胶东焦家金成矿带2420-3206 m垂深金矿物和黄铁矿微量元素特征.pdf
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1、矿床地质MINERAL DEPOSITS2023年10月October,2023第 42 卷第 5 期42(5):955977刘鹏瑞等:胶东焦家金成矿带24203206 m垂深金矿物和黄铁矿微量元素特征*本文得到国家重点研发计划项目(编号:2016YFC0600600)和山东省地质勘查项目(编号:鲁勘字(2014)11 号联合资助第一作者简介刘鹏瑞,1963 年生,研究员,主要从事岩石矿物学研究,Email:收稿日期2023-05-15;改回日期2023-08-21。秦思婷编辑。文章编号:0258-7106(2023)05-0955-23Doi:10.16111/j.0258-7106.202
2、3.05.007胶东焦家金成矿带 24203206 m 垂深金矿物和黄铁矿微量元素特征*刘鹏瑞,杨德平,宋英昕,舒磊,刘继梅(山东省地质科学研究院,自然资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室,山东省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室,山东 济南250013)摘要在胶东莱州吴一村地区完成的 3266.06 m 深钻,是目前焦家金成矿带最深见矿钻孔,研究钻孔揭露的深部矿石中金矿物及黄铁矿微量元素特征,对探讨深部成矿作用演化具有重要意义。笔者采取深钻中24203206 m 垂深的岩(矿)芯样品进行了详细的岩相学和矿相学研究,结合扫描电镜和电子探针微区分析,研究了矿石中金矿物的赋存状态和成分。对
3、不同成矿阶段形成的黄铁矿进行了 LA-ICPMS 微量元素分析。研究结果表明,深部矿石中载金矿物主要为黄铁矿,其次为石英、黄铜矿、方铅矿,可见金主要以自然金和银金矿的形式存在,以晶隙金和裂隙金为主,其次为包体金。与浅部金矿床比较,深部金的成色较高。黄铁矿分为 6 种类型,第成矿阶段形成富 Co 型黄铁矿 Py1,第成矿阶段形成富 Ni 型黄铁矿 Py2a 和 Py2b,第成矿阶段形成富 Au、As 型黄铁矿 Py3a 和富 Au、Ag、Pb、Bi 型黄铁矿 Py3b,第成矿阶段形成贫微量元素黄铁矿 Py4。其中,Py1 和 Py2a 发生强烈破碎,裂隙表面对热液中的 Au 络合物产生吸附作用,
4、对金沉淀富集起重要作用。黄铁矿中 Co、Ni、As 等微量元素主要以类质同象形式赋存,而 Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Bi 等主要以纳米级、微米级矿物包体形式赋存。Pb+Bi、Cu+Pb+Zn、Te+Bi 与 Au+Ag 呈明显正相关,而 Au 与 As 相关性较差。黄铁矿中 Co、Ni 含量较低,而 Au+Ag+As 或 Au+Ag+Pb+Bi+Cu 含量较高指示成矿有利。另外,黄铁矿中 Co、Ni 含量较高,并且破碎强烈,成矿相关元素含量较高也指示成矿有利。关键词金的赋存状态;黄铁矿;LA-ICPMS;微量元素特征;焦家金成矿带深部;胶东中图分类号:P618.51文献标志码:AChara
5、cteristics of trace elements of gold minerals and pyrite in 24203206 mvertical depth in Jiaojia gold metallogenic belt,JiaodongLIU PengRui,YANG DePing,SONG YingXin,SHU Lei and LIU JiMei(Shandong Institute of Geological Sciences,Key Laboratory of Gold Mineralization Processes and Resource,Utilization
6、 of Ministryof Natural Resources,Key Laboratory of Metallogenic Geological Processes and Resource Utilization in Shandong Province,Jinan 250013,Shandong,China)AbstractThe 3266.06 m deep drilling completed in Wuyi Village,Laizhou,Jiaodong is the deepest ore-finding borehole in Jiaojia metallogenic be
7、lt at present.It holds great significance in studing the occurrence of gold and thecomposition of trace elements of pyrite in the deep ore revealed by the borehole,revealing insights into deep mineralization evolution.Detailed petrographic and mineralogical studies were carried out on rock core samp
8、les obtained from 2420 to 3206 m vertical depth in deep drilling.The occurrence and composition of gold minerals in ores956矿床地质2023 年were examined using scanning electron microscope(SEM)and electron probe micro analysis(EPMA).LA-ICPMS analysis was performed on trace elements in pyrite from different
9、 ore-forming stages.The results indicatethat the main gold-bearing minerals are pyrite,followed by quartz,chalcopyrite,galena.The visible gold mainlyexists in the form of natural gold and electrum,mainly in the form of crystal interface gold and fissure gold,secondly inclusion gold in the deep Jiaoj
10、ia metallogenic belt.Compared with the shallow areas of the metallogenicbelt,the deep gold exhibits higher fineness.Pyrite can be classified into six types:Co-rich Py1 formed in the firstore-forming stage,Ni-rich Py2a and Py2b formed in the second ore-forming stage,and Au,As-rich Py3a and Au,Ag,Pb,B
11、i-rich Py3b formed in the third ore-forming stage,Py4 with poor trace elements was formed in thefourth ore-forming stage.Py1 and Py2a are strongly crushed and the fracture surfaces adsorb Au complexes in thehydrothermal solution,which plays a crucial role in gold precipitation and enrichment.Trace e
12、lements such asCo,Ni and As in pyrite are primarily in the form of isomorphism,while Au,Ag,Cu,Pb,Zn and Bi mainly existas nano-scale and micron scale mineral inclusions.Pb+Bi,Cu+Pb+Zn,Te+Bi are positively correlated with Au+Ag,while Au shows a weak correlation with As.The trace element characteristi
13、cs of pyrite indicate the multi-origin of ore-forming hydrothermal fluid and ore-forming materials which are mixed sources of Precambrian metamorphic basement rocks,Mesozoic magmatites and a small amount of mantle materials.The content of Co and Niin pyrite is low,while the content of Au+Ag+As or Au
14、+Ag+Pb+Bi+Cu is high,indicating favorable mineralization.In addition,the content of Co and Ni in pyrite is high,and the crushing is strong,and the content of ore-forming related elements is high,indicating that the mineralization is favorable.Key words:gold occurrence,pyrite,LA-ICPMS,characteristics
15、 of trace elements,deep Jiaojia gold metallogenic belt,Jiaodong胶东受焦家断裂控制的焦家金成矿带是中国重要的金成矿带之一,发育破碎带蚀变岩型金矿。近年来对该成矿带的深部探矿取得了系列重要成果,在-2200-1000 m深部相继发现了寺庄深部、焦家深部、朱郭李家深部、沙岭、招贤等多个大型、特大型金矿床(宋明春等,2008;2010;2011;宋国政等,2017;王英鹏等,2022)。为进一步探索研究焦家金矿带深部地质特征及资源潜力,2018年山东省地质科学研究院在莱州吴一村地区成功实施了深度3266.06 m的科研深钻(ZK01),并
16、在深部发现金矿体(于学峰等,2019),为开展深部成矿作用研究提供了新的重要依据。前人对焦家金成矿带中浅部蚀变岩型金矿中金的赋存状态做过许多研究,确定黄铁矿是主要载金矿物,其次为黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、石英。矿石中的金可分为裂隙金、晶隙金和包体金等形式的可见金及不可见金。对不可见金的赋存形式还有争议,有学者认为以晶格金为主,有学者认为以纳米金形式为主(叶先贤等,1991;Yang et al.,2011;宋国政等,2017;张博等,2018;王英鹏等,2022)。热液矿床的形成,普遍经历了多阶段蚀变矿化作用,在水岩反应过程中流体成分的变化会在蚀变矿物中留下痕迹。黄铁矿中的微量元素特征蕴含了丰富
17、的矿床成因信息,对成矿物质来源、成矿流体演化和成矿过程具有指示作用。因此,金矿形成过程中黄铁矿特征变化及指示意义一直是人们感兴趣的课题。前人对焦家金矿带浅部金矿中黄铁矿的成因矿物学特征做过大量的研究工作,总结了黄铁矿的形态、成分、物理性质等标型特征,为研究金矿形成条件和成矿作用提供了大量有用信息(陈光远等,1987;李胜荣等,1996;赵利青等,1997)。近年来,硫化物激光剥蚀等离子质谱(LA-ICPMS)微区原位分析得到了广泛应用,为精准测试黄铁矿的成分提供了有利条件,也为研究黄铁矿中不可见金的赋存状态、成矿精细过程提供了有效手段(范宏瑞等,2018)。如Cook等(2009)通过对华北克
18、拉通北缘东坪、黄土梁和后沟金矿床中的载金黄铁矿的LA-ICPMS微量元素分析,发现黄铁矿中存在大量呈纳米颗粒的不可见金,且Au与亲Cu元素Te、Bi具显著的正相关关系,认为Au-Te和Au-Bi络合物对于金的搬运和富集沉淀具有重要作用(毕诗健等,2016)。林祖苇等(2019)采用LA-ICPMS分析了胶东三山岛金矿不同阶段黄铁矿中微量元素组成,发现黄铁矿晶格中w(Au)很低,大部分小于110-6,认为金主要以可见金形式存在,早期形成的黄铁矿中第 42 卷 第 5 期刘鹏瑞等:胶东焦家金成矿带 24203206 m 垂深金矿物和黄铁矿微量元素特征957Co+Ni含量很高,反映可能来源于岩浆岩源
19、区,后期Co/Ni值逐渐降低,暗示了成矿流体温度逐渐降低(林祖苇等,2019)。目前,对焦家金成矿带-2000 m以深矿化蚀变特征、金矿物及黄铁矿微量元素特征还缺乏系统研究,对金成矿热液成分演化、成矿过程的研究还不够深入。本文基于吴一村科研深钻ZK01,对岩芯样品进行了详细的岩相学、矿相学研究,对黄铁矿进行了LA-ICPMS微区原位微量元素测试,研究了金矿物特征及赋存状态,黄铁矿类型,黄铁矿中主要微量元素的赋存状态、相关性及含量变化特征,黄铁矿成分对成矿的指示,探讨了成矿物质来源及成矿热液演化和成矿过程,丰富了对胶东深部金成矿规律的认识。1区域地质背景胶东地区位于华北克拉通东南缘,西临郯庐断裂
20、,东南侧为大别-苏鲁超高压变质带,是一个主要由前寒武纪基底岩石组成、中生代构造-岩浆作用发育的区域。胶西北矿集区是胶东金矿资源最丰富的地区,区内地表第四系广泛分布,基岩除零星分布的新生代古近纪五图群沉积岩和古元古代荆山群变质岩外,广泛分布有中生代燕山早期玲珑序列二长花岗岩(160150 Ma)和燕山晚期郭家岭序列斑状花岗闪长岩(132126 Ma),并有新太古代马连庄序列变辉长岩和栖霞序列片麻状英云闪岩分布(图1)。脉岩主要有闪长玢岩、辉绿岩和煌斑岩。金矿床主要受招-平断裂、焦家断裂、三山岛断裂3条主干断裂构造控制,构成胶西北3条主要金矿带。焦家断裂长约60 km左右,走向3050,近地表倾角
21、为3050,局部可达80,为一上陡、下缓的铲式断裂,断裂构造的主要形成期与金矿的主成矿期同步(宋明春等,2010)。目前,学者普遍认为区内金矿床的形成与中生代构造-岩浆热液活动或碰撞造山作用有密切的联系(翟明国等,2004;毛景文等,2005;杨立强等,2014)。2ZK01深钻揭示的地质和深部矿化蚀变特征2.1地质特征ZK01深钻位于山东省莱州市吴一村东南,焦家断裂地表露头西侧,控制焦家断裂及金成矿带南段深部(图1)。由上到下揭露的主要地质体为第四系,新太古代马连庄序列栾家河单元变辉长岩和栖霞序列新庄单元片麻状英云闪长岩,燕山晚期玲珑序列崔召单元黑云二长花岗岩,黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩、碎裂
22、状二长花岗岩、断层泥和构造角砾岩、黄铁绢英岩化碎裂状黑云二长花岗岩,玲珑序列二长花岗岩。断裂带深部构造岩由韧性变形为主的糜棱岩和以脆性变形为主的碎裂岩组成,韧性变形在断裂活动的早期形成,常被矿化蚀变掩盖,脆性变形特征表现为花岗岩的多次碎裂岩化作用,形成碎裂状花岗岩或花岗质碎裂岩(于学峰等,2019)。断裂多期活动特征明显,表现为成矿前的左行压扭性活动,成矿期的右行张扭或右行张剪活动,成矿后断裂以压性为主兼扭性(苗来成等,1997;李厚民等,2002;李俊建等,2005;宋明春等,2010)。钻孔深度在2416.293234.16 m控制焦家断裂带,破碎蚀变带厚度大于800 m;于2700.89
23、2854.59 m处发现金矿层6个,总厚度20.87 m,平均品位1.8510-6,最高品位13.6510-6,是由320ZK01、ZK740、ZK717、ZK714、ZK712等钻孔控制的寺庄、纱岭金矿主矿体向深部的延伸(图2)(山东省地质科学研究院,2018)。2.2深部蚀变类型及矿石特征2416.293234.16 m 深度破碎蚀变带的蚀变类型主要为钾化、硅化、绢英岩化、黄铁矿化、黄铁绢英岩化、碳酸盐化。深部矿石中的金属矿物主要为黄铁矿、方铅矿、黄铜矿、闪锌矿、磁黄铁矿、自然金、银金矿、局部见碲铋矿、辉碲铋矿及自然铋等;脉石矿物主要为斜长石、钾长石、石英、黑云母、绢云母、碳酸盐矿物、绿泥
24、石、水云母等。其中黄铁矿是主要载金矿物,其次为黄铜矿和方铅矿、石英。根据蚀变和破碎程度分为3种矿石类型:黄铁绢英岩化碎裂状花岗岩型:矿石呈淡肉红色-灰白色,花岗岩特征清楚,早期钾化现象明显(图 3a、b)。矿石结构主要为变余花岗结构、压碎结构及填隙结构。金属矿物以黄铁矿为主,偶见黄铜矿,脉石矿物以长石、石英为主,少量绢云母、绿泥石等。黄铁矿石英脉或黄铁绢英岩脉较发育,充填于花岗岩的裂隙中,构成细脉、枝杈脉、网脉状构造,矿石品位变化较大,黄铁矿脉发育的地方金品位高;黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩型:矿石呈灰色、灰白色-淡肉红色。黄铁绢英岩化蚀变不均匀,较弱,常残留花岗岩外貌(图 3c、d)。黄铁矿石英
25、细脉或黄铁绢英岩细脉、枝杈脉充填于岩石裂隙中构成脉状构958矿床地质2023 年图1焦家金矿带区域地质简图(据于学峰等,2019)1第四系;2白垩纪郭家岭序列花岗闪长岩;3侏罗纪玲珑序列黑云二长花岗岩;4新太古代栖霞序列片麻状英云闪长岩;5新太古代马连庄序列变辉长岩;6实测及推测断层;7实测蚀变带;8推测蚀变带;9ZK01深钻位置及孔深;10金矿床Fig.1The regional geological map of the Jiaojia gold metallogenic belt(after Yu et al.,2019)1Quaternary;2Cretaceous granodior
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