遼東地區(qū)金礦床成礦地質(zhì)特征及成因

遼東地區(qū)金礦床成礦地質(zhì)特征及成因

1東北緣早元古空間格局遼東位于中國(guó)臺(tái)灣東北部，是前冷武濟(jì)巖群的廣泛分布（圖1）。其中,古老的太古宙花崗巖-綠巖帶主要分布于北部的清原、鞍山、本溪及南部的莊河—大連一帶,而元古宙巖群主要分布于營(yíng)口—岫巖及寬甸以東地區(qū),這兩套變質(zhì)地體在巖性成分、變質(zhì)程度和構(gòu)造樣式上都有較大的差異。太古宙地體在遼東北部包括鐵架山群和鞍山群,在南部則主要發(fā)育鞍山群綠巖帶及少量花崗巖體。鐵架山群主要為強(qiáng)烈混合巖化的長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖和黑云斜長(zhǎng)片麻巖,組成礦物主要有石英、斜長(zhǎng)石和黑云母。變質(zhì)程度達(dá)到角閃巖相。鞍山群覆蓋于鐵架山群之上。鞍山群自下而上依次為斜長(zhǎng)角閃巖組合、斜長(zhǎng)片麻巖組合和變粒巖組合。根據(jù)原巖恢復(fù),鞍山群的下部為基性-超基性火山巖,中部屬于鈣堿性火山巖,上部為碎屑沉積及少量火山巖。原巖是一套變質(zhì)程度較深的綠巖巖石序列。元古宙地體主要為一套變沉積巖組合,包括原鞍山群的櫻桃園組硅鐵建造(劉如琦,1987)、遼河群和榆樹砬子群。早元古變質(zhì)巖分布于營(yíng)口—寬甸一帶,由遼河群及零星出露的榆樹砬子群組成,原巖建造為以沉積巖為主的火山-沉積建造。早元古代末期的遼河運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了區(qū)域動(dòng)力熱流變質(zhì)作用,在這一地區(qū)存在一個(gè)遞進(jìn)變質(zhì)帶,其展布以博洛鋪—紅石砬子一線為中心,向南北兩側(cè)變質(zhì)程度從低角閃巖相、高綠片巖相至低綠片巖相有遞減的趨勢(shì)。2金成礦示范區(qū)遼東地區(qū)既有古老的地臺(tái)基底,又經(jīng)歷了中生代構(gòu)造-巖漿活動(dòng)的強(qiáng)烈活化,金礦化分布廣泛,礦化類型多樣,是我國(guó)的金成礦集中區(qū)之一。遼東地區(qū)自東向西大致可分為4個(gè)金礦化集中區(qū)(帶)。(1)林省集安一帶分布于鴨綠江下游一帶,呈NE向展布,向北東有可能延至吉林省集安一帶。大型金礦有五龍金礦、四道溝金礦,小型金礦為振安金礦,另有油盤溝、接梨樹等幾十個(gè)金礦點(diǎn)。五龍金礦產(chǎn)于元古宙花崗片麻巖中,四道溝金礦產(chǎn)于元古宙變沉積巖中。(2)小型金礦位于鳳城市青城子鎮(zhèn)一帶,中型金礦有白云金礦、楊樹金礦,還有桃園、林家、羅圈背等小型金礦。容礦圍巖為遼河群蓋縣組和大石橋組,遠(yuǎn)景儲(chǔ)量十分可觀。(3)營(yíng)地-蓋縣的黃金集中地區(qū)內(nèi)已知工業(yè)礦床達(dá)數(shù)十處,以貓嶺金礦、龍泉金礦為代表。容礦圍巖為遼河群蓋縣組的千枚巖和片巖建造。(4)小型、功能型礦床分布于清原渾河斷裂兩側(cè),有中型金礦床3處,礦化點(diǎn)20多處,分布特點(diǎn)是以小型金礦居多。區(qū)內(nèi)出露地層為鞍山群,并有大量中生代花崗巖,主要礦床有下大堡子、線金廠、王家大溝等礦床。下大堡子金礦產(chǎn)于元古宙花崗巖中,線金廠金礦產(chǎn)于太古宙黑云母角閃紫蘇花崗巖中。3遼東金礦床的地球化學(xué)特征3.1穩(wěn)定的相位特征3.1.1深源硫成因特征遼東地區(qū)幾個(gè)主要金礦床的硫同位素組成見圖2。除白云金礦分布離散度較大外,五龍、四道溝、隈子及貓嶺金礦分布范圍均比較狹窄。五龍金礦的δ(34S)=+0.9×10-3～+3.5×10-3,均值為2×10-3,標(biāo)準(zhǔn)離差為0.7×10-3,具有深源硫成因的特點(diǎn);四道溝金礦δ(34S)=+9.2×10-3～+12.6×10-3,樣品均值為11.2×10-3,標(biāo)準(zhǔn)離差為0.7×10-3,分布范圍較窄,與容礦圍巖遼河群變質(zhì)巖的硫同位素組成存在一定的差別。白云金礦δ(34S)=-8.5×10-3～+5.3×10-3,均值為-1.9×10-3,標(biāo)準(zhǔn)離差為4.5×10-3,分布比較離散(陳錦榮等,1995)。下大堡子δ(34S)=-2×10-3～+1.2×10-3,均值+0.16×10-3,標(biāo)準(zhǔn)偏差1.04×10-3(李慶章等,1989)。3.1.2礦床成礦物質(zhì)來源遼東地區(qū)前寒武紀(jì)地體主要鉛同位素組成變化范圍很大,在ZartmanRE鉛構(gòu)造學(xué)圖解(據(jù)王義文,1992簡(jiǎn)化)上,貓嶺金礦礦石鉛投影點(diǎn)主要沿上地殼和造山帶演化線分布,而下大堡子、線金廠和五龍金礦礦石鉛的投影點(diǎn)沿1500Ma,900Ma和800Ma形成3個(gè)獨(dú)特的等鉛域。下大堡子金礦的投影點(diǎn)集中在造山帶線和下地殼線之間,線金廠金礦則集中在造山帶線和上地殼線之間,五龍金礦的投影點(diǎn)散布范圍最大,下面接近下地殼線,上面遠(yuǎn)超出上地殼線。礦石鉛的上述特征表明,本區(qū)金礦床成礦物質(zhì)主要來自下地殼和上地幔,其次為上地殼,這與本區(qū)金礦床主要受前寒武紀(jì)地體控制的地質(zhì)事實(shí)一致。同時(shí),具有造山帶鉛同位素特征,說明金礦床是在構(gòu)造活動(dòng)中,在前寒武紀(jì)地體背景下形成的巖漿期后熱液礦床,這與本區(qū)金礦化主要發(fā)生于中生代碰撞造山活動(dòng)期相吻合。3.2解成礦流體特征流體是聯(lián)系構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和成礦作用的介質(zhì),研究流體的地球化學(xué)特征對(duì)于了解成礦流體的性質(zhì)及礦質(zhì)來源有十分重要的意義。流體的地球化學(xué)特征可以反映流體活動(dòng)及礦質(zhì)沉淀的物理化學(xué)環(huán)境。流體在礦床中的記錄方式有:流體與圍巖反應(yīng)形成的蝕變礦物組合,蝕變礦物及礦脈中的流體包裹體。3.2.1流體包裹體co,co-ch4對(duì)遼東金礦床流體包裹體及蝕變礦物組合的研究表明(表1,表2),其主要成分為SiO2,H2O,CO2,K+,Na+,Mg2+,Cl-,此外還有CH4,CO等。五龍金礦以貧Ca2+為特征,同時(shí)Na+,K+離子含量也較低,四道溝金礦主體貧Ca2+,岫巖金礦具有明顯富Ca2+的特征,貓嶺金礦富Ca2+貧Na+,隈子金礦區(qū)包裹體總的特征為富Ca2+,Na+,Cl-,貧K+,Mg2+,白云金礦則富Na+,K+,貧Ca2+,Mg2+。從表中可以看出,四道溝、隈子、白云金礦的CO2含量較高,貓嶺金礦的CO2含量最低。從五龍金礦的CO2-CO-CH4和CO2-N2-CO濃度三角相圖可以看出(李力等,1993),其含較高的CO2(相對(duì)于CO,CH4和N2),同時(shí)發(fā)現(xiàn)CO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與金的品位之間有一定的聯(lián)系,流體包裹體中CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)以二坑最高,四坑次之,三坑最低,而五龍金礦3個(gè)坑口金礦石的平均品位分別為三坑w(Au)=6.63×10-6,四坑w(Au)=7.28×10-6,二坑w(Au)=8.0×10-6,隈子金礦中含礦石英脈的CO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比不含礦石英脈中明顯高出許多。由此看出,CO2與成礦作用關(guān)系密切。3.2.2成礦流體特征流體的物理化學(xué)特征包括溫度、壓力、鹽度、pH值等。大多數(shù)金礦床的成礦流體具有低鹽度的特點(diǎn),w(NaCl)一般<10%,五龍金礦的成礦流體鹽度w(NaCl)=3.38%(均值),而該區(qū)不含礦的古期石英脈鹽度最高為11.26%(李兆龍,1987)。四道溝金礦w(NaCl)=5.5%,白云金礦w(NaCl)=1.28%,隈子金礦w(NaCl)=5.48%～8%,貓嶺金礦成礦流體w(NaCl)=5.9%～9.55%,富礦部位略有增高,并從早期至晚期有下降的趨勢(shì)(金成洙,1991)。成礦溶液的pH值在6.05～6.84之間,屬中性至弱酸性。李兆龍(1987)通過對(duì)五龍金礦成礦流體研究表明,成礦流體隨著由黃鐵礦石英階段→多金屬硫化物階段→自然金輝鉍礦階段→碳酸鹽階段的演化,溶液由弱酸性向弱堿性變化。遼東地區(qū)金礦床成礦溫度多在250～350℃(圖3),隈子、下大堡子、貓嶺為中高溫礦床,四道溝金礦成礦溫度較低,為中低溫礦床。4w向幾組干法斷裂遼東地區(qū)主要有NE向、NNE向、NW向和近EW向幾組主干斷裂(圖4)。NE向和NNE向斷裂帶自西向東主要有營(yíng)口—清原斷裂帶、金州—熊岳斷裂帶、莊河—鳳城—桓仁斷裂帶和丹東斷裂帶。(1)口腔清原破裂帶相當(dāng)于郯廬斷裂帶之北延部分(任紀(jì)舜,1980),這一斷裂帶自太古代已具雛形,后又經(jīng)歷了多旋回構(gòu)造活動(dòng),可能屬穿殼斷裂。(2)金山西瑤斷裂帶追索長(zhǎng)度150km,走向NNE,傾向NW,傾角40°～80°。金州—普蘭店段,西盤為上元古界和古生界,東盤為鞍山群。(3)綠洲斷裂帶為巖石圈斷裂,全長(zhǎng)170km,地表連續(xù)性差,受NNE向走滑斷層的切錯(cuò),蹤跡零亂,鳳城—寬甸一帶在衛(wèi)星照片中有線性影象反映。(4)采自剪切帶與巖石礦物巖石圈斷裂。順鴨綠江呈40°方向延伸,可追索長(zhǎng)度大于80km,出露寬度達(dá)14km,向北東可能已延伸到吉林省內(nèi)。NW向斷裂帶。規(guī)模較大的主要有海城—岫巖斷裂帶和新賓—雅河斷裂帶,地表連續(xù)性都較差。近EW向斷裂帶。主要為金州斷裂帶。作為太古宙與元古宙兩大地體的分界,走向NEE,傾向SSE,長(zhǎng)30km以上,寬7km,為一大型緩傾斜斜向走滑斷裂帶。遼東半島規(guī)模較大的韌性剪切帶主要有NE向的丹東韌性剪切帶和NEE向的金州韌性剪切帶等。本區(qū)剪切帶中的礦物組合主要為長(zhǎng)石、石英、絹云母、綠泥石和碳酸鹽等,表明了韌性變形大致形成于綠片巖相條件下,石英已明顯變形,而長(zhǎng)石略微有塑變現(xiàn)象,初步推斷,其溫度區(qū)間大致為300～400℃。據(jù)Ord和Hobbs,長(zhǎng)英質(zhì)地殼中,按地?zé)嶙兓癁?0℃/km-1,則脆韌性過渡帶原始深度應(yīng)位于10km深處。流變學(xué)認(rèn)為,引起巖石變形的壓力因素是差異應(yīng)力-壓力梯度,與巖石所處的圍壓大小無直接關(guān)系,因此,差異應(yīng)力的大小是決定巖石變形的主要因素。70年代以來,地質(zhì)學(xué)家如Twiss(1977),Mercier(1977)等借助冶金物理學(xué)研究理論,即在金屬塑性流動(dòng)過程中,當(dāng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)流變階段時(shí),變形金屬晶體中形成的顯微構(gòu)造特征,如位錯(cuò)密度、亞顆粒大小以及動(dòng)態(tài)重結(jié)晶顆粒粒度與外施差異應(yīng)力之間存在一種簡(jiǎn)單的函數(shù)關(guān)系。通過巖石及礦物的實(shí)驗(yàn)變形研究,獲得了幾種差異應(yīng)力的計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式,這為定量研究構(gòu)造變形過程中的古應(yīng)力值提供了一些新的手段。根據(jù)采自剪切帶中不同構(gòu)造部位的標(biāo)本薄片的顯微觀察統(tǒng)計(jì),采用石英動(dòng)態(tài)重結(jié)晶及亞顆粒粒度計(jì)來計(jì)算本區(qū)巖石變形的差異應(yīng)力值。據(jù)公式σ=kD-μ,k,μ為常數(shù),D為重結(jié)晶礦物粒度,計(jì)算結(jié)果差異應(yīng)力值變化范圍為61.1～100.2MPa(王宇明,1990)。4.1韌性剪切帶與成礦集中帶世界上大量的金礦床,特別是前寒武地體中的大型-超大型金礦床,都與線性斷裂有關(guān),線性斷裂帶是金礦的關(guān)鍵性控制因素。地殼級(jí)韌性剪切帶往往延伸到下地殼乃至上地幔。一方面,強(qiáng)烈變形的剪切帶內(nèi)的巖石較之圍巖有較大的滲透率,能起到導(dǎo)流作用,引導(dǎo)深部不同層次的流體向上部遷移,使途經(jīng)不同巖性的熱液流體將不同層次的成礦元素聚集起來,為最終的成礦奠定了物質(zhì)基礎(chǔ);另一方面,地殼級(jí)韌性剪切帶大多經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的地質(zhì)演化歷史,長(zhǎng)期而又強(qiáng)烈的剪切活動(dòng)可誘導(dǎo)不同深度和不同層次的巖石重熔,發(fā)生中酸性巖漿活動(dòng),從而提供大量的SiO2,K+,Na+,H2O,CO2和CH4等組分,它們與剪切變形帶的流體相混合,一起浸取圍巖的成礦物質(zhì),向上聚集成礦。在遼東前寒武紀(jì)地體中,金礦化的空間分布大至成礦集中區(qū),小至礦體、礦脈、礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造,都受到韌性剪切帶的控制,并顯示出多級(jí)有序的特點(diǎn)。遼東地區(qū)中的區(qū)域性韌性剪切帶,如丹東韌性剪切帶控制了丹東成礦集中帶的展布,五龍金礦、四道溝金礦等都位于其中;而渾河剪切帶則控制了清原成礦集中帶的展布,下大堡子金礦、王家大溝金礦和線金廠金礦等受其限制。其他成礦集中帶也與區(qū)域性的韌性剪切活動(dòng)有關(guān)。金礦田或礦床則是由次一級(jí)的韌脆性剪切帶所控制,剪切帶的產(chǎn)狀控制了金礦體和礦化帶的走向和延伸。四道溝金礦體的分布和產(chǎn)狀受控于丹東韌性剪切帶南部的NE向韌脆性剪切帶,五龍金礦則受丹東韌性剪切帶北部的NNE和NW向剪切帶的控制。韌性剪切帶的三級(jí)構(gòu)造則對(duì)金礦體或工業(yè)礦體的空間定位有明顯的控制關(guān)系。礦化的不均勻性是金礦床的顯著特征之一,查明金礦體的構(gòu)造控制規(guī)律是圈定工業(yè)礦體和礦山開采的重要依據(jù)。4.2成礦期與成礦時(shí)代遼東地區(qū)金礦的礦床類型一般劃分為蝕變巖型和石英脈型,此外,還可以見到二者的過渡類型。其形成原因,主要是因?yàn)榧羟袔У淖冃苇h(huán)境的不同所致。五龍金礦發(fā)育于花崗質(zhì)巖石中,成礦主要與剪切帶的晚期脆韌性-脆性變形階段有關(guān),斷裂有較大的開啟空間,在成礦早期細(xì)粒閃長(zhǎng)巖脈、花崗斑巖脈、石英脈沿韌脆性變形帶充填,在成礦期礦液又充填于石英脈的邊部或同韌脆性變形的剪裂隙中,形成“石英脈型”金礦;當(dāng)成礦與韌性剪切帶的韌性-韌脆性變形階段有關(guān)時(shí),如變沉積巖區(qū)四道溝金礦,巖石變形強(qiáng)烈,其有效孔隙度大大增加,從而使成礦方式以滲濾交代為主,形成“蝕變巖型”金礦。4.3礦化類型及礦化特征對(duì)遼東金礦化類型與構(gòu)造關(guān)系的研究表明,金礦化類型主要受構(gòu)造作用的控制。不同的變形強(qiáng)度和不同的變形性質(zhì)所產(chǎn)生的構(gòu)造空間不同,其礦化類型就不同。在強(qiáng)變形區(qū)產(chǎn)生透入性面理(Sm),礦化沿糜棱面理或片理化帶發(fā)育,以脈狀為主;在弱變形區(qū),變形前的結(jié)構(gòu)構(gòu)造殘留較多,在片理化發(fā)育的巖石中多為脈狀,在塊狀、粒狀巖石中主要為星散狀、浸染狀礦化。四道溝金礦礦化類型主為星散浸染狀、細(xì)脈浸染狀和致密塊狀礦化3種類型,其中,星散浸染狀礦化多見于含礦帶富礦段周圍由弱變形變砂巖形成的透鏡體內(nèi),細(xì)脈浸染狀礦化主要產(chǎn)于糜棱巖化變砂巖和硅化絹云石英糜棱巖中,致密塊狀礦化產(chǎn)于鱗片狀構(gòu)造帶內(nèi)。五龍金礦主要發(fā)育細(xì)脈狀礦化,主要沿石英脈和花崗糜棱巖中的韌脆性剪裂隙發(fā)育,而在礦脈附近的花崗糜棱巖中見有星散狀礦化。5構(gòu)造和成礦集中帶剪切帶既是含金流體的運(yùn)移通道,也是金礦床的儲(chǔ)集空間。在剪切帶形成過程中構(gòu)造應(yīng)變場(chǎng)和地球化學(xué)場(chǎng)的改變,促使成礦元素遷移、富集形成金礦。剪切動(dòng)力成礦作用是與各類剪切帶的形成、演化具有成因聯(lián)系的構(gòu)造熱動(dòng)力成礦過程,與深部地質(zhì)作用密切相關(guān),控制著金的成礦集中帶的展布。遼東剪切動(dòng)力成礦有如下特征:(1)具有以深源為主的多源含礦流體體系,對(duì)本區(qū)金礦的穩(wěn)定同位素研究表明,本區(qū)金礦成礦物質(zhì)主要來自下地殼和上地幔,其次為上地殼;(2)礦化強(qiáng)度和礦化類型與變形強(qiáng)度密切相關(guān);(3)單個(gè)礦體呈脈狀、透鏡狀,組合形態(tài)為雁列狀、串珠狀;(4)礦田構(gòu)造的形成和發(fā)展具有多期性,多階段成礦作用和多期改造構(gòu)成了金礦床復(fù)雜的構(gòu)造格局。韌性剪切帶控制著金礦床的多期變形成礦。剪切帶型金礦床一般經(jīng)歷了長(zhǎng)期的構(gòu)造演化和多階段動(dòng)力成礦作用,從深層到淺層,從韌性到脆韌性的轉(zhuǎn)化過程也就是富集成礦的過程。6遼東金礦床的景觀分析6.1礦物學(xué)一般意義遼東地區(qū)金礦床的賦存深度范圍關(guān)系到對(duì)本區(qū)金礦的資源預(yù)測(cè)和找礦方向的確認(rèn)。Sibson曾提出巖石圈變形機(jī)制的雙層模式,上構(gòu)造層次為脆性域,巖石變形機(jī)制為順斷層面的摩阻滑移(Frictionalsliding);下構(gòu)造層次為塑性域,變形表現(xiàn)為總體的塑性流動(dòng)。上、下兩域間作為脆韌性過渡帶,具有混合式變形機(jī)制。Groves(1993)提出一個(gè)理想的金礦化剖面圖(圖5),金礦化主要集中在綠片巖相至低角閃巖相。圖中推測(cè)出25km的地殼深度范圍內(nèi)連續(xù)的熱液系統(tǒng)和可能的流體,及同位素來源。這個(gè)連續(xù)剖面是研究不同地區(qū)金礦所表示的垂直剖面,并不是每個(gè)地區(qū)垂直方向上都有相同的礦床系列。如前所述,根據(jù)對(duì)遼東中部和南部地區(qū)的觀測(cè),中、上元古宙巖石中尚未見到典型的韌性剪切帶和糜棱巖,但有大量的脆性斷裂,主要表現(xiàn)為摩阻滑移機(jī)制,基本上屬于地殼中的脆性域,典型的糜棱巖和不同規(guī)模的韌性剪切帶主要發(fā)育于下元古宇及部分太古宇中,如區(qū)域規(guī)模的丹東韌性剪切帶和大連金州韌性剪切帶。由此可見,遼東地區(qū)以發(fā)育韌性剪切帶為特征的