第一作者简介: 樊玉朋(1982—),男,工程师,主要从事金属矿产勘查工作。Email: fyp2001001@163.com。
介绍了冀北围场县锥子山一带各个期次侵入岩体的地质、岩石化学及地球化学特征,论述了各期次岩体的酸碱度、成因类型以及微量元素的富集分异性。从成矿专属性、物质来源、酸碱度对成矿流体的影响以及元素的富集分异趋势等方面,分析该区侵入体的成矿有利因素,认为侵入体与围岩的内外接触带、侵入体与构造结合部位是寻找Au、Ag、Pb、Zn、Cu和Mo等金属矿床的有利地段。
In the paper, the authors introduced geological, geochemical and lithochemical characteristics of different period intrusions in Zhuizi Mountain of Weichang Country, North Hebei. And the pH, genetic types and enriched differentiation of trace elements were also discussed. Based on the metallogenic relation, material source, the effect of pH on metallogenic fluid and enriched differentiation of trace elements, the authors analyzed the metallogenic advantages of different period intrusions in the study area. The results show that the inner and outer contact zones between intrusions and surrounding rocks and the joint sites of the intrusions and structure are the favorable locations for metallic mineral deposits, such as Au, Ag, Pb, Zn, Cu and Mo.
河北省隆化县北部至围场县一带出露大规模的侵入岩, 该区域位于上黄旗— 围场多金属成矿带, 其中锥子山一带复式侵入岩称为锥子山杂岩体。岩浆岩矿床是重要的金属矿床类型, 岩浆岩与金属矿床的关系具有一定规律性, 即岩浆岩具有成矿专属性。河北省多个大型杂岩体, 如王安镇杂岩体、峪耳崖杂岩体分别发现了大型铜钼矿床和金矿床, 但目前尚未发现由锥子山杂岩体形成的呈一定规模的斑岩型、岩浆-热液型多金属矿床。前人对锥子山杂岩体一带进行了中、小比例尺区调及化探工作, 对该杂岩体进行解体划分[1], 并对其侵位机制进行研究[2], 但尚未系统研究该杂岩体的含矿性和成矿性。本文主要从锥子山杂岩体的岩石化学特征和地球化学特征入手, 分析其成矿专属性及成矿有利因素, 确定了针对该杂岩体的主攻矿种及找矿有利部位, 为锥子山杂岩体一带的矿产勘查工作提供参考。
研究区火山活动强烈(图1), 地层仅出露古生代二叠系、中生代侏罗系、白垩系以及新生代汉诺坝期火山-沉积地层, 历经古元古代、海西期、印支期、燕山期岩浆侵入活动, 康保— 围场EW向深断裂与上黄旗— 乌龙沟NE向深断裂在该区北部锥子山一带交切。该区地层、侵入岩体及火山、断裂分布见图1。本文分不同期次对侵入岩地质及岩石化学特征进行概述。
古元古代变质侵入岩主要发育在皮匠营子— 明德店断裂及康保— 围场深断裂(围场段)强烈活动地段[3, 4], 岩性为变质斑状二长花岗岩(mπ η
古元古代变质侵入岩中SiO2含量变化较大, 小于65%[3, 4, 6], 属基性— 中性岩体; Na2O> K2O, Na2O/K2O为1.41~4.55, 钠质成分较高, 反映岩浆来源非壳源, 具有I型花岗岩类特征; 含铝指数ANKC平均为0.78, 属准铝质, 具幔源成因特征; 稀土元素总量∑ REE为(106.8~115.14)× 10-6, 轻稀土元素富集, 重稀土元素亏损, 各侵入体轻重稀土元素分馏较弱; δ Eu为1.03, Eu在稀土元素配分模式曲线上无峰也无谷。由以上特征判断该期侵入岩体为I型花岗岩, 并属于幔源型成因。
海西期侵入岩出露于步古沟槽碾沟门, 岩石类型为中粒花岗岩(
印支期侵入岩见于上黄旗— 乌龙沟构造岩浆岩带, 主要出露在该区南东部, 空间上呈NE向带状展布, 明显受区域性断裂控制, 岩石类型为中细粒斑状角闪石英二长岩(π Hbη
该期次岩体SiO2平均含量为73.49%, 属酸性岩; Na2O+K2O平均含量为8.63%, 里特曼指数σ 为2.24~4.18, 岩石为钙碱性, 局部为碱钙性; 早期岩石类型以正常系列岩石为主, 晚期岩石类型为铝过饱和系列岩石, 含铝指数ANKC为0.94~1.05, 平均值为1, 兼具同熔型和改造型花岗岩特点; 在(Al-Na-K)-Ca-(Fe2++Mg)三角图解(图2)中, 样品落入斜长石-堇青石-黑云母区域, 同时落入斜长石-堇青石-白云母区域, 说明岩浆物质来源并非大陆壳。K2O/Na2O为1.37, 说明岩体具I型花岗岩特征; δ Eu为0.87~0.42, 说明岩浆来源与下部地壳基性岩浆分异有关, 在岩浆分异演化过程中, 上部地壳同熔作用强烈。根据上述特征, 认为本期侵入岩成因类型为壳幔混源型, 兼有I型和S型花岗岩特点。
燕山期侵入岩出露在研究区西部和东部, 呈NE向、NNE向带状展布, 多呈岩株、岩墙产出。侵入时代为早侏罗世和早白垩世, 岩浆旋回完整, 共分4期, 其地质、岩石化学特征分述如下。
1.4.1 燕山旋回第一期早侏罗世侵入岩
该旋回侵入岩构成黄土坎杂岩体[3], 由于受EW向、NE向和NNW向3组断裂联合控制, 总体呈不规则椭圆状, 岩性以二长花岗岩(η
该旋回侵入岩SiO2含量为64.47%~73.67%[3, 4, 6], 属酸性岩; 全碱含量平均值为8.3%, 里特曼指数为2.42~2.96, 属钙碱性; 含铝指数ANKC为0.86~0.96, Na2O/K2O为0.79~1.65, 属I型花岗岩。黑云母含镁指数为50.54~60.11, 平均值为54.72, 介于壳幔之间, 进一步反映了同熔型及I型花岗岩的特点。三道沟门侵入体87Sr/86Sr初始值为0.706 8~0.707 7(< 0.710), 表明该岩体为幔源型或壳幔混合型。综上认为, 黄土坎岩体属壳幔混源, 具I型花岗岩特征。
1.4.2 燕山旋回第二期中侏罗世侵入岩
该旋回侵入岩(南大天岩体)受NE向、EW向2组断裂控制, 总体呈不规则 “ 卵状体” , 主要岩性为花岗岩(
北大鞍和过河口侵入体均为花岗岩, SiO2含量为75.12%~75.33%, 属酸性岩; Na2O/K2O为0.82~0.49, 具S型花岗岩特征; 含铝指数ANKC为1.0~1.04, 平均1.02, 具过铝质特征; 在(Al-Na-K)-Ca-(Fe2++Mg)三角图解(图2)中落入斜长石-堇青石-黑云母区域, 说明岩浆物质来源于壳源。过河口岩体稀土元素总量∑ REE为76.31× 10-6, 与下部地壳稀土元素总量(78.71× 10-6)[3]接近; δ Eu为0.57, 铕中等亏损; δ Ce为1.01, 铈正异常; La/Yb为23.46, LREE/HREE为7.37, 轻稀土相对富集, 重稀土相对亏损, 球粒陨石标准化的稀土元素配分曲线呈较大斜率右倾曲线(图3)。
北大鞍岩体稀土元素总量∑ REE为131.57× 10-6; δ Eu为0.57, 铕中等亏损; δ Ce为1.07, 铈正异常; La/Yb为32.08, LREE/HREE为7.17, 轻重稀土元素分馏较强, 且轻稀土元素相对重稀土元素富集, 球粒陨石标准化的稀土元素配分曲线呈斜率较大的右倾曲线(图3)。综上可知, 南大天岩体的岩石成因属壳源S型花岗岩。
1.4.3 燕山旋回第三期晚侏罗世侵入岩
旋回侵入岩分布于焦家沟— 千松围一带, 构成焦家沟岩体, 整体呈NE向串珠状展布, 空间上常与火山岩相伴, 并严格受断裂控制。该旋回是张家口组火山活动的延续, 与张家口组火山岩、潜火山岩构成一个完整的火山— 侵入旋回。主要岩性为石英二长斑岩(η ο
旋回侵入体SiO2含量66.62%~67.23%, 属酸性岩; 全碱含量8.4%, 里特曼指数平均值2.8, 属钙碱性。稀土元素总量∑ REE为248.75× 10-6; δ Eu为0.64, 铕中等亏损; La/Yb为25.89, LREE/HREE为6.01, 均为轻稀土富集型, 球粒陨石标准化的稀土元素配分模式呈斜率较大的右倾型曲线(图4)。Na2O/K2O为 0.97~1.17, 兼有壳源与幔源的特征, 含铝指数ANKC为0.88~0.91, 符合I型花岗岩特征。黑云母含镁指数为63.97~67.62, 为富镁黑云母, 说明该序列岩浆来源深度较大。以上岩石化学特征说明, 该旋回侵入岩成因类型为壳幔混源同熔型, 属I型花岗岩类。
1.4.4 燕山旋回第四期早白垩世侵入岩
该旋回侵入岩构成锥子山岩体, 空间上呈NNW向带状展布, 严格受龙头山— 河南营NW向断裂控制。其中, 该序列以明显的超动关系侵入于黄土坎岩体和焦家沟岩体。
该旋回岩石均为二长花岗岩(η
在(Al-Na-K)-Ca-(Fe2++Mg)三角图解(图2)中落入斜长石-堇青石-白云母区域, 说明岩浆物质来源于壳源。Na2O/K2O< 1, 符合S型花岗岩特征, 表明锥子山岩体成因属壳源型、S型花岗岩。
水系沉积物与基岩在元素含量上具有继承性和依赖性, 岩体地球化学聚散特征是水系沉积物测量中元素分布最重要的制约因素。根据1:5万水系沉积物区域测量中16种成矿、伴生(指示)元素定量分析数据(表1), 通过综合地球化学指标统计计算, 间接分析得出评价区内主要岩体的含矿性。
含矿性评价的原则为: 根据水系沉积物中的元素含量, 地质体中元素富集系数q> 1, 则该地质体具有成矿的可能性, q值越大越有利于成矿; 变异系数Cv反映元素分布的离散性, Cv越大越有利于成矿; 相对成矿指数P反映元素平均含量及离差与成矿的关系, 该指数越大成矿可能性越大。利用三者之和对该区主要侵入岩进行评价, Cv+q+P≥ 3.0, 则其成矿性较好, 反之其成矿性较差。
古元古代中酸性侵入岩: Cv+q+P≥ 3.0的元素为Cu、Mn和B, 均属变异型, 富集系数较高, 但变异系数较低, 表明Cu、Mn和B是岩石高背景成分的反映, 可以为Cu、Mn、B成矿提供丰富的物质成分。
印支期三叠纪侵入岩: Cv+q+P≥ 3.0的元素为Sn、Mn和B , 且元素各个指标均> 1, 岩石分异程度均较高, 说明其成矿性较好。
燕山期侵入岩: 早侏罗世侵入岩Cv+q+P≥ 3.0的元素为Ag、Mo、Bi、W, 3项指标均> 1的元素为Mo、Bi、W, 以高温元素为主, 因此早侏罗世侵入岩对于Mo具有较好的成矿性; 中侏罗世侵入岩Cv+q+P≥ 3.0的元素为Ag、Pb、Zn、Mo、Bi、W和Cd, 是该区成矿元素及指示元素符合条件元素最多的侵入岩, 3项指标均> 1的元素为Pb、Bi、W; 晚侏罗世侵入岩Cv+q+P≥ 3.0的元素为Ag、Pb、Zn、Bi、Cd, 其中Ag、Pb、Zn、Cd的Cv、q、P指标均较高, 因此晚侏罗世侵入岩对于Ag、Pb、Zn成矿较有利; 早白垩世侵入岩Cv+q+P≥ 3.0的元素为Ag、Bi、Ni, 以Ag最为显著, 对Ag元素成矿较有利。
研究区出露的侵入岩体从基性、中性到酸性岩均有分布, 以花岗质酸性岩为主, 花岗质侵入岩与成矿关系密切, 尤其与斑岩型和热液型矿床成矿关系最为密切。从成矿专属性分析, 中基性岩主要产铁铜矿床[9], 中酸性岩主要发育铜铅锌等多金属矿化, 酸性岩与钨、钼矿化关系较密切, 而金矿化对岩浆的酸度要求不高[5, 9]。通过系统总结澳大利亚东部1 000多个与花岗岩有关的成矿类型[10, 11, 12], 认为锡矿化与S型花岗岩或还原的并经过分离结晶的I型花岗岩有关, 铜、金与磁铁矿型或含榍石的、氧化中性I型花岗岩有关, 钼与铜、金相似, 但岩浆分异程度更强, 钨与多种类型花岗岩有关, 与岩浆氧化还原状态的相关性不明显。此外, 偏向于高硅含量的花岗岩一般与锡、钼、钨和金矿化有关, 而偏向于中等或低硅含量的花岗岩一般与铜矿化有关。
该区元古宙侵入岩具有中— 基性、中低硅的地质特征, 在后期热液活动强烈、构造空间有利的条件下易形成铁、铜矿床。与偏铝性花岗岩对应的矿床类型为铜、钼矿床[13], Cu元素较为富集, 可知该区元古宙侵入岩具有形成铜多金属矿的潜力。区内广泛分布的印支期、燕山期侵入岩具中高硅的特征, 均为酸性岩, 酸性岩体富含挥发性成分, 易于形成具有强溶解、络合和运移多金属元素能力的气液流体[14]; 侵入岩以钙碱性为主, 而与岩浆热液作用相关的铜(金)钼矿床与钙碱性侵入岩体具有一定的空间关系[15], Na2O+K2O为7.7%~8.63%, 接近或达到富碱程度[16]。在构造有利部位, 伴随岩浆活动, 富含K、Na、Si的流体易于携带深部成矿元素分期侵位, 在近地表温度、压力降低以及酸碱环境变化下, 与围岩发生交代作用, 或自身产生结晶沉淀, 形成金、银、铅、锌、铜、钼等多金属矿床。研究[17]表明, 含铜(铝)富碱斑岩全碱含量为8.02%~11.27%, 平均值为9.81%, 含铅(金)富碱斑岩全碱含量为7.54%~10.83%, 平均值为9.34%。金与银、铅与锌、铜与钼常具有紧密的共伴生关系, 该区侵入岩体全碱含量为7.54%~10.83%, 由此推测, 该区岩体中发育铅锌金矿化的几率比发育铜钼矿化的几率大。
侵入岩的岩石化学特征显示, 从元古宙到燕山期, 岩浆活动具有多期活动、旋回完整和强烈侵入的特征, 有利于成矿流体的多次侵入、重叠沉淀、交代蚀变和矿化规模的扩大。岩浆成因类型主要为幔源型和壳幔同熔型, 有利于深部成矿元素随岩浆、热液被带出, 通过近地表交代沉淀作用富集成矿, 这对于矿源来自地幔[18]或上地壳[18, 19]的Au元素尤其重要。多期岩浆活动尤其是印支期和燕山期岩浆侵入连续、旋回完整, 其酸碱度及物质含量相近, 岩浆具有幔源或叠加壳源改造特征, 反映各侵入期次的岩浆可能源于同一岩浆房, 形成了锥子山杂岩体, 是深部岩浆分异、演化最充分的岩体[20], 有利于成矿元素的富集沉淀。前人研究[21]表明, 与成矿有关的碱性侵入体多为杂岩体, 杂岩体内部及其内外接触带是形成金及其他多金属矿床的有利部位[18, 22]。该区锥子山杂岩体具钙碱性富碱斑岩体的特征, 从岩浆分异或岩体酸碱度看, 该岩体成矿条件优越。
岩石微量元素地球化学特征显示, 古元古代变质岩中Cu、Mn、B普遍富集, 但分异系数较低, 反映了相关元素仅是高背景分布, 岩体本身成矿的可能性较低, 但在后期热液活动中可提供丰富的物质来源; 印支期侵入岩B富集, 可作为Au、Ag等中低温多金属元素的远程指示元素, 指示浅地表可能有多金属富集成矿的可能性; 燕山期岩体Ag、Pb、Zn等富集性较好, 分异程度较高, 其他元素变异系数较大, 说明各成矿元素及指示元素在岩浆演化— 侵入过程中经历了充分的活化迁移, 浅、中、高温元素同时富集, 说明发生矿化蚀变的岩体先后处于不同的热液环境中, 不同结晶温度的元素产生多期叠加、沉淀, 为成矿提供有利条件, 尤其Ag、Pb、Zn在有利地段可能富集成矿。该区侵入岩体Ag、Pb、Zn、Mo、W、Cu等矿源较丰富, 迁移分异能力较强, 具有优先成矿的地质条件, 是该区勘查的重点矿种。需要指出的是, 水系沉积物异常中心与原生晕异常中心具有一定偏差, 但二者的元素组合及富集、离散特性一致, 与物质位置迁移无关, 地球化学参数可相互借鉴。在不同时代的岩体界线附近, 水系沉积物测点数据统计为该点汇水面积较大的岩体时代, 在一定程度上存在不同岩体之间的干扰, 对测量点较少的岩体统计数据增加了不确定性, 该问题可通过后期进行大比例尺土壤或原生晕测量加以解决。
元古宙及印支期岩体中含有上覆地层的捕掳体残留物, 说明该区岩浆结晶时已接近地表, 岩浆降温较快, 不足以使捕掳体重熔, 岩体呈浅成、超浅成侵入, 且岩体整体剥蚀程度较弱, 有利于矿化体的完整保留。该区侵入岩整体呈规律性、无规则状分布, 岩体受NE向上黄旗— 围场断裂导岩作用控制, 呈NE向延伸, 整体分布较规律。受断裂相互剪切及后期断裂活动影响, 岩体边界发生错断, 形状多变且不规则。斑岩型多金属矿床研究[18]表明, 含矿岩体边界弯曲多变, 两端多分支, 形态复杂, 且岩体形态越复杂, 矿化越好。该区岩体边界无规则, 反映岩体分布受断裂控制, 岩体内部发育破碎带及微裂隙的几率较高, 可为含矿液体的流动提供空间, 形成斑岩型或浅成热液型矿床。
(1)冀北围场县锥子山一带侵入岩具有多期次、多旋回的特点, 以酸性岩、高碱度及幔源成因为主, 具有较好的成矿地质条件。其中古元古代侵入岩具有中— 基性、中低硅的地质特征, 具有形成铜多金属矿的潜力; 印支期、燕山期侵入岩具中高硅的特征, 均为酸性岩, 易形成金、银、铅、锌、铜、钼等多金属矿床, 并以Pb、Zn、Au、Ag矿化为主。
(2)地球化学特征显示, 古元古代变质岩具有Cu、Mn、B的高背景分布特征, 可以提供丰富的矿物质来源; 印支期侵入岩B富集, 指示浅地表可能富集Au、Ag等中低温成矿元素; 燕山期岩体Ag、Pb、Zn等元素富集系数大、分异程度较高, 历经了多期叠加沉淀, 具有较好的成矿潜力。该区侵入岩体Ag、Pb、Zn、Mo、W、Cu等矿源较丰富, 迁移分异能力较强, 具有优先成矿的地质条件, 是该区勘查的重点矿种。
(3)成矿有利部位主要集中在杂岩体内部断裂(交错)发育地段、岩石破碎带和网脉裂隙发育地段, 以及岩体与围岩内外接触带等部位, 这些部位为含矿热液的流动与成矿元素的沉淀提供空间。
(责任编辑: 常艳)
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