山东沂南铜井金矿地质地球化学特征及矿床成因探讨

姚秋卉

(山东省煤田地质局第三勘探队，山东 泰安 271000)

沂南铜井金矿是山东重要的矽卡岩型金矿，以往地质工作多集中于矿床地质特征及成矿规律的研究，而矿床元素地球化学方面的研究较少，该文通过采集矿区矿石样品进行光谱分析和电子探针分析，对矿石元素地球化学特征进行规律性总结，并对矿床成因进行探讨。

1 地质背景

1.1 地层

矿区出露的地层由老到新主要有：新太古代泰山岩群，主要岩性为斜长角闪岩、角闪变粒岩、花岗片麻岩等；新元古代土门群佟家庄组，主要岩性为灰白色中—细粒砂岩、含砾砂岩、灰黄、灰紫色页岩夹薄层泥灰岩；古生代寒武纪长清群李官组，主要岩性为浅灰黄中粗粒长石石英砂岩、含砾砂岩、紫红色钙质泥岩、页岩夹钙质细砂岩及薄层灰岩；长清群朱砂洞组，主要岩性为泥晶灰岩、纹层状灰岩、含藻灰岩、鲕粒灰岩、砂屑灰岩、泥灰岩、白云岩等；长清群馒头组，主要岩性为暗紫色页岩、粉砂质页岩夹薄层灰岩、鲕状灰岩等；九龙群张夏组，主要岩性为厚层鲕粒灰岩、竹叶状灰岩等；九龙群崮山组，主要岩性为灰黄色薄层状、疙瘩状灰岩夹黄绿色页岩；九龙群炒米店组主要岩性为薄层灰岩、竹叶状灰岩、鲕粒灰岩、生物碎屑灰岩等；还有白垩纪青山群的火山岩及第四系。灰岩、泥灰岩、钙质页岩等岩性孔隙发育，有利于含矿热液的扩散和渗透，与岩浆岩接触部位易交代成矿。而砂岩页岩、泥质页岩比较致密，作为矿体的顶板和底板，能起到良好的屏蔽作用，有利于成矿作用的进行。

1.2 构造

矿区主要构造可分为褶皱构造、断裂构造、层间滑脱带和层间破碎带等。

1.2.1 褶皱构造

铜井穹状背斜是矿区内唯一的褶皱构造，因铜井杂岩体的入侵，迫使矿区地层产生短轴状穹隆，长轴走向近SN，长轴与短轴之比近3∶2，倾角15°～20°；背斜东翼被“沂沭断裂带”破坏，穹状背斜之北、西、南翼保存完好，表现为分别向北、西、南3个方向缓倾斜。

1.2.2 断裂构造

矿区位于NNE向鄌郚-葛沟断裂与NW向马家窝-铜井断裂、马牧场-金场断裂的交会处，具备良好成矿构造条件。断裂构造按走向可分为NW向断层组、NNE向断层组。其中以NNE向断层最发育(图1)[1]。

1—奥陶-寒武系；2—花岗斑岩-流纹斑岩；3—花岗斑岩；4—二长斑岩；5—花岗岩；6—闪长岩-闪长玢岩；7—花岗岩-闪长岩；8—二长花岗斑岩；9—正长闪长玢岩；10—安山岩；11—断裂；12—推测断裂；13—地质界线；14—铜井金矿图1 矿区地质略图[1]

1.2.3 层间滑脱带和层间破碎带

岩浆岩沿断裂上升侵入的过程中产生巨大的推动力，迫使周围沉积岩层向四周倾斜，从而形成铜井穹状背斜，在岩层倾斜的过程中，在同一时代地层不同性质的地层之间，或者不同时代地层的沉积间断面上，产生一些层间破碎带或层间滑脱带，为岩浆的灌入和延伸创造了有利的空间和渠道

1.3 岩浆岩

矿区内岩浆岩发育，主要出露铜井杂岩体，铜井杂岩体呈岩株状侵入在NW向马家窝-铜井断裂和NNE向鄌郚-葛沟断裂的交会处，是由闪长岩类以及闪长玢岩类组成的多期次杂岩体[2]，岩性主要有黑云母闪长岩、黑云母辉石闪长岩、角闪闪长岩、石英闪长岩、闪长岩、辉石闪长玢岩、角闪闪长玢岩、石英闪长玢岩等。不同岩性岩石来自不同期次的侵入，具不同岩相。与成矿作用关系最密切的是来自后期侵入的闪长玢岩类。铜井杂岩体频繁的岩浆活动为金元素的富集成矿提供了能量及热液来源[3]，杂岩体与碳酸盐岩围岩发生接触交代形成金矿体。

2 矿体特征

矿体主要产出于铜井杂岩体与围岩的接触带、围岩断裂带以及围岩的层间破碎带、层间滑脱带和不整合面。通常岩浆岩沿着此类构造带侵入到围岩内部形成岩床或岩舌与其上下围岩接触交代形成矿体。矿体形态复杂多样，多呈似层状、环状、脉状、透镜状、扁豆状、囊状或不规则状等。产于外接触带的矿体,产状多与围岩一致,倾角一般较缓，产于内接触带的矿体,产状与接触带一致,倾角一般较陡(图2)。

图2 铜井杂岩体及矿体形态示意图

3 矿石特征

3.1 矿石岩性

矿区矿石岩性较为复杂，主要有黄铁矿化闪长玢岩、黄铁矿化角岩、黄铁矿化磁铁矿化矽卡岩、黄铁矿化大理岩，还有部分石英脉型矿石和磁黄铁矿型矿石。

3.2 矿石矿物成分

矿石矿物成分有20余种，主要矿石矿物为自然金、黄铁矿、黄铜矿、磁铁矿等，主要脉石矿物为石榴子石、方解石、钾长石、斜长石、绿帘石、石英等[4-5]。

3.3 矿石矿物特征

自然金：金黄色反射色，高反射率，均质性，低硬度，表面具擦痕，主要为包体金(图3)。

黄铜矿：镜下为铜黄色，呈他形粒状分布于脉石间隙、磁铁矿间隙、黄铁矿裂隙或间隙，或与黄铁矿、磁铁矿、斑铜矿等嵌布在一起，常交代磁铁矿、黄铁矿、磁黄铁矿，粒径为0.01～2.5mm。

黄铁矿：淡黄色，半自形—他形粒状，由于受力作用，有的被压碎，裂隙发育，裂隙中充填黄铜矿、磁黄铁矿等，有的包含于磁黄铁矿中，有的被黄铜矿、磁黄铁矿交代呈港湾状，分布不均匀，粒径为0.1～3mm。

磁铁矿：灰色，半自形—他形、自形粒状分布，与黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿嵌布在一起，有的包含于黄铜矿、黄铁矿中，具环带构造，分布较均匀，被磁黄铁矿、黄铜矿、黄铁矿、赤铁矿交代，粒径为0.1～2mm。

Py—黄铁矿；Au—自然金图3 自然金呈包体赋存于黄铁矿中

3.4 矿石结构

矿石结构主要有半自形—他形粒状结构、他形填隙结构、压碎结构，次要为自形—半自形粒状结构、包含结构和交代残余结构。

半自形—他形粒状结构：黄铁矿、黄铜矿、磁铁矿、斑铜矿呈半自形—他形粒状分布于脉石间隙或互相嵌布在一起，自然金呈楔状、角粒状、浑圆粒状等不规则粒状。

他形填隙结构：黄铜矿呈他形粒状分布在脉石矿物间隙或黄铁矿裂隙中。

压碎结构：局部黄铁矿因受力作用被压碎，裂隙发育。

自形—半自形粒状结构：磁铁矿呈自形—半自形粒状分布于脉石间隙或与黄铁矿、黄铜矿嵌布在一起。

包含结构：少量磁铁矿包含于黄铜矿中。

交代残余结构：磁黄铁矿被黄铜矿交代呈残留状，赤铁矿沿边缘交代磁铁矿呈残余状。

3.5 矿石构造

矿石构造类型有浸染状构造、脉状构造、块状构造。以浸染状构造、块状构造为主。

块状构造：黄铁矿、黄铜矿、磁铁矿等金属矿物无序均匀地布于脉石矿物中。

浸染状构造：黄铁矿、黄铜矿、磁铁矿等金属矿物呈星散状、乳滴状分布于脉石矿物中。

脉状构造：黄铁矿、黄铜矿、磁铁矿等金属矿物呈细脉状分布于脉石矿物中。

4 成矿期次及矿物生成顺序

成矿作用过程划分为矽卡岩期、热液期、表生期，其中矽卡岩期又可划分为早期无水矽卡岩阶段、绿帘石—磁铁矿化阶段和晚期含水矽卡岩阶段[6-8]。

成矿作用早期，岩浆分泌出的含矿热液处于高温状态，当温度下降至510℃左右时，开始形成以钙铁榴石、钙铝榴石和透辉石等为主的硅酸盐矿物，进入早期无水矽卡岩阶段[9]。

随着温度下降，含矿热液开始接触并交代早期形成的硅酸盐矿物，生成绿帘石、少量磁铁矿等矿物。这一阶段为绿帘石—磁铁矿化阶段。

温度下降至390℃左右开始进入晚期含水矽卡岩阶段，产生磁铁矿、镜铁矿等矿物。此阶段成矿流体的密度介于0.87～0.88g/cm3，成矿压力为33.1～44.2MPa。

当温度降至250℃以下，压力降到22.0～35.6MPa时，开始进入热液期和表生期，热液中的SiO2主要以石英的形式析出，同时溶液中的Au，Fe，Cu等金属矿物成分以自然金和硫化物(黄铜矿、黄铁矿、斑铜矿等)的形式析出。

此后，随温度和压力的进一步降低，温度达到190℃以下，压力降到17.0～27.4MPa热液中析出碳酸盐矿物。

上述过程表明，大部分的非金属矿物主要生成于高温阶段，大部分的金属矿物主要形成于中低温热液阶段[10-15]。

5 矿石元素地球化学特征

采集研究区79个矿石样品，对Au，Ag，Cu，Pb，Zn，As，Sb，Bi 8种微量元素进行光谱分析(由山东省第四地质矿产勘查院实验测试中心测试完成，分析仪器Axios荧光光谱仪、AA6300原子吸收分光光度计等)。根据分析结果做了相关性分析和聚类分析谱系图(图4)。结果显示，Au和Cu元素相关性最好，其相关性系数达到0.711，其次是Ag和Cu，相关系数是0.694，Ag和Sb的相关系数是0.536。其他各类元素相关性系数相对较低。Au，Cu，Ag，Sb显示了较好的聚类特征，也间接证明了这4种元素同属于亲硫元素的共同特性和其硫化物的矿化特征，对找矿有较好的指示作用。

图4 元素相关性及聚类分析

对矿区代表性样品所切薄片进行电子探针分析，样品来源于6个不同钻孔，主要分析对象为黄铁矿，所分析的元素有Fe，S，Au，As，Co，Ni，Pb等22种元素(电子探针分析由山东科技大学材料学院电子探针实验室测试完成。所用仪器是日本电子公司生产的电子探针JX-A8230)，所得分析结果见表1，黄铁矿电子探针下形态多呈半自形—他形。

分析结果显示，黄铁矿中含量较多的微量元素有Mg，As，Si，Sn，Cu，Co，Ce，基本不含Pb，Bi，Ca等元素。黄铁矿是矿区重要的载金矿物，半数样品检验出Au元素的存在，因为金作为铜族元素,具有很大的单质稳定性,地球化学性质既具有亲铁性，又具有较强的亲硫性。当含金热液中有黄铁矿晶体析出时,金元素趋于富集。研究表明，金元素常以[AuS2]3-,[Au(SO3)2]3-,[Au(HS)2]-等络合物的形式运移,而黄铁矿析出时，周围硫的浓度降低，因此金硫络合物趋于富集分解,使金析出在黄铁矿晶体中[16]。

黄铁矿中的主要元素是Fe和S，标准的黄铁矿Fe的质量百分比应为46.55%，而S的质量百分比应为53.45%，经电子探针分析，结果表明，黄铁矿整体呈现亏S、富Fe的特点，其中S的质量百分比最高为53.306%，比标准值要低。而Fe的质量百分比大部分都大于标准值，矿石类型多属于富铁型矿石。

前人研究证明，黄铁矿Co和Ni元素的比值具有指示矿床成因的标型意义，岩浆热液成因矿床的黄铁矿中，Co和Ni的比值大都大于1[17]，利用电子探针分析黄铁矿中Co和Ni元素含量，能够检测出Ni的3个样品中，Co和Ni的比值分别是13.62，3.66，2.85，都大于1。说明矿区矿床成因具岩浆热液成矿的特点[18-21]。岩浆热液成因黄铁矿中As的含量大于0.15%[17]，而实验数据所得As的含量远小于0.15%,暗示了矿床成因有变质热液成因特点，表明矿区矿床具有岩浆热液与变质热液叠加成矿的特点。

表1 电子探针分析结果 (%)

6 结论

(1)沂南铜井金矿是受岩浆岩、地层、构造等多种控矿因素综合控制的典型矽卡岩型矿床。主要赋矿层位为新元古代土门群佟家庄组、寒武纪长清群李官组、朱砂洞组、馒头组、九龙群的张夏组、崮山组、炒米店组等。灰岩、泥灰岩、钙质页岩等岩性为成矿有利围岩。

(2)根据光谱分析数据Au和Cu，Ag和Cu，Ag和Sb的相关性较好。Au，Cu，Ag，Sb四种元素显示了较好的聚类特征，对找矿有比较好的指示作用。

(3)根据电子探针数据分析黄铁矿呈现亏S富Fe的特点，黄铁矿中含量较多的元素有Mg，As，Si，Sn，Cu，Co，Ce基本不含Pb，Bi，Ca等元素。Co与Ni的比值大于1，As元素含量较低，矿床呈现岩浆热液成矿与变质热液成矿叠加的特点。