山東沂南銅井金礦地質地球化學特征及礦床成因探討

姚秋卉

(山東省煤田地質局第三勘探隊，山東 泰安 271000)

沂南銅井金礦是山東重要的矽卡巖型金礦，以往地質工作多集中于礦床地質特征及成礦規律的研究，而礦床元素地球化學方面的研究較少，該文通過采集礦區礦石樣品進行光譜分析和電子探針分析，對礦石元素地球化學特征進行規律性總結，并對礦床成因進行探討。

1 地質背景

1.1 地層

礦區出露的地層由老到新主要有：新太古代泰山巖群，主要巖性為斜長角閃巖、角閃變粒巖、花崗片麻巖等；新元古代土門群佟家莊組，主要巖性為灰白色中—細粒砂巖、含礫砂巖、灰黃、灰紫色頁巖夾薄層泥灰巖；古生代寒武紀長清群李官組，主要巖性為淺灰黃中粗粒長石石英砂巖、含礫砂巖、紫紅色鈣質泥巖、頁巖夾鈣質細砂巖及薄層灰巖；長清群朱砂洞組，主要巖性為泥晶灰巖、紋層狀灰巖、含藻灰巖、鮞粒灰巖、砂屑灰巖、泥灰巖、白云巖等；長清群饅頭組，主要巖性為暗紫色頁巖、粉砂質頁巖夾薄層灰巖、鮞狀灰巖等；九龍群張夏組，主要巖性為厚層鮞粒灰巖、竹葉狀灰巖等；九龍群崮山組，主要巖性為灰黃色薄層狀、疙瘩狀灰巖夾黃綠色頁巖；九龍群炒米店組主要巖性為薄層灰巖、竹葉狀灰巖、鮞粒灰巖、生物碎屑灰巖等；還有白堊紀青山群的火山巖及第四系。灰巖、泥灰巖、鈣質頁巖等巖性孔隙發育，有利于含礦熱液的擴散和滲透，與巖漿巖接觸部位易交代成礦。而砂巖頁巖、泥質頁巖比較致密，作為礦體的頂板和底板，能起到良好的屏蔽作用，有利于成礦作用的進行。

1.2 構造

礦區主要構造可分為褶皺構造、斷裂構造、層間滑脫帶和層間破碎帶等。

1.2.1 褶皺構造

銅井穹狀背斜是礦區內唯一的褶皺構造，因銅井雜巖體的入侵，迫使礦區地層產生短軸狀穹隆，長軸走向近SN，長軸與短軸之比近3∶2，傾角15°～20°；背斜東翼被“沂沭斷裂帶”破壞，穹狀背斜之北、西、南翼保存完好，表現為分別向北、西、南3個方向緩傾斜。

1.2.2 斷裂構造

礦區位于NNE向鄌郚-葛溝斷裂與NW向馬家窩-銅井斷裂、馬牧場-金場斷裂的交會處，具備良好成礦構造條件。斷裂構造按走向可分為NW向斷層組、NNE向斷層組。其中以NNE向斷層最發育(圖1)[1]。

1—奧陶-寒武系；2—花崗斑巖-流紋斑巖；3—花崗斑巖；4—二長斑巖；5—花崗巖；6—閃長巖-閃長玢巖；7—花崗巖-閃長巖；8—二長花崗斑巖；9—正長閃長玢巖；10—安山巖；11—斷裂；12—推測斷裂；13—地質界線；14—銅井金礦圖1 礦區地質略圖[1]

1.2.3 層間滑脫帶和層間破碎帶

巖漿巖沿斷裂上升侵入的過程中產生巨大的推動力，迫使周圍沉積巖層向四周傾斜，從而形成銅井穹狀背斜，在巖層傾斜的過程中，在同一時代地層不同性質的地層之間，或者不同時代地層的沉積間斷面上，產生一些層間破碎帶或層間滑脫帶，為巖漿的灌入和延伸創造了有利的空間和渠道

1.3 巖漿巖

礦區內巖漿巖發育，主要出露銅井雜巖體，銅井雜巖體呈巖株狀侵入在NW向馬家窩-銅井斷裂和NNE向鄌郚-葛溝斷裂的交會處，是由閃長巖類以及閃長玢巖類組成的多期次雜巖體[2]，巖性主要有黑云母閃長巖、黑云母輝石閃長巖、角閃閃長巖、石英閃長巖、閃長巖、輝石閃長玢巖、角閃閃長玢巖、石英閃長玢巖等。不同巖性巖石來自不同期次的侵入，具不同巖相。與成礦作用關系最密切的是來自后期侵入的閃長玢巖類。銅井雜巖體頻繁的巖漿活動為金元素的富集成礦提供了能量及熱液來源[3]，雜巖體與碳酸鹽巖圍巖發生接觸交代形成金礦體。

2 礦體特征

礦體主要產出于銅井雜巖體與圍巖的接觸帶、圍巖斷裂帶以及圍巖的層間破碎帶、層間滑脫帶和不整合面。通常巖漿巖沿著此類構造帶侵入到圍巖內部形成巖床或巖舌與其上下圍巖接觸交代形成礦體。礦體形態復雜多樣，多呈似層狀、環狀、脈狀、透鏡狀、扁豆狀、囊狀或不規則狀等。產于外接觸帶的礦體,產狀多與圍巖一致,傾角一般較緩，產于內接觸帶的礦體,產狀與接觸帶一致,傾角一般較陡(圖2)。

圖2 銅井雜巖體及礦體形態示意圖

3 礦石特征

3.1 礦石巖性

礦區礦石巖性較為復雜，主要有黃鐵礦化閃長玢巖、黃鐵礦化角巖、黃鐵礦化磁鐵礦化矽卡巖、黃鐵礦化大理巖，還有部分石英脈型礦石和磁黃鐵礦型礦石。

3.2 礦石礦物成分

礦石礦物成分有20余種，主要礦石礦物為自然金、黃鐵礦、黃銅礦、磁鐵礦等，主要脈石礦物為石榴子石、方解石、鉀長石、斜長石、綠簾石、石英等[4-5]。

3.3 礦石礦物特征

自然金：金黃色反射色，高反射率，均質性，低硬度，表面具擦痕，主要為包體金(圖3)。

黃銅礦：鏡下為銅黃色，呈他形粒狀分布于脈石間隙、磁鐵礦間隙、黃鐵礦裂隙或間隙，或與黃鐵礦、磁鐵礦、斑銅礦等嵌布在一起，常交代磁鐵礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦，粒徑為0.01～2.5mm。

黃鐵礦：淡黃色，半自形—他形粒狀，由于受力作用，有的被壓碎，裂隙發育，裂隙中充填黃銅礦、磁黃鐵礦等，有的包含于磁黃鐵礦中，有的被黃銅礦、磁黃鐵礦交代呈港灣狀，分布不均勻，粒徑為0.1～3mm。

磁鐵礦：灰色，半自形—他形、自形粒狀分布，與黃鐵礦、黃銅礦、磁黃鐵礦嵌布在一起，有的包含于黃銅礦、黃鐵礦中，具環帶構造，分布較均勻，被磁黃鐵礦、黃銅礦、黃鐵礦、赤鐵礦交代，粒徑為0.1～2mm。

Py—黃鐵礦；Au—自然金圖3 自然金呈包體賦存于黃鐵礦中

3.4 礦石結構

礦石結構主要有半自形—他形粒狀結構、他形填隙結構、壓碎結構，次要為自形—半自形粒狀結構、包含結構和交代殘余結構。

半自形—他形粒狀結構：黃鐵礦、黃銅礦、磁鐵礦、斑銅礦呈半自形—他形粒狀分布于脈石間隙或互相嵌布在一起，自然金呈楔狀、角粒狀、渾圓粒狀等不規則粒狀。

他形填隙結構：黃銅礦呈他形粒狀分布在脈石礦物間隙或黃鐵礦裂隙中。

壓碎結構：局部黃鐵礦因受力作用被壓碎，裂隙發育。

自形—半自形粒狀結構：磁鐵礦呈自形—半自形粒狀分布于脈石間隙或與黃鐵礦、黃銅礦嵌布在一起。

包含結構：少量磁鐵礦包含于黃銅礦中。

交代殘余結構：磁黃鐵礦被黃銅礦交代呈殘留狀，赤鐵礦沿邊緣交代磁鐵礦呈殘余狀。

3.5 礦石構造

礦石構造類型有浸染狀構造、脈狀構造、塊狀構造。以浸染狀構造、塊狀構造為主。

塊狀構造：黃鐵礦、黃銅礦、磁鐵礦等金屬礦物無序均勻地布于脈石礦物中。

浸染狀構造：黃鐵礦、黃銅礦、磁鐵礦等金屬礦物呈星散狀、乳滴狀分布于脈石礦物中。

脈狀構造：黃鐵礦、黃銅礦、磁鐵礦等金屬礦物呈細脈狀分布于脈石礦物中。

4 成礦期次及礦物生成順序

成礦作用過程劃分為矽卡巖期、熱液期、表生期，其中矽卡巖期又可劃分為早期無水矽卡巖階段、綠簾石—磁鐵礦化階段和晚期含水矽卡巖階段[6-8]。

成礦作用早期，巖漿分泌出的含礦熱液處于高溫狀態，當溫度下降至510℃左右時，開始形成以鈣鐵榴石、鈣鋁榴石和透輝石等為主的硅酸鹽礦物，進入早期無水矽卡巖階段[9]。

隨著溫度下降，含礦熱液開始接觸并交代早期形成的硅酸鹽礦物，生成綠簾石、少量磁鐵礦等礦物。這一階段為綠簾石—磁鐵礦化階段。

溫度下降至390℃左右開始進入晚期含水矽卡巖階段，產生磁鐵礦、鏡鐵礦等礦物。此階段成礦流體的密度介于0.87～0.88g/cm3，成礦壓力為33.1～44.2MPa。

當溫度降至250℃以下，壓力降到22.0～35.6MPa時，開始進入熱液期和表生期，熱液中的SiO2主要以石英的形式析出，同時溶液中的Au，Fe，Cu等金屬礦物成分以自然金和硫化物(黃銅礦、黃鐵礦、斑銅礦等)的形式析出。

此后，隨溫度和壓力的進一步降低，溫度達到190℃以下，壓力降到17.0～27.4MPa熱液中析出碳酸鹽礦物。

上述過程表明，大部分的非金屬礦物主要生成于高溫階段，大部分的金屬礦物主要形成于中低溫熱液階段[10-15]。

5 礦石元素地球化學特征

采集研究區79個礦石樣品，對Au，Ag，Cu，Pb，Zn，As，Sb，Bi 8種微量元素進行光譜分析(由山東省第四地質礦產勘查院實驗測試中心測試完成，分析儀器Axios熒光光譜儀、AA6300原子吸收分光光度計等)。根據分析結果做了相關性分析和聚類分析譜系圖(圖4)。結果顯示，Au和Cu元素相關性最好，其相關性系數達到0.711，其次是Ag和Cu，相關系數是0.694，Ag和Sb的相關系數是0.536。其他各類元素相關性系數相對較低。Au，Cu，Ag，Sb顯示了較好的聚類特征，也間接證明了這4種元素同屬于親硫元素的共同特性和其硫化物的礦化特征，對找礦有較好的指示作用。

圖4 元素相關性及聚類分析

對礦區代表性樣品所切薄片進行電子探針分析，樣品來源于6個不同鉆孔，主要分析對象為黃鐵礦，所分析的元素有Fe，S，Au，As，Co，Ni，Pb等22種元素(電子探針分析由山東科技大學材料學院電子探針實驗室測試完成。所用儀器是日本電子公司生產的電子探針JX-A8230)，所得分析結果見表1，黃鐵礦電子探針下形態多呈半自形—他形。

分析結果顯示，黃鐵礦中含量較多的微量元素有Mg，As，Si，Sn，Cu，Co，Ce，基本不含Pb，Bi，Ca等元素。黃鐵礦是礦區重要的載金礦物，半數樣品檢驗出Au元素的存在，因為金作為銅族元素,具有很大的單質穩定性,地球化學性質既具有親鐵性，又具有較強的親硫性。當含金熱液中有黃鐵礦晶體析出時,金元素趨于富集。研究表明，金元素常以[AuS2]3-,[Au(SO3)2]3-,[Au(HS)2]-等絡合物的形式運移,而黃鐵礦析出時，周圍硫的濃度降低，因此金硫絡合物趨于富集分解,使金析出在黃鐵礦晶體中[16]。

黃鐵礦中的主要元素是Fe和S，標準的黃鐵礦Fe的質量百分比應為46.55%，而S的質量百分比應為53.45%，經電子探針分析，結果表明，黃鐵礦整體呈現虧S、富Fe的特點，其中S的質量百分比最高為53.306%，比標準值要低。而Fe的質量百分比大部分都大于標準值，礦石類型多屬于富鐵型礦石。

前人研究證明，黃鐵礦Co和Ni元素的比值具有指示礦床成因的標型意義，巖漿熱液成因礦床的黃鐵礦中，Co和Ni的比值大都大于1[17]，利用電子探針分析黃鐵礦中Co和Ni元素含量，能夠檢測出Ni的3個樣品中，Co和Ni的比值分別是13.62，3.66，2.85，都大于1。說明礦區礦床成因具巖漿熱液成礦的特點[18-21]。巖漿熱液成因黃鐵礦中As的含量大于0.15%[17]，而實驗數據所得As的含量遠小于0.15%,暗示了礦床成因有變質熱液成因特點，表明礦區礦床具有巖漿熱液與變質熱液疊加成礦的特點。

表1 電子探針分析結果 (%)

6 結論

(1)沂南銅井金礦是受巖漿巖、地層、構造等多種控礦因素綜合控制的典型矽卡巖型礦床。主要賦礦層位為新元古代土門群佟家莊組、寒武紀長清群李官組、朱砂洞組、饅頭組、九龍群的張夏組、崮山組、炒米店組等。灰巖、泥灰巖、鈣質頁巖等巖性為成礦有利圍巖。

(2)根據光譜分析數據Au和Cu，Ag和Cu，Ag和Sb的相關性較好。Au，Cu，Ag，Sb四種元素顯示了較好的聚類特征，對找礦有比較好的指示作用。

(3)根據電子探針數據分析黃鐵礦呈現虧S富Fe的特點，黃鐵礦中含量較多的元素有Mg，As，Si，Sn，Cu，Co，Ce基本不含Pb，Bi，Ca等元素。Co與Ni的比值大于1，As元素含量較低，礦床呈現巖漿熱液成礦與變質熱液成礦疊加的特點。