山西辛庄金矿床地质地球化学特征及成因分析

赵晓霞，刘忠法，张普斌，刘清泉，张宇，张建国,

(1.中南大学 地球科学与信息物理学院 有色金属成矿预测教育部重点实验室，湖南 长沙，410083；2.有色金属矿产地质调查中心，北京，100012)

辛庄金矿床位于晋东北恒山山脉中段南侧五台山金矿化集中区内，其与义兴寨金矿床分别位于孙家庄杂岩体的南东部和北部，同受区域性北西向断裂控制。前人对义兴寨金矿床在内的矿田成岩年龄、控矿构造、控矿因素、成矿条件[1-7]、矿物标型[8-9]以及同位素、成矿流体和金的产出状态等方面[10-13]进行了研究，认为本区成矿与燕山期岩体有密切的成因联系，矿体主要受断裂控制作用明显，成矿流体以岩浆水为主，后期有大气降水或地层水加入。由于人们对辛庄矿区地质勘查工作起步较晚，到目前为止，对辛庄金矿床研究较少。直到20世纪80年代初，山西省地质局211地质队才在本区进行了金矿普查地质工作，因此，辛庄金矿的研究程度还较低，前期的地质资料、科研成果较匮乏。为了提高本区研究程度，本文作者对本区进行了野外调研，从成矿物质来源、矿化产出形式、矿物共生组合和矿石组构、围岩蚀变以及成矿方式等方面探讨辛庄金矿的矿床成因，以便为下一步寻找该矿深部矿体提供理论资料。

1 成矿地质背景

矿区地处恒山东段山西陆台与燕山沉降带两大构造单元相互嵌接的构造岩浆活动带上。地层由老至新、由北西向南东依次出露有五台群木格组、朱家坊组、台子底组变质岩系，盖层为局部残留的上元古界蓟县系雾迷山组、寒武系毛庄—馒头组以及第三系繁峙组、第四系松散堆积物。

区域构造由2条北西向大断裂(义兴寨断裂、龙山断裂)构成本区断裂的基本格架，它们控制着与其伴生的北北东、北北西两组断裂的分布，也控制了中生代岩体的产出和义兴寨—辛庄金矿带的展布。

区域岩浆活动从五台期—燕山期—喜山期均有发生，岩性从基性—酸性—碱性均可见；岩浆岩产出多以浅成-超浅成为主，其中燕山期岩浆活动与本区成矿关系密切，见图1。

2 矿床地质特征

2.1 矿体产出的地质条件

该矿床主要由规模较大的1号、4号含金石英脉矿体和6～11号规模较小的含金石英脉矿体组成，以上石英脉状矿体均受北西及北北西向2组断裂构造控制。

图1 辛庄岩金矿区域地质简图Fig.1 Simplified geological map of Xinzhuang Gold Deposit

1号含金石英脉带分布在矿区中部，见图2。脉带沿北北西向断裂充填，破裂面在走向和倾向上呈舒缓波状，破碎带两旁见鳞片状绿泥石、绢云母等矿物呈定向排列。破碎带内多见断层泥及压性透镜体，破裂面常见有斜擦痕。含金石英脉在破碎带中有尖灭再现、分支复合现象。由于受多期断裂活动的影响，石英脉有碎裂及破碎现象。此组脉带规模较大，长达1.5 km，宽为几十厘米至几米，最宽可达13 m左右；倾向为70°～78°，倾角为75°～80°。脉带内的矿体规模大，延深大，品位高，一般金品位为1～10 g/t，最高可达110 g/t。

图2 1号矿体16号线剖面图Fig.2 16th line profile map of No.1 orebody

4号脉在1号脉带西约160 m处，地表大部分被黄土覆盖，在975，815，715和645 m中段均已见到矿体，且其内赋存有薄而富的矿体，长大于200 m，延深超过200 m，显示出一定规模，同时也说明矿区存在盲矿脉(体)。

6～11号脉带沿北西向断裂充填。走向上含金石英脉呈不规则状分布。断层角砾粒径悬殊，呈棱角状。断层破碎带规模较小，一般长200余m，最长可达800 m，宽为几十厘米至几米，最宽可达10 m左右。倾向为25°～50°，倾角为73°～80°。

2.2 矿石类型

根据矿石矿物组合特征、矿石结构、构造以及矿石次生变化，将矿石划分为以下4种。

(1)黄铁矿型(含金-石英-黄铁矿型)：呈黄白色，具自形-半自形粒状结构、碎裂结构，条带状、团块状构造。金属矿物以中-粗粒黄铁矿为主，一般占矿石成分含量(质量分数，下同)的25%～50%，微量黄铜矿金含量较低。

(2)黄铁矿-黄铜型(含金-石英-黄铜矿-黄铁矿型)：呈黄白色，具半自形粒状结构、碎裂结构，细脉状、条带状、团块状构造。金属矿物以粗粒黄铁矿为主，次为黄铜矿、一般占矿石成分含量的30%～70%，少量镜铁矿次之；偶见方铅矿、闪锌矿，其含金性随破碎程度增强而增大。

(3)多金属型(含金-石英-黄铁矿-黄铜矿型或含金-石英-方铅矿-闪锌矿型)：呈半自形粒状结构、裂隙充填结构、包含结构、碎裂结构，条带状、梳状构造，其次为细脉状、网脉状构造。金属矿物主要为黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿，其次有镜铁矿、斑铜矿等，此类型含金较富。

(4)蚀变岩型(含金-黄铁矿-蚀变岩型)：呈自形半自形粒状结构、充填结构、碎裂结构，细脉浸染状、细网脉状及交错脉状构造。金属矿物为黄铁矿，有时可见黄铜矿、方铅矿、闪锌矿。蚀变主要以绿泥石化、高岭土化、硅化等为主，此矿石类分布在主脉带两侧或脉带尖灭再现的衔接部位。

2.3 矿物共生组合及矿石组构

2.3.1 矿物共生组合

金与金属硫化物共生，金属硫化物常以单矿物脉或多金属组合脉产出，形成多种矿物组合关系，研究区内主要矿物共生组合主要有黄铁矿-石英、黄铁矿-黄铜矿-石英、黄铁矿-黄铜矿-镜铁矿-石英、黄铁矿-黄铜矿-斑铜矿-石英、黄铁矿-黄铜矿-方铅矿-闪锌矿-斑铜矿-石英、黄铁矿-蚀变岩等几种。

2.3.2 矿石组构

矿石结构主要有自形粒状结构、半自形-他形粒状结构、裂隙充填结构、包含结构、交代溶蚀结构、脉状结构以及固融体分离结构，见图3。矿石构造主要有块状构造、条带状构造、脉状构造、细脉网脉状构造。

2.4 围岩蚀变

辛庄金矿区内，围岩蚀变类型主要有钾化、赤铁矿化、硅化、黄铁矿化、绢云母化、高岭土化、绿泥石化、碳酸盐化等。与金矿化关系密切的蚀变作用主要为硅化、绢云母化、黄铁绢英岩化，次为高岭土化、绿泥石化、碳酸盐化等。

围岩蚀变由高温到低温横向水平分带为钾化、赤铁矿化带-硅化、黄铁矿化、绢云母化带-高岭土化、绿泥石化带-碳酸盐化带。

图3 辛庄金矿床矿床典型矿石结构Fig.3 Typical ore textures of Xinzhuang Gold Deposit

3 矿床地球化学特征

3.1 岩石学特征

用于研究本区岩石化学特征的数据均来源于新鲜霏细岩，测试工作在广州澳实矿物实验室完成。岩石化学成分分析结果显示：样品的SiO2含量为75.08%～76.99%，平均含量为75.74%，略高于中国同类岩石的SiO2平均含量70.21%[14]，属于SiO2过饱和类岩石；w(Na2O)平均值为1.55%，w(K2O)平均值为4.86%，w(K2O)＞w(Na2O)，w(Na2O)/w(K2O)平均值为0.30，为钾质岩石；w(A12O)3/w(CaO +Na2O+ K2O)＞1.1。从物源角度看，岩石属典型壳源型(S型)花岗岩。

3.2 微量元素地球化学特征

本次分析研究样品主要采自于与矿床成矿作用有关的霏细岩，测试工作在广州澳实矿物实验室完成，采用方法为质谱仪定量分析。根据测试结果绘制岩体微量元素蛛网图，见图4。由图4可知：本区霏细岩微量元素Nb，Ho和Lu 亏损，呈负异常；Rb，Ba和Zr相对富集，呈正异常，其微量元素蛛网图模式曲线均呈自左向右微倾斜或近于水平分布的多峰多谷形。呈现特征的“W”形配分模式曲线。

图4 孙家庄岩体微量元素蛛网图Fig.4 Trace element spidergrams of Sunjiazhuang intrusion

霏细岩中亲石元素Rb，Ba，Th的质量分数及w(Rb)/w(Sr)低均与地壳的相当，这说明本区岩体可能为地壳岩石深熔或重熔的产物。霏细岩中高离子场强元素 Nb，Zr和Hf的质量分数均比地壳中的低，但远比原始地幔的高，显示了原始岩浆的浅源性；Zr的含量相对于原始地幔来说明显富集，同样指示了岩浆来源于地壳的特征。

本区黄铁矿具有亏Fe和S的特点，而w(Fe)/w(S)为0.861 9～0.872 8，均大于0.857 0，属于内生成因。黄铁矿亏Fe和S可能与成分中富含Co(0.05%～0.15%)和Ni(0.01%～0.03%)有关。一般地，中深成含金石英脉矿床黄铁矿中Co和Ni含量高，浅成低温热液金矿床黄铁矿中Co和Ni含量低[15]。黄铁矿中w(Co)/w(Ni)为1.67～11.00，均值大于1.00，指示硫化物矿物的成矿物质来源于岩浆作用[16]。区内黄铁矿中w(S)/w(Se)为2 646～5 343，小于1×105，属于热液成因[17]。

3.3 稀土元素地球化学

本次用于稀土元素研究的样品测试工作由广州澳实矿物实验室完成，采用方法为质谱仪定量分析。

岩体稀土元素总量(∑w(REE))为25.22×10-6～137.58×10-6，平均值为81.40×10-6；轻稀土与重稀土含量比(w(LREE)/w(HREE))为5.17～14.55，平均值为9.84，轻稀土富集；(w(La)/w(Yb))N为3.72～16.03，平均值为9.88；铕异常(δw(Eu))为0.43～0.51，平均值为0.47，Eu中等亏损。这些特征均与钾质壳源型花岗岩类特征相符，呈右倾斜的“V”型分布模式，具轻稀土相对富集的特点。

围岩(黑云角闪石斜长片麻岩)稀土元素总量变化范围变动较大，为68.51×10-6～200.33×10-6，平均值为134.42×10-6；轻稀土与重稀土含量比(w(LREE)/w(HREE))变化范围为3.16～14.59，平均值为8.88，为轻稀土富集；(w(La)/w(Yb))N变化范围为2.23～21.59，平均值为11.91；铕异常(δw(Eu))平均值为0.93，为无亏损型。

矿石(含金黄铁黄铜镜铁矿石英脉型矿石、含金黄铁矿石英脉型矿石、含金黄铜黄铁矿石英脉型矿石、含金斑铜黄铜黄铁矿石英脉型矿石、含金方铅闪锌黄铜黄铁矿石英脉型矿石)稀土元素总量(∑w(REE))偏低，为8.84×10-6～105.63×10-6，平均值为43.10×10-6；轻稀土与重稀土含量比(w(LREE)/w(HREE))变化范围为0.31～11.82，平均值为3.40；Eu相对富集，δw(Eu)为0.96～1.32，平均值为1.14，为富集型；(w(La)/w(Yb))N变化范围为0.61～9.29，平均值为3.24。

辛庄金矿稀土元素质量分数及特征值见表1。由表1可知：岩体、围岩和矿体的稀土总量(∑w(REE))平均值分别为81.40×10-6，43.10×10-6和134.42×10-6；轻稀土与重稀土含量比(w(LREE)/w(HREE))平均值分别为9.84，8.88和3.40。(w(La)/w(Yb))N平均值分别为9.88，11.91和3.24，以上矿石特征值与岩体特征值更接近，说明本区矿体的形成与岩体有密切关系。

3.4 同位素地球化学

矿区内矿石硫同位素组成δ34w(S)为-0.9‰～+1.1‰，平均值接近0‰，与国内岩浆热液矿床的硫同位素值1.68‰接近[11]，表明成矿物质来源与燕山期岩体有关，显示了成矿与燕山期岩浆活动的密切关系。

4 矿床成因分析

矿区内燕山期岩浆岩的微量元素及硫、氢、氧同位素结果显示：本区成矿物质、成矿流体及成矿所需热能均主要来自于岩浆，成矿与燕山期岩浆侵入活动关系密切[18]。尽管片麻岩中金含量相对地壳克拉克值有所偏高，但强度不大。片麻岩硬度大，性脆易开裂，在成矿前构造格局、燕山期构造应力场和岩浆活动热力场共同影响下，充当成矿期浅部领域内各种脆性控矿构造的良好围岩；同时，在含矿流体的运移、聚集和定位过程中，充当良好的隔挡层。从宏观看，矿脉基本上还是围绕岩体的周边就近产出，远离岩体的热力接触带体系，矿化逐渐变弱。

表1 辛庄金矿稀土元素质量分数及特征值Table1 Feature value of rare earth elements of Xinzhuang Gold Deposit

从矿化产出的形式看，矿化产出形式均为含金硫化物石英脉体，是含矿流体沿构造裂隙控充填而形成的典型热液脉状矿体。

从矿物共生组合和矿石组构看，本区金与金属硫化物共生，金属硫化物常以单矿物脉或多金属组合脉产出，矿石组构以裂隙充填结构、包含结构、交代溶蚀结构、脉状交叉以及固融体分离结构、网脉状为主，充分显示了热液成矿的特征。

从围岩蚀变看，本区围岩蚀变水平分带为：钾化、赤铁矿化带-硅化、黄铁矿化、绢云母化带-高岭土化、绿泥石化带-碳酸盐化带，也显现了岩浆热液成矿流体从早期到晚期、从高温到低温的演化规律。

从成矿方式看，含金硫化物石英脉受断裂带结构面或裂隙面控制明显，脉壁平直，与两侧岩石界线清晰，充填矿化特征明显，成矿方式以充填成矿为主。

从以上分析可知：辛庄金矿属与燕山期中酸性岩浆侵入活动有关的热液充填石英脉型金矿床。

5 结论

(1)本区矿体呈石英硫化物脉状产出，均受北西及北北西向两组断裂构造控制；矿石类型主要包括黄铁矿型、含金-石英-黄铜矿-黄铁矿型、含金-石英-黄铁矿-黄铜矿型或含金-石英-方铅矿-闪锌矿型以及蚀变岩型；矿石组构主要为粒状结构、裂隙充填结构、包含结构、交代溶蚀结构、脉状结构、固融体分离结构，块状构造、条带状构造、脉状构造、细脉网脉状构造。

(2)岩体w(K2O)＞w(Na2O)，为钾质岩石，w(A12O3)/w(CaO +Na2O+ K2O)＞1.1，属典型壳源型(S型)花岗岩；亲石元素Rb，Ba，Th含量及w(Rb)/w(Sr)比值均与地壳的相当，高场强元素 Nb，Zr和Hf含量均比地壳含量小，具壳源特征；配分曲线呈右倾斜的“V”型分布模式，轻稀土相对富集。矿石与岩体和围岩相比，稀土元素总量(∑w(REE))、轻稀土与重稀土含量比(w(LREE)/w(REE))和(w(La)/w(Yb))N等特征值与岩体的更近，表明矿体的形成与岩体有密切关系。

(3)辛庄金矿床为与燕山期中酸性岩浆侵入活动有关的热液充填石英脉型金矿床。

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