豫西董家埝银矿床地质特征及矿床成因探讨

2018-09-17董岘证张凯涛马晓熙景丽媛

资源环境与工程 2018年3期

纵瑞, 董岘证, 张凯涛, 马晓熙, 景丽媛

(河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院,河南郑州 454001)

华北陆块南缘成矿地质条件优越,矿产资源丰富,优势矿产主要有金、钼、钨、银、铅、锌等,其中栾川钼矿床和小秦岭金矿集区分别为中国最大的钼产地、第二大金产地[1]。以往地质学家对华北陆块南缘成矿地质条件、成矿机制和成矿模型做了大量的研究,但多基于金属矿集区[2-4],小河岩体南缘地区由于工作程度较低一直未受重视。近期,小河岩体南缘董家埝地区发现一处规模较大的银矿床。本文以此银矿床为对象,研究成矿地质背景、矿体地质特征、矿石质量等,总结矿床的找矿标志,并对矿床成因进行初步探讨。

1 区域地质背景

董家埝银矿床大地构造位置处于华北陆块南缘与秦岭褶皱带结合部位,属华北陆块华熊台缘坳陷卢氏—栾川陷褶断束灵宝西段[5]。地壳结构具基底和盖层的地台型双层结构型式,基底太古宇岩系具多期次、深层次强烈变质变形的特点,韧性剪切带及揉流变形十分发育,是太古宙、元古代等时期(前嵩阳期、嵩阳期及中条期)多期构造变形共同作用的结果。盖层岩系变形也较强烈,但以浅层次的脆性变形为主,且远不如基底复杂,仅局部轻微变质[6-8]。

区域构造线以近东西向为主,断裂构造发育。小河断裂带为矿区主要区域断裂,其展布长度约75 km、宽约150 m,带内发育糜棱岩系和碎裂岩系岩石,具多期活动的特点。区域上断裂的表现形式在小河断裂带以北以热液石英脉充填为特征;以南多为规模较小、近东西向展布的构造破碎带。

区域北部出露小河花岗岩体,面积约46 km2,为一复杂深成岩体,岩性主要为黑云二长花岗岩。岩体北部、东部侵入太古代太华群,南部下伏于官道口群高山河组,两者局部呈断层接触。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区出露地层较为简单,主要为太古界基底太华群地层和中元古界官道口群、元古界震旦系、古生界寒武系、新生界第四系构成的沉积盖层(图1)。

太古界太华群(Ar2th):出露于区域北部、东北部,可分为下基底和上基底。下基底为一套以变质花岗岩为主的岩石组合,分为以黑云更长片麻岩为主体的岩石组合及以片麻状二长花岗岩为主体的岩石组合;上基底为一套副变质岩系,其岩石组合为一套变粒岩、浅粒岩、黑云斜长片麻岩夹石英岩组合,部分区段夹斜长角闪岩。

图1 矿区及区域地质略图Fig.1 Geological map of mining area and region1.第四系;2.寒武系;3.震旦系;4.冯家湾组;5.杜关组;6.巡检司组;7.龙家园组;8.高山河组;9.太华群;10.中元古代黑云二长花岗岩;11.早元古代角闪二长花岗岩;12.碎裂岩带;13.脆韧性断裂(石英脉);14.断裂;15.背斜构造;16.背形构造;17.向斜构造;18.董家埝地区。

中元古界官道口群(Pt2G):大部分出露于区域西南部,为一套滨海相—浅海相的陆源碎屑—碳酸盐岩或含叠层石碳酸盐岩沉积建造,普遍含硅质条带、条纹和团块以及蜂窝状燧石层。矿区主要出露官道口群高山河组和龙家园组。

元古界震旦系(Z):矿区出露较少。据岩石组合、沉积建造、接触关系等将其分为东坡组、罗圈组。

古生界寒武系(∈):寒武系出露于区域的南部、东南部,由滨海—浅海相碎屑岩和碳酸盐岩组成,与下伏的官道口群呈断层接触,与下伏地层新元古界震旦系呈平行不整合接触。据岩石组合特征自下而上划分为辛集组、朱砂洞组和馒头组。

2.2 构造

矿区位于小河岩体南部,断裂发育(图1)。区内断裂以陡倾断裂为主,主要有北东东向、北西向、近南北向等多组。区内主要断裂构造有6条,各断裂特征如表1。其中F1断裂带规模较大,东西向贯穿全矿区,为主要含矿带,F2、F3、F4、F5、F6为其次生断层。

表1 矿区断裂构造特征一览表Table 1 List of characteristics of fracture structure in mining area

F1断裂带处小河岩体与地层(寒武系、中元古界及太华群)接触部位。从带内岩系特征分析,该断裂经历了多期构造应力场变化,总体呈现为压—张性构造特征,具复合型断裂构造性质。其主要表现为两期构造活动:一期构造活动应为压性特征,造成带内岩石破碎、变形、变质,伴随不同期次热液充填,形成碎裂蚀变岩,局部矿物具弱定向排列,岩石普遍发育硅化、绢云母化等蚀变,此次构造运动为含矿热液运移提供了通道;二期构造活动主要表现为张性特征,形成构造角砾岩,角砾成分主要为碎裂蚀变岩,该期活动对银矿体具有一定的破坏作用。

2.3 岩浆岩

矿区内岩浆活动主要表现为岩浆侵入作用,分布于区内北部,主要为大面积出露的二长花岗岩(中元古代小河岩体)和呈脉状产出的闪长岩。

二长花岗岩:化学成分以富硅、富碱(高钾低钠)、贫钙、贫镁为特征,岩浆早期以偏酸性为主,后期向碱性演化。岩石具有较高的稀土总量,具轻稀土富集、铕亏损特征,与壳型花岗岩很相似,并与东秦岭I型花岗岩接近,说明小河岩体具有I型S型双重特点。

闪长岩脉:主要产出在F1断裂北侧的二长花岗岩岩体内。走向多为北东向,大致平行F1断裂,多呈高角度侵入。

2.4 土壤地球化学特征

以矿区圈定的1-甲3 Ag、Au、Sb、Zn、Pb、As、Co、Cu、Mo、Bi综合异常为例:该异常大致呈椭圆状近东西向展布,长约1 000 m,宽约350 m,面积约0.3 km2。该综合异常元素组成比较复杂,各元素套合关系较好。其中Ag为主要异常元素,Sb、Pb、Au、Zn为主要伴生元素,其异常面积大、强度高,尤其是Ag异常已达矿化程度,最高异常值分别为Ag>20×10-6、Sb 54.5×10-6、Pb 842×10-6、Au 22.3×10-9、Zn 2 349.5×10-6,均具有清晰的三级浓度分带和较强的浓集中心;As、Cu 2元素也有较好的异常显示,Mo、Co、Bi在该区也有较弱的异常显示。该异常特征值详见表2。

表2 1-甲3Ag、Sb、Pb、Zn、Au综合异常特征值一览表Table 2 List of 1-Jia 3Ag、Sb、Pb、Zn、Au integrated exception eigenvalues

该异常的组成元素主要为前缘、中部元素,其异常强度高,且具有较强的浓集中心,其展布范围跨越F1断裂构造蚀变带,分布位置相吻合,处于小河二长花岗岩与太古界太华群地层的接触带(图2)。经实地初步查证异常为蚀变、成矿作用所致,经异常区内工程揭露,采取的化学样品Ag含量达84.5×10-6,Au含量达0.55×10-9。

3 矿体地质特征

3.1 矿体特征

矿区在F1断裂构造带内赋存一个脉状银矿体,由探槽TC01、TC02、TC07和ZK0001、ZK1301钻孔控制。银矿体沿走向延伸约650 m,沿倾向控制最大斜深约300 m;最低见矿标高为+630 m,最高为+973 m,埋深为0～282 m。在地表和深部常可见分枝复合现象(图3),总体产状为160°∠70°,由西向东逐渐变陡。

图2 矿区1-甲3综合异常剖析图Fig.2 Comprehensive abnormal analysis of 1-3 in mining area1.第四系;2.高山河组;3.太古界太华群;4.二长花岗岩;5.石英脉;6.闪长岩脉;7.构造蚀变岩及边界;8.断层及编号;9.地质界线;10.综合异常边界线。

见矿工程显示银矿体(Ag)品位最高3 023.0×10-6,最低41.3×10-6,平均品位164.0×10-6,变化系数为112.6%,属较均匀型;矿体最大厚度18.23 m,最小厚度1.12 m,平均总厚度7.06 m,变化系数为101.8%,属较稳定型。矿体在走向上由西向东及倾向上由浅到深均有厚度增大、品位增高的趋势(图3、图4)。

3.2 矿石特征

矿石的基本成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、CaO、MgO、MnO、TiO2、K2O、NaO、P2O5,成矿元素以Ag为主,伴生有用组分为Pb、Zn和Au。

经岩矿鉴定和电子探针分析,矿石矿物主要为方铅矿、黝铜矿、闪锌矿,次为黄铜矿、硫锑铜银矿及辉银矿;脉石矿物主要为石英、钾长石、斜长石和绢云母等。方铅矿和闪锌矿常充填于脉石矿物裂隙中,呈他形粒状集合体,直径0.02～6 mm,两者相互包裹为伴生关系;黝铜矿集合体直径0.02～5 mm,常交代方铅矿呈浸蚀状,可见方铅矿呈孤岛状残留;黄铜矿一般为半自形—他形粒状集合体,直径0.005～0.5 mm,多沿方铅矿、黝铜矿、闪锌矿及石英裂隙充填,少数呈乳滴状分布于黝铜矿中,可见交代方铅矿、辉银矿现象。

图3 矿区银矿体平面分布图Fig.3 Plane distribution map of silver ore body in mining area1.第四系;2.高山河组;3.小河二长花岗岩;4.太华群;5.地质界线;6.角度不整合界线;7.断层位置及编号;8.探槽位置及编号;探线位置及编号;11.见矿钻孔位置及编号。

图4 矿区钻孔ZK0001剖面图Fig.4 ZK0001 profile of borehole in mining area1.第四系;2.高山河组;3.二长花岗岩;4.太古界太华群;5.构造边界;6.探槽及编号;7.钻孔位置及编号;8.产状。

银的赋存形式多为独立银矿物、晶格银矿物:独立银矿物主要为辉银矿(螺状硫银矿)和硫锑铜银矿;晶格银主要为类质同象混入物的形式存在于黝铜矿中。硫锑铜银矿和辉银矿(螺状硫银矿)颗粒微小,呈不规则状充填于钾长石裂隙中,辉银矿(螺状硫银矿)与黄铜矿共生。

根据目前成果,初步分析矿石矿物的生成顺序为:方铅矿+黝铜矿—闪锌矿—黄铜矿+辉银矿(照片1、照片2)。由于矿石中银矿物粒度较细,导致鉴定捕获银矿物的点位较少,大致分银矿物生成晚于钾长石,早于石英。因此,笔者认为本银矿床经历了三期金属硫化物侵入,最后一期裹挟着银元素入侵,富集成银矿床。

矿石可见硅化和绢云母化:硅化是矿区内最普遍的一种蚀变类型,从成矿早期到成矿晚期均有出现,表现形式多样,按其赋存形式可以进一步划分为全岩硅化和脉状硅化两种主要类型,后者对前者有切割现象,两者与Ag矿化关系密切,后者银矿化更为明显;总体Ag矿化强弱和硅化强弱呈正比关系。绢云母化在矿区发育较普遍,早期绢云母交代原岩中的长石,呈鳞片状;绢云母化较强的部位银矿化往往较弱,两者大致呈反比关系。

照片2 银矿石反射光图像Photo 2 Reflected light image of silver ore

3.3 围岩及蚀变特征

银矿体赋存于F1构造蚀变带内,顶底板围岩主要为碎裂蚀变岩和构造角砾岩,主要蚀变为硅化和绢云母化,局部可见弱绿泥石化、绿帘石化。

3.4 找矿标志

(1) 构造标志。断裂构造是控矿容矿的场所,特别是多期活动的断裂构造,更是银矿形成的最有利部位。因此,断裂构造是找矿的主要标志之一。

(2) 蚀变矿化标志。与银矿体有关蚀变矿化较清晰,主要蚀变有硅化、绢云母化和碳酸盐化,其中,硅化和绢云母化与银矿化关系密切,硅化强弱与银矿化程度呈正比关系,绢云母化反之。

(3) 岩浆岩标志。矿区内F1断裂构造蚀变带处于小河岩体与地层的接触部位,此部位是含矿热液活动频繁部位,岩浆侵入为热液活动提供动力,也为银矿床的形成创造了有利条件。

(4) 化探异常标志。土壤地球化学综合异常是有效的间接的找矿标志,综合异常以Ag为主要异常元素,Sb、Pb和Zn为主要伴生元素,各元素具异常强度大,且套合好,元素浓集中心一致,银矿体范围一般不超出异常范围。

4 矿床成因探讨

4.1 矿床类型

区内银矿体赋存于断裂带内,总体呈陡倾脉状产出,银矿床的形成及分布严格受F1断裂带控制;矿石矿物银及金属硫化物沿岩石裂隙充填至碎裂蚀变岩内,矿石多呈浸染状、脉状—网脉状构造特征;与成矿有关的围岩蚀变矿物主要为中低温形成的石英、绢云母、碳酸岩和绿泥石组合,矿化矿物主要有中低温环境下形成的方铅矿、闪锌矿和黝铜矿等矿物组合。类比区域主要银矿床[9-11],区内应为中低温热液型脉状银矿床。

4.2 成矿物质来源

矿区出露地层有太古界太华群、中元古界官道口群和中生界寒武系,通过以往地质学者的研究,太华群为区域内内生金属矿产的重要成矿物质来源,是金钼等矿产的主要矿源层[12-13];矿区官道口群龙家园组银元素丰度大于地壳元素丰度,浓集比率>1,其含量高达3.24×10-6～3.28×10-6[14],亦具有矿源层特征,故太华群和官道口群地层可能为银元素成矿提供了部分物质。

4.3 成矿物质运移及动力

F1断裂规模较大,其产生于构造挤压和伸展环境,为小秦岭南部的拆离断层,其上盘地层主要为区域基底结晶地层太古界太华群和盖层中元古界及寒武系地层,下盘为中元古代小河二长花岗岩体,主断裂面为岩体与地层接触带,故F1断裂为深部含矿热液提供了较为理想的运移通道和容矿空间。

区域岩浆活动较为强烈,具有多期次性。晋宁期小河二长花岗岩呈岩基在区内大面积分布;加里东期岩浆活动主要以闪长岩、辉绿岩、花岗伟晶岩等岩脉侵入到小河二长花岗岩中;燕山期侵入岩,主要表现为呈二长花岗岩岩脉侵入基底太华群地层。多期岩浆活动在区内形成了不同时期和不同形态的中酸性岩基、岩脉,岩浆活动为区内银矿的形成提供了必要的热动力。