1. 引言
九丈沟金矿地处华北地台南缘熊耳山多金属成矿带上,是区内典型的构造蚀变岩型金矿,企业经济效益连续6年位居河南省黄金矿山首位。区内矿产资源丰富,前人进行了大量的研究工作并取得一定的成果,但关于区内金矿的成矿物质来源,不同学者从不同角度提出不同的见解。部分学者认为矿床的形成与中生代岩浆侵入活动关系密切的 [1];其他学者强调伸展及拆离断层对成矿的重要作用,尤其是滑脱拆离体系周边的构造蚀变岩型、爆破角砾岩型金矿床及银铅矿床 [2] - [10];也有强调变质热液和混合热液对成因的贡献 [11] [12];更有认为古火山机构对成矿的控制作用,并举出了庙岭金矿是产出于庙岭–上秋盘古火山机构的西侧火山喷发群,矿区有两个探槽TC42、TC60处凝灰岩较发育地段矿体品位变好、厚度增加,赵岭、九丈沟、东湾等金矿区也位于该火山机构影响范围之内为例进行了佐证。从前人的研究成果来看,对矿床成矿物源的研究多集中于成矿地质特征、构造地质特征等方面,对地球化学方面的研究相对薄弱。稀土元素具有稳定的化学性质,是矿床成矿物源的示踪剂,能较好地指示矿床的成矿信息。本文利用稀土元素提供的信息视角,依据稀土元素的成因指示,探讨研究成矿物质与地层及岩浆岩的相互关系,指明矿床的成矿物质来源。
2. 成矿地质背景
矿床位于华北地台南缘华熊台隆熊耳山隆断区,太古界变质基底和元古界沉积盖层发育,岩浆活动频繁,断裂构造发育。
太华群是以片麻岩为主的中深变质岩组成,沉积盖层以中新元古界喷出岩、火山沉积岩和海相沉积岩为主,局部有少量中新生界陆相沉积。
长城系熊耳群以海–陆交互相为主的中、基、酸性火山熔岩在区域金矿分布区的占有面积最大。熊耳群发育下部许山组、中部鸡蛋坪组和上部马家河组。赋矿围岩为鸡蛋坪组安山岩类。
区域构造以断裂为主,可分归为四组:近东西向的马超营断裂是区域一级构造,由三条逆冲平行断裂组成,宽度达4 km以上,走向270˚~295˚,北倾,倾角55˚~80˚,局部倒转,下切深度达30 km,是台缘基底型断裂,控制区域演化 [13] [14] [15] [16] [17];北东向断裂是区域上的主要控矿构造,其次为近S-N向断裂,断裂带宽度5~50 m,局部可达100~200 m;北北西向断裂不发育,局部有矿化蚀变。近东西向断裂多为成矿前断裂,与NE向和近S-N向断裂交汇部位及其附近为成矿的有利地段 [18] [19] (图1)。
近S-N向的九丈沟F1断裂断续出露,长度约20 km,宽度10~50 m,局部可达100~200 m,北西倾,倾角一般超过50˚。带内充填碎裂岩及构造角砾岩,局部地段矿蚀变强烈,构成工业矿体。区域主要金矿床九丈沟、店房、庙岭、东湾等都受该断裂控制,呈南北向串珠状。
Q:第四系;N:新近系;E:古近系;Pt2x:中元古界熊耳群;Pt2xm:马家沟组;Pt2x:j鸡蛋坪组;Pt2xx:许山组;Arth:太古界太华群;
:燕山晚期花岗岩;
:华力西期正长岩;1——区域性大断层;2——逆断层;3——正断层;4——背斜;5——不整合界线;6——金矿床。
Figure 1. Structural outline of southern Song County
图1. 嵩县南部构造纲要图
区域内,古火山机构较多,发育完整,沿区域断裂带分布 [20]。区域岩浆活动,尤其是印支、燕山期岩浆活动频繁强烈。同位素定年反映出的金矿成矿时代多数为燕山期,也有印支期形成的,如庙岭、上宫、北岭等金矿床 [21]。
印支期岩浆侵入规模小,以碱性岩和碱性花岗岩为主,也有煌斑岩脉。
燕山期主要为酸性岩浆侵入,岩基、斑岩或小型岩株等,出露面积大,岩体多,以合峪岩基规模最大,还有五丈山和花山岩基等 [22] [23]。
合峪二长花岗岩基是区域出露面积最大的燕山期侵入体,达784 km2,钾长石斑晶粗大为期特点,位于研究区以南;五丈山花岗岩体出露约面积60 km2 [24] [25],岩体蚀变较强,在其南部的外接触带近年来发现了大型的槐树坪金矿床,位于研究区的西北部;近北东–南西向展布的花山二长花岗岩体与五丈山岩体、太华群地层相接,位于研究区的北部 [25] [26]。
九丈沟金矿主矿体为M1-I,严格受F1构造蚀变带控制。主要金属矿化为黄铁矿,其次是方铅矿化,围岩蚀变钾长石化、硅化最强,绢云母化、高岭土化、绿泥石化次之。矿区距五丈山岩体较近,地表及井下可见零星岩脉,局部岩脉含金可达到工业品位,有些品位可达(5~8) × 10−6,作为矿体的一部分开采。
3. 稀土元素地球特征
3.1. 样品采集及测试
按照矿石和不同类型的岩石分别取样。本次主要选取井下不同中段的矿石取样。
前人对本区已经积累了大量的稀土元素数据可资引用,不再重复工作。区域和矿区上不同类型及岩体的岩浆岩、岩脉,熊耳群和太华群地层的岩石样品,引用前人成果。
样品由甲级资质的河南省地矿局岩石矿物测试中心测试,精度合格。
3.2. 金矿石及石英的稀土元素特征
样品测试结果见表1。
样品分析结果表明,M1-I主矿体的稀土总量SREE在(88.96~622.26) × 10−6之间,平均347.54 × 10−6,变动范围大,可能暗示成矿活动中有多期次强度较大的流体活动冲击;轻稀土元素与重稀土元素的比值L/H = 4.509~14.268,表明轻稀土富集;(La/Yb)N = 3.255~18.084;δEu = 0.503~0.718之间,表现为明显的负Eu异常特征,而Eu出现负异常的情况,可能与深源岩浆成分的大量带入有关 [27]。经过标准化处理金矿石的稀土元素配分模式,与前人取得的侵入岩样品的稀土元素配分模式,较为相似,暗示了它们具有相同或相近的物源,即成矿继承了深源岩浆特征,或者说成矿与深源岩浆有关(表2、图2)。
Table 1. REE composition of different geological bodies of Jiuzhanggou gold deposit (ωB/10−6)
表1. 九丈沟金矿床不同地质体稀土元素组成(ωB/10−6)
注:带“*”的数据引自杨春蕾(2016) [29],带“**”的数据引自郭爱锁(2013) [30]。
Table 2. REE parameters of different geological bodies of Jiuzhanggou gold deposit (ωB/10−6)
表2. 九丈沟金矿不同地质体稀土元素参数(ωB/10−6)
注:带“*”的数据引自杨春蕾(2016) [29],带“**”的数据引自郭爱锁(2013) [30],计算结果有修改。
Figure 2. REE distribution model of gold ore (after Boynton, 1984) [28]
图2. 金矿石稀土元素配分模式(球粒陨石值据Boynton,1984) [28]
从单矿物的稀土元素特征看,石英的稀土总量较低,SREE在(3.73~39.93) × 10−6之间,平均16.45 × 10−6,样品之间差异明显,说明成分较复杂,可能表明既有深源物质,也有矿化过程富集。轻稀土与重稀土元素的比值L/H为2.149~17.572,表明轻稀土富集。(La/Yb)N = 5.933~22.958,轻重稀土元素分馏较为明显;(La/Sm)N = 2.516~5.661,(Gd/Yb)N = 1.479~4.120,轻、重稀土内部都有一定程度的分馏;δEu = 1.677~6.730,出现明显的正异常;δCe = 0.561~0.975,显示有轻度负异常。石英的纯度高,总量较低,其稀土元素主要来自包裹体 [31],应该与成矿热液相近。钾长石单矿物的稀土元素特征与石英相近(图3)。
Figure 3. REE distribution model of quartz and potash feldspar chondrite (Sample numbers are the same as Table 1) (after Boynton, 1984) [28]
图3. 石英、钾长石稀土元素配分模式(样号同表1) (球粒陨石值据Boynton,1984) [28]
4. 成因意义
1) 通过矿石与不同类型岩石稀土元素配分模式对比,成矿物质来自于岩浆岩体的可能性最大。
前人在本区留下了不同类型岩石样品的稀土测试成果,通过与不同类型岩石样品的稀土元素配分模式比较发现,矿石与其它地质体之间存在着部分相似性,说明成矿过程中,受到太华群变质岩、熊耳群火山岩、侵入岩及流体的影响 [27] (图4)。
图中可以看出:矿石样品与花岗岩样品的稀土元素配分模式相近,应为成矿流体与深源岩浆之间的密切联系的指示。石英的稀土元素主要存在于流体包裹体中 [32],总量低,含矿石英脉的稀土元素特征应能基本代表成矿流体的稀土特征 [31] [33] [34]。
综上认为,成矿物质主要来自深源岩浆,成矿热液流经的其它岩石,包括变质岩,对成矿的叠加改造是微弱的。矿石中的高稀土元素含量应该是从岩浆热液中继承的。
2) Y、Ho之间的关系也可指示成矿物源与岩浆热液间的亲密关系,而疏于变质岩。
Y、Ho两种元素有着相同的离子电价和相近的离子半径,地球化学行为和特征相似。Y/Ho在不同类型的岩浆岩、沉积岩及球粒陨石中无明显变化 [35],球粒陨石Y/Ho介于24~36,与九丈沟金矿矿石的Y/Ho比25.40~29.27十分接近,说明深源岩浆流体对成矿的重要贡献,而且是主要的贡献。
3) 样品的稀土总量集中投点于太华群变质岩、熊耳群火山岩和燕山期花岗岩区。熊耳群火山岩是赋矿围岩,对样品的改造是必然的;投点于太华群分布区,应与熊耳群与太华群老变质基底的重熔继承有关;投点于燕山期花岗岩区,可能暗示深部岩浆参与了成矿作用,剔除围岩对矿石的继承因素,燕山期花岗岩的成矿作用应当受到重视(图5)。
Figure 5. Diagram of LREE/HREE-SREE relationship of Jiuzhanggou gold Deposit (after Zhang et al., 2020) [36]
图5. 九丈沟金矿LREE/HREE-SREE关系图解(底图据张苏坤等,2020) [36]
5. 结论
1) 九丈沟金矿石稀土元素总量SREE在(88.96~622.26) × 10−6之间,轻稀土相对富集,重稀土相对亏损,同时δEu表现出负异常。
2) 九丈沟金矿石与区内岩浆岩的稀土元素配分模式相一致,同时矿石的Y/Ho特征及LREE/HREE均显示,九丈沟金矿的成矿物质主要来源于岩浆岩的侵入。
基金项目
中国地质调查局科研项目(12120114035401)和山东黄金集团科研项目资助。