湘東北雁林寺金礦床微量和稀土元素地球化學(xué)特征

黃 誠，唐 春

(南昌工程學(xué)院 水利與生態(tài)工程學(xué)院，江西 南昌 330099)

湘東北金成礦區(qū)屬于江南金多金屬成礦帶的重要組成部分，代表性的金礦床包括萬古、黃金洞、雁林寺、洪源等[1-4]。雁林寺金礦由小陽坑、亥子沖和石牛田礦段組成[5]。區(qū)域范圍內(nèi)的金礦還包括洪源、團山背和半邊山等礦床，顯示該區(qū)域具有優(yōu)越的找礦前景[6]。學(xué)者們近些年來對該金礦開展了一系列的研究，取得了一些重要進展。已有研究表明金礦化主要見于中元古界冷家溪群淺變質(zhì)巖系中，受劈理化帶、韌性剪切帶等構(gòu)造作用控制，成礦具有多期次等特征[7-9]。此外，雁林寺金礦乃至整個湘東北地區(qū)金成礦內(nèi)不同階段的礦化還往往具有不同的構(gòu)造地球化學(xué)特征[10-12]，金成礦的成礦物質(zhì)和流體來源以及巖漿作用與變質(zhì)作用對成礦的影響仍存在較大爭議。例如，部分學(xué)者認(rèn)為成礦物質(zhì)來源于冷家溪群地層[13-14]，也有學(xué)者認(rèn)為深部巖漿作用提供了部分成礦元素[15-16]。成礦流體來源復(fù)雜，主要包括巖漿和變質(zhì)作用甚至是大氣降水均有參與。這些分歧嚴(yán)重制約了對湘東北地區(qū)金成礦作用的深入理解。因此，本文以湘東北雁林寺金礦為例，系統(tǒng)研究該礦床含金石英脈和圍巖的微量和稀土元素組成，深入分析了該礦床的成礦流體和物質(zhì)來源，探討了成礦作用過程。

1 雁林寺金礦地質(zhì)特征

1.1 礦區(qū)地質(zhì)特征

1—含凝灰質(zhì)砂巖、砂質(zhì)板巖；2—淺變質(zhì)砂巖、粉砂巖、板巖；3—淺變質(zhì)砂巖、板巖；4—花崗巖；5—斷層及編號；6—韌性剪切帶；7—倒轉(zhuǎn)背斜；8—金礦脈及編號圖1 雁林寺金礦地質(zhì)圖

圖2 雁林寺金礦巖礦石特征

1.2 礦體特征

礦體主要由北西向和北東向兩組礦脈組成，北西組主要分布在石牛田地區(qū)，以V3、V7等礦脈為代表(圖2e)；北東組礦脈在全區(qū)分布較廣，如V16、V17、V31、V32 等礦脈(圖2f)。主要礦脈特征見表1。

表1 雁林寺金礦主要礦體特征

(1)V31號礦體：為產(chǎn)于NE向劈理化帶中的含金石英脈，形態(tài)為細(xì)脈狀、透鏡狀，局部地帶呈不規(guī)則狀。走向 27～85°，傾向北西，傾角 43～75°。礦體長 400m，延伸250m，厚度0.45～0.99m，平均0.92m。沿傾向方向有含金量有變大趨勢，礦體厚度增大，金品位范圍大，屬不均勻型。

(2)V32號脈：礦體為產(chǎn)于 NE向劈理化帶中的含金石英脈，形態(tài)為雁列脈狀、透鏡狀等。走向28～57°，傾向北西，傾角45～80°。礦體長400m，延伸260m，厚度0.40～1.45m，平均0.85m。沿傾向方向有含金量有變大趨勢，礦體厚度增大，金品位范圍大，屬不均勻型。

(3)V36號脈：礦體為產(chǎn)于NE向劈理化帶中的含金石英脈，形態(tài)為細(xì)脈狀、透鏡狀等。走向15～66°，傾向北西，傾角34～45°。礦體長280m，延伸420m，厚度0.62～2.02m，平均1.32m。沿傾向方向有含金量有變大趨勢，礦體厚度增大，金品位范圍大，屬不均勻型。

(4)V3號脈：礦體為產(chǎn)于 NW 向韌性剪切帶中，形態(tài)為石英大脈等。走向120～170°，傾向北東，傾角45～75°。礦體長1500m，延伸大于300m，厚度0.4～2.7m，平均0.9m。沿傾向方向有含金量有變大趨勢，礦體厚度增大，金品位變化范圍大，屬不均勻型。

1.3 礦石特征

根據(jù)礦體的賦存狀態(tài)，礦石類型有劈理化帶型含金石英脈和韌性剪切型含金石英脈。主要礦石礦物有自然金、黃鐵礦、毒砂、褐鐵礦、赤鐵礦、鈦鐵礦、黃銅礦等。脈石礦物主要有石英、絹云母、綠泥石、白云母、長石等。礦石主要為自形晶粒結(jié)構(gòu)和半自形晶粒結(jié)構(gòu)。即為與金成礦有密切關(guān)系的金屬硫化物所具有的結(jié)晶特征，其次為他形粒狀結(jié)構(gòu)及包裹體、連生等結(jié)構(gòu)。主要為自然金和金屬硫化物的他形晶粒特征及自然金與金屬硫化物及金屬硫化物與金屬硫化物之間的共生、伴生關(guān)系。礦石構(gòu)造主要為脈狀、細(xì)脈狀、條帶狀構(gòu)造，其次為浸染狀構(gòu)造。

2 樣品采集及分析方法

本次研究的樣品系統(tǒng)采自出露在井下和地表的未蝕變、蝕變冷家溪群地層和金礦體。樣品巖性主要為含金石英脈、糜棱巖、冷家溪群蝕變圍巖和冷家溪群未蝕變圍巖。蝕變圍巖具有明顯的絹云母化和黃鐵礦化特征，與未蝕變圍巖具有顯著差異。糜棱巖產(chǎn)于韌性剪切帶內(nèi)，是一種特殊的蝕變巖。含金石英脈中含有黃鐵礦、毒砂等金屬礦物，與金礦化密切相關(guān)。樣品的微量元素和稀土元素含量測試工作在澳實分析檢測(廣州)有限公司完成。分析過程為將樣品磨至200目以下的粉末，利用ME-MS81方法測定微量元素和稀土元素含量。測試結(jié)果見表2和表3。

表2 雁林寺金礦巖礦樣品微量元素分析結(jié)果

表3 雁林寺金礦巖礦樣品稀土元素分析結(jié)果

3 測試結(jié)果

3.1 微量元素地球化學(xué)特征

在與原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中，冷家溪群未蝕變巖石和蝕變巖石具有相似的微量元素分配模式(圖3)。冷家溪群地層中除了Co元素呈現(xiàn)明顯的虧損，其它元素如Ga、Cr、Ni、U、Th、Rb、Sr、Pb、Ba等均較高，并且Cr、U、Th、Rb、Sr、Ba等元素富集程度很高。在含金石英脈中，6個樣品中各種微量元素具有較大的變化。整體上來看，Ga、Cr、Co、Ni、U、Th元素與冷家溪群地層有著相似的元素分布特征。從冷家溪群未蝕變圍巖(樣品編號Y-W-2、Z-1)，冷家溪群蝕變圍巖(樣品編號L-S-1、X-S-1、Y-S-1)至含金石英脈(樣品編號LL06、LL09、LL10、YH-3、X-H-3、L-H-3)的微量元素變化特征可以看出(表2)，Co/Ni的比值較為接近，而U/Th值則逐漸降低。而糜棱巖和含金石英脈中相對于未蝕變圍巖和蝕變圍巖具有較低的U/Th值、較高的Th/Co值這一特點也是雁林寺金礦化的一個重要特征。前人研究表明，不同來源流體的Co/Ni變化較大[17，18]。雁林寺金礦Co/Ni平均值為0.259，與圍巖相似(平均為0.333)，暗示成礦流體主要來自于變質(zhì)熱液。總之，冷家溪群地層和含金石英脈微量元素特征表明，微量元素活動性受到成礦熱液作用影響顯著，表明雁林寺金成礦受到含礦熱液的蝕變作用以及動力變質(zhì)作用等因素的控制[7]。

圖3 雁林寺金礦含金石英脈(原始地幔元素豐度據(jù)文獻(xiàn)[19])

3.2 稀土元素地球化學(xué)特征

雁林寺金礦未蝕變圍巖、蝕變圍巖和糜棱巖均具有較高的REE總量(表3)，ΣREE介于141.15×10-6～215.38×10-6之間，平均值為190.2×10-6。在稀土元素分配圖中表現(xiàn)為明顯的右傾型(圖4)，其中(La/Sm)N比值介于1.96～4.94之間，平均值為3.54。LREE/HREE比值介于4.27～13.29之間，平均值8.45，表明冷家溪群地層表現(xiàn)出輕稀土元素富集的特征。而重稀土元素的分布曲線則比較平緩，(Gd/Yb)N介于1.42～2.35之間，平均值為1.64，顯示輕稀土元素分餾程度高于重稀土元素。雁林寺金礦含金石英脈中，ΣREE介于9.10×10-6～35.23×10-6，顯著低于冷家溪群地層。稀土元素分配曲線一致性較差(圖4)，樣品LL06、LL09、LL10的配分曲線右傾，(La/Yb)N介于2.9～5.57，表現(xiàn)出明顯的輕稀土元素富集。δEu介于0.89～1.06，為 Eu 弱的負(fù)異常和正異常。而樣品Y-H-3、X-H-3、L-H-3的分配相對較平緩，(La/Yb)N介于0.57～2.26，稀土元素分餾不明顯。δEu介于1.06～2.27，為Eu正異常。含金石英脈的稀土配分曲線與糜棱巖、未蝕變圍巖和蝕變圍巖相似，暗示金礦化與冷家溪群地層具有成因聯(lián)系。石英中的稀土元素特征與形成石英的流體在沉淀過程中的稀土元素特征近一致，而雁林寺金礦不同階段含金石英脈之間的配分曲線又有所差異，反映了不同成礦條件的差別[20-21]，如成礦流體的多源性和成礦溫壓條件相差較大[22]。

圖4 雁林寺金礦含金石英脈(球粒隕石數(shù)據(jù)據(jù)文獻(xiàn)[19])

4 討論

4.1 成礦流體和成礦物質(zhì)來源

含金石英脈的Co/Ni值與圍巖相近，U/Th逐漸減小，二者的微量元素蛛網(wǎng)圖相似。另外，含金石英脈稀土配分曲線與圍巖相近，而不同階段含金石英脈又有所差異。因此，成礦物質(zhì)主要由圍巖提供，成礦流體為變質(zhì)熱液。這與前人所做的同位素結(jié)果一致。早階段和晚階段金成礦石英的δ(18Oquartz)值、δ(D)值分別為13.82‰和12.92‰，-72.6‰和-60.6‰[23]，計算得到成礦流體δ(18OH2O)值分別為0.6‰和-4.91‰。賈寶華和彭和求(2005)也報導(dǎo)了從早階段到晚階段成礦流體δ(18OH2O)值逐漸降低的趨勢[24]。這些數(shù)據(jù)表明早階段成礦流體主要為變質(zhì)熱液，晚階段中大氣降水比例增高。含金石英脈和冷家溪群地層的δ34S值分別介于-5.37‰～-4.57‰和-13.1‰～-6.62‰[24]，二者均富集32S，表明硫同位素組成與變質(zhì)巖有著一定的聯(lián)系。含金石英脈的δ34S值比地層升高了1.69‰～7.73‰，表明了地層提供了主要的成礦物質(zhì)，由變質(zhì)熱液萃取冷家溪群圍巖所帶出。這與本次微量元素和稀土元素的研究結(jié)果一致。另外，含金石英脈流體包裹體Sr同位素組成介于0.73396～0.75637[11]，高于變質(zhì)巖(0.71306～0.72874)[25]，含金石英脈富集87Sr指示成礦物質(zhì)來源于圍巖是由流體萃取富含Rb的圍巖所導(dǎo)致。

4.2 成礦作用過程

在印支晚期，構(gòu)造體制轉(zhuǎn)變?yōu)橐宰呋瑸橹鞯陌l(fā)展階段，變質(zhì)熱液在巖漿熱源的作用下，沿著逆沖斷層帶上升，沿著裂隙進入到劈理化帶中。其與圍巖的相互作用以及應(yīng)力的變化，使得其從礦源層中萃取出金元素，在劈理化帶中富集成礦，形成第Ⅰ期金礦化。燕山期以來，雁林寺金礦NE向左行走滑剪切作用下所伴生的R′走滑，形成NW向右型韌性剪切帶。雁林寺NW向韌性剪切帶的形成使巖石發(fā)生糜棱巖化和強烈片理化，從而為熱液活動提供了通道，該期成礦熱液有較多的大氣降水混入，使剪切帶內(nèi)的巖石遭受強烈蝕變。熱液作用導(dǎo)致金在有利部位富集成礦，形成第Ⅱ期礦脈。

5 結(jié)論

雁林寺金礦含金石英脈和冷家溪群圍巖的Ga，Cr，Co，Ni，U，Th等微量元素具有相似的元素分布特征。從礦體到圍巖，Co/Ni值相近，而U/Th值逐漸減小。金成礦受含礦熱液的蝕變作用以及動力變質(zhì)作用等因素的控制，成礦流體主要來自變質(zhì)熱液。含金石英脈稀土配分曲線與圍巖相近，而不同階段含金石英脈又有所差異，反映成礦物質(zhì)主要來源于冷家溪群地層，成礦流體具有多源。結(jié)合前人同位素組成的研究結(jié)果，認(rèn)為在成礦早階段，變質(zhì)熱液通過與圍巖的作用，從礦源層中萃取出來的金元素，在劈理化帶中富集成礦。晚階段成礦熱液有較多的大氣降水混入，使剪切帶內(nèi)的巖石遭受強烈蝕變，熱液作用導(dǎo)致金在有利部位富集成礦。