贵州省盘县架底金矿火山角砾岩微量元素地球化学特征及其与成矿的关系

张兵强，杨清毫，赵富远，王石华，刘松，李俊海

贵州省地质矿产勘查开发局 一0五地质大队，贵阳 550018

0 引言

贵州省盘县架底金矿和贵州省普安县泥堡金矿是贵州境内发现的与峨眉山玄武岩密切相关的原生大型金矿床，泥堡金矿位于架底金矿南东约30 km处。架底金矿其主要容矿岩石为火山角砾岩，其次为凝灰岩。泥堡金矿其主要容矿岩石最初定为“砾屑砂岩”[1--5]。祁连素等[6--7]通过研究发现，泥堡金矿原定为“砾屑砂岩”的这套岩石具有典型的火山岩结构与地球化学元素组分特征，应属玄武安山岩类；陈懋弘等[8]认为原定为“砾屑砂岩”的这套岩石应属于火山碎屑岩类，并将其命名为“(沉)火山角砾凝灰岩”；陶平等[9]认为泥堡金矿容矿岩石主要为峨眉山玄武岩组火山碎屑岩。笔者通过与架底金矿火山角砾岩对比，认为泥堡金矿原定为“砾屑砂岩”的这套容矿岩石应属火山角砾岩。

前人对架底金矿的研究主要集中在矿床地质特征[10--12]、成矿物质来源[13]和成矿模式[14]等方面。火山角砾岩作为最主要的容矿岩石在区内广泛分布，但针对火山角砾岩特征及其含矿性方面的研究较少。笔者在架底金矿实施勘查工作中发现矿区火山角砾岩分为上下两层，两层火山角砾岩相距50～120 m，具有一定的共性，但在含矿性方面却存在着截然的差异，上层火山角砾岩不含矿，下层火山角砾岩是矿区最主要的容矿岩石，变现为在特定层位、特定岩性成矿的规律。选择架底金矿区上下两层火山角砾岩作为研究对象，通过微量元素地球化学特征研究，分析两层火山角砾岩的岩性差异与成矿的关系，为区内金矿找矿工作提供理论支撑。

1 区域地质背景

架底金矿位于扬子陆块与江南复合造山带接合部之江南复合造山带一侧，位处滇黔桂“金三角”顶部之四级构造单元兴义隆起区，构造行迹及构造界面主要有褶皱、断层和角度不整合等，构造样式以穹窿--构造盆地和短轴背向斜组合为特征，平面是以强应变带与弱应变区相间排列呈菱格式展布为特征。区内受多期构造作用形成了复杂的构造行迹，其中以北东东向莲花山背斜为主体，断裂构造发育，主要有北东向，其次为北西向，少量近东西向和北北东向。架底金矿床位于莲花山背斜南东翼，距背斜核部>3 km。莲花山背斜南东翼已发现了架底大型金矿、大麦地中型金矿以及谭家梁子、陇英大地和砂厂等多个小型金矿床(点)，这些金矿床(点)共同构成了大致呈北东向展布的莲花山金矿带。

2 矿区地质特征

架底金矿位于莲花山背斜南东翼，地层总体倾向南东至南南东，波状起伏，倾角0°～25°，主体为一单斜构造。因受多期构造作用，自法土经架底至田家门口一带形成了一条呈近东西向展布，由一系列不对称、不完整、不连续的北东向小揉皱联合组成的宽800～1 000 m的次级揉褶带(无完整的轴线)，该揉褶带具有多期次叠加特征，直接控制着矿区金矿体的分布(图1)。

区内玄武岩属拉斑玄武岩类，分布广泛，矿区玄武岩总厚300～350 m，分为熔岩(块状玄武岩)、火山碎屑岩及火山碎屑沉积岩(沉凝灰岩)3类，其中以火山碎屑岩为主(约占该套玄武岩组地层总厚的60%±)，其次为熔岩、沉凝灰岩。火山碎屑岩中又以粒径大小为0.2～5 cm的玄武质火山角砾岩为主，粒径>0.2 cm的玄武质凝灰岩次之。峨眉山玄武岩组作为矿区的容矿地层，其容矿岩石主要为火山角砾岩，其次为凝灰岩，矿区内极少见致密的熔岩含矿。因此区内通常所说的玄武岩地层含矿，主要是火山爆发时形成的火山碎屑岩容矿，静态溢流作用形成的致密块状熔岩不容矿。

矿区金矿体从空间上分为上下两层，大致顺层分布。下层金矿体位于茅口组灰岩与峨眉山玄武岩组的不整合界面附近,由区域构造和热液蚀变作用形成的一套构造蚀变体中；上层金矿体位于玄武岩二段中部的火山角砾岩中(图2)，该套火山角砾岩有不同程度的破碎变形并伴有一定的的层间滑动。上下两层金矿体相距3～91 m，容矿岩石主要为火山角砾岩，其次为凝灰岩及少量灰岩角砾，矿石整体具有一定的破碎，普遍具硅化、黄铁矿化、白云石化、毒砂化、雄雌黄化和黏土化等热液蚀变。

1.龙潭组；2.峨眉山玄武岩组；3.茅口组；4.栖霞组；5.梁山组；6.马坪组；7.整合地层界线；8.不整合地层界线；9.正断层；10.逆断层；11.平移断层；12.背斜；13.向斜；14.地层产状；15.采样位置及编号。图1 架底金矿地质及采样平面位置图Fig.1 Geological map of Jiadi gold deposit showing sampling plane position

1.龙潭组第一段；2.玄武岩组第三段；3.玄武岩组第二段；4.茅口组；5.地层界线；6.层间破碎(断裂)蚀变带界线；7.构造蚀变体界线；8.金矿体；9.含矿体编号；10.矿体编号。图2 架底金矿61号勘探线剖面图Fig.2 Profile map of No.61 prospecting line in Jiadi gold mine

a-b.上层不含矿火山角砾岩；c-d.下层含矿火山角砾岩。图3 火山角砾岩岩石特征Fig.3 Rock characteristics of volcanic breccia rocks

3 矿区火山角砾岩地质特征

矿区玄武岩组地层根据岩性组合特征将其划分为三段，在玄武岩组第三段上部和玄武岩组第二段中部各有一层火山角砾岩(以下将玄武岩组第三段上部火山角砾岩简称上层火山角砾岩，玄武岩组第二段中部火山角砾岩简称下层火山角砾岩)，两层火山角砾岩相距50～120 m。下层火山角砾岩分布范围局限，厚0～60 m，整体具强蚀变，是矿区上层金矿体的容矿岩石；上层火山角砾岩在区内分布广泛，厚100～240 m，主体基本无蚀变，在矿区北东端一定范围内可见和下层火山角砾岩类似的较强的热液蚀变，不含矿。两层火山角砾岩在结构构造、角砾特征等方面有明显的共性，但在分布范围、厚度、顶底板岩性、岩石破碎程度和热液蚀变等方面存在一定的不同，尤其在含矿性方面存在着截然的差异(表1)。造成两层火山角砾岩含矿性差异的原因有多种，如下层火山角砾比上层火山角砾岩具更强的热液蚀变；下层火山角砾岩顶底板岩石均为玄武质熔岩，和火山角砾岩能干性差异明显，在后期构造挤压作用下更容易破碎，提供矿体就位空间等。除上述原因外，可能还跟两层火山角砾岩的岩性差异有关。众所周知峨眉山玄武岩的形成经历了多期次、多旋回的火山作用，每个旋回由于岩浆的结晶分异作用造成火山岩组分的不同、岩性的差异[15--19]，这种组分和岩性的差异可能是截然的，也可能是细微的。通过观察，两层火山角砾岩成分单一，均为玄武质碎屑，未见灰岩等其他围岩成分。对比火山角砾和火山灰，两者组分均主要为岩屑，其次为极少量的玻屑和晶屑，岩屑的形态特征和结构构造类似，内部呈间隐间粒结构，造岩矿物主要为斜长石，其次为辉石及其他副矿物，火山灰相对火山角砾起填隙胶结作用，两者应属同一岩浆体系。通过岩矿鉴定和主量元素分析，两层火山角砾岩无明显差异，下面从微量、稀土元素地球化学来分析两层火山角砾岩的特征。

表1 架底金矿两层火山角砾岩共异性统计表Table 1 Difference and similarity of volcanic breccia in two layers of Jiadi gold deposit

4 火山角砾岩稀土元素地球化学特征

本次选择架底金矿主矿带上的钻孔进行系统采样，分析稀土元素，并与泥堡金矿火山角砾岩型矿石对比，采样平面位置见图1，测试结果见表2。采用球粒陨石值对本文数据进行标准化，计算相应的特征参数值见表3。

4.1 后期热液作用与岩石稀土总量的关系

岩石在受后期热液蚀变交代作用时，包括稀土元素在内的多种元素的含量都会发生一定的变化。本次选择同种岩石，选取无蚀变和强蚀变的2组样品，测试对比其稀土总量的变化情况，进而分析后期热液作用对岩石稀土总量的影响。

玄武质砾岩是矿区一种次要的容矿岩石，分布在玄武岩组地层的下部。表4中JDK11～JDK15同为玄武质砾岩，其中JDK11～JDK13为矿石样，后期热液作用明显，具强蚀变；JDK14、JDK15为岩石样，未经后期热液作用，无蚀变。通过对比，JDK14、JDK15稀土总量平均值是JDK11～JDK13稀土总量平均值的1.42倍，同种岩石无蚀变样品稀土总量远高于强蚀变样品稀土总量，反映出矿区岩石在后期热液作用过程中，稀土总量减少，总体上表现出稀土元素带出的特点。

表4 架底金矿床玄武质火山砾岩ΣREE对照表Table 4 Reference table of basaltic volcanic conglomerate ΣREE in Jiadi gold deposit

4.2 下层火山角砾岩稀土元素地球化学特征

下层火山角砾岩整体具强蚀变，是矿区上层金矿体的赋矿岩石。JDK4～JDK8是下层火山角砾岩中5件强蚀变矿石样，JDK9、JDK10是下层火山角砾岩中具有一定蚀变的围岩样(表1)。通过稀土元素配分模式图(图4)和特征参数值(表3)可以看出，5件矿石样和2件蚀变围岩样稀土配分曲线模式相似，均表现为配分曲线平缓右倾。5件矿石样ΣREE为197.79×10-6～257.73×10-6，平均为232.28×10-6，LREE/HREE值为5.72～6.44，平均为6.15，轻稀土富集，重稀土亏损。(La/Yb)值为6.52～8.82，平均为7.76，(La/Sm)值为1.75～2.06，平均为1.89，(Gd/Yb)值为2.34～2.95，平均为2.65，轻重稀土分馏明显，其中重稀土分馏相对更明显。δEu值为1.05～1.10，平均为1.07，表现为弱的正Eu异常。δCe值为0.99～1.04，平均为1.02，基本无异常。2件围岩样ΣREE为267.02×10-6～301.01×10-6，平均为284.02×10-6，δEu值为1.07～1.08，平均为1.08，表现为弱的正Eu异常，δCe值为1.05～1.09，平均为1.07，表现为弱的正δCe异常。

图4 架底金矿下层火山角砾岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式图Fig.4 Partition pattern of chondrites-standardized REE of lower volcanic breccia in Jiadi gold deposit

对比5件强蚀变矿石样和2件具一定蚀变的围岩样，其最主要的差异为稀土总量，5件矿石样中的稀土总量明显偏低，这可能和5件矿石样具有更强的热液蚀变作用有关，反映出后期热液作用过程中随着蚀变作用的增强，稀土总量减少，岩石稀土元素总体表现为带出的规律。

4.3 上层火山角砾岩稀土元素地球化学特征

ZK6905K2、ZK6680K44、ZK6905K45为上层火山角砾岩，其中ZK6905K2无热液蚀变，ZK6680K44具弱蚀变，ZK6680K45具较强蚀变。

通过稀土元素配分模式图(图5)和特征参数值(表3)可以看出，3件样品稀土配分曲线模式相似，均表现为配分曲线平缓右倾。3件样品ΣREE为142.18×10-6～185.78×10-6，平均为163.08×10-6，LREE/HREE值为7.23～8.01，平均为7.56，轻稀土富集，重稀土亏损。(La/Yb)值为9.96～11.28，平均为10.48，(La/Sm)值为2.74～3.19，平均为2.92，(Gd/Yb)值为2.61～2.75，平均为2.67，轻重稀土分馏明显，其中轻稀土分馏相对更明显。δEu值为1.16～1.17，平均为1.17，表现为弱的正Eu异常。δCe值为1.00～1.02，平均为1.01，基本无异常。

图5 架底金矿上层火山角砾岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式图Fig.5 Partition pattern of chondrites-standardized REE of upper volcanic breccia in Jiadi gold deposit

对比上层火山角砾岩3件样品各项稀土元素特征参数值，除ΣREE具有一定变化外，其他各参数值无明显差异。ZK6905K2、ZK6680K44、ZK6680K45三件样品ΣREE分别为185.78×10-6、161.27×10-6、142.18×10-6，表现出随蚀变作用的增强ΣREE降低的规律，这进一步验证了后期热液作用过程中，岩石稀土总量降低，稀土元素总体带出的特点。

4.4 两层火山角砾岩稀土元素地球化学特征对比

JDK4～JDK10为下层火山角砾岩，具强蚀变，ZK6905K2、ZK6680K44、ZK6680K45为上层火山角砾岩，无蚀变或具一定蚀变。根据稀土元素配分模式图(图6)，上下两层火山角砾岩稀土配分曲线模式大致相似，均表现为配分曲线平缓右倾。

图6 架底金矿两层火山角砾岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式图Fig.6 Partition pattern of chondrites-standardized REE in volcanic breccia of two layers in Jiadi gold deposit

对比上下两层火山角砾岩稀土元素特征参数值(表3)，最主要的差异为ΣREE和δEu。上层火山角砾岩3件样品ΣREE值为142.18×10-6～185.78×10-6，平均为163.08×10-6，下层火山角砾岩7件样品ΣREE值为197.79×10-6～301.01×10-6，平均为247.06×10-6，下层火山角砾岩ΣREE是上层火山角砾岩ΣREE的1.52倍。另外根据上述分析，岩石受后期热液作用时稀土元素总体表现为带出的特点，稀土总量随蚀变作用的增强而降低。因此综合以上2个方面，未经后期热液蚀变时，下层火山角砾岩原岩ΣREE是上层火山角砾岩原岩ΣREE的2倍左右或更高。

玄武岩类各不相同岩石类型中稀土含量随分异作用的增加而增高[20--21]，架底金矿下层火山角砾岩具有更高的ΣREE，说明下层火山角砾岩比上层火山角砾岩分异作用更高，分离结晶作用更明显。根据研究[20,22]，玄武岩岩浆一般结晶作用的顺序先是由橄榄石和单斜辉石为主的分离作用产生玄武质岩浆，后由单斜辉石并伴随有斜长石的分离作用产生中性岩浆，中性安山岩可由玄武质岩浆结晶分异作用形成[23--26]。因此相对上层火山角砾岩，下层火山角砾岩可能不完全是基性岩，应该偏向中基性--中性。两层火山角砾岩岩性的不同应该是导致其容矿性差异的一个重要原因。祁连素等人[6]通过研究认为，泥堡金矿容矿火山角砾岩属中基性岩，为玄武安山岩类，这也就进一步说明了相对于基性火山角砾岩，中基性--中性火山角砾岩更容易容矿。

斜长石对Eu的分配系数远远大于其他REE，一般认为各类岩浆岩中Eu异常的产生常与斜长石的结晶有关，如在岩浆分离结晶过程中，斜长石的大量晶出将导致残余熔体中形成负Eu异常[20,27--28]。两层火山角砾岩中δEu值的差异可能是岩浆不同的结晶分异作用造成的。下层火山角砾岩结晶分异作用更明显，在深部岩浆分离结晶作用中，比上层火山角砾岩结晶出更多的斜长石，使得残余熔体中δEu偏低。

4.5 架底金矿与泥堡金矿容矿火山角砾岩稀土元素地球化学对比

泥堡金矿矿床类型主要为层控型与断裂型，但不论哪一类其主要容矿岩石均为火山碎屑岩(火山角砾岩)，其蚀变类型和特征与架底金矿下层火山角砾岩具有相似性。祁连素等认为该套火山角砾岩更偏向中基性岩，属玄武安山岩类[6--7]。

图7中，JD--1为架底金矿下层火山角砾岩JD4～JD10共7件样品取平均，JD--2为架底金矿上层火山角砾岩ZK6905K2、ZK6680K44、ZK6680K45共3件样品取平均值，NB为泥堡金矿共12件含矿火山角砾岩取平均值。

根据稀土元素配分模式图(图7)，泥堡金矿含矿火山角砾岩与架底金矿两层火山角砾岩稀土配分曲线模式大致相似，配分曲线平缓右倾。

图7 架底金矿床与泥堡金矿床容矿火山角砾岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式图Fig.7 Partition pattern of chondrites-standardized REE in volcanic breccia of Jiadi and Nibao gold deposits

根据表3，JD--2和NB比JD--1更富集轻稀土，轻稀土分馏更明显，但三者最主要的差异为ΣREE和δEu。JD--1、NB、JD--2的ΣREE依次为247.06×10-6、227.06×10-6、163.08×10-6，δEu分别为1.07×10-6、1.05×10-6、1.17×10-6。JD--1和NB的ΣREE和δEu更接近，配分曲线模式也更相似。架底金矿下层火山角砾岩和泥堡金矿容矿火山角砾岩具有相似的稀土元素地球化学特征，两类火山角砾岩更接近。

5 火山角砾岩微量元素地球化学特征

微量元素对岩浆作用的源区特征、形成条件和演化过程等各种相关变化有灵敏的反映，广泛应用于各种岩浆作用和火成岩岩石学和成矿作用的研究中。岩浆在分异演化过程中会造成岩浆系统成分的变化，不同微量元素在岩浆演化过程中的行为各具特征，因此可通过对微量元素的研究来判断岩浆的分异演化程度。Zr、Ti、Nb、Ta、Hf、Y、Cr等元素在自然作用过程中性质稳定，受变质或蚀变作用影响小，通常认为不活动元素或惰性元素，可作为“原始”物质组成特征的指示剂[29--33]。

架底金矿下层火山角砾岩具较强的热液蚀变，本次选择基本不受后期变质、蚀变作用影响的惰性元素，对比分析上下两层火山角砾岩的差异，分析结果见表5。

表5 架底金矿床火山角砾岩惰性元素含量Table 5 Contents of inert elements in volcanic breccia of Jiadi gold deposit /10-6

ZK6905K2、ZK6680K44、ZK6905K45为上层火山角砾岩，无金矿化。其中ZK6905K2无热液蚀变，ZK6680K44具弱蚀变，ZK6680K45具较强蚀变。JD36、JD43、JD44、JD46为下层火山角砾岩，矿石样，具强蚀变。总体上，下层火山角砾岩惰性元素含量大于上层火山角砾岩，Cr、Y、Ti、Nb、Ta这5个元素的差异最大，Hf、Zr也存在一定的不同。

Cr为过渡金属元素，在岩浆结晶作用过程中，容易以类质同象的形式进入单斜辉石或尖晶石等造岩矿物[34]。Cr在分离结晶作用过程中的浓度变化很大[35]。架底金矿下层火山角砾岩Cr含量为6×10-6～9×10-6，上层火山角砾岩Cr含量为58×10-6～69×10-6，均低于原生玄武岩岩浆(Cr=300×10-6～500×10-6)[36--37]，表明两层火山角砾岩均经历了较强的结晶分异演化。下层火山角砾岩Cr含量远低于上层火山角砾岩，表明下层火山角砾岩经历了更强的结晶分异作用，分异演化程度更高。

玄武岩中钛主要以铁钛氧化物(钛铁矿或磁钛铁矿)的形式存在[38--39]。董书云等[39]在对云南宾川等地区峨眉山玄武岩研究时发现，当TiO2较低时(大致<7%)，Y含量与Ti含量表现为正相关，Y也赋存在铁钛氧化物中。表5中，Y与Ti也表现为粗略正相关。下层火山角砾岩Ti、Y含量明显高于上层火山角砾岩，Ti、Y含量的不同说明其岩性存在一定的差异，可能反映了两层火山角砾岩经历了不同的结晶分异作用。

高场强元素Nb、Ta及Zr、Hf具有非常相似的离子半径，在岩浆演化过程中通常具有一致的行为[40--42]。Nb、Ta、Zr、Hf含量的变化指示岩浆结晶分异的演化趋势，随着分异演化程度的增强，从超基性--酸性--碱性Nb、Ta、Zr、Hf的含量增加[35,43]。

架底金矿上层火山角砾岩Nb含量为19.2×10-6～25.8×10-6，平均为22.5×10-6，Ta含量为1.2×10-6～1.5×10-6，平均为1.4×10-6，Zr含量为131×10-6～174×10-6，平均为154×10-6，Hf含量为3.3×10-6～4.4×10-6，平均为3.9×10-6；下层火山角砾岩Nb含量为30.0×10-6～33.9×10-6，平均为31.6×10-6，Ta含量为1.80×10-6～2.13×10-6，平均为1.96×10-6，Zr含量为166×10-6～193×10-6，平均为183×10-6，Hf含量为4.5×10-6～5.2×10-6，平均为4.9×10-6。下层火山角砾岩具更高的Nb、Ta、Zr、Hf含量，相对上层火山角砾岩，下层火山角砾岩其岩浆分异演化程度更强。

Nb、Ta及Zr、Hf具有相似的化学性质，在岩浆演化过程中通常具有一致的行为。随着岩浆分异演化的进行，它们那些细微差异会表现的越来越明显，造成两种元素比值的变化。因此Nb/Ta、Zr/Hf值的变化也可以反映岩浆的分异程度，Nb/Ta、Zr/Hf值随岩浆分异程度的增加而降低[35,44--45]。Nb/Ta在上下两层火山角砾岩中差异不大，下层角砾岩稍低；Zr/Hf比值下层火山角砾岩明显低于上层火山角砾岩，这也进一步说明了下层火山角砾岩岩浆分异演化程度更高。

综合分析，架底金矿上下两层火山角砾岩差异明显，下层火山角砾岩岩浆分异演化程度更高，下层火山角砾岩岩性可能更偏中基性甚至中性。

泥堡金矿容矿火山角砾岩中除Cr、Ti外，Nb、Ta、Zr、Hf、Y含量更接近架底金矿下层火山角砾岩，说明两者存在一定的相似性，两类火山角砾岩更接近。

6 结论

(1)矿区火山角砾岩在后期热液作用中，稀土元素总体表现为带出的特点，稀土总量随蚀变作用的增强而降低。

(2)架底金矿区峨眉山玄武岩组火山角砾岩分为上下两层，两层火山角砾岩在角砾特征、角砾成分等方面无明显差异，但其容矿性却存在着截然的差异。根据分析，下层火山角砾岩原岩ΣREE是上层火山角砾岩原岩ΣREE的2倍左右或更高。惰性元素Zr、Ti、Nb、Ta、Hf、Y、Cr含量及Nb/Ta、Zr/Hf值在上下两层火山角砾岩中也存在着明显的差异。ΣREE和惰性元素的差异反映了两层火山角砾岩经历了不同的结晶分异作用，下层火山角砾岩岩浆分异演化程度更高，其岩性应偏中基性甚至中性。两层火山角砾岩岩性的不同应该是其容矿性差异的一个重要原因。对比架底金矿、泥堡金矿容矿火山角砾岩特征，相对于基性火山角砾岩，中基性--中性火山角砾岩可能更容易容矿。

(3)架底金矿下层火山角砾岩与泥堡金矿容矿火山角砾岩具有更相似的微量(惰性元素)、稀土元素地球化学特征，两类火山角砾岩更接近。