膠西北寺莊金礦床紅化蝕變過(guò)程及其對(duì)金成礦貢獻(xiàn)

汪浩 楊立強(qiáng) 王偲瑞 張良 魏瑜吉 呂廣耀

1. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 1000832. 山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司焦家金礦，萊州 2614001.

花崗質(zhì)巖石熱液蝕變作用和金礦化有著密切的時(shí)空關(guān)系(Laurichetal., 2014; Meieretal., 2015; 邱昆峰等, 2015; 張志超等, 2015)。其中，沿?cái)嗔鸦蚬?jié)理兩側(cè)巖石發(fā)紅是熱液金礦床中常見(jiàn)的熱液蝕變表現(xiàn)，常作為重要的找礦標(biāo)志。但是，對(duì)于巖石發(fā)紅現(xiàn)象(即“紅化”)的成因認(rèn)識(shí)目前存在較大分歧，Nakanoetal. (2005)認(rèn)為斜長(zhǎng)石被鉀長(zhǎng)石交代過(guò)程中形成的納米級(jí)鐵包體分布在次生條紋長(zhǎng)石的微孔隙中致使巖石發(fā)紅。Putnisetal. (2007)認(rèn)為巖石發(fā)紅是鉀長(zhǎng)石化過(guò)程中形成的大量孔隙被自流體中沉淀的赤鐵礦充填導(dǎo)致，而Engviketal. (2008)的研究表明鈉長(zhǎng)石交代斜長(zhǎng)石的過(guò)程中同樣可以發(fā)生赤鐵礦化導(dǎo)致巖石發(fā)紅。Pluemper and Putnis (2009)認(rèn)為巖石的紅化是多種蝕變作用疊加的結(jié)果，包括鈉長(zhǎng)石化、絹云母化和鉀長(zhǎng)石化，這些蝕變作用主要發(fā)生在斜長(zhǎng)石的核部，其中鉀長(zhǎng)石化使得流體和花崗巖蝕變釋放的鐵形成氧化物沉淀在斜長(zhǎng)石內(nèi)部。張宇等(2014)認(rèn)為鈉長(zhǎng)石化過(guò)程中，來(lái)自斜長(zhǎng)石、黑云母等礦物蝕變釋放的鐵以氧化物形式充填入斜長(zhǎng)石核部蝕變孔隙中，致使巖石變紅，并非鉀長(zhǎng)石化。這種分歧在很大程度上制約了紅化蝕變對(duì)金成礦作用的認(rèn)識(shí)。因此，亟需開(kāi)展紅化蝕變礦物學(xué)和地球化學(xué)研究，查明紅化蝕變特征及其對(duì)金成礦貢獻(xiàn)。

膠東是我國(guó)最重要的金礦集區(qū)，已探明儲(chǔ)量超過(guò)5000t(Dengetal., 2019)，是環(huán)太平洋中生代金成礦系統(tǒng)的重要組成部分(Goldfarbetal., 1998; Goldfarb and Santosh, 2014; Grovesetal., 2020)。玲瓏型花崗質(zhì)巖與金礦床有著密切的空間關(guān)系，是區(qū)內(nèi)金礦床最主要的賦礦圍巖(Dengetal., 2003, 2008, 2015a; 鄧軍等, 2006; 楊立強(qiáng)等, 2014; Yangetal., 2016a)。膠東金礦床均賦存于沿NE-NNE向斷裂帶展布的大規(guī)模紅化蝕變巖中(陳光遠(yuǎn)等, 1997)。盡管前人對(duì)于紅化蝕變帶進(jìn)行大量礦物學(xué)工作，但對(duì)于紅化蝕變實(shí)質(zhì)仍存在爭(zhēng)議：①紅化蝕變實(shí)質(zhì)是鉀長(zhǎng)石化(鄧軍等, 2010; 曹暉等, 2013; 劉向東等, 2019)；②巖石發(fā)紅主要是由于成礦早期暗色礦物蝕變分解，造巖元素大量遷出，殘留的Si、Fe、Al、Ti元素形成赤鐵礦、金紅石等礦物，使圍巖中的淺色礦物染色而形成(陳光遠(yuǎn)等, 1997)。造成這些認(rèn)識(shí)差異的原因是前人對(duì)紅化蝕變形成過(guò)程缺乏系統(tǒng)探討，這在一定程度上制約了礦床成因的研究和找礦勘探的工作。寺莊金礦床已探明儲(chǔ)量超過(guò)120t，而賦存于紅化蝕變帶內(nèi)的Ⅲ號(hào)礦體群占已探明資源儲(chǔ)量70%，因此是研究紅化蝕變與金成礦的理想對(duì)象。為此，本文在詳實(shí)的野外地質(zhì)工作基礎(chǔ)之上，精細(xì)研究寺莊金礦床強(qiáng)、弱紅化蝕變巖內(nèi)礦物組合和元素組成特征，系統(tǒng)探討紅化蝕變過(guò)程和受控因素及其與金成礦的關(guān)系。

1 區(qū)域地質(zhì)與礦床地質(zhì)

圖1 膠東構(gòu)造地質(zhì)與金礦分布簡(jiǎn)圖(據(jù)Yang et al., 2016b, 2017, 2018; Deng et al., 2017修改)Fig.1 Simplified geological map of the Jiaodong gold province (modified after Yang et al., 2016b, 2017, 2018; Deng et al., 2017)

膠東是一個(gè)主要由前寒武紀(jì)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, 2019; Yangetal., 2017; Deng and Wang, 2016; Dengetal., 2019, 2020a, b; Zhangetal., 2019, 2020a, b)，已探明儲(chǔ)量超過(guò)4000噸，約占全國(guó)的1/3，現(xiàn)年產(chǎn)量超百噸，約占全國(guó)的1/4(Goldfarb and Santosh, 2014; Yangetal., 2016b)。膠東地區(qū)進(jìn)一步分為東、西兩部分：東部即蘇魯?shù)伢w北段，屬秦嶺-大別-蘇魯造山帶；西部即膠北地體。膠北隆起位于膠北地體北部，區(qū)內(nèi)變質(zhì)巖建造由太古宇膠東群TTG、古元古界粉子山群和荊山群、以及新元古界蓬萊群變質(zhì)沉積巖組成(Tangetal., 2007; Zhai and Santosh, 2011; Tametal., 2011; 張良等, 2014; Yangetal., 2014; Dengetal., 2011, 2015b; Zhangetal., 2017)。中生代巖漿巖分布廣泛，主要由晚侏羅世玲瓏型花崗巖、早白堊世早期郭家?guī)X型花崗巖、早白堊世晚期艾山型花崗巖以及大量中基性脈巖組成(Songetal., 2014; Gongetal., 2013, 2015; Yangetal., 2016a; Dengetal., 2015b, 2017, 2019; Wangetal., 2015)。其中，玲瓏型和郭家?guī)X型花崗質(zhì)巖是區(qū)內(nèi)金礦床最主要的賦礦圍巖，其賦存膠東95%以上的金資源儲(chǔ)量(鄧軍等, 2006; Dengetal., 2008; Goldfarb and Santosh, 2014; 楊立強(qiáng)等, 2014)。玲瓏型黑云母花崗巖呈NNE向帶狀分布于焦家斷裂與招平斷裂之間(圖1)，侵位年齡為166～149Ma(Jiangetal., 2012; Yangetal., 2012)；郭家?guī)X型花崗質(zhì)巖體主要由石英二長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖和花崗閃長(zhǎng)巖組成，于126～132Ma侵入到玲瓏型花崗巖體中(Houetal., 2007; Yangetal., 2012; 圖1)。區(qū)域構(gòu)造斷裂主要呈NNE-NE向展布，自西向東依次為三山島斷裂、焦家斷裂和招平斷裂，與發(fā)育在玲瓏型花崗巖體和郭家?guī)X型花崗巖體中的較小規(guī)模的NNE-NE向斷裂節(jié)理聯(lián)合控制金礦床的分布(鄧軍等, 2006; Dengetal., 2008; 楊立強(qiáng)等, 2014; Goldfarb and Santosh, 2014)。焦家斷裂帶呈NE-NNE展布，長(zhǎng)約60km，寬約50～2000m，控制帶內(nèi)已發(fā)現(xiàn)20多個(gè)金礦床(Yangetal., 2016c)，控制金礦床資源總量已超過(guò)1200t(Dengetal., 2015a)，該斷裂也是寺莊金礦床主要控礦斷裂。

寺莊金礦床位于萊州市朱橋鎮(zhèn)寺莊村一帶，屬于焦家金礦田最南端(圖2)(衛(wèi)清等, 2018;劉向東等, 2019)。礦區(qū)主要出露地層為太古宇膠東群，巖性為混合巖化黑云斜長(zhǎng)變粒巖和斜長(zhǎng)角閃巖，分布于礦區(qū)西部，焦家斷裂帶上盤(pán)。礦區(qū)內(nèi)花崗巖出露廣泛，分布于焦家斷裂下盤(pán)，主要為玲瓏黑云母花崗巖(圖3)(馮建秋, 2016; Weietal., 2019)，是寺莊金礦床主要賦礦圍巖。礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要為焦家斷裂及其下盤(pán)次級(jí)斷裂。焦家斷裂沿膠東群與玲瓏黑云母花崗巖接觸帶發(fā)育，走向NNE，傾向NW，傾角30°～45°，上緩下陡，寬幾十米至上百米。礦體主要分布在焦家斷裂下盤(pán)黑云母花崗巖中，按照礦體賦存部位及地質(zhì)特征可劃分為3個(gè)礦體，編號(hào)為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號(hào)礦體，以網(wǎng)脈狀、浸染狀和團(tuán)塊狀礦化為主。圍巖熱液蝕變強(qiáng)烈，分帶明顯，從主斷裂帶向外依次可劃分為黃鐵絹英巖化帶、絹英巖化帶和大規(guī)模的紅化蝕變帶。此外礦區(qū)還發(fā)育硅化、碳酸鹽化和綠泥石化等圍巖蝕變。

2 紅化蝕變地質(zhì)特征

表1 寺莊金礦床新鮮花崗巖與紅化蝕變花崗巖分析測(cè)試表

圖2 焦家金礦田地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)Yang et al., 2016b)Fig.2 Simplified geological map of the Jiaojia gold ore field (after Yang et al., 2016b)

3 分析方法與數(shù)據(jù)解釋

3.1 樣品采集與分析方法

寺莊金礦床本次樣品均來(lái)自寺莊金礦床井下坑道內(nèi)(圖3c)，描述見(jiàn)表1。將新鮮花崗巖和紅化蝕變花崗巖磨制成薄片進(jìn)行鏡下觀察和電子探針?lè)治?。薄片鏡下觀察在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)礦物標(biāo)型實(shí)驗(yàn)室Leica-DM4500P高級(jí)偏光顯微鏡下完成。電子探針實(shí)驗(yàn)在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院電子探針實(shí)驗(yàn)室完成，儀器型號(hào)為JXA-8100，加速電壓為20kV，束流100nA，束斑大小1～5μm，修正方法ZAF。掃描電鏡實(shí)驗(yàn)是在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院地質(zhì)礦產(chǎn)研究所巖礦實(shí)驗(yàn)室完成，所用儀器為T(mén)ESCAN VEGA3掃描電鏡，分辨率為3.5nm/30kV(鎢燈絲)。

3.2 紅化蝕變礦物學(xué)特征

詳細(xì)的巖相學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)不同蝕變強(qiáng)度對(duì)應(yīng)不同的礦物組合。弱紅化蝕變帶內(nèi)蝕變主要集中在斜長(zhǎng)石核部，而邊部幾乎沒(méi)有蝕變，整顆斜長(zhǎng)石表現(xiàn)為核部混濁而邊部干凈，形成明顯的凈邊結(jié)構(gòu)(圖5b, c)。核部混濁是由于斜長(zhǎng)石內(nèi)部發(fā)育有大量鈉長(zhǎng)石和鱗片狀絹云母，和少量熱液鉀長(zhǎng)石(圖6b)，說(shuō)明絹云母、熱液鉀長(zhǎng)石與鈉長(zhǎng)石關(guān)系密切。更長(zhǎng)石核部被鈉長(zhǎng)石交代后具有多孔的特征，孔隙長(zhǎng)軸從幾微米到數(shù)十微米不等，孔隙邊緣不平，在孔隙內(nèi)部出現(xiàn)赤鐵礦顆粒(圖6a)，這說(shuō)明蝕變后孔隙是原生微孔隙經(jīng)過(guò)流體改造后進(jìn)一步擴(kuò)大，并且逐漸連成一體。強(qiáng)紅化蝕變花崗巖鏡下特征表現(xiàn)為斜長(zhǎng)石、綠泥石、石英等礦物被正條紋長(zhǎng)石所包裹(圖5d、圖6c)或者斜長(zhǎng)石顆粒被熱液鉀長(zhǎng)石交代(圖5e)，條紋長(zhǎng)石中鈉長(zhǎng)石條紋從顆粒中心到邊部逐漸減少(圖5d)。新形成的熱液鉀長(zhǎng)石內(nèi)部發(fā)現(xiàn)殘留鈉長(zhǎng)石(圖6d)。

在弱紅化蝕變帶內(nèi)，蝕變主要發(fā)生在斜長(zhǎng)石的核部，形成鈉長(zhǎng)石、絹云母、少量鉀長(zhǎng)石及赤鐵礦等礦物組合，表明早期富Na熱液在斜長(zhǎng)石核部進(jìn)行交代。而在強(qiáng)紅化蝕變帶內(nèi)，蝕變發(fā)生在斜長(zhǎng)石外部，出現(xiàn)粗粒熱液鉀長(zhǎng)石，并且正條紋長(zhǎng)石從核部到邊部條紋逐漸減少變細(xì)直到消失，說(shuō)明流體從富Na到富K逐漸轉(zhuǎn)變。值得注意的是，在蝕變斜長(zhǎng)石核部并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)金紅石。

3.3 元素地球化學(xué)特征

選取新鮮花崗巖中的斜長(zhǎng)石、原生鉀長(zhǎng)石、弱紅化花崗巖中具有凈邊結(jié)構(gòu)的斜長(zhǎng)石以及強(qiáng)紅化蝕變帶中新生的熱液鉀長(zhǎng)石，對(duì)其進(jìn)行電子探針?lè)治觯Y(jié)果見(jiàn)表2。

未蝕變的斜長(zhǎng)石成分為An7.69-19.27Ab78.98-91.59，為更長(zhǎng)石。原生鉀長(zhǎng)石成分為Or86.24-95.96Ab4.04-13.61。在弱紅化蝕變帶中，具有凈邊結(jié)構(gòu)的斜長(zhǎng)石邊部(Ab84.46An14.46)到核部(Ab92.42An2.19)(表2)，表明核部已經(jīng)基本蝕變?yōu)殁c長(zhǎng)石，且蝕變后的核部比邊部更加富Na貧Ca，形成明顯的“反環(huán)帶結(jié)構(gòu)”(張宇等, 2014)。而對(duì)于強(qiáng)烈紅化蝕變的區(qū)域，出現(xiàn)大量的熱液鉀長(zhǎng)石， 成分為Or91.31-97.92Ab2.08-8.69。與原生鉀長(zhǎng)石相比，熱液鉀長(zhǎng)石更富K貧Na。

不同蝕變程度的樣品的電子探針?lè)治鼋Y(jié)果表明(表2)，隨著蝕變程度的加強(qiáng)，長(zhǎng)石成分發(fā)生較為規(guī)律的變化。在弱紅化蝕變區(qū)域，蝕變主要發(fā)生在斜長(zhǎng)石核部，基本被蝕變成鈉長(zhǎng)石、絹云母和鉀長(zhǎng)石，同時(shí)出現(xiàn)大量赤鐵礦，而邊部幾乎沒(méi)有蝕變(圖5b, c、圖6a, b)。隨著蝕變的進(jìn)一步加強(qiáng)，流體從富Na向富K成分轉(zhuǎn)變，斜長(zhǎng)石逐漸消失，出現(xiàn)大量的熱液鉀長(zhǎng)石，相比于原生鉀長(zhǎng)石，新形成的熱液鉀長(zhǎng)石更富Or組分(圖7)。

為討論紅化蝕變過(guò)程中元素變化規(guī)律，本文收集前人在該礦床的主量元素?cái)?shù)據(jù)(表3)，采用(Grant, 1986, 2005)的方法對(duì)主量元素的活動(dòng)性進(jìn)行描述。但如何選擇不活動(dòng)元素是進(jìn)行質(zhì)量平衡計(jì)算的關(guān)鍵。在熱液流體-巖石反應(yīng)過(guò)程中，Al2O3和TiO2通常被認(rèn)為是不活動(dòng)的 (Condie and Sinha, 1996)，但Al在變形變質(zhì)作用過(guò)程中仍有一定的活動(dòng)性 (Ague, 1994)，尤其是長(zhǎng)石絹云母化過(guò)程中有部分析出(O’Hara, 1988; O’Hara and Blackburn, 1989)。寺莊金礦床紅化蝕變過(guò)程中有絹云母和熱液鉀長(zhǎng)石等礦物形成，導(dǎo)致Al不適合作為不活動(dòng)組分。Ti在巖石中的含量低，而且其活動(dòng)性小，在水巖反應(yīng)以及巖石變形變質(zhì)過(guò)程中相對(duì)穩(wěn)定，因此可以作為理想?yún)⒄赵?Condie and Sinha, 1996; Ague, 1997; Klammer, 1997)。計(jì)算公式為：

稱取0.013 g甲基橙，加入1 000 mL去離子水中配置甲基橙溶液；用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)在460 nm測(cè)定加入硅酸鎂、硅酸鈣、硅膠、硅膠復(fù)合材料吸附劑前后吸光度。

表3 新鮮黑云母花崗巖和紅化蝕變花崗巖主量元素分析結(jié)果(wt%)

圖5 寺莊金礦床紅化蝕變鏡下特征(a)新鮮玲瓏黑云母花崗巖；(b)斜長(zhǎng)石核部發(fā)生蝕變，弱紅化花崗巖；(c)斜長(zhǎng)石核部發(fā)生蝕變，黑云母發(fā)生綠泥石化，弱紅化花崗巖；(d)條紋長(zhǎng)石，從長(zhǎng)石中心到邊部，Na長(zhǎng)石條紋逐漸變少變?nèi)?，?qiáng)紅化蝕變帶；(e)斜長(zhǎng)石邊部次生加大的熱液鉀長(zhǎng)石，強(qiáng)紅化蝕變帶；(f)石英交代黑云母. 礦物縮寫(xiě)：Kfs-鉀長(zhǎng)石；Px-輝石；Pl-斜長(zhǎng)石；Ser-白云母；Chl-綠泥石；Q-石英；Mc-微斜長(zhǎng)石；Bt-黑云母；Per-條紋長(zhǎng)石Fig.5 Photomicrographs of representative granite and rubefication altered granite in the Sizhuang gold deposit(a) fresh biotite granite; (b) the alteration of the plagioclase in weak rubefication zone; (c) the alteration of the plagioclase and chloritization of biotite in weak rubefication granite; (d) albite decrease from the core to the margin in perthite; (e) secondary k-feldspar around plagioclase; (f) quartz replace biotite. Abbreviation: Kfs-K-feldspar; Px-pyroxene; Pl-plagioclase; Ser-sericite; Chl-chlorite; Q-quartz; Mc-microcline; Bt-biotite; Per-perthite

紅化蝕變帶中SiO2、K2O及燒失量的含量上升，CaO、Na2O、Al2O3、FeOT、MgO的含量降低，P2O5的含量基本沒(méi)變。在更長(zhǎng)石向鈉長(zhǎng)石轉(zhuǎn)變過(guò)程中，Ca被流體活化帶出，因此表現(xiàn)出CaO的含量減少。雖然紅化蝕變過(guò)程中有鈉長(zhǎng)石形成，但主要集中在更長(zhǎng)石內(nèi)部。流體帶出斜長(zhǎng)石內(nèi)部大量的Ca和少量Na，殘留的Na以鈉長(zhǎng)石的形式保存下來(lái)，隨后鈉長(zhǎng)石被絹云母、鉀長(zhǎng)石所取代，造成Na和Al含量減少。蝕變過(guò)程中花崗巖中的Fe可能被活化出來(lái)，部分形成氧化物充填在斜長(zhǎng)石核部或，一部分被帶走，所以FeOT的含量也相應(yīng)降低。強(qiáng)紅化蝕變帶內(nèi)出現(xiàn)大量熱液鉀長(zhǎng)石，說(shuō)明流體中K和Si含量增加。P2O5含量基本不變，表明磷灰石并沒(méi)有發(fā)生分解。黑云母綠泥石化的過(guò)程中引起MgO的含量下降。

4 討論

4.1 紅化蝕變物理化學(xué)過(guò)程及其控制因素

長(zhǎng)石蝕變，包括溶解、溶解組分的運(yùn)移及次生礦物的沉淀在地質(zhì)過(guò)程中普遍存在(Giles, 1987; Glasmann, 1992; Alekseyevetal., 1997; Lasaga and Luttge, 2001; Fuetal., 2009; Kampmanetal., 2009; Crundwell, 2015; Yuanetal., 2017)。前文對(duì)紅化蝕變帶進(jìn)行詳細(xì)研究，表明寺莊金礦床紅化并不同于前人認(rèn)為的鉀長(zhǎng)石化(Lietal., 2013)或赤鐵礦金紅石化(陳光遠(yuǎn)等, 1997)，而是一個(gè)復(fù)雜的反應(yīng)過(guò)程。在弱紅化蝕變區(qū)域，斜長(zhǎng)石核部發(fā)生蝕變而邊部基本保持干凈(圖5b, c)，并且在蝕變的核部沉淀有少量絹云母、鉀長(zhǎng)石(圖6b)和赤鐵礦包體(圖6a),明顯區(qū)別于未蝕變斜長(zhǎng)石(圖5a)。隨著紅化蝕變程度的增強(qiáng)，出現(xiàn)大量的熱液鉀長(zhǎng)石。

在弱紅化蝕變區(qū)域，蝕變主要發(fā)生在斜長(zhǎng)石核部，以鈉長(zhǎng)石化為主，形成少量絹云母和熱液鉀長(zhǎng)石以及赤鐵礦包體。造成這樣現(xiàn)象原因可能是受到An組分影響(Nishimotoetal., 2008; Yuguchietal., 2019)或者斜長(zhǎng)石內(nèi)部顯微孔隙的控制(張宇等, 2014)。通?；◢弾r中斜長(zhǎng)石的成分變化較大，主要表現(xiàn)在從核部到邊部An組分規(guī)律變化。但本文通過(guò)對(duì)未蝕變的斜長(zhǎng)石進(jìn)行電子探針?lè)治霭l(fā)現(xiàn)，斜長(zhǎng)石An含量為18～20，成分基本無(wú)變化，且核部蝕變區(qū)域與邊部未蝕變區(qū)域邊界明顯，表明An組分并不是控制斜長(zhǎng)石核部蝕變的主要因素。斜長(zhǎng)石晶體內(nèi)部發(fā)育有較多的顯微孔隙(Que and Allen, 1996; Parsons and Lee, 2009; 張宇等, 2014)。這是由于斜長(zhǎng)石早期結(jié)晶過(guò)程中捕獲周?chē)陌w，在巖漿冷凝后包裹體體積減小，形成孔隙，這些孔隙可占整個(gè)長(zhǎng)石顆粒體積的1%～2%(Montgomery and Brace, 1975)。然而邊部隨著物質(zhì)的消耗，結(jié)晶速度逐漸降低，斜長(zhǎng)石生長(zhǎng)緩慢，因此邊部孔隙消失。鈉長(zhǎng)石交代斜長(zhǎng)石的過(guò)程受到界面-耦合溶解-再沉淀這一機(jī)制控制(Niedermeieretal., 2009)。斜長(zhǎng)石受到流體改造后，溶解部分的體積大于新形成的鈉長(zhǎng)石體積，因此蝕變后的斜長(zhǎng)石核部孔隙明顯增大且更不規(guī)則，這有助于后續(xù)流體進(jìn)一步改造斜長(zhǎng)石，最終這些孔隙進(jìn)一步擴(kuò)大并且聯(lián)通在一起，作為流體通道有效的控制流體運(yùn)移，同時(shí)也為新形成的絹云母、赤鐵礦和少量鉀長(zhǎng)石提供沉淀的場(chǎng)所。通過(guò)鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，鈉長(zhǎng)石化與絹云母化關(guān)系密切，并且受到斜長(zhǎng)石核部孔隙控制。Engviketal. (2008)對(duì)斜長(zhǎng)石核部蝕變鈉長(zhǎng)石進(jìn)行透射電鏡TEM分析發(fā)現(xiàn)絹云母交代鈉長(zhǎng)石條紋，這說(shuō)明鈉長(zhǎng)石化形成早于絹云母化。奧長(zhǎng)石本身Or含量為0.73～1.55，并不足以提供充足的K+(Pluemper and Putnis, 2009)，因此K+可能來(lái)自于流體或黑云母的蝕變(Kontonikas-Charosetal., 2014; Yuguchietal., 2019)。

通過(guò)精細(xì)的礦物學(xué)研究我們發(fā)現(xiàn)赤鐵礦與鈉長(zhǎng)石化關(guān)系密切，并且在鈉長(zhǎng)石化后形成的孔隙中以顯微包體的形態(tài)存在。Isocon圖解顯示紅化蝕變過(guò)程中FeOT表現(xiàn)出帶出的特征，因此Fe不可能來(lái)自紅化流體(圖8)。Putnisetal. (2007)研究發(fā)現(xiàn)鉀長(zhǎng)石交代斜長(zhǎng)石的過(guò)程中，赤鐵礦以玫瑰花狀或針狀沉淀在熱液鉀長(zhǎng)石孔隙中，因此證明赤鐵礦并非是巖漿結(jié)晶的產(chǎn)物。未蝕變斜長(zhǎng)石電子探針結(jié)果顯示斜長(zhǎng)石內(nèi)部含有一定量的Fe，但與熱液鉀長(zhǎng)石中的Fe含量相差較小，說(shuō)明赤鐵礦中的Fe不可能來(lái)自于更長(zhǎng)石的分解。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)黑云母發(fā)生綠泥石化或被石英所交代(圖5c, f)，因此Fe可能來(lái)自黑云母等鎂鐵質(zhì)礦物的分解。

與弱紅化蝕變帶相比，強(qiáng)紅化蝕變帶主要發(fā)育鉀長(zhǎng)石化，熱液鉀長(zhǎng)石主要以正條紋長(zhǎng)石或斜長(zhǎng)石次生加大邊的形式產(chǎn)出(圖5d, e)。正條紋長(zhǎng)石內(nèi)部包裹原生斜長(zhǎng)石，并且從顆粒核部到邊緣，鈉長(zhǎng)石條紋逐漸減少變稀，表明流體中Na的含量逐漸降低，K的含量逐漸增高。在較高的溫度環(huán)境，Na+進(jìn)入結(jié)晶相而K+進(jìn)入流體相(Orville, 1963)，這表明隨著蝕變強(qiáng)度的加強(qiáng)，流體的溫度逐漸降低。值得注意的是，并沒(méi)有在新形成的熱液鉀長(zhǎng)石孔隙內(nèi)部發(fā)現(xiàn)赤鐵礦微粒，表明赤鐵礦顆粒鈉長(zhǎng)石化過(guò)程中全部沉淀。

圖6 紅化蝕變帶蝕變長(zhǎng)石及顯微孔隙的掃描電鏡(SEM)及背散射(BSE)顯微照片(a)弱紅化蝕變花崗巖中斜長(zhǎng)石的核部(SEM)；(b)斜長(zhǎng)石核部出現(xiàn)絹云母和熱液鉀長(zhǎng)石(BSE)；(c)黑云母蝕變成金紅石，熱液鉀長(zhǎng)石包裹斜長(zhǎng)石(BSE)；(d)熱液鉀長(zhǎng)石包裹鈉長(zhǎng)石(BSE). 礦物縮寫(xiě)： Ab-鈉長(zhǎng)石；Hem-赤鐵礦；Cal-方解石Fig.6 SEM and BSE images showing petrographic aspects of feldspar in rubefication zone(a) the hydrothermal feldspar and sericite in the core of plagioclase (SEM); (b) hydrothermal k-feldspar wrap plagioclase (BSE); (c) ruthile replace biotite and hydrothermal K-feldspar wrap plagioclase (BSE); (d) hydrothermal k-feldspar wrap plagioclase and albite (BSE). Abbreviation: Ab-albite; Hem-hematite; Cal-calcite

圖7 寺莊金礦床長(zhǎng)石Or-Ab-An分類(lèi)圖解Fig.7 Or-Ab-An diagram of feldspars from the Sizhuang gold deposit

寺莊超大型金礦床的紅化蝕變受NE-NNE向焦家斷裂帶及其次級(jí)斷裂-裂隙系統(tǒng)控制，野外地質(zhì)特征表明紅化蝕變?yōu)槌傻V前蝕變。紅化蝕變與斷裂關(guān)系不僅僅表現(xiàn)宏觀尺度，同時(shí)也可以通過(guò)微觀尺度上的裂隙反映出來(lái)(Wahlgrenetal., 2004)。巖石內(nèi)部的裂隙是流體在低滲透率巖石內(nèi)進(jìn)行活動(dòng)的主要運(yùn)移通道(Austrheim, 1987; Jamtveitetal., 1990; Bons, 2001; Engviketal., 2005)。前人研究表明焦家金礦帶在玲瓏巖體侵位后，郭家?guī)X巖體侵位前受到NW-NNW向擠壓，玲瓏花崗巖普遍發(fā)育近平行于主斷裂的片麻理構(gòu)造(圖4f)，而在成礦前發(fā)生韌-脆性變形轉(zhuǎn)換(李瑞紅, 2017)。該轉(zhuǎn)換使得早先應(yīng)變較弱時(shí)，分散顆粒尺度的流體不斷彼此相連形成與主剪切面近乎平行的流體運(yùn)移網(wǎng)絡(luò)(高幫飛, 2008)，為成礦前玲瓏花崗巖巖體發(fā)生大范圍紅化提供熱液流體運(yùn)移通道。

關(guān)于紅化流體來(lái)源已有大量穩(wěn)定同位素研究(衛(wèi)清等, 2015; Maoetal., 2008; Wenetal., 2015, 2016)。本文膠東金礦床成礦前形成的巖石主要有新太古界膠東群變質(zhì)巖，燕山期玲瓏型黑云母花崗巖和郭家?guī)X型似斑狀花崗閃長(zhǎng)巖，紅化蝕變可能的流體來(lái)源為膠東群變質(zhì)水，玲瓏巖漿水，郭家?guī)X巖漿水和大氣降水。然而區(qū)域變質(zhì)作用比中生代構(gòu)造-巖漿巖漿活動(dòng)早約2000Ma(鄧軍等, 2006; Yangetal., 2007; 楊立強(qiáng)等, 2014)，且紅化蝕變主體發(fā)育在玲瓏巖體內(nèi)，表明紅化流體不可能來(lái)自于膠東群變質(zhì)水。因此可能來(lái)源為玲瓏巖漿水或郭家?guī)X巖漿水。本文統(tǒng)計(jì)膠西北金礦床紅化流體氫氧同位素?cái)?shù)據(jù)，并進(jìn)行投圖。在紅化流體的δD-δ18O圖解上(圖9)，投點(diǎn)集中在玲瓏巖漿水附近。這說(shuō)明紅化流體主要來(lái)自于玲瓏巖漿期后熱液，后期有少量大氣降水的混入。前人利用二長(zhǎng)石溫度計(jì)和流體包裹體測(cè)溫等手段限定紅化蝕變溫度范圍為300～500℃(劉向東等, 2019; 衛(wèi)清等, 2015)。稀土元素特征表現(xiàn)出明顯的Eu正異常(δEu>1)(劉向東等, 2019)，指示紅化流體為高氧逸度(Sverjensky, 1984; Michard, 1989)，這與在紅化蝕變帶中發(fā)現(xiàn)大量赤鐵礦包體現(xiàn)象相一致。

圖8 新鮮花崗巖及紅化蝕變花崗巖的Isocon圖解數(shù)據(jù)來(lái)源：衛(wèi)清等, 2018; 劉向東等, 2019Fig.8 Isocon diagrams in which fresh granite versus the rubefication graniteData source: Wei et al., 2018; Liu et al., 2019

圖9 膠東典型金礦紅化蝕變帶δ18O水-δD水關(guān)系圖解(據(jù)Yang et al., 2016a)數(shù)據(jù)來(lái)源；衛(wèi)清等, 2015; Mao et al., 2008; Wen et al., 2015, 2016Fig.9 Diagram showing δ18Owater vs. δDwater for typical gold deposits in Jiaodong Peninsula (modified after Yang et al., 2016a)Data sources: Wei et al., 2015; Mao et al., 2008; Wen et al., 2015, 2016

綜上所述，紅化蝕變屬于成礦前蝕變，高溫、高氧逸度、富K玲瓏巖漿期后熱液受焦家主斷裂韌-脆性變形轉(zhuǎn)換過(guò)程中形成的裂隙控制，沿焦家主斷裂及其次級(jí)斷裂向上運(yùn)移并向圍巖進(jìn)行廣泛的滲透交代。

4.2 紅化蝕變對(duì)金成礦的貢獻(xiàn)

寺莊金礦床紅化流體性質(zhì)為高溫、高氧逸度、富K玲瓏巖漿期后熱液，而膠東金礦成礦流體性質(zhì)為還原性、中低溫、低鹽度、富CO2(Dengetal., 2015a; Yangetal., 2016a; Guoetal., 2017; Weietal., 2019)，并且金主要以Au(HS)2-的形式進(jìn)行運(yùn)移(Yangetal., 2016b; 楊立強(qiáng)等, 2014)，這說(shuō)明紅化流體并未直接參與金成礦過(guò)程。

礦物學(xué)證據(jù)表明，紅化蝕變過(guò)程中斜長(zhǎng)石核部孔隙增大。斜長(zhǎng)石受流體改造的過(guò)程中嚴(yán)格受到界面-耦合溶解再沉淀機(jī)制控制。該機(jī)制顯著特征是流體改造后的礦物具有多孔的特征。鈉長(zhǎng)石交代斜長(zhǎng)石后形成大量孔隙，使得后續(xù)的流體容易通過(guò)這些孔隙與周?chē)V物進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)。隨著反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，這些孔隙相互連接貫通，提高巖石滲透率。

寺莊金礦床紅化蝕變典型特征是在強(qiáng)紅化蝕變帶內(nèi)出現(xiàn)大量熱液鉀長(zhǎng)石。熱液鉀長(zhǎng)石交代原生長(zhǎng)石的過(guò)程涉及體積膨脹，其中鈉長(zhǎng)石、鈣長(zhǎng)石被鉀長(zhǎng)石交代后對(duì)應(yīng)礦物單分子體積膨脹率分別為8.6%和13.4%(徐興旺等, 2002)。熱液鉀長(zhǎng)石交代斜長(zhǎng)石過(guò)程中的體積膨脹可導(dǎo)致巖石原生破裂的愈合與流體的圈閉，被圈閉流體的進(jìn)一步鉀交代與系統(tǒng)的體積膨脹將導(dǎo)致被圈閉流體的壓力積聚，當(dāng)新形成的流體應(yīng)力大于巖石的抗張強(qiáng)度時(shí)將使巖石致裂(Xuetal., 2004)。巖石力學(xué)研究表明巖石的抗張強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和彈性模量隨著蝕變巖中鉀長(zhǎng)石含量的增加而降低，并且多序次鉀化蝕變花崗巖的抗壓強(qiáng)度只有未蝕變花崗巖(原巖)的一半(徐興旺等, 2002)。焦家斷裂帶構(gòu)造變形具有多期特征，紅化蝕變主要形成于成礦前的韌-脆性變形期(李瑞紅, 2017)，可以提供大量熱液鉀長(zhǎng)石，使巖石的抗壓強(qiáng)度急劇減小，形成有利于成礦期斷裂帶活動(dòng)的環(huán)境。

紅化流體與圍巖進(jìn)行滲透交代過(guò)程中，斜長(zhǎng)石核部孔隙增大，提高紅化蝕變巖的滲透率；隨著水巖反應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行，大量熱液鉀長(zhǎng)石交代斜長(zhǎng)石的過(guò)程中致使紅化蝕變巖的抗壓強(qiáng)度急劇減小，形成有利于成礦期斷裂帶活動(dòng)及成礦流體運(yùn)移和成礦物質(zhì)的沉淀的圍巖條件。

5 結(jié)論

(1)膠西北寺莊金礦床紅化蝕變根據(jù)強(qiáng)度可分為強(qiáng)、弱紅化蝕變兩種。弱紅化蝕變主要發(fā)育在斜長(zhǎng)石核部，以鈉長(zhǎng)石化為主，同時(shí)形成少量絹云母、熱液鉀長(zhǎng)石和赤鐵礦包體，致使巖石發(fā)紅；隨著水巖反應(yīng)的增強(qiáng)，蝕變以鉀長(zhǎng)石化為主，大量新生粗粒熱液鉀長(zhǎng)石是巖石變紅的主要原因。

(2)紅化蝕變整體表現(xiàn)為SiO2、K2O遷入，Na2O、CaO、Al2O3、FeOT、MgO遷出，且強(qiáng)紅化蝕變過(guò)程中新形成的條紋長(zhǎng)石表現(xiàn)出邊部鈉長(zhǎng)石條紋消失的特征，反映流體由富Na向富K的轉(zhuǎn)變。紅化流體主要為高溫(300～500℃)、高氧逸度(δEu>1)、富堿性的玲瓏巖漿期后熱液，與成礦期中低溫、還原性、富CO2成礦流體性質(zhì)相反，表明紅化流體并未直接參與金成礦過(guò)程。

(3)紅化蝕變屬于成礦前蝕變，紅化蝕變過(guò)程中，流體受到焦家主斷裂韌-脆性變形轉(zhuǎn)換過(guò)程中形成的裂隙控制，沿焦家主斷裂及其次級(jí)斷裂向上運(yùn)移并向圍巖進(jìn)行滲透交代，致使斜長(zhǎng)石核部孔隙增大，提高紅化蝕變巖的滲透率；隨著水巖反應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行，蝕變由鈉長(zhǎng)石化轉(zhuǎn)變?yōu)殁涢L(zhǎng)石化，熱液鉀長(zhǎng)石交代斜長(zhǎng)石的過(guò)程導(dǎo)致巖石體積膨脹而破裂，使紅化蝕變巖的抗壓強(qiáng)度急劇減小，有利于成礦期斷裂帶活動(dòng)以及成礦流體運(yùn)移和成礦物質(zhì)的沉淀。

致謝研究工作得到了鄧軍教授和David Groves教授的指導(dǎo)；論文修改過(guò)程中得到中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)邱昆峰副教授、劉向東博士和中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所汪遠(yuǎn)征博士幫助；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)工作人士的支持和幫助；樣品測(cè)試得到了核工業(yè)北京地質(zhì)研究院地質(zhì)分析測(cè)試研究中心葛祥坤、邰宗堯老師的幫助；兩位審稿人為本文提供了寶貴的修改意見(jiàn)；謹(jǐn)此致謝。