安徽五河地区岩浆岩及构造对金矿的控制作用

2021-06-30张家嘉顾大年杜东旭

中国地质调查 2021年3期

张家嘉，顾大年，杜东旭

(安徽省勘查技术院，安徽合肥 230031)

0 引言

五河地区位于郯庐断裂带与蚌埠隆起的交汇部位，成矿地质条件优越。该区大部分被第四系覆盖，开展基础地质工作的难度大，对以往发现的3个小型金矿床(长淮金矿、大巩山金矿和西坂金矿)研究程度不够，关于该区金矿床的控矿因素及成矿流体的来源尚有争议。桑宝梁等[1]认为金矿化与本区绿岩带和变质中基性岩有着密切的关系；董法先等[2]根据长淮金矿包裹体成分的H-O同位素研究认为五河地区成矿流体与花岗质有关；邱瑞龙等[3]研究了蚌埠地区花岗岩类的稀土元素和微量元素配分特征、成矿元素组合等，认为金多金属矿化与同熔型花岗岩类及同源花岗质脉岩具有亲缘关系。近年来，五河地区金矿勘查取得较大突破，先后发现了河口中型金矿、天井湖小型金矿和方庵小型金矿。本文通过阐述该区隐伏岩体的物探异常特征、岩浆岩与金矿床的空间关系、成矿流体同位素特征以及郯庐断裂带对金矿床的控制作用，初步探讨了深部岩浆和构造对金矿床的控制作用，明确了该区的找矿方向，为下一步矿产勘查提供了理论依据。

1 区域地质概况

五河地区位于安徽省蚌埠市东部，皖东北淮河中下游，横跨淮河两岸，为平原及低丘地貌。该区处于华北陆块东南缘与秦岭—大别造山带的交汇部位(图1)[4]，郯庐断裂带从该区中部呈近南北向穿过，西侧为徐淮地块蚌埠隆起，东侧为大别构造带张八岭构造亚带[5]。

五河地区位于华北地层区南缘，主要地层包括前青白口纪变质基底、青白口纪至二叠纪沉积盖层和白垩纪以来的陆相盆地沉积，第四系松散堆积广泛分布，厚度120～160 m。近EW向的蚌埠隆起带与NNE向的郯庐断裂带构成了该区基本构造格架，两者也控制着该区岩浆岩与矿床点的空间分布(图2)[2]。

图1 皖北构造纲要图[4] Fig.1 Structure outline map of Western Anhui Province[4]

蚌埠—凤阳—五河地区岩浆活动频繁，岩石类型多样，较早的岩浆活动产物为新太古代蚌埠期造山运动期间由区域性混合岩化、花岗岩化和重熔岩浆作用形成的混合花岗岩体，并伴有伟晶岩脉和花岗岩脉大量产出，受蚌埠旋回EW向褶皱控制，主要岩性为蚌埠混合花岗岩。燕山晚期NE向断裂导致区内中酸性小岩体侵入，多为不足1 km2的中酸性浅成岩体，受NNE向断裂控制并伴有超基性-中性脉岩出现。喜山期的次火山岩体侵入郯庐断裂带内。五河地区出露新太古代蚌埠期庄子里岩体和燕山期女山岩体、山张家岩墙及各类脉岩[6]。

岩体名称：①荆山；②涂山；③陶山；④曹山；⑤淮光；⑥锥子山；⑦西芦山；⑧东庐山；⑨老山；⑩九华山；矿床名称：1.焦大郢铁矿；2.城隍庙铁矿；3.马头城铁矿；4.施湖李铁矿；5.东鲁山铁矿；6.大王府铅锌矿；7.江山铅锌矿；8.中家山铅锌矿；9.毛山金矿；10.峰山李铁矿；11.大巩山金矿；12.西坂金矿；13.河口金矿；14.长淮金矿；15.方庵金矿；16.天井湖金矿图2 蚌埠—五河地区岩体、矿床分布[2]Fig.2 Distribution of rock masses and deposits in Bengbu-Wuhe area[2]

2 岩浆岩成岩时代

2.1 岩体年龄

(1)古元古代蚌埠期的代表性岩体为磨盘山岩体和庄子里岩体。杨德彬对庄子里岩体进行锆石LA-ICP-MS U-Pb定年的结果为(2 104±20) Ma[7]；郭素淑等对磨盘山岩体进行锆石SHRIMP U-Pb定年的结果为(2 058±8) Ma[8]。

(2)中生代燕山早期的代表性岩体为荆山岩体和涂山岩体。徐文良等[9]对荆山岩体进行锆石SHRIMP U-Pb定年的结果为(160.2±1.3) Ma；王水炯[10]对荆山岩体进行锆石SHRIMP U-Pb定年的结果为(164.9±2.4) Ma；徐祥等[11]对荆山岩体进行黑云母40Ar/39Ar定年的结果为(162.8±0.3) Ma。

(3)中生代燕山晚期岩体的形成时间可以划分为两个阶段。第一阶段为130 Ma左右，主要有女山、西芦山、老山、淮光等岩体；第二阶段为120～110 Ma，主要有曹山、锥子山、长淮卫等岩体[3]。

2.2 脉岩年龄

五河地区基性、超基性和中酸性脉岩非常发育。在大巩山一带广泛发育中酸性脉岩，此外在五河地区各金矿床中也常见中酸性脉岩，以NNE向最为发育。中酸性脉岩一般是燕山晚期产物。基性脉岩以煌斑岩为主，在长淮金矿、西坂金矿、天井湖金矿及河口金矿的钻孔中均常见[12]。煌斑岩呈NNE向分布，有绿泥石化、碳酸盐化、黄铁矿化3种类型。李加好等[13]测定的西堌堆地区煌斑脉岩锆石U-Pb年龄为(156.1±8.2)Ma，在误差范围内与荆山岩体的成岩时代相近；徐祥等[11]测定的荆山岩体煌斑岩脉黑云母40Ar/39Ar年龄为(134.6±0.1) Ma，与女山岩体成岩时代相近。从形成时间上来看煌斑岩至少有两期，其侵入时代应早于成矿时代。在河口金矿的钻孔中可见基性脉岩切穿西堌堆岩组的变质岩，局部地段可见切过中酸性脉体(图3(a))，煌斑岩中发育花岗岩包体(图3(b))，推断基性脉岩的形成时间晚于中酸性脉体。

(a)煌斑岩切割花岗岩 (b)煌斑岩中见花岗岩包体图3 河口金矿ZK2014钻孔煌斑岩与花岗岩岩心照片Fig.3 Core photos of the lamprophyre and granite of ZK2014 drilling in Hekou gold deposit

3 脉岩的成矿作用

河口金矿中可见两种石英细脉切割蚀变煌斑岩，一种为不含硫化物的石英脉(图4(a)、图4(b))，另一种为含黄铁矿的石英脉(图4(c)、图4(d))；在河口金矿和天井湖金矿钻孔中的矿体顶底板附近往往有煌斑岩的存在(图4(e)、图4(f))，说明至少有一期煌斑岩的形成早于成矿期。

本文根据钻孔资料对脉岩的含金性进行了统计，样品共计181件，统计方法采用逐步迭代剔除平均值的方法，加上3倍标准离差的高值含量后求取元素平均值，统计结果见表1。

花岗闪长斑岩中的Au含量达12.64×10-9，在全区各地质单元中最高；花岗斑岩中的Au含量达8.48×10-9，仅次于花岗闪长斑岩；钾长花岗岩主要分布在ZK701钻孔中(即山张家岩墙)，厚度106.19 m，Au含量在全区脉岩中仅高于煌斑岩，但其Cu含量为全区各地质单元中最高，对ZK701钻孔中的钾长花岗岩进行化学样分析，发现Cu矿化较为普遍，含量多为0.1%～0.2%，是铜多金属成矿的有利岩体，可以提供大量热液，促进西堌堆岩组中Au元素的迁移富集，是朱顶—山张家成矿带形成金矿的重要控制条件之一。

野外观察发现大巩山一带发育有大量花岗质脉岩，石英大脉常产于花岗质脉岩旁边，其空间展布方向大体相似。而本区金矿化大多直接叠加于石英大脉之上，反映了金矿化与花岗岩类在空间上存在着一定的联系。据此推断花岗岩类是本区金矿成矿的有利岩体。

(a)不含硫化物的石英脉穿插煌斑岩 (b)不含硫化物的石英脉穿插绿泥石化的煌斑岩

表1 五河地区钻孔中脉岩金元素丰度统计Tab.1 Statistics of gold element abundance in vein rocks of the drillings in Wuhe area

4 重磁异常特征及推断解释

4.1 重力异常

高精度重磁测量在划分不同地质体界面、区域构造及推断隐伏岩体方面具有较好的效果。五河地区地层以朱顶—石门山断裂(F2)为界，以东为古沛盆地，盆地沉积厚度>5 000 m[11]，出露白垩系红层；以西为太古宙五河岩群。根据重、磁、电综合异常并结合区域地质概况，推断该区的断裂系统(图5)西部地层以F6断裂为界，以北完全被第四系覆盖，覆盖层厚度120～160 m，以南为半出露区，覆盖层厚度<10 m。

根据五河地区岩石物性资料，白垩系红层平均密度2 470 kg/m3，而太古宙五河岩群平均密度2 780 kg/m3，2套地层有明显的密度差异[14]。五河地区布格重力异常图上显示东侧的布格重力场值高于西侧(图5)。

图5 五河地区布格重力异常图Fig.5 Bouguer gravity anomaly map of Wuhe area

为解释这一反常现象，本文对布格重力异常进行了精细处理，采用不同的搜索半径求取布格重力异常垂向二阶导数。重力异常垂向二阶导数对局部重力异常有较好的突出作用，能够更清楚地突出剩余重力异常中的局部重力高或重力低，揭示剩余重力异常中一些被掩盖的局部异常信息(图6)。

从布格重力异常二阶导数等值线平面图(图6)可发现该区存在一系列重力低值带，沿朱顶—石门山断裂分布4个近SN向重力低，推测由朱顶—石门山深大断裂形成的地层凹陷引起。通过穿过该断裂的NW—SE向可控源电法剖面可知，近朱顶—石门山断裂处的白垩系沉积明显比西部更厚。

在新生代，古沛盆地的大规模次火山岩侵入受NW向断裂控制，与西部3个NW向重力低值带Y3、Y4和Y5相对应。这些次火山岩在磁异常图上反映更明显，表现为NW向的串珠状异常带(图7)。

区内出露燕山期女山岩体(Y1)和蚌埠期庄子里岩体(Y2，又称玉皇山岩体)，出露面积分别为3.5 km2和2 km2，主要岩性为钾长花岗岩。根据西坂金矿周围揭露的施工钻孔及地表出露的脉岩，推测在山张家一带沿朱顶—石门山断裂东侧有一条沿NNE向展布的岩墙，即前文所述ZK701钻孔中厚106.19 m的钾长花岗岩。

女山岩体和庄子里岩体围岩均为太古宙五河岩群的高密度地层。利用已知地质信息及大比例尺重磁数据对五河地区进行三维重磁场反演，得出女山岩体和庄子里岩体在三维重力异常中显示为负值区。提取区内类似区域，推测区内隐伏岩体位置在Y6—Y11区域。

4.2 磁异常特征及推断解释

该区以F2、F3断裂为界可划分为3个特征不同的磁场区：F3断裂以东的高磁背景异常区、中部大巩山东—朱顶—杨庵子低缓磁场区(F2—F3断裂之间)、西部荣渡—团山李低磁背景高磁异常区(图7)。

图7 五河地区地磁化极ΔT异常(附断裂体系)Fig.7 ΔT anomaly map of geomagnetic poles in Wuhe area (with fault system)

东部高磁背景异常区在高磁背景上叠加了NW向展布的7条平行排列的串珠状异常带，根据地表出露的安山岩推测该区存在火山沉积岩，NW向的串珠状异常带是次火山岩的反映。

中部低缓磁场区部分落入重力场低值区，即沿朱顶—石门山断裂分布4个近SN向重力低区，这一磁场特征不同于西部剧烈升降的条带状异常区，两种磁场特征反映的是地下不同磁性的地质体，该地段的低缓负磁场应是五河岩群之上覆盖有较厚的白垩系和第四系盖层所致，这与重力异常的推断解释具有一致性。

西部低磁背景高磁异常区，在负磁场背景上叠加了NNE和NE向的强磁带状异常。综合分析负磁场背景场与五河地区重力场值降低的现象，本文认为在太古宙地层下存在低密度和弱磁性的中酸性岩浆房。F12断裂以北的高磁异常区其上叠加有4条NE向的异常带，中间被磁场低值带所分割，整个磁场向NE向撒开，向SW向收缩。以长淮金矿为中心的NE向条带状高磁异常区集中反映了近EW向的蚌埠隆起在朱顶—石门山断裂和五河—红心铺断裂之间被牵引挤压形成的NE向复背斜的形态，该异常区内NE和NNE向局部异常较多，荣渡—方庵—杨庵子一带为磁异常相对低值区，表明次级断裂非常发育，目前仅该区就发现了4个中小型金矿床。F12—F7断裂之间的低缓正负磁异常区排列杂乱，推测是由于NE向断裂中暗色矿物增多、磁性变强所致。大巩山—女山的正磁异常区形态不规律，个别磁异常强度大、梯度陡，局部强磁异常与已出露的蛇纹岩分布区相吻合,推测应是沿断裂构造侵入的基性或超基性岩的反映。女山以南的磁异常区总体与庄子里岩体及其花岗岩体吻合，推测高磁异常为含磁性的老地层，低磁异常为花岗岩体的反映，区内两处已知的岩体物探表现出重低磁低的特点。

从该区金矿床空间分布看，绝大部分金矿床(点)位于已知岩体或推测隐伏岩体的边缘。隐伏岩体在磁异常图上大部分表现为低磁异常区，但在Y6、Y7及Y8的NW侧表现为高磁背景叠加低缓磁异常区，如前文所述可能是岩浆热液沿次级断裂侵入，岩浆中所含的硫化物在一定的物理化学条件下沉淀富集成矿，这很好地解释了为何在该区10 km2的范围内发现了多处中小型金矿床。

5 深部岩浆岩、构造及金矿床之间的关系

郯庐断裂带在早白垩世至古近纪进入拉张期，沿主干断裂周围形成了一系列断陷盆地，在此期间岩浆活动频繁，岩浆侵入基底地层，部分岩体出露地表。花岗岩开始侵入的时间可能为(124.2±6.2) Ma，这也是郯庐断裂作用拉张期活动的时间[15]，陈宣华等[16]根据钾长石40Ar/39Ar方法测定的肥东桥头集花岗岩体年龄为(102.9±3.5) Ma，反映了郯庐断裂带平移运动的就位时间。而蚌埠隆起及其次级构造位于郯庐断裂带以西，为近EW向的构造，在郯庐断裂带的左行平移运动时期构造方向逐渐转变为NE向和NNE向。

从区域上看，蚌埠隆起带和郯庐断裂带控制了五河地区岩浆岩的产出形态和矿床点的空间分布(图2)。五河地区南部的女山岩体和庄子里岩体走向呈NEE向，至大巩山一带出露的脉岩走向多呈NE向，再往北钻孔中的脉岩走向呈NNE向，岩浆岩走向的变化反映了郯庐断裂的左行平移作用。郯庐主干断裂之间发育了一系列的次级断裂，走向以NE向和NNE向为主，这些次级断裂是重要的容矿构造，五河地区发现的金矿床多为构造控矿，断裂构造走向40°～65°，倾向南东；容矿构造具有雁行排列的特征，河口金矿—长淮金矿—方庵金矿(东区)为同一组构造控矿，天井湖金矿和方庵金矿(西区)为另一组构造控矿，这些构造呈弧形并凸向SE，推测受郯庐断裂带左行压扭应力作用而形成。

此外，前人对长淮金矿、西坂金矿、大巩山金矿、河口金矿等五河地区金矿的成矿流体进行了H-O同位素研究[1-3,17-20]。测试结果具有一致性，不同矿区的样品点投图比较集中，说明区内矿床具有相似的成矿流体。本文综合上述研究成果编制δ18O-δD关系图(图8)，结果显示大部分样品点落在了岩浆水的范围内，少数样品落在变质水的范围内，表明成矿流体主要来源于岩浆水，部分来自变质水。