招远大尹格庄金矿床微量元素特征及其意义

李逸凡，李洪奎

(1.潍坊学院建筑与工程学院，山东 潍坊 261061；2.山东省地质科学研究院，国土资源部金矿成矿地质过程与资源利用重点实验室，山东 济南 250013)

1—太古宙TTG+表壳岩；2—元古宙变质表壳岩；3—高压-超高压变质带；4—三叠纪岩浆杂岩；5—侏罗纪玲珑侵入岩；6—早白垩世郭家岭侵入岩；7—早白垩世伟德山侵入岩；8—早白垩世崂山侵入岩；9—白垩纪沉积-火山沉积岩系；10—新生代沉积-火山沉积岩系；11—主要地质界线；12—主要断裂；13—金矿/银矿图1 大尹格庄金矿区矿体分布图

微量元素广泛用于岩体成岩阶段、期相、时代、成因、蚀变、剥蚀和含矿性的区分和研究，微量元素可以对矿石形成的温度、矿液组分以及成矿过程中各种物理化学条件变化等方面进行解译，并可获得有关矿床成因的信息[1]。由于微量元素常在矿床周围形成含量异常的分散晕，因而其含量、变异系数、浓度分带和比值等参数是寻找隐伏矿体的重要标志[2-4]；微量元素地球化学研究是解决矿床成因和物质来源的有效方法，能为物质源区、成矿物化学组态及可能的形成方式提供可靠的信息。该文以山东招远大尹格庄金矿床中微量元素为研究对象，通过对矿床围岩、矿石等微量元素的研究，为找矿和成矿预测提供资料依据。

1 成矿地质背景

招远大尹格庄金矿床地处华北板块与苏鲁造山带二大构造单元结合带之胶北隆起区(图1)，区内以前寒武纪结晶基底为主，盖层不发育。基底有太古宙胶东岩群、元古宙地层，在断陷盆地内有中生界和新生界分布。

区内基底构造线以近EW向展布为主，断裂构造以招-平断裂为醒目，NNE，NE断裂尤为发育，NW，EW向断裂次之。岩浆岩以侵入岩为主，包括新太古代TTG岩系、震旦期片麻状二长花岗岩系列，侏罗纪玲珑花岗岩、早白垩世郭家岭花岗闪长岩-花岗岩、伟德山长岩-花岗闪长岩-花岗岩和崂山碱性花岗岩等发育[5-7]。

大尹格庄金矿床产于招-平主裂面下盘的黄铁绢英岩化碎裂岩中，赋矿围岩是玲珑二长花岗岩，矿体以蚀变岩型为主，石英脉型少量。蚀变岩型矿体受断裂构造控制明显，其两侧往往是绢英岩化碎裂状花岗岩并逐渐过渡为正常花岗岩，矿体与围岩界线不清，在绢英岩中有大量细小石英网脉，造成强烈硅化[8-9]。金属硫化物(主要是黄铁矿)以脉状、团块状、浸染状赋存于含矿构造带及蚀变围岩中。

矿区范围内有①、②号2个矿体群，以大尹格庄断裂为界，北部为②号矿体群，南部为①号矿体群，Ⅰ，Ⅱ和Ⅱ-69号为主矿体(图2)。

1—第四系;2—二长花岗岩;3—黑云片岩;4—黑云变粒岩;5—斜长角闪岩;6—中基性脉岩;7—石英脉;8—碎裂岩;9—糜棱岩;10—矿体;11—推测断层;12—实测断层图2 大尹格庄金矿区大地构造位置图

1号矿体走向18°～28°，平均20°，倾向SE，倾角19°～42°，平均34°，矿体自浅部向深部产状变缓。深部仍未封闭，矿体具北东侧伏的特征；矿体沿走向最大长度990m，最小长度450m，平均长度709m；斜深247～1253m，平均916m；矿体最大厚度39.00m，一般3.74～15.79m，平均7.04m；最高品位6.72×10-6，一般(2.00～4.00)×10-6，平均2.77×10-6；矿体呈规则的脉状、似层状,沿走向和倾向呈舒缓波状延伸，局部见分支现象，具有形态较简单且分布较稳定的特点。Ⅱ号矿体走向17°～26°，倾向SE，倾角18°～51°，平均39 °；最大走向长1057m，最小走向长260m，平均765m，斜深251～1450m，平均740m，深部仍未封闭；矿体最大厚度为75.07m，一般5.19～40.94m，平均厚度11.90m；金品位集中在(2.10～3.73)×10-6间，平均品位2.78×10-6；矿体呈不规则的大脉状产出，沿走向及倾向呈舒缓波状延伸，膨胀夹缩、分支复合现象明显。矿石类型为黄铁绢英岩碎裂岩、黄铁绢英岩化花岗岩；矿化形式主要为浸染状，次为细脉浸染状及网脉状。可划分为Ⅰ黄铁矿化—绢英岩化、Ⅱ石英—磁黄铁矿—中粗粒黄铁矿、Ⅲ石英—黄铁矿—微细粒黄铁矿、Ⅳ石英—多金属硫化物和Ⅴ石英—碳酸盐等5个成矿阶段，其中Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ为金的主要富集成矿阶段[10]，金 主 要 在250～300℃温度范围内沉淀[11]。

2 金属硫化物化学组成

金属硫化物是大尹格庄金矿最主要的载金矿物，硫化物是岩浆热液活动的产物，其矿物成分与化学组成及其变化与热液活动的性质以及成矿系统的物理化学条件有着密切的联系。岩浆热液活动一般具有多期性的特点，其物理化学条件在每个期次都会有所变化，并将反映在热液硫化物的矿物学特征上[12]。因此，不同热液区硫化物的基本特征会有所不同，同一热液区硫化物的矿物组成也有一定的差异。

化学成分是是一种矿物区别于它种矿物的主要依据之一，是矿物物理和化学性质的内因。化学成分的变化与形成条件有着密切的联系，能够为矿物提供重要的成因信息，是矿物最本质的因素[13-14]。根据镜下鉴定及能谱分析，矿区硫化物样品的矿物成分主要由黄铁矿和方铅矿组成，此外还有闪锌矿、黄铜矿以及少量的重晶石，在实验分析的同时发现铀、钍等放射性矿物的集合体(表1)。

从表1中可以看出，4条矿脉矿石Pb，Fe，Cu，Zn的含量都相对较高，不同矿脉热液活动区硫化物中常量元素的含量相差很大，同一热液活动区不同热液硫化物样品之间部分元素的含量也有一定的差异。

根据热液硫化物Pb，Zn，Cu，Pb的相对百分含量(将Pb，Zn，Cu，Fe的含量按100%计算)，可以将热液硫化物分为4大类：①富Fe型热液硫化物，其Fe的相对百分含量应>50%；②富Zn型热液硫化物，其Zn的相对百分含量应>50%；③富Cu型热液硫化物，其Cu的相对百分含量应>50%；④富Pb型热液硫化物，其Pb的相对百分含量应>50%。

表1 不同矿脉Pb，Zn，Cu，Fe的含量(%)

研究表明：1号11-1矿石属于富铅型热液硫化物，1号17-1矿石、2号3-2矿石属于富铁铅型热液硫化物，其余样品均属于富铁型热液硫化物矿石。

3 微量元素特征

3.1 围岩微量元素

大尹格庄金矿主要控矿、容矿围岩为玲珑超单元的云山单元，因此该文选择云山单元片麻状细粒花岗岩作为矿床背景样，以各样品元素的平均几何值作为矿区背景值，表2列出了微量元素研究区背景和地壳丰度。

表2 围岩微量元素特征

注：元素含量单位：×10-6，其中Hg为×10-9；地壳丰度(黎彤，1976)

根据表格中数据可以得到各元素浓集丰度。浓集丰度≥1的元素有Ag，Sn，W，Au，Pb，Bi。因此云山单元片麻状细粒花岗岩是以富含Bi，Au，Pb，W，Ag，Sn为特点，其中Au含量为0.0249×10-6，其浓集丰度为7.114；Ag含量为0.185×10-6，其浓集丰度为2.313；Pb含量为44.07，其浓集丰度为3.673；Bi含量为0.367×10-6，其浓集丰度为91.750；W含量为3.33×10-6，其浓集丰度为3.027；Sn含量为1.86×10-6，其浓集丰度为1.094。

3.2 矿石微量元素

在该次研究中以金品位为标准，把矿石样品分为两部分，其中1≤Au<3×10-6为一组，Au≥3×10-6为另一组，如表3所示。

矿床微量元素含量比上矿区背景的比值可以得到矿区微量元素蛛网图(图3)。由图3可知：Ti和Hg与金品位成负相关关系，As，Ag，Bi与金品位成正相关关系，B，V，Sb基本没有富集也没有亏损。

表3 矿石微量元素特征 (10-6)

图3 大尹格庄金矿矿石微量元素蛛网图

3.2.1 大尹格庄金矿床元素组合特征

(1)1×10-6≤Au<3×10-6元素组合，以各元素矿床/矿区背景值>1为标准，元素组合是：Au，Ag，As，Sb，Hg，B，Cu，Pb，Zn，Bi，Mo，Mn，Co，Ni，W，Sn。

(2)Au≥3×10-6元素组合，以各元素矿床/矿区背景值>1为标准，元素组合是：Au，Ag，As，Sb，Hg，B，Cu，Pb，Zn，Bi，Mo，Mn，Co，Ni，W。

以上矿体和矿化体中共同元素组合是：Au，Ag，As，Sb，Hg，B，Cu，Zn，Bi，Mo，Mn，Co，Ni，W。

3.2.2 大尹格庄金矿床特征元素组合

(1)1×10-6≤Au<3×10-6元素组合：以Au元素矿床/矿区背景值>10为标准，其他各元素矿床/矿区背景值>2，元素组合是：Au，Ag，As，B，Cu，Zn，Pb，Bi，Mn，Co，W，Sn。

(2)Au≥3×10-6元素组合：以Au元素矿床/矿区背景值>10为标准，其他各元素矿床/矿区背景值>2，元素组合是：Au，Ag，As，Hg，Cu，Zn，Pb，Bi，Mo，Mn，Co，Ni。

3.2.3 大尹格庄金矿床元素相关关系

(1)1×10-6≤Au<3×10-6元素相关关系，如表4为1×10-6≤Au<3×10-6时各微量元素相关矩阵，共统计样数N=25件，df=N-2=23件。在5%信度下元素的最低相关系数Ra=0.05=0.396。

(2)Au≥3×10-6元素相关关系，如表5为Au≥3×10-6时各微量元素相关矩阵，共统计样数样数N=25件，df=N-2=23件。在5%信度下元素的最低相关系数Ra=0.05=0.396。

表4 大尹格庄金矿床(1×10-6≤Au<3×10-6)各微量元素相关矩阵

表5 大尹格庄金矿床(Au≥3×10-6)各微量元素相关矩阵

3.3 黄铁矿微量元素

大尹格庄金矿各阶段黄铁矿微量元素特征列于表6中，根据研究区黄铁矿对矿区背景微量元素蛛网图(图4)分析，可知黄铁矿各世代的微量元素配分曲线均大体一致但局部不同的特点，从黄铁矿各形成阶段曲线来看，第二阶段与第三阶段微量元素的富集程度较明显，第四阶段微量元素富集程度一般，第一和第五阶段富集程度较弱。从单元素上看，其中Au，Ag，As，Co，Bi，Cu，Pb，Zn等在第二、三、四成矿阶段富集明显，B，Ni，Sb基本没有富集，而Ti则在全过程中均呈现亏损状态。

图4 大尹格庄金矿床黄铁矿微量元素蛛网图

元素①阶段②阶段③阶段④阶段⑤阶段背景Au0.1381.543.616.640.060.0249Ag0.1971.212.159.551.050.185As1.9817.239.611.61.650.625Sb0.330.390.40.450.410.467Hg40.465.8121.1253.545.435.79B5.856.76.336.276.675Cu6.9325.646.492.910.37.432Pb13.955.595.237634.144.07Zn24.142.361.9234.237.556.13Bi0.674.264.4215.70.410.367Mo1.21.972.814.321.391.287Mn727.71125.61318.322803232.5542.34Co3.366.6119.516.24.693.418Ni2.883.925.465.063.432.93V2521.210.514.610.815.46Ti1104.71109.2596.1380.1567.61337.8W139.646.755.783.593.33Sn4.686.773.662.981.811.86Co/Ni1.1671.6863.5713.2021.360.825

3.4 成矿元素分带特征

成矿地球化学区域是一种地球化学场，它具有结构性和随机性的双重属性[15]。在金成矿的原生晕异常空间中，某一指示元素与其他元素之间具有空间相关性。这种空间相关性可以用元素分带指数(K)表征：K=Cmi/∑Cmi，i=1，2，……n式中Cmi为某元素含量的标准化值，∑Cmi为n个Cmi之和。金成矿的地球化学原生晕体现在不同指示元素相对含量的最大值处于不同的空间位置。因此可以用一定截面上某元素的金属量与所有指示元素的金属量之和的比值高低作为依据，排列指示元素的分带序列。可运用该成矿地球化学异常分带指数法来确定大尹格庄金矿(1×10-6≤Au<3×10-6，Au≥3×10-6)特征元素分带序列，从上至下依次为：Ⅰ组Mn-Pb-Cu-Zn-As-W-Co-B-Sn-Bi-Au-Ag；Ⅱ组Mn-Pb-Hg-Cu-Zn-As-Co-Bi-Au-Ni-Ag-Mo；原生晕主成矿晕元素组合为Mn-Pb-Cu-Zn-As-Co-Bi-Au-Ag。

3.5 因子分析与地球化学场分解

因子分析能归纳和提炼元素的组合，从而将混合型原始数据形态转换为反映不同地质成因的数据形态。不同的成矿地球化学作用过程对应不同的元素组合，借助因子分析模型可以将金的成矿地球化学场进行分解，而通过分析元素组合的专属性，可以推断地质成因和元素的演化过程，了解成矿地球化学动力学的作用过程。地球化学场分解的数学模型就是R型因子分析，它可表达为：

式中：Xi为元素含量；fj为因子；aij为Xi在fi上的因子载荷，表征变量与因子的相关程度；bij为i变量对j因子计量的权参数；ei为当用fj(j=1，2，……k)去表示Xi时的剩余。在因子分析中，当同一因子上既有某些正因子载荷的元素出现，又有某些负因子载荷的元素出现时，应各组成一元素组合。

“A到VP”格式在具体的语境中可表示赞叹的语气，前提是表达者对A性状的评价态度是认可和赞赏的。因为VP部分本来就是对A部分的具体化和形象化，用“A到VP”格式就能很好地来表现A，就可以传递赞叹的主观态度。

大尹格庄金矿因子分析中，当取主因子数为5时，特征值累计百分比达80.5%(表7)，显示这5个主因子已包含了绝大部分成矿作用信息。F1[Zn，Pb，(As)]：铅、锌矿化因子；F2[Au，Ag，Cu]：金、硫化物矿化因子。金银富集与黄铜矿化有关；F3[Co，Ni]：尾晕元素因子；F4[Bi，Sb，As]：矿化物矿化因子，由于As，Sb的载荷较大，所以可能代表头晕元素组合；F5[Hg]：头晕元素因子。

表7大尹格庄金矿因子分析正交因子载荷

元素F1F2F3F4F5Au-0.021-0.929-0.0080.02-0.014Ag0.068-0.845-0.0220.216-0.032Cu0.012-0.751-0.003-0.1610.009Pb0.987-0.03-0.0060.0650.022Zn0.9850.010.0010.0350.015Co-0.0040.01110.001-0.007Ni-0.0050.01310.001-0.007As0.428-0.231-0.0420.46-0.023Sb0.0170.0140.010.718-0.009Bi-0.081-0.0840.0070.8280.004Hg0.0280.023-0.0120.0180.999累计方差贡献/%23.141.759.771.580.5

通过因子分析，结合元素活动性特征，确定大尹格庄金矿床的特征元素组合为代表主成矿元素组合的Au，Ag，Cu，Pb，Zn，Bi；代表头晕元素组合的As，Sb，Hg；代表尾晕元素组合的Co，Ni。

4 问题探讨

微量元素通常指矿物中含量低于0.1%的元素[1]。由于微量元素晶体化学性质和地球化学行为的差异，在岩浆分离结晶地球化学作用过程中，有些元素易进入结晶相，在液相中浓度迅速降低；有些元素则不易进入固相，而保留在与固相共存的熔体或溶液中。前者称为相容元素，后者称之为不相容元素[1]。因此，微量元素的分布不仅在时间上随地质作用演化表现出明显的变化，而且在空间上也具有显著的区域性差异。

微量元素在矿物岩石中的富集程度主要与微量元素的化学性质及主元素的亲和程度有关，不同性质的原岩可能伴有不同的微量元素和微量元素组合，在含量浓度上不同，因此可以利用某些微量元素的比值及其相关关系等，并通过图解的方法区分原岩的研究。微量元素可以对矿石形成的温度、矿液组分以及成矿过程中各种物理化学条件变化等方面进行解译，并可获得有关矿床成因的信息。许多矿石都含有多种次要有益组分，微量元素地球化学的研究可对评价矿石质量、可选性和综合利用提供基本的资料依据。由于微量元素常在矿床周围形成含量异常的分散晕，因此，其含量、变异系数、浓度分带和比值等参数是寻找隐伏矿体的重要标志[16-17]。微量元素地球化学研究是解决矿床成因和物质来源的有效方法，能为物质源区、成矿物化学组态及可能的形成方式提供可靠的信息。

大尹格庄金矿围岩为玲珑岩体云山片麻状细粒花岗岩，在微量元素组成上以富含Bi，Au，Pb，W，Ag，Sn为特点，其中Au含量为0.0249×10-6，其浓集丰度为7.114；Ag含量为0.185×10-6，其浓集丰度为2.313，说明玲珑花岗岩在成岩过程中贡献了金质[18-19]。

大尹格庄金矿矿床微量元素含量比值可知：As，Ag，Bi与金品位成正相关关系，B，V，Sb基本没有富集也没有亏损，而Ti和Hg与金品位成负相关关系。对比整个胶西北地区微量元素特征，可以看出一个共同的特点就是各个矿床Hg的比值都明显低于1，也就是明显小于矿区背景值，反应了Hg在蚀变岩型矿床和石英脉型矿床中与金的富集负相关，其他矿石微量元素比值趋向基本一致，大致反应胶西北地区岩浆活动的一致性，但受到区域和成矿背景的影响略微有点差异[20-21]。

5 结论

(1)招远大尹格庄金矿的赋矿围岩为玲珑岩体云山细粒二长花岗岩，金矿类型为石英脉型，最主要的载金矿物是金属硫化物，矿物成分主要由黄铁矿和方铅矿组成，此外尚有闪锌矿、黄铜矿。根据热液硫化物的相对百分含量，可进一步分为富铅型热液硫化物和富铁型热液硫化物。

(2)微量元素研究表明：大尹格庄金矿围岩微量元素以富含Bi，Au，Pb，W，Ag，Sn为特点，金的浓集丰度为7.114；大尹格庄金矿床微量元素As，Ag，Bi与金品位成正相关关系，矿体和矿化体中元素组合为：Au，Ag，As，Sb，Hg，B，Cu，Zn，Bi，Mo，Mn，Co，Ni，W，元素相关关系是在5%信度下元素的最低相关系数Ra=0.05=0.396。

(3)大尹格庄金矿不同成矿阶段中黄铁矿微量元素具有不同的富集表现，第二阶段与第三阶段微量元素的富集程度较明显，第四阶段微量元素富集程度一般，第一和第五阶段富集程度较弱。单元素表现为Au，Ag，As，Co，Bi，Cu，Pb，Zn等在第二、三、四成矿阶段富集明显，B，Ni，Sb基本没有富集，而Ti则在全过程中均呈现亏损状态。

(4)成矿元素分带特征表现为二个分带序列，Ⅰ组为Mn-Pb-Cu-Zn-As-W-Co-B-Sn-Bi-Au-Ag组合,Ⅱ组为Mn-Pb-Hg-Cu-Zn-As-Co-Bi-Au-Ni-Ag-Mo组合；原生成矿晕元素组合为Mn-Pb-Cu-Zn-As-Co-Bi-Au-Ag。通过因子分析，结合元素活动性特征，确定大尹格庄金矿床的特征元素组合为：代表主成矿元素的Au-Ag-Cu-Pb-Zn-Bi组合、代表头晕元素的As-Sb-Hg组合和代表尾晕元素的Co-Ni组合。

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