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大興安嶺東北部多寶山礦集區二道坎銀鉛鋅礦床磁鐵礦地球化學特征

2023-12-29 00:00:00李玉潔李成祿楊元江袁茂李博蘇航
吉林大學學報(地球科學版) 2023年2期

摘要:

二道坎銀鉛鋅礦床是近幾年在大興安嶺東北部多寶山礦集區新發現的一個大型銀鉛鋅礦床。礦區內共發育2條礦體,銀品位最高達25 516 g/t,并伴生有鉛鋅、錳礦產出(鉛+鋅平均品位為1.2%,錳平均品位為9.5%)。礦石主要賦存于上志留統—中泥盆統泥鰍河組中,以石英脈膠結的熱液角礫巖礦石為主,巖石已遭受蝕變;礦石中金屬礦物主要為磁鐵礦、黝銅礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦、黃銅礦等;成礦階段可劃分為黃鐵礦-磁鐵礦-石英階段、瀝青-含銀多金屬硫化物階段和碳酸鹽階段;常見的熱液蝕變類型主要為硅化、碳酸鹽化及赤鐵礦化等。本研究以二道坎銀鉛鋅礦床中的磁鐵礦為研究對象,利用LA-ICP-MS測試了磁鐵礦中的稀土、微量元素,以探討磁鐵礦的成因信息。結果顯示:磁鐵礦中稀土元素總量w(∑REE)為 (27.94~81.54)×10-6,LREE/HREE為2.77~67.31,表現為輕稀土元素相對富集、重稀土元素虧損的右傾模式;(La/Yb)N介于9.42~280.59之間,Eu/Eu*基本小于1,Ce/Ce*介于0.89~1.54之間,La/Sm介于1.29~97.54之間,Gd/Yb介于0.02~117.11之間,表明磁鐵礦在形成過程中經歷了氧化還原環境的變化。其他微量元素投圖顯示,二道坎銀鉛鋅礦床中的磁鐵礦具有巖漿熱液成因特征。

關鍵詞:

磁鐵礦;地球化學;微量元素;稀土元素;二道坎銀鉛鋅礦床;多寶山礦集區

doi:10.13278/j.cnki.jjuese.20210267

中圖分類號:P59;P618

文獻標志碼:A

收稿日期:2021-08-25

作者簡介:李玉潔(1988—),女,博士研究生,高級工程師,主要從事成因礦物學與找礦礦物學方面的研究,E-mail:285315831@qq.com

基金項目:黑龍江省國土資源科研項目(201603);國家自然科學基金項目(41872038)

Supported by the Heilongjiang Provincial Land and Resources Research Project (201603) and the National Natural Science Foundation of China (41872038)

Geochemical Characteristics of Magnetite in Erdaokan Ag-Pb-Zn Deposit, Duobaoshan Ore Concentration Area, Northeastern Great Xing’an Range

Li Yujie1,Li Chenglu2,Yang Yuanjiang2,Yuan Maowen3,Li Bowen2,Su Hang4

1. China Mining Association, Beijing 100029, China

2. Natural Resources Survey Institute of Heilongjiang Province, Harbin 150036, China

3. School of Earth and Resources, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China

4. Heilongjiang Geology and Mining Investment Group Co. Ltd., Harbin 150090, China

Abstract:

The Erdaokan Ag-Pb-Zn deposit is a newly discovered large-scale silver-lead-zinc deposit in the Duobaoshan ore concentration area in the northeastern Great Xing’an Range. There are two ore bodies developed in the mining area, with the highest Ag grade of 25 516 g/t, accompanied by lead-zinc and manganese ore (the average grade of lead + zinc is 1.2%, and the average grade of manganese is 9.5%). The ores mainly occur in the Upper Silurian to Middle Devonian Niqiuhe Formation, mainly hydrothermal breccia ores cemented by quartz veins, and the rocks have been altered. The metal minerals in the ores are mainly magnetite, tetrahedrite, galena, speltzite, pyrite, chalcopyrite, etc. The metallogenic stages can be divided into pyrite-magnetite-quartz stage, bitumen-silver-bearing polymetallic sulfide stage and carbonate stage. The common types of hydrothermal alteration are mainly silicification, carbonation and hematite, etc. In this study, the magnetite in the Erdaokan Ag-Pb-Zn deposit was taken as the research object, and the trace and rare earth elements in magnetite were measured by LA-ICP-MS to explore the genetic information of magnetite. The results show that the total amount of rare earth elements w(∑REE) in magnetite is (27.94-81.54)×10-6, and LREE/HREE is 2.77-67.31, showing a right-dipping pattern of relative enrichment of light rare earth elements and depletion of heavy rare earth elements. (La/Yb)N is between 9.42-280.59. Eu/Eu* is basically less than 1, Ce/Ce* is between 0.89-1.54, La/Sm is between 1.29-97.54, and Gd/Yb is between 0.02-117.11, they indicate that the magnetite has undergone changes in the redox environment during the formation process. Other trace element diagrams show that the magnetite in the Erdaokan Ag-Zn-Pb deposit has the characteristics of magmatic-hydrothermal origin.

Key words: magnetite; geochemistry; trace element; rare earth element; Erdaokan Ag-Pb-Zn deposit; Duobaoshan ore concentration area

0 引言

二道坎銀鉛鋅礦床位于大興安嶺東北部多寶山礦集區,是近幾年在該地區新發現的一個大型銀鉛鋅礦床。由于礦床發現時間較短,且尚未開采,許多研究工作還未開展。因此,針對二道坎銀鉛鋅礦床可供參考的資料除了勘探報告等資料外,公開發表的國內外文章極少。鮑希波等[1]討論了二道坎銀鉛鋅礦床的地質特征及找礦標志,闡述了該礦床的基本地質情況等相關信息;Yuan等[2]報道了二道坎銀鉛鋅礦床的流體包裹體測溫、硫鉛同位素等相關數據,探討了成礦溫度、成礦物質來源等相關問題。徐文喜等[3] 通過年代學研究,認為二道坎銀鉛鋅礦床是大興安嶺東北部首個三疊紀銀礦床,并在該礦床地質特征的基礎上,簡要介紹了礦床的基本情況及成礦過程。基于此,目前該礦床的成因依舊不太清楚。

磁鐵礦形成于成礦階段早期黃鐵礦-磁鐵礦-石英階段[1-2],是二道坎銀鉛鋅礦床中分布最為廣泛的金屬礦物之一。該礦物與方鉛礦、閃鋅礦及含銀礦物等礦物密切共生,是研究礦床成因、探究礦床形成過程的重要對象,極具研究意義。目前針對二道坎銀鉛鋅礦床中磁鐵礦的研究還沒有開展,磁鐵礦的成因等相關信息還不清楚。因此,本次研究以二道坎銀鉛鋅礦床礦石中的磁鐵礦為研究對象,利用光學顯微鏡、掃描電鏡、激光剝蝕等離子質譜儀等儀器,對磁鐵礦的巖相學特征、礦物學特征及主量、微量、稀土元素特征進行分析,探討了磁鐵礦形成的過程,以期為礦床成因機制研究提供參考。

1 區域地質背景

多寶山礦集區位于大興安嶺東北部、興蒙造山帶東段、興安地塊與松嫩地塊拼合帶附近,為典型的島弧環境,是古亞洲洋、蒙古—鄂霍茨克洋和古太平洋三大構造域的重要疊加部分[4-6] (圖1)。區內前中生代地層區劃屬大興安嶺地層區扎蘭屯—多寶山地層分區和海拉爾—呼瑪地層分區,而中—新生代屬黑河地層分區。出露地層主要包括晚三疊世—第四紀火山碎屑巖,晚二疊世—早三疊世安山巖、砂巖、粉砂巖,晚石炭世—早石炭世砂巖、粉砂巖、板巖、中酸性火山巖等,早奧陶世—晚泥盆世火山碎屑巖(圖1c)。另外,多寶山礦集區內還廣泛發育以花崗巖類為主的侵入巖,呈帶狀分布,并具明顯多期多階段性,包括古元古代侵入巖、加里東期、華力西期、印支期及燕山期5個旋回。巖性主要包括中奧陶世花崗閃長巖、晚石炭世—早二疊世石英閃長巖和正長花崗巖、早白堊世二長花崗巖(圖1)。礦集區經歷了多期構造運動,形成了以NW向為主的眾多控礦構造。NW向構造帶是礦集區內最重要的控礦構造,西起三礦溝,東至爭光金礦一帶,對礦集區內巖漿活動、成礦作用均起到了重要的影響[2,4]。在該構造帶控制下,區內發育多寶山銅礦床、銅山銅鉬礦床、爭光金礦床、永新金礦床等眾多大型銅、金鉬礦床[3-4]。

2 礦床地質特征

二道坎銀鉛鋅礦床礦區內出露的地層主要為上奧陶統裸河組,上志留統—中泥盆統泥河組罕達氣火山巖,下白堊統光華組,第四系全新統,其中上志留統—中泥盆統泥鰍河組為礦體主要賦存地層(圖2)。礦區構造以斷裂為主,呈北西向展布。礦體位于中生代火山構造盆地的邊緣,位于NE向斷裂與近NWW向構造交匯處,明顯受NE、NNE向左行平移斷裂控制,產于NW向張裂隙之中[4]。礦區內巖漿活動非常強烈,形成的巖漿巖主要為輝綠巖、安山巖、英安斑巖、閃長玢巖、玄武巖、閃長巖、花崗細晶巖等。各類巖石均有不同程度蝕變,碳酸鹽化較強。礦石中常見的熱液蝕變類型主要為硅化、黃鐵礦化、碳酸鹽化、鉀化、磁-赤鐵礦化、絹云母化、褐鐵礦化、赤鐵礦化等。其中褐鐵礦化主要發生在地表礦石,硅化、黃鐵礦化及磁鐵礦化與成礦作用密切相關。碳酸鹽化分布范圍廣,礦體內出現大量碳酸鹽礦物。

目前,礦區內共發現2條銀鉛鋅礦體(Ⅰ、Ⅱ號礦體),均產于北西向構造破碎帶內(圖2)。其中:Ⅰ號銀鉛鋅礦體延長約321 m,延深約114 m,厚0.6~29.9 m,傾角87°左右,礦體呈上寬下窄的脈狀。礦石銀平均品位大于500 g/t,最高可達25 516 g/t,同時伴生鉛鋅錳礦(鉛+鋅平均品位1.2%,錳平均品位9.5%)。礦體主要賦存于熱液角礫巖中,以熱液型硅質細小微晶、燧石及石英為膠結物,原巖為上志留統—中泥盆統泥鰍河組淺海相沉積巖,且巖石已遭受強烈變質。地表礦石以強硅化、赤鐵礦-褐鐵礦化為主要特征,局部可見硫化物流失孔洞和團塊;硅化呈脈狀、團塊狀分布;褐鐵礦化呈薄膜狀、浸染狀分布。Ⅱ號礦體位于Ⅰ號礦體北西側,兩者產狀一致,且礦石類型相似。Ⅱ號礦體長約220 m,延深約140 m,厚1.2~27.5 m,目前兩端未見封閉。礦石銀平均品位為567 g/t,最高達18 774 g/t,同時伴生鉛鋅、錳,平均品位分別達1.203%和9.5%[2-3]。

礦石結構主要包括他形粒狀結構、半自形-他形粒狀結構、莓粒結構、包含結構、交代結構。礦石構造主要為角礫狀構造、稀疏浸染狀構造、浸染-脈狀構造、脈狀構造,其次為蜂窩狀構造。礦石礦物主要有黃鐵礦、磁鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、深紅銀礦、菱鐵礦、黃銅礦、毒砂、赤鐵礦、褐鐵礦、輝銅礦等。脈石礦物主要為石英,其次為方解石、綠泥石、絹云母。據前人[2]資料和野外室內觀察,將成礦階段劃分為以下3個階段:黃鐵礦-磁鐵礦-石英階段、瀝青-含銀多金屬硫化物階段及碳酸鹽階段。

熱液磁鐵礦主要產在成礦階段早期黃鐵礦-磁鐵礦-石英階段(圖3),反射色灰色微帶棕色調,反射率中等,硬度較高,顯示均質性,呈不規則粒狀、放射狀與黃鐵礦一起分布在類似膠結物的透明礦物中。可見透明礦物充填在磁鐵礦顆粒邊部或微裂縫中,黃鐵礦又分布在透明礦物周邊或微裂隙中,說明磁鐵礦的形成早于黃鐵礦(圖4)。

3 樣品與測試方法

本次研究選取二道坎銀鉛鋅礦床328勘探線的典型礦石樣品進行巖相學研究。20件不同成礦階段的礦石樣品磨制成光薄片供光學顯微鏡、掃描電鏡觀察使用,其中1件采自礦區328勘探線露頭上的典型大塊礦石樣品(圖5)被重點用于LA-ICP-MS測試,樣品根據不同礦物組合特征被切割成12份光薄片供研究使用。12份光薄片分屬不同成礦階段,其中采自黃鐵礦-磁鐵礦-石英階段光薄片以大量磁鐵礦為特征,主要包括B005及B009兩個光薄片;采自瀝青-含銀多金屬硫化物階段光薄片以瀝青及大量金屬硫化物出現為特征,如B001、B003及B004;而碳酸鹽階段光薄片則可見方解石、菱錳礦及菱鐵礦廣泛分布,如B007。

磁鐵礦形態觀察、光學顯微鏡鏡下觀察均在中國地質大學(北京)礦物標型實驗室進行。光學顯微鏡儀器型號為萊卡4500P,掃描電鏡儀器型號為Mira XMU場發射掃描電鏡,配備二次電子和背散射電子信號檢測器及能譜測試、陰極發光測試器。磁鐵礦稀土、微量元素測試在武漢上譜分析科技有限公司進行。使用激光剝蝕等離子質譜儀(型號Agilent 7700),配備1個COMPexPro 102 ArF準分子激光器(波長193 nm,最大能量200 mJ)和1個MicroLas光學系統。束斑大小44 μm,激光頻率5 Hz。

4 結果

4.1 主量元素特征

二道坎銀鉛鋅礦床礦石中的磁鐵礦主量元素(LA-ICP-MS測試結果)包括Na、Mg、Al、Si、P、K、Ca、Ti、Mn及Fe,其中Fe(測試結果以Fe2O3形式)質量分數基本大于94%,少數為90%~94%。部分元素具有類質同象替代Fe的現象。主量元素按平均質量分數從高到低排序,依次為MnO(0.340%~4.600%,平均為1.270%)、SiO2(0.250%~0.770%,平均為0.395%)、CaO(0.018%~1.550%,平均為0.390%)、Al2O3(0.041%~0.570%,平均為0.231%)及少量TiO2、MgO、Na2O、K2O(表1)。根據圖6可知,MnO、MgO和CaO與Fe2O3質量分數呈現良好的負線性關系,表明Fe易被Mg、Mn和Ca替換。

4.2 微量與稀土元素特征

本次研究所采集樣品的磁鐵礦稀土與微量元素組成均列于表2中。二道坎銀鉛鋅礦床中的磁鐵礦所測得的微量元素包括Rb、Ba、Th、U、K、Nb、Ta、La、Ce、Sr、Nd、P、Zr、Hf、Ti、Eu、Sm、Tb、Yb、Y。其中,La與Ce質量分數比較高,La質量分數為(1.55~9.28)×10-6,平均值為3.55×10-6;Ce質量分數為(4.12~15.92)×10-6,平均值為7.34×10-6。Rb、Th、Ta、Zr、Hf、Eu、Sm、Tb、Yb平均質量分數比較低,分別為0.14×10-6,0.05×10-6,0.07×10-6,0.01×10-6,0.04×10-6,0.04×10-6,0.25×10-6,0.03×10-6,0.07×10-6 (表2)。稀土總量w(∑REE)為(27.94~81.54)×10-6,其中w(LREE)為(25.24~80.35)×10-6,w(HREE)為(0.42~19.33)×10-6,LREE/HREE=2.77~67.31。計算得到Eu/Eu*=0.10~2.08,Ce/Ce*=0.89~1.54,(La/Yb)N=9.42~280.59,La/Sm=1.29~97.54,Nd/Sm=1.03~21.33,Gd/Yb=0.02~117.11。

5 討論

5.1 磁鐵礦成因判別

磁鐵礦的元素地球化學行為受控于構造背景以及成礦流體溫度、壓力、氧逸度和硫逸度等物理化學條件。如溫壓條件的變化會引起Ti質量分數的變化,較低的氧逸度條件下易發生Mg、Mn、Zn、Ni與Fe2+替換,Al、V、Cr與Fe3+替換[10-13]。不同成因類型的磁鐵礦往往呈現不同的元素組合和元素質量分數,堿性—超基性巖中的磁鐵礦往往富集V、Co、Mn等元素,酸性巖中的磁鐵礦則相對富集Al、Cr等元素[14]。

20世紀80年代,陳光遠等[15]通過統計分析大量磁鐵礦的地球化學數據,總結了不同成因類型磁鐵礦的主量元素組成特征,并利用三角圖直觀地表達。根據TiO2、Al2O3、MgO、MnO質量分數的變化,林師整[16]也將磁鐵礦成因劃分為副礦物型、火山巖型、巖漿熔離型、沉積變質型、接觸交代型以及矽卡巖型6種成因。陳光遠等[15]則根據TiO2、Al2O3、MgO質量分數將磁鐵礦劃分為沉積變質-接觸交代型、酸性-堿性巖漿型以及超基性-基性-中性巖漿型3種成因。二道坎銀鉛鋅礦床中磁鐵礦的TiO2-Al2O3-MgO+MnO投圖結果顯示,該磁鐵礦數據主要落在矽卡巖型區域;而TiO2-Al2O3-MgO投圖結果則顯示,該磁鐵礦屬于沉積變質-接觸交代型磁鐵礦(圖7)。從某種程度上講,這2種礦床具有類似的成因特征,均有巖漿熱液通過交代作用使接觸帶附近的圍巖發生礦化的特征。接觸交代型礦床中一般都具有典型的矽卡巖礦物組合(如鈣鋁-鈣鐵榴石系列等),礦石在空間上和成因上與矽卡巖也有一定的聯系,故有時也稱為矽卡巖型礦床。

Dupuis等[17]也建立了w(Ca+Al+Mn)-w(Ti+V)圖解以區分不同類型的磁鐵礦。根據磁鐵礦中Ti+V以及Ca+Al+Mn質量分數劃分出矽卡巖型、條帶狀鐵建造(BIF)型、鐵氧化銅-金礦床(IOCG)型、斑巖型、基魯納型和釩鈦-鐵型6種磁鐵礦成因類型。本文樣品B004、B005和B009均落于矽卡巖型磁鐵礦區域,反映了礦床中的磁鐵礦具有熱液成因的特征(圖8)。

前人[16-17]研究指出,隨著磁鐵礦化學類型的變化,相應的伴生元素也發生有規律的變化。從內生作用到外生作用、從巖漿階段(巖漿作用)到巖漿期后階段(熱液作用),總是由富鐵向相對富鎂、錳演化。因此,綜合來看,二道坎銀鉛鋅礦床磁鐵礦元素特征與巖漿型磁鐵礦差異較大,該磁鐵礦應為巖漿熱液成因磁鐵礦。

5.2 成礦過程指示

稀土、微量元素是示蹤成礦物質來源的重要工具,同時,對比不同礦物間稀土、微量元素的質量分數特征,也可以很好地探討礦物間的同源性問題[18]。雖然二道坎銀鉛鋅礦床中的磁鐵礦稀土元素分布特征與礦石礦物(黃鐵礦、方鉛礦、黝銅礦)在總量上有所差異,但其微量元素分布特征與礦石礦物卻基本保持一致,顯示了這些礦物具有相似來源的特征(圖9)。磁鐵礦與其他礦石礦物中Ce異常的差異指示了其沉淀環境的差異,即磁鐵礦沉淀較早,該階段還處于偏氧化環境,而大量礦石礦物如黃鐵礦、閃鋅礦等礦物沉淀時則是偏還原性的環境。

二道坎銀鉛鋅礦床磁鐵礦中大離子親石元素Sr明顯虧損,高場強元素中Ti和Nb明顯虧損,Ta略虧損,Hf、La、Y富集(表2)。稀土元素總量w(∑REE)為(27.94~81.54)×10-6,LREE/HREE為2.77~67.31,表現為輕稀土元素相對富集、重稀土元素虧損的右傾模式(圖9)。Eu 及Ce是變價金屬,具有 Eu2+-Eu3+和Ce3+-Ce4+兩種價態。Eu及Ce變價的特性可以指示熱液流體的氧化還原環境。一般情況下,Eu3+在流體中不與其他離子反應,而在還原條件下,Eu3+易被還原,并與其他離子結合形成含Eu2+的離子沉淀。Ce 的化學性質則與 Eu 剛好相反,因此 Eu 異常和 Ce 異常能夠指示成巖的氧化還原條件[19-21]。(La/Yb)N介于9.42~280.59之間,Eu/Eu*變化較大,大部分具有負異常,少量具有正異常,表明磁鐵礦在形成過程中經歷了氧化還原環境的變化,這與成礦過程中隨著磁鐵礦的析出體系逐漸從氧化環境向還原環境過渡的過程相一致。另外,Ce/Ce*介于0.89~1.54之間,La/Sm介于1.29~97.54之間,Gd/Yb介于0.02~117.11之間,也從一定程度上支持了氧化還原環境的變化過程。

二道坎銀鉛鋅礦床中磁鐵礦Fe2O3與SiO2質量分數不具明顯的相關關系,指示該磁鐵礦可能是在非酸性環境下形成的[22]。另外,雖然Al2O3與Fe2O3質量分數沒有明顯的相關關系,但MgO、CaO、MnO與Fe2O3質量分數呈較明顯的負相關關系,說明了Mg、Ca、Mn與Fe的類質同象替換現象,暗示了磁鐵礦形成時的低氧逸度條件[22]。

綜合來看,磁鐵礦與礦石礦物具有相同的物質來源,即巖漿熱液來源。磁鐵礦沉淀時熱液還處于偏氧化的環境,但氧逸度較低;隨著磁鐵礦的析出,成礦環境逐漸向還原性過渡,隨之黃鐵礦、閃鋅礦及黝銅礦等含銀礦物大量沉淀析出。

6 結論

1)二道坎銀鉛鋅礦床中的磁鐵礦主要產在成礦階段早期黃鐵礦-磁鐵礦-石英階段,呈他形粒狀分布于基質中,少數呈放射狀。

2)二道坎銀鉛鋅礦床中的磁鐵礦與矽卡巖型礦床中的磁鐵礦較為相似,具有巖漿熱液成因特征。

3)二道坎銀鉛鋅礦床中的磁鐵礦稀土元素分布特征與礦石礦物(黃鐵礦、方鉛礦、黝銅礦)在總量上有所差異,但其微量元素分布特征與礦石礦物卻基本保持一致,顯示兩者具有同源性;Eu及Ce異常、La/Sm、Gd/Yb值指示了磁鐵礦沉淀于低氧逸度的氧化環境下;磁鐵礦的析出促進了成礦環境逐漸向還原性過渡。

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