八卦廟金礦化及其圍巖蝕變過程的元素遷移

翁海蛟,孔凡乾,韋龍明,陸 葉,孫 寧

(1.桂林理工大學 a.廣西隱伏金屬礦產勘查重點實驗室;b.地球科學學院,廣西 桂林 541006;2.廣西壯族自治區二七二地質隊,南寧 530031)

八卦廟金礦化及其圍巖蝕變過程的元素遷移

翁海蛟1,孔凡乾1,韋龍明1,陸 葉2,孫 寧1

(1.桂林理工大學 a.廣西隱伏金屬礦產勘查重點實驗室;b.地球科學學院,廣西 桂林 541006;2.廣西壯族自治區二七二地質隊,南寧 530031)

根據水巖反應理論,通過圍巖與蝕變巖的對比分析,利用圖解法求取惰性元素,對八卦廟金礦千枚巖在礦化蝕變過程中元素的遷移規律進行探討。研究表明，在金礦化蝕變過程中,不同元素的帶入帶出程度不同,遷移規律明顯：重稀土元素均為帶出元素,成礦元素和親硫元素均為帶入,順層脈旁蝕變巖的Au、Ag帶入量明顯低于節理脈旁蝕變巖；但Cu、Pb的帶入量則相反,表明熱液蝕變早期形成的順層脈主要偏向銅鉛鋅元素富集,而晚期節理脈主要形成金礦化;Bi元素異常高的帶入量,可能暗示八卦廟金礦床成礦與深源物質的帶入以及深部巖漿活動有內在聯系。

元素遷移;圍巖蝕變;八卦廟金礦

八卦廟金礦是20世紀90年代在秦嶺鳳縣-太白礦田發現的大型金礦,以其“八卦廟式”金礦的命名地而聞名于世,許多學者對該礦床進行了一系列的研究[1-8]。蝕變與礦化的關系是成礦理論研究的重要內容。圍巖的熱液蝕變和礦化作用不僅造成元素的再分配,還涉及化學物質的帶入帶出,通過研究蝕變礦化過程中組分的得失,有助于認識元素在熱液期間的地球化學性狀及礦化強度。本文根據蝕變巖石與原巖的元素含量對比分析,對八卦廟金礦蝕變礦化過程的元素遷移進行了討論。

1 礦區地質概況

2 圍巖蝕變及褪色現象

八卦廟金礦區內廣泛發育各種蝕變作用,蝕變作用大多發生在褶皺斷裂破碎帶中,尤其是石英脈的附近,當熱液蝕變作用強烈時,圍巖明顯發生褪色化現象。與金礦化有關的熱液蝕變類型有硅化、絹云母化、鈉長石化和磁黃鐵礦-黃鐵礦化,特征如下。

(1)硅化:硅化是礦區最主要的圍巖蝕變類型, 它貫穿于整個成礦過程, 圍巖中的面狀硅化相對不太發育, 主要表現為石英發生次生加大, 發育大小不等、 方向各異、 成分多樣的石英脈, 以及交代巖石中和斑點中的鐵碳酸鹽、綠泥石、黑云母等礦物。

圖1 八卦廟金礦床地質簡圖(據韋龍明[5]修改)

(2)絹云母化:常發育于石英脈及其周圍的微裂隙中,是含礦熱液交代鋁硅酸鹽礦物的產物,與金礦化關系密切。

(3)鈉長石化:常常與硅化相伴出現,主要見于石英脈中或脈旁褪色蝕變巖石中,鈉長石化與金屬成礦關系密切,鈉長石化強烈的部位金及其他金屬元素的含量明顯增高。

(4)磁黃鐵礦化:常呈不規則粒狀發育于含礦層及石英脈中,金的載體礦物之一。

(5)黃鐵礦化:與微量元素關系密切,可分早晚兩期,早期黃鐵礦分布于千枚巖中,一般含金量低；晚期黃鐵礦沿NE向節理及破碎帶呈浸染狀分布,含金量較高,為不可見金的主要載體礦物[7-9]。

在金礦體范圍內,常常看到蝕變巖型礦石以及近礦圍巖發生褪色現象,主要表現為：首先是顏色，蝕變的巖石和蝕變巖型礦石由圍巖的深灰色、灰黑色褪色為灰色、淺灰色甚至淺黃色，而且蝕變程度越強，顏色越淺；其次為斑點類型，蝕變的巖石較未蝕變的巖石具有淺色斑點、“硫化物邊”斑點,甚至發生“褪斑”現象；此外，在礦物組成上,蝕變的巖石和礦石富含黃鐵礦、磁黃鐵礦、石英、絹云母、鐵白云石等硫化物和淺色礦物,而未蝕變的巖石則相對富含黑云母、綠泥石、有機碳和磁黃鐵礦、鈦鐵礦等暗色礦物。

3 樣品采集及測試

八卦廟金礦區的主要含礦巖性是千枚巖,條帶巖比例較少,礦化帶以北礦帶為主[3],故本次研究樣品為采自北礦帶的千枚巖,針對順層脈、節理脈的脈旁蝕變巖及其遠離脈體的深色圍巖進行對比研究,為了確保代表性,蝕變巖與圍巖的對比樣品采自同一巖層(圖2)。

樣品加工預處理選用手工操作完成,測試單位為北京核工業地質研究所,稀土元素及微量元素參照《電感耦合等離子體質譜方法》(DZ/T 0223—2001)標準,使用ICP-MS方法測定;Au、Ag、As、Hg 4種元素則通過原子吸收光譜儀(Z-2000)和原子熒光光譜儀(AFS2202)完成測試，測試條件：室內溫度20 ℃,相對濕度為30%。

圖2 節理脈旁褪色巖與千枚巖采樣位置示意圖

4 元素質量遷移情況

4.1 惰性元素判定

在水巖反應和流體成礦作用研究中, 質量遷移作為重要課題, 被廣泛應用于研究各種地質體系中組分遷移和質量變化, 選擇適當的惰性元素作為質量得失的參照標準反演質量遷移的過程是關鍵所在。 而許多研究者喜歡根據一般地球化學原理直接選取Al、 Ti、 Zr、 V等元素作為惰性元素, 有時是不可靠的。 Kerlck和Gieré研究表明，Al和Zr、 REE、 Ti在特定的流體環境和溫壓條件下表現出較強的活動性[10-11]； 高斌等對湖南沃溪Au-Sn-W礦床的研究也認為Al2O3表現出了一定的活動性[12]； 韋龍明[3]和陸葉[13]的研究同樣提出Al2O3、TiO2并非八卦廟金礦區的“惰性組分”。

4.2 元素活動性確認

根據鄧海琳[13]推導出的質量平衡方程， 由式(1)可計算巖石體系質量變化, 由式(2)可計算出某一活動元素i的質量變化：

(1)

(2)

本文以千枚巖為例, 選擇順層脈的脈旁(褪色千枚巖0821-13-3、 深色千枚巖0821-13-2)和節理脈的脈旁(褪色千枚巖0822-11-3、 深色千枚巖0822-11-2)蝕變巖-圍巖樣品,用圖解法對元素活動性進行判別分析。

4.2.1 稀土元素 據表1作圖(圖3)， 分析顯示,

表1 蝕變巖與千枚巖的稀土元素分析結果

Table1REEcontentsofalteredrockandphyllitewB/10-6

樣品號巖性及采樣位置LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLu0821-13-3褪色千枚巖-A40.076.29.235.26.61.45.40.94.50.92.60.43.00.50821-13-2深色千枚巖-A69.412915.759.210.52.098.511.397.261.414.190.674.120.660822-11-3褪色千枚巖-B45.886.010.338.46.81.55.70.95.00.92.80.52.90.50822-11-2深色千枚巖-B44.384.21037.66.961.475.991.035.61.083.260.513.180.49順層脈旁(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節理脈旁(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—采自順層脈旁;B—采自節理脈旁。

圖3 褪色千枚巖形成過程中稀土元素活動序列

順層脈旁蝕變千枚巖的稀土元素全部為帶出元素, 帶出序列由強到弱順序為La→Pr→Ce→Nd→Tm→Dy→Er→Sm→Gd→Ho→Tb→Eu→Yb→Lu。 節理脈旁蝕變千枚巖的稀土元素活動性分帶入和帶出兩個部分(圖3b), 帶入序列由強至弱順序為La→Pr→Lu→Eu→Ce→Nd; 帶出序列由強至弱順序為Ho→Er→Tb→Dy→Yb→Gd→Sm→Tm, 說明輕稀土元素除Sm外, 均為帶入系列, 而重稀土元素則都為帶出元素。

4.2.2 成礦元素和親硫元素 據表2作圖(圖4)分析顯示, Au、Ag、As、Sb、Bi、Hg、Cu、Pb均為帶入元素。其中,順層脈旁蝕變巖的帶入序列由強至弱的次序為Au→As→Ag→Cu→Bi→Hg→Pb→Sb；節理脈旁蝕變巖的帶入序列由強至弱的次序為Au→Ag→Bi→As→Sb→Cu→Pb→Hg。總體表現出親硫元素與成礦元素的緊密性。

表2 蝕變巖與千枚巖的成礦元素分析結果

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

樣品號巖性及采樣位置AuAgAsSbBiHgCuPbZn0821-13-3順層脈旁褪色千枚巖1.351.4611.83.210.931839.223.759.10821-13-2順層脈旁深色千枚巖0.180.332.511.950.266.410.513.690.80822-11-3節理脈旁褪色千枚巖5.180.48103.782.1610.89914.237.30822-11-2節理脈旁深色千枚巖0.190.021.991.140.368.449.58.796順層脈旁(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節理脈旁(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

圖4 褪色千枚巖形成過程中成礦元素與親硫元素活動序列

4.3 成礦體系的質量遷移

如上所述, 在八卦廟金礦床蝕變過程中, Zr和Hf表現為不活動元素。 計算圍巖蝕變中的質量遷移可采用多種方法, 本次選用文獻[14]推導出的質量遷移方程，即式(2)， 計算元素的質量遷移。

理論上用任意一種不活動元素計算,質量遷移結果應是完全一致的,但實際地質過程系統極其復雜,加之分析測試結果存在一定誤差等,導致了以不同的元素為標準計算的結果有所差異。本文以Zr為標準,利用前文提到的兩組蝕變巖-圍巖樣品計算熱液系統組分質量的遷移量。

4.3.1 稀土元素 如前所述,節理脈脈旁蝕變作用過程中,稀土元素活動性有帶入帶出兩部分(圖5a),輕稀土帶入量總體按原子半徑由大到小而逐漸降低;重稀土則為帶出,呈現山字形。輕稀土帶入量最高為La，僅有3.39%,最低為Eu 2.04%,重稀土帶出量最高為Ho，達16.67%,最低為Tm 2.00%。 當然,各類樣品間略有不同,部分樣品輕重稀土表現均為帶出。

順層蝕變過程中,稀土元素均為帶出,基本在40%左右,輕稀土帶出最高為La,達42.07%,Eu帶出最低,為32.68%;重稀土同樣帶出,最高為Tm,達40.30%,Lu最低,為24.24%。因此按稀土原子系數排列成圖,總體上呈波浪形逐漸降低。

4.3.2 成礦元素和親硫元素 從圖5b可以明顯看出,節理脈旁圍巖蝕變過程中, Au、 Ag、 As 3種元素大量帶入, 各自的帶入量分別高達2 626%、 1 910%和403%,Sb、Hg、Cu、Pb則輕微帶入,而Zn有輕微帶出。

順層脈旁蝕變巖石中Au、Ag的帶入量明顯低于節理脈旁圍巖,分別為650%和342%,但Cu、Pb的帶入量則高于節理脈旁圍巖,分別為273%和74%,在該樣品中Bi的帶入量高達258%。雖然不同樣品略有差別,但Au、Ag、Cu、Pb、Zn的帶入與帶出規律是基本一致的。

圖5 褪色千枚巖形成過程中稀土元素與成礦元素質量遷移

5 結 論

對八卦廟金礦化及其圍巖蝕變過程中元素遷移的研究表明,在金礦化蝕變過程中,不同元素發生了不同程度的帶入帶出,在稀土元素方面,順層脈旁蝕變過程中的稀土元素全部為帶出元素;節理脈脈旁蝕變作用過程中輕稀土元素除Sm外,均為帶入系列,而重稀土元素則都為帶出元素;成礦元素和親硫元素在順層脈和節理脈旁的蝕變巖中均表現為帶入,其中,順層脈旁蝕變巖的Au、Ag 帶入量明顯低于節理脈脈旁蝕變巖,但Cu、Pb的帶入量則相反,說明早期熱液蝕變階段主要偏向銅鉛鋅元素富集,晚期熱液蝕變階段主要形成金礦化。此外,Bi元素異常高的帶入量,可能暗示八卦廟金礦床成礦與深源物質的帶入以及深部巖漿活動有內在聯系。

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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

國家自然科學基金項目(40772053);廣西礦冶與環境科學實驗中心項目

翁海蛟(1991—),男,碩士研究生,礦產普查與勘探專業,403151170@qq.com。

韋龍明,博士,教授,weilm590613gl@sina.com。

翁海蛟,孔凡乾,韋龍明,等.八卦廟金礦化及其圍巖蝕變過程的元素遷移[J].桂林理工大學學報，2015,35(4):721-726.

P614

A