吉林省白山市板庙子金矿区花岗斑岩黑云母成分特征及其成岩成矿意义

周桓 孙国胜 李雪 单子凌 刘根驿 孙九达 张纪田

摘要：板庙子金矿床是吉南老岭金多金属成矿带内的大型金矿床，矿区内地质条件优越，具有较好的成矿潜力。矿区内出露的花岗斑岩是与金成矿有关的侵入岩，其为成矿提供了热源和物源。通过对板庙子金矿区花岗斑岩黑云母进行电子探针分析及相关计算，结果表明：花岗斑岩黑云母具有高Si、富Mg、贫Fe等特征，镁质率较高，属于镁质黑云母;利用黑云母成分估算岩浆成岩温度为700 ℃～750 ℃、氧逸度为-12～-14、深度为5.0～6.5 km。黑云母成分揭示岩浆来源具有壳幔混源特征，花岗斑岩为与造山活动有关的Ⅰ型花岗岩;花岗斑岩有利于金矿床的形成，推测板庙子金矿床是与古太平洋板块俯冲有关的中、浅成造山型金矿床。

关键词：黑云母;花岗斑岩;成分特征;成岩成矿意义;板庙子金矿区

中图分类号：TD11 P618.51 P574.2文献标志码：A开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

文章编号：1001-1277（2020）03-0012-07doi：10.11792/hj20200303

引 言

板庙子金矿床位于吉林省东南部白山市境内，距离白山市市区约为8.0 km，其大地构造位置位于华北克拉通北缘东段胶-辽-吉造山/活动带老岭隆起带[1]靠近龙岗地块一侧。老岭隆起带是华北克拉通东北缘重要构造-岩浆活动带。区域内分布有板庙子、荒沟山等大型金矿床，以及众多中小型金矿床100余处，如八里沟、大青沟、南岔、大松树、太阳岔南大坡、淘金沟、五道阳岔、小石人、天桥沟等金矿床。但是，对于这些金矿床的成因始终存在较大的争议，关键[2]认为区域内荒沟山金矿床与老岭变质核杂岩具有成因联系，成矿与燕山晚期中国东部岩石圈的拆沉减薄活动相关;刘文香等[3]根据矿床地质特征，将区域内金矿床归为中生代燕山晚期造山型金矿床;陈继军等[4]认为区域内金矿床具有3种不同成因类型，板庙子金矿床为石英砂岩型金矿床，五道阳岔、天桥沟金矿床为古太古代绿岩带型热液金矿床，南大坡、错草沟金矿床为蚀变硅质岩型热液金矿床;周向斌等[5]通过测试荒沟山金矿床流体包裹体中碳、氢、氧同位素，认为荒沟山金矿床成因属于中温岩浆热液型，上述研究均未解决矿床形成的构造背景及成矿物质来源等问题。

区域内中生代花岗岩较发育，其成岩年龄集中在175 Ma左右[6]，为中侏罗世早期侵入岩。区域内金矿床与中生代花岗岩成因联系密切，主要证据为：①金多金属成矿带与花岗岩所处空间位置相同，且呈北东向展布;②金矿化或金元素异常以岩体为中心成群分布，如八里沟、杉松岗、南大坡、淘金溝、石灰沟和五道阳岔等金矿床分布于老秃顶子岩体周围，天桥隐伏岩体周围发现呈环绕分布的天桥、小四平、荒地和大石棚等金矿床;③花岗岩内、外接触带附近出现金矿化，但外接触带比内接触带更有利于金矿化的形成，如产于花岗岩外接触带的南大坡、小石人、错草沟等金矿床。八里沟金矿床位于花岗岩与围岩呈断裂接触的北东端，南大坡金矿床位于老秃顶子岩体向南东突出部位[7]。这些花岗岩为成矿母岩[5，8-9]，花岗质岩浆的侵入为金等金属矿床的形成提供了成矿物质，同时为成矿流体的移动和存储给予了通道和空间;岩浆活动提供的热源起到为金成矿提供驱动作用，使成矿流体及周围地下水流动循环，并从流经地层中进一步萃取富集金等成矿物质[8]。

成矿岩体及矿物的成分特征能够反映物理化学条件变化与岩浆形成、演化的关系。黑云母是花岗岩中重要的镁铁质矿物之一，其成分特征不仅能指示岩浆来源、成岩构造环境和物理化学条件，而且可以提供后期热液作用、成矿元素富集的相关信息。本文以板庙子金矿区花岗斑岩黑云母为研究对象，利用电子探针对黑云母主量元素组成进行测定，分析黑云母成分对成岩成矿的指示意义，对矿床形成的大地构造背景及其成因进行了探讨，为进一步总结华北克拉通金矿床成矿作用及成矿规律提供参考。

1 地质概况

板庙子金矿区主要出露元古宙和古生界地层[10]（见图1）。中元古界老岭群珍珠门组（Pt1z）岩性主要由长石石英岩、石英岩、浅粒岩、变粒岩、钙硅酸盐岩、碳质板岩、大理岩、白云质大理岩组成。新元古界包括青白口系、震旦系地层。青白口系钓鱼台组（Qnd）、南芬组（Qnn）岩性主要为灰白色中粒石英砂岩、粉砂岩、页岩。矿区内金矿体赋存于钓鱼台组与下伏老岭群珍珠门组接触带的硅化构造角砾岩带中。震旦系桥头组（Z1q）、万隆组（Z2w）、八道江组（Z2b）为陆相沉积建造，分布于矿区中南部。古生界寒武系（∈）地层主要分布于矿区东南部，岩性为砂岩、粉砂岩、页岩、凝灰岩及灰岩等[11]。矿区内岩浆岩不发育，仅有2处花岗斑岩呈小岩株状出露，沿硅化构造角砾岩带分布在矿区的西南部、东北部，与金矿化关系密切。矿区内北西向、北东向断裂发育，其中叠加在北东向断裂上的硅化构造角砾岩带是控矿、容矿构造。

板庙子金矿区整体受硅化构造角砾岩带控制，金矿体均赋存于硅化构造角砾岩带内。矿区内共圈定矿体4条。其中，Ⅰ为主要矿体，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为次要矿体。矿体呈似层状或透镜状，沿硅化构造角砾岩带分段富集;西南段金矿体间距较大，东北段金矿体间距变小。矿石类型主要为贫硫化物型，其次为硫化物型。矿石中金属矿物有黄铁矿、白铁矿、毒砂、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿和磁黄铁矿;金矿物主要为自然金，其次为含银自然金、银金矿;非金属矿物有石英、玉髓、重晶石、白云石，以及极少量的铁白云石、绢云母、绿泥石等。矿石结构主要有交代结构、结晶结构等，矿石构造主要为角砾状构造、脉状构造、块状构造、浸染状构造等。成矿可以划分为石英-金-烟灰色黄铁矿阶段、石英-金-浸染状黄铁矿阶段、重晶石（玉髓）-金-赤铁矿阶段和黄铁矿-白铁矿阶段。围岩蚀变主要有硅化、黄铁绢英岩化、含铁质碳酸盐化及重晶石化。

2 花岗斑岩岩相学特征

花岗斑岩风化面呈土黄色（见图2-a、b），斑状结构，块状构造，显微镜下显示其基质为隐晶质。斑晶（18 %）主要由钾长石（10 %）、斜长石（5 %）、黑云母（3 %）组成（见图2-c、d）。其中，钾长石呈肉红色，他形粒状，粒度为0.3～2.0 mm，镜下观察钾长石存在一组完全解理及一组中等解理，干涉色为一级灰到一级白，发育卡式双晶，具有平行消光特征;斜长石呈灰白色，半自形板状，粒度为0.5～2.0 mm，镜下观察斜长石存在一组完全解理，干涉色为一级灰白，发育聚片双晶，具有斜消光特征;黑云母呈浸染状分布，半自形片状，镜下观察黑云母呈黑褐色，半自形板状—片状，粒度为1.0～1.6 mm，发育一组极完全解理，具有二轴晶负光性特征，正中突起明显，干涉色为二级顶到三级顶，具有平行消光特征。

3 电子探针分析方法及结果

3.1 分析方法

选择新鲜的花岗斑岩样品，在吉林大学地球科学学院实验中心制作探针薄片。在显微镜下筛选新鲜且粒度较大的黑云母，共进行了16处点位（见图3）的电子探针分析，该测试在吉林大学地球科学学院深部探测技术与实验研究实验室完成，仪器为JXA-8100电子探针分析仪（日本），加速电压为20 kV，电流为1×10-8A，单点测量时间为10 s。在实验过程中，使用金红石作为Ti的标样矿物，透辉石作为Si、Mg、Ca的标样矿物，正长石作为K的标样矿物，钠长石作为Na、Al的标样矿物，铁铝榴石作为Fe的标样矿物，钙蔷薇辉石作为Mn的标样矿物。

3.2 分析结果

花岗斑岩黑云母成分及相关参数见表1。表中以22个氧原子为基础计算了黑云母阳离子数及相关参数。

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

根据洪大卫[8]对华南花岗岩中的黑云母系统地进行分析得到的理论可知，富镁黑云母与同熔型花岗岩相对应，而富铁黑云母与改造型花岗岩相对应。在云母分类图解（见图4）中，样品均落在镁质黑云母区，表明花岗斑岩具有同熔型花岗岩特征。黑云母镁质率（Mg#）为0.53～0.63，平均值为0.57，相对较高，说明花岗斑岩为深源系列花岗岩。王德滋[9]认为同熔型花岗岩基本相当于Ⅰ型花岗岩，其理由主要为：①温度条件影响了先存的幔源物质和壳源物质，使其产生了部分熔融;②壳源同幔源岩浆产生混合作用;③壳源的物质使得幔源岩浆产生了混染作用。通常情况下，S型花岗岩富Al，导致黑云母AlⅥ含量较

杜佰松等[14]对与矿床有关的云母成分进行了总结，铜、金、锡矿床的形成与岩体的碱度相关，高碱度岩体有利于铜、金矿床形成，低碱度岩体有利于锡矿床形成。在黑云母w（Si）/w（Al）-w（Fe+Mg）/w（Al）圖解（见图5）中，样品均落在高碱度区，表明板庙子金矿区花岗斑岩具有高碱度特征，有利于金矿床的形成。

4 成岩结晶条件

4.1 温度与氧逸度

岩浆岩中黑云母成分受岩浆体系成分、氧逸度和温度等物理化学条件综合控制，且黑云母的镁质率会随着岩浆和热液流体的氧逸度增高而增高[16]。因此，黑云母成分可有效指示原生岩浆岩中的物理化学条件及分异演化程度等。

高Ti、低AlⅥ指示了黑云母形成时高温和较高氧逸度的条件[17]。Ti阳离子数为0.37～0.45，AlⅥ阳离子数为0.07～0.24，表明当时成岩环境下具有较高的氧逸度。在黑云母Fe3+-Fe2+-Mg2+图解（见图6）中，样品均落在Fe2O3-Fe3O4和Ni-NiO的缓冲线之间，表明这2种氧缓冲剂制约了黑云母的结晶，其结晶时的岩浆-热液环境为高氧逸度环境[16]。高氧逸度环境有利于铜、金元素的富集及矿床的形成，且高氧逸度决定了岩浆中硫离子呈高价态，制约了硫化物的沉淀[13]，表明板庙子金矿区花岗斑岩有利于金矿床的形成。

从黑云母w（Ti）-w（Mg）/w（Mg+Fe）图解（见图7）可以得出，花岗斑岩成岩温度为700 ℃～750 ℃。从黑云母lg fO2-t图解（见图8）可以得出，花岗斑岩氧逸度lg fO2为-12～-14。表明花岗斑岩成岩温度较高，且在较高氧逸度环境下结晶。

4.2 固结压力与深度

在黑云母中，铝原子数量（AlⅣ+AlⅥ）与花岗岩成岩时的固结压力具有正相关性，固结压力具体计算方法见文献[21]。根据该方法，对板庙子花岗斑岩固结压力进行了估算，得出固结压力为131.42～171.61 MPa。花岗斑岩固结压力为上覆岩石的静岩压力（P），根据上覆岩石的密度即可求出花岗斑岩侵位深度（h），根据P=ρgh换算侵位深度（式中：ρ为上覆岩石密度，2.7 g/cm3;g为重力加速度，9.8 m/s2）。经计算，板庙子金矿区花岗斑岩的侵位深度为5.0～6.5 km。

5 成岩成矿意义

在云母类矿物中，寄主岩浆的物质来源可以通过云母中铁、镁含量反映出来，黑云母中w（MgO）可以反映其成岩环境，并且能够追溯岩石物质来源[22]。丁孝石[23]认为在典型幔源黑云母中w（MgO）大于15 %，壳源黑云母中w（MgO）小于6 %。板庙子金矿区花岗斑岩黑云母w（MgO）为10.52 %～13.40 %，平均值为11.72 %，表明其具有壳幔混源的特点。在黑云母w（TFeO）/w（TFeO+MgO）-w（MgO）图解（见图9）中，样品均落在壳幔混源区，进一步表明花岗斑岩成岩物质来源为壳幔混源。

非造山带碱性花岗岩（A型花岗岩）形成于高温、低压及无水环境，岩浆成岩早期阶段，钛铁矿、磁铁矿等含铁矿物难以结晶析出，所以晚期结晶的黑云母中存在大量Fe，使黑云母具有富Fe特征;相对而言，板块俯冲造山过程中产生的高温、高压及富水的造山带钙碱性花岗岩（Ⅰ型花岗岩），使磁铁矿、钛铁矿等含铁矿物在岩浆成岩早期阶段结晶析出，晚期结晶的黑云母呈现出贫Fe、Ti，富Mg、Al等特征[21，25]。板庙子金矿区花岗斑岩黑云母在成分上具有贫Fe，富Mg、Al等特征，因此属于与造山活动有关的Ⅰ型花岗岩。在黑云母MgO-FeO-Al2O3图解（见图10）中，样品均落在造山带钙碱性岩系区内，进一步说明板庙子金矿区花岗斑岩为I型花岗岩，其形成与板块俯冲作用相关。

花岗斑岩氧逸度较高（lg fO2为-12～-14），高氧逸度环境有利于铜、金元素的富集及矿床的形成，表明板庙子金矿区花岗斑岩有利于金矿床的形成。按照成矿深度，可将造山型金矿床划分为3个亚类[26]：成矿深度小于6 km为浅成;6～12 km为中成;大于12 km为深成。造山型金矿床的成岩时间与成矿时间大致相同，故成岩深度约等于成矿深度。板庙子金矿区花岗斑岩固结压力为131.42～171.61 MPa、侵位深度为5.0～6.5 km。因此，花岗斑岩为中、浅成侵入岩，暗示该矿床属中、浅成相。结合区域成矿、构造背景，认为板庙子金矿床是与古太平洋板块俯冲相关的中、浅成造山型金矿床。

6 结 论

1）板庙子金矿区花岗斑岩黑云母具有高Si，富Mg、K、Al，贫Fe、Ca、Na的特征，属于镁质黑云母。

2）花岗斑岩结晶温度较高，具有较高的氧逸度，有利于金矿床的形成。

3）花岗斑岩物质来源具有壳幔混源特征，为与造山活动有关的I型花岗岩。板庙子金矿床是与古太平洋板块俯冲相关的中、浅成造山型金矿床。

[参 考 文 献]

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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