黔东南地区金矿床成矿模式及找矿远景
2015-08-20张传昱陈曹军
张传昱,邢 程,陈曹军
(云南省地质调查院,云南昆明 650216)
黔东南地区作为我国重要的金矿成矿带,吸引了大批学者在成矿条件(何立贤等,1993;卢焕章等,2005;王尚彦等,2006;吴学益等,2009;杨光忠,2006)、矿床成因及成矿物质来源(卢焕章等,2006;陶平,2012;王尚彦等,2006)等方面开展了大量研究工作,也取得了较多成果。但在矿产勘查方面,该区已发现的金矿床普遍规模较小,地质勘查程度较低,找矿前景不明。基于以上背景,本文在充分认识该区金矿床地质特征的基础上,通过成矿地质条件和成矿机制研究,总结区域成矿规律和找矿标志,对区域找矿远景进行了初步评价,并指出了进一步找矿方向。
1 区域地质背景
本区位于扬子陆块东南缘的雪峰山构造带西南侧,西与上扬子地块相邻,东与湘桂褶皱系相邻(陶平,2012),地质历史时期经历了武陵、加里东、印支-燕山等多期次构造运动,形成多层基底的结构构造特征。上层基底为晚元古界-早古生界,中层基底为新元古界,下部结晶基底未出露,盖层为中生界-新生界沉积建造。研究区内出露最广泛的地层为新元古代青白口系浅变质岩地层,主要岩性为变余凝灰岩、变余砂岩和板岩,其上零星叠覆少量晚古生代-新生代未变质地层,相互之间呈明显角度不整合。
区内地质构造以北东向构造、北北东向构造和弧形-推覆构造等为基本格架。断裂构造较为发育,以一系列北东-北北东向断层为主,次为北西向和东西向。北东、北北东向断裂主要有两期,一期为加里东期,与金矿关系密切;另一期为印支-燕山期,主要表现为成矿期后断裂。另外,区内还发育两条东西向深大断裂:凯寨-高酿基底断裂带和剑河-启蒙基底断裂带(卢焕章等,2006)。区内褶皱以加里东期形成的北东向褶皱为主(图1),从镇远到凯里北东向一线往东南方直至湘黔和黔桂边界,发育一系列北东向的背斜和向斜,总体组成一个大型扇形复式背斜(贵州省地质矿产局,1987)。单个褶皱一般延伸100 km左右,褶皱幅宽10 km左右,两翼大体对称,多中等倾角(丘元禧等,1999)。
研究区地表未见岩浆岩出露,但根据王亮等(2012)的物探成果,深部可能存在隐伏的基性-超基性和花岗岩岩体。
图1 黔东南地区地质略图及金矿床(点)分布图(据贵州省区域地质志,1987修编)Fig.1 Schematic map showing geology and distribution of gold deposits in Southeastern Guizhou(modified from Geology History of Guizhou Province,1987)
2 矿床地质特征
根据黔东南地区金矿床产出的地质特征,参照中国金矿床分类标准(陈毓川等,2001),本区金矿床属于浅变质碎屑岩型金矿床,按工业类型可进一步分为石英脉型和蚀变岩型金矿。其中天柱南部、锦屏和黎平北部地区以发育石英脉型金矿为主,天柱北部、黎平南部地区以发育蚀变岩型金矿为主。
2.1 石英脉型金矿
区内典型的石英脉型金矿有八克、平秋、坑头、下达等。该类型金矿床在研究区内分布最广,是区内最重要的金矿化类型。大部分矿床(点)的赋矿地层为下江群清水江组、隆里组、番召组等,岩性主要为变余凝灰岩、变余砂岩、变余粉砂岩和板岩。
矿体由含金石英脉体或脉带组成,产于背斜核部及其附近张性层间剥离带中。矿体多呈层状、似层状、扁豆状。
围岩蚀变主要有黄铁矿化、硅化、绢云母化、毒砂化、碳酸盐化等,蚀变分带不明显。与金矿化相伴生的蚀变矿物(石英、黄铁矿、毒砂等)粒度一般较小,晶形较复杂。
矿石矿物组合主要有自然金、黄铁矿、毒砂,少量方铅矿、黄铜矿等。脉石矿物主要有方解石、石英、重晶石等。自然金主要呈薄片状、条状、微粒状分布于黄铁矿和毒砂的裂隙中,其中含金黄铁矿晶形通常为五角十二面体,黄铁矿和毒砂是重要的载金矿物。矿物共生组合主要为自然金-多金属硫化物-石英组合。
矿石结构主要为自形-半自形、碎屑结构、镶嵌结构等。矿石构造主要为角砾状构造、条带状构造、致密块状构造、浸染状构造、晶洞状构造、梳状构造等(王尚彦等,2006)。
2.2 蚀变岩型金矿
区内典型的蚀变岩型金矿主要有主山冲、安架、磨山、水口、古邦等。该类型矿床在黎平南部地区分布较广,在天柱北部地区也有分布。主要含矿岩系为一套浅变质的砂质、粉砂质板岩,在黎平地区为长安组和丹洲群拱洞组,天柱地区为下江群清水江组、隆里组。
矿体形态分两类:一类产于陡倾角断裂破碎蚀变带中;另一类产于层间断裂破碎蚀变带中。矿体产状与控矿断裂的产状一致,矿体形态多呈透镜状和脉状(陶平等,2005;王尚彦等,2006)。
围岩蚀变较强烈,主要有硅化、黄铁矿化、毒砂化、磁铁矿化,次有方铅矿、黄铜矿化、磁黄铁矿化,局部有绢云母化、辉锑矿化和绿泥石化等(陶平等,2005)。
矿石矿物组合有自然金、毒砂、黄铁矿,闪锌矿、方铅矿、黄铜矿等。金在破碎蚀变带中分布极不均匀,含量变化较大。金主要呈粒状、片状、条状、三角状等分布于毒砂和黄铁矿的裂隙中。矿物共生组合为自然金-多金属硫化物组合。
3 控矿因素分析
3.1 构造控矿
横跨黔东南地区的大型扇形复式背斜——“黔东南复背斜”控制了整个黔东南金矿的分布和产出类型,为Ⅰ级控矿构造。褶皱形成过程中,背斜轴部以发育张性断裂、裂隙为主,有利于含矿热液充填形成石英脉型矿体;而背斜两翼部位发育压剪性断裂、裂隙,容易形成蚀变岩型矿体。所以,位于复背斜轴部的锦屏地区主要产出石英脉型金矿;而位于复背斜两翼的天柱北部和黎平南部主要产出蚀变岩型金矿。
该区的Ⅱ级控矿构造为“黔东南复背斜”的次级褶皱和断裂。次级背斜轴部及其剪切节理裂隙带、层间剥离带及小断裂交切部位等控制了金矿体的分布、形态和产状(陶平等,2005),它们是主要的容矿构造。例如:锦屏花桥金矿床含金石英脉主要产于山洞背斜核部的层间剥离空间内;锦屏八克金矿床含金石英脉主要呈顺层产出,在八克背斜核部矿体最厚大,向两翼逐渐减薄,金品位也迅速降低,在背斜与断裂交汇的部位,含金石英脉变得厚大,金品位也升高。需要指出的是,对于次级背斜,同样是轴部张性环境易于形成石英脉型矿体,而两翼易于形成蚀变岩型矿体,所以在锦屏地区也有少量的蚀变岩型矿体产出,天柱北部和黎平南部也有少量的石英脉型矿体产出。
3.2 地层及岩性的控矿规律
黔东南地区元古宇地层对金矿的空间分布有着明显的制约作用。资料显示(陶平等,2009;王尚彦等,2006)绝大部分金矿集中分布于下江群中,而其中最重要的含矿岩系为一套火山碎屑岩系及其变质岩-凝灰质板岩和变余凝灰岩。这些地层中的金丰度高(高于地壳克拉克值的数倍到数百倍),而且有相当数量的金以易活化的吸附形式存在(陶平,2012)。
3.3 岩浆岩控矿作用
将目前已知矿床(点)和金化探异常投在王亮等(2012)编制的黔东南隐伏矿体推测图上发现,大部分矿床(点)都分布在隐伏岩体上或附近。下达-金井金矿田、同古-山洞金矿田深部存在隐伏花岗岩岩体,平秋金矿田至启蒙、地稠-罗里金矿田南部区域、主山冲-安架金矿田及其附近存在隐伏基性-超基性岩体(陶平,2012)。并且,区内几处金块体化学异常浓集中心和金元素化学异常浓集中心分别与推测隐伏岩体位置重合。周边地区同种类型的金矿,如湘西铲子坪金矿、桂北分水坳、福平包金矿床位于岩浆岩体附近或以岩浆岩为赋矿围岩,湘西洪源、雁林等金矿区深部都已查明存在隐伏岩体(陶平,2012)。这说明黔东南地区金矿床与其深部的隐伏岩体存在密切联系。
4 成矿物质、流体来源
前人对黔东南地区金矿的成矿物质来源已经有过一些研究,本文搜集了该地区八克、同古、主山冲、平秋、古帮等十几个具有代表性的矿床的地球化学和包裹体数据(何立贤等,1993;彭建堂等,1999;田洪德等,2011;吴攀等,2005;吴文明,2009;肖旭东,2009;叶俊等,2006;余大龙,1997;余大龙,1987;张杰等,1997;张杰等,1998;张晓东等,2011;郑杰,2009;朱笑青等,2006),并对这些数据进行了分析和二次开发,从成矿物质、流体来源方面进行了讨论。
区域内主要含矿岩性凝灰岩、变余砂岩、板岩中金的平均含量分别为 97×10-9、29×10-9、72×10-9(张晓东,2009),远高于大陆地壳中金的克拉克值3.0×10-9,如此高的金含量可能为成矿提供了部分成矿物质。
石英脉型和蚀变岩型金矿床矿石的稀土元素配分曲线形态与地层围岩的形态相似,都有明显的铕亏损,只是在∑REE上有所区别,暗示了研究区金矿成矿物质与地层围岩关系密切。硫同位素示踪研究表明,两种类型金矿床硫化物硫同位素组成相近,变化范围均较大,其中石英脉型金矿硫化物δ34S为-0.1‰ ~12.99‰,集中在 4.6‰ ~12.99‰,均值7.81‰;蚀变岩型金矿硫化物δ34S为2‰~15.6‰,均值7.67‰。两种类型金矿的δ34S都明显偏离岩浆来源的δ34S,而在变质岩的区间范围内,说明总体上该区金矿硫来自于浅变质围岩。前人(彭建堂等,1999;朱笑青等,2006)对平秋、金头、同古、金井金矿和邻区湘西肖家金矿含矿石英流体包裹体中铷-锶同位素进行了研究,认为区内金矿床的成矿物质主要来源于地壳,可能受到幔源物质混染。
在δD-δ18O图解中(图2),黔东南地区金矿成矿流体的δD、δ18O值主要投影在变质水区域内和接近变质水的区域中,石英脉型金矿和蚀变岩型金矿的投影点范围很一致,反映了研究区内两类型金矿床的成矿流体应具有共同的来源和演化历史,即变质水为该区金矿的主要成矿流体来源。
图2 黔东南及湘西地区金矿成矿流体δD-δ18O图Fig.2 δD-δ18diagram of ore-forming fluids frorn the gold deposits in Southeastern Guizhou and Western Hunan
5 关于锦屏地区金矿床成矿物质、流体来源的讨论
本次研究发现,锦屏地区金矿床在成矿物质、流体来源均具有深源特征。
从成矿地质特征来看,锦屏地区八克金矿石英脉内的石英和硫化物以粗粒为主,围岩蚀变强烈而广泛,流体包裹体测温所得的成矿温度较高(250~350°C)(余大龙,1997),与黔东南地区其他金矿床相对弱的蚀变和较低的成矿温度形成强烈反差。
在地球化学特征方面,平秋金矿矿石稀土元素特参数和配分模式与围岩有较大的差异,可能反映了一种未受外界干扰的深源产物(张晓东等,2011)。通过对同古金矿含金石英脉稀土元素的研究发现,同古金矿的成矿物质来源及成矿作用可能与更深部物质供给有关(王亮等,2012)。
八克金矿和平秋金矿硫化物δ34S值变化范围小,-0.1‰~5.0‰(张晓东,2009;郑杰,2009),集中在陨石硫的-5‰~+5‰范围内,指示锦屏地区金矿硫的深部来源特征。
同古金矿区未见石墨和碳酸盐矿物共生,成矿流体中w(CO2)/w(CO+CH4)>4,HCO-3♂含量较少,热液系统中碳主要以CO2形式存在(吴攀等,2005),所以CO2的碳同位素大致相当于流体的碳同位素组成(Ohmoto,1972)。含矿石英流体包裹体CO2的δ13C值变化范围为-7.98‰~-2.34‰(吴攀等,2005),这与Hoefs(1987)界定的地幔来源碳同位素值(-5‰±2‰)非常接近,显示其地幔来源特征。
成矿流体研究方面,从图3可以看出,平秋、八克金矿石英包裹体δD、δ18O投影在变质水与原始岩浆水的叠加区域,显示了它们具有原始岩浆水的特征。
图3 黔东南地区金矿床成矿模式图Fig.3 Schematic showing mineralization model of the gold deposits in Southeastern Guizhou
综上所述,锦屏地区金矿的围岩蚀变较强,成矿温度较高,硫同位素也指示该区成矿物质来自深部。宏观的地质现象和微观的地球化学研究一致表明,锦屏地区金矿与该区深部的隐伏岩体关系密切。
6 成矿时代
前人对黔东南及邻区湘西金矿的成矿时代已有了大量研究。从表1中可以看出,该区金矿成矿时代集中于430Ma左右,属于加里东期。
研究区与湘西均处于加里东期造山带,发育较多的褶皱、断裂及脆性、脆韧性剪切带,而印支-燕山期构造在本区作用强度不大、影响范围小,对加里东期褶皱构造的改造也较小。区内金矿床受到加里东期褶皱和断裂构造的控制,产于背斜核部及近核部的金矿体,无论在含金石英脉中,还是在矿与围岩接触界面上,均可见到加里东期在背斜核部褶皱、断裂、剪切、再褶皱等褶皱期构造作用的证据(陶平,2012),这一地质特征说明金矿床的形成是与加里东期构造活动密不可分的。
综上所述,可以基本认定研究区内金矿主成矿期为加里东期。
7 成矿模式
黔东南地区金矿床主要有石英脉型和蚀变岩型两种矿化形式,两种类型的矿化在成矿物质、流体来源和形成时间上都具有高度的相似性,然而矿体产出的空间位置却不尽相同。原因何在?基于这一问题,本文在对比研究黔东南地区金矿床的成矿条件基础上,从构造控矿条件入手,较好地解释了这一现象,并以此为基础建立了黔东南地区金矿床的成矿模式(图3)。
从中元古代到新元古代晚期,黔东南地区沉积了巨厚的陆源碎屑沉积岩夹火山碎屑岩,这些岩石主要经区域变质作用形成一套浅变质碎屑岩系,这是研究区金矿床成矿物质的主要来源。
早古生代早期,加里东运动使南华裂谷海槽萎缩、消亡,扬子古陆与华夏古陆再次汇聚碰撞形成华南陆块,发育碰撞型岩浆岩组合,研究区的隐伏岩体便是在这一时期形成的,邻区桂北、赣南也发育该类型岩体。与此同时,在区域性东西向应力持续作用下,区内开始了大面积的陆内造山活动,形成了大量阿尔卑斯式褶皱,这些褶皱组合形成了一个横跨黔东南地区的大型扇形复式背斜。在褶皱形成过程中,背斜轴部以发育张性断裂、裂隙为主;而背斜两翼部位发育压剪性断裂、裂隙。
区内较为强烈的造山作用触发了凯寨-高酿基底断裂带和剑河-启蒙基底断裂带的再次活动。在现今存在隐伏岩体的地区,深部岩浆房中的成矿物质与成矿流体沿着深大断裂及其次级断裂上升,一部分成矿物质与成矿流体在岩体顶部与围岩接触的张性节理裂隙中卸载形成金矿体,另一部分沿着断裂通道继续上升,同时岩浆的巨大热能导致古地热强烈活动,流体对流循环加速,萃取地层中的成矿物质,最终形成具有深源特征的混合含矿流体。而在没有隐伏岩体和深大断裂的地区,埋深静变质作用、动力变质作用以及构造热力作用是使金等成矿元素活化、迁移的主要因素,成矿物质来自于地层围岩,含矿流体带有变质水特征。含矿流体沿着断裂通道运移,在背斜轴部的张性空间中以充填作用形成石英脉型矿体;在背斜翼部的压剪性环境和断裂破碎带中以交代作用方式形成蚀变岩型矿体。以上所述为同一成矿期内的成矿作用,黔东南地区构造活动较频繁,可能有多期次的成矿作用相互叠加,最终形成了现今该区金矿化的格局。
表1 黔东南及湘西地区金矿床成矿时代Table 1 Metallogenic ages of gold deposits in Southeastern Guizhou and Western Hunan
8 找矿标志及找矿远景
8.1 找矿标志
(1)地层和岩相标志:下江群是研究区主要的容矿层位,其中清水江组和隆里组是最主要的容矿层位。就岩性而言,富含凝灰质、火山碎屑物质的变余沉凝灰岩、凝灰质细-粉砂岩对成矿最为有利,可作为找矿标志。
(2)构造标志:背斜核部的层间剪切裂隙、剥离构造;背斜核部及近核部断层破碎带;背斜翼部及次级褶曲的层间裂隙、层间滑脱构造是重要的构造标志。
(3)围岩蚀变标志:围岩蚀变是本区金矿显示的最重要的宏观指示标志。含矿围岩均发生不同程度的低-中温热液蚀变作用,与金矿化关系密切的围岩蚀变主要有黄铁矿化、毒砂化和硅化。
(4)矿物学标志:成矿阶段的矿物(石英、黄铁矿、毒砂等)粒度总是比后期形成的矿物粒度小得多;不同的矿物种类和组合反映矿化的好坏,一般是硫化物种类越多,组合越复杂,金矿化越好。
自然金:为本区金的最主要矿物形式,是最直接的找矿标志。
黄铁矿:黄铁矿晶形发育完好,自形程度高,一般含矿性较差;黄铁矿颗粒成粉末状或烟灰状时,脉体的含金性高。
毒砂:是本区金矿床中(点)中常见的蚀变矿物,也是十分重要的载金矿物,毒砂的晶形较差、颗粒较细时一般含矿性较好。
石英:乳白色,自形粗粒的石英含金性差,而烟灰色的石英一般含矿性好。杨光忠(2006)研究发现,该区热发光光谱为单峰的石英比双峰的石英含金性好,总发光强的石英含金性也好。
(5)遥感、物探标志:区内遥感解译出的热液环、构造环和物探资料解译出的重力异常均揭示了深部存在隐伏岩体,区内金矿成矿与隐伏岩体关系密切,通过遥感与物探资料解译出的隐伏岩体是重要的找矿标志。
8.2 找矿远景
本次工作认为锦屏地区的平秋-八克-同古一带成矿条件最好,在地表和深部均有很好的找矿前景,尤其是深部,可能存在与岩浆热液有关的大型金矿床。证据如下:①这一范围内密集分布着大量金矿(化)点。② 位于“黔东南复背斜”轴部,凯寨-高酿、剑河-启蒙两条深大断裂带之间,深部存在隐伏岩体,这些条件为大型金矿的形成提供了充足的成矿物质、能量和空间。③前已述及,区内八克、平秋金矿床的形成与深部岩体密切相关。④Ⅰ级控矿构造-复式背斜延伸至湖南境内,如图4所示,在湘西存在两个金矿化集中区,黔东南和湘西的金矿成矿地质条件相似,故在平秋-八克-同古一带出现矿化集中区可能性很大。
图4 黔东南-湘西金矿床分布简图(底图据(彭建堂等,1999))Fig.4 Distribution of gold deposits in Southeastern Guizhou and Western Hunan(Base map after Peng et al.,1999)
9 结论
(1)黔东南地区金矿床成矿物质及流体主要来自于地层围岩,但其中锦屏地区平秋、八克、同古等金矿床成矿物质及流体具有深源的特征,这些特征反映了锦屏地区平秋-八克-同古一带有岩浆活动参与到成矿系统中。
(2)大型扇形复式背斜-“黔东南复背斜”为黔东南地区金矿床Ⅰ级控矿构造,其次级背斜和断裂为Ⅱ级控矿构造,在复式背斜的轴部张性空间易于形成石英脉型矿体,翼部压剪性环境易于形成蚀变岩型矿体。由此给出了石英脉型矿体和蚀变岩型矿体其空间产出位置不同的原因,并以此为基础建立了黔东南地区金矿床的成矿模式。
(3)锦屏地区的平秋-八克-同古一带最具找矿前景,深部可能存在与岩浆热液有关的大型金矿床。目前黔东南地区金矿勘查深度一般都在300m以上,所以这一地区值得开展更深入的找矿工作,以期在面上尤其是深部发现大型金矿床。
致谢文章得到中国地质大学(武汉)张均教授、陈建国教授以及云南省地质调查局卢映祥教授级高工的指导和帮助,在此深表谢意!
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