银山铁矿蚀变-矿化分带特征及其对成矿的制约

银山铁矿蚀变-矿化分带特征及其对成矿的制约

1矿床地质特征银山矿区位于江西省德兴市，与北东15公里的德兴铜矿相邻。就大型地理位置而言，矿区位于江南台龙东南部，江西省东北部深断裂以北西侧。银山矿区主要出露地层为前震旦系双桥山群千枚岩,也是矿区最主要的赋矿围岩.局部出露上侏罗统鹅岭组沉积砾岩、火山碎屑岩、熔岩和下白垩统石溪组棕红色砾岩、砂岩和页岩,两者均同前震旦系岩石呈不整合接触关系.矿区主要构造线方向为北东向,由一系列北东向褶皱和断裂组成.矿区褶皱构造的主体是银山背斜,沿背斜轴形成斜贯矿区的主断裂系统,成为主要的控岩控矿构造.银山背斜轴部附近分布有西山火山口(图1).矿区岩浆岩发育,主要为燕山早期岩浆活动形成的次火山岩、火山熔岩和火山碎屑岩.银山矿床中铜、金、银、铅锌、硫的储量都分别达到大型矿床的规模,矿体的空间分布与燕山期岩浆岩关系密切.主矿体为脉状铜矿体和铅锌矿体,产于燕山期英安斑岩体外接触带千枚岩裂隙系统中,局部发育细脉浸染状铜矿体和平缓似层状铅锌矿体,分别见于英安斑岩体接触带附近的爆破角砾岩中和火山碎屑岩与千枚质砾岩的接触间隙中.主要矿物组合类型有5种:黄铁矿-黄铜矿-石英组合;硫砷铜矿-砷黝铜矿-黝铜矿组合;黄铁矿-铁闪锌矿-方铅矿-毒砂组合;方铅矿-闪锌矿-菱铁矿-硫盐矿物组合;方铅矿(含银)-碳酸盐-重晶石组合.2蚀变过程碳化银山矿区围岩蚀变广泛发育,蚀变类型主要有黄铁绢英岩化、绿泥石化、碳酸盐化(菱铁矿化、方解石化)、局部还发育重晶石化、高岭石化和迪开石化等.蚀变带范围大大超过矿体分布范围,总体上呈面型展布,矿脉旁侧蚀变则呈线状分布.在平面上,蚀变带大致沿西山火山口东侧的次火山岩体向外展布,形成以英安斑岩为中心的蚀变分带(图2).从岩体内部向外水平方向依次为:(弱)绢云母化英安斑岩带→黄铁绢英岩化英安斑岩带和千枚岩带→黄铁绢英岩化绿泥石化(碳酸盐化)千枚岩带→绿泥石化碳酸盐化千枚岩带→碳酸盐化绿泥石化火山碎屑岩带.笔者用巴尔特法对各蚀变带岩石化学成分做了岩石分子式计算(以单位晶胞中元素原子数表示),并选用蚀变微弱的岩石作为原岩进行对比(表1),从黄铁绢英岩化带→黄铁绢英岩化绿泥石化带→绿泥石化碳酸盐化带→原岩,千枚岩中Si,Fe3+,K数量有逐渐降低趋势,Ti,Fe2+,Ca,Mg,Na数量则有逐渐升高趋势,显示热液蚀变过程中从岩体向千枚岩方向Si,K等是带入的,Ti,Ca,Mg,Na则是带出的.另外,Mn,CO2,H2O+成分有由岩体和千枚岩向绿泥石化、碳酸盐化千枚岩带集中的趋势,而Al在黄铁绢英岩化千枚岩中的增加十分明显.黄铁绢英岩化英安斑岩和流纹英安斑岩中Si,Fe2+,Ca,Mg,Na数量较原岩均有不同程度降低,Fe3+,K含量则有增高.蚀变英安斑岩中Si的降低与蚀变千枚岩中Si的增高是蚀变岩体释放Si并进入蚀变千枚岩的线索,但无论蚀变千枚岩或蚀变英安斑岩,Fe2+,Ca,Mg,Na等数量的降低与Fe3+和K数量的增高是普遍的,其中Fe2+的降低与Fe3+的增高与Fe2+→Fe3+的氧化过程有关,K的增高可能与早期流体富钾有关,Ca,Mg,Na等含量的普遍降低则表明热液蚀变过程中Ca,Mg,Na成分有被淋滤进入流体的趋向.银山矿区矿化分带也以英安斑岩体为中心向外展开,与蚀变分带有明显的对应关系.水平方向上,原生矿化分带从中心向外依次为:铜矿化带→铜铅锌矿化带→铅锌矿化带→铅(银)矿化带.在垂直方向上,矿化分带也非常典型(图3).其中,铜矿化带主要分布在英安斑岩外接触带千枚岩中,部分产于隐爆角砾岩中,铜矿石主要由黄铜矿、硫砷铜矿、砷黝铜矿、黝铜矿等铜矿物组成;铜铅锌矿化带由细脉状铜铅锌矿体组成,矿体中见有铅锌矿细脉穿切铜矿物现象,还见铜矿物呈角砾被铅锌矿物胶结和交代现象;铅锌矿化带矿石主要由闪锌矿、方铅矿组成,矿石中含铜很少;铅(银)矿化带矿石中方铅矿占绝对优势且含银较高.3ca2+,mg2+,cl-,f-含量有下降不同矿物组合矿石中石英样品的流体包裹体成分见表2.多数样品液相成分中,阳离子以Ca2+含量最高,K+,Na+,Mg2+含量变化较大;阴离子以Cl-和SO2−442-为主,F-次之,属酸性硫酸盐-氯化钠型流体.由英安斑岩→黄铁矿-石英组合→黄铁矿-黄铜矿-石英组合→黄铁矿-铁闪锌矿-方铅矿(毒砂)组合→闪锌矿-方铅矿-菱铁矿-硫盐组合→方铅矿-碳酸盐-重晶石组合,液相成分中K+,Na+,Ca2+,Mg2+,Cl-,F-含量均有降低趋势,其中Na+,Ca2+,Mg2+的降低与千枚岩蚀变过程中Ca,Mg,Na成分被淋滤进入流体的数量有明显的对应关系;液相成分中SO2−442-则有升高趋势,显示流体的氧化程度增大.气相成分中,CO2,CO,H2含量呈增高趋势,CH4含量呈降低趋势,表明流体从岩体向千枚岩方向运移过程中反应CH4+2H2O→CO2+8H++8e和CH4+H2O→CO+6H++6e是向右进行的.根据CO2-H2O-NaCl体系中H2O,H+,Na+,OH-,Cl-,NaCl,HCO3-,H2CO3,CO2−332-和NaHCO3的反应平衡关系(Crerar,1978)及溶液中CO2,H+,CH4和H2O的化学平衡,笔者分别计算了成矿流体的pH值和Eh值,由黄铁矿-石英组合→黄铁矿-黄铜矿-石英组合→黄铁矿-铁闪锌矿-方铅矿(毒砂)组合→闪锌矿-方铅矿-菱铁矿-硫盐组合→方铅矿-碳酸盐-重晶石组合,对应的pH值为5.30→5.31→4.74→4.89→4.29,Eh值为-0.48→-0.47→-0.34→-0.36→-0.19(V).据流体包裹体盐度测定,从黄铁绢英岩化英安斑岩→铜铅锌矿石→铅锌矿石,对应的流体盐度均值(w(NaCl))为9.3%→6.6%→5.9%,与包裹体液相成分中阳离子含量降低的趋势相一致.4碳矿物的氧同位素笔者对8件矿石样品中的石英分别测试了δ18O矿物值和包裹体δD值,并利用同位素分馏公式计算了与石英处于同位素平衡的δ18OH2O值,δD值域为-78.9‰～-28.5‰,δ18OH2O值域为-0.06‰～10.84‰.在δD-δ18O图解上(图4),2件样品落入原生岩浆水区,4件样品落入变质水区,1件样品明显向雨水线方向飘移,显示有大气水参与的迹象及变质围岩对成矿流体δ18OH2O值的影响.华仁民等应用水-岩同位素交换理论,对银山地区各类蚀变岩石的氧同位素变化规律进行了研究和模拟计算,认为银山成矿流体来源于大气降水,是大气降水在深部较高温度和低W/R比值条件下与千枚岩发生水-岩反应的产物.据矿床中碳酸盐矿物的碳、氧同位素测定(本文及文献),方解石δ18OSMOW值为+8.85‰～+15.85‰,δ13CPDB值为-10.81‰～-3.89‰;菱铁矿δ18OSMOW值为+13.38‰～+20.22‰,δ13CPDB值为-7.66‰～-1.37‰.在δ18O-δ13C图解上(图5),样品投点多落在海相碳酸盐岩区与花岗岩区之间,推测成矿流体中的含碳组分具有岩浆源和地层源等多种来源.据铅同位素测试,矿石中方铅矿铅同位素206Pb/204Pb值为17.889～19.045,207Pb/204Pb值为15.458～16.368,208Pb/204Pb值为37.686～40.237,在铅同位素演化图上,矿石铅投点在造山带铅曲线附近较集中,部分投点则落在上地壳和地幔铅曲线附近,并且投点呈明显线性分布(图6),显示异常铅特征,说明矿石铅来源较为复杂.矿区硫化物δ34S值域为-6.1‰～+3.4‰,平均为+0.80‰.从铜矿带向铅锌矿带,从深部向浅部,δ34S值显示降低趋势,这种变化趋势与流体中H2S/SO2−442-值的降低有关.据HOhmoto(1972)研究,硫化物δ34S值受热液中H2S/SO2−442-值的制约,在t=200℃和δ34S∑S=0的热液条件下,随着H2S/SO2−442-值由1/9→1/1→9/1,晶出的闪锌矿的δ34S值将由-30‰→-17.4‰→-4.4‰变化,方铅矿的δ34S值由-33.3‰→-20.5‰→-7.7‰变化,该值域明显远离了银山矿床δ34S平均值.据包体均一温度测定,银山矿床主要成矿温度范围在200～300℃.而矿石中重晶石的出现及流体包裹体成分中富含SO2−442-特征,表明除岩浆硫外,应有富34S的硫源参与成矿,这部分硫主要来自地层.5成矿地质过程银山矿床的成因与中生代中酸性陆相火山-次火山活动有关,矿床空间分布及蚀变矿化分带明显受燕山期英安斑岩体控制.据测定,英安斑岩中Cu,Pb,Zn含量分别为166×10-6、62.5×10-6和128×10-6(据秦志德,1987),分别是酸性岩维氏值的8.3倍、3.1倍和2.1倍,矿区外围千枚岩中Cu,Pb,Zn含量分别为57.3×10-6、35.9×10-6和77.5×10-6,分别是沉积岩维氏值的1.0倍、1.5倍和0.97倍.显然,燕山期岩浆岩更具有提供成矿物质的潜力.蚀变千枚岩化学成分变化则显示热液蚀变过程中千枚岩的Ca,Mg,Na等成分被强烈淋滤进入流体.华仁民等通过对银山矿区外围225km2范围内213个双桥山群地层样品的金含量分析,获得了明显的围绕矿区展布的金地球化学降低场及其含量的梯度变化,从而定量地证实双桥山群为银山矿床的金矿化提供了成矿物质.银山矿床主要成矿温度范围在200～300℃,该温度远低于中酸性岩浆岩的固相线温度(650～925℃),这一温度间隔意味着在银山矿区由燕山期岩浆液态不混溶分离出来的热液和岩浆在结晶分异过程中分异出来的热液是非常有限的,没有在矿床中留下明显的痕迹.从矿区岩体和矿体产状分析,矿体形成深度主要在1000m以内.据计算,矿床成矿压力在26～20MPa.由于热液活动处在一种压力和温度梯度相对较大的近地表环境,大气水的补给又十分有利,因此由热动力及其所引起的流体密度差异所导致的重力不稳定性作用必然造成热液对流循环的发生,而大气水及大量地层物质从地表附近及地层进入岩体接触带的现象是成矿热液对流循环作用的反映.因此,笔者认为银山矿床的形成是两个地质过程耦合的结果:其一是Cu,Pb,Zn等矿化元素在英安斑岩中的初始富集,与岩浆分异作用有关,但在英安斑岩固结过程中并没有形成工业矿体;其二是后期的热液对流作用,导致矿质的活化—迁移—聚集并最终形成矿体.在岩浆侵位的初期,岩浆温度在固相线以上,透水性不利于大量流体穿透,因此不利于流体的循环和成矿.当岩浆逐渐冷却、结晶和破裂以后,大规模的对流才得以形成,使富集在岩体中的成矿金属元素进一步聚集成矿.热液对流循环所造成的流体物理化学条件的交替转化是矿质活化—迁移—堆积的关键,并形成了银山矿床蚀变-矿化分带.热液对流系统的动态演化决定了成矿物质迁移形式的多样性和变化性,而对流热液在岩浆岩、地层等多种不同性质的岩石间的循环则导致了成矿物质多来源性.银山矿床蚀变分带特征显示了流体酸碱性的交替转化,其中绢英岩化和绿泥石化蚀变代表了一种共轭的酸-碱变化过程.英安斑岩中的绢英岩化蚀变导致流体酸性降低:千枚岩中的绿泥石化蚀变则导致流体酸性增强:在银山矿区,大气水的补给是造成水饱和环境及热液对流的关键.而在该对流系统的浅部区域,硫的循环和演化则是导致成矿金属元素活化—迁移—堆积并造成矿化分带的重要原因.由于来自地表的大气水中富含游离氧,因此浅部对流热液具有更强的氧化性,导致围岩发生氧化作用,围岩中的Fe2+氧化成为Fe3+,硫化物则发生氧化并形成酸性渗透溶液,热液中的含硫组分以SO2−442-占主导,多数亲铜元素和过渡元素的迁移能力将大大增强,岩体与地层中的成矿金属元素发生活化并主要以硫酸盐形式迁移.由于Zn2+,Cu2+在富SO2−442-条件下溶解度较高,而Pb2+的溶解度相对较小,因此Zn2+,Cu2+更容易迁移至接近热源的地点并聚集成矿,从而与Pb2+发生分离.在对流热液向热源或深部方向迁移时,随着流体中氧逸度的逐渐降低,SO2-4向S2-发生临界转化,形成硫化物的聚集.这一过程与硫化物矿床次生富集带中所发生的矿质活化—迁移—聚集过程有相似之处,不同之处在于流体的运动方式和成矿物理化学条件的差异,但反应过程均可示意性地表示为:Me2++SO2−442-+8H++8e→MeS+8H2O.促使该反应发生的动力是多方面的,主要包括:①流体在向热源或深部方向迁移过程中游离氧的减少和还原性的增强;②绿泥石化等蚀变反应提供了H+来源,成为硫酸盐还原的动力之一;③地壳浅部有机质参与热液对流循环也会对Eh值产生重要影响,如流体中甲烷气与水的反应(CH4+2H2O→CO2+8H++8e和CH4+H2O→CO+6H++6e)对Eh值的制约;④围岩蚀变过程中Fe2+→Fe3+的氧化与硫化物结晶过程中SO2−442-的还原具有共轭的氧化-还原关系.虽然硫化物大量结晶的环境是一种相对还原环境,但溶液中S2-浓度会受多种因素制约:①S2-是许多金属元素的强还原剂,当热液中出现较多的S2-时,对一些金属元素的迁移是非常不利的;②当热液温度过高(>400℃)时,硫化氢在热液中的溶解度会大大降低,S2-浓度会相应地减少;③H2S是一种离解常数很小的极弱的电解质,尤其在酸性溶液中S2-浓度会强烈减少;④H2S的挥发性大,容易从液相中逃逸.因此,在银山矿区的浅部区域,流体中的SO2−442-较S2-更能稳定存在,成为硫迁移的重要形式并提供成矿所需的硫.S2-与Fe2+,Cu2+等变价元素相比,氧化电位较低,随着流体中氧逸度的增大,会首先氧化生成硫酸并形成酸性渗透溶液.因此,当对流热液向浅部或远离热源方向迁移并穿越硫化物的堆积区后,铜、锌等元素又会重新恢复