山東焦家金礦田鍶、鉛同位素特征及其地質(zhì)意義

祝培剛， 張文佳， 王英鵬， 張春池， 王金輝， 張文

(1.山東省地質(zhì)調(diào)查院， 濟(jì)南 250014； 2.山東省地質(zhì)科學(xué)研究院， 濟(jì)南 250013)

同位素研究是查明礦床成礦物質(zhì)、成礦流體來源和成礦物理化學(xué)條件的重要方法。硫、鉛、鍶、碳的同位素常用于追溯成礦物質(zhì)來源；氫、氧同位素用于示蹤成礦流體來源[1-2]。膠西北金礦集區(qū)是山東乃至中國最大金礦集區(qū)，焦家金礦田是礦集區(qū)內(nèi)主要金礦田之一，已查明資源量1 410 t，主要有新城、紗嶺、寺莊、焦家、望兒山、前陳等大型金礦床[3]。

前人在焦家金礦田內(nèi)對金礦床的物質(zhì)來源及礦床成因開展了大量的研究工作。陸麗娜等[3]在新城金礦開展的流體包裹體及氫氧硫同位素研究表明：新城金礦的主成礦溫度為240～315 ℃，成礦流體以巖漿水與大氣水為主，硫同位素來源為以圍巖硫或殼源硫與幔源硫相互作用的結(jié)果。而Wang等[4]研究則表明，新城金礦的成礦流體主要來源于巖漿水。郭林楠等[5]對望兒山金礦床氫氧同位素的研究認(rèn)為，成礦流體以膠東群變質(zhì)水和大氣降水為主。祝培剛等[6]通過對紗嶺地區(qū)金礦氫氧硫同位素的研究認(rèn)為，成礦流體主要為地幔流體及巖漿水，金礦的成礦物質(zhì)是多來源的。李杰等[7]通過對焦家深部金礦床的研究表明：成礦流體與殼幔相互作用有關(guān)。綜上所述，針對焦家金礦田開展的同位素研究工作研究的元素主要以氫氧硫等為主，研究的礦床主要集中于新城、焦家、望兒山等金礦。碳同位素是變價(jià)元素，在同一成礦體系中，常呈多種化合物形式存在，唯有全硫或全碳的同位素組成才具有源區(qū)物質(zhì)的同位素標(biāo)記特征[1]。而用氫氧同位素區(qū)分流體來源時(shí)，由于變質(zhì)水分布范圍較廣，與巖漿水重疊范圍較大[8]，因而對兩者的區(qū)分較難，造成了區(qū)內(nèi)成礦流體來源的爭議。而利用鍶、鉛等同位素確定成礦流體來源，可取得較好的效果[9-10]。另外區(qū)內(nèi)金礦被認(rèn)為是與中生代花崗巖相關(guān)，具體哪一期花崗巖是金礦的成礦地質(zhì)體尚存在爭議。因此，現(xiàn)采取焦家金礦田深部招賢地區(qū)樣品，分析其同位素特征，研究成礦物質(zhì)來源，探討金礦成礦地質(zhì)體。

1 地質(zhì)概況

膠西北金礦集區(qū)位于華北板塊東部的膠北隆起內(nèi)，其東南與膠萊盆地相鄰。區(qū)內(nèi)金礦受控于三山島(F1)、焦家(F2)、招遠(yuǎn)—平度(F3)3條北北東、北東向斷裂及其次級斷裂。礦集區(qū)西部及招遠(yuǎn)-平度斷裂以東廣泛分布中元古代至新太古代的變質(zhì)表殼巖和變質(zhì)深成侵入巖。中部及北部分布大面積的中生代花崗巖類(圖1)。

焦家金礦田受控于焦家主干斷裂及其分支斷裂、次級斷裂；焦家斷裂以東中生代花崗巖廣泛分布，主要有晚侏羅世玲瓏型花崗巖和早白堊世郭家?guī)X型花崗巖；焦家斷裂以西則分布新太古代變質(zhì)巖及晚侏羅世玲瓏型花崗巖；如圖1所示。

焦家斷裂帶主斷裂已控制長約6.5 km，寬140～500 m，總體走向北北東，傾向西—北西西。主斷裂主裂面一般可見厚度1～30 cm灰黑色斷層泥。

焦家金礦田內(nèi)的金礦類型以破碎帶蝕變巖型為主，次級構(gòu)造內(nèi)有少量石英脈型金礦產(chǎn)出。破碎帶蝕變巖型金礦賦存于主要控礦斷裂或其次級斷裂下盤的蝕變花崗巖中，蝕變帶厚度自100 m至幾百米不等，礦體多呈似層狀、板狀、脈狀、透鏡狀，規(guī)模大，長可達(dá)幾千米，延深局部可達(dá)3 000 m，礦體厚度幾米至幾十米，局部可達(dá)近百米。

圖1 膠西北金礦集區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡圖[6]Fig.1 The simplified regional geological map of gold ore-concentrating area in the Northwestern Jiaodong[6]

圖2 焦家金礦田基巖地質(zhì)圖[6]Fig.2 The bed rock geological map of the Jiaojia gold field[6]

圍巖熱液蝕變類型主要有鉀長石化、絹英巖化、黃鐵絹英巖化、硅化和碳酸鹽化等。黃鐵礦是主要的載金礦物。

2 樣品及分析方法

本次采取的樣品為焦家金礦田深部編號184ZK09、352ZK03鉆孔揭露的礦石及圍巖，礦石的巖性為黃鐵絹英巖化碎裂巖、黃鐵絹英巖化花崗巖，圍巖的巖性黑云母二長花崗巖(表1和圖3)。礦石粉碎后挑選黃鐵礦進(jìn)行分析測試。

測試工作在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心完成。Pb 同位素分析過程如下：首先將樣品放入各類溶液中進(jìn)行鉛的分離工作，分離純化好的鉛樣品開展Pb同位素分析，采用的儀器為熱表面電離質(zhì)譜儀，儀器型號為ISOPROBE-T。

1 μg 鉛的208Pb/206Pb 測量精度≤0.005%，NBS981標(biāo)準(zhǔn)值(2σ)：兩種同位素的比值204Pb/206Pb= 0.059 042 ±0.000 37，207Pb/206Pb=0.914 64±0.000 33，208Pb/206Pb=2.168 1±0.000 8。

表1 招賢地區(qū)同位素樣品一覽表Table 1 List of isotopic samples in Zhaoxian area

圖3 巖礦石樣品照片F(xiàn)ig.3 The photos of rock and ore samples

Rb-Sr同位素分析過程為：準(zhǔn)確稱取粉末樣品于低壓密閉溶樣罐中，準(zhǔn)確加入稀釋劑，用混合酸溶解后蒸干，加入6 mol/L的鹽酸轉(zhuǎn)為氯化物蒸干；用鹽酸溶液溶解，離心分離，再分別用不同濃度的鹽酸淋洗后蒸干以備質(zhì)譜用；同位素分析采用ISOPROBE-T熱電離質(zhì)譜計(jì)，可調(diào)多法拉第接收器接收。Rb-Sr同位素質(zhì)量分餾用86Sr/88Sr=0.119 4校正，標(biāo)準(zhǔn)測量結(jié)果：NBS987為0.710 250±7[11]。

3 分析結(jié)果

Sr同位素分析結(jié)果如表2所示。

焦家金礦田招賢、新城、焦家礦區(qū)金礦石黃鐵礦中銣、鍶含量均較低，銣含量為0.2～2.889 μg/g，鍶含量為1.8～25.343 μg/g，87Rb/86Sr=0.159 3～2.61，87Sr/86Sr=0.711 653～0.732 45。而黑云母二長花崗巖中銣含量48.8～95.1 μg/g，鍶含量為824～1 947 μg/g，87Rb/86Sr=0.072 5～0.334 1，87Sr/86Sr=0.711 011～0.711 351。ISr-120為按焦家金礦田平均成礦年齡120 Ma返算的(87Sr/86Sr)i的值，金礦石黃鐵礦(87Sr/86Sr)i的范圍0.710 752～0.711 986。

Pb同位素分析結(jié)果如表3所示。本次分析了礦石黃鐵礦樣品4件，收集了新城、焦家、寺莊礦區(qū)的礦石黃鐵礦樣品資料。焦家金礦田金礦石黃鐵礦208Pb/204Pb=37.683～38.103，207Pb/204Pb=15.43～15.547，206Pb/204Pb=17.04～17.44。

表2 焦家金礦田黃鐵礦銣鍶同位素組成及參數(shù)Table 2 Rb Sr isotopic composition and parameters of pyrite in Jiaojia gold field

表3 焦家金礦田黃鐵礦鉛同位素組成及參數(shù)Table 3 Lead isotopic composition and parameters of pyrite in Jiaojia gold field

4 討論

4.1 鍶同位素來源

焦家金礦田礦石黃鐵礦ISr-120的范圍為0.710 752～0.711 986。明顯高于上地幔和基性脈巖，低于華北克拉通上地殼，在華北克拉通上地殼、郭家?guī)X型花崗巖、玲瓏型花崗巖的ISr-120的范圍內(nèi)，而與郭家?guī)X型花崗巖的范圍較為接近(圖4)。與巖漿水有關(guān)的礦床，礦石的鍶、釹、鉛同位素組成與成礦巖漿巖體近于一致[1]。焦家金礦田含金黃鐵礦的鍶同位素組成在郭家?guī)X型花崗巖較窄的范圍內(nèi)，兩者較為接近，據(jù)此可判定郭家?guī)X型花崗巖與區(qū)內(nèi)金礦成礦關(guān)系密切，鍶同位可能來源于郭家?guī)X型花崗巖巖漿水。

圖4 焦家金礦田金礦石黃鐵礦與 中生代侵入巖(87Sr/86Sr)i的比值[16]Fig.4 The (87Sr/86Sr)i ratio of gold ore pyrite and Mesozoic intrusive rocks in Jiaojia gold field[16]

4.2 鉛同位素來源

Zartman的鉛同位素207Pb/204Pb-206Pb/204Pb增長曲線圖由上地殼、造山帶、地幔、下地殼4條鉛同位素演化線構(gòu)成，在使用鉛構(gòu)造模式示蹤時(shí)，投影點(diǎn)落在造山帶增長線上方的礦石鉛必然包含上地殼成分；而投影點(diǎn)位于造山帶增長線下方的礦石鉛則必定源于地幔或下地殼；投影點(diǎn)位于造山帶增長線附近，表明各儲庫混合源[1，17]。由焦家金礦田的礦石黃鐵礦鉛同位素207Pb/204Pb-206Pb/204Pb增長曲線圖[圖5(a)]可知，除新城金礦少量黃鐵礦鉛同位素樣品投影點(diǎn)在造山帶增長曲線上方外，其余均在造山帶增長曲線下方，表明礦石鉛源于地幔或下地殼，可能有地殼鉛混入。鉛同位素208Pb/204Pb-206Pb/204Pb增長曲線圖[圖5(b)]上，各礦區(qū)礦石黃鐵礦鉛同位素投影點(diǎn)均在下地殼增長曲線和地幔增長曲線之間。而在構(gòu)造環(huán)境判別圖解上(圖6)，各礦區(qū)礦石黃鐵礦鉛同位素均投影在下地殼范圍內(nèi)。而在Δγ-Δβ成因分類圖解(圖7)上，各礦區(qū)均投影在地幔源鉛范圍內(nèi)。因此，焦家金礦田金礦體鉛主要為地幔和下地殼的混合源。

圖5 焦家金礦田金礦石黃鐵礦鉛同位素增長曲線圖Fig.5 Lead isotope growth curve of pyrite in Jiaojia gold field

4.3 金礦成礦地質(zhì)體探討

成礦地質(zhì)體是指與礦床在形成時(shí)間上同時(shí)或相近，在空間分布上相依，在成因上有密切聯(lián)系的地質(zhì)體。由于成礦地質(zhì)體是成礦地質(zhì)作用的實(shí)物載體，能夠?qū)ΦV床進(jìn)行空間定位，因此確定成礦地質(zhì)體對找礦具有重要的指導(dǎo)作用[18-20]。

區(qū)內(nèi)金礦成礦時(shí)間約120 Ma[21]，而郭家?guī)X型花崗巖形成于123～131 Ma[22-25]，成巖與成礦最大時(shí)間差在3～11 Ma內(nèi)，為巖漿期后熱液型金礦。郭家?guī)X型花崗巖與金礦成礦在時(shí)間上相近。

膠西北地區(qū)出露的三山島巖體、上莊巖體、北截巖體、叢家?guī)r體等郭家?guī)X型花崗巖體與三山島、焦家、玲瓏等金礦田分布方向一致，大致沿80°方向分布。但近年來的勘查資料顯示，郭家?guī)X型花崗巖在主要金礦田內(nèi)分布廣泛，不僅在三山島金礦田分布三山島巖體，在焦家金礦體分布上莊巖體，而且在焦家金礦田深部及夏甸—大尹格莊金礦田施工的鉆孔中均揭露隱伏的郭家?guī)X型花崗巖。郭家?guī)X型花崗巖與金礦床在空間上相依。

A、B、C、D分別為各區(qū)域中樣品相對集中區(qū)圖6 焦家金礦田金礦石黃鐵礦鉛同位素構(gòu)造 環(huán)境判別圖解Fig.6 Diagram for discrimination of lead isotope tectonic environment of gold ore pyrite in Jiaojia gold field

1為地幔源鉛；2為上地殼源鉛；3為上地殼與地幔混合的俯沖帶鉛(a-巖漿作用；3b-沉積作用)；4為化學(xué)沉積型鉛；5為海底熱水作用鉛；6為中深變質(zhì)作用鉛；7為深變質(zhì)下地殼鉛；8為造山 帶鉛；9為古老頁巖上地殼鉛；10為退變質(zhì)鉛圖7 焦家金礦田金礦石黃鐵礦鉛同位素 Δγ-Δβ成因分類圖解Fig.7 Lead isotope of pyrite in gold ore of Jiaojia gold field Δγ-Δβ Genetic classification diagram

郭家?guī)X型花崗巖為殼幔混合源[22-25]，焦家金礦田金礦鉛為地幔和下地殼的混合源，焦家金礦田含金黃鐵礦的鍶同位素組成與郭家?guī)X型花崗巖較為接近，因此焦家金礦田成礦流體應(yīng)主要為郭家?guī)X型花崗巖巖漿水。

綜上所述，郭家?guī)X型花崗巖與焦家金礦田金礦形成時(shí)間相近，分布空間相依，成因上有密切聯(lián)系，是金礦的成礦地質(zhì)體。成礦地質(zhì)體的確定，可對礦床進(jìn)行空間定位，對膠西北地區(qū)的深部找礦具有重要的指導(dǎo)意義。

5 結(jié)論

(1)焦家金礦田金礦石黃鐵礦87Sr/86Sr=0.711 653～0.732 45，按焦家金礦田平均成礦年齡120 Ma返算的(87Sr/86Sr)i的值，其范圍0.710 752～0.711 986，與郭家?guī)X花崗巖較為接近。

(2)焦家金礦田金礦石黃鐵礦208Pb/204Pb=37.683～38.103，207Pb/204Pb=15.43～15.547，206Pb/204Pb=17.04～17.44。焦家金礦田金礦體鉛為地幔和下地殼的混合源。

(3)郭家?guī)X型花崗巖與焦家金礦田金礦形成時(shí)間相近，分布空間相依，與金礦體同位素組成接近，成因上有密切聯(lián)系，是金礦的成礦地質(zhì)體。