膠西北寺莊金礦床熱液蝕變作用*

劉向東 鄧軍 張良 林少一 周明嶺 宋宇宙 徐曉磊 連琛芹

1. 中國地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 1000832. 山東省第六地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，威海 2642093. 山東黃金礦業(yè)股份有限公司焦家金礦，萊州 2614411.

膠東是我國最重要的金礦集區(qū)(Dengetal., 2003b)，已探明金資源儲量>4500噸(宋明春, 2015; Dengetal., 2019)。其中，“焦家式”破碎帶蝕變巖型金礦床是區(qū)內(nèi)最重要的金礦床類型(李士先等, 2007; 宋明春等, 2014; Lietal., 2015; Songetal., 2015)，占膠東已探明金資源量的90%以上(楊立強(qiáng)等, 2014; 張炳林等, 2014; 張良等, 2014, 2016; 張瑞忠等, 2016)。該類型金礦典型特征是發(fā)育大規(guī)模熱液蝕變作用，礦體均賦存在蝕變帶內(nèi)，熱液蝕變作用與金礦化有著密切的時空及成因聯(lián)系(Dengetal., 2015b; 趙睿等, 2015; 張潮等, 2016; Yangetal., 2014, 2016b, c; Zhangetal., 2017; 張炳林等, 2017)。熱液蝕變作用的實(shí)質(zhì)就是流體與圍巖發(fā)生水巖反應(yīng)，流體-巖石反應(yīng)過程的研究對揭示熱液蝕變過程中元素遷移規(guī)律，分析熱液蝕變機(jī)理，探討熱液演化、成礦元素活化遷移及沉淀機(jī)制等具有重要的意義(Browne, 1978; Pirajno, 2009; Chinnasamy and Mishra, 2013; Qiuetal., 2016; Smithetal., 2017)。

寺莊金礦床位于膠東金礦集區(qū)焦家金礦田南部，是典型的“焦家式”破碎帶蝕變巖型金礦，自20世紀(jì)60年代發(fā)現(xiàn)以來，已有50余年勘查開采歷史，累計(jì)探明金資源量100余噸，已達(dá)到超大型金礦床規(guī)模。前人對該礦床蝕變特征和成礦機(jī)制已開展了初步研究工作(楊之利等, 2007; 崔書學(xué)等, 2008; 崔書學(xué)和袁文花, 2008; Qianetal., 2011; 王恩敬等, 2012; 王思紅等, 2014; 衛(wèi)清等, 2015; 王力和孫麗偉, 2016)，其中，衛(wèi)清等(2018)探討了鉀長石化和絹英巖化蝕變過程元素遷移規(guī)律，但在熱液蝕變溫度、氧逸度、pH值等物理化學(xué)條件及熱液蝕變過程金的遷移、沉淀方面尚缺乏系統(tǒng)研究。本文在詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查和巖相學(xué)觀察基礎(chǔ)上，查清了寺莊金礦床蝕變礦化類型及蝕變礦化時空結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)采集了不同蝕變礦化類型的巖/礦石樣品，進(jìn)行了主量、微量和稀土元素地球化學(xué)分析和長石電子探針分析，運(yùn)用質(zhì)量平衡方法總結(jié)了熱液蝕變過程元素遷移規(guī)律，運(yùn)用二長石溫度計(jì)估算了鉀長石化蝕變的形成溫度，利用稀土元素組成分析了鉀長石化、絹英巖化和黃鐵絹英巖化蝕變的氧化還原條件，結(jié)合前人成礦期流體包裹體顯微測溫?cái)?shù)據(jù)，探討了寺莊金礦床熱液蝕變過程元素遷移規(guī)律、蝕變礦化物理化學(xué)條件和金遷移沉淀機(jī)制。

1 地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)

膠東是一個主要由前寒武紀(jì)變質(zhì)基底巖石和超高壓變質(zhì)巖塊組成、中生代構(gòu)造-巖漿作用發(fā)育的內(nèi)生熱液金礦集區(qū)(圖1; 楊立強(qiáng)等, 2014; Yangetal., 2016d, 2017; Dengetal., 2018, 2019; Zhangetal., 2019)。前寒武變質(zhì)基底自下而上可分為上太古界膠東巖群(Tangetal., 2007; Tametal., 2011)、下元古界荊山群(董春燕等, 2010; 劉平華等, 2011)、下-中元古界粉子山群(謝士穩(wěn)等, 2014)和上元古界蓬萊群(初航等, 2011)。超高壓變質(zhì)巖塊主要由新太古代-古元古代及新元古代的花崗質(zhì)片麻巖，表殼巖夾榴輝巖和超基性巖透鏡體組成(Amesetal., 1996; 劉利雙等, 2018)。中生代巖漿巖按形成時代從早到晚可分為晚三疊世花崗巖類(225～205Ma)(陳竟志和姜能, 2011)；晚侏羅世(165～150Ma)玲瓏和欒家河花崗巖類(Zhangetal., 2010; Jiangetal., 2012; Maetal., 2013; Yangetal., 2018)；早白堊世早期(132～123Ma)郭家?guī)X花崗閃長巖類(劉躍等, 2014; 耿科等, 2016)；早白堊世晚期(118～110Ma)艾山花崗巖類(Gossetal., 2010)。此外，區(qū)內(nèi)還分布有大量中基性脈巖(Dengetal., 2003a)，年齡集中在110～130Ma(Dengetal., 2017)。區(qū)內(nèi)北東和北北東向斷裂構(gòu)造發(fā)育，自西向東依次為三山島斷裂、焦家斷裂、招遠(yuǎn)-平度斷裂、棲霞斷裂、桃村斷裂、牟平-即墨斷裂、五蓮-青島-煙臺斷裂、海陽-青島斷裂、牟平-乳山斷裂、威海斷裂、榮成斷裂，這些斷裂控制了膠東90%以上已探明的金資源量(Deng and Wang, 2016)。

圖1 膠東構(gòu)造地質(zhì)與金礦分布簡圖(據(jù)Yang et al., 2017, 2018修改)Fig.1 Simplified geological map of the Jiaodong gold province showing the distribution of major fault zones, Precambrian metamorphic rocks, Mesozoic granitoid intrusions, sedimentary rocks and gold deposits (modified after Yang et al., 2017, 2018)

圖2 焦家金礦田地質(zhì)簡圖(據(jù)Yang et al., 2016d, 2017修改)Fig.2 Simplified geological map of the Jiaojia goldfield (modified after Yang et al., 2016d, 2017)

研究區(qū)位于膠東金礦集區(qū)西北部焦家金礦田內(nèi)。區(qū)內(nèi)主要控礦斷裂為焦家斷裂，該斷裂縱貫全區(qū)，南段基本沿膠東群變質(zhì)巖和玲瓏黑云母花崗巖接觸帶展布，北段切割玲瓏黑云母花崗巖和郭家?guī)X花崗閃長巖(圖2)，走向10°～70°，傾向北西，傾角20°～50°，該斷裂控制的金礦床資源總量已超過1200t(Dengetal., 2015a)。此外，平行于焦家斷裂在其下盤發(fā)育河西、侯家、望兒山等次級斷裂，這些斷裂向北與焦家斷裂交會(Yangetal., 2016d, 2017)。區(qū)內(nèi)出露地層主要有膠東群和第四系，膠東群主要分布在區(qū)內(nèi)西南側(cè)焦家斷裂帶上盤(圖2)，巖性為黑云斜長片麻巖、斜長角閃巖、黑云變粒巖與黑云片巖。第四系主要分布在區(qū)內(nèi)北部濱海地區(qū)，在西南部也有少量出露。巖漿巖主要為晚侏羅世玲瓏黑云母花崗巖和早白堊世早期郭家?guī)X花崗閃長巖。

圖3 寺莊金礦床地質(zhì)簡圖(a)和AA′線地質(zhì)剖面圖(b)Fig.3 Sketch map of the Sizhuang gold deposit(a) plan view of the Sizhuang gold deposit; (b) geological cross-section along line AA′

圖4 寺莊金礦床典型蝕變礦化野外及手標(biāo)本照片(a)新鮮玲瓏黑云母花崗巖；(b)脈狀黃鐵絹英巖穿切面狀鉀長石化花崗巖；(c)面狀黃鐵絹英巖；(d)面狀絹英巖內(nèi)包裹鉀長石化花崗巖團(tuán)塊；(e)石英-碳酸鹽脈穿切面狀絹英巖；(f)塊狀玲瓏黑云母花崗巖；(g)塊狀鉀長石化花崗巖；(h)致密塊狀絹英巖；(i)致密塊狀黃鐵絹英巖Fig.4 Typical features of alteration and mineralization in the Sizhuang gold deposit(a) fresh Linglong biotite granite; (b) pyrite-sericite-quartz vein cuts across the K-feldspar alteration; (c) pyrite-sericite-quartz alteration; (d) K-feldspar alteration breccia is encapsulated by sericite-quartz alteration; (e) calcite-quartz vein cuts across the sericite-quartz alteration; (f) massive Linglong biotite granite; (g) massive K-feldspar altered granite; (h) massive sericite-quartz altered rock; (i) massive pyrite-sericite-quartz altered rock

圖5 寺莊金礦床典型蝕變礦化顯微照片(a)鉀長石化花崗巖中熱液條紋長石包裹斜長石，斜長石部分蝕變成絹云母(+)；(b)鉀長石化花崗巖中熱液鉀長石包裹變形的石英(+)；(c)絹英巖化花崗巖中熱液鉀長石穿切斜長石，斜長石大部分蝕變成鱗片狀絹云母(+)；(d)絹英巖化花崗巖中鉀長石包裹斜長石，斜長石大部分蝕變成鱗片狀絹云母(+)；(e)絹英巖中熱液鉀長石邊部被鱗片狀絹云母交代(+)；(f)黃鐵絹英巖中熱液鉀長石被鱗片狀絹云母交代成骸晶結(jié)構(gòu)(+)；(g)浸染狀礦化(-)；(h)多金屬硫化物脈型礦化(-)；(i)黃鐵礦脈型礦化(-).礦物代號：Ccp-黃銅礦；Kfs-鉀長石；Per-條紋長石；Pl-斜長石；Py-黃鐵礦；Q-石英；Ser-絹云母Fig.5 Photomicrographs of representative hydrothermally altered rocks and ore in the Sizhuang gold deposit(a) plagioclases were encapsulated by hydrothermal perthite and they were weakly altered by sericite (+); (b) deformed quartzs were encapsulated by hydrothermal K-feldspar (+); (c) plagioclase was cut by hydrothermal K-feldspar and it was mostly altered by sericite (+); (d) plagioclase was encapsulated by hydrothermal K-feldspar and it was mostly altered by sericite (+); (e) hydrothermal K-feldspar was altered by sericite (+); (f) hydrothermal K-feldspar was mostly altered by sericite (+); (g) disseminated mineralization (-); (h) base metal vein mineralization (-); (i) pyrite vein mineralization (-). Abbreviations: Ccp-chalcopyrite; Kfs-K-feldspar; Per-perthite; Pl-plagioclase; Py-pyrite; Q-quartz; Ser-sericite

1.2 礦床地質(zhì)

寺莊金礦床(37°22′23″～37°22′49″N、120°06′32″～120°07′00″E)位于焦家金礦田最南端(圖2)。礦區(qū)內(nèi)出露的地層主要為膠東群，巖漿巖主要為玲瓏黑云母花崗巖，二者被焦家斷裂分割(圖3a)。玲瓏黑云母花崗巖呈淺灰白色-淺褐色-淺肉紅色(圖4a)，花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造(圖4f)，主要組成礦物為石英、鉀長石、斜長石、黑云母。礦區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造為焦家斷裂及其下盤的次級斷裂，礦區(qū)內(nèi)焦家斷裂走向近SN-NE向，傾向NW，傾角30°～45°，寬80～500m。焦家主斷裂下盤自西向東發(fā)育3條規(guī)模較大的近SN-NE向次級斷裂，傾向NW，傾角42°～78°(圖3a)。

礦體主要分布在焦家斷裂主裂面之下，礦體的規(guī)模、產(chǎn)狀、形態(tài)及品位受控于焦家主斷裂及其派生次級裂隙構(gòu)造(圖3a)，礦體產(chǎn)狀與主裂面一致或大致平行(圖3b)，走向北東，傾向北西，傾角26°～45°。按礦體賦存部位及地質(zhì)特征可劃分3個礦體，編號I、II、Ⅲ。I號礦體產(chǎn)于主裂面之下0～36m的黃鐵絹英巖化碎裂巖內(nèi)，以浸染狀礦化為主(圖5g)，脈狀礦化次之。Ⅱ號礦體賦存于主裂面之下50～89m的黃鐵絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖內(nèi)，以浸染狀、細(xì)脈狀礦化為主，團(tuán)塊狀礦化次之；Ⅲ號礦體賦存于主裂面之下105～315m絹英巖化花崗巖帶內(nèi)的黃鐵絹英化花崗質(zhì)碎裂巖中，以脈狀(圖5h, i)、網(wǎng)脈狀礦化為主，浸染狀、團(tuán)塊狀礦化次之。I號和Ⅲ號礦體為主礦體，Ⅱ號礦體規(guī)模較小。I號礦體金資源量約占探明金資源總量的31%，呈似層狀展布，沿走向及傾向具明顯的舒緩波狀特征，具分枝復(fù)合、膨脹夾縮現(xiàn)象(圖3b)，走向17°～24°，平均走向20°，傾向北西，傾角27°～35°，平均傾角31°，走向長200～480m，斜深202～1192m，礦體厚度1.5～23.8m，平均厚度10.4m，金品位1.21～5.46g/t，平均品位3.03g/t。Ⅲ號礦體金資源量約占探明金資源總量的68%，礦體形態(tài)呈脈狀、透鏡狀(圖3b)，走向345°～36°，傾向南西或北西，傾角26°～45°，平均傾角36°，走向長180～904m，礦體厚度1.2～14.6m，平均厚度3.7m，金品位1.27～17.2g/t，平均品位3.33g/t。

礦床熱液蝕變類型主要有鉀長石化、絹英巖化、黃鐵絹英巖化、碳酸鹽化等。鉀長石化主要呈面狀、脈狀、團(tuán)塊狀產(chǎn)出，以面型蝕變?yōu)橹?圖4b)，形成獨(dú)立分帶，規(guī)模很大，該帶往往與絹英巖化蝕變帶及玲瓏黑云母花崗巖呈過渡關(guān)系。鉀長石化蝕變帶寬度一般大于60m，其出露位置距焦家主斷裂較遠(yuǎn)，一般大于100m。鉀長石化花崗巖呈肉紅色，主要組成礦物有鉀長石、斜長石、石英，花崗變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造(圖4g)。黑云母基本消失，鉀長石呈云朵狀、土狀、斑點(diǎn)狀、星點(diǎn)狀交代斜長石，顆粒粗大且外形不規(guī)則的熱液鉀長石常包裹原生的斜長石(圖5a)與石英(圖5b)等礦物。絹英巖化和黃鐵絹英巖化主要呈面狀、脈狀產(chǎn)出，以面型蝕變?yōu)橹?圖4c)，脈狀黃鐵絹英巖常穿切鉀長石化花崗巖(圖4b)，部分絹英巖內(nèi)含有鉀長石化花崗巖團(tuán)塊(圖4d)，表明鉀長石化蝕變早于絹英巖化和黃鐵絹英巖化形成。絹英巖化和黃鐵絹英巖化蝕變形成獨(dú)立分帶，規(guī)模很大，寬度一般大于40m，黃鐵絹英巖化蝕變緊鄰焦家斷裂發(fā)育，絹英巖化蝕變帶分布在黃鐵絹英巖化蝕變帶外側(cè)，二者與金礦化關(guān)系十分密切。絹英巖呈灰綠色，鱗片變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要組成礦物為絹云母和石英，可見少量黃鐵礦(圖4h)。鏡下可見斜長石先于鉀長石蝕變?yōu)榧?xì)小鱗片狀絹云母(圖5c, d)。黃鐵絹英巖呈灰色，鱗片變晶結(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造，主要組成礦物為絹云母、石英、黃鐵礦(圖4i)，黃鐵礦呈浸染狀產(chǎn)出(圖5g)。鏡下可見鉀長石蝕變成細(xì)小鱗片狀絹云母(圖5e, f)。碳酸鹽化主要以乳白色石英-碳酸鹽脈的形式產(chǎn)出，石英-碳酸鹽脈常穿切絹英巖(圖4e)，脈寬一般3～20cm，規(guī)模較小，為成礦后熱液蝕變。

2 樣品采集與分析測試方法

本次共采集新鮮玲瓏黑云母花崗巖、不同蝕變類型與蝕變礦化強(qiáng)度的蝕變巖與礦石樣品50件，經(jīng)詳細(xì)的鏡下觀察，11件樣品用于測試分析，其中，玲瓏黑云母花崗巖3件，鉀長石化花崗巖3件、絹英巖2件，黃鐵絹英巖3件。為探討熱液蝕變過程元素遷移規(guī)律及蝕變礦化溫度與氧逸度條件，對各樣品進(jìn)行主量、微量與稀土元素測試，結(jié)果列于表1。對玲瓏黑云母花崗巖及鉀長石化花崗巖內(nèi)長石礦物進(jìn)行電子探針分析，測試樣品共6件15點(diǎn)，其中原生鉀長石測點(diǎn)3個、原生斜長石測點(diǎn)3個、熱液鉀長石測定5個、蝕變斜長石測定4個，結(jié)果列于表2。

全巖主量、微量元素含量分析在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心進(jìn)行，主量元素測試采用X射線熒光光譜法，測試儀器為飛利浦PW2404，測試方法和依據(jù)為GB/T 14506.28—2010《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法X射線熒光光譜法測定主、次元素量》，測試精度優(yōu)于1%；微量元素和稀土元素測試儀器為Finnigan MAT制造的HR-ICP-MS(ElementⅠ)，測試方法和依據(jù)為DZ/T 0223—2001(電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)方法通則)，測試精度優(yōu)于5%；Au、Ag、As和Hg的測試儀器為原子吸收光譜儀(Z-2000)、原子熒光光譜儀，測試方法和依據(jù)為DZG 93-09《金銀礦石分析規(guī)程》、GB/T22105—2008土壤中總砷的測定、EJ/T1149—2001含鈾礦石中微量鉍、汞的測定。長石電子探針分析在中國地質(zhì)科學(xué)研究院國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心電子探針實(shí)驗(yàn)室完成，采用儀器為EPMA1600型電子探針，測試條件：加速電壓25kV，電流4.5nA，電子束束斑直徑小于1μm。

3 分析結(jié)果

3.1 主量元素組成

主量元素分析結(jié)果(表1)顯示：鉀長石化花崗巖相對于蝕變原巖玲瓏黑云母花崗巖，SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、Na2O、MgO平均含量降低，K2O、MnO、LOI平均含量升高，CaO、TiO2、P2O5平均含量基本不變。絹英巖和黃鐵絹英巖相對于蝕變原巖鉀長石化花崗巖，SiO2、Fe2O3、FeO、K2O、MgO、MnO、LOI平均含量升高，Al2O3、Na2O平均含量降低，CaO、TiO2、P2O5平均含量基本不變(圖6)。

圖6 寺莊金礦床玲瓏黑云母花崗巖及蝕變巖主量和微量元素變化圖Fig.6 Variation of major elements and trace elements between Linglong biotite granite and hydrothermally altered rocks in the Sizhuang gold deposit

圖7 寺莊金礦床內(nèi)玲瓏黑云母花崗巖及蝕變巖稀土元素配分曲線圖(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns of hydrothermally altered rocks and Linglong biotite granite in the Sizhuang gold deposit (normalization values after Sun and McDonough, 1989)

3.2 微量元素組成

微量元素分析結(jié)果(表1)顯示：鉀長石化花崗巖相對于蝕變原巖玲瓏黑云母花崗巖，成礦元素Au、Ag和親銅元素As、Hg、Sb、Bi平均含量降低，Cu平均含量略微升高。絹英巖和黃鐵絹英巖相對于蝕變原巖鉀長石化花崗巖，成礦元素Au、Ag和親銅元素As、Hg、Cu、Sb、Bi平均含量均升高，且上述各元素在黃鐵絹英巖中的平均含量高于絹英巖中對應(yīng)組分平均含量(圖6)。

3.3 稀土元素組成

稀土元素分析結(jié)果(表1)顯示：玲瓏黑云母花崗巖、鉀長石化花崗巖、絹英巖及黃鐵絹英巖稀土元素配分曲線(圖7)均表現(xiàn)為輕稀土相對富集的右傾型。鉀長石化花崗巖相對于蝕變原巖玲瓏黑云母花崗巖，∑REE、LREE、HREE、LREE/HREE、(La/Yb)N、δEu值均降低，δCe值略微升高。絹英巖和黃鐵絹英巖相對于蝕變原巖鉀長石化花崗巖，∑REE、LREE、HREE、LREE/HREE、(La/Yb)N值均升高，δEu值明顯降低，δCe值略微降低。

3.4 長石電子探針

電子探針分析結(jié)果(表2)顯示：玲瓏黑云母花崗巖和鉀長石化花崗巖中斜長石均為奧長石(An組分14.81～20.42)。鉀長石化花崗巖中熱液鉀長石與玲瓏黑云母花崗巖中原生鉀長石幾乎都不含MgO，但K2O、Na2O組分含量有顯著差異，SiO2含量有輕微差異，而TiO2、Al2O3、FeO、MnO、CaO、NiO等組分含量變化不大。熱液鉀長石中K2O組分含量明顯高于原生鉀長石中對應(yīng)組分，SiO2組分含量輕微高于原生鉀長石中對應(yīng)組分，而Na2O組分含量明顯低于原生鉀長石中對應(yīng)組分，表明鉀長石化過程K置換了原生鉀長石中的部分Na，使熱液鉀長石更富集K。

4 討論

4.1 蝕變過程元素遷移規(guī)律

表1 寺莊金礦床黑云母花崗巖及蝕變巖主量、微量和稀土元素組成

Table 1 Major, trace and rare earth elements of hydrothermally altered rocks and the Linglong biotite granite in the Sizhuang gold deposit

注：主量元素(氧化物)單位為wt%；Au、Hg單位為×10-9，其他微量元素單位為×10-6

表3 寺莊金礦床熱液蝕變過程主量、微量和稀土元素平均得失量

Table 3 Average gains and losses of major elements, trace elements and rare earth elements during different types of alteration in the Sizhuang gold deposit

元素鉀長石化絹英巖化黃鐵絹英巖化元素鉀長石化絹英巖化黃鐵絹英巖化SiO2-6.626.2910.52Sb-0.320.490.36Al2O3-2.12-1.54-0.01Bi-0.081.705.46Fe2O3-0.420.662.32La-3.5526.294.70FeO-0.200.230.51Ce-5.8542.396.74MgO-0.170.030.09Pr-0.754.250.71CaO-0.250.010.43Nd-2.8714.272.11Na2O-1.11-3.88-3.37Sm-0.521.330.19K2O0.270.931.15Eu-0.25-0.04-0.21MnO0.030.040.07Gd-0.341.030.14TiO20.000.000.00Tb-0.070.070.05P2O5-0.010.00-0.01Dy-0.45-0.200.01LOI0.922.312.51Ho-0.07-0.050.00Au-3.8536.65604.69Er-0.18-0.08-0.03Ag-0.090.112.11Tm-0.03-0.04-0.01As-3.931.878.32Yb-0.29-0.25-0.07Hg-93.724.1313.97Lu-0.03-0.04-0.01Cu0.635.0827.23

注：主量元素(氧化物)單位為wt%，Au、Hg單位為×10-9，其他微量元素和稀土元素單位為×10-6

圖8 寺莊金礦床熱液蝕變過程主要氧化物和微量元素(a)及稀土元素(b)遷移柱狀圖Fig.8 Gains and losses diagram of different elements during different types of hydrothermal alteration in the Sizhuang gold deposit(a) diagram of major and trace elements; (b) diagram of the rare earth elements

質(zhì)量平衡計(jì)算結(jié)果表明：鉀長石化過程，主量元素SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O、P2O5，成礦元素Au、Ag，親銅元素As、Hg、Sb、Bi(圖8a)和稀土元素(圖8b)均從玲瓏黑云母花崗巖中遷出；而K2O、MnO和Cu從流體中遷入玲瓏黑云母花崗巖。Na2O、CaO的遷出可能與斜長石蝕變成鉀長石有關(guān)；SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO的遷出則可能是由于黑云母的分解引起，因?yàn)樵诮鸬V床中，當(dāng)含黑云母的花崗巖遭受鉀長石化時，黑云母常先被交代和消失，只有在鉀長石化早期可見到其殘留礦物，可保存其假象和骸晶結(jié)構(gòu)(胡受奚等, 2004)；K的遷入則可能是由于熱液鉀長石的形成導(dǎo)致。

絹英巖化和黃鐵絹英巖化過程元素遷移行為高度相似，主量元素SiO2、Fe2O3、FeO、MgO、CaO、K2O、MnO，成礦元素Au、Ag，親銅元素As、Hg、Cu、Sb、Bi和輕稀土元素均從流體中遷入鉀長石化花崗巖，尤其是黃鐵絹英巖化過程，Au大量遷入，與絕大多數(shù)礦體均賦存在黃鐵絹英巖化蝕變帶內(nèi)的地質(zhì)事實(shí)相吻合；而主量元素Al2O3、Na2O和重稀土元素從鉀長石化花崗巖中遷出。絹英巖化和黃鐵絹英巖化過程SiO2的遷入可能與石英形成相關(guān)，K2O、MgO的遷入可能與絹云母形成相關(guān)，F(xiàn)e2O3、FeO的遷入可能與黃鐵礦等硫化物形成有關(guān)；Al2O3、Na2O的遷出則可能與斜長石和鉀長石分解有關(guān)。隨蝕變強(qiáng)度增強(qiáng)，石英、絹云母和黃鐵礦等蝕變礦物含量不斷增加，因此，黃鐵絹英巖化過程遷入元素的遷移量要高于絹英巖化過程；而隨著蝕變強(qiáng)度增強(qiáng)，后期殘留的斜長石和鉀長石越來越少，因此，黃體絹英巖化過程遷出元素的遷移量要低于絹英巖化過程。

4.2 蝕變礦化溫度和氧逸度條件

二長石溫度計(jì)法(ln(XAb·AF/XAb·PF)=0.8-1400/T；XAb=Na/(Na+K+Ca))(Barth, 1951；式中XAb·AF代表堿性長石中鈉長石的組分，XAb·PF代表斜長石中鈉長石的組分)可大致估算鈉長石組分在斜長石系列及堿性長石系列之間的分配達(dá)到平衡時的溫度條件。寺莊金礦床玲瓏黑云母花崗巖和鉀長石化花崗巖二長石溫度計(jì)估算結(jié)果(表4)顯示，玲瓏黑云母花崗巖中原生鉀長石和斜長石平衡溫度約479～540℃，而鉀長石化花崗巖中熱液鉀長石和斜長石平衡溫度約為392～449℃，指示鉀長石化蝕變大約在392～449℃溫度范圍內(nèi)發(fā)生。而寺莊金礦床成礦期流體包裹體顯微測溫集中在133～340℃之間(衛(wèi)清等, 2015; 王力和孫麗偉, 2016)，表明絹英巖和黃鐵絹英巖化蝕變大約在133～340℃溫度范圍內(nèi)發(fā)生，明顯低于鉀長石化蝕變溫度。

表4 寺莊金礦床玲瓏黑云母花崗巖和鉀長石化花崗巖二長石溫度計(jì)估算結(jié)果

Table 4 Two feldspar geo-thermometer analysis of the Linglong biotite granite and K-feldspar altered granite from the Sizhuang gold deposit

巖性樣品號點(diǎn)號鉀長石斜長石平衡溫度CaNaKCaNaK(℃)黑云母花崗巖012B310.00160.13650.84260.14650.82710.0158540 020B120.00080.09700.89120.16480.80370.0104479 027B130.00130.11330.87600.20080.76740.0154515 鉀長石化花崗巖018B3008B1015B140.00190.07310.90380.17040.78700.0110439 50.00230.04840.92310.18720.78950.0196392 60.00000.07780.91130.18070.77320.0159449 70.00000.06340.93200.15350.82940.0097415

圖9 寺莊金礦床Au與S (a)和Cl (b)關(guān)系圖Fig.9 Diagrams of Au vs. S (a) and Au vs. Cl (b) in the Sizhuang gold deposit

表5 寺莊金礦床礦石中Au、S、Cl含量

Table 5 Au、S and Cl content of the ore in the Sizhuang gold deposit

樣品號巖性Au (×10-9)S (×10-6)Cl (×10-6)026B1028B1031B1033B1035B1036B1黃鐵絹英巖238.0715230.0046.002620155.0133.0534855.0013.10168528.0050051744951.004.06520.020.00

已有研究表明，Eu異?？芍甘玖黧w的溫度、fO2和pH等物理化學(xué)條件，在高溫、相對還原的條件下，Eu易成Eu2+與其他三價REE分離，引起Eu異常(Michard, 1989; Wardetal., 1992)。寺莊金礦床鉀長石化花崗巖與玲瓏黑云母花崗巖相比，Eu正異常明顯減弱，指示形成鉀長石化蝕變的流體氧逸度較高，處于相對氧化環(huán)境，將玲瓏黑云母花崗巖內(nèi)部分Eu2+氧化成Eu3+帶出，引起正Eu異常減弱；而絹英巖和黃鐵絹英巖與鉀長石化花崗巖相比，Eu正異常變?yōu)樨?fù)異常，指示形成絹英巖化和黃鐵絹英巖化蝕變的流體氧逸度較低，處于相對還原環(huán)境，將鉀長石化花崗巖內(nèi)Eu3+還原成Eu2+帶出，引起Eu負(fù)異常。

4.3 蝕變與金沉淀機(jī)制

一般情況下，自然金在氧化條件下溶解，還原條件下沉淀，而且金主要以金氯絡(luò)合物或金硫絡(luò)合物的形式在熱液中遷移(Henley, 1973)，在<400℃、弱酸性及中性條件下，金主要以金硫絡(luò)合物的形式搬運(yùn)，只有在高溫、高鹽度、貧H2S、富Cl-的環(huán)境中，金的氯絡(luò)合物才占主導(dǎo)地位(Hayashi and Ohmoto, 1991; Stefánsson and Seward, 2004)。寺莊金礦床黃鐵礦為主要載金礦物，未見含氯礦物，且礦石的金含量與硫含量(表5)呈明顯的正相關(guān)(圖9a)，而與氯相關(guān)性不明顯(圖9b)。而且，黃鐵礦是膠東各類型金礦最主要的載金礦物，金的富集程度與黃鐵礦含量正相關(guān)(嚴(yán)育通等, 2013; Yangetal., 2016a)，寺莊金礦床成礦期流體具有中低溫(133～340℃)、中低鹽度(0.53%～12% NaCleqv)的特點(diǎn)(衛(wèi)清等, 2015; 王力和孫麗偉, 2016)。因此，推斷寺莊金礦床的金很有可能以金硫絡(luò)合物的形式遷移。

王玉榮和胡受奚(2000)研究表明，堿性流體對斜長石蝕變形成鉀長石有利，而酸性流體對斜長石和鉀長石蝕變形成絹云母有利，但是絹云母只有在弱酸環(huán)境下相對穩(wěn)定，在強(qiáng)酸環(huán)境下會蝕變成高嶺石(Sverjenskyetal., 1991)。寺莊金礦床成礦前發(fā)育大規(guī)模的鉀長石化，大量斜長石蝕變成鉀長石，成礦期在鉀長石化基礎(chǔ)上形成絹英巖化和黃鐵絹英巖化，斜長石和鉀長石不同程度地蝕變成絹云母，推斷寺莊金礦床形成鉀長石化蝕變的流體呈堿性，而形成絹英巖化和黃鐵絹英巖化的流體呈弱酸性。

綜合上述研究，推測成礦前流體溫度和氧逸度較高，堿性較大，因而向圍巖中進(jìn)行廣泛的滲透交代，形成大范圍的鉀長石化。成礦期，溫度、氧逸度和堿度降低，流體對圍巖滲透交代，在鉀長石化基礎(chǔ)上形成一定范圍的絹英巖化和黃鐵絹英巖化，黃鐵礦等硫化物的沉淀導(dǎo)致熱液中硫的活度降低，破壞了金硫絡(luò)合物的穩(wěn)定保存條件，引起金硫絡(luò)合物分解，導(dǎo)致金沉淀富集成礦。

5 結(jié)論

(1)寺莊金礦床在熱液作用下，在焦家主斷裂下盤發(fā)育了大規(guī)模的鉀長石化、絹英巖化及黃鐵絹英巖化蝕變帶，鉀長石化為成礦前熱液蝕變，不同程度地改造了玲瓏黑云母花崗巖的結(jié)構(gòu)和礦物組成。絹英巖化和黃鐵絹英巖化為成礦期熱液蝕變，伴隨金礦化，不同程度地疊加改造了鉀長石化花崗巖。

(2)元素地球化學(xué)方面，鉀長石化過程，主量元素SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O、P2O5，成礦元素Au、Ag，親銅元素As、Hg、Sb、Bi和稀土元素均從玲瓏黑云母花崗巖中遷出；而K2O、MnO和Cu從流體中遷入玲瓏黑云母花崗巖。絹英巖化和黃鐵絹英巖化過程，主量元素SiO2、Fe2O3、FeO、MgO、CaO、K2O、MnO，成礦元素Au、Ag，親銅元素As、Hg、Cu、Sb、Bi和輕稀土元素均從流體中遷入鉀長石化花崗巖，而主量元素Al2O3、Na2O和重稀土元素均從鉀長石化花崗巖中遷出。

(3)形成鉀長石化蝕變的流體為高溫(392～449℃)、氧化、堿性的流體，而形成絹英巖化和黃鐵絹英巖化蝕變的流體為中低溫(133～340℃)、還原、弱酸性的流體。寺莊金礦床的金可能以金硫絡(luò)合物的形式遷移，絹英巖化和黃鐵絹英巖化過程黃鐵礦等硫化物的沉淀導(dǎo)致熱液中硫的活度降低，破壞了金硫絡(luò)合物的穩(wěn)定保存條件，引起金硫絡(luò)合物分解，導(dǎo)致金沉淀富集成礦。

致謝 研究工作得到了中國地質(zhì)大學(xué)(北京)楊立強(qiáng)教授的指導(dǎo)；野外工作得到了山東黃金礦業(yè)股份有限公司寺莊金礦相關(guān)工作人員和中國地質(zhì)大學(xué)(北京)黃濤碩士、馮建秋碩士的支持和幫助；樣品測試得到了核工業(yè)北京地質(zhì)研究院地質(zhì)分析測試研究中心和中國地質(zhì)科學(xué)研究院國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心電子探針實(shí)驗(yàn)室相關(guān)工作人員的幫助；成文過程得到了中國地質(zhì)大學(xué)(北京)王中亮和邱昆峰兩位老師的幫助；中國地質(zhì)大學(xué)(北京)張炳林博士、王偲瑞博士、魏瑜吉碩士參與了部分研究工作；兩位審稿人為本文提供了寶貴的修改意見；在此一并致以誠摯的感謝！

恰逢著名礦床學(xué)與區(qū)域成礦學(xué)家翟裕生院士九十華誕，先生一直對膠東金礦給予高度關(guān)注，對膠東金礦科學(xué)研究的發(fā)展發(fā)揮了重要作用，謹(jǐn)以此文祝賀翟裕生院士九十華誕。