遼寧二道溝金礦區(qū)西對(duì)面溝花崗巖類地球化學(xué)特征及其意義

（四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局攀西地質(zhì)隊(duì)，四川 西昌615000）

二道溝金礦位于華北克拉通北緣中段（圖1a）的赤峰-朝陽(yáng)金成礦帶東端（圖1b），在二道溝金礦周圍發(fā)育金廠溝梁金礦、郝杖子金礦和東對(duì)面溝金（鉬）礦等大-中型金礦床（圖1c）。關(guān)于二道溝金礦礦床成因，不少學(xué)者通過(guò)礦床地質(zhì)特征、礦石礦物特征、流體包裹體和礦床地球化學(xué)特征對(duì)其進(jìn)行過(guò)研究，得出二道溝金礦成因與西對(duì)面溝斑狀花崗閃長(zhǎng)巖有關(guān)和與礦區(qū)侏羅紀(jì)的流紋巖有關(guān)兩種不同認(rèn)識(shí)。基于對(duì)二道溝金礦礦床成因的不同認(rèn)識(shí)和對(duì)于礦區(qū)花崗巖類巖石研究尚不十分深入，因此，本文選擇以二道溝金礦礦區(qū)的西對(duì)面溝巖體為例，通過(guò)對(duì)該巖體的野外調(diào)查、室內(nèi)綜合分析研究，確定該巖體的巖石成因，并探討巖漿演化，與對(duì)二道溝金礦礦化的關(guān)系。

1 地質(zhì)概況

西對(duì)面溝巖體位于二道溝金礦西側(cè)（圖1b），二道溝金礦處于華北克拉通北緣中段,北側(cè)緊鄰興安-內(nèi)蒙造山帶。區(qū)域上出露的基底巖系主要為新太古宙建平群小塔子溝組變質(zhì)巖，巖性為片麻巖和斜長(zhǎng)角閃巖（圖1a）；巖漿巖以花崗巖類為主（圖1a），斷裂構(gòu)造按其展布方向可分為3組：南北向、北西向和北東向（圖1a），二道溝金礦位于赤峰-開原斷裂與承德-北票斷裂的交匯的楔形部位（圖1a）。在該金礦區(qū)內(nèi)花崗巖類巖漿巖發(fā)育，主要侵入巖體有西對(duì)面溝，樓上和西臺(tái)子巖體（圖1b，c）。西臺(tái)子巖體為中粗粒似斑狀二長(zhǎng)花崗巖，呈巖基狀分布，出露面積約為120km2（圖1b），巖石形成年齡為218±4Ma和216.7±1.8Ma，屬于晚三疊世。樓上巖體呈近北東向略長(zhǎng)的橢園形小巖株侵人于侏羅系火山巖中（圖1b，c），巖性為石英閃長(zhǎng)巖，侵位年齡為161±1Ma，為中晚侏羅世。西對(duì)面溝巖體為復(fù)式巖體，二者為過(guò)渡漸變關(guān)系，呈近橢圓形的小巖株產(chǎn)出，出露面積為6km2，中心偏北側(cè)的為斑狀花崗閃長(zhǎng)巖，南側(cè)為邊緣相為花崗閃長(zhǎng)巖，其侵入太古宙片麻雜巖和晚三疊世西臺(tái)子巖體，與張家口組火山巖未直接接觸，形成年齡為125Ma，為早白堊世。二道溝金礦礦區(qū)內(nèi)出露一套噴發(fā)-溢流相的火山碎屑巖及酸性熔巖為主的陸相火山巖流紋巖（圖1b,1c），為二道溝金礦的主要圍巖，流紋巖全巖K-Ar法年齡167.5Ma，鋯石LA-ICP-MS U-Pb法145±1Ma。除上述侵入體外，區(qū)域上脈巖非常發(fā)育，主要有閃長(zhǎng)玢巖、正長(zhǎng)斑巖、石英斑巖、煌斑巖和流紋斑巖等,其中與二道溝金礦含金石英脈緊密伴生的閃長(zhǎng)玢巖脈，成巖年齡為126±1Ma，局部可見其被含金石英脈切割，由此限定二道溝金礦成礦年齡應(yīng)晚于或接近126±1Ma。礦區(qū)構(gòu)造發(fā)育，分別有三條北西向和兩條東西向的斷裂構(gòu)造，這兩組構(gòu)造均延伸大，在交匯部位有明顯的斷距。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

沿貫穿西對(duì)面溝巖體公路對(duì)其進(jìn)行野外調(diào)查和采樣，采樣位置見圖1b，所采樣品新鮮，巖性為中心相的斑狀花崗閃長(zhǎng)巖和邊緣相的花崗閃長(zhǎng)巖。

圖2 西對(duì)面溝花崗巖體的巖石學(xué)特征

2 巖石學(xué)特征

斑狀花崗閃長(zhǎng)巖的巖石呈灰—灰白色，斑狀花崗結(jié)構(gòu)，多斑結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造（圖2a），主要礦物成分為斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、石英、黑云母、角閃石。斜長(zhǎng)石，普遍具聚片雙晶，雙晶紋較細(xì)密，但多數(shù)不是十分清晰，一般大小在2～4mm，含量約45%；鉀長(zhǎng)石，半自形板狀、他形粒狀，解理清楚，少數(shù)晶體有條紋構(gòu)造，多數(shù)為微紋或隱紋構(gòu)造，含量約17%；石英，他形粒狀，波狀消光微弱，大小在0.4～0.6mm，含量23%左右；角閃石，半自形柱狀，解理清楚，已褪色，多色性不明顯，大小在0.6～2.5mm，含量5%；黑云母，片狀，解理發(fā)育，大小0.3～0.8mm，含量10%，有交代角閃石及斜長(zhǎng)石現(xiàn)象，角閃石和黑云母被晚期細(xì)小石英交代充填，相當(dāng)一部分碎裂而呈他形雜亂狀?；◢忛W長(zhǎng)巖為巖體邊緣的主要類型。細(xì)中?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，風(fēng)化面黃褐色伴隨絹云母化，新鮮面灰白色。由于幾條礦脈都在此處發(fā)育，所以花崗巖的蝕變程度也比較高。主要礦物成分：鉀長(zhǎng)石，肉紅色，半自形板柱狀，少數(shù)晶體有條紋構(gòu)造，多數(shù)為微紋或隱紋構(gòu)造，大小0.2～3mm，含量17%；斜長(zhǎng)石，灰白色，半自形，沿裂紋或解理紋有輕微絹云母化，大小在0.2～4mm，含量43%；石英，灰色，它形，粒狀，有較少裂紋，大小0.5～4mm，含量30%；黑云母，黑色，多色性明顯（淡黃色-深褐色）片狀，副礦物常見磷灰石，磁鐵礦，大小在0.2～3mm，含量5%；角閃石，黑色，柱狀，有被黑云母交代現(xiàn)象，部分鐵染析出鐵質(zhì)，大小在0.2～5mm，含量4%。

圖3 西對(duì)面溝花崗侵入巖體的K2O-SiO2圖解（據(jù)Peccerillo and Taylor,1976）

圖4 西對(duì)面溝花崗侵入巖體的QAP圖解（據(jù)Streckeisen,1976）

3 地球化學(xué)特征

3.1 主量元素

本文獲得的主量元素?cái)?shù)據(jù)以為基礎(chǔ)利用Geokit軟件進(jìn)行了CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物計(jì)算。從樣品主量分析結(jié)果來(lái)看，略貧硅（SiO2=62.06%～69.88%，平均66.57%）、富鈉（3.53%～4.93%）和高鉀（K2O=3.52%～5.57%）。在SiO2-K2O圖解（圖3）上樣品集中分布在高鉀鈣堿性系列區(qū)域。在QAP圖解（圖4）中樣品落于花崗閃長(zhǎng)巖及花崗閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)花崗巖、石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖的邊界附近?；◢弾r的Al2O3介于14.15%～16.59%，平均含量15.78%，鋁飽和指數(shù)A/CNK（圖5）介于0.9～1.11，平均值0.99，基本都小于1.1。其中西對(duì)面溝巖體中心相的鋁飽和指數(shù)基本大于1 而小于1.1，屬于過(guò)鋁質(zhì)巖石；西對(duì)面溝巖體邊緣相的鋁飽和指數(shù)全部都大于0.9 而小于1，屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)巖石。西對(duì)面溝巖體Be富集而Th無(wú)異常也說(shuō)明西對(duì)面溝巖體具有I型花崗巖的特征。巖石的MgO、CaO、P2O5、TiO2含量分別為0.34%～2.36%、1.18%～3.51%、0.09%～0.31%、0.28%～0.57%，均屬于花崗巖類正常取值范圍。以上這些特征表明，巖體中心相的斑狀花崗閃長(zhǎng)巖體為高鉀鈣堿性過(guò)鋁質(zhì)I型花崗巖，邊緣相的花崗閃長(zhǎng)巖為高鉀鈣堿性準(zhǔn)鋁質(zhì)I型花崗巖。

圖5 西對(duì)面溝花崗侵入巖體的A/CNK-A/NK圖解（據(jù)Maniar and Piccoli,1989）

圖6 西對(duì)面溝花崗巖體中心相和邊緣相微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖（原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值據(jù)Sun and McDonough,1989）

3.2 微量及稀土元素

西對(duì)面溝花崗巖元素、稀土元素經(jīng)分析標(biāo)準(zhǔn)樣品與參考值的偏差及重復(fù)樣的數(shù)據(jù)，可以判斷本次試驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)質(zhì)量高，數(shù)據(jù)真實(shí)性可靠。

二道溝礦床內(nèi)的花崗巖微量元素地球化學(xué)總體與火山弧花崗巖和造山花崗巖特征有相似之處，高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、P、Ti等虧損，而親石元素Rb、K、Sr富集。從元素豐度來(lái)看，巖體具有明顯的較高Sr值的特點(diǎn)，變化于538×10-6～979×10-6，在微量元素蛛網(wǎng)圖上（圖6）呈現(xiàn)相對(duì)的正鍶異常。高鍶地球化學(xué)特征可以解釋為：由于作為大離子親石元素的鍶元素，在巖漿過(guò)程中Sr2+與半徑/電負(fù)性十分相似的Ca2+以類質(zhì)同象方式優(yōu)先進(jìn)入寄主的斜長(zhǎng)石晶格而存在，因而推測(cè)在高鍶花崗巖漿的形成和演化中，其源區(qū)熔融是斜長(zhǎng)石成分大部分進(jìn)入了部分熔體，而且在巖漿上侵如巖漿房的過(guò)程中沒有發(fā)生明顯的斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶。

西對(duì)面溝巖體稀土元素最主要特點(diǎn)是重稀土虧損、輕稀土富集。稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布呈強(qiáng)烈右傾樣式（圖7a，7b），花崗巖具有微弱的正銪異常（δEu=0.98～1.15），(La/Yb)N為19.91～29.93，Σ LREE/ΣHREE=14.91～19.54。從二道溝礦床花崗巖發(fā)育微弱的正銪異常這一地球化學(xué)特征可以推論：在原巖部分熔融生成花崗質(zhì)熔體的時(shí)候，殘留固相組合中沒有或很少有長(zhǎng)石的存在，且這部分熔體從源區(qū)抽取進(jìn)入巖漿房的演化過(guò)程中沒有發(fā)生明顯的常識(shí)分離結(jié)晶作用；否則只要上述任何一種情況曾經(jīng)發(fā)生過(guò)，最終形成的花崗質(zhì)巖石則必然出現(xiàn)明顯的負(fù)銪異常。

圖7 a-b 西對(duì)面溝花崗巖體中心相和邊緣相的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線圖（球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值據(jù)Sun and McDonough,1989）

5 討論和結(jié)論

5.1 巖石成因類型

巖石的成因類型和巖漿巖形成的地球動(dòng)力學(xué)過(guò)程密切相關(guān)，因此對(duì)成因類型的準(zhǔn)確判斷至關(guān)重要。花崗巖的成因分類繁多，其中應(yīng)用較廣泛的主要是I、S、M、A型分類，前三者強(qiáng)調(diào)其物質(zhì)來(lái)源：I型花崗巖來(lái)自火成巖或下地殼，S型花崗巖來(lái)自沉積巖或上地殼，M型則是地幔來(lái)源，A型則是強(qiáng)調(diào)其形成的構(gòu)造環(huán)境（非造山帶或造山后后拉張環(huán)境）及成分特點(diǎn)（堿水、無(wú)水、鋁制）。從巖石系列來(lái)看，I型和S型主要是鈣堿性系列或者高鉀鈣堿性系列，M型則是拉斑玄武巖系列，A型已屬堿性系列范圍。同一巖石系列的巖石在礦物組合和化學(xué)成分上相似，不同的巖石系列的巖石它們的形成環(huán)境、物質(zhì)來(lái)源和形成過(guò)程則不盡相同。巖石成因信息可以通過(guò)巖石地球化學(xué)特征來(lái)反映。西對(duì)面溝巖體完全不同于A型花崗巖類，也不是拉斑玄武巖系列的幔源巖石。因此，現(xiàn)著重與典型的I型和S型花崗巖的特征進(jìn)行對(duì)比，來(lái)探討其成因類型。

本次研究中，巖相學(xué)觀察所有樣品中都有傳統(tǒng)意義上作為I型花崗巖判斷標(biāo)志的副礦物磷灰石和磁鐵礦，可以說(shuō)明西對(duì)面溝巖體具有I型花崗巖的特征。判別I型和S型花崗巖的標(biāo)準(zhǔn)是A/CNK，即S型花崗巖鋁飽和指數(shù)A/CNK大于1.10，而I 性花崗巖的鋁飽和指數(shù)A/CNK值小于1.10。據(jù)論文前述，西臺(tái)子巖體的鋁飽和指數(shù)A/CNK介于0.9～1.11，基本都小于1.10，平均值為0.99，只有巖體中心相的一個(gè)樣品為1.11。在SiO2-Zr花崗巖成因判斷圖（圖8）中二道溝礦床的花崗巖基本都落在了I型花崗巖的區(qū)域內(nèi)，只有一個(gè)樣品落在了S型花崗巖區(qū)域內(nèi)。綜上，西對(duì)面溝巖體應(yīng)屬于I型花崗巖。

圖8 西對(duì)面溝巖體SiO2-Zr 判斷圖

5.2 源區(qū)性質(zhì)

西對(duì)面溝巖體在地質(zhì)特征、巖相學(xué)、巖石化學(xué)、地球化學(xué)以及侵位時(shí)代等諸多方面，均與華北克拉通北緣廣泛發(fā)育的燕山期高Sr花崗巖類（劉洪濤等，2002）十分相似。分布于華北克拉通北緣的燕山期高Sr花崗巖類包含的巖石類型主要為二長(zhǎng)花崗巖、石英二長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖和石英閃長(zhǎng)巖；其巖石學(xué)化學(xué)表現(xiàn)為高鋁、富納、高鉀，微量元素和稀土元素呈現(xiàn)突出的高Sr 豐度、強(qiáng)烈的重稀土虧損，以及發(fā)育輕微乃至顯著的正銪異常等特殊巖石的地球化學(xué)特點(diǎn)；同時(shí)還具有高場(chǎng)強(qiáng)元素虧損和大離子親石元素富集的地球化學(xué)特點(diǎn)，而這些特點(diǎn)同時(shí)也是火山弧/活動(dòng)大陸邊緣鈣堿性巖漿或造山高鉀鈣堿性花崗巖類所共有的化學(xué)屬性。除Al2O3含量稍低于本區(qū)高Sr花崗巖類以外，西對(duì)面溝巖體巖石特征與地球化學(xué)特征與其具有可比性。西對(duì)面溝巖體以其高鉀、高Sr、重稀土元素虧損、發(fā)育酸性巖類正銪異常等地球化學(xué)特征，有別于普通的花崗巖。也正是由于這些地球化學(xué)特殊性質(zhì)，使它基本排除了部分熔體型源區(qū)抽取后可能經(jīng)歷的如分離結(jié)晶、同化混染和巖漿混合等復(fù)雜的巖漿過(guò)程，因而良好的繼承了源區(qū)性質(zhì)。鍶高度富集和不發(fā)育明顯的負(fù)銪異常，不僅只是其熔體型源區(qū)抽取到大規(guī)模結(jié)晶前沒有發(fā)生過(guò)顯著的斜長(zhǎng)石結(jié)晶分異作用，而且表明源巖部分熔融是留在源區(qū)的殘留固相結(jié)合中沒有或缺乏長(zhǎng)石類礦物。這是因?yàn)樾遍L(zhǎng)石是Sr2+和Eu2+的主要捕獲者，而且又是花崗巖熔體的組要組成組分，如果斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶或源區(qū)殘留斜長(zhǎng)石兩種情形有一個(gè)顯著地發(fā)生過(guò)，那么巖石必然出現(xiàn)貧鍶和負(fù)銪異常。根據(jù)以上討論，可以推斷西對(duì)面溝巖體可能是揭示了物源可能是地殼下部巖石部分熔融產(chǎn)物。

5.3 巖漿演化與金礦化關(guān)系

雖然西對(duì)面溝巖體只有局部發(fā)育輕微礦化，但是二道溝金礦礦田內(nèi)的金廠溝梁金礦、郝杖子金礦礦脈（容礦斷裂構(gòu)造）均圍繞西對(duì)面溝巖體呈放射狀分布（圖1a,b），并且礦脈在遠(yuǎn)離巖體的方向礦物組合具有一定的分帶性，指示二道溝金礦田內(nèi)的金礦可能是與西對(duì)面溝巖體有巖漿演化有關(guān)的成礦作用。

西對(duì)面溝巖體為I型花崗巖且具有大陸火山弧花崗巖特征；鎂含量低，稀土元素分配圖中無(wú)明顯的負(fù)Eu異常，表明巖漿形成與造山作用有關(guān)且處于活動(dòng)大陸邊緣靠近內(nèi)陸一側(cè)的火山弧內(nèi)帶。巖石形成年齡為早白堊世（約128Ma）,而此時(shí)的華北克拉通北緣中段由于晚中生代太平洋板塊對(duì)中國(guó)東部的俯沖作用處于巖石圈強(qiáng)烈伸展區(qū)，發(fā)生大規(guī)模的巖石圈減薄作用，使巖石圈和軟流圈相互作用，地殼特別是下地殼重熔活化，產(chǎn)生西對(duì)面溝巖體等一系列大規(guī)模的強(qiáng)烈?guī)r漿作用，同時(shí)也發(fā)生大規(guī)模的流體（包括幔源流體）作用，此時(shí)含礦流體從巖漿熱液中分離出來(lái)，在構(gòu)造裂隙中形成破碎帶蝕變巖成礦體系（二道溝金礦、金廠溝梁金礦、郝杖子金礦），部分與巖漿系統(tǒng)一起冷卻形成巖體內(nèi)的細(xì)脈浸染型金礦體。前人研究二道溝金礦礦化作用發(fā)生在118～126Ma之間，二道溝金礦周邊的小型銅鉬礦床輝鉬礦Re-Cs年齡為131Ma左右，金廠溝梁金礦成礦年齡在131Ma左右，說(shuō)明二道溝金礦區(qū)域成礦時(shí)代在早白堊世，從成礦時(shí)間上證明了二道溝金礦為該區(qū)域構(gòu)造-巖漿（西對(duì)面溝巖體）演化的產(chǎn)物，同時(shí)二道溝金礦田的一系列同時(shí)形成的金（銅鉬）礦床與中國(guó)東部燕山期成礦“大爆發(fā)”事件相吻合。