河南嵩县九丈沟金矿稀土元素特征及成因意义

REE Characteristics and Genetic Significance of Jiuzhanggou Gold Deposit in Song County, Henan Province

摘要: 九丈沟金矿是豫西地区开发最为成功和效益最好的金矿床之一。矿区主要出露长城系熊耳群安山岩类。频繁活动的中新生代岩浆侵入和发育的断裂构造背景使其具有光明的找矿前景。金矿体主要受断裂蚀变带控制。硅化、黄铁矿化与金的关系最为密切。综合金矿石与矿区及区域主要岩石的稀土元素配分模式对比、Y-Ho关系和LREE/HREE-REE关系研究，认为岩浆侵入活动与成矿的关系最为密切。

Abstract: Jiuzhanggou gold deposit is one of the most successful and profitable gold deposits in western Henan province. The mining area mainly exposed the Great Wall system xiong er group andesite. Because of frequent meso-Cenozoic magmatic intrusion and fault structure background, it has bright prospecting prospect. The gold orebody is mainly controlled by fault alteration zone. Silicification and pyritization are most closely related to gold. Based on the comparison of REE distribution patterns, Y-HO relationship and LREE/HREE-REE relationship between gold ore and main rocks in mining area and region, it is considered that magmatic intrusion is most closely related to mineralization.

1. 引言

九丈沟金矿地处华北地台南缘熊耳山多金属成矿带上，是区内典型的构造蚀变岩型金矿，企业经济效益连续6年位居河南省黄金矿山首位。区内矿产资源丰富，前人进行了大量的研究工作并取得一定的成果，但关于区内金矿的成矿物质来源，不同学者从不同角度提出不同的见解。部分学者认为矿床的形成与中生代岩浆侵入活动关系密切的 [1]；其他学者强调伸展及拆离断层对成矿的重要作用，尤其是滑脱拆离体系周边的构造蚀变岩型、爆破角砾岩型金矿床及银铅矿床 [2] - [10]；也有强调变质热液和混合热液对成因的贡献 [11] [12]；更有认为古火山机构对成矿的控制作用，并举出了庙岭金矿是产出于庙岭–上秋盘古火山机构的西侧火山喷发群，矿区有两个探槽TC42、TC60处凝灰岩较发育地段矿体品位变好、厚度增加，赵岭、九丈沟、东湾等金矿区也位于该火山机构影响范围之内为例进行了佐证。从前人的研究成果来看，对矿床成矿物源的研究多集中于成矿地质特征、构造地质特征等方面，对地球化学方面的研究相对薄弱。稀土元素具有稳定的化学性质，是矿床成矿物源的示踪剂，能较好地指示矿床的成矿信息。本文利用稀土元素提供的信息视角，依据稀土元素的成因指示，探讨研究成矿物质与地层及岩浆岩的相互关系，指明矿床的成矿物质来源。

2. 成矿地质背景

矿床位于华北地台南缘华熊台隆熊耳山隆断区，太古界变质基底和元古界沉积盖层发育，岩浆活动频繁，断裂构造发育。

太华群是以片麻岩为主的中深变质岩组成，沉积盖层以中新元古界喷出岩、火山沉积岩和海相沉积岩为主，局部有少量中新生界陆相沉积。

长城系熊耳群以海–陆交互相为主的中、基、酸性火山熔岩在区域金矿分布区的占有面积最大。熊耳群发育下部许山组、中部鸡蛋坪组和上部马家河组。赋矿围岩为鸡蛋坪组安山岩类。

区域构造以断裂为主，可分归为四组：近东西向的马超营断裂是区域一级构造，由三条逆冲平行断裂组成，宽度达4 km以上，走向270˚~295˚，北倾，倾角55˚~80˚，局部倒转，下切深度达30 km，是台缘基底型断裂，控制区域演化 [13] [14] [15] [16] [17]；北东向断裂是区域上的主要控矿构造，其次为近S-N向断裂，断裂带宽度5~50 m，局部可达100~200 m；北北西向断裂不发育，局部有矿化蚀变。近东西向断裂多为成矿前断裂，与NE向和近S-N向断裂交汇部位及其附近为成矿的有利地段 [18] [19] (图1)。

近S-N向的九丈沟F₁断裂断续出露，长度约20 km，宽度10~50 m，局部可达100~200 m，北西倾，倾角一般超过50˚。带内充填碎裂岩及构造角砾岩，局部地段矿蚀变强烈，构成工业矿体。区域主要金矿床九丈沟、店房、庙岭、东湾等都受该断裂控制，呈南北向串珠状。

Q：第四系；N：新近系；E：古近系；Pt₂x：中元古界熊耳群；Pt₂xm：马家沟组；Pt₂x：j鸡蛋坪组；Pt₂xx：许山组；Arth：太古界太华群； ${\gamma }_5^3$ ：燕山晚期花岗岩； ${\xi }_4^2$ ：华力西期正长岩；1——区域性大断层；2——逆断层；3——正断层；4——背斜；5——不整合界线；6——金矿床。

Figure 1. Structural outline of southern Song County

图1. 嵩县南部构造纲要图

区域内，古火山机构较多，发育完整，沿区域断裂带分布 [20]。区域岩浆活动，尤其是印支、燕山期岩浆活动频繁强烈。同位素定年反映出的金矿成矿时代多数为燕山期，也有印支期形成的，如庙岭、上宫、北岭等金矿床 [21]。

印支期岩浆侵入规模小，以碱性岩和碱性花岗岩为主，也有煌斑岩脉。

燕山期主要为酸性岩浆侵入，岩基、斑岩或小型岩株等，出露面积大，岩体多，以合峪岩基规模最大，还有五丈山和花山岩基等 [22] [23]。

合峪二长花岗岩基是区域出露面积最大的燕山期侵入体，达784 km²，钾长石斑晶粗大为期特点，位于研究区以南；五丈山花岗岩体出露约面积60 km² [24] [25]，岩体蚀变较强，在其南部的外接触带近年来发现了大型的槐树坪金矿床，位于研究区的西北部；近北东–南西向展布的花山二长花岗岩体与五丈山岩体、太华群地层相接，位于研究区的北部 [25] [26]。

九丈沟金矿主矿体为M₁-I，严格受F₁构造蚀变带控制。主要金属矿化为黄铁矿，其次是方铅矿化，围岩蚀变钾长石化、硅化最强，绢云母化、高岭土化、绿泥石化次之。矿区距五丈山岩体较近，地表及井下可见零星岩脉，局部岩脉含金可达到工业品位，有些品位可达(5~8) × 10⁻⁶，作为矿体的一部分开采。

3. 稀土元素地球特征

3.1. 样品采集及测试

按照矿石和不同类型的岩石分别取样。本次主要选取井下不同中段的矿石取样。

前人对本区已经积累了大量的稀土元素数据可资引用，不再重复工作。区域和矿区上不同类型及岩体的岩浆岩、岩脉，熊耳群和太华群地层的岩石样品，引用前人成果。

样品由甲级资质的河南省地矿局岩石矿物测试中心测试，精度合格。

3.2. 金矿石及石英的稀土元素特征

样品测试结果见表1。

样品分析结果表明，M₁-I主矿体的稀土总量SREE在(88.96~622.26) × 10⁻⁶之间，平均347.54 × 10⁻⁶，变动范围大，可能暗示成矿活动中有多期次强度较大的流体活动冲击；轻稀土元素与重稀土元素的比值L/H = 4.509~14.268，表明轻稀土富集；(La/Yb)_N = 3.255~18.084；δEu = 0.503~0.718之间，表现为明显的负Eu异常特征，而Eu出现负异常的情况，可能与深源岩浆成分的大量带入有关 [27]。经过标准化处理金矿石的稀土元素配分模式，与前人取得的侵入岩样品的稀土元素配分模式，较为相似，暗示了它们具有相同或相近的物源，即成矿继承了深源岩浆特征，或者说成矿与深源岩浆有关(表2、图2)。

Table 1. REE composition of different geological bodies of Jiuzhanggou gold deposit (ωB/10−6)

表1. 九丈沟金矿床不同地质体稀土元素组成(ω_B/10⁻⁶)

注：带“^*”的数据引自杨春蕾(2016) [29]，带“^**”的数据引自郭爱锁(2013) [30]。

Table 2. REE parameters of different geological bodies of Jiuzhanggou gold deposit (ωB/10−6)

表2. 九丈沟金矿不同地质体稀土元素参数(ω_B/10⁻⁶)

注：带“^*”的数据引自杨春蕾(2016) [29]，带“^**”的数据引自郭爱锁(2013) [30]，计算结果有修改。

Figure 2. REE distribution model of gold ore (after Boynton, 1984) [28]

图2. 金矿石稀土元素配分模式(球粒陨石值据Boynton，1984) [28]

从单矿物的稀土元素特征看，石英的稀土总量较低，SREE在(3.73~39.93) × 10⁻⁶之间，平均16.45 × 10⁻⁶，样品之间差异明显，说明成分较复杂，可能表明既有深源物质，也有矿化过程富集。轻稀土与重稀土元素的比值L/H为2.149~17.572，表明轻稀土富集。(La/Yb)_N = 5.933~22.958，轻重稀土元素分馏较为明显；(La/Sm)_N = 2.516~5.661，(Gd/Yb)_N = 1.479~4.120，轻、重稀土内部都有一定程度的分馏；δEu = 1.677~6.730，出现明显的正异常；δCe = 0.561~0.975，显示有轻度负异常。石英的纯度高，总量较低，其稀土元素主要来自包裹体 [31]，应该与成矿热液相近。钾长石单矿物的稀土元素特征与石英相近(图3)。

Figure 3. REE distribution model of quartz and potash feldspar chondrite (Sample numbers are the same as Table 1) (after Boynton, 1984) [28]

图3. 石英、钾长石稀土元素配分模式(样号同表1) (球粒陨石值据Boynton，1984) [28]

4. 成因意义

1) 通过矿石与不同类型岩石稀土元素配分模式对比，成矿物质来自于岩浆岩体的可能性最大。

前人在本区留下了不同类型岩石样品的稀土测试成果，通过与不同类型岩石样品的稀土元素配分模式比较发现，矿石与其它地质体之间存在着部分相似性，说明成矿过程中，受到太华群变质岩、熊耳群火山岩、侵入岩及流体的影响 [27] (图4)。

(a) 安山岩类 (b) 角闪片岩类 (c) 片麻岩类 (d) 辉绿岩脉 (e) 花岗岩类 (f) 二长花岗岩类

Figure 4. REE distribution patterns of magmatic and metamorphic rocks in the periphery of the mining area (after Boynton, 1984) [28]

图4. 矿区外围的岩浆岩和变质岩的稀土元素配分模式(球粒陨石值据Boynton，1984) [28]

图中可以看出：矿石样品与花岗岩样品的稀土元素配分模式相近，应为成矿流体与深源岩浆之间的密切联系的指示。石英的稀土元素主要存在于流体包裹体中 [32]，总量低，含矿石英脉的稀土元素特征应能基本代表成矿流体的稀土特征 [31] [33] [34]。

综上认为，成矿物质主要来自深源岩浆，成矿热液流经的其它岩石，包括变质岩，对成矿的叠加改造是微弱的。矿石中的高稀土元素含量应该是从岩浆热液中继承的。

2) Y、Ho之间的关系也可指示成矿物源与岩浆热液间的亲密关系，而疏于变质岩。

Y、Ho两种元素有着相同的离子电价和相近的离子半径，地球化学行为和特征相似。Y/Ho在不同类型的岩浆岩、沉积岩及球粒陨石中无明显变化 [35]，球粒陨石Y/Ho介于24~36，与九丈沟金矿矿石的Y/Ho比25.40~29.27十分接近，说明深源岩浆流体对成矿的重要贡献，而且是主要的贡献。

3) 样品的稀土总量集中投点于太华群变质岩、熊耳群火山岩和燕山期花岗岩区。熊耳群火山岩是赋矿围岩，对样品的改造是必然的；投点于太华群分布区，应与熊耳群与太华群老变质基底的重熔继承有关；投点于燕山期花岗岩区，可能暗示深部岩浆参与了成矿作用，剔除围岩对矿石的继承因素，燕山期花岗岩的成矿作用应当受到重视(图5)。

Figure 5. Diagram of LREE/HREE-SREE relationship of Jiuzhanggou gold Deposit (after Zhang et al., 2020) [36]

图5. 九丈沟金矿LREE/HREE-SREE关系图解(底图据张苏坤等，2020) [36]

5. 结论

1) 九丈沟金矿石稀土元素总量SREE在(88.96~622.26) × 10⁻⁶之间，轻稀土相对富集，重稀土相对亏损，同时δEu表现出负异常。

2) 九丈沟金矿石与区内岩浆岩的稀土元素配分模式相一致，同时矿石的Y/Ho特征及LREE/HREE均显示，九丈沟金矿的成矿物质主要来源于岩浆岩的侵入。

基金项目

中国地质调查局科研项目(12120114035401)和山东黄金集团科研项目资助。