膠東焦家金礦床鉀長(zhǎng)石成因及成礦意義

覃祚煥，魏超，梁文飛，張良

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué),地球科學(xué)與資源學(xué)院,北京 100083)

焦家金礦產(chǎn)于山東省著名的招-掖金礦帶內(nèi)，其大地構(gòu)造單元屬于華北地臺(tái)膠遼臺(tái)凸魯東地盾的西緣；基底為前寒武紀(jì)變質(zhì)巖系。礦床圍巖普遍發(fā)生了蝕變，其中紅化(微細(xì)粒赤鐵礦浸染長(zhǎng)石、石英等礦物)和鉀化(鉀長(zhǎng)石化、絹云母化)是兩種重要的圍巖蝕變[1]。紅化在脆性破裂集中的地方表現(xiàn)明顯(斷裂帶中有利于鐵的富集與氧化)。鉀化中的鉀長(zhǎng)石化則較難確定，因?yàn)樽鳛榻鸬V圍巖的花崗巖本身鉀長(zhǎng)石就很發(fā)育，因此很難確定在金礦化蝕變帶中的鉀長(zhǎng)石是原花崗巖中的鉀長(zhǎng)石還是金礦化熱液期的鉀長(zhǎng)石。目前對(duì)該礦床的研究主要集中在找礦模型預(yù)測(cè)[2-5]、成礦流體特征[6]及構(gòu)造演化[7-9]、宏觀蝕變分帶[10，11]等方面，對(duì)礦體及圍巖中鉀長(zhǎng)石的成因類型及成礦意義缺少必要的討論。該文在前人研究基礎(chǔ)上，著重于鉀長(zhǎng)石化過(guò)程中鉀長(zhǎng)石的顯微鏡下結(jié)構(gòu)及化學(xué)成分特征，并探討了鉀化階段與成礦有關(guān)流體的性質(zhì)及演化特征。

1 礦床地質(zhì)特征

焦家金礦受控于黃縣-掖弧形斷裂中段的焦家斷裂(圖1)。該斷裂長(zhǎng)12km，寬100～300m，走向NE 10°～40°，傾向NW，傾角20°～45°，呈開(kāi)闊的舒緩波狀。礦體賦存在斷裂下盤破碎蝕變的玲瓏花崗巖中。

圖1 焦家金礦床112勘探線剖面圖(據(jù)山東省地質(zhì)六隊(duì)資料修編)1—黑云母花崗巖；2—礦體；3—黃鐵絹英巖化花崗巖；4—黃鐵絹英巖；5—鉀化紅化花崗巖；6—絹英巖化斜長(zhǎng)角閃巖；7—斜長(zhǎng)角閃巖；8—焦家主斷裂；9—巖性界線

礦床的主要地質(zhì)特點(diǎn)是構(gòu)造巖的圍巖蝕變異常強(qiáng)烈。主要蝕變類型有鉀長(zhǎng)石化、硅化、絹英巖化、黃鐵礦化、碳酸鹽化及綠泥石化。蝕變依據(jù)距主斷層的遠(yuǎn)近及強(qiáng)弱劃分為4個(gè)帶：以黃鐵絹英巖為中心，向兩側(cè)依次為黃鐵絹英巖帶、黃鐵絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖帶、黃鐵絹英巖化花崗巖帶和鉀化紅化花崗巖帶(也稱“紅化”帶)，各帶特征見(jiàn)表1。

2 樣品及分析方法

研究以鉀化紅化花崗巖、黃鐵絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖為主要對(duì)象。樣品均采自-190～-230m中段。挑選有代表性的樣品送廊坊市地科勘探技術(shù)服務(wù)有限公司磨制0.03mm的光薄片，薄片鏡下觀察，在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室Leica-DM4500P高級(jí)偏光顯微鏡下完成。通過(guò)鏡下觀察初步區(qū)分蝕變巖中的原生鉀長(zhǎng)石、高溫?zé)嵋衡涢L(zhǎng)石、低溫?zé)嵋衡涢L(zhǎng)石，對(duì)其分別進(jìn)行電子探針?lè)治觥ｋ娮犹结槍?shí)驗(yàn)在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)電子探針實(shí)驗(yàn)室完成，儀器型號(hào)EPMA-1600，加速電壓15KV，電流20nA，束斑為5μm。

表1 焦家金礦不同蝕變帶特征(據(jù)龐緒成，2005)

3 分析結(jié)果

3.1 顯微鏡下特征

原生鉀長(zhǎng)石：中粗粒，單偏光下呈灰色，正低突起，灰白色干涉色，與熱液鉀長(zhǎng)石鏡下特征極為相似。這種鉀長(zhǎng)石是原花崗巖中的鉀長(zhǎng)石，是在巖漿結(jié)晶過(guò)程中形成。蝕變帶中的原生花崗巖多數(shù)已蝕變?yōu)榻佋颇?，可?jiàn)鉀長(zhǎng)石假象。

高溫?zé)嵋衡涢L(zhǎng)石：灰色，粗粒板狀，灰白色干涉色；可見(jiàn)新生的鉀長(zhǎng)石交代原花崗巖中的鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石，呈現(xiàn)各種交代殘余結(jié)構(gòu)，包括包含結(jié)構(gòu)、港灣結(jié)構(gòu)、島嶼結(jié)構(gòu)、反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)等。大多數(shù)長(zhǎng)石都發(fā)生了不同程度的蝕變(圖2)。

圖2 各種交代殘余結(jié)構(gòu)

低溫?zé)嵋衡涢L(zhǎng)石：他形細(xì)粒粒狀，單偏光下呈灰色，正低突起，正交鏡下呈Ⅰ級(jí)灰白干涉色，常與石英共生，并且與石英接觸邊緣較平直，可見(jiàn)卡氏雙晶(圖3)。此類鉀長(zhǎng)石表面干凈，較少發(fā)生絹云母化蝕變。

圖3 低溫?zé)嵋衡涢L(zhǎng)石與石英共生

3.2 化學(xué)成分特征

對(duì)鉀化紅化花崗巖、片麻狀黑云母花崗巖、黃鐵絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖中的高溫?zé)嵋衡涢L(zhǎng)石、原生鉀長(zhǎng)石、低溫?zé)嵋衡涢L(zhǎng)石進(jìn)行電子探針?lè)治?。測(cè)試樣品共6件，其中高溫?zé)嵋衡涢L(zhǎng)石測(cè)點(diǎn)3個(gè)，原生鉀長(zhǎng)石測(cè)點(diǎn)2個(gè)，低溫?zé)嵋衡涢L(zhǎng)石測(cè)點(diǎn)4個(gè)，結(jié)果分別見(jiàn)表2、表3、表4。

表2 焦家金礦高溫?zé)嵋衡涢L(zhǎng)石化學(xué)成分電子探針?lè)治鼋Y(jié)果w(B)/10-2

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)電子探針室分析(下同)

表3 玲瓏巖體中未蝕變的鉀長(zhǎng)石化學(xué)成分電子探針?lè)治鼋Y(jié)果w(B)/10-2

表4 焦家金礦低溫?zé)嵋衡涢L(zhǎng)石化學(xué)成分電子探針?lè)治鼋Y(jié)果w(B)/10-2

表2反映了高溫?zé)嵋衡涢L(zhǎng)石與原生鉀長(zhǎng)石的TiO2，Al2O3，F(xiàn)eO，NiO，K2O，Na2O，MgO組分質(zhì)量百分含量變化范圍有著顯著差異。高溫?zé)嵋衡涢L(zhǎng)石中K2O，TiO2，NiO組分含量明顯高于原生鉀長(zhǎng)石中對(duì)應(yīng)組分，原生鉀長(zhǎng)石中含一定量的Al2O3，F(xiàn)eO，MgO，CaO，Na2O組分，而高溫?zé)嵋衡涢L(zhǎng)石較少含有或幾乎不含該組分(表5)。

表5 焦家頂金礦原生鉀長(zhǎng)石與高溫?zé)嵋衡涢L(zhǎng)石主要成分對(duì)比

表3反映了高溫?zé)嵋衡涢L(zhǎng)石相對(duì)于原生鉀長(zhǎng)石來(lái)說(shuō)富K，Ti，Ni，貧Al，F(xiàn)e，Mg，Ca，Na。表明熱液蝕變流體富K，Ti，Ni，在鉀長(zhǎng)石化水-巖反應(yīng)過(guò)程中原巖Al2O3，CaO，Na2O，F(xiàn)eO，MgO組分被帶出，F(xiàn)eO，MgO部分與Al2O3作用形成綠泥石，部分與流體中的CO2結(jié)合形成碳酸鹽。與此同時(shí)，富K流體還作用于原生斜長(zhǎng)石、黑云母使其蝕變形成絹云母、綠泥石。

成礦期形成的低溫?zé)嵋衡涢L(zhǎng)石成分見(jiàn)表4，其組成較簡(jiǎn)單，幾乎不含鈣長(zhǎng)石分子，鈉長(zhǎng)石分子含量多數(shù)小于6%，一般為3%，而且低溫?zé)嵋衡涢L(zhǎng)石的成分與未蝕變的玲瓏巖體即片麻狀黑云母花崗巖中的鉀長(zhǎng)石成分Or86.9Ab13.0[12]相差較大，表現(xiàn)為鈉長(zhǎng)石含量較低。說(shuō)明了鉀長(zhǎng)石化過(guò)程中，發(fā)生了K+的代入，Na+，Ca2+帶出的作用。

4 討論

4.1 鉀長(zhǎng)石化流體性質(zhì)的探討

焦家金礦中較早出現(xiàn)的圍巖蝕變類型是鉀長(zhǎng)石化。鉀長(zhǎng)石蝕變類型和強(qiáng)度與流體性質(zhì)關(guān)系密切[13-17]。王玉榮等[18]對(duì)鉀交代成礦模擬實(shí)驗(yàn)顯示，堿性流體對(duì)斜長(zhǎng)石蝕變形成鉀長(zhǎng)石有利。交代過(guò)程中K+置換斜長(zhǎng)石中Ca2+和Na+。

在堿性條件下鉀交代斜長(zhǎng)石反應(yīng)式如下：

3CaAl2Si2O8+NaAlSi3O8+3K+→3KAlSi3O8+Ca2++3Na++2CaO+2Al2O3

由鉀化蝕變巖在礦區(qū)大面積分布，并結(jié)合前述高溫?zé)嵋衡涢L(zhǎng)石的電子探針結(jié)果，可以得出焦家金礦床早期的熱液性質(zhì)為富K+、貧Na+，Ca2+流體。這與前人對(duì)該區(qū)流體包裹體[19，20]、蝕變巖整體元素變化[10，11]的分析結(jié)果是一致的。

4.2 高溫?zé)嵋衡涢L(zhǎng)石成因及成礦意義

高溫?zé)嵋衡涢L(zhǎng)石形成于早期的鉀長(zhǎng)石化階段，顆粒粒徑相對(duì)較大，可見(jiàn)各種交代殘余結(jié)構(gòu)，主要分布在鉀化紅化花崗巖帶中。鉀長(zhǎng)石化是高溫堿性條件下形成的[21]，而高溫?zé)嵋衡涢L(zhǎng)石就是在此階段形成的，因此可以得出高溫?zé)嵋衡涢L(zhǎng)石也是在高溫堿性條件下(這也解釋了高溫?zé)嵋衡涢L(zhǎng)石顆粒粒徑相對(duì)較大的原因)形成的，通過(guò)新生的鉀長(zhǎng)石交代原花崗巖中的鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石來(lái)實(shí)現(xiàn)，其實(shí)質(zhì)是富鉀流體中的K+交代長(zhǎng)石中Ca2+和Na+。

鉀交代蝕變過(guò)程中金活化轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)研究表明：一般自然金在氧化條件下溶解，還原條件下沉淀；鉀長(zhǎng)石化過(guò)程中Au活化，在弱酸或弱堿介質(zhì)中遷移，經(jīng)過(guò)多次的反應(yīng)作用，最后到黃鐵礦表面穩(wěn)定下來(lái)富集成礦[22]。并且前人[19]研究表明金元素在鉀長(zhǎng)石化花崗巖中釋出強(qiáng)烈。據(jù)此可以認(rèn)為，在鉀長(zhǎng)石化階段，富K+流體不僅使主要含金源區(qū)——膠東變質(zhì)巖的Au活化遷移[6]，而且還可能使原花崗巖中Au活化遷移，釋放出來(lái)的Au+很可能向礦化富集區(qū)遷移，成為礦體的部分金來(lái)源。

4.3 低溫?zé)嵋衡涢L(zhǎng)石成因及成礦意義

此類鉀長(zhǎng)石形成于成礦期，伴隨著絹英巖化而產(chǎn)生。其含量較少，顆粒粒徑較小，與石英共生，或呈浸染狀分布在斜長(zhǎng)石的裂隙中。前人在膠東礦集區(qū)的傅家金礦床中也發(fā)現(xiàn)了類似的鉀長(zhǎng)石[1]。焦家金礦中的低溫?zé)嵋衡涢L(zhǎng)石是主成礦期溫度較低的條件下[20]，通過(guò)熱液中的K+取代了鈉長(zhǎng)石中的Na+形成的，其實(shí)質(zhì)是一種鉀化。

K+是熱液中的配陰離子保持穩(wěn)定的重要陽(yáng)離子，當(dāng)K+從熱液中大量析出時(shí)，金的配陰離子的穩(wěn)定性便遭到破壞，導(dǎo)致金的沉淀[1]。因此可以得出，由于在成礦階段的部分鉀長(zhǎng)石化，造成熱液中的K+減少，并且由于溫度降低[20]，致使金元素大量沉淀，形成主要的礦體。這就是此類鉀長(zhǎng)石所賦存的黃鐵絹英巖化花崗巖帶控制了焦家金礦床主礦體分布的原因所在(圖1)。

5 結(jié)論

(1)焦家金礦床存在三種成因類型的鉀長(zhǎng)石：原生鉀長(zhǎng)石(巖漿成因)、高溫?zé)嵋衡涢L(zhǎng)石、低溫?zé)嵋衡涢L(zhǎng)石。

(2)焦家金礦床早期的引發(fā)鉀長(zhǎng)石化的熱液性質(zhì)為富鉀流體，富鉀流體使金元素發(fā)生活化遷移，為后期的成礦作用奠定了較好的基礎(chǔ)。

(3)焦家金礦床的主成礦階段由于低溫?zé)嵋衡涢L(zhǎng)石的形成以及溫度降低等因素的影響，使金元素大量沉淀富集，形成了焦家金礦床的主礦體。

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