西秦嶺夏河—合作地區(qū)早子溝和加甘灘金礦床石英微量元素特征及意義

第鵬飛,湯慶艷,劉 聰,宋 宏，3，4 ,張家和,劉東曉,王玉璽,蒲萬峰

(1.甘肅省礦產(chǎn)資源儲量評審中心，甘肅 蘭州 730000；2.蘭州大學(xué) 地質(zhì)科學(xué)與礦產(chǎn)資源學(xué)院，甘肅省西部礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅 蘭州 730000;3.中國科學(xué)院 西北生態(tài)環(huán)境研究院，甘肅 蘭州 730000；4.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；5.甘肅省礦產(chǎn)資源補(bǔ)償費(fèi)征收管理辦公室，甘肅 蘭州 730000；6.甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730050)

0 引 言

石英在許多變質(zhì)和斑巖熱液系統(tǒng)中普遍存在，因其化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，故與大多數(shù)其他礦物相比，石英不易受風(fēng)化作用的影響。石英的晶體結(jié)構(gòu)中常含有大量微量元素，它們主要以兩種方式存在于石英晶格中，如Al3+、Fe3+、B3+等微量元素在石英晶格中通常以類質(zhì)同象形式替代 Si4+[1-2]；Li+、K+、H+等以電價補(bǔ)償?shù)男问酱嬖谟谑⒕Ц耖g隙中[3-4]。石英的微量元素組成及含量受元素的地球化學(xué)性質(zhì)、流體化學(xué)組成、溫度以及石英的生長速度等因素的共同制約[5-9]。金礦床熱液石英中Cu、Pb、Zn、As 含量可作為金沉淀的標(biāo)志[5]，而石英微量元素的特征與熱液演化過程具有密切聯(lián)系[9-10]，因此利用石英的微量元素地球化學(xué)特征能夠反演成礦流體來源與演化[8,10-15]。西秦嶺造山帶是重要的金成礦帶[16]，其中分布有陽山金礦[17-18]、大水金礦[19-23]、寨上金礦[24-25]、早子溝金礦[26-31]、加甘灘金礦[32-33]等數(shù)十個大型、超大型金礦。陽山、大水、寨上和早子溝金礦床的研究程度相對較高，前人對這些金礦床開展了成礦時代、金的賦存狀態(tài)、成礦流體的來源與演化等方面的研究，取得了大量的認(rèn)識[16-33]。而加甘灘金礦床的研究程度相對較低，前人開展了金的賦存狀態(tài)[33-34]、礦化富集規(guī)律及控礦因素[32,35]、變質(zhì)砂巖特征及物源判別[36]等研究。加甘灘礦床主要的載金礦物是含砷黃鐵礦、毒砂和褐鐵礦。金在載金礦物中的賦存形式為自然金及次顯微不可見金[33-34]，主要為熱液充填(滲濾)交代成礦，成礦具有多階段性，成礦過程中可能存在富鐵鎂質(zhì)物源的參與[34]，屬中低溫構(gòu)造蝕變巖型金礦床[33,36]。

早子溝金礦床熱液獨(dú)居石206Pb/238U年齡為(211.1±3.0)Ma，揭示早子溝金礦床為三疊紀(jì)的產(chǎn)物[28]。早子溝礦床黃鐵礦和毒砂是主要的載金礦物，金在載金礦物中的賦存形式為自然金、固溶體及納米級包裹金[27]，成礦流體為淺成中低溫、低鹽度、低密度流體，主要為巖漿水或變質(zhì)水與地下水的混合熱液；硫主要為巖漿熱液來源，并混有地層硫[30-31]；鉛同位素揭示鉛為殼?；旌铣梢騕27,30]。目前對早子溝礦床的成因類型有不同的認(rèn)識，包括卡林型金礦床[25]、巖漿期后低溫?zé)嵋航鸬V床[27,30]、造山型金礦床[28,37]、還原性侵入體相關(guān)的金礦床[26]及斑巖型金礦床[38-39]。

石英在早子溝和加甘灘金礦床不同類型的礦石中廣泛存在。本文通過對西秦嶺造山帶早子溝和加甘灘金礦床成礦期石英開展微量元素地球化學(xué)特征的對比研究，從而探討早子溝和加甘灘金礦床的成礦流體來源與演化的規(guī)律，揭示西秦嶺造山帶夏河—合作地區(qū)金礦床富集成礦的控制因素，進(jìn)而為西秦嶺造山帶金礦床成因研究提供重要的信息。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

秦嶺造山帶位于華北板塊與揚(yáng)子板塊之間。西秦嶺造山帶是秦嶺造山帶的西段，也是重要的古大陸碰撞造山帶，處于濱太平洋構(gòu)造域、古亞洲構(gòu)造域以及特提斯—喜馬拉雅構(gòu)造域交匯的特殊地段[40](圖1(a))，是中央造山帶的關(guān)鍵部位和重要組成部分。自Rodinia超大陸裂解，西秦嶺造山帶經(jīng)歷了漫長的構(gòu)造演化階段(俯沖碰撞造山、板內(nèi)伸展、陸內(nèi)疊覆造山)，不同類型、不同階段、不同方式的造山作用的相互影響疊加，形成了目前區(qū)內(nèi)復(fù)雜的構(gòu)造格局，也使得西秦嶺地區(qū)成為我國重要的礦產(chǎn)資源儲備基地、最具潛力的礦產(chǎn)勘查地區(qū)和未來最大的金成礦帶找礦區(qū)[40,44-45]。

圖1 夏河—合作地區(qū)金礦床的分布圖[41-43]Fig.1 Geologic map of the major gold deposits in the Xiahe-Hezuo region[41-43]1.第四系；2.新近系；3.上三疊統(tǒng)；4.中—上三疊統(tǒng)；5.二疊系；6.石炭系；7.白堊紀(jì)玄武巖；8.三疊紀(jì)火山巖；9.印支期花崗巖；10.中酸性脈巖；11.斷裂；12.角度不整合界線；13.金礦；14.銅礦；15.鉛礦；16.銻礦；17.汞礦；18.鐵礦；19.鐵銅礦；20.銅鉬礦；21.銅鎢礦；22.多金屬礦

西秦嶺地區(qū)巖漿活動南弱北強(qiáng)，構(gòu)造運(yùn)動發(fā)育，是我國著名的“川甘陜”金三角地帶。其中早子溝金礦于1996年開展了勘查工作，在3 000 m高程以上圈定金礦體189個，截至目前，累計提交金金屬量116 t，礦床平均品位3.50 g/t[46]；加甘灘金礦于1997年發(fā)現(xiàn)，共圈出金礦體333條，累計提交金金屬量154 t，礦床平均品位2.76 g/t[47]。這2個金礦床的資源儲量規(guī)模均為超大型，也顯示了區(qū)內(nèi)尋找超大型、大型金礦床的巨大潛力。

2 早子溝和加甘灘金礦床地質(zhì)特征和巖相學(xué)特征

早子溝、加甘灘超大型金礦大地構(gòu)造位置上處于西秦嶺造山帶西段三疊紀(jì)陸內(nèi)裂陷盆地，屬南秦嶺早古生代褶皺帶北緣，從北到南分別被扎油鄉(xiāng)—早子溝斷裂、拉貢瑪—納合迦斷裂和?？颇稀窭锬菙嗔芽刂?圖1(b))。區(qū)域成礦構(gòu)造主要為走向NW—NWW的區(qū)域性斷裂。區(qū)內(nèi)出露地層主要為上古生界、中新生界的石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、新近系和第四系。區(qū)域上巖漿活動較頻繁，中酸性侵入巖普遍發(fā)育。區(qū)內(nèi)已查明的礦產(chǎn)資源豐富，成礦類型多樣，主要有金、鉛鋅、銅、銻、鎢、鉬等。

早子溝、加甘灘金礦床均位于夏河—合作區(qū)域性逆沖推覆斷裂以南。區(qū)內(nèi)出露及賦礦地層較單一，早子溝賦礦地層為三疊統(tǒng)古浪堤組，巖性為灰褐-灰綠色長石細(xì)砂巖夾粉砂質(zhì)板巖、深灰-灰綠色硅質(zhì)板巖、泥質(zhì)板巖等，其中賦礦巖石為泥質(zhì)板巖、條帶狀硅質(zhì)板巖及粉砂質(zhì)板巖(圖2(a))。地層總體走向?yàn)榻媳毕?，傾向受構(gòu)造影響變化較大。早子溝金礦礦石自然類型按原巖主要分為毒砂化黃鐵礦化輝銻礦化碎裂砂板巖型、毒砂化黃鐵礦化輝銻礦化碎裂脈巖型、方解石石英脈型、(赤)褐鐵礦化硅化碎裂砂板巖型、(赤)褐鐵礦化硅化角礫巖型、褐鐵礦化脈巖型金礦石。礦石結(jié)構(gòu)為自形-半自形粒狀、柱狀結(jié)構(gòu)、它形粒狀結(jié)構(gòu)、它形柱狀結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造為脈狀構(gòu)造、星散浸染狀構(gòu)造、細(xì)脈浸染狀構(gòu)造及塊狀構(gòu)造等。主要載金礦物為石英、黃鐵礦、毒砂、輝銻礦、輝銅礦、褐鐵礦等[21,27]。

圖2 早子溝(a)和加甘灘金礦床(b)區(qū)域地質(zhì)簡圖[27,33] Fig.2 Geological maps of Zaozigou(a)and Jiagantan(b)gold deposits[27,33]

加甘灘礦區(qū)出露地層為三疊統(tǒng)隆務(wù)河組，巖性為粉砂質(zhì)板巖、長石石英砂巖、巖屑砂巖等，金礦體賦存于長石石英變砂巖夾粉砂質(zhì)板巖巖性段內(nèi)。地層總體走向呈NW向(255°～280°)，傾角35°～55°，表現(xiàn)為一單斜構(gòu)造，層間褶皺及揉皺非常發(fā)育(圖2(b))。加甘灘金礦礦石自然類型按原巖主要分為黃鐵礦毒砂輝銻礦化板巖型、褐鐵礦化碎裂砂巖型、褐鐵礦化碎裂粉砂質(zhì)板巖型、碎裂石英脈型和含毒砂黃鐵礦白云石化長石砂巖型。礦石結(jié)構(gòu)主要有交代結(jié)構(gòu)、膠狀結(jié)構(gòu)、粒狀變晶結(jié)構(gòu)、纖維狀結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造主要有細(xì)脈-網(wǎng)脈狀構(gòu)造、星點(diǎn)浸染狀構(gòu)造、碎裂構(gòu)造、塊狀構(gòu)造、紋層狀構(gòu)造等。礦區(qū)內(nèi)主要載金礦物為黃鐵礦、石英、褐鐵礦、毒砂[28-31]。

早子溝金礦床石英單礦物來自含礦的蝕變花崗斑巖、蝕變板巖、石英脈和碳酸鹽脈，加甘灘金礦床石英單礦物來自含礦的蝕變細(xì)粒長英質(zhì)砂巖和石英脈。

早子溝金礦床蝕變花崗斑巖具有變余斑狀花崗結(jié)構(gòu)，無定向構(gòu)造。斑晶主要為石英、長石和白云母。石英呈圓狀，粒度0.3～2.0 mm，個別石英顆粒邊部可見港灣狀及絹云母蝕變；基質(zhì)由粒狀石英、絹云母、碳酸鹽等組成，石英粒度0.1～0.3 mm。板巖呈鱗片泥晶結(jié)構(gòu)，定向構(gòu)造，由絹云母、碳酸鹽及金屬礦物組成。絹云母長0.01～0.03 mm，呈鱗片狀，定向排列明顯，含量約40%；碳酸鹽呈團(tuán)粒狀，含量約45%；微晶石英呈粒狀，粒度小于0.06 mm，分布于其他礦物粒間，含量約10%。黃鐵礦含量約5%。石英脈主要由大于85%的石英和少量白云母、赤鐵礦等組成(圖3(a))，自然金嵌布于石英粒間或被石英包裹(圖3(b))。碳酸鹽脈由少量的絹云母和大量的方解石、白云石組成。

圖3 早子溝金礦床熱液石英顯微照片F(xiàn)ig.3 Photomicrographs of the hydrothermal quartz from the Zaozigou gold deposit(a)石英脈;(b)自然金散布于石英粒間或被石英包裹。Qz.石英；Au.金

加甘灘金礦床蝕變細(xì)粒長英質(zhì)砂巖為細(xì)砂結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物顆粒細(xì)小均一，鏡下可見定向構(gòu)造，由長英質(zhì)細(xì)砂和膠結(jié)質(zhì)物組成。碎屑物由石英和長石組成。石英呈粒狀、長條狀、次棱角狀，粒度0.05～0.40 mm，含量約40%。長石屑呈0.1～0.4 mm的粒狀、長圓粒狀，含量約45%。膠結(jié)物由微晶石英、角閃石等組成，可見細(xì)小的碳酸鹽顆粒充填于粒間，但分布不均勻，含量約15%。石英脈主要由90%以上的石英及少量的碳酸鹽顆粒組成。

3 樣品采集及分析測試方法

3.1 樣品采集

本文研究的樣品采自西秦嶺造山帶早子溝和加甘灘特大型金礦床。早子溝金礦床用于微量元素分析的樣品(6件)均采自措施井中段和地表的主成礦期的金礦體：ZD①采自措施井1中段85線Au1礦體內(nèi)；ZH②采自措施井1中段92線Au1礦體內(nèi)；ZH③采自措施井1中段M6-1采場；ZH④采自措施井3中段Au31礦體內(nèi)；ZH⑤采自地表Au14礦體內(nèi)；ZH⑥采自地表Au9礦體內(nèi)。加甘灘金礦床樣品(6件)采自地表的主成礦期的金礦體。JH①采自地表2勘探線Au4-2礦體內(nèi)；JH②采自地表2勘探線Au6-3礦體內(nèi)；JH③采自地表7勘探線Au12-1礦體內(nèi)；JH④采自地表17勘探線Au12-1礦體內(nèi)；JH⑤采自地表5勘探線Au14-2礦體內(nèi)；JH⑥采自地表4勘探線Au4-2礦體內(nèi)。

3.2 分析測試方法

樣品經(jīng)過碎樣、磁選，在顯微鏡下挑選出純凈的石英，用于稀土和微量元素分析。早子溝和加甘灘金礦床石英的稀土和微量元素組成分析在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心采用NexION300D 等離子體質(zhì)譜儀分析完成。石英顆粒經(jīng)過硝酸和氫氟酸提純，經(jīng)亞沸蒸餾純化后使用。實(shí)驗(yàn)過程中溫度為21 ℃，相對濕度為32%，分析精度優(yōu)于5%。

4 結(jié)果分析

4.1 石英的稀土元素特征

早子溝和加甘灘金礦床不同類型礦石中石英的微量和稀土元素組成分析結(jié)果見表1。早子溝和加甘灘金礦床不同類型巖石中石英具有相似的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線，總體表現(xiàn)為輕稀土元素相對富集、重稀土元素輕微虧損的特征；而且輕稀土元素與重稀土元素分餾程度高，重稀土元素內(nèi)部分餾程度弱(圖4)。

早子溝金礦床從石英脈、碳酸鹽脈、蝕變板巖到蝕變花崗斑巖，石英的稀土元素總量逐漸增加，平均值分別為0.42×10-6、2.67×10-6、4.76×10-6和9.13×10-6。(La/Yb)N從石英脈→碳酸鹽脈→蝕變花崗斑巖→蝕變板巖逐漸增加，平均值分別為6.78、21.66、27.46和37.44；碳酸鹽脈石英的(Gd/Yb)N最低，為0.96；蝕變板巖樣品石英的(Gd/Yb)N最高，為1.58。除了一個石英脈樣品具有明顯的Eu正異常外(δEu=1.21)，其余樣品均表現(xiàn)出明顯的Eu負(fù)異常(δEu=0.46～0.76)。不同類型的樣品均具有較弱的Ce正異常，δCe變化范圍為1.02～1.05(圖4(a))。

加甘灘金礦床蝕變細(xì)粒長英質(zhì)砂巖和石英脈中石英的稀土元素總量平均值分別為0.58×10-6和2.36×10-6，(La/Yb)N平均值分別為6.96和20.43，(Gd/Yb)N平均值分別為1.02和1.15。所有樣品均表現(xiàn)出明顯的Eu負(fù)異常，細(xì)砂巖和石英脈中石英的Eu異常變化范圍為0.53～0.80。除了一個細(xì)砂巖具有明顯的Ce負(fù)異常(δCe=0.63)，其余樣品均具有較弱的Ce正異常(δCe=1.01 ～1.03，圖4(b))。

圖4 早子溝(a)和加甘灘(b)金礦床不同礦石中石英微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線(球粒隕石數(shù)據(jù)引自Palme 和 O’Neill[48])Fig.4 Chondrite-normalized REE patterns of the quartz for different ores from the Zaozigou(a)and Jiagantan(b)gold deposits (chondrite-normalized data after ref.[48])

4.2 石英的微量元素特征

早子溝金礦床和加甘灘金礦床不同類型巖石之間石英具有相似的大陸地殼標(biāo)準(zhǔn)化微量元素配分模式，總體表現(xiàn)出明顯的Sc負(fù)異常，Cr、W、Pb和U正異常；但是早子溝金礦床 Cr元素的富集程度高于加甘灘礦床，而加甘灘金礦床U的富集程度高于早子溝金礦床(圖5)。

圖5 早子溝(a)和加甘灘(b)金礦床石英微量元素大陸地殼標(biāo)準(zhǔn)化曲線(大陸地殼數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[49])Fig.5 Continental crust-normalized trace element patterns for the quartz from the Zaozigou (a)and Jiagantan (b)gold deposits (continental data after ref.[49])

早子溝金礦床所有的石英脈中石英具有明顯的Sr正異常，蝕變花崗斑巖樣品中石英具有Sr的負(fù)異常，其余樣品具有弱的Sr正異常；蝕變板巖樣品中石英具有明顯的Zr-Hf負(fù)異常，蝕變花崗斑巖樣品中石英具有明顯的Zr-Hf正異常，其余樣品Zr-Hf異常不明顯(圖5(a))。早子溝金礦床一個碳酸鹽脈和石英巖脈表現(xiàn)出Nb正異常，其余樣品均表現(xiàn)出Nb負(fù)異常；石英的Nb/La、Th/La值均小于1；Rb/Sr值介于0.16～0.86之間，平均值為0.47；Nb/Ta值介于1.81～6.77之間，平均值為3.93；Zr/Hf值介于28.55～36.16之間，平均值為31.91；Y/Ho值介于25.14～30.00之間，平均值為26.77。

加甘灘金礦床除了一個蝕變細(xì)粒長英質(zhì)砂巖(JH①)樣品具有Nb負(fù)異常，其余樣品均具有Nb正異常。除了一個蝕變細(xì)粒長英質(zhì)砂巖(JH①)樣品外，石英的Nb/La值均小于1；除了兩個細(xì)砂巖(JH①和JH⑤)樣品外，石英的Th/La比值小于1；Rb/Sr值介于0.03～0.61之間，平均值為0.14；Nb/Ta值介于1.64～5.93之間，平均值為4.17；Zr/Hf值介于27.43～36.39之間，平均值為32.37；Y/Ho值介于23.40～28.94之間，平均值為26.69；與早子溝金礦床石英的Y/Ho、Nb/Ta和Zr/Hf值接近。

5 討 論

5.1 石英中微量元素的賦存狀態(tài)

石英是地殼上最純凈的礦物之一，它的微量元素含量也是非常重要的地球化學(xué)參數(shù)。雜質(zhì)可以以微量元素的形式摻入到石英晶格中或者被捕獲到微細(xì)包裹體中(流體包裹體或者礦物包裹體)[6,50-51]。石英中微量元素主要以 2種方式進(jìn)入石英晶體中:類質(zhì)同象置換和晶格填隙[10]。石英中微量元素的含量通常很低，這是因?yàn)樵诰w結(jié)構(gòu)中能夠取代Si4+的陽離子非常有限。晶體中能夠替代Si4+位置的陽離子包括Al3+、Ga3+、Fe3+、Ge4+、Ti4+和 P5+[6]，它們的離子半徑與Si4+相似；H+、Li+、Cu+或Ag+可以以晶格填隙的方式存在，有時甚至充當(dāng)電荷補(bǔ)償離子。Li主要進(jìn)入石英的晶格缺陷中，而Na和K還能以流體包裹體的形式存在[52]。Li可以部分補(bǔ)償因Al置換Si而產(chǎn)生的正電荷虧損[53]。一般而言，Al、Ti、Fe、Li、Na 和K是熱液石英中最常見的替代硅的微量元素[9]。Li在石英中為不相容元素，主要在晚期低溫石英中富集[54]。

研究表明石英中微量元素Na、Ca、Sr和Mn與流體包裹體的含水量密切相關(guān)[55]。與Rb和Sr一樣，鑭系元素優(yōu)先受流體包裹體的控制[56-57]。而且元素Ti、Al、K、Ca、Mg、Ba、Cs、Rb、Fe、Cr、Co、Cu、Mn、Pb、Sc、W和U也與流體包裹體有關(guān)[52]。早子溝金礦床石英中Rb與Li呈負(fù)相關(guān)，Rb與Cs呈正相關(guān)；而加甘灘金礦床石英中Rb與Li、Cs相關(guān)性不明顯(圖6)。有研究表明，石英的結(jié)構(gòu)是不利于K和Rb進(jìn)入的，石英中Rb元素的含量主要與流體包裹體的數(shù)量有關(guān)，Rb含量隨流體含量的增加而增加，而不應(yīng)被視為K的類質(zhì)同象置換的元素[52,57]。這就意味著早子溝金礦床石英中Li含量均隨流體含量的增加而減少，而Cs含量隨流體含量的增加而增加，而加甘灘金礦床石英中Li含量和Cs含量與流體含量相關(guān)性不明顯。

圖6 早子溝和加甘灘金礦床石英Rb與Li、Cs含量的相關(guān)性圖解Fig.6 Plots of Li vs.Rb (a)and Cs vs.Rb (b)of quartz from the Zaozigou and Jiagantan gold deposits

5.2 成礦流體來源及成礦條件

5.2.1 成礦流體來源

雖然控制微量元素進(jìn)入石英的機(jī)制多種多樣，但是微量元素被認(rèn)為是解釋礦物形成條件的重要巖石成因指標(biāo)，可以用來揭示石英的來源，或重建礦床成因以及金屬流體的來源[52-53,58-60]。微量元素中如Li、REE和元素比值如Th/U可以用來指示特定的地質(zhì)背景[6]，稀土元素的特征可能與礦化流體的初始組成有關(guān)[11,52]。

石英中特定的微量元素可用于礦化指標(biāo)。石英中的Rb和Sr含量可用于區(qū)別與Sn、Au礦化有關(guān)的石英[6]。與錫礦床有關(guān)的變質(zhì)石英Rb含量高，大于0.250× 10-6，而與金礦床有關(guān)的變質(zhì)石英和熱液脈中的石英Sr含量高，分別大于0.5×10-6和0.6×10-6[57]。早子溝金礦床中熱液石英Rb和Sr含量的變化范圍分別為0.893×10-6～6.370×10-6和2.43×10-6～13.70×10-6，加甘灘金礦床中石英Rb和Sr含量的變化范圍分別為0.457×10-6～0.847×10-6和1.32×10-6～23.40×10-6，高于Monecke等[57]所劃定的與金礦床有關(guān)的變質(zhì)石英和熱液石英的Rb與Sr的范圍，這可能與當(dāng)時有限的石英微量元素數(shù)據(jù)有關(guān)(圖7(a))。偉晶巖樣品中石英的Th/U比值近于1[52]，早子溝和加甘灘金礦床中大多數(shù)樣品Th/U比值近于1，加甘灘個別樣品U含量較高，偏離Th/U=1的范圍(圖7(b))。

圖7 早子溝和加甘灘金礦床石英Sr與Rb(a)、U與Th(b)、Nb與Ta (c)、Hf與Zr(d)含量的相關(guān)性圖解(錫礦床、變質(zhì)石英和熱液石英的范圍來自Monecke et al.[57] )Fig.7 Plots of Sr vs.Rb(a),U vs.Th (b),Nb vs.Ta (c),and Hf vs.Zr (d)of quartz from the Zaozigou and Jiagantan gold deposits (other data from ref.[57])

5.2.2 成礦條件

稀土元素的特征與特定的巖石類型和結(jié)晶條件有關(guān)[6]。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖上，不同地質(zhì)環(huán)境中石英的稀土元素含量差異明顯。硅質(zhì)巖的稀土元素配分模式與海水的稀土元素配分模式相似，具有負(fù)Ce異常(圖4)。花崗巖中的石英與地殼特征相似，由于分餾作用的影響具有負(fù)Eu異常。相反，酸性火山巖中的石英通常缺少Eu負(fù)異常，這是因?yàn)槭⒌慕Y(jié)晶早于長石。變質(zhì)石英的REE元素含量低，具有地殼信息，但是無分餾作用的影響。巖漿演化晚期的偉晶巖中的石英通常形成Eu負(fù)異常和四分組效應(yīng)[6]。因此，不同類型巖石石英中的稀土元素特征可用于地質(zhì)過程的解釋和重建[52]。早子溝和加甘灘金礦床除了一個石英脈樣品具有明顯的Eu正異常外(δEu=1.21)，其余樣品均表現(xiàn)出明顯的Eu負(fù)異常(δEu=0.46～0.80)；除了一個蝕變細(xì)粒長英質(zhì)砂巖具有明顯的Ce負(fù)異常(δCe=0.63)，其余樣品均具有較弱的Ce正異常(δCe=1.01 ～1.05)。蝕變花崗斑巖中Eu負(fù)異常與斜長石的分離結(jié)晶作用有關(guān)，而蝕變板巖、蝕變細(xì)粒長英質(zhì)砂巖、碳酸鹽脈與石英脈中均存在Eu負(fù)異常，可能與還原環(huán)境有關(guān)(圖8)。通常在還原環(huán)境中 Eu3+將被還原成Eu2+而遷移，從而表現(xiàn)出Eu負(fù)異常；而氧化環(huán)境中 Ce3+容易被氧化成Ce4+，從而與其他三價的稀土離子分離。個別樣品的正Eu 異?？赡芤馕吨傻V流體中有長英質(zhì)巖漿熱液混入。對不同大地構(gòu)造環(huán)境中δCe的研究認(rèn)為，從大洋中脊到大陸邊緣Ce虧損逐漸不明顯，大陸邊緣環(huán)境由無明顯Ce異常到出現(xiàn) Ce正異常[61]。早子溝和加甘灘金礦床石英的δCe值表明其可能形成于大陸邊緣環(huán)境，這與通過加甘灘礦床容礦砂巖的特征和碎屑鋯石年齡譜得出的認(rèn)識一致。堿性流體中通常具有負(fù)Eu異常[62]，表明早子溝和加甘灘金礦床成礦流體具有弱堿性。根據(jù)Eu異常與溫度的相關(guān)性，如果流體溫度過高，會造成流體Eu不發(fā)生異常，據(jù)此推測早子溝和加甘灘金礦床成礦溫度較低。這一認(rèn)識與根據(jù)流體包裹體得到的早子溝的均一溫度值[29-31]和黃鐵礦的Au含量計算得到的早子溝金礦床的成礦溫度(平均值為213℃)相符[27]。

圖8 早子溝和加甘灘金礦床石英δEu與δCe相關(guān)性圖解Fig.8 Plot of δEu vs.δCe of quartz from the Zaozigou and Jiagantan gold deposits

早子溝和加甘灘金礦床中石英的輕重稀土元素分餾程度較大。早子溝金礦床中石英的(La/Yb)N變化范圍為4.75～41.71；加甘灘金礦床中除一個樣品的(La/Yb)N=0.72，其余樣品的(La/Yb)N變化范圍為3.16～30.05。兩個金礦床中石英的輕重稀土元素分餾程度比上地殼與下地殼的分餾程度更高(分別為10.83和3.72[49])。石英(La/Yb)N與礦床的成礦深度相關(guān)，(La/Yb)N越大，表明礦床的成礦深度越淺。這與來源于深部的河北東坪大型金礦床中石英(La/Yb)N(1.99～6.81)[63]和河北石湖金礦床中石英(La/Yb)N(<1)明顯不同[11]，與云南易門銅廠礦床中石英(La/Yb)N(17.02～72.41)更為接近[64]，表明早子溝和加甘灘金礦床的成礦深度相對較淺，這與通過流體包裹體的成分得出的早子溝金礦床的成礦深度的認(rèn)識一致[35]。

除了一個樣品外，其余早子溝和加甘灘金礦床石英中稀土元素配分曲線均為右傾，富集LREE，表明成礦流體中含有大量的Cl-或F-[65]。富Cl-的熱液中易遷移LREE，Th/La和 Nb/La值通常小于1；而富F-的熱液則優(yōu)先絡(luò)合HFSE，Th/La 和 Nb/La 值通常大于 1[66-68]。早子溝和加甘灘金礦床石英中大多數(shù)樣品的Th/La和 Nb/La 值小于1，因此，早子溝和加甘灘金礦床成礦流體應(yīng)是富Cl-流體。

Y和Ho具有相同的價態(tài)和相近的離子半徑，其離子半徑分別為10.19 nm和10.15 nm[69]；因此，它們通常具有相似的地球化學(xué)特征，并且Y/Ho值在許多地質(zhì)過程中不發(fā)生變化。早子溝和加甘灘金礦床石英的Y/Ho值分別為25.14～30.00和23.40～28.94，與平均地殼的Y/Ho值相近(約35.67[49])，因此早子溝和加甘灘金礦床石英的Y/Ho值表明其成礦流體應(yīng)該與地殼關(guān)系密切。

Zr/Hf、Nb/Ta比值在同一熱液體系中穩(wěn)定，但當(dāng)體系受到干擾時，如發(fā)生熱液活動和交代作用時，這些元素對就會發(fā)生明顯的分異[68]。早子溝和加甘灘金礦床石英中Rb/Sr值高于原始地幔相應(yīng)值(0.03[48])，與上地殼的相應(yīng)值接近(0.26[49])；Nb/Ta 值遠(yuǎn)低于原始地幔(13.84[69])和上地殼的相應(yīng)值(13.11[69])，Zr/Hf值略低于原始地幔(34.17[69])和上地殼的相應(yīng)值(36.42[69])。早子溝金礦床Rb與Sr呈正相關(guān)，而加甘灘金礦床Rb與Sr相關(guān)性不明顯；早子溝和加甘灘金礦床Nb與Ta有較好的相關(guān)性，而且Zr與Hf之間相關(guān)性非常好。這表明早子溝和加甘灘金礦床不同類型的礦石中Rb與Sr、Nb與Ta和Zr與Hf間發(fā)生了不同程度的分異，Nb與Ta、Zr與Hf之間分異程度較弱(圖7)。金礦床中石英Sr含量可能與金礦床圍巖長石蝕變釋放出的Sr有關(guān)[57]。

5.3 石英微量元素對金礦床形成的指示

在大陸地殼標(biāo)準(zhǔn)化圖解中，早子溝和加甘灘金礦床中石英樣品均具有明顯的Sc負(fù)異常，Cr、W、Pb和U正異常(圖5)。石英中Sc、Cr、W、Pb和U等元素與流體包裹體有關(guān)，表明早子溝和加甘灘金礦床成礦流體中相對富集Cr、W、Pb和U等元素，但是早子溝成礦流體中更加富集Cr元素，而加甘灘成礦流體更加富集U元素。早子溝和加甘灘金礦床石英中微量元素指示成礦流體應(yīng)是富Cl-流體。這些富 Cl-的溶液容易與Au等成礦元素絡(luò)合遷移[70]。早子溝和加甘灘金礦床石英的δCe值表明其可能形成于大陸邊緣環(huán)境。勉略洋殼俯沖導(dǎo)致地殼增厚可能為西秦嶺地區(qū)大規(guī)模成礦流體運(yùn)移提供了熱源[71]。早子溝金礦床礦化年齡(211.1±3.0 Ma[28])晚于巖漿作用年齡(233.4±1.5 Ma[72])，但成礦作用與成巖作用具有密切的時空和成因聯(lián)系。早子溝金礦床的相關(guān)研究表明，巖漿和相關(guān)成礦流體、成礦物質(zhì)來源于地殼物質(zhì)[72]，花崗巖的侵入可以造成局部地?zé)釄龅漠惓?，為金成礦作用提供熱源，促進(jìn)地層中金的活化、遷移與富集[65]。加甘灘金礦床礦區(qū)只發(fā)育一條數(shù)十米長的小巖脈，但是從石英的微量元素特征來看，加甘灘金礦床石英與早子溝金礦床石英的地球化學(xué)特征相似，而且它們在空間位置上相近，因此加甘灘金礦床可能形成于巖漿熱液成礦系統(tǒng)的最遠(yuǎn)端[65]。

6 結(jié) 論

西秦嶺造山帶早子溝和加甘灘金礦床石英的微量元素特征表明：

(1)早子溝金礦床成礦期熱液石英中Rb與Li呈負(fù)相關(guān)，Rb與Cs呈正相關(guān)，而加甘灘金礦床熱液石英中Rb與Li、Cs相關(guān)性不明顯，表明早子溝金礦床石英中Li含量隨流體含量的增加而減少，而Cs含量隨流體含量的增加而增加。

(2)早子溝和加甘灘金礦床石英的Y/Ho值分別為25.14～30.14和23.40～28.94，大多數(shù)石英樣品Th/La和 Nb/La 值小于1，在大陸地殼標(biāo)準(zhǔn)化圖解中具有明顯的Sc負(fù)異常，Cr、W、Pb和U正異常，表明早子溝和加甘灘金礦床成礦流體應(yīng)是富Cl-流體，且成礦流體中相對富集Cr、W、Pb和U等元素，成礦流體與地殼關(guān)系密切。

(3)早子溝和加甘灘金礦床大多數(shù)石英具有Eu負(fù)異常和弱的Ce正異常，(La/Yb)N較大，表明早子溝和加甘灘金礦床形成于還原環(huán)境，成礦溫度較低、成礦深度相對較淺，形成環(huán)境為大陸邊緣環(huán)境。