焦家礦區深部巖礦石稀土元素特征及地球化學意義

黃先春, 李 山, 劉彩杰, 范家盟

(1.湖北省地質局 第六地質大隊,湖北 孝感 432100; 2.山東省第六地質礦產勘查院,山東 招遠 265400)

焦家礦區深部巖礦石稀土元素特征及地球化學意義

黃先春1,2, 李 山2, 劉彩杰2, 范家盟2

(1.湖北省地質局 第六地質大隊,湖北 孝感 432100; 2.山東省第六地質礦產勘查院,山東 招遠 265400)

焦家金礦是膠東西北部地區蝕變巖型金礦的典型代表之一,也是“焦家式金礦”模式建立之處。嘗試對焦家礦區深部巖礦石稀土元素地球化學特征進行初步探討,力求揭示焦家成礦帶深部蝕變礦化特征與稀土元素分布模式之間的內在聯系,對豐富和完善焦家金礦成礦理論無疑是有所裨益的。其稀土元素豐度較低,表現為輕稀土富集、重稀土虧損及正銪異常;不斷增強的蝕變作用使輕稀土含量降低、正銪異常消減直至出現負銪異常。

焦家式金礦;稀土元素分布模式;蝕變礦化;輕稀土富集;正銪異常;膠西北

焦家金礦處于沂沭斷裂帶的東側,膠北隆起的西北部,焦家斷裂帶中段。該斷裂帶走向北東10°～30°,傾向北西,傾角在40°～70°之間變化[1-5](圖1)。受沂沭斷裂帶和濱太平洋構造活動帶的影響,區內斷裂構造發育、巖漿活動頻繁,區內金礦的形成和演化與中生代大規模的斷裂構造及巖漿活動的關系十分密切[6]。區域內出露的地層主要包括新太古界膠東巖群、古元古界荊山群、粉子山群、新元古界蓬萊群,其中膠東巖群為區內主要出露地層,其出露面積占區內地層總出露面積的70%左右;粉子山群在萊州市粉子山地區大量出露;荊山群和蓬萊群分別在招遠市南部的霞塢一帶和招遠市東南部有少量分布。未變質地層主要為上侏羅統萊陽組、下白堊統青山組及上白堊統王氏組,在成礦帶南側的萊陽、萊西有大面積的出露。新生界的地層主要為河湖相沉積和玄武巖建造[7-9]。已有研究表明,太古宙—元古宙的變質地層可能是區內眾多金礦的初始礦源層,為金礦形成提供了充分的物質基礎[10]。

1 礦區地質概況

礦床位于焦家斷裂帶的中段,區內第四紀地層廣泛分布,北北東—北東向斷裂是控制礦體的主體構造,主要包括焦家主干斷裂、望兒山分支斷裂以及二斷裂之間的更次級的候家支斷裂、鮑李斷裂。以焦家斷裂帶主裂面為界,東側為晚侏羅世玲瓏序列二長花崗巖和早白堊世郭家嶺序列斑狀花崗閃長巖,西側為新太古代馬連莊序列變輝長巖。

圖1 焦家金礦田地質略圖 (據山東省第六地質礦產勘查院資料簡化)Fig.1 Geologic scheme of Jiaojia Gold Deposit1.第四系;2.構造蝕變帶;3.新太古界;4.晚侏羅統;5.早白堊統;6.礦區位置。

焦家金礦Ⅰ號主礦體控制最大走向長1 160 m,最大傾斜長2 470 m。規模大,形態較簡單,礦化連續性較好,礦體厚度局部變薄,但總體上穩定,沿走向、傾向有分支復合特征,夾石較少,產狀穩定,無后期構造破壞;礦體厚度變化系數為39%,品位變化系數為172%,屬厚度穩定型、有用組分分布不均勻型礦體。

工程布置采用勘探線布置形式,基線方位30°,勘探線方位300°,采用第Ⅰ勘查類型布置探礦工程,勘探線基本間距120 m(圖2)。

2 巖礦石稀土元素特征

樣品采自焦家金礦112號、144號勘探線深部鉆孔(ZK622、ZK603、ZK604、ZK606、ZK608、ZK615),由核工業實驗室測試,稀土元素采用電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)法(儀器型號ElementⅠ)檢測。其礦石及圍巖稀土元素分析結果見表1,采用Geokit軟件對分析結果進行處理,其中Eu異常采用幾何平均值進行計算,稀土元素有關參數見表2。

圖2 焦家礦區勘探工程布置及取樣工程位置圖 (據山東省第六地質礦產勘查院資料簡化)Fig.2 Project layout and sampling drawing of Jiaojia Gold Deposit1.第四系;2.新太古界;3.晚侏羅世;4.蝕變帶;5.勘探系統;6.見礦/未見礦鉆孔;7.取樣工程位置;8.地質界線;9.礦體;10.勘探線編號。表1 焦家礦區深部礦石及圍巖稀土元素分析結果(10-6)Table 1 REE analysis results of surrounding rock and deep rock ore of Jiaojia Gold Deposit(10-6)

序號樣號及采樣位置/m巖性LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLuY1ZK604-1 870黃鐵絹英巖化花崗巖18.432.53.6413.22.580.862.510.472.760.531.420.21.220.1915 2ZK604-2 910鉀長石化絹英巖化花崗巖13.123.62.679.631.810.781.70.31.780.330.920.150.960.169.553ZK604-3 935絹英巖化花崗質碎裂巖13232.599.391.780.821.470.291.640.30.870.140.870.139.024ZK604-4 940絹英巖化碎裂巖14.725.42.739.741.440.731.050.130.640.10.280.040.340.062.75ZK604-5 949黃鐵絹英巖化花崗質碎裂巖13.823.92.579.181.450.861.310.211.190.220.660.10.720.116.316ZK604-6 984絹英巖化花崗質碎裂巖12.120.32.177.221.110.891.20.140.870.170.50.080.550.14.877ZK604-7 1030黃鐵絹英巖化花崗巖16.3282.9710.21.580.971.50.241.480.290.850.130.910.148.478ZK604-11 1217中粗粒含黑云二長花崗巖21.134.23.4811.71.771.061.690.241.310.230.690.090.550.086.259ZK622-2 695黃鐵絹英巖化花崗質碎裂巖26.544.44.6716.42.30.771.810.231.150.210.530.080.530.085.5410ZK622-3 720黃鐵絹英巖化花崗質碎裂巖13.623.92.649.611.880.391.890.372.420.471.520.221.660.2614.311ZK622-4 735絹英巖化花崗質碎裂巖30.653.95.8620.52.890.6820.261.280.220.730.10.730.16.6112ZK622-5 756黃鐵絹英巖化碎裂巖2.093.410.351.340.20.520.220.030.230.040.170.030.20.031.413ZK622-6 777黃鐵絹英巖化碎裂巖14.324.32.478.781.160.81.250.140.740.140.440.070.50.083.9714ZK603-4 859黃鐵絹英巖化花崗質碎裂巖8.3414.51.615.971.140.670.880.140.780.160.530.10.650.114.4715ZK603-9 1014黃鐵絹英巖化花崗質碎裂巖14.1242.529.141.531.011.450.261.570.320.950.151.050.168.5716ZK603-10 1048黃鐵絹英巖化花崗質碎裂巖24.842.94.6816.72.750.962.170.341.990.411.160.191.280.1910.517ZK615-3 1030絹英巖化花崗質碎裂巖19.232.83.5713.12.111.051.910.261.420.260.710.110.70.117.6318ZK615-6 1071中粗粒含黑云二長花崗巖16.929.63.1811.21.890.621.420.20.870.170.480.080.550.094.719ZK615-9 1132黃鐵絹英巖化花崗質碎裂巖23.741.24.5116.62.881.272.970.513.010.571.750.231.480.215.620ZK608-3 930絹英巖化花崗質碎裂巖19.333.73.6712.62.370.841.980.351.970.371.090.151.180.1610.921ZK608-5 1005黃鐵絹英巖化碎裂巖2035.93.7913.21.760.361.380.180.990.20.620.090.710.115.8322ZK606-1 840黃鐵絹英巖化碎裂巖21.451.43.4611.71.610.931.450.160.650.10.280.040.310.042.8623ZK606-3 900鉀長石化絹英巖化花崗巖4.688.520.923.690.840.440.990.241.570.3410.151.190.179.6724ZK606-4 930黃鐵絹英巖化花崗巖18.231.73.36122.061.081.790.291.70.341.070.171.210.219.8225ZK606-5 949黃鐵絹英巖化碎裂巖11.620.62.27.951.210.240.940.130.70.140.430.060.460.074.0226ZK606-8 1020黃鐵絹英巖化碎裂巖17.729.73.1510.61.480.881.440.221.210.260.760.120.860.147.25

注:數據來源于參考文獻[11]。

表2 焦家礦區深部巖礦石稀土元素有關參數Table 2 REE parameters of deep rock ore of Jiaojia Gold Deposit

注:表中LR =∑LREE,HR=∑HREE,∑R=∑REE,∑REE包括Y。用于標準化的球粒隕石數據采用推薦的球粒隕石平均值(Taylor and McLennan,1985)La0.367、Ce0.957、Pr0.137、Nd0.711、Sm0.231、Eu0.087、Gd0.306、Tb0.058、Dy0.381、Ho0.085 1、Er0.249、Tm0.035 6、Yb0.248、Lu0.038 1、Y2.100 0。表中巖性同表1。

可以看出,焦家礦區深部巖礦石稀土元素總量偏低,其∑REE在10.26～126.46之間,平均74.89,變化系數34.26%。其稀土元素豐度遠低于Haskin(1968)推薦的191件樣品平均值(SiO2:60%～70%)及213件樣品平均值(SiO2>70%,∑REE=280*),亦低于趙振華(1985)52個黑云母二長花崗巖平均值(∑REE=215.8*)[12]。稀土配分形式表現為輕稀土富集,而重稀土明顯虧損,在∑(La-Nd)-∑(Sm-Ho)-∑(Er-Lu)三角圖解(圖3)上,投影點均靠近∑(La-Nd)端元?！芁REE(LR)在7.91～114.43之間,平均62.06,變化系數37.44%;∑HREE(HR)在0.95～10.72之間,平均5.29,變化系數41.09。LR/HR=3.38～29.87,平均12.81。

采用Geokit軟件繪制稀土球粒隕石標準化分布型式圖(圖4),可以看出,稀土配分曲線總體表現為右傾斜線,輕稀土分餾明顯,重稀土較平坦,多具正銪異?；驘o銪異常,個別出現負銪異常(花崗質碎裂巖及蝕變碎裂巖樣品各2件)。

圖3 焦家礦區深部巖礦石 ∑(La-Nd)-∑(Sm-Ho)-∑(Er-Lu)三角圖解Fig.3 ∑(La-Nd)-∑(Sm-Ho)-∑(Er-Lu) triangular diagram of deep rock ore of Jiaojia Gold Deposit

圖4 焦家礦區深部巖礦石稀土元素/球粒隕石標準化分布型式圖Fig.4 Standardized distribution pattern of deep rock ore REE/chondrite of Jiaojia Gold Deposit

3 稀土元素特征及地球化學意義

在(La/Yb)N-δEu變異圖上(圖5),投影點均位于殼幔型花崗巖一側(僅1件花崗質碎裂巖樣品例外),表明焦家礦區深部巖礦石稀土元素分布與殼幔型花崗巖相當。其稀土組成特征為:輕稀土富集,(La/Yb)N>10,平均16.16;(La/Sm)N=3.51～8.37,平均5.99;LR/HR=12.81;(Gd/Yb)N=0.67～3.79,平均1.69;δEu=0.63～7.58,大部分1.03～2.36,平均1.73,表現為較弱的正銪異常;稀土總量低,<200×10-6,平均74.89。以上特征均與趙振華推薦的殼幔型花崗巖74個樣品平均值相當。

在不同類型花崗巖的Rb-(Y+Nb)及Rb-(Yb+Ta)判別圖解上(圖6),焦家礦區深部巖礦石投影點均位于火山弧花崗巖區域(VAG),并靠近同碰撞花崗巖(syn-COLG)一側。

圖5 焦家礦區深部巖礦石(La/Yb)N-δEu變異圖 (底圖據參考文獻[13-14],修改)Fig.5 (La/Yb)N-δEu variogram of deep rock ore of Jiaojia Gold Deposit

圖6 不同類型花崗巖的Rb-(Y+Nb)及Rb-(Yb+Ta)判別圖解[15]Fig.6 Rb-(Y+Nb)and Rb-(Yb+Ta)discrimination diagrams of different types of granites

圖7 焦家礦區深部礦石與圍巖ORG標準化分布模式圖[15]*本文采用的洋脊玄武巖(ORG)數據為K2O0.4、Rb4、Ba50、Th0.8、Ta0.7、Nb10、Ce35、Hf9、Zr340、Sm9、Y70、Yb80(K2O單位為%(wt),其余為10-6)。Fig.7 ORG standardized distribution pattern of surrounding rock and deep rock ore of Jiaojia Gold Deposit

在洋脊花崗巖標準化的花崗巖分布模式圖(圖7)上,焦家礦區深部巖礦石曲線表現為向右陡傾斜線,Ba及Ce正異常表現明顯,局部出現Rb正異常,其曲線分布形式與同碰撞花崗巖相當[15]。

在(La/Yb)N-(Yb)N判別圖解上(圖8),焦家礦區深部巖礦石熔融趨勢線大體呈向右緩傾斜線,部分與太古代花崗質巖石(英云閃長巖、奧長花崗巖、花崗閃長巖,即TTG)相近,部分與上地幔稀土組成分布區相當,顯示了焦家礦區玲瓏花崗巖來源的多樣性。

借鑒車路體系振動方程建立了盾構隧道-地層振動體系模型。該模型分別將地鐵列車及隧道地層系統視為兩個子系統，并通過輪軌間的幾何相容及力學平衡條件來實現車隧之間的耦合效應，然后將由此得到的運行列車輪軌作用力以外荷載的形式輸入到盾構隧道-地層動力子系統中，從而進行振動響應分析。

圖8 焦家礦區深部巖礦石(La/Yb)N-(Yb)N判別圖解[15]Fig.8 (La/Yb)N-(Yb)N discrimination diagrams of deep rock ore of Jiaojia Gold Deposit

近年來,焦家礦區圍巖即玲瓏花崗巖系陸殼重熔S型花崗巖已成為眾多地質工作者的共識。中生代晚期(尤其是白堊紀)膠東西北部發生了強烈的構造體制轉折,形成了復雜的地質構造格局,總體表現為陸內伸展和與地幔隆起相伴的大規模巖石圈減薄[1]。造成古老的結晶基底變質巖系在一定深度內被迅速加熱,部分熔融而形成花崗質巖漿。巖漿作用產物是記錄軟流圈抬升、巖石圈減薄及地殼伸展的最有力證據[3]。

玲瓏花崗巖物質來源的多樣性這一特點也在其稀土元素分布判別圖解上得到了充分的體現,(La/Yb)N-δEu變異圖上投影點較為分散;在以洋脊花崗巖(ORG)為標準的花崗巖分布模式圖上,總體表現為Ce正異常,但仍有1件蝕變花崗巖樣品、2件花崗質碎裂巖樣品、1件蝕變碎裂巖樣品出現Ce負異常;在(La/Yb)N-(Yb)N判別圖解上,其熔融趨勢線與太古代TTG分布區、上地幔、大陸上部地殼區均發生部分重疊。

4 蝕變與礦化對稀土組成的影響

眾所周知,構成焦家斷裂帶的蝕變巖石是在前期構造巖的基礎上,經后期構造變動及伴隨的熱液作用再次改造而成,呈帶狀分布。依其蝕變類型、蝕變程度及礦物組合等,將蝕變巖劃分為(黃鐵)絹英巖化花崗巖帶、(黃鐵)絹英巖化花崗質碎裂巖帶及(黃鐵)絹英巖化碎裂巖帶,各蝕變巖帶之間及蝕變巖帶與圍巖之間均呈漸變過渡關系[16-22]。在花崗質巖漿分異演化的晚期或巖漿期后階段,較強烈的交代蝕變作用必定會引起稀土元素的豐度和分布模式的明顯改變[14-15,23-27]。

研究表明,月球上各類巖石的REE在(Sm/Eu)樣品/(Sm/Eu)球粒隕石-(Sm/Eu)樣品變異圖解上構成一條直線,以此作為它們屬于相同來源的證據。焦家礦區深部巖礦石REE在此變異圖解上,無論未蝕變二長花崗巖圍巖,還是不同蝕變強度的構造巖,投影點均擬合成一條標準的直線(圖9),說明它們關系密切,是同一區域地質構造—巖漿演化的產物[13,28]。

采用減小主軸回歸分析方法計算其直線回歸方程y=a+bx。

減小主軸直線的斜率由下式給出:

b=±(Sy/Sx)

(1)

式中:Sy、Sx為變量y和x的標準偏差,y=(Sm/Eu)樣品/(Sm/Eu)球粒隕石,x=(Sm/Eu)樣品。

直線的截距由下式給出:

(2)

計算得出:y=0.00+0.38x。

王建國等(2009)對膠東謝家溝金礦研究認為,膠東地區玲瓏型花崗巖、郭家嶺型花崗閃長巖、中基性脈巖、金礦床等,構成了膠東地區巨型構造—巖漿演化金成礦系統。

圖9 焦家礦區深部巖礦石 REE(Sm/Eu)樣品/(Sm/Eu)球粒隕石-(Sm/Eu)樣品變異圖Fig.9 REE(Sm/Eu)/(Sm/Eu)chondrite- (Sm/Eu)sample variogram of deep rock ore of Jiaojia Gold Deposit 十字.未蝕變二長花崗巖;實心圓點.絹英巖化花崗巖;方框.絹英巖化花崗質碎裂巖;三角.絹英巖化碎裂巖。

在這一巨型成礦系統內部,多期次、多階段的熱液蝕變與礦化必定會造成其巖礦石稀土元素分餾和其豐度的較大變化,對于遭受熱液蝕變的構造巖和未經蝕變的圍巖而言,表現更為明顯。對比發現,礦石與圍巖相比,重稀土分餾明顯,而輕稀土相對平坦(僅1件蝕變碎裂巖樣品出現較顯著Ce正異常)。曲線表現為左傾斜線,出現負銪異常和無銪異常的蝕變花崗巖樣品3件、花崗質碎裂巖樣品7件、蝕變碎裂巖樣品2件,其余為較弱正銪異常。在稀土元素豐度方面(表3),重稀土明顯表現為礦石(蝕變巖石)>圍巖(5件蝕變碎裂巖樣品例外);而輕稀土則表現為礦石(蝕變巖石)<圍巖(5件花崗質碎裂巖及2件蝕變碎裂巖樣品例外)。

表3 蝕變巖石(礦石)與圍巖稀土元素參數對比表Table 3 REE parameters comparison of altered rock(ore)and surrounding rock

因此,采用常規方法利用球粒隕石對樣品數據標準化并不能完整揭露蝕變礦化過程中稀土元素分餾和其豐度變化特征,筆者嘗試采用2件圍巖(未蝕變二長花崗巖)稀土元素平均值對礦石稀土元素豐度進行標準化,繪制礦石—圍巖稀土元素分布模式對比圖,力求揭示蝕變礦化過程對膠東金礦巨型構造—巖漿演化系統內部稀土組成的影響(圖10)。

圖10 焦家礦區深部礦石—圍巖稀土分布 模式對比圖(縱軸為礦石/圍巖)Fig.10 REE distribution pattern of surrounding rock and deep rock ore of Jiaojia Gold Deposit a.絹英巖化花崗巖;b.絹英巖化花崗質碎裂巖;c.絹英巖化碎裂巖。

對比圖4和圖10可以發現,焦家礦區深部巖礦石稀土球粒隕石標準化曲線總體表現為右傾斜線,輕稀土分餾明顯,重稀土較平坦,多具正銪異?；驘o銪異常,個別出現負銪異常(圖4)。礦石(蝕變巖石)與圍巖相比,曲線表現為向左緩傾斜線,輕稀土較平坦(個別蝕變碎裂巖樣品例外),而重稀土分餾明顯。兼具Eu正負異常,且正異常相對平緩,負異常較為顯著(1件絹英巖化碎裂巖樣品例外)。

近年來深部勘探成果表明,焦家成礦帶與金成礦息息相關的圍巖蝕變類型主要有鉀質硅酸鹽蝕變(鉀化)、絹云母化、硅化、綠泥石化、泥質蝕變等,其對稀土元素豐度及分布模式的影響主要表現為:

(1) 鉀質硅酸鹽蝕變(鉀化)。表現為正長石交代斜長石和黑云母,除Eu外,其他稀土元素均有不同程度的虧損,使Eu虧損程度相對降低。

(2) 絹云母化。表現為鉀長石和斜長石分解為白云母或絹云母,使Eu有較明顯的虧損(Eu負異常明顯增大)。

(3) 硅化。蝕變巖石中的各種稀土元素都顯著虧損,而且蝕變巖石中的Eu負異常消失。

(4) 綠泥石化。黑云母及部分正長石和斜長石被綠泥石交代,由于綠泥石具有相對富集重稀土的特性,使綠泥石化樣品中明顯表現為輕稀土含量降低、重稀土含量增高。

(5) 泥質蝕變。出現高嶺土等泥質蝕變礦物,主要影響是輕稀土(La-Sm)含量降低。

從蝕變花崗巖→花崗質碎裂巖→蝕變碎裂巖,隨著蝕變程度的不斷增強,礦石(蝕變巖石)/圍巖分布曲線更趨平坦,蝕變碎裂巖表現為近平坦的正或負銪異常曲線,表明隨著蝕變過程接近尾聲,稀土分餾作用亦趨于結束。

可以想見的是,上述各種蝕變作用對稀土元素豐度及分布模式的影響是一個綜合作用、相互疊加的過程,總體表現為稀土總量降低(至蝕變碎裂巖則表現為輕重稀土均低于圍巖)、輕稀土∑LREE含量降低、重稀土∑HREE含量相對增高、Eu具有較為明顯的虧損消減了正Eu異常,使得Eu正異常變為相對平緩,出現較為顯著的負Eu異常。

5 結論

焦家礦區深部巖礦石稀土豐度較低,其∑REE<200×10-6,總體表現為輕稀土富集、重稀土虧損,∑LREE/∑HREE>10;稀土球粒隕石標準化曲線表現為右傾斜線,總體表現為正銪異常;稀土元素分布特征與殼幔型花崗巖及同碰撞花崗巖相當;同時,礦石(蝕變巖石)與圍巖(未蝕變巖石)相比,隨著礦化蝕變作用的不斷增強,輕稀土含量降低、重稀土含量相對增高,Eu出現較為明顯的虧損,消減了正銪異常,直至出現較為明顯的負銪異常。

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(責任編輯：于繼紅)

REE Characteristics and Geochemical Significance ofRock in the Depth of Jiaojia Gold Deposit

HUANG Xianchun1,2, LI Shan2, LIU Caijie2, FAN Jiameng2

(1.TheSixthGeologicalBrigadeofHubeiGeologicalBureau,Xiaogan,Hubei432100; 2.6thGeology&MineralResourcesSurveyInstitute,Shandong,Zhaoyuan,Shandong265400)

Jiaojia Gold Mine is a typical gold deposit of alteration rock type in the northwest of Jiaodong area,which is the first place to establish Jiaojia Gold Mine model. The authors try to take a preliminary discussion on REE geochemistry of rock in the depth of Jiaojia gold mine,strive to reveal the internal relationship between alteration mineralization characteristics and distribution patterns of REE in the depth of Jiaojia metallogenic belt. And it is undoubtedly beneficial to enrich and improve the metallogenic theory of Jiaojia gold deposit. The relatively low REE abundances in rocks reveals LREE enrichment,HREE depletion,and positive Eu anomaly. Growing alteration effect makes LREE decrease,and positive Eu anomaly cut until negative Eu anomaly.

Jiaojia Gold Mine; the distribution patterns of REE; alteration mineralization; LREE enrichment; positive Eu anomaly; the northwest of Jiaodong area

2016-11-02;改回日期:2017-03-03

黃先春(1968-),男,工程師,地質學專業,從事區域地質調查與礦產地質勘查工作。E-mail:ktyxhxc@163.com

P584; P595

A

1671-1211(2017)03-0258-08

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.03.005

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20170516.1508.030.html 數字出版日期:2017-05-16 15:08