李子园金矿
矿床位于天水市南50km处李子园乡境内,为天水南部重要得多金属成矿区,属西秦岭北秦岭多金属成矿亚带。
4.1.2.1 区域地质
金矿位于秦岭造山带西段北秦岭加里东褶皱带,唐藏-李子园-关子镇区域性反“S”型构造,李子园-党川背形转折部位(图4.2),北部出露有党川岩体、柴家庄岩体,南部有八卦山岩体、天子山岩体侵入。区域上主要出露中古元古界秦岭群(Pt1Qn)、下古生界李子园群(Pz1Lz)、葫芦河群(Pz1Hl),上古生界舒家坝群(Pz2Sh)、大草滩群(Pz2Dc)等层位。区域构造以李子园-党川复背斜和舒家坝-娘娘坝深大断裂的区域构造为格局,其背斜轴向近东西向,主断裂走向呈北西-南东向。
4.1.2.2 矿区地质
(1)地层
矿区地层主要为李子园群中岩组(Pz1Lz2)绿片岩相变质岩系,代表性矿物共生组合为绿泥石+绢云母,与下岩组之间呈断层接触。地层主体为片岩类,夹有石英岩和大理岩层。本岩组是含矿地层,可分为上、中、下3个岩性段,其中段(Pz1Lz22)为赋矿层位,主要岩性为绢云绿泥石英片岩、绢云绿泥片岩,夹有石英岩层,该层发育强烈片理化。
图4.2 李子园金矿地质图(据杨建喜,2004)
(2)构造
褶皱基本不发育,总体为一向北东倾斜的单斜构造,褶皱仅表现为小型褶曲、揉皱和膝折带。矿区断裂构造发育,矿床二级断裂构造为北西向韧性剪切带,具右行逆冲剪切性质。其中产于强片理化带中的次级断裂构造与成矿关系密切。按其生成先后、性质及成矿意义分为北西向组和北东向组。北西向断裂在矿区占主导地位,规模较大,是含矿断裂北东向断裂发育较差,为矿后断裂,对矿体起破坏作用,但其规模很小,对矿体破坏程度有限。
(3)岩浆岩
矿床西南部出露天子山花岗岩体、碎石子花岗岩岩枝,面积约12km2东部分布大量石英正长斑岩脉。此外还发育有小规模煌斑岩脉、花岗闪长岩脉、花岗斑岩脉。中酸性脉岩与金矿关系密切,特别是细晶闪长岩脉金矿化强烈,与金矿体紧密相伴,部分就是金矿体。
4.1.2.3 矿床地质
(1)矿体特征
矿床分为木皮沟梁(图4.3)和沈家沟(图4.4)两个矿段。
图4.3 木皮沟梁矿段地质图(据康亚龙等,2003)
1)木皮沟梁矿段:矿体由单脉或复脉带组成,单脉延伸、延长大于150m,厚度1~2.5m,平均金品位31.3×10-6,最高金品位64×10-6,厚度、品位较稳定。复脉延伸延长一般在20~30m,矿脉成群密集出现,厚度0.5~1m,平均金品位51.2×10-6,最高金品位达138.5×10-6,厚度、品位变化大在矿脉交叉或转折部位则形成较大的富矿包。矿体形态呈脉状、板状及透镜状,延伸方向有膨大、收缩、复合分支现象,局部被后期断裂错断。矿体产状以280°~320°∠35°~65°为主,其次为50°~87°∠40°~75°。
2)沈家沟矿段:矿床产出空间严格受强片理化带控制,含矿带宽80~160m。目前已发现两条矿带,分别产于F1、F2两条含矿断裂带中,其产状与断裂基本一致。矿段内圈出8条矿体,矿体具有膨大收缩、分支复合特征。Ⅰ矿带矿体由含Au石英-硫化物脉及旁侧蚀变岩构成,呈脉状、透镜状,PD8坑中还见有一条宽1~4mm的自然金细脉沿断层充填矿石以石英脉型为主,次为蚀变岩型矿带平均品位较高,矿体中通常有煌斑岩脉、闪长岩脉充填叠加,同时品位亦明显增高Ⅲ矿带矿体主要由蚀变碎裂岩构成,多呈似层状、透镜状矿石类型以(热液)蚀变岩型为主矿带平均品位较低。
(2)围岩蚀变
围岩蚀变主要有硅化、黄铁矿化、黄铜矿化、绢云母化、碳酸盐化,地表氧化带还发育有褐铁矿化和孔雀石化。蚀变与金矿化强度成正相关,即蚀变越强则矿化越佳蚀变分带以矿体为中心,向外大致分为:硅化-黄铁矿化带、黄铁矿化-硅化-绿泥石、绢云母化带、黄铁矿-碎裂岩化-碳酸盐化带。
(3)矿石特征
矿石类型:矿石自然类型主要为石英脉型,次为蚀变岩型。
矿石矿物:矿石矿物有黄铁矿、自然金、银金矿、黄铜矿、辉铜矿、方铅矿、铜蓝、孔雀石、褐铁矿等脉石矿物为石英、绢云母、方解石、绿泥石、绿帘石等。
矿石结构构造:矿石具自形、半自形和他形不等粒状结构,交代、穿插、溶蚀、包含及碎裂结构不均匀浸染状、网脉状、蜂窝状、团块状等构造。
金的赋存状态及粒度:自然金为金黄色、浅金黄色,形态呈树枝状、不规则棱角状、骨骸状、棒状、线状和片状等,以裂隙金、粒(晶)间金、包裹体金和空穴金方式赋存。多呈显微-微细粒状(小于0.1~0.002mm),少数较粗,粒径0.1~3mm。载金矿物主要为黄铁矿和石英,其次为黄铜矿和褐铁矿。
图4.4 沈家沟矿段地质图(据杨建喜,2004)
4.1.2.4 矿床成因
矿床与多期次的热液活动有关,从区域背景看,该区经历了3期大的成矿作用:早期以海相火山喷发作用为主,产出大量富含成矿物质的火山岩,形成该区主要的矿源层中期以区域性变质作用为主,伴随脆韧性变形运动,形成区域性褶皱和脆韧性剪切带、强片理化带及伴生断裂带。变质-变形作用所产生的热能热液使得矿源层中的成矿物质活化,并沿着构造变形带进行迁移,在有利的构造部位和地化环境中沉淀富集,形成矿(化)体。晚期的印支期大规模岩浆侵入活动,提供了足够的动力条件,而且还提供了重要的热源热液条件,使得成矿物质进一步活化、进一步叠加富集。矿床成因类型为热液充填-交代型(杨建喜,2004),不考虑矿床成因类型,而根据矿化类型划分,金矿床属石英脉型+蚀变岩型金矿。
4.1.2.5 控矿因素、找矿标志
(1)控矿因素
地层:李子园群中下岩组岩层金丰度值为0.0046×10-6~0.0064×10-6,局部地段大于0.3×10-6,变化系数69.7%,李子园群地层提供部分成矿物质来源。
构造:韧性断裂构造是控制成矿的主导因素,它既为矿液运移提供了通道,也控制了矿体的基本形态,既是控矿构造,又是储(容)矿构造。
岩体及脉岩:岩体及脉岩在空间上和成因上与金的形成关系最为密切,多数金矿(点)体分布于石英闪长岩岩脉和花岗岩脉边部及内外接触带或港湾状花岗岩枝的转弯处,局部地段岩体或岩脉内部本身含矿(金的丰度值为5×10-9,变化系数47.1%),说明岩体或脉岩既提供了矿源,又提供了运移的通道和富集的热源及空间。
(2)找矿标志
1)化探异常高值区,特别是次生晕高值区。
2)强蚀变地段,地表强褐铁矿化地段是一明显找矿标志。
3)岩体边部热晕范围内,特别是岩体分支、港湾处。
4)韧性剪切带、强片理化带。
一、矿源层
燕山地区太古宙—古元古代斜长角闪质中深变质岩系是金、银、多金属矿化的主要矿源层,它为成矿作用提供了矿质来源,这已为大量地质资料所证实。
1.矿化与太古宙—古元古代变质岩系空间分布的紧密相关性
燕山地区金、银、多金属矿床多数分布于太古宙—古元古代中深变质岩系中,如金厂峪金矿、华尖金矿、小营盘金矿、青羊沟铅锌矿、姑子沟银-多金属矿、金厂沟梁金矿、莲花山金矿等,冀东地区金矿多数分布于迁西群斜长角闪岩分布区,且矿化与矿源层空间上紧密伴生,矿源层金丰度较高(表4-1)。
表4-1 燕山地区太古宙—古元古代变质岩金丰度对比表
2.矿源层提供金、银、铅、锌等矿质的可能性
大量测试资料表明,燕山地区矿源层的Au、Ag、Pb、Zn、Cu含量较高,其在斜长角闪岩、斜长角闪片岩、片麻岩中的含量高于地壳克拉克值。于润林等以大量微金分析资料说明:冀东金厂峪一带迁西群以斜长角闪岩为主的变质岩金平均丰度为5.05×10-9,高于地壳克拉克值3.5×10-9;笔者在远离矿区的未蚀变的迁西群斜长角闪岩中取样并测定金丰度,测出其金含量为4.5×10-9,高于区内混合岩、麻粒岩与中生代火山岩,也高于地壳克拉克值(表4-1)。杨锡彬、傅成义等分别对冀西北、辽西地区变质岩与中生代岩浆岩的Pb、Zn、Ag、Mo丰度进行过研究,结果表明,在斜长角闪岩质变质岩中这些元素的丰度常高于混合岩与中生代火山岩、侵入岩(表4-2)。
表4-2 燕山地区变质岩与岩浆岩Cu、Pb、Zn、Mo、Ag丰度对比表
因此,燕山地区矿源层具有提供Au、Ag、Pb、Zn等矿质的良好地球化学背景。杨凯(1988)对冀东角闪质变质岩中金的浸出能力进行过实验研究,结果表明,在含HS-、Cl-等离子的较酸性溶液中,斜长角闪岩中的金有较强可溶性,易于迁入热液中;这为斜长角闪岩作为金的矿源层提供了实验依据。
3.金、银、多金属元素来源于矿源层的同位素证据
矿石铅同位素资料表明,燕山地区金、银、铅锌矿床的矿石混合铅中,第一阶段铅均来自于矿源层,模式年龄t1反映了矿源层的成岩年龄(表3-12)。从而说明矿源层对区内重要矿床成矿作用至少提供过部分矿质。
一些学者通过氢、氧同位素资料证实,成矿热液中有变质水的影响或加入(王时麒等,1985)。
上述资料充分地反映了燕山地区矿源层对金、银、多金属矿化的重要意义。
二、岩浆控矿
燕山地区中生代岩浆侵入、火山喷发作用对金、银、多金属矿化具有明显的控制作用。
1.岩浆活动与矿化空间上的紧密伴生性
燕山地区中生代大部分金、银、铜、铅、锌、钼矿化都与印支、燕山期岩浆侵入体或火山活动存在空间上的密切伴生关系;矿体或分布于中酸性火山岩、侵入岩内部,或分布于侵入岩接触带,前者如斑岩型金-铜-钼矿、火山岩型金-银矿、脉型钼矿,后者如夕卡岩型铜-钼-铅锌矿、脉型铅锌矿-多金属矿(表2-1)。中生代石英脉型金矿部分分布于中生代花岗岩内,如峪耳崖金矿、东坪金矿、茅山金矿、水泉金矿等(表2-1),部分分布于中生代花岗岩周围,如山家湾子金矿、金厂沟梁金矿、金厂峪金矿、撰山子金矿等矿床。蚀变岩型金矿如后沟金矿、高家店金矿等皆分布于中酸性侵入体中。中生代矿化与岩浆活动在空间上紧密伴生,并具有成因联系。
2.岩浆活动与矿化时间上的一致性
中生代金、银、多金属矿床成矿期与赋矿岩体、火山岩的成岩时代具有一致性,见表3-9、3—10和3—11。
在时间演化方面,燕山地区燕山期金、银矿化存在两个高峰期,其时代分别为160~170Ma与100~110Ma,与区内燕山期岩浆活动两个高峰期的发生时间一致(图3-20)。
3.岩浆活动提供矿液与矿质的可能性
燕山地区除矿源层提供矿质外,中生代岩浆活动也为矿化带来了部分矿质与矿液。
中生代赋矿岩体的有关微量元素丰度高于一般非含矿岩体,如铅锌矿、铜-钼矿赋矿岩体岩石Pb、Zn、Cu、Mo含量高于其他岩体(表4-2)。牛心山、茅山、峪耳崖、高家店等发育金矿化的花岗质岩石微金含量明显高于非金矿化岩体,也高于地壳克拉克值(表4-3)。这为有关矿化提供了良好的地球化学背景。
峪耳崖金矿、洼子店金矿等矿床的矿石硫同位素资料表明,δ34S呈单塔型分布,峰值所对应的δ34S略正偏(图4-1);反映矿石硫来源于下地壳或上地幔。
以上资料说明,中生代岩浆活动为本区成矿作用提供了部分成矿物质与成矿热液。
中生代岩浆活动与矿化空间上的紧密伴生性、时间上的一致性与岩浆活动提供矿质、矿液的可能性充分反映了燕山地区岩浆控矿的意义。
成矿热液的氢、氧同位素资料表明,部分矿床如峪耳崖金矿、金厂峪金矿的成矿热液部分来自于岩浆水,三家金矿、茅山金矿与金厂峪金矿的成矿热液有岩浆水的混入(图4-2)。
表4-3 燕山地区岩浆岩、变质岩金丰度对比表
①据于润林,1989;②据刘英俊等,1984;③据黎彤,1976;其余为本文资料。上角有*者为含金矿化岩石,其他为非含金矿化岩石。
图4-1 矿质来源于下地壳或上地幔深部源的金矿床矿石硫同位素分布图(据吉林冶金地质勘探公司研究所,1979资料编绘)
Fig.4-1 Diagrams of sulfer isotopic compositions of gold deposits in Yanshan area
a—峪耳崖金矿;b—洼子店金矿。纵坐标N为样品数
三、构造控矿
1.陆内造山作用创造出有利的成矿地质背景
图4-2 燕山地区部分金矿床含矿热液δD—δ18O图解(据于润林、余昌涛等,1989资料编绘)
Fig.4-2 Isotopic diagram of δD—δ18O of gold deposits in Yanshan area
燕山地区地质历史时期发生了多期强烈的地壳运动,但区域金、银、多金属成矿作用主要发生于中生代陆内造山时期,而在其它时期仅形成少量的金-多金属矿床(图3-18、3—19)。究其原因,主要是因为中生代陆内造山作用提供了非常有利的成矿地质背景,陆内造山期频繁的构造-热事件产生了金、银、多金属成矿所必需的热动力、成矿流体、合适的物理化学条件及良好的成矿构造环境。因此,中生代陆内造山作用成为燕山及邻区金-多金属成矿不可缺少的区域背景。
2.不同级别的构造在区域成矿中发挥不尽相同的作用
在燕山陆内造山带内,中生代不同级别的构造对不同级别的成矿单元提供不同类型的成矿地质条件。一级纬向与北东—北北东向隆起带提供金-多金属成矿的有利区域构造环境,区域主干深断裂带为热源体即岩浆的上涌提供必需的通道,区域性二级、三级断裂构造及其复合提供了良好的导矿构造与成矿流体长距离运移、循环的主要通道。矿田、矿区范围内的北东—北北东向、东西向、北西向及近南北向断裂、断裂破碎带、裂隙构造为成矿流体的运移、矿质富集提供了良好的空间。
3.断裂构造通过控制热源体分布进而制约矿化的空间展布
在燕山陆内造山带内,中生代断裂构造对火山喷发、岩浆侵入均有显著的控制作用。大部分的岩浆侵入体与次火山岩都沿不同级别的断裂带展布。而中生代岩浆是本区金-多金属矿化最主要的热源体,并能提供一定的矿质与成矿流体。因此,燕山陆内造山带断裂、岩浆活动、成矿作用三种地质事件常在时间、空间与成因上紧密关联,三位一体,构成中生代不同级别的断裂-岩浆-成矿带(吴珍汉,1991)。
4.主造山期构造脉动性活动导致成矿作用的多阶段性
在燕山陆内造山带内,中生代主造山期构造-岩浆热事件频发,构造调整作用非常活跃,使成矿期构造应力场发生一定程度的变动,导致矿田、矿区范围内成矿物化条件的波动与已形成矿脉的错动或破碎,在容矿构造带内部不断造成新的裂隙并在其中充填新的成矿物质,形成新的矿脉,从而产生热液型金、银、多金属矿化的多阶段性特点。不同阶段矿脉的矿石矿物组合、形成的温压条件都不相同,并且在空间上叠加或相互交切(图4-3)。
图4-3 冀东典型金矿床不同阶段矿脉穿切关系素描图
Fig.4-3 Sketch map showing the cross-cutting relation of veins of different metallogenicstages of gold deposits
1—绿泥石化花岗岩;2—绢云母片岩;3—绢英岩;4—钠长石-石英复脉;5—乳白色石英脉;6—硫化物-石英脉;7—第Ⅰ阶段石英脉;8—第Ⅱ阶段石英脉;9—成矿前石英脉;10—过渡地质界线
(一)主要成矿标志
此种类型金矿在浅成热液型金矿中所占比例最大,我国东部的华北地台北缘及东南沿海地区的大多数金矿以及西部古生代复合造山带的绝大多数金矿均属该类型,典型的金矿有黑龙江团结沟金矿,内蒙古-辽宁的金厂沟梁-二道沟金矿田、浙江治岭头金矿、新疆阿希金矿、马山金矿、甘肃南金山金矿等。
1.地质环境
区域地质背景多为成熟岛弧或活动大陆边缘,以及陆相火山岩地区坳陷与隆起的过渡地带(一般在坳陷区的边缘,有时可延伸到隆起区)。矿床多赋存于大陆活化带上叠式火山断陷盆地或复合造山带,以及与走滑断裂系有关的拉分火山盆地。大陆活化带的基底岩系为前寒武纪绿岩系;上部复合造山带的基底岩系为前震旦-早古生代的陆棚浅海相沉积岩。火山作用与成矿作用为同步型,成矿作用略晚于火山作用,时间间隔不长(零点几到几十百万年)。陆相火山岩地区,火山作用与成矿作用多为燕山期;海相、海陆交互相火山岩地区,两者均为海西期,但容矿围岩可以多种多样,既可以是火山岩、次火山岩、火山沉积岩,也可以是其基底变质岩。复合造山带的岩石组合为钙碱性的玄武质-安山质-英安质-流纹质,多数情况下为英安质-流纹质;大陆活化带的岩石组合为碱钙性玄武粗安质-粗安质-粗面质火山岩,成矿作用大多与火山岩同源的中酸性次火山岩有关。容矿岩石可以是喷发相、喷发沉积相、侵出相和岩颈相,也可以是次火山岩相的顶部。
2.矿床地质特征
控矿条件为破火山口系统和火山穹丘系统(放射状和环状裂隙系统,尤其是放射状裂隙系统),以及多组复合断裂构造。矿体一般与呈两个或多个方向发育的几个世代的断层或裂隙有关。
矿石自然类型一般为石英脉型,有时为热液角砾岩型和硅质岩型。矿物组合多为低温矿物,贱金属硫化物一般含量较高,主要矿物有白铁矿、辉锑矿、雄黄、雌黄、辰砂等,其次为银硫化物和硫盐,金矿物的成色相对较低。非金属矿物石英、绢云母、冰长石常见,绿泥石普遍。但在西部地区,由于成岩成矿时代较老,冰长石并不普遍存在,常转变为钾长石,进而转变成钾白云母和绢云母,在东部的某些矿床中,冰长石也有转变成钾长石的现象。矿床中不出现深成的明矾石,某些矿床出现的明矾石与成矿系统无关,是表生作用的产物。
蚀变通常以硅化、黄铁矿化和绢云母化为主,并围绕岩体或矿体具有一定的蚀变分带。典型的蚀变分带为:矿脉内的蚀变为硅化、冰长石化、绢云母化,由矿脉向外依次为钾长石化、硅化(绿泥石化)→绢云母化→泥化→青磐岩化。由于围岩的岩性和热液蚀变的物理化学条件变化以及热液系统的叠加作用,造成不同矿床的蚀变分带特征有一定的变化。在地表氧化带常见有漂白的围岩,褐铁矿,黄钾铁矾,针铁矿,含高岭石的泥化。
3.矿床地球化学特征
成矿热液蚀变温度一般较低,大多在120~300℃之间,但金的成矿温度多数在280~160℃。成矿早期温度可达300℃以上,但并没有金的形成,而是以形成贱金属为主。成矿晚期往往温度较低,也很少有金的形成,一般只沉积一些脉石矿物。
盐度一般较低,w(NaCl,eq)为1%~8%,多数<5%。但在沸腾阶段可以暂时高达10%以上。在某些贱金属含量较高的金矿床中,其盐度相对偏高。
压力一般较低,为(100~400)×105Pa,相当于深度为300~1200m左右。但多数在300~600m之间,少数可达1400m。
流体成分中,阳离子一般以K+和Na+为主,有时Ca2+较高;阴离子均以 为主,Cl-次之。不同阶段的流体往往有所区别,同时流体成分也与其容矿围岩有关。
硫同位素指示了硫源复杂,既有岩浆又有基底变质岩和容矿围岩的硫源。不同的矿床其硫源不同,以某一种硫源为主。
铅同位素指示了与硫同位素相似的特征,即混合铅。其模式年龄一般介于火山岩成岩年龄和基底变质岩年龄之间。
氢、氧同位素组成表明,流体均以再平衡大气降水为主,成矿早期有一定的再平衡岩浆水,但成矿期及成矿后期则以大气降水为主。
地球化学显示,元素的垂直分带较为清楚,与现代热泉型金矿的元素分带相似,即上部到下部一般为As、Hg、Sb→Ag、Au→Bi→Pb、Zn→Cu等。围绕次火山岩体(脉)以及矿体也常具有一定的水平分带,但不同矿床,其分带存在一定的差异性。
(二)金厂沟梁-二道沟金矿田
1.地质环境
金厂沟梁-二道沟金矿田位于赤峰-开源大断裂和北东东向的承德-北票深大断裂之间,断裂的外侧是中生代坳陷区,即辽西坳陷区。本区北西部边缘为NE向延伸的中三家大断裂,是四家子火山盆地与努鲁尔虎隆起的分界断裂。
太古宙建平群为本区古老结晶基底,中生代侏罗-白垩纪于北票二道沟和罗罗营子-金厂沟梁上叠式盆地形成了沉积盖层。
本区太古宙建平群地层为小塔子沟岩组,其主要岩石类型为灰黑、灰绿色富铁镁质斜长角闪片麻岩夹斜长角闪岩及磁铁石英岩。变质程度为低角闪岩相,为花岗岩-绿岩带的一部分,其U-Pb同位素年龄为2258Ma。
中生界侏罗系中统兰旗组(J2l)为一套英安流纹质火山岩。按岩性、岩相可分为上、下两部分:下部由英安流纹质熔结角砾岩、火山角砾岩组成;上部为灰紫、灰黄色流纹岩、球粒流纹岩夹流纹质角砾熔岩,流纹岩的U-Pb年龄为(145+1)Ma。
区内侵入岩发育,包括中元古代的片麻状二长花岗岩,印支期末的花岗岩岩基与燕山期的一系列浅成侵入体和次火山岩墙。燕山期侵入岩体呈岩株状产出,包括石英闪长岩、花岗闪长岩、似斑状花岗闪长岩和二长花岗岩。其中与成矿关系密切的是西对面沟花岗闪长岩岩体。
西对面沟花岗闪长岩呈岩株产出,出露面积4.16km2。岩株可以分为细粒等粒的边缘相和斑状中心相,两者呈渐变过渡关系。其边缘相中的三个锆石颗粒的分析结果几乎一致为131.2Ma,其黑云母K-Ar年龄为(128±2)Ma,其中心相花岗闪长斑岩的锆石U-Pb年龄为128.0~125.5Ma。另外,围绕西对面沟岩体还发育环状和放射状的岩脉。
区内与侵入有关的角砾岩为爆破角砾岩,众多的爆破角砾岩体在宏观上形成了围绕西对面沟岩体分布的弧形带状,这一弧形带在空间上正好与环状岩墙吻合。
燕山运动早期,断裂呈北西向和北北东向,古老东西向与北东向构造也有复活的特点。其中北西向构造控制了二道沟上叠式盆地中侏罗纪中酸性火山岩的分布。燕山运动晚期(白垩纪)构造岩浆活动减弱,在北西向与北东向断裂交汇部位侵入了对面沟花岗闪长岩。
由于后期抬升和剥蚀作用的影响,二道沟火山机构的火山口和火山锥都已剥蚀殆尽,现仅存火山管道相的次火山岩、浅成侵入体和断陷盆地中的火山岩、火山碎屑岩。
与岩浆上拱-喷发相关联,本区形成了锥状断裂系、环状断裂系和放射状断裂系的所谓火山-侵入穹隆构造(图3-1)。由于受东西向和北西向断裂的影响,本区火山-侵入穹隆构造发育得不那么典型。
图3-1 金厂沟梁-二道沟地区矿物组合空间分布规律图
1—第四系;2—白垩纪火山岩及其碎屑岩;3—侏罗纪火山岩及其碎屑岩;4—太古宙变质岩;5—石英闪长岩;6—花岗闪长岩;7—花岗闪长斑岩;8—片麻状花岗岩;9—黑云粗安岩;10—断层;11—矿化分带大致界线;12—矿脉;13—地质界线及推测界线;14—砂金;15—金矿靶区;16—金矿远景区。中心带:铜钼金矿化,黄铜矿+辉钼矿。内带:冰长石-绢云母型金矿化,黄铜矿+黝铜矿+辉锑矿。中带:冰长石-绢云母型金矿化,黄铁矿+紫水晶。外带:冰长石-绢云母型金矿化,方铅矿+闪锌矿
2.矿床地质特征
根据矿化或矿体产出状态及其矿物组合特征将区内金矿化分为斑岩型铜-钼-金矿化和冰长石-绢云母型金矿化。
斑岩型铜-钼-金矿化主要呈环带状产于西对面沟中心岩体和岩体北部边缘。在岩体中,矿化主要产在两相岩石的过渡带附近,明显受密集节理带控制。岩体北部,矿化主要受片麻状二长花岗岩中的北西向断裂及片麻状二长花岗岩与老变质岩的接触带控制。
根据矿物组合的空间分布,矿区可分出四个矿化带,即中心带、内带、中带和外带。中心带为铜-钼-金矿化带,矿体呈似层状、浸染状和透镜状。据李福元资料(1989),主要矿化元素含量分别为铜0.3%~0.7%,钼0.0008%~0.07%,金(0.1~1)×10-6,银(4~13)×10-6。金属矿物以黄铁矿、黄铜矿和辉钼矿为主,见有少量的黝铜矿、斑铜矿和磁黄铁矿。脉石矿物主要是石英和绢云母。矿化具有一定的垂直和水平分带。由深到浅,由环带内侧到外侧,矿化表现为钼矿化→铜矿化→黄铁矿化,而矿石构造表现为微脉-浸染状→细脉-浸染状→较粗大的脉体。矿化带本身具有明显的硅化和绢云母化,局部为绿泥石化和高岭土化。然而矿化带所环绕的西对面沟岩体中心都有明显的钾化,包括钾长石化和黑云母化,在矿化带的外部岩相中,岩石则呈广泛而不均一的青磐岩化,构成了一个不太典型的斑岩矿化蚀变带。
内带、中带和外带为冰长石-绢云母型金矿化带,主要产于火山-侵入穹隆构造中,受火山-侵入穹隆构造控制,脉体也呈放射状和环状展布。金矿体一般产在距西对面沟岩株接触带500~4000m的范围内。容矿围岩具有多样性:金厂沟梁金矿的围岩以太古宙变质岩为主,少量为侏罗纪石英斑岩岩墙;二道沟金矿的围岩为侏罗纪火山岩、石英闪长岩和石英闪长玢岩;长皋金矿的围岩以印支期末的花岗斑岩为主,少量为侏罗纪-早白垩世的闪长玢岩和正长斑岩等。
区内三个金矿床矿石的矿物组成具有相似性,金属矿物以金属硫化物为主,包括黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、黝铜矿、辉锑矿、白铁矿、辉铜矿、斑铜矿、辰砂、雄黄、辉铅铋矿、辉银矿、脆硫锑矿、毒砂和磁黄铁矿(微量)和金银互化物。其中以黄铁矿含量最高,可达90%以上。非金属矿物以石英、绢云母和绿泥石为主,其次为碳酸盐矿物、黝帘石和绿帘石,再次为萤石和冰长石。
金银矿物主要产于黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、黝铜矿和石英中。总体上,金银矿物以银金矿和金银矿为主。早期成矿阶段形成的黄铁矿中金的成色高,而晚期成矿阶段的金属硫化物中金的成色低(李绪俊,1988)。
本区围岩蚀变非常强烈,总体呈线性带状。三个矿床的蚀变由于其围岩岩性不同而显示出既有相似性又各具特色,金厂沟梁金矿围岩以角闪质岩石为主,蚀变强烈而广泛,以出现透闪石化、阳起石化、绿帘石化和绿泥石化为特色;二道沟和长皋金矿蚀变作用不如金厂沟梁强烈,一般为绢云母化、硅化、碳酸盐化和黄铁矿化等。在三个矿床中,冰长石化在金厂沟梁相对量大,而二道沟和长皋相对较少。
三个矿床围岩蚀变的共性:①均有明显的高、中、低温蚀变矿物组合,并出现冰长石+绢云母典型低温矿物组合;②围岩蚀变具有分带性,由蚀变带中心向外为硅化→浸染状钾长石+黑云母化→绿泥石+绢云母(冰长石)化→青磐岩化;③黄铁矿化和硅化在三个矿床中都广泛存在,且其形成温度范围和空间分布范围都比较大;④不同期的蚀变在空间上皆存在叠加现象。
3.流体包裹体和稳定同位素地球化学
金厂沟梁金矿的石英包裹体均一温度变化在237~359℃之间,二道沟金矿均一温度为213~298℃。前者相对偏高,这可能与剥蚀深度不同有关。
流体包裹体成分分析表明,从早期到晚期,阳离子均以Na+、K+为主,阴离子除细粒石英-黄铁矿阶段为F-和 外,其余以Cl-和 离子为主。在气相中,H2O占主要地位,其次为CO2,流体盐度非常低,NaCl含量一般小于3%~5%。
区内黄铁矿的硫同位素测试结果表明,δ34S变化在-9.41‰~+1.95‰,其δ34S∑S变化在-2.81‰~+8.64‰之间,其中围岩蚀变中黄铁矿δ34S∑S为负值,富轻硫,而矿体中的黄铁矿δ34S∑S为正值,富重硫。
金厂沟梁金矿的δ34S∑S值平均小于+4.0‰,二道沟金矿的δ34S∑S平均小于8.45‰,长皋金矿δ34S∑S平均值小于8.51‰。金厂沟梁金矿的δ34S∑S值最低,主要与其围岩的性质有关,其围岩为花岗绿岩带中的拉斑玄武岩类,其中硫为幔源硫,这些硫与热液混合的结果使δ34S∑S值偏低。长皋金矿和二道沟金矿围岩分别为花岗斑岩和酸性火山岩,围岩中的硫相对富集重硫,从而导致混合δ34S∑S偏高。
矿石铅同位素组成范围为206Pb/204Pb为16.8320~17.458,207Pb/204Pb为15.272~15.741,208Pb/204Pb为36.8257~39.21,反映了较大的变化范围,为非正常铅。二道沟金矿围岩为侏罗纪流纹岩和石英闪长岩等,长皋金矿围岩为晚三叠世花岗斑岩,矿石中铅同位素具有较多的放射性成因铅。金厂沟梁金矿围岩主要为太古宙片麻岩,但矿脉与中生代岩墙紧密相伴,矿石铅也具有较多的放射性成因铅,但相对前两者略少。如果将铅同位素组成投影到207Pb/204Pb-206Pb/204Pb图解上,它们近似线性排列。显然,该线是一个混合线,铅部分来自前寒武纪片麻岩,部分来自中生代岩浆岩。
二道沟金矿的δ18OH2O为-5.58~+1.30,反映了其热液中的水主要为大气降水。对蚀变围岩的氧同位素组成分析表明,由新鲜岩石到蚀变岩石,δ18O多数降低,这种变化表明,蚀变作用是大气降水引起的,亦即大气降水在热液蚀变中起着主要作用。
金矿体在西对面沟切割了花岗闪长岩岩体(128~131Ma),而在金厂沟梁金矿,矿体又被黑云粗安岩岩墙(123Ma)切割。因此矿床的形成时代应在123~128Ma之间。
(三)阿希金矿
阿希金矿位于新疆伊宁县境内,产于吐拉苏火山盆地中。吐拉苏火山盆地是西天山北段晚古生代构造-岩浆成矿带的重要组成部分。盆地基底具双层结构,下部构造层为前震旦系结晶基底,上部构造层为未变质的震旦-早古生界陆棚浅海相沉积岩系。
1.矿区地质特征
矿区内出露的地层为下石炭统大哈拉军山组和阿恰勒河组(图3-2),前者主要为一套陆相中-中酸性火山碎屑岩-火山岩建造;后者为一套浅海相碎屑岩-碳酸盐岩建造,并以角度不整合覆于前者之上。
矿区以断裂构造为主,褶皱构造不发育。断裂构造以南北向断裂为主,北西向次之,少量东西向,后者属基底断裂,对本区构造格架起着控制作用;前者多是经向基底断裂的再现。
阿希矿区古火山机构为一中心式喷发中心--破火山口,在地面磁测图上呈一典型的椭圆形之环状磁异常带,通过化极和深部延拓表明,深部也存在环状构造和放射状断裂。阿希金矿正处于该环状构造西部边缘。
矿区以火山断裂为主,已发现的火山断裂大体可分为放射状、环状和不规则状三组。
图3-2 阿希矿区地质图
1—下石炭统阿恰勒河组凝灰质砂岩、灰岩;2~8—下石炭统大哈拉军山组:2—安山质角砾熔岩,3—石英角闪安山玢岩,4—安山质火山角砾岩,5—集块角砾岩,6—安山岩,7—晶屑岩屑凝灰岩,8—安山质凝灰岩;9—长石斑岩;10—断裂及编号;11—产状;12—金矿体及编号
2.矿床地质特征
阿希金矿近南北向展布的矿(化)带由七个主要矿体构成(图3-2),其中西矿带有四个主要矿体(编号I至Ⅳ),呈近南北向略向南西凸出的弧形展布,为阿希金矿床的主体。目前划分为两个矿段,北段由I号矿体构成;南段由Ⅰ至Ⅳ号矿体构成。东矿化带距西矿带400m,主要由3个右型斜列小矿化体(编号V至Ⅶ)构成。在西矿带东侧阿恰勒河组底部砾岩中,尚有沉积砾岩型的矿化。现以西矿带为例阐述如下:
Ⅰ号矿体位于火山机构西缘F2断裂上盘之石英闪长安山玢岩中,总体呈北东10°方向延伸,倾向东(110°±),倾角85°~55°。为一上宽下窄,上陡下缓,在平、剖面图上具有膨缩、分支、向深部逐渐变薄乃至尖灭的脉状矿体。矿体总长大于1000m,最大斜深450m,最大厚度35m,一般厚11~15m。
矿体由石英脉型和蚀变岩型矿石组成,具垂直分带现象,顶部为古风化壳及近代风化壳,构成铁帽,由氧化和半氧化矿石组成;其下是以胶结状石英-玉髓为主的硅帽;再下为胶结状矿石组成的主矿带。石英-碳酸盐脉、石英-硫化物脉为后期叠加产物。
围岩蚀变按成因可分为两大类:一类是与火山活动过程中火山热液有关的自变质作用;另一类是与火山期后成矿热液有关的近矿蚀变作用。前者主要表现为面型的绿泥石化、碳酸盐化,与金矿关系不大;后者主要表现为线型的硅化、绢英岩化、粘土化以及绿泥石化、碳酸盐化,与金矿化关系较密切。除此之外,矿区尚普遍存在黄铁矿化及冰长石化。蚀变带在空间上呈现有规律的对称带状分布,以矿(化)带(矿体)为中心向两侧(上、下盘)依次为硅化带、(黄铁)绢英岩化-粘土化带、绿泥石化带;其蚀变强度由内而外由强变弱,一般矿体上盘蚀变带较宽,可达50m以上,下盘略窄,且由地表向下,随金矿化体的变小,蚀变带宽度也变窄。
矿物组分复杂,现已发现矿物达40余种,除金、银矿物外,主要金属矿物有黄铁矿、白铁矿、毒砂、磁黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿。主要脉石矿物有石英、玉髓、伊利水云母、绢云母、菱铁矿、方解石、白云石(铁白云石)、绿泥石等,次要有冰长石、重晶石等。
在不同类型矿石中,金矿物的形态基本相同,绝大部分呈他形晶,且主要呈不规则粒状(为主)、浑圆状和片状,其次为棒状、树枝状和发状等,个别呈自形。
根据电子探针分析结果,金矿物金含量在84.26%~53.6%之间,含银量在13%~45%,此外,尚有Fe、Mn、Cu、Cd、Sb、As、Zn等多种微量元素。通过34件样品统计,金的成色在866~544之间,其中以800~700者为主(约占53%)。
根据矿石中矿物的共生组合、产出特征及其相互关系,将本期成矿作用划分为四个成矿阶段,即灰白色石英脉-硅化阶段,烟灰色石英脉-硅化阶段,石英-硫化物阶段,石英-碳酸盐脉阶段。
阿希矿区所采的五个岩石、矿石样品(英安岩、烟灰色含金石英脉和碳酸盐石英脉),进行全岩K-Ar同位素年龄测定结果,多数集中在324.4~338.2Ma之间,证明阿希金矿成矿时代应为石炭纪维宪世。
3.矿床地球化学
测定的45个流体包裹体均一温度集中在120~180℃间,统计结果,塔式分布特征明显,峰值为150℃左右,说明阿希金矿不同期次矿化过程中成矿流体温度基本一致。
利用邵洁涟的经验公式,计算而获得的成矿压力为(73~218)×105Pa,集中分布于100×105Pa左右。若以岩石静压力250×105Pa换算,其成矿深度为400~500m。
流体盐度变化范围为0.35%~9.6%,平均为3%。
矿物包裹体的液相主要成分有K+、Na+、Mg2+、Cl-、 ,而Ca2+、F、 只在部分样品中见到。气相成分中以H2O为主,几乎都在95%以上,其他主要成分为CO、CH4、N2、H2、CO2,而O2在部分样品中见到。液相成分中K+含量最高。
金矿石中黄铁矿δ34S值变化范围为+0.95‰~+10.15‰之间,平均为4.93‰,属于“重硫型”,反映黄铁矿形成时的环境属较封闭的还原环境,各样品的δ34S值较接近,说明它们在形成时环境相似且较稳定。
阿希金矿δ18OH2O全是负值,其变化范围为-9.839‰~-2.579‰,显示大气降水的特征,结合δD值-59‰~-115.6‰推知,阿希金矿热液中的水主要是大气降水。
在207Pb/204Pb-206Pb/204Pb构造模式图解上,安山岩有明显的线性排列,说明它基本上是由不同来源铅按不同比例混合而成,其投影点大部分落在造山带附近;铅锌矿和长石斑岩中铅同位素数据投影点落入地壳铅平均演化曲线上:金矿石中铅介于地幔和造山带铅之间。
总之,金矿石、安山岩、安山玢岩中铅与铅锌矿、长石斑岩中铅同位素组成不同,前者(矿石和火山岩中铅)均为造山带铅,有幔源铅加入,后者均为上地壳铅。说明金矿石和围岩(安山岩、安山玢岩)有共同的铅源,铅来源于火山岩,从而推测金矿质亦可能来源于火山岩。
(一)成矿地质环境
(1)区域地质背景
产于成熟岛弧或活动大陆边缘(如新疆西天山阿希金矿),以及陆相火山岩地区坳陷与隆起的过渡地带。一般产在坳陷区的边缘,如黑龙江团结沟金矿和辽西义县红石砬子金矿等,有时可延伸到隆起区,如内蒙古的金厂沟梁金矿和辽宁的二道沟金矿同围绕着西对面沟花岗闪长岩体分布,二道沟金矿位于火山盆地内,而金厂沟梁金矿则位于基底隆起区的一侧。
(2)火山地质背景
一般为上叠式火山断陷盆地以及与走滑断裂有关的拉分盆地,基底岩系大多为前寒武纪绿岩系,如华北地台北缘和东北地区等。一般而言,无论是在火山口区还是在远离火山口的断裂-裂隙区,其深部均存在一个与火山作用有关的古地热系统,这种地热系统大小不一,大的热源与高位岩浆房有关,小的热源可能与深部的次火山岩或侵入体有关。
(3)时差类型
岩浆作用与成矿作用为同步滞后型,成矿作用略晚于岩浆作用,时间间隔不长(零点几到几十百万年,但一般在1Ma以上)。陆相火山岩地区,岩浆作用与成矿作用时代均为燕山期;海相、海陆交互相火山岩地区,两者均为海西期,但容矿围岩可以多种多样,既可以是火山岩、次火山岩、火山碎屑沉积岩,也可以是其基底变质岩,如果容矿围岩是基底变质岩,则容矿围岩与成矿作用的时差可以很大。
(4)岩石组合
钙碱性的玄武质-安山质-英安质-流纹质(多数情况下为英安质-流纹质),钙碱性玄武粗安质-粗安质-粗面质(±响岩质)火山岩,其中前者岩石组合见于岛弧和活动陆缘的构造背景中,后者见于东部地区的大陆活化带中,但成矿作用大多与火山岩同源的中酸性次火山岩有关。多数金矿产于中酸性岩石中,容矿岩石在一个特定矿区内,往往有几种,可见岩性不是一种重要的控矿因素,除非它控制着渗透性。
(5)岩相条件
容矿岩石可以是喷发相、喷发沉积相、侵出相和岩颈相,也可以是次火山岩相的顶部,但很少产于强熔结的火山灰流相中,这可能与其孔隙度较低而不利于热液流体流动有关。
(二)矿床地质
(1)控矿条件
破火山口系统和火山穹丘系统(浅成-超浅成次火山岩体及其上部接触带或爆破角砾岩、火山盆地边缘断裂带、放射状和环状裂隙系统,尤其是放射状裂隙系统),以及多组复合断裂-裂隙系统构造(脆性构造或韧性剪切带)控矿。其中以破火山口系统最为重要,大型金矿均与破火山口系统有关。矿体形态有脉状、复脉状、网脉状、束状、透镜状和不规则状等。
(2)工业类型
一般为石英脉型,有时为蚀变岩型、热液角砾岩型和硅质岩型。硅质岩型矿体出现于矿体的上部,而出现石英脉型还是蚀变岩型矿体则取决于控矿构造,如果控矿构造为张性和张扭性构造,则出现石英脉型矿体;如果控矿构造为韧性剪切带,则往往是蚀变岩型矿体。但是有时这两种矿体也可以同时存在,如在上部出现石英脉型矿体,而在下部出现蚀变岩型矿体。
(3)矿物组合
贱金属硫化物一般含量较高,如二道沟金矿,但在某些金矿中,贱金属硫化物的含量也较低,并且大多相对贫铜。除此之外,还常出现低温的矿物组合,如白铁矿、辉锑矿、雄黄、雌黄、辰砂等。银硫化物和硫盐常见,金矿物的成色相对较低,以金银矿和银金矿为主。脉石矿物石英、绢云母、冰长石常见,绿泥石普遍,其中绢云母和冰长石是鉴定这类金矿的标志。在剥蚀较浅的矿区,在沸腾面之上,出现热泉沉积的硅质岩和泉华(玉髓和蛋白石)。但在西部地区,由于成岩成矿时代较老,冰长石并不普遍存在,常转变为钾长石,进而转变成钾白云母和绢云母;而在东部的某些矿床中,冰长石亦已转变成钾长石。脉石矿物不出现深成的明矾石,但有时可出现浅成的明矾石,这种浅成的明矾石是表生条件下氧化的产物。在垂直方向,矿体上部以金、金-银和含金金属硫化物为主,并与石英、绢云母和冰长石等脉石矿物共生,往下部铜、铅、锌等金属硫化物有增多的趋势。
(4)蚀变及其分带
一般而言,蚀变以硅化、黄铁矿化和绢云母化为主,并围绕岩体或矿体通常具有一定的蚀变分带,典型的蚀变分带为:矿脉内的蚀变为硅化、冰长石化、绢云母化,由矿脉向外依次为钾长石化、硅化(绿泥石化)→绢云母化→泥化→青磐岩化。由于围岩的岩性和热液蚀变的物理化学条件变化,不同矿床的蚀变分带特征有一定的变化。但是最外部的蚀变带一般均为青磐岩化,其特征矿物是绿泥石、绿帘石和碳酸盐,并常常有浸染状的粗粒状具立方体晶形的黄铁矿。
(三)地球化学
(1)成矿温度
成矿热液蚀变温度一般较低,大多在120~300℃之间,但金的成矿温度多数在280~160℃。成矿早期温度可达300℃以上,但并没有金的形成。晚期贫金属的流体一般在180℃以下沉淀出脉石矿物。
(2)盐度
盐度一般较低,w(NaCl,eq.)为1%~8%,多数<5%。但在沸腾阶段可以暂时高达10%以上。较高的盐度流体一般出现在贱金属含量较高的矿脉中。
(3)压力
一般较低,为(100~400)×105Pa,相当于深度为300~1200m。
(4)流体成分
阳离子成分一般以K+和Na+为主,但c(K+)/c(Na+)比值一般较低,有时Ca2+较高;阴离子均以和 Cl-为主。流体中 Cl-的含量与矿石中贱金属的含量成正相关关系。气相成分中主要是水,一般还含有较多的 CO2,有时可能含有 H2S和 SO2。
(5)硫同位素
硫同位素指示了硫源复杂,既有岩浆的硫,又有基底变质岩和容矿围岩的硫源,有时有生物硫。其中有许多金矿床的硫同位素组成接近于陨石硫,显示出以岩浆硫为主的硫源特征,它可能直接来自深部,或是由火山岩围岩派生而来。
(6)铅同位素
铅同位素指示了与硫同位素相似的特征,即混合铅。其模式年龄一般介于火山岩成岩年龄和基底变质岩年龄之间。也有一些金矿的方铅矿的初始铅比值反映了较明显的放射成因,这说明相当大的一部分铅来自于火山岩之下的太古宇变质岩或显生宇岩石。
(7)氢、氧同位素
氢、氧同位素表明,主成矿期流体均以再平衡大气降水为主,成矿早期有一定的再平衡岩浆水。反映出表部地下水与较深部的受热氯化物卤水相混合的特征。
(8)地球化学找矿标志
元素的垂直分带较为清楚,与现代热泉型金矿的元素分带相似,即上部到下部一般为As、Hg、Sb、Tl→Ag、Au→Bi→Pb、Zn→Cu等。围绕次火山岩体(脉)以及矿体也常具有一定的水平分带,但不同矿床,其分带存在一定的差异性。
(四)与国外同类矿床的比较
低硫浅成热液型金矿在国外火山岩和次火山岩区的浅成热液型金矿占的比例最大,其研究程度也最高,Bonham(1986)和 Heald(1990)等对此作过总结,并进行了系统的分析。为了深入认识该类型矿床的成矿过程及其内在特征,对我国和国外的该类型金矿的一些主要特征进行对比,见表3-1,从中不难发现,我国的低硫浅成热液型金矿既有与国外该类型金矿相似的一面,又有其特殊性,主要反映在成矿时代上。正如前面所述,我国东部金矿的成矿时代为中生代,而国外为新生代,所以在成矿时代上要老得多,也可能正因为如此,而未见出现大量的冰长石化,这可能是由于冰长石已蚀变成钾长石或高岭石。另外,也由于成矿时代较早,其矿床的剥蚀程度较大,所以在我国的该类金矿床中未见矿体上部的泥岩化、硅质泉华等,现在所见的矿体只是相当于国外同类矿床的中下部特征,所以也正因为如此,国外的该类金矿无论是在时间上还是在空间上似乎都不直接与火山作用晚期的侵入岩有关,而只是通过间接的方法(如地球物理方法)推测矿床下部可能有隐伏岩体存在,我国有相当多的金矿则明显表现为时空上与次火山岩有关。因此,和国外同类矿床结合起来可以恢复该类矿床的总体特征。
表3-1 国内外低硫型浅成热液型金矿主要特征对比表
续表
需要指出的是,我国低硫浅成热液型金矿分布于东部地区、西南地区和西北地区,分属环太平洋成矿带、特提斯-喜马拉雅成矿带和古亚洲成矿带,但和世界上这三个巨大金、银成矿带的同类金矿相比,我国的金矿规模则要小得多,如在环太平洋成矿带,有许多巨型金矿,它们的金矿金的储量均在100t以上,如美国的麦克劳林、郎得山、科姆斯托克,墨西哥的瓜纳华托、Pachuca,日本的菱刈,菲律宾的阿库潘等,而同处于环太平洋成矿带的我国东部地区的同类金矿大的也只有几十吨,一般不超过50t,究其原因,可能有如下几点:①西太平洋地区由于太平洋板块的俯冲作用,使得该地区构造-岩浆活动一直比较活跃,并且在火山喷发以后有次火山岩和侵入岩的侵入活动。我国东部地区的大规模火山活动发生于侏罗纪—白垩纪,第三纪以后的火山活动和构造运动非常弱。②西太平洋地区与成矿有关的火山岩为钙碱性系列火山岩,而我国东部地区为碱钙性火山岩。③西太平洋地区存在有大量的热泉活动,造成强烈氧化带,在开放系统中形成了丰富的自然硫和硅帽,在许多金矿的地表见到玉髓和蛋白石;而我国东部地区的金矿区中没有见到此类现象。
根据对燕山陆内造山带金、银、多金属矿床的长期观测、研究成果及区域金-多金属矿化的时-空分布规律与构造控矿规律,结合与世界其它典型构造带区域成矿特点的对比分析,作者对燕山陆内造山带金-多金属区域找矿前景与进一步找矿方向进行了剖析,取得一些新的认识。本节将在此基础上,提出若干初步意见与建议。
一、矿化集中区预测与评价
燕山地区中生代成矿带与矿化集中区具有等距性分布特点,矿床空间分布可据概率函数P(z)进行定量描述,据此预测以下有找矿远景的矿化集中区,并指出其中找矿方向(各预测区的位置及矿床空间分布概率详见图4-7)。
1.阜新金矿集中区
位于阜新市东北部医巫闾山北缘,中心部位矿床空间分布概率达0.6。这一矿化集中区成矿条件优越,发育山岳沟、医巫闾山等中生代及部分晚古生代花岗岩,发育多条韧性剪切带如排山楼、下府—他本扎兰、福兴地等东西向韧性剪切带与北东向锦州—排山楼韧性剪切带(图1-12)及多条北东向、北北东向新华夏系断裂,还广泛出露建平群中上部变质岩系。因此本区是寻找韧性剪切型金矿、石英脉型金矿的良好金矿集中区。该区已发现多个金、银矿点,近年来辽宁地质矿产局又在该区新发现并探明1处大型—特大型韧性剪切型金矿即排山楼金矿,这进一步显示出本区良好的找矿远景。
2.义县红石砬金矿集中区
位于义县西南部,其中心部位矿床空间分布概率达0.6。区内广泛发育白垩纪早期火山岩,其下部发育矿源层。近年来在红石砬新探明1处中小型火山-次火山岩型金矿,该金矿位于红石砬环状构造边部。本区成矿条件良好,是进一步寻找火山-次火山岩型金矿的远景区,尤其值得重视的是红石砬环状构造周缘的找矿评价工作。
3.昌黎矿化集中区
位于昌黎县,中心部位矿床空间分布概率达0.9。区内广泛出露矿源层,发育昌黎花岗岩等燕山期侵入体,且山海关—锦州深断裂切过本区,顺该深断裂局部发育白垩纪火山-次火山岩,可见其成矿条件良好,是寻找火山-次火山岩型金银矿、石英脉型金矿的良好远景区。但目前区内尚未发现1处矿点、矿床,有待于进一步工作。
4.围场金银矿化集中区
位于围场县,中心部位矿床空间分布概率达0.8。该区成矿条件好,发育锥子山、牛家营子等燕山期花岗岩,出露大片白垩纪早期中酸性火山岩,矿源层出露较多,发育不同级别的北东向、东西向断裂,是寻找火山-次火山岩型金银矿与脉型金银矿的良好远景区。近年来在该区围场西北部新发现1处较有远景的小扣花营—满汉土银矿,为本区找矿工作打开了新局面。
5.紫荆关金银铅锌铜矿化集中区
位于涞源县西部,中心部位矿床空间分布概率达0.9。区内燕山期岩浆侵入活动十分强烈,广泛出露矿源层与碳酸盐岩系,夕卡岩化强烈,成矿条件优越,是寻找夕卡岩型铅锌-铜矿、石英脉型金银矿的良好远景区。
6.三义庄多金属矿化集中区
位于燕山地区西南端,中心部位矿床空间分布概率达0.9。区内发育大片白垩纪、侏罗纪火山岩、次火山岩,出露大片矿源层与碳酸盐岩系,发育多条北东向断层与多个环状构造,成矿条件较好,是寻找火山-次火山岩型金银矿、夕卡岩型多金属矿的远景区。
7.万盛永、太仆寺旗矿化集中区
这两个地区新生代地层覆盖较重,但矿床空间分布概率较大,达0.5~0.8,中生代成矿条件也较好,是寻找隐伏火山-次火山岩型金银矿、石英脉型金矿的远景区。
二、若干重要类型金矿的成矿远景与找矿方向
1.韧性剪切型金矿
燕山陆内造山带近年来新发现的排山楼大型—特大型韧性剪切型金矿床与新鉴别出的医巫闾山环状韧性剪切带(或变质核杂岩)在时-空及成因上均存在密切关系,新发现的崎峰茶金矿与云蒙山环状韧性剪切带存在密切关系,这为本区金矿找矿工作提供了重要的新线索。
已发现的云蒙山与医巫闾山环状韧性剪切带都是规模很大的区域性构造带,其中心部位为燕山期中酸性侵入体,属于成矿的热源体,外围为中新元古界,属于阻隔成矿流体外逸的良好隔离层,发生强烈韧性剪切变形的早前寒武纪变质杂岩系属于区内重要的矿源层,韧性剪切带片理及其后叠加的脆性断层则属于含金热流体运移与金矿质储存的良好空间(图6-1)。这样的地质构造条件是燕山陆内造山带金矿成矿的优良场所,是韧性剪切型(排山楼式)金矿、石英脉型及复脉型(崎峰茶式)金矿找矿非常有利的部位。排山楼金矿与崎峰茶金矿的发现为燕山地区环状韧性剪切带金矿找矿工作提供了重要启示。今后应将排山楼式与崎峰茶式金矿的找矿勘探与环状韧性剪切带联系起来,在环状韧性剪切带内部与周缘进一步寻找更多、更大的不同类型金矿床,尤其应注意在环状韧性剪切带内部寻找大型—超大型韧性剪切型(排山楼式)金矿床。
在中生代线性韧性剪切带及其周缘燕山期岩体附近,在有利的成矿环境中,也能够形成韧性剪切型金矿床。这样的构造部位在燕山陆内造山带北部分布较广泛,如福兴地与下府韧性剪切带、崇礼—赤城韧性剪切带和大庙—头沟韧性剪切带,这些地带成矿条件与排山楼金矿类似,且与排山楼金矿同处于崇礼—大庙—阜新东西向晚古生代—印支期构造-岩浆带内,是寻找韧性剪切型金矿的良好远景区带,其中的隆化西部大两间房、承德北部小三岔口等地糜棱岩中,经笔者测金分析,岩石中金丰度达0.01×10-6~0.1×10-6,具有较高金异常,值得进一步开展工作。
2.蚀变岩型金矿找矿有利部位
后沟金矿的发现与研究为本区蚀变岩型金矿找矿提供了新的思路。该矿床发育于崇礼—赤城—大庙构造带西段,矿区内晚古生代—印支期糜棱岩、混合岩发育,矿区内发育S型花岗岩、混合花岗岩,矿化与韧性剪切变形、岩浆热液活动均存在密切关系。与该矿床存在类似地质构造条件的地区尚有:丰宁南部南猴顶、承德北部大庙—神树底下一带,这些地区晚古生代—印支期韧性剪切带、S型花岗岩、混合岩化紧密伴生,晚期东西向脆性断裂活动叠加于早期糜棱岩带之上,伴有绿泥石化、绢云母化、硅化等蚀变,局部已发现含金石英脉,是蚀变岩型金矿找矿的有利部位。
区内新华夏系主干断裂带内尽管发育许多厚大的压性-压扭性断裂破碎带,但多缺乏早期韧性剪切变形与S型花岗岩、混合岩,所以难以形成类似于后沟金矿那样的大型蚀变岩型金矿,这大概是以前在这些构造带中寻找蚀变岩型金矿长期以来没能取得重大突破的原因所在。
3.长城群沉积岩层中寻找似层状金、银矿
燕山地区受剖面“入”字型构造控制的石英脉型金矿、脉型银矿分别呈似层状、扁豆状分布于长城群底部碎屑岩与上部白云岩、白云质灰岩夹页岩中,前者如山家湾子金矿、白庙子金矿等,后者如梁家沟、东山银-多金属矿,这些矿床虽然呈似层状分布,但仍属于与中生代岩浆热液活动有成因联系的脉状矿床。在冀东小马坪、汤道河、山家湾子南、二拔子等地存在类似剖面“入”字型构造与相似金矿成矿条件,一些地点如小马坪、二拔子已发现一些似层状含金石英脉,因此这些地区是寻找似层状金矿的良好靶区。另外,这类金矿矿体在深部会有较大延伸,在平面上可能顺主干断裂进入变质岩与中生代岩体中,如山家湾子矿区;故应注意深部与外围的找矿评价工作。东山—姑子沟矿带、梁家沟、相广等银-多金属矿带深部及外围,中生代岩浆活动、矿源层、剖面“入”字型构造均十分发育,是进一步寻找新矿体的良好部位。
另外,在二道沟火山-次火山岩型金矿矿区,深部发现一些矿脉延入中深变质岩系内,变成石英脉型金矿,这个事实为区内火山-次火山岩型金矿找矿提供了值得注意的线索,即在深部找矿、勘探时,也应注意火山岩之下变质岩系内隐伏的石英脉型金矿的寻找与评价工作。
三、成矿远景与找矿潜力较差的矿床类型
燕山陆内造山带这一新型的构造带,有其自身的区域成矿特点与矿床组合型式。因此,燕山地区发育一些在世界其它类型构造带少见的金-多金属矿床,如在世界绝大部分克拉通与地台区,难以找到中生代金-多金属矿床。燕山及邻区尚发育碱性岩型金矿、蚀变岩型金矿等特殊矿床类型。而很多广泛分布于其它类型构造带的金-多金属矿床,在燕山陆内造山带至今尚未找到。这里将列举若干燕山陆内造山带缺乏的矿床类型。
1.早前寒武纪绿岩型金-多金属矿床
在世界其它大陆,早前寒武纪(太古宙—古元古代)花岗岩-绿岩带中广泛发育与早前寒武纪构造-热事件密切相关的绿岩型金矿、铜镍硫化物矿床及韧性剪切型金矿床等,其规模常达大型—超大型,如澳大利亚的Olympic Dam金矿、美国的Homestake金矿、加拿大的肖德贝里铜镍矿等。而燕山陆内造山带及邻区虽然也存在早前寒武纪花岗岩-绿岩带,在寻找这些类型矿床方面也做过几十年大量深入细致的工作,但收效甚微,至今未取得重大突破。究其原因,可能与燕山陆内造山带及邻区吕梁期地壳运动和中新生代发生的强烈陆内造山作用等有关;这两个地质历史时期的剧烈地壳运动与构造-热事件导致燕山及邻区强烈的隆升与剥蚀作用,使早期形成的绿岩型金矿等矿床被剥蚀殆尽,残留下来的仅是金、多金属初步富集的矿源层及矿化点。因此,在燕山陆内造山带及邻区的早前寒武纪绿岩型金-多金属矿床的找矿前景暗淡,今后不宜将这些类型的矿床作为燕山及邻区的找矿重点。
2.裂谷带卡林型金矿与Mississippi型铅锌矿
在北美大陆裂谷带,发现了超大型的Mississippi型铅锌矿床与微细浸染型金矿床——卡林型金矿。这两种类型的超大型矿床与大陆裂谷作用及相关构造-热事件存在一定的联系,在其它大陆裂谷区有分布,但在燕山陆内造山带并不发育。燕山陆内造山带前造山期的中新元古代处于大陆裂谷环境,沉积了厚达近万米的中新元古界碎屑岩-碳酸盐岩系;然而其中没有发生大规模铅锌与金矿化,仅形成了高板河等中小型层状铅锌矿床,不发育卡林型金矿化;而且高板河铅锌矿与Mississippi型铅锌矿在产出特点、矿床地质特征、矿床成因、矿床经济价值等方面均存在很大差别。
3.早前寒武纪古砾岩型(兰德型)金矿
在非洲、北美、南美、澳大利亚等很多大陆克拉通地区早前寒武纪变质的古砾岩系中,找到了大量超大型的金-铀砾岩型矿床及古砾岩型金矿床,如南非的Witwatersrand金矿床。但类似的金矿床在中国却经过几十年的努力也没有找出来。前人曾认为包括燕山在内的华北地台具有兰德型金矿的成矿条件,并在燕山及邻区开展过寻找早前寒武纪古砾岩型(兰德型)金矿的工作,但未取得重要进展。直到80年代后期至90年代初期,尚有部分学者认为在冀东古元古代朱杖子盆地,有可能找到古砾岩型金矿。笔者曾在1988~1990年期间,与何文军硕士一起,对冀东朱杖子地区的古元古代变质岩系(包括变质砾岩在内)进行了3条横穿朱杖子盆地长剖面的系统取样与含金性测定工作。通过百余个样品(组合样)的含金性分析,结果表明,冀东古元古代中浅变质岩系(双山子群与朱杖子群)绝大部分样品(包括变质砾岩样品在内)的金丰度(或含量)低于地壳克拉克值,仅少量磁铁石英岩与青龙河断裂带西侧次级控矿断裂带(半壁山—苗杖子吕梁期金矿带)蚀变岩样品的金含量达到1~3g/t。因此基本否定了冀东地区兰德型金矿的找矿前景。尚有部分学者对区内中元古代长城群底部砾岩与新太古代变质砾岩的含金性进行过测定,所得金品位也都小于1g/t,没有找矿前景。
另外,多年来的找矿实践还证明,燕山陆内造山带缺乏大型—特大型斑岩型铜矿、热泉型金矿、黑矿型块状多金属硫化物矿床及超大型火山岩型金矿等碰撞造山带、俯冲造山带常见的矿床类型,这与燕山陆内造山带不具备陆缘造山带的类似区域成矿环境有关。
因此,在燕山陆内造山带及邻区的找矿勘探过程中,不宜盲目套用其它类型构造带的成矿模式;而应从本区的实际情况出发,注意这类新型造山带区域成矿与矿床组合的特殊性,将找矿重点放在寻找本区的优势矿床类型与优势矿种方面。
中生代时期,尤其是燕山期,燕山地区在近南北向与北西—北西西向强烈构造挤压动力的联合作用下,产生多期剧烈的地壳运动,伴随不同特点的构造变形、岩浆活动与成矿作用。不同的围岩条件、不同的构造环境与不同的岩浆活动组合在一起,造成不同的成矿地质条件,形成不同类型的金-多金属矿床。
本节将在前述野外观测与室内综合研究的基础上,经过一定的归纳,初步总结出燕山陆内造山带中生代主造山期若干重要类型金-多金属矿床的成矿模式,力求反映不同地质构造条件下形成的矿床类型及其空间配置关系。
一、主造山期岩浆侵位所致环状韧性剪切带金矿成矿模式
中生代主造山期,燕山陆内造山带发育广泛的中酸性岩浆侵入事件。部分岩体属强烈主动侵位型,即岩浆通过自身的热动力打开通道,主动上侵,并对围岩产生强烈的挤压作用,导致岩体外围及邻近围岩的强烈固态塑性流变与韧性剪切等构造变形,形成辽西医巫闾山与京北云蒙山等地区的环状韧性剪切带与变质核杂岩。在固态塑性流变与韧性剪切过程中,伴有含金热液活动,在有利的构造部位可形成排山楼式韧性剪切型金矿床。在岩浆冷却与结晶之后,后期地壳运动所致脆性断裂活动叠加于早期韧性剪切变形之上,并在韧性剪切期金初步富集的基础上,晚期成矿热液活动使金进一步富集,在有利成矿部位形成晚期石英脉型金矿。如果晚期石英脉型金矿成矿作用与早期韧性剪切型金矿化叠加在一起,则可能形成金厂峪式复脉型金矿床。发育于云蒙山环状韧性剪切带东部的崎峰茶金矿,其部分矿体属石英(单)脉型,部分矿体属复脉型。这种地质构造条件下形成的矿床组合如图6-1所示。
图6-1 燕山陆内造山带环状韧性剪切带金矿成矿模式
Fig.6-1 Gold metallogenic model in the circular ductile shear zone of the Yanshan intraco-ntinental orogenic belt
二、主造山期构造-岩浆-成矿带内吕梁运动界面附近金银矿成矿模式
燕山陆内造山带在中生代主造山期发育大量近东西向、北东—北北东向与北西向构造-岩浆-成矿带。当主造山期断裂-岩浆-成矿带穿过吕梁运动界面时,常产生良好的成矿地质构造环境,形成多种类型的金矿床,如图6-2所示。
不整合面以下的早前寒武纪变质杂岩作为矿源层能够提供充足的金、银等成矿元素,区域性压性—压扭性—张扭性主干断裂带是含矿热液活动的有利场所,断裂及其附近断裂破碎带有利于成矿热液的循环,并在有利的容矿空间如主断裂带、次级断裂破碎带、顺中新元古界发育的似层状裂隙带与吕梁运动界面等部位,形成金、银等矿体。在主干断裂带、早前寒武纪变质杂岩系与岩体中,可形成石英脉型金、银矿,如峪耳崖金矿、丰宁银矿等矿床;在似层状分支断层与裂隙内,可形成似层状金、银矿,如小马坪金矿、白庙子金矿、东山银-多金属矿、姑子沟银铅锌矿等矿床。在山家湾子、唐杖子等矿区,上述两类金矿同时产于同一个矿区的不同部位。所谓的“长城型金矿”绝大部分都可据图6-2予以解释。
图6-2 燕山陆内造山带中生代构造-岩浆带吕梁运动界面附近金银矿成矿模式
Fig.6-2 Gold and silver metallogenic model near the Luliangian discontinuity in the Meso-zoic tectonic-magmatic zone of the Yanshan intracontinental orogenic belt
三、燕山晚期火山机构金银矿成矿模式
燕山陆内造山带主造山期火山喷发活动非常强烈,发育多期区域性火山活动。中生代主要火山活动时期包括南大岭期、髫髻山期与义县期(或张家口期)。其中,义县期火山活动与金、银矿化关系密切;已发现的大部分火山-次火山岩型金、银矿床均分布于义县期中酸性火山岩系内,如二道沟金矿、奈林沟金矿、满汉土银矿等矿床。
燕山晚期(义县期)火山喷发所形成的火山口或破火山口等火山机构,是成矿的有利部位,尤其是在区域性隆起带的火山机构,燕山晚期火山岩系直接覆盖于矿源层——早前寒武纪变质杂岩之上。在这样的部位,既发育成矿所必需的热源——花岗斑岩或次火山岩,也发育成矿流体循环与容矿的良好场所——火山机构内的环状与放射状断裂、裂隙,还有金银矿源层——早前寒武纪变质杂岩系。因此在火山机构内易于形成火山岩型金、银矿,如奈林沟金矿与红石金矿等矿床;而在火山机构周缘及火山岩之下的变质杂岩系中,易于形成石英脉型金、银矿,如二道沟金矿田部分矿体。图6-3显示了与燕山晚期火山机构有关的矿床类型及其空间组合关系。
四、主造山期区域性主干逆冲断裂带内金矿成矿模式
在燕山陆内造山带内,中生代主造山期发育多条北东—北北东向与近东西向区域性主干逆冲断裂带,如崇礼—赤城—隆化—阜新构造带、紫荆关—围场逆冲断裂带、宽城—平泉逆冲断裂带等。这些区域性主干逆冲断裂活动常形成宽大的断裂破碎带,其中发育厚大的碎裂岩,是成矿期热液活动与成矿的有利场所,因此常伴有广泛的绢英岩化与绿泥石化等蚀变及金矿化。在靠近地表的浅部,能够形成石英脉型金矿,如白庙子金矿、柏杖子金矿等;而在远离地表的深部,易于形成蚀变岩型金矿,如洼子店金矿、高家店金矿、后沟金矿等。两类金矿的产出部位及其空间关系如图6-4所示。
五、主造山期接触变质带多金属矿成矿模式
在燕山陆内造山带中生代主造山期中酸性侵入岩与中新元古代—古生代碳酸盐岩的接触变质带,常发生强烈的夕卡岩化与大理岩化等接触变质作用,发育大量的断裂、裂隙,伴有含矿热液的强烈活动与广泛的中高温围岩蚀变,易于形成铜、钼、铅、锌矿床(图6-5)。在花岗岩内接触带,可形成斑岩型、夕卡岩型与大脉型钼矿,如杨家杖子钼矿、兰家沟钼矿等;在外接触带,易于形成夕卡岩型铜矿,如寿王坟铜矿等;在外接触带外围与大理岩化带,沿断裂常可形成夕卡岩型-脉型铅锌矿与银矿体,如八家子铅锌矿等。在小寺沟矿区,夕卡岩型铜矿与斑岩型钼矿共生。
图6-3 燕山陆内造山带火山机构金银矿成矿模式
Fig.6-3 Gold and silver metallogenic model in the volcanic tectonics of Yanshan intraconti-nental orogenic belt
图6-4 燕山陆内造山带区域性主干断裂带金矿成矿模式
Fig.6-4 Gold metallogenic model in regional main fault zone of the Yanshan intracontinentalorogenic belt
六、燕山晚期火山机构钼矿成矿模式
在燕山晚期(义县期),燕山陆内造山带部分酸性火山喷发可伴有大规模的钼的成矿作用。酸性火山喷发所导致的破火山口是钼矿成矿的有利部位,其中的隐爆角砾岩带有利于含矿热流体的运移与矿质的富集,能够形成隐爆角砾岩型钼矿床(图6-6),如大庄科钼矿田(图2-13、2—14)。另外,在这种成矿环境,在隐爆角砾岩下的更深部位,还可形成斑岩型与大脉型钼矿。因此,在大庄科—董家沟钼矿的深部找矿过程中,应注意寻找其它类型钼矿体。
图6-5 燕山陆内造山带接触变质带多金属矿成矿模式
Fig.6-5 Multimetal metallogenic model in thecontact metamorphic region of the Yanshan intr-acontinental orogenic belt
图6-6 燕山陆内造山带火山机构钼矿成矿模式
Fig.6-6 Molybdenum metallogenic model inthe volcanic tectonics of the Yanshan intraconti-nental orogenic belt
一、概 述
焦家 - 玲珑式金矿床主要产在中国山东省胶东半岛北部的胶东成矿带。该带是我国目前探明金储量最大和发现特大型矿床最多的地区。胶东金矿带内产出的矿床类型主要为破碎蚀变岩型 ( 焦家式)和石英脉型 ( 玲珑式) ,统称为焦家 - 玲珑式金矿床。国外通常把此类矿床纳入中温热液金矿床范畴,也有人将它纳入造山带型金矿床 ( D. I. Groves,2003) 。矿带在构造上位于中朝准地台东部胶辽隆起区 ( 图 1) ,并处在中国东部中生代活化陆缘的中段,成矿作用主要与燕山期的花岗岩有关,古老的太古宙基底为成矿提供了矿源层。矿化受 NE 向和 NNE 向断裂控制。根据矿床空间展布方式,可以分为招掖、栖霞和牟乳 3 个成矿区 ( 图 1) 。
图 1 中国胶东地区金矿床地质简图( 引自裴荣富等,1998)
焦家式 ( 破碎蚀变岩型) 金矿床主要产在胶东群与花岗岩体接触带或岩体内部,矿体位于主断裂下盘,呈大脉状,连续性好,矿石为含金蚀变碎裂岩和含金碎裂花岗岩。其代表性矿床为焦家、尹格庄、河西、新城等。玲珑式 ( 石英脉型) 金矿床主要产在玲珑花岗岩中,少数产于胶东群中。矿脉呈分支、复合、成群出现,其代表性矿床为玲珑、金青顶、邓格庄金矿床。对于这两类矿化的空间关系的认识一直都存在较大的分歧。一种观点认为 “上有石英脉型,下有蚀变岩型”而与之相反的观点认为 “上有蚀变岩型,下有石英脉型”。虽然上述两种观点均有其一定的证据,但都不能解释如下地质事实: 两种矿化类型似乎多呈现出水平分带特征。如玲珑矿田,NE 向的破头青断裂带中的台上金矿和东风金矿床都属蚀变岩型,从破头青断裂向下盘外侧,由过渡型 ( 石英脉型与蚀变岩型共存) 渐变为石英脉型即以石英脉为中心,向两侧或两端变为蚀变岩型。
目前越来越多的人认为,石英脉型和蚀变岩型矿化并没有本质的区别,它们只是容矿空间多样性的表现,是容矿构造中构造岩变形程度不同的结果。因为区域规模的断裂形成早,经历了多期变形的叠加,是每次变形中应力释放的场所,构造岩破碎程度高,其内部空间一般呈连续的弥散状,在成矿热液作用下,发生以交代作用和渗透作用为主的成矿作用,形成蚀变岩型矿化。而次级断裂或小规模的断裂活动期次相对较少,构造岩破碎蚀变程度较低,多形成连续或不连续的开放空间,利于成矿热液充填,形成石英脉型矿化。在区域规模断裂中,一般从中心向外变形程度逐渐降低,因而断裂中心为浸染状矿化,向外渐变为细脉和浸染状矿化,再向外渐变为石英 - 硫化物细脉状矿化。所以两种类型矿化呈现水平分带,而不是垂直分带。当然在石英脉的上部或下部,围岩 ( 构造岩) 也可以形成蚀变岩型矿化。
据统计,至 2004 年胶东地区已查明资源储量的金矿床有 109 处 ( 表 1) 。
表 1 中国山东省焦家 -玲珑式金矿代表性矿床
资料来源: 李士先等,2007,修改
随着地质勘查工作的不断深入,该区平均勘查深度已接近 - 500m,地表矿、浅部矿越来越少,金矿找矿难度越来越大,“攻深找盲”成为该区找矿的重点方向。2006 年,山东省地质矿产局第六地质矿产勘查院在焦家金矿以南的莱州市朱桥镇寺庄矿区深部,提交了一个特大型金矿,实现了焦家金矿带深部找矿的重大突破,揭示了该成矿带深部巨大的金矿资源潜力。这个金矿是在焦家金矿带深部第二矿化富集带上发现的第一个特大型金矿。焦家金矿带深部金矿找矿的突破,不仅对中国东部传统成矿带攻深找盲、解决危机矿山资源瓶颈具有重要的示范意义,而且为深化和发展 “焦家式”成矿理论具有重大的意义。
二、地 质 特 征
1. 区域地质背景
区内地层主要为前寒武纪地层,有新太古界胶东群 ( 过去曾被划入到 “中太古界胶东群”) 、古元古界粉子山群和新元古界蓬莱群。其中,胶东群与矿化关系最为密切,主要由黑云母斜长片麻岩、黑云变粒岩、斜长角闪岩、片岩和大理岩等组成。
区内构造以 EW 向褶皱和 NE 向断裂最为发育,轴向近 EW 向的栖霞复背斜横跨全区,是本区形成最早的构造骨架。NE 向构造是指新华夏系的一些断裂构造,属于郯庐断裂的次一级构造或派生构造,反接复合于 EW 向构造带之上,为成矿作用提供了有利的空间 ( 邓军等,1996) 。
区内岩浆岩分布广泛,主要有玲珑花岗岩、郭家岭花岗岩和栾家河花岗岩,以及昆嵛山花岗岩等,它们与金矿成矿作用十分密切。
2. 矿床地质特征
( 1) 矿体形态
矿床严格受断裂构造控制,主要赋存在断裂构造的交汇处或断裂带沿走向、倾向的转折部位。矿体多在断层下盘,呈层状、透镜状和脉状 ( 图 2,图 3) 。
图 2 山东省玲珑金矿田 44 号脉 358 水平 83 线地段含金石英脉 ( 矿体) 的平面特征( 引自李士先等,2007)
图 3 山东省焦家金矿 96 线剖面矿体赋存部位示意图 ( 图例同图 2)( 引自李士先等,2007)
石英脉型金矿化发育在石英脉内,这种石英脉一般沿区域断裂的次级断裂充填,走向延伸可达5km,宽一般几十厘米至十余米不等,倾斜延伸可达几百米。金矿化在石英脉中一般不连续。工业矿体多呈透镜状。这种矿化类型在玲珑矿田比较典型,在破头青断裂下盘玲珑花岗岩中的次级断裂中赋存有众多的含金石英脉。
( 2) 蚀变分带
蚀变岩型金矿床主要赋存于区域规模的缓倾斜的韧、脆性叠加断裂带中,以浸染状或细脉浸染状矿化为特征。由于强烈的热液蚀变和后期的脆性变形的叠加,许多断裂早期韧性变形的组构已被破坏,仅见有糜棱岩角砾。赋存蚀变岩型矿床的断裂带内,均发育有一条平直光滑的主断裂面,矿体主要产于主断裂面的下盘。从主断裂面向下盘外侧,蚀变和变形具有如下的分带现象:
1) 断层泥带: 该带紧邻主断裂面产出,宽一般 10 ~ 50cm 不等,为黑色、灰白色或黄褐色断层泥,主要成分为黏土矿物,另有花岗岩的角砾。该带一般不具工业矿化,局部见有矿体的角砾。
2) 黄铁绢英岩带: 该带一般几米宽,局部可达十几米,主要由石英、绢云母和浸染状黄铁矿及少量方解石组成,为强烈蚀变的产物,大多发生碎裂和角砾岩化。
3) 黄铁绢英岩化花岗岩带: 该带在蚀变岩型矿床中十分发育,宽可达 50m主要为发生了硅化、绢云母化及黄铁矿化的花岗岩,黄铁矿化有浸染状,也有细脉及网脉状。
4) 钾化花岗岩带: 该带可以看作外蚀变带,宽可达几百米,以钾长石化为特征,花岗岩发生碎裂和裂隙化,裂隙中一般有黄铁矿和石英细脉,当细脉密度大时可构成工业矿体。
玲珑式矿床的蚀变分带略有差异,主要可以分为以下几个带:
1) 含金石英脉: 该带位于控矿裂隙内,呈连续不规则带状分布,并含有少量的黄铁绢英岩。
2) 黄铁绢英岩带: 该带位于含金石英脉两侧,主要组分为黄铁绢英岩,并含少量黄铁绢英岩化花岗岩。
3) 黄铁绢英岩化花岗岩带: 该带位于黄铁绢英岩带两侧,并与其呈渐变关系,呈带状分布。岩性较为单一,几乎全部由黄铁绢英岩化花岗岩组成。
4) 钾长石化花岗岩带: 该带位于黄铁绢英岩化花岗岩带外侧,与其呈渐变关系,呈连续带状分布。
5) 黄铁绢英岩化斜长角闪岩 ( 或片麻岩) 带: 该带位于蚀变带的最外侧,而其外侧为正常的斜长角闪岩或片麻岩,并与其呈渐变关系。
( 3) 成矿阶段
焦家 - 玲珑式金矿的成矿作用,一般可以分为 4 个阶段。
1) 石英 - 黄铁矿阶段: 为成矿早期阶段,主要由石英和黄铁矿组成。
2) 石英 - 含金黄铁矿阶段: 为金的主要成矿阶段。主要矿物有石英、黄铁矿,并含自然金和自然银。黄铁矿多为中细粒,亦有粉末状。
3) 石英 - 含金多金属硫化物阶段: 为金矿物主要成矿阶段。矿石矿物主要为黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、磁黄铁矿、含银自然金、银金矿,其次有斑铜矿、斜方辉铅铋矿、硫锑矿和银黝铜矿等。
4) 石英 - 碳酸盐阶段: 是成矿晚期阶段。以碳酸盐矿物和石英为主,含有少量细粒黄铁矿和银金矿。该阶段成矿作用较弱,它的出现标志着成矿作用的结束。
应当指出的是,上述 4 个成矿阶段在不同矿床中表现的强度是不一样的,在某些矿床上,某一个阶段可能表现为更强烈,尤其是第二阶段和第三阶段,有时完全叠加在一起,很难辨别。有的矿床可能缺失其中某个阶段,都属正常现象。
焦家或玲珑式金矿床的金属矿物相似,主要为黄铁矿,局部有少量的黄铜矿、方铅矿和闪锌矿。有的石英脉中的黄铁矿呈块状。在玲珑矿田内的 52 号脉中的石英脉及块状硫化物大都发生碎裂,被挤压成不连续的透镜体,但局部也有未变形的具有梳状构造和晶洞构造的石英脉。在石英脉的周围,也发育有围岩蚀变,如硅化、绢云母化、黄铁矿化及钾化蚀变。这些蚀变的发育程度在不同石英脉周围是不同的,当这种蚀变比较发育且具有金矿化时,就构成石英脉型和蚀变岩型矿化的过渡类型。石英脉型矿床的蚀变特征与蚀变岩型矿床也基本一致 ( 表 2) 。
表 2 胶东焦家式和玲珑式金矿矿床地质特征对比
续表
资料来源: 吕古贤等,2009,有修改
( 4) 成矿时代
关于成矿时代,过去一直存在较大的争论。随着分析测试技术的提高及分析手段的增多,人们对成矿年代的认识逐渐趋同。蚀变岩型金矿成矿时代为 113 ~ 116. 6Ma石英脉型金矿的成矿时代为121. 6 ~ 122. 7Ma ( 毛景文等,2006) 。
图 4 山东省寺庄金矿床主矿体分布垂直纵投影图( 引自崔书学等,2008a)
( 5) 深部矿化特征
近年来,在焦家断裂金矿带深部找矿工作取得了重大突破,在该带南部地段的寺庄金矿床深部发现了特大型破碎带蚀变岩型金矿。该金矿床赋存于第二矿化富集带 ( 图 4) 内,与产于第一矿化富集带中的浅部金矿床之间有 100 ~ 250m垂深的无矿间隔区。通过深部勘查,寺庄金矿床深部范围内共圈出Ⅰ号、Ⅱ号和Ⅲ号 3 个矿体群、163 个矿体,其中在主裂面下盘的黄铁绢英岩化碎裂岩带内发现了规模较大的盲矿体 I - 1号矿体,其资源储量占总量的 39. 39%。寺庄金矿床深部和浅部均受焦家断裂带控制,主体产于其下盘的构造蚀变带中,产状相同,矿石特征基本一致。崔书学等 ( 2008a) 总结了深部矿化的以下几个特点:
1) 矿体均赋存在焦家断裂带内,矿体的分布和矿化富集严格受构造控制。在同一断裂构造带内,走向和倾向拐弯部位、分支复合部位有利于成矿,且矿体具有尖灭再现的成矿规律。大型及超大型金矿床深部存在第二矿化富集带,形成垂深 100 ~250m 的无矿间隔。根据该规律,发现了 I -1号主矿体。
2) 由于受成矿前断层泥 ( 主断裂面) 对含矿热液的阻挡作用,在断层泥下盘的破碎岩带内形成有利于成矿热液运移、聚集的场所,因此,大部分工业矿体赋存在主裂面下盘。
3) 矿化富集受构造蚀变带控制,紧靠主裂面下盘的黄铁绢英岩化碎裂岩带和黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩带是构造活动的强烈部位,破碎程度高,裂隙发育,孔隙度大,有利于矿液的渗滤、扩散和交代。因此,该部位矿化富集度高,往往形成主矿体。
4) 复合叠加构造作用控制矿体的多字型或斜列式分布规律。另外,主干断裂与下盘分布的次级分支断裂构造交汇部位是成矿的有利构造空间。第一矿化富集带相对陡倾,第二矿化富集带相对平缓,控矿带断裂明显具有两个台阶。
5) 焦家断裂带的下盘,节理裂隙较发育,对脉状、细脉、网脉状矿体起到定位作用。矿化裂隙分缓倾矿化裂隙和陡倾矿化裂隙,两者相间、或稀或密,呈或宽或窄的分布。两种裂隙构造反映的应力特点为在 NW - SE 向拉张应力场下,形成一组具剪切性质的缓倾裂隙构造及具张扭活动性质的陡倾裂隙构造。在主带之内,亦形成陡、缓倾两种裂隙构造,但不如主带之下那么规则,而且较为密集,显得更为复杂,Ⅲ号矿体群就赋存在这种形式的节理裂隙中。成矿阶段叠加部位往往形成富矿体。
6) 矿化类型为细脉浸染状矿化、脉状或网脉状矿化等混合矿化类型,向深部有可能转化为以脉状、网脉状矿化为主。
7) 金矿物学特征方面,金矿物的形态较简单,向下粒度有逐渐变细趋势,金银比值变小。另外,寺庄Ⅲ号矿体群主要金矿物为银金矿和金银矿,未发现有自然金,金的成色有降低趋势。
上述深部成矿特征可以概括为: 一个构造带 ( 焦家断裂带) 、两个倾斜台阶,两段矿集带,两种产状类型 ( 陡倾和缓倾) 。
三、矿床成因和找矿标志
1. 矿床成因
关于焦家、玲珑金矿床的成因,吕古贤等 ( 1993,2009) 、李士先等 ( 2007) 都建立过金矿成矿模式,总体来说,各学者的模式大同小异。大致可以归纳如下:
在太古宙时期,来自地幔的富含金的中基性岩浆喷发,形成以中基性喷发岩为主的火山岩建造,即形成了唐家庄群和胶东群的初始矿源层。太古宙 - 元古宙多期变质作用,尤其是古元古代早期( 2300Ma ± ) 的变质作用,形成胶东 NE 向展布的麻粒岩相变质热背斜,致使胶东北部低角闪岩相中形成金的地球化学背景区,或少量变质热液金矿点。
在新元古代震旦纪,受华北、扬子两大板块造山碰撞带的强烈作用及陆内张应力控制,胶东“原始矿源层”的基底内大面积玲珑花岗岩侵位活动,富含挥发分的热液流体将原始矿源层中的金活化,由定位中心向岩体的边缘扩散迁移,致使玲珑花岗岩的边缘形成金含量较高的背景区,完成了金成矿作用的预富集。
到了中生代侏罗纪,太平洋板块停止向欧亚板块俯冲,转而沿欧亚大陆边缘走滑,之后郯庐断裂带大规模左行平移所诱导的次级应力场产生了一系列 NNE 向和 NE 向控矿断裂构造,同时伴有构造 - 岩浆热液事件,来自地幔的热液流体将金从原始富集层和预富集层中萃取出来,然后迁移到脆性断裂裂隙中沉淀、富集成矿。
从整个胶东区域构造关系来看,玲珑式、焦家式金矿在空间上、成因上都具有一定的联系。西北地区 3 条主要金矿控矿断裂———三山岛 - 仓上断裂、焦家断裂、招 ( 远) - 平 ( 度) 断裂,在其展布、倾角、组合、断裂附近的构造岩、蚀变、矿化、断裂活动期次、性质等方面具有明显的相似性,主要表现为: ①断裂展布特点及倾角相似,三者近平行,并沿玲珑花岗岩体与早前寒武纪地质体的接触带展布,总体倾角较缓,具有上陡下缓的铲状断层特点②断裂组合特点相同,主断裂旁侧次级断裂发育,平面上构成多级 “入”字形或树枝状组合形式,剖面上构成阶梯状组合形式,3 条主断裂则构成地堑 ( 三仓断裂与焦家断裂之间) 、地垒 ( 焦家断裂与招平断裂之间) 式正断层组合③断裂附近的构造岩、蚀变、矿化特点一致,主断裂面之下依次出现断层泥、碎裂岩 ( 糜棱岩) 、碎裂岩化花岗岩等构造岩,黄铁绢英岩、黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩、红化 ( 黄铁绢英岩化) 花岗岩等蚀变岩及浸染状金矿化、网脉状金矿化、脉状金矿化等矿化类型④断裂活动期次、性质、时间相吻合,脆性断裂活动之前经历了韧性变形作用,脆性断裂则经历了主成矿期的张扭性活动及后期的压扭性活动,断层主活动期时间与矿化蚀变时间一致。鉴于上述特点 ( 尤其是上述①、②、④条) ,宋明春等( 2008) 认为胶西北成矿构造体制为伸展成矿构造体制,并认为胶西北 3 条主要成矿断裂组成了一条沿玲珑花岗岩与早前寒武纪地质体边界分布的大型伸展构造带。
按焦家断裂与三仓断裂向深部渐趋变缓的趋势分析,宋明春等 ( 2008) 认为两者在深部可能连为一体 ( 图 5) ,焦家断裂与招平断裂则应在玲珑花岗岩体的顶部连为一体,但现已被剥蚀,仅保留少量下盘张裂隙带。如果按照断裂倾角 30°估算,焦家断裂与三仓断裂连接的深度大致在地表以下4000m 左右。伸展构造带的上盘主体为中高级变质的早前寒武纪变质岩,下盘为未变质的玲珑花岗岩,主断裂面叠加在早期韧性剪切带之上,总体构造具有纯剪式伸展构造的特点,类似剥离断层。焦家大型伸展构造带的形成及演化与胶东地区大规模岩浆侵入有关。首先,玲珑花岗岩的强力侵位过程,对围岩产生顶托作用,在花岗岩尚未完全固结的半塑性状态下,岩体边缘的花岗岩受挤压变形,形成早期韧性变形带。其次,在玲珑岩体定位后强烈抬升期间,燕山晚期花岗岩上拱造成玲珑花岗岩与其上覆早前寒武纪变质岩之间的各向异性界面不稳,沿之发生滑脱作用,产生伸展构造。由于剖面上深部岩浆的上拱作用和平面上区域性右行剪切作用,在玲珑花岗岩中形成各种右行张剪破裂。最后,来自幔源的基性侵入岩沿伸展构造产生的张裂隙侵位。焦家大型伸展构造的确立有利于更好地解释该区金矿形成的背景: 在被通达地表的断裂系统强烈切割的伸展构造上盘,岩石冷,构成一个氧化环境下的水溶液循环系统由断层泥和部分糜棱岩组成了致密遮挡层为顶盖的伸展构造下盘,岩石热,构成一个还原环境下的水溶液循环系统伸展作用和深部上隆岩浆为热液上升提供了良好条件,从而在伸展构造上、下盘的接触部位,即两个水溶液循环系统的汇合处,形成了一个含矿热液沉淀聚集的有利场所。金矿的成矿时代晚于玲珑花岗岩和郭家岭花岗岩的形成时代,而与伟德山超单元( 花岗岩类) 、基性侵入岩 ( 煌斑岩) 等胶东燕山晚期大规模岩浆活动的时代接近,多期岩浆活动为金矿的形成提供了热源。
图 5 山东省胶东西北地区金矿成矿构造系统及成矿模式示意图( 引自宋明春等,2008)
2. 找矿标志
( 1) 地质标志
1) 断裂构造标志: NE 向或 NNE 向压扭性断裂带的主干断裂常沿岩体接触带展布,具明显的压扭特征,它与 EW 向基底构造的交汇部位是矿床定位的重要构造标志。主干断裂与分支断裂的交汇部位及断裂构造产状变化部位也是重要的地质找矿标志。
2) 断裂侧伏方向: 由于焦家 - 玲珑型矿床的控矿断裂在成矿期是在统一的应力环境下有规律的构造开启的结果,断裂构造方向虽不一致,但有规律地表现了左行上盘斜落的松弛张应力环境下的运动轨迹,因而造成不同倾向的断裂,其控制侧伏方向不一致,但同一方向的断裂带的矿体侧伏方向十分一致,据此,可有效地推测矿体的侧伏方向和埋藏深度。例如,走向为 NE 向或 NNE 向的断裂,倾向 NW 向,矿体向 SW 向侧伏。
3) 岩体标志: 小岩体的内部、大岩体的边部。
4) 盆地标志: 盆地内相对隆起区段。
5) 蚀变标志: 钾化蚀变与黄铁绢英岩化蚀变叠加的蚀变岩带,是直接找矿标志蚀变带中石英多金属硫化物共生组合是重要的找矿标志黄铁矿、石英是主要的载金矿物,是矿床形成的重要标志蚀变带中常含黄铁矿,在表生作用下,黄铁矿氧化成褐铁矿,经淋滤形成醒目的蜂窝状构造,也是找矿的重要标志。
( 2) 地球物理找矿标志
据邹光华等 ( 1996) 资料,胶东地区赋存于两类断裂带、4 种不同围岩条件下金矿床的地球物理找矿标志 ( 图 6) 如下:
图 6 胶东蚀变岩型金矿床地质 - 地球物理找矿模型( 引自邹光华等,1996李士先等,2007)1—第四系2—玲珑花岗岩3—胶东群变质岩4—郭家岭斑状花岗闪长岩5—蚀变破碎带6—弱极化、中等磁性、高密度、低阻体7—弱极化、弱磁性、高密度、低阻体8—弱极化、弱磁性、低密度、高阻体9—弱极化、稍弱磁性、低密度、高阻体10—高极化、中等密度、微磁性、中高阻体11—中等极化、微磁性、低密度、稍低阻体
1) 接触断裂带与矿田的地球物理标志相同。在岩体内次一级断裂破碎带上呈现低阻、低 ( 负)磁异常带。在其上、下盘岩石均为玲珑花岗岩与郭家岭斑状花岗闪长岩的情况下,由于前者的磁性略弱于后者,显示有磁场梯度变化。
2) 在矿体或矿脉群上方均呈现由含金硫化物富集体所引起的明显视极化率异常。异常中心与矿体在地表投影位置基本吻合。其轴向与矿带走向、断裂带走向一致。
3) 在断裂规模较大、其强烈硅化蚀变范围也相对较大的情况下,硅化带 ( 即矿体部位) 上往往出现局部高视电阻率异常。
4) 干扰因素: 石墨化岩石与含金甚微或不含金的黄铁矿局部富集将引起非矿视极化率异常。
( 3) 地球化学找矿标志
李惠等 ( 1999) 经过对新城、焦家、河东、望儿山、灵山沟、东风、台上、玲珑等大型金矿床原生地球化学异常分带模型研究后,认为大型金矿床都严格地受构造控制,都具有多期多阶段叠加成晕的特点,各类矿床成矿阶段虽然划分有所不同,但一般都有 1 ~2 个主成矿阶段,其余阶段不能形成工业矿体或只能形成分散矿化。
在矿体周围能形成异常的元素有 Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Mo ( B、F) Hg、Co、Mn、Ni、W 等元素,单阶段形成的晕具有垂直分带,而且具有很多共性,即 Hg、As、Sb ( B、F) 强异常总是分布在矿体上部及前缘,而 Bi、Mo、Mn、Co、Ni 的强异常总是分布于矿体下部和尾晕。Au、Ag 一般正相关,Cu、Pb、Zn 有时偏于矿体上部,有时偏于矿体下部,上述前缘、尾晕指示元素并不是在每个矿床都出现。
图 7 和图 8 分别示出招 - 掖金矿带和牟 - 乳金矿带原生地球化学异常模型。由于各矿床控矿构造活动特点不同,不同成矿阶段形成矿体 ( 晕) 的叠加结构不同,因此,各典型金矿床叠加模型也有一定差异,在各典型矿区找矿预测时,尤其是对本矿床进行深部预测时,应用本矿床的原生地球化学分带模型的效果更好。
图 7 山东招 - 掖金矿带金矿床岩石地球化学异常模型( 引自邹光华等,1996李惠等,1999)
图 8 山东牟 - 乳金矿带金矿床岩石地球化学异常模型( 引自邹光华等,1996李惠等,1999)
鉴于焦家 - 玲珑式金矿床受断裂构造控制,在区域地球化学普查过程中,以断裂 ( 或裂隙) 充填物如石英脉、蚀变岩为取样介质,可增强地球化学异常强度,提高找矿效果 ( 施俊法等,1994) 。
( 崔书学 施俊法)
华北陆块南缘新太古代金成矿带主要分布在小秦岭地区,横跨豫、陕两省,地处灵宝县和潼关县境内,是一个由新太古代太华岩群组成的呈东西狭长延伸的“地垒状”断块。其北部为太要-大湖-武家山断裂,断裂北侧为渭河地堑;南界断裂为巡马道-小河-周家山断裂,其南侧为元古宙褶皱带。金矿床产于面积约900km2的太古宙花岗岩-绿岩带中,由千余条含金石英脉组成,构成华北陆块南缘新太古代与小秦岭绿岩带有关的金矿床成矿系列,是目前我国重要的黄金资源和生产基地之一。
太华岩群是豫、陕一带前寒武纪变质基底的统称,主要由经受角闪岩相变质为主的变质岩系组成,其中包括了两大成因岩石类型,一类属于地层系统的表壳岩,另一类属于古老的经受变质、变形的TTG质深成侵入体。侵入体与表壳岩所占面积之比约为4:1。从整个变质基底的岩石组合特点判断,归入花岗岩-绿岩带组合(胡受奚,1988;李俊建等,1992;黎世美等,1994)。区内太古宙花岗岩-绿岩带呈东西向狭长带展布(图4-13)。变质基底的双层结构十分明显,其下层由TTG质花岗片麻岩和太华岩群中由镁铁质火山岩组成的“金硐岔组”(又称闾家峪组)所组成,是一套斜长角闪岩,呈不规则状、条带状包体分布在TTG质片麻岩中。而上层为一套富镁、铝的变质沉积岩层,主要岩石类型为黑云变粒岩,含石榴矽线变粒岩、含石墨变粒岩、石英岩、浅粒岩、大理岩和磁铁石英岩,其原岩为长英质火山岩、火山碎屑岩和沉积岩,具有孔兹岩系组合特点。下层位于小秦岭的轴部,上层分布在小秦岭地区的南北两侧。本区的金矿床,特别是规模较大的金矿床主要分布在斜长角闪岩-片麻岩组成的下太华岩群中。斜长角闪岩是构成太华岩群的主要岩石类型,呈似层状、条带状、透镜状,少数呈不规则状产出。单层厚0.5~30m,常在太古宙TTG质片麻岩中呈包体产出,或与变粒岩成互层状产出。其片麻理方向与TTG质片麻理一致。其原岩为大陆拉斑玄武岩(沈保丰等,1994 b),具幔源特征。TTG质片麻岩应属于太古宙深成侵入岩(黎世美等,1996),岩石类型为黑云母斜长片麻岩、黑云角闪斜长片麻岩、角闪黑云斜长片麻岩和花岗片麻岩。其原岩主要是奥长花岗岩、英云闪长岩、花岗闪长岩和少量的花岗岩,TTG岩浆是由拉斑玄武岩部分熔融衍生的。小秦岭太华岩群的形成年龄在2500~2980Ma之间,属新太古代,变质年龄为2351±103Ma(黎世美等,1996)。
断裂构造在本区十分发育,是本区的主要控矿构造,有东西向、北东向、南北向、北北东向和北北西向断裂。东西向断裂以压性为主,兼具剪压性,断裂内有糜棱岩及破碎带发育,是本区的主要控矿构造,沿该组断裂发育的矿体为脉状、透镜状、并呈雁行排列。北东向断裂以剪性为主,兼具张性和(或)压剪性,为层间滑动的剪性断层,其内金矿体呈透镜状和脉状边续分布。南北向、北北东向和北北西向断裂属张性及张剪性,断裂规模一般不大,形态常呈齿状,是区内主要的控矿构造之一。
图4-13 小秦岭地区金矿地质略图
1—中-新元古界;2—上太华亚群孔兹岩系中大理岩-钙硅酸盐组合;3—上太华亚群孔兹岩系中墨云斜长片麻岩-变粒岩组合;4—花岗质片麻岩夹基性岩包体;5—上太华亚群孔兹岩系中石英岩-石墨矽线黑云片麻岩组合;6—下太华亚岩群斜长角闪岩-片麻岩组合;7—花岗岩;8—伟晶花岗岩;9—黑云(角闪)二长花岗岩;10—金矿床
岩浆活动在本区具有长期性和多期性,而且形成的时代跨度很大。大致可分为:①TTG质片麻岩,为古老的经受变质变形的深成侵入体,主要形成在新太古代(张荫树等,1996;Kroner等,1988),用单颗粒锆石逐层蒸发法分别测定登封五里铺奥长花岗岩的年龄为2604±4Ma,鲁山英云闪长质片麻岩为2906±7Ma到2841±6Ma,与太华岩群下亚岩群角闪质岩石Sm-Nd等时线年龄相当。陆松年等(1997)采用单颗粒锆石U-Pb法测得河南省灵宝金矿的金硐岔矿区黑云母花岗岩的U-Pb年龄为2151±2Ma,表明在古元古代有一期TTG质岩浆活动。②伟晶状花岗岩(花岗伟晶岩脉),在本区具有广泛的分布,它呈脉状或不规则状注入到TTG质片麻岩中,其中锆石的U-Pb年龄为1806±3Ma(陆松年等,1997),它是继TTG岩浆侵入以后的又一次早期热 构造事件,为区内从变质基底中金矿的预富集提供了重要的条件。③辉长辉绿岩,呈脉状产出,分布极其广泛,长度多大于200m,最长可达数千米,厚度在2m左右,其中锆石的U-Pb表面年龄为498.7±7.5Ma,侵入时间为加里东期。④燕山期二长花岗岩,主要指分布在华山,文峪,娘娘山等岩体。年龄为100~130Ma(K-Ar法)和72.5~179.6Ma(Rb-Sr法)。⑤脉岩,主要有正长斑岩、二长斑岩、石英斑岩、辉绿岩脉、煌斑岩脉和石英脉等,形成时间为新太古代-中生代。
岩浆活动对金矿的形成有重要的意义,早期的岩浆活动促进初始地壳活化改造,使前寒武纪变质基底中的成矿元素产生预富集甚至形成金矿床,晚期尤其是燕山期花岗岩的侵入和变质核杂岩形成过程中的热-构造事件,使金再次富集。
华北陆块南缘的金矿床主要分布在小秦岭地区,目前已发现含金石英脉1200余条,空间上主要分布在背形褶皱轴部的杨寨峪-文峪矿带,其次是在大湖峪-灵湖矿带,在矿区中部金渠沟一带也有少量分布。根据矿体产出形态及空间关系,矿体产出具有以下特征:①矿田内含金石英脉分布极不均匀,主要表现为成群或成带的分布。含金石英脉的规模大小不一,长为数十米至上千米,厚为0.3~2m,最厚者可达7.71m,延深在100~500m范围内,最深可达810m。②含金石英脉主要呈单脉产出,局部有膨胀收缩、分支、复合现象。矿体形态呈脉状、透镜状、少量呈薄板状和豆荚状。③含金石英脉的产出严格受韧性剪切带所控制,与糜棱岩密切伴生,其空间分布具有彼此近于平行的特征。
含金石英脉集中分布在太华岩群下层变质基底结构的斜长角闪岩-片麻岩组合中,后者为金矿的主要含矿层位。上层孔兹岩系变质基底中金矿脉的数量就很少。含金石英脉有两种类型,黄铁矿型石英脉和多金属硫化物石英脉,并以前者为主。矿石中金矿物主要为自然金、银金矿和少量碲金矿。金属矿物主要为金属硫化物,伴有少量的金属氧化物和碲化物,其中黄铁矿含量最高,其次是方铅矿、黄铜矿、闪锌矿。脉石矿物以石英为主,少量方解石、白云石、铁白云石等。矿石结构主要有自形、半自形和他形结构、交代结构和充填结构。矿石构造主要有条带状、块状、细脉状、浸染状、斑杂状、角砾状、晶洞状和蜂窝状等。有四个成矿阶段:黄铁矿-石英阶段、石英-黄铁矿阶段、石英-多金属硫化物阶段和石英-黄铁矿-碳酸盐阶段。
围岩蚀变,从矿脉的横向上,从矿体到围岩,蚀变作用由强到弱,往往出现明显的分带现象,可划分出强蚀变带、中等强度蚀变带和弱蚀变带。强蚀变带主要发生黄铁绢英岩化,包括黄铁矿化、硅化、黄铜矿化、碳酸盐化。中等程度蚀变带以青磐岩化和绢英岩化为代表,而弱蚀变带仅有青磐岩化现象。
小秦岭金矿床的成矿时代一直是有争议的。从金矿床形成的主要特征来分析,首先它无例外的产在花岗岩-绿岩带中的韧性剪切带内,含金石英脉常与吕梁期的花岗伟晶岩脉带较密切产出,其次含金石英脉中石英包体水的氢氧同位素组成表明其成矿流体介于变质水和岩浆水之间,以及区内金矿床空间上都分布在燕山期娘娘山等花岗岩体的外侧等等。区内变质基底控矿韧性剪切带大致形成在1768±25.3Ma(K-Ar法,黎世美等,1996),燕山期的娘娘山花岗岩体、文峪花岗岩体和华山花岗岩体的同位素年龄为130~100Ma(K-Ar法)和179.6~172.5Ma(Rb-Sr法)。从以上资料可以推测,本区金矿床的形成具有多期性,早期在18亿年左右,在韧性剪切带形成过程中成矿热液沿韧性剪切带运移,在构造有利部位,由于氧化-还原等物理化学条件的改变,金氯络合物稳定性被破坏,富集成矿。晚期在中生代燕山期由于碰撞造山作用,在地壳深部对花岗岩-绿岩带等重熔形成燕山期文峪、娘娘山等岩体,在碰撞造山作用期后的伸展体制下,形成变质核杂岩和金矿床。晚期成矿很可能是对早期成矿叠加和富集。
下面以文峪、杨寨峪和东闯金矿床为代表来进一步剖析华北陆台南缘金成矿区(带)的特征。
1.文峪金矿床
文峪金矿床是华北陆块南缘的大型金矿床(储量为32.719t),它主要分布在太华岩群下层变质基底的斜长角闪岩-片麻岩中(图4-14)。本区广泛分布的是TTG质花岗岩,而斜长角闪岩作为表壳岩系在TTG质花岗岩中呈规模不等的包体存在。
图4-14 文峪金矿矿脉分布图
1—TTG质片麻岩;2—金矿脉及其编号
矿区褶皱构造以位于北部的老鸦岔背斜为主,其轴向西部为270°,东部为300°,背斜北翼倾角30°~60°,南翼50°~70°,局部达80°。该背斜控制了矿区含金石英脉的分布。区内断裂构造按走向分成三组:①近东西向压剪性断裂构造带,走向为270°~310°,随轴向的变化而弯曲,倾向南,倾角37°~55°,多被石英脉充填,一般规模大,延伸远,可达数千米。是该区主要的控矿构造,如505,512脉属于此类。②北东东向张剪性断裂带,倾向西,如519号脉。③北北东和北北西向断裂,以剪性为主,共轭而生。其倾角较陡,多在60°以上,延长500m左右,厚度为0.2~0.5m,多被辉绿岩充填,部分被充填石英脉。
岩浆岩以脉岩为主,严格受断裂控制,分布广,种类多。以基性岩脉为主,主要是辉绿岩、次为伟晶岩,少量的碱性花岗斑岩和正长斑岩。
文峪矿区共发现大小矿脉70多条,走向长度大于1000m的7条,500~1000m的9条,100~300m的33条,小于100m的30条。与背斜轴平行的压剪性断裂所控制的北西西向矿脉最多,多具工业价值,如505、512、519等矿脉。受走向北北东和北北西两组张性断裂所控制的矿脉数量少,规模小,但品位高,如509号脉。
从总体来看矿脉分布具有如下特点:①矿脉分布在北部TTG质花岗岩为主的地带。②矿脉多在老鸦岔背斜的南翼,距背斜轴20~1200m的地段。在此地段以外含金石英脉多不具工业价值。③含金石英脉严格受走向北西西、倾向南西西的压剪性断裂控制。④含金石英脉在矿区内的分布特点来看,东多西少,向东撤开,西部收敛。⑤由北向南,矿化由多金属矿化变为黄铁矿化。
505号脉是文峪矿区规模最大、最重要的一条脉,其中黄金储量占了整个矿区的70%以上,地表出露长4200m,西起大西峪沟西,向东延入东闯矿区,其中构成工业矿体的长度为3170m,最大矿体长360m。矿体最大延深900m,垂深841m。矿化类型以多金属矿化为主,矿体金品位较高,平均品位为12.85~16.78g/t。
矿石中金属矿物主要为方铅矿、黄铁矿、次为黄铜矿、闪锌矿、微量矿物有磁铁矿、菱铁矿、磁黄铁矿、黑钨矿、白钨矿、自然金等。脉石矿物主要为石英,另有微量方解石、铁白云石、重晶石、绢云母。表生矿物有褐铁矿、孔雀石、铜蓝、铅钒、黄钾铁钒等,但后者不发育。矿石结构、构造:矿石结构主要有自形-他形粒状结构、交代结构、揉皱结构、此外,还有乳滴状结构、网状结构、压碎结构、斑状结构、格状结构等。矿石构造主要有块状构造、网脉状与云朵状构造、条带状构造、对称带状构造、浸染状构造、此外,局部尚可见晶洞充填构造、树枝状构造、蜂窝状构造、其中块状构造是最常见的构造,其次是网脉状与云朵状构造。存在四种矿石类型:黄铁矿型矿石、多金属硫化物型矿石、矿化围岩型矿石、氧化矿石(在本区不发育)。三个成矿阶段:黄铁矿-石英阶段、石英-黄铁矿阶段、多金属硫化物阶段。
近矿围岩蚀变十分强烈,由矿体向外可区分出强、中、弱3个蚀变带,蚀变宽度为0.5~2m。围岩蚀变的种类有绢云母化、黄铁矿化、硅化、碳酸盐化、黑云母化、钾长石化和绿泥石化等。
2.杨寨峪金矿床
杨寨峪金矿床是大型金矿床,其金矿储量为34.311t。它分布在太华岩群变质基底中,该变质基底是由两大类岩石所组成,一类是以斜长角闪岩为主的表壳岩,另一类是变形的TTG质深成侵入体,前者在后者中呈规模不等、形状不一的包体存在。
矿区存在东西向的褶皱和不同方向、不同性质的多组断裂。
褶皱构造:近东西向的老鸦岔背斜纵贯全区,背斜轴面北倾,北翼倾角20°~30°,南翼地层倾角30°~70°,构成了北缓南陡的不对称背斜。该背斜控制了区内主要金矿脉的空间分布。
断裂构造:区内发育近东西向、南北向、北东向等多组断裂。
发育在背斜轴部的东西向断裂有27条,断裂走向265°~305°,倾向北北东或南南西,北倾者倾角为10°~25°,南倾者倾角为45°。该组断裂一般规模大、延伸远,为主要控矿断裂。其它各组断裂曾经历过多次复合叠加,有矿化和基性岩脉的充填。
区内岩浆活动频繁,不同时代、不同规模、不同形态的岩浆岩都有分布。根据其生成先后有:混合伟晶岩、黑云母花岗岩、伟晶岩、辉长辉绿岩、辉绿玢岩、辉绿岩、花岗细晶岩、石英脉、云煌岩等。
含金石英脉主要沿近东西向的压剪性断裂构造带断续分布。规模最大的是60号脉,次为212、213、201、202、203、301号脉。60号金矿脉的走向长度为4200m 以上,厚7m左右,最厚处达20m。共由15个矿体所组成,其黄金储量占了整个矿区储量的84.1%。规模较大的矿体有6个,其中3号矿体长740m,沿倾向延深最大528m,平均厚度1.26m,平均品位于15g/t,为全区最大的矿体。西段1号矿体长610m,倾向延深最大339m,平均厚度1.87m,平均品位12.68g/t,为矿区第二大矿体。
矿体呈不规则状、透镜状、长条状,个别矿体形态复杂,矿体分布的趋势是西高东低,向南东倾伏,沿倾向向南西倾伏,倾角多在37°~50°。
矿石中有30多种金属矿物,主要金属矿物为黄铁矿,次要有黄铜矿、白钨矿、方铅矿、闪锌矿。微量矿物除自然金外,尚有自然银、辉银矿及十余种碲矿物。次生矿物有褐铁矿、铜蓝、孔雀石、铅钒等,但含量甚微。非金属矿物以石英为主,方解石、白云石、重晶石次之。矿石结构有中粗粒自形-半自形粒状结构、中细粒自形-半自形粒状结构、细粒自形粒状结构、填充结构、包含结构、压碎结构、似斑状结构及交化残余结构。矿石构造有条带状构造、块状构造、浸染状构造、星点状构造、斑杂状构造、细脉染状构造、蜂窝状构造等。矿床共划分3个成矿阶段:黄铁矿-石英阶段、石英-黄铁矿矿阶段和碳酸盐石英阶段。矿石按成因分为原生矿石和氧化矿石两大类,其中原生矿石又可分为3种类型:黄铁矿型矿石、多金属硫化物型矿石和含金构造岩型(矿化围岩型)矿石。氧化矿石数量少,仅占总量的2%。
自然金是矿床中主要金矿物,其形态有等粒状、薄膜状、长条状、细脉状等。粒度最大1mm,最小0.0001mm,以细粒金居多。自然金充填于黄铁矿缝隙中和晶隙间,或呈粒状、不规则状嵌布于石英中。自然金的成色高,为860~960。
围岩蚀变常见有硅化、绢云母化、黄铁矿化、碳酸盐化及它的组合,局部出现绿帘石化、绿泥石化、钾长石化及钠长石化,最典型且与矿化关系最密切的是黄铁绢英岩化。
3.东闯金矿床
东闯金矿床位于小秦岭金矿带中部。西起南闯沟与文峪金矿床毗连,东至西长安岔与老鸦岔金矿床接壤。面积约5km2。矿床规模为大型,储量为27.642t(中国人民武装警察部队黄金指挥部,1997)。
矿区出露的地层主要为太古宙太华岩群中深变质岩系,为一套变质火山-沉积岩建造,并有TTG岩系的侵入。其岩石组合与文峪和杨寨峪金矿床的岩石组合相似,在此不作再重复论述。
东闯矿区位于老鸦岔背斜的南侧,是老鸦岔背斜的一部分。在矿区的南部,发育一个两翼产状均很陡的“向形”,总体走向近300°,北翼倾角45°~60°,南翼倾角60°~80°,轴部附近约100m内地层倾角大于80°,轴面近于直立并略向北倾。这种次级褶皱的轴向为NWW向,和区域地层面理的走向一致。另外由于面理的置换,在片麻岩中常见大量的无根小褶皱。
矿区断裂构造发育,分成矿前和成矿后两种,成矿前构造按产状可分为 NWW 向、NNW向和NNE向三组,其中NWW向断裂又分为早期脆性断裂和晚期剪切带型两种断裂,为矿区重要的控矿断裂。成矿期后断裂活动总体上较弱,成矿后的断裂对矿体无明显的破坏。
东闯矿区的岩浆活动比较强烈,包括构成本区结晶基底的太华岩群中的花岗质和TTG质岩浆的侵入和后期各类脉岩的侵入,岩浆热事件对金的活化、富集起了非常重要的作用。
东闯金矿床由507号矿脉为主的20余条矿脉组成,其中507、504、503、505、501、502、540号脉为具有工业意义的矿脉。矿脉严格受控矿断裂控制,近东西向组矿脉占矿脉总矿脉数的95%以上,个别为北北西向矿脉。
近东西向组矿脉最长5000m(507号脉),最短约200m,一般为1000~2000m。矿脉最大厚度为13.14m,最小仅几厘米,一般为数十厘米至2m。北北西向组矿脉,为517脉,走向长520m,厚0.16~0.33m,一般为0.25m。对东西向矿脉来说,沿走向和倾向呈舒缓波状,波状弯曲,矿脉分枝复合、膨胀缩小、尖灭再现的特征比较明显。矿脉走向为260°~280°,倾向南,个别小矿脉倾向北,倾角为30°~60°。北北西向矿脉呈薄板状、扁豆状、断续产于辉绿岩上盘糜棱岩和碎裂岩中,矿脉呈舒缓波状和膨胀现象明显。北北向矿脉(517脉)的走向为330°~350°,一般为345°,倾向北东,倾角一般在70°以上,多在78°左右。
矿区分布有30多种矿物:金银矿物类的自然金、银金矿、金银矿、碲金银矿、碲金矿、碲银矿;铅矿物类的有方铅矿、碲铅矿、白铅矿、铅钒;铁矿物类的有黄铁矿、磁黄铁矿、白铁矿、磁铁矿、菱铁矿、褐铁矿;铜矿物类的有黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿、黝铜矿、孔雀石、铜蓝;还有白钨矿、黑钨矿、闪锌矿等。脉石矿物有石英、绿泥石、黑云母、绢云母、钾长石、方解石、白云石、铁白云石等。矿石中金属矿物总量占矿石矿物总量的25%~30%,其中以金属硫化物为主。矿石结构有自形-半自形粒状、半自形-他形粒状、压碎-碎裂、交代残余、包含、乳滴状、充填、环状等结构。构造有不规则团块状、条带状、网脉状、浸染状、角砾状等构造。矿石类型有黄铁矿石英脉型金矿石、多金属石英脉型金铅矿石、石英脉型铅矿石、蚀变岩型金铅矿石、糜棱岩型金铅矿石等。共划分四个成矿阶段:粗粒黄铁矿-石英阶段、细粒黄铁矿-石英阶段、多金属硫化物-石英阶段和碳酸盐-石英阶段。
自然金的成色变化很大,一般为360~980。自然金的赋存状态有粒间金、裂隙金和包体金。并以粒间金为主,约占 53.1%,而裂隙金和包体金分别为 31.7%和15.2%。
围岩蚀变类型有钾化、绢云母化、绿泥石化、硅化、碳酸盐化、磁铁矿化及赤铁矿化、黄铁矿化、黑云母化、绿帘石化和钠黝帘石化。