中酸性隐爆角砾岩型金属矿床稀土元素地球化学特征

梁俊红,巩恩普,姚玉增,崔显德

(东北大学资源与土木工程学院,沈阳110004)

0 引言

隐爆角砾岩是指在地壳内部一定深度特定封闭条件下,由深部岩浆或水热流体的爆发作用而形成的角砾(碎屑)岩[1]。隐爆角砾岩型矿床是与隐爆作用有关的矿床,矿体在剖面上呈筒柱状、漏斗状、脉状、不规则枝杈状等形态。隐爆角砾岩型矿床具有爆炸性能量释放过程所造成的隐爆火山碎屑和岩石分带组合,并呈现强烈的岩石变形特征。

1983年,国外曾举办了“角砾岩和成矿作用:地质产状和成因 (Brecciation and Mineralization:Geologic Occurrence and Genesis)”讨论会,作为讨论会的成果,美国《Economic Geology》杂志出版了专集 (A Special Devoted to Ore-Hosted Breccias,1985,Vol.180,No.6),该专集13篇论文涉及次火山环境下隐爆角砾岩的形成、角砾岩筒形成过程中流化作用的实验研究以及与隐爆角砾岩有关的金-铜-钼矿床、电英岩(化)的研究实例。20世纪90年代,国内在金、银、铀、铜等隐爆角砾岩型矿床的隐爆机制、流体演化、隐爆角砾与侵入体的关系以及成矿系列模式等方面有了极大的发展,特别是在金矿床方面的研究尤为深入[2-7]。隐爆角砾岩型矿床种类丰富多样,如金、银、铀、铜、铅锌、铁、钨、钼等,是一种经济价值较高的矿床类型。与金、银、铜等矿种有关的含矿隐爆角砾岩可形成于不同的深度,矿体通常定位于次火山侵入体内的断裂交汇部位,且这种类型矿床一般规模较大。美国的Cripple Creek矿床、Golden sunlight矿床和Round Mountain矿床,澳大利亚的Olympic Dam矿床和Kidston矿床等都是规模超过50 t的超大型金矿。东南亚许多国家也有一些与新生代火山、次火山作用有关的隐爆角砾岩型大型金矿。中国许多大型金矿床属于隐爆角砾岩型或含有部分隐爆角砾岩型矿体,如祁雨沟、团结沟、归来庄、阿希、双王等金矿均达到或接近特大型规模,并有可能扩大为超大型金矿床。此外,在斑岩型铜-金矿床中,角砾岩型矿体在整个矿床中占有重要地位,相当数量的矿石产于角砾岩中。同时,许多斑岩型矿床都含有一些具有经济意义的伴生金元素,或形成以金为主的贫铜型金矿床[8-12]。

在隐爆角角砾岩型矿床的研究中,按胶结物及角砾(碎屑)的成分将隐爆角砾岩分为超铁镁质(以金伯利岩为代表)、铁镁质(基性)和长英质(中酸性)3种类型。不同类型隐爆角砾岩的组成特征、碎屑 大小、矿物组成表现出一致的宏观地质特性;不同类型的隐爆角砾岩或矿体的岩石地球化学、成矿流体地球化学呈现出极大的差异性;中酸性隐爆角砾岩与金、银、铜、铅、锌等元素成矿作用极为密切。

1 典型矿床稀土元素地球化学特征

作为研究对象,本文选取了与中酸性隐爆角砾岩有关的4个典型矿床(内蒙古赤峰陈家杖子金矿床、河北丰宁银-金多金属矿床、赣南6722铀矿床和与湖南宝山钨、钼、铜、铅锌多金属矿床)进行了稀土元素地球化学特征研究。

1.1 内蒙古赤峰陈家杖子金矿床

位于华北板块北缘的陈家杖子金矿床为与早燕山期隐爆角砾岩有关的浅成中-低温热液型金矿床[13-14]。矿区花岗斑岩、英安斑岩、闪长玢岩等岩脉或小岩株侵入于隐爆角砾岩体内;矿区外围分布有燕山期中细粒黑云母二长花岗岩、花岗岩。矿体呈脉状产于隐爆角砾岩中,角砾岩筒主要由含角砾岩屑晶屑凝灰岩组成。矿区主要含矿岩石及花岗岩围岩均表现为轻稀土元素富集,稀土元素配分曲线为右倾型,LREE/HREE=7.28～17.66,除个别样品(Cjz-16)外,岩石一般具有Eu的负异常,δ(Eu)=0.20～0.93,一般＞0.5,指示岩浆在形成过程中经历了斜长石的结晶分异作用(表1)。矿区外围的长城系浅灰绿色混合花岗岩出现强烈的 Eu的负异常(δ(Eu)=0.25),δ(Eu)值小于矿区花岗岩和容矿岩石。Cjz-16样品出现Eu的正异常,可能与其含有的大量外来花岗岩角砾中的稀土元素干扰有关。

1.2 河北丰宁银-金多金属矿床

河北丰宁银-金多金属矿床位于华北地台北缘中段,银-金多金属矿体产于近SN走向的牛圈—老虎坝断裂北段的隐爆角砾岩体中。矿床的隐爆角砾岩划分为震裂花岗岩、震碎花岗岩、熔浆角砾岩和气爆角砾岩4种岩相,呈带状从外向中心分布。矿床的多期隐爆的叠加使得分带更为复杂[15]。

对丰宁隐爆角砾岩型银-金多金属矿床与隐爆作用有关的隐爆角砾岩(矿石)、蚀变粗粒花岗岩和未蚀变围岩细粒花岗岩3个样品进行分析(表1)。稀土元素化学分析结果显示:①稀土元素配分曲线相似平行;②轻稀土富集,隐爆角砾岩中更富集轻稀土元素,与标准的球粒陨石相比较蚀变粗粒花岗岩和未蚀变细粒花岗岩呈现重稀土 Tb和 Tm的强亏损;③δ(Eu)=0.91～1.09,呈现相似的 Eu极弱或接近球粒陨石含量的特点。

1.3 赣南6722铀矿床

6772铀矿床为长英质隐爆角砾岩型铀矿床,位于武夷山隆起带西侧的会昌白垩纪断陷盆地东缘,产出在受早白垩世安粗岩系草桃背火山机构控制的隐爆角砾岩内,其基底为海西期黑云母花岗岩[16-17]。在距地面一定深度特定封闭条件下由中酸性岩浆以及所含气热流体的隐爆作用形成的环带状长英质隐爆角砾岩组合,由中心向外依次为安粗岩-隐爆角砾岩-震裂花岗岩-花岗岩,具有与丰宁银-金多金属矿床相似的岩石分带组合。6772铀矿床的岩石稀土元素组成表明,黑云母花岗岩、二云花岗岩、蚀变花岗岩及含矿隐爆角砾岩具有十分相似的稀土元素地球化学特征(表1):①分布型式相互平行,呈右倾轻稀土富集型,w(REE)=88.4×10-6～234.15×10-6,二云花岗岩的稀土元素总量明显少于其他4类岩石;②轻稀土富集,LREE/HREE=15.75～32.76;③具明显的 Eu负异常,δ(Eu)=0.15～0.23;④从表1可见,主要稀土参数(LREE/HREE,δ(Eu),La/Sm)较为一致。稀土元素地球化学特征指示黑云母花岗岩、蚀变花岗岩与含矿隐爆角砾岩之间具有密切的成因关系,二云花岗岩与橄榄玄粗岩具有差异性的物质来源,且在一定程度上也反映了二云花岗岩与黑云母花岗岩具有花岗岩岩浆源的趋同性。

1.4 湖南宝山钨-钼-铜-铅-锌多金属矿床

矿床位于湖南省桂阳县宝山南西约1.5 km处,面积约0.13 km2,矿区分布许多中侏罗世形成的花岗闪长斑岩小岩体和花岗闪长质隐爆角砾岩体,岩体呈椭圆形近EW向展布,长约775 m,宽约425 m,花岗闪长质隐爆角砾岩中常见有次圆-次棱角状的花岗闪长斑岩岩屑或包体,围岩蚀变不明显。花岗闪长斑岩体围岩的夕卡岩化、大理岩化较强,伴有强烈的 W,Mo,Cu,Pb,Zn等多金属矿化[18]。

伍光英等(2005)对区内与 W,Mo,Cu,Pb,Zn等多金属矿化有关的中酸性隐爆角砾岩进行了详细的地球化学研究。花岗闪长斑岩与花岗质隐爆角砾岩相比稀土元素总量减少,且LREE/HREE值和δ(Eu)值更小,指示轻稀土弱富集、Eu更为亏损的地球化学特征(表1)。宝山地区花岗闪长质隐爆角砾岩的基质、花岗闪长斑岩、花岗闪长质隐爆角砾岩的角砾和花岗斑岩的稀土元素具反演化序列特征,与湘南矿集区燕山期主要成矿花岗岩类岩体稀土元 素反演化序列特征相一致,可能为同期构造岩浆作用的产物,这为在宝山地区花岗闪长质隐爆角砾岩中寻找与花岗闪长斑岩有关的W,Mo,Cu,Pb,Zn矿床具有指示意义。

2 矿床稀土元素配分模式特征及其涵义

稀土元素作为具有相同或相近的电价、离子半径以及相似地球化学行为的元素组,其在岩浆作用体系中矿物或矿物-熔体之间的分配行为主要受晶体场控制。因此,长期以来被广泛应用于与岩浆作用有关的成岩成矿地球化学过程的示踪。中酸性隐爆角砾岩型金、银-金、铀矿床、钨-钼-铜-铅-锌多金属矿床的稀土元素具有极强相似性和弱差异性的地球化学特征。

表1 典型矿床的岩(矿)石稀土元素组成特征Table 1 Rare earth element characteristics of typical metal deposits

(1)稀土元素的配分模式曲线均呈向右的缓倾型,这一相似的地质特征指示隐爆角砾岩型矿床与中酸性围岩花岗岩(或花岗质岩石)演化具有密切的成生联系(图1)。

(2)矿床稀土元素总量w(REE)=69.7×10-6～245.27×10-6,但在某一矿床中作为个别矿石的隐爆角砾岩(或矿化有关的角砾岩)的稀土元素总量小于围岩花岗岩(或花岗质岩石)。例如丰宁银-金矿床的蚀变粗粒花岗岩和隐爆角砾岩的w(REE)分别为92.76×10-6和79.16×10-6,而未蚀变围岩细粒花岗岩为156.14×10-6;赤峰陈家杖子金矿床含角砾岩屑凝灰岩和蚀变含角砾岩屑凝灰岩w(REE)=143.1×10-6和 73.1×10-6,低于其他样品。赵省民等(2002)对内蒙古东七一山萤石矿床的围岩和矿石的稀土元素地球化学研究表明,围岩的w(REE)＞290×10-6,矿石的w(REE)<30 ×10-6[19]。广东长坑—富湾金银矿床矿石的稀土元素总量可分为2个差别较大的区间:一个区间为w(REE)=30.34×10-6～90.62×10-6,矿石为受到强烈硅化的构造角砾岩,普遍没有原岩的残余成分,显示了稀土总量值较低;另一个区间为w(REE)=141.63×10-6～183.02×10-6,矿石主要为硅化砂岩、硅化构造角砾灰岩,其中仍含有一定量的原岩残余成分,表现出稀土总量的相对较高[20]。华南花岗岩类岩石中的稀土元素含量通常是时间的函数,即随岩浆演化,稀土元素总量增加;LREE/HREE比值减小;Eu异常越来越明显(即δ(Eu)值越来越小)[21]。

(3)隐爆角砾岩型金、银-金、铀、钨-钼-铜-铅-锌矿床轻、重稀土元素的比值呈现大跨度性,LREE/HREE=3.31～14.5,仅丰宁银-金矿床的细粒花岗岩(B)为26.8。隐爆角砾岩型的金、银-金矿床具有相似的轻、重稀土元素比值区间(7.3～14.5),与隐爆作用有关的铀、钨-钼-铜-铅-锌矿具有一致的较低比值区间(3.31～9.52)。

图1 典型隐爆角砾岩型矿床稀土元素配分模式图Fig.1 REE pattern of typical cryptoexplosive breccia metal deposits

(4)隐爆角砾岩型矿床呈现较宽的 Eu异常变化特点。与大多数沉积岩和海水相似,陆壳岩石常具有负的Eu异常。由于地壳内部分熔融作用使得花岗岩和花岗质的陆壳岩石形成 Eu的负异常,这些熔融作用与残余体是较富斜长质的,因此地壳下 部要稍富集一些 Eu,而在上部的壳体相对亏损一些[22]。隐爆角砾岩型矿床矿石、蚀变围岩均呈现负Eu异常的地质特征,一类为与铀成矿作用有关的高度集中强 Eu负异常(δ(Eu)=0.15～0.23);另一类为与金、银、钨、铜等成矿作用的弱或无铕异常(δ(Eu)=0.69～1.21)。

3 结论

对金、银-金、铀、钨-钼-铜-铅-锌隐爆角砾岩型矿床稀土元素地球化学的研究表明,火山、次火山的隐爆作用可形成不同的金属矿床,这些矿床在稀土元素地球化学特征上呈现了极大相似性和一定的差异性。

(1)中酸性隐爆角砾岩型矿床稀土元素总量具有很大的差异性,w(REE)=69.7×10-6～245.27×10-6,但是某一具体矿床的矿石、蚀变围岩稀土元素总量的变化较小,这一特点反映与成矿有关的隐爆岩系与矿区范围内花岗质围岩之间的成因联系。

(2)隐爆角砾岩型矿床矿石、蚀变围岩的稀土元素配分模式均呈现左高右低的缓倾斜状,与典型花岗岩演化的稀土元素地球化学特征相一致,具有轻稀土元素富集的趋势。

(3)金、银-金隐爆角砾岩型矿床具有较高的轻、重稀土元素比值,LREE/HREE=7.3～14.5,其他隐爆角砾岩型金属矿床(化)的这个比值较为集中,LREE/HREE=3.31～9.52。就δ(Eu)值而言,隐爆角砾岩型矿床呈现强Eu负异常、弱或无 Eu异常2种类型。

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