與偉德山期巖漿巖有關的多金屬成礦作用研究

摘要：以米山斷裂為界，威海東部地區(qū)是膠東地區(qū)重要的多金屬成礦區(qū)，構成了威海東部地區(qū)與中生代燕山晚期中酸性侵入巖漿活動有關的銅-鉬—鉛鋅-金銀多金屬礦成礦系列。通過對區(qū)內典型矽卡巖型礦床——夼北銅礦床的礦床地球化學特征、成礦時代、礦床成因進行探究，稀土元素和微量元素測試結果顯示，偉德山期巖漿巖的侵入活動既是區(qū)內多金屬成礦物質來源，也為礦床的形成提供了熱液條件；S、Pb穩(wěn)定同位素的研究，進一步指明了含礦熱液來源的多源性；鋯石U-Pb測年法測得，夼北銅礦床的形成年齡大致與偉德山期巖漿巖的成巖年齡相近，在116.6 Ma左右。該礦床為中生代接觸交代（矽卡巖）型銅礦床。

關鍵詞：矽卡巖型；偉德山期巖漿巖；稀土元素；微量元素；穩(wěn)定同位素；成礦時代；礦床成因

中圖分類號：TD11P618.51文章編號：1001-1277（2024）10-0001-08

文獻標志碼：Adoi：10.11792/hj20241001

引言

威海東部地區(qū)位于膠東半島東部，大地構造位置處于蘇魯造山帶東端，是膠東地區(qū)重要的多金屬成礦區(qū)。其中，多金屬礦主要分布在米山斷裂以東的榮成、文登及環(huán)翠區(qū)等地，以銅、鉬、鉛鋅礦為主，少量金、銀礦。多金屬礦均產(chǎn)出于偉德山期巖漿巖內部、與圍巖的接觸帶和離巖體不遠的圍巖中，在巖體內部表現(xiàn)為斑巖型礦，在接觸帶則為矽卡巖型礦，在圍巖中主要表現(xiàn)為熱液脈型礦，構成了威海東部地區(qū)與中生代燕山晚期中酸性侵入巖漿活動有關的銅-鉬—鉛鋅-金銀多金屬礦成礦系列［1-2］。區(qū)內偉德山期巖漿巖分布面積約500 km2，目前已發(fā)現(xiàn)的多金屬礦床（點）50多處［3］，但礦床規(guī)模以礦點為主，部分達小、中型礦床，且礦產(chǎn)勘查程度和研究程度整體較膠西北地區(qū)偏低。本文通過對區(qū)內典型矽卡巖型礦床——夼北銅礦床的礦床地球化學特征、成礦時代及礦床成因進行探究，進一步為區(qū)域多金屬礦理論研究提供新認識，為斑巖-矽卡巖型多金屬礦床的深部找礦提供理論支撐。

1礦區(qū)及礦床地質特征

夼北銅礦床位于榮成市崖頭鎮(zhèn)北，距榮成市約2.5 km（見圖1），地理坐標為：東經(jīng)122°25′12″～122°25′22″，北緯37°11′41″～37°11′59″。礦區(qū)出露燕山晚期偉德山期輝石二長閃長巖和新元古代榮成序列片麻狀二長花崗巖，礦體產(chǎn)于區(qū)域性東西向接觸帶上，長期受構造變動及大規(guī)模的偉德山期巖漿巖侵入影響。

礦區(qū)內礦體產(chǎn)于西側大理巖兩側的環(huán)帶狀矽卡巖中，呈小囊狀及豆莢狀斷續(xù)分布，礦體的大小受矽卡巖的寬度、性質及構造控制（見圖2）。已控制評價了4個礦體［4］，即1～4號礦體。1號礦體長81.5 m，平均厚度6.21 m（地表最大厚度7 m，最小厚度1.5 m；地下最大厚度達11.44 m），傾向延伸90 m。礦體沿接觸帶向深部延伸較穩(wěn)定，走向325°～335°，傾向北東，傾角78°～80°。2號礦體長75 m，平均厚度1.7 m（最大厚度3 m，最小厚度0.58 m），傾向延伸75 m，礦體上厚下薄，剖面上呈錐狀尖滅，平面呈南寬、北窄的豆莢狀，走向335°，傾向北東，傾角65°～88°。3號礦體長50 m，傾向延伸50 m，平均厚度3.3 m，礦體呈透鏡狀，傾角80°～85°。4號礦體長50 m，傾向延伸50 m，平均厚度0.57 m，呈透鏡狀，傾角64°～65°。在大理巖上盤矽卡巖中，見有透鏡狀含銅磁鐵礦體。

礦區(qū)內圍巖蝕變沿偉德山期巖漿巖與荊山群地層接觸帶發(fā)育，蝕變類型主要為矽卡巖化，其次為絹云母化、碳酸鹽化、綠簾石化、硅化、黃鐵礦化等。根據(jù)礦石礦物組合、結構構造特點及與圍巖、構造的關系，將礦石類型分為含銅磁鐵礦、含銅石榴子石矽卡巖和含銅透輝巖（見圖3），且以含銅石榴子石矽卡巖為主要類型。

礦石中礦物種類達20余種，分為金屬礦物、非金屬礦物和表生礦物，其中金屬礦物主要有黃銅礦、磁鐵礦，其次為輝鉍礦、黃鐵礦，少量斑銅礦、閃鋅礦等；非金屬礦物主要有石榴子石、透輝石，其次為陽起石、方解石、透閃石，少量綠簾石、白云母、綠泥石等；表生礦物主要為孔雀石、褐鐵礦，其次為藍銅礦等（見圖4）。

根據(jù)礦床地質特征、礦物組合、礦石結構、礦石構造及礦物之間的穿插關系，按礦物生成順序（見表1），成礦作用可劃分為3個成礦期，即矽卡巖期、硫化物期和表生期。其中，矽卡巖期分為干矽卡巖階段、濕矽卡巖-氧化物階段；硫化物期分為早期硫化物階段、晚期硫化物階段。

2地球化學特征

在地球化學研究中，稀土元素、微量元素與穩(wěn)定同位素是能揭示成礦物質來源及成礦條件的示蹤元素，特別是對熱液型金礦床的成礦物質來源和礦床成因有很好的指示意義［5-6］。

本次主要選取了含礦矽卡巖中的方解石、黃鐵礦及黃銅礦，進行了單礦物微量元素、稀土元素分析，并將礦石及圍巖全巖微量元素、稀土元素進行對比分析；同時，對礦石礦物進行了硫、鉛穩(wěn)定同位素測試分析。本次稀土元素、微量元素及穩(wěn)定同位素分析工作均在核工業(yè)北京地質研究院分析測試研究中心完成。

2.1稀土元素

夼北銅礦床礦石礦物、圍巖稀土元素分析結果及特征值見表2，球粒隕石標準化配分模式圖見圖5。

2.1.1單礦物

方解石樣品取自荊山群大理巖和矽卡巖，由于三價稀土元素離子半徑與Ca2+相似［5-10］，可以發(fā)生類質同象置換作用，導致方解石稀土元素總量高于黃鐵礦和黃銅礦。稀土元素球粒隕石標準化配分曲線呈右傾型，屬輕稀土元素富集型，但富集程度不是很高，表明礦石中部分物質由圍巖中萃取而來，即來自于受熱重熔的荊山群大理巖。

與方解石不同，稀土元素不以類質同象形式進入黃銅礦和黃鐵礦，可能僅以機械混入物的形態(tài)存在，故黃銅礦和黃鐵礦對稀土元素沒有選擇性。

黃銅礦和黃鐵礦的稀土元素球粒隕石標準化配分曲線呈明顯偏離巖漿巖的稀土元素分布特征，分離程度（w（LREE）/w（HREE）=3.12～3.13）及分餾因子（w（La）N/w（Yb）N=3.38～4.74）均較低，說明二者是含礦熱液交代圍巖而成。重稀土元素含量變化

較大，呈現(xiàn)出不穩(wěn)定性，表明成礦時熱液蝕變較強。二者的曲線形態(tài)基本一致，均為輕稀土元素略富集的右傾模式，稀土元素總量主要特征參數(shù)也較為相似，可判定黃銅礦化和黃鐵礦化是同生關系。

黃鐵礦和黃銅礦的銪和鈰異常顯示，δEu為0.79～2.35，δCe為0.56～0.78，表明成礦流體的氧化還原條件發(fā)生了強烈變化，導致流體化學性質改變，在適宜部位卸載成礦物質而富集成礦。

2.1.2單礦物與圍巖特征對比

單礦物與圍巖比較，除了稀土元素總量降低外，La、Sm虧損，輕稀土元素球粒隕石標準化配分曲線斜率顯著偏低，可能與矽卡巖中大離子半徑的K、Na貧乏有關，不利于輕稀土元素的富集。此外，Eu表現(xiàn)為明顯的負異常，含礦矽卡巖的球粒隕石標準化配分曲線形態(tài)不同于偉德山期巖漿巖，而與被侵入的大理巖圍巖相似，反映了含礦矽卡巖是由含礦熱液接觸交代圍巖而形成的，荊山群大理巖提供了成礦物質。

黃鐵礦、黃銅礦及含礦透輝矽卡巖

w（Co）-w（Ni）圖解（見圖6）顯示，夼北銅礦床的成礦熱液主要來自巖漿熱液，應與偉德山期巖漿巖的侵入有關。

2.2微量元素

夼北銅礦床礦石礦物、圍巖微量元素分析結果見表3。利用SPSS多元統(tǒng)計軟件對主要成礦元素選取相關系數(shù)0.50進行聚類分析，結果見圖7。

25種微量元素大致可以分為5組，分別為Li、Ga、Be、Sc、Ba、V、Sr、Rb、Th、Cs、U、Tl、Cr；Cu、W、Mo、Re；Co、Bi、Ni；Cd、In、Zn、Pb；Sb。

Cu與W、Mo、Re相關系數(shù)高達0.90以上，指示Cu與W、Mo、Re具有同源性，均為高溫成礦元素，具有親鐵性，為幔源成礦元素，說明在成礦作用過程中Cu來自深部地幔巖漿熱液，zZexyhZ3IX88AqFe2VsdpQ==應是隨著偉德山期巖漿巖的侵入而帶入。

Zn與Pb為中低溫成礦元素，與Cd、In都具有親硫性，與Co、Ni、Bi高溫幔源成礦元素存在一定的相關性（相關系數(shù)0.26），說明Zn、Pb可能有部分是隨著偉德山期巖漿巖的侵入而從深部地幔帶入。

2.3穩(wěn)定同位素

2.3.1硫同位素

研究表明，硫化物礦石的硫同位素組成可以反映出硫同位素的初始比值，并可以幫助進一步判斷成礦物質來源［11-15］。熱液礦床中硫來源多種多樣，大致可分為3類：①地幔硫，δ34S值接近0，并且變化范圍較小。②地殼硫，各類地殼巖石硫同位素組成變化范圍很大。③混合硫，如果混染了海水或海相硫酸鹽的硫，混合硫便以富34S為特征；如果混染了接近于隕石的硫，則混合硫的δ34S值接近于0；如果混染了沉積環(huán)境下的強還原硫，則會出現(xiàn)34S的虧損。

夼北銅礦床礦石硫化物中硫同位素分析結果見表4，硫同位素組成分布見圖8。由表4、圖8可知，夼北銅礦床δ34S值為1.50 ‰～2.11 ‰，變化范圍小，接近基性和超基性巖δ34S，具有深源特點，由此推斷，硫主要為單一地幔來源，為深源硫。

2.3.2鉛同位素

許多學者對膠東地區(qū)地質地球化學特征的研究結果表明，鉛與多金屬礦床的形成密切相關，所有礦床或者礦脈中幾乎均見方鉛礦產(chǎn)出，并且普遍發(fā)育在含金硫化物如方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦和黃銅礦等成礦階段［8-10］。Pb作為一種示蹤劑，可以反映地質環(huán)境及成礦物質來源，礦石鉛同位素地球化學研究，不僅對于金及多金屬成礦物質來源和成礦年齡，而且為大陸地殼與上地幔演化成巖成礦過程中U-Pb與Th-Pb體系變化提供綜合信息［16-22］。

夼北銅礦床鉛同位素分析結果見表5。

由表5可知，夼北銅礦床黃銅礦206Pb/204Pb值為17.119，207Pb/204Pb值為15.472，208Pb/204Pb值為37.543，由此計算得到的特征值μ為9.4，ω為39.14，w（Th）/w（U）值為4.03，均比正常鉛值要高，說明有放射性成因鉛混入。在夼北銅礦床鉛同位素構造模式圖（見圖9）上，樣品點落于地幔和造山帶鉛演化線之間，說明成礦物質可能主要來源于地幔。

3成礦時代

本次選取了夼北銅礦床圍巖偉德山期巖漿巖中的鋯石單礦物（樣品編號KB-2）進行LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年。

鋯石呈無色或淺黃褐色，以長柱或等軸狀自形晶為主，粒度70～110 μm，長短軸長度比為1∶1～2∶1。鋯石CL圖像（見圖10）顯示，大部分鋯石具有典型巖漿鋯石的振蕩環(huán)帶（也稱為韻律環(huán)帶），少數(shù)鋯石具有極窄的增生邊，顯示為典型巖漿鋯石特征。振蕩環(huán)帶的寬窄也有所不同，主要受溫度影響，高溫條件下微量元素擴散快，常形成較寬結晶環(huán)帶；反之，低溫條件下環(huán)帶較窄。

根據(jù)鋯石內部結構，共選取31顆鋯石進行鋯石U-Pb測年。結果顯示，樣品鋯石的U質量分數(shù)較高，為61×10-6～ 335×10-6，大多集中在120×10-6～176×10-6；w（Th）/w（U）值為0.541 1～1.065 3，除2個測點值小于0.6外，其余29個測點均大于0.6，且接近1.0，表明Th含量同樣較高，接近U含量。巖漿鋯石Th、U含量一般較高，w（Th）/w（U）值（一般>0.4）較大；且?guī)r漿鋯石的w（Th）/w（U）值與Th和U在巖漿中的含量，以及在鋯石與巖漿之間的分配關系有關，地殼物質中w（Th）/w（U）平均值約為4，通常巖漿鋯石的w（Th）/w（U）值接近1?？梢姡琄B-2鋯石樣品具有明顯的巖漿鋯石特點。

夼北銅礦床KB-2樣品鋯石年齡圖見圖11。由圖11可知，206Pb/238U年齡集中分布在106～126 Ma，其加權平均年齡為116.6 Ma±1.7 Ma，代表該輝石二長閃長巖的成巖年齡。因為鋯石具有封閉溫度高/不容易受后期熱液活動影響等特點［12-14，16-17］，故本次所利用的數(shù)據(jù)均來自于巖漿鋯石，能夠代表巖體的形成年齡。鋯石U-Pb測年結果表明，控制夼北銅礦床的主成礦期與偉德山期巖漿巖的形成時代一致或略晚，為116 Ma左右，即形成于中生代燕山晚期，與前人測得的偉德山期巖漿巖年齡相一致，主要集中在111～118 Ma［15，17，19-21］。中生代偉德山期巖漿巖結晶之后，高溫熱液沿大理巖與侵入巖或大理巖與片麻巖接觸帶活動，鈣質成分向花崗巖遷移，二氧化碳及三氧化二鋁向大理巖遷移，發(fā)生交代反應，形成了透輝石、石榴子石等簡單矽卡巖，進一步受中低溫熱液持續(xù)交代，形成了復雜的矽卡巖；同時，F(xiàn)e、Cu、Pb、Zn等金屬元素及硫元素因熱液性質的變化，沉淀出磁鐵礦、黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦及黃銅礦等礦物。因此，該礦床為中生代接觸交代（矽卡巖）型銅礦床。

4結論

1）夼北銅礦床主要受巖漿、構造及圍巖3方面因素控制，且以巖漿及圍巖條件為主。

2）礦石礦物與圍巖及蝕變巖具有相似的球粒隕石標準化配分模式，總體表現(xiàn)為右傾，輕稀土元素分餾明顯，重稀土元素較為平坦；對微量元素進行的聚類分析結果顯示，偉德山期巖漿巖的侵入活動既是區(qū)內多金屬成礦物質來源，也為礦床的形成提供了熱液條件。

3）通過對硫、鉛同位素的研究，進一步指明了含礦熱液來源的多源性。

4）夼北銅礦床的形成年齡在116.6 Ma左右，為中生代接觸交代（矽卡巖）型銅礦床。

［參 考 文 獻］

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Research on polymetallic mineralization related to Weideshan

Period magmatic rocks—A case study of Kuangbei skarn-type copper deposit

Wang Shanshan1，2，3，Ding Zhengjiang1，2，3，Teng Fei1，2，3，Dong Xiaotao1，2，3，Lü Junyang1，2，3，Wang Bin1，2，3，Liu Jialiang1，2，3

（1.No.6 Geological Team of Shandong Provincial Bureau of Geology and Mineral Resources;

2.Technology Innovation Center for Deep Gold Resources Exploration and Mining，Ministry of Natural Resources;

3.Shandong Province Engineering Research Center for Deep Gold Mine Detection Big Data Application Development）

Abstract：The eastern Wehai area，bordered by the Mishan Fault，is an important polymetallic mineralization zone in the Jiaodong region.It hosts a series of copper-molybdenum，lead-zinc，and gold-silver polymetallic mineral deposits related to the late Yanshanian Mesozoic intermediate-acidic intrusive magmatic activity.This study investigates the geochemical characteristics，metallogenic age，and ore genesis of the Kuangbei skarn-type copper deposit，a typical deposit in the area.Testing results of rare earth elements （REEs） and micro-elements suggest that the intrusive activities of Weideshan Period magmatic rocks provided both the metallogenic materials and the hydrothermal conditions essential for the deposit formation.Research on stable isotopes of S and Pb indicates a multi-source origin of the ore-bearing hydrothermal fluids.Zircon U-Pb dating reveals that the formation age of Kuangbei Copper Deposit，approximately 116.6 Ma，is close to the diagenetic age of Weideshan Period magmatic rocks.This deposit is a Mesozoic contact metasomatic （skarn） type copper deposit.

Keywords：skarn-type;Weideshan Period magmatic rocks;rare earth elements;micro-element;stable isotopes;metallogenic age;ore genesis