甘肅塔-尕地區(qū)大河壩組地球化學(xué)特征及成礦遠(yuǎn)景分析

李智斌，劉澤宇，李瑞

(1.甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，蘭州 730050；2.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長春 130000；3.蘭州理工大學(xué)馬克思主義學(xué)院，蘭州 730050)

0 引言

甘肅省塔哇-尕加莫貢瑪?shù)貐^(qū)(以下簡稱為塔-尕地區(qū))位于青藏高原北緣，屬于西秦嶺造山帶的西北部，是古亞洲洋、特提斯構(gòu)造域和濱太平洋構(gòu)造域復(fù)合疊加的構(gòu)造部位，既是南北構(gòu)造的轉(zhuǎn)換地帶，也是東西構(gòu)造的轉(zhuǎn)換地帶，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，成礦條件優(yōu)越[1]。近年來，隨著甘肅西秦嶺地區(qū)大量金礦床(點(diǎn))的發(fā)現(xiàn)和勘查評價，諸多學(xué)者和科研單位對西秦嶺造山帶內(nèi)不同的礦床開展了礦床成因、巖漿巖、構(gòu)造、蝕變等方面的專題研究，如早子溝金礦床品位變化規(guī)律及特征探討[2]、尹家坪金礦地質(zhì)特征及礦床成因研究[3]、格婁昂金礦的賦礦斑巖及成因研究[4]等，也有一些專家學(xué)者對該區(qū)金礦找礦標(biāo)志與找礦模型進(jìn)行了對比分析與總結(jié)研究[5]，但總體對于沉積地層尤其是大河壩組的研究依然相對較為匱乏。

碎屑砂巖由于其形成過程中受源巖、風(fēng)化作用、搬運(yùn)、沉積和成巖作用的制約，其化學(xué)成分特別是礦物成分及微量元素等，蘊(yùn)含了豐富的沉積環(huán)境和構(gòu)造發(fā)展演化信息，故而常用砂巖的地球化學(xué)特征來進(jìn)行沉積巖物源分析和構(gòu)造環(huán)境判別[6]。本文基于大河壩組砂巖主量元素和稀土、微量元素特征及地層的基巖光譜分析結(jié)果對成巖物質(zhì)來源、物源區(qū)構(gòu)造環(huán)境及地層含礦性進(jìn)行討論，進(jìn)而對大河壩組成礦遠(yuǎn)景作出評價。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

秦嶺造山帶以商丹帶和勉略帶兩條古蛇綠構(gòu)造混雜巖帶為界，為華北板塊和揚(yáng)子板塊的拼合帶，由文縣—徽成盆地—鳳太盆地一線細(xì)分為西秦嶺造山帶和東秦嶺造山帶。西秦嶺造山帶構(gòu)造復(fù)雜，北以臨夏-武山-天水?dāng)嗔褳榻缗徠钸B造山帶，南以瑪沁—文縣—勉縣—略陽為界與松潘—甘孜地塊過渡，西與柴達(dá)木地體和昆侖造山帶相銜接(圖1)[7-8]。

圖1 西秦嶺造山帶區(qū)域地質(zhì)圖

西秦嶺造山帶內(nèi)地層發(fā)育齊全，各時代地層均有不同程度的出露，主要為泥盆系—三疊系，區(qū)內(nèi)金礦主要分布在三疊系，銅鉛鋅等主要產(chǎn)于二疊系和石炭系；侵入巖發(fā)育，且跨越時間長，以印支期花崗巖發(fā)布最為廣泛，巖漿活動為金成礦作用提供了熱源，促進(jìn)該區(qū)含金量較高的地層中金的活化與富集，是成礦的有利條件；區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，西秦嶺地區(qū)金礦床多受控于不同構(gòu)造體系和不同級序的深大斷裂構(gòu)造帶[9]。

大河壩組為西秦嶺地區(qū)晚三疊世的一套陸棚邊緣斜坡濁積相沉積地層，最早由甘肅省地質(zhì)一隊(duì)(1989年)提出，原始剖面位于宕昌縣以南約7 km處的新坪—大河壩—新城子一線?，F(xiàn)在大多數(shù)同行將以雜砂巖、鈣質(zhì)粉砂巖互層或互夾為主，偶夾薄層、透鏡狀灰?guī)r的一套深-淺海相沉積巖劃為大河壩組。甘肅塔-尕地區(qū)大河壩組的主要巖石組合為長石石英砂巖、巖屑石英砂巖夾粉沙質(zhì)板巖、泥質(zhì)板巖、含礫砂巖、細(xì)砂巖、含生物碎屑泥質(zhì)板巖等，具復(fù)理石沉積建造特征，濁積相沉積特征明顯，巖性以砂板巖為主。

2 樣品采集與分析方法

本文所用樣品在采集時均避開了風(fēng)化帶與斷裂帶，以風(fēng)化作用對沉積物成分影響較小的新鮮砂巖作為采樣介質(zhì)，取樣地點(diǎn)分別選擇了大河壩組的不同巖性段，具有良好的代表性。共采集巖石全分析樣4件，主要目的是了解巖石化學(xué)成分，提供成礦地質(zhì)背景依據(jù)，巖性為巖屑長石砂巖；采集光譜樣329件，其中各類砂巖285件，板巖43件，灰?guī)r1件，目的是系統(tǒng)地了解該地層及不同巖性中的元素含量，為基礎(chǔ)地質(zhì)研究提供地球化學(xué)資料。

樣品全部由國土資源部蘭州礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心(甘肅省中心實(shí)驗(yàn)室)進(jìn)行測試分析。其中，主量元素由X射線熒光光譜儀、電熱恒溫干燥箱、電子天平、雙燃燒系統(tǒng)紅外碳硫分析儀等檢測設(shè)備依據(jù)DZ/T14506-2010測定；微量元素、稀土元素的主要檢測設(shè)備為電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，部分微量元素采用X射線熒光光譜儀、原子熒光光度計(jì)、酸度計(jì)等進(jìn)行測定，檢測方法依據(jù)DZ/T0279-2016；基巖光譜樣由電感耦合等離子體質(zhì)譜儀、X射線熒光光譜儀、一米平面光柵攝譜儀、原子熒光光度計(jì)等檢測設(shè)備依據(jù)DZ/T0279-2016進(jìn)行檢測。樣品分析結(jié)果分別列于表1、表2。

3 地球化學(xué)特征

3.1 主量元素特征

樣品主量元素含量見表1，從中可以看出：大河壩組地層中沉積碎屑巖的SiO2的含量較高，w(SiO2)=63.38%～65.1%，平均為64.51%；w(Al2O3)=13.54%～15.42%，平均14.53%；w(TiO2)=0.616%～0.704%，平均0.659%；w(MgO)=1.86%～2.32%，平均2.15%；w(TFe2O3+MgO)=5.94%～6.9%，平均6.61%；w(Al2O3)/w(SiO2)=0.21～0.24，平均0.23；w(Al2O3)/w(TiO2)=19.23～24.25，平均22.16；w(K2O)/w(Na2O)= 0.60～0.84，平均0.74；w(Al2O3)/w(CaO+Na2O)=1.78～2.76，平均2.27。樣品各主量元素含量及比值參數(shù)較穩(wěn)定，無明顯差別。

3.2 微量元素、稀土元素特征

樣品的微量元素含量及原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖如表1、圖2a。微量元素在蛛網(wǎng)圖上表現(xiàn)為“四峰四谷一平坦型”，總體具有富集大離子親石元素Rb、Th和高場強(qiáng)元素La、Ce、Nd、Zr、Hf以及虧損大離子親石元素Sr和高場強(qiáng)元素Nb、Ta等特征。Ba的原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化曲線出現(xiàn)浮動，可能是由于含鋇礦物的化學(xué)及物理的穩(wěn)定性都比較差，部分樣品受風(fēng)化而造成的。

樣品的稀土元素含量見表1，其球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖見圖2b。w(ΣREE)=159.51×10-6～220.57×10-6，平均為189.65×10-6；w(LREE)/w(HREE)=9.77～12.15，平均為10.93，反映輕稀土元素富集，重稀土虧損；w(La)N/w(Yb)N=11.329～15.094，平均為13.211，表明稀土元素分餾程度較高；δEu=0.687～0.717，均值為0.695，呈明顯負(fù)異常。

表1 大河壩組巖石全分析結(jié)果

圖2 微量元素蛛網(wǎng)圖(a)和稀土元素配分曲線圖(b)

3.3 巖石光譜特征

塔-尕地區(qū)大河壩組的329件基巖光譜樣品分析測試數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果見表2、圖3。將各元素的平均含量與甘南地區(qū)背景值的比值作為富集系數(shù)(k)，其中高于1.2為相對富集，低于0.8為相對虧損，板巖中相對富集的元素有Au、Ba、Bi、Cu、La、Nb、Rb、Sb、Zn，相對虧損的元素為Hg、Mo，砂巖中相對富集的元素有Ba、La、Nb，相對虧損的元素為Ag、As、Bi、Hg、Mo、W；從中可以看出，除La以外板巖的各元素平均含量均明顯高于砂巖，表明所測16種元素在板巖中更為富集。變異系數(shù)(Cv)是該元素的標(biāo)準(zhǔn)方差(S)與均值(X)的比值，可以很好地反映該元素的離散程度，變異系數(shù)高的元素有較高的局部富集成礦可能[10]，從圖3b中可知，Sb、Hg元素的變異系數(shù)在砂巖和板巖中均大于1，說明在大河壩組地層中Sb、Hg元素分異程度較高，有一定局部富集成礦幾率，且Hg元素的高分異程度表明塔-尕地區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，對于成礦有重要的地質(zhì)意義；此外，在砂巖中As元素變異系數(shù)大于2，板巖中Au元素分異系數(shù)大于1，表明As、Au兩種元素分別在砂巖和板巖中均在一定的局部富集。綜合而言在塔-尕地區(qū)內(nèi)Au、As、Sb、Hg在局部存在較大的富集成礦可能，地層成礦條件良好。

表2 大河壩組基巖光譜分析結(jié)果

圖3 富集系數(shù)示意圖(a)變異系數(shù)示意圖(b)

4 討論

4.1 物源分析

不同物源的沉積巖稀土元素表現(xiàn)出迥異的特征，研究認(rèn)為來源于上地殼的沉積巖其稀土元素通常表現(xiàn)出輕稀土元素相對富集、重稀土元素相對貧乏且含量穩(wěn)定、Eu元素負(fù)異常等特征[11]。此外，沉積巖中某些特定元素的比值亦可作為判別沉積物物源區(qū)成分的參數(shù)，w(Cr)/w(Zr)值常用來區(qū)分長英質(zhì)與鐵鎂質(zhì)巖石源區(qū)，代表鐵鎂質(zhì)組分的礦物富集Cr元素而代表長英質(zhì)組分的鋯石富集Zr元素，所以低的w(Cr)/w(Zr)值指示成巖物質(zhì)來源于長英質(zhì)源區(qū)[12]；w(Al2O3)/w(TiO2)<14指示來源于鐵鎂質(zhì)巖石，w(Al2O3)/w(TiO2)=19～28時，物源為長英質(zhì)巖石[13]。砂巖物源性質(zhì)La/Th-Hf判別圖解中可以區(qū)分出拉斑玄武巖大洋島弧物源、安山巖島弧物源、酸性島弧物源三種典型物源區(qū)[14]。本文綜合了前人眾多物源分析方法，對研究區(qū)大河壩組的物質(zhì)來源進(jìn)行了綜合研究。

本文樣品稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖中呈明顯右傾，輕稀土元素富集，重稀土元素相對平坦，δEu虧損明顯，是典型的上地殼源巖石的分配模式，表明大河壩組碎屑沉積巖成分來源于上地殼；并且元素蛛網(wǎng)圖(圖2a)中大離子親石元素Rb、Th的富集及Nb、Ta明顯的虧損也同樣說明了該地層的沉積物具有典型的殼源成因特征。w(Al2O3)/w(TiO2)=19.23～24.25，處于長英質(zhì)巖石范圍；w(Cr)/w(Zr)=0.23～0.37，平均為0.28，遠(yuǎn)低于1，反映了大河壩組的物源為長英質(zhì)。同時在La/Th-Hf圖解(圖4)中，本文樣品全部落在上地殼酸性島弧物源內(nèi)，表明塔-尕地區(qū)大河壩組的成巖物質(zhì)來源為上地殼長英質(zhì)巖石。

圖4 砂巖物源性質(zhì)La/Th-Hf判別圖解

4.2 構(gòu)造環(huán)境判別

(1)不同構(gòu)造環(huán)境下形成的沉積巖主量元素含量及比值有所不同，w(TiO2)—w(Fe2O3+MgO)判別圖解可以區(qū)分出被動大陸邊緣、活動大陸邊緣、大陸島弧及大洋島弧4種典型構(gòu)造環(huán)境，從被動陸緣到大洋島弧，砂巖主量元素中w(Fe2O3+MgO)及w(TiO2)的含量增高[15]，w(K2O)/w(Na2O)—w(SiO2)圖解可以區(qū)分出被動大陸邊緣、活動大陸邊緣和大陸島弧3種類型的沉積構(gòu)造環(huán)境[16]。研究區(qū)所有大河壩組樣品在w(K2O)/w(Na2O)—w(SiO2)圖解(圖5a)和w(TiO2)—w(Fe2O3+MgO)判別圖解(圖5b)中均落入大陸島弧區(qū)內(nèi)。

圖5 (K2O/Na2O)-SiO2判別圖解(a)和TiO2-(Fe2O3+MgO)判別圖解(b)

(2)微量不活動元素由于其穩(wěn)定性較主量元素更強(qiáng)，其含量及比值在判別構(gòu)造環(huán)境中比主量元素更具優(yōu)越性，Bhatia[17]總結(jié)提出了Th-Co-Zr/10等多個構(gòu)造判別圖解，被廣泛地應(yīng)用在沉積巖構(gòu)造判別中。本文樣品在Th-Co-Zr/10構(gòu)造環(huán)境判別圖解上均落在了大陸島弧區(qū)內(nèi)(圖6)。

圖6 Th-Co-Zr/10判別圖解

從主、微量元素特征及構(gòu)造判別圖解得出的結(jié)論表現(xiàn)出良好的一致性，綜合認(rèn)為塔-尕地區(qū)大河壩組的沉積構(gòu)造環(huán)境為大陸島弧，沉積物源受到大陸島弧的強(qiáng)烈影響。

4.3 成礦遠(yuǎn)景分析

大河壩組是塔-尕地區(qū)及周邊區(qū)域主要的金礦含礦層位，與成礦關(guān)系密切，主要表現(xiàn)在提供成礦物質(zhì)來源、促成成礦物質(zhì)的初步富集等方面。

從基巖光譜的分析結(jié)果上看，大河壩組尤其是板巖中，Au元素相對富集，其含量略高于甘南地區(qū)背景值，較高的金豐度可為后期成礦提供礦源，且其分異程度較高，有利于局部富集成礦。目前在區(qū)域上三疊系碎屑巖中常形成構(gòu)造破碎巖型金礦，在塔-尕地區(qū)大河壩組中也新發(fā)現(xiàn)了多處金礦化點(diǎn)，且多有伴生砷、銻的現(xiàn)象，與基巖光譜的分析結(jié)論相一致，說明金礦的成礦對巖性的選擇性較強(qiáng),大河壩組在提供金礦成礦物質(zhì)來源方面存在優(yōu)勢。

大河壩組以砂板巖為主，巖石多具有較富的孔隙度，同時地層砂板巖相間，為一套具有較明顯差異的巖石組合，容易在后期構(gòu)造、巖漿作用下形成裂隙，地層的滲透性較高，利于成礦流體與巖石地層發(fā)生物質(zhì)交換，從而使成礦物質(zhì)富集沉淀成礦。區(qū)域上金礦床中的金多呈浸染狀賦存于硫化物或呈吸附狀態(tài)存在于黏土礦物、有機(jī)質(zhì)或黏土礦物-有機(jī)質(zhì)聚合物中，具有較大活動性，易于發(fā)生活化遷移，即大河壩組中有金富集現(xiàn)象，同時金又極易沉淀成礦。

5 結(jié)論

(1)區(qū)內(nèi)樣品的微量元素及稀土元素特征反映，大河壩組沉積物具有典型的殼源成因特征，Al2O3/TiO2值和Cr/Zr值指示成巖物質(zhì)來源于長英質(zhì)源區(qū)。在w(La)/w(Th)—w(Hf)圖解上，本文樣品也全部落在上地殼長英質(zhì)源區(qū)內(nèi)，從而確定塔-尕地區(qū)大河壩組物源主要來自上地殼中的長英質(zhì)巖石。

(2)在TiO2-(Fe2O3+MgO)、(K2O+Na2O)-SiO2和Th-Co-Zr/10構(gòu)造判別圖解上，所有樣品點(diǎn)都落在了大陸島弧區(qū)內(nèi)，表明塔-尕地區(qū)大河壩組的沉積構(gòu)造環(huán)境為大陸島弧,沉積物源受到大陸島弧的強(qiáng)烈影響。

(3)基巖光譜樣品分析結(jié)果顯示，區(qū)內(nèi)大河壩組Au、As、Sb、Hg有較高的富集系數(shù)和變異系數(shù)，在提供金礦成礦物質(zhì)來源方面存在優(yōu)勢，且地層滲透性較好有利于成礦物質(zhì)富集沉淀，找礦潛力較大。