青海東昆侖黑色巖系鉑族元素地球化學特征及其找礦前景

田 滔，苗國文，郝亞青，沈 驍，邱 瑜

(青海省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海 西寧 810028)

0 前 言

黑色巖系是一類重要的容礦巖石和礦源巖石，被譽為“多元素富集層”，國內(nèi)外已發(fā)現(xiàn)許多具有經(jīng)濟價值的與黑色巖系有關的重要礦床，其中包括V、Mo、Ni、U、Cu、Au、Ag、Pb、Zn、Se、P和重晶石等重要礦產(chǎn)，新世紀以來還發(fā)現(xiàn)有鉑族等稀散元素的富集現(xiàn)象[1-4]。近些年來，黑色巖系中的鉑族元素找礦工作取得了一些重要進展，如在我國南方湘黔地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色巖系中發(fā)現(xiàn)了大面積富集Ni-Mo-PGE的含礦層[5]，使得黑色巖系成為繼鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖外又一尋找鉑族金屬資源的重要目標。

通過近4年的野外工作，在青藏高原東昆侖地區(qū)納赤臺群哈拉巴依溝組地層中首次發(fā)現(xiàn)了富含鉑族元素的黑色巖系，本文將通過研究該地區(qū)黑色巖系中鉑族元素的地球化學特征，進一步討論該地區(qū)鉑族元素找礦前景。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

東昆侖南坡發(fā)育一套典型的俯沖增生雜巖楔，其背部以昆中斷裂為界與東昆侖巖漿弧毗鄰，南部以昆南斷裂為界與木孜塔格—西大灘—布青山蛇綠混雜巖帶、瑪多—馬沁增生楔接壤，是青藏高原北部一條重要的巨型結合帶(圖1)[6-7]。納赤臺群是構成該俯沖增生雜巖楔的主要地質(zhì)體，《青海省巖石地層》厘定自下而上由水泥廠組、石灰溝組、哈拉巴依溝組并為納赤臺群，指分布于昆侖山東段布爾汗布達山一帶，整合于石灰廠組之上一套以千枚巖、變砂巖、板巖為主夾云母片巖及薄層灰?guī)r，底部為礫巖，區(qū)域上夾有火山熔巖、火山碎屑巖的地層序列，底以礫巖、砂質(zhì)礫巖的始現(xiàn)與石灰廠組分界，頂界不明。

γδT3晚三疊世花崗閃長巖；Pt2-3W 中—新元古代萬寶溝群；OSN 奧陶—志留紀納赤臺群；T1-2h 早—中三疊世紅水川組；T2x 中三疊世西里科特組；T3bb 晚三疊世八寶山組；J1-2y 早—中侏羅世羊曲組；E3y 漸新世雅西措組

圖1納赤臺群地層分布及大地構造略圖(圖據(jù)文獻[6])

根據(jù)近年來的野外工作，結合哈拉巴依溝組地層的巖性組合特征、變質(zhì)變形作用，認為哈拉巴依溝組(OSh)為一套灰色鈣質(zhì)板巖、黑色碳質(zhì)板巖，變質(zhì)長石石英變砂巖、板巖、礫巖及硅質(zhì)巖、火山巖等的地層序列。

2 采樣區(qū)地質(zhì)概況

大干溝口釩鉬礦床位于青海省柴達木盆地南緣，東昆侖中段昆侖山南坡。東昆侖褶皺造山帶是青藏高原北部的重要地質(zhì)單元，大干溝口地區(qū)位于該造山帶內(nèi)的雪山峰—布爾汗布達造山亞帶上，在造山期構造層主導的背景環(huán)境下，包容了由斷裂控制邊界的前造山期古陸塊體，主要由納赤臺群、萬保溝群及沿昆中深斷裂廣泛產(chǎn)出的鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖組成。礦區(qū)內(nèi)主要出露古生代奧陶紀納赤臺群哈拉巴依溝組及少量中新元古代萬寶溝群地層(圖2)。

Qh 第四系全新世；Qp3第四系更新世；N1w 早新近紀五道梁組；K2k 中白堊系昆侖橋組；J1-2dm 早—中侏羅系大煤溝組；T3bb 晚三疊系八寶山組；T2x 中三疊系西里科特組；T1-2n 早—中三疊系鬧倉堅溝組；T1h 早三疊系紅水川組；P1-2dc 早—中二疊系打柴溝組；C1d 早石炭系大干溝組；D3m3晚泥盆系牦牛山組；OSh 奧陶—志留系哈拉巴依溝組；Ptw2元古界萬寶溝群；1 脈體；2 地質(zhì)界線；3 角度不整合地質(zhì)界線；4 逆斷層；5 正斷層；6 性質(zhì)不明斷層；7 向斜構造；8 采樣點；9 礦區(qū)范圍

圖2青海東昆侖大干溝口釩鉬礦床區(qū)域地質(zhì)略圖

其中萬寶溝群地層主要以透鏡體的形式出現(xiàn)，主要位于礦區(qū)的北部，地表寬約50～500 m，長度約5 km，總體產(chǎn)狀北傾，傾角53(°)～77(°)。巖性主要為微晶大理巖及變砂巖組成，大理巖與變砂巖之間為韌性斷層接觸關系。該巖組整體變質(zhì)變形強烈，可見糜棱巖、石香腸、鞘褶皺、揉皺等發(fā)育；哈拉巴依溝組地層為礦區(qū)內(nèi)的主要地層，同時也是含礦地層，該套地層自下而上分為3個巖性段，其中，下巖段主要為一套碳酸鹽巖沉積，巖性主要為淺灰色灰?guī)r，局部片理化十分發(fā)育，厚度大于100 m；中巖段下部發(fā)育黃褐—灰黑色泥鈣質(zhì)板巖，與下巖段之間呈斷層接觸關系，上部為薄層狀黑色碳質(zhì)板巖與薄層淺灰色硅質(zhì)巖互層，局部見薄層灰?guī)r夾層，該巖性段為本文主要研究對象；上巖段主要為泥鈣質(zhì)板巖與灰?guī)r互層，巖段中部見有薄層砂巖出露。

3 樣品特征及測試方法

哈拉巴依溝組中的黑色巖系主要由碳質(zhì)板巖、碳質(zhì)硅質(zhì)板巖、泥鈣質(zhì)板巖、硅質(zhì)巖及灰?guī)r等組成，其中黑色巖系的顏色隨著成分的變化，特別是碳質(zhì)、鈣質(zhì)和硅質(zhì)成分的變化而呈深黑色—淺灰色。

碳質(zhì)板巖：深黑色，隱晶質(zhì)結構，板狀構造。地表呈松散黑色粉末狀，具明顯污手現(xiàn)象。巖石主要由大量碳質(zhì)粉末(82%)組成，少量絹云母(2%)組成，其次含有后期的細小石英脈體(9%)及金屬礦物(7%)。碳質(zhì)粉末多以隱晶質(zhì)碳質(zhì)粉末集合體形式產(chǎn)出，少量絹云母呈細小顯微鱗片狀集合體，局部零星分布于巖石中。金屬礦物主要為黃鐵礦，主要呈他形—不規(guī)則粒狀，有些呈半自形粒狀顆粒，多以細粒狀集合體產(chǎn)出，淺黃色，均質(zhì)性，粒度非常細小，一般在0.01～0.20 mm之間，大多數(shù)小于0.01 mm，呈針點狀產(chǎn)出，主要呈稀疏浸染狀或零星散狀分布于脈石中。

碳質(zhì)硅質(zhì)板巖：灰黑色，隱晶質(zhì)結構，板狀構造。巖石主要由碳質(zhì)粉末、玉髓(30%)、粘土礦物及金屬礦物(8%)組成，其次含有后期石英脈體(5%)。其中碳質(zhì)粉末+粘土礦物占57%。碳質(zhì)粉末在巖石中主要呈粉末狀、集合狀產(chǎn)出，局部呈團塊狀產(chǎn)出，玉髓呈隱晶質(zhì)—微粒狀集合體不均勻分布于碳質(zhì)粉末及金屬礦物之間，金屬礦物呈微粒狀，部分程度較高呈四邊形斷面。后期石英脈體不同方向切穿巖石，部分顆粒結晶相對較粗大，彼此緊密鑲嵌接觸，脈體寬窄不等。金屬礦物主要由石墨、黃鐵礦及褐鐵礦組成。石墨含量約占1%，呈細小板狀分布，粒度在0.04～0.02 mm之間，有些呈針點狀產(chǎn)出，多以葉片狀或細粒狀集合體形式呈浸染狀分布于脈體中。黃鐵礦含量少，呈自形—半自形立方體或八面體的自形晶，主要以細粒狀集合體的形式呈稀疏浸染狀或零星散狀分布于脈石之中。部分黃鐵礦后期被褐鐵礦交代，繼承黃鐵礦晶形，呈黃鐵礦假象。褐鐵礦含量少，主要呈隱晶質(zhì)粉末狀和膠狀集合體，以稀疏浸染狀或細脈狀分布于脈石之中。

泥鈣質(zhì)板巖：灰色，隱晶質(zhì)—顯微鱗片變晶結構，板狀構造。巖石主要由粘土礦物(88%)組成，其次含有少量陸源碎屑(8%)、金屬礦物(2%)及后期石英脈體(2%)，巖石原巖為泥鈣質(zhì)板巖，經(jīng)后期變質(zhì)重結晶作用形成現(xiàn)在的巖石，主要由粘土礦物組成，局部有揉曲現(xiàn)象。陸源碎屑主要為石英顆粒，呈不均勻散狀分布，金屬礦物呈微粒狀分散狀產(chǎn)出。巖石局部伴有強弱程度不一的千枚巖化、片理化。

硅質(zhì)巖：灰白色，隱晶質(zhì)結構，塊狀構造，主要由石英(92%)組成，其次含有少量碳質(zhì)粉末及金屬礦物(8%)。金屬礦物以黃鐵礦為主，呈星點狀或致密浸染狀分布。巖石中彼此緊密鑲嵌狀接觸，后期石英脈體沿不同方向切穿巖石。

本次樣品主要采集于地表槽探工程中，在哈拉巴依溝組板巖段中按不同的巖性分別進行了樣品采集，其中2015年度共采集30件(碳質(zhì)板巖6件、碳質(zhì)硅質(zhì)板巖6件、泥鈣質(zhì)板巖12件、硅質(zhì)巖6件)，對鉑族元素全部進行了分析測試，分析結果見表1。2016年度共采集樣品108件(碳質(zhì)板巖21件、碳質(zhì)硅質(zhì)板巖40件、泥鈣質(zhì)板巖36件、硅質(zhì)巖11件)，由于只有Pt、Pd元素顯示出較好的找礦前景，因此2016年度樣品只分析測試了Pt、Pd元素，分析結果見表2。

樣品的測試分析采用電感耦合等離子體質(zhì)譜的方法進行，將樣品預先在一定溫度下灼燒，以除去一部分干擾元素，再利用鉛對鉑鈀等貴金屬元素的捕集作用，在溶劑配料中加入Na2O2溶劑，用火試金法進行熔礦。

表1 大干溝釩礦床鉑族元素分析數(shù)據(jù) ×10-9

表2 大干溝口釩礦床鉑鈀元素分析數(shù)據(jù)特征一覽 ×10-9

4 元素地球化學特征

從哈拉巴依溝組黑色巖系不同巖石類型中鉑族元素的含量(表1及表2)可看出具有以下特點。

從巖石類型來看，碳質(zhì)板巖是鉑族元素富集的首選層位，碳質(zhì)硅質(zhì)板巖的鉑族元素含量位居其后，而泥鈣質(zhì)板巖、硅質(zhì)巖中鉑族元素基本無異常顯示。富集程度最高的是Pd、Pt，這一規(guī)律在含量變化圖(圖3)上表現(xiàn)的更為直觀。

圖3 黑色巖系不同巖石類型中鉑族元素含量變化

從鉑族相對黎彤地殼豐度的濃集系數(shù)[8]來看(圖3)，在碳質(zhì)板巖及碳質(zhì)硅質(zhì)板巖中，除元素Ir和Rh外，其余元素均表現(xiàn)不同程度的富集，且濃集系數(shù)按Ru、Pd、Os、Pt、Ir、Rh的次序遞減。在泥鈣質(zhì)板巖及硅質(zhì)巖中，除元素Ru外，其余元素均表現(xiàn)出不同程度的虧損，特別是碳質(zhì)板巖顯示出Pd和Pt的異常富集，為鉑鈀富集型。

碳質(zhì)板巖中碳質(zhì)粉末占82%左右，黃鐵礦占7%左右，其中Pd含量在11～221 ng/g之間，平均值63.71 ng/g，Pt含量在6.2～60.6 ng/g之間，平均值21.52 ng/g；碳質(zhì)硅質(zhì)板巖中碳質(zhì)粉末與粘土礦物總和占57%左右，黃鐵礦占8%左右，其中Pd含量在11.6～50.7 ng/g之間，平均值24.66 ng/g，Pt含量在6.2～60.6 ng/g之間，平均值10.06 ng/g；泥鈣質(zhì)板巖中粘土礦物占88%左右，黃鐵礦占2%左右，其中Pd含量在3.16～9.52 ng/g之間，平均值5.82 ng/g，Pt含量在0.87～14.7 ng/g之間，平均值2.79 ng/g；硅質(zhì)巖中黃鐵礦占8%左右，其中Pd含量在1.66～6.45 ng/g之間，平均值3.46 ng/g，Pt含量在0.76～6.96 ng/g之間，平均值2.78 ng/g。

碳質(zhì)球粒隕石可作為地外物質(zhì)的代表，其w(Pd)/w(Pt)=0.57，w(Pt+Pd)/w(Os+Ru+Ir)=0.86[9]，而對本區(qū)主要鉑族元素富集層碳質(zhì)板巖樣品中的數(shù)據(jù)進行分析對比(表3)顯示w(Pd)/w(Pt)比值在2.99～4.81之間，w(Pt+Pd)/w(Os+Ru+Ir)比值在12.15～14.85之間，與球粒隕石中的結果不具可比性，因此可以排除鉑族元素為地外物質(zhì)來源的可能性。Pd/Ir比值通常用來指示礦床成因，由于Pd和Ir在巖漿和熱液流體中具有不同的地球化學行為，Ir在熱液流體中不易被遷移，因此熱液硫化物具有較低的w(Ir)和較高的w(Pd)/w(Ir)值，而巖漿硫化物礦石具有相對較低的w(Pd)/w(Ir)值[10-11]，對區(qū)內(nèi)6件碳質(zhì)板巖樣品中的鉑族元素進行了分析對比，其中Ir含量在0.08～0.57 ng/g，而w(Pd)/w(Ir)比值在18.01～293.30 ng/g之間，變化范圍較大，具有明顯的熱液成因特征。

表3 碳質(zhì)板巖中鉑族元素含量

5 結 語

1)黑色巖系中鉑族元素均表現(xiàn)出不同程度的富集，其中Pd、Pt的富集程度最高，而又以碳質(zhì)板巖中的富集程度作為強烈，顯示出在碳質(zhì)板巖中具有尋找鉑鈀的良好前景。

2)鉑鈀的富集程度與巖石中的碳質(zhì)粉末的含量呈正相關，與粘土礦物的含量呈負相關，而與黃鐵礦的含量無明顯的相關性。

3)早古生代東昆侖地區(qū)經(jīng)歷了一個從陸塊裂開到閉合的完整過程，奧陶—志留紀，東昆侖地區(qū)經(jīng)歷了東昆中洋向西域板塊(塔里木地塊)俯沖消減的過程，海底富氧層中的浮游生物大量繁殖，隨著海底洋流的作用將這些生物帶到半深海環(huán)境的貧氧層中，藻類浮游生物在該部位死亡并逐漸沉淀下來，同時期海底熱水活動帶上來大量其他成礦元素(PGE…)，在成巖階段，泥質(zhì)粘土礦物對元素進行進一步的吸附富集，后期昆侖造山構造運動中發(fā)生不同程度的區(qū)域變質(zhì)作用，經(jīng)區(qū)域地質(zhì)變形和后期強烈韌—脆性剪切構造作用疊加與改造，上述粘土礦物中的金屬元素再度活化富集，最終富集成礦，因此初步分析研究認為區(qū)內(nèi)的鉑族元素成因為熱水沉積所形成，區(qū)內(nèi)的碳質(zhì)板巖為尋找鉑族元素富集的有利成礦地段。

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