岳维好,周家喜
(1昆明学院信息工程学院,云南昆明 650214;2云南省高校数据治理与智能决策重点实验室,云南昆明 650214;3云南大学地球科学学院,云南昆明 650500;4云南省高校关键矿产成矿学重点实验室,云南昆明 650500)
阿斯哈金矿床位于青海东昆仑造山带东段沟里地区,已发现10条矿带20条金矿体,探明Au资源储量超过20 t,品位3.15~9.94 g/t,是东昆仑造山带内具有代表性的金矿床之一。自2011年发现该矿床以来,许多学者对其开展了较为系统的成矿地质背景、矿床地质地球化学、成矿流体性质及来源、成矿物理化学条件、赋矿围岩闪长岩和花岗斑岩年代学和岩石地球化学研究(李碧乐等,2012a;2012b;祁月清等,2012;沈鑫,2012;岳维好,2013;查道函,2013;李金超,2014;岳维好等,2017;2019;蔺吉庆等,2020)。然而,对该矿床成因认识还存在争议,例如,李碧乐等(2012b)和沈鑫(2012)认为,该矿床成矿流体为幔源流体,晚期有大气水混入,成矿物质主要来自地幔(矿区内的煌斑岩可能提供了成矿物质),并在上升过程中萃取部分所流经地层和岩石中成矿物质,属造山型金矿;岳维好等(2017)认为矿区222.1 Ma的花岗斑岩与阿斯哈金矿床具有内在成因联系,该矿床很可能属于与斑岩有关的浅成热液型;蔺吉庆等(2020)认为矿区华力西晚期中-酸性岩浆提供了金矿源,岩浆侵入提供了热源,属产于张性构造破碎带的中-低温岩浆热液构造蚀变岩型金矿床。
微量(包括稀土)元素广泛被用于研究热液矿床成因(Mills et al.,1995;Bau et al.,1997;Zhou et al.,2011;Sheard et al.,2012)。黄铁矿是阿斯金矿床中最为重要的载金矿物之一(岳维好,2013),以往研究认为,黄铁矿中的微量元素组成能够反映成矿流体来源与演化(Mills et al.,1995;Bau et al.,1997)。本文试图通过详细研究阿斯哈金矿床含金黄铁矿的微量元素地球化学特征,以期为理解该成因提供更加丰富的地球化学信息。
东昆仑造山带从北向南依次展布着昆北、昆中及昆南3条主断裂,总体均呈近EW向展布,这3条断裂将东昆仑造山带划分为东昆北、东昆中及东昆南3个构造带(姜春发等,1992;2000)(图1a)。昆北断裂带长约700 km,西至新疆,东多被第四系覆盖;昆中断裂和昆南断裂分别是昆中缝合带和昆南缝合带的主断裂,延伸1000 km以上,北倾,上陡下缓,为较强的地震带和重力、磁力的梯度带。东昆仑造山带为复合造山带,具有多岛洋、软碰撞和多旋回造山等特征(殷鸿福等,1997;1998),具有复杂的地球动力学演化历史。
图1 东昆仑构造分区(a)及阿斯哈金矿床地质简图(b)(据青海省地质局,1973;李碧乐等,2012a修改)Fig.1 Tectonic setting of the eastern Kunlun(a)and geologic sketch map of the Asiha gold deposit(b)(modified after Qinghai provincial geological bureau,1973;Li et al.,2012a)
东昆仑地区地层时代范围跨度较大,区域差异明显。自元古宙至第四系,除震旦系、寒武系、志留系外,基本均有出露,其中尤以元古宙、石炭系和二叠系相对广泛。东昆北和东昆中构造带主要出露大面积前寒武纪金水口群白沙河组,变质基底岩系,而东昆南构造带基底岩系相对年轻,为角闪岩相变质的苦海杂岩和万宝沟群。
东昆仑造山带岩浆活动频繁,前寒武纪、加里东期、华力西期、印支期均有不同规模的岩浆活动,其中以华力西晚期—印支期岩浆活动占主体地位,具有多旋回构造-岩浆活动特点,为一多期叠加的陆缘、陆内岩浆弧(姜春发等,1992;2000;莫宣学,2007)。
阿斯哈金矿床位于昆中构造带的东段,紧邻昆中大断裂(图1a)。矿区内地层简单,仅出露有古元古界金水口群白沙河组。矿区东南和西北部为灰黑色-灰绿色黑云母斜长片麻岩,中南部局部出露大理岩夹浅粒岩。矿区内构造主要为断裂构造,近东西向断裂及不同等级的次级断裂分布全区。矿区内侵入岩分布广泛,主要为印支期形成的花岗闪长岩-闪长岩岩基和以岩株状产出的黑云母花岗岩(李碧乐等,2012a)。
矿区处于东昆中花岗岩-变质杂岩带的东段,区内主体构造凌乱,近东西向断裂及不同等级的次级断裂分布全区。断裂构造按其展布方向主要可分为NNE向和NNW向(图1b),多为压扭性或压性断裂,具多期活动特点。控制矿区主矿体AuⅠ的为NNE向断裂,野外表现为左旋张扭特征,发育张性角砾和网脉状矿化,可见左行斜列透镜体。该断裂走向10°~20°,倾角70°~85°,长600~2400 m。控制矿区主矿体AuⅡ的为NNW-NW向断裂,为右旋压扭特征,见右行斜列的含金石英脉扁透镜体。该断裂走向315°~325°,倾角50°~80°,长1400~3000 m,断裂带沿走向宽窄不一,宽1~45 m不等,带内普遍发育硅质岩、蚀变闪长岩、断层角砾岩及断层泥,可见硅化、碳酸盐化、高岭土化和黄铁矿化等。金矿体产在闪长岩和花岗闪长岩体的构造破碎带内(图1b),呈2组相互平行的矿脉(体)群产出,至目前为止,已经发现10条含金构造破碎蚀变带和20条金矿体,并且还发现了1条铜矿体,金矿体多呈条带状、脉状、细脉状、透镜状产出,倾向多为SE至NE向,倾角一般在75°左右。其中,产于Ⅰ号脉的AuⅠ-1和Ⅱ号脉的AuⅡ-1矿体为矿区主矿体。AuⅠ-1矿体长310 m,厚2.39 m,金平均品位7.34×10-6。AuⅡ-1矿体长1040 m,宽0.80~3.5 m,平均厚度1.63 m,金平均品位5.37×10-6。
金矿石类型按照氧化程度可以分为氧化矿石(地表以下0~40 m范围)和原生矿石(地表40 m以下)。氧化矿矿石矿物由褐铁矿及孔雀石等组成并可见细粒、细脉状和星点状黄铁矿;原生矿矿石矿物为黄铁矿、黄铜矿及方铅矿,黄铁矿呈细粒他形晶或粗粒自形晶分布。脉石矿物均为硅质岩、长石、方解石、少量绢云母及绿泥石。原生矿石又可细分为蚀变岩型和(少量)石英脉型(岳维好,2013)。
矿石成分复杂,矿石矿物主要有黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、毒砂、自然金和银金矿(图2a~i),另外还有少量的辉铅铋矿、辉铋银铅矿、辉银铅矿、硫锑铅矿;脉石矿物主要有石英、黑云母、绢云母、绿泥石、绿帘石、长石和方解石(李碧乐等,2012b)。
矿石以粗粒状结构、溶蚀交代结构、残余结构、镶边结构、胶状结构为主,其次为压碎结构、包含结构、自形-半自形晶结构等,构造主要为块状、蜂窝状及多孔状构造,其次为浸染状、皮壳状、土状构造等。
矿区围岩蚀变十分强烈,广泛发育于矿区内构造蚀变带内,类型复杂,具多期叠加和较明显分带的特点。蚀变类型主要有硅化、绢云母化、黄铁矿化、绿泥石化、碳酸岩化(方解石化)、绢云岩化、黄铜矿化、高岭土化等。矿区有中酸性岩浆活动,深部有花岗斑岩脉侵入。
根据矿脉穿插关系、矿石矿物共生组合和结构构造特征,阿斯哈矿床的形成过程可分为热液成矿期和表生期(表1),热液成矿期由早到晚可细分为3个阶段:
表1 阿斯哈金矿床成矿阶段及矿物生成顺序Table 1 Stages of mineralization and mineral paragenesis in the Asiha gold deposit
石英-黄铁矿-毒砂阶段(Ⅰ):往往形成含黄铁矿石英脉,呈脉状、透镜状充填于后期构造带中,厚度一般十几厘米。石英多呈乳白色,油脂光泽,他形粒状结构,粒径较粗。黄铁矿呈自形-半自形粒状结构,多为立方体晶形,颗粒较粗(粒径多为0.6~3.0 mm),呈星点状、浸染状分布于石英脉中。毒砂粗粒半自形,含金,金与毒砂关系较密切(图2a~d、f、g、i)。
石英-多金属硫化物阶段(Ⅱ):常形成多金属硫化物碎裂岩和蚀变岩、多金属硫化物石英脉,脉宽多为1~30 cm。石英呈灰白-灰黑色脉状或不规则状,粒径0.03~0.30 mm,常沿构造裂隙充填于Ⅰ阶段石英脉复合体或构造蚀变岩中。黄铜矿呈浸染状、脉状、团块状出现,板状辉铋铅矿或辉铋银铅矿交代黄铜矿,均交代或穿切早先形成的毒砂或黄铁矿(图2f、g、i),浸染状和细脉状方铅矿、辉银铅矿、硫锑铅矿和黄铁矿发育,局部出现块状方铅矿-黄铁矿矿化(图2f),早阶段形成的毒砂、黄铁矿和石英脉在构造应力作用下呈碎裂状,为金的主要形成阶段;Ⅱ阶段金属矿物又可分出3个世代,辉铋铅矿、辉铋银铅矿形成最早,黄铜矿随后,较晚形成方铅矿、辉银铅矿、硫锑铅矿和细粒浸染状黄铁矿。
图2 阿斯哈金矿床含金黄铁矿野外(a~e)及显微照片(f~i)a~b.不同成矿阶段的含黄铁矿石英脉相互穿插,Ⅰ阶段黄铁矿呈自形-半自形粗粒状,基本不含金,Ⅱ阶段黄铁矿在构造应力作用下呈碎裂状,为金的良好载体;c~d.多金属硫化物碎裂岩和蚀变岩、多金属硫化物石英脉,两侧为闪长岩。浸染状和细脉状黄铁矿发育,金含量较高;e.Ⅲ阶段形成的石英脉和方解石脉呈透镜体状充填于闪长岩中;f.Ⅱ阶段黄铜矿及闪锌矿细脉沿Ⅰ阶段形成的黄铁矿和毒砂裂隙穿插交代;g.Ⅱ阶段黄铜矿脉沿Ⅰ阶段形成的正方形、矩形等切面的自形晶黄铁矿粒间充填,并具交代现象;h.自然金呈片状分布于石英中;i.Ⅱ阶段黄铜矿脉穿切成矿Ⅰ阶段的毒砂和脉壁黄铁矿PyI—石英-黄铁矿-毒砂阶段的黄铁矿;PyⅡ—石英-多金属硫化物阶段的黄铁矿;Dio—闪长岩;Qtz—石英;Lim—褐铁矿;Ccp—黄铜矿;Cal—方解石;Apy—毒砂;Au—自然金;Sph—闪锌矿Fig.2 Field photos(a~e)and microphotographs(f~i)of samples from the Asiha gold deposit a~b.The pyrite-bearing veins of different mineralization stages cutting through each other,the pyrite of stageⅠis euhedral-semi-automatic coarsegrained,and almost contains no gold.In the second stage,the pyrite of stageⅡis fragmented under the action of tectonic stress,which is good carrier for gold;c~d.Polymetallic sulfide cataclastic and altered rocks,polymetallic sulfide quartz veins,hosted in diorites.Disseminated and veined pyrite are developed with high gold content;e.Quartz veins and calcite veins formed in stageⅢfilled in the diorite as lenticular form;f.The fine veins of chalcopyrite and sphalerite in the stageⅡare interspersed and replaced along the cracks of pyrite and arsenopyrite formed in the stageⅠ;g.The chalcopyrite veins of stageⅡare filled with euhedral pyrite grains along the square and rectangular cross-sections formed in stageⅠ,with metasomatism;h.Native gold is distributed in the quartz in the form of flakes;i.The chalcopyrite vein of stageⅡcuts through the mineralization of the arsenopyrite and pyrite vein wall of the first stage PyI—Quartz-pyrite-arsenopyrite pyrite;PyⅡ—Quartz-polysulfide pyrite;Dio—Diorite;Qtz—Quartz;Lim—Limonite;Ccp—Chalcopyrite;Cal—Calcite;Cv—Covellite;Apy—Arsenopyrite;Au—Native gold;Sph—Sphalerite
石英-碳酸盐阶段(Ⅲ):石英-碳酸盐脉或碳酸盐脉发育,含少量硫化物,金矿化基本结束(图2e)。
本次用于测试的含金黄铁矿样品均采自阿斯哈金矿床Ⅰ、Ⅱ号坑道。在野外和室内研究的基础上,选择代表性矿石样品,将其清洗干净,粉碎到60~80目,通过人工重砂法从样品中分离出黄铁矿,再在双目镜下手工挑选与金成矿关系密切的黄铁矿,挑选出的黄铁矿单矿物经过详细的镜下检查,纯度高于99%。在双目镜下挑选黄铁矿的过程中还发现了自然金,说明所选黄铁矿与金成矿关系密切。
选好的黄铁矿样品用Milli Q超纯水超声清洗,除去吸附在表面的杂质,清洗干净的样品在40℃下烘干,称取约50 mg,放入干净的Teflon溶样罐中,加入1 ml HNO3和1 ml HF,置于马弗炉内,约150℃的条件下溶解48 h,使硫化物完全溶解。样品溶解完全蒸干后,加入1 ml HNO3,反复蒸干2次。最后蒸干的样品用30%的HNO3提取,加入500 ng的Rh作为内标,将溶液定容到50 ml,在电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)上完成测试(Qi et al.,2000)。样品处理及测试均在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超净化实验室完成,稀土元素分析精度优于5%,微量元素分析精度优于10%。
本文所测阿斯哈金矿床含金黄铁矿和金水口群变质岩微量元素数据,以及笔者之前测定的矿区闪长岩和花岗斑岩微量元素组成列于表2,相应的上地壳微量元素标准化蛛网图见图3。由表2、图3不难看出,与大陆上部地壳相比,阿斯哈金矿床含金黄铁矿显著富集Cu、Pb、Sn、Co、As、Cd、Bi元素,中等富集Ni、Zn等元素,其他元素富集系数<1的则为贫化元素。
图3 阿斯哈金矿含金黄铁矿微量元素比值蛛网图(标准化值据黎彤,1976)Fig.3 Spider diagram of trace elements of the Asiha gold-bearing pyrite from the Asiha gold deposit(data of upper-crust after Li,1976)
由表2可以看出,黄铁矿、闪长岩、花岗斑岩和金水口群变质岩均亏损高场强元素如Sc、Nb、Ta、Ti等,Hf/Sm值分别为0.13~1.06(平均为0.55)、0.38~0.58(平均为0.51)、0.94~1.17(平均为1.09)和0.69~0.82(平均为0.75)。黄铁矿、闪长岩和金水口群变质岩的Hf/Sm值除个别外,均<1,花岗斑岩的Hf/Sm值均>1;黄铁矿、闪长岩、花岗斑岩和金水口群变质岩30件样品的Th/La除1件样品>1(1.15)外,其余均<1;多数Nb/La值也<1。黄铁矿Co/Ni比值(1.39~6.61,平均为2.57)变化不大。矿床黄铁矿、闪长岩和花岗斑岩的Y/Ho值分别为26.10~35.76(平均为30.57)、26.97~29.25(平均为28.10)和27.05~29.02(平均为28.14),较为接近,与球粒陨石Y/Ho值(28,Bau et al.,1995)基本一致,金水口群变质岩的Y/Ho值(23.06~25.78,平均为24.27)较黄铁矿略低。
Co/Ni 1.42 Traceelementcontentsandfeaturesofgold-bearingpyrite,diorite,graniteporphyryandJinshuikouGroupmetamorphicrocksfromtheAsihagolddeposit Y/Ho 29.50 Nb/Ta 15.52 Zr/Hf 34.73 Nb/La 0.61 Th/la 0.44值征Hf/Sm 0.83特(w(B)/10-6)及U 1.33 Th 5.88 Bi量49.5含素Pb 102元量Ta 0.529微岩Hf 1.88质变Ba 116群口Cs 3.05水金和Sn 24.9岩斑Cd 0.684岗、花Nb 8.21岩Zr 65.3长、闪Sr 60.9矿铁Rb 194黄金As 597含床Ga 17.9矿金Zn 14.9哈斯Cu 62.4阿2Ni 238表Co 338 Cr 27.3 V 91.3 Ti 1856 Sc 9.17 Table2Li 9.73号AS1样2.0429.9713.14315.460.150.320.311.164.3013.049.80.1590.48547.42.0210.10.3652.091539.7544.1310627.4413.525.72214506.9916.626320.86339.0AS2 1.5230.7512.791870.370.480.830.310.3300.650104023980.0290.0548.760.2514.514.720.3711011.186.73193531.0536364401892874.542.6124241.3011.4AS3 2.0232.1015.9838.050.540.540.411.153.3511.117.80.2090.41075.32.2714.70.5863.3415.64.7589.447011.491.160468.21389.6243.421363.976.22AS4 1.8635.7615.42142.310.160.300.131.821.733042660.0620.13037.11.238.101.200.95618.55.6539.126294.82241161082.11536.8512.118790.1512.76AS5 2.9634.0212.2679.310.330.290.370.6320.78045010790.0720.17427.00.6775.871.220.88313.81.8426.519353.55141698068.62036.2811.98580.1974.84AS6 2.9229.6916.5687.031.210.620.690.8101.064.5318.70.1250.23959.01.358.460.3722.0720.84.0960.622098.5562.059087.62565.5617.614570.9398.53AS7 2.6530.6316.8075.941.250.640.760.7851.084.2019.70.1250.26658.11.398.530.3852.1020.24.1661.322308.6261.65981323505.5517.615630.8418.76AS8 1.9128.4917.15114.861.741.150.550.8061.397.5322.50.1230.17542.20.8885.690.3472.1120.13.4841.824475.5047.51751773386.1712.112580.3018.39AS9 6.6131.9319.5886.420.990.780.411.701.469.3341.10.0950.16233.70.6614.570.5071.8614.02.5730.416343.8983.831137.22466.508.7225890.6024.50AS10 1.3926.1017.67102.300.840.550.570.6981.6810.026.10.1460.30455.11.218.650.5552.5831.14.6553.237797.0562.36472052856.1616.77850.5505.90AS11 2.1531.0717.87194.852.060.980.730.7300.7539.1058.80.0890.13663.01.278.990.8761.5926.54.6359.939418.4710914901553335.0815.98750.4589.89AS12 3.9227.3516.09124.221.140.731.060.9000.6666.4422.10.0640.25636.20.7723.990.3191.0331.82.7334.043615.3264.887.21365334.0611.824580.4019.01AS13 27.1817.2831.120.410.330.382.598.401.2715.70.6021.524946.140.8520.07710.447.350472.853.521.095.423.516.316532.0130701213.318.7ASH-11 29.2515.8935.210.410.290.581.347.844.6713.80.6862.825214.860.9590.11610.999.352666.922921.093.514417.619647.6143695218.817.2ASH-12 28.9614.7229.960.300.320.501.9911.40.98118.10.7272.556684.371.250.07310.776.444888.733.219.996.730.015.413626.7101611313.119.4ASH-13 28.6214.5832.270.300.340.482.6111.87.1618.90.7272.206795.051.300.05810.671.043710347.720.176.033.512.818824.693.3629312.423.4ASH-14 28.6815.0030.700.320.280.501.629.905.0920.30.7402.446694.711.140.12711.174.950591.942.220.498.435.713.914426.8111749215.220.8ASH-15 27.05 26.97 14.73 13.96 29.20 31.48 0.41 0.48 0.34 0.39 0.52 0.58 3.07 1.75 9.05 10.6 2.11 0.261 16.9 12.8 0.733 0.924 2.37 2.83 724 446 6.33 5.58 7.06 0.999 0.077 0.090 10.8 12.9 69.2 89.1 452 491 87.4 74.9 18.8 10.7 19.3 20.6 98.7 75.9 23.3 17.1 13.7 16.3 200 124 28.5 36.3 96.5 105 6892 6413 13.6 16.5 19.7 17.5 ASH-16 ASH-17 29.0215.3037.300.380.360.942.3712.40.11120.70.8563.7873411.61.160.06713.114120618911.817.463.338.21.771037.2021.919784.4714.6ZK43-1 28.5412.5236.020.380.411.042.5614.10.05423.41.033.727208.511.070.15312.913411616311.916.553.789.11.2489.08.2716.517383.2335.9ZK43-2 27.8413.4034.800.440.421.172.7813.40.01923.51.034.318459.051.430.08113.815030219511.517.551.11580.92380.47.4817.718584.0543.1ZK43-3 27.7013.6334.420.410.391.102.9412.60.01323.60.9834.3096710.70.4550.03513.414827418111.617.195.538.95.1771.51.4717.819784.8722.4ZK51-4 27.9312.8933.830.440.431.092.6112.20.02122.10.9623.9978510.50.3540.02412.413530317211.016.754.089.41.5790.01.2716.120384.4613.7ZK51-5 28.9112.5736.710.380.401.142.6913.20.01820.61.014.258718.380.3650.04012.715620917511.117.156.426.51.4190.11.3716.319785.0819.1ZK51-6 27.0514.5835.880.420.391.152.5012.50.10332.30.9264.3225014.30.0890.15813.515525218311.517.194.327.313381.439.619.120983.7227.1ZK51-7 23.0625.0435.430.380.180.691.074.310.25818.10.3512.232771.350.8770.4128.7979.018965.91.5118.024.56.7822.452.443.6193315823.227.2JSK1 23.9814.2739.150.350.440.822.3911.60.52321.30.6493.786533.394.560.1189.2614864.689.22.1616.852.824.557.947.8122133356117.342.4JSK2 25.7814.1336.300.440.310.743.005.190.29656.10.5252.813543.448.910.1647.4210220077.81.3811.312664.341.210766.8120234216.118.1JSK3 0.2817.1411.8886.670.490.150.221.705.800.00412.01.601.50390(2017)。1.40等好维1.70岳自0.200引据数19.0品13048078.02.20(2019),ZK43-1~ZK51-7样等18.0好维岳94.0自引据63.0数品89.025.0110 ASH-11~ASH-17样1401。为6400位单值18.0比21.0,1976。彤*黎壳自地上:*来注
阿斯哈金矿含金黄铁矿、赋矿围岩闪长岩和花岗斑岩(岳维好等,2017)及金水口群变质岩的稀土元素含量及特征值列于表3、表4,相应的球粒陨石标准化曲线如图4所示。从表3、表4和图4可以看出,几类样品稀土元素配分模式均为明显右倾型,轻稀土元素富集。黄铁矿、闪长岩、花岗斑岩和金水口群变质岩的(La/Yb)N分别为2.39~14.32(平 均 为8.11)、10.12~14.60(平 均 为12.19)、18.06~24.00(平 均 为20.42)和5.16~11.04(平 均 为8.00),表明轻稀土元素分异较强,而重稀土元素分异较弱。
表4 阿斯哈金矿床含金黄铁矿、闪长岩、花岗斑岩和金水口群变质岩稀土元素特征值统计表Table 4 REE composition and features of gold-bearing pyrite,diorite,granite-porphyry and Jinshuikou Group metamorphic rocks from the Asiha gold deposit
黄铁矿的稀土元素元素特征与赋矿围岩闪长岩和花岗斑岩较为相似,而与金水口群变质岩略有不同。闪长岩和花岗斑岩ΣREE分别为118×10-6~157×10-6(平均为139×10-6)和118×10-6~139×10-6(平均为132×10-6),二者具有基本一致的稀土元素总量特征,金水口群变质岩ΣREE为91.9×10-6~128.0×10-6(平均为108.0×10-6),略微偏低,而黄铁矿稀土元素总量明显偏低,ΣREE为4.83×10-6~64.30×10-6(平均为19.60×10-6)。黄铁矿、闪长岩和花岗斑岩的δEu分别为0.49~0.92(平均为0.68)、0.73~1.00(平 均 为0.82)和0.73~0.81(平 均 为0.76),具有明显的Eu元素负异常,而金水口群变质岩具Eu元素弱正异常(δEu为0.92~1.17,平均为1.04)。四者的δCe值分别为0.98~1.06(平均1.02)、0.99~1.01(平 均 为1.00)、0.97~1.00(平 均 为0.98)和0.99~1.01(平均为1.00),基本无异常。
5.1.1 微量元素约束
以往认为,元素F和Cl对REE配合能力有差异:Cl优先配合LREE,而F则易与HREE结合(Flynn et al.,1978;Alderton et al.,1980;Haas et al.,1995)。近年来的研究发现,富F的热液也可以迁移大量的LREE(Oreskes et al.,1990;毕献武等,2004)。此外,HFSE在富Cl和富F的热液中具有明显不同的地球化学行为,富Cl的热液富集LREE,并具有Hf/Sm、Nb/La、Th/La比值<1的特征(Oreskes et al.,1990),而富F的热液富集LREE和HFSE,通常具有Hf/Sm、Nb/La、Th/La比值>1的特征(Ayers et al.,1993;Kep‐pler,1996)。由表2~4、图3、图4不难发现,黄铁矿中除少数HFSE略有富集外,其他元素均亏损,Hf/Sm、Nb/La、Th/La值普遍<1。因此,黄铁矿的微量元素特征表明,阿斯哈金矿床成矿溶液应以富Cl的热液为主,这与流体包裹体分析结果为NaCl-H2O体系,金形成于中-低温、还原和中-碱性的热液环境,金元素以硫砷络合物的方式作为成矿物质迁移的主要形式结论相一致(岳维好,2013)。
图4 阿斯哈金矿床含金黄铁矿(a)、闪长岩(b)、花岗斑岩(c)和金水口群变质岩(d)稀土元素球粒陨石标准化配分图(标准化值据Boynton,1984)Fig.4 Diagrams of chondrite-normalized REE patterns of the Asiha gold-bearing pyrite(a),diorite(b),granite-porphyry(c)and Jin‐shuikou Group metamorphic rocks(d)from the Asiha gold deposit(standardized value after Boynton,1984)
δCe 1.01 0.98 0.98 1.03 1.01 1.02 1.03 1.06 1.02 1.04 1.03 1.00 1.01 0.99 1.01 1.00 1.01 1.00 1.01 1.01 0.97 0.99 0.97 0.98 0.98 1.00 0.98 0.99 0.99 1.01 theAsihagolddeposit δEu 0.66 0.49 0.77 0.56 0.71 0.64 0.63 0.51 0.78 0.77 0.68 0.92 0.71 1.00 0.86 0.73 0.76 0.77 0.82 0.81 0.76 0.73 0.76 0.76 0.78 0.74 0.81 1.17 0.92 1.04(La/Yb)N 14.32 10.08 2.39 10.70 13.12 9.04 6.63 6.73 4.09 9.00 11.26 2.81 5.20 12.48 10.12 12.69 14.60 13.95 11.22 10.26 24.00 20.97 18.43 21.07 18.06 20.30 20.13 11.04 7.79 5.16 LREE/HREE 8.36 7.37 2.18 7.12 8.47 6.63 6.50 4.54 7.10 8.78 3.08 4.99 9.62 8.71 10.00 10.79 10.36 8.92 8.54 15.83 14.44 13.39 14.34 12.75 15.23 14.26 10.14 7.32 5.31值征2.92 HREE 1.52 3.12 5.40 1.58 6.71 1.18 1.19 1.31 1.21 1.50 1.21 0.849 11.1 13.6 14.2 13.0 13.5 12.9 13.9 8.29 8.78 8.85 8.77 8.60 8.41 8.61 9.41 15.4 14.6特58.9 49.5(w(B)/10-6)及LREE 26.1 3.31 24.7 11.3 7.85 7.76 5.93 8.60 13.2 3.74 4.23 107 118 142 140 140 115 118 131 127 118 126 110 128 123 95.4 112 77.3 64.3 29.2 8.95 ΣREE 56.2 7.24 4.83 27.7 9.03 9.81 14.7 4.95 12.8 5.08 118 132 157 153 153 128 132 139 136 127 134 118 137 131 105 128 91.9量含Y 7.70 11.6素2.86 5.20 5.65 2.96 1.93 1.93 2.08 1.82 2.14 2.33 1.34 15.6 19.8 20.1 18.0 18.7 17.5 19.2 11.9 13.1 13.0 12.3 12.4 12.2 12.2 13.0 23.5 22.2土元稀Lu 10.92 0.24 0.36 0.34岩0.099 0.132 0.033 0.059 0.053 0.029 0.026 0.026 0.033 0.026 0.025 0.028 0.022 0.217 0.275 0.267 0.260 0.262 0.255 0.289 0.149 0.189 0.167 0.174 0.178 0.177 0.162 Y。质含变Yb 1.46 1.90 1.99 1.72 1.80 1.70 1.88 1.04 1.17 1.23 1.11 1.12 1.18 1.14 1.52 2.43 2.32包群0.676 0.968 0.234 0.413 0.317 0.211 0.185 0.179 0.212 0.149 0.195 0.197 0.125不口水Tm金0.099 0.157 0.045 0.061 0.050 0.033 0.027 0.027 0.032 0.028 0.031 0.031 0.023 0.226 0.286 0.295 0.269 0.271 0.261 0.284 0.167 0.174 0.180 0.177 0.162 0.170 0.174 0.213 0.356 0.351和岩Er斑0.726 1.17 0.307 0.494 0.399 0.261 0.192 0.192 0.233 0.192 0.229 0.199 0.148 1.64 2.01 2.11 1.92 1.91 1.92 2.08 1.11 1.25 1.18 1.23 1.14 1.16 1.17 1.45 2.46 2.42(2017)。ΣREE中岗等、花Ho 0.261 0.387 0.093 0.162 0.158 0.087 0.065 0.063 0.073 0.057 0.082 0.075 0.049 0.574 0.677 0.694 0.629 0.652 0.647 0.712 0.410 0.459 0.467 0.444 0.444 0.422 0.451 0.558 0.983 0.857好岩维岳长自、闪Dy 1.41 1.96 0.461 0.831 0.813 0.424 0.292 0.305 0.339 0.333 0.406 0.359 0.202 2.96 3.63 3.69 3.47 3.50 3.28 3.57 2.09 2.20 2.28 2.17 2.15 2.00 2.08 2.21 3.88 3.91引矿据铁Tb 数品黄0.294 0.317 0.065 0.165 0.159 0.078 0.055 0.057 0.068 0.061 0.071 0.057 0.041 0.564 0.708 0.704 0.674 0.676 0.629 0.721 0.433 0.450 0.452 0.463 0.430 0.435 0.456 0.432 0.691 0.669金含Gd床1.83 1.62 0.281 0.936 0.971 0.458 0.342 0.344 0.317 0.366 0.465 0.267 0.239 3.43 4.06 4.49 4.03 4.41 4.23 4.31 2.89 2.89 2.89 3.00 2.98 2.87 2.98 2.79 4.20 3.70矿金哈Eu 0.436 0.259 0.056 0.177 0.227 0.096 0.071 0.058 0.081 0.095 0.111 0.067 0.056 1.22 1.25 1.14 1.07 1.17 1.18 1.22 0.843 0.765 0.809 0.845 0.838 0.789 0.892 1.15 1.33 1.27斯阿1.59 Sm 2.26 1.01 4.03 4.85 5.10 4.63 4.89 4.56 4.89 4.03 3.59 3.69 3.90 3.65 3.73 3.77 3.24 4.63 3.79 3 0.174 0.988 0.466 0.346 0.349 0.318 0.392 0.531 0.186 0.241(2019),ZK43-1~ZK51-7样表REEcompositionandfeaturesofgold-bearingpyrite,diorite,granite-porphyryandJinshuikouGroupmetamorphicrocksfrom等Nd 12.3 8.46 0.666 5.05 5.00 2.31 1.70 1.66 1.31 1.83 2.66 0.841 0.933 21.0 24.7 27.2 26.4 26.6 23.8 24.7 23.3 21.5 21.0 23.1 19.9 22.6 22.1 18.6 22.9 16.7好维岳Pr 3.22 2.46 0.172 1.39 1.31 0.575 0.429 0.411 0.343 0.464 0.694 0.214 0.226 5.80 6.45 7.45 7.23 7.26 6.21 6.41 6.93 6.48 6.15 6.66 5.84 6.73 6.52 5.03 6.11 4.25自引据数Ce 27.2 23.1 1.46 12.3 11.4 5.15 3.59 3.60 2.67 3.95 6.15 1.66 1.87 49.1 53.9 66.3 65.6 64.8 52.9 54.1 61.3 60.3 55.2 58.6 51.3 60.9 57.5 44.0 51.1 34.6品Table3La 13.5 13.6 0.779 6.16 5.80 2.66 1.71 1.68 1.21 1.87 3.06 0.772 0.907 25.4 26.8 35.2 35.0 35.0 26.6 26.9 34.8 34.2 31.6 32.6 28.2 33.4 32.0 23.4 26.4 16.7名品样AS1 AS2 AS3 AS4 AS5 AS6 AS7 AS8 AS9 AS10 AS11 AS12 AS13 ASH-11 ASH-12 ASH-13 ASH-14 ASH-15 ASH-16 ASH-17 ZK43-1 ZK43-2 ZK43-3 ZK51-4 ZK51-5 ZK51-6 ZK51-7 JSK1 JSK2 JSK3:ASH-11~ASH-17样 注
金矿床含金黄铁矿所含的微量元素在一定程度上反映了金矿石的形成条件并可作为矿床成因的良好指示剂。利用黄铁矿杂质元素Co、Ni含量及比值来确定矿床成因已被证明行之有效(Brill,1989;毛光周等2006)。研究表明,不同成因黄铁矿具有不同的Co/Ni值,与火山成因有关的黄铁矿其Co/Ni值一般>1(Loftus et al.,1967),多在5~10之间(Bralia et al.,1979),典型的在5~50之间(Price,1972);沉积成因黄铁矿Co/Ni值通常<1(Loftus et al.,1967),平均为0.63(Price,1972);热液成因(脉状)黄铁矿其Co/Ni平均值在1.7±,多<5(Price,1972)。由表2及图5不难看出,阿斯哈金矿床黄铁矿w(Co)、w(Ni)分别为138×10-6~533×10-6(平均为301×10-6)、37.2×10-6~238×10-6(平均为138×10-6),黄铁矿Co/Ni比值变化中等(1.39~6.61,平均为2.57),显示了黄铁矿的复杂成因。在黄铁矿的Co/Ni图上(图5),除了1个样品投在火山成因黄铁矿区外,其余均落在热液成因区。
图5 阿斯哈金矿床黄铁矿Co/Ni分布图(不同地质环境边界的定义据Bajwah et al.,1987;Brill,1989)Fig.5 Co/Ni distribution diagram of pyrites from the Asiha gold deposit(Boundaries of different geological settings are defined after Bajwah et al.,1987;Brill,1989)
元素Y和Ho具有相同的价态和离子半径(分别为10.19 nm和10.15 nm,Shannon,1976),具有相同的地球化学性质和行为,在许多地质过程中Y/Ho比值一般不发生变化,常常被用来示踪成矿物质来源与演化过程。地球上大多数岩浆岩和碎屑沉积物都保持着球粒陨石的Y/Ho比值(28±,Bau et al.,1995)。此外,前人对成矿流体及现代海底热液进行了Y、Ho研究(Bau et al.,1995;1997;1999;Douville et al.,1999),这为本次研究提供了重要参考。从表2、图6可以看出,阿斯哈金矿床黄铁矿、闪长岩和花岗斑岩的Y/Ho值分别为26.10~35.76(平均30.57)、26.97~29.25(平均28.10)和27.05~29.02(平均28.14),较为接近,且与球粒陨石Y/Ho比值(28)基本一致,全部黄铁矿Y/Ho比值与现代海水及海底热液明显不同,略较赋矿闪长岩和花岗斑岩Y/Ho比值范围宽,暗示与金成矿关系密切的黄铁矿热液流体来源除赋矿围岩外,可能还有其他源区。
图6 阿斯哈金矿床含金黄铁矿、闪长岩、花岗斑岩、现代海底热液和海水的Y/Ho比值对比图现代海水、BAB(弧后盆地)、MAR(中大西洋洋脊)和EPR(东太平洋洋脊)热液流体数据引自Bau et al.,1997;1999;Douville et al.,1999Fig.6 Comparative diagram of Y/Ho ratios from gold-bearing pyrite,diorite and granite-porphyry from the Asiha gold deposit Modern submarine hydrothermal fluids and seawater Data of hydrothermal fluids and modern seawater,BAB(Back-Arc Basin),MAR(Middle-Atlantic Ridge)and EPR(East Pacific Ridge)from Bau et al.,1997;1999;Douville et al.,1999
5.1.2 稀土元素约束
稀土元素属于不活泼元素,在热液体系中,稀土元素地球化学可以有效地示踪成矿流体的来源和水岩相互作用、解释金属矿床成因(Henderson,1984)。由于REE3+的离子半径(9.97~11.6 nm)与Zn2+(7.4 nm)和Fe2+的离子半径(7.8 nm)相差较大(Shannon,1976),所以REE3+替换闪锌矿或黄铁矿晶格中的阳离子是比较困难的,推测硫化物中的稀土元素很可能主要赋存于流体包裹体中。对现代海底热液系统的稀土元素地球化学研究表明,硫化物具有与热液流体相似的稀土元素组成(Mills et al.,1995)。因此,硫化物中的稀土元素组成特征应该可以直接反应成矿流体中的稀土元素组成特征和硫化物沉淀时的温度、压力、pH值及Eh值等物理化学条件。本文研究的黄铁矿稀土元素组成可以代表成矿流体的稀土元素组成(李厚民等,2003;陈懋弘等,2007),真实的反映了成矿流体稀土元素组成。
Eu在还原条件下呈Eu2+与其他REE3+分离,而Ce只有在氧化条件下呈Ce3+与其他REE4+分离,由表3、表4可见,含金黄铁矿具有明显的Eu负异常和Ce弱负异常到弱正异常,表明成矿流体具有较强的还原性,黄铁矿沉淀是在还原环境下进行的,这与矿区黄铁矿为主要载金矿物的事实相吻合,说明阿斯哈金矿床成矿流体具弱还原性。由表3、表4和图4还可以看出,黄铁矿球粒陨石标准化配分曲线与赋矿围岩闪长岩、花岗斑岩极为相似,而与金水口群变质岩略有不同,表明成矿流体中的稀土元素是在流体与围岩的水岩相互作用中萃取赋矿围岩中的稀土元素。因此,成矿流体中的稀土元素组成具有继承赋矿围岩闪长岩、花岗斑岩的特征,或三者可能来自同一源区。
东昆仑造山带是一个具有复杂演化历史的多旋回复合造山带,具有多岛洋、软碰撞和多旋回造山等特征(殷鸿福等,1997;1998)。华力西期,研究区受到南侧的巴颜喀拉-阿尼玛卿洋的俯冲及消减作用影响,进入古特提斯洋的演化阶段。从石炭纪开始陆续有洋壳俯冲作用有关的火山喷发和岩浆侵入,且一直持续到二叠纪末-三叠纪初。早印支后期,洋壳俯冲作用停止,巴颜喀拉-阿尼玛卿洋闭合,整个东昆仑地区进入陆内造山阶段。晚三叠世中期,东昆仑造山带发生构造体制转换(陆内造山由挤压构造体制向伸展构造体制转换,也与全球背景的Pangaea超大陆在印支晚期开始初始裂解时间224 Ma相一致),在此构造背景下研究区伴随着大规模成岩和成矿作用的发生(张德全等,2005;莫宣学等,2007)。
通过对矿床地质、微量和稀土元素特征研究结果表明:阿斯哈金矿床位于青海东昆仑造山带东段的沟里地区,矿体主要赋存于闪长岩和花岗闪长岩体的构造破碎带内,受NNE向、NNW向断裂构造控制。与金矿化密切相关的蚀变类型为硅化、绢云母化、黄铁矿化、绿泥石化、黄铜矿化等。石英-多金属硫化物阶段为矿区Au的主矿期,黄铁矿为主要载金矿物,该阶段的含金黄铁矿微量元素特征表明其成矿流体可能是以富Cl的成矿热液为主;Co/Ni比值显示矿床为热液成因。黄铁矿Y/Ho比值指示除赋矿围岩外,可能还有其它源区。含金黄铁矿稀土元素特征显示,成矿与中酸性围岩具有内在成因关系。这也与C-O-S-Pb等同位素测试结果,即阿斯哈金矿床成矿流体来源于岩浆热液(幔源岩浆),晚期有大气降水的加入;成矿物质主要来源于中酸性岩浆相吻合(李碧乐等,2012b;岳维好等,2022)。
目前阿斯哈金矿直接成矿年代学数据还需进一步开展研究。区域上,同一构造带的五龙沟金矿绢云母Ar-Ar年龄为(236.5±0.5)Ma(张德全等,2005),石英流体包裹体Rb-Sr年龄为237 Ma(陈柏林等,2019);大场金矿绢云母Ar-Ar年龄为(218.6±3.2)Ma(张德全等,2005),含金石英脉热液锆石U-Pb年龄为(221±4)Ma(边飞,2012)。同处沟里乡的果洛龙洼金矿床矿脉中白云母Ar-Ar年龄为201.8~229.3 Ma(平均为(202.7±1.5)Ma,肖晔等,2014),含金黄铁矿Re-Os模式年龄为215 Ma(周家喜未发表数据)。矿区闪长岩和花岗斑岩的结晶年龄分别为(232.6±1.4)Ma(岳维好等,2019)和(222.1±1.5)Ma(岳维好等,2017),特别是花岗斑岩与区域上金矿床的形成时间较为接近,推测成矿应在220 Ma左右。
综合本次含金黄铁矿微量元素结果,阿斯哈金矿床形成机制可概括为:以富Cl的幔源岩浆热液为主的成矿流体,在中-晚三叠世东昆仑强烈的俯冲及碰撞造山作用伸展构造背景下,沿区域性大断裂、大型剪切带及次一级的褶皱和断裂-裂隙控矿构造向上运移,流体在运移过程当中萃取围岩闪长岩和花岗斑岩中的成矿物质,当携带大量成矿物质的流体进入有利的成矿构造部位时,因构造环境及温度、压力等物理化学条件的急剧改变,且由于流体的不混溶性、不同性质流体的混合及水岩反应,最终促使含金成矿流体的沉淀,形成金矿床。矿床为与中酸性岩浆作用有关的浅成热液型脉状金矿床,为中-晚三叠世东昆仑造山伸展构造背景下岩浆-流体-构造耦合成矿的产物。
(1)黄铁矿Co/Ni比值(1.39~6.61,平均为2.57)显示矿床为热液成因。黄铁矿Y/Ho比值(26.10~35.76,平均为30.57)与现代海水及海底热液明显不同,较赋矿围岩Y/Ho比值(26.97~29.25,平均为28.12)范围略宽,暗示除赋矿围岩外,可能还有其它源区。
(2)阿斯哈金矿床黄铁矿成矿流体中富集LREE、亏损HFSE,Hf/Sm、Nb/La和Th/La比值<1,推断成矿流体以富Cl流体为主。
(3)黄铁矿中的REE组成代表了成矿溶液的REE组成。青海阿斯哈金矿床与金成矿关系密切的黄铁矿稀土元素组成与矿区赋矿围岩(闪长岩和花岗斑岩)相似,暗示该矿床成矿物质来自围岩。Eu负异常明显(δEu=0.49~0.92,平均为0.68),Ce异常不显著(δCe=0.73~1.00,平均为1.02),与赋矿围岩相似,进一步表明该矿床与中酸性围岩的存在内在成因关系。成矿流体应以含有幔源物质、富含CO2的岩浆流体为主,在成矿晚阶段有大气水混入。
(4)阿斯哈金矿床属于与中酸性岩浆作用有关的浅成热液脉状型金矿床,并可能受到造山作用影响。
致 谢成文过程中与昆明理工大学高建国教授/博导、贾福聚博士进行了有益探讨。此外,衷心感谢审稿专家对本文提出的宝贵意见及建议!