遼西溫杖子金礦區花崗閃長巖地球化學特征及礦床成因

張國賓 王丞明 蔣玉巖 周楊 韓超 陳興凱

摘要：溫杖子金礦床位于遼寧省建昌縣境內，為遼西地區著名的中型金礦床，礦體主要賦存于破碎蝕變巖中，受斷裂控制明顯。巖石地球化學研究表明：溫杖子金礦區花崗閃長巖屬于過鋁質高鉀鈣堿性系列巖石，輕稀土元素富集、重稀土元素虧損，具有微弱的負Eu異常，無或極弱Ce異常，富集大離子親石元素（Rb、K、Ba等）和化學性質活潑的不相容元素（U、Th等），虧損高場強元素（Nb、P、Hf、Zr、Ti等）和重稀土元素（Y、Yb、Lu等），具有與埃達克巖相似的巖石地球化學特征，巖漿來源于地殼和地幔物質混合源區，為火山弧花崗巖構造環境，形成于華北板塊由擠壓構造體制轉化為伸張構造體制階段。溫杖子金礦區成礦作用經歷了燕山早期、燕山中期和燕山晚期3個階段，主成礦期為燕山晚期，其成礦作用與花崗閃長巖侵位相關，認為溫杖子金礦床屬于蝕變巖型金礦床。

關鍵詞：花崗閃長巖;巖石地球化學特征;礦床地質特征;溫杖子金礦區;遼西

中圖分類號：TD11 P618.51文獻標志碼：A開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

文章編號：1001-1277（2020）05-0020-06doi：10.11792/hj20200504

溫杖子金礦床位于華北板塊北緣燕遼褶皺帶的東段。前人對溫杖子金礦床的礦床成因仍存在一定爭議，王和勝[1]認為溫杖子金礦床為與次火山巖—堿性火山相關的構造破碎帶型金礦床;王丹麗等[2-3]認為該礦床成因類型應為中低溫巖漿熱液型;楊振德等[4]認為該礦床為多成因復合與疊加型金礦床;吳明剛[5]認為溫杖子金礦床的形成與燕山期中酸性巖漿熱液活動相關，成因類型為中低溫熱液型金礦床;王麗娜[6]認為溫杖子金礦區韌—脆性斷裂發育，金礦化與構造蝕變巖相關，礦床成因類型為蝕變巖型。雖然溫杖子金礦床在成因類型上具有較大的爭議，但關于控礦因素的觀點基本一致，即受中生代含金建造、燕山期巖漿巖活動和韌—脆性構造聯合控制，燕山期巖漿巖活動主要指與隱伏礦體相關的燕山期花崗閃長巖。因此，本文對該礦區燕山期花崗閃長巖進行巖石地球化學研究，分析花崗閃長巖成因、巖漿源區及成巖構造背景，為溫杖子金礦床的進一步研究奠定基礎。

1 礦區及礦床地質特征

溫杖子金礦區位于遼寧省建昌縣，大地坐標為E40°25′30″～40°30′00″，N119°33′45″～119°38′30″，大地構造位置處于華北板塊北緣中段，山海關隆起與遼西坳陷接觸部位。

礦區出露地層主要為上侏羅統土城子組（J3c）、中侏羅統藍旗組（J2t）。土城子組巖性主要為黃褐色—灰白色砂巖、礫巖和紫紅色含礫粉砂巖、泥巖。藍旗組分為上、中、下3段，藍旗組上段（J2t3）以溢流相火成巖為主，巖性為灰綠色英安巖、安山巖，夾有少量火山碎屑巖、玄武巖、流紋斑巖和底礫巖，頂部為凝灰巖，底部為灰紫色凝灰砂巖;藍旗組中段（J2t2）以沼澤相和河湖相的沉積巖為主，局部夾有灰色安山質沉火山角礫巖、灰白色流紋質沉火山角礫巖等中—酸性火山碎屑巖;藍旗組下段（J2t1）分為3層，上層巖性為流紋巖、安山巖和粗安斑巖，中層巖性為灰黑色玄武安山巖，下層巖性為火山角礫巖、破碎蝕變巖和凝灰質細砂巖。藍旗組下段下層火山角礫巖和破碎蝕變巖是該礦區的主要賦礦層位。

礦區構造主要表現為斷裂，褶皺不發育。斷裂走向主要為北西西向和近東西向，其次為南北向、北東向和東西向。北西西向斷裂構成了礦區的主要構造格架，是導礦構造，近東西向斷裂為成礦提供了良好的儲存空間，為容礦構造。

礦區巖漿活動強烈，主體為燕山期巖漿侵入活動，主要形成白廟子巖體和各類巖脈、噴出巖。白廟子巖體呈舌狀凸出的部分在該礦區內出露，呈東西走向，出露面積12 km2。該巖體與藍旗組呈侵入接觸關系，接觸面向西微傾，傾角10°，巖性主要為花崗閃長巖（γδ25）（見圖1）。巖脈發育，巖性主要為花崗斑巖（γπ）、石英斑巖（λοπ）、正長斑巖（ξπ）。

礦體位于近東西向斷裂發育的破碎蝕變巖中，產狀嚴格受斷裂控制，在斷裂復合處礦體明顯變大，呈透鏡狀。礦體圍巖為花崗閃長巖、安山巖和安山質角礫熔巖。礦區分為東、西2個礦段，東礦段控制3條礦體，礦體編號為102、111、101，分別受102、111、101 3條壓扭性蝕變破碎帶控制。礦體在平面上呈S形彎曲，具有分支復合現象，礦體在剖面上陡傾，傾角70°左右，長度為40～520 m，寬度為0.32～0.72 m。其中，東礦段102礦體Au、Ag、Cu平均品位分別為28.3×10-6、277.9×10-6、2.0 %。西礦段控制2條礦體，編號分別為102、101，受102、101蝕變破碎帶控制，為東礦段102、101礦體的南西向延長，長度為45～880 m，寬度為0.41～2.48 m。其中，西礦段101礦體Au、Ag、Cu平均品位分別為5.3×10-6、221.6×10-6、0.9 %。礦石結構主要為（半）自形粒狀結構，其次為不等粒他形粒狀結構、包含結構、碎裂結構和填隙結構。礦石構造主要為細脈狀構造和網脈狀構造，其次為浸染狀構造、塊狀構造、條帶狀構造、團塊狀構造和斑雜狀構造。礦石礦化類型有多金屬硫化物型、石英-多金屬硫化物型、蝕變巖型和次生氧化富集型。金屬礦物主要有自然金、自然銀、黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦、黃銅礦、磁黃鐵礦、銀黝銅礦、黑硫銀錫礦，脈石礦物為石英、方解石、重晶石、絹云母、綠泥石、葉臘石、綠簾石等。礦體圍巖蝕變強烈，主要有黃鐵礦化、硅化、絹云母化、鉀化和綠泥石化，蝕變帶寬數米到十余米不等。

2 巖石地球化學特征

溫杖子金礦區花崗閃長巖的全巖巖石地球化學測試工作在澳實分析檢測（廣州）有限公司完成。樣品的主量元素測試采用X射線熒光光譜（XRF）法，誤差小于1 %;微量和稀土元素測試采用電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）法，誤差小于5 %。

2.1 主量元素

溫杖子金礦區花崗閃長巖主量元素分析結果及特征值見表1。

花崗閃長巖SiO2質量分數為66.39 %～68.72 %，平均值為67.21 %，屬于酸性巖類;Al2O3質量分數為14.99 %～15.39 %，平均值為15.25 %;K2O質量分數為3.17 %～3.41 %，平均值為3.32 %;Na2O質量分數為3.59 %～3.71 %，平均值為3.64 %;w（K2O）/w（Na2O）值為0.88～0.94，平均值為0.91;堿質量分數（w（Na2O+K2O））為6.79 %～7.10 %，平均值為6.96 %;鋁指數（A/CNK）為1.00～1.08，平均值為1.06;里特曼指數（σ）為1.79～2.15，表明花崗閃長巖屬于鈣堿性巖石。在TAS圖解（見圖2-a））中，樣品均落入花崗閃長巖區域內;在A/CNK-A/NK圖解（見圖2-b））中，樣品均落入過鋁質區域內;在w（SiO2）-w（K2O）圖解（見圖2-c））中，樣品均落到高鉀鈣堿性系列區域內。由此可知，溫杖子金礦區花崗閃長巖樣品屬過鋁質高鉀鈣堿性系列巖石。

2.2 稀土和微量元素

溫杖子金礦區花崗閃長巖稀土和微量元素分析結果及特征值見表2。

從稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖（見圖3）可以看出：樣品均表現為輕稀土富集、重稀土虧損的右傾型，稀土總量REE為130.85×10-6～148.25×10-6，平均值139.40×10-6，輕重稀土元素分餾程度較強，w（LREE）/w（HREE）值為18.11～20.82，平均值為18.94，w（La）N/w（Yb）N值為25.08～32.22，平均值為28.76，重稀土元素相對平坦，具有微弱負Eu異常（δEu為0.82～0.88，平均值為0.85），無或極弱Ce異常（δCe為0.84～1.06，平均值為0.98），負Eu異常表明巖漿熱液與圍巖發生部分熔融時圍巖殘留少量長石礦物，或巖漿熔體在上升運移過程中有部分長石礦物從巖漿熔體中分離結晶[7]。

從微量元素原始地幔標準化蜘網圖（見圖4）可以看出：樣品相對富集Rb、K、Ba、U、Th等元素，相對虧損Nb、Zr、Hf、P、Ti、Y、Yb、Lu等元素，P、Ti元素虧損由磷灰石和鈦鐵礦分離結晶作用引起。

3 巖石成因及構造環境

埃達克巖[9]是在研究阿留申群島火山巖時提出來的，是指具有特定化學性質的中酸性火山巖或侵入巖，其地球化學標志特征為：w（SiO2）≥56 %，高鋁（w（Al2O3）≥15 %）、w（MgO）<3 %，貧Y和Yb（w（Y）≤18×10-6、w（Yb）≤1.9×10-6），高Sr（w（Sr）>400×10-6），輕稀土元素富集，無Eu負異常（或具有輕微的負Eu異常）[10-14]。目前，認為埃達克巖的成因機制主要有4種：①與俯沖有關的大洋板塊的部分熔融作用[10，15];②同期玄武質母巖漿的地殼混染和分離結晶作用[16-18];③加厚下地殼的部分熔融作用[15-16，19-20];④拆沉下地殼的部分熔融作用[20-22]。

與典型的埃達克巖相比，近年來報道中國東部埃達克巖相對富鉀（w（Na2O）/w（K2O）=0.88～1.38），且w（87Sr）/w（86Sr）>0.704，張旗等[23]根據埃達克巖特點將其命名為大陸型埃達克巖，并推測是由于軟流圈地幔玄武巖底侵到加厚陸殼（>50 km）底部，導致下地殼基性巖部分熔融形成的。溫杖子金礦區花崗閃長巖具有埃達克巖的特征：SiO2質量分數為66.39 %～68.72 %（平均值為67.21 %），Al2O3質量分數為14.99 %～15.39 %（平均值為15.25 %），MgO質量分數為0.89 %～1.52 %（平均值為1.13 %），Sr質量分數為563.56×10-6～661.68×10-6（平均值為594.55×10-6），Yb質量分數為0.69×10-6～0.81×10-6（平均值為0.75×10-6），Y質量分數為7.19×10-6～9.25×10-6（平均值為8.19×10-6），富集輕稀土元素，具有微弱負Eu異常（δEu=0.82～0.88，平均值為0.85）。在w（La）N/w（Yb）N-w（Yb）N圖解（見圖5-a））中，樣品均落入埃達克巖中，同時具有富K（w（K2O）=3.17 %～3.41 %，平均值為3.32 %），貧Mg（鎂指數（Mg#）為35.00～46.00，平均值為39.00）的特征，屬于高鉀鈣堿性系列巖石，應為高鉀鈣堿性埃達克巖[24]。花崗閃長巖樣品的w（Rb）/w（Sr）值（0.13～0.21）介于地殼（0.35）與上地幔（0.034）之間[8]，w（Zr）/w（Hf）值（31.99～37.89）介于地殼（44.68）與地幔（30.74）之間[25]，w（Nb）/w（Ta）值（14.76～16.46）介于地殼（12.3）與地幔（17.5）之間[9]，且在w（La）N/w（Yb）N-δEu圖解（見圖5-b））中，樣品均落入殼幔型區域內，表明溫杖子金礦區花崗閃長巖的巖漿來源于殼幔混合源區。

在w（Y+Nb）-w（Rb）圖解（見圖6-a））中和w（Nb）-w（Y）圖解（見圖6-b））中，樣品均落入火山弧或同碰撞+火山弧區域內，表明花崗閃長巖形成于火山弧構造環境。花崗閃長巖成巖時代為燕山期，楊振德等[4]測得溫杖子花崗閃長巖K-Ar年齡為144 Ma，這一時期正處于華北板塊由擠壓構造體制轉化為伸張構造體制，即由東西向板內造山體制轉化為北北東向盆嶺構造體制，也是中生代早期古亞洲洋構造域（華北板塊、西伯利亞板塊和太平洋板塊相互作用區域）向中晚期太平洋構造域轉化的時期[26]。

4 礦床成因

前人對溫杖子金礦床的成因類型存在爭議，認為其成因類型主要為構造破碎帶型[1]、中低溫巖漿熱液型[2-3，5]和蝕變巖型[6]3類。王和勝[1]認為早白堊世中晚期堿性火山—次火山巖在構造應力作用下形成壓剪性斷裂和破劈理，形成了礦體的主要賦礦空間，該礦床屬于構造破碎帶型金礦床。王丹麗等[2-3]認為溫杖子金礦成礦作用與燕山期中酸性巖漿熱液活動相關，該礦床屬中低溫巖漿熱液型金礦床。王麗娜[6]認為混有地下水的巖漿熱液與火山-沉積含金建造礦源層發生水巖交換作用，在斷裂構造內形成蝕變帶和蝕變巖型金礦體，該礦床屬蝕變巖型金礦床。在總結前人研究成果基礎上，對溫杖子金礦床進行了系統的調研，認為溫杖子金礦區礦體主要賦存于北東東向壓扭性—張性斷裂破碎帶中，礦體形態受斷裂控制，圍巖為花崗閃長巖、安山巖和安山質角礫熔巖，金元素來源與賦礦火山-沉積地層和中生代巖漿巖相關，成礦流體來源于巖漿熱液和大氣降水[6]，成礦時代為燕山中晚期（129.8～136.2 Ma）[5]。溫杖子金礦區成礦作用可劃分為3個階段：燕山早期，遼西地區爆發了強烈的構造-巖漿作用，把大量的金、銀等成礦元素從太古代幔源基性—超基性金鐵建造中活化遷移出來，形成了藍旗組安山巖蓋層;燕山中期，該礦區形成的花崗閃長巖中酸性巖漿發生大規模侵位作用，使金、銀等成礦元素進一步富集;燕山晚期，即華北板塊構造體制轉化期，在構造應力作用下成礦熱液與礦源層發生水巖交換作用，使金、銀等成礦元素大量富集，并在次級斷裂中沉淀，形成溫杖子金礦床。因此，認為溫杖子金礦床屬于蝕變巖型金礦床。

5 結 論

1）花崗閃長巖屬過鋁質高鉀鈣堿性系列巖石，輕稀土富集，重稀土虧損，具有微弱的負Eu異常，無或極弱Ce異常，相對富集Rb、K、Ba、U、Th等元素，相對虧損Nb、Zr、Hf、P、Ti、Y、Yb、Lu等元素，具有與埃達克巖相似的巖石地球化學特征，巖漿來源于殼幔混合源區。

2）花崗閃長巖形成于火山弧構造環境，形成于早白堊世，這一時期也是華北板塊由擠壓構造體制轉化為伸張構造體制階段。

3）溫杖子金礦區成礦作用經歷了燕山早期、燕山中期和燕山晚期3個階段，主成礦期為燕山晚期，與花崗閃長巖侵入作用相關，屬于蝕變巖型金礦床。

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Abstract：Located in Jianchang County，Liaoning Province，Wenzhangzi Gold Deposit is a renowned medium gold deposit，and its ore bodies mainly host in fragmented altered rocks and are strictly controlled by fractures.Lithogeochemistry characteristics study indicates the granodiorite in Wenzhangzi Gold District are subalkaline peraluminous high potassium calcium alkaline rock series and are characterized by LREE enrichment，HREE depletion，slight negative Eu anomaly，and no or extremely weak Ce anomaly，enrichment of large-ion lithosphile elements （Rb，K，Ba） and incompatible elements（U，Th），depletion of high field-strength elements （Nb，P，Hf，Zr，Ti） and HREE（Y，Yb，Lu）.Granodiorites have similar petrological features of adakite，and their magmas came from crust-mantle mixture origin.The tectonic background is volcanic arc granite tectonic environment，formed in the North China Plate transformation stage from the extrusion tectonic system into the stretching tectonic system stage.The mineralization of Wenzhangzi Gold District experienced three stages：early Yanshanian，middle Yanshanian and late Yanshanian periods.The main mineralization period is the late Yanshanian period，which is related to the intrusion of granodiorite.So Wenzhangzi Gold Deposit is deemed to be an altered rock type gold deposit.

Keywords：granodiorite;lithogeochemistry

characteristics;deposit geological characteristics;Wenzhangzi Gold District;Western Liaoning