湘西北沧山金矿床地质特征及找矿标志

申燕元,高 磊

(1.益阳市地质灾害防治中心; 2.湖南省城市地质调查监测所)

沧山金矿床位于湖南省常德市鼎城区南约35 km处,行政区划隶属鼎城区黄土店镇。该矿床分为东、西2个采矿区,主要开采V1、V4、V18矿脉。矿区内(含金)层间破碎蚀变带较发育,以往地质工作圈定的矿体均严格受层间剥离构造控制,矿区外围沧浪坪断裂两侧,尤其是该断裂上盘,在冷家溪群和板溪群地层层间断裂中有望发现新矿体;同时,矿区内矿体具有倾斜延伸明显大于走向延伸的特点,本文通过综合研究成矿地质背景、矿区地质特征及矿床地质特征,对矿床成因及找矿标志进行总结,以期为矿区进一步找矿提供支撑。

1 区域地质概况

沧山金矿床位于扬子准地台江南叠台隆北侧,湘西北的东西向构造带中段,沅陵—益阳东西向金、锑、钨成矿带中[1-3]。区域地层、构造发育,并伴有岩浆活动,成矿地质条件优越。区域内已发现黄土店、黄土坡、合心桥(金锑矿)、花岩冲、金鸡坳、冷家溪、符竹溪等金矿床(点)[4-6],这些金矿床(点)总体呈北东东向展布,与早期形成的北东东向—近东西向构造方向一致。该地区是湖南省重要的岩金矿成矿区[7-9]。

区域出露地层由老至新有新元古界青白口系冷家溪群、板溪群,晚古生界泥盆系、古近系及第四系全新统、更新统(见图1)[10]。区域经历了多期次构造运动,形成了大量的构造形迹。依其展布方向,可分为东西向、北东向及北北东向3组构造带,这3组构造带的复合部位,是成矿的有利地段。区域内岩浆岩不发育,仅在东流冲、符竹溪至田庄湾等地见有燕山晚期的基性与酸性小岩脉出露,岩石类型为钠长辉绿岩、云斜煌斑岩和花岗斑岩,局部见有含金(锑)石英脉沿花岗斑岩接触带与断裂破碎带充填。

1—第四系全新统 2—第四系更新统 3—古近系 4—泥盆系跳马涧组 5—青白口系板溪群牛牯坪组、百合垅组 6—青白口系板溪群多益塘组、五强溪组 7—青白口系板溪群马底驿组、横路冲组 8—青白口系冷家溪群 9—辉绿玢岩 10—闪斜煌斑岩 11—花岗斑岩 12—地质界线 13—推测地质界线 14—产状 15—正断裂 16—逆断裂 17—平移断裂 18—推测断裂 19—向斜 20—背斜 21—岩金矿床(点) 22—金锑矿床 23—重砂异常 24—水系

2 矿区地质特征

矿区出露地层主要为新元古界青白口系冷家溪群、板溪群马底驿组,二者主要呈断裂接触(见图2)。冷家溪群主要分布于沧浪坪断裂北西侧下盘,马底驿组分布在沧浪坪断裂南东侧上盘。矿区主要赋矿层位为马底驿组,其上部为紫红色薄层状绢云母板岩、杂砂质绢云母板岩,下部为紫红色绢云母板岩、紫红色条带状砂质板岩、灰绿色绢云母板岩、钙质绢云母板岩等,几乎所有含金石英脉和蚀变带均分布在此岩性段中[11]。

1—板溪群马底驿组 2—冷家溪群 3—断裂及产状 4—矿脉及编号 5—向斜 6—背斜 7—矿脉产状

矿区以断裂为主,褶皱次之,具多期活动特征,成矿受北东向断裂控制。矿区整体为一单斜构造,属乾溪坪向斜的北翼,地层为马底驿组。马底驿组走向北东40°～70°,倾向南东,倾角15°～45°。矿区西部桃花溪至马蹄冲矿段岩层走向北东70°,倾向南东,倾角15°～40°。矿区东部枇杷岭一带岩层走向向北偏转为北东40°,倾向南东,倾角变陡,一般为30°～60°。

矿区内褶皱不发育,仅有短小背斜、向斜,冷家溪群地层中有朝东坳背斜和乌龟岭背斜。朝东坳背斜轴走向北东45°,轴长800 m,褶皱紧闭,岩层倾角较陡;乌龟岭背斜轴走向北东60°,轴长550 m,岩层产状零乱,变化较大。在马底驿组中褶皱规模较小,多为一些无根褶皱或者挠曲构造。

矿区出露的新元古界板溪群是一套雪峰期—加里东期浅变质岩,变质相为亚绿片岩相,其原岩为一套巨厚的浅海相泥质岩及少量碎屑岩,属于地槽沉积环境[12-14]。

前震旦系地层控制着湖南省大部分已知金矿床(点)的分布[15-16]。湘西前震旦系地层金丰度见表1。由表1可知:前震旦系地层中金含量并不高,冷家溪群和板溪群地层金丰度均低于上部大陆地壳中金丰度(1.8×10-9)[17-18]。

表1 湘西前震旦系地层金丰度

矿区内冷家溪地层金丰度为3.00×10-9,马底驿组金丰度为4.00×10-9,五强溪组金丰度为3.00×10-9,均高于上部陆壳金丰度和湘西地区对应地层的金丰度[18-19],表明成矿过程中矿区内冷家溪群和板溪群地层中的金元素有浸出、迁移、富集的变化特征。

3 矿床地质特征

3.1 矿脉(体)特征

3.1.1 蚀变带特征

蚀变带贯穿整个矿区,在矿区内出露长度约5 km,宽20～900 m,自西向东呈“扫帚状”展布,具有分支复合现象。蚀变带内板岩普遍具弱褪色化,局部发育绿泥石化、硅化、泥化、高岭土化。岩石极破碎,破劈理、页理发育,沿裂隙面可见破碎石英细脉充填,反映蚀变带具有多期活动特征。

3.1.2 矿体特征

矿区内发现矿脉5条,自上而下编号为V2、V1、V4、V18及V19。其中,V2、V1、V4、V19 4条矿脉在以往的地质工作中已经证实有工业矿体存在[20]。矿体多呈不规则的扁豆状、透镜状产出,倾向160°,倾角25°～53°,呈近东西向—北东东向平行产出,主要赋存于马底驿组紫红色板岩的层间断裂中,地表标志以黄白色、黄褐色蚀变带为其特征,分述如下。

1)V2矿脉:全长约2 500 m,矿区内长900 m,西起桃花溪,东与V1矿脉合并,矿脉主要由石英细脉和蚀变板岩组成。地表出露最高标高为126 m,控制最低标高-200 m,控制斜长540 m。该矿脉在地表出露的石英细脉带断续分布,单脉长35～100 m,厚0.5～0.8 m,圈出V2-Ⅰ矿体。

V2-Ⅰ矿体:呈透镜状,地表最高金品位1.5 g/t,一般小于1.0 g/t。在85 m中段经坑道控制,矿化较弱,金品位0.10～1.50 g/t,走向40°～70°,倾角20°～45°。见矿钻孔金品位1.80～4.96 g/t,厚0.85～1.64 m。

2)V1矿脉:全长3 300 m,矿区内出露长1 140 m,由石英脉和蚀变板岩组成,石英脉或石英细脉带断续分布,单个脉体长50～700 m,圈出V1-Ⅰ、V1-Ⅱ和V1-Ⅲ3个矿体。

V1-Ⅰ矿体:呈扁豆状,倾向160°,倾角26°～55°。地表至60 m中段产状平缓,倾角为26°,60 m中段以下倾角36°～55°。地表出露最高标高134 m,控制最低标高-40 m,且尚未尖灭,控制斜长大于280 m。矿体走向长18～70 m,上大下小。矿体沿走向和倾向矿化不均匀,呈跳跃式变化,金品位1.6～63.99 g/t,平均金品位11.13 g/t。

V1-Ⅱ矿体:位于V1-Ⅰ矿体东部,距V1-Ⅰ矿体20 m左右,矿体倾向160°,倾角43°～55°,平均倾角48°。矿体厚1.60 m,平均金品位1.99 g/t。

V1-Ⅲ矿体:倾向160°,倾角28°～52°,平均倾角40°,呈上大下小的板柱状向深部延伸,向南侧伏。地表出露最高标高为122 m,控制最低标高-232 m,控制斜长600 m。矿体走向长度,地表长120 m,85 m中段长30 m,60 m中段长55 m,平均走向长68 m。倾斜延伸180 m。矿体在9 m中段平均厚1.22 m,平均金品位4.75 g/t。85 m中段厚0.26～1.30 m,平均厚0.83 m,平均金品位2.43 g/t。60 m中段平均厚0.97 m,平均金品位10.80 g/t。自上至下呈上富、中贫、下富特征。矿体平均厚度为1.07 m,平均金品位5.18 g/t。

3)V4矿脉:全长1 550 m,矿区内出露长960 m,位于V1矿脉下部,V18矿脉上部。与V1矿脉垂直距离7～12 m,局部相距1 m或合并,与V18矿脉距离14～30 m。矿脉走向70°,倾向南东,倾角25°～45°。矿脉中石英脉和石英细脉带断续分布,单条脉或细脉带长150～300 m,圈定出V4-Ⅰ、V4-Ⅱ2个矿体。

V4-Ⅰ矿体:呈上大下小的扁豆体状,向南西200°侧伏。矿体倾向160°,倾角25°～53°。矿体走向长85～260 m,地表出露最高标高139 m,坑道工程控制最低标高-88 m,控制斜长410 m。矿化很不均匀,浅部变化较大,金品位1.60～222.76 g/t,平均金品位8.55 g/t;深部矿化分布比较均匀,金品位1.93～4.50 g/t。矿体厚度1.01～1.98 m,平均厚度1.46 m。

V4-Ⅱ矿体:由石英细脉、石英大脉和蚀变板岩组成,以石英细脉为主,断续分布;石英大脉呈短小(宽10～40 m)透镜状,脉长150～300 m。石英细脉带分布于石英大脉尖灭再现地段,成为石英大脉的过渡带,部分分布于石英大脉上盘,在走向和倾斜上呈波状弯曲。矿脉走向50°～80°,倾角20°～52°,平均倾角46°。矿脉厚1.44 m,金品位1.08 g/t,平均厚1.41 m,金平均品位3.59 g/t。

4)Ⅴ19矿脉:为盲矿脉,位于V18矿脉下部,走向长500 m,由石英细脉和蚀变板岩组成,石英细脉厚1～3 m,控制最高标高为128 m,控制最低标高-410 m,矿脉倾向158°～168°,局部产状向北西偏转,倾角39°～64°,平均倾角51°,圈出V19-Ⅰ矿体。

V19-Ⅰ矿体:呈透镜状,地表未出露,沿走向及倾向均不稳定,厚1.26～1.68 m,平均厚1.53 m,金品位0.91～6.68 g/t,平均金品位2.41 g/t。

3.2 矿石特征

3.2.1 矿石结构

矿石结构主要有自形粒状结构、半自形晶镶嵌结构及压碎结构。自形粒状结构:黄铁矿呈自形立方体、八面体和五角十二面体或呈细粒状集合体分布于石英脉或多种蚀变(褪色化、硅化等)的近矿围岩中,方解石、白云石呈自形粒状、星点浸染状分布于石英和蚀变围岩中。半自形镶嵌结构:早期石英为灰白色,呈锯状镶嵌结构,晚期石英和碳酸盐嵌布于早期石英裂隙和粗晶石英体间。压碎结构:早期形成的石英、黄铁矿及板岩等受构造应力作用,发生破裂成碎块和碎屑后,经后期石英、碳酸盐和绢云母等穿插胶结形成明显的压碎结构。

3.2.2 矿石构造

矿石构造主要为块状构造,其次为网脉状构造、角砾状构造、晶洞状构造及条带状构造。块状构造:石英呈致密块状或显微粒状聚合体,以脉状、团块状形式产出,是含金石英脉的主要构造。网脉状构造:石英细脉沿着板岩裂隙充填,形成网脉状,细脉厚0.5～15.0 mm,在石英大脉上、下盘8 m内形成含金石英细脉带。角砾状构造:角砾为棱角状蚀变板岩,早期石英脉呈尖棱角状等,角砾大小不一,小者几毫米,大者0.2～1.0 m,粒度一般为1～6 cm,胶结物为晚期石英、碳酸盐、绢云母、铁质物及泥质等;此外,早期形成的黄铁矿经构造应力作用后,破碎成角砾状,后期石英、碳酸盐沿其裂隙充填交代。晶洞状构造:石英脉中有直径为2～8 cm的晶洞,晶洞中石英呈簇状、放射状分布,局部晶洞周边有细粒黄铁矿零星分布。条带状构造:细粒黄铁矿与石英相间排列构成条带状构造,黄铁矿条带宽1～5 mm,石英条带宽5～15 mm,在黄铁矿条带密集处,金品位高;另一类条带状构造由石英细脉与黄铁矿化蚀变板岩相间排列而成。

3.2.3 矿物成分

矿石物质成分较简单,矿石中有益元素为Au,其次含有微量Sb、Cu、W、Hg等,但均无回收价值。矿石中有用金属矿物为自然金,其他金属矿物主要有黄铁矿、辉锑矿,少量方铅矿、毒砂、闪锌矿、辰砂、黄铜矿、白钨矿、褐铁矿等。脉石矿物有石英、绢云母、绿泥石、白云石、高岭土、叶腊石等。次生矿物有褐铁矿、孔雀石、兰铜矿、软锰矿、高岭土等[21]。

自然金:金主要以自然金的形式存在。自然金有2种产出方式,一种是可见金,另一种是次显微粒状金。可见金为金黄色—浅黄色,形态特点为①呈不规则粒状、树枝状分布于石英晶洞周边和裂隙中;②呈炉渣状聚晶团块分布于石英脉中的开阔裂隙间;③呈不规则细脉或网脉状沿石英裂隙充填;④呈星点状和不规则斑点状产于碳酸盐与石英脉接触部位,或沿石英边缘充填交代。

黄铁矿:深黄色、黄白色,呈星散状和聚斑块分布于石英脉中与近脉围岩内,局部呈不规则细脉状穿插于石英脉壁与围岩接触处,自形粗粒者呈立方体和五角十二面体,粒度4.0～8.4 mm,细粒黄铁矿呈他形粒状,粒度0.1～1.0 mm。黄铁矿是主要的载金矿物和指示矿物。一般情况下,他形细粒状黄铁矿(细脉)与金矿化关系最为密切。

黄铜矿:浑黄色,次生矿物为孔雀石、蓝铜矿。黄铜矿及其次生矿物常与富金矿体相伴,是寻找富金矿体的标志之一。

石英:矿石中的主要脉石矿物。根据石英脉的生成顺序大致可分为3期。第一期为乳白色石英,具油脂光泽,致密块状,坚硬性脆;第二期为白色石英,透明至半透明,呈脉状或网脉状产出;第三期为石英碳酸盐脉,石英呈白色半透明状。上述3种石英脉均含金,但具有工业价值的为含硫化物较多的石英脉(第二期石英脉)。

绢云母:丝绢光泽,呈鳞片状分布于石英脉壁和裂隙中,部分分布于粗粒自然金的表面和板岩角砾、石英角砾的表面。

绿泥石:浅绿色,呈细脉状或团块状分布于石英脉内或近脉蚀变板岩中。绿泥石与金矿化关系较密切。

3.2.4 矿石类型

根据矿石的物质组成和结构构造,可将矿区内的矿石类型大致划分为3种:含金石英脉型、含金石英(破碎)蚀变板岩型及含金蚀变角砾岩型。其中,以含金石英脉型矿石与含金石英(破碎)蚀变板岩型矿石为主,3种矿石往往混合出现[22-23]。

3.3 围岩蚀变与金矿化关系

围岩蚀变主要有褪色化、硅化、绢云母化、黄铁矿化、绿泥石化、叶腊石化、碳酸盐化等。其中,硅化、黄铁矿化与金矿化关系最为密切。

1)褪色化:褪色化并不是单一的蚀变,而是硅化、Fe3+被还原成Fe2+形成黄铁矿化及其他蚀变的综合反应。褪色化在矿区分布很普遍,厚度最大可达50 m。

2)硅化:二氧化硅向围岩扩散交代或沿裂隙呈脉状或不规则状充填、溶蚀交代,使围岩中硅质增高。硅化后围岩坚硬、性脆。

3)黄铁矿化:常与硅化一同出现。黄铁矿呈黄白色—深黄色,粗粒黄铁矿晶形完整,呈立方体或五角十二面体,粒度可达4.0～8.4 mm,细粒黄铁矿晶形不完整,粒度为0.2～1.0 mm。黄铁矿呈星散状、细粒浸染状、团块状、脉状、条带状产出,一般靠近矿脉处黄铁矿化增强,远离矿脉黄铁矿化减弱,与矿脉距离超过3 m则黄铁矿很少。

4)绢云母化:呈薄鳞片状,具有丝绢光泽,主要分布于石英脉壁裂隙、石英脉及断层泥中。

5)绿泥石化:绿泥石以片状、斑点状、团包状交代白云母、黑云母,呈胶结物产出,部分绿泥石呈脉状、片状分布于断层泥中和石英裂隙间。

6)碳酸盐化、叶腊石化:二者常一同产出。在矿体顶板围岩中和石英大脉尖灭地段,常见铁白云石粒状集合体和方解石等碳酸盐矿物增多,与晚期石英脉一起产出。在围岩中碳酸盐矿物呈斑点状分布,蚀变厚度1～2 m。叶腊石化常分布于断裂上下盘挤压带,与碳酸盐化一同产出。

4 矿床成因

元古宙,区域上沉积了一套巨厚层含火山物质的碎屑-泥质岩系—冷家溪群,整套岩石沉积韵律发育,具有典型地槽型复理石建造特征。中元古代末期发生武陵运动,冷家溪群地层发生褶皱及断裂,岩石发生低绿片岩相变质作用而形成各种板岩、浅变质砂岩等。区域地壳上隆成为陆地,冷家溪群遭受风化剥蚀。晚元古代早期,区域地壳处于海平面之下,沉积了一套含火山物质的碎屑-泥质岩系即板溪群,晚元古代早期末发生雪峰运动,板溪群发生低绿片岩相变质作用,形成各种板岩、浅变质砂岩等。板溪群和冷家溪群地层受北北西向—南南东向挤压形成各种褶皱和断裂,此时沿冷家溪群与板溪群地层之间不整合面(构造薄弱面)形成了沧浪坪压扭性断裂,同时沿板溪群马底驿组地层层间形成了一系列次级断裂。板溪群地层在区域浅变质作用过程中释放的热水溶液及沿沧浪坪断裂等下渗的大气降水,被加热后淋滤冷家溪和板溪群地层中的成矿元素——金及其他化学物质形成成矿热液。成矿热液通过导矿构造(沧浪坪断裂)或直接向容矿层间断裂(剥离构造)迁移,在成矿热液中金主要以络合物形式存在。在容矿断裂中,由于成矿热液与围岩发生反应,还原硫(HS-+H2S)被消耗形成各种硫化矿物,尤其是与围岩中铁质反应形成黄铁矿,黄铁矿的形成消耗了大量还原硫,使含金络合物变得不稳定而沉淀出自然金。矿石中石英脉的来源与含金络合物迁移沉淀条件基本相同,其主要来自硅铝质围岩,随着热液酸碱度及氧化还原条件的变化,都有利于SiO2的析出沉淀。

综上所述,该矿床在成因上应属中低温构造变质热液型金矿床[24-25]。

5 找矿标志与矿化富集规律

1)冷家溪与板溪群是一套典型复理石沉积建造,是矿区内寻找内生金矿床的显著地层标志[26]。矿区内矿体产于马底驿组地层中,但其成矿物质来源并不局限于容矿地层本身,冷家溪群也为成矿提供了物质来源。因此,冷家溪群和板溪群都是形成沧山金矿床的有利层位。

2)雪峰山弧形隆起带东段沅陵—沧水铺近东西向构造带控制着区域金锑钨成矿带的分布[27-30],沧山金矿床位于该成矿带中部。沧山金矿床构造控矿特点是以区域性断裂作为导矿构造,与其呈小角度相交的层间断裂为容矿构造。在沅陵—沧水铺近东西向构造带上具类似构造条件地区,均有可能产出金矿床[31-35]。

3)矿区内围岩蚀变主要有褪色化、硅化、绢云母化、黄铁矿化、毒砂化、绿泥石化、叶腊石化、碳酸盐化等。其中,硅化、黄铁矿化与金矿化关系最为密切,是寻找金的主要蚀变标志。

4)砷(As)、汞(Hg)等与金成矿有密切关系,也是本区金成矿作用的主要伴生组分。矿石含硫化物中等,砷、汞的原生晕异常形态大致与含金蚀变带的产状相吻合,异常强度大的部位也就是矿体隐伏的位置。因此,As、Hg异常是寻找矿脉(体)的地球化学标志。

5)相对而言,板岩比砂岩更有利于金矿化富集。沧山金矿床矿体均产于板溪群绿岩带内,灰绿色—浅灰色粉砂质板岩中,而在砂岩中矿化分散,往往以夹石或顶底板的形式产出。

6)容矿断裂沿走向发生弯曲处金矿化富集,产状变陡处金矿化减弱,变缓时金矿化增强;2组容矿断裂相交部位金矿化增强;容矿断裂与北东向构造交会处矿化明显增强。

7)岩石中硫化物增加,特别是细粒黄铁矿发育,且呈细脉状时,金品位增高;当矿石中锑矿化较强时,金矿化明显富集;矿石呈条带状、角砾状时,金品位较高;矿石越破碎,脉壁泥越发育,则金品位越高。

8)围岩褪色蚀变是找矿的重要标志。褪色化板岩中出现弱硅化,同时有少量石英细脉分布时,预示着有弱的金矿化;反之,当硅化强烈或石英细脉分布密集,并且有黄铁矿化叠加在一起时,则意味着有较强的金矿化。当出现较强的碳酸盐化时,金品位迅速下降,标志着矿化活动的结束。

9)矿区内金矿化不均匀,且具有分段富集、跳跃式变化等特点。

6 结 论

1)沧山金矿床属于中低温构造变质热液型金矿床,导矿构造为沧浪坪断裂,矿脉(体)赋存在马底驿组中下部的层间断裂中,成矿主要受构造控制。

2)矿体呈扁豆状、透镜状赋存于矿脉倾角由平变陡部位、分支复合部位及走向上转变部位,沿走向中间富两端贫,沿倾斜方向具有上富、中贫、下富的特点。自然金以明金为主,金矿化不均匀,沿走向呈跳跃式出现,金矿化与黄铁矿化、硅化关系密切。