胶东焦家金矿床基性脉岩地球化学特征及其与金矿化的关系

宋英昕，孙伟清，马晓东，丁文洁，郭广军，孙雨沁，程伟，李敏

(1.山东省地质科学研究院，国土资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室，山东省金属矿产成矿地质过程与资源综合利用重点实验室，山东 济南 250013；2.山东省第八地质矿产勘查院，山东 日照 276826)

胶东焦家金矿床基性脉岩地球化学特征及其与金矿化的关系

宋英昕1，孙伟清1，马晓东1，丁文洁2，郭广军1，孙雨沁1，程伟1，李敏1

(1.山东省地质科学研究院，国土资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室，山东省金属矿产成矿地质过程与资源综合利用重点实验室，山东 济南 250013；2.山东省第八地质矿产勘查院，山东 日照 276826)

野外观察发现，焦家金矿床中有成矿前和成矿后2期基性脉岩，该文对取自基性岩脉的样品进行了岩相学、主元素、微量元素及S同位素的研究，探讨了脉岩的岩石成因及其与金矿化的关系。研究区基性脉岩包括辉绿玢岩和煌斑岩，其中辉绿玢岩SiO2为47.96%，Na2O+K2O为4.075%，煌斑岩SiO2为44.20%～45.34%，Na2O+K2O为6.407%～6.45%，属玄武岩、粗玄岩和碱玄岩类；TiO2为1.31%～2.40%，Ti/Y为331～913。岩石以富集轻稀土元素(LILE)和大离子亲石元素(LREE)为特征，黄铁矿δ34S范围在(1.0～2.8)×10-3之间。研究表明，成矿前煌斑岩和辉绿玢岩具有高Ti煌斑岩的特征，而成矿后的煌斑岩则类似于低Ti煌斑岩。脉岩的岩浆来源于尖晶石—石榴石转换带软流圈地幔的部分熔融,焦家金矿床形成于高Ti与低Ti煌斑岩不同性质岩浆源区的转化过程。

基性脉岩；地球化学；岩石成因；焦家金矿床

0 引言

基性脉岩作为指示地壳伸展减薄的重要标志，包含丰富的幔源信息，可以反映地幔物质组成和演化过程[1-5]，因而受到国内外学者的广泛关注[6-9]。此外，基性脉岩与金矿床时空关系密切，对于研究金矿床成因具有十分重要的意义[6，10]。中生代基性脉岩在胶东地区广泛分布，前人已对其进行了一些研究。孙景贵等[11-12]认为胶东地区脉岩为一套高钾—钾质脉岩，岩浆形成于中生代俯冲—壳幔循环作用演化晚期。刘燊[13-15]和邱俭生[16]等认为基性岩脉在成因上与古太平洋板块相对欧亚板块碰撞俯冲作用有关。Ma L[5]将焦家地区煌斑岩分为低Ti煌斑岩和高Ti煌斑岩2种类型，并研究了2种煌斑岩的成因和形成的构造背景。

该文在总结和借鉴前人对胶东地区脉岩研究的基础上，选择焦家金矿床中基性脉岩作为研究对象，测试了主量元素、微量元素、稳定同位素的含量，分析了地球化学特征，探讨了岩浆成因及其与金矿化的关系，以期对基性脉岩与金成矿关系有更深入的认识。

1 地质背景和岩相学特征

焦家金矿床位于胶东半岛西北部，处于华北克拉通东南缘的胶北隆起。金矿床受焦家断裂控制，该断裂总体走向NE，倾向NW，倾角多在30°～45°，局部达到60°～70°。断裂沿走向呈舒缓波状，沿倾向呈陡缓相间的阶梯状[17]。

焦家断裂的上盘(西侧)主要由新太古代变质岩系(斜长角闪岩、花岗质片麻岩和黑云变粒岩)和侏罗纪玲珑型黑云母花岗岩组成，断裂下盘(东侧)主要为侏罗纪玲珑型黑云母花岗岩，局部有郭家岭花岗闪长岩(图1)。焦家金矿床及附近区域有较多煌斑岩和辉绿玢岩等基性脉岩，其与金矿脉共用相同构造通道和相互穿插的现象十分常见[18]。Ma L[5]得到焦家煌斑岩SHIMP锆石U-Pb年龄的年龄为121Ma，与胶东金矿同位素年龄相当。

图1 胶东焦家金矿床区域地质略图

基性脉岩走向主要为NW，倾向多为NE，倾角普遍大于65°。脉宽0.2～3.2m，延伸通常在几十到上百米。脉岩切穿新太古代变质岩系、玲珑花岗岩和郭家岭花岗岩，与围岩的接触界线一般较平直。焦家金矿床中的脉岩有成矿前和成矿后2期，成矿前脉岩被矿化裂隙和矿脉切割，呈不连续分布(图2a)；成矿后脉岩切割矿化裂隙和矿脉，岩脉中可见金矿化蚀变岩石的捕掳体(图2b)。

该文分析测试样品取自焦家金矿采矿巷道中。J0样品取自距地表50m的0m中段的辉绿玢岩脉，脉宽0.5～3m，位于金矿主体下盘，距离矿体7m左右，产状为倾向110°，倾角50°。此处脉岩发育，成群分布，脉群宽10～30m。岩石呈斑状结构，块状构造，斑晶由斜长石(25%)和辉石(10%)组成，粒度一般为1～3mm；基质为辉绿结构(图2c)，成分为自形板条状斜长石(37%)、辉石(20%)和黑云母(2%)，粒度在0.05～0.6mm之间；金属矿物为磁铁矿(6%)和少量黄铁矿，粒度一般为0.01～0.25mm，呈浸染状分布；副矿物有锆石、磷灰石、石榴石等。斜长石为拉长石(An=59)，多发生绢云母化和碳酸盐化蚀变，暗色矿物则遭受绿泥石化蚀变。

J270-1和J270-2样品均采于距地表320m的-270m中段，98勘探线矿体下盘的煌斑岩脉，J270-1样品位于距矿体440m处的煌斑岩，J270-2样品位于距矿体455m处的煌斑岩。煌斑岩脉厚约0.5～1m，沿剥露面脉宽3m，产状为倾向285°，倾角580°。J270-1样品取自于被矿脉错断的岩脉，为成矿前岩脉；J270-2样品所在的岩脉切割矿脉，为成矿后岩脉。脉岩岩石呈煌斑结构(图2d)，块状构造，斑晶由较自形的辉石(20%)和橄榄石(3%)组成，粒度为0.6～1.5mm；基质成分为斜长石(27%)、角闪石(25%)、辉石(15%)和橄榄石(4%)，粒度为0.05～0.2mm；金属矿物为磁铁矿(6%)和少量黄铁矿，粒度约0.01～0.15mm，呈稀疏浸染状分布；副矿物有锆石、磷灰石、石榴石等。斜长石为拉长石(An=55)，发生绢云母化和绿帘石化蚀变，暗色矿物多被绿泥石等蚀变矿物交代。

a--煌斑岩脉被矿脉错断，为成矿前脉岩(J270-1采样位置)；b--煌斑岩脉切割矿化破碎带，为成矿后脉岩(J270-2采样位置)；c--辉绿玢岩微观特征：斑状结构，基质辉绿结构；d--煌斑岩微观特征：煌斑结构，辉石发生绿泥石化；Bt--黑云母；Cpx--辉石；Chl--绿泥石；Pl--斜长石

2 分析方法

主量元素、微量、稀土元素测试在山东省地质科学研究院(国土资源部济南矿产资源监督检测中心)完成。样品在去除受到后期风化及热液蚀变影响的部分后，新鲜的部分粉碎到200目。主量元素分析采用湿化学分析法完成，其中SO2、烧失量(LOI)采用重量法，CaO,MgO,FeO采用容量法;CO2采用非水滴定法，其余采用分光光度法分析完成，测定误差低于5%；微量元素和稀土元素分析采用等离子发射光谱仪(ICP-AES，IRIS Intrepid Ⅱ)、等离子质谱仪(ICP-MS，XSERIES 2)、原子荧光光谱仪(AFS-820)、原子吸收光谱仪(AAS，PE400，PE600)等完成，检测方法依据GB/T 14506-2010，测定误差低于10%。

S同位素测试由中国地质科学院矿产资源研究所完成。将样品研磨至200目，挑出黄铁矿单矿物。测试采用氧化亚铜混合法测试，提取出SO2气体，使用MAT251气体同位素质谱仪分析S同位素组成，分析精度优于±0.2%。

3 分析结果

3.1主量元素

辉绿玢岩(J0)和煌斑岩(J270-1、J270-2)的主量元素变化范围很小(表1)，其SO2含量在44.20%～47.96%之间，总碱值(Na2O+K2O)为4.08%～6.45%，属玄武岩、粗玄岩和碱玄岩类(图3a)。

表1 焦家金矿床基性脉岩主量元素分析结果(wt%)

(a图据Middlemost，1994[20]；b图据Peccerillo and Taylor，1976[21]，Rock，1987[22]；图中空心的投点为该文样品，实心的数据来源于Ma L et al.,2014[5])

K2O含量为1.25～4.07，属钙碱性煌斑岩和碱性煌斑岩类(图3b)；TiO2含量在1.31%～2.40%之间，Ti/Y为331～913；MgO含量在4.84%～7.93%之间，Mg#值较高，在0.63～0.68之间(Mg#=Mg/(Mg+Fe2+))；P2O5含量在0.48%～1.06%之间。Ma L et al.[5]将焦家地区的煌斑岩分为低Ti(TiO2<1.1wt%，Ti/Y<270)和高Ti(TiO2>2.2wt%，Ti/Y>370)2种类型，认为低Ti煌斑岩主要为云斜煌斑岩，高Ti煌斑岩则为闪斜煌斑岩。该文中的成矿前煌斑岩和辉绿玢岩具有高Ti煌斑岩的某些特征，而成矿后煌斑岩则类似于低Ti煌斑岩。

3.2微量元素和稀土元素

煌斑岩和辉绿玢岩在微量元素原始地幔标准化蛛网图中(图4a)，表现为大离子亲石元素(LILE)Ba，Th，U，K相对富集；高场强元素(HFSE)Ti相对亏损的分布模式，类似于与大样板块俯冲有关的弧火山岩和大陆地壳岩石特征[22]。

辉绿玢岩和煌斑岩的稀土元素总量(∑REE)在(220～316)×10-6之间(表2)，其中轻稀土元素(LREE)总量在(193～285)×10-6之间，重稀土元素(HREE)总量在(25～31)×10-6之间，轻重稀土比值(LREE/HREE)在7.3～9.2之间，(La/Yb)N比值9.42～12.77，δEu为0.99～1.01,δCe值主要在0.94～0.96之间。在稀土元素球粒陨石标准化分配图(图4b)中，轻重稀土分异明显，表现为LREE相对富集，HREE相对亏损的右倾配分模式。

3.3硫同位素

黄铁矿样品的测试结果见表3，δ34S范围(1.0～2.8)×10-3之间，均值为1.9×10-3，接近于地幔硫值。

图4 焦家金矿床基性脉岩微量元素原始地幔标准化蛛网图(a)和稀土元素球粒陨石标准配分图(b)

表2 焦家金矿床基性脉岩微量元素和稀土元素分析结果(10-6，Au、Hg为10-9)

表3 焦家金矿区基性脉岩黄铁矿S同位素测试结果

4 讨论

4.1脉岩成因

在La/Sm-La和Rb/Nb-Rb/Zr相关图(图5)中，焦家金矿床基性脉岩表现为直线型的平衡部分熔融演化趋势[24,25]，说明脉岩为富集型地幔部分熔融的产物，岩浆来自于富LILE和LREE的地幔源区。

图5 焦家金矿区脉岩的La/Sm-La(a)和Rb/Nb-Rb/Zr(b)相关图

研究认为，金云母和角闪石是含LILE的主要矿物相[28,29]。相对于角闪石，Rb和Ba在金云母中具有更高的分配系数，而Sr具有相对低的分配系数。在Rb/Sr-Ba/Rb图解中，该文的成矿前基性脉岩投点于软流圈地幔岩石区域和Ma L et al.[5]焦家高Ti煌斑岩附近(图6a)，指示岩浆源区中包含的最可能是金云母，岩浆来源可能主要为含金云母的地幔橄榄岩；而成矿后煌斑岩更接近于角闪石相区，指示成矿后的煌斑岩岩浆来源可能转变为含角闪石石榴石地幔橄榄岩。由于地幔条件下的金云母被认为主要与俯冲沉积物析出流体或深部来源流体交代作用有关，这表明其源区可能曾经经历过俯冲交代事件。Dy/Yb-K/Y图解可以指示岩浆的源区组成和部分熔融程度，判断含金云母或角闪石二辉橄榄岩在尖晶石和石榴石稳定域之间的部分熔融。焦家金矿床煌斑岩和辉绿玢岩的Dy/Yb值为1.94～2.45，平均值2.22，投点于石榴石相二辉橄榄岩与尖晶石相之间(图6b)，指示岩浆来源于尖晶石—石榴石转换带软流圈地幔的部分熔融。

(a图据Furman and Graham,1999[36];b图据Duggen et al.,2005[37]; 图中空心的投点为本文样品，实心点的数据来源于Ma et al.,2014[5])

基性脉岩的∑REE(220～316)×10-6较高，LREE/HREE比值(7.3～9.2)较大，反映其源区经历过地幔交代作用[30]。而高的Mg#值(0.63～0.68)、Th/U比值(1.54～4.3)、Nb/U(45.79～49.5)和Ce/Pb(12.75～17.76)，可能反映源区受俯冲作用影响混染了部分地壳物质，不大可能是受岩浆上升过程中地壳物质混染的影响[30]。Nb/Ta(15.4～18.6)与原始地幔值(17.5±2.0)相似，Zr/Hf(45.1～49.8)值略高于原始地幔值(36.27)，且远大于大陆地壳值(11)，则反映脉岩大面积受地壳混染的可能性不大[31]。另外，近年来在华北板块中生代玄武岩和侵入岩中相继发现的地幔包体[33-35]表明岩浆上升侵位速度较快，无法受到大量地壳物质的混染。

综上，认为焦家金矿床中富集LILE和LREE特征的基性脉岩是由源区继承而来。燕山期太平洋板块向欧亚板块俯冲，部分地壳物质混染进入华北板块内部，与古老岩石圈地幔发生交代作用，形成富集LILE和LREE的特征的地幔源区。

4.2基性脉岩与金矿化的关系

焦家金矿区基性脉岩与金矿体在空间相伴产出，且形成时间接近，二者具有明显的渊源关系。前人对胶东金矿的研究表明，地幔流体参与了成矿过程[38]。对煌斑岩的研究显示，脉岩及其两侧发生强烈的以钾化(黑云母化)为特点的碱质交代作用，并且发育大量碳酸盐脉和富CO2的流体包裹体，这与金矿床的特点一致，反映出岩浆与成矿流体具有同源性。

据统计，胶西北14个金矿床的δ34S值均为正值，变化范围为0.2%～12.6%[39]，焦家金矿床基性脉岩中黄铁矿的δ34S值位于这一范围内，但较胶东金矿床及其他大多数金矿床的数值明显偏低，略低于招远市洼孙家和前孙家金矿床δ34S的平均值(5.34，5.78)。指示基性脉岩与金矿床中的黄铁矿具有一致的物质来源。基性脉岩中黄铁矿的δ34S值低，更接近于地幔来源；金矿床中黄铁矿的δ34S值高，可能是受到地壳物质混染所致。

焦家金矿床金成矿前和成矿后基性脉岩的地球化学特征不同，反映了不同的源区性质，可能记录了由岩石圈幔源向软流圈幔源的快速转换过程，金矿恰好形成于这一转换过程中。

基性脉岩具有的与大陆弧钙碱性玄武岩类似的微量元素地球化学特征，指示其形成于拉张的陆弧构造环境。早白垩世，在陆壳拉张--减薄和张性超壳断裂(郯庐断裂)背景下，现存富集岩石圈地幔部分熔融，在胶东地区产生富集LILE和LREE的幔源岩浆，岩浆上侵和源区性质快速转化过程中，携带部分地幔流体并引发壳源流体活化，流体混合、迁移，在地壳的适当位置卸载成矿物质，形成金矿床。这一过程的构造背景可能与太平洋板块的俯冲作用及区域性伸展机制有关。

5 结论

(1)在焦家金矿床中发现了成矿前和成矿后2期基性脉岩，脉岩的类型包括煌斑岩和辉绿玢岩。

(2)成矿前煌斑岩和辉绿玢岩具有高Ti煌斑岩地球化学的某些特征，而成矿后煌斑岩则类似于低Ti煌斑岩，岩石以富集LILE和LREE为特征，其岩浆来源于尖晶石--石榴石转换带软流圈地幔的部分熔融，记录了由岩石圈幔源向软流圈幔源的快速转换过程。

(3)焦家金矿床基性脉岩中黄铁矿的δ34S值在胶西北金矿床黄铁矿的δ34S值范围内，指示基性脉岩与金矿床中的黄铁矿具有一致的物质来源。太平洋板块的俯冲作用，在胶东地区产生富集LILE和LILE的幔源岩浆，岩浆上侵和源区性质快速转化过程中，携带部分地幔流体并引发壳源流体活化，在地壳的适当位置卸载成矿物质，形成金矿床。

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Relation between Geochemical Characteristics and Gold Mineralization of Mafic Vein Rocks of Jiaojia Gold Deposit in Jiaodong Area

SONG Yingxin1, SUN Weiqing1, MA Xiaodong1, DING Wenjie2，GUO Guangjun1, SUN Yuqin1, CHENG Wei1, LI Min1

(1. Shandong Institute of Geological Sciences, Key Laboratory of the Ministry of Land and Resources of Gold Mineralization Process and Resource Utilization, Jinan 250013, China；2. No.8 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources, Shandong Rizhao 276826, China)

There are 2 periods of mafic vein rocks before and after mineralization were discovered in Jiaojia gold deposit through field observation. In order to constrain petrogenesis and relation with gold mineralization, geochronology, major element, trace element and S isotope of mafic vein rocks have been studied. Mafic vein rocks include lamprophyre and sillite in Jiaojia gold deposit. And their respective content of SO2is 47.96% and 44.20%～45.34%, and Na2O+K2O is 4.075% and 6.407%～6.45%, which is belong to tephrite, trachy-basalt and basalt. The content of TiO2is1.31%～2.40%, and Ti/Y is 331～913. The mafic vein rocks are characterized by enrichment in LREE and LILE. δ34S is 1.0×10-3～2.8×10-3in prite. It is showed that Lamprophyre and sillite before mineralization have the characteristics of high Ti lamprophyres, while lamprophyre after mineralization is low in Ti. The magma originated from partial melting of asthenosphere mantle in spinel-granet transferring zones. Jiaojia gold deposit was formed in transformation process of high Ti and low Ti lamprophyre magma source.

Mafic vein rock; geochemistry; petrogenesis; Jiaojia gold deposit

2016-08-08；

2016-11-06；编辑：王敏

山东省2011年度地质勘查项目“山东胶东金矿与深源脉岩关系研究”(编号鲁勘字[2011]56号)

宋英昕(1989—)，女，山东济南人，助理工程师，主要从事岩石与矿物学等方面研究工作；E-mail:songying.xin2008@163.com

P618.51

A

宋英昕，孙伟清，马晓东，等.胶东焦家金矿床基性脉岩地球化学特征及其与金矿化的关系[J].山东国土资源，2017,33(2)：1-7.SONG Yingxin, SUN Weiqing, MA Xiaodong, etc. Relation between Geochemical Characteristics and Gold Mineralization of Mafic Vein Rocks of Jiaojia Gold Deposit in Jiaodong Area[J].Shandong Land and Resources, 2017,33(2)：1-7.