陜西八卦廟金礦成礦物質(zhì)來源探討

1沉積型pb-zn礦和細(xì)斷級構(gòu)造環(huán)境八卦寺礦區(qū)位于陜西省西秦嶺以東的鳳縣-太湖（以下簡稱鳳-太）鉛鋅礦和多元金礦床的北部，距陜西省鳳縣以東約40公里。鳳-太礦田在泥盆紀(jì)是秦嶺裂谷活動最強(qiáng)烈的地帶之一,同時也是秦嶺地區(qū)重要的多金屬成礦區(qū)帶。該礦田南北以兩條近東西走向的大斷裂為界,北部為鳳縣-山陽深大斷裂,南部為兩當(dāng)-鎮(zhèn)安深斷裂,兩斷裂具長期活動特點(diǎn);此外兩深大斷裂還派生發(fā)育許多次級斷裂,這些斷裂把鳳-太礦田分割成了許多同生斷陷盆地,正是這些斷裂及其斷陷盆地,為深部物源提供了可能的通道和成礦空間。我們近幾年對該地區(qū)金礦進(jìn)行了一系列的工作,發(fā)現(xiàn)鳳-太礦田金礦和秦嶺噴流沉積型Pb-Zn礦一樣與深大斷裂構(gòu)造有比較密切的關(guān)系,金礦的賦礦層位是星紅輔組(D2x)下段,Pb-Zn礦的賦礦層位是古道嶺組(D2g)上段,從區(qū)域上來說這兩層位是整合接觸關(guān)系,說明兩者在時間上很接近。從空間上來看,金礦和Pb-Zn礦都位于深大斷裂的附近,而且在許多Pb-Zn礦外圍都發(fā)現(xiàn)金礦(或金礦化),其中八卦廟金礦與八方山大型Pb-Zn礦僅相距3km,所以通過兩者的對比,從而揭示金礦的物源問題相當(dāng)有意義。鳳-太地區(qū)出露地層主要為泥盆系、石炭系、二疊系等。其中以泥盆系分布最廣,自下而上可分為三組:①中泥盆統(tǒng)古道嶺組(D2g),主要為碳酸鹽巖夾少量碎屑巖;②中泥盆統(tǒng)星紅輔組(D2x),主要為泥質(zhì)碎屑巖、碳質(zhì)碎屑巖夾條帶狀灰?guī)r;③上泥盆統(tǒng)九里坪組(D2j),為碎屑巖與碳酸鹽巖互層。區(qū)域構(gòu)造線方向總體為NWW—SEE向,由一系列軸向NWW的緊閉線狀褶皺和斷裂組成,其次為NE和近SN向斷裂。2金礦物及蝕變八卦廟金礦床位于NWW向蘇家溝-空棺溝復(fù)式向斜西端北翼,賦礦地層為中泥盆統(tǒng)星紅輔組下段,容礦巖石為鐵白云質(zhì)粉砂質(zhì)板巖和云母千枚巖。金礦體呈似層狀、透鏡狀,在平面上看呈“螃蟹”狀,在剖面上呈扁豆?fàn)?礦體中心部位最為厚大,金的品位最富;礦石的金屬礦物以磁黃鐵礦、黃鐵礦為主,其次有白鐵礦、鈦鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦等。非金屬礦物以絹云母、石英為主,其次有鐵白云石、綠泥石、黑云母、方解石、電氣石、鈉長石等。圍巖蝕變主要有硅化、絹云母化、鐵碳酸鹽化、其次為黃鐵礦化、綠泥石化等,為一套中—低溫礦物共生組合和圍巖蝕變。八卦廟金礦物主要以獨(dú)立礦物形式存在于石英脈內(nèi)及其脈旁蝕變圍巖中。礦區(qū)內(nèi)含金石英脈比較發(fā)育,按其產(chǎn)狀可分為三類:①順層脈,脈體較粗大,走向與地層走向(NWW向)大體一致;②節(jié)理脈,脈體細(xì)小,走向與地層走向近于直交;③裂隙脈,脈體較細(xì),走向與地層斜交。石英脈的含礦性與其發(fā)育規(guī)模成正比。石英脈旁常常伴有蝕變退色現(xiàn)象,越靠近含金石英脈,蝕變退色程度越強(qiáng),其Au,SiO2,Fe2O3,K2O,Na2O等含量明顯增加,而As,FeO,MgO,CaO,Al2O3含量則明顯減少。通過對礦床200多件樣品微量元素進(jìn)行分析研究發(fā)現(xiàn),礦床的主要成礦元素具有明顯的分帶性,從礦體中心富而厚大部位到礦體邊部尖滅部位,成礦元素表現(xiàn)為:Au→Au+Ag→Au+Ag+Pb+(Bi)。3稀土氧化物的地球化學(xué)根據(jù)稀土元素的分餾特點(diǎn)和配分模式以及各元素的比值和異常值(表1),我們可以通過對比區(qū)分來自不同物源的巖石。3.1正常殼源沉積相圍巖的稀土元素配分模式圖(圖1)表現(xiàn)為富輕稀土,Eu虧損,向右傾斜的曲線特點(diǎn)。w(ΣREE)為110.12×10-6～222.4×10-6,平均值為194×10-6,δEu平均值為0.68,δCe平均值為0.91,w(ΣCe)/w(ΣY)=2.91～3.83,與北美頁巖相似,表明圍巖性質(zhì)為正常殼源沉積。3.2含金石英的巖石地球化學(xué)特征近脈蝕變巖在八卦廟金礦床表現(xiàn)為一套退色蝕變巖,主要為黃鐵絹英巖化;遠(yuǎn)離含金石英脈體的弱蝕變巖石是介于近脈強(qiáng)蝕變巖石和圍巖之間的過渡型巖石,以磁黃鐵礦、黃鐵礦、絹云母為主。蝕變巖石的稀土元素特征根據(jù)其配分模式曲線(圖2)可分為兩類,第一類(弱蝕變巖)是富輕稀土,Eu虧損,曲線向右傾斜與圍巖相似,w(ΣREE)=198.83×10-6～225.08×10-6,δEu平均值0.71,w(ΣCe)/w(ΣY)=3.59～4.39;第二類(強(qiáng)蝕變巖)輕、重稀土分異較小,配分曲線特征與下述含金石英脈相似,w(ΣREE)=27.50×10-6～78.78×10-6,δEu平均值0.74,w(ΣCe)/w(ΣY)=0.36～2.43。說明蝕變巖石的稀土元素分餾特點(diǎn)介于圍巖和含金石英脈之間,當(dāng)蝕變強(qiáng)度大時,其稀土元素特征與含金石英脈更接近。3.3稀土元素比值特征含金石英脈稀土總量明顯偏低,輕重稀土分餾不明顯,配分曲線平緩,Eu虧損明顯,w(ΣREE)=7.66×10-6～24.73×10-6,平均值為20.32×10-6,δEu=0.47～0.93,平均值為0.72,w(ΣCe)/w(ΣY)=2.09～2.80。從配分曲線(圖3)及各稀土元素比值特征來看,含金石英脈和圍巖有明顯的區(qū)別,而與上、下地幔平均稀土元素特征相近,從w(ΣREE),w(ΣCe)/w(ΣY)的數(shù)值來看,由低到高的順序?yàn)?w(ΣREE)下地幔(4.33×10-6)→上地幔(17.70×10-6,黎彤)→含金石英脈(7.66×10-6～24.73×10-6);w(ΣCe)/w(ΣY)下地幔(1.32)→上地幔(2.04)→含金石英脈(2.09～2.80),反映含金石英脈稀土元素與地幔物質(zhì)基本接近,但也有一定程度的分異,地幔物質(zhì)分異的成礦流體可能直接參與成礦作用。4單烷基地球化學(xué)4.1節(jié)理含金石英脈30si由于金的賦存狀態(tài)與石英關(guān)系密切,因此可以通過硅同位素測試來判斷成礦流體的來源。表2列舉了八卦廟金礦與秦嶺Pb-Zn礦及世界不同地區(qū)巖(礦)石硅同位素組成的對比值。八卦廟金礦床順層含金石英脈的δ30Si=-0.4‰～-0.3‰,平均-0.33‰;節(jié)理含金石英脈的δ30Si=-0.1‰～0.1‰,平均-0.06‰,海相碳酸鹽巖地層中正常沉積的硅質(zhì)巖δ30Si=0.3‰～2.5‰,大部分位于0.6‰之上,馬里亞納海槽現(xiàn)代海底黑煙囪硅質(zhì)物的δ30Si=-3.1‰～0.4‰,平均-1.6‰;星紅鋪組底部一套海底噴流成因的硅質(zhì)巖(秦嶺Pb-Zn礦的賦礦巖石)δ30Si=-0.3‰～0.6‰,平均-0.4‰。顯然含金石英脈的δ30Si值與正常海相沉積的硅質(zhì)巖的δ30Si值明顯不同,而與海底噴流形成的硅質(zhì)巖的δ30Si值相近,說明八卦廟金礦床與秦嶺熱水沉積的鉛鋅礦床在成礦物質(zhì)來源上具有相似之處,兩者可能都是在裂谷擴(kuò)張的環(huán)境中地殼深部物質(zhì)沿深大斷裂上升直接參與成礦。4.2成礦物質(zhì)來源圍巖和含金石英脈中的黃鐵礦δ34S測試結(jié)果表明,圍巖中黃鐵礦的δ34S值較高,達(dá)33‰,含金石英脈的黃鐵礦δ34S=7.4‰～15.4‰,平均值為10.7‰,顯然圍巖硫具有沉積硫的特點(diǎn),而含金石英脈的硫與地層硫相距甚遠(yuǎn),說明二者性質(zhì)差異較大,與地幔硫相比略大,若將八卦廟含金石英脈黃鐵礦的δ34S與雙王金礦床噴流鈉長巖中黃鐵礦δ34S平均值(9.65‰)和八方山噴流-改造型鉛鋅礦床硫化物的δ34S值(8.4‰)相比,可以看出八卦廟礦床石英脈的δ34S值與噴流沉積作用形成的鉛鋅、金礦床的δ34S相近。造成硫同位素的這種分布特點(diǎn),可能有幾方面的原因,①由細(xì)菌還原所致,②與成礦環(huán)境的開放程度及硫的不一致來源有關(guān)。研究認(rèn)為,現(xiàn)代沉積中總硫(Ts)與有機(jī)碳(Toc)有明顯的線性關(guān)系[w(Ts)/w(Toc)=0.1～0.15,梅納德JB,1995],海相沉積物中w(Ts)/w(Toc)=0.4(Zabackda,1992),而八卦廟礦床中Ts和Toc含量分析結(jié)果顯示,w(Ts)/w(Toc)=0.01～25.5,數(shù)值變化大,無線性關(guān)系(圖4),基本上排除細(xì)菌還原地層硫參與成礦;據(jù)前人研究,鳳-太盆地的封閉程度較低,是硫的不一致來源的主要原因。結(jié)合八卦廟礦床的成礦環(huán)境和背景認(rèn)為,硫的來源以深源為主,有部分殼源硫參與成礦。雙王金礦床和八方山鉛鋅礦床的研究成果表明在礦床的成礦階段都有地殼深部流體的參與,特別是雙王金礦,其成礦物質(zhì)主要來源于深部地?；蛳碌貧?。從構(gòu)造環(huán)境和賦礦地層來看,雙王金礦床和八卦廟金礦床都位于鳳縣-山陽斷裂的南側(cè),賦礦地層都是中泥盆統(tǒng)的星紅鋪組下段,成礦時代基本相同,所以認(rèn)為八卦廟金礦床與雙王金礦床的物源更為相近,具有深源特征。4.3成礦流體特征測試結(jié)果表明,循環(huán)大氣降水與圍巖發(fā)生氧同位素交換使大氣降水δ18O的最大漂移幅度一般約為5‰左右(楊科佑等,1994年),而八卦廟金礦床的成礦流體δ18O漂移幅度遠(yuǎn)大于此值,因此不能以單一的大氣降水而論。根據(jù)δD-δ18O圖解(圖5)可以看出,絕大部分樣品均投影于巖漿水-變質(zhì)水的區(qū)間內(nèi)或其附近,所以有理由認(rèn)為,成礦流體可能是由類似巖漿水的深源流體和區(qū)域淺變質(zhì)巖中被萃取出來的水以及大氣降水構(gòu)成的混合熱流體,而這種熱流體極有可能是深源流體在向地殼運(yùn)移的過程中與圍巖的變質(zhì)水和下滲大氣降水混合而成的。將其與同一成礦帶的雙王金礦相比,δD=-71.6‰～-92.0‰,平均-81.8‰,δ18O=13.62‰～13.95‰,平均13.78‰,兩者非常相似。所以更加相信,八卦廟礦床的成礦流體主要來自于地殼深部。對八卦廟礦區(qū)內(nèi)石英包裹體水進(jìn)行氫、氧同位素測試分析,結(jié)果δD=-117.9‰～-53.38‰,平均-81.42‰,δ18O=1.655‰～13.30‰,平均6.91‰。根據(jù)德·吉斯和愛波斯坦研究表明,泥盆紀(jì)時海相石灰?guī)r的δ18O值為21.5‰～24.0‰,顯然八卦廟礦區(qū)的δ18O明顯低于此值,說明八卦廟的賦礦巖石與正常海相沉積巖石不同。那么單一大氣降水與圍巖發(fā)生氧同位素交換是否能造成礦流體氧同位素組成具有如此大的范圍?八卦廟金礦床礦石和蝕變圍巖的鐵白云石氧、碳同位素特征見表3,從表3中不難看出δ18O比較穩(wěn)定,變化范圍18.51‰～19.73‰,平均值19.44‰,與區(qū)域泥盆紀(jì)海相碳酸鹽巖的δ18O=22.95‰±2.51‰相比偏低;δ13C變化范圍為-1.85‰～-3.04‰,平均值-2.16‰,此值低于海洋碳酸鹽巖(0.56±1.56‰),略高于地幔碳酸巖(-5.1±1.4‰)和深源流體δ13C(4‰),與紅海底層熱鹵水中溶解的無機(jī)碳同位素組成(-3‰～5‰)比較接近。從δ18O-δ13C的巖性定性判別圖中(圖6)更能直觀的看出,所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)都投在熱水噴流巖區(qū)和噴口角礫巖區(qū)內(nèi),并且數(shù)據(jù)點(diǎn)比較集中,這表明鐵白云石的碳、氧同位素組成比較穩(wěn)定,是一套熱水噴流巖,結(jié)合泥盆紀(jì)鳳-太盆地的地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn),認(rèn)為這些噴流巖最大可能是直接來自于深大斷裂活動的地殼深部。5礦床成礦物質(zhì)來源(1)八卦廟金礦床含金石英脈與圍巖的稀土元素組成有較大的差別,與上地幔的稀土元素特征比較接近,表明成礦物質(zhì)具有幔源物質(zhì)的特征。(2)從構(gòu)造背景和時空關(guān)系來看,八卦廟礦床成礦時期為秦嶺褶皺系裂谷強(qiáng)烈活動期,其賦礦層