大别山北麓上天梯-皇城山一带中生代火山岩成矿系列研究

韩燕峰,李悦辉,雷大景

(河南省地质矿产勘查开发局第三地质调查队,河南信阳 464000)

大别山北麓上天梯-皇城山一带中生代火山岩成矿系列研究

韩燕峰,李悦辉,雷大景

(河南省地质矿产勘查开发局第三地质调查队,河南信阳 464000)

以往对赋存于大别山北坡中生代火山岩中的上天梯非金属矿带和皇城山银矿带分割开来进行地质评价和研究,且厘定出各自的火山岩地层层序。据近年研究成果,上天梯-皇城山一带的火山碎屑岩为同源二次熔结凝灰岩喷发产物,形成于火山柱体喷发塌落机制,乃是相应喷发的不同产物。因而,由火山岩浆活动所形成的金属矿床与非金属矿床不仅与岩相、构造有密切联系,而且与岩浆热液活动机理亦密切相关。本文便是从火山岩喷发相入手,结合火山矿床特征,把与上天梯-皇城山一带中生代火山岩相有关的已知金属、非金属矿床划分为与母山潜火山侵入活动有关、与皇城山浅成火山热液活动有关、和与杨家湾侵出活动有关的三个成矿系列,并对各成矿系列的典型矿床特征进行了详细论述。

中生代火山岩;火山岩相构造;成矿系列;上天梯-皇城山地区;大别山北麓

大别山北麓上天梯-皇城山地区北跨华北板块,南踞秦岭褶皱系两大构造单元,二者以明(港) -固(始)断裂为界。研究区以桐(柏)-商(城)断裂为界,北部为秦岭褶皱带和潢川凹陷,南部为桐柏-大别杂岩带。中生代火山岩分布在龟(山) -梅(山)断裂以北的潢川凹陷南缘与北秦岭褶皱带接壤地带。本区中、新生代以来处于相同的活化构造旋回,形成了一系列与火山活动有关的银铅锌钼等多金属矿床和钠基膨润土等非金属矿床[1～4]。虽然对这些矿床的成矿系列前人已进行过研究[3,5],但随着近年来地质找矿和矿床成因研究的不断深入,有必要对成矿规律进行深入总结,以便及时指导成矿预测。本文以成矿系列理论为指导,对大别山北麓以银钼铅锌多金属、非金属矿化为特色的矿集区——上天梯-皇城山地区与中生代火山岩有关的矿床成矿系列进行研究和总结。

图1 大别山北麓上天梯-皇城山一带与火山岩有关矿床成矿系列Fig.1Metallogenic series related to volcanic rocks of Shangtianti-Huangchengshan area,north foot of Dabie Mountain

夹持于华北板块和扬子板块之间的秦岭-大别造山带,具有多旋回裂陷-闭合演化,两大板块在三叠纪中晚期结束全面碰撞状态而最终闭合,秦岭-大别地区转入陆内构造演化阶段。该区域构造体制转换过程大致经历了碰撞伸展阶段、构造体制大转换阶段、岩石圈减薄过程和早白垩世晚期-新生代裂陷阶段,伴随发生由强烈构造-岩浆-流体和火山活动引发的一系列成矿事件,形成了上天梯-皇城山地区与中生代岩浆活动密切相关的多金属及非金属矿床成矿系列(图1):①母山与侵入活动有关钼多金属矿床成矿系列,典型矿床为母山钼矿床、肖畈钼矿床、白石坡银铅锌矿床、胜利湾银铅锌矿床;②皇城山与浅成火山热液活动有关的银多金属、钠基膨润土非金属矿床成矿系列,典型矿床为皇城山银矿床、上天梯非金属矿床;③杨家湾与火山侵出活动形成的流纹岩有关的非金属矿床成矿系列,典型矿床为杨家湾流纹岩、珍珠岩。

图2 大别山北麓上天梯-皇城山一带火山岩相构造基岩地质图Fig.2 Geologicalmap of the volcanic rock facies structure in Shangtianti-Huangchengshan area,north foot ofDabieMountain

1 区域地质背景

研究区位于桐柏-大别造山带西段的罗山中新生代坳陷南侧。以龟山-梅山脆韧性剪切带为界,南为中元古界变质岩系构造层,北为古生界变质岩系构造层及白垩系火山-沉积岩系(图2)。元古界构造层推覆于古生界构造层之上,由南向北变质岩系地层和加里东期岩体间依次呈构造叠置关系。区内白垩系不整合于古生界及元古界之上。大别山北麓早白垩世以火山活动为主,由中心式火山喷发和侵出为主控方式,构成NWW向火山岩带(图3)。火山活动由东向西迁移,至西段已趋晚期,但韵律发育齐全。由南向北可划分为皇城山火山台地、双桥火山群及上天梯洼地三个次级火山韵律构造单元和与母山潜火山侵入活动,皇城山浅成火山热液活动,杨家湾流纹岩、珍珠岩侵出活动有关的三大成矿系列。

图3 大别地区火山岩分布图Fig.3 Distribution graph of volcanic rocks in DabieMountain area

2 与中生代火山岩有关矿床成矿系列

2.1 母山潜火山侵入活动有关的钼多金属矿床成矿系列

时间上由早到晚,空间上从内向外,与母山潜火山岩有关的矿产及矿化依次为:(1)产于内带(早期岩浆活动)石英斑岩-花岗斑岩岩枝内外接触带的母山钼矿;(2)位于中带(中期岩浆活动)环状石英斑岩脉中的寨山铜矿化;(3)与岩浆超动挤压相关的环状层间剥离断层中的耿家湾块状黄铁矿矿床;(4)位于外带(晚期岩浆活动)环状放射状断裂中与花岗斑岩和含角砾石英斑岩共生的胜利湾-白石坡铅、锌、银、金多金属矿;(5)远离斑岩体正断层中的石山口萤石矿;(6)上覆剥蚀砂砾岩(K1C1-3)中的双桥段铀钍矿化。

上述矿床或矿化体的横向分带与母山斑岩体的W-Mo-Cu-Pb-Zn-Au-Ag地球化学分带吻合。除黄铁矿和萤石矿形成于与岩浆活动有关的热液作用,铀钍矿化形成于后期沉积作用外,其余矿床或矿化体中的辉钼矿、黄铜矿、方铅矿及闪锌矿等矿石矿物或呈星点状副矿物晶出于岩浆岩中,或呈细脉浸染状分布于岩体内外接触带,表明了岩浆热液的直接成矿作用。这些在时空上与岩浆先后横向定位相关,环境上受岩浆垂向定位深度及温度等因素制约的一系列矿床或矿化体无疑为同一成矿系列。

2.2 皇城山浅成火山热液活动有关的银多金属、非金属矿床成矿系列

与皇城山段火山喷发有关的浅成火山热液矿床有皇城山银矿、上天梯含碱玻璃原料和上天梯钠基膨润土矿。

2.2.1 皇城山银矿

矿床基本特征与一般浅成火山热液矿床一致: (1)矿体产于火山中心旁侧的枝状裂隙中,裂隙切割皇城山段火山碎屑岩及基底海西早期斜长花岗岩,赋矿岩石为强烈硅化形成的次生石英岩;(2)控矿裂隙向下楔状尖灭,与火山管道及次火山岩无通道连接;(3)矿石的残余组构反映其经历了长期缓慢的硅化作用,无明显成矿阶段资以划分;(4)近矿围岩蚀变(线型蚀变)以矿体纵轴面为中心依次向外发育硅化、黄铁矿化、高岭石化(泥化)及碳酸盐化,蚀变过程中带入了大量Si4+、Fe3+、Fe2+等,带出了大量Al3+、K+、Na+及少量Mg2+等;(5)矿床处于银高背景区的地球化学负异常中心,矿石铅与皇城山段的火山碎屑岩铅同位素特征具一致性,反映成矿物质来自皇城山段的火山碎屑岩;(6)矿石中黄铁矿、方铅矿硫同位素组成δ34S为-11.7～-22.0,石英包体中水的氢氧同位素组成δD为-106.07、δ18O为+7.37～+10.59‰(δ18OH2O为-6.52～3.30),围岩方解石中碳同位素δ13C为-1.03,δ18OH2O为-23.81,反映成矿溶液为以大气水为主并可能混有极少量岩浆水的地热流体,流体温度为168℃(石英包体均一法平均值)至359℃(黄铁矿爆裂法);(7)矿石贫硫化物,黄铁矿、方铅矿及辉银矿等银矿物微细粒星点状及稀疏浸染状,总量不足1%。矿床的形成过程可归纳为:成矿前构造准备(容矿构造准备,运矿裂隙产生)-银元素初始浓集(皇城山期火山喷发)-次火山岩上拱改造裂隙(容矿裂隙产生)-地热流体循环成矿。

2.2.2 上天梯含碱玻璃原料

工业上亦称无纯碱玻璃原料或瓷石,岩性为粗面凝灰岩与含角砾粗面凝灰岩。有益组分含量SiO270～78.18%,K2O+Na2O达8.5%～11.85。用以制造玻璃可代替纯碱35.5%+-。粗面凝灰岩为皇城山段石英粗面质火山喷发碎屑流堆积的主体部分。顶部为同火山碎屑流火山灰云堆积,并强蒙脱石化而成膨润土质粘土。底部为岩石碎屑聚集带(凝灰角砾岩)。岩石为灰白色,火山灰结构,块状构造,主要成分为月牙状及毛发状玻屑和火山尘,少量石英、透长石及斜长石晶屑(5～10%)或岩屑。其所以能作为含碱坡璃原料利用,除取决于火山喷发的岩石化学性质及火山碎屑岩相序所呈现的碎屑物成分分异程度外,另一个重要因素是粗面凝灰岩遭受了后期广泛的面型蚀变作用。硅化作用表现在火山尘普遍为石英微晶交代,冰长石化则表现为冰长石微晶垂直玻屑壁生长呈显微梳状构造,或沿透长石和斜长石晶屑边缘交代呈净边结构。硅化与冰长石化的伴生,反映了碱性低温热液的存在及其成矿作用。

2.2.3 上天梯钠基膨润土矿

蒙脱石化及钠基膨润土矿广布于皇城山段爆发相火山碎屑岩及陈棚组喷发-沉积相岩石中。主要工业矿体呈层状产于上天梯火山洼地流纹质火山喷发碎屑流堆积中。赋矿岩石类型为玻屑凝灰岩。顶底板均为喷发沉积相凝灰质页岩、砂岩等。碱性介质是形成和保存蒙脱石的必要条件。从钠基膨润土矿层顶底板岩性来看,玻屑凝灰岩等处于水环境中。由于酸性火山玻璃的水解释放出K+、Na+必然使水介质碱度增高而形成碱性环境。但这种碱性环境只有在弱循环介质系统中才能获得,因为只有水解产生的H+、SiO2等被不断带出其碱性环境方得以保持。而火山喷发期后的高地热异常及顶底板页岩的阻隔层作用正是产生这种弱循环的原因,即上天梯钠基膨润土矿床形成于火山洼地中的浅成地热流体循环。经测定介质(膨润土)pH值一般为8.5～9.1,最高达9.55(pH值> 8即满足钠质膨润土的形成条件)。

2.2.4 上天梯沸石矿

沸石矿呈层状夹于上述钠基膨润土矿层中,与钠基膨润土矿渐变过渡,经X光衍射分析及差热分析认为沸石矿主要由斜发沸石组成,斜发沸石呈交代玻屑的形式存在。英国学者H.布拉特等认为,沸石形成的一般形式为:火山玻璃+水介质=沸石+二氧化硅+金属离子(溶液)。pH值9～11,温度100～180°C,压力980 kPa有利于沸石的形成。上部温度偏低,下部pH值的偏低是造成上天梯沸石矿夹于钠基膨润土矿层中的原因。上述矿床同时形成于皇城山期后不同火山构造部位,从成因机制上同形成于浅成火山地热流体循环。即在火山洼地水介质环境中,酸性火山玻璃水解释放出K+、Na+,由于SiO2溶胶与重金属离子或其络合物的向下渗透而形成一种碱性环境,便生成蒙脱石及其钠基膨润土矿床,并于适宜的温度、压力及pH值条件下在钠基膨润土矿层中形成沸石矿床。当碱度较低的溶液继续向下运移,于偏高的温度及压力条件下交代粗面凝灰岩就形成了含碱玻璃原料矿床。随着温度向下的逐渐增高,富S iO2且含银等金属络合物的偏碱性溶液将回返火山台地中沿火山裂隙向上运移。并由于深部潜火山岩活动和火山碎屑岩中大量H2S、CO2等酸性气体同时沿火山裂隙的上逸,在酸性环境中发生硅质沉淀、交代作用及银等络合物的分解,形成皇城山银矿床。其交代残余的富K+、Na+等溶液返回地表后使火山洼地中碱度更趋增高。上述过程即从火山洼地到火山台地裂隙的大循环作用,这一大循环及其相对小循环长期周而复始地作用结果就是金属-非金属矿床成矿系列的形成。正是这种不间断的循环作用造成了皇城山银矿贫硫化物及无成矿阶段可分等特征。

2.3 杨家湾火山侵出活动有关的流纹岩、珍珠岩等非金属矿床成矿系列

与流纹岩、珍珠岩矿共生的矿产主要为钙基膨润土矿、沸石矿及玉髓、玛瑙等玉石矿床。钙基膨润土矿及沸石矿为流纹岩、珍珠岩的脱玻化产物。钙基膨润土矿一般分布于流纹岩、珍珠岩岩流或岩盆底部,或分布于珍珠岩的弧状裂隙发育带和流面间。沸石矿则主要分布在珍珠岩与流纹岩的接触带附近。与皇城山成矿系列不同,钙基膨润土和沸石矿的形成主要为伴随岩浆侵出上升型的开放性碱水热液活动。玉髓、玛瑙等玉石矿主要产于火山管道中,其中玛瑙主要产于流纹岩管道中的裂隙及石泡中,呈桔红、淡蓝等色,具同心纹饰,透明,无沙心,部分稍有裂纹,块重>500 g,分布量较少。玉髓及蛋白石产于珍珠岩管道硅质球体中,呈纯白、淡蓝、浅灰及黑色等,具环状纹饰,透明、无杂质及裂纹,块重达数十公斤以上。

3 成矿规律

3.1 成矿物质来源

皇城山银矿床成矿物质来源于下白垩统陈棚组皇城山段,白石坡、胜利湾银铅锌矿床成矿物质则来源于潜火山活动。这种间接和直接的成矿物质来源均归于火山成因。

3.2 成矿温度

白石坡矿体五件石英包裹体均一温度为165～412℃,大多在227～360℃之间,根据金属元素成矿温度分带序列,该矿床主要成矿元素为铅、锌、银,伴生毒砂、辉锑矿、辉铋矿、辰砂及自然金。其中铅、锌、银系中温;金、砷应属中低温;而锑、汞属低温。出现高温矿物辉铋矿,说明该矿床的生成从高温开始,经历了中、低温阶段,主要成矿元素系中温阶段形成。

皇城山0线矿体顶部一件黄铁矿(HCK1-1PY)的包裹体爆裂测温结果为395℃,反映成矿温度的上限,4线矿体上部25个石英包裹体均一温度的平均值为168℃,为成矿温度的下限。矿床形成于中低温热液期,无明显成矿阶段。矿质的沉淀以充填形式为主,但矿质的携带与长期硅化作用相关。

3.3 成矿深度

矿体与气孔状石英斑岩和花岗斑岩关系极为密切,故成矿深度与气孔石英斑岩一致。从梅花山岩体来看,气孔最发育,顶部有同源角砾岩,象征剥蚀尚浅;公山岩体气孔稀少,异源角砾主要分布在边部,表明上部已剥蚀;隐伏岩体气孔相对较小。总之垂向上各岩体的定位比差不大,反映与成矿相关的石英斑岩,是浅成、超浅成的,判断形成深度小于1 km。

皇城山银矿定位于切割白垩系下统陈棚组皇城山段及下伏基底岩石(海西早期边缘相斜长花岗岩)枝叉状或楔状火山裂隙中。以上伏最大火山岩厚度为准,成矿深度小于1 km。

3.4 成矿时间

矿床赋矿围岩为龟山岩组变质岩;成因上、空间上与石英斑岩体密切相关,胜利湾矿段含矿角砾石英斑岩脉切穿皇城山段流纹质角砾凝灰岩,并含有双桥段英安岩角砾,石英斑岩为皇城山段火山后期潜火山岩,成矿时间为燕山晚期。其中白石坡、胜利湾银铅锌矿床形成于皇城山段喷发末期,而皇城山银矿床成矿时间至少延续到双桥段喷发之后。

3.5 矿床空间分布

从成矿区域上,矿床分布在下白垩统陈棚组火山岩带南缘,即燕山期隆起与坳陷过渡地带,亦即龟山-梅山断裂带附近。在控矿构造上,矿体分布在火山枝状裂隙或潜火山岩相角砾状地质体(角砾岩枝)中。

4 成矿模式

在上述成矿规律讨论的基础上,成矿模式如图4所示。

皇城山浅成火山热液型银矿床为银单矿种组合,白石坡、胜利湾潜火山角砾岩型银铅锌矿为金银铅锌多矿种组合[6～9]。从不同成因类型的矿产共生分析,皇城山热液型银矿床与双桥(统称上天梯非金属矿)钠基膨润土矿床存在联系,确定为银-钠基膨润土成矿系列;白石坡、胜利湾潜火山角砾岩型银铅锌矿床与母山钼矿形成于统一的岩浆成矿过程中,确定为钼-(金)银铅锌成矿系列;伴随岩浆侵出上升型的开放性碱水热液活动形成杨家湾流纹岩、珍珠岩成矿系列。

图4 大别山北麓上天梯-皇城山(白石坡)一带火山成矿系列及成矿模式Fig.4 Metallogenic series and metallogenic model of the volcanic rocks in Shangtianti-Huangchengshan(Baishipo) area,northern foot ofDabieMountain

5 结论

矿床成矿系列是指具有时间、空间和成因联系的一系列矿床组合,具有相当复杂的内部结构,深入研究对于指导区域成矿预测、找矿勘查和矿产资源潜力评价等诸多方面具有重要意义。为此,本文从火山岩的喷发相入手,建立了大别山北麓上天梯-皇城山一带中生代火山岩相构造,着重对成矿系列进行研究。从火山岩喷发相结合与火山岩有关矿产特征,把上天梯-皇城山一带火山岩划分为与母山潜火山侵入活动有关、与皇城山浅成火山热液活动有关和与杨家湾侵出活动有关的三个成矿系列,为丰富中生代火山岩成矿系列的研究和深化区域成矿规律认识起到一定的借鉴作用。

在本文撰写过程中,承蒙庞传安和彭翼两位教授和年平国、任爱琴高级工程师的热情帮助,并提出宝贵修改意见,在此一并表示深深谢意!

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Metallogenic Series Related toMesozoic Volcanic Rocks in Shangt ianti-Huangchengshan Area,North Foot of DabieMounta in

HANYan-feng,LI Yue-hui,LEI D a-jing
(The Third Geological Survey Team,Henan ProvincialBureau of Geo-exploration and M ineralDevelopment, Xinyang464000,Henan,China)

The geological servey on Shangtianti non-metallic and Huangchengshan silver ore deposits related toM esozoic volcanic rocks of northern D abieMountain was separated in the past,and each stratigraphic sequence of volcanic rocks was setted out respectively.A ccording to recent researches,pyroclastic rocks in Shangtianti-Huangchengshan is the eruption product of homologous secondary ignimbrite,formed by eruptions cylinder collapse mechanism.A nd the pyroclastic rocks are different products of corresponding eruption. Thus,the formation of metal and non-metallic deposits is closely linked not only with the lithofacies and structures,but also closely related to the ore-forming fluid activity mechanism.This paper first deals with the volcanic eruption facies,and then come to geological survey of characteristics of volcanic related deposits,finally the metal and non-metal dposits related toM esozoic volcanic rocks in Shangtianti-Huangchengshan area is subdivided into three metallogenic series:M ushan subvolcanic intrusive related,Huangchengshan shallowvolcanic hydrothermal related,Yangjiawan extrusion related metallogenic series.The above three metallogenic series are discussed in detail on its metallogenic characteristics and typical ore deposits.

M esozoic volcanic rocks;volcanic rock facies structure;metallogenic series;Shangtianti-Huangchengshan area;northern foot of D abie Mountain

P588.14

A

1007-3701(2010)02-0029-07

2009-12-08

河南省地质矿产科研项目“河南省罗山县皇城山银矿矿床成因及成矿规律研究”.

韩燕峰(1978-),男,主要从事地质矿产勘查评价. E-mail:yaq650827@sina.com