招遠大尹格莊金礦床微量元素特征及其意義

李逸凡，李洪奎

(1.濰坊學院建筑與工程學院，山東 濰坊 261061；2.山東省地質科學研究院，國土資源部金礦成礦地質過程與資源利用重點實驗室，山東 濟南 250013)

1—太古宙TTG+表殼巖；2—元古宙變質表殼巖；3—高壓-超高壓變質帶；4—三疊紀巖漿雜巖；5—侏羅紀玲瓏侵入巖；6—早白堊世郭家嶺侵入巖；7—早白堊世偉德山侵入巖；8—早白堊世嶗山侵入巖；9—白堊紀沉積-火山沉積巖系；10—新生代沉積-火山沉積巖系；11—主要地質界線；12—主要斷裂；13—金礦/銀礦圖1 大尹格莊金礦區礦體分布圖

微量元素廣泛用于巖體成巖階段、期相、時代、成因、蝕變、剝蝕和含礦性的區分和研究，微量元素可以對礦石形成的溫度、礦液組分以及成礦過程中各種物理化學條件變化等方面進行解譯，并可獲得有關礦床成因的信息[1]。由于微量元素常在礦床周圍形成含量異常的分散暈，因而其含量、變異系數、濃度分帶和比值等參數是尋找隱伏礦體的重要標志[2-4]；微量元素地球化學研究是解決礦床成因和物質來源的有效方法，能為物質源區、成礦物化學組態及可能的形成方式提供可靠的信息。該文以山東招遠大尹格莊金礦床中微量元素為研究對象，通過對礦床圍巖、礦石等微量元素的研究，為找礦和成礦預測提供資料依據。

1 成礦地質背景

招遠大尹格莊金礦床地處華北板塊與蘇魯造山帶二大構造單元結合帶之膠北隆起區(圖1)，區內以前寒武紀結晶基底為主，蓋層不發育。基底有太古宙膠東巖群、元古宙地層，在斷陷盆地內有中生界和新生界分布。

區內基底構造線以近EW向展布為主，斷裂構造以招-平斷裂為醒目，NNE，NE斷裂尤為發育，NW，EW向斷裂次之。巖漿巖以侵入巖為主，包括新太古代TTG巖系、震旦期片麻狀二長花崗巖系列，侏羅紀玲瓏花崗巖、早白堊世郭家嶺花崗閃長巖-花崗巖、偉德山長巖-花崗閃長巖-花崗巖和嶗山堿性花崗巖等發育[5-7]。

大尹格莊金礦床產于招-平主裂面下盤的黃鐵絹英巖化碎裂巖中，賦礦圍巖是玲瓏二長花崗巖，礦體以蝕變巖型為主，石英脈型少量。蝕變巖型礦體受斷裂構造控制明顯，其兩側往往是絹英巖化碎裂狀花崗巖并逐漸過渡為正常花崗巖，礦體與圍巖界線不清，在絹英巖中有大量細小石英網脈，造成強烈硅化[8-9]。金屬硫化物(主要是黃鐵礦)以脈狀、團塊狀、浸染狀賦存于含礦構造帶及蝕變圍巖中。

礦區范圍內有①、②號2個礦體群，以大尹格莊斷裂為界，北部為②號礦體群，南部為①號礦體群，Ⅰ，Ⅱ和Ⅱ-69號為主礦體(圖2)。

1—第四系;2—二長花崗巖;3—黑云片巖;4—黑云變粒巖;5—斜長角閃巖;6—中基性脈巖;7—石英脈;8—碎裂巖;9—糜棱巖;10—礦體;11—推測斷層;12—實測斷層圖2 大尹格莊金礦區大地構造位置圖

1號礦體走向18°～28°，平均20°，傾向SE，傾角19°～42°，平均34°，礦體自淺部向深部產狀變緩。深部仍未封閉，礦體具北東側伏的特征；礦體沿走向最大長度990m，最小長度450m，平均長度709m；斜深247～1253m，平均916m；礦體最大厚度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；礦體呈規則的脈狀、似層狀,沿走向和傾向呈舒緩波狀延伸，局部見分支現象，具有形態較簡單且分布較穩定的特點。Ⅱ號礦體走向17°～26°，傾向SE，傾角18°～51°，平均39 °；最大走向長1057m，最小走向長260m，平均765m，斜深251～1450m，平均740m，深部仍未封閉；礦體最大厚度為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間，平均品位2.78×10-6；礦體呈不規則的大脈狀產出，沿走向及傾向呈舒緩波狀延伸，膨脹夾縮、分支復合現象明顯。礦石類型為黃鐵絹英巖碎裂巖、黃鐵絹英巖化花崗巖；礦化形式主要為浸染狀，次為細脈浸染狀及網脈狀。可劃分為Ⅰ黃鐵礦化—絹英巖化、Ⅱ石英—磁黃鐵礦—中粗粒黃鐵礦、Ⅲ石英—黃鐵礦—微細粒黃鐵礦、Ⅳ石英—多金屬硫化物和Ⅴ石英—碳酸鹽等5個成礦階段，其中Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ為金的主要富集成礦階段[10]，金 主 要 在250～300℃溫度范圍內沉淀[11]。

2 金屬硫化物化學組成

金屬硫化物是大尹格莊金礦最主要的載金礦物，硫化物是巖漿熱液活動的產物，其礦物成分與化學組成及其變化與熱液活動的性質以及成礦系統的物理化學條件有著密切的聯系。巖漿熱液活動一般具有多期性的特點，其物理化學條件在每個期次都會有所變化，并將反映在熱液硫化物的礦物學特征上[12]。因此，不同熱液區硫化物的基本特征會有所不同，同一熱液區硫化物的礦物組成也有一定的差異。

化學成分是是一種礦物區別于它種礦物的主要依據之一，是礦物物理和化學性質的內因。化學成分的變化與形成條件有著密切的聯系，能夠為礦物提供重要的成因信息，是礦物最本質的因素[13-14]。根據鏡下鑒定及能譜分析，礦區硫化物樣品的礦物成分主要由黃鐵礦和方鉛礦組成，此外還有閃鋅礦、黃銅礦以及少量的重晶石，在實驗分析的同時發現鈾、釷等放射性礦物的集合體(表1)。

從表1中可以看出，4條礦脈礦石Pb，Fe，Cu，Zn的含量都相對較高，不同礦脈熱液活動區硫化物中常量元素的含量相差很大，同一熱液活動區不同熱液硫化物樣品之間部分元素的含量也有一定的差異。

根據熱液硫化物Pb，Zn，Cu，Pb的相對百分含量(將Pb，Zn，Cu，Fe的含量按100%計算)，可以將熱液硫化物分為4大類：①富Fe型熱液硫化物，其Fe的相對百分含量應>50%；②富Zn型熱液硫化物，其Zn的相對百分含量應>50%；③富Cu型熱液硫化物，其Cu的相對百分含量應>50%；④富Pb型熱液硫化物，其Pb的相對百分含量應>50%。

表1 不同礦脈Pb，Zn，Cu，Fe的含量(%)

研究表明：1號11-1礦石屬于富鉛型熱液硫化物，1號17-1礦石、2號3-2礦石屬于富鐵鉛型熱液硫化物，其余樣品均屬于富鐵型熱液硫化物礦石。

3 微量元素特征

3.1 圍巖微量元素

大尹格莊金礦主要控礦、容礦圍巖為玲瓏超單元的云山單元，因此該文選擇云山單元片麻狀細粒花崗巖作為礦床背景樣，以各樣品元素的平均幾何值作為礦區背景值，表2列出了微量元素研究區背景和地殼豐度。

表2 圍巖微量元素特征

注：元素含量單位：×10-6，其中Hg為×10-9；地殼豐度(黎彤，1976)

根據表格中數據可以得到各元素濃集豐度。濃集豐度≥1的元素有Ag，Sn，W，Au，Pb，Bi。因此云山單元片麻狀細粒花崗巖是以富含Bi，Au，Pb，W，Ag，Sn為特點，其中Au含量為0.0249×10-6，其濃集豐度為7.114；Ag含量為0.185×10-6，其濃集豐度為2.313；Pb含量為44.07，其濃集豐度為3.673；Bi含量為0.367×10-6，其濃集豐度為91.750；W含量為3.33×10-6，其濃集豐度為3.027；Sn含量為1.86×10-6，其濃集豐度為1.094。

3.2 礦石微量元素

在該次研究中以金品位為標準，把礦石樣品分為兩部分，其中1≤Au<3×10-6為一組，Au≥3×10-6為另一組，如表3所示。

礦床微量元素含量比上礦區背景的比值可以得到礦區微量元素蛛網圖(圖3)。由圖3可知：Ti和Hg與金品位成負相關關系，As，Ag，Bi與金品位成正相關關系，B，V，Sb基本沒有富集也沒有虧損。

表3 礦石微量元素特征 (10-6)

圖3 大尹格莊金礦礦石微量元素蛛網圖

3.2.1 大尹格莊金礦床元素組合特征

(1)1×10-6≤Au<3×10-6元素組合，以各元素礦床/礦區背景值>1為標準，元素組合是：Au，Ag，As，Sb，Hg，B，Cu，Pb，Zn，Bi，Mo，Mn，Co，Ni，W，Sn。

(2)Au≥3×10-6元素組合，以各元素礦床/礦區背景值>1為標準，元素組合是：Au，Ag，As，Sb，Hg，B，Cu，Pb，Zn，Bi，Mo，Mn，Co，Ni，W。

以上礦體和礦化體中共同元素組合是：Au，Ag，As，Sb，Hg，B，Cu，Zn，Bi，Mo，Mn，Co，Ni，W。

3.2.2 大尹格莊金礦床特征元素組合

(1)1×10-6≤Au<3×10-6元素組合：以Au元素礦床/礦區背景值>10為標準，其他各元素礦床/礦區背景值>2，元素組合是：Au，Ag，As，B，Cu，Zn，Pb，Bi，Mn，Co，W，Sn。

(2)Au≥3×10-6元素組合：以Au元素礦床/礦區背景值>10為標準，其他各元素礦床/礦區背景值>2，元素組合是：Au，Ag，As，Hg，Cu，Zn，Pb，Bi，Mo，Mn，Co，Ni。

3.2.3 大尹格莊金礦床元素相關關系

(1)1×10-6≤Au<3×10-6元素相關關系，如表4為1×10-6≤Au<3×10-6時各微量元素相關矩陣，共統計樣數N=25件，df=N-2=23件。在5%信度下元素的最低相關系數Ra=0.05=0.396。

(2)Au≥3×10-6元素相關關系，如表5為Au≥3×10-6時各微量元素相關矩陣，共統計樣數樣數N=25件，df=N-2=23件。在5%信度下元素的最低相關系數Ra=0.05=0.396。

表4 大尹格莊金礦床(1×10-6≤Au<3×10-6)各微量元素相關矩陣

表5 大尹格莊金礦床(Au≥3×10-6)各微量元素相關矩陣

3.3 黃鐵礦微量元素

大尹格莊金礦各階段黃鐵礦微量元素特征列于表6中，根據研究區黃鐵礦對礦區背景微量元素蛛網圖(圖4)分析，可知黃鐵礦各世代的微量元素配分曲線均大體一致但局部不同的特點，從黃鐵礦各形成階段曲線來看，第二階段與第三階段微量元素的富集程度較明顯，第四階段微量元素富集程度一般，第一和第五階段富集程度較弱。從單元素上看，其中Au，Ag，As，Co，Bi，Cu，Pb，Zn等在第二、三、四成礦階段富集明顯，B，Ni，Sb基本沒有富集，而Ti則在全過程中均呈現虧損狀態。

圖4 大尹格莊金礦床黃鐵礦微量元素蛛網圖

元素①階段②階段③階段④階段⑤階段背景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 成礦元素分帶特征

成礦地球化學區域是一種地球化學場，它具有結構性和隨機性的雙重屬性[15]。在金成礦的原生暈異常空間中，某一指示元素與其他元素之間具有空間相關性。這種空間相關性可以用元素分帶指數(K)表征：K=Cmi/∑Cmi，i=1，2，……n式中Cmi為某元素含量的標準化值，∑Cmi為n個Cmi之和。金成礦的地球化學原生暈體現在不同指示元素相對含量的最大值處于不同的空間位置。因此可以用一定截面上某元素的金屬量與所有指示元素的金屬量之和的比值高低作為依據，排列指示元素的分帶序列。可運用該成礦地球化學異常分帶指數法來確定大尹格莊金礦(1×10-6≤Au<3×10-6，Au≥3×10-6)特征元素分帶序列，從上至下依次為：Ⅰ組Mn-Pb-Cu-Zn-As-W-Co-B-Sn-Bi-Au-Ag；Ⅱ組Mn-Pb-Hg-Cu-Zn-As-Co-Bi-Au-Ni-Ag-Mo；原生暈主成礦暈元素組合為Mn-Pb-Cu-Zn-As-Co-Bi-Au-Ag。

3.5 因子分析與地球化學場分解

因子分析能歸納和提煉元素的組合，從而將混合型原始數據形態轉換為反映不同地質成因的數據形態。不同的成礦地球化學作用過程對應不同的元素組合，借助因子分析模型可以將金的成礦地球化學場進行分解，而通過分析元素組合的專屬性，可以推斷地質成因和元素的演化過程，了解成礦地球化學動力學的作用過程。地球化學場分解的數學模型就是R型因子分析，它可表達為：

式中：Xi為元素含量；fj為因子；aij為Xi在fi上的因子載荷，表征變量與因子的相關程度；bij為i變量對j因子計量的權參數；ei為當用fj(j=1，2，……k)去表示Xi時的剩余。在因子分析中，當同一因子上既有某些正因子載荷的元素出現，又有某些負因子載荷的元素出現時，應各組成一元素組合。

“A到VP”格式在具體的語境中可表示贊嘆的語氣，前提是表達者對A性狀的評價態度是認可和贊賞的。因為VP部分本來就是對A部分的具體化和形象化，用“A到VP”格式就能很好地來表現A，就可以傳遞贊嘆的主觀態度。

大尹格莊金礦因子分析中，當取主因子數為5時，特征值累計百分比達80.5%(表7)，顯示這5個主因子已包含了絕大部分成礦作用信息。F1[Zn，Pb，(As)]：鉛、鋅礦化因子；F2[Au，Ag，Cu]：金、硫化物礦化因子。金銀富集與黃銅礦化有關；F3[Co，Ni]：尾暈元素因子；F4[Bi，Sb，As]：礦化物礦化因子，由于As，Sb的載荷較大，所以可能代表頭暈元素組合；F5[Hg]：頭暈元素因子。

表7大尹格莊金礦因子分析正交因子載荷

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累計方差貢獻/%23.141.759.771.580.5

通過因子分析，結合元素活動性特征，確定大尹格莊金礦床的特征元素組合為代表主成礦元素組合的Au，Ag，Cu，Pb，Zn，Bi；代表頭暈元素組合的As，Sb，Hg；代表尾暈元素組合的Co，Ni。

4 問題探討

微量元素通常指礦物中含量低于0.1%的元素[1]。由于微量元素晶體化學性質和地球化學行為的差異，在巖漿分離結晶地球化學作用過程中，有些元素易進入結晶相，在液相中濃度迅速降低；有些元素則不易進入固相，而保留在與固相共存的熔體或溶液中。前者稱為相容元素，后者稱之為不相容元素[1]。因此，微量元素的分布不僅在時間上隨地質作用演化表現出明顯的變化，而且在空間上也具有顯著的區域性差異。

微量元素在礦物巖石中的富集程度主要與微量元素的化學性質及主元素的親和程度有關，不同性質的原巖可能伴有不同的微量元素和微量元素組合，在含量濃度上不同，因此可以利用某些微量元素的比值及其相關關系等，并通過圖解的方法區分原巖的研究。微量元素可以對礦石形成的溫度、礦液組分以及成礦過程中各種物理化學條件變化等方面進行解譯，并可獲得有關礦床成因的信息。許多礦石都含有多種次要有益組分，微量元素地球化學的研究可對評價礦石質量、可選性和綜合利用提供基本的資料依據。由于微量元素常在礦床周圍形成含量異常的分散暈，因此，其含量、變異系數、濃度分帶和比值等參數是尋找隱伏礦體的重要標志[16-17]。微量元素地球化學研究是解決礦床成因和物質來源的有效方法，能為物質源區、成礦物化學組態及可能的形成方式提供可靠的信息。

大尹格莊金礦圍巖為玲瓏巖體云山片麻狀細粒花崗巖，在微量元素組成上以富含Bi，Au，Pb，W，Ag，Sn為特點，其中Au含量為0.0249×10-6，其濃集豐度為7.114；Ag含量為0.185×10-6，其濃集豐度為2.313，說明玲瓏花崗巖在成巖過程中貢獻了金質[18-19]。

大尹格莊金礦礦床微量元素含量比值可知：As，Ag，Bi與金品位成正相關關系，B，V，Sb基本沒有富集也沒有虧損，而Ti和Hg與金品位成負相關關系。對比整個膠西北地區微量元素特征，可以看出一個共同的特點就是各個礦床Hg的比值都明顯低于1，也就是明顯小于礦區背景值，反應了Hg在蝕變巖型礦床和石英脈型礦床中與金的富集負相關，其他礦石微量元素比值趨向基本一致，大致反應膠西北地區巖漿活動的一致性，但受到區域和成礦背景的影響略微有點差異[20-21]。

5 結論

(1)招遠大尹格莊金礦的賦礦圍巖為玲瓏巖體云山細粒二長花崗巖，金礦類型為石英脈型，最主要的載金礦物是金屬硫化物，礦物成分主要由黃鐵礦和方鉛礦組成，此外尚有閃鋅礦、黃銅礦。根據熱液硫化物的相對百分含量，可進一步分為富鉛型熱液硫化物和富鐵型熱液硫化物。

(2)微量元素研究表明：大尹格莊金礦圍巖微量元素以富含Bi，Au，Pb，W，Ag，Sn為特點，金的濃集豐度為7.114；大尹格莊金礦床微量元素As，Ag，Bi與金品位成正相關關系，礦體和礦化體中元素組合為：Au，Ag，As，Sb，Hg，B，Cu，Zn，Bi，Mo，Mn，Co，Ni，W，元素相關關系是在5%信度下元素的最低相關系數Ra=0.05=0.396。

(3)大尹格莊金礦不同成礦階段中黃鐵礦微量元素具有不同的富集表現，第二階段與第三階段微量元素的富集程度較明顯，第四階段微量元素富集程度一般，第一和第五階段富集程度較弱。單元素表現為Au，Ag，As，Co，Bi，Cu，Pb，Zn等在第二、三、四成礦階段富集明顯，B，Ni，Sb基本沒有富集，而Ti則在全過程中均呈現虧損狀態。

(4)成礦元素分帶特征表現為二個分帶序列，Ⅰ組為Mn-Pb-Cu-Zn-As-W-Co-B-Sn-Bi-Au-Ag組合,Ⅱ組為Mn-Pb-Hg-Cu-Zn-As-Co-Bi-Au-Ni-Ag-Mo組合；原生成礦暈元素組合為Mn-Pb-Cu-Zn-As-Co-Bi-Au-Ag。通過因子分析，結合元素活動性特征，確定大尹格莊金礦床的特征元素組合為：代表主成礦元素的Au-Ag-Cu-Pb-Zn-Bi組合、代表頭暈元素的As-Sb-Hg組合和代表尾暈元素的Co-Ni組合。

參考文獻：

[1] 趙振華.微量元素地球化學原理[M].北京:科學出版社,1997：1-85.

[2] 宋賀民,張文釗,徐述.膠東大磨曲家金礦地球化學異常模式及找礦意義[J].黃金科學技術,2006,14(6):13-23.

[3] 李建中,陳遠榮,翟文芳,等.山東夏甸金礦區道北莊子金礦床地球化學異常分帶模型研究[J].礦產與地質,2011,25(6):504-508.

[4] 禹斌,李惠,李德亮,等.山東萊州三山島金礦床的構造疊加暈模式研究與深部預測[J].地質找礦叢論,2010,25(3):260-263.

[5] 李洪奎,李逸凡,耿科,禚傳源.山東魯東碰撞造山型金礦成礦作用探討[J].大地構造與成礦學,2011，35(4):533-542.

[6] 李洪奎,禚傳源,耿科,梁太濤.膠東金礦成礦構造背景探討[J].山東國土資源，2012，28(1):5-13.

[7] 李洪奎,李逸凡,耿科,禚傳源,梁太濤.山東魯東地區中生代構造-巖漿事件與金礦成礦作用[J].地球科學前沿，2013，3(3)：141-154.

[8] 陳果.大尹格莊金礦1號脈支脈的勘探及礦床成因分析[J].礦產與地質，2008，22(4):322-325.

[9] 陳果.大尹格莊金礦區韌性斷層及其成礦作用探討[J].黃金科學技術,2009，17(1):10-13.

[10] 謝成連,何國強,史維全.招遠大尹格莊金礦區同成礦構造與金的富集關系[J].山東國土資源,2008，24(2):9-11.

[11] 代軍治,李緒俊,殷茜,楊言辰.山東招遠大尹格莊金礦床1號脈深部成礦遠景評價[J].黃金地質,2004，25(12):10-13.

[12] 李兆龍,楊敏之.膠東金礦床地質地球化學[M].天津:天津科學技術出版社,1999：319-521.

[13] 牟保磊.元素地球化學[M].北京:北京大學出版社,1999：31-47.

[14] 涂光熾.地球化學[M].上海:上海科學技術出版社,1984：190-266.

[15] 張德宏,張慶禧.玲瓏金礦田巖石地球化學測量及其找礦效果[J].山東地質,1991,14(1):47-52.

[16] 李惠,張國義,禹斌,等.金礦區深部盲礦預測的構造疊加暈模型及找礦效果[M].北京:地質出版社,2006：10-78.

[17] 陳光遠,孫岱生,邵偉,等.膠東金礦成因礦物學與找礦[M].重慶:重慶科技出版社，1989：59.

[18] 孫豐月.膠東地區區域構造演化及金礦成礦規律探討[D].北京：中國地質大學,1992：1-94.

[19] 孫豐月,于曉飛,馮占山,李延軍.山東招遠靈山溝金礦床金礦化空間定位機制[J].吉林大學學報(地球科學版),2008,38(6):920-925.

[20] 楊金中,李光明.膠東中生代兩期金礦化作用的對比研究及其意義[J]．地質與勘探,2001,37(1):33-37.

[21] 李士先,劉長春,安郁宏,等.膠東金礦地質[M].北京：地質出版社,2007:1-101.