Y+Nb)及Rb-(Yb+Ta)判别图解[15]Fig.6 Rb-(Y+Nb)and Rb-(Yb+Ta)discrimination diagrams of different types of granites

图7 焦家矿区深部矿石与围岩ORG标准化分布模式图[15]*本文采用的洋脊玄武岩(ORG)数据为K2O0.4、Rb4、Ba50、Th0.8、Ta0.7、Nb10、Ce35、Hf9、Zr340、Sm9、Y70、Yb80(K2O单位为%(wt),其余为10-6)。Fig.7 ORG standardized distribution pattern of surrounding rock and deep rock ore of Jiaojia Gold Deposit

在洋脊花岗岩标准化的花岗岩分布模式图(图7)上,焦家矿区深部岩矿石曲线表现为向右陡倾斜线,Ba及Ce正异常表现明显,局部出现Rb正异常,其曲线分布形式与同碰撞花岗岩相当[15]。

在(La/Yb)N-(Yb)N判别图解上(图8),焦家矿区深部岩矿石熔融趋势线大体呈向右缓倾斜线,部分与太古代花岗质岩石(英云闪长岩、奥长花岗岩、花岗闪长岩,即TTG)相近,部分与上地幔稀土组成分布区相当,显示了焦家矿区玲珑花岗岩来源的多样性。

借鉴车路体系振动方程建立了盾构隧道-地层振动体系模型。该模型分别将地铁列车及隧道地层系统视为两个子系统，并通过轮轨间的几何相容及力学平衡条件来实现车隧之间的耦合效应，然后将由此得到的运行列车轮轨作用力以外荷载的形式输入到盾构隧道-地层动力子系统中，从而进行振动响应分析。

图8 焦家矿区深部岩矿石(La/Yb)N-(Yb)N判别图解[15]Fig.8 (La/Yb)N-(Yb)N discrimination diagrams of deep rock ore of Jiaojia Gold Deposit

近年来,焦家矿区围岩即玲珑花岗岩系陆壳重熔S型花岗岩已成为众多地质工作者的共识。中生代晚期(尤其是白垩纪)胶东西北部发生了强烈的构造体制转折,形成了复杂的地质构造格局,总体表现为陆内伸展和与地幔隆起相伴的大规模岩石圈减薄[1]。造成古老的结晶基底变质岩系在一定深度内被迅速加热,部分熔融而形成花岗质岩浆。岩浆作用产物是记录软流圈抬升、岩石圈减薄及地壳伸展的最有力证据[3]。

玲珑花岗岩物质来源的多样性这一特点也在其稀土元素分布判别图解上得到了充分的体现,(La/Yb)N-δEu变异图上投影点较为分散;在以洋脊花岗岩(ORG)为标准的花岗岩分布模式图上,总体表现为Ce正异常,但仍有1件蚀变花岗岩样品、2件花岗质碎裂岩样品、1件蚀变碎裂岩样品出现Ce负异常;在(La/Yb)N-(Yb)N判别图解上,其熔融趋势线与太古代TTG分布区、上地幔、大陆上部地壳区均发生部分重叠。

4 蚀变与矿化对稀土组成的影响

众所周知,构成焦家断裂带的蚀变岩石是在前期构造岩的基础上,经后期构造变动及伴随的热液作用再次改造而成,呈带状分布。依其蚀变类型、蚀变程度及矿物组合等,将蚀变岩划分为(黄铁)绢英岩化花岗岩带、(黄铁)绢英岩化花岗质碎裂岩带及(黄铁)绢英岩化碎裂岩带,各蚀变岩带之间及蚀变岩带与围岩之间均呈渐变过渡关系[16-22]。在花岗质岩浆分异演化的晚期或岩浆期后阶段,较强烈的交代蚀变作用必定会引起稀土元素的丰度和分布模式的明显改变[14-15,23-27]。

研究表明,月球上各类岩石的REE在(Sm/Eu)样品/(Sm/Eu)球粒陨石-(Sm/Eu)样品变异图解上构成一条直线,以此作为它们属于相同来源的证据。焦家矿区深部岩矿石REE在此变异图解上,无论未蚀变二长花岗岩围岩,还是不同蚀变强度的构造岩,投影点均拟合成一条标准的直线(图9),说明它们关系密切,是同一区域地质构造—岩浆演化的产物[13,28]。

采用减小主轴回归分析方法计算其直线回归方程y=a+bx。

减小主轴直线的斜率由下式给出:

b=±(Sy/Sx)

(1)

式中:Sy、Sx为变量y和x的标准偏差,y=(Sm/Eu)样品/(Sm/Eu)球粒陨石,x=(Sm/Eu)样品。

直线的截距由下式给出:

(2)

计算得出:y=0.00+0.38x。

王建国等(2009)对胶东谢家沟金矿研究认为,胶东地区玲珑型花岗岩、郭家岭型花岗闪长岩、中基性脉岩、金矿床等,构成了胶东地区巨型构造—岩浆演化金成矿系统。

图9 焦家矿区深部岩矿石 REE(Sm/Eu)样品/(Sm/Eu)球粒陨石-(Sm/Eu)样品变异图Fig.9 REE(Sm/Eu)/(Sm/Eu)chondrite- (Sm/Eu)sample variogram of deep rock ore of Jiaojia Gold Deposit 十字.未蚀变二长花岗岩;实心圆点.绢英岩化花岗岩;方框.绢英岩化花岗质碎裂岩;三角.绢英岩化碎裂岩。

在这一巨型成矿系统内部,多期次、多阶段的热液蚀变与矿化必定会造成其岩矿石稀土元素分馏和其丰度的较大变化,对于遭受热液蚀变的构造岩和未经蚀变的围岩而言,表现更为明显。对比发现,矿石与围岩相比,重稀土分馏明显,而轻稀土相对平坦(仅1件蚀变碎裂岩样品出现较显著Ce正异常)。曲线表现为左倾斜线,出现负铕异常和无铕异常的蚀变花岗岩样品3件、花岗质碎裂岩样品7件、蚀变碎裂岩样品2件,其余为较弱正铕异常。在稀土元素丰度方面(表3),重稀土明显表现为矿石(蚀变岩石)>围岩(5件蚀变碎裂岩样品例外);而轻稀土则表现为矿石(蚀变岩石)<围岩(5件花岗质碎裂岩及2件蚀变碎裂岩样品例外)。

表3 蚀变岩石(矿石)与围岩稀土元素参数对比表Table 3 REE parameters comparison of altered rock(ore)and surrounding rock

因此,采用常规方法利用球粒陨石对样品数据标准化并不能完整揭露蚀变矿化过程中稀土元素分馏和其丰度变化特征,笔者尝试采用2件围岩(未蚀变二长花岗岩)稀土元素平均值对矿石稀土元素丰度进行标准化,绘制矿石—围岩稀土元素分布模式对比图,力求揭示蚀变矿化过程对胶东金矿巨型构造—岩浆演化系统内部稀土组成的影响(图10)。

图10 焦家矿区深部矿石—围岩稀土分布 模式对比图(纵轴为矿石/围岩)Fig.10 REE distribution pattern of surrounding rock and deep rock ore of Jiaojia Gold Deposit a.绢英岩化花岗岩;b.绢英岩化花岗质碎裂岩;c.绢英岩化碎裂岩。

对比图4和图10可以发现,焦家矿区深部岩矿石稀土球粒陨石标准化曲线总体表现为右倾斜线,轻稀土分馏明显,重稀土较平坦,多具正铕异常或无铕异常,个别出现负铕异常(图4)。矿石(蚀变岩石)与围岩相比,曲线表现为向左缓倾斜线,轻稀土较平坦(个别蚀变碎裂岩样品例外),而重稀土分馏明显。兼具Eu正负异常,且正异常相对平缓,负异常较为显著(1件绢英岩化碎裂岩样品例外)。

近年来深部勘探成果表明,焦家成矿带与金成矿息息相关的围岩蚀变类型主要有钾质硅酸盐蚀变(钾化)、绢云母化、硅化、绿泥石化、泥质蚀变等,其对稀土元素丰度及分布模式的影响主要表现为:

(1) 钾质硅酸盐蚀变(钾化)。表现为正长石交代斜长石和黑云母,除Eu外,其他稀土元素均有不同程度的亏损,使Eu亏损程度相对降低。

(2) 绢云母化。表现为钾长石和斜长石分解为白云母或绢云母,使Eu有较明显的亏损(Eu负异常明显增大)。

(3) 硅化。蚀变岩石中的各种稀土元素都显著亏损,而且蚀变岩石中的Eu负异常消失。

(4) 绿泥石化。黑云母及部分正长石和斜长石被绿泥石交代,由于绿泥石具有相对富集重稀土的特性,使绿泥石化样品中明显表现为轻稀土含量降低、重稀土含量增高。

(5) 泥质蚀变。出现高岭土等泥质蚀变矿物,主要影响是轻稀土(La-Sm)含量降低。

从蚀变花岗岩→花岗质碎裂岩→蚀变碎裂岩,随着蚀变程度的不断增强,矿石(蚀变岩石)/围岩分布曲线更趋平坦,蚀变碎裂岩表现为近平坦的正或负铕异常曲线,表明随着蚀变过程接近尾声,稀土分馏作用亦趋于结束。

可以想见的是,上述各种蚀变作用对稀土元素丰度及分布模式的影响是一个综合作用、相互叠加的过程,总体表现为稀土总量降低(至蚀变碎裂岩则表现为轻重稀土均低于围岩)、轻稀土∑LREE含量降低、重稀土∑HREE含量相对增高、Eu具有较为明显的亏损消减了正Eu异常,使得Eu正异常变为相对平缓,出现较为显著的负Eu异常。

5 结论

焦家矿区深部岩矿石稀土丰度较低,其∑REE<200×10-6,总体表现为轻稀土富集、重稀土亏损,∑LREE/∑HREE>10;稀土球粒陨石标准化曲线表现为右倾斜线,总体表现为正铕异常;稀土元素分布特征与壳幔型花岗岩及同碰撞花岗岩相当;同时,矿石(蚀变岩石)与围岩(未蚀变岩石)相比,随着矿化蚀变作用的不断增强,轻稀土含量降低、重稀土含量相对增高,Eu出现较为明显的亏损,消减了正铕异常,直至出现较为明显的负铕异常。

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(责任编辑：于继红)

REE Characteristics and Geochemical Significance ofRock in the Depth of Jiaojia Gold Deposit

HUANG Xianchun1,2, LI Shan2, LIU Caijie2, FAN Jiameng2

(1.TheSixthGeologicalBrigadeofHubeiGeologicalBureau,Xiaogan,Hubei432100; 2.6thGeology&MineralResourcesSurveyInstitute,Shandong,Zhaoyuan,Shandong265400)

Jiaojia Gold Mine is a typical gold deposit of alteration rock type in the northwest of Jiaodong area,which is the first place to establish Jiaojia Gold Mine model. The authors try to take a preliminary discussion on REE geochemistry of rock in the depth of Jiaojia gold mine,strive to reveal the internal relationship between alteration mineralization characteristics and distribution patterns of REE in the depth of Jiaojia metallogenic belt. And it is undoubtedly beneficial to enrich and improve the metallogenic theory of Jiaojia gold deposit. The relatively low REE abundances in rocks reveals LREE enrichment,HREE depletion,and positive Eu anomaly. Growing alteration effect makes LREE decrease,and positive Eu anomaly cut until negative Eu anomaly.

Jiaojia Gold Mine; the distribution patterns of REE; alteration mineralization; LREE enrichment; positive Eu anomaly; the northwest of Jiaodong area

2016-11-02;改回日期:2017-03-03

黄先春(1968-),男,工程师,地质学专业,从事区域地质调查与矿产地质勘查工作。E-mail:ktyxhxc@163.com

P584; P595

A

1671-1211(2017)03-0258-08

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.03.005

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20170516.1508.030.html 数字出版日期:2017-05-16 15:08