楊金溝白鎢礦床中蝕變圍巖稀土元素特征及其成因探討

楊金溝白鎢礦床中蝕變圍巖稀土元素特征及其成因探討

楊金溝白巖礦床位于吉林省琿春市東部。礦區(qū)坐標(biāo)：東13052001305400，西430645431030。由吉林省有色地質(zhì)勘查局603隊(duì)于2002年發(fā)現(xiàn),現(xiàn)有的勘查成果顯示該礦床具有大型以上遠(yuǎn)景規(guī)模。礦床主體部分產(chǎn)在下古生界五道溝群碎屑—火山沉積建造中,礦床(體)空間產(chǎn)出嚴(yán)格受斷裂破碎帶控制,與白鎢礦化有關(guān)的圍巖蝕變主要為硅化和碳酸鹽化。文章重點(diǎn)分析了各類蝕變圍巖的元素遷移和組分變化特征,以期提高對該區(qū)熱液蝕變與白鎢礦化關(guān)系的認(rèn)識,并為區(qū)域鎢礦資源勘查提供新的信息。1巖漿、構(gòu)造活動(dòng)楊金溝白鎢礦床位于吉黑地槽褶皺系、延邊優(yōu)地槽褶皺帶東部(圖1)。區(qū)內(nèi)出露地層主要為下古生界五道溝群,系由古火山巖、碎屑沉積巖經(jīng)區(qū)域動(dòng)力變質(zhì)作用形成的一套變質(zhì)巖系,自下而上分為三個(gè)巖性段:第三巖性段以紅柱石黑云母板巖、絹云綠泥片巖、粉砂質(zhì)板巖夾碳質(zhì)板巖為主;第二巖性段以斜長角閃片巖、黑云母石英片巖、絹云母石英片巖為主;第一巖性段以變質(zhì)長石石英砂巖、變質(zhì)流紋巖、絹云母石英片巖和黑云母石英片巖為主。印支—燕山期,受太平洋板塊向中朝板塊俯沖影響,區(qū)內(nèi)巖漿、構(gòu)造活動(dòng)頻繁。其中,海西晚期—印支—燕山早期斜長花崗巖(178Ma~212Ma,全巖K-Ar法,大六道溝斜長花崗巖)、閃長巖大規(guī)模侵位,并使五道溝群地層發(fā)生變形,形成楊金溝向斜;燕山早期仍有小規(guī)模的巖漿活動(dòng)(178Ma,全巖K-Ar法,楊金溝花崗閃長巖;152Ma,全巖K-Ar法,閃長玢巖),巖體呈巖枝(脈)狀沿構(gòu)造薄弱部位上侵,使五道溝群地層再次遭受改造。區(qū)域上規(guī)模最大的構(gòu)造為東溝南北向褶皺斷裂隆起帶,屬區(qū)域Ⅳ級構(gòu)造單元大北城—四道溝南北向褶皺斷裂隆起帶的一部分。礦區(qū)范圍內(nèi)斷裂構(gòu)造按走向可分為SN向及NW向2組,分別控制了南部及北部礦段礦床(體)的空間產(chǎn)出,其中SN向東溝壓扭性斷裂為區(qū)域性四道溝—春化—大北城斷裂帶的一部分,NW向F1、F2、F3張性斷裂為區(qū)域性新合—馬滴達(dá)斷裂帶的次級斷裂。2賦礦圍巖類型楊金溝鎢礦床鎢礦石主要有石英脈型和細(xì)脈浸染型,其中石英脈型由石英大脈(脈寬>10cm)和細(xì)脈(脈寬1~10cm)組成,粗粒白鎢礦呈團(tuán)塊狀、菊花狀(粒徑0.5~5cm,個(gè)別>10cm)不均勻散布于石英脈中;細(xì)脈浸染型由細(xì)粒白鎢礦(粒徑0.5~10mm)呈細(xì)脈狀或星點(diǎn)狀分布于蝕變圍巖中。礦石礦物以白鎢礦為主,伴有少量金屬硫化物(含量<3%),主要有磁黃鐵礦、黃鐵礦、毒砂、白鐵礦、黃銅礦、鐵閃鋅礦、硫銅銻礦等;脈石礦物有石英、黑云母、鈉長石、磷灰石、綠泥石、方解石等。礦石具結(jié)晶、包裹、交代及填隙結(jié)構(gòu),脈狀、細(xì)脈浸染狀及填隙狀構(gòu)造。通常認(rèn)為含礦圍巖的巖性特點(diǎn)是控制鎢礦物成分特征的決定性因素,產(chǎn)于鈣質(zhì)圍巖內(nèi)的鎢礦床,其鎢礦物呈白鎢礦產(chǎn)出,而產(chǎn)于硅鋁質(zhì)圍巖內(nèi)的鎢礦床,其鎢礦物呈黑鎢礦產(chǎn)出。但是鎢礦物合成實(shí)驗(yàn)研究表明,在具體礦床中,鎢以何種礦物沉淀,很大程度上取決于成礦流體中Fe、Mn、Ca、Na、F、S、CO2等組分的濃度,在成礦流體演化和發(fā)展過程中這些組分濃度的變化決定了成礦流體物理化學(xué)條件的變化,從而影響了鎢礦物成分和產(chǎn)出特征,可見含礦圍巖的巖性特征并不是決定鎢礦床內(nèi)鎢礦物產(chǎn)出特征的決定性因素,更不是惟一因素。通過對楊金溝礦區(qū)范圍內(nèi)坑探及鉆孔資料統(tǒng)計(jì)分析(總計(jì)見礦189條),賦礦圍巖依次為:斜長角閃片巖(見礦108條)、紅柱石黑云母片巖(見礦36條)、蝕變閃長玢巖或閃長巖(見礦21條)、黑云母石英片巖(見礦20條)、絹云綠泥片巖(見礦4條)?？梢钥闯鰲罱饻湘u礦床賦礦圍巖主要為五道溝群第二、三巖性段地層及蝕變印支晚期—燕山早期侵入巖脈。經(jīng)野外及室內(nèi)鏡下觀察,不同種類賦礦圍巖蝕變主要有硅化、碳酸鹽化、黑云母化、白云母化、陽起石化、綠簾石化等,其中與白鎢礦化有關(guān)的蝕變主要有硅化和碳酸鹽化。為此筆者選擇不同種類圍巖代表性區(qū)域未蝕變及近礦蝕變樣品進(jìn)行研究,采樣位置及樣品描述見表1。3區(qū)域內(nèi)地層中的關(guān)系研究顯示,鎢在地球歷史演化中,逐漸向地殼分異富集,鎢礦化與地殼演化及巖漿侵位活動(dòng)密切相關(guān),鎢在地幔含量僅為0.13×10-6,在地殼達(dá)1.1×10-6,吉林東部汪清地區(qū)地幔巖中包體和寄主玄武巖中的鎢含量分別為達(dá)到0.5×10-6和1.0×10-6,可是同處吉林東部地區(qū)的五道溝群中段地層鎢豐度高達(dá)10.31×10-6,據(jù)此可以認(rèn)為五道溝群地層是區(qū)內(nèi)鎢主要的礦源巖之一,鎢成礦作用經(jīng)歷了漫長的演化和發(fā)展,伴隨著印支—燕山早期巖漿不同規(guī)模的侵位活動(dòng),一方面,部分鎢可以隨巖漿熱液流體直接沉淀下來,形成浸染狀鎢礦化;另一方面,中酸性巖漿活動(dòng)亦可造成區(qū)域地?zé)崽荻炔粩嘣龈?進(jìn)而構(gòu)成熱液流體與容礦圍巖的對流循環(huán)。熱液流體可通過上述循環(huán)體系不斷從圍巖中萃取鎢及揮發(fā)性組分,形成含礦熱液流體,受上覆圍巖承壓作用的影響,含礦熱液流體沿著構(gòu)造的有利部位(如斷裂破碎帶)形成石英脈帶型白鎢礦。3.1成礦流體與成礦熱液流體的關(guān)系五道溝群第二、三巖性段地層及印支晚期—燕山早期侵入閃長玢巖的蝕變是熱流體活動(dòng)的結(jié)果。對不同種類蝕變圍巖進(jìn)行物質(zhì)組成變化分析有助于了解楊金溝白鎢礦床成礦流體系統(tǒng)特征及其成礦作用過程。對蝕變以及未蝕變斜長角閃片巖、黑云母石英片巖、紅柱石黑云母片巖和閃長玢巖進(jìn)行了物質(zhì)成分分析,分析數(shù)據(jù)見表2。運(yùn)用Grant(1986)的計(jì)算方法來確定各蝕變巖石物質(zhì)成分的遷移情況。ΔC=(CFi/CAi)×CA?CFΔC=(CiF/CiA)×CA-CF式中CFi和CAi分別為未蝕變巖石和蝕變巖石惰性組分的含量,CF和CA分別為未蝕變巖石與蝕變巖石某組分的含量值,ΔC為蝕變巖石相對于未蝕變巖石某組分的遷移量。選擇P2O5作為不活潑組分,計(jì)算不同種類蝕變巖石組分遷移量,結(jié)果見表3和圖2。斜長角閃片巖:SiO2、MgO、K2O和CO2等組分不同程度地帶入,而Fe2O3、FeO、CaO和Na2O等組分則不同程度地虧損。其中SiO2富集與硅化有關(guān),MgO富集與黑云母礦物形成有關(guān),CO2富集與碳酸鹽化有關(guān);K2O帶入而Na2O帶出,可能與鉀長石化蝕變作用有關(guān);Fe2O3、FeO帶出,表明Fe2+大量進(jìn)入成礦熱液流體內(nèi);CaO帶出,表明Ca2+大量進(jìn)入成礦熱液流體內(nèi)參與成礦。W、Mo、Pb、As、B、Sr、Ba、Rb等元素帶入,尤其W和As富集明顯,表明通過熱液蝕變作用,成礦流體中上述金屬離子發(fā)生遷移→沉淀,其中W元素富集與成礦流體中大量的W被固結(jié)在礦化圍巖中有關(guān),而As元素富集與毒砂、黃鐵礦等金屬硫化物形成有關(guān);Co、Ni、Sn、Bi、Cu、Zn、Au、Ag、F、Mn等元素帶出,表明上述金屬離子進(jìn)入到熱液流體中參與成礦,其中F、Mn元素與W礦化關(guān)系密切且?guī)С隽肯鄬^大,分別達(dá)-275.34和-1545.13。黑云母石英片巖:FeO、CaO、MgO、K2O和CO2等組分不同程度地帶入,而SiO2、Fe2O3和Na2O等組分則不同程度地虧損。其中CaO、CO2富集與碳酸鹽化有關(guān),MgO富集與黑云母礦物形成有關(guān);FeO增加Fe2O3減少,表明成礦環(huán)境為還原環(huán)境;K2O帶入而Na2O帶出,可能與鉀長石化蝕變作用有關(guān);SiO2帶出,表明該組分析出進(jìn)入成礦熱液流體,與石英脈形成有關(guān)。W、Bi、Mo、Cu、As、B、Sr、Rb等元素帶入,尤其W和As富集明顯,其中W元素富集與該元素被固結(jié)在礦化圍巖中有關(guān),而As元素富集與毒砂、黃鐵礦等金屬硫化物形成有關(guān);Co、Ni、Sn、Pb、Zn、Ba、Mn等元素帶出,表明上述金屬離子進(jìn)入到熱液流體中參與成礦,其中Mn元素與W礦化關(guān)系密切且?guī)С隽肯鄬^大,達(dá)-273.87。紅柱石黑云母片巖:FeO、CaO、K2O、Na2O和CO2等組分不同程度地帶入,而SiO2、Fe2O3和MgO等組分則不同程度地虧損。其中CaO、CO2富集與碳酸鹽化有關(guān),FeO增加Fe2O3減少,表明成礦環(huán)境為還原環(huán)境;SiO2帶出,表明該組分析出進(jìn)入成礦熱液流體,與石英脈形成有關(guān)。W、Sn、Bi、Mo、Cu、Pb、As、B、F、Sr、Mn等元素帶入,尤其W和As富集明顯,其中W元素富集與該元素被固結(jié)在礦化圍巖中有關(guān),而As元素富集與毒砂、黃鐵礦等金屬硫化物形成有關(guān)。閃長玢巖:SiO2、Fe2O3、FeO、Na2O等組分不同程度地帶入,而CaO、MgO、K2O和CO2等組分則不同程度地虧損。其中SiO2富集與硅化有關(guān),Na2O帶入而K2O帶出,可能與鈉長石化蝕變作用有關(guān);CaO、CO2帶出,表明Ca2+及CO2?332-進(jìn)入成礦熱液流體內(nèi)參與成礦。Co、Ni、W、Sn、Bi、Mo、Cu、Pb、Zn、As、F、Mn等元素帶入,其中Co、Ni元素富集可能暗示蝕變流體的深源性,W元素富集與成礦流體中大量的W被固結(jié)在礦化圍巖中有關(guān),而As元素富集與毒砂、黃鐵礦等金屬硫化物形成有關(guān)。3.2紅柱石與黑云母稀土含量差異REE是熱液活動(dòng)的示蹤劑,對近礦蝕變巖石稀土組成研究可以獲得流體/巖石反應(yīng)與流體演化信息。為此,作者對楊金溝區(qū)不同賦礦圍巖進(jìn)行了REE分析(表4)。斜長角閃片巖:稀土總量較高且配分曲線呈右傾型,輕重稀土分異明顯(圖3a)。從未蝕變巖石→蝕變巖石,∑REE含量降低變化為119.67×10-6→107.55×10-6,LREE/HREE比值變化為2.97→3.86,δEu值變化為0.95→1.00。黑云母石英片巖:稀土總量較高且配分曲線呈右傾型,輕重稀土強(qiáng)烈分異(圖3b)。從未蝕變巖石→蝕變巖石,∑REE含量變化為170.58×10-6→181.35×10-6,LREE/HREE比值變化為6.63→7.20,δEu值變化為0.54→0.60。紅柱石黑云母片巖:稀土總量較高且配分曲線呈右傾型,輕重稀土強(qiáng)烈分異(圖3c)。從未蝕變巖石→蝕變巖石,∑REE含量變化為219.39×10-6→237.80×10-6,LREE/HREE比值變化為5.77→7.45,δEu值變化為0.53→0.62。閃長玢巖:稀土總量較高且配分曲線呈右傾型,輕重稀土強(qiáng)烈分異(圖3d)。從未蝕變巖石→蝕變巖石,∑REE含量變化為86.55×10-6→58.14×10-6,LREE/HREE比值變化為7.32→7.91,δEu值變化為0.92→0.59。4不同賦礦圍巖蝕變性質(zhì)成礦作用對比分析楊金溝鎢礦床不同賦礦圍巖物質(zhì)組分遷移和稀土元素組成特征,可以看出:1)W、Mo、As元素在不同賦礦圍巖中均顯示富集特征且富集作用明顯,可將上述元素列為楊金溝區(qū)白鎢礦床原生地球化學(xué)異常的指示元素,指導(dǎo)該區(qū)地球化學(xué)勘查工作。2)SiO2在斜長角閃片巖內(nèi)表現(xiàn)為帶入而在黑云母石英片巖及紅柱石黑云母片巖內(nèi)表現(xiàn)為帶出,表明通過水/巖作用,既有部分SiO2析出進(jìn)入成礦熱液流體內(nèi)形成含礦石英脈,又有部分SiO2進(jìn)入礦化圍巖內(nèi)構(gòu)成硅化蝕變。3)總體來看,在斜長角閃片巖、黑云母石英片巖及紅柱石黑云母片巖內(nèi)FeO增加Fe2O3減少,表明成礦環(huán)境為還原環(huán)境。CaO、CO2帶入,表明含礦熱液流體除去形成白鎢礦所消耗的Ca2+外,尚有大量剩余Ca2+進(jìn)入不同礦化圍巖,構(gòu)成礦區(qū)強(qiáng)烈碳酸鹽化蝕變。Higgins(1980)提出W有可能在熱液中呈碳酸鹽—重碳酸鹽絡(luò)合物形式遷移,在具有高CO2分壓的熱液中,含有高濃度的碳酸根離子和重碳酸根離子,W主要以WO2?442-形式搬運(yùn),并且W的陽離子沉淀劑Ca2+、Fe2+、Mn2+可以存在于溶液中與W一起遷移,此時(shí)不可能形成白鎢礦沉淀,直至體系中CO2分壓大幅度降低。楊金溝區(qū)白鎢礦脈帶受斷裂破碎帶控制,正是由于斷裂破碎帶中的壓力釋放使CO2逸出,造成碳酸根和重碳酸根分解,導(dǎo)致WO2?442-與Ca2+在適當(dāng)物理、化學(xué)條件下沉淀形成白鎢礦。4)在華南地區(qū)廣泛發(fā)育有白鎢礦與螢石相伴生現(xiàn)象且二者成正消長關(guān)系,但楊金溝區(qū)不同賦礦圍巖中W、F含量同步性并不明顯,除物質(zhì)組分遷移不明顯外,野外及鏡下也未見螢石礦物,可能暗示成礦流體溫度較高,不利于螢石礦物的形成。5)親硫元素Cu、Pb、Zn、Au、Ag在不同賦礦圍巖中帶入、帶出規(guī)律并不明顯,其主要原因是楊金溝區(qū)構(gòu)造活動(dòng)頻繁,造成多階段(期次)成礦作用的疊加,致使礦化蝕變圍巖物質(zhì)組分遷移的復(fù)雜化。6)閃長玢巖內(nèi)Co、Ni元素富集可能暗示成礦熱液流體具深源性特征。7)總體來看,不同種類蝕變圍巖與其對應(yīng)未蝕變巖石相比較具有類似的稀土配分模式,即伴隨著蝕變作用發(fā)生,∑REE含量發(fā)生變化,在斜長角閃片巖、閃長玢巖中表現(xiàn)為虧損而在黑云母石英片巖、紅柱石黑云母片巖中則表現(xiàn)為富集,此現(xiàn)象與已有的研究結(jié)果(Whitford,1988;Patocka,1987;Wood,1990)相一致,暗示REE在水/巖反應(yīng)過程中具有較大的活動(dòng)性,特別是成礦熱液流體中富含F(xiàn)-、CO2?332-、HCO3-、CO2、HPO2?332-、HS-、S2-、SO2?442-等離子時(shí),REE活動(dòng)性更為明顯,此外也暗示引起蝕變的熱液流體在成因和來源上具有繼承性及一致性。8)不同種類蝕變圍巖與其對應(yīng)未蝕變巖石相比較均存在LREE與HREE活動(dòng)性差異,其中斜長角閃片巖、紅柱石黑云母片巖及閃長玢巖的差異性尤為明顯。研究顯示(Vocke,1987;Michard,1987;Shneider,1988;Whitford,1988;Whitney,1998),賦礦圍巖受熱液蝕變作用后,既有表現(xiàn)為LREE的優(yōu)先活化,亦有HREE優(yōu)先活化。就具體體系而言是LREE優(yōu)先活化還是HREE優(yōu)先活化則取決于原巖成分、流體的成分和性質(zhì)以及蝕變礦物形成過程對REE的吸收等多方面因素。9)與對應(yīng)未蝕變巖石相比較,不同種類蝕變巖石Eu表現(xiàn)為負(fù)異常且黑云母石英片巖和紅柱石黑云母片巖δEu值相對增高。一些研究表明(Campbell,1984;Sverjensky,1984;Henderson,1985;Bence,1985;Michard