蘇丹哈佳吉金礦床稀土元素地球化學(xué)特征

李 杰，楊立新，李世勇，倪師軍，張成江，于林松

（1.成都理工大學(xué)核技術(shù)與自動(dòng)化工程學(xué)院，成都 610059；2.山東省第六地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，威海 264209；3.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，濟(jì)南 250013；4.山東省物化探研究院，濟(jì)南 250013）

蘇丹哈佳吉金礦床稀土元素地球化學(xué)特征

李 杰1,2，楊立新2，李世勇3，倪師軍1，張成江1，于林松4

（1.成都理工大學(xué)核技術(shù)與自動(dòng)化工程學(xué)院，成都 610059；2.山東省第六地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，威海 264209；3.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，濟(jì)南 250013；4.山東省物化探研究院，濟(jì)南 250013）

通過對(duì)蘇丹哈佳吉金礦床礦石和圍巖稀土元素含量的研究，發(fā)現(xiàn)該礦床近礦圍巖稀土總量較礦石稀土總量明顯要高，輕重稀土元素分餾明顯，Eu呈現(xiàn)中等程度或弱的負(fù)異常，Ce含量則相對(duì)較穩(wěn)定，表明成礦環(huán)境為還原環(huán)境。根據(jù)近礦圍巖的稀土元素C1球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線及北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化曲線，可以推斷該區(qū)古老變質(zhì)基底所處的構(gòu)造環(huán)境應(yīng)屬大洋島弧環(huán)境，而且在成巖過程中并沒有大量海相物質(zhì)加入。礦石與近礦圍巖的稀土配分曲線對(duì)比表明礦石中成礦物質(zhì)既來自變質(zhì)基底，又有深源物質(zhì)的參與。

稀土元素；地球化學(xué)；配分模式；哈佳吉金礦床；蘇丹

蘇丹哈佳吉金礦床位于蘇丹中北部的尼羅河畔，由中非投資發(fā)展有限公司開發(fā)，是山東省地質(zhì)六隊(duì)于2010年提交的一處中型金礦床。由于該礦床剛被發(fā)現(xiàn)，目前正處于勘探開發(fā)階段，故對(duì)礦床的整體研究程度較低[1]。本文試圖通過研究蘇丹哈佳吉金礦床礦石和圍巖的稀土元素地球化學(xué)特征，來揭示礦石與圍巖在成因上的聯(lián)系，進(jìn)而探討成礦物質(zhì)來源及礦床成因，為該區(qū)的地質(zhì)勘探和研究提供了參考。

1 礦床地質(zhì)

1.1 區(qū)域地質(zhì)概況

哈佳吉金礦床位于東非大裂谷之紅海褶皺帶西緣，分布于主要由元古宙變質(zhì)基底所構(gòu)成的大型韌性剪切帶中。區(qū)內(nèi)發(fā)育大型韌性剪切構(gòu)造，為尼羅河斷裂帶的組成部分。

區(qū)域構(gòu)造線以近南北向?yàn)橹?，北東向次之，它們均受控于近東西向的韌性剪切帶。金礦化與構(gòu)造關(guān)系非常密切，金礦體常產(chǎn)于幾組不同方向斷裂構(gòu)造的交叉部位。區(qū)域北部有較大的花崗巖巖基；西部、南部亦有規(guī)模不等的酸性巖巖株分布，伴隨著較明顯的鉛、銅礦化。蝕變類型與巖漿期后中低溫?zé)嵋何g變一致。

1.2 哈佳吉金礦床地質(zhì)特征

哈佳吉金礦床位于蘇丹能礦部劃定的21區(qū)塊東部，為一處受區(qū)域韌剪帶控制的巖漿熱液構(gòu)造蝕變巖型金礦床。礦體賦存于元古宙Kurmut統(tǒng)、Abu harik統(tǒng)的含石榴黑云斜長(zhǎng)變粒巖、絹云片巖及硅質(zhì)巖等組成的構(gòu)造蝕變帶內(nèi)。礦床內(nèi)韌性剪切構(gòu)造比較發(fā)育,主要為近東西向揉皺，被后期北東、近南北向斷裂所切割。巖層之間多為整合接觸，界線明顯。礦體主要產(chǎn)于構(gòu)造蝕變帶內(nèi)巖性變化及斷裂疊加部位(圖1)。

該礦床現(xiàn)已圈定大小礦體10個(gè),其中3個(gè)為盲礦體。由于該礦床深部尚未完全控制,可以預(yù)測(cè)今后在礦床深部尚會(huì)有新的礦體發(fā)現(xiàn)。礦體形態(tài)不規(guī)則,大多呈透鏡狀、條帶狀、少量為脈狀,沿走向,傾向和厚度方向上變化不一,呈礦體群出現(xiàn)(圖2)[2,3]。

圖1 哈佳吉金礦區(qū)地質(zhì)略圖Fig.1 Geological sketch of the Alhagagia gold deposit,Sudan

1.3 礦石礦物特征

礦石類型絕大部分屬于黃鐵礦化碎裂巖型，部分屬黃鐵礦化硅化變粒巖質(zhì)碎裂巖型，少量屬硫化物石英脈型。由于金礦化產(chǎn)于變質(zhì)程度較深的變粒巖及鈣硅質(zhì)巖石等組成的破碎帶內(nèi)，所以礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造較為復(fù)雜，一般多為團(tuán)塊狀、雪花狀、眼球狀、脈狀、網(wǎng)脈狀以及斑雜狀構(gòu)造，其次為角礫狀及交錯(cuò)脈狀構(gòu)造；以晶粒狀結(jié)構(gòu)為主，其次有碎裂結(jié)構(gòu)、填隙結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)和糜棱結(jié)構(gòu)等。圍巖蝕變較為普遍，主要為絹云母化、碳酸鹽化、綠泥石化、硅化、高嶺土化，蝕變作用延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，各蝕變作用相互疊加，蝕變分帶較明顯，各帶之間為漸變關(guān)系。

礦石中的金礦物以銀金礦和金銀礦為主，自然金少量。賦存狀態(tài)以裂隙金為主，晶隙金次之，包體金少量。銀金礦多數(shù)單獨(dú)沿黃鐵礦、石英裂隙、晶隙分布，少數(shù)與黃銅礦、方鉛礦等金屬硫化物共生，沿黃鐵礦、石英裂隙分布。金銀礦主要沿方鉛礦裂隙及邊部分布，其次沿方鉛礦與石英晶隙分布，少數(shù)沿閃鋅礦晶隙及石英與黃鐵礦晶隙分布。金礦物粒徑最大380μm，最小0.4μm，以60μm級(jí)居多。

圖2 哈佳吉金礦床0號(hào)勘探線剖面示意圖Fig.2 Schematic section of the No.0 exploration line in the Alhagagia gold deposit

礦石中的主要礦物成分復(fù)雜，已鑒定出的金屬礦物有黃鐵礦、磁黃鐵礦、閃鋅礦、黃銅礦、毒砂、方鉛礦、銀金礦、斑銅礦；非金屬礦物有石英、絹云母、長(zhǎng)石、碳酸鹽、綠泥石、綠簾石、鋯石等。表生礦物主要有褐鐵礦、孔雀石、輝銅礦、銅藍(lán)、高嶺石等。

2 樣品測(cè)試

將所取的樣品用鱷式碎樣機(jī)粗碎，然后在瑪瑙研缽中研磨，過200目篩，用ICP-MS（美國(guó)珀金埃爾默公司生產(chǎn)，型號(hào)：Elan DRC-e）測(cè)試。具體測(cè)試方法如下：稱取50.00 mg樣品至聚四氟消解罐（內(nèi)罐）中，加幾滴蒸餾水潤(rùn)濕樣品，然后加入1 mL HF、1 mL HNO3，封好后放至對(duì)應(yīng)鐵罐（外罐）中擰緊，放至烘箱內(nèi)加熱40小時(shí)（第一個(gè)小時(shí)溫度為100℃，之后調(diào)至180℃），自然冷卻后，用加熱板蒸干，之后加1 mL HNO3溶解、蒸干，溫度＜120℃，重復(fù)1次。對(duì)蒸干好的樣品加入1 mL的1μg/mL事先配好的Rh標(biāo)準(zhǔn)液作內(nèi)標(biāo)，加入1 mL HNO3、1 mL蒸餾水，封好后放至烘箱內(nèi)加熱4小時(shí)（第一個(gè)小時(shí)溫度為100℃，之后調(diào)至140℃），使其充分溶解，之后轉(zhuǎn)移至10 mL容量瓶中定容、充分搖勻，之后再取1 mL該溶液定容至10 mL充分搖勻后待測(cè)。所有實(shí)驗(yàn)操作均在成都理工大學(xué)地球化學(xué)系超凈實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成。

3 稀土元素地球化學(xué)特征

通過對(duì)哈佳吉礦床的近礦圍巖（5件）和礦石（6件）的稀土元素含量進(jìn)行測(cè)定，得到稀土元素含量值（表1、表2）和特征參數(shù)值（表3）。本次采集的11件樣品均取自鉆孔巖芯，為具代表性的圍巖和礦石。

表3中稀土元素總量(ΣREE)為鑭系14個(gè)元素含量之和，鈰(Ce)和銪(Eu)異常的計(jì)算公式為:δCe=CeN/0.5(LaN+PrN)，δEu=EuN/0.5(SmN+GdN)，特征參數(shù)為用Sun McDonough(1989)提出的C1球粒隕石豐度值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化所得[4]。

3.1 稀土元素含量及分布特征

從表1、表3可見，哈佳吉金礦床近礦圍巖整體稀土含量較低，ΣREE為115.66×10-6～152.97×10-6，平均值為133.92×10-6，(La/Yb)N值為4.12～5.83，LREE/HREE值為4.54～5.95，這些數(shù)據(jù)表明近礦圍巖中輕重稀土元素之間發(fā)生了明顯的分餾作用，輕稀土富集，重稀土虧損[5,6]。δCe為0.96，顯示負(fù)鈰異常不明顯；δEu為0.65～0.90，平均為0.78，顯示中等程度的負(fù)銪異常，屬Eu虧損型。

表1 哈佳吉金礦床近礦圍巖稀土元素含量（×10-6）Table 1 The REE content of the wallrocks in the Alhagagia gold deposit，Sudan（×10-6）

表2 哈佳吉金礦床礦石稀土元素含量（×10-6）Table 2 The REE content of ores in the Alhagagia gold deposit，Sudan（×10-6）

表3 哈佳吉金礦床近礦圍巖及礦石稀土元素組成的特征參數(shù)Table 3 The characteristic parameters of REE contents in the wallrocks and ores of the Alhagagia gold deposit

從表2、表3可以看出，哈佳吉金礦床的礦石稀土元素含量相對(duì)近礦圍巖更低，ΣREE為94.75×10-6～120.86×10-6，平均值為107.02×10-6，LREE/HREE值為3.34～4.46，(La/Yb)N值為2.56～3.74，表明輕稀土富集，重稀土虧損，但分餾程度比圍巖要低。δCe為0.96～1.0，顯示鈰的負(fù)異常更不明顯。δEu為0.87～1.01，平均為0.93，顯示銪負(fù)異常不明顯，同時(shí)個(gè)別樣品出現(xiàn)弱的銪正異常。

Ce、Eu是具有重要意義的變價(jià)元素,可隨環(huán)境的氧化還原條件不同而呈現(xiàn)不同的價(jià)態(tài)。在相對(duì)還原的條件下，Ce3+可較長(zhǎng)時(shí)間地保存在溶液中，而Eu3+則被還原成Eu2+沉淀，導(dǎo)致流體中出現(xiàn)Eu的虧損和Ce的相對(duì)穩(wěn)定，所形成的熱液礦物則出現(xiàn)Eu的負(fù)異常。而在相對(duì)氧化的環(huán)境下情況相反，Eu3+可較長(zhǎng)時(shí)間地保存在溶液中，Ce3+卻被氧化成Ce4+并產(chǎn)生沉淀，導(dǎo)致流體中出現(xiàn)Ce的虧損和Eu的相對(duì)穩(wěn)定,所形成的熱液礦物則出現(xiàn)Ce的負(fù)異常。因此δCe和δEu值可以作為氧化還原環(huán)境的指示標(biāo)志[7]。

哈佳吉金礦床近礦圍巖和礦石的δEu、δCe值均顯示出成礦體系處在一種相對(duì)還原的環(huán)境，但從圍巖到礦石呈現(xiàn)出體系還原性降低的趨勢(shì)。這可能是在成礦階段有氧化性流體加入，打破了體系原有的地球化學(xué)平衡，使得體系還原性減弱，金得以聚集成礦。

吳國(guó)謀、王壁珍[8,9]在對(duì)中國(guó)湖北大別山及武當(dāng)山地區(qū)的變質(zhì)巖做過大量分析后，得出結(jié)論：稀土含量在原巖為火成巖的變粒巖中較高，原巖為沉積巖者則較低，ΣREE在116×10-6～303×10-6范圍之間，大約以ΣREE=280×10-6作為劃分原巖是火成巖還是沉積巖的界限[10]。本文所選圍巖樣品的ΣREE在115.66×10-6～152.97×10-6，按照該理論，其原巖應(yīng)為沉積巖。下文將結(jié)合該區(qū)構(gòu)造演化繼續(xù)討論。

3.2 稀土元素配分模式對(duì)比分析

根據(jù)近礦圍巖及礦石中的稀土含量值（表1、表2），利用Sun McDonough(1989)提出的C1球粒隕石豐度值和LA Haskin等（1984）提出的北美頁巖組合樣（NASC）分別進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，得圖3、圖4、圖5[4]。在研究沉積巖系稀土模式時(shí)常用北美頁巖進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，考慮到該區(qū)古老的變質(zhì)基底最初原巖可能為沉積巖，故對(duì)圍巖作了北美頁巖的標(biāo)準(zhǔn)化。

從圖3可看出，近礦圍巖的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化模式呈現(xiàn)不同程度的“V”字型，表現(xiàn)出中等程度的Eu負(fù)異常，配分曲線向右傾斜（右傾型）；從圖4可看出，近礦圍巖稀土元素北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化模式表現(xiàn)為略向左傾，Eu呈正異常，這與大洋島弧一般出現(xiàn)的Eu正異常相一致[10,11]，故推測(cè)成巖時(shí)的構(gòu)造環(huán)境為大洋島弧。Ce異常不明顯，可排除成巖過程中大量海相物質(zhì)的加入。從圖5可看出，礦石的稀土配分曲線與容礦巖石的稀土配分曲線有一定的類似，但又有所不同，這與該區(qū)所處的特殊大地構(gòu)造背景有關(guān)（圖6）：該區(qū)處在洋殼向陸殼俯沖產(chǎn)生的增生楔中，陸殼物質(zhì)在深部熱源的作用下重熔，并與深源的地幔物質(zhì)進(jìn)行物質(zhì)和能量的交換和重組，由于深部相對(duì)均一的重熔物質(zhì)的加入，使得礦石的稀土元素分餾程度減弱，也正是這種作用，為后來金的活化、遷移、富集成礦提供了充足的能量和物質(zhì)來源。

4 結(jié)論

稀土元素有著相似的化學(xué)性質(zhì)和地球化學(xué)行為，通常緊密共生，共同遷移，雖然在不同地質(zhì)過程中，會(huì)有一定的分餾，但仍在很大程度上繼承了原始物質(zhì)，是一組能很好揭示成礦物質(zhì)來源及成礦條件的示蹤元素，特別是對(duì)熱液型金礦床的成礦物質(zhì)來源和礦床成因有很大的指示意義[12-14]。基于此，對(duì)蘇丹哈佳吉金礦床的的近礦圍巖和礦石進(jìn)行了稀土元素的含量分析和配分模式的討論，結(jié)合該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境，得出如下結(jié)論：

圖3 近礦圍巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化譜圖Fig.3 REE Chondrite-normalized patterns of the wallrocks

圖4 近礦圍巖稀土元素北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化譜圖Fig.4 REE NASC-normalized patterns of the wallrocks

圖5 礦石稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化譜圖Fig.5 REE Chondrite-normalized patterns of the ores

圖6 蘇丹北部地區(qū)大地構(gòu)造背景示意圖Fig.6 The diagrammatic sketch of geotectonic background in northern Sudan

（1）根據(jù)近礦圍巖的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線及北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化曲線，可以判斷近礦圍巖所處的構(gòu)造環(huán)境應(yīng)屬大洋島弧，在成巖成礦過程中并沒有大量海相物質(zhì)的加入。

（2）從近礦圍巖和礦石的稀土組成球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線中都可以看出，礦石中Eu有中等程度的虧損，Ce含量一直相對(duì)較穩(wěn)定，表明成礦時(shí)所處的環(huán)境為還原環(huán)境。

（3）將礦石的稀土配分曲線與近礦圍巖的稀土配分曲線進(jìn)行對(duì)比，礦石的稀土配分曲線與容礦巖石的稀土配分曲線有一定的類似，但又有所不同，表明成礦物質(zhì)大部分來自變質(zhì)基底，也有深源物質(zhì)的參與。

致謝：感謝成都理工大學(xué)地球化學(xué)系徐進(jìn)勇、彭秀紅老師在樣品測(cè)試中的指導(dǎo)和幫助。

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Geochemistry Characteristics of the Rare Earth Elements
in the Alhagagia Gold Deposit,Sudan

LI Jie1,2,YANG Li-xin2,LI Shi-yong3,NI Shi-jun1,ZHANG Cheng-jiang1,YU Lin-song4
(1.College ofApplied Nuclear Technology andAutomation Engineering，Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China;2.The 6th Geology and Mineral Resources Survey Institute in Shandong Province,Weihai 264209,China;3.Shandong Bureau of Geology and Mineral Resources,Jinan 250013,China;4.The Geophysics and Geochemistry Research Institute in Shandong Province,Jinan 250013,China)

Based on the study about REE content in the Alhagagia gold deposit and its wall rocks in Sudan,it is found that the REE total content of the wall rocks is higher than the ore minerals’.The fractionation of HREE and LREE is obvious with moderate or slightly negative Eu anomaly and stable content of Ce,which indicates that the ore formed in the deoxidized environment.According to the Chondrite-normalized and NASC-normalized REE patterns of the wall rocks,it is suggested that the metamorphosed basement formed in an oceanic island arc tectonic environment,and there are no much marine facies materials joining in this diagenetic stage.The REE geochemical features of the wall rocks and ores show the ore-forming materials came from metamorphosed basement as well as deep materials.

REE;geochemistry;chondrite-normalized REE pattern;Alhagagia gold deposit；Sudan

P618.51；P595

A

1672－4135（2011）03－0215-05

2011-03-28

中非投資發(fā)展有限公司項(xiàng)目

李杰（1982-），男，山東萊蕪人，博士研究生，地球化學(xué)專業(yè)，現(xiàn)主要從事金礦地質(zhì)勘查和地球化學(xué)科研工作，Email：lijie-cdut.cn@163.com。