山东省绿岩带型金矿床成矿作用研究山西五台县东腰庄金矿成矿地质特征及矿床成因

山东省绿岩带型金矿床成矿作用研究山西五台县东腰庄金矿成矿地质特征及矿床成因

金矿床是中国和世界上重要的金矿床。据不完全统计，其储量占中国岩金储量的70%以上，其中大部分是大型和大型金矿床。国内外的地质工作实践证明“太古宙绿岩带即金矿带”。因而深入探讨其成矿机制对于金矿成矿理论研究和找矿实践具有重要的意义。值得重视的是五台山绿岩带,这是目前我国保存较完整的绿岩带之一。尽管金矿储量不大,但小型金矿床(点)星罗棋布,且类型发育齐全,成矿条件优越,找矿潜力巨大。东腰庄金矿即为五台山区典型的绿岩带型金矿床,发现于1992年,位于五台县李家寨乡东腰庄村东约1km处。评价期间,施工单位遵循“边采边探”的原则,进行大规模选金生产,并获得良好的经济效益。笔者曾从事东腰庄金矿一系列主要野外工作和成果报告的编制汇总,以己薄见初步探讨该矿成矿特征及成因机制,总结矿化规律及找矿标志,“以点带面”,以促进五台山绿岩带型金矿勘查和研究工作的新进展,努力实现全区金矿储量规模性突破。文章着重强调:①构造—变质热动力叠加改造的矿源层是最有利的成矿和最佳找矿地段,这是选择找矿靶区的首要准则;②金矿化与黄铁矿化、碳酸盐化、硅化等强度呈正相关,选定的靶区内一定要详细观察这些蚀变,且多种蚀变相互叠加强烈发育,应引起重视;③构造(膨胀)扩容带是金矿体赋存的最有利空间,且与挤压带相邻的扩容带尤为重要;④良好的金化探正异常并且外围出现了较大面积的金负异常,常常是最佳的金化探异常标志;⑤文中提及区域动力热流变形变质,变质和变形之间关系密切,变质作用的强度及其演化与主要变形期是一致的。1成矿地质及构造东腰庄金矿地处华北断块,五台山块隆之东南部。作为我国前寒武纪地层广泛发育的地区,其经历过多期次重要的地壳运动,以及与其相伴生的变质作用和火山活动。目前所呈现的区域地质都是多期地壳运动及其相互叠加产物的综合体现。区域出露的地层有上太古界五台群,下元古界滹沱群,中上元古界长城系,下古生界寒武系,新生界第三系和第四系。其中,上太古界五台群是一套绿片岩相以火山岩为主的变质地层,也是山西恒山—五台山绿岩带重要组成部分,区域内分布较广。下部石咀亚群柏枝岩组以绿泥片岩为主夹磁铁石英岩。中部台怀亚群芦咀头组为绢云石英片岩夹变质砂砾岩;鸿门岩组为绿泥片岩夹绢云钠长片岩,东腰庄金矿即赋存于该层位中。该区基底经历了五台运动二幕和吕梁运动三幕的多次构造变动,区域构造既系吕梁期构造对五台期构造的叠加,也反映了五台期构造被吕梁期构造的改造。总体轮廓为一个轴向NE或NEE,轴面向NW或NNW倾斜的倒转复式褶皱(由2个复向斜和1个复背斜组成),以及伴随大规模水平推覆而形成NEE向韧性剪切带。由于多级和多期褶皱与断裂组合,故形成了NEE向延伸的“之”字型构造展布(图1)。东腰庄金矿区即位于五台山“之”字型构造的东南部分——台怀—李家庄同斜倒转复式向斜的西端。区域内与成矿有关的主要构造简述如下:①台怀—李家庄同斜倒转复式向斜,是五台山“之”字型构造东南部分,形成于五台运动中期,是五台山区最重要的构造之一,其轴迹走向NEE,延长50km,呈北东东扬起状。在矿区范围内,其核部地层为鸿门岩组中上部层位,两翼为鸿门岩组中下部、芦咀头组和柏枝岩组,其两翼地层均向北倾斜,走向与轴迹近一致。矿区内岩层产状严格受该构造控制;②李家庄—大草坪韧性剪切带,形成于五台运动中期,与台怀—李家庄倒转复式向斜同期形成。剪切带走向NEE,与向斜轴面产状一致,处于向斜倒转翼的近转折端部位。被剪切的地层为鸿门岩组中下部层位,属顺层剪切,带内韧性剪切变形构造极为发育。东腰庄金矿就位于该剪切带内。五台中期是该区地壳运动相当活跃的地质时期。强烈的构造运动,必然伴随大规模的岩浆活动,同时也是该区较为有利的成矿期。区域上岩浆岩分布较多,其活动时期多属五台中期。由此可见,地壳运动及岩浆活动与东腰庄金矿主成矿期是一致的。2矿床的地质特征2.1含矿层控矿带型金矿床矿区内出现的地层为五台群石咀亚群柏枝岩组上部,台怀亚群芦咀头组和鸿门岩组中下部岩层。构造处于台怀—李家庄同斜倒转复式向斜的北翼近转折端部位,矿区岩层展布基本与该构造主构造线方向一致。地层均已倒转,呈单斜产出,走向60°～80°,倾向330°～350°,倾角28°～55°,平均倾角45°,从北向南地层由老至新。金矿化赋存于鸿门岩组中下部基性火山沉积岩与酸性火山沉积岩上界面处,以该组绿泥片岩中的夹层绢云钠长片岩为容矿岩石,层控性质非常明显。因绿泥片岩中含有3个绢云钠长片岩夹层而发育了3个含矿层,自北向南依次为AuⅢ、AuⅠ、AuⅡ号含矿层(图2)。其中,位于中间的AuⅠ号含矿层与李家庄—大草坪韧性剪切带相重合,含矿层中的岩石呈现韧性剪切糜棱岩化构造特征,并发育较强的黄铁矿化、碳酸盐化和硅化,其矿化最好,厚度较稳定,连续性也好,为矿区主要含矿层。而远离AuⅠ号含矿层,即远离李家庄—大草坪韧性剪切带的AuⅢ、AuⅡ号含矿层,矿化则逐渐减弱,连续性变差,含矿层内的矿体也不稳定,故作为矿区次要含矿层。可见,矿化产出与剪切变形关系密切,矿体展布严格受剪切带的控制,李家庄—大草坪韧性剪切带是最主要的控矿构造,故其又是一个较典型的剪切带型金矿床。在矿体形成后发育了一些晚期脆性断裂,多为正断层和平移断层,它们均不同程度地将矿体错断,破坏了矿体连续性。此外,矿区尚发育一条吕梁期变辉绿岩脉,大致与岩(矿)层呈顺层侵入接触关系,脉宽7～30m,一般15m左右,脉长2～3km,位于AuⅠ号含矿层北部5～20m处,局部地段与含矿层直接接触,时含金量可达边界品位,可能是溶蚀了含矿层的缘故。2.2矿体地质特征东腰庄金矿主矿体赋存于AuⅠ号含矿层中。容矿岩石以绢云钠长片岩为主,次为绿泥片岩。矿体呈现为单斜的层状—似层状形态,长507m,厚1.23～15.85m,平均厚度8.36m,延深150～200m。矿体产状变化不大,与围岩产状基本一致,走向40°～80°,倾向NW,倾角30°～55°,平均倾向340°,平均倾角45°。矿体内部结构简单,夹石较少。顶板以绿泥片岩为主,局部为绢云钠长片岩;底板一般为绢云钠长片岩;这些岩层均有不同程度的黄铁矿化、碳酸盐化、硅化等蚀变。矿体保存基本完好,仅受到后期脆性断层F3、F4、F6的破坏,使矿体不连续。矿体出露地表最低标高为1515m,最高标高1786m,相对高差为271m,所求储量的90%位于最低标高之上,最低标高之下仅有少部分储量。2.3载金矿物及金创造特征东腰庄金矿主要矿石类型为黄铁矿化碳酸盐化绢云钠长片岩,次为黄铁矿化碳酸盐化绿泥片岩;分别称之为钠长片岩型矿石和绿泥片岩型矿石。①钠长片岩型矿石:灰白—浅灰色,氧化后呈黄白、浅黄—褐黄色;片状构造,鳞片粒状变晶结构;可见由韧性剪切变形作用产生的糜棱结构、碎裂结构、S-C组构、眼球状构造、压力影构造等。主要矿物:钠长石(40%左右),呈板条状定向排列;绢云母(30%～40%),由钠长石蚀变而来,鳞片状,定向排列构成片理;石英(10%～15%),他形粒状,部分呈残斑状分布,并与其他矿物组成眼球状构造或受韧性剪切变形作用搓碎重结晶为细粒石英,彼此剧齿状镶嵌,定向排列呈带状分布,石英是与金有密切相关的矿物之一;黄铁矿(5%～10%),半自形—他形晶,星点浸染状或聚晶分布,粒径0.1～1.5mm,其在原生矿中较新鲜,若氧化则呈褐铁矿,黄铁矿及其氧化次生的褐铁矿是矿石中最主要的载金矿物;菱铁矿(5%左右),菱形晶体,氧化边部褐色或呈空洞,星点浸染分布,或与方解石共生同呈条纹状分布,亦是主要载金矿物之一;另有黄铜矿,量少,他形晶,浸染状分布,或包于黄铁矿中或与之相嵌,氧化常次生为铜蓝。副矿物主要有磷灰石、电气石、锆石、磁铁矿等。矿石中偶尔可见绿色云母,电镜分析为铬云母,翠绿色,片状,片径2～4mm,为矿化重要指示矿物。②绿泥片岩型矿石:一般出现于矿层顶部,灰绿—墨绿色,片状构造,鳞片变晶结构;可见韧性剪切变形组构特征。主要矿物为绿泥石,含量一般50%以上;次要矿物为钠长石、绢云母、石英、方解石等,随之含量的增加而成为钠长绿泥片岩或绢云绿泥片岩;另有少量的菱铁矿、黄铁矿、黄铜矿等。常发育较强的碳酸盐化与黄铁矿化,二者皆呈星点状分布于矿石中。上述两种类型的金矿石矿物组分基本相同,只是各种矿物含量的不同而形成不同的矿石类型;都可观察到不同程度的韧性剪切变形特征,说明二者都经历过韧性剪切变形作用;两种类型的矿石都发育较强的黄铁矿化及碳酸盐化,且以星点浸染状分布于矿石之中。金为自然金,亮金黄色,强金属光泽。形态复杂多样,以边界圆滑的粒状为最多,其次为三角状。粒径1～7μm居多,其次是14μm左右的金粒,偶尔也可达20～30μm。载金矿物最主要的是黄(褐)铁矿,其次是石英和碳酸盐矿物;且以黄(褐)铁矿中包体金为最多,石英粒间金次之,碳酸盐裂隙金最次。自然金化学成分以Au主,约占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;品位变化一般与韧性剪切带内部微剪切面(位错、裂隙、破碎晶界等)的分布有关,位于微剪切面及其附近的矿石,品位都较高,反之则低;金品位反映在矿化蚀变上,主要与黄铁矿化、碳酸盐化及硅化密切相关,三者兼有且发育较强时,矿石品位一般都较高;矿化蚀变发育程度是野外目估矿石含金品位的最直观有效方法。2.4自然金矿学与剪切变形矿化蚀变以黄铁矿化、碳酸盐化和硅化为主,其次是钠化、绢云母化、绿泥石化和电气石化。在矿区中部形成一个NE—NEE延展的蚀变带。蚀变分带较明显,绿泥石化最宽,常呈面形出现→次为广泛发育的碳酸盐化,其与金的高值异常带基本相对应→黄铁矿化呈线形紧密围绕金矿化,甚至本身也能成为金矿体→而硅化伴随电气石化处于矿化蚀变的中心部位,兼有碳酸盐化、电气石化、黄铁矿化的硅质核往往就是金矿体;绢云母化常与黄铁矿化、硅化在一起形成黄铁绢英岩化。黄铁矿化(褐铁矿化)不仅与金有密切的成因联系,而且其产物是金的最主要富集矿物;一般黄铁矿晶形较差,粒度较小,含金量较高。碳酸盐化广泛发育于矿体附近围岩中,主要形成星点浸染或与方解石共生同呈条纹状分布的菱铁矿,是自然金主要载体矿物之一。硅化是金矿化最亲密的伙伴,以形成石英为主,硅化较强的绢云钠长片岩貌似绢云石英片岩,所谓的绢云石英片岩实则是中酸性火山沉积岩经强烈剪切压溶组分迁移蚀变的结果;有大约30%以上的自然金分布于石英粒间。蚀变是由于剪切带内的化学平衡遭到破坏而引起的。剪切变形主要发生在绿岩中,所以在富含CO2、H2O和S的热液流体作用下,首先发生绿泥石化,并从绿泥石带析出Fe、SiO2、K等随同原热液流体一起流向有利构造部位。一旦化学平衡被打破,则发生以下反应:只有发生体积增大,上述反应才能从左向右进行,析出SiO2。故剪切变形中的构造膨胀扩容带才是反应进行的最佳场所,且该处易于流体与围岩更充分、更广泛的交代反应,利于成矿元素的沉淀和聚集。所以,硅化石英的形成是变形作用的一部分,变形带中的黄铁矿化、碳酸盐化、硅化、绢云母化等是金矿化的重要蚀变标志。3采矿机的起源和特征3.1变形作用对成矿的控制该矿床赋存于五台群台怀亚群鸿门岩组中下部的浅色岩层中,具明显的层控特征。根据矿床所处地质环境、矿化赋存规律及控矿因素,建议用“火山—沉积—区域动力变形变质—褶皱转折端扩容成矿—韧性剪切带扩容成矿—改造叠加”的模式来解释该区金矿床的成因(图3)。1)含矿建造的原岩为一套中酸性—中基性火山—沉积岩系。五台中期初始,通过火山活动、火山沉积作用和岩浆作用将其与地幔中的成矿元素带到地壳上部,作为后来热液活化成矿的物质基础,从而形成含金丰度较高的原始矿源层。2)之后,大规模的地壳运动波及该区,探马石运动(五台运动Ⅱ)开始,来自北面巨大的水平推覆使抬升到地表的矿源层发生褶皱。随着褶皱作用的增强,区域地热温度迅速升高,中酸性—中基性火山沉积岩系开始发生区域动力热流变形变质作用,以至逐步达到绿片岩相,最终形成绿泥片岩和绢云钠长片岩。同时,伴随区域变形变质作用形成了富含CO2、H2O、S等组分的高温流体——变质热液。构造驱动是其运移的主要动力,强烈变形可导致变质热液活性增强。在从深部高压带向低压区迁移或向变质程度浅的方向移动过程中,变质热液从流经的矿源层中萃取大量成矿元素,形成含金浓度较高的含矿热液,从而使金处于高度活化状态,并一起随热液迁移。3)由于褶皱作用增强,褶皱翼部为挤压带而转折端为虚脱膨胀扩容带,故在构造应力的驱使下,含矿热液携带两翼的成矿元素向转折端运移,使褶皱转折端含金热液浓度迅速升高,初步富集,但尚未形成工业堆积。4)褶皱作用进一步增强,在递进变形过程中,其中一翼开始倒转。因持续挤压下的同斜褶皱作用导致层间滑动剪切变形也显著强烈,并首先在倒转翼岩性差异较发育的地带(此处应变易于集中),优先沿能干性差异的岩层——绿泥片岩中的绢云钠长片岩主夹层发生最强烈的滑动剪切变形,以至形成规模较大NEE向展布的李家庄—大草坪韧性剪切带。韧性剪切带本身就是一个高渗透带,是热液活动的良好场所。热液的贯入又促使韧性变形进一步增强。变形强,扩容就强,易于形成有利的构造空间;另外,强烈变形可导致热液活性增强和促进围岩之中金的活化,利于成矿元素的萃取和搬运,并不间断地沿着剪切通道向褶皱转折端与韧性剪切带复合部位的扩容带输送,富含CO2、H2O、S及成矿元素的热液浓度达到高度富集,从而建立起热液的温度梯度、压力梯度和浓度梯度。五台中期末,探马石运动即将结束,构造应力减弱,区域地热温度下降,剪切带内的化学平衡发生显著变化,大量岩石发生绿泥石化、碳酸盐化、黄铁矿化等蚀变作用,这样就导致析出SiO2、K、Ca、Au、Ag等化合物和元素,并伴随原含矿热液一同流向构造扩容带(膨胀带)和其他有利构造部位(扭曲和空隙、裂隙处),由于低温、低压和低化学势导致石英、绢云母、碳酸盐及自然金和金的载体矿物的沉淀、聚集成矿,最终形成东腰庄金矿的主框架。5)五台运动晚期的金洞梁运动(五台运动III)和吕梁运动都可发生与探马石运动相同机理的成矿作用,致使李家庄—大草坪韧性剪切带多次活动和成矿,促成金品位逐次升高。就该区而言,成矿主要发生在五台中期,并严格受该期形成的李家庄—大草坪韧性剪切带控制。3.2金地球化学标志该金矿的找矿标志可大致分为以下几点:1)层控标志:首先,含矿层赋存于五台群台怀亚群鸿门岩组中下部的绿泥片岩中的绢云钠长片岩夹层内,层控特征非常明显。故要注意鸿门岩组中下部较厚的墨绿色绿泥片岩中所含的绢云钠长片岩浅色夹层,且浅色夹层不止一层发育。2)构造标志:绿岩带中,倒转复式褶皱的倒转翼近转折端部位,容易产生虚脱和岩层增厚,为构造膨胀扩容带,且其中发育韧性剪切带或与其他构造交汇地带,是成矿有利地段。所以,在特定层位和区域构造内,要详细观察岩层微构造及韧性剪切变形特征构造的发育程度。Au、Ag在剪切变形带中完全属于富集元素,并且随剪切应变的增强而大大地提高其富集程度。3)蚀变标志:矿化与黄铁矿化、碳酸盐化及硅化、钠化等蚀变关系密切。特定层位中,绢云钠长片岩若发育粒度细、晶形差、星散状的黄铁矿,且伴有强烈的硅化和碳酸盐化,则可能成矿;仅有任何一种蚀变或黄铁矿晶形好、粒度粗大,对金矿化不利。钠化对金矿化也很重要;若钾化发育,则往往预示金品位降低或不够矿石品位。4)地形地貌标志:矿层中,由于发育强烈的碳酸盐化及剪切应变形成的片理和微裂隙,易于风化;而其上、下两侧围岩则较完整坚硬,不易风化。前者形成凹槽或负地形,后者往往形成陡坎。两者相距较近时,常是矿层出露处形成坎下凹槽;两者相距较远时,矿层出露处形成鞍状负地形。5)化探异常标志:矿区位于“岭底Au综合异常”的中央部位,与Au高值点吻合较好。Au异常面积15.12km2,衬度158.04,三级浓度分带(内带面积13.23km2);含矿指数2.33KH,资源量65.8t(居五台山区第二位);并且在异常外围出现了较大面积的金