張騰飛，王翠芝，呂古賢，張寶林，焦建剛，劉維民， 楊桂彬，常增沛，嚴(yán)千豪，陳振

(1.福州大學(xué)紫金礦業(yè)學(xué)院，福州 350108； 2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081； 3.中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029； 4.長(zhǎng)安大學(xué)，西安 710054； 5.山東黃金礦業(yè)(玲瓏)有限公司，山東 招遠(yuǎn) 265406； 6.山東正元地球物理信息技術(shù)有限公司，濟(jì)南 250101)

0 引言

鉀是地殼中分布最廣的造巖元素之一，在地球化學(xué)性質(zhì)上也是最活潑的堿金屬元素之一[1]。鉀和鈉的交代作用稱(chēng)堿交代作用，它們?cè)诔傻V溶液中對(duì)許多成礦元素具有強(qiáng)烈的活化轉(zhuǎn)移能力[2]。鉀長(zhǎng)石化是一種鉀質(zhì)交代作用，發(fā)生鉀長(zhǎng)石化的溫度區(qū)間很廣泛，高溫流體中的鉀能夠廣泛地交代各種巖石和礦物[1]。鉀長(zhǎng)石化在銅、金、鈾、鉬等熱液礦床中作為一種重要特征的交代蝕變，與流體性質(zhì)及礦床成因有著密切的聯(lián)系[3]。前人探討在金礦床中鉀化與成礦關(guān)系時(shí)，往往集中于鉀長(zhǎng)石成分及其平衡溫度[4-9]，對(duì)于鉀長(zhǎng)石結(jié)構(gòu)態(tài)特征及其穩(wěn)定結(jié)構(gòu)溫度估算研究較少。玲瓏金礦田中礦脈兩側(cè)花崗巖發(fā)育強(qiáng)烈的鉀長(zhǎng)石化，對(duì)于玲瓏金礦田中礦脈兩側(cè)的鉀化花崗巖中的鉀長(zhǎng)石開(kāi)展研究有助于探究鉀長(zhǎng)石結(jié)構(gòu)態(tài)與成礦關(guān)系。

本文以玲瓏金礦田大開(kāi)頭礦區(qū)48號(hào)脈為研究對(duì)象，利用X射線粉晶衍射、電子探針等實(shí)驗(yàn)手段，研究48號(hào)脈礦體鉀化花崗巖中鉀長(zhǎng)石晶體結(jié)構(gòu)態(tài)、鉀長(zhǎng)石類(lèi)別、鉀長(zhǎng)石化學(xué)成分特征以及鉀長(zhǎng)石形成溫度與穩(wěn)定結(jié)構(gòu)態(tài)溫度，旨在進(jìn)一步了解鉀長(zhǎng)石結(jié)構(gòu)態(tài)與成礦關(guān)系，以及成礦地質(zhì)環(huán)境。

1 成礦地質(zhì)背景

玲瓏礦田位于膠東西北部，招掖成礦帶的東北部，地處華夏構(gòu)造系第二隆起區(qū)的北部，南鄰棲霞復(fù)背斜，西靠郯廬大斷裂。區(qū)域上分布著玲瓏金礦、焦家金礦、三山島金礦等特大型金礦床，形成了著名的招掖成礦帶(圖1)。

招掖成礦帶主要由NE向的斷裂帶控制，主要包括三山島—倉(cāng)上斷裂帶、新城—焦家—萊州斷裂帶、招平斷裂帶，這幾個(gè)斷裂帶形成于印支—燕山期，與區(qū)內(nèi)形成較早的EW向構(gòu)造帶呈切割關(guān)系。在兩個(gè)構(gòu)造帶的切割部位，發(fā)育著一系列的次級(jí)斷裂，是區(qū)域內(nèi)最主要的控礦和容礦構(gòu)造。區(qū)內(nèi)廣泛出露玲瓏花崗巖，另有少量的郭家?guī)X花崗巖、灤家河花崗巖及NNE向的脈巖(包括早期的閃長(zhǎng)玢巖脈和晚期的煌斑巖脈)。其中，玲瓏花崗巖內(nèi)部偶見(jiàn)膠東群殘留體，巖性為黑云母片麻巖[10-11]。鉀化花崗巖是金礦化圍巖。

圖1 膠東區(qū)域地質(zhì)及礦區(qū)位置圖(據(jù)文獻(xiàn)[3]，修改)Fig.1 Regional geology and mining area location map of Shandong peninsula

2 礦床地質(zhì)特征

大開(kāi)頭礦區(qū)位于玲瓏斷裂和破頭青斷裂夾持區(qū)。48號(hào)脈位于玲瓏礦田大開(kāi)頭礦區(qū)的西南側(cè)，地表出露，走向呈NE方向(圖2)。出露地層主要為太古宙膠東群斜長(zhǎng)片麻巖、黑云變粒巖和斜長(zhǎng)角閃巖等。巖漿巖大面積發(fā)育，主要為中粗粒黑云母花崗巖，是礦區(qū)的主要圍巖。

48號(hào)脈整體主要由48號(hào)脈及其支脈組成。礦體分布在8線—97線間，最大延長(zhǎng)1752 m，賦存標(biāo)高106～-499 m，總體走向45°～65°，傾向NW，傾角52°～70°。礦體形態(tài)簡(jiǎn)單，呈脈狀，沿走向、傾向均呈舒緩波狀，局部地段具膨大、狹縮的特點(diǎn)(圖3)。

48號(hào)脈為石英脈型—蝕變巖型金礦脈，礦體圍巖有二長(zhǎng)花崗巖、鉀化花崗巖、絹英巖化鉀化花崗巖、絹英巖化花崗巖、絹英巖、黃鐵絹英巖、煌斑巖等(圖4)。礦體圍巖與礦體呈漸變過(guò)渡接觸關(guān)系，近礦圍巖的礦物成分(包括所含有用、有益、有害組分)及結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與礦體基本相同，只是礦化蝕變強(qiáng)度減弱，金屬硫化物含量及金品位減少。

圖2 玲瓏金礦田地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)文獻(xiàn)[3]，修改)Fig.2 Geological map of Linglong gold field1.第四系；2.欒家河型中粗粒二長(zhǎng)花崗巖；3.玲瓏型似片麻狀黑云母花崗巖； 4.中基性巖脈；5.斷裂及推測(cè)斷裂；6.礦脈編號(hào)及其產(chǎn)狀；7.分礦或居民點(diǎn)

圖3 玲瓏金礦田84勘探線48號(hào)礦脈剖面圖Fig.3 Section of No. 84 exploration line in Linglong gold field

圖4 48號(hào)礦脈-620中段礦體蝕變分帶素描圖Fig.4 Alteration zoning of No. 48 vein at level -620 m

圖5 鉀長(zhǎng)石化野外典型露頭Fig.5 Typical outcrop of potassic feldspar in the field

在本礦區(qū)，鉀化蝕變帶發(fā)育在未蝕變花崗巖帶與絹英巖化帶之間，在一個(gè)完整的蝕變帶中鉀化帶所占面積較大且長(zhǎng)度較長(zhǎng)，鉀化的主要產(chǎn)出形式為脈狀構(gòu)造(圖5a、圖5b)、大面積的面狀構(gòu)造(圖5c)及斑點(diǎn)狀構(gòu)造(圖5d)。

3 樣品采集及分析方法

3.1 樣品采集和制備

本次分析樣品采自玲瓏金礦田大開(kāi)頭礦段-620中段，采集對(duì)象為48號(hào)脈礦體鉀化花崗巖中鉀長(zhǎng)石。

選取不同構(gòu)造、結(jié)構(gòu)的代表性樣品送北京地質(zhì)博物館標(biāo)本廠制作光薄片，在礦相顯微鏡下進(jìn)行前期特征觀察，并選取部分具典型結(jié)構(gòu)特征的樣品準(zhǔn)備進(jìn)行電子探針測(cè)試。將樣品粗粉碎，在礦相顯微鏡下挑取鉀長(zhǎng)石單礦物；將礦樣中鉀長(zhǎng)石用瑪瑙研缽研磨至200目，準(zhǔn)備進(jìn)行X射線粉晶衍射分析。

3.1 測(cè)試工作和方法

X射線粉晶衍射分析工作由福州大學(xué)紫金礦業(yè)學(xué)院XRD實(shí)驗(yàn)室完成，所使用的X射線粉晶衍射實(shí)驗(yàn)儀器為德國(guó)BRUKER公司生產(chǎn)的D8 Advance型X射線衍射儀。儀器技術(shù)參數(shù)：2θ角度范圍-110°～162°，角度重現(xiàn)性+/-0.0001°，最小可控步長(zhǎng)0.0001°，二維探測(cè)器計(jì)數(shù)矩陣256×256，像素大小55 μm×55 μm，靜態(tài)掃描范圍6.5°，99%線性范圍1×1010cps，最小背景≤1 cps，整機(jī)重現(xiàn)性±0.003°，分辨率FWHM 0.028°；Anton Paar高溫樣品臺(tái)25℃—1200℃，控溫精度+/-0.1℃；微區(qū)大小0.2 mm/0.3 mm/0.5 mm。

電子探針實(shí)驗(yàn)儀器為電子探針波譜分析儀及掃描電鏡，儀器型號(hào)為日本JEOL的JXA-8230電子探針顯微分析儀。實(shí)驗(yàn)條件：管壓15 kV，管流20 nA，束斑直徑8 μm。本次主要對(duì)鉀長(zhǎng)石的SiO2、K2O、CaO、Na2O、FeO、MgO、Al2O3等11種化學(xué)成分進(jìn)行了測(cè)試。

4 測(cè)試結(jié)果與討論

4.1 X射線粉晶衍射分析

對(duì)玲瓏礦田48號(hào)脈-620中段礦體一側(cè)鉀化花崗巖進(jìn)行的X射線粉晶衍射分析結(jié)果見(jiàn)圖6所示。通過(guò)與ICDD卡片庫(kù)中標(biāo)準(zhǔn)卡片對(duì)比，所測(cè)樣品主要為鉀長(zhǎng)石含少量斜長(zhǎng)石和石英。

圖6 48號(hào)礦脈蝕變帶鉀長(zhǎng)石X射線粉晶衍射圖Fig.6 X-ray powder diffraction pattern of potassic feldspar in No.48 vein

(1)

(2)

(3)

Or=2031.77-92.19×2θ(201)

(4)

(5)

以上公式中，Sm為有序度，Δ為三斜度，η為結(jié)構(gòu)參數(shù)，Or為鉀長(zhǎng)石數(shù)/%，T1(o)+T1(m)為Al在晶體中的占位率。

本次研究使用MIDjade軟件對(duì)衍射數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過(guò)(1)—(5)式計(jì)算鉀長(zhǎng)石結(jié)構(gòu)狀態(tài)特征值，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 X射線粉晶衍射特征性數(shù)據(jù)及結(jié)構(gòu)態(tài)特征值Table 1 Characteristic data and eigenvalues of X ray powder diffraction

圖7 鉀長(zhǎng)石結(jié)構(gòu)狀態(tài)投圖(據(jù)文獻(xiàn)[16]，修改)Fig.7 Potassium feldspar structure state diagram

長(zhǎng)石的結(jié)構(gòu)態(tài)受多種因素影響，一般認(rèn)為其受溫度的影響最大[15,17]。大量實(shí)驗(yàn)研究顯示，通過(guò)長(zhǎng)石結(jié)構(gòu)參數(shù)η，可以推斷該長(zhǎng)石的形成溫度，并認(rèn)為結(jié)構(gòu)參數(shù)η求出的溫度是鉀長(zhǎng)石保持最后一個(gè)結(jié)構(gòu)狀態(tài)下的溫度，即穩(wěn)定結(jié)構(gòu)態(tài)溫度。前人認(rèn)為鉀長(zhǎng)石穩(wěn)定結(jié)構(gòu)態(tài)溫度是其形成的最低溫度而非鉀長(zhǎng)石結(jié)晶時(shí)的溫度[13,15]。通過(guò)投圖方式，測(cè)定鉀長(zhǎng)石穩(wěn)定結(jié)構(gòu)態(tài)溫度，見(jiàn)圖8，其溫度范圍為244～274.6℃。

4.3 電子探針?lè)治?/h3>

本次對(duì)48號(hào)脈-620中段蝕變帶中的鉀化帶3件樣品進(jìn)行了電子探針測(cè)試，測(cè)點(diǎn)數(shù)共計(jì)26個(gè)，主要對(duì)鉀長(zhǎng)石SiO2、K2O、CaO、Na2O、FeO、MgO、Al2O3等11種化學(xué)成分進(jìn)行分析，分析結(jié)果見(jiàn)表2。

圖8 鉀長(zhǎng)石平衡溫度投圖(據(jù)文獻(xiàn)[17]，修改)Fig.8 Projection of equilibrium temperature of potash feldspar

表2 鉀長(zhǎng)石電子探針?lè)治鼋Y(jié)果Table 2 Electron microprobe analysis of potash feldspar comment

測(cè)試單位：福州大學(xué)紫金礦業(yè)學(xué)院電子探針實(shí)驗(yàn)室。量單位：wB/%。

表中An、Or、Ab由以下公式計(jì)算：An=Ca/(Ca+Na+K)，Ab=Na/(Ca+Na+K)，Or=K/(Ca+Na+K)，長(zhǎng)石中Ca、Na、K離子數(shù)以32個(gè)氧原子為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)計(jì)算，且假定長(zhǎng)石中的Fe全部為2價(jià)時(shí)計(jì)算Si、Al、Ca、Na、K陽(yáng)離子數(shù)。

本次研究對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行鉀長(zhǎng)石的端元組分標(biāo)示計(jì)算，并進(jìn)行了An-Ab-Or圖解研判。在An-Ab-Or圖(圖9)中，所測(cè)鉀長(zhǎng)石數(shù)據(jù)全部投點(diǎn)于正長(zhǎng)石(微斜長(zhǎng)石)位置。微斜長(zhǎng)石與正長(zhǎng)石的化學(xué)成分相近，結(jié)合礦床地質(zhì)特征、鉀長(zhǎng)石X射線粉晶衍射分析結(jié)果，進(jìn)一步證明玲瓏金礦田中的蝕變鉀長(zhǎng)石為微斜長(zhǎng)石[18]。

圖9 鉀長(zhǎng)石化學(xué)成分分類(lèi)圖(據(jù)文獻(xiàn)[18]，修改)Fig.9 Chemical composition classification of feldspar

前人研究[5-7]表明，鈉長(zhǎng)石組分在斜長(zhǎng)石系列及堿性長(zhǎng)石系列之間的分配主要取決于其平衡時(shí)的溫度及壓力條件。因此，如果壓力確定，通過(guò)正長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石進(jìn)行電子探針定量分析，計(jì)算斜長(zhǎng)石與堿性長(zhǎng)石中鈉長(zhǎng)石的含量，就可得鉀長(zhǎng)石形成時(shí)的大致溫度。

J.A.Whitney和J.C.Stormer根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)溶液的熱力學(xué)原理，提出了非理想混合模型下微斜長(zhǎng)石中二長(zhǎng)石地質(zhì)溫度計(jì)——(6)式，其精確度相對(duì)較高，誤差為±30℃[19]。

T(°K)=(A+B·P)/[-1.9872 ln(XAb.AF/XAb.PF)+C]

(6)

A=7973.1-16910.6XAb.AF+9901.9(XAb.AF)2

表3 二長(zhǎng)石溫度計(jì)算結(jié)果Table 3 Temperature calculation of microcline and potash feldspar

B=0.11-0.22XAb.AF+0.11(XAb.AF)2

C=6.48-21.58XAb.AF+23.72(XAb.AF)2+8.62(XAb.AF)3

在(6)式中，T為溫度，°K為熱力學(xué)單位(開(kāi)爾文)，P為壓力值；X為礦物中化學(xué)組分Na的摩爾分?jǐn)?shù)，XAb=Na/(Na+Ca+K)，XAb.AF為鉀長(zhǎng)石中的鈉長(zhǎng)石含量，XAb.PF為斜長(zhǎng)石中的鈉長(zhǎng)石含量。

對(duì)于玲瓏金礦田的成礦壓力，根據(jù)前人在大開(kāi)頭礦區(qū)所作的工作[3]，采用50 MPa作為該礦區(qū)的成礦壓力并代入(6)式中計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。表3中樣品形成溫度在410～470℃。已有學(xué)者通過(guò)二長(zhǎng)石溫度計(jì)測(cè)定金礦鉀化帶中鉀長(zhǎng)石平衡溫度，認(rèn)為是其蝕變發(fā)生的溫度[4-5]。據(jù)此，玲瓏金礦田48號(hào)礦脈中鉀化蝕變溫度應(yīng)該發(fā)生在410～470℃。

5 討論

前人認(rèn)為微斜長(zhǎng)石形成溫度<500℃[20]，本文鉀長(zhǎng)石的結(jié)構(gòu)態(tài)測(cè)定以及化學(xué)成分分析、物理化學(xué)特征均顯示48號(hào)礦脈的蝕變鉀長(zhǎng)石為微斜長(zhǎng)石，同時(shí)二長(zhǎng)石溫度計(jì)測(cè)定的鉀化蝕變?cè)?10～470℃發(fā)生，因此認(rèn)為48號(hào)脈蝕變鉀長(zhǎng)石為最大微斜長(zhǎng)石。微斜長(zhǎng)石只有在水熱條件下通過(guò)堿交換反應(yīng)獲得[21]，考慮到鉀化蝕變時(shí)溫度在410～470℃，結(jié)合礦床地質(zhì)特征及本科研團(tuán)隊(duì)前期對(duì)黃鐵礦成因礦物學(xué)特征研究[22]，認(rèn)為48號(hào)脈屬巖漿期后熱液成因。

鉀長(zhǎng)石結(jié)構(gòu)態(tài)測(cè)定以及其結(jié)構(gòu)態(tài)平衡溫度分布顯示，鉀長(zhǎng)石發(fā)生蝕變時(shí)溫度為410～470℃，蝕變鉀長(zhǎng)石穩(wěn)定結(jié)構(gòu)態(tài)溫度244～274.6℃。可以認(rèn)為鉀化蝕變帶中在470℃左右發(fā)生蝕變，由于熱液中的物質(zhì)以及熱量不斷與圍巖發(fā)生交換，溫度逐漸降低，微斜長(zhǎng)石結(jié)構(gòu)態(tài)隨著溫度的降低，有序度和三斜度逐漸升高，最終48號(hào)脈鉀長(zhǎng)石蝕變帶熱液溫度長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定在244～274.6℃形成微斜長(zhǎng)石。

前人通過(guò)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為溫度在300℃左右有利于金的集中與沉淀[23]。這與形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)態(tài)的微斜長(zhǎng)石的溫度區(qū)間相近，認(rèn)為正是熱液長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定在244～274.6℃，給熱液中金的充分富集沉淀提供了適宜的成礦環(huán)境。同時(shí)，認(rèn)為該礦區(qū)中最大微斜長(zhǎng)石是該礦區(qū)金礦脈的良好找礦標(biāo)志，在實(shí)際工作中礦區(qū)內(nèi)微斜長(zhǎng)石的結(jié)構(gòu)態(tài)測(cè)定，對(duì)于深部找礦工作具有指導(dǎo)意義。

6 結(jié)論

(1)大開(kāi)頭礦區(qū)48號(hào)脈鉀長(zhǎng)石平衡溫度投圖(有序度—三斜度投圖)顯示，礦脈鉀化花崗巖中的鉀長(zhǎng)石為最大微斜長(zhǎng)石，其有序度為0.830～0.907，三斜度為0.699～0.817。

(2)二長(zhǎng)石溫度計(jì)分析研究表明，48號(hào)脈中鉀化蝕變溫度為410～470 ℃，蝕變鉀長(zhǎng)石穩(wěn)定結(jié)構(gòu)態(tài)溫度為244～274.6 ℃。

(3)因?yàn)樽畲笪⑿遍L(zhǎng)石穩(wěn)定結(jié)構(gòu)態(tài)形成時(shí)的熱液溫度有利于金富集沉淀，所以礦區(qū)內(nèi)最大微斜長(zhǎng)石的出現(xiàn)是深部找礦的良好標(biāo)志。