山東省綠巖帶型金礦床成礦作用研究山西五臺縣東腰莊金礦成礦地質(zhì)特征及礦床成因

山東省綠巖帶型金礦床成礦作用研究山西五臺縣東腰莊金礦成礦地質(zhì)特征及礦床成因

金礦床是中國和世界上重要的金礦床。據(jù)不完全統(tǒng)計，其儲量占中國巖金儲量的70%以上，其中大部分是大型和大型金礦床。國內(nèi)外的地質(zhì)工作實踐證明“太古宙綠巖帶即金礦帶”。因而深入探討其成礦機制對于金礦成礦理論研究和找礦實踐具有重要的意義。值得重視的是五臺山綠巖帶,這是目前我國保存較完整的綠巖帶之一。盡管金礦儲量不大,但小型金礦床(點)星羅棋布,且類型發(fā)育齊全,成礦條件優(yōu)越,找礦潛力巨大。東腰莊金礦即為五臺山區(qū)典型的綠巖帶型金礦床,發(fā)現(xiàn)于1992年,位于五臺縣李家寨鄉(xiāng)東腰莊村東約1km處。評價期間,施工單位遵循“邊采邊探”的原則,進行大規(guī)模選金生產(chǎn),并獲得良好的經(jīng)濟效益。筆者曾從事東腰莊金礦一系列主要野外工作和成果報告的編制匯總,以己薄見初步探討該礦成礦特征及成因機制,總結(jié)礦化規(guī)律及找礦標志,“以點帶面”,以促進五臺山綠巖帶型金礦勘查和研究工作的新進展,努力實現(xiàn)全區(qū)金礦儲量規(guī)模性突破。文章著重強調(diào):①構(gòu)造—變質(zhì)熱動力疊加改造的礦源層是最有利的成礦和最佳找礦地段,這是選擇找礦靶區(qū)的首要準則;②金礦化與黃鐵礦化、碳酸鹽化、硅化等強度呈正相關,選定的靶區(qū)內(nèi)一定要詳細觀察這些蝕變,且多種蝕變相互疊加強烈發(fā)育,應引起重視;③構(gòu)造(膨脹)擴容帶是金礦體賦存的最有利空間,且與擠壓帶相鄰的擴容帶尤為重要;④良好的金化探正異常并且外圍出現(xiàn)了較大面積的金負異常,常常是最佳的金化探異常標志;⑤文中提及區(qū)域動力熱流變形變質(zhì),變質(zhì)和變形之間關系密切,變質(zhì)作用的強度及其演化與主要變形期是一致的。1成礦地質(zhì)及構(gòu)造東腰莊金礦地處華北斷塊,五臺山塊隆之東南部。作為我國前寒武紀地層廣泛發(fā)育的地區(qū),其經(jīng)歷過多期次重要的地殼運動,以及與其相伴生的變質(zhì)作用和火山活動。目前所呈現(xiàn)的區(qū)域地質(zhì)都是多期地殼運動及其相互疊加產(chǎn)物的綜合體現(xiàn)。區(qū)域出露的地層有上太古界五臺群,下元古界滹沱群,中上元古界長城系,下古生界寒武系,新生界第三系和第四系。其中,上太古界五臺群是一套綠片巖相以火山巖為主的變質(zhì)地層,也是山西恒山—五臺山綠巖帶重要組成部分,區(qū)域內(nèi)分布較廣。下部石咀亞群柏枝巖組以綠泥片巖為主夾磁鐵石英巖。中部臺懷亞群蘆咀頭組為絹云石英片巖夾變質(zhì)砂礫巖;鴻門巖組為綠泥片巖夾絹云鈉長片巖,東腰莊金礦即賦存于該層位中。該區(qū)基底經(jīng)歷了五臺運動二幕和呂梁運動三幕的多次構(gòu)造變動,區(qū)域構(gòu)造既系呂梁期構(gòu)造對五臺期構(gòu)造的疊加,也反映了五臺期構(gòu)造被呂梁期構(gòu)造的改造?？傮w輪廓為一個軸向NE或NEE,軸面向NW或NNW傾斜的倒轉(zhuǎn)復式褶皺(由2個復向斜和1個復背斜組成),以及伴隨大規(guī)模水平推覆而形成NEE向韌性剪切帶。由于多級和多期褶皺與斷裂組合,故形成了NEE向延伸的“之”字型構(gòu)造展布(圖1)。東腰莊金礦區(qū)即位于五臺山“之”字型構(gòu)造的東南部分——臺懷—李家莊同斜倒轉(zhuǎn)復式向斜的西端。區(qū)域內(nèi)與成礦有關的主要構(gòu)造簡述如下:①臺懷—李家莊同斜倒轉(zhuǎn)復式向斜,是五臺山“之”字型構(gòu)造東南部分,形成于五臺運動中期,是五臺山區(qū)最重要的構(gòu)造之一,其軸跡走向NEE,延長50km,呈北東東揚起狀。在礦區(qū)范圍內(nèi),其核部地層為鴻門巖組中上部層位,兩翼為鴻門巖組中下部、蘆咀頭組和柏枝巖組,其兩翼地層均向北傾斜,走向與軸跡近一致。礦區(qū)內(nèi)巖層產(chǎn)狀嚴格受該構(gòu)造控制;②李家莊—大草坪韌性剪切帶,形成于五臺運動中期,與臺懷—李家莊倒轉(zhuǎn)復式向斜同期形成。剪切帶走向NEE,與向斜軸面產(chǎn)狀一致,處于向斜倒轉(zhuǎn)翼的近轉(zhuǎn)折端部位。被剪切的地層為鴻門巖組中下部層位,屬順層剪切,帶內(nèi)韌性剪切變形構(gòu)造極為發(fā)育。東腰莊金礦就位于該剪切帶內(nèi)。五臺中期是該區(qū)地殼運動相當活躍的地質(zhì)時期。強烈的構(gòu)造運動,必然伴隨大規(guī)模的巖漿活動,同時也是該區(qū)較為有利的成礦期。區(qū)域上巖漿巖分布較多,其活動時期多屬五臺中期。由此可見,地殼運動及巖漿活動與東腰莊金礦主成礦期是一致的。2礦床的地質(zhì)特征2.1含礦層控礦帶型金礦床礦區(qū)內(nèi)出現(xiàn)的地層為五臺群石咀亞群柏枝巖組上部,臺懷亞群蘆咀頭組和鴻門巖組中下部巖層。構(gòu)造處于臺懷—李家莊同斜倒轉(zhuǎn)復式向斜的北翼近轉(zhuǎn)折端部位,礦區(qū)巖層展布基本與該構(gòu)造主構(gòu)造線方向一致。地層均已倒轉(zhuǎn),呈單斜產(chǎn)出,走向60°～80°,傾向330°～350°,傾角28°～55°,平均傾角45°,從北向南地層由老至新。金礦化賦存于鴻門巖組中下部基性火山沉積巖與酸性火山沉積巖上界面處,以該組綠泥片巖中的夾層絹云鈉長片巖為容礦巖石,層控性質(zhì)非常明顯。因綠泥片巖中含有3個絹云鈉長片巖夾層而發(fā)育了3個含礦層,自北向南依次為AuⅢ、AuⅠ、AuⅡ號含礦層(圖2)。其中,位于中間的AuⅠ號含礦層與李家莊—大草坪韌性剪切帶相重合,含礦層中的巖石呈現(xiàn)韌性剪切糜棱巖化構(gòu)造特征,并發(fā)育較強的黃鐵礦化、碳酸鹽化和硅化,其礦化最好,厚度較穩(wěn)定,連續(xù)性也好,為礦區(qū)主要含礦層。而遠離AuⅠ號含礦層,即遠離李家莊—大草坪韌性剪切帶的AuⅢ、AuⅡ號含礦層,礦化則逐漸減弱,連續(xù)性變差,含礦層內(nèi)的礦體也不穩(wěn)定,故作為礦區(qū)次要含礦層?？梢?礦化產(chǎn)出與剪切變形關系密切,礦體展布嚴格受剪切帶的控制,李家莊—大草坪韌性剪切帶是最主要的控礦構(gòu)造,故其又是一個較典型的剪切帶型金礦床。在礦體形成后發(fā)育了一些晚期脆性斷裂,多為正斷層和平移斷層,它們均不同程度地將礦體錯斷,破壞了礦體連續(xù)性。此外,礦區(qū)尚發(fā)育一條呂梁期變輝綠巖脈,大致與巖(礦)層呈順層侵入接觸關系,脈寬7～30m,一般15m左右,脈長2～3km,位于AuⅠ號含礦層北部5～20m處,局部地段與含礦層直接接觸,時含金量可達邊界品位,可能是溶蝕了含礦層的緣故。2.2礦體地質(zhì)特征東腰莊金礦主礦體賦存于AuⅠ號含礦層中。容礦巖石以絹云鈉長片巖為主,次為綠泥片巖。礦體呈現(xiàn)為單斜的層狀—似層狀形態(tài),長507m,厚1.23～15.85m,平均厚度8.36m,延深150～200m。礦體產(chǎn)狀變化不大,與圍巖產(chǎn)狀基本一致,走向40°～80°,傾向NW,傾角30°～55°,平均傾向340°,平均傾角45°。礦體內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單,夾石較少。頂板以綠泥片巖為主,局部為絹云鈉長片巖;底板一般為絹云鈉長片巖;這些巖層均有不同程度的黃鐵礦化、碳酸鹽化、硅化等蝕變。礦體保存基本完好,僅受到后期脆性斷層F3、F4、F6的破壞,使礦體不連續(xù)。礦體出露地表最低標高為1515m,最高標高1786m,相對高差為271m,所求儲量的90%位于最低標高之上,最低標高之下僅有少部分儲量。2.3載金礦物及金創(chuàng)造特征東腰莊金礦主要礦石類型為黃鐵礦化碳酸鹽化絹云鈉長片巖,次為黃鐵礦化碳酸鹽化綠泥片巖;分別稱之為鈉長片巖型礦石和綠泥片巖型礦石。①鈉長片巖型礦石:灰白—淺灰色,氧化后呈黃白、淺黃—褐黃色;片狀構(gòu)造,鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu);可見由韌性剪切變形作用產(chǎn)生的糜棱結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)、S-C組構(gòu)、眼球狀構(gòu)造、壓力影構(gòu)造等。主要礦物:鈉長石(40%左右),呈板條狀定向排列;絹云母(30%～40%),由鈉長石蝕變而來,鱗片狀,定向排列構(gòu)成片理;石英(10%～15%),他形粒狀,部分呈殘斑狀分布,并與其他礦物組成眼球狀構(gòu)造或受韌性剪切變形作用搓碎重結(jié)晶為細粒石英,彼此劇齒狀鑲嵌,定向排列呈帶狀分布,石英是與金有密切相關的礦物之一;黃鐵礦(5%～10%),半自形—他形晶,星點浸染狀或聚晶分布,粒徑0.1～1.5mm,其在原生礦中較新鮮,若氧化則呈褐鐵礦,黃鐵礦及其氧化次生的褐鐵礦是礦石中最主要的載金礦物;菱鐵礦(5%左右),菱形晶體,氧化邊部褐色或呈空洞,星點浸染分布,或與方解石共生同呈條紋狀分布,亦是主要載金礦物之一;另有黃銅礦,量少,他形晶,浸染狀分布,或包于黃鐵礦中或與之相嵌,氧化常次生為銅藍。副礦物主要有磷灰石、電氣石、鋯石、磁鐵礦等。礦石中偶爾可見綠色云母,電鏡分析為鉻云母,翠綠色,片狀,片徑2～4mm,為礦化重要指示礦物。②綠泥片巖型礦石:一般出現(xiàn)于礦層頂部,灰綠—墨綠色,片狀構(gòu)造,鱗片變晶結(jié)構(gòu);可見韌性剪切變形組構(gòu)特征。主要礦物為綠泥石,含量一般50%以上;次要礦物為鈉長石、絹云母、石英、方解石等,隨之含量的增加而成為鈉長綠泥片巖或絹云綠泥片巖;另有少量的菱鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦等。常發(fā)育較強的碳酸鹽化與黃鐵礦化,二者皆呈星點狀分布于礦石中。上述兩種類型的金礦石礦物組分基本相同,只是各種礦物含量的不同而形成不同的礦石類型;都可觀察到不同程度的韌性剪切變形特征,說明二者都經(jīng)歷過韌性剪切變形作用;兩種類型的礦石都發(fā)育較強的黃鐵礦化及碳酸鹽化,且以星點浸染狀分布于礦石之中。金為自然金,亮金黃色,強金屬光澤。形態(tài)復雜多樣,以邊界圓滑的粒狀為最多,其次為三角狀。粒徑1～7μm居多,其次是14μm左右的金粒,偶爾也可達20～30μm。載金礦物最主要的是黃(褐)鐵礦,其次是石英和碳酸鹽礦物;且以黃(褐)鐵礦中包體金為最多,石英粒間金次之,碳酸鹽裂隙金最次。自然金化學成分以Au主,約占90%,其次是Ag9.5%,Cu0.5%;自然金成色皆在900以上。金品位1.02×10-6～32.76×10-6,一般2×10-6～4×10-6;品位變化一般與韌性剪切帶內(nèi)部微剪切面(位錯、裂隙、破碎晶界等)的分布有關,位于微剪切面及其附近的礦石,品位都較高,反之則低;金品位反映在礦化蝕變上,主要與黃鐵礦化、碳酸鹽化及硅化密切相關,三者兼有且發(fā)育較強時,礦石品位一般都較高;礦化蝕變發(fā)育程度是野外目估礦石含金品位的最直觀有效方法。2.4自然金礦學與剪切變形礦化蝕變以黃鐵礦化、碳酸鹽化和硅化為主,其次是鈉化、絹云母化、綠泥石化和電氣石化。在礦區(qū)中部形成一個NE—NEE延展的蝕變帶。蝕變分帶較明顯,綠泥石化最寬,常呈面形出現(xiàn)→次為廣泛發(fā)育的碳酸鹽化,其與金的高值異常帶基本相對應→黃鐵礦化呈線形緊密圍繞金礦化,甚至本身也能成為金礦體→而硅化伴隨電氣石化處于礦化蝕變的中心部位,兼有碳酸鹽化、電氣石化、黃鐵礦化的硅質(zhì)核往往就是金礦體;絹云母化常與黃鐵礦化、硅化在一起形成黃鐵絹英巖化。黃鐵礦化(褐鐵礦化)不僅與金有密切的成因聯(lián)系,而且其產(chǎn)物是金的最主要富集礦物;一般黃鐵礦晶形較差,粒度較小,含金量較高。碳酸鹽化廣泛發(fā)育于礦體附近圍巖中,主要形成星點浸染或與方解石共生同呈條紋狀分布的菱鐵礦,是自然金主要載體礦物之一。硅化是金礦化最親密的伙伴,以形成石英為主,硅化較強的絹云鈉長片巖貌似絹云石英片巖,所謂的絹云石英片巖實則是中酸性火山沉積巖經(jīng)強烈剪切壓溶組分遷移蝕變的結(jié)果;有大約30%以上的自然金分布于石英粒間。蝕變是由于剪切帶內(nèi)的化學平衡遭到破壞而引起的。剪切變形主要發(fā)生在綠巖中,所以在富含CO2、H2O和S的熱液流體作用下,首先發(fā)生綠泥石化,并從綠泥石帶析出Fe、SiO2、K等隨同原熱液流體一起流向有利構(gòu)造部位。一旦化學平衡被打破,則發(fā)生以下反應:只有發(fā)生體積增大,上述反應才能從左向右進行,析出SiO2。故剪切變形中的構(gòu)造膨脹擴容帶才是反應進行的最佳場所,且該處易于流體與圍巖更充分、更廣泛的交代反應,利于成礦元素的沉淀和聚集。所以,硅化石英的形成是變形作用的一部分,變形帶中的黃鐵礦化、碳酸鹽化、硅化、絹云母化等是金礦化的重要蝕變標志。3采礦機的起源和特征3.1變形作用對成礦的控制該礦床賦存于五臺群臺懷亞群鴻門巖組中下部的淺色巖層中,具明顯的層控特征。根據(jù)礦床所處地質(zhì)環(huán)境、礦化賦存規(guī)律及控礦因素,建議用“火山—沉積—區(qū)域動力變形變質(zhì)—褶皺轉(zhuǎn)折端擴容成礦—韌性剪切帶擴容成礦—改造疊加”的模式來解釋該區(qū)金礦床的成因(圖3)。1)含礦建造的原巖為一套中酸性—中基性火山—沉積巖系。五臺中期初始,通過火山活動、火山沉積作用和巖漿作用將其與地幔中的成礦元素帶到地殼上部,作為后來熱液活化成礦的物質(zhì)基礎,從而形成含金豐度較高的原始礦源層。2)之后,大規(guī)模的地殼運動波及該區(qū),探馬石運動(五臺運動Ⅱ)開始,來自北面巨大的水平推覆使抬升到地表的礦源層發(fā)生褶皺。隨著褶皺作用的增強,區(qū)域地熱溫度迅速升高,中酸性—中基性火山沉積巖系開始發(fā)生區(qū)域動力熱流變形變質(zhì)作用,以至逐步達到綠片巖相,最終形成綠泥片巖和絹云鈉長片巖。同時,伴隨區(qū)域變形變質(zhì)作用形成了富含CO2、H2O、S等組分的高溫流體——變質(zhì)熱液。構(gòu)造驅(qū)動是其運移的主要動力,強烈變形可導致變質(zhì)熱液活性增強。在從深部高壓帶向低壓區(qū)遷移或向變質(zhì)程度淺的方向移動過程中,變質(zhì)熱液從流經(jīng)的礦源層中萃取大量成礦元素,形成含金濃度較高的含礦熱液,從而使金處于高度活化狀態(tài),并一起隨熱液遷移。3)由于褶皺作用增強,褶皺翼部為擠壓帶而轉(zhuǎn)折端為虛脫膨脹擴容帶,故在構(gòu)造應力的驅(qū)使下,含礦熱液攜帶兩翼的成礦元素向轉(zhuǎn)折端運移,使褶皺轉(zhuǎn)折端含金熱液濃度迅速升高,初步富集,但尚未形成工業(yè)堆積。4)褶皺作用進一步增強,在遞進變形過程中,其中一翼開始倒轉(zhuǎn)。因持續(xù)擠壓下的同斜褶皺作用導致層間滑動剪切變形也顯著強烈,并首先在倒轉(zhuǎn)翼巖性差異較發(fā)育的地帶(此處應變易于集中),優(yōu)先沿能干性差異的巖層——綠泥片巖中的絹云鈉長片巖主夾層發(fā)生最強烈的滑動剪切變形,以至形成規(guī)模較大NEE向展布的李家莊—大草坪韌性剪切帶。韌性剪切帶本身就是一個高滲透帶,是熱液活動的良好場所。熱液的貫入又促使韌性變形進一步增強。變形強,擴容就強,易于形成有利的構(gòu)造空間;另外,強烈變形可導致熱液活性增強和促進圍巖之中金的活化,利于成礦元素的萃取和搬運,并不間斷地沿著剪切通道向褶皺轉(zhuǎn)折端與韌性剪切帶復合部位的擴容帶輸送,富含CO2、H2O、S及成礦元素的熱液濃度達到高度富集,從而建立起熱液的溫度梯度、壓力梯度和濃度梯度。五臺中期末,探馬石運動即將結(jié)束,構(gòu)造應力減弱,區(qū)域地熱溫度下降,剪切帶內(nèi)的化學平衡發(fā)生顯著變化,大量巖石發(fā)生綠泥石化、碳酸鹽化、黃鐵礦化等蝕變作用,這樣就導致析出SiO2、K、Ca、Au、Ag等化合物和元素,并伴隨原含礦熱液一同流向構(gòu)造擴容帶(膨脹帶)和其他有利構(gòu)造部位(扭曲和空隙、裂隙處),由于低溫、低壓和低化學勢導致石英、絹云母、碳酸鹽及自然金和金的載體礦物的沉淀、聚集成礦,最終形成東腰莊金礦的主框架。5)五臺運動晚期的金洞梁運動(五臺運動III)和呂梁運動都可發(fā)生與探馬石運動相同機理的成礦作用,致使李家莊—大草坪韌性剪切帶多次活動和成礦,促成金品位逐次升高。就該區(qū)而言,成礦主要發(fā)生在五臺中期,并嚴格受該期形成的李家莊—大草坪韌性剪切帶控制。3.2金地球化學標志該金礦的找礦標志可大致分為以下幾點:1)層控標志:首先,含礦層賦存于五臺群臺懷亞群鴻門巖組中下部的綠泥片巖中的絹云鈉長片巖夾層內(nèi),層控特征非常明顯。故要注意鴻門巖組中下部較厚的墨綠色綠泥片巖中所含的絹云鈉長片巖淺色夾層,且淺色夾層不止一層發(fā)育。2)構(gòu)造標志:綠巖帶中,倒轉(zhuǎn)復式褶皺的倒轉(zhuǎn)翼近轉(zhuǎn)折端部位,容易產(chǎn)生虛脫和巖層增厚,為構(gòu)造膨脹擴容帶,且其中發(fā)育韌性剪切帶或與其他構(gòu)造交匯地帶,是成礦有利地段。所以,在特定層位和區(qū)域構(gòu)造內(nèi),要詳細觀察巖層微構(gòu)造及韌性剪切變形特征構(gòu)造的發(fā)育程度。Au、Ag在剪切變形帶中完全屬于富集元素,并且隨剪切應變的增強而大大地提高其富集程度。3)蝕變標志:礦化與黃鐵礦化、碳酸鹽化及硅化、鈉化等蝕變關系密切。特定層位中,絹云鈉長片巖若發(fā)育粒度細、晶形差、星散狀的黃鐵礦,且伴有強烈的硅化和碳酸鹽化,則可能成礦;僅有任何一種蝕變或黃鐵礦晶形好、粒度粗大,對金礦化不利。鈉化對金礦化也很重要;若鉀化發(fā)育,則往往預示金品位降低或不夠礦石品位。4)地形地貌標志:礦層中,由于發(fā)育強烈的碳酸鹽化及剪切應變形成的片理和微裂隙,易于風化;而其上、下兩側(cè)圍巖則較完整堅硬,不易風化。前者形成凹槽或負地形,后者往往形成陡坎。兩者相距較近時,常是礦層出露處形成坎下凹槽;兩者相距較遠時,礦層出露處形成鞍狀負地形。5)化探異常標志:礦區(qū)位于“嶺底Au綜合異?！钡闹醒氩课?與Au高值點吻合較好。Au異常面積15.12km2,襯度158.04,三級濃度分帶(內(nèi)帶面積13.23km2);含礦指數(shù)2.33KH,資源量65.8t(居五臺山區(qū)第二位);并且在異常外圍出現(xiàn)了較大面積的金