青海牛苦头铁多金属矿床岩石地球化学特征及找矿意义.pdf

张杰，等：膏体充填技术在某矿空区治理当中的应用青海省格尔木市牛苦头铁多金属矿区大地构造位置位于秦祁昆造山系的祁漫塔格地区1，属东昆仑造山带西部延伸，北部与阿帕-茫崖早古生代蛇绿构造混杂岩带和阿尔金造山带相邻，东、南则紧邻柴达木陆块与巴颜喀拉-羌塘地块。区域经历了复杂的构造演化历史，岩浆活动频繁，矿化类型多样，找矿潜力巨大2-4。前人在矿床地质特征、控矿因素、成矿物质来源等方面开展了大量研究工作，认为矿化的形成与热液活动相关，但对于岩浆岩与成矿关系的研究并未引起足够重视5-9。本文在野外地质调查及室内岩矿测试的基础上，对代表区岩浆岩的主量元素、微量元素、稀土元素地球化学进行统计分析，探讨岩浆岩成因、构造环境，总结岩浆岩与成矿的成因联系，*收稿日期：2023-03-17作者简介：吕晓宏（1982-），男，甘肃兰州人，高级工程师，主要从事矿产地质勘查工作。通讯作者：赵向东（1984-），男，湖北宜昌人，高级工程师，主要从事矿产普查与勘探工作，E-mail：。Aug.2023Vol.52.No.4（Sum 301）2023 年 8 月第 52 卷第 4 期（总第 301 期）云南冶金YUNNAN METALLURGY青海牛苦头铁多金属矿床岩石地球化学特征及找矿意义*吕晓宏1，赵向东1，余璨1，坚润堂2（1.中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司，云南 昆明 650051；2.百色学院，广西 百色 533000）摘要：系统调查了岩浆岩的地球化学特征，认为牛苦头铁多金属矿床属花岗岩属钙碱性-高钾钙碱性系列，具有 I 型花岗岩特征，而微量元素地球化学特征，自闪长岩-花岗闪长岩-二长花岗岩分异程度逐渐增高，各岩性轻稀土分馏明显，重稀土分馏较弱，反映出岩浆结晶分异过程中可能存在轻稀土元素含量较高的矿物结晶分离。区内花岗岩总体形成于后碰撞构造环境，矿床的形成与构造岩浆演化关系密切。关键词：牛苦头；花岗岩；岩浆活动；地球化学特征中图分类号：TD263文献标识码：A文章编号：1006-0308（2023）04-0007-08Geochemical Characteristics and Prospecting Significance of Polymetallic RockDeposit in Niukutou of QinghaiLYU Xiao-hong1,ZHAO Xiang-dong1,YU Can1,JAN Run-tang2(1.Kunming Prospecting Design Institute of China Nonferrous Metals Industry,Kunming,Yunnan 650051,China;2.Baise University,Baise,Guangxi 533000,China)ABSTRACT：Geochemical characteristics of magmatic rock was systematically investigated,the polymetallic deposit of Niukutouwas identified as calc-alkali granite-high potassium,calcium,alkaline series,it has I type granite characteristics,its differential degreeincreased gradually from diorite-granodiorite-monzogranite,the light rare earth fractionation of each lithology is obvious,heavy rare earthfractionation is weak,it reflects mineral crystal separation with high content of light rare earth might be existed in magma crystallizationdifferentiation process.Granite in the area totally formed in post-collision construction environment,the formation of deposit has closerelationship with tectonomagmatic evolution.KEY WORDS：Niukutou;granite;magmatic activity;geochemical characteristics7Aug.2023Vol.52.No.4（Sum 301）2023 年 8 月第 52 卷第 4 期（总第 301 期）云南冶金YUNNAN METALLURGY为矿床下一步勘查工作提供依据。1成矿地质背景牛苦头矿区大地构造位置位于祁漫塔地区秦祁昆造山系，总体为东昆仑造山带西部延伸，北部与阿帕-茫崖早古生代蛇绿构造混杂岩带、阿尔金造山带相邻，东北部、南部分与昆北断裂带、昆南断裂为界10。区内地层自古元古带至新生代均有发育，与成矿关系密切的地层单位、沉积建造主要包括长城系小庙岩组、蓟县系狼牙山组、奥陶系祁漫塔格群及石炭系缔敖苏组。区内构造发育，大致可划分为 NW 向、NE 向两组断裂：NW（NWW）向断裂主要包括昆北断裂带、黑山-那棱格勒河断裂、昆中断裂带及昆南断裂，NE 向断裂以阿尔金南缘断裂带、白干胡断裂为主。区内岩浆岩出露范围较广，侵入岩岩性较复杂，从中酸性到基性-超基性岩均有一定出露，以花岗岩类、花岗闪长岩、正长岩系、闪长岩系为主，区内的铁、铜、锡、铅、锌、钼等成矿均与此类岩体关系密切。此外，区内火山岩亦出露广泛，自加里东期、加里东期、海西期和印支-燕山期均有发育。2岩体地质特征矿区岩浆活动强烈，主要集中于华力西期至印支期，侵入岩发育，主要岩性为晚三叠世灰白色中粗粒花岗闪长岩、灰白色-浅肉红色中细粒二长花岗岩（图 1），各划定磁异常区出露岩性有所不一，以 M2 磁异常区出露岩浆岩类型最为复杂。中泥盆世花岗闪长岩（D2酌啄）呈浅灰白色、浅肉红色，地表风化后呈浅灰绿色，中-粗粒花岗结构、块状构造，多见斜长石水白云母化。主要分布于 M5 磁异常区南部，地表出露面积较大。晚泥盆世闪长岩（D2啄紫）为灰黑色、灰白色，局部地段发育为灰白色，细-中粒结构、块状构造，基本未见钾长石与蚀变，偶见少量硅化细脉。闪长岩体与滩间山群接触部位地层见明显旋扭，主要出露于 M3 磁异常区及其北西延伸地段，地表出露范围较大。晚二叠世二长花岗岩（T3浊酌）仅在 M1 磁异常区西部、北部小规模出露，为中细粒花岗结构、块状构造，石英含量仅 25%耀30%，较之花岗闪长岩更低，多呈不规则粒状充填于其他矿物。发育微弱绢云母化、绿帘石化及绿泥石化。晚二叠世花岗闪长岩（T3浊酌）大规模出露于 M1、M4 东侧，局部地段偶见锆石、磷灰石、屑石等，其中，钾长石多呈他行-半自形晶，包括微斜长石、正长石及条纹长石，斜长石呈半自形板柱状晶，属更中及中长石，发育高岭土化、绢云母化绿帘石化及绿泥石化。在岩体的边缘因受同化混染作用及岩浆作用影响而发生强烈蚀变，以暗色矿物的蚀变程度最为剧烈。3岩石地球化学在详细野外地质调查的基础上，在矿区各代表地区采集典型的岩矿石样品（图 1），在室内矿相学研究基础上，确定岩石、矿石矿物组成、蚀变类型及矿化特征等，并在河北省廊坊市区域地质调查研究所对典型样品进行粉末制备及单矿物的挑选工作，地球化学及同位素分析测试工作亦在河北省廊坊市区域地质调查研究完成，测试结果详见表 1、表 2。3.1主量元素地球化学由表 1 可知，M1、M4 磁异常区二长花岗岩SiO2含量最高，达 70.72%耀75.85%。将各样品主量元素数据进行 TAS 投图，结合图 1、图 2 看出：淤M1、M4 磁异常区东侧大岩体所采样品及 PM-H7 主要落入花岗闪长岩范围内，M1、M4 磁异常区所采成矿花岗岩样品 ZK1407-H6、ZK0407-H9主要落入花岗闪长岩范围内，M1 磁异常区西部、北部零星出露花岗岩体露头所采样品 D052-H2、D057-H1、D054-H1 主要落入花岗岩范围内；于 M3 磁 异 常 区 所 采 样 品 M3-B1、D039-H2、D040-H2 岩性主要为闪长岩，在 TAS 图解中主要落入辉长闪长岩、闪长岩、二长闪长岩区域内，M5 磁异常区范围内 D043-H1、M5-H1 主要落入花岗闪长岩范围内；盂M2 磁异常区 ZK0003-Zr1 样品主要落入花岗闪长岩范围内。总体上，各样品均落入亚碱性区域（图 2），属钙碱性-高钾钙碱性系列（图 3）。8张杰，等：膏体充填技术在某矿空区治理当中的应用D040-H2D043-H1M5-H1D015-Zr-1ZK0003-Zr1D040D043D015D015332 m样品编号M1-M4东侧PM-H7ZK1407-H6ZK0407-H9D052-H2D057-H1D054-H1M3-B1D039-H2取样位置D005PM-H7110 m481 mD052D057D054D016D039闪长岩花岗闪长岩花岗闪长岩辉绿岩花岗闪长岩岩性花岗闪长岩花岗闪长岩花岗闪长岩花岗闪长岩二长花岗岩二长花岗岩二长花岗岩闪长岩 闪长岩SiO266.5266.1166.9169.2770.1875.0071.7957.1254.8552.9966.6766.5753.1666.04Al2O315.7615.3215.6214.8315.2812.6412.4218.0217.8418.4415.4415.3814.6815.84TiO20.540.590.530.480.400.240.430.781.011.130.540.560.890.53Fe2O30.900.970.160.180.080.390.870.841.131.021.220.982.870.69FeO2.682.883.222.680.781.252.824.955.425.982.452.723.552.92CaO3.693.393.622.522.910.801.066.206.636.383.964.047.584.02MgO1.922.262.011.690.800.391.014.094.904.171.892.017.142.24K2O2.402.212.534.964.945.154.781.971.651.722.342.201.541.75Na2O3.873.973.711.543.592.892.453.493.364.753.663.813.033.98H2O+1.201.551.081.290.450.701.461.612.202.251.291.003.131.32H2O-0.150.200.180.310.110.160.080.280.280.180.160.160.390.12灼失量1.421.971.411.610.741.021.982.142.772.951.541.435.051.68总和99.8999.8899.8899.9199.8599.9099.8799.8499.8399.8899.8999.8999.8299.89MnO0.0670.0800.0570.0490.0230.0470.1300.1100.1200.1300.0700.0740.1200.070P2O50.120.130.120.110.120.080.150.130.160.230.120.120.200.13表 1主量元素分析测试结果Tab.1Analysis and testing results of main elements%图 1岩石样品 TAS 图解Fig.1TAS diagram of rock samples1.橄榄辉长岩；2.辉长岩；3.辉长闪长岩；4.闪长岩；5.花岗闪长岩；6.花岗岩；7.硅英岩；8.二长辉长岩；9.二长闪长岩；10.二长岩；11.石英二长岩；12.正长岩；13.副长石辉长岩；14.副长石二长闪长岩；15.副长石二长正长岩；16.副长正长岩；17.副长深成岩；18.霓方钠岩/磷霞岩/粗白榴岩图 2矿区花岗岩 K2O-SiO2图解Fig.2K2O-SiO2diagram of granite in mine lot吕晓宏，等：青海牛苦头铁多金属矿床岩石地球化学特征及找矿意义9Aug.2023Vol.52.No.4（Sum 301）2023 年 8 月第 52 卷第 4 期（总第 301 期）云南冶金YUNNAN METALLURGY3.2微量元素地球化学根据样品微量元素分析测试结果：淤M1、M4磁异常区花岗闪长岩 Zn 含量为（40.86耀60.52）g/t，Pb 含量 为（10.05耀21.97）g/t，Cu 含 量 为（6.77耀8.25）g/t；于M1、M4 磁异常区二长花岗岩Zn 含量为（35.78耀41.04）g/t，Pb 含量为（16.84耀35.87）g/t，Cu 含量为（3.58耀5.21）g/t；M5 磁异常区花岗闪长岩 Zn 含量为（50.70耀52.99）g/t，Pb含量为（10.95耀13.77）g/t，Cu 含 量为（6.35耀7.24）g/t；盂 M3 磁 异 常 区 闪 长 岩 Zn 含 量 为（72.49耀87.15）g/t，Pb 含量为（9.42耀32.63）g/t，Cu 含量为（10.05耀13.92）g/t；榆M2 磁异常区花岗闪长岩 Zn 含量为 50.70 g/t，Pb 含量为 7.92 g/t，Cu 含量为 5.83 g/t；各异常区成矿元素与中国花岗岩微量元素平均含量基本一致含量均较低，推测与区内岩浆分异导致成矿元素多集聚在流体中有关。微量元素特显示，区内不同岩性岩体可能形成于相似的大地构造背景。在花岗质岩浆结晶分异过程中，Nb、Sr 趋向亏损，而 Ta、Rb 相对富集区内各异常区含量有一定区别：淤M1、M4、M2、M5 磁异常区花岗闪长岩含量较接近，Nb、Sr、Ta、Rb 含量分 别为（5.68 耀6.81）g/t、（314.92 耀334.95）g/t、（0.53 耀0.63）g/t、（45.73耀85.49）g/t，但其中 ZK0409-H7样品 Sr 含量较低 159.02 g/t，Rb 含量相对较高为185.00 g/t；于M1、M4 磁异常区二长花岗岩 Nb、Sr、Ta、Rb 含 量 分 别 为（13.29 耀19.52）g/t、（113.81 耀285.39）g/t、（1.22 耀2.43）g/t、（140 耀255.9）g/t；盂磁异常区闪长岩 Nb、Sr、Ta、Rb 含量分别为（5.36耀9.26）g/t、（347.26耀428.55）g/t、（0.37耀0.56）g/t、（67.20耀74.14）g/t。总体而言，区内 Nb、Sr 含量自闪长岩-花岗闪长岩-二长花岗岩依次降低，而 Ta、Nb 含量总体具有增高的趋势，表明其分异程度自闪长岩到二长花岗岩逐渐增高。3.3稀土元素地球化学由表 2 看出，M1、M4 磁异常区花岗闪长岩撞REE 为（73.78 耀139.78）g/t，平 均 97.32 g/t，HREE 总量（21.71耀29.78）g/t，平均 26.85 g/t，LREE 总量（46.73耀110.00）g/t，平均 70.46 g/t，LREE/HREE 为 1.73耀3.69，平均 2.62，稀土配分区线为右倾型（图 3），表现出轻稀土富集、轻重稀土分馏明显的特征。而弱负 啄Eu 异常（0.87耀1.07）、Ce 基本无异常（0.88耀0.95）反映出表层风化作用对岩石的影响较小13。4讨 论4.1岩石成因分析M1、M4 磁异常区花岗闪长岩、二长花岗岩A/CNK 集中于 0.92耀1.07 之间，M5 磁异常区花岗闪长岩 A/CNK 值为 0.96耀0.98，M2 磁异常区花岗闪长岩 A/CNK 值为 1.004，区内各岩性 A/CNK 值多小于 1.1。前已述及，区内不同岩性均属高钾钙碱性、富集轻稀土元素，明显亏损 P、Nb、Ta、Ti、Ba 而富集 Rb、Th、U、K 等，尽管 Ba 表现出微弱的亏损特征，但区内花岗岩 Sr 含量接近维氏值，总体表现出造山型花岗岩的特征15。区内各异常区花岗闪长岩、闪长岩明显具有与此不同的特征，区别于典型 S 型花岗岩，显示了 I 型花岗岩的特征，且与东昆仑早泥盆世、中晚三叠世后碰撞环境形成的 I 型花岗岩特征基本一致16-18，可能为古老陆壳重熔形成的花岗质岩浆，同时幔源物质不断加入形成，兼之 M1、M4 异常区内二长花岗岩显示了较明显的 S 型花岗岩特征，可能与其后期岩浆分异程度较高有关。结合图 4，图 3矿化花岗岩稀土元素标准化配分曲线Fig.3Standardized distribution curves of mineralized graniterare earth element元素10张杰，等：膏体充填技术在某矿空区治理当中的应用图 4花岗岩成因类型判别图解Fig.4Genetic types discrimination diagram of granite各样品在花岗岩成因分类图解上主要落入 I 型花岗岩区域，这与东昆仑地区部分发育的泥盆纪、三叠纪花岗岩可能由壳幔岩浆混合形成的认识基本一致。Rb/Sr 比同样能有效反映源区性质：当 Rb/Sr跃0.9 时，为 S 型花岗岩；Rb/Sr约0.9 时，为 I 型花岗岩19-21。尽管 M1、M4 磁异常区两件样品 Rb/Sr 比在 2.08耀2.24 之间，但花岗闪长岩 Rb/Sr 比主要在0.21耀0.27 之间，D052-H2 二长花岗岩 Rb/Sr 比为0.49，其余两件 M5、M2 磁异常区 Rb/Sr 比均小于0.9（0.13耀0.23）之间，总体表现出显著的 I 型花岗岩特征。由图 5 可看出，各样品在高场强元素 Th/Yb-Ta/Yb、Rb-Sr-Ba 及 A/MF-C/MF 图解中均落入俯冲带及玄武岩、基性岩熔融区附近，具岛弧成岩特征，反映出俯冲构造环境的特征。兼之除 D057-H1CaO/Na2O 比值为 0.27 外，矿区花岗岩 CaO/Na2O 比值均在 0.43耀1.64 之间，与 Sylverster 提出过铝质花岗岩源区的判别依据，指示着矿区花岗岩形成于活动大陆边缘或岛弧环境。综上，研究认为矿区花岗岩为地幔物质上涌，使下地壳物质部分熔融形成 I 型花岗岩。4.2岩石构造环境据前人研究成果23-24，矿区所属的祁漫塔格地区早-中泥盆世中酸性侵入岩浆作用集中于（410耀385）Ma 间，对应东昆仑早古生代构造-岩浆旋回的碰撞-后碰撞阶段，M5 磁异常区高钾钙碱性、具有壳-幔混合特征的 I 型花岗岩就形成于该背景之下。区域早、中泥盆地层的缺失及晚泥盆世牦牛组磨拉石建造的广泛发育则标志着东昆仑在晚泥盆世已进入造山后崩塌阶段，M3 磁异常区闪长岩即是碰撞后造山伸展阶段的产物，与大地构造吕晓宏，等：青海牛苦头铁多金属矿床岩石地球化学特征及找矿意义11Aug.2023Vol.52.No.4（Sum 301）2023 年 8 月第 52 卷第 4 期（总第 301 期）云南冶金YUNNAN METALLURGYa.变质泥岩部分熔融；b.变质砂岩部分熔融；c.基性岩的部分熔融图 5矿区花岗岩源区性质判别图解Fig.5Source characteristics discrimination diagram of granite in mine lot背景相对应。M1、M4 磁异常区二长花岗岩、闪长岩地球化学特征极为相似，暗示它们是同源岩浆的产物，在花岗岩构造环境判别图解中均落入火山弧花岗岩区域内（图 6），表明矿区花岗岩的形成与印支期古特提斯洋的闭合、补充作用关系密切。海西晚期印支早期，洋盆依次向北俯冲、消减，在东昆仑微板块南缘形成蛇绿岩套和三叠世前陆堆积，在其北缘则有海西印支期花岗岩的大面积侵入，成为古特提斯北部的活动陆缘。之后，随着古特提斯陆缘的不断增生，以及阿尼玛卿洋向北俯冲，一直持续到二叠纪末三叠纪初，在（260耀230）Ma，东昆仑即处在大洋板块大规模俯冲碰撞阶段25。4.3岩浆岩对成矿的控制在中-晚三叠世（耀210 Ma），东昆仑地区由于俯冲作用致使大量地壳物质重熔为花岗岩质岩浆，同时扰动部分地幔物质上涌加入，形成富含成矿物质的花岗质岩浆上涌，岩浆进一步分异演化，分泌岩浆自下往上运移，经历较长的演化阶段，形成富含成矿物质的高温、高盐度成矿流体，在上石炭统缔敖苏组碳酸盐岩接触带侵位形成矽卡岩性矿床。牛苦头矿区侵入体以花岗闪长岩、二长花岗岩等中酸性-中性岩为主，属高钾钙碱性型花岗岩类。矿区内金属矿化以 Fe 为主，伴生 Cu、Pb、Zn，这与侵入岩成矿潜力分析相吻合，而与W、Sn、Mo 等金属矿化无关，这主要是由于金属物质地球内部分布不均所致。通常情况下，上地壳富含 W、Sn 因素，上地壳物质发生重熔形成花岗质岩浆时，多伴随着 W、Sn 矿。牛苦头矿区的矿化发育则发映出成矿物质并非源自上地壳。12张杰，等：膏体充填技术在某矿空区治理当中的应用图 6花岗岩构造环境判别图解Fig.6Granite tectonic environment discrimination diagram5结 语1）M1、M4 磁异常区岩浆侵位活动集中于印支中晚期，对应着后碰撞阶段的地壳增厚时期，大量下地壳物质发生重熔形成中基性岩浆，并伴随着地幔物质的混染，壳-幔物质的交换为大规模金属矿提供了成矿物质；2）中高温岩浆热液与围岩发生水岩反映，并不断萃取围岩中 Fe、Pb、Zn 等成矿元素。大量岩浆沿有利的运移通道进入岩浆房，并在岩浆房中吕晓宏，等：青海牛苦头铁多金属矿床岩石地球化学特征及找矿意义13Aug.2023Vol.52.No.4（Sum 301）2023 年 8 月第 52 卷第 4 期（总第 301 期）云南冶金YUNNAN METALLURGY发生结晶分异作用，形成酸碱度不同的岩浆和大量金属成分，并在不同时期内向上侵位，分异出高温高盐度的富 Si、Al 流体；当碰到富含 Mg 质的上石炭统缔敖苏组碳酸盐岩时则发生接触交代作用、扩散交代作用与渗滤交代作用；3）由于围岩成分的不同，兼之长距离运移后物理化学条件发生的该改变，致使流体形成的矽卡岩具有明显的水平分带性、垂直分带性。到岩浆演化晚期，随着岩浆的冷却结晶，流体继续演化，形成具有较高氧逸度、较低 Ph 值和富挥发份中高温递延度流体，并裹挟大量成矿物质交代矽卡岩形成退化蚀变矿物，并在构造有力部位形成金属氧化物与金属硫化物；4）流体在继续上升过程中淋滤出大量硫化物，使得流体硫逸度显著提升，在流体演化末期，交代早期矽卡岩形成大规模铅锌矿体。后期受构造影响，在矿区不同磁异常区的不同部位形成不同类型的矿化。综上，牛苦头矿床的形成与构造岩浆演化密不可分。参考文献：1 丰成友，赵一鸣，李大新，等.青海西部祁漫塔格地区矽卡岩型铁铜多金属矿床的矽卡岩类型和矿物学特征J.地质学报，2011，85（7）：1108-1115.2 赵一鸣，丰成友，李大新，等.青海西部祁漫塔格地区主要矽卡岩铁多金属矿床成矿地质背景和矿化蚀变特征J.矿床地质，2013，32（1）：1-19.3 谭文娟，姜寒冰，杨合群，等.祁漫塔格地区铁多金属矿床成矿特征及成因探讨J.地质与勘探，2011，47（2）：244-250.4 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