湖北省蛇屋山金矿地质特征、控矿因素及成矿机制探讨

孙祥民，丁厚炳，徐荣科，陈 婕

(1.湖北省地质局 第八地质大队,湖北 襄阳 441002; 2.中国地质大学(武汉) 资源学院,湖北 武汉 430074)

湖北省蛇屋山大型金矿发现于20世纪80年代末,自发现及评价以来,矿床成因存在“红土型”与“卡林型”之争,这直接影响了本区勘查方法和找矿工作的导向。在近二十年的浅表风化矿开采过程中,越来越多的开采面展现的地质现象已无法用原有观点予以充分解释。本研究通过对矿区的成矿地质背景进行深入的调查及对前人资料的重新认识,从区域地质背景及成矿地质条件、金矿床的地球化学特征、金矿矿化特征等方面入手,进一步总结矿床地质特征,对本矿床的控矿因素及成矿机制进行探讨,藉此重新评价该区找矿前景,为下一步的勘查工作部署、明确找矿方向提供依据。

1 区域地质背景

蛇屋山矿区处于扬子陆块区(Ⅱ)—下扬子陆块(叠加盆地)(Ⅱ1)—鄂东南褶冲带(Ⅱ1-1)—大冶台地裂谷带(Ⅱ1-1-2)之鄂东南滑脱折离构造体系[1]。该构造体系南起幕阜山—大幕山隆起带(构造系根部),北止于嘉鱼—赤壁弧形构造带(构造系前锋)；其主体构造格架定型于印支—燕山早期,以规模较大的近东西向系列南倾紧密倒转褶皱、逆冲推覆断层为主；燕山晚期持续伸展体制下表现为北东向及北西向断裂叠加改造,切割早期构造形成构造断块格局；在嘉鱼—赤壁一带总体表现为向南突出的弧形构造带(图1)。

图1 蛇屋山金矿区域构造纲要图Fig.1 Regional tectonic outline map of Shewushan gold deposit1.第四系；2.上白垩统—下第三系；3.侏罗系；4.上三叠统—下侏罗统；5.三叠系；6.二叠系；7.石炭系；8.志留系；9.花岗斑岩；10.高精度磁测推测隐伏岩体；11.高精度磁测推测隐伏次火山岩—火山岩带；12.倒转背斜；13.倒转向斜；14.褶皱编号；15.地质界线；16.实测正断层；17.实测逆断层；18.实测性质不明断层；19.地质推测隐伏断裂；20.高精度磁测推测隐伏断裂；21.电测深推测隐伏断裂；22.卫片解译隐伏断裂；23.金矿；24.锑矿点。

区域地层属扬子地层区下扬子分区,地表大部分为第四系覆盖,出露志留系、石炭系上统、二叠系、三叠系及侏罗系下统—中统地层,缺失泥盆系及石炭系下统、侏罗系上统,被第四系覆盖的地层有奥陶系。区内与金矿化有关地层主要是奥陶系、二叠系下统茅口组、三叠系上统—侏罗系下统王龙滩组。航磁测量推测矿区北部存在嘉鱼隐伏中酸性岩体,南部有宝塔山隐伏火山岩(玄武岩)。嘉鱼隐伏岩体推测埋深1.5～2.8 km,倾向北东；宝塔山隐伏火山岩为钻孔揭露,岩性为拉斑玄武岩。蛇屋山、铜山、八字门等金矿均出现在嘉鱼隐伏岩体南缘,南部蜡里山金锑矿出现在次火山岩活动带边缘。

2 矿床地质特征

2.1 地层

矿区大部被第四系覆盖,据采坑及钻孔揭露,基岩有寒武系中统—奥陶系下统娄山关组(∈2O1l)中—细晶白云岩,奥陶系下统南津关组(O1n)灰岩夹薄层泥岩或页岩,红花园组(O1h)晶粒灰岩,大湾组(O1d)薄—中厚层状泥灰岩夹薄层泥岩、泥瘤状灰岩,志留系下统新滩组(S1x)泥岩、粘土岩、粉砂岩,三叠系上统—侏罗系下统王龙滩组(T3J1w)泥岩、泥质粉砂岩。

2.2 构造

主要发育有蛇屋山倒转背斜：分布于蛇屋山—小蛇屋山间,总体呈近东西向展布,长约8 km,核部地层主要由寒武系娄山关组组成,翼部由奥陶系、志留系组成,背斜轴迹西段近北西西向,东段近东西向,总体南倾,倾角约20°～30°,局部近直立(0线)。因受西高东低的基底隆起影响,褶皱轴线向东侧伏,侧伏角10°～15°。背斜西段扬起剥蚀仅见倒转翼,中部在0线一带剥露其近核部的转折端,推测在本区东部背斜保存相对完整(图2)。

图2 蛇屋山金矿区基岩地质图Fig.2 Geological map of the bedrock of Shewushan gold mine1.三叠系上统—侏罗系下统王龙滩组；2.志留系下统新滩组；3.奥陶系下统红花园组；4.奥陶系下统南津关组；5.寒武系中统—奥陶系下统娄山关组；6.实测及推测断裂；7.平移断裂；8.实测及推测地质界线；9.层间破碎带；10.硅化；11.黄铁矿化；12.雌(雄)黄；13.方解石化；14.褐铁矿化；15.重晶石化；16.硅化蚀变带分布范围。

区内断裂较为发育,分别发育有近东西向和北东向两组构造,东西向断裂F2、F3主要沿蛇屋山倒转背斜核部寒武系—奥陶系(∈-O)与志留系(S)硅钙界面分布,为印支—燕山早期形成的逆冲推覆构造体系,F2为下逆冲构造面,F3为上逆冲构造面,两组断裂整体上呈现压性特征,构造岩以碎裂岩为主。北东向断裂(F4-F10)呈组列出现(见图3),切割早期形成的东西向倒转背斜和逆冲断裂,断裂性质为平移张断裂,构造岩以角砾岩为主。

图3 蛇屋山金矿区构造立体简图Fig.3 Three-dimensional diagram of structure in Shewushan gold mine1.三叠系—侏罗系；2.侏罗系；3.石炭系—二叠系；4.志留系；5.奥陶系；6.寒武系；7.逆冲断层；8.平移断层；9.性质不明断层；10.推测断层。

2.3 围岩蚀变

区内蚀变类型主要有硅化、高岭石化、方解石化、重晶石化、雄(雌)黄化、黄铁矿化,表现中低温热液蚀变组合特征。其中硅化最为广泛并呈现多期次特征,表现为面状交代、胶结和脉状充填,矿物成分以隐晶质玉髓为主,部分为显微粒状石英及胶体相SiO2。黄铁矿化一般与硅化相伴,黄铁矿多呈晶粒浸染状,部分呈脉状分布于硅化构造岩及硅化碳酸盐岩中,晶体形态多为立方体,次为八面体、五角十二面体和他形粒状。

2.4 构造地球化学

构造地球化学的研究主要采用采坑采集的构造地化剖面的数据,分别圈定Au、As、Hg、Sb异常(图4),从图4中可以看出各元素异常的形态主要受北东向断裂控制,各元素异常浓集带(点)均出现在断裂构造中,反映断裂构造、特别是北东向断裂控制Au等元素的分布。其中Au平均含量34.94×10-9～203.78×10-9,Au、As、Hg、Sb四种元素呈正相关关系,呈典型的低温热液元素组合特征。

图4 蛇屋山金矿地球化学异常图Fig.4 Geochemical anomalies of Shewushan gold mine

2.5 矿体分布特征

本区过去已发现并评价的主要金矿体赋存于第四系残积松散层中,从残留的未完全风化彻底的构造及矿化蚀变痕迹判断,松散物为蛇屋山逆冲推覆构造体系的上逆冲推覆断裂面(F3)原地风化残积形成,厚度0～105.84 m。主矿体I号矿体全长1 520 m,宽80～510 m,一般宽200～300 m,矿体厚1.00～44.30 m,多在10～30 m间,平均厚13.75 m。Au的含量1.00×10-6～19.49×10-6,平均品位2.01×10-6,呈似层状产出,产状近水平(见图5)。

图5 蛇屋山金矿39线剖面示意图Fig.5 Schematic diagram of the line 39 section in Shewushan gold mine1.第四系；2.志留系下统；3.奥陶系下统；4.寒武系中统—奥陶系下统；5.原生金矿体；6.风化矿体；7.地质界线；8.断层。

另外在原岩中发现零散小矿体33个,原生金矿多分布在产状较陡的北东向断裂及其与东西向断裂的交汇部位,厚度1.0～10.83 m,单工程平均品位1.01×10-6～5.63×10-6。总体上延伸规模不大,垂向上有距离浅部构造面(F3)越近、矿化现象更好,远之则矿化弱的特征。

本次研究主要通过对本区最大规模的Ⅰ号矿体在水平方向上展布的特征分析,来进一步厘清成矿作用与各期构造的关系,分别采用原矿区地表单工程平均品位和单工程见矿厚度(边界品位1×10-6)圈定等值线图(图6)。从品位和厚度等值线图圈定的情况看,两者在平面上均出现了“窗棂式”的展布特征,在东西向构造和北东向构造形成的每个断块(片)周缘,也就是断裂破碎部位,无一例外的出现了较高品位区(带)或厚大矿体区(带),呈不规则的 “口”字状展布,尤其是在后期的北东向断裂构造分布地段,也出现了呈线性分布的品位或厚度的高值区(带),而远离断裂构造的部位,则出现多个矿体品位低或厚度薄的“洼地”。这也看出,区内氧化矿分布于F2、F3,高品位矿的分布主要受构造控制,反映出地表氧化矿应是受构造控制的原生矿在原地氧化形成的。

2.6 矿石特征

风化矿矿石主要为粘土矿物(高岭石、水云母、伊利石等)、石英、褐铁矿、玉髓等,矿石结构主要为含砂砾泥质结构,其次为粉砂泥质结构、砂砾结构及泥质结构；矿石构造以网纹状构造、土块状构造为主。

原生矿矿石金属矿物有黄铁矿、毒砂、雌黄、雄黄、磁铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、金、银金矿。非金属矿物有水云母、高岭石、方解石、石英、重晶石。矿石结构主要为自形结构—他形结构、浸染状结构、压碎、碎裂结构,矿石常具条带状构造、薄膜状构造、稀疏浸染状构造等。

矿石中金主要赋存于粘土矿物和黄铁矿中,其分布率分别达51.5%～65.4%和32.9%～41.9%,还有不到2%的金赋存在方解石、白云石、石英中。粘土矿物中的金主要呈次显微金游离状吸附在高岭石和水云母边缘；黄铁矿经电子顺磁共振分析,证实金呈显微状[2]分布于黄铁矿晶格中或依附于黄铁矿表面及裂隙中。

3 控矿因素和成因机制探讨

3.1 成矿物质来源分析

区内寒武纪—侏罗纪地层的Au元素丰度值统计0.34×10-9～3.33×10-9,低于地球克拉克值,说明盖层地层中并没有特定的矿源层。本矿床处于嘉鱼隐伏岩体边缘,有理由相信成矿物质主要来源于变质基底或岩浆热液。

3.2 构造热液控矿条件分析

前已叙述,本区构造主体格架始于印支—燕山早期的逆冲推覆构造,之后为伸展体制产生的一系列燕山晚期北东向及北西向构造予以叠加改造,两期构造运动均产生了相应的构造热液活动。在早期东西向构造蚀变岩中获取的同位素年龄150 Ma左右代表了燕山早期的构造热事件；在后期北东向构造与雄黄共生的方解石中获得的Nd-Sm等时年龄为(99.1±2.4) Ma,这一年龄反映了金矿化及去碳酸盐化的时间,代表了蛇屋山金矿两次热液成矿事件中较晚的一次,提供了蛇屋山金矿成矿的最晚时间约束。

从构造地球化学的研究中可见,Au元素分布与北东向构造、东西向构造关系极度密切,北东向构造与东西向构造都对各元素迁移富集具有控制作用。

从矿体分布特征来看,早期的东西向推覆断裂(F2、F3)和北东向断裂控制了整个矿体的分布范围,矿体厚大、品位较高的部位均出现在断裂附近,远之则厚度变小、品位变贫。很显然晚期形成的北东向构造对矿体也起到了明显的导矿控矿作用,早期形成的推覆构造提供了较好的容矿空间。

3.3 成矿阶段研究

本次研究结合前人观点,将本矿床的成矿阶段划分为原生金矿成矿及风化淋滤改造两个阶段[3]。

原生金矿成矿阶段：含金流体沿高角度断裂带向上运移,受上部泥质地层屏蔽影响,沿早期的缓产状构造裂隙作侧向运移并形成环流。受温压、Eh值、pH值等因素突变的影响,在酸性热液中形成的可溶性硫化物及氯化物的金出现析离,持续的液体深循环(增温)—热液萃取矿物质—成矿元素的析离(降温降压)的过程,不断致使金在有利部位沉淀富集,一部分金矿物被置换富集成矿,另一部分金矿物则在构造破碎带中经泥质物吸附而聚积成矿。包体测温显示金成矿温度在110～290 ℃,属中低温成矿环境,围岩蚀变也表现为硅化、黄铁矿化、高岭石化和少量重晶石化、雄黄、雌黄化。

风化淋滤改造阶段：主要表现为风化环境下,以缓产状的上逆冲推覆断裂(F3)内原生金矿为主的矿体的改造,是原生金矿化体和含金岩石在表生风化淋滤作用下使金以游离状态在粘土矿物中重新富集成矿的过程,最终形成地表次生富集矿(化)体。

3.4 成矿机理探讨

综上所述,蛇屋山金矿床应为中低温热液成矿的卡林型金矿,在早期原生金矿成矿阶段,构造控矿作用显著,从燕山晚期北东向断裂构造本身含矿及对矿体的控制情况来看,该构造及其产生的热液活动对本区成矿起到了重要作用,早期形成的缓产状的推覆断面(硅钙面及近硅钙面的次级构造)是恰当的容矿空间,经深循环后的含金络合物矿液随北东向陡产状断裂上升至早期缓产状的容矿构造处,由于上部泥质地层的屏蔽作用,含矿热液形成侧向运动,在早期形成的构造层中,受温压、Eh值、pH值等因素突变的影响,金出现析离,持续的液体深循环(增温)—热液萃取矿物质—成矿元素的析离(降温降压)的过程导致近构造交汇处金富集浓度增强。含矿流体由近至远逐步侧向渗透的过程,产生了在缓产状断裂中的金矿体呈现以陡产状断裂为中轴,由近至远矿体品位由富至贫、由厚变薄的现象,矿体形态也受矿物质聚集的物理化学条件限制,多以缓产状产出,少量呈短小陡产状脉状产出。在后期表生风化淋滤成矿阶段(第四纪中更新世)[4],强烈的物理及化学风化作用使早期形成的原生金矿化体分解,使之均匀贫化[5],在特定的条件下也可在一定的层位(淋积层)中富集,从而形成目前可以开采利用的赋存在松散层中的“红土型”金矿类型(见图7)。

图7 蛇屋山金矿成矿模式图Fig.7 Metallogenic pattern of Shewushan gold deposit1.第四系；2.志留系；3.寒武系—奥陶系；4.断裂构造；5.原生金矿体；6.氧化金矿体；7.风化面；8.无矿天窗。

4 结论

通过进一步梳理蛇屋山矿区成矿地质背景,在前人的基础上重新对蛇屋山金矿的成因、主要的控矿因素、成矿过程及阶段进行了分析研究,从热液成矿机理的角度分析总结了矿体垂向和水平方向上分布的规律和特征,提出了燕山晚期北东向构造也为主要的导矿控矿构造、早期缓产状推覆构造面是主要容矿构造的新观点。蛇屋山金矿床应为中低温热液成矿的卡林型金矿,主要成矿期应为燕山期。更新世的风化作用对原生金矿化体有一定的改造,或部分贫化或部分富集,但不是决定性作用。

致谢：本文在撰写过程中,先后得到中国地质大学(武汉)蒋少涌教授、刘德亮博士,湖北省地质局第八地质大队胡起生教授级高级工程师的悉心指导和帮助,在此表示感谢！