個(gè)舊蝕變巖型銅多金屬礦床圍巖蝕變過程中元素遷移定量研究

李 培,鄧小虎,陳守余

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢430074;2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院,武漢430074)

0 引言

云南個(gè)舊超大型錫銅多金屬礦床以錫礦生產(chǎn)馳名中外,具有悠久的開采歷史。但是隨著已探明資源在開采中不斷消耗,尋找新的接替資源成為今后的主題。因此,新類型礦床的發(fā)現(xiàn)為尋找新的接替資源提供了方向。關(guān)于這類新型礦床的研究暫時(shí)還未見,本文將對(duì)深部巖體內(nèi)新型蝕變巖型銅多金屬礦床進(jìn)行了蝕變分帶,定量計(jì)算出圍巖蝕變過程中元素遷移的變化量,試圖從微觀角度探尋蝕變過程中元素的變化規(guī)律及與成礦的關(guān)系。

1 礦床地質(zhì)概況

個(gè)舊錫礦東礦區(qū)西部凹陷帶位于個(gè)舊東區(qū)老廠礦田西部塘子凹礦段一帶(圖1)。凹陷帶內(nèi)地層主要為中三疊統(tǒng)個(gè)舊組(T2g)中下段的碳酸鹽巖和第四系黃褐色黏土、砂質(zhì)黏土;區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育,主要為褶皺和斷裂;成礦巖體為燕山晚期花崗巖,隱伏于地下,屬老卡巖體的一部分,普遍發(fā)生自變質(zhì)作用[1]。

2 圍巖蝕變及其分帶特征

研究區(qū)內(nèi)圍巖蝕變作用具有多階段性,可大致分為前期的鉀長石化,中期的電氣石化、螢石化和黃鐵礦化,以及后期的綠簾石化、綠泥石化和碳酸鹽化等。圍巖為花崗巖,從鏡下礦物組合及其特征來看,圍巖蝕變的類型主要有鉀長石化、絹英巖化、電氣石化、螢石化、黃鐵礦化、硅化、綠簾石化、綠泥石化、碳酸鹽化等。其中與成礦關(guān)系密切的蝕變有鉀長石化、螢石化、電氣石化以及黃鐵礦化;在未見明顯礦化的區(qū)段普遍發(fā)育的蝕變多為綠簾石化和綠泥石化,蝕變的強(qiáng)度不一,并以綠簾石化為主。不同的蝕變類型之間的界線不明顯,常見不同的蝕變類型疊加在一起,這可能與熱液的多期(次)性活動(dòng)有關(guān)。

圖1 個(gè)舊錫礦東礦區(qū)西部凹陷帶地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological sketch of depression zone in western part of east Gejiu tin mining area,Yunnan Province

因此,在劃分蝕變分帶的時(shí)候,考慮到蝕變類型的疊加,沒有劃出單一的蝕變類型帶,而是以疊加的多種蝕變類型中最為主要的蝕變類型為依據(jù)來劃分的。根據(jù)鉆孔巖心的實(shí)際觀察記錄,將蝕變帶分為鉀長石化帶和綠簾石化帶兩個(gè)大的蝕變帶。其中鉀長石化帶的巖心顏色呈淺紅色,發(fā)育鉀長石化、螢石化、電氣石化以及黃鐵礦化,并且可見較大的黃銅礦顆粒,形態(tài)較好;綠簾石化帶巖心顏色呈灰綠色,常見綠簾石化、綠泥石化,局部見少量螢石、電氣石,未見結(jié)晶較好的黃銅礦顆粒。從蝕變分帶最為明顯的鉆孔ZK2007-303-1分析,沿鉆孔從上到下,這2個(gè)蝕變帶交替出現(xiàn),可能與成礦的多期(次)性有關(guān),顯示了礦化的強(qiáng)度變化(圖2)。

3 元素遷移定量計(jì)算

3.1 樣品測試與分類計(jì)算

將鉆孔ZK2007-303-1巖心所采的樣品按上述蝕變分帶歸類,單個(gè)蝕變帶中如有多個(gè)樣品,則取其平均值。鉀長石化帶簡稱“鉀”,綠簾石化帶簡稱“綠”,蝕變分帶以及各帶名稱參見圖2。結(jié)合巖心觀察描述和樣品分析結(jié)果進(jìn)行計(jì)算,其中綠I帶、鉀I帶、綠 II帶的樣品數(shù)分別為4個(gè)、3個(gè)和2個(gè),鉀 II帶、鉀III帶均為單個(gè)樣品,綠 III以及綠 IV沒有樣品,故這2個(gè)帶沒有參加計(jì)算。

圖2 鉆孔ZK2007-303-1花崗巖內(nèi)蝕變分帶Fig.2 Schematic diagram of alteration zoning in granite revealed by Drill hole ZK2007-303-1(Measured)

由于研究區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)均發(fā)生蝕變,很少有未蝕變的巖石樣品,考慮到本區(qū)花崗巖的巖性在整個(gè)地區(qū)沒有明顯的變化,因此選取坑道中采集的樣品(XA K-82)作為未蝕變巖樣品,其巖性為灰白色中粗粒黑云母花崗巖。各蝕變帶的巖石組分測試結(jié)果見表1。

3.2 計(jì)算方法

在一些圍巖蝕變過程中元素遷移問題的定量研究中,通常的假設(shè)前提是巖石蝕變前、后的體積不變,如采用巴爾特、魯?shù)履峥频鹊挠?jì)算方法。但巖石在蝕變前后的體積往往是會(huì)發(fā)生變化的,因此這樣的計(jì)算不妥。Gresens[2](1967)提出了巖石交代蝕變的成分-體積關(guān)系法,Grant[3]于1986年根據(jù)Gresens的方程提出等濃度線法,這2種方法均使用未蝕變巖石及其相應(yīng)蝕變巖化學(xué)分析數(shù)據(jù)參與計(jì)算。Gresens法還需要考慮巖石的相對(duì)體積質(zhì)量,而 Grant法一般不需考慮這個(gè)參數(shù),這為舊資料的使用提供了便利。且相對(duì)于 Gresens法而言,Grant法可免去對(duì)數(shù)據(jù)的繁雜處理,等濃度圖可以一目了然地看出元素的得失情況。我們采用 Grant法,其方程推導(dǎo)過程如下[4]:

表1 各蝕變帶的常量元素和微量元素組成Table 1 Trace,constant elements contents of different alteration zones

3.3 計(jì)算

表2 各蝕變帶的常量元素和微量元素變化Table 2 Variation of trace,constant elements of different alteration zones

4 元素遷移規(guī)律

4.1 微量元素

在劃分的2個(gè)不同類型蝕變帶中,同一個(gè)蝕變帶中微量元素在不同深度的變化基本上是一致的。從表2以及圖3可以看出,綠簾石化帶遷出的微量元素有Mo和Mn,帶入的微量元素有Ag,Bi,As,Cu,W,Sb,Ba,Cd,Sr,Sn,Be,Pb,Zn,Co和Ni;鉀長石化帶中遷出的微量元素有Mo和Mn,帶入的微量元素有Ag,Cu,Sb,Bi,Cd,W,As,Zn,Co,Ba,Sn,Sr,Pb,Be和Ni。2個(gè)蝕變帶總體上遷出元素都是Mo和Mn,其他微量元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均有增加,只是增加的程度不一,這可能是由于多期的熱液流體交代圍巖而造成的,暗示熱液流體富含這些微量元素。

研究區(qū)中成礦元素主要為Cu,Sn和W,這3種元素屬于大量帶入的元素,尤其是Cu元素的增加極為明顯,這與黃銅礦化的出現(xiàn)是一致的。親硫元素Ag,As,Sb,Bi,Pb和 Zn的帶入是顯著的,尤其是Ag,As,Sb和Bi均出現(xiàn)較大的增加幅度,Ag比Cu的帶入更為強(qiáng)烈;親鐵元素Co和Ni的增加較小,這可能與黃鐵礦化的出現(xiàn)有關(guān);Sr和Ba為親石分散元素,Sr主要以類質(zhì)同象替代Ca和 K分散于造巖礦物中,Ba則主要以類質(zhì)同象替代 K,二者均與 K密切相關(guān),在鉀長石化的過程中,Sr和Ba可以隨 K的增加而增加;Cd為親銅分散元素,在熱液交代的過程中,Cd與Zn密切相關(guān),進(jìn)入閃鋅礦中[12];Be的增加可能與鉀長石化有關(guān),熱液交代作用中F-,Cl-,H2O,CO2等組分的參加有利于原先賦于長石中的Be遷移和重新分配;Mo主要分布于花崗巖的斜長石中,在圍巖蝕變過程中,鉀長石化使Mo有一定的遷出。Mn在巖漿巖中主要賦存于硅酸鹽礦物中,質(zhì)量分?jǐn)?shù)的減少可能與鉀長石化有關(guān)。

4.2 常量元素

在同一種類型的蝕變帶中,不同深度蝕變巖的常量元素變化大體一致,從一個(gè)側(cè)面反映了蝕變帶劃分的合理性。從表2和圖3可以看出,在綠簾石化帶中增加的常量元素有 MgO,Fe2O3,TiO2,P2O5,CaO,K2O和SiO2,質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少的常量元素(從多到少)有Na2O,MnO和FeO;鉀長石化帶中增加的常量元素(從多到少)有 Fe2O3,CaO,K2O,MgO和FeO,質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少的元素(從多到少)有Na2O,MnO,SiO2,TiO2和 P2O5。二者均增加的常量元素有Fe2O3,CaO,K2O和MgO,均減少的常量元素有Na2O和MnO,說明熱液流體富含堿性元素以及Fe3+,并且有如下反應(yīng):

研究區(qū)內(nèi)鉀長石化極其發(fā)育,熱液中的 K+交代斜長石中的Na+,廣泛生成鉀長石,帶入 K2O,帶出Na2O,并且Na2O組分的減少量最大;Fe2O3,CaO和MgO這3種常量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加較為顯著,這與螢石化、電氣石化(主要是鎂電氣石)和黃鐵礦化等圍巖蝕變發(fā)育相符合;SiO2在鉀長石化帶中減少約35%,而在綠簾石化帶中稍有增加,可能與鉀長石化帶中發(fā)育的螢石化、電氣石化蝕變有關(guān);FeO在綠簾石化帶中稍有減少,在鉀長石化帶中增加,與成礦環(huán)境的氧化還原性有關(guān)。TiO2和 P2O5在綠簾石化帶中稍微增加,在鉀長石化帶中稍微減少,這兩種組分均可作為圍巖蝕變過程中的惰性成分,在蝕變過程中質(zhì)量得失率均較小。

5 討論及結(jié)論

(1)熱液流體中富含 K+離子,紅色的鉀長石化現(xiàn)象可作為找礦標(biāo)志之一。研究區(qū)內(nèi)鉀長石化程度高,大部分地區(qū)均可見不同程度的鉀長石化現(xiàn)象,主要表現(xiàn)為斜長石被鉀長石交代形成微斜長石和條紋長石等。發(fā)生鉀交代的巖石為成礦有利標(biāo)志[13],這是因?yàn)閴A質(zhì)交代過程中,某些類質(zhì)同象容量較大的稀有成礦元素“載體”被類質(zhì)同象容量小的“清潔礦物”所取代[14],有利于成礦元素的遷移和富集,對(duì)成礦是有利的。

(2)Fe2O3在2類蝕變帶中均表現(xiàn)為相對(duì)遷入,并且在鉀長石化帶中遷入表現(xiàn)更為明顯,從一個(gè)側(cè)面反映了礦體的形成環(huán)境應(yīng)為氧化環(huán)境。熱液流體中富含鐵元素,與普遍可見的黃鐵礦化蝕變相一致。

(3)SiO2在鉀長石化帶中表現(xiàn)為相對(duì)大量遷出,遷出約35%,在綠簾石化帶中表現(xiàn)為相對(duì)少量遷入。SiO2組分應(yīng)該在與成礦作用關(guān)系密切的螢石化、電氣石化的蝕變過程中遷出,因此SiO2組分的存在不利于成礦元素富集,成礦作用與其質(zhì)量分?jǐn)?shù)具負(fù)相關(guān)性。

圖3 不同蝕變巖-未蝕變巖的圖Fig.3 diagram of different altered rock vs unalteredrock

(4)2類蝕變帶中帶入的微量元素種類較多并且十分一致,除Mo和Mn外,其他微量元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為增加,說明熱液流體富含這些微量元素。其中成礦元素Cu,Sn,W以及親硫元素的帶入最為明顯,其他微量元素的變化則與鉀長石化、黃鐵礦化等蝕變具有密切的聯(lián)系。

(5)較為發(fā)育的圍巖蝕變類型有螢石化、電氣石化和黃鐵礦化,顯示出熱液流體富含 F和S元素的特點(diǎn)。通常認(rèn)為熱液作用中的金屬元素是以絡(luò)合物形式遷移,主要的絡(luò)合物形式有鹵化物絡(luò)合物、硫化物絡(luò)合物、硫氫化物絡(luò)合物等[15]。因此熱液中富含F(xiàn)和S對(duì)于成礦元素的遷移與沉淀是極為有利的。

綜上所述,礦床產(chǎn)于富堿、氧化環(huán)境中,熱液的多期(次)性造成了鉀長石化帶與綠簾石化帶的交替出現(xiàn),其中的紅色鉀長石化是找礦的重要標(biāo)志;Fe2O3在鉀長石化帶中有大量遷入,而SiO2在鉀長石化帶中有大量遷出;微量元素的變化在兩個(gè)蝕變帶中非常一致,遷出的元素都是Mo和Mn,其他的微量元素均有所增加,因此除主要成礦元素Cu,Sn和W外,可以考慮其他金屬元素的綜合利用。熱液中富含的 K,F和S元素為成礦元素的遷移和沉淀提供了基礎(chǔ),對(duì)于成礦是有利的。

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