内蒙古大金矿床方解石的形成环境及成因

内蒙古大金矿床方解石的形成环境及成因

0方解石与矿床成矿机制有关研究地质和地质特征稀土（ree）作为一个整体是移动的，并且具有一定的可预测性，因此稀土元素在地质作用中的应用非常广泛。近年来,随着稀土元素(REE)测试精度的提高,在示踪成矿物质来源方面,稀土元素起着可与稳定同位素相比拟的重要作用。目前,矿床中热液矿物(尤其是萤石、方解石、白钨矿等含钙热液矿物)稀土元素(REE)地球化学在示踪成矿流体来源与演化方面得到了广泛应用。大水金矿床位于秦—祁—昆中央造山带西秦岭南带,属西秦岭南带南亚带南部边缘。处于玛曲—略阳断裂带北侧向南突出的大水弧形构造的弧顶部位(见图1)。该矿床矿石品位极高,明金多见,矿床规模为特大型。近年来,许多学者先后从岩石学、矿物学、矿地质背景、矿床地质特征及成岩成矿物质来源等方面对该矿床进行过较为细致的研究。对矿床成因和成矿机制有不同的认识,有认为是卡林型的,有认为是构造蚀变岩型,也有认为是岩浆中低温热液细脉浸染型,更有研究者认为是热泉型和溶洞型成因,这些观点的形成均有一定的证据,不同的观点认识在研究过程中对成矿、控矿因素各有侧重。但是因观点认识不同对深部找矿和成矿预测有很大的影响。因此,矿床成因和成矿机制研究是矿山深部找矿必须解决的问题。大量的研究表明,方解石作为地质流体活动的产物,其元素地球化学特征不但记录了地质流体的性质,而且对于确定地质流体的演化规律和其成矿作用有重要的意义。方解石是大水金矿床脉石矿物之一,其形成贯穿整个成矿过程,矿石中的稀土元素主要集中在方解石中,因而方解石稀土元素地球化学特征可代表成矿流体的稀土元素地球化学特征,其变化规律记录了矿床成矿流体的来源及演化等方面的重要信息。因此,本文拟通过对该矿床中方解石稀土元素地球化学研究,为该矿床成矿流体来源与演化提供信息。1含矿量对构造的控制大水金矿床位于西倾山隆起带南缘格尔括合一带(见图1)。区内出露的地层以泥盆系、石炭系和二叠系和三叠系为主,为一套海相碎屑岩和碳酸盐岩建造,呈NWW—EW—NE向展布于中北部地区。其次为侏罗系和白垩系。矿体主要赋存于三叠系灰岩、白云质灰岩和印支期花岗闪长岩脉中,其次产于二叠系灰岩、侏罗系砾岩和燕山期中酸性脉岩杂岩墙与灰岩的接触带内,断裂控矿明显。矿体形态复杂,呈不规则枝杈状(追踪几组断裂形成)、似层状、透镜状、囊状、筒状和脉状等,并具膨大缩小、分支复合及尖灭再现等特征,其产出严格受NWW—EW向、近SN向和NEE—NE向断裂或断裂交叉复合部位、接触带构造等控制。矿石中金属矿物以赤铁矿、自然金和黄铁矿为主。矿石主要结构构造有自形—半自形—他形结构、草莓状结构、胶状结构、交代碎裂结构、隐晶—显微晶结构、碎裂状结构,稀疏浸染状构造、细脉—网脉状构造、角砾状构造、块状构造、碎裂—压碎构造、晶洞状构造、斑点状构造等。近矿围岩蚀变强烈,主要为硅化-似碧玉岩化、黄铁矿化-褐铁矿化-赤铁矿化、碳酸盐化,其次为高岭土化、绿泥石化、绢云母化等,与金成矿关系最为密切的是硅化-似碧玉岩化和黄铁矿化-褐铁矿化-赤铁矿化等。区内岩浆岩较发育,但规模比较小,主要为辉长闪长岩、石英闪长岩、二长花岗岩、花岗闪长斑岩、黑云母闪长玢岩及中酸性岩脉。其岩体、脉岩为晚印支—早燕山期的产物。2白云石与金矿的金相结构强烈而广泛的碳酸盐化,是大水金矿床的重要标志与特征之一。根据野外观察和室内分析,碳酸盐化具有面状和线状两种形式。其中面状碳酸盐化表现为矿区灰岩和白云岩等碳酸盐地层普遍重结晶和大理岩化,以交代为主,方解石交代辉石和长石,使灰岩发生重结晶,析出尘状赤铁矿,在相同条件下,白云石方解石化强烈,使部分白云石呈隐晶质,多呈乳浊状褐黄色;线状则表现为不同规模与大小的碳酸盐脉,即有宽数米至十几米、长数十米至数百米的碳酸盐大脉,亦发育微细网脉,可识别出3期。①矿化期前粗晶方解石脉,呈灰—灰白色,马蹄状、环状,结晶为中-粗粒或粗大的带状变晶方解石,一般不含金属硫化物。②同矿化期的碳酸盐化方解石脉,呈灰—褐黄色,细脉状、网脉状产出,并胶结角砾岩、碎裂岩。含辰砂、黄铁矿等少量硫化物,晶洞或裂隙有自然金。主要有3种方解石脉组成:第一种为网脉状方解石,胶结矿化角砾岩;第二种为主矿化期后强矿化方解石脉;第三种为弱矿化方解石脉。③矿化期后巨晶方解石脉和充填晶洞中包裹矿化体角砾的粗晶方解石。方解石作为矿体中主要的脉石矿物之一,呈团块状、脉状等广布于不同产出类型的矿体中(见图2)。3矿化期稀土地球化学特征方解石稀土元素含量和特征参数见表1。稀土元素的球粒陨石标准化采用Boynton(1984)数据。从表1中可以看出,矿化期前方解石(粗晶方解石)的稀土总量较低ΣREE为0.21×10-6,LREE为0.102×10-6,LREE/HREE为0.108,(La/Yb)N为0.57,(La/Sm)N为6.92,(Gd/Yb)N为0.39,稀土配分模式为轻稀土富集型,且呈锯齿状(见图3-a),具有明显的正Eu异常和弱正Ce异常(δEu为3.75,δCe为1.11);同矿化期方解石(条带状方解石脉、薄层状方解石脉、纹层状方解石脉)的稀土总量ΣREE为1.53×10-6～16.62×10-6,变化范围较大,LREE为1.3×10-6～13.16×10-6,LREE/HREE为3.81～5.76,稀土配分模式呈轻微的右倾型(见图3-b),具有弱负Eu异常和弱负Ce异常(δEu为0.45～0.79,δCe为0.43～0.60),有1个样(1831GB-3(40-1b))具弱正Ce异常(δCe为1.29),显示出它们岩浆成分具有叠加改造的特点;矿化期后方解石(巨晶方解石)的稀土总量ΣREE为0.77×10-6～5.89×10-6较低,LREE为0.44×10-6～3.11×10-6,LREE/HREE为1.12～1.35,稀土配分模式为平坦型(见图3-c),具有弱负Eu异常和弱负Ce异常(δEu为0.50～0.77,δCe为0.87～0.93),轻重稀土分异不明显,表现出海相碳酸盐岩稀土配分曲线特点。矿床内方解石的ΣREE和LREE低于矿区的碳酸岩(ΣREE为735.6×10-6～2970.9×10-6,平均1371×10-6),也远远低于世界钙质碳酸岩平均值(ΣREE为3732.70×10-6),也低于中国东部碳酸盐岩平均值(ΣREE为25.58×10-6)。4讨论4.1方解石与热液的关系热液矿物中稀土元素的配分模式,一般受其晶体结构和热液体系稀土元素络合物稳定性的控制。然而近年来,越来越多的学者认为,热液矿物中稀土元素的分配模式并非受晶体化学因素的控制,而是与热液体系中稀土元素络合物的稳定性密切相关。研究表明,溶液中的稀土元素主要是以络合物的形式存在,且稀土元素与CO2−332-和HCO-3等形式的络合物的稳定性,随着REE原子序数的增大而增加;稀土元素进人热液方解石主要是通过Ca2+与REE3+之间的置换。由于LREE3+的离子半径比HREE3+的离子半径更接近于Ca2+,从而使LREE比HREE更容易置换晶格中的Ca2+而进人方解石。因此,从热液体系中沉淀出的方解石应该是相对富集LREE的。大水金矿床中的方解石也表现出LREE的相对富集,说明方解石与热液有关。前人研究表明,岩浆碳酸盐岩中方解石的La/Yb比值一般大于100,而热液方解石的La/Yb比值常小于100。本矿床方解石脉La/Yb比值均小于100,表明方解石属热液成因。Bau等(1995)在对德国Tannenboden矿床和Beihilfe矿床中萤石和方解石的稀土元素地球化学过程进行研究后指出,同源脉石矿物的Y/Ho-La/Ho大体呈水平分布。因为在八面体配位时,Y3+、Ho3+的离子半径分别为0.09nm和0.0901nm,两者非常接近,Y和Ho在地质环境中应具有一致的地球化学性质,因此Y/Ho比值应该为一常数。即等于球粒陨石的Y/Ho比值。而非球粒陨石比值的出现,可能说明了流体与地球化学过程与传统地质过程中稀土行为有所不同。大水金矿床不同产状矿体中方解石在Y/Ho-La/Ho图(见图4)上,不呈水平分布,表明其不具同源性。从稀土元素地球化学特征(见表1)和配分模式图(见图3)上可以看出,不同类型方解石的稀土元素分布不均匀,显示不同的稀土元素含量、有关参数和配分模式(铕负异常轻稀土富集型、相对平坦型和具有铕正异常轻稀土富集型)。由于成矿流体的温度变化不改变热液矿物中稀土配分系数的内部关系。因此,3种方解石的REE、有关参数和配分模式等存在明显差异,可能反映它们属不同来源。4.2成矿流体的富集和沉积方解石是大水金矿床中的脉石矿物之一,其形成贯穿整个成矿过程,矿石中的稀土元素主要集中在方解石中,因而方解石稀土元素地球化学特征可代表成矿流体的稀土元素地球化学特征,其变化规律记录了矿床成矿流体的来源及演化等方面的重要信息。一般认为,岩浆成因方解石的稀土总量通常大于100×10-6,而沉积成因碳酸盐岩稀土总量小于100×10-6,不纯的碳酸盐岩,当泥质增加时,稀土含量增加,(La/Yb)N=6.0左右,一般具有较明显的Ce亏损,δCe=0.70左右;岩浆成因碳酸盐岩稀土含量较高,稀土总量变化范围较大,为75×10-6～15515×10-6,大多数没有Eu异常。前人研究表明,大水金矿床岩浆流体参与了成矿,说明矿石中的方解石不完全是从地层中交代重结晶形成的。Michard研究也认为,碳酸盐地层不可能淋滤出相对富含稀土的流体。本次分析的方解石稀土含量很低(见表1)也证实了这一点,因此成矿流体不可能完全由地层提供,而应有相对富集稀土元素的源区。虽然3种方解石的稀土元素配分模式有一定差别,但总体具有LREE富集的特征(见图4),可见成矿流体也不可能完全由区内碳酸盐岩地层提供,同样暗示相对富集LREE的流体参与了成矿流体的形成。地幔流体(包括地幔去气作用形成的流体和岩浆去气作用形成的流体)相对富集REE(尤其是LREE)已被众多实际资料和实验所证实。从这一点看,地幔流体可能参与了金矿床成矿流体的形成。Eu异常的产生与其在自然界可以不同价态存在有关。Sverlensky研究表明,在近地表的低温环境下,除了极度还原环境(非氧化的碱性海相沉积物孔隙水)外,溶液中的Eu主要以Eu3+及其相关络合物为主导;然而,由于Eu3+/Eu2+氧化还原电位(Eh)随温度的升高而急剧增加,随pH值增大而略有增大,随压力的升高而略有降低,指示了较高的温度是Eu2+离子在流体中以主要形式出现的重要条件,这使得在较高温度(>250℃)下,Eu2+及其相关络合物常常在溶液中占主导。因此,在大多数热液和变质条件下,Eu在热液流体中以Eu2+为主,导致了Eu在高温热液蚀变过程中相对于其它稀土发生显著分馏。对于流体Eu正异常的形成,通常认为是与长石在蚀变过程中释放出Eu2+有关,但流体在较低温度下发生沉淀作用之前经历过足够高的温度,使得溶液中的Eu以Eu2+占主导,这也对Eu正异常的产生具有重要意义。因此Eu异常可以作为氧化还原条件的指示剂。Eu正异常强,表明脉体形成于相对还原的环境,反之则为相对氧化的环境。本次测试了矿床内矿化期前、同矿化期和矿化期后3类方解石,其中矿化期前方解石具有正Eu异常,可能暗示了成矿流体的源区可能有长石的破坏作用,长石分解释放的Eu2+在高温下比较稳定,从其它REE3+中分馏出来,在成矿流体中富集,当流体演化到方解石沉淀的场所时,由子温度降低,Eu2+被氧化为Eu3+,与方解石中的Ca2+发生类质同像替代而进人方解石晶格,从而形成明显的正Eu异常。此外,矿化期前方解石弱的正Ce异常可能暗示了成矿流体的源区具有较低的氧逸度。因此,成矿流体源区尽管有较低的氧逸度,但温度较高,Eu主要以Eu2+形式存在,随着温度的降低,Eu2+被氧化为Eu3+,形成了矿化期前方解石明显的正Eu异常。另据Graf的研究,热液的输入可引起沉积岩的Eu正异常。由此推测,该类方解石受到热液输入的影响;同矿化期和矿化期后方解石具有弱负Eu异常,表明其形成于相对开放而氧化的环境。此外,矿床方解石脉碳、氧同位素的研究也表明,早期方解石的成矿流体来源于岩浆水,晚期方解石成矿流体为改造的大气降水的混合水,其形成环境与海相碳酸盐岩形成环境类似。综上所述,本矿