山西辛庄金矿床地质地球化学特征及成因分析（赵晓霞,刘忠法,张普斌,刘清泉,张宇,张建国《中南大学学报(自然科学版)》2012.11）.pdf

第 43 卷第 11 期 中南大学学报自然科学版 Vol.43 No.11 2012 年 11 月 Journal of Central South University Science and Technology Nov. 2012 山西辛庄金矿床地质地球化学特征及成因分析 赵晓霞 1 ，刘忠法 1 ，张普斌 2 ，刘清泉 1 ，张宇 1 ，张建国 1, 2 1. 中南大学 地球科学与信息物理学院 有色金属成矿预测教育部重点实验室，湖南 长沙，410083； 2. 有色金属矿产地质调查中心，北京，100012 摘要总结辛庄金矿区地质特征，并从成矿物质来源、矿化产出形式、矿物共生组合和矿石组构、围岩蚀变以及 成矿方式等方面探讨辛庄金矿的矿床成因。对矿床微量元素、稀土元素及同位素等地球化学特征进行分析。研究 结果表明本区脉状矿体受北西及北北西向两组断裂构造控制作用明显，矿石类型具有多样式、多矿种组合的特 征；岩体源岩来自于地壳，燕山期岩浆活动为本区提供了成矿物质和成矿流体；矿床为与燕山期中酸性岩浆侵入 活动有关的热液充填石英脉型金矿床。 关键词 矿床地质特征；地球化学特征；矿床成因；辛庄金矿床 中图分类号P611.1 文献标志码A 文章编号1672−7207201211−4374−07 Geological and geochemical characteristics and cause of Xinzhuang Gold Deposit, Shanxi Province ZHAO Xiaoxia 1 , LIU Zhongfa 1 , ZHANG Pubin 2 , LIU Qingquan 1 , ZHANG Yu 1 , ZHANG Jianguo 1, 2 1. Key Laboratory of Metallogenic Prediction of Nonferrous Metals, Ministry of Education, School of Geosciences and InfoPhysics, Central South University, Changsha 410083, China; 2. China Nonferrous Metals Resource Geological Survey, Beijing 100012, China Abstract The characteristics of the Xinzhuang gold geological were summarized, the deposits geochemical characteristics of trace element, rare earth elements and isotope were studied, and the genesis of deposit was researched combined with the oreing material source, mineralization type, mineral assemblages and mineral fabric, wall rock alteration and pattern of metallogeny. The results show that vein ore bodies are controlled by the NW and NNW fault structures obviously. Ore types have multiat, multiminerals assemblage characteristics.The source rocks of the rock body originate from the earth’s crust, and magmatic activities of Yanshanian provide a large number of oreing material and oreing fluid. The ore genesis of Xinzhuang Gold Deposit has the low temperature filling quartz vein type related to the Yanshanian mediosilicicacid magma intrusion activities. Key words geological features of ore deposit; geochemical characteristics; genesis of deposit; Xinzhuang Gold Deposit 辛庄金矿床位于晋东北恒山山脉中段南侧五台山 金矿化集中区内，其与义兴寨金矿床分别位于孙家庄 杂岩体的南东部和北部， 同受区域性北西向断裂控制。 前人对义兴寨金矿床在内的矿田成岩年龄、 控矿构造、 控矿因素、成矿条件 [1−7] 、矿物标型 [8−9] 以及同位素、 成矿流体和金的产出状态等方面 [10−13] 进行了研究，认 收稿日期2012−04−12；修回日期2012−06−22 基金项目国土资源部公益性行业科研专项经费资助项目20091100704；国家危机办项目20109901；全球铜矿分布规律与找矿战略区划研究国 土资厅发[2011]7 号；中南大学有色金属成矿预测教育部重点实验室发展基金资助项目2008 年 通信作者刘忠法1984−，男，山东荷泽人，博士研究生，从事矿床地球化学的研究；电话13574886497；Email liuzhongfa_ok 第 11 期 赵晓霞，等山西辛庄金矿床地质地球化学特征及成因分析 4375 为本区成矿与燕山期岩体有密切的成因联系，矿体主 要受断裂控制作用明显，成矿流体以岩浆水为主，后 期有大气降水或地层水加入。由于人们对辛庄矿区地 质勘查工作起步较晚，到目前为止，对辛庄金矿床研 究较少。直到 20 世纪 80 年代初，山西省地质局 211 地质队才在本区进行了金矿普查地质工作，因此，辛 庄金矿的研究程度还较低，前期的地质资料、科研成 果较匮乏。为了提高本区研究程度，本文作者对本区 进行了野外调研，从成矿物质来源、矿化产出形式、 矿物共生组合和矿石组构、围岩蚀变以及成矿方式等 方面探讨辛庄金矿的矿床成因，以便为下一步寻找该 矿深部矿体提供理论资料。 1 成矿地质背景 矿区地处恒山东段山西陆台与燕山沉降带两大构 造单元相互嵌接的构造岩浆活动带上。 地层由老至新、 由北西向南东依次出露有五台群木格组、朱家坊组、 台子底组变质岩系，盖层为局部残留的上元古界蓟县 系雾迷山组、 寒武系毛庄馒头组以及第三系繁峙组、 第四系松散堆积物。 区域构造由 2 条北西向大断裂义兴寨断裂、 龙山 断裂构成本区断裂的基本格架， 它们控制着与其伴生 的北北东、北北西两组断裂的分布，也控制了中生代 岩体的产出和义兴寨辛庄金矿带的展布。 区域岩浆活动从五台期燕山期喜山期均有发 生，岩性从基性酸性碱性均可见；岩浆岩产出多 以浅成−超浅成为主，其中燕山期岩浆活动与本区成 矿关系密切，见图 1。 2 矿床地质特征 2.1 矿体产出的地质条件 该矿床主要由规模较大的 1 号、4 号含金石英脉 矿体和 611 号规模较小的含金石英脉矿体组成， 以上 1第四系；2第三系；3寒武系；4长城系；5五台群；6辉绿岩脉；7闪长玢岩脉；8浅成相酸性岩；9似斑 状花岗岩；10孙家庄闪长杂岩体；11矽卡岩化隐爆角砾岩；12变辉绿岩；13变基性岩；14花岗岩；15义兴寨变 闪长岩；16前庄旺上杂岩；17隐爆角砾岩筒；18不整合线；19正断层；20逆断层；21含金石英脉；22金矿点 图 1 辛庄岩金矿区域地质简图 Fig.1 Simplified geological map of Xinzhuang Gold Deposit 中南大学学报自然科学版 第 43 卷 4376 石英脉状矿体均受北西及北北西向 2 组断裂构造 控制。 1 号含金石英脉带分布在矿区中部， 见图 2。 脉带 沿北北西向断裂充填，破裂面在走向和倾向上呈舒缓 波状，破碎带两旁见鳞片状绿泥石、绢云母等矿物呈 定向排列。破碎带内多见断层泥及压性透镜体，破裂 面常见有斜擦痕。 含金石英脉在破碎带中有尖灭再现、 分支复合现象。由于受多期断裂活动的影响，石英脉 有碎裂及破碎现象。 此组脉带规模较大， 长达 1.5 km， 宽为几十厘米至几米，最宽可达 13 m 左右；倾向为 7078，倾角为 7580。脉带内的矿体规模大，延 深大，品位高，一般金品位为 110 g/t，最高可达 110 g/t。 图 2 1 号矿体 16 号线剖面图 Fig.2 16th line profile map of No.1 orebody 4 号脉在 1 号脉带西约 160 m 处，地表大部分被 黄土覆盖，在 975，815，715 和 645 m 中段均已见到 矿体，且其内赋存有薄而富的矿体，长大于 200 m， 延深超过 200 m，显示出一定规模，同时也说明矿区 存在盲矿脉体。 611 号脉带沿北西向断裂充填。 走向上含金石英 脉呈不规则状分布。断层角砾粒径悬殊，呈棱角状。 断层破碎带规模较小， 一般长 200 余 m， 最长可达 800 m，宽为几十厘米至几米，最宽可达 10 m 左右。倾向 为 2550，倾角为 7380。 2.2 矿石类型 根据矿石矿物组合特征、矿石结构、构造以及矿 石次生变化，将矿石划分为以下 4 种。 1 黄铁矿型含金−石英−黄铁矿型呈黄白色， 具自形−半自形粒状结构、碎裂结构，条带状、团块 状构造。金属矿物以中−粗粒黄铁矿为主，一般占矿 石成分含量质量分数，下同的 2550，微量黄铜 矿金含量较低。 2 黄铁矿−黄铜型含金−石英−黄铜矿−黄铁矿 型呈黄白色，具半自形粒状结构、碎裂结构，细脉 状、条带状、团块状构造。金属矿物以粗粒黄铁矿为 主，次为黄铜矿、一般占矿石成分含量的 3070， 少量镜铁矿次之；偶见方铅矿、闪锌矿，其含金性随 破碎程度增强而增大。 3 多金属型含金−石英−黄铁矿−黄铜矿型或含 金−石英−方铅矿−闪锌矿型呈半自形粒状结构、裂 隙充填结构、包含结构、碎裂结构，条带状、梳状构 造，其次为细脉状、网脉状构造。金属矿物主要为黄 铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿，其次有镜铁矿、斑 铜矿等，此类型含金较富。 4 蚀变岩型含金−黄铁矿−蚀变岩型 呈自形半 自形粒状结构、充填结构、碎裂结构，细脉浸染状、 细网脉状及交错脉状构造。金属矿物为黄铁矿，有时 可见黄铜矿、方铅矿、闪锌矿。蚀变主要以绿泥石化、 高岭土化、硅化等为主，此矿石类分布在主脉带两侧 或脉带尖灭再现的衔接部位。 2.3 矿物共生组合及矿石组构 2.3.1 矿物共生组合 金与金属硫化物共生，金属硫化物常以单矿物脉 或多金属组合脉产出，形成多种矿物组合关系，研究 区内主要矿物共生组合主要有黄铁矿−石英、黄铁矿− 黄铜矿−石英、黄铁矿−黄铜矿−镜铁矿−石英、黄铁矿 −黄铜矿−斑铜矿−石英、 黄铁矿−黄铜矿−方铅矿−闪锌 矿−斑铜矿−石英、黄铁矿−蚀变岩等几种。 2.3.2 矿石组构 矿石结构主要有自形粒状结构、半自形−他形粒 状结构、裂隙充填结构、包含结构、交代溶蚀结构、 脉状结构以及固融体分离结构，见图 3。矿石构造主 要有块状构造、条带状构造、脉状构造、细脉网脉状 构造。 2.4 围岩蚀变 辛庄金矿区内，围岩蚀变类型主要有钾化、赤铁 矿化、硅化、黄铁矿化、绢云母化、高岭土化、绿泥 石化、碳酸盐化等。与金矿化关系密切的蚀变作用主 要为硅化、绢云母化、黄铁绢英岩化，次为高岭土化、 绿泥石化、碳酸盐化等。 围岩蚀变由高温到低温横向水平分带为钾化、赤 铁矿化带−硅化、黄铁矿化、绢云母化带−高岭土化、 绿泥石化带−碳酸盐化带。 第 11 期 赵晓霞，等山西辛庄金矿床地质地球化学特征及成因分析 4377 a 粒状结构−；b 黄铜矿呈乳滴状固溶体分离结构−； c 黄铜矿被黄铁矿交代呈筛状−；d 方铅矿沿黄铜矿边缘进行交代，呈交代结构− 图 3 辛庄金矿床矿床典型矿石结构 Fig.3 Typical ore textures of Xinzhuang Gold Deposit 3 矿床地球化学特征 3.1 岩石学特征 用于研究本区岩石化学特征的数据均来源于新鲜 霏细岩，测试工作在广州澳实矿物实验室完成。岩石 化学成分分析结果显示样品的 SiO2 含量为 75.08 76.99，平均含量为 75.74，略高于中国同类岩石的 SiO2 平均含量 70.21 [14] ，属于 SiO 2 过饱和类岩石； wNa2O平均值为 1.55，wK2O平均值为 4.86， wK2O＞wNa2O，wNa2O/wK2O平均值为 0.30， 为钾质岩石；wA12O3/wCaO Na2O K2O＞1.1。从 物源角度看，岩石属典型壳源型S 型花岗岩。 3.2 微量元素地球化学特征 本次分析研究样品主要采自于与矿床成矿作用有 关的霏细岩，测试工作在广州澳实矿物实验室完成， 采用方法为质谱仪定量分析。根据测试结果绘制岩体 微量元素蛛网图，见图 4。由图 4 可知本区霏细岩 微量元素 Nb，Ho 和 Lu 亏损，呈负异常；Rb，Ba 和 Zr 相对富集，呈正异常，其微量元素蛛网图模式曲线 均呈自左向右微倾斜或近于水平分布的多峰多谷形。 呈现特征的“W”形配分模式曲线。 图 4 孙家庄岩体微量元素蛛网图 Fig.4 Trace element spidergrams of Sunjiazhuang intrusion 霏细岩中亲石元素 Rb，Ba，Th 的质量分数及 wRb/wSr低均与地壳的相当，这说明本区岩体可能 为地壳岩石深熔或重熔的产物。霏细岩中高离子场强 元素 Nb， Zr 和 Hf 的质量分数均比地壳中的低， 但远 中南大学学报自然科学版 第 43 卷 4378 比原始地幔的高，显示了原始岩浆的浅源性；Zr 的含 量相对于原始地幔来说明显富集，同样指示了岩浆来 源于地壳的特征。 本区黄铁矿具有亏 Fe 和 S 的特点， 而 wFe/wS 为 0.861 90.872 8，均大于 0.857 0，属于内生成因。 黄铁矿亏Fe和S可能与成分中富含Co0.050.15 和 Ni0.010.03有关。一般地，中深成含金石英 脉矿床黄铁矿中 Co 和 Ni 含量高，浅成低温热液金矿 床黄铁矿中 Co 和 Ni 含量低 [15] 。 黄铁矿中 wCo/wNi 为 1.6711.00，均值大于 1.00，指示硫化物矿物的成 矿物质来源于岩浆作用 [16] 。区内黄铁矿中 wS/wSe 为 2 6465 343，小于 110 5 ，属于热液成因 [17] 。 3.3 稀土元素地球化学 本次用于稀土元素研究的样品测试工作由广州澳 实矿物实验室完成，采用方法为质谱仪定量分析。 岩体稀土元素总量∑wREE为 25.2210 −6 137.5810 −6 ，平均值为 81.4010 −6 ；轻稀土与重稀 土含量比wLREE/wHREE为 5.1714.55， 平均值为 9.84，轻稀土富集；wLa/wYbN 为 3.7216.03，平 均值为 9.88；铕异常δwEu为 0.430.51，平均值为 0.47，Eu 中等亏损。这些特征均与钾质壳源型花岗岩 类特征相符，呈右倾斜的“V”型分布模式，具轻稀 土相对富集的特点。 围岩黑云角闪石斜长片麻岩稀土元素总量变化 范围变动较大，为 68.5110 −6 200.3310 −6 ，平均值 为 134.4210 −6 ； 轻 稀 土 与 重 稀 土 含 量 比 wLREE/wHREE变化范围为 3.1614.59， 平均值为 8.88，为轻稀土富集；wLa/wYbN 变化范围为 2.2321.59，平均值为 11.91；铕异常δwEu平均值 为 0.93，为无亏损型。 矿石含金黄铁黄铜镜铁矿石英脉型矿石、 含金黄 铁矿石英脉型矿石、含金黄铜黄铁矿石英脉型矿石、 含金斑铜黄铜黄铁矿石英脉型矿石、含金方铅闪锌黄 铜黄铁矿石英脉型矿石稀土元素总量∑wREE偏 低，为 8.8410 −6 105.6310 −6 ，平均值为 43.10 10 −6 ； 轻稀土与重稀土含量比wLREE/wHREE变化 范围为0.3111.82， 平均值为3.40； Eu相对富集， δwEu 为0.961.32， 平均值为1.14， 为富集型； wLa/wYbN 变化范围为 0.619.29，平均值为 3.24。 辛庄金矿稀土元素质量分数及特征值见表 1。由 表 1 可知岩体、围岩和矿体的稀土总量∑wREE 平均值分别为 81.4010 −6 ，43.1010 −6 和 134.42 10 −6 ； 轻稀土与重稀土含量比wLREE/wHREE平均 值分别为 9.84， 8.88 和 3.40。 wLa/wYbN 平均值分 别为 9.88， 11.91 和 3.24， 以上矿石特征值与岩体特征 值更接近，说明本区矿体的形成与岩体有密切关系。 3.4 同位素地球化学 矿区内矿石硫同位素组成 δ 34 wS为−0.9‰ 1.1‰，平均值接近 0‰，与国内岩浆热液矿床的硫 同位素值 1.68‰接近 [11] ，表明成矿物质来源与燕山期 岩体有关， 显示了成矿与燕山期岩浆活动的密切关系。 4 矿床成因分析 矿区内燕山期岩浆岩的微量元素及硫、氢、氧同 位素结果显示本区成矿物质、成矿流体及成矿所需 热能均主要来自于岩浆，成矿与燕山期岩浆侵入活动 关系密切 [18] 。尽管片麻岩中金含量相对地壳克拉克值 有所偏高，但强度不大。片麻岩硬度大，性脆易开裂， 在成矿前构造格局、燕山期构造应力场和岩浆活动热 力场共同影响下，充当成矿期浅部领域内各种脆性控 矿构造的良好围岩；同时，在含矿流体的运移、聚集 和定位过程中，充当良好的隔挡层。从宏观看，矿脉 表 1 辛庄金矿稀土元素质量分数及特征值 Table 1 Feature value of rare earth elements of Xinzhuang Gold Deposit 类别 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy 矿石 19.8810 −6 13.6610 −6 13.9210 −6 12.3010 −6 9.2010 −6 9.8610 −6 8.5710 −6 10.2010 −6 11.5710 −6 围岩 75.1610 −6 56.5410 −6 56.6310 −6 48.0010 −6 27.5310 −6 20.0010 −6 16.8110 −6 13.4010 −6 11.6910 −6 岩体 57.5010 −6 37.6610 −6 34.2110 −6 24.0010 −6 11.6510 −6 4.0410 −6 6.5510 −6 5.8010 −6 5.0510 −6 类别 Ho Er Tm Yb Lu ∑wREE wLREE/wHREE La/YbN 矿石 10.1910 −6 10.4510 −6 9.0310 −6 10.5310 −6 9.4810 −6 43.1010 −6 3.40 3.24 围岩 9.3210 −6 10.0010 −6 8.0310 −6 9.7110 −6 8.5510 −6 134.4210 −6 8.88 11.91 岩体 4.2510 −6 4.6210 −6 4.5510 −6 5.2610 −6 5.0010 −6 81.4010 −6 9.84 9.88 测试单位中国广州澳实矿物实验室。 第 11 期 赵晓霞，等山西辛庄金矿床地质地球化学特征及成因分析 4379 基本上还是围绕岩体的周边就近产出，远离岩体的热 力接触带体系，矿化逐渐变弱。 从矿化产出的形式看，矿化产出形式均为含金硫 化物石英脉体，是含矿流体沿构造裂隙控充填而形成 的典型热液脉状矿体。 从矿物共生组合和矿石组构看，本区金与金属硫 化物共生，金属硫化物常以单矿物脉或多金属组合脉 产出，矿石组构以裂隙充填结构、包含结构、交代溶 蚀结构、 脉状交叉以及固融体分离结构、 网脉状为主， 充分显示了热液成矿的特征。 从围岩蚀变看， 本区围岩蚀变水平分带为 钾化、 赤铁矿化带−硅化、 黄铁矿化、 绢云母化带−高岭土化、 绿泥石化带−碳酸盐化带，也显现了岩浆热液成矿流 体从早期到晚期、从高温到低温的演化规律。 从成矿方式看，含金硫化物石英脉受断裂带结构 面或裂隙面控制明显，脉壁平直，与两侧岩石界线清 晰，充填矿化特征明显，成矿方式以充填成矿为主。 从以上分析可知辛庄金矿属与燕山期中酸性岩 浆侵入活动有关的热液充填石英脉型金矿床。 5 结论 1 本区矿体呈石英硫化物脉状产出，均受北西 及北北西向两组断裂构造控制；矿石类型主要包括黄 铁矿型、含金−石英−黄铜矿−黄铁矿型、含金−石英− 黄铁矿−黄铜矿型或含金−石英−方铅矿−闪锌矿型以 及蚀变岩型；矿石组构主要为粒状结构、裂隙充填结 构、包含结构、交代溶蚀结构、脉状结构、固融体分 离结构，块状构造、条带状构造、脉状构造、细脉网 脉状构造。 2 岩体 wK2O＞wNa2O，为钾质岩石， wA12O3/wCaO Na2O K2O＞1.1，属典型壳源型S 型花岗岩；亲石元素 Rb，Ba，Th 含量及 wRb/wSr 比值均与地壳的相当， 高场强元素 Nb， Zr 和 Hf 含量 均比地壳含量小，具壳源特征；配分曲线呈右倾斜的 “V”型分布模式，轻稀土相对富集。矿石与岩体和 围岩相比，稀土元素总量∑wREE、轻稀土与重稀 土含量比wLREE/wREE和wLa/wYbN 等特征 值与岩体的更近， 表明矿体的形成与岩体有密切关系。 3 辛庄金矿床为与燕山期中酸性岩浆侵入活动 有关的热液充填石英脉型金矿床。 参考文献 [1] 彭大明. 晋东北地区金矿类型及找矿方向[J]. 地质与勘探, 1995, 44 263−268. 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