山西辛莊金礦床地質(zhì)地球化學(xué)特征及成因分析

趙曉霞，劉忠法，張普斌，劉清泉，張宇，張建國(guó),

(1.中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院 有色金屬成礦預(yù)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙，410083；2.有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心，北京，100012)

辛莊金礦床位于晉東北恒山山脈中段南側(cè)五臺(tái)山金礦化集中區(qū)內(nèi)，其與義興寨金礦床分別位于孫家莊雜巖體的南東部和北部，同受區(qū)域性北西向斷裂控制。前人對(duì)義興寨金礦床在內(nèi)的礦田成巖年齡、控礦構(gòu)造、控礦因素、成礦條件[1-7]、礦物標(biāo)型[8-9]以及同位素、成礦流體和金的產(chǎn)出狀態(tài)等方面[10-13]進(jìn)行了研究，認(rèn)為本區(qū)成礦與燕山期巖體有密切的成因聯(lián)系，礦體主要受斷裂控制作用明顯，成礦流體以巖漿水為主，后期有大氣降水或地層水加入。由于人們對(duì)辛莊礦區(qū)地質(zhì)勘查工作起步較晚，到目前為止，對(duì)辛莊金礦床研究較少。直到20世紀(jì)80年代初，山西省地質(zhì)局211地質(zhì)隊(duì)才在本區(qū)進(jìn)行了金礦普查地質(zhì)工作，因此，辛莊金礦的研究程度還較低，前期的地質(zhì)資料、科研成果較匱乏。為了提高本區(qū)研究程度，本文作者對(duì)本區(qū)進(jìn)行了野外調(diào)研，從成礦物質(zhì)來(lái)源、礦化產(chǎn)出形式、礦物共生組合和礦石組構(gòu)、圍巖蝕變以及成礦方式等方面探討辛莊金礦的礦床成因，以便為下一步尋找該礦深部礦體提供理論資料。

1 成礦地質(zhì)背景

礦區(qū)地處恒山東段山西陸臺(tái)與燕山沉降帶兩大構(gòu)造單元相互嵌接的構(gòu)造巖漿活動(dòng)帶上。地層由老至新、由北西向南東依次出露有五臺(tái)群木格組、朱家坊組、臺(tái)子底組變質(zhì)巖系，蓋層為局部殘留的上元古界薊縣系霧迷山組、寒武系毛莊—饅頭組以及第三系繁峙組、第四系松散堆積物。

區(qū)域構(gòu)造由2條北西向大斷裂(義興寨斷裂、龍山斷裂)構(gòu)成本區(qū)斷裂的基本格架，它們控制著與其伴生的北北東、北北西兩組斷裂的分布，也控制了中生代巖體的產(chǎn)出和義興寨—辛莊金礦帶的展布。

區(qū)域巖漿活動(dòng)從五臺(tái)期—燕山期—喜山期均有發(fā)生，巖性從基性—酸性—堿性均可見(jiàn)；巖漿巖產(chǎn)出多以淺成-超淺成為主，其中燕山期巖漿活動(dòng)與本區(qū)成礦關(guān)系密切，見(jiàn)圖1。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦體產(chǎn)出的地質(zhì)條件

該礦床主要由規(guī)模較大的1號(hào)、4號(hào)含金石英脈礦體和6～11號(hào)規(guī)模較小的含金石英脈礦體組成，以上石英脈狀礦體均受北西及北北西向2組斷裂構(gòu)造控制。

圖1 辛莊巖金礦區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Simplified geological map of Xinzhuang Gold Deposit

1號(hào)含金石英脈帶分布在礦區(qū)中部，見(jiàn)圖2。脈帶沿北北西向斷裂充填，破裂面在走向和傾向上呈舒緩波狀，破碎帶兩旁見(jiàn)鱗片狀綠泥石、絹云母等礦物呈定向排列。破碎帶內(nèi)多見(jiàn)斷層泥及壓性透鏡體，破裂面常見(jiàn)有斜擦痕。含金石英脈在破碎帶中有尖滅再現(xiàn)、分支復(fù)合現(xiàn)象。由于受多期斷裂活動(dòng)的影響，石英脈有碎裂及破碎現(xiàn)象。此組脈帶規(guī)模較大，長(zhǎng)達(dá)1.5 km，寬為幾十厘米至幾米，最寬可達(dá)13 m左右；傾向?yàn)?0°～78°，傾角為75°～80°。脈帶內(nèi)的礦體規(guī)模大，延深大，品位高，一般金品位為1～10 g/t，最高可達(dá)110 g/t。

圖2 1號(hào)礦體16號(hào)線剖面圖Fig.2 16th line profile map of No.1 orebody

4號(hào)脈在1號(hào)脈帶西約160 m處，地表大部分被黃土覆蓋，在975，815，715和645 m中段均已見(jiàn)到礦體，且其內(nèi)賦存有薄而富的礦體，長(zhǎng)大于200 m，延深超過(guò)200 m，顯示出一定規(guī)模，同時(shí)也說(shuō)明礦區(qū)存在盲礦脈(體)。

6～11號(hào)脈帶沿北西向斷裂充填。走向上含金石英脈呈不規(guī)則狀分布。斷層角礫粒徑懸殊，呈棱角狀。斷層破碎帶規(guī)模較小，一般長(zhǎng)200余m，最長(zhǎng)可達(dá)800 m，寬為幾十厘米至幾米，最寬可達(dá)10 m左右。傾向?yàn)?5°～50°，傾角為73°～80°。

2.2 礦石類(lèi)型

根據(jù)礦石礦物組合特征、礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造以及礦石次生變化，將礦石劃分為以下4種。

(1)黃鐵礦型(含金-石英-黃鐵礦型)：呈黃白色，具自形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)，條帶狀、團(tuán)塊狀構(gòu)造。金屬礦物以中-粗粒黃鐵礦為主，一般占礦石成分含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)的25%～50%，微量黃銅礦金含量較低。

(2)黃鐵礦-黃銅型(含金-石英-黃銅礦-黃鐵礦型)：呈黃白色，具半自形粒狀結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)，細(xì)脈狀、條帶狀、團(tuán)塊狀構(gòu)造。金屬礦物以粗粒黃鐵礦為主，次為黃銅礦、一般占礦石成分含量的30%～70%，少量鏡鐵礦次之；偶見(jiàn)方鉛礦、閃鋅礦，其含金性隨破碎程度增強(qiáng)而增大。

(3)多金屬型(含金-石英-黃鐵礦-黃銅礦型或含金-石英-方鉛礦-閃鋅礦型)：呈半自形粒狀結(jié)構(gòu)、裂隙充填結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)，條帶狀、梳狀構(gòu)造，其次為細(xì)脈狀、網(wǎng)脈狀構(gòu)造。金屬礦物主要為黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦，其次有鏡鐵礦、斑銅礦等，此類(lèi)型含金較富。

(4)蝕變巖型(含金-黃鐵礦-蝕變巖型)：呈自形半自形粒狀結(jié)構(gòu)、充填結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)，細(xì)脈浸染狀、細(xì)網(wǎng)脈狀及交錯(cuò)脈狀構(gòu)造。金屬礦物為黃鐵礦，有時(shí)可見(jiàn)黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦。蝕變主要以綠泥石化、高嶺土化、硅化等為主，此礦石類(lèi)分布在主脈帶兩側(cè)或脈帶尖滅再現(xiàn)的銜接部位。

2.3 礦物共生組合及礦石組構(gòu)

2.3.1 礦物共生組合

金與金屬硫化物共生，金屬硫化物常以單礦物脈或多金屬組合脈產(chǎn)出，形成多種礦物組合關(guān)系，研究區(qū)內(nèi)主要礦物共生組合主要有黃鐵礦-石英、黃鐵礦-黃銅礦-石英、黃鐵礦-黃銅礦-鏡鐵礦-石英、黃鐵礦-黃銅礦-斑銅礦-石英、黃鐵礦-黃銅礦-方鉛礦-閃鋅礦-斑銅礦-石英、黃鐵礦-蝕變巖等幾種。

2.3.2 礦石組構(gòu)

礦石結(jié)構(gòu)主要有自形粒狀結(jié)構(gòu)、半自形-他形粒狀結(jié)構(gòu)、裂隙充填結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)、交代溶蝕結(jié)構(gòu)、脈狀結(jié)構(gòu)以及固融體分離結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖3。礦石構(gòu)造主要有塊狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、脈狀構(gòu)造、細(xì)脈網(wǎng)脈狀構(gòu)造。

2.4 圍巖蝕變

辛莊金礦區(qū)內(nèi)，圍巖蝕變類(lèi)型主要有鉀化、赤鐵礦化、硅化、黃鐵礦化、絹云母化、高嶺土化、綠泥石化、碳酸鹽化等。與金礦化關(guān)系密切的蝕變作用主要為硅化、絹云母化、黃鐵絹英巖化，次為高嶺土化、綠泥石化、碳酸鹽化等。

圍巖蝕變由高溫到低溫橫向水平分帶為鉀化、赤鐵礦化帶-硅化、黃鐵礦化、絹云母化帶-高嶺土化、綠泥石化帶-碳酸鹽化帶。

圖3 辛莊金礦床礦床典型礦石結(jié)構(gòu)Fig.3 Typical ore textures of Xinzhuang Gold Deposit

3 礦床地球化學(xué)特征

3.1 巖石學(xué)特征

用于研究本區(qū)巖石化學(xué)特征的數(shù)據(jù)均來(lái)源于新鮮霏細(xì)巖，測(cè)試工作在廣州澳實(shí)礦物實(shí)驗(yàn)室完成。巖石化學(xué)成分分析結(jié)果顯示：樣品的SiO2含量為75.08%～76.99%，平均含量為75.74%，略高于中國(guó)同類(lèi)巖石的SiO2平均含量70.21%[14]，屬于SiO2過(guò)飽和類(lèi)巖石；w(Na2O)平均值為1.55%，w(K2O)平均值為4.86%，w(K2O)＞w(Na2O)，w(Na2O)/w(K2O)平均值為0.30，為鉀質(zhì)巖石；w(A12O)3/w(CaO +Na2O+ K2O)＞1.1。從物源角度看，巖石屬典型殼源型(S型)花崗巖。

3.2 微量元素地球化學(xué)特征

本次分析研究樣品主要采自于與礦床成礦作用有關(guān)的霏細(xì)巖，測(cè)試工作在廣州澳實(shí)礦物實(shí)驗(yàn)室完成，采用方法為質(zhì)譜儀定量分析。根據(jù)測(cè)試結(jié)果繪制巖體微量元素蛛網(wǎng)圖，見(jiàn)圖4。由圖4可知：本區(qū)霏細(xì)巖微量元素Nb，Ho和Lu 虧損，呈負(fù)異常；Rb，Ba和Zr相對(duì)富集，呈正異常，其微量元素蛛網(wǎng)圖模式曲線均呈自左向右微傾斜或近于水平分布的多峰多谷形。呈現(xiàn)特征的“W”形配分模式曲線。

圖4 孫家莊巖體微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.4 Trace element spidergrams of Sunjiazhuang intrusion

霏細(xì)巖中親石元素Rb，Ba，Th的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及w(Rb)/w(Sr)低均與地殼的相當(dāng)，這說(shuō)明本區(qū)巖體可能為地殼巖石深熔或重熔的產(chǎn)物。霏細(xì)巖中高離子場(chǎng)強(qiáng)元素 Nb，Zr和Hf的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均比地殼中的低，但遠(yuǎn)比原始地幔的高，顯示了原始巖漿的淺源性；Zr的含量相對(duì)于原始地幔來(lái)說(shuō)明顯富集，同樣指示了巖漿來(lái)源于地殼的特征。

本區(qū)黃鐵礦具有虧Fe和S的特點(diǎn)，而w(Fe)/w(S)為0.861 9～0.872 8，均大于0.857 0，屬于內(nèi)生成因。黃鐵礦虧Fe和S可能與成分中富含Co(0.05%～0.15%)和Ni(0.01%～0.03%)有關(guān)。一般地，中深成含金石英脈礦床黃鐵礦中Co和Ni含量高，淺成低溫?zé)嵋航鸬V床黃鐵礦中Co和Ni含量低[15]。黃鐵礦中w(Co)/w(Ni)為1.67～11.00，均值大于1.00，指示硫化物礦物的成礦物質(zhì)來(lái)源于巖漿作用[16]。區(qū)內(nèi)黃鐵礦中w(S)/w(Se)為2 646～5 343，小于1×105，屬于熱液成因[17]。

3.3 稀土元素地球化學(xué)

本次用于稀土元素研究的樣品測(cè)試工作由廣州澳實(shí)礦物實(shí)驗(yàn)室完成，采用方法為質(zhì)譜儀定量分析。

巖體稀土元素總量(∑w(REE))為25.22×10-6～137.58×10-6，平均值為81.40×10-6；輕稀土與重稀土含量比(w(LREE)/w(HREE))為5.17～14.55，平均值為9.84，輕稀土富集；(w(La)/w(Yb))N為3.72～16.03，平均值為9.88；銪異常(δw(Eu))為0.43～0.51，平均值為0.47，Eu中等虧損。這些特征均與鉀質(zhì)殼源型花崗巖類(lèi)特征相符，呈右傾斜的“V”型分布模式，具輕稀土相對(duì)富集的特點(diǎn)。

圍巖(黑云角閃石斜長(zhǎng)片麻巖)稀土元素總量變化范圍變動(dòng)較大，為68.51×10-6～200.33×10-6，平均值為134.42×10-6；輕稀土與重稀土含量比(w(LREE)/w(HREE))變化范圍為3.16～14.59，平均值為8.88，為輕稀土富集；(w(La)/w(Yb))N變化范圍為2.23～21.59，平均值為11.91；銪異常(δw(Eu))平均值為0.93，為無(wú)虧損型。

礦石(含金黃鐵黃銅鏡鐵礦石英脈型礦石、含金黃鐵礦石英脈型礦石、含金黃銅黃鐵礦石英脈型礦石、含金斑銅黃銅黃鐵礦石英脈型礦石、含金方鉛閃鋅黃銅黃鐵礦石英脈型礦石)稀土元素總量(∑w(REE))偏低，為8.84×10-6～105.63×10-6，平均值為43.10×10-6；輕稀土與重稀土含量比(w(LREE)/w(HREE))變化范圍為0.31～11.82，平均值為3.40；Eu相對(duì)富集，δw(Eu)為0.96～1.32，平均值為1.14，為富集型；(w(La)/w(Yb))N變化范圍為0.61～9.29，平均值為3.24。

辛莊金礦稀土元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及特征值見(jiàn)表1。由表1可知：巖體、圍巖和礦體的稀土總量(∑w(REE))平均值分別為81.40×10-6，43.10×10-6和134.42×10-6；輕稀土與重稀土含量比(w(LREE)/w(HREE))平均值分別為9.84，8.88和3.40。(w(La)/w(Yb))N平均值分別為9.88，11.91和3.24，以上礦石特征值與巖體特征值更接近，說(shuō)明本區(qū)礦體的形成與巖體有密切關(guān)系。

3.4 同位素地球化學(xué)

礦區(qū)內(nèi)礦石硫同位素組成δ34w(S)為-0.9‰～+1.1‰，平均值接近0‰，與國(guó)內(nèi)巖漿熱液礦床的硫同位素值1.68‰接近[11]，表明成礦物質(zhì)來(lái)源與燕山期巖體有關(guān)，顯示了成礦與燕山期巖漿活動(dòng)的密切關(guān)系。

4 礦床成因分析

礦區(qū)內(nèi)燕山期巖漿巖的微量元素及硫、氫、氧同位素結(jié)果顯示：本區(qū)成礦物質(zhì)、成礦流體及成礦所需熱能均主要來(lái)自于巖漿，成礦與燕山期巖漿侵入活動(dòng)關(guān)系密切[18]。盡管片麻巖中金含量相對(duì)地殼克拉克值有所偏高，但強(qiáng)度不大。片麻巖硬度大，性脆易開(kāi)裂，在成礦前構(gòu)造格局、燕山期構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和巖漿活動(dòng)熱力場(chǎng)共同影響下，充當(dāng)成礦期淺部領(lǐng)域內(nèi)各種脆性控礦構(gòu)造的良好圍巖；同時(shí)，在含礦流體的運(yùn)移、聚集和定位過(guò)程中，充當(dāng)良好的隔擋層。從宏觀看，礦脈基本上還是圍繞巖體的周邊就近產(chǎn)出，遠(yuǎn)離巖體的熱力接觸帶體系，礦化逐漸變?nèi)酢?/p>

表1 辛莊金礦稀土元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及特征值Table1 Feature value of rare earth elements of Xinzhuang Gold Deposit

從礦化產(chǎn)出的形式看，礦化產(chǎn)出形式均為含金硫化物石英脈體，是含礦流體沿構(gòu)造裂隙控充填而形成的典型熱液脈狀礦體。

從礦物共生組合和礦石組構(gòu)看，本區(qū)金與金屬硫化物共生，金屬硫化物常以單礦物脈或多金屬組合脈產(chǎn)出，礦石組構(gòu)以裂隙充填結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)、交代溶蝕結(jié)構(gòu)、脈狀交叉以及固融體分離結(jié)構(gòu)、網(wǎng)脈狀為主，充分顯示了熱液成礦的特征。

從圍巖蝕變看，本區(qū)圍巖蝕變水平分帶為：鉀化、赤鐵礦化帶-硅化、黃鐵礦化、絹云母化帶-高嶺土化、綠泥石化帶-碳酸鹽化帶，也顯現(xiàn)了巖漿熱液成礦流體從早期到晚期、從高溫到低溫的演化規(guī)律。

從成礦方式看，含金硫化物石英脈受斷裂帶結(jié)構(gòu)面或裂隙面控制明顯，脈壁平直，與兩側(cè)巖石界線清晰，充填礦化特征明顯，成礦方式以充填成礦為主。

從以上分析可知：辛莊金礦屬與燕山期中酸性巖漿侵入活動(dòng)有關(guān)的熱液充填石英脈型金礦床。

5 結(jié)論

(1)本區(qū)礦體呈石英硫化物脈狀產(chǎn)出，均受北西及北北西向兩組斷裂構(gòu)造控制；礦石類(lèi)型主要包括黃鐵礦型、含金-石英-黃銅礦-黃鐵礦型、含金-石英-黃鐵礦-黃銅礦型或含金-石英-方鉛礦-閃鋅礦型以及蝕變巖型；礦石組構(gòu)主要為粒狀結(jié)構(gòu)、裂隙充填結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)、交代溶蝕結(jié)構(gòu)、脈狀結(jié)構(gòu)、固融體分離結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、脈狀構(gòu)造、細(xì)脈網(wǎng)脈狀構(gòu)造。

(2)巖體w(K2O)＞w(Na2O)，為鉀質(zhì)巖石，w(A12O3)/w(CaO +Na2O+ K2O)＞1.1，屬典型殼源型(S型)花崗巖；親石元素Rb，Ba，Th含量及w(Rb)/w(Sr)比值均與地殼的相當(dāng)，高場(chǎng)強(qiáng)元素 Nb，Zr和Hf含量均比地殼含量小，具殼源特征；配分曲線呈右傾斜的“V”型分布模式，輕稀土相對(duì)富集。礦石與巖體和圍巖相比，稀土元素總量(∑w(REE))、輕稀土與重稀土含量比(w(LREE)/w(REE))和(w(La)/w(Yb))N等特征值與巖體的更近，表明礦體的形成與巖體有密切關(guān)系。

(3)辛莊金礦床為與燕山期中酸性巖漿侵入活動(dòng)有關(guān)的熱液充填石英脈型金礦床。

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