胶东望儿山金矿床石英热释光和晶胞参数特征及其找矿意义

2016-10-10 04:25李胜荣朱随洲李文涛宋英昕王碧雪崔秋波闵祥吉
现代地质 2016年4期
关键词:单峰金矿石英

张 龙,李胜荣,朱随洲,刘 冉,李文涛,宋英昕,3,王碧雪,崔秋波,闵祥吉,王 春

(1.地质过程与矿产资源国家重点实验室,中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院,北京 100083;2.武警黄金第一支队,黑龙江 牡丹江 157000;3.山东省地质科学实验研究院,山东 济南 250013;4.中国冶金地质总局山东正元地质勘查院,山东 济南 250101)



胶东望儿山金矿床石英热释光和晶胞参数特征及其找矿意义

张龙1,2,李胜荣1,朱随洲4,刘冉1,李文涛1,宋英昕1,3,王碧雪1,崔秋波4,闵祥吉4,王春4

(1.地质过程与矿产资源国家重点实验室,中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院,北京100083;2.武警黄金第一支队,黑龙江 牡丹江157000;3.山东省地质科学实验研究院,山东 济南250013;4.中国冶金地质总局山东正元地质勘查院,山东 济南250101)

望儿山金矿的成矿过程可划分为黄铁矿-石英阶段、石英-黄铁矿阶段、多金属硫化物阶段和石英-碳酸盐阶段。分别对4 个成矿阶段中的石英进行了热释光和晶胞参数测定。热释光结果表明,本区石英热发光曲线以中温峰明显的单峰和不对称的双峰为特征。主成矿阶段的石英发光曲线开始出现双峰,曲线复杂,发光强度最高,变化最大,这也是本区重要的找矿标志。Ⅲ号脉的深部石英热发光曲线出现肩峰和双峰,峰型复杂,推测其下部有较好的成矿前景。石英晶胞参数在时空上呈现规律性的变化,主成矿期石英晶胞参数a0、c0、v0都较大。(Δa0/a0)/(Δc0/c0)变化范围为1.65~4.40,说明本区微量元素进入石英有填隙和置换两种方式,以填隙为主。半高宽变化趋势和晶胞参数一致,因此半高宽也可以区分石英的含金性。深部石英晶胞参数和半高宽仍较大,所以推测下部仍有较好的成矿前景。

胶东;望儿山金矿;石英;热释光;晶胞参数

0 引 言

石英热释光是自然界的矿物受到外界辐射后加热发光的现象。同种矿物也会受其形成的地质、内部晶格缺陷、地球化学条件、接受外界辐射、杂质元素含量以及热历史等因素的影响而有所差别,因此在加热过程中产生的热释发光效应也不同。导致石英热释光的缺陷主要是A13+代替Si4+,Na+、K+离子进入了结构空隙引起的杂质缺陷,石英中的A13+、K+和Na+的离子含量增高可使石英的热释光强度增大[1-2]。成岩期、过渡期与成矿期石英峰型明显不同,峰温也有一定区别,成矿期贫富阶段石英在峰型和峰温上也有明显差别,这是石英热发光标型找矿的基础。石英热释发光应用于金矿床含金性评价、获得找矿信息,已经取得显著成果[1]。由于金矿床成矿过程复杂,不同期次成矿作用叠加交错,使划分成矿阶段造成困难,而石英热发光数据能提供一定信息[3]。成矿期贫富阶段石英在峰型和峰温上也有明显差别,这是石英热发光标型找矿的基础[1]。石英的晶胞参数会随成矿阶段的不同、矿石的贫富及围岩类型的差异等产生较大幅度的变化。依据石英的晶胞参数,可以区分石英含金性,同时在某种程度上可以评价矿床的规模[4]。

望儿山金矿床位于华北克拉通东南缘著名的山东招远—莱州金矿带西部焦家金矿田内的望儿山断裂带南段,属于典型的与中生代岩石圈减薄有关的“胶东型金矿”[5-19],是一个大型黄金矿山(图 1)。石英是其最重要最常见的贯通矿物,前人主要在矿床的普查勘探、构造特征、成矿物质迁移等方面做了大量工作[20-31],但在石英的热发光和晶体结构上尚未进行系统的研究。陈光远等[32]和李胜荣等[1]对石英热释光和晶胞参数进行了系统的研究,认为其变化规律在金矿找矿和矿床评价方面有重要作用,并在胶东乳山、三山岛、夏甸等金矿田的找矿勘探中取得了显著的效果。为此,笔者着重研究望儿山金矿床中石英热释光和晶胞参数特征及其所反映的地质信息,探讨其在找矿应用中的指示意义。

1 地质背景及矿床特征

望儿山矿区位于焦家断裂带北段,大部分被第四系覆盖,岩浆岩分布广泛,断裂构造发育(图2)。矿区地层主要为第四系和胶东岩群变质岩。区内构造主要为焦家断裂及其派生的次级断裂构造,按其规模大小,大致可分为Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级构造。Ⅰ级为焦家断裂带,Ⅱ级为河东—望儿山断裂带,Ⅲ级为河东—望儿山主断裂上下盘与主断裂近于平行的同序次次级构造。矿区内的岩浆岩主要为郭家岭岩体和玲珑岩体。

图1 胶东西北部地区区域地质图(据文献[20]和[21]修编)Fig.1 Regional geological map of northwestern Jiaodong area

图2 望儿山金矿床地质图(据文献[28]修编)Fig.2 Geological map of the Wang’ershan gold deposit

望儿山金矿目前探获的24个矿体中,主要矿体为Ⅰ-1、Ⅰ-2和Ⅴ-1号矿体,次要矿体为23、Ⅴ-2号矿体,其他19个矿体为小矿体(图3,图4)。

Ⅰ-1号矿体分布于6—42线之间。走向最大延长860 m,倾向最大延深1 000 m,为大型金矿体。 26线以北矿体走向25°左右,倾向北西;26线以南走向近南北,西倾,总体倾角40°~50°,最缓30°,最陡近60°。-400 m标高以上矿体较缓,-400 m标高以下逐渐变陡,倾向产状变化不大,走向上呈舒缓波状。矿体形态较简单,呈似层状。沿走向、倾向局部有膨胀、狭缩、分支复合现象。矿体单工程厚度0.35~12.04 m,平均厚度2.70 m。-400 m标高以上矿体厚度较大,一般3.50 m以上,-400 m以下厚度逐渐变小至1 m。矿体单工程品位1.25×10-6~18.43×10-6,平均为6.93×10-6。

I -2号矿体走向 5°~20°,倾向北西,倾角 40°~50°,最大延长为 320 m,一般为250 m;最大延深为 395 m, 一般为 300 m。

23号矿体分布于Ⅰ号矿体上盘,水平距离 150~210 m,呈脉状产出,矿体走向为 7°~15°,倾向北西,倾角 43°~50°,走向最大延长为 275 m,倾向最大延深 155 m,矿体平均厚度为 2.31 m,平均品位为17 g/t。

Ⅴ-1 号矿体分布于26—42线,水平距离 35~140 m,呈脉状产出,走向最大延长为420 m,倾向最大延伸大于590 m,平均厚度2.51 m,平均品位3~14 g/t。

Ⅴ-2 号矿体位于Ⅴ-1 号矿体上盘,水平距离为 5~37 m,呈脉状产出,矿体走向为 350°~20°,倾向南西至北西,倾角 40°~50°,走向最大延长为 280 m,倾向最大延深为193 m。平均厚度为 3.41 m,平均品位为13 g/t。

图3 望儿山金矿床-310 m中段地质图(据望儿山金矿中段平面图修编)Fig.3 Geological sketch for level -310 m of the Wang’ershan gold deposit

根据野外穿插关系、矿物共生组合和结构构造特征,望儿山金矿热液矿化期可以划分为4 个阶段:黄铁矿-石英阶段(Ⅰ )的石英呈无色-乳白色,透明度较好,半自形-它形,粗粒状,集合体主要呈脉状产出,黄铁矿常呈零星状分布于其中;石英-黄铁矿阶段(Ⅱ)的石英呈灰白色-灰黑色,以灰白色为主,透明度较差,它形,中粒结构,与黄铁矿共生,黄铁矿含量明显增多;多金属硫化物阶段(Ⅲ)的石英呈烟灰色-暗灰色,透明度差,晶形不发育,集合体呈脉状、条带状产出,与黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿等硫化物共生;石英-碳酸盐阶段(Ⅳ)的石英呈无色-白色,自形较好,透明度好,集合体主要呈脉状产出,与碳酸盐矿物伴生在一起。 根据显微镜下观察,以上各阶段石英和黄铁矿均未出现韵律环带,显示望儿山金矿的头部矿已遭受剥蚀[33-34]。

2 石英样品及测试方法

本次测试的实验样品来自于望儿山金矿-390m、-430 m、-470 m和-510 m 4个中段,黄铁矿-石英阶段(Ⅰ)、石英-黄铁矿阶段(Ⅱ)、多金属硫化物阶段(Ⅲ)、石英-碳酸盐阶段(IV)4个阶段。石英热释光测试选取 22 件样品,晶胞参数的测量则选取 10 件样品进行分析。

图4 望儿山金矿床28号勘探线地质剖面图 (据望儿山金矿勘探线剖面图修编)Fig.4 Profile for prospecting line 28 of the Wang’ershan gold deposit

石英热释光的测试工作在中国地质大学(北京)矿物标型实验室完成,所用仪器为 FJ-427A1 型微机热释光剂量仪,剂量仪升温程序第5套( 解谱) 测试参数见表1,实验流程为:将样品粉碎40~60目,挑出石英单矿物颗粒,选取60 mg的样品,均匀平铺于热释光剂量仪中进行测试。石英晶胞参数测试工作在中国地质大学(北京)矿物标型实验室完成,实验流程为挑选石英单矿物颗粒并粉碎至200目,选取0.5 g的样品进行分析测试,测试仪器为 D2 PHASER 粉晶衍射仪,步长0.02°,每步时间0.3 min,电压30 kV,电流10 mA。

表1升温程序第5套( 解谱) 测试参数

Table 1Parameters of the 5th temperature rising procedure

升温程序第五套温度/℃时间/s升温速度/(℃/s)预热205max读出4202052退火4200max

3 石英热释光标型

3.1测试结果

望儿山金矿石英热释光实验数据见表2,不同峰型的热释光曲线参数特征如表3所示。该矿床石英热发光曲线类型共有3类峰(图5),即单峰、肩峰和双峰,以单峰为主,其中单峰型样品 16 件,占 72.7%,中温峰发光较弱,未见低温峰和高温峰;肩峰型样品 4件,占 18.2%,中温峰发光微弱,未见低温峰和高温峰;双峰型样品 2 件,占 9.1%,温峰在低温区和中温区出现,呈现左低右高的形态,低温峰温度98~102 ℃,中温峰温度203~208 ℃。望儿山矿区石英的热发光的峰位温度主要集中在200~250 ℃,半宽度35~59,温峰和半宽度变化均不大,出现双峰型说明矿区存在多期热液活动。

3.2结果分析

望儿山金矿区各成矿期形成的石英具有不同的热发光特点,对不同阶段的石英热释光曲线的类型、发光强度、峰温、半宽度、积分强度进行统计,得到不同阶段的热释光曲线特征及各参数特征(表4,图6)。

表2望儿山金矿床石英热释光特征数据

Table 2The thermaluminesence characterisitic data from quartz of the Wang’ershan gold deposit

样品号中段阶段峰型峰温/℃半宽度发光强度/cps发光总强度/cpsB01-3-3510Ⅲ肩峰2134318840B01-3-4510Ⅰ肩峰25359442884B01-4-2510Ⅰ肩峰24555613727B01-4-6510Ⅱ单峰2295241523978B01-1-5470Ⅳ单峰215431607644B01-2-4470Ⅲ双峰98/20844/4513/152635/7600B01-2-5470Ⅳ单峰217451356750B04-2-2470Ⅱ单峰213471145953B04-2-4470Ⅰ单峰20550804444B04-3-3470Ⅱ单峰215471266580B04-3-4470Ⅲ单峰211451859250B01-6-3430Ⅲ单峰224441356600B02-4-6430Ⅱ单峰2265775747944B02-8-5430Ⅲ单峰20545753750B02-11-1430Ⅱ单峰2314847125120B01-7-4390Ⅲ单峰212401818044B01-9-1390Ⅲ单峰235397012303858B02-12-2390Ⅲ单峰240491085880B04-6-3390Ⅱ肩峰23449331796B04-6-4390Ⅳ单峰200351204666B05-1-5390Ⅱ单峰2314223711060B05-2-3390Ⅱ双峰102/20350/3615/280833/11200

表3望儿山金矿床不同峰型热释光曲线参数统计

Table 3The thermaluminesence pattern statistics in different peaks of the Wang’ershan gold deposit

峰型数量/个峰号峰温/℃半宽度发光强度/cps发光总强度/cps单峰16200~24035~5775~70123750~303858肩峰4213~25343~5918~61840~3727双峰2198~10244~5013~15635~8332203~20836~45152~2807600~11200

分析表明,从早期到晚期石英热释光曲线形态呈现单峰、肩峰-单峰、肩峰、双峰-单峰的变化。黄铁矿-石英阶段曲线相对简单,以单峰、肩峰为主,随着成矿过程的进行,到石英-黄铁矿阶段和多金属硫化物阶段开始出现双峰,而这两个阶段正好也是主成矿阶段,此时发光曲线复杂,发光强度高、变化大,可能是由于受后期热液多次叠加作用[35],石英缺陷增加,导致Na+,K+离子大量进入结构空隙而引起杂质缺陷[36],反映其热历史比较复杂,与金的成矿过程相适应。到石英-碳酸盐阶段曲线简单,全部为单峰,发光强度小,说明其形成环境简单, 热液活动渐趋平静。

图5 望儿山金矿床石英热释光曲线类型图Fig.5 The thermaluminesence patterns from quartz of the Wang’ershan gold deposit

图6 望儿山金矿床不同阶段热释光参数变化趋势图Fig.6 The thermaluminesence parameter trends in different stages of the Wang’ershan gold deposit

阶段(样品数)峰型/个单峰肩峰双峰发光强度/cps最小值最大值均值峰温/℃最小值最大值均值半宽度最小值最大值均值积分强度/cps最小值最大值均值Ⅰ(3)1204480622052532345059552884 44443685Ⅱ(8)6113375730821323422642574917964794417490Ⅲ(8)611187012110220524022039494484030385848032Ⅳ(3)300120160138200217211354541466676446353

注:表中发光强度、峰温、半宽度、积分强度不包括双峰。

热发光峰的温度则与俘获电子陷入晶格陷井能级深度有关;生成时代越老的石英,俘获电子陷入较深能级的陷井,因而一般热发光峰的温度较高;时代越新的石英则相反,热发光峰的温度较低[3]。本区四期石英的热发光曲线特征表明,从早期到晚期, 热发光峰点温度逐渐降低,这一特点符合成矿热液温度的变化,与前人研究结果一致,发光曲线半宽度也逐渐降低。

热释光峰温与所含的杂质类型有关,前人研究表明:A1-O-空穴心热发光峰温范围为220~250 ℃;Ti-O-空穴心热发光峰温范围为280~300 ℃,120 ℃左右的发光峰有可能与Fe-O-有关[37],本区热发光峰点温度主要集中在200~250 ℃,双峰中低温峰峰点温度为98~102 ℃,表明与A1-O-空穴心和Fe-O-有关。

本区石英热发光曲线以中温峰明显的单峰和不对称的双峰为特征,从早期到晚期石英热释光曲线形态呈现简单—复杂—简单的变化,主成矿阶段发光曲线开始出现双峰,曲线复杂,发光强度最高,变化最大,石英-碳酸盐阶段曲线趋于简单,说明其形成环境简单, 热液活动渐趋平静。峰点温度和半宽度从成矿早期到晚期逐渐减小,规律性明显。主成矿阶段发光曲线特征即出现低温峰和中温峰的双峰,发光强度大为本矿区的找矿标志,另外Ⅲ号脉的深部热发光曲线出现肩峰和双峰,峰型复杂,推测其下部有较好的成矿前景。

表5 望儿山金矿床石英晶胞参数

4 石英晶胞参数和X射线衍射峰特征

4.1测试结果

望儿山金矿石英晶胞参数实验结果如表5所示。该矿床石英晶胞参数值均值a0=0.491 4 nm,c0=0.540 8 nm,v0=0.113 09 nm3,X射线衍射峰半高宽=0.122 0°,与石英的标准晶胞参数a0=0.491 3 nm、c0=0.540 4 nm、v0=0.113 0 nm3相比较均偏高。

图7 望儿山金矿床石英晶胞参数a0、c0、v0和半高宽时空变化趋势图Pig.7 Variation trends of quartz cell parameters of a0, c0, v0 and half-peak bandwidth in time and space of the Wang’ershan gold deposit

4.2结果分析

望儿山金矿石英晶胞参数a0、c0、v0、X射线衍射峰半高宽随时空变化的与关系如图7所示。从石英-黄铁矿阶段到石英-碳酸盐阶段晶胞参数a0、c0逐渐减小,v0和半高宽整体上逐渐减小,即在主成矿阶段a0、c0、v0和半高宽都最大。垂向上随着成矿深度的增加,a0、c0、v0和X射线衍射峰半高宽整体都是先增大后减小,规律性明显。

石英晶胞参数的变化受类质同象、温度及压力的控制。石英是架状构造,具有较大的通道,直径可达0.2 nm ,并平行c轴分布,称结构孔道。此外, 缺陷的孔道可达25 nm ,并呈各种形状。这种孔道是由格子扭曲和内应力所致,若没有这种扭曲,离子半径>0.057 nm 的元素不能进入石英内部。因此,石英的晶格扭曲可以促进元素的类质同象替换[37]。微量元素(如Al、Fe、Ti、Ge、Ga 等)进入石英有两种方式,一种是类质同象置换Si4 +,使a0、c0都增大, 另一种(如Na、K、Ca、Li 等)以填隙方式进入空隙,只能使a0增大。各轴变化率的比值标志着杂质存在的状态,即(Δa0/a0)/(Δc0/c0)<1.5,以含置换杂质为主;(Δa0/a0)/(Δc0/c0)>1.7,以含填隙杂质为主;(Δa0/a0)/(Δc0/c0)为1.5~1.7,两种杂质同时存在[38]。

望儿山金矿区 (Δa0/a0)/(Δc0/c0)变化范围为1.65~4.40,平均为2.73,除一点位于1.5与1.7之间,其他均大于1.7,所以导致a0、c0均增大,主成矿期石英晶胞参数也较大,说明微量元素含量较高。因此本区微量元素进入石英有填隙和置换两种方式,其中以填隙为主。X射线衍射峰半高宽变化趋势和晶胞参数一致,因此X射线衍射峰半高宽也可以区分石英含金性。在470 m中段石英晶胞参数、体积及X射线衍射峰半高宽都最大,在510 m中段都减小但变化不大,所以推测下部仍有较好的成矿前景。因此石英的晶胞参数及X射线衍射峰半高宽的增大可作为望儿山金矿区找矿的重要标志之一。

5 结 论

(1)本区石英热发光曲线以中温峰明显的单峰和不对称的双峰为特征,主成矿阶段发光曲线开始出现双峰,曲线复杂,发光强度最高,变化最大,这也是本区重要的找矿标志,Ⅲ号脉的深部热发光曲线出现肩峰和双峰,峰型复杂,推测其下部有较好的成矿前景。

(2) 本区晶胞参数 (Δa0/a0)/(Δc0/c0)变化范围为1.65~4.40,平均为2.73,除一点位于1.5与1.7之间,其他均大于1.7,说明微量元素进入石英有填隙和置换两种方式,其中以填隙为主。

(3) 从石英-黄铁矿阶段到石英-碳酸盐阶段晶胞参数a0、c0逐渐减小,v0和X射线衍射峰半高宽整体上逐渐减小;垂向上随着成矿深度的增加,a0、c0、v0和X射线衍射峰半高宽整体都是先增大后减小,规律性明显。深部石英晶胞参数和半高宽仍较大,所以推测下部仍有较好的成矿前景。

(4) 本区石英X射线衍射峰半高宽主成矿阶段和非主成矿阶段有明显不同,因此半高宽也可以区分石英含金性。

(5)本区石英和黄铁矿均未出现环带结构,显示矿体的头部已遭受剥蚀。

致谢:本次野外工作得到山东黄金资源开发有限公司孙之夫副总经理、望儿山金矿孙庆周主任、李旭工程师等领导和技术人员的大力支持,中国地质大学(北京)矿物标型实验室张秀宝工程师和李国武教授为测试工作提供了诸多便利和帮助,同时审稿专家提出了很多宝贵的修改意见,在此一并致以诚挚谢意。

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Characteristics and Prospecting Significance of the Thermoluminesence and Cell Parameters of Quartz from the Wang’ershan Gold Deposit, Jiaodong Peninsula, China

ZHANG Long1,2,LI Shengrong1,ZHU Suizhou4,LIU Ran1,LI Wentao1,SONG Yingxin1,3,WANG Bixue1,CUI Qiubo4,MIN Xiangji4,WANG Chun4

(1.State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources, School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences,Beijing100083,China; 2.The1stGoldDetachmentofChineseArmedPoliceForce,Mudanjiang,Heilongjiang157000,China;3.ShangdongProvincialInstituteofGeologicalSciences,Jinan,Shandong250013,China;4.ShandongZhengyuanGeologicalProspectingInstitute,ChinaMetallurgicalGeologicalAdministration,Jinan,Shandong250101,China)

Gold mineralization of the Wang’ershan deposit can be divided into 4 stages including pyrite-quartz stage, quartz-pyrite stage, polymetallic sulfide stage and quartz-carbonate stage. The thermoluminesence and cell parameters of quartz from the 4 stages were analyzed in this paper.The characteristics of the thermoluminesence curves show obvious single peak at middle temperatures for the quartz from the early and later stages and asymmetric twin peaks with strongest emitting intensity and complexity for the quartz from the main mineralization stage. It is an important prospecting criteria for gold in this area. At the depth of the veinⅢ, the thermoluminesence curves of the quartz appear to have shoulder-like and twin peaks, implying a good mineralization prospect downwards. The cell parameters of the quartz show a regular variation in time and space. In the main mineralization stage, the quartz cell parametersa0,c0andv0are relatively large with (Δa0/a0)/(Δc0/c0) ranging from 1.65 to 4.40, suggesting that trace elements are combined into quartz by gap filling and replacement with interstitial mode as the major way. The change of half-peak bandwidth of the thermoluminesence is as the same as the cell parameters for quartz; therefore,the half-peak bandwidth can also be taken as a criteria for gold-rich and gold-poor quartz grains. According to the spatial variation tendency of the cell parameters and half-peak bandwidth of quartz, the authors infer that the unmined region at large depth is presumably profitable for further gold mineralization prospect.

Jiaodong Peninsula; Wang’ershan gold deposit; quartz; thermoluminesence; cell parameter

2015-09-18;改回日期:2015-12-18;责任编辑:戚开静。

中国地质调查局工作项目“山东郯庐断裂两侧大型-超大型金矿床成矿地球动力学背景、过程与定量评价”(1212011220926);教育部高等学校博士学科点专项科研基金项目“郯庐断裂两侧偏对称成矿的深部过程”(20130022110003);中国地质调查局项目“山东省莱州市焦家金矿望儿山矿区接替资源勘查项目综合研究”(12120113082700)。

张龙,男,硕士,1987年出生,矿物学、岩石学、矿床学专业,主要从事成因矿物学与找矿矿物学方面的研究工作。Email:270418334@qq.com。

李胜荣,男,教授,博士生导师,1956年出生,矿物学、岩石学、矿床学专业,主要从事成因与找矿矿物学及环境与生命矿物学研究。Email:lisr@cugb.edu.cn

P578

A

1000-8527(2016)04-0792-10

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