吉林省白山市板廟子金礦區(qū)花崗斑巖黑云母成分特征及其成巖成礦意義

周桓 孫國(guó)勝 李雪 單子凌 劉根驛 孫九達(dá) 張紀(jì)田

摘要：板廟子金礦床是吉南老嶺金多金屬成礦帶內(nèi)的大型金礦床，礦區(qū)內(nèi)地質(zhì)條件優(yōu)越，具有較好的成礦潛力。礦區(qū)內(nèi)出露的花崗斑巖是與金成礦有關(guān)的侵入巖，其為成礦提供了熱源和物源。通過(guò)對(duì)板廟子金礦區(qū)花崗斑巖黑云母進(jìn)行電子探針?lè)治黾跋嚓P(guān)計(jì)算，結(jié)果表明：花崗斑巖黑云母具有高Si、富Mg、貧Fe等特征，鎂質(zhì)率較高，屬于鎂質(zhì)黑云母;利用黑云母成分估算巖漿成巖溫度為700 ℃～750 ℃、氧逸度為-12～-14、深度為5.0～6.5 km。黑云母成分揭示巖漿來(lái)源具有殼幔混源特征，花崗斑巖為與造山活動(dòng)有關(guān)的Ⅰ型花崗巖;花崗斑巖有利于金礦床的形成，推測(cè)板廟子金礦床是與古太平洋板塊俯沖有關(guān)的中、淺成造山型金礦床。

關(guān)鍵詞：黑云母;花崗斑巖;成分特征;成巖成礦意義;板廟子金礦區(qū)

中圖分類號(hào)：TD11 P618.51 P574.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

文章編號(hào)：1001-1277（2020）03-0012-07doi：10.11792/hj20200303

引 言

板廟子金礦床位于吉林省東南部白山市境內(nèi)，距離白山市市區(qū)約為8.0 km，其大地構(gòu)造位置位于華北克拉通北緣東段膠-遼-吉造山/活動(dòng)帶老嶺隆起帶[1]靠近龍崗地塊一側(cè)。老嶺隆起帶是華北克拉通東北緣重要構(gòu)造-巖漿活動(dòng)帶。區(qū)域內(nèi)分布有板廟子、荒溝山等大型金礦床，以及眾多中小型金礦床100余處，如八里溝、大青溝、南岔、大松樹(shù)、太陽(yáng)岔南大坡、淘金溝、五道陽(yáng)岔、小石人、天橋溝等金礦床。但是，對(duì)于這些金礦床的成因始終存在較大的爭(zhēng)議，關(guān)鍵[2]認(rèn)為區(qū)域內(nèi)荒溝山金礦床與老嶺變質(zhì)核雜巖具有成因聯(lián)系，成礦與燕山晚期中國(guó)東部巖石圈的拆沉減薄活動(dòng)相關(guān);劉文香等[3]根據(jù)礦床地質(zhì)特征，將區(qū)域內(nèi)金礦床歸為中生代燕山晚期造山型金礦床;陳繼軍等[4]認(rèn)為區(qū)域內(nèi)金礦床具有3種不同成因類型，板廟子金礦床為石英砂巖型金礦床，五道陽(yáng)岔、天橋溝金礦床為古太古代綠巖帶型熱液金礦床，南大坡、錯(cuò)草溝金礦床為蝕變硅質(zhì)巖型熱液金礦床;周向斌等[5]通過(guò)測(cè)試荒溝山金礦床流體包裹體中碳、氫、氧同位素，認(rèn)為荒溝山金礦床成因?qū)儆谥袦貛r漿熱液型，上述研究均未解決礦床形成的構(gòu)造背景及成礦物質(zhì)來(lái)源等問(wèn)題。

區(qū)域內(nèi)中生代花崗巖較發(fā)育，其成巖年齡集中在175 Ma左右[6]，為中侏羅世早期侵入巖。區(qū)域內(nèi)金礦床與中生代花崗巖成因聯(lián)系密切，主要證據(jù)為：①金多金屬成礦帶與花崗巖所處空間位置相同，且呈北東向展布;②金礦化或金元素異常以巖體為中心成群分布，如八里溝、杉松崗、南大坡、淘金溝、石灰溝和五道陽(yáng)岔等金礦床分布于老禿頂子巖體周圍，天橋隱伏巖體周圍發(fā)現(xiàn)呈環(huán)繞分布的天橋、小四平、荒地和大石棚等金礦床;③花崗巖內(nèi)、外接觸帶附近出現(xiàn)金礦化，但外接觸帶比內(nèi)接觸帶更有利于金礦化的形成，如產(chǎn)于花崗巖外接觸帶的南大坡、小石人、錯(cuò)草溝等金礦床。八里溝金礦床位于花崗巖與圍巖呈斷裂接觸的北東端，南大坡金礦床位于老禿頂子巖體向南東突出部位[7]。這些花崗巖為成礦母巖[5，8-9]，花崗質(zhì)巖漿的侵入為金等金屬礦床的形成提供了成礦物質(zhì)，同時(shí)為成礦流體的移動(dòng)和存儲(chǔ)給予了通道和空間;巖漿活動(dòng)提供的熱源起到為金成礦提供驅(qū)動(dòng)作用，使成礦流體及周圍地下水流動(dòng)循環(huán)，并從流經(jīng)地層中進(jìn)一步萃取富集金等成礦物質(zhì)[8]。

成礦巖體及礦物的成分特征能夠反映物理化學(xué)條件變化與巖漿形成、演化的關(guān)系。黑云母是花崗巖中重要的鎂鐵質(zhì)礦物之一，其成分特征不僅能指示巖漿來(lái)源、成巖構(gòu)造環(huán)境和物理化學(xué)條件，而且可以提供后期熱液作用、成礦元素富集的相關(guān)信息。本文以板廟子金礦區(qū)花崗斑巖黑云母為研究對(duì)象，利用電子探針對(duì)黑云母主量元素組成進(jìn)行測(cè)定，分析黑云母成分對(duì)成巖成礦的指示意義，對(duì)礦床形成的大地構(gòu)造背景及其成因進(jìn)行了探討，為進(jìn)一步總結(jié)華北克拉通金礦床成礦作用及成礦規(guī)律提供參考。

1 地質(zhì)概況

板廟子金礦區(qū)主要出露元古宙和古生界地層[10]（見(jiàn)圖1）。中元古界老嶺群珍珠門組（Pt1z）巖性主要由長(zhǎng)石石英巖、石英巖、淺粒巖、變粒巖、鈣硅酸鹽巖、碳質(zhì)板巖、大理巖、白云質(zhì)大理巖組成。新元古界包括青白口系、震旦系地層。青白口系釣魚(yú)臺(tái)組（Qnd）、南芬組（Qnn）巖性主要為灰白色中粒石英砂巖、粉砂巖、頁(yè)巖。礦區(qū)內(nèi)金礦體賦存于釣魚(yú)臺(tái)組與下伏老嶺群珍珠門組接觸帶的硅化構(gòu)造角礫巖帶中。震旦系橋頭組（Z1q）、萬(wàn)隆組（Z2w）、八道江組（Z2b）為陸相沉積建造，分布于礦區(qū)中南部。古生界寒武系（∈）地層主要分布于礦區(qū)東南部，巖性為砂巖、粉砂巖、頁(yè)巖、凝灰?guī)r及灰?guī)r等[11]。礦區(qū)內(nèi)巖漿巖不發(fā)育，僅有2處花崗斑巖呈小巖株?duì)畛雎?，沿硅化?gòu)造角礫巖帶分布在礦區(qū)的西南部、東北部，與金礦化關(guān)系密切。礦區(qū)內(nèi)北西向、北東向斷裂發(fā)育，其中疊加在北東向斷裂上的硅化構(gòu)造角礫巖帶是控礦、容礦構(gòu)造。

板廟子金礦區(qū)整體受硅化構(gòu)造角礫巖帶控制，金礦體均賦存于硅化構(gòu)造角礫巖帶內(nèi)。礦區(qū)內(nèi)共圈定礦體4條。其中，Ⅰ為主要礦體，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ為次要礦體。礦體呈似層狀或透鏡狀，沿硅化構(gòu)造角礫巖帶分段富集;西南段金礦體間距較大，東北段金礦體間距變小。礦石類型主要為貧硫化物型，其次為硫化物型。礦石中金屬礦物有黃鐵礦、白鐵礦、毒砂、方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦和磁黃鐵礦;金礦物主要為自然金，其次為含銀自然金、銀金礦;非金屬礦物有石英、玉髓、重晶石、白云石，以及極少量的鐵白云石、絹云母、綠泥石等。礦石結(jié)構(gòu)主要有交代結(jié)構(gòu)、結(jié)晶結(jié)構(gòu)等，礦石構(gòu)造主要為角礫狀構(gòu)造、脈狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造等。成礦可以劃分為石英-金-煙灰色黃鐵礦階段、石英-金-浸染狀黃鐵礦階段、重晶石（玉髓）-金-赤鐵礦階段和黃鐵礦-白鐵礦階段。圍巖蝕變主要有硅化、黃鐵絹英巖化、含鐵質(zhì)碳酸鹽化及重晶石化。

2 花崗斑巖巖相學(xué)特征

花崗斑巖風(fēng)化面呈土黃色（見(jiàn)圖2-a、b），斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，顯微鏡下顯示其基質(zhì)為隱晶質(zhì)。斑晶（18 %）主要由鉀長(zhǎng)石（10 %）、斜長(zhǎng)石（5 %）、黑云母（3 %）組成（見(jiàn)圖2-c、d）。其中，鉀長(zhǎng)石呈肉紅色，他形粒狀，粒度為0.3～2.0 mm，鏡下觀察鉀長(zhǎng)石存在一組完全解理及一組中等解理，干涉色為一級(jí)灰到一級(jí)白，發(fā)育卡式雙晶，具有平行消光特征;斜長(zhǎng)石呈灰白色，半自形板狀，粒度為0.5～2.0 mm，鏡下觀察斜長(zhǎng)石存在一組完全解理，干涉色為一級(jí)灰白，發(fā)育聚片雙晶，具有斜消光特征;黑云母呈浸染狀分布，半自形片狀，鏡下觀察黑云母呈黑褐色，半自形板狀—片狀，粒度為1.0～1.6 mm，發(fā)育一組極完全解理，具有二軸晶負(fù)光性特征，正中突起明顯，干涉色為二級(jí)頂?shù)饺?jí)頂，具有平行消光特征。

3 電子探針?lè)治龇椒敖Y(jié)果

3.1 分析方法

選擇新鮮的花崗斑巖樣品，在吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心制作探針薄片。在顯微鏡下篩選新鮮且粒度較大的黑云母，共進(jìn)行了16處點(diǎn)位（見(jiàn)圖3）的電子探針?lè)治?，該測(cè)試在吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院深部探測(cè)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)室完成，儀器為JXA-8100電子探針?lè)治鰞x（日本），加速電壓為20 kV，電流為1×10-8A，單點(diǎn)測(cè)量時(shí)間為10 s。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，使用金紅石作為Ti的標(biāo)樣礦物，透輝石作為Si、Mg、Ca的標(biāo)樣礦物，正長(zhǎng)石作為K的標(biāo)樣礦物，鈉長(zhǎng)石作為Na、Al的標(biāo)樣礦物，鐵鋁榴石作為Fe的標(biāo)樣礦物，鈣薔薇輝石作為Mn的標(biāo)樣礦物。

3.2 分析結(jié)果

花崗斑巖黑云母成分及相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。表中以22個(gè)氧原子為基礎(chǔ)計(jì)算了黑云母陽(yáng)離子數(shù)及相關(guān)參數(shù)。

由表1可知：黑云母具有高Si（w（SiO2）為34.56 %～36.63 %），富Mg（w（MgO）為10.52 %～13.40 %）、K（w（K2O）為8.30 %～9.89 %）、Al（w（Al2O3）為14.08 %～15.19 %），貧Fe（w（FeO）為13.51 %～16.87 %）、Ca（w（CaO）為0～0.17 %）、Na（w（Na2O）為0.28 %～0.46 %）。

根據(jù)洪大衛(wèi)[8]對(duì)華南花崗巖中的黑云母系統(tǒng)地進(jìn)行分析得到的理論可知，富鎂黑云母與同熔型花崗巖相對(duì)應(yīng)，而富鐵黑云母與改造型花崗巖相對(duì)應(yīng)。在云母分類圖解（見(jiàn)圖4）中，樣品均落在鎂質(zhì)黑云母區(qū)，表明花崗斑巖具有同熔型花崗巖特征。黑云母鎂質(zhì)率（Mg#）為0.53～0.63，平均值為0.57，相對(duì)較高，說(shuō)明花崗斑巖為深源系列花崗巖。王德滋[9]認(rèn)為同熔型花崗巖基本相當(dāng)于Ⅰ型花崗巖，其理由主要為：①溫度條件影響了先存的幔源物質(zhì)和殼源物質(zhì)，使其產(chǎn)生了部分熔融;②殼源同幔源巖漿產(chǎn)生混合作用;③殼源的物質(zhì)使得幔源巖漿產(chǎn)生了混染作用。通常情況下，S型花崗巖富Al，導(dǎo)致黑云母AlⅥ含量較

杜佰松等[14]對(duì)與礦床有關(guān)的云母成分進(jìn)行了總結(jié)，銅、金、錫礦床的形成與巖體的堿度相關(guān)，高堿度巖體有利于銅、金礦床形成，低堿度巖體有利于錫礦床形成。在黑云母w（Si）/w（Al）-w（Fe+Mg）/w（Al）圖解（見(jiàn)圖5）中，樣品均落在高堿度區(qū)，表明板廟子金礦區(qū)花崗斑巖具有高堿度特征，有利于金礦床的形成。

4 成巖結(jié)晶條件

4.1 溫度與氧逸度

巖漿巖中黑云母成分受巖漿體系成分、氧逸度和溫度等物理化學(xué)條件綜合控制，且黑云母的鎂質(zhì)率會(huì)隨著巖漿和熱液流體的氧逸度增高而增高[16]。因此，黑云母成分可有效指示原生巖漿巖中的物理化學(xué)條件及分異演化程度等。

高Ti、低AlⅥ指示了黑云母形成時(shí)高溫和較高氧逸度的條件[17]。Ti陽(yáng)離子數(shù)為0.37～0.45，AlⅥ陽(yáng)離子數(shù)為0.07～0.24，表明當(dāng)時(shí)成巖環(huán)境下具有較高的氧逸度。在黑云母Fe3+-Fe2+-Mg2+圖解（見(jiàn)圖6）中，樣品均落在Fe2O3-Fe3O4和Ni-NiO的緩沖線之間，表明這2種氧緩沖劑制約了黑云母的結(jié)晶，其結(jié)晶時(shí)的巖漿-熱液環(huán)境為高氧逸度環(huán)境[16]。高氧逸度環(huán)境有利于銅、金元素的富集及礦床的形成，且高氧逸度決定了巖漿中硫離子呈高價(jià)態(tài)，制約了硫化物的沉淀[13]，表明板廟子金礦區(qū)花崗斑巖有利于金礦床的形成。

從黑云母w（Ti）-w（Mg）/w（Mg+Fe）圖解（見(jiàn)圖7）可以得出，花崗斑巖成巖溫度為700 ℃～750 ℃。從黑云母lg fO2-t圖解（見(jiàn)圖8）可以得出，花崗斑巖氧逸度lg fO2為-12～-14。表明花崗斑巖成巖溫度較高，且在較高氧逸度環(huán)境下結(jié)晶。

4.2 固結(jié)壓力與深度

在黑云母中，鋁原子數(shù)量（AlⅣ+AlⅥ）與花崗巖成巖時(shí)的固結(jié)壓力具有正相關(guān)性，固結(jié)壓力具體計(jì)算方法見(jiàn)文獻(xiàn)[21]。根據(jù)該方法，對(duì)板廟子花崗斑巖固結(jié)壓力進(jìn)行了估算，得出固結(jié)壓力為131.42～171.61 MPa?；◢彴邘r固結(jié)壓力為上覆巖石的靜巖壓力（P），根據(jù)上覆巖石的密度即可求出花崗斑巖侵位深度（h），根據(jù)P=ρgh換算侵位深度（式中：ρ為上覆巖石密度，2.7 g/cm3;g為重力加速度，9.8 m/s2）。經(jīng)計(jì)算，板廟子金礦區(qū)花崗斑巖的侵位深度為5.0～6.5 km。

5 成巖成礦意義

在云母類礦物中，寄主巖漿的物質(zhì)來(lái)源可以通過(guò)云母中鐵、鎂含量反映出來(lái)，黑云母中w（MgO）可以反映其成巖環(huán)境，并且能夠追溯巖石物質(zhì)來(lái)源[22]。丁孝石[23]認(rèn)為在典型幔源黑云母中w（MgO）大于15 %，殼源黑云母中w（MgO）小于6 %。板廟子金礦區(qū)花崗斑巖黑云母w（MgO）為10.52 %～13.40 %，平均值為11.72 %，表明其具有殼幔混源的特點(diǎn)。在黑云母w（TFeO）/w（TFeO+MgO）-w（MgO）圖解（見(jiàn)圖9）中，樣品均落在殼?；煸磪^(qū)，進(jìn)一步表明花崗斑巖成巖物質(zhì)來(lái)源為殼?；煸础?/p>

非造山帶堿性花崗巖（A型花崗巖）形成于高溫、低壓及無(wú)水環(huán)境，巖漿成巖早期階段，鈦鐵礦、磁鐵礦等含鐵礦物難以結(jié)晶析出，所以晚期結(jié)晶的黑云母中存在大量Fe，使黑云母具有富Fe特征;相對(duì)而言，板塊俯沖造山過(guò)程中產(chǎn)生的高溫、高壓及富水的造山帶鈣堿性花崗巖（Ⅰ型花崗巖），使磁鐵礦、鈦鐵礦等含鐵礦物在巖漿成巖早期階段結(jié)晶析出，晚期結(jié)晶的黑云母呈現(xiàn)出貧Fe、Ti，富Mg、Al等特征[21，25]。板廟子金礦區(qū)花崗斑巖黑云母在成分上具有貧Fe，富Mg、Al等特征，因此屬于與造山活動(dòng)有關(guān)的Ⅰ型花崗巖。在黑云母MgO-FeO-Al2O3圖解（見(jiàn)圖10）中，樣品均落在造山帶鈣堿性巖系區(qū)內(nèi)，進(jìn)一步說(shuō)明板廟子金礦區(qū)花崗斑巖為I型花崗巖，其形成與板塊俯沖作用相關(guān)。

花崗斑巖氧逸度較高（lg fO2為-12～-14），高氧逸度環(huán)境有利于銅、金元素的富集及礦床的形成，表明板廟子金礦區(qū)花崗斑巖有利于金礦床的形成。按照成礦深度，可將造山型金礦床劃分為3個(gè)亞類[26]：成礦深度小于6 km為淺成;6～12 km為中成;大于12 km為深成。造山型金礦床的成巖時(shí)間與成礦時(shí)間大致相同，故成巖深度約等于成礦深度。板廟子金礦區(qū)花崗斑巖固結(jié)壓力為131.42～171.61 MPa、侵位深度為5.0～6.5 km。因此，花崗斑巖為中、淺成侵入巖，暗示該礦床屬中、淺成相。結(jié)合區(qū)域成礦、構(gòu)造背景，認(rèn)為板廟子金礦床是與古太平洋板塊俯沖相關(guān)的中、淺成造山型金礦床。

6 結(jié) 論

1）板廟子金礦區(qū)花崗斑巖黑云母具有高Si，富Mg、K、Al，貧Fe、Ca、Na的特征，屬于鎂質(zhì)黑云母。

2）花崗斑巖結(jié)晶溫度較高，具有較高的氧逸度，有利于金礦床的形成。

3）花崗斑巖物質(zhì)來(lái)源具有殼?；煸刺卣鳎瑸榕c造山活動(dòng)有關(guān)的I型花崗巖。板廟子金礦床是與古太平洋板塊俯沖相關(guān)的中、淺成造山型金礦床。

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Abstract：The Banmiaozi Gold Deposit is a large gold deposit in the Laoling gold polymetallic metallogenic belt in south Jilin.The geological conditions in the district are favorable and the metallogenic potentials are great.The granitic porphyry intrusions exposed in the district are related to gold mineralization and provide heat and material sources for gold mineralization.The electron microprobe （EPMA）of granitic porphyry biotite from Banmiaozi Gold District as well as related calculations was conducted.The results show that the granitic biotite is characterized by high Si，rich Mg and low Fe，with relatively high Mg mass rate，and belongs to magnesian biotite.According to the biotite composition estimation，the magmatic diagenetic temperature is 700 ℃-750 ℃，the O2 fugacity is -12--14，the depth is 5.0-6.5 km.The biotite composition reveals that the magma source has the feature of mixed crust and mantle sources and the granite is type I granite related to orogenic activities.The granitic porphyry is favorable for gold deposit genesis，and it is speculated that the Banmiaozi Gold Deposit is a medium shallow formation orogenic gold deposit related to the subduction of the ancient Pacific plate.

Keywords：biotite;granitic porphyry;compositional characteristics;diagenetic and metallogenic significance;Banmiaozi Gold Deposit