黑龙江英城金矿床地质特征及成因分析

黑龙江英城金矿床地质特征及成因分析

英子金矿床位于小兴安-张光才岭造山带中段，宁安盆地边缘。它是小兴安-张光才岭-成矿带的代表矿床。不同学者先后对其进行过研究,认为其属于韧性剪切带型金矿床。笔者通过野外调查和测试数据分析,并结合前人研究成果,认为英城子金矿床为后韧性剪切型金矿床,矿体虽呈透镜状、脉状产出于加里东期的二长花岗岩中,但其产出特征明显受韧性变形期形成的韧—脆性断裂控制。二长花岗岩先存韧性剪切作用形成的构造片岩,以其良好的渗透各向异性,对金的矿化富集起到有效屏蔽的作用,导致矿体沿后韧性构造裂隙呈透镜状、脉状产出,并成为直接的容矿岩石。矿床地质特征和矿床地球化学特征都显示出成矿物质具深源特点,根据容矿围岩二长花岗岩的形成时间和成矿期后脉岩的形成时间,结合含金石英脉包裹体40Ar/39Ar年龄测定结果,推断其主成矿时代为早古生代末期,并遭受到晚三叠世的岩浆热液叠加改造。1构造-沉积演化英城子金矿床地处小兴安岭—张广才岭早古生代造山带与佳木斯—布列亚地块接触带,张广才岭边缘隆起带中北部宁安盆地边缘。区内出露地层主要是上泥盆统老秃顶子组(D3l)和上白垩统海浪组(K2h),部分沟谷内见有第四系冲积物(见图1)。老秃顶子组(D3l)由灰色、土黄色糜棱岩化球粒状流纹岩、变流纹质玻屑凝灰岩、强糜棱岩化流纹质熔结玻屑晶屑凝灰岩、千糜岩夹暗灰色糜棱岩化英安岩及强糜棱岩化角砾晶屑凝灰岩组成,局部夹碎屑沉积岩,原岩为一套中酸性火山碎屑岩建造。在矿区的北部、东部和内部出露。在矿区中部,受区域性北东、北东东向脆性韧性剪切变形作用影响,形成糜棱构造:变余残斑呈透镜状,粒状矿物具有粒间滑动构造,新生变晶矿物绢云母、绿帘石、绿泥石呈流状走向排列,新生叶理与原生层理产状基本一致。海浪组(K2h)地层覆盖于二长花岗岩之上,主要岩石为紫红色、浅灰绿色、黄褐色、斑杂色砾岩,含砾砂岩、细砂岩夹砂质泥岩,为一套河湖沉积砂砾岩组合,零星出露于矿区的南部,层理产状平缓(倾角15°～20°)。岩浆活动强烈,二长花岗岩大面积分布,闪长岩、闪长玢岩呈脉状产出于二长花岗岩或上泥盆统地层中。二长花岗岩在矿区广泛分布,构成英城子金矿床的容矿围岩。岩石呈中粗粒花岗结构、块状构造,主要钾长石(32%～38%)、斜长石(23%～28%)、石英(30%～35%)、黑云母(<5%)组成。副矿物为锆石、磷灰石、褐帘石;蚀变矿物为绿帘石、白云母和绢云母。局部受后期构造变形改造,形成韧性剪切带。岩体锆石U-Pb谐和年龄为(476.8～495.2)Ma,属早古生代构造岩浆活动产物。闪长玢岩多呈脉状沿北西向或南北向断裂分布,空间上与金矿体相伴。岩石呈暗灰、灰绿色,斑状结构,块状构造。斑晶由斜长石和角闪石组成,粒度1～3mm,基质由斜长石、角闪石或黑云母组成,细晶结构。与成矿有关闪长玢岩的锆石U-Pb谐和年龄为(430±15)Ma,属早古生代构造岩浆活动晚阶段产物。受敦—密区域性断裂构造活动控制,北东向、北西向断裂和北东东褶皱(英城子背斜)、韧脆性剪切糜棱岩带构成本区构造格局。北东东向英城子背斜贯穿全区,具有南翼陡、北翼缓特征,在英城子矿区,背斜被二长花岗岩侵入改造。呈北东东—北东向展布的主断裂构造,表现为近于平行的韧脆性剪切带,单个剪切带由碎裂花岗岩、糜棱岩、糜棱岩化二长花岗岩和少量的流纹质糜棱岩带组成;韧脆性剪切糜棱岩带与金矿关系密切。此外,还见有北东向、东西向脆性断层。2韧脆性剪切带矿床产出于北东东向英城子背斜内,矿体均就位于二长花岗岩体与流纹岩的韧脆性剪切带中,空间上集中分布于148～185线之间,构成长约750m、宽约800m的北北东向金矿化带。2.1号矿体成矿地质背景金矿体由含金蚀变糜棱岩、蚀变的糜棱岩化花岗岩、硫化物石英脉等组成,呈透镜状、脉状产出,矿体形态、规模及产状均受韧脆性剪切带控制。根据取样分析结果,在英城子矿区共圈出17个金矿体,矿体呈透镜状、脉状产出,一般矿体走向北东(60°～80°),倾向北西,倾角较陡(50°～65°,个别达75°)。其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅺ、Ⅷ号矿体规模较大,构成主要工业矿体。主矿体两侧的从属矿体,如Ⅰ号主矿体上、下盘其从属矿体有Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3、Ⅰ-4和Ⅰ-6号金银、银金、金从属矿体等,均为规模较小、分散分布的透镜状小矿体。Ⅰ号矿体由强硅化蚀变糜棱岩组成,呈脉状产出,分布于170～175线之间,代表控制240m,深部最大延长325m;垂向分布于255～-449m标高之间,矿体延深194m;矿体厚度0.34～6.39m,平均2.11m。矿体平均金品位13.61×10-6,平均银品位205.90×10-6。Ⅱ号矿体由硅化绢云母化含金硫化物糜棱岩、糜棱岩化花岗岩组成,呈北北西向脉状产出,分布于170线附近,地表控制长度90余m,平均厚度2.13m,透镜状,倾向北(5°±),倾角中等(55°～58°,平均56°),矿体赋存于422m标高附近,垂向延深27m,矿体最大厚度3.05m,平均金品位4.69×10-6,平均银品位124.56×10-6。Ⅷ号矿体由含金硫化物硅化绢云母化糜棱岩组成,呈脉状产出,走向北东东,倾向北北西,倾角中等(53°～55°,平均53°),分布于160线附近,地表控制长度近200m,深部最大走向延长375m,厚度平均2.0m,矿体赋存于346～453m之间,延深垂深107m,矿体平均金品位9.69×10-6,平均银品位537.64×10-6。Ⅺ号矿体地表仅由一处探槽控制,主体为隐伏脉状矿体。总体呈北东东走向,北北西倾向(340°～10°),倾角中等(55°～65°)。空间上分布于167.5～164线间,388m标高附近,最大控制长度235m,倾斜沿伸70m,平均厚度2.42m,最高金品位15.60×10-6,平均金品位3.19×10-6。2.2矿石自然类型矿石中金属矿物含量很少,常见有褐铁矿,少见有黄铁矿、黄铜矿、磁铁矿,偶见有方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、毒砂、磁黄铁矿等,罕见辉铜矿、方铅矿、斑铜矿和赤铁矿,金属矿物总量仅占矿石矿物组成的1%;金矿物主要为自然金和银金矿,呈粒状、角粒状、麦粒状、尖角粒状、叶片状、树枝状,以包裹金、裂隙金的形式产出于石英、闪锌矿、黄铁矿中或粒间。脉石矿物主要为石英,长石、绢云母、高岭土、滑石、蛇纹石等次之,微量绿泥石等。矿石结构主要呈自形—半自形粒状结构、交代熔蚀结构、乳滴状结构、压碎结构等,其中黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿等矿物呈半自形他形结构;矿石中黄铁矿常被褐铁矿交代,且因交代不完全而呈交代或交代残留结构;偶见细粒金赋存在脉石中而呈包含结构。矿石构造以浸染状、脉状为主,次为条带、条纹状构造等。根据氧化特征划分为氧化矿石和原生矿石两类。根据原生矿石矿物组成特征,可进一步划分出3种矿石类型:①含金硅化绢云母化糜棱岩型是本区最主要矿化类型,矿石由暗色强硅化含硫化物蚀变糜棱岩、银灰色蚀变糜棱岩、褐色硅化含硫化物蚀变糜棱岩等组成。金属矿物以黄铁矿为主,次生矿物为褐铁矿,金、银伴随细粒黄铁矿产出,脉石矿物主要为石英和长石,以眼球状、透镜状残斑为主,见有绢云母和绿泥石等。②硅化绢云母化糜棱岩化花岗岩型矿石与前者特征相似,但矿石中残斑含量增多,变余花岗结构明显,蚀变绢云母化发育,矿石品位较低。③含金硫化物石英脉型矿石中发育2～30cm的灰色—暗灰色、黑灰色透镜状和扁豆状硫化物石英脉体,沿花岗质糜棱岩的糜棱叶理分布,发育有大量的金属硫化物物(如方铅矿、闪锌矿等)和后期的次生氧化矿物,其中黑灰色石英脉(硅质岩)是本矿区品位最高的矿石类型。矿石中的主要有用元素为Au、Ag,伴生微量的As、Pb、Zn和Cu(见表1)。2.3成矿地质特征根据野外研究结合矿石光片镜下分析,将该矿床的成矿作用划分为3个成矿阶段:①石英-毒砂-黄铁矿硫化物阶段为早期成矿阶段,形成晶形完好、颗粒较大的毒砂和黄铁矿,在立方晶粗粒黄铁矿表面可见晶纹发育,毒砂为自形—半自形粒状结构,粒度较小,此成矿阶段金银矿化较弱,属于成矿作用的前期阶段。②石英-黄铁矿阶段主要形成细粒他形黄铁矿和微量闪锌矿等硫化物,伴生金银矿化,但矿石品位一般较低,近局部构成工业矿体。③石英-硫化物阶段伴生形成多种硫化物,主要有黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿和少量的磁黄铁矿,该阶段形成的黄铁矿和闪锌矿的粒度较细,同时在闪锌矿的内部还发有呈乳滴状的黄铜矿;该阶段形成矿石中金银含量较高,偶尔在镜下常可观察到金的微细粒自然金,为主要成矿阶段。2.4蚀变标志的设置英城子金矿床矿体围岩蚀变发育,蚀变类型包括硅化、绢云母化、黄铁矿化、钾长石化和蛇纹石化、绿泥石化等,与成矿关系密切的主要是硅化、绢云母化和黄铁矿化。绢云母化是本矿区最常见的蚀变类型,也是与金矿化关系最为密切的蚀变类型,绢云母化常伴随着硅化和黄铁矿的产生,构成黄铁绢英岩化,可以作为高品位金矿体的找矿标志。由含矿岩体到围岩,绢云母化强度逐渐减弱。有时绢云母化与绿泥石化伴生。硅化是热液中的二氧化硅进入围岩形成的石英团块、石英细—网脉或石英大脉,空间上硅化常与绢云母化和绿泥石化,分布范围相对较小,主要存在于绢云母化、绿泥石化带的内部,硅化与金矿化关系密切,灰色、暗灰色和深灰色硅化细网脉、石英脉是本矿床的重要找矿标志。绿泥石化在矿区分布较广,常呈面状分布,其特征性蚀变矿物为绿泥石,沿韧性剪切带分布,在韧性剪切带中从边部到中心蚀变强度也逐渐增强。与金矿化有一定关系,常分布(黄铁)绢英岩化带的两侧。3岩矿石地球化学和微量元素本次研究岩(矿)石样品均采自英城子金矿床Ⅰ、Ⅱ和Ⅷ号矿化蚀变带内。共采集二长花岗岩3件(YCZ-1、YCZ-5、YCZ-10)、糜棱岩化流纹岩4件(YCZ-7、YCZ-9、YCZ-15、YCZ-15-1),闪长玢岩1件(YCZ-12)。英城子金矿区岩(矿)石样品的常量元素、稀土元素和微量元素的分析测试由中国地质科学院应用地球化学重点开放实验室完成。常量元素采用X射线荧光光谱(XRF)分析;稀土元素采用等离子体质谱法(ICP-MS);微量元素Au、Ag分别采用无火焰原子吸收光谱法(AAN)与等离子体质谱法(ICP-MS)等。测试精度:Fe2O3和FeO的RSD<10%,其他主量元素的RSD<2%～8%;稀土元素和微量元素的RSD<10%。1岩石地球化学特征岩石化学测试结果见表2。由表2可知,二长花岗岩的w(SiO2)为73.10%～75.33%,w(Na2O)+w(K2O)=7.37%～9.26%,w(Na2O)/w(K2O)比值为0.684～0.816,以富钾为主,w(Al2O3)为11.48%～13.44%,且A/CNK值介于1.108～1.455,具有过铝质的地球化学属性;闪长岩的w(SiO2)为51.31%,w(Na2O)+w(K2O)为5.04%,w(CaO)为7.28%,w(Al2O3)为13.81%,w(TFe2O3)为8.95%,w(MgO)为10.36%;流纹岩的w(SiO2)为68.33%～76.61%,w(Na2O)+w(K2O)为6.79%～8.87%,w(CaO)为0.25%～0.88%,为亚碱性系列岩石。在全碱-硅(TAS)图解(见图2)中,从样品测试结果所投的点可以看出英城子矿区的侵入岩主要为:花岗岩、闪长岩,火山岩主要为:流纹岩、英安岩。英城子矿区火山岩的里特曼指数δ为1.68～2.85(δ<3.3),属于钙碱性系列岩石。2地球化学特征稀土元素分析结果见表3,微量元素分析结果见表4。由表3、表4可知,二长花岗岩稀土总量195.89×10-6～225.69×10-6,闪长玢岩稀土总量119.44×10-6,流纹岩稀土总量71.22×10-6～291.31×10-6。在稀土元素配分模式图上(见图3),曲线呈现明显右倾趋势,(La/Yb)N比值15.66～23.77,相对富集LREE,贫HREE;具有明显的负Eu异常,表明在岩浆结晶分异过程中发生了分异结晶作用。在微量元素原始地幔标准化蛛网图中,曲线呈现出右倾趋势,所有样品以富集大离子亲石元素(LILE),亏损Nb、Ta、Hf等高场强元素(HFSE)为特征。流纹岩中的Nb、P、Ti等元素的亏损是由于钙钛矿、榍石和磷灰石等物质的分离结晶而造成的;花岗岩中的Ta、Sr、P、Ti等元素的亏损,且显示出Nb的负异常,表明该花岗岩更倾向于具大陆壳的特征。花岗岩、闪长玢岩和流纹岩的Rb/Sr和Rb/Ba比值分别为0.70～1.70,0.66,2.44～6.67和0.26～0.30,0.09,0.44～0.71,均高于原始地幔比值(Rb/Sr比值为0.029、Rb/Ba比值为0.088),表明它们不是完全来自于地幔,而是受到地壳物质的影响。根据英城子金矿成矿花岗岩及闪长玢岩的岩相学和地球化学特征,认为成矿花岗岩属于过铝质高钾钙碱性岩石,轻稀土元素和重稀土元素分异明显,具有明显的Eu负异常;微量元素图解分析表明相对富集大离子亲石元素,亏损高场强元素。在构造环境判别Rb-Y+Nb图解(见图4)中,样品投点落入火山弧花岗岩区域内;在Nb-Y图解(见图4)中,投点均落入火山弧花岗岩和同碰撞花岗岩区域内,表明其形成于火山弧构造背景特征。由于Zr、Hf、Nb、Ta等高场强元素在岩石经过地质作用的过程汇总,不易发生迁移,因此在研究过程中,高场强元素可以用来研究源区的性质。英城子矿区样品的Zr/Hf比值为26.00～50.44,比值远远大于陆壳比值11,接近于原始地幔比值36.27;Nb/Ta比值为12.43～20.09,接近于原始地幔比值,由此说明其由原始地幔岩浆演化形成。4关于床成因的讨论4.1韧性剪切带在小兴安岭—张广才岭早古生代造山过程后期,构造岩浆活动导致英城子二长花岗岩沿英城子背斜轴部侵入,构造活动使英城子花岗岩及有关地层一起变形,在英城子矿区形成一系列的韧性剪切带(共计12条韧性剪切带),在剪切带内部形成糜棱岩,两边为糜棱岩化岩石。韧性剪切带的北东东向展布特征反映主应力方向。英城子矿区的后韧性变形主要表现为不同方向的脆性断裂及韧性变形期形成的糜棱叶理再变形,脆性断裂依其和剪切带的关系可分为平行剪切带的纵向断裂(NEE),以及斜交、直交构造带的斜向和横向断裂,纵向断裂叠加发育韧性剪切带之上,断裂旁侧牵引褶皱及断裂带构造透镜体排列形式显示其具逆冲走滑特性,并且主要发育于剪切带的糜棱岩化带内,有时与剪切带小角度相切,金矿主矿体多产出于纵向断裂之中。斜向和横向断多数倾角较陡,多呈北东向展布,具有左旋张性特征。4.2闪长岩和闪长岩脉沿平行剪切带的纵向断裂后韧性剪切时期,伴随脆性断裂构造发育大量闪长玢岩、闪长岩和花岗斑岩侵入,在英城子矿区,主要是一些闪长玢岩和闪长岩岩脉沿平行剪切带的纵向断裂发育。有关脉岩在空间上与金矿化关系密切,测得其U-Pb锆石年龄为(430±15)Ma,略晚于糜棱岩化花岗岩,属早古生代构造岩浆活动晚阶段产物。岩石地球化学特征表明,这些浅成岩浆岩具有深源特征,形成环境及演化特征与早期花岗岩具有明显的继承性。4.3构造-构造条件对矿液聚集的控制英城子矿区经历了早古生代的韧性剪切变形和后韧性变形。在后韧性变形时期形成断裂构造并伴随有深源浅成脉岩活动。正是后韧性变形期构造构成了英城子金矿的直接容矿构造。在较大尺度上,英城子矿区后韧性剪切活动形成的主轴NEE断裂构造及斜切剪切带的NE向左旋断裂,构成了矿区尺度的容矿构造,直接控制金矿体的形态、规模和产状,早