黑龙江省东宁金厂金矿区火山岩地质地球化学特征

陈永福， 赵玉锁， 肖 力， 阎家盼， 孔媛媛， 卿 敏， 刘 纲

(中国人民武装警察部队黄金地质研究所，河北廊坊 065000)

在中国东部火山岩地区，金矿床往往与中、新生代陆相火山岩在空间上和成因上关系密切(李兆鼐等，2004)，产出金瓜石金矿(Wang et al.，1999)、紫金山金矿(张德全等，1991;邱小平等，2010)、团结沟金矿(李之彤，1980)等特大型矿床。由于中国东部多块体拼接大陆存在着壳幔结构组成的三维极不均一性，造成中国东部火山岩组合的复杂性，以及不同地区相同组合的岩石地球化学也有差异(李兆鼐等，2003)。所以研究火山岩对理解区域岩浆演化进而对研究与火山－次火山岩有关的金矿床显得十分重要。

中国东北中生代陆相火山岩广泛分布(Meng，2003;Wu et al.，2005a;Wang et al.，2006;Zhang et al.，2010;宋立忠等，2010)，与火山岩有关的金矿床主要有东安金矿(郭继海等，2004)，高松山金矿①以及吉黑东部的小西南岔、闹枝、五凤和刺猬沟金矿床(芮宗瑶等，1995)等，这些金矿多以火山岩为赋矿围岩或金矿与火山岩空间关系密切(张洪武等，1998;贾大成等，2001)。而金厂金矿床是中国东北吉黑东部近年不断勘查发现的特大型金矿②。由于对矿区火山岩缺乏深入研究，制约着金厂金成矿理论的进一步突破。因此，研究火山岩的地质以及地球化学特征将对理解矿床的成因机制等具有重要的岩石学意义(陈喜峰等，2010)。

1 区域地质及矿床特征

1.1 区域地质

东宁金厂金矿位于黑龙江省兴凯地块之太平岭新元古代隆起带和老黑山晚古生代断陷的结合部位(图1)，为太平岭陆缘活化带的一部分(韩振新等，2004)。区内出露地层主要为上元古界黄松群浅变质岩系及晚三叠世罗圈站组中酸性火山岩系(黑龙江省地质矿产局，1993，1999;韩振新等，2004)前者与同期花岗岩一起构成太平岭隆起基底(韩振新等，2004);后者主要分布在矿区东部老黑山断陷区，呈南北向分布，已勘查发现多个火山中心(图1)，火山－次火山岩相伴产出(黑龙江省地质矿产局，1993)。区域断裂构造以北东向的绥阳深大断裂及其长期活动派生的不同方向和性质的次级断裂为主。

图1 金厂区域地质构造简图(据陈锦荣③，2000修改)Fig.1 Regional geology map of the Jinchang area (after Chen，2000)1－构造单元线;2－上元古界构造层;3－印支期构造层;4－燕山期构造层;5－花岗岩类;6－火山机构;7－研究区1－structural unit boundary;2－Upper Proterozoic structural layer; 3－Indonisian structural layer;4－Yanshannia structural layer;5－granitoid;6－volcanic edifice;7－study area

矿区内大面积分布印支－燕山期多期中酸性侵入岩③(贾国志等，2005;李真真等，2009);而火山岩在矿区东部有少量分布，在矿区则零星出露。矿区北西向、近东西向和北东向构造发育，呈米字形构造格架，控制角砾岩筒的产出④。

1.2 矿床特征

金厂矿区现已发现大小金矿体二十多个，主要矿化类型为角砾岩型、蚀变岩型和裂隙充填脉型矿化(李高生等，2003;肖力等，2010)。角砾岩型矿化受控于角砾岩筒型矿体，主要产在北西向和近东西向断裂交汇部位;而蚀变岩型和裂隙充填脉型矿化则由环状和放射状脉型矿体控制。空间上，两类矿化与矿区花岗斑岩和闪长玢岩关系密切。围岩则主要为早期花岗岩类和闪长岩类。

矿区规模较大的矿化体为角砾岩型矿体，生产中工业矿体为J－1和J－0(图2)。角砾岩型矿体在平面上呈筒状，垂直延伸较大，目前钻孔控制的J－1角砾岩筒延伸540m尚未尖灭。角砾岩筒中金矿化稳定，垂向上矿石品位变化不大。岩筒与围岩界线呈突变或渐变接触。岩筒中的角砾大小不一，呈次棱角状－浑圆状，角砾成分较为单一，主要为黄铁矿化、绢云母化及高岭土化的花岗岩及少量花岗闪长岩等，与围岩成分基本一致;角砾胶结物以黄铁矿、少量黄铜矿、方铅矿及闪锌矿等多金属硫化物和绿泥石、绢云母、高岭土、少量石英、长石等蚀变矿物以及一些岩石碎屑、岩粉为主，局部出现黄铁矿团块和黄铁矿细脉。矿石主要为角砾岩型矿石，并叠加后期石英－黄铁矿脉型矿石和石英－多金属硫化物脉型矿石，见有角砾状、浸染状、细脉浸染状和团块状构造。围岩蚀变以钾化和绢英岩化为主，少量绿泥石和泥化蚀变，并具蚀变分带。

蚀变岩型和裂隙充填脉型矿体则分别以Ⅱ号脉体群和Ⅲ、Ⅻ号脉体群为主。矿体延长较大且变化大，矿脉厚度仅几厘米到几十厘米。矿脉中矿化较为稳定，品位较角砾岩型矿化要高，由以石英－多金属硫化物脉矿石的金品位最高。矿石主要以石英－黄铁矿脉型和石英－多金属硫化物脉型为主，见致密块状、浸染状、星点状及细网脉状构造，偶见石英晶簇发育。矿脉围岩蚀变明显，具较强的钾化、黄铁矿化、硅化以及绿泥石化等类型的蚀变作用。蚀变具分带性，早期石英－黄铁矿脉两侧蚀变带围绕脉体呈对称分布，远离脉体方向，分别发育钾化带、绿泥石化带，各带之间呈渐变过渡;后期石英－多金属硫化物脉两侧发育强的钾化带，并叠加在早期的绿泥石化带之上，向外是弱的绿泥石化带③(李真真等，2009)。此外，矿脉中可见高级泥化和绢云母化。

2 火山岩地质特征

东宁金厂金矿位于绥阳－老黑山火山岩带中部偏西，为通沟岭火山中心的一部分，距火山中心约6 km。区域上，火山岩具多旋回特征。矿区火山岩以爆发相(碎屑流相和火山灰空落相)和喷溢相为主。此外，还可见产出在花岗岩类和闪长岩类接触边界的侧火山颈相③(金宝义等，2002)以及断裂交汇部位的爆破角砾岩筒(图2)。构造主要围绕通沟岭火山中心发育放射状、环状、菱形格子状断裂裂隙，在矿区表现为北西向和近东西向的裂隙系统(图2)。

图2 黑龙江金厂金矿区地质略图(据肖力④，2010修改)Fig.2 Geological map of the Jinchang gold deposit in Heilongjiang Province(after Xiao④，2010)1－第四系;2－罗圈站组火山岩;3－燕山晚期闪长玢岩;4－燕山晚期花岗斑岩;5－印支晚期燕山早期闪长岩类;6－印支晚期燕山早期花岗岩类;7－环形构造;8－断裂;9－推测断裂;10－环形矿体;11－放射状矿体;12－角砾岩矿体1－Quaternary;2－volcanic of Luoquanzhan Formation;3－diorite porphory of lateYanshannia;4－granite porphory of late Yanshannia;5－late Indonisia and early Yanshannia diorites;6－late Indonisia and early Yanshannia granites;7－circularity structure;8－fault;9－inferred fault;10－circular ore body;11－radiating ore body;12－breccia ore body

经野外观察和镜下鉴定，矿区及其外围火山岩主要为一套流纹质和英安质火山碎屑岩、凝灰岩和熔结凝灰岩，夹少量流纹岩、英安斑岩。

其中火山碎屑岩多偏离矿区方向。火山碎屑结构，块状构造，主要由角砾、晶屑和火山灰组成。角砾以流纹质岩石为主，半塑性，粒径3～5 mm，含量大于60%。晶屑主要为钾长石、斜长石以及少量石英和角闪石，多为棱角状，具溶蚀结构，粒径0.5～1mm，含量约20%。空间上，向矿区东南方向，角砾的粒径有增大趋势。

凝灰岩多见于火山通道相和矿区边部。凝灰结构，块状构造，有时可见斑状构造。主要由火山灰、岩屑、晶屑和少量角砾组成。火山灰含量大于50%，为岩石填隙物;角砾以流纹质凝灰质、流纹质凝灰岩块和闪长岩等组成，棱角－次棱角状;斜长石、绿泥石化发育;岩屑，成分同角砾，粒径小于2 mm，含量约35%;晶屑以斜长石和钾长石为主，见少量石英，粒径0.2～1 mm，含量约10%。

金厂矿区火山岩早期被划归罗圈站组，时代为晚三叠世(黑龙江省地质矿产局，1993;韩振新等，2004)，后被划归屯田营组，时代为中侏罗统③④(贾国志等，2005;)。但由于缺乏可靠的年龄数据，对金厂金矿区的火山岩成岩年代及地层层位尚没有统一意见。

近来研究表明，矿区金厂南山和J－14角砾岩筒北侧的火山岩为火山通道相③(贾国志等，2005)，在花岗岩类和闪长岩类结合边界呈侵入接触。而花岗岩和闪长岩的年龄集中在210～190 Ma(张华锋，2007;门兰静，2008;秦江艳，2008;李真真等，2009)，且在矿区东边的火山碎屑岩中见有闪长质角砾和闪长质岩屑，这说明矿区火山岩是花岗岩和闪长岩后岩浆活动的产物，置于燕山期更为合适，且认为与中国东北区域地质背景控制的130～110 Ma的火山岩年龄(Wang et al，2006;李超文等，2007)可能一致，比区域屯田营组的118～97 Ma的火山岩年龄(纪伟强，2007;Zhang et al，2010)相对要老。

另外，由于金厂矿区处于绥阳－老黑山火山岩亚带(黑龙江地质矿产局，1993)腹地，矿区火山岩岩性与绥阳－老黑山火山岩亚带不管是岩性还是岩相都较为一致。而屯田营组火山岩在黑龙江区域地质志归入绥芬河组火山岩(黑龙江地质矿产局，1993)，主要分布在绥芬河市，岩性以安山岩为主，明显不同于矿区火山岩的岩性特征。因此，本文认为矿区火山岩为罗圈站组火山岩，时代应当为燕山期。

3 火山岩岩石地球化学特征

3.1 主量元素

矿区火山岩主量元素分析结果及相关参数见表1。数据显示火山岩SiO2含量为66.32% ～76.56 %，属中酸性岩系;全碱(K2O+Na2O)含量为6.05%～8.30%;Al2O3(12.09% ～15.64%)含量较高，而MgO(0.07% ～1.03%)、P2O5(0.02% ～0.18%)和TiO2(0.14% ～0.58%)含量较低;Mg#为2.31～14.44，较低;其里特曼指数δ为0.52～2.48，为钙碱性岩系。在火山岩的硅碱图上(图3)，样品均落入英安岩和流纹岩区。区域(密山－老黑山区罗圈站组)火山岩(图3)数据为多个样品的平均值，除由2个样品平均的数据落在粗面岩、粗面英安岩区外，其余由20多个样品平均的数据都落在英安岩和流纹岩区，显示矿区火山岩地球化学性质的区域一致性。

与中国同类火山岩平均值相比，研究区火山岩以富Na2O为特征，且Na2O大于K2O，K2O/Na2O为0.37～0.89左右，最高为1.10。与大兴安岭阿尔山地区(吴驰华等，2010)相比，Na2O明显较富。在Si2O－K2O图上(图4)，数据主要落入钙碱性系列，并有少部分落入高钾钙碱性系列靠近钙碱性系列一侧。表明研究区火山岩为一套钙碱性－高钾钙碱性火山岩系，且钾质分异大。

3.2 微量元素

金厂金矿区火山岩微量元素丰度数据见表2，数据显示微量元素Co、Ni含量较低。原始地幔标准化的微量元素蛛网图(图5)则显示大离子亲石元素(LILE)相对富集，Pb强富集，而部分高场强元素(HSF)Sr、Nb、Ta、P、Sr和Ti相对亏损，且Nb/Ta值为9～11，与地壳平均值 11(McDough and Sun，1995)接近，具明显的壳源特征(Sun and McDough，1989)。

表1 金厂矿区及外围火山岩主量元素组成(%)Table 1 Major element composition of volcanic rocks from the Jinchang gold deposit and surrounding areas(%)

表2 金厂矿区火山岩微量元素丰度(×10－6)Table 2 Trace element abundance of volcanic rocks from the Jinchang gold deposit(×10－6)

图5 金厂金矿区火山岩微量元素蛛网图(据Sun and McDonough，1989)Fig.5 Primitive mantle normalized trace element spider diagram of volcanic rocks from the Jinchang gold deposit(after Sun and Mcdonough，1989)

3.3 稀土元素

金厂矿区火山岩REE丰度数据见表3。结果显示，火山岩∑ REE为143.7～184.8，较高;δ Eu为0.5～0.9。LREE/HREE为4.3～5.8，LaN/YbN为3.3～5.1，分异不显著。稀土元素球粒陨石标准分布型式(图6)为右缓倾型。

稀土元素(REE)特征表明，金厂金矿区火山岩轻稀土元素(LREE)相对富集，重稀土元素(HREE)相对亏损，并具有弱的Eu负异常。弱的Eu负异常可能受控于长石，矿区火山岩来源于长英质岩浆，二价的Eu可以被斜长石和钾长石所容纳。因此，在岩浆部分熔融或分离结晶时长石的存在必然引起熔浆的Eu负异常，矿区火山岩长石晶屑的存在表明岩浆演化过程中存在分离结晶作用。

4 火山岩成因及金成矿

4.1 火山岩成因

图6 金厂金矿区火山岩稀土元素配分曲线图(据Sun and McDonough，1989)Fig.6 Chondrite normalized REE of volcanic rocks from the Jingchang gold deposit(after Sun and McDonough，1989)

研究区火山岩是一套英安质、流纹质的酸性火山碎屑岩和凝灰岩组合。其地球化学研究表明，火山岩大离子亲石元素(LILE)正异常和轻稀土元素(LREE)强富集，而高场强元素(HSE)负异常和重稀土元素弱富集，显示地壳混染特征(Jahn et al.，1999)。微量元素的富集和亏损受不同因素的控制，Sr、Rb、Ba、K和Pb的富集可能显示陆壳和火山弧特征，而Sr的亏损则显示陆壳性质(Sun and Mc-Donough，1989)。极度富集Pb而亏损Nb、P和Ti，具有大陆地壳特征(McDonough and Sun，1995;牛耀龄，2010)，亏损Nb、Ta，富集Pb具有大陆下地壳的性质(高山等，2009)。因此，金厂矿区火山岩应起源于下地壳(可能为初生地壳的古老变质基底)熔融，并受到了上地壳的混染(李兆鼐等，2003)。此外，金厂火山岩微量元素Co和Ni的含量极低，并具有弱的Eu负异常，同时火山岩中钾长石斑晶的出现都说明火山岩岩浆曾经历过结晶分异作用。

表3 金厂矿区火山岩稀土元素丰度(×10－6)Table 3 REE abundance of volcanic rocks from the Jinchang gold deposit(×10－6)

金厂金矿区火山岩应当为燕山期火山喷发活动的产物。此时，受太平洋板块俯冲影响的中国东北及邻区发生了地壳的挤压向伸展背景的转换并发生下地壳和岩石圈地幔的拆沉，随后软流圈地幔上涌(Wang et al.，2006;Zhang et al.，2010;宋立忠，2010)。软流圈地幔玄武岩浆底侵入下地壳提供热能，熔融广泛，局部下地壳岩石形成酸性火山岩的喷发(陶奎元等，1999;肖龙等，2007)。

4.2 火山岩与金成矿

金厂金矿区矿化类型主要为角砾岩型矿化和裂隙充填脉型两种，按控矿构造分为隐爆角砾岩型、环状放射状断裂和岩浆穹窿构造三种类型(慕涛等，2000;贾国志等，2005)。发育角砾岩型、石英－黄铁矿脉型和石英－多金属硫化物脉型矿石，矿石构造主要为角砾状、浸染状和细脉浸染状。围岩蚀变具明显斑岩矿床的蚀变分带特征(李真真等，2009)，表明金厂金矿床具有斑岩控矿特征。而多角砾岩筒及其流体包裹体的高均一温度、高盐度等宏观证据进一步证明金厂金矿可能为斑岩型控矿系统(张华锋，2007;李真真等，2009)。金矿体在空间上与花岗斑岩和闪长玢岩关系密切，花岗斑岩的年龄为120～110 Ma，而闪长玢岩估计晚于110 Ma(张华锋，2007)。金成矿与中国东北区域地质背景控制的130～110 Ma的火山岩年龄(Wang et al，2006;李超文等，2007)可能一致，但相对滞后，表明火山岩可能是成矿前奏，成岩与成矿具有时差，赋(容)矿火山岩与其后的金成矿存在几到十几百万年的时差(李兆鼐等，2004)。而金厂矿区火山岩主要为容矿和容成矿岩体的岩石。

金成矿火山岩多为英安质和流纹质组合(李兆鼐等，2004)。这类火山岩多来源于初生地壳重熔，Au富集数比克拉克值高几倍到几十倍(张洪武等，1998)。金厂金矿所属的罗圈站组火山岩存在Au的预富集(慕涛等，2000;韩振新等，2004)，为金厂金成矿提供部分物质。这得到绥阳－老黑山火山岩区的水系沉积物异常的佐证，异常显示空间分布上Au异常与多个火山机构一致⑤。同时，占矿体绝大部分的火山岩角砾岩筒受北西向和近东西向断裂控制④，为远端的通沟岭火山机构裂隙系统的一部分，为金厂金成矿提供了重要的容矿空间。

空间上，金厂金矿产在老黑山断陷盆地边缘的通沟岭火山机构边部，围岩蚀变以硅化、绿泥石化和泥化为主，见少量绢云母化，矿体垂向上具浸染状和细脉浸染状的变化趋势。同时，在火山中心边部及火山岩与其基底接触面见多个Ag、Ag－Au和Ag－Pb矿化点以及砂金矿点。表明金厂金矿床可能只是通沟岭斑岩系统的边部分枝，寻找火山通道根部的斑岩矿体潜力较大。此外，断陷盆地边缘，长英质热液系统主要产于火山塌陷构造、火山机构周边断裂，其中热液矿床分布在火山机构边缘断裂中(Bryan，2007)。因此，区域上寻找火山机构控制的斑岩相关成矿系统具有重要意义。

5 结论

金厂金矿区火山岩为一套英安质、流纹质火山碎屑岩和凝灰岩岩系。空间上分布在绥阳－老黑山火山断陷盆地边缘，围绕通沟岭火山中心的北西部分布，靠近火山中心方向，碎屑岩中角砾和岩屑粒径增大，且围绕火山中心发育北西向和近东西向的裂隙系统。岩相上表现为火山碎屑流相和侧火山颈相。

火山岩的岩石地球化学特征显示火山岩富Na2O，K2O分异明显;相对富集轻稀土元素，重稀土元素内部弱分异;强烈富集Pb，相对亏损Nb、P和Ti，具陆缘火山岩性质，为挤压增厚地壳和岩石圈地幔拆沉、软流圈地幔上涌加热下地壳重熔的产物，并在喷出过程中受到了上地壳的混染。

岩性岩相表明金厂矿区及其外围火山岩应当为罗圈站组火山岩，成岩时代可能与中国东北区域火山岩的130～110Ma一致。金厂金矿床与矿区及外围火山岩关系密切，火山岩提供了部分成矿物质，通沟岭火山口裂隙系统提供了重要的容矿空间。金矿受火山构造控制，可能为斑岩矿床边部或顶部的小分枝，在通沟岭火山中心寻找火山根部的斑岩型矿床及其分枝具有一定的潜力。此外，在绥阳－老黑山火山盆地边缘见多个火山中心与Au异常空间分布一致，区域上寻找斑岩系统型金矿潜力巨大。

致谢 在野外工作中得到武警黄金一支队张景海、王景瑞、孔繁朋、王松洋等的帮助，在此表示感谢。同时感谢编辑和评审提出的宝贵修改意见!

［注释］

① 陈桂虎，冯志国.2005.黑龙江省逊克县高松山矿区岩金普查报告［R］.中国人民武装警察部队黄金第一支队

② 张景海，冯志国.2006.黑龙江省东宁金厂矿区及外围岩金矿普查总结［R］.中国人民武装警察部队黄金第一支队

③ 陈锦荣，金宝义，王科强.2000.黑龙江东宁县金厂矿区及外围金矿成矿规律与深部预测［R］.廊坊:武警黄金地质研究所

④ 肖力，赵玉锁.2009.黑龙江省东宁县金厂矿区及外围金矿构造控矿规律与找矿预测研究［R］.廊坊:武警黄金地质研究所

⑤ 黑龙江省第六地质勘查院.2007.黑龙江省东宁县金厂地区1: 20万水系沉积物测量报告［R］

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