青海果洛龙洼金矿床地球化学垂向分带研究

贾福聚，高建国，周家喜，岳维好，刘心开

(1.昆明理工大学国土资源工程学院，云南昆明 650093;

2.中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室，贵州贵阳 550002)

0 引言

20世纪50年代末，中国化探先驱谢学锦、邵跃等与前苏联学者同时各自发现了热液矿床的原生晕具有明显垂向分带特征，国内外学者对此进行了广泛的研究(Beus et al.，1975，1977;谢学锦，1979;邵跃，1984;朴寿成等，1994;Li et al.，1995;Goldberg et al.，2003)。矿床原生晕理论研究表明，热液中的成矿物质在溶解、迁移、沉淀过程中，由于不同元素的原子具有不同的原子结构、晶体化学、晶体场稳定能、亲和能等特征，伴随外界一系列物理－化学条件的改变，导致成矿指示元素及其组合的空间分布，具备有规律的分带性特征，造成每个矿床都有自己的前缘晕、矿上晕和尾晕元素组合。

近年来随着热液型金矿床成矿理论的发展，邵跃、李惠等人通过对众多金矿床原生晕垂向分带序列的综合归纳，认为热液型金矿床的原生晕分带序列自上而下为:B－I－As－Hg－F－Sb－Ba→Pb－Ag－Au－Zn－Cu→W－Bi－Mo－Mn－Ni－Cd－Co－V－Ti，其中前缘晕特征指示元素组合为:Hg、As、Sb;近矿晕特征指示元素组合是:Au、Ag、Cu、Zn;尾晕特征指示元素组合:Mo、Bi、Mn、Co、Ni(邵跃，1997;李惠等，1999，2006)。

金矿床多期多阶段成矿作用，在空间上表现为成矿晕的叠加、再组合，因此通过对矿床成矿晕的空间组合变化规律的研究，建立空间叠加晕组合模型，对于判断金矿体的剥蚀程度，及对深部盲矿体的寻找具有重要意义。

1 矿区地质特征

研究区位于青海省都兰县沟里地区，地处秦祁昆晚加里东造山系—东昆仑造山带东段。区内地质构造复杂，断裂发育、岩浆活动频繁，地层受断裂和岩体影响，出露残缺不全，多以岩片、断块形式出现，具典型的受造山带影响的地层分布特征，出露地层主要有古元古界白沙河组(Ar3Pt1b)、中－新元古界万保沟群(Pt W)、奥陶－志留系纳赤台群(OS N)，其中均有基性火山岩分布。局部地段有脉岩侵入，侵入岩有前加里东期、加里东期、华力西期、印支－燕山期超基性－基性、中－酸性岩浆岩(据杨宝荣等，2007;胡荣国等，2010，刘心开等，2013)。

图1 果洛龙洼矿区地质略图(据胡荣国等，2010修改)Fig.1 Geological sketch of the Guoluolongwa gold deposit(modified from Hu et al.，2010)

果洛龙洼金矿区地层属中－新元古界万保沟群(Pt W)，走向为近东西向，是一套原岩以中基性－中酸性火山岩、砂泥质沉积岩、碳酸盐岩为主的岩石经区域变质形成的浅变质岩，在空间上自北向南可分为:绿泥石英千枚岩、千糜岩、灰黑色角闪片岩、硅质板岩、含炭绢云石英千糜岩、绢云母绿泥石千枚岩、凝灰杂色砾岩等7个岩性段。

矿区断裂构造发育，以近东西向断裂为主，次为北西向、北东向和近南北向断裂(图1)。东西向断裂规模大，延伸远，与矿体关系密切，矿体受其控制或产于其中。

侵入岩多分布于矿区中部及周边，以华力西期基性－中酸性侵入岩和脉岩为主，呈小岩株、岩脉状产出，多呈东西向展布，岩性主要为闪长岩、少量辉石岩，其中闪长岩与金矿化关系密切，可成为金的矿化富集体。

矿区内有7条矿带呈近东西向产出，矿体向南倾斜，倾角陡－缓变化大，一般在45°～75°之间，产状与地层一致(图2)。矿带出露范围东西长约5.0km，南北宽约1.0km，矿体形态简单，以脉状为主，部分呈透镜状、囊状或串珠状。矿体沿走向连续性相对较好，尖灭再现特征不是太明显;矿体沿倾向膨大收缩、尖灭再现特征比较明显，单工程揭示矿体平均金品位 1.03 ～15.56 g/t。

果洛龙洼矿区矿石类型根据容矿岩石不同可分为石英脉型、破碎蚀变岩型两类，以石英脉型为主，约占矿石总量的90%以上。矿石金属矿物主要有银金矿、自然金、黄铜矿、黄铁矿、磁铁矿、赤铁矿、方铅矿、闪锌矿、孔雀石、褐铁矿等，矿物生成顺序:自然金→黄铁矿→黄铜矿→铜蓝→褐铁矿、孔雀石①。脉石矿物主要为石英，含少量白云母及方解石。

2 现有认识及存在问题

有关果洛龙洼金矿的矿床类型，文雪峰等(2006)认为该矿床早期热水沉积建造提供了主要成矿物质来源，在后期动力挤压、变形、变质作用下形成了韧性剪切带型金矿床。杨宝荣等(2007)认为早期陆缘海相火山喷发带来了Au、Ag等深源物质，加之地层中的炭质成分对金的吸附作用，形成了矿源层，后期韧性剪切活动期间伴有岩浆活动，岩浆从深部带来并从其途经的岩石中萃取成矿物质，形成含矿热液并在断裂带及其周围成矿，属构造－岩浆叠加改造成矿系统的剪切带型矿床。胡荣国等(2010)在分析了矿石硫、铅同位素及稀土、微量元素组成后，认为该金矿床成矿物质来源于地幔及下地壳或者是两者的混合源区。邹定喜等(2011)在分析了矿床硫、铅同位素组成后，认为果洛龙洼所处的东昆仑造山带于华力西—印支期发生强烈的造山运动，同时诱发了中酸性岩浆活动，由动力变质作用形成的变质热液从围岩中萃取成矿物质，并与含矿岩浆热液共同组成了成矿流体，沿断裂系统运移，在张性裂隙中形成石英脉型金矿体，在韧性剪切部位形成蚀变岩型金矿体，指出该矿床属于一个与华力西－印支期中－酸性岩浆活动有关的中温热液型金矿床。

结合矿区地质特征:中－酸性侵入体与矿体产出空间位置关系密切，中－酸性侵入体期后发育的裂隙中的石英脉基本无矿化。可知，中－新元古代海底火山喷流作用、华力西－印支期造山运动及其由此引发的中－酸性岩浆活动，是果洛龙洼金矿床形成的三期关键地质事件，海相火山喷流作用提供了矿源层，而后期的造山运动及中－酸性岩浆活动，是造成Au矿化富集和构建矿体形态展布特征的关键因素。

可见，有关矿床成因及其成矿作用前人已做了多方面研究，且取得了较为可靠的认识。目前有关各期地质作用对成矿相关元素空间分布的影响，及其矿床元素重组合规律的研究较欠缺。本文充分利用现有探、采矿工程，进行矿床三维空间系统取样分析，结合矿床地质特征，运用格里戈良分带指数法，探讨矿床原生晕垂向分带特征，研究成果将可用于指导矿区深部找矿实践。

3 原生晕垂向分带研究

3.1 数据准备

当前原生晕垂向分带序列的计算方法，运用较多的主要有格里戈良法和克维雅特科夫斯基法，二者分析结果类似，本文采用格里戈良法，参与计算的各元素的丰度值是该方法首先要考虑的问题。

据祁月清等(2012)以区内14种元素在水系沉

表1 元素含量丰度值(×10－6，据祁月清等，2012)Table 1 Elements abundance values of three areas

表2 不同高程区间元素的平均品位(×10－6)Table 2 Average grades of elements for different elevation intervals

积物中的含量平均值作为各元素的丰度估计值，与东昆仑造山带及青海省丰度估计值对比见表1。果洛龙洼地区丰度值明显高于青海省及东昆仑造山带的元素有 Hg、Mo、Pb、Co、Ni，丰度值明显低于青海省及东昆仑造山带的元素有 Ag、As、Sn、Sb、Zn。果洛龙洼地区Au元素丰度较东昆仑造山带Au丰度略低。

矿石样品采集自3960～3580m高程，包括6个采矿中段及部分钻探样品合计93件，对与金成矿密切相关的Ag、Cu、Pb、Zn等14种微量元素含量进行了系统分析。测试数据由中国科学院贵阳地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室采用ICP－MS分析给出，测试数据经内检及外检(云南省地质矿产开发局测试中心)，其平均误差小于3%，可满足地球化学原生晕垂向分带研究。将元素分析结果按照不同采样标高划分为8个区间，分别求各元素平均值，结果见表2。

3.2 格里戈良分带指数计算

3.2.1 线金属量

给定区间(高程范围)元素原生晕的线金属量计算公式(Beus A et al.，1977)为:

式中n为该区间样品总数，Ci为样品中元素的含量为元素的背景值，L为参与计算的区间宽度(50m)。鉴于线金属量不能为负值，故针对出现负值的元素，统一(在该列)加上绝对值最大的负数的相反数。计算结果见表3。

3.2.2 线金属量标准化及分带指数计算

线金属量标准化即将各元素线金属量的最大值转换为同一数量级(Beus A et al.，1977)，具体做法是选取表格中线金属量的最大值(42077.85)，该值所在列元素以外的其它各列元素线金属量统一乘以10的整数倍，使各列元素最大值处于相同数量级，结果见表4。元素的格里戈良分带指数为各元素标准化的线金属量与元素在不同高程区间标准化线金属量总和的比值，计算结果见表5。根据元素分带指数最大值所在高程区间位置，元素垂向分带序列自上而下可初步划分为:(Ag、As、Au、Pb)－(W、Co)－Cu－(Bi、Hg)－Sb－(Zn、Sn)－(Mo、Ni)。

3.2.3 变化梯度与元素垂向分带结果

元素垂向分带的变化梯度ΔG，用于对分带指数最大值位于相同高程区间的元素进行排序，ΔG值越大者元素垂向分带位置越靠上(Beus A et al.，1977)。

表3 不同高程区间元素的线金属量Table 3 Linear productivities of elements for different elevation intervals

表4 线金属量标准化数值Table 4 Standardized linear productivities for different elevation intervals

表5 元素格里戈良法分带指数Table 5 Zonation indexes of trace elements in the Gregorian method

计算公式为:

式中Gx为x元素的变化指数，Dxmax为x元素分带指数的最大值，Dxi为x元素在i高程区间的分带指数(分带指数为0值则不参与计算)，n为元素分带指数最大值以上或以下参与计算分带区间的个数。ΔGx为x元素的变化梯度，Gx下为x元素分带指数最大值以下分带区间的变化指数，Gx上为x元素分带指数最大值以上分带区间的变化指数。

Ag、As、Au、Pb 四种元素分带指数最大值同在4000～3950 区间，经计算 ΔGAg=31.55，ΔGAs=57.35，ΔGAu=1095.89，ΔGPb=228.51，因此 4 种的元素分带序列自上而下为Au－Pb－As－Ag。

ΔGW=6.45，ΔGCo=4.22，两元素分带序列自上而下为 W－Co。

ΔGBi=15.34，ΔGHg= －12.96，两元素分带序列自上而下为 Bi－Hg。

ΔGSn= －14.69，ΔGZn= －6.07，两元素分带序列自上而下为Zn－Sn。

ΔGMo= －74.61，ΔGNi= －32.64，两元素分带序列自上而下为 Ni－Mo。

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最终得到14种元素分带序列自上而下为:Au－Pb－As－Ag－W－Co－Cu－Bi－Hg－Sb－Zn－Sn－Ni－Mo。

4 结论

(1)格里戈良分带指数(表5)显示，Au在垂向上的富集程度每隔50m，表现为强－弱－强的规律性变化，与矿体在倾向上的膨大收缩、尖灭再现特征相对应。在3750m标高以下Au的格里戈良分带指数降低了两个数量级，与矿区实地探矿结果3750m以下Au品位普遍降低特征一致。尾晕元素Mo的富集由上往下表现为连续的增强特征，对Au深部成矿不利，推测是由于该矿床受到晚期中－酸性岩体的影响，Au元素在岩浆热动力的驱动下，被运移到了上部空间富集，Mo元素含量则是越接近岩体品位越高。

(2)采用格里戈良法计算得出果洛龙洼金矿床元素分带序列由浅到深为:Au－Pb－As－Ag－WCo－Cu－Bi－Hg－Sb－Zn－Sn－Ni－Mo。理论上金矿床的矿上晕元素Au、Pb、Ag集中于该矿床的最上部，尾晕元素 W、Co、Bi、Sn、Ni、Mo 在矿床下部富集，矿上晕元素与尾晕元素按照理论金矿床垂向分带特征分布，代表了该矿床主成矿期的元素分带特征，而在主成矿期形成的位于矿床最上部的前缘晕元素分布空间已被风化剥蚀。

(3)理论上金矿床的前缘晕元素As、Hg、Sb，和矿上晕元素Cu、Zn以叠加晕的形式插于矿上晕元素及尾晕元素之中，反映了该矿床成矿具有两期次叠加成矿的特征。结合前人研究成果推测，第一期次为华力西－印支期动力变质作用形成的变质热液成矿，形成的Au矿化富集带(矿上晕)分布标高为Au、Pb、Ag所在的4000～3950m;第二期次为华力西－印支期中酸性岩浆热液叠加成矿，形成的Au矿化富集带(矿上晕)分布标高为Cu－Zn所在的3850～3650m。矿床深、边部找矿工作应围绕这两期成矿作用形成的矿化富集带进行。

［注释］

① 青海省有色地质勘查局八队.2010.青海省都兰县果洛龙洼金矿区详查报告［R］.

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