八卦庙金矿化及其围岩蚀变过程的元素迁移

翁海蛟,孔凡乾,韦龙明,陆 叶,孙 宁

(1.桂林理工大学 a.广西隐伏金属矿产勘查重点实验室;b.地球科学学院,广西 桂林 541006;2.广西壮族自治区二七二地质队,南宁 530031)

八卦庙金矿化及其围岩蚀变过程的元素迁移

翁海蛟1,孔凡乾1,韦龙明1,陆 叶2,孙 宁1

(1.桂林理工大学 a.广西隐伏金属矿产勘查重点实验室;b.地球科学学院,广西 桂林 541006;2.广西壮族自治区二七二地质队,南宁 530031)

根据水岩反应理论,通过围岩与蚀变岩的对比分析,利用图解法求取惰性元素,对八卦庙金矿千枚岩在矿化蚀变过程中元素的迁移规律进行探讨。研究表明，在金矿化蚀变过程中,不同元素的带入带出程度不同,迁移规律明显：重稀土元素均为带出元素,成矿元素和亲硫元素均为带入,顺层脉旁蚀变岩的Au、Ag带入量明显低于节理脉旁蚀变岩；但Cu、Pb的带入量则相反,表明热液蚀变早期形成的顺层脉主要偏向铜铅锌元素富集,而晚期节理脉主要形成金矿化;Bi元素异常高的带入量,可能暗示八卦庙金矿床成矿与深源物质的带入以及深部岩浆活动有内在联系。

元素迁移;围岩蚀变;八卦庙金矿

八卦庙金矿是20世纪90年代在秦岭凤县-太白矿田发现的大型金矿,以其“八卦庙式”金矿的命名地而闻名于世,许多学者对该矿床进行了一系列的研究[1-8]。蚀变与矿化的关系是成矿理论研究的重要内容。围岩的热液蚀变和矿化作用不仅造成元素的再分配,还涉及化学物质的带入带出,通过研究蚀变矿化过程中组分的得失,有助于认识元素在热液期间的地球化学性状及矿化强度。本文根据蚀变岩石与原岩的元素含量对比分析,对八卦庙金矿蚀变矿化过程的元素迁移进行了讨论。

1 矿区地质概况

2 围岩蚀变及褪色现象

八卦庙金矿区内广泛发育各种蚀变作用,蚀变作用大多发生在褶皱断裂破碎带中,尤其是石英脉的附近,当热液蚀变作用强烈时,围岩明显发生褪色化现象。与金矿化有关的热液蚀变类型有硅化、绢云母化、钠长石化和磁黄铁矿-黄铁矿化,特征如下。

(1)硅化:硅化是矿区最主要的围岩蚀变类型, 它贯穿于整个成矿过程, 围岩中的面状硅化相对不太发育, 主要表现为石英发生次生加大, 发育大小不等、 方向各异、 成分多样的石英脉, 以及交代岩石中和斑点中的铁碳酸盐、绿泥石、黑云母等矿物。

图1 八卦庙金矿床地质简图(据韦龙明[5]修改)

(2)绢云母化:常发育于石英脉及其周围的微裂隙中,是含矿热液交代铝硅酸盐矿物的产物,与金矿化关系密切。

(3)钠长石化:常常与硅化相伴出现,主要见于石英脉中或脉旁褪色蚀变岩石中,钠长石化与金属成矿关系密切,钠长石化强烈的部位金及其他金属元素的含量明显增高。

(4)磁黄铁矿化:常呈不规则粒状发育于含矿层及石英脉中,金的载体矿物之一。

(5)黄铁矿化:与微量元素关系密切,可分早晚两期,早期黄铁矿分布于千枚岩中,一般含金量低；晚期黄铁矿沿NE向节理及破碎带呈浸染状分布,含金量较高,为不可见金的主要载体矿物[7-9]。

在金矿体范围内,常常看到蚀变岩型矿石以及近矿围岩发生褪色现象,主要表现为：首先是颜色，蚀变的岩石和蚀变岩型矿石由围岩的深灰色、灰黑色褪色为灰色、浅灰色甚至浅黄色，而且蚀变程度越强，颜色越浅；其次为斑点类型，蚀变的岩石较未蚀变的岩石具有浅色斑点、“硫化物边”斑点,甚至发生“褪斑”现象；此外，在矿物组成上,蚀变的岩石和矿石富含黄铁矿、磁黄铁矿、石英、绢云母、铁白云石等硫化物和浅色矿物,而未蚀变的岩石则相对富含黑云母、绿泥石、有机碳和磁黄铁矿、钛铁矿等暗色矿物。

3 样品采集及测试

八卦庙金矿区的主要含矿岩性是千枚岩,条带岩比例较少,矿化带以北矿带为主[3],故本次研究样品为采自北矿带的千枚岩,针对顺层脉、节理脉的脉旁蚀变岩及其远离脉体的深色围岩进行对比研究,为了确保代表性,蚀变岩与围岩的对比样品采自同一岩层(图2)。

样品加工预处理选用手工操作完成,测试单位为北京核工业地质研究所,稀土元素及微量元素参照《电感耦合等离子体质谱方法》(DZ/T 0223—2001)标准,使用ICP-MS方法测定;Au、Ag、As、Hg 4种元素则通过原子吸收光谱仪(Z-2000)和原子荧光光谱仪(AFS2202)完成测试，测试条件：室内温度20 ℃,相对湿度为30%。

图2 节理脉旁褪色岩与千枚岩采样位置示意图

4 元素质量迁移情况

4.1 惰性元素判定

在水岩反应和流体成矿作用研究中, 质量迁移作为重要课题, 被广泛应用于研究各种地质体系中组分迁移和质量变化, 选择适当的惰性元素作为质量得失的参照标准反演质量迁移的过程是关键所在。 而许多研究者喜欢根据一般地球化学原理直接选取Al、 Ti、 Zr、 V等元素作为惰性元素, 有时是不可靠的。 Kerlck和Gieré研究表明，Al和Zr、 REE、 Ti在特定的流体环境和温压条件下表现出较强的活动性[10-11]； 高斌等对湖南沃溪Au-Sn-W矿床的研究也认为Al2O3表现出了一定的活动性[12]； 韦龙明[3]和陆叶[13]的研究同样提出Al2O3、TiO2并非八卦庙金矿区的“惰性组分”。

4.2 元素活动性确认

根据邓海琳[13]推导出的质量平衡方程， 由式(1)可计算岩石体系质量变化, 由式(2)可计算出某一活动元素i的质量变化：

(1)

(2)

本文以千枚岩为例, 选择顺层脉的脉旁(褪色千枚岩0821-13-3、 深色千枚岩0821-13-2)和节理脉的脉旁(褪色千枚岩0822-11-3、 深色千枚岩0822-11-2)蚀变岩-围岩样品,用图解法对元素活动性进行判别分析。

4.2.1 稀土元素 据表1作图(图3)， 分析显示,

表1 蚀变岩与千枚岩的稀土元素分析结果

Table1REEcontentsofalteredrockandphyllitewB/10-6

样品号岩性及采样位置LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLu0821-13-3褪色千枚岩-A40.076.29.235.26.61.45.40.94.50.92.60.43.00.50821-13-2深色千枚岩-A69.412915.759.210.52.098.511.397.261.414.190.674.120.660822-11-3褪色千枚岩-B45.886.010.338.46.81.55.70.95.00.92.80.52.90.50822-11-2深色千枚岩-B44.384.21037.66.961.475.991.035.61.083.260.513.180.49顺层脉旁(Ci0-CAi)/Ci00.420.410.410.410.370.330.370.350.380.360.380.400.270.24CAi/Ci00.580.590.590.590.630.670.630.650.620.640.620.60.730.76节理脉旁(Ci0-CAi)/Ci0-0.03-0.02-0.03-0.020.02-0.020.050.130.110.170.140.020.09-0.02CAi/Ci01.031.021.031.020.981.020.950.870.890.830.860.980.911.02

注:A—采自顺层脉旁;B—采自节理脉旁。

图3 褪色千枚岩形成过程中稀土元素活动序列

顺层脉旁蚀变千枚岩的稀土元素全部为带出元素, 带出序列由强到弱顺序为La→Pr→Ce→Nd→Tm→Dy→Er→Sm→Gd→Ho→Tb→Eu→Yb→Lu。 节理脉旁蚀变千枚岩的稀土元素活动性分带入和带出两个部分(图3b), 带入序列由强至弱顺序为La→Pr→Lu→Eu→Ce→Nd; 带出序列由强至弱顺序为Ho→Er→Tb→Dy→Yb→Gd→Sm→Tm, 说明轻稀土元素除Sm外, 均为带入系列, 而重稀土元素则都为带出元素。

4.2.2 成矿元素和亲硫元素 据表2作图(图4)分析显示, Au、Ag、As、Sb、Bi、Hg、Cu、Pb均为带入元素。其中,顺层脉旁蚀变岩的带入序列由强至弱的次序为Au→As→Ag→Cu→Bi→Hg→Pb→Sb；节理脉旁蚀变岩的带入序列由强至弱的次序为Au→Ag→Bi→As→Sb→Cu→Pb→Hg。总体表现出亲硫元素与成矿元素的紧密性。

表2 蚀变岩与千枚岩的成矿元素分析结果

Table 2 Metallogenic elements contents of the altered rock and phyllitewB/10-6

样品号岩性及采样位置AuAgAsSbBiHgCuPbZn0821-13-3顺层脉旁褪色千枚岩1.351.4611.83.210.931839.223.759.10821-13-2顺层脉旁深色千枚岩0.180.332.511.950.266.410.513.690.80822-11-3节理脉旁褪色千枚岩5.180.48103.782.1610.89914.237.30822-11-2节理脉旁深色千枚岩0.190.021.991.140.368.449.58.796顺层脉旁(Ci0-CAi)/Ci0-6.5-3.42-3.7-0.65-2.58-1.81-2.73-0.740.35CAi/Ci07.54.424.71.653.582.813.731.740.65节理脉旁(Ci0-CAi)/Ci0-26.26-19-4.03-2.32-4.95-0.29-1-0.630.61CAi/Ci027.26205.033.325.951.2921.630.39

图4 褪色千枚岩形成过程中成矿元素与亲硫元素活动序列

4.3 成矿体系的质量迁移

如上所述, 在八卦庙金矿床蚀变过程中, Zr和Hf表现为不活动元素。 计算围岩蚀变中的质量迁移可采用多种方法, 本次选用文献[14]推导出的质量迁移方程，即式(2)， 计算元素的质量迁移。

理论上用任意一种不活动元素计算,质量迁移结果应是完全一致的,但实际地质过程系统极其复杂,加之分析测试结果存在一定误差等,导致了以不同的元素为标准计算的结果有所差异。本文以Zr为标准,利用前文提到的两组蚀变岩-围岩样品计算热液系统组分质量的迁移量。

4.3.1 稀土元素 如前所述,节理脉脉旁蚀变作用过程中,稀土元素活动性有带入带出两部分(图5a),轻稀土带入量总体按原子半径由大到小而逐渐降低;重稀土则为带出,呈现山字形。轻稀土带入量最高为La，仅有3.39%,最低为Eu 2.04%,重稀土带出量最高为Ho，达16.67%,最低为Tm 2.00%。 当然,各类样品间略有不同,部分样品轻重稀土表现均为带出。

顺层蚀变过程中,稀土元素均为带出,基本在40%左右,轻稀土带出最高为La,达42.07%,Eu带出最低,为32.68%;重稀土同样带出,最高为Tm,达40.30%,Lu最低,为24.24%。因此按稀土原子系数排列成图,总体上呈波浪形逐渐降低。

4.3.2 成矿元素和亲硫元素 从图5b可以明显看出,节理脉旁围岩蚀变过程中, Au、 Ag、 As 3种元素大量带入, 各自的带入量分别高达2 626%、 1 910%和403%,Sb、Hg、Cu、Pb则轻微带入,而Zn有轻微带出。

顺层脉旁蚀变岩石中Au、Ag的带入量明显低于节理脉旁围岩,分别为650%和342%,但Cu、Pb的带入量则高于节理脉旁围岩,分别为273%和74%,在该样品中Bi的带入量高达258%。虽然不同样品略有差别,但Au、Ag、Cu、Pb、Zn的带入与带出规律是基本一致的。

图5 褪色千枚岩形成过程中稀土元素与成矿元素质量迁移

5 结 论

对八卦庙金矿化及其围岩蚀变过程中元素迁移的研究表明,在金矿化蚀变过程中,不同元素发生了不同程度的带入带出,在稀土元素方面,顺层脉旁蚀变过程中的稀土元素全部为带出元素;节理脉脉旁蚀变作用过程中轻稀土元素除Sm外,均为带入系列,而重稀土元素则都为带出元素;成矿元素和亲硫元素在顺层脉和节理脉旁的蚀变岩中均表现为带入,其中,顺层脉旁蚀变岩的Au、Ag 带入量明显低于节理脉脉旁蚀变岩,但Cu、Pb的带入量则相反,说明早期热液蚀变阶段主要偏向铜铅锌元素富集,晚期热液蚀变阶段主要形成金矿化。此外,Bi元素异常高的带入量,可能暗示八卦庙金矿床成矿与深源物质的带入以及深部岩浆活动有内在联系。

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Elements migration of gold mineralization and wall-rock alteration process in Baguamiao

WENG Hai-jiao1, KONG Fan-qian1, WEI Long-ming1,LU Ye2, SUN Ning1

(1.a.Guangxi Key Laboratory of Hidden Metallic Ore Deposits Exploration;b.College of Earth Sciences, Guilin University of Technology, Guilin 541006,China; 2.No.272 Geological Team，Guangxi Zhuang Autonomous Region, Nanning 537100,China)

According to the water-rock reaction theory, through the comparative analysis of surrounding rocks and altered rocks,and seeking inert element by the graphic method , the elements migration study covers the phyllite process of mineralization and alteration in Baguamiao gold deposit. It is shown that various elements are carried in and out at different degrees in the process of gold mineralization and alteration, The element migration rule is obvious. All heavy rare-earth elements were carried-out ones. The ore forming elements and parent sulfur elements are carried-in ones. The quantity of Au, Ag in the altered rocks beside the bedded veins is lower than that in the altered rocks beside the jointed veins,but the situations of Cu and Pb are on the contrary. It is indicated that copper and lead-zinc elements are mainly concentrated in the early hydrothermal alteration period with the formation of bedded veins. However, the gold mineralization is mainly accompanying with the formation of jointing vein in the later period. It suggests that the mineralization has inherent connection with deep materials and magmatic activity by carried-in Bi of abnormally high content in Baguamiao gold deposit.

element migration; wall rock alteration; Baguamiao gold deposit

1674-9057(2015)04-0721-06

10.3969/j.issn.1674-9057.2015.04.009

2015-05-26

国家自然科学基金项目(40772053);广西矿冶与环境科学实验中心项目

翁海蛟(1991—),男,硕士研究生,矿产普查与勘探专业,403151170@qq.com。

韦龙明,博士,教授,weilm590613gl@sina.com。

翁海蛟,孔凡乾,韦龙明,等.八卦庙金矿化及其围岩蚀变过程的元素迁移[J].桂林理工大学学报，2015,35(4):721-726.

P614

A