青海都蘭縣噶大坂多金屬礦床地質(zhì)特征及礦石成因分析

青海都蘭縣噶大坂多金屬礦床地質(zhì)特征及礦石成因分析

北祁連造山帶是中國最重要的磺化合金礦床之一。近年來，由于北祁連走廊南山支帶銅多金屬礦的顯著發(fā)展，勘探出了適合勘探的甲大坂銅多金屬礦田。但是長期以來對尕大坂礦田含礦火山巖系的形成環(huán)境存在不同認(rèn)識,主要有2種:一種是認(rèn)為形成于大陸裂谷環(huán)境(夏林圻等,1995;余吉遠(yuǎn)等,2010;馮益民等,1995;賈群子等,2002),另一種認(rèn)為是島弧張裂環(huán)境,即島弧裂谷或弧后盆地(邊千韜等,1989;尹觀等,1998;侯增謙等,1996)。在本次研究中,筆者選取尕大坂、郭米寺這2個典型礦床作為研究對象,對礦床特征、地球化學(xué)特征及礦田內(nèi)黑茨溝組火山巖的巖石化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究,探討其形成環(huán)境。1蝕變帶地層及出露地層尕大坂礦田位于北祁連山西段,距祁連縣北西約10多千米處,屬北祁連成礦帶走廊南山銅多金屬成礦亞帶,在1∶20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中將整個礦田賦礦地層劃歸為前寒武紀(jì)火山沉積巖系,1∶5萬地質(zhì)調(diào)查中通過區(qū)域?qū)Ρ?把該套地層在時代上歸于中寒武世的黑茨溝組(圖1)。該地區(qū)有南北2個長條狀火山穹窿構(gòu)造,即石頭溝-香子溝古火山穹窿構(gòu)造和大柳溝-白柳溝古火山穹窿構(gòu)造,而尕大坂礦田位于偏北的大柳溝-白柳溝火山穹窿的蝕變帶群中(圖1),由郭米寺、大柳溝、下柳溝、彎陽河、下溝、尕大坂等銅鉛鋅礦床(點)構(gòu)成,這些礦床沿穹窿兩翼的基性和酸性火山巖過渡帶分帶產(chǎn)出,嚴(yán)格受蝕變帶控制,總體產(chǎn)狀與蝕變帶產(chǎn)狀一致。出露地層主要為寒武紀(jì)黑茨溝組的一套基性-中性-酸性火山巖夾碎屑巖,以火山巖類為主。巖石類型包括玄武巖、玄武質(zhì)凝灰?guī)r、玄武質(zhì)火山角礫巖(集塊巖)、安山巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r、英安巖、英安質(zhì)凝灰?guī)r、次火山巖、流紋巖、流紋質(zhì)火山角礫巖(集塊巖)、流紋質(zhì)凝灰?guī)r、流紋斑巖,其間還夾雜有碳質(zhì)千枚巖、泥碳質(zhì)板巖、灰?guī)r及硅質(zhì)巖,其中以酸性火山巖和凝灰?guī)r為主,噴出巖走向上變化較大。2礦床的地質(zhì)特征2.1基性巖與成礦巖的關(guān)系礦床產(chǎn)于走廊南山復(fù)背斜軸部偏南的中寒武世黑茨溝組火山巖內(nèi),以7勘探線為例(圖2),礦體隱伏在第四系和白堊系之下,I、II礦體具有一定規(guī)模,其余礦體規(guī)模較小(表1)。I礦體:上部呈厚層狀,向下分叉尖滅,形態(tài)呈反“S”型,上部產(chǎn)狀為35°∠55°,向下轉(zhuǎn)而那南傾,和蝕變帶的總體產(chǎn)狀一致,為富含Au、Ag的銅、鉛、鋅礦體,長400m,厚26.8m,賦存于基性和酸性火山巖接觸部位,靠酸性火山巖一側(cè),含礦圍巖為重晶石化絹云石英片巖,和圍巖呈漸變關(guān)系。II礦體:為似層狀、長條狀,總體產(chǎn)狀和I礦體一致,也是賦存于基性火山巖和酸性火山巖接觸部位,含礦圍巖主要為絹云石英片巖和安山玄武巖構(gòu)造角礫巖,礦體長524m,厚20.95m,向深部尖滅。礦床所在區(qū)域中寒武世黑茨溝組分布廣泛,主要為一套雙峰式火山巖系構(gòu)成的海相火山巖沉積建造,巖性從基性-中基性-酸性巖均有分布。礦床可分為3條主要礦體(圖3),編號為I、II、III。3條礦體均呈似層狀,傾向北東,傾角55°~65°。其中,I礦體真厚度0.57m,含Cu為0.44%;II礦體真厚度0.5m,含Cu為0.98%;III礦體真厚度1.14m,含Cu為1.07%,Pb為0.58%~5.46%,Zn為0.62%~6.64%,Au為0.34×10-6~0.86×10-6。礦體產(chǎn)于黃鐵礦化絹云石英片巖中,多呈似層狀、扁豆?fàn)?與圍巖界線一般較清楚,部分呈現(xiàn)漸變關(guān)系,產(chǎn)狀與圍巖一致,隨圍巖變形而變形。礦體上盤附近常有1~2層熱水噴流的硅質(zhì)巖(圖3);再往頂部常出現(xiàn)一層很薄的含碳黑色巖系(圖2),它們代表了海底的一種還原環(huán)境。礦體的近礦圍巖蝕變很強(qiáng),且主要發(fā)育在礦體及其下盤,蝕變除有較強(qiáng)的絹云母化、硅化、黃鐵礦化及碳酸鹽化、綠泥石化外,還有大量重晶石出現(xiàn),甚至形成重晶石巖,與黃鐵絹英巖化一起構(gòu)成含礦的標(biāo)志層。綜上所述,尕大坂礦田的礦床含有熱水噴流巖及其與之相伴的含碳黑色巖系,這種巖石組合普遍存在與熱水噴流礦床中,稱之為“雙巖石組合”,是典型的海底熱水噴流沉積的標(biāo)志,并可作為判斷黑礦型塊狀硫化物礦床的一種標(biāo)志性巖石組合。3地球化學(xué)特征3.1多金屬礦床分布尕大坂礦田主要礦床礦石化學(xué)成分分析結(jié)果顯示Pb、Zn含量較高(表2),礦石中Cu、Pb、Zn關(guān)系見圖4。郭米寺礦床的礦石在三角圖中比較集中,分布在Pb+Zn附近,與日本黑礦類型一致,為Zn-PbCu型多金屬礦床。礦石中金屬含量較高,Cu最高達(dá)2.52×10-2,Pb最高達(dá)13.05×10-2,Zn最高達(dá)17.12×10-2。尕大坂礦床的礦石在三角圖中明顯在Pb-Zn一側(cè)集中,屬黑礦+黃礦類型。礦石中Cu最高達(dá)2.98×10-2,Pb最高達(dá)18.54×10-2,Zn最高達(dá)20.08×10-2。3.2地殼底部硫pb黃玉春等(1994)對礦田內(nèi)郭米寺礦床的礦石Pb同位素進(jìn)行了研究,結(jié)果是:206Pb/204Pb為18.391~18.381,207Pb/204Pb為15.653~15.664,208Pb/204Pb為38.059~38.201,表明為正常Pb的釷性鉛,Pb源屬低μ(8.89~8.91)值范圍,推斷成礦物質(zhì)為上地幔和下部地殼來源,即火山-沉積巖圍巖;δ34S為1.5~1.94‰,32S/34S為22.18~22.19,接近隕石硫,表明硫來源于地殼深部;δ18O為11.31‰,δD為63.10‰,表明礦液屬靠近巖漿水的變質(zhì)水,可與黑礦相比照。3.3流體流體速度和流體厚度計算在尕大坂礦床的礦體上采集富石英,硅質(zhì)的礦石為樣品,做流體包裹體測試(表3)。樣品中流體包裹體為氣液兩相包裹體,大小為6~18μm,均一到液相的溫度為145.9~348.6℃,冰點溫度變化范圍為-4.9~-2.3,采用NaCl-H2O體系的鹽度-冰點經(jīng)驗公式(HallDL等,1988)計算流體的鹽度,尕大坂礦床氣液兩相包裹體水溶液的鹽度變化范圍為3.85~7.58。根據(jù)密度計算公式(劉斌等,1999),利用溫度和鹽度數(shù)據(jù)計算出包裹體的密度變化范圍為0.76~0.97g/cm3?，F(xiàn)代海底熱液成礦區(qū)和古代VHMS礦床流體的溫度范圍一般為200℃~400℃,鹽度范圍多接近或略高于海水(王國強(qiáng)等,2012)。例如,日本Hokuroku地區(qū)的黑礦型塊狀硫化物礦床的形成溫度為200℃~330℃,鹽度為3.5%~8%NaCl。但尕大坂礦床的鹽度顯著高于正常海水(3.5%NaCl),認(rèn)為該礦田成礦流體的鹽度變化特征可能與巖漿熱液的參與有關(guān)。4巖漿島弧拉斑玄武巖通過收集在1∶20萬、1∶5萬區(qū)調(diào)取得的尕大坂礦田賦礦巖系中寒武世黑茨溝組有關(guān)火山巖的巖石化學(xué)數(shù)據(jù),進(jìn)一步分析研究表明:基性火山巖的Sr同位素初始比值(87Sr/86Sr)為0.704~0.707,酸性火山巖的(87Sr/86Sr)為0.703~0.713,TiO2含量普遍低,絕大多數(shù)在0.1%~0.97%,具有島弧火山巖的共同特征(歐陽京等,2010)。在黑茨溝組火山巖TAS圖解中(圖5)看到,玄武巖和流紋巖占多數(shù),其次是玄武安山巖和少量的安山巖,具有雙峰式火山巖特征,而且有部分巖石全堿含量較高,具備伸展環(huán)境的特點。在硅堿圖中(圖6)巖石主要落在亞堿性玄武巖,少數(shù)為堿性玄武巖。在AFM圖上(圖7),多數(shù)投點落入鈣堿性系列,少數(shù)落于拉班玄武巖系列,說明礦田中的火山巖具有島弧火山巖的特征,巖石組合為玄武巖-流紋巖,以鈣堿性系列為主。利用微量元素在Hf-Th-Ta圖解上(圖8),投點均落島弧拉斑玄武巖;常量元素在TFe-MgO-AI2O3圖解上(圖9)投點多數(shù)落入島弧和洋脊玄武巖;利用次要元素在TiO2-MnO-P2O5解上(圖10)投點大多數(shù)落入島弧拉班玄武巖和鈣堿性玄武巖區(qū)。在玄武巖的微量元素蛛網(wǎng)圖(圖11)中,顯示出明顯的Nb負(fù)異常,即相對于相鄰的不相容元素,其標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值明顯偏低,在曲線上形成顯著的“溝谷”,反映出島弧拉斑玄武巖的特征。綜上所述,中寒武世黑茨溝組火山巖與經(jīng)典的大陸裂谷火山巖在巖石地球化學(xué)特征上存在較大差異,結(jié)合該套火山巖的地質(zhì)特征及巖石組合特征綜合分析認(rèn)為應(yīng)屬弧后裂谷環(huán)境。5雙巖石組合型礦床(1)尕大坂礦田各礦床的形成與中寒武世火山活動關(guān)系密切,在空間上產(chǎn)于由中寒武世黑茨溝組火山巖構(gòu)成的火山穹窿構(gòu)造兩側(cè),礦體主要產(chǎn)出于在酸性火山巖與基性火山巖的接觸部