湘东北雁林寺金矿床微量和稀土元素地球化学特征

黄 诚，唐 春

(南昌工程学院 水利与生态工程学院，江西 南昌 330099)

湘东北金成矿区属于江南金多金属成矿带的重要组成部分，代表性的金矿床包括万古、黄金洞、雁林寺、洪源等[1-4]。雁林寺金矿由小阳坑、亥子冲和石牛田矿段组成[5]。区域范围内的金矿还包括洪源、团山背和半边山等矿床，显示该区域具有优越的找矿前景[6]。学者们近些年来对该金矿开展了一系列的研究，取得了一些重要进展。已有研究表明金矿化主要见于中元古界冷家溪群浅变质岩系中，受劈理化带、韧性剪切带等构造作用控制，成矿具有多期次等特征[7-9]。此外，雁林寺金矿乃至整个湘东北地区金成矿内不同阶段的矿化还往往具有不同的构造地球化学特征[10-12]，金成矿的成矿物质和流体来源以及岩浆作用与变质作用对成矿的影响仍存在较大争议。例如，部分学者认为成矿物质来源于冷家溪群地层[13-14]，也有学者认为深部岩浆作用提供了部分成矿元素[15-16]。成矿流体来源复杂，主要包括岩浆和变质作用甚至是大气降水均有参与。这些分歧严重制约了对湘东北地区金成矿作用的深入理解。因此，本文以湘东北雁林寺金矿为例，系统研究该矿床含金石英脉和围岩的微量和稀土元素组成，深入分析了该矿床的成矿流体和物质来源，探讨了成矿作用过程。

1 雁林寺金矿地质特征

1.1 矿区地质特征

1—含凝灰质砂岩、砂质板岩；2—浅变质砂岩、粉砂岩、板岩；3—浅变质砂岩、板岩；4—花岗岩；5—断层及编号；6—韧性剪切带；7—倒转背斜；8—金矿脉及编号图1 雁林寺金矿地质图

图2 雁林寺金矿岩矿石特征

1.2 矿体特征

矿体主要由北西向和北东向两组矿脉组成，北西组主要分布在石牛田地区，以V3、V7等矿脉为代表(图2e)；北东组矿脉在全区分布较广，如V16、V17、V31、V32 等矿脉(图2f)。主要矿脉特征见表1。

表1 雁林寺金矿主要矿体特征

(1)V31号矿体：为产于NE向劈理化带中的含金石英脉，形态为细脉状、透镜状，局部地带呈不规则状。走向 27～85°，倾向北西，倾角 43～75°。矿体长 400m，延伸250m，厚度0.45～0.99m，平均0.92m。沿倾向方向有含金量有变大趋势，矿体厚度增大，金品位范围大，属不均匀型。

(2)V32号脉：矿体为产于 NE向劈理化带中的含金石英脉，形态为雁列脉状、透镜状等。走向28～57°，倾向北西，倾角45～80°。矿体长400m，延伸260m，厚度0.40～1.45m，平均0.85m。沿倾向方向有含金量有变大趋势，矿体厚度增大，金品位范围大，属不均匀型。

(3)V36号脉：矿体为产于NE向劈理化带中的含金石英脉，形态为细脉状、透镜状等。走向15～66°，倾向北西，倾角34～45°。矿体长280m，延伸420m，厚度0.62～2.02m，平均1.32m。沿倾向方向有含金量有变大趋势，矿体厚度增大，金品位范围大，属不均匀型。

(4)V3号脉：矿体为产于 NW 向韧性剪切带中，形态为石英大脉等。走向120～170°，倾向北东，倾角45～75°。矿体长1500m，延伸大于300m，厚度0.4～2.7m，平均0.9m。沿倾向方向有含金量有变大趋势，矿体厚度增大，金品位变化范围大，属不均匀型。

1.3 矿石特征

根据矿体的赋存状态，矿石类型有劈理化带型含金石英脉和韧性剪切型含金石英脉。主要矿石矿物有自然金、黄铁矿、毒砂、褐铁矿、赤铁矿、钛铁矿、黄铜矿等。脉石矿物主要有石英、绢云母、绿泥石、白云母、长石等。矿石主要为自形晶粒结构和半自形晶粒结构。即为与金成矿有密切关系的金属硫化物所具有的结晶特征，其次为他形粒状结构及包裹体、连生等结构。主要为自然金和金属硫化物的他形晶粒特征及自然金与金属硫化物及金属硫化物与金属硫化物之间的共生、伴生关系。矿石构造主要为脉状、细脉状、条带状构造，其次为浸染状构造。

2 样品采集及分析方法

本次研究的样品系统采自出露在井下和地表的未蚀变、蚀变冷家溪群地层和金矿体。样品岩性主要为含金石英脉、糜棱岩、冷家溪群蚀变围岩和冷家溪群未蚀变围岩。蚀变围岩具有明显的绢云母化和黄铁矿化特征，与未蚀变围岩具有显著差异。糜棱岩产于韧性剪切带内，是一种特殊的蚀变岩。含金石英脉中含有黄铁矿、毒砂等金属矿物，与金矿化密切相关。样品的微量元素和稀土元素含量测试工作在澳实分析检测(广州)有限公司完成。分析过程为将样品磨至200目以下的粉末，利用ME-MS81方法测定微量元素和稀土元素含量。测试结果见表2和表3。

表2 雁林寺金矿岩矿样品微量元素分析结果

表3 雁林寺金矿岩矿样品稀土元素分析结果

3 测试结果

3.1 微量元素地球化学特征

在与原始地幔标准化蛛网图中，冷家溪群未蚀变岩石和蚀变岩石具有相似的微量元素分配模式(图3)。冷家溪群地层中除了Co元素呈现明显的亏损，其它元素如Ga、Cr、Ni、U、Th、Rb、Sr、Pb、Ba等均较高，并且Cr、U、Th、Rb、Sr、Ba等元素富集程度很高。在含金石英脉中，6个样品中各种微量元素具有较大的变化。整体上来看，Ga、Cr、Co、Ni、U、Th元素与冷家溪群地层有着相似的元素分布特征。从冷家溪群未蚀变围岩(样品编号Y-W-2、Z-1)，冷家溪群蚀变围岩(样品编号L-S-1、X-S-1、Y-S-1)至含金石英脉(样品编号LL06、LL09、LL10、YH-3、X-H-3、L-H-3)的微量元素变化特征可以看出(表2)，Co/Ni的比值较为接近，而U/Th值则逐渐降低。而糜棱岩和含金石英脉中相对于未蚀变围岩和蚀变围岩具有较低的U/Th值、较高的Th/Co值这一特点也是雁林寺金矿化的一个重要特征。前人研究表明，不同来源流体的Co/Ni变化较大[17，18]。雁林寺金矿Co/Ni平均值为0.259，与围岩相似(平均为0.333)，暗示成矿流体主要来自于变质热液。总之，冷家溪群地层和含金石英脉微量元素特征表明，微量元素活动性受到成矿热液作用影响显著，表明雁林寺金成矿受到含矿热液的蚀变作用以及动力变质作用等因素的控制[7]。

图3 雁林寺金矿含金石英脉(原始地幔元素丰度据文献[19])

3.2 稀土元素地球化学特征

雁林寺金矿未蚀变围岩、蚀变围岩和糜棱岩均具有较高的REE总量(表3)，ΣREE介于141.15×10-6～215.38×10-6之间，平均值为190.2×10-6。在稀土元素分配图中表现为明显的右倾型(图4)，其中(La/Sm)N比值介于1.96～4.94之间，平均值为3.54。LREE/HREE比值介于4.27～13.29之间，平均值8.45，表明冷家溪群地层表现出轻稀土元素富集的特征。而重稀土元素的分布曲线则比较平缓，(Gd/Yb)N介于1.42～2.35之间，平均值为1.64，显示轻稀土元素分馏程度高于重稀土元素。雁林寺金矿含金石英脉中，ΣREE介于9.10×10-6～35.23×10-6，显著低于冷家溪群地层。稀土元素分配曲线一致性较差(图4)，样品LL06、LL09、LL10的配分曲线右倾，(La/Yb)N介于2.9～5.57，表现出明显的轻稀土元素富集。δEu介于0.89～1.06，为 Eu 弱的负异常和正异常。而样品Y-H-3、X-H-3、L-H-3的分配相对较平缓，(La/Yb)N介于0.57～2.26，稀土元素分馏不明显。δEu介于1.06～2.27，为Eu正异常。含金石英脉的稀土配分曲线与糜棱岩、未蚀变围岩和蚀变围岩相似，暗示金矿化与冷家溪群地层具有成因联系。石英中的稀土元素特征与形成石英的流体在沉淀过程中的稀土元素特征近一致，而雁林寺金矿不同阶段含金石英脉之间的配分曲线又有所差异，反映了不同成矿条件的差别[20-21]，如成矿流体的多源性和成矿温压条件相差较大[22]。

图4 雁林寺金矿含金石英脉(球粒陨石数据据文献[19])

4 讨论

4.1 成矿流体和成矿物质来源

含金石英脉的Co/Ni值与围岩相近，U/Th逐渐减小，二者的微量元素蛛网图相似。另外，含金石英脉稀土配分曲线与围岩相近，而不同阶段含金石英脉又有所差异。因此，成矿物质主要由围岩提供，成矿流体为变质热液。这与前人所做的同位素结果一致。早阶段和晚阶段金成矿石英的δ(18Oquartz)值、δ(D)值分别为13.82‰和12.92‰，-72.6‰和-60.6‰[23]，计算得到成矿流体δ(18OH2O)值分别为0.6‰和-4.91‰。贾宝华和彭和求(2005)也报导了从早阶段到晚阶段成矿流体δ(18OH2O)值逐渐降低的趋势[24]。这些数据表明早阶段成矿流体主要为变质热液，晚阶段中大气降水比例增高。含金石英脉和冷家溪群地层的δ34S值分别介于-5.37‰～-4.57‰和-13.1‰～-6.62‰[24]，二者均富集32S，表明硫同位素组成与变质岩有着一定的联系。含金石英脉的δ34S值比地层升高了1.69‰～7.73‰，表明了地层提供了主要的成矿物质，由变质热液萃取冷家溪群围岩所带出。这与本次微量元素和稀土元素的研究结果一致。另外，含金石英脉流体包裹体Sr同位素组成介于0.73396～0.75637[11]，高于变质岩(0.71306～0.72874)[25]，含金石英脉富集87Sr指示成矿物质来源于围岩是由流体萃取富含Rb的围岩所导致。

4.2 成矿作用过程

在印支晚期，构造体制转变为以走滑为主的发展阶段，变质热液在岩浆热源的作用下，沿着逆冲断层带上升，沿着裂隙进入到劈理化带中。其与围岩的相互作用以及应力的变化，使得其从矿源层中萃取出金元素，在劈理化带中富集成矿，形成第Ⅰ期金矿化。燕山期以来，雁林寺金矿NE向左行走滑剪切作用下所伴生的R′走滑，形成NW向右型韧性剪切带。雁林寺NW向韧性剪切带的形成使岩石发生糜棱岩化和强烈片理化，从而为热液活动提供了通道，该期成矿热液有较多的大气降水混入，使剪切带内的岩石遭受强烈蚀变。热液作用导致金在有利部位富集成矿，形成第Ⅱ期矿脉。

5 结论

雁林寺金矿含金石英脉和冷家溪群围岩的Ga，Cr，Co，Ni，U，Th等微量元素具有相似的元素分布特征。从矿体到围岩，Co/Ni值相近，而U/Th值逐渐减小。金成矿受含矿热液的蚀变作用以及动力变质作用等因素的控制，成矿流体主要来自变质热液。含金石英脉稀土配分曲线与围岩相近，而不同阶段含金石英脉又有所差异，反映成矿物质主要来源于冷家溪群地层，成矿流体具有多源。结合前人同位素组成的研究结果，认为在成矿早阶段，变质热液通过与围岩的作用，从矿源层中萃取出来的金元素，在劈理化带中富集成矿。晚阶段成矿热液有较多的大气降水混入，使剪切带内的岩石遭受强烈蚀变，热液作用导致金在有利部位富集成矿。