青海昆仑河北地区岩浆活动、金矿成矿特征及找矿前景分析

焦 和康继祖黄国彪贾建团彭 建鲁海峰雷延祥

1.青海省柴达木综合地质矿产勘查院,青海 格尔木 816000;

2.青海省柴达木盆地盐湖资源勘探研究重点实验室,青海 格尔木 816099;

3.青海省地质调查院,青海 西宁 810000

0 引言

东昆仑造山带位于青藏高原北部和中央造山带西段,是中央造山带的重要组成部分(殷鸿福和张克信,1998),被昆北断裂、昆中断裂和昆南断裂分为东昆北、东昆中、东昆南构造单元(姜春发等,1992;殷鸿福和张克信,1998)。东昆仑造山带同时也是一个具有漫长演化历史的多旋回造山带,自显生宙以来,东昆仑地区发生了两期大规模构造运动,分别是早古生代加里东运动(原特提斯洋演化)和晚古生代—早中生代古特提斯洋演化,构造-岩浆活动强烈,成矿条件优越,是国内重要的金属成矿带之一(罗照华等,1999;李文渊等,2011;潘彤等,2011;Meng et al.,2013;Yu et al.,2017;陈加杰,2018),也是青海省找矿前景最好的地区之一。

长期以来,对东昆仑造山带东段的成矿作用和构造岩浆演化研究较多(陈国超等,2020),在成矿年代学(丰成友,2002;陈柏林等,2019)、矿床类型(张宇婷,2018)、构造控矿特征(陈柏林等,2016)等方面研究都较为深入。在东昆仑西北部的祁漫塔格地区也有学者进行了较多的岩浆活动与成矿作用研究(李文渊,2010;张爱奎等,2010,2020;高永宝,2013;何书跃等,2013;刘渭等,2014,2021),陆续发现了夏日哈木铜镍矿、虎头崖铅锌矿、四角羊-牛苦头铁多金属矿、它温查汉铁多金属矿、尕林格铁矿、野马泉金矿等矿床。受交通和自然环境条件限制,对东昆仑中段地区成矿作用关注较少,理论突破和找矿成果缺乏。昆仑河北研究区位于东昆仑中段野牛沟昆仑河以北、昆中断裂以南,昆南成矿带万保沟-大干沟成矿远景区(党兴彦等,2006)以西地区,整体海拔为4500～5200 m。该区的矿产勘查工作于2003年由青海省柴达木地质矿产勘查院全面展开,此后由青海省内外多家单位进行了大量的科研工作和矿产预普查等工作(徐文艺等,2001;韩生福和章午生,2004;杨生德等,2013;易平乾等,2013),先后发现了大量以金为主的矿(床)点和矿化信息,形成了一个东西长度近150 km断续出露的金矿(化)带,自西至东依次形成了黑海北、拉陵灶火、苏海图、加祖它士西、向阳沟、加祖它士东、大灶火、黑刺沟等多个金矿勘查区,将其命名为昆仑河北金矿(化)带,目前提交金资源量近20 t,以黑海北金矿床规模最大,已达到中型规模(黄国彪等,2020;焦和,2020)。

区域上主要发育与岩浆作用有关的钨矿和金矿,对区域金钨共生规律已有少量的研究(康继祖等,2014;逯永卓等,2020),对区域上的黑海南金矿床(申浩,2016)、黑刺沟和大灶火金矿床(冯李强,2017)的研究显示,金矿的成矿流体来源主要为变质水,成矿期以来混入了大气降水,矿床特征与典型造山型金矿床较为相似。黄国彪等(2021)对黑海北金矿的地质特征和找矿前景进行了简单的描述。对于近年来形成的昆仑河金矿(化)带尚未有系统的成矿流体、成矿时代、构造动力学背景、构造控矿特征等方面的研究成果。随着黑海北矿区的局部地段达到了详查程度,矿床矿体特征更加清楚,但对整个成矿带矿床成因等基础理论问题研究较少,对于成矿时代和矿床成因还存在争议。基于此,文章在对研究区典型矿床的矿体产出形态、矿体特征、形成环境、成矿时代等方面的现有成果进行梳理的基础上,采集金品位普遍较高的硅化(黄铁矿化)二长花岗岩和赋矿的花岗闪长岩(脉)进行年代学研究,探讨昆仑河北地区岩浆活动特征,分析金矿的矿床成因和找矿前景。

1 区域地质

研究区横跨昆中断裂,以昆中断裂(也称东昆中断裂)为界,北部为东昆仑中部构造带,也称为东昆中岩浆弧带,南部的东昆仑南部构造带也称为东昆仑南坡俯冲增生杂岩带(张雪亭和杨生德,2007;潘桂棠等,2013;图1)。研究区内出露的地层主要为中—新元古界万保沟群中基性火山岩、碎屑岩和大理岩(阿成业等,2003),奥陶系纳赤台群变质碎屑岩、玄武岩和大理岩(史连昌等,2017;图1),包括下寒武统沙松乌拉组、泥盆系牦牛山组、石炭系哈拉郭勒组、石炭系—二叠系浩特洛哇组、三叠系洪水川组、昌马河组、闹仓坚沟组、希里科特组、八宝山组等仅局部出露,岩性主要为浅变质碎屑岩和碳酸盐岩,局部夹火山岩和火山碎屑岩。

图1 研究区地质简图(a据Dong et al.,2018修改;b据王秉璋等,2008修改)Fig.1 Geological sketch of the study area (a is modified from Dong et al., 2018; b is modified from Wang et al., 2008)

区内侵入岩分布广泛,主要出露于昆南断裂以北、昆中断裂两侧和昆仑河沿岸,侵位时代主要为中—晚志留世、早泥盆世和晚三叠世—早侏罗世3期,岩性主要为花岗岩、花岗闪长岩和闪长岩,晚三叠世岩体主要为辉长岩(王秉璋等,2008)。区域上发育北西西(近东西向)和北西向两组断裂(黄国彪等,2021),其中北西西向(近东西向)断裂为区内主干构造,为不同构造单元的分界断裂,也为区内控岩和控矿构造,同时也控制了地层的分布和发育,北西向断裂组为区域主构造北西西向(近东西向)断裂组的次级构造,区域上主要分布于昆中断裂以南6 km范围内,整体呈北西西向带状展布,该组断裂为区内主要成矿构造。区内复式背斜和逆冲推覆构造发育,轴部沿东西向展布,区内小规模断裂近东西向近于平行且密集展布。区内的中—新元古代和早古生代地层均遭受绿片岩相区域变质和多期次变形作用改造,区域性连续劈理(板劈理、千枚理和片理)发育,受昆中、昆南和昆仑河等断裂韧性剪切作用影响,断裂两侧各时代地层均遭受动力变质作用改造,岩石多已发生糜棱岩化,同时形成大量构造蚀变破碎带。

2 典型矿床(点)地质特征

经初步统计,昆仑河地区目前发现各类矿(床)点 63 处,其中金属矿(床)点58处(主要为金矿化点,少量的磁铁矿等),非金属 5 处(其中玉石矿点 3 处,水晶 1 处, 滑石 1 处)。根据研究区成矿地质背景,结合已有找矿成果,以控矿构造为依据,区内已划分出三个成矿远景区,即铜金山-纳赤台 Au-Cu-W 成矿远景区、黑海北-黑刺沟-小南川Au-W-Sn成矿远景区、黑山-东西大滩-西藏大沟 Au-Sn-W-Co多金属成矿远景区,显示该研究区具有良好的找矿前景。主要金矿床(点)地质特征见表1。

在研究区发现的金矿床(点)主要赋存于昆中断裂以南的构造破碎带中,东西断续出露,长约150 km,1∶5万水系沉积物异常显示金元素基本沿构造破碎带连续分布。目前已发现黑海北、拉陵灶火、加祖它士西、加祖它士东、向阳沟、大灶火、黑刺沟等金矿床(点)和大量的金矿化信息,显示出较好的找矿前景。文中选择该成矿带西部的黑海北和东部的加祖它士东两个典型矿床,对其矿床成因和找矿前景进行详细分析研究。

2.1 黑海北金矿床

2.1.1 矿区地质

黑海北金矿位于昆仑河北金矿带西段,昆中断裂以南,该区出露地层有中—新元古界万保沟群、奥陶—志留系纳赤台群、中三叠统闹仓坚沟组及第四系(图2)。万宝沟群由下碎屑岩组、火山岩组、碳酸盐岩组和上碎屑岩组共4个岩组组成,万宝沟群严格受区域性断裂控制,主要分布于昆仑山主脊断裂以南没草沟—万宝沟地区一带,与纳赤台群呈断层接触关系,被后期花岗闪长岩和二长花岗岩岩体侵入,局部与早三叠世洪水川组呈不整合接触。纳赤台群受构造控制呈近东西向大面积展布,岩性主要为千枚岩、灰绿色变长石砂岩、长石石英砂岩,夹粉砂岩、玄武岩、粗面岩、玄武安山岩,少量砾岩、砂质灰岩或生物屑泥晶灰岩,岩性均发生不同程度的变形。千枚岩中见有劈理发育,地层内次级断裂破碎带较为发育。闹仓坚沟组主要分布在黑海以北-没草沟以北地区,岩性主要为粉砂岩夹灰色薄层状岩屑长石砂岩、薄层状泥晶和生物灰岩、中细粒长石石英砂岩夹薄层状粉砂岩、中层状生物碎屑灰岩和泥晶灰岩,地层受构造控制呈近东西向展布,与下伏纳赤台群地层呈断层接触。

区内构造活动以断裂为主,并与成矿关系较为密切,发育两条主要断裂(F52、F53),呈北西西向延伸,F52为开木棋河上游-灶火河上游断裂,位于区域北部,呈东西向延伸,西起开木棋河上游一带,东至苏海图河上游,横贯区域,区域范围内长约45 km,为挤压性质的逆断层,断面倾向多变,总体北倾,倾角25°～52°,沿断裂负地形发育,沟谷、垭口呈线状分布,线性形迹较为明显,被数条北东向平推断层错断,断距100～2000 m,断裂多形成宽约10～100 m的破碎带,地表呈黄褐色,具铁质渲染。F53为开木棋河沟脑-拉陵灶火沟脑断裂,走向北西西向,倾向北,倾角30°～63°,长度33 km,分布在矿区中部,两侧地貌反差明显,破碎带宽10～50 m,碎裂岩、压碎岩、断层角砾岩发育,切割纳赤台群、华力西期侵入体,在区内形成Sb-1含矿蚀变带,是区内重要的控岩构造。矿区北部出露的岩石类型主要为花岗闪长岩、二长花岗岩,其中二长花岗岩是主要的赋矿围岩。岩体与奥陶—志留系纳赤台群呈断层接触。脉岩发育,具有多期次性,大多沿节理、裂隙贯入,类型有辉绿岩脉、煌斑岩脉、闪长岩脉等。

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2.1.2 矿体特征

已有研究在黑海北地区累计圈定出蚀变破碎带6条(Sb-1—Sb-6),Sb-1是其中含矿性最好的一条,近东西向展布,为含矿破碎带,长度13 km,宽50～80 m不等(图2),对该带Ⅰ区通过槽探和钻探工程按80×80m的普查网度进行了验证、控制,圈定18条金矿化体和8条金矿体,初步估算金资源量已达到中型矿床(7.83 t),矿体主要表现为地表整体品位高、厚度大、连续性好,深部品位升高、厚度减小的特点。

图2 黑海北金矿床地质简图(底图据焦和等,2020修改)Fig.2 Geological map of the Heihaibei gold deposit (modified from Jiao et al., 2020)

在Sb-1中相继圈定了3条金矿体M1—M3,M1和M2金矿体产状分别为189°∠78°～85°、183°∠85°,与蚀变带产状一致,矿体主要赋存于蚀变的二长花岗岩中,通过钻孔观察发现,整个岩体均可见细脉浸染状的黄铁矿化,富矿地段岩石已无花岗岩结构及成分,主要表现为微细粒黄铁矿化硅化石英团块。

M3金矿体是目前区内最大的一条金矿体,含矿岩性为烟灰色黄铁矿化硅化带,与围岩呈断层接触,围岩均有一定的接触交代蚀变现象,局部具较强的硅化和一定的金矿化。矿带沿走向和倾向基本稳定延伸,但通过样品分析金的富集不稳定,走向及倾向上都有尖灭再现的现象。目前对该矿体的控制长度为660 m,控制斜深80～60 m不等,产状192°∠73°～86°(图3),钻孔中矿体垂直厚度4.90 m。平均品位7.70 g/t,最高品位65.90 g/t。该矿体在倾向上延伸也较稳定,目前还未完全控制(图3)。M6金矿体呈透镜体状分布,控制长度190 m,控制斜深53 m,产状192°∠75°,厚度2.38 m,平均品位5.60 g/t,最高品位65.90 g/t。

图3 黑海北矿区04勘查线剖面图(底图据焦和等,2020修改)Fig.3 Profile map of No.04 exploration line in the Heihaibei mining area (modified from Jiao et al., 2020)

2.1.3 矿石特征

根据赋矿岩石特征,主要矿石自然类型为褐铁矿化硅化二长花岗岩型金矿石(氧化混合矿)和黄铁矿化硅化二长花岗岩型金矿石(原生矿)。矿石中金属矿物主要为黄铁矿,少量毒砂、黄铜矿、方铅矿、磁黄铁矿等,非金属矿物有石英、绢云母、高岭土、绿泥石、长石、白云母等。与金成矿关系密切的黄铁矿呈细脉状、团块状、浸染状及星点状分布,部分黄铁矿脉脉宽1～4 cm不等,大多数黄铁矿脉脉宽0.1～0.3 cm左右。矿石中金的赋存状态较为简单,均以独立矿物的形式存在,最主要的金矿物为自然金,金矿物多呈他形不规则粒状,具脉状、棒状、树枝状等不规则粒状晶形分布于脉石矿物颗粒裂隙中和黄铁矿颗粒裂隙之中。

根据矿石中主要金属矿物的产出状态,矿石的构造主要有星点状构造、浸染状构造、脉状构造、条带状构造等。

产于矿体附近的围岩蚀变主要有硅化、黄铁(褐铁)矿化,少量钾化、绿帘石化、绿泥石化、高岭土化、绢云母化等(图4a—4e)。

图4 黑海北和加祖它士东金矿矿体矿石特征Fig.4 Field pictures and micrographs showing the ore characteristics of the Heihaibei and Jiazutashidong gold deposits

2.2 加祖它士东金矿床

2.2.1 矿区地质

加祖它士东金矿床位于昆仑河北金矿带东段,矿区内出露奥陶—志留系纳赤台群、中三叠统闹仓坚沟组和洪水川组及第四系。纳赤台群为半深海细浊积岩建造组合,主要分布于矿区中南部大灶火沟西侧,总体近东西走向,褶皱构造不太发育,主要由安山岩、绿泥石片岩、变粉砂岩、长石石英砂岩、泥晶灰岩、鲕粒亮晶灰岩、灰黑色含炭质千枚状板岩组成,与上部三叠系呈不整合或断层接触。闹仓坚沟组主要在矿区西部岀露,由灰白色粉砂岩、鲕粒灰岩、生物碎屑灰岩、泥质灰岩加岩屑砂岩及少量含粒砾砂岩、砾岩组成,洪水川组主要在矿区中南部岀露,近东西向条带状分布,倾角大多平缓,主要由浅灰色砾岩、灰白色长石砂岩、中细粒长石杂砂岩、紫红色含粒砂岩及紫红色长石岩屑砂岩组成。

区内褶皱不发育,发育4条主要断裂(F1—F4)。F1和F2断裂近平行展布,均为北西西向具挤压性质的逆断层,倾向北,倾角25°～52°,区域内长度约20 km,矿区北出露4.5 km左右,两断裂之间次级断裂极其发育,F3断裂分布在矿区西南部,断层性质不明,具多期次活动和分支复合特征,破碎带宽10～50 m,碎裂岩、压碎岩、断层角砾岩发育,并见有断层泥、石英脉和黄铁矿化,断裂附近次级断裂发育,Sb-4含矿构造破碎蚀变带就分布在该断裂附近,带内岩石普遍发生碎裂岩化、褐铁矿化、黄铁矿化、硅化,蚀变破碎带走向近东西向。F4断裂位于矿区南侧,近东西向贯穿整个预查区,为逆断层,南倾,形成宽约5～20 m不等的破裂带,受断裂影响岩石破碎,带内碎裂花岗岩、糜棱岩、断层泥十分发育,局部见挤压片理、构造凸镜体,断面平直光滑,见近于水平的断层擦痕。岩浆岩以侵入岩为主,大面积分布于矿区北部,以海西期花岗闪长岩为主(王秉璋等,2008)。

2.2.2 矿体特征

矿区内目前圈定出构造蚀变破碎带4条(Sb-1—Sb-4),Sb-1、Sb-4为含矿构造破碎蚀变带。Sb-1位于矿区北部F1和F2两断裂之间的奥陶系地层,长约4.5 km,宽20～50 m不等(图5),由厚度较大的绿片岩化火山岩及互层产出的灰岩、板岩、砂岩组成,接触带附近发生较强的硅化和黄铁矿化等现象,在地表表现为很强的褐铁矿化。地表圈定的金矿化带厚度较大,但品位较低。不管是在地表和还是钻孔内圈定的金矿(化)体上盘均发现了灰白色花岗闪长岩脉。带内岩石普遍具碎裂岩化、黄铁矿化、褐铁矿化、硅化、高岭土化及绿泥石化,其中硅化较强区段含矿性较好。硅化脉呈细脉状、网脉状或团块状沿岩石的裂隙和微节理分布,宽度为几毫米到300 mm,密度为1～2条/m2,密集段可达3～4条/m2。破碎带两侧出露纳赤台群绿泥石化砂质板岩、绿泥石片岩及安山岩。通过探槽验证,在地表圈定的金矿化带宽17～22 m,长400 m,共圈定出金矿体2条,钻探工程验证显示,该条矿化带近直立,并且在深部圈定出厚大矿化带,圈定金矿体4条,长160～320 m,整体呈陡北倾,倾角86°～90°(图5),且伴生有银,视厚度2～26.08 m,金品位1.14～3.55 g/t,单样品最高品位7.88 g/t。Sb-4位于矿区南部,出露长度约1.5 km,西段被第四纪覆盖,中东段碎石流覆盖,宽5～15 m不等,带内岩石普遍发生碎裂岩化、褐铁矿化、黄铁矿化、硅化,蚀变破碎带走向近东西向,仅有矿化显示,未能圈定出矿体。

图5 加祖它士东金矿床地质简图(底图据焦和等,2020修改)Fig.5 Geological map of the Jiazutashidong gold deposit (modified from Jiao et al., 2020)

2.2.3 矿石特征

加东矿区矿石类型主要是蚀变岩型,原岩主要有含炭质千枚状板岩、长石石英砂岩、绿泥石片岩等。矿石中主要金属矿物有黄铁矿、褐铁矿、黝铜矿、方铅矿,非金属矿物主要有石英、长石、绢云母、绿泥石、方解石等。矿石多为半自形—他形粒状结构,矿物颗粒一般为细粒—微细粒,少量为中粒状。根据矿石中主要金属矿物的产出状态,矿石的构造主要有星点状构造、浸染状构造、细脉状构造及团块状构造(图4f—4i)。

3 侵入岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年

3.1 样品描述

黑海北的测年样品(HHB01)采集于04勘探线ZK0403钻孔(图3),岩性为烟灰色含黄铁矿硅化二长花岗岩(图4d),采样部位岩体发生一定的接触交代蚀变现象,岩体局部硅化呈灰黑色,肉眼难见硫化物颗粒。二长花岗岩呈灰白色—浅肉红色,中—细粒花岗结构,块状构造,主要由斜长石、钾长石、石英和云母组成。斜长石含量30%～45%,钾长石含量25%～30%,石英含量25%～30%,云母含量5%左右。目前在二长花岗岩中的蚀变破碎带内发现金矿体12条,金矿化体二十多条,硅化较强部位金矿化较好。

加祖它士东的样品(CY01)采集于0勘探线ZK06钻孔中的花岗闪长岩脉(图6,图4h),与围岩呈侵入接触关系,岩石呈浅灰色—灰白色,中粗粒结构,块状构造。主要矿物有斜长石(42%)、钾长石(28%)、石英(26%)及黑云母(4%)。斜长石呈板状、柱状,普遍被泥化,具聚片双晶,是更长石。钾长石,呈板状、粒状,在岩石中分布均匀,普遍被泥化。石英他形粒状,充填在其他矿物空隙之间,形态受空隙形态控制。黑云母板状,全部被白云母化,并析出铁质,在岩石中分布均匀,无定向性。接触带有明显的硅化和黄铁矿化现象,黄铁矿呈自形—半自形,脉状、星点状不均匀分布。

图6 加东矿区0勘探线剖面图(底图据焦和等,2020修改)Fig.6 Profile map of No.0 exploration line in the Jiazutashidong mining area (modified from Jiao et al., 2020)

3.2 测试方法

LA-ICP-MS锆石U-Pb定年测试分析在北京科荟测试技术有限公司完成,首先在双目镜下挑选出干净透明且自形程度较好的锆石颗粒,用环氧树脂固定、抛光,然后进行透射光、反射光及阴极发光图像分析,确定分析对象。锆石定年分析所用仪器为Analytik Jena PQMS Elite型 ICP-MS及与之配套的RESOlution 193 nm 准分子激光剥蚀系统。激光剥蚀所用斑束直径为24 μm,频率为6 Hz,能量密度约为6 J/cm2,以He为载气。LAICP-MS激光剥蚀采样采用单点剥蚀的方式,测试前先用锆石标样GJ-1进行调试仪器,使之达到最优状态。锆石U-Pb定年以标样GJ-1为外标,微量元素含量利用NIST610做为外标、Si做内标的方法进行定量计算 (Liu et al., 2010)。测试过程中在每测定10个样品前后重复测定2个锆石标样GJ-1对样品进行校正,并测量1个Plesovice锆石,观察仪器的状态以保证测试的精确度。数据处理采用ICPMS DataCal程序(Liu et al., 2010),测量过程中绝大多数分析点206Pb/204Pb>1000,未进行普通Pb校正,204Pb含量异常高的分析点可能受包体等普通Pb的影响,对204Pb含量异常高的分析点在计算时剔除,锆石年龄谐和图用Isoplot 3.0程序获得。

3.3 测试结果

测年样品的锆石选择锥状、柱状自形晶体,长100～250 μm,锆石阴极发光图像具有明显的岩浆韵律环带和明暗相间的条带结构,显示出典型的岩浆锆石特征(图7),锆石U-Pb测试得到的年龄数据及同位素比值可见表2。

表2 黑海北二长花岗岩(HHB01)和加祖它士东花岗闪长岩(CY01)锆石LA-ICPMS U-Pb同位素年龄测试结果Table 2 Zircon LA-ICP-MS U-Pb data of the Heihaibei monzonite (HHB01) and the Jiazutashidong granodiorite (CY01)

图7 测试样品锆石阴极发光照片及点位年龄Fig.7 Zircon cathodoluminescence photos and point U-Pb ages of the samples

研究表明不同成因的锆石具有不同的Th、U含量及Th/U比值,岩浆锆石的Th、U含量比较高,Th/U比值一般大于0.4,而变质锆石的Th、U含量比较低,Th/U比值一般小于0.1(吴元保和郑永飞,2004)。黑海北(HHB01)样品锆石中16个有效分析点的U含量为228.29×10-6～1065.25×10-6,Th含量为87.55×10-6～270.66×10-6,Th/U比值0.19～0.52,均值0.37,有些点的Th/U比接近0.1,平均值也略低于岩浆锆石的0.4,说明该样品锆石受到了岩浆混合作用的影响,其年龄可能为混合年龄,如第 16点,锆石206Pb/238U年龄为409 Ma,其余点的206Pb/238U年龄为469～425 Ma,加权平均年龄为443±8 Ma,谐和年龄为442±10 Ma(图8a)。在加祖它士东CY01样品中获得2组锆石206Pb/238U年龄,其中第1组6个有效分析点,Th含量为92.07×10-6～665.87×10-6,U含量为185.65×10-6～1433.60×10-6,Th/U比值为0.36～0.54,均值0.45,指示锆石为岩浆成因,锆石206Pb/238U年龄范围为255～246 Ma,加权平均年龄为250±1 Ma,谐和年龄为 250±3 Ma(图8b);第二组9个有效分析点,Th含量为80.51×10-6～249.92×10-6, U含量为195.72×10-6～689.19×10-6,Th/U比值为0.30～0.53,均值0.39,说明锆石为岩浆成因。锆石206Pb/238U年龄为427～415 Ma,加权平均年龄为420±2 Ma,谐和年龄为 420±3 Ma(图8c)。

图8 黑海北二长花岗岩(HHB01)和加祖它士东花岗闪长岩(CY01)锆石U-Pb加权平均年龄图及和谐图Fig.8 Zircon U-Pb weighted mean ages and concordia diagram of the Heihaibei monzonite (HHB01) and the Jiazutashidong granodiorite (CY01)

4 讨论

4.1 昆仑河北地区岩浆活动

东昆仑花岗岩形成可以划分为4个时段,分别与4个造山旋回相对应:前寒武纪(元古宙)、早古生代、晚古生代—早中生代、晚中生代—新生代(莫宣学等,2007),以早古生代(加里东)、 晚古生代—早中生代(海西—印支)花岗岩类为主。昆仑河地区也主要发育这2期岩浆活动。区内加里东岩浆岩带分布范围较局限,主要分布在南昆仑俯冲增生杂岩带,早二叠世—中三叠世俯冲岩浆岩构成东昆仑岩浆岩带的主体,分布在北昆仑岩浆弧中,构成规模巨大的岩浆弧,呈岩基状集中分布,在岩基北侧则形成小岩株群侵入于早期地层中。

李金超(2017)获得黑海北二长花岗岩锆石U-Pb年龄为441 Ma,其地球化学特征与祁漫塔格乌兰乌珠尔二长花岗岩十分相似(韩志辉等,2021),SiO2含量分别为71.20%～73.18%和74.03%～74.92%,铝过饱和指数(A/CNK)分别为1.00～1.09和1.03～1.05,都属于弱过铝质岩石,在硅钾图中总体属于高钾钙碱性系列并临近钾玄岩系列。其微量和稀土元素特征也十分相似,都具有明显的Eu负异常,轻重稀土元素发生过强烈的分馏,均富集Rb、K等大离子亲石元素,亏损Nb、Ta、P、Ti等高场强元素,可以认为它们形成于相似的构造背景下。乌兰乌珠尔二长花岗岩锆石U-Pb年龄为422.5 Ma,为晚志留世产物,属于高分异型Ⅰ型花岗岩,形成于原特提斯洋向柴达木地块南缘俯冲碰撞拼贴后的伸展环境。

东昆仑造山带牦牛山组磨拉石建造不整合覆盖在前泥盆系之上,记录了东昆仑早古生代洋盆关闭的时间,其中英安岩锆石SHRIMP U-Pb年龄为406.1 Ma(张耀玲等,2010),牦牛山组底部流纹岩锆石U-Pb年龄为423.2 Ma(陆露等,2010),从而限定了洋盆闭合年龄为423.2～406.1 Ma。古特提斯洋于晚二叠世开始向北俯冲于东昆仑地体之下,受洋壳俯冲诱发产生了大量与俯冲作用相关的岩浆岩,时代集中在260～240 Ma(Yang et al., 1996;郭正府等,1998;杨经绥等,2005;菅坤坤等,2020),俯冲作用一直持续到中三叠世。位于东昆仑中段和加祖它士东花岗闪长岩统一构造带的灶火沟花岗岩形成于262～260 Ma,岩石地球化学特征表明,其为Ⅰ型花岗岩,来源于幔源岩浆底侵导致的下地壳的部分熔融,形成于大陆弧环境(菅坤坤等,2020)。

综上,此次研究黑海北样品二长花岗岩(HHB01)加权平均年龄为443±8 Ma,较乌兰乌珠尔二长花岗岩侵位时代早约20 Ma,考虑到其构造位置更靠南部,可能先于乌兰乌珠尔二长花岗岩进入碰撞后的伸展环境。加祖它士东花岗闪长岩(CY01)中继承锆石源区应该为原特提斯洋俯冲向柴达木地块俯冲阶段形成的岩体,而加祖它士东花岗闪长岩侵位(250±1 Ma)于古特提斯洋向北俯冲背景下的大陆弧构造环境。

4.2 昆仑河北金矿带矿床成因分析

4.2.1 成矿时代分析

东昆仑造山带构造活动具有多期次性,中—新元古代、加里东、华力西、印支和燕山期岩浆岩皆有出露,以华力西—印支期岩浆活动最为剧烈,同时区域上大型构造发育,为成矿提供了良好的背景条件。东昆仑成矿期主要有前加里东期、加里东期、海西期、印支期和燕山期5个,其中与金矿关系密切的为加里东期和印支期(丁清峰,2004)。

在加里东晚期,万宝沟大洋玄武岩高原沿东昆中俯冲带与柴达木地块拼贴,东昆北早古生代弧后裂陷带封闭,洋壳俯冲带南移至现今的东昆南断裂带,伴随着玄武岩高原的拼贴和柴达木地块的增生作用,产生同碰撞花岗质岩浆活动,形成了相关的侵入体和热液成矿作用,但需要指出的是,该阶段万宝沟大洋高原与柴达木地块的碰撞、拼贴属软碰撞性质,所以加里东晚期的花岗质岩浆活动并不强烈,同时,因加里东期以后,东昆仑地区一直处于抬升剥蚀状态,不易保存浅成矿床。该时段的成矿作用可在东昆北、东昆中和东昆南三个构造带内发生,成矿作用以与花岗质岩浆活动有关的高温热液 W、Sn、Bi 成矿作用有关(孙丰月等,2003;丁清峰,2004),包括在东昆仑南坡俯冲增生杂岩带内昆仑河以南产出的一系列钨锡矿床(康继祖等,2014)。

东昆仑地区在印支早期,南侧的巴颜喀拉洋封闭,整个地区开始发生强烈的壳-幔相互作用,并开始从挤压构造体制向伸展构造体制转化,通过岩石圈拆沉及幔源岩浆的底侵作用,区内岩石圈减薄,为大量的幔源物质参与该区的岩浆活动和成矿作用提供了重要基础,形成一系列热液矿床。目前在东昆仑地区发现的一些重要金矿床都形成于印支期,如东昆仑东段五龙沟金矿,成矿时代为237 Ma左右(丰成友,2002;陈柏林等,2019),成矿地质体为红旗沟花岗闪长岩(244～236 Ma),矿体一般发育在成矿地质体5 km范围内(陈柏林,2019)。东昆仑西段祁漫塔格地区成岩成矿时代为中—晚三叠世和志留纪,但印支期是成矿强度最大、最具有经济意义的多金属成矿期(张爱奎等,2010),卡尔却卡矽卡岩型铜钼多金属矿床辉钼矿Re-Os等时线年龄239 Ma(丰成友等,2009),花岗闪长岩锆石SHRIMP U-Pb年龄237 Ma(王松等,2009)。该期矿床类型以与印支晚期中酸性侵入岩有关的热液型金、铜矿为主(包括热液脉型、矽卡岩型、斑岩型和叠生改造型)(孙丰月等,2003)。

果洛龙洼金矿虽然位于东昆仑成矿带东段,但是与昆仑河北地区金矿床位于同一构造带内(东昆南),区内地层、岩浆、矿体特征、成矿流体等都与昆仑河北地区金矿相似,因此具有一定的可比性(丁清峰等,2013;肖晔等,2014;唐洋等,2017;卢寅花等,2020)。果洛龙洼金矿床处于东昆北单元和东昆中单元的过渡地带,发育多期次的断裂构造和多期次的岩浆活动,矿区矿体主要分布在矿区中部和北部的纳赤台群千糜岩中,受近东西向断裂构造控制明显(唐洋等,2017),北西向、北东向和近南北向断裂分布于矿区中东部,一般规模不大,多为成矿期后断裂,对矿体、矿化带具有破坏作用。在果洛龙洼金矿区内也发育志留纪岩浆活动,矿区内基性岩脉锆石U-Pb年龄为487.5 Ma(岳维好等,2013),富闪镁铁质岩侵位于424.5 Ma,形成于原特提斯洋闭合后俯冲板片断离引发的强烈伸展构造背景(卢寅花等,2020),金矿脉中也获得了三叠纪的年龄数据,矿石中绢云母的Ar-Ar年龄为229～202 Ma,并认为其代表了金矿的成矿时代(肖晔等,2014)。

李金超(2017)获得黑海北金矿二长花岗岩为442.2±2.9 Ma,提出成岩年代可以为确定金矿床成矿年龄提供约束条件,虽然五龙沟、黑海北等部分金矿床存在加里东期矿化,但矿体形成和定位应该为印支期。Yu et al.(2022)获得切穿二长花岗岩和金矿化体的辉长岩脉锆石的 U-Pb年龄为439±3 Ma,认为是金矿化年龄,提出黑海北金矿化发生在早古生代原特提斯洋俯冲阶段。

加祖它士东花岗闪长岩获得的2组年龄数据中,较年轻的250±3 Ma代表了脉岩侵位时代,而420±3 Ma应该为侵位过程中捕获的继承锆石的年龄,可能来自于区域上大量发育的二长花岗岩。除了加东地区之外,在野牛沟沟口的没草沟、灶火沟(菅坤坤等,2020),也都有三叠纪岩体出露,这些岩体在区域上出露不多,说明大部分还未隆升到地表受到剥蚀,相关的矿产保存条件较好。同时,考虑到以下证据:①黑海北硅化黄铁矿化二长花岗岩的锆石U-Pb年龄为443±8 Ma,岩体受到比较强烈的热液交代影响,该期热液携带有大量金属矿物,微细粒黄铁矿等硫化物,充填在微裂隙中,使岩体呈现灰黑色,同时硅化部位金品位较高,矿化强烈,说明该期热液活动与金成矿关系密切;②赋矿的构造破碎带切穿了矿区的大部分地质体,没有明显的选择性,说明构造破碎带形成晚于区域内最年轻的岩体及地层;③区域化探资料显示,纳赤台群火山岩As、Cu、Co、Sb元素背景高,因此晚期的热液可能萃取其中的元素,导致热液性质发生改变,从而在构造有利部位沉淀成矿;④区域上已发现金、钨、锡等矿床(点)的带状分布方向(北西西向)与晚印支期碰撞造山作用方向相协调,同时钨成矿与岩浆作用密切相关,说明区域上在晚印支期有一期成矿作用。综上,认为黑海北硅化二长花岗岩侵位时代可能不代表最终成矿时间,与加祖它士东花岗闪长岩同期的岩浆活动和金成矿关系更为密切。

东昆仑地区中—晚二叠世到早三叠世(260～240 Ma)是区内最后一个岩浆活动最强烈的构造岩浆旋回,俯冲碰撞形成区域性韧性变形,深层次韧性变形和深融作用有利于金元素活化并进入成矿流体,迁移至地壳浅部的偏脆性构造破碎带中富集成矿,因此,该时期也是金、铜、钨、锡等多金属矿产的主要成矿期。

4.2.2 矿床类型、成矿物质来源及构造控矿分析

张德全等(2005)对柴北缘—东昆仑地区金矿床有矿时代的数据总结研究发现,金矿床形成于晚加里东期和晚华力西—印支期, 是该区加里东和晚华力西—印支复合造山过程的产物,金成矿作用主要发生在碰撞造山过程的晚期,同时成矿时代与复合造山作用在时空上的“构造迁移”相一致,因此这些金矿床是典型的造山型金矿床。申浩(2016)综合黑海南金矿床的区域地质背景、矿床地质特征以及矿床地球化学特征,认为黑海南金矿床成因类型为造山型金矿床。冯李强(2017)也认为区域上黑刺沟和大灶火金矿床成矿特征均与造山型金矿床相似,成因上应属于造山型金矿床。Yu et al.(2022)通过流体包裹体和氢氧同位素结果认为黑海北金矿是与花岗岩岩浆侵入作用有关的矿床,并非造山型金矿。逯永卓等(2020)认为区域上大灶火、黑刺沟、铜金山等金矿床(点)与二道沟、万保沟等钨矿床是与晚印支期及紧随其后的1期岩浆作用有关的成矿系列。可见,对于昆仑河地区金矿的成矿类型并没有统一的认识和确凿的证据,还需要更多的研究工作。

稳定同位素研究显示,东昆仑造山型金矿硫、铅都来源于围岩(丰成友等,2003)。吴庭祥等(2009)研究显示,没有明显的证据表明金水口群和万宝沟群是东昆仑成矿带金矿成矿的矿源层,地层并不能提供金矿成矿物质的来源,而区域变质作用,后期的岩浆热液作用对金的富集具有重要的作用。代表性矿床果洛龙洼金矿成矿流体为中温NaCl-H2O-CO2体系,主要成矿阶段成矿流体可能为高温低盐度富CO2变质热液和低温中高盐度岩浆热液两个端元组成的混合流体(丁清峰等,2013)。

从区域上金矿的产出特征及赋矿层位来看,其地层成矿专属性不强,主体受构造控制,矿体主要产出于北西西向或北西向的构造破碎带、构造透镜体或构造岩片中。造山带构造边界和/或深大断裂是柴北缘—东昆仑地区造山型金矿的第一级控制构造;发育在上述深断裂旁侧的大型剪切带,是柴北缘—东昆仑地区造山型金矿的第二级控制构造,控制了矿化集中区或矿田范围内金化探异常和造山型金矿床的分布和产出;上述大型剪切带派生的褶皱和断裂系统,是造山型金矿床的第三级控矿构造,它们控制了矿体的分布和产出。上述造山带构造边界和/或深大断裂、大型剪切带和大型剪切带派生的褶皱和断裂系统主要是区域加里东和晚华力西—印支碰撞造山作用的产物,它们具有大致相同或互相联系的几何学、运动学和年代学特征(张德全等,2007)。因此,昆仑河北地区在控矿构造方面,以上述三级控矿构造理论为指导,圈定成矿远景区。

4.3 昆仑河北金矿带成矿前景分析

东昆仑主要有前加里东期、加里东期、海西期、印支期和燕山期5个成矿期,其中与金矿关系密切的为加里东期和印支期(丁清峰,2004),但加里东期主要是东昆北、东昆南构造带内与热水喷流沉积作用有关的成矿作用、印支期大量幔源物质参与的岩浆热液成矿作用,该期成矿作用规模和展布范围巨大,可发生于东昆北、东昆中、东昆南和巴颜喀拉4个构造带中。同时,印支期距今时间相对较短,其后期抬升剥蚀较加里东期要小,较有利于矿床的保存,找矿潜力更大。限于自然条件以及近年来矿业投资大环境的影响,东昆仑黑海北地区近年来找矿成果并不突出,没有发现大型及以上的规模的矿床,但目前发现的东西近100 km断续出露的长的金矿化带,从岩浆活动时代和构造位置看,具有良好的成矿前景。

(1)黑海北金矿

黑海北工作区内目前圈定的Sb-1含矿破碎带长达13 km,只对中东部的Ⅰ区进行了较系统的勘查,在1 km的范围内提交金资源量6 t以上,矿体沿走向具有分段富集、尖灭再现的规律,已在该带中部及西部圈定出了一定规模的金矿(化)体,显示出良好的找矿前景。另外,受限于自然条件和经费限制,该带的东西两侧延伸并没有得到完全控制,相信随着勘查程度的不断提高会有新的找矿成果。通过对M3主矿体的深部验证,发现矿体在走向上稳定延伸,300 m以浅在倾向上延伸稳定,ZK0807钻孔在斜深400 m左右揭露到厚度19.50 m的金矿化层,金矿化带在倾向上延伸较大,同时黑海北金矿的矿物组合特征(细粒黄铁矿、毒砂等低温矿物组合)、石英及硅化岩体中流体包裹体(个体较小,以富液相为主)都显示,目前已经控制的矿体成矿温度较低,暗示了矿区深部具有良好的成矿潜力,推测深部应该有规模较大的矿体。

区内已发现的金矿点成矿类型主要为石英脉型和破碎蚀变岩型,从矿点的分布来看,大多数矿点位置位于昆中断裂以南的昆南构造混杂岩带上,东昆仑南坡俯冲增生杂岩带是区内金成矿的有利构造单元体,该杂岩带中组成复杂,断裂构造、韧性剪切带发育,且带中岩浆活动频繁,从加里东运动至燕山期运动均有岩浆活动的轨迹,可以为金成矿作用提供物源或热源。通过对1∶5万的地球化学水系沉积测量中圈定的金元素异常(图9)进行查证,也发现了几个小规模的金矿体,说明地球化学异常区块可以作为找矿的依据之一。

图9 昆仑河北地区1∶5万化探异常图(底图据王秉章等,2008修改,图例同图1)Fig.9 1∶50000 scale geochemical anomaly in the northern Kunlun River area (The source of the base map is modified from Wang et al.,2008, and the legends are the same as in Fig.1)

在黑海一带通过1∶5万航磁测量(图10),圈定磁异常44处。正负异常分布上总体呈明显的条带状,展布方向为北西西向、北西向及少量东西向,与区域地质构造一致,依据野外物性测定结果,地层磁性较弱,磁场上多形成负磁场区。区内高强正磁场主要为各类侵入岩体和火山岩引起,磁场展布方向也与区内主要地质构造走向一致,中酸性岩体可引起幅度不等的宽缓磁异常;基性—超基性岩体磁性较强,是形成局部强磁异常的主要原因。在详查区北部分布有与F53断层平行展布的F52构造,与区内的Au土壤异常十分吻合,地表也发育破碎带(Sb-2),但覆盖严重,目前还未发现矿化线索,根据热液脉型金矿床在空间上的平行成矿特点,结合地表已有的化探异常,该破碎带具有较大的成矿前景。

图10 昆仑河北地区航磁异常图(底图据焦和等,2020修改)Fig.10 Aeromagnetic anomalies of the northern Kunlun River area (modified from Jiao et al., 2020)

此外,在1∶5万化探异常AS02异常区进行了1∶1万土壤测量工作,圈定土壤异常5处(AP1—AP5;图11),部分已经开展过异常查证,效果良好。AP2异常区内,激电异常与土壤异常吻合性较好,该异常与F53断裂带关系较为密切,显示异常区对于寻找构造蚀变岩型金多金属矿较为有利。对AP4查证后,地表圈定出1条规模较大的构造破碎带Sb-1,带内圈定出金矿体7条,金矿化体数十条,已证实为矿致异常。对AP5异常进行了槽探和钻探查证,钻探工程在深部圈定出了金矿化带1条,虽然未圈定出金矿(化)体,但进一步工作证实矿化带在该异常区仍有延伸,具有一定的找矿前景。

图11 黑海北地区1∶1万土壤测量异常分布图Fig.11 1∶10000 scale soil geochemical anomalies in the Heihaibei area

音频大地电磁测深剖面显示,构造破碎带在电性特征上显示为低电阻率(核部<100 Ω·m),低阻带岩石碎裂程度高,含矿性较好,已知金矿体均赋存于低阻核部和低阻—高阻转换梯度带内。如00勘查线,200～350 m深度,整体电阻率值较低,电阻率值小于200 Ω·m,低阻带自地表延伸至4200 m段高以下,延伸深度超过700 m,低阻核部位于4830 m段高附近,电阻率数值小于80 Ω·m,该低阻带推测为构破碎带,该破碎带北倾,倾角较陡,延伸较深,通过钻孔施工揭露出多层矿(化)体,均位于150 Ω·m等值线区域内(图12),表明在深部150 Ω·m等值线范围内有较大的找矿空间。

图12 黑海北00勘查线地物综合剖面图Fig.12 Geological and geophysical comprehensive profile map of No.00 exploration line in the Heihaibei gold deposits

(2)加祖它士东地区

加东地区已发现的金矿(化)体沿Sb-1构造破碎蚀变带分布,该带是此区主要的含矿构造,其西端有向阳沟金矿,东端有大灶火金矿。Sb-1构造破碎蚀变带在工作区近东西向稳定延伸达4.5 km,只在局部地段发现金矿(化)信息,在该带中东段通过深部验证圈定出厚度较大、品位较高的金矿体,受工程限制,其在走向和倾向上的延伸还不明朗。从地形上来看,目前圈定矿体的位置是该含矿带上一处负地形地段,在地表整体表现为矿化体,金品位一般在1 g/t以下,与东临的大灶火矿区相似。从物探结果来看,已圈定的金矿带与物探异常位置相对应,异常带也较好地反映出含矿构造带在深部的展布形态。通过钻孔ZK06所控制的富矿段矿体,显示中酸性岩体叠加断裂构造是主要控矿因素,岩体破碎带中发育的大量石英脉是金矿的主要载体,矿体北倾,与以往工作矿体南倾的认识不同,但是考虑到加东地区矿体在垂向上较为直立,局部倾向有变化都很正常,这种北倾的矿体能否成为成矿有利标志还需要进行更多验证。在段高4650 m左右,Sb-1构造破碎蚀变带近东西向延伸稳定,矿化特征明显,具有较强的褐铁矿化、硅化等蚀变,与已圈定矿体的地段相似,综合分析认为,加祖它士东地区在段高4650 m左右的区间是金富集成矿的有利部位,具有较大找矿前景。

区内目前发现的具有一定规模的金矿(化)体,均位于F2断裂以北的次级断裂形成的蚀变破碎带内。金矿(化)体的形态受到F2构造严格控制,F2断层及其蚀变破碎带为成矿空间及成矿元素的活化迁移通道。推断该矿床的成矿是多期次构造活动及远程岩浆活动所产生的含矿热液沿区域性断裂带运移,并在断裂带两侧的次级构造带内沉淀富集成矿。其成因类型为与构造及热液活动有关的热液充填-交代型。

在加东地区开展的激电中梯剖面、高精度磁法剖面及音频大地电磁测深剖面工作显示,在17JDCJP1剖面上,激电剖面194点至206点间激电异常视电阻率表现为平稳变化低阻,数值在100 Ω·m左右,音频大地电磁测深断面120等值线与之相对应,表明120等值线范围为破碎蚀变带的赋存位置,显示破碎带形态陡立南倾,深部延伸至海拔4550 m左右,在其他剖面上,通过钻探工程验证,已发现矿(化)体均位于120等值线范围内。在激电剖面224点至234点、244点至258点两段激电异常,未开展音频大地电磁工作且无钻孔验证,地下深部地质情况不清,但在异常段均有土壤异常反映,具有较好的工作前景。

昆中断裂带南侧的次级构造带为区内的主要赋矿构造,大灶火-黑刺沟及黑海北矿区Au多金属矿体均赋存于该构造带内,构造蚀变破碎带为区内的主要找矿标志,走向变化的部位即为矿体的有利赋存部位。

5 结论

(1)昆仑河北地区靠近昆中断裂带,发育早古生代、古生代—中生代多期岩浆活动,黑海北硅化二长花岗岩锆石206Pb/238U加权平均年龄为443±8 Ma,应该形成于原特提斯洋向柴达木地块俯冲碰撞后伸展环境。加祖它士东的样品花岗闪长岩脉含有较多的继承锆石,岩浆锆石206Pb/238U加权平均年龄为250±1 Ma,继承锆石206Pb/238U加权平均年龄为420±2 Ma,加祖它士东花岗闪长岩侵位于古特提斯洋向北俯冲背景下的大陆弧构造环境。

(2)研究认为昆仑河北地区金矿成矿作用与早中生代三叠纪岩浆活动关系更为密切,其矿床类型是造山型金矿还是与岩浆热液有关的金矿床还存在争论,需要更多的工作。

(3)综合其他工作成果,分析认为昆仑河北地区土壤化探异常、低阻高极化激电异常、主要断裂(穿矿区)的次级断裂形成的蚀变破碎带等可以作为区内主要的找矿标志,通过进行异常查证,推测整个成矿带具有很大的找矿前景。