辽宁二道沟金矿区西对面沟花岗岩类地球化学特征及其意义

（四川省地质矿产勘查开发局攀西地质队，四川 西昌615000）

二道沟金矿位于华北克拉通北缘中段（图1a）的赤峰-朝阳金成矿带东端（图1b），在二道沟金矿周围发育金厂沟梁金矿、郝杖子金矿和东对面沟金（钼）矿等大-中型金矿床（图1c）。关于二道沟金矿矿床成因，不少学者通过矿床地质特征、矿石矿物特征、流体包裹体和矿床地球化学特征对其进行过研究，得出二道沟金矿成因与西对面沟斑状花岗闪长岩有关和与矿区侏罗纪的流纹岩有关两种不同认识。基于对二道沟金矿矿床成因的不同认识和对于矿区花岗岩类岩石研究尚不十分深入，因此，本文选择以二道沟金矿矿区的西对面沟岩体为例，通过对该岩体的野外调查、室内综合分析研究，确定该岩体的岩石成因，并探讨岩浆演化，与对二道沟金矿矿化的关系。

1 地质概况

西对面沟岩体位于二道沟金矿西侧（图1b），二道沟金矿处于华北克拉通北缘中段,北侧紧邻兴安-内蒙造山带。区域上出露的基底岩系主要为新太古宙建平群小塔子沟组变质岩，岩性为片麻岩和斜长角闪岩（图1a）；岩浆岩以花岗岩类为主（图1a），断裂构造按其展布方向可分为3组：南北向、北西向和北东向（图1a），二道沟金矿位于赤峰-开原断裂与承德-北票断裂的交汇的楔形部位（图1a）。在该金矿区内花岗岩类岩浆岩发育，主要侵入岩体有西对面沟，楼上和西台子岩体（图1b，c）。西台子岩体为中粗粒似斑状二长花岗岩，呈岩基状分布，出露面积约为120km2（图1b），岩石形成年龄为218±4Ma和216.7±1.8Ma，属于晚三叠世。楼上岩体呈近北东向略长的椭园形小岩株侵人于侏罗系火山岩中（图1b，c），岩性为石英闪长岩，侵位年龄为161±1Ma，为中晚侏罗世。西对面沟岩体为复式岩体，二者为过渡渐变关系，呈近椭圆形的小岩株产出，出露面积为6km2，中心偏北侧的为斑状花岗闪长岩，南侧为边缘相为花岗闪长岩，其侵入太古宙片麻杂岩和晚三叠世西台子岩体，与张家口组火山岩未直接接触，形成年龄为125Ma，为早白垩世。二道沟金矿矿区内出露一套喷发-溢流相的火山碎屑岩及酸性熔岩为主的陆相火山岩流纹岩（图1b,1c），为二道沟金矿的主要围岩，流纹岩全岩K-Ar法年龄167.5Ma，锆石LA-ICP-MS U-Pb法145±1Ma。除上述侵入体外，区域上脉岩非常发育，主要有闪长玢岩、正长斑岩、石英斑岩、煌斑岩和流纹斑岩等,其中与二道沟金矿含金石英脉紧密伴生的闪长玢岩脉，成岩年龄为126±1Ma，局部可见其被含金石英脉切割，由此限定二道沟金矿成矿年龄应晚于或接近126±1Ma。矿区构造发育，分别有三条北西向和两条东西向的断裂构造，这两组构造均延伸大，在交汇部位有明显的断距。

图1 研究区地质简图

沿贯穿西对面沟岩体公路对其进行野外调查和采样，采样位置见图1b，所采样品新鲜，岩性为中心相的斑状花岗闪长岩和边缘相的花岗闪长岩。

图2 西对面沟花岗岩体的岩石学特征

2 岩石学特征

斑状花岗闪长岩的岩石呈灰—灰白色，斑状花岗结构，多斑结构，块状构造（图2a），主要矿物成分为斜长石、钾长石、石英、黑云母、角闪石。斜长石，普遍具聚片双晶，双晶纹较细密，但多数不是十分清晰，一般大小在2～4mm，含量约45%；钾长石，半自形板状、他形粒状，解理清楚，少数晶体有条纹构造，多数为微纹或隐纹构造，含量约17%；石英，他形粒状，波状消光微弱，大小在0.4～0.6mm，含量23%左右；角闪石，半自形柱状，解理清楚，已褪色，多色性不明显，大小在0.6～2.5mm，含量5%；黑云母，片状，解理发育，大小0.3～0.8mm，含量10%，有交代角闪石及斜长石现象，角闪石和黑云母被晚期细小石英交代充填，相当一部分碎裂而呈他形杂乱状。花岗闪长岩为岩体边缘的主要类型。细中粒花岗结构，块状构造，风化面黄褐色伴随绢云母化，新鲜面灰白色。由于几条矿脉都在此处发育，所以花岗岩的蚀变程度也比较高。主要矿物成分：钾长石，肉红色，半自形板柱状，少数晶体有条纹构造，多数为微纹或隐纹构造，大小0.2～3mm，含量17%；斜长石，灰白色，半自形，沿裂纹或解理纹有轻微绢云母化，大小在0.2～4mm，含量43%；石英，灰色，它形，粒状，有较少裂纹，大小0.5～4mm，含量30%；黑云母，黑色，多色性明显（淡黄色-深褐色）片状，副矿物常见磷灰石，磁铁矿，大小在0.2～3mm，含量5%；角闪石，黑色，柱状，有被黑云母交代现象，部分铁染析出铁质，大小在0.2～5mm，含量4%。

图3 西对面沟花岗侵入岩体的K2O-SiO2图解（据Peccerillo and Taylor,1976）

图4 西对面沟花岗侵入岩体的QAP图解（据Streckeisen,1976）

3 地球化学特征

3.1 主量元素

本文获得的主量元素数据以为基础利用Geokit软件进行了CIPW标准矿物计算。从样品主量分析结果来看，略贫硅（SiO2=62.06%～69.88%，平均66.57%）、富钠（3.53%～4.93%）和高钾（K2O=3.52%～5.57%）。在SiO2-K2O图解（图3）上样品集中分布在高钾钙碱性系列区域。在QAP图解（图4）中样品落于花岗闪长岩及花岗闪长岩和二长花岗岩、石英二长闪长岩的边界附近。花岗岩的Al2O3介于14.15%～16.59%，平均含量15.78%，铝饱和指数A/CNK（图5）介于0.9～1.11，平均值0.99，基本都小于1.1。其中西对面沟岩体中心相的铝饱和指数基本大于1 而小于1.1，属于过铝质岩石；西对面沟岩体边缘相的铝饱和指数全部都大于0.9 而小于1，属于准铝质岩石。西对面沟岩体Be富集而Th无异常也说明西对面沟岩体具有I型花岗岩的特征。岩石的MgO、CaO、P2O5、TiO2含量分别为0.34%～2.36%、1.18%～3.51%、0.09%～0.31%、0.28%～0.57%，均属于花岗岩类正常取值范围。以上这些特征表明，岩体中心相的斑状花岗闪长岩体为高钾钙碱性过铝质I型花岗岩，边缘相的花岗闪长岩为高钾钙碱性准铝质I型花岗岩。

图5 西对面沟花岗侵入岩体的A/CNK-A/NK图解（据Maniar and Piccoli,1989）

图6 西对面沟花岗岩体中心相和边缘相微量元素原始地幔标准化蛛网图（原始地幔标准化数值据Sun and McDonough,1989）

3.2 微量及稀土元素

西对面沟花岗岩元素、稀土元素经分析标准样品与参考值的偏差及重复样的数据，可以判断本次试验获得数据质量高，数据真实性可靠。

二道沟矿床内的花岗岩微量元素地球化学总体与火山弧花岗岩和造山花岗岩特征有相似之处，高场强元素Nb、Ta、P、Ti等亏损，而亲石元素Rb、K、Sr富集。从元素丰度来看，岩体具有明显的较高Sr值的特点，变化于538×10-6～979×10-6，在微量元素蛛网图上（图6）呈现相对的正锶异常。高锶地球化学特征可以解释为：由于作为大离子亲石元素的锶元素，在岩浆过程中Sr2+与半径/电负性十分相似的Ca2+以类质同象方式优先进入寄主的斜长石晶格而存在，因而推测在高锶花岗岩浆的形成和演化中，其源区熔融是斜长石成分大部分进入了部分熔体，而且在岩浆上侵如岩浆房的过程中没有发生明显的斜长石分离结晶。

西对面沟岩体稀土元素最主要特点是重稀土亏损、轻稀土富集。稀土元素球粒陨石标准化分布呈强烈右倾样式（图7a，7b），花岗岩具有微弱的正铕异常（δEu=0.98～1.15），(La/Yb)N为19.91～29.93，Σ LREE/ΣHREE=14.91～19.54。从二道沟矿床花岗岩发育微弱的正铕异常这一地球化学特征可以推论：在原岩部分熔融生成花岗质熔体的时候，残留固相组合中没有或很少有长石的存在，且这部分熔体从源区抽取进入岩浆房的演化过程中没有发生明显的常识分离结晶作用；否则只要上述任何一种情况曾经发生过，最终形成的花岗质岩石则必然出现明显的负铕异常。

图7 a-b 西对面沟花岗岩体中心相和边缘相的稀土元素球粒陨石标准化配分曲线图（球粒陨石标准化数值据Sun and McDonough,1989）

5 讨论和结论

5.1 岩石成因类型

岩石的成因类型和岩浆岩形成的地球动力学过程密切相关，因此对成因类型的准确判断至关重要。花岗岩的成因分类繁多，其中应用较广泛的主要是I、S、M、A型分类，前三者强调其物质来源：I型花岗岩来自火成岩或下地壳，S型花岗岩来自沉积岩或上地壳，M型则是地幔来源，A型则是强调其形成的构造环境（非造山带或造山后后拉张环境）及成分特点（碱水、无水、铝制）。从岩石系列来看，I型和S型主要是钙碱性系列或者高钾钙碱性系列，M型则是拉斑玄武岩系列，A型已属碱性系列范围。同一岩石系列的岩石在矿物组合和化学成分上相似，不同的岩石系列的岩石它们的形成环境、物质来源和形成过程则不尽相同。岩石成因信息可以通过岩石地球化学特征来反映。西对面沟岩体完全不同于A型花岗岩类，也不是拉斑玄武岩系列的幔源岩石。因此，现着重与典型的I型和S型花岗岩的特征进行对比，来探讨其成因类型。

本次研究中，岩相学观察所有样品中都有传统意义上作为I型花岗岩判断标志的副矿物磷灰石和磁铁矿，可以说明西对面沟岩体具有I型花岗岩的特征。判别I型和S型花岗岩的标准是A/CNK，即S型花岗岩铝饱和指数A/CNK大于1.10，而I 性花岗岩的铝饱和指数A/CNK值小于1.10。据论文前述，西台子岩体的铝饱和指数A/CNK介于0.9～1.11，基本都小于1.10，平均值为0.99，只有岩体中心相的一个样品为1.11。在SiO2-Zr花岗岩成因判断图（图8）中二道沟矿床的花岗岩基本都落在了I型花岗岩的区域内，只有一个样品落在了S型花岗岩区域内。综上，西对面沟岩体应属于I型花岗岩。

图8 西对面沟岩体SiO2-Zr 判断图

5.2 源区性质

西对面沟岩体在地质特征、岩相学、岩石化学、地球化学以及侵位时代等诸多方面，均与华北克拉通北缘广泛发育的燕山期高Sr花岗岩类（刘洪涛等，2002）十分相似。分布于华北克拉通北缘的燕山期高Sr花岗岩类包含的岩石类型主要为二长花岗岩、石英二长岩、花岗闪长岩和石英闪长岩；其岩石学化学表现为高铝、富纳、高钾，微量元素和稀土元素呈现突出的高Sr 丰度、强烈的重稀土亏损，以及发育轻微乃至显著的正铕异常等特殊岩石的地球化学特点；同时还具有高场强元素亏损和大离子亲石元素富集的地球化学特点，而这些特点同时也是火山弧/活动大陆边缘钙碱性岩浆或造山高钾钙碱性花岗岩类所共有的化学属性。除Al2O3含量稍低于本区高Sr花岗岩类以外，西对面沟岩体岩石特征与地球化学特征与其具有可比性。西对面沟岩体以其高钾、高Sr、重稀土元素亏损、发育酸性岩类正铕异常等地球化学特征，有别于普通的花岗岩。也正是由于这些地球化学特殊性质，使它基本排除了部分熔体型源区抽取后可能经历的如分离结晶、同化混染和岩浆混合等复杂的岩浆过程，因而良好的继承了源区性质。锶高度富集和不发育明显的负铕异常，不仅只是其熔体型源区抽取到大规模结晶前没有发生过显著的斜长石结晶分异作用，而且表明源岩部分熔融是留在源区的残留固相结合中没有或缺乏长石类矿物。这是因为斜长石是Sr2+和Eu2+的主要捕获者，而且又是花岗岩熔体的组要组成组分，如果斜长石分离结晶或源区残留斜长石两种情形有一个显著地发生过，那么岩石必然出现贫锶和负铕异常。根据以上讨论，可以推断西对面沟岩体可能是揭示了物源可能是地壳下部岩石部分熔融产物。

5.3 岩浆演化与金矿化关系

虽然西对面沟岩体只有局部发育轻微矿化，但是二道沟金矿矿田内的金厂沟梁金矿、郝杖子金矿矿脉（容矿断裂构造）均围绕西对面沟岩体呈放射状分布（图1a,b），并且矿脉在远离岩体的方向矿物组合具有一定的分带性，指示二道沟金矿田内的金矿可能是与西对面沟岩体有岩浆演化有关的成矿作用。

西对面沟岩体为I型花岗岩且具有大陆火山弧花岗岩特征；镁含量低，稀土元素分配图中无明显的负Eu异常，表明岩浆形成与造山作用有关且处于活动大陆边缘靠近内陆一侧的火山弧内带。岩石形成年龄为早白垩世（约128Ma）,而此时的华北克拉通北缘中段由于晚中生代太平洋板块对中国东部的俯冲作用处于岩石圈强烈伸展区，发生大规模的岩石圈减薄作用，使岩石圈和软流圈相互作用，地壳特别是下地壳重熔活化，产生西对面沟岩体等一系列大规模的强烈岩浆作用，同时也发生大规模的流体（包括幔源流体）作用，此时含矿流体从岩浆热液中分离出来，在构造裂隙中形成破碎带蚀变岩成矿体系（二道沟金矿、金厂沟梁金矿、郝杖子金矿），部分与岩浆系统一起冷却形成岩体内的细脉浸染型金矿体。前人研究二道沟金矿矿化作用发生在118～126Ma之间，二道沟金矿周边的小型铜钼矿床辉钼矿Re-Cs年龄为131Ma左右，金厂沟梁金矿成矿年龄在131Ma左右，说明二道沟金矿区域成矿时代在早白垩世，从成矿时间上证明了二道沟金矿为该区域构造-岩浆（西对面沟岩体）演化的产物，同时二道沟金矿田的一系列同时形成的金（铜钼）矿床与中国东部燕山期成矿“大爆发”事件相吻合。