中酸性隱爆角礫巖型金屬礦床稀土元素地球化學(xué)特征

梁俊紅,鞏恩普,姚玉增,崔顯德

(東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院,沈陽(yáng)110004)

0 引言

隱爆角礫巖是指在地殼內(nèi)部一定深度特定封閉條件下,由深部巖漿或水熱流體的爆發(fā)作用而形成的角礫(碎屑)巖[1]。隱爆角礫巖型礦床是與隱爆作用有關(guān)的礦床,礦體在剖面上呈筒柱狀、漏斗狀、脈狀、不規(guī)則枝杈狀等形態(tài)。隱爆角礫巖型礦床具有爆炸性能量釋放過(guò)程所造成的隱爆火山碎屑和巖石分帶組合,并呈現(xiàn)強(qiáng)烈的巖石變形特征。

1983年,國(guó)外曾舉辦了“角礫巖和成礦作用:地質(zhì)產(chǎn)狀和成因 (Brecciation and Mineralization:Geologic Occurrence and Genesis)”討論會(huì),作為討論會(huì)的成果,美國(guó)《Economic Geology》雜志出版了專(zhuān)集 (A Special Devoted to Ore-Hosted Breccias,1985,Vol.180,No.6),該專(zhuān)集13篇論文涉及次火山環(huán)境下隱爆角礫巖的形成、角礫巖筒形成過(guò)程中流化作用的實(shí)驗(yàn)研究以及與隱爆角礫巖有關(guān)的金-銅-鉬礦床、電英巖(化)的研究實(shí)例。20世紀(jì)90年代,國(guó)內(nèi)在金、銀、鈾、銅等隱爆角礫巖型礦床的隱爆機(jī)制、流體演化、隱爆角礫與侵入體的關(guān)系以及成礦系列模式等方面有了極大的發(fā)展,特別是在金礦床方面的研究尤為深入[2-7]。隱爆角礫巖型礦床種類(lèi)豐富多樣,如金、銀、鈾、銅、鉛鋅、鐵、鎢、鉬等,是一種經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的礦床類(lèi)型。與金、銀、銅等礦種有關(guān)的含礦隱爆角礫巖可形成于不同的深度,礦體通常定位于次火山侵入體內(nèi)的斷裂交匯部位,且這種類(lèi)型礦床一般規(guī)模較大。美國(guó)的Cripple Creek礦床、Golden sunlight礦床和Round Mountain礦床,澳大利亞的Olympic Dam礦床和Kidston礦床等都是規(guī)模超過(guò)50 t的超大型金礦。東南亞許多國(guó)家也有一些與新生代火山、次火山作用有關(guān)的隱爆角礫巖型大型金礦。中國(guó)許多大型金礦床屬于隱爆角礫巖型或含有部分隱爆角礫巖型礦體,如祁雨溝、團(tuán)結(jié)溝、歸來(lái)莊、阿希、雙王等金礦均達(dá)到或接近特大型規(guī)模,并有可能擴(kuò)大為超大型金礦床。此外,在斑巖型銅-金礦床中,角礫巖型礦體在整個(gè)礦床中占有重要地位,相當(dāng)數(shù)量的礦石產(chǎn)于角礫巖中。同時(shí),許多斑巖型礦床都含有一些具有經(jīng)濟(jì)意義的伴生金元素,或形成以金為主的貧銅型金礦床[8-12]。

在隱爆角角礫巖型礦床的研究中,按膠結(jié)物及角礫(碎屑)的成分將隱爆角礫巖分為超鐵鎂質(zhì)(以金伯利巖為代表)、鐵鎂質(zhì)(基性)和長(zhǎng)英質(zhì)(中酸性)3種類(lèi)型。不同類(lèi)型隱爆角礫巖的組成特征、碎屑 大小、礦物組成表現(xiàn)出一致的宏觀地質(zhì)特性;不同類(lèi)型的隱爆角礫巖或礦體的巖石地球化學(xué)、成礦流體地球化學(xué)呈現(xiàn)出極大的差異性;中酸性隱爆角礫巖與金、銀、銅、鉛、鋅等元素成礦作用極為密切。

1 典型礦床稀土元素地球化學(xué)特征

作為研究對(duì)象,本文選取了與中酸性隱爆角礫巖有關(guān)的4個(gè)典型礦床(內(nèi)蒙古赤峰陳家杖子金礦床、河北豐寧銀-金多金屬礦床、贛南6722鈾礦床和與湖南寶山鎢、鉬、銅、鉛鋅多金屬礦床)進(jìn)行了稀土元素地球化學(xué)特征研究。

1.1 內(nèi)蒙古赤峰陳家杖子金礦床

位于華北板塊北緣的陳家杖子金礦床為與早燕山期隱爆角礫巖有關(guān)的淺成中-低溫?zé)嵋盒徒鸬V床[13-14]。礦區(qū)花崗斑巖、英安斑巖、閃長(zhǎng)玢巖等巖脈或小巖株侵入于隱爆角礫巖體內(nèi);礦區(qū)外圍分布有燕山期中細(xì)粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖、花崗巖。礦體呈脈狀產(chǎn)于隱爆角礫巖中,角礫巖筒主要由含角礫巖屑晶屑凝灰?guī)r組成。礦區(qū)主要含礦巖石及花崗巖圍巖均表現(xiàn)為輕稀土元素富集,稀土元素配分曲線(xiàn)為右傾型,LREE/HREE=7.28～17.66,除個(gè)別樣品(Cjz-16)外,巖石一般具有Eu的負(fù)異常,δ(Eu)=0.20～0.93,一般＞0.5,指示巖漿在形成過(guò)程中經(jīng)歷了斜長(zhǎng)石的結(jié)晶分異作用(表1)。礦區(qū)外圍的長(zhǎng)城系淺灰綠色混合花崗巖出現(xiàn)強(qiáng)烈的 Eu的負(fù)異常(δ(Eu)=0.25),δ(Eu)值小于礦區(qū)花崗巖和容礦巖石。Cjz-16樣品出現(xiàn)Eu的正異常,可能與其含有的大量外來(lái)花崗巖角礫中的稀土元素干擾有關(guān)。

1.2 河北豐寧銀-金多金屬礦床

河北豐寧銀-金多金屬礦床位于華北地臺(tái)北緣中段,銀-金多金屬礦體產(chǎn)于近SN走向的牛圈—老虎壩斷裂北段的隱爆角礫巖體中。礦床的隱爆角礫巖劃分為震裂花崗巖、震碎花崗巖、熔漿角礫巖和氣爆角礫巖4種巖相,呈帶狀從外向中心分布。礦床的多期隱爆的疊加使得分帶更為復(fù)雜[15]。

對(duì)豐寧隱爆角礫巖型銀-金多金屬礦床與隱爆作用有關(guān)的隱爆角礫巖(礦石)、蝕變粗?；◢弾r和未蝕變圍巖細(xì)?；◢弾r3個(gè)樣品進(jìn)行分析(表1)。稀土元素化學(xué)分析結(jié)果顯示:①稀土元素配分曲線(xiàn)相似平行;②輕稀土富集,隱爆角礫巖中更富集輕稀土元素,與標(biāo)準(zhǔn)的球粒隕石相比較蝕變粗?；◢弾r和未蝕變細(xì)?；◢弾r呈現(xiàn)重稀土 Tb和 Tm的強(qiáng)虧損;③δ(Eu)=0.91～1.09,呈現(xiàn)相似的 Eu極弱或接近球粒隕石含量的特點(diǎn)。

1.3 贛南6722鈾礦床

6772鈾礦床為長(zhǎng)英質(zhì)隱爆角礫巖型鈾礦床,位于武夷山隆起帶西側(cè)的會(huì)昌白堊紀(jì)斷陷盆地東緣,產(chǎn)出在受早白堊世安粗巖系草桃背火山機(jī)構(gòu)控制的隱爆角礫巖內(nèi),其基底為海西期黑云母花崗巖[16-17]。在距地面一定深度特定封閉條件下由中酸性巖漿以及所含氣熱流體的隱爆作用形成的環(huán)帶狀長(zhǎng)英質(zhì)隱爆角礫巖組合,由中心向外依次為安粗巖-隱爆角礫巖-震裂花崗巖-花崗巖,具有與豐寧銀-金多金屬礦床相似的巖石分帶組合。6772鈾礦床的巖石稀土元素組成表明,黑云母花崗巖、二云花崗巖、蝕變花崗巖及含礦隱爆角礫巖具有十分相似的稀土元素地球化學(xué)特征(表1):①分布型式相互平行,呈右傾輕稀土富集型,w(REE)=88.4×10-6～234.15×10-6,二云花崗巖的稀土元素總量明顯少于其他4類(lèi)巖石;②輕稀土富集,LREE/HREE=15.75～32.76;③具明顯的 Eu負(fù)異常,δ(Eu)=0.15～0.23;④從表1可見(jiàn),主要稀土參數(shù)(LREE/HREE,δ(Eu),La/Sm)較為一致。稀土元素地球化學(xué)特征指示黑云母花崗巖、蝕變花崗巖與含礦隱爆角礫巖之間具有密切的成因關(guān)系,二云花崗巖與橄欖玄粗巖具有差異性的物質(zhì)來(lái)源,且在一定程度上也反映了二云花崗巖與黑云母花崗巖具有花崗巖巖漿源的趨同性。

1.4 湖南寶山鎢-鉬-銅-鉛-鋅多金屬礦床

礦床位于湖南省桂陽(yáng)縣寶山南西約1.5 km處,面積約0.13 km2,礦區(qū)分布許多中侏羅世形成的花崗閃長(zhǎng)斑巖小巖體和花崗閃長(zhǎng)質(zhì)隱爆角礫巖體,巖體呈橢圓形近EW向展布,長(zhǎng)約775 m,寬約425 m,花崗閃長(zhǎng)質(zhì)隱爆角礫巖中常見(jiàn)有次圓-次棱角狀的花崗閃長(zhǎng)斑巖巖屑或包體,圍巖蝕變不明顯?；◢忛W長(zhǎng)斑巖體圍巖的夕卡巖化、大理巖化較強(qiáng),伴有強(qiáng)烈的 W,Mo,Cu,Pb,Zn等多金屬礦化[18]。

伍光英等(2005)對(duì)區(qū)內(nèi)與 W,Mo,Cu,Pb,Zn等多金屬礦化有關(guān)的中酸性隱爆角礫巖進(jìn)行了詳細(xì)的地球化學(xué)研究。花崗閃長(zhǎng)斑巖與花崗質(zhì)隱爆角礫巖相比稀土元素總量減少,且LREE/HREE值和δ(Eu)值更小,指示輕稀土弱富集、Eu更為虧損的地球化學(xué)特征(表1)。寶山地區(qū)花崗閃長(zhǎng)質(zhì)隱爆角礫巖的基質(zhì)、花崗閃長(zhǎng)斑巖、花崗閃長(zhǎng)質(zhì)隱爆角礫巖的角礫和花崗斑巖的稀土元素具反演化序列特征,與湘南礦集區(qū)燕山期主要成礦花崗巖類(lèi)巖體稀土元 素反演化序列特征相一致,可能為同期構(gòu)造巖漿作用的產(chǎn)物,這為在寶山地區(qū)花崗閃長(zhǎng)質(zhì)隱爆角礫巖中尋找與花崗閃長(zhǎng)斑巖有關(guān)的W,Mo,Cu,Pb,Zn礦床具有指示意義。

2 礦床稀土元素配分模式特征及其涵義

稀土元素作為具有相同或相近的電價(jià)、離子半徑以及相似地球化學(xué)行為的元素組,其在巖漿作用體系中礦物或礦物-熔體之間的分配行為主要受晶體場(chǎng)控制。因此,長(zhǎng)期以來(lái)被廣泛應(yīng)用于與巖漿作用有關(guān)的成巖成礦地球化學(xué)過(guò)程的示蹤。中酸性隱爆角礫巖型金、銀-金、鈾礦床、鎢-鉬-銅-鉛-鋅多金屬礦床的稀土元素具有極強(qiáng)相似性和弱差異性的地球化學(xué)特征。

表1 典型礦床的巖(礦)石稀土元素組成特征Table 1 Rare earth element characteristics of typical metal deposits

(1)稀土元素的配分模式曲線(xiàn)均呈向右的緩傾型,這一相似的地質(zhì)特征指示隱爆角礫巖型礦床與中酸性圍巖花崗巖(或花崗質(zhì)巖石)演化具有密切的成生聯(lián)系(圖1)。

(2)礦床稀土元素總量w(REE)=69.7×10-6～245.27×10-6,但在某一礦床中作為個(gè)別礦石的隱爆角礫巖(或礦化有關(guān)的角礫巖)的稀土元素總量小于圍巖花崗巖(或花崗質(zhì)巖石)。例如豐寧銀-金礦床的蝕變粗?；◢弾r和隱爆角礫巖的w(REE)分別為92.76×10-6和79.16×10-6,而未蝕變圍巖細(xì)?；◢弾r為156.14×10-6;赤峰陳家杖子金礦床含角礫巖屑凝灰?guī)r和蝕變含角礫巖屑凝灰?guī)rw(REE)=143.1×10-6和 73.1×10-6,低于其他樣品。趙省民等(2002)對(duì)內(nèi)蒙古東七一山螢石礦床的圍巖和礦石的稀土元素地球化學(xué)研究表明,圍巖的w(REE)＞290×10-6,礦石的w(REE)<30 ×10-6[19]。廣東長(zhǎng)坑—富灣金銀礦床礦石的稀土元素總量可分為2個(gè)差別較大的區(qū)間:一個(gè)區(qū)間為w(REE)=30.34×10-6～90.62×10-6,礦石為受到強(qiáng)烈硅化的構(gòu)造角礫巖,普遍沒(méi)有原巖的殘余成分,顯示了稀土總量值較低;另一個(gè)區(qū)間為w(REE)=141.63×10-6～183.02×10-6,礦石主要為硅化砂巖、硅化構(gòu)造角礫灰?guī)r,其中仍含有一定量的原巖殘余成分,表現(xiàn)出稀土總量的相對(duì)較高[20]。華南花崗巖類(lèi)巖石中的稀土元素含量通常是時(shí)間的函數(shù),即隨巖漿演化,稀土元素總量增加;LREE/HREE比值減小;Eu異常越來(lái)越明顯(即δ(Eu)值越來(lái)越小)[21]。

(3)隱爆角礫巖型金、銀-金、鈾、鎢-鉬-銅-鉛-鋅礦床輕、重稀土元素的比值呈現(xiàn)大跨度性,LREE/HREE=3.31～14.5,僅豐寧銀-金礦床的細(xì)?；◢弾r(B)為26.8。隱爆角礫巖型的金、銀-金礦床具有相似的輕、重稀土元素比值區(qū)間(7.3～14.5),與隱爆作用有關(guān)的鈾、鎢-鉬-銅-鉛-鋅礦具有一致的較低比值區(qū)間(3.31～9.52)。

圖1 典型隱爆角礫巖型礦床稀土元素配分模式圖Fig.1 REE pattern of typical cryptoexplosive breccia metal deposits

(4)隱爆角礫巖型礦床呈現(xiàn)較寬的 Eu異常變化特點(diǎn)。與大多數(shù)沉積巖和海水相似,陸殼巖石常具有負(fù)的Eu異常。由于地殼內(nèi)部分熔融作用使得花崗巖和花崗質(zhì)的陸殼巖石形成 Eu的負(fù)異常,這些熔融作用與殘余體是較富斜長(zhǎng)質(zhì)的,因此地殼下 部要稍富集一些 Eu,而在上部的殼體相對(duì)虧損一些[22]。隱爆角礫巖型礦床礦石、蝕變圍巖均呈現(xiàn)負(fù)Eu異常的地質(zhì)特征,一類(lèi)為與鈾成礦作用有關(guān)的高度集中強(qiáng) Eu負(fù)異常(δ(Eu)=0.15～0.23);另一類(lèi)為與金、銀、鎢、銅等成礦作用的弱或無(wú)銪異常(δ(Eu)=0.69～1.21)。

3 結(jié)論

對(duì)金、銀-金、鈾、鎢-鉬-銅-鉛-鋅隱爆角礫巖型礦床稀土元素地球化學(xué)的研究表明,火山、次火山的隱爆作用可形成不同的金屬礦床,這些礦床在稀土元素地球化學(xué)特征上呈現(xiàn)了極大相似性和一定的差異性。

(1)中酸性隱爆角礫巖型礦床稀土元素總量具有很大的差異性,w(REE)=69.7×10-6～245.27×10-6,但是某一具體礦床的礦石、蝕變圍巖稀土元素總量的變化較小,這一特點(diǎn)反映與成礦有關(guān)的隱爆巖系與礦區(qū)范圍內(nèi)花崗質(zhì)圍巖之間的成因聯(lián)系。

(2)隱爆角礫巖型礦床礦石、蝕變圍巖的稀土元素配分模式均呈現(xiàn)左高右低的緩傾斜狀,與典型花崗巖演化的稀土元素地球化學(xué)特征相一致,具有輕稀土元素富集的趨勢(shì)。

(3)金、銀-金隱爆角礫巖型礦床具有較高的輕、重稀土元素比值,LREE/HREE=7.3～14.5,其他隱爆角礫巖型金屬礦床(化)的這個(gè)比值較為集中,LREE/HREE=3.31～9.52。就δ(Eu)值而言,隱爆角礫巖型礦床呈現(xiàn)強(qiáng)Eu負(fù)異常、弱或無(wú) Eu異常2種類(lèi)型。

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