青海省郭米寺-兜大坂多金属矿田地质特征及成因分析

青海省郭米寺-兜大坂多金属矿田地质特征及成因分析

1地质成矿带的研究20世纪50年代末，在经过广泛的地质勘探后，在大宁寺的甘坂发现了硝化矿，并成功进行了详细的地质调查。郭米寺、大柳沟、下柳沟、弯曲河、下沟、甘坂等矿床相继发现和评价。该地区已成为国内外地质矿业界著名的铜、铅、锌、金、银矿床，但浅部矿的开采被停止并完成。但该地区具有第四系和白垩系红层覆盖广厚的特点,利用新技术和新方法扩大原矿床规模和预测、寻找盲矿体是当务之急,笔者试图利用现有资料建立描述式为主的地质-地球化学-地球物理找矿模型,期望对该区地质找矿工作有所帮助。2成矿地质背景2.1中寒武统黑刺沟群本区位于祁连褶皱系北祁连加里东优地槽褶皱带走廊南山南坡复背斜的南翼中寒武世火山岩带内(《祁连县幅》1/5万区调报告),属北祁连成矿带(Ⅲ1)走廊南山南坡成矿亚带(Ⅳ2)(任有祥、彭礼贵等.2001.)。在造山带划分上属北祁连造山带Ⅲ1加里东早期郭密寺-白银环形裂谷带(Ⅲ1661),铜多金属矿呈南北两条分布于大陆裂谷环境中的中寒武统黑刺沟群中酸性和中基性火山岩接触部位的矿化蚀变带内(贾群子、杨钟堂等,2006),区内构造线呈北西西向,复背斜由次一级南北两个复背斜和中间一个复向斜组成。褶皱形态复杂,火山机构发育,断裂构造密集分布,超基性—酸性侵入岩分布普遍,火山岩主要沿复背斜轴部断裂带分布,由大陆裂谷型“双峰式”火山-沉积岩系组成,为裂隙式喷溢和中心式爆发混合型(图1)。区域内出露地层有中寒武统、石炭系、侏罗系、白垩系和第四系。其中,中寒武统黑茨沟群岩性以基性—中性—酸性熔岩、火山碎屑岩和潜火山岩为主夹少量火山-沉积岩,为最主要的赋矿地层;白垩系和第四系地层形成本区广厚的盖层。2.1.1岛弧-裂谷背景中寒武世海相火山岩呈狭长状地质体沿NW-SE向集中分布于青海省祁连县清水沟-尕大坂。按其产状可分为由中心式爆发-喷溢-侵出-侵入形成的大型火山岩穹和由裂隙式爆发-喷溢形成的层状火山岩流两种类型。根据任有祥、彭礼贵(2000)研究认为,该区火山岩稀土元素分配模式为轻稀土富集型和近平坦型,火山岩形成于岛弧-裂谷环境。根据夏林圻、夏祖春(1996)研究结果表明,其火山岩自然共生组合为细碧岩、钾细碧岩-角斑岩-石英角斑岩、钾石英角斑岩、石英钾长斑岩、次火山岩相钠长辉绿岩-石英钠长斑岩组合。2.1.2郭米寺火山和大柳沟火山本区火山岩处于走廊南山南坡火山喷发带,根据任有祥、彭礼贵(2000)研究将该区古火山口厘定为郭米寺火山口和大柳沟火山口,呈北西-南东向一字型展布于大柳沟-白柳沟古火山穹隆构造中。1998年高精度磁测工作成功地界定了第三系红层覆盖地区酸性和基性火山岩的分布范围和其界线所在位置,并发现该区各主要矿床在空间上均围绕该火山穹隆构造并产于酸性火山岩和基性火山岩界面的酸性火山岩一侧。2.1.3多旋回组成及特征下部粗火山碎屑岩、中部火山碎屑熔岩、上部熔岩、顶部为硅质岩、硅质板岩。火山岩具有较好的分异程度,具多旋回同期性活动的特点,各旋回由基性-中性-酸性依次形成,其火山活动产物及旋回间的正常沉积物组成相对独立的岩性段。矿床产于岩性段上部,即火山活动旋回的上部酸性凝灰岩或沉凝灰岩中,具明显的层控、层状特点,其岩性组合从下至上为:有浅流纹斑岩侵入的层位是最主要的赋矿层位(祁正林等,1998年)。3矿床的地质特征3.1郭密寺-吾大坂矿带各矿体特征见表2。矿体与围岩片理基本一致,矿体以似层状、透镜状为主。矿体具分段集中、成群产出的特征。郭密寺-尕大坂矿带位于郭密寺-白银环形裂谷带(Ⅲ16),矿带为一总体向北东倾斜的单斜构造,部分倒转,走向断裂发育,黑河—祁连河深大断裂为该地区中寒武统火山岩的导岩构造。该区矿床和含矿岩层产状陡倾角倾向较不稳定。3.2山梁金属矿床现代海底热液成矿事实揭示,块状硫化物矿床成矿蚀变作用是该类矿床形成的重要环节,也是此类矿床找矿的最直接、最醒目并且有效的标志。(1)蚀变带的展布该区蚀变带极其发育,研究区内可划分为南北两条含矿蚀变带群。其中,南蚀变带群即郭米寺含矿蚀变带产出有郭米寺铜多金属矿床;北蚀变带即大柳沟-下沟-尕大坂含矿蚀变带群,产出有下柳沟、弯阳河、下沟、尕大坂铜多金属矿床,西山梁金矿点及哈熊沟多金属矿点等。本区郭米寺蚀变带位于大柳沟-白柳沟古火山穹隆南侧,走向北西,长1500m,宽200m左右。郭米寺矿床赋存于该蚀变带;柳-弯-下蚀变带位于大柳沟-白柳沟古火山穹隆,是本区主要的成矿蚀变带,蚀变带走向北西,全长10km,仅含矿地段长5500m,宽50～180m。(2)蚀变作用蚀变以硅化、绢云母化、黄铁矿化、绿泥石化、重晶石化、碳酸盐化等等,构成种类繁多的蚀变矿物和矿物组合。绢云母化和硅化成为蚀变带的主体部分;绿泥石则是形成多金属矿床的标型矿物,实践证明,成矿绿泥石以富镁为特征,以无色或浅绿色为主,而非成矿绿泥石以富铁为其特征,呈绿色或墨绿色;碳酸盐化也是另一重要的蚀变作用,研究表明,该种蚀变作用主要发生于成矿作用期后,各类矿床碳酸盐矿物不尽相同,Cu-Zn矿石为方解石、Pb-Zn-Cu矿石则为含铁白云石和含镁菱铁矿,说明其化学成分的研究对找矿的指导意义。另外,该区矿床无一例外地产于原岩中的长石被完全交代而形成的无长石带中。反映了绢云母化和硅化是主要的成矿蚀变作用,其蚀变进程是绢云母化和硅化作用,随着蚀变作用的增强,形成无长石带,伴随矿化作用的发生,其后是普遍地碳酸盐岩化。3.3成矿阶段及矿物组成以郭密寺矿床为例,矿体以透镜状和条带状为主,次为平行脉状。其中的Ⅱ号和Ⅲ号呈透镜状,为矿区最大的矿体,Ⅱ号矿体长达660m,宽达4～23m,Ⅲ号矿体长380m,宽1～16m,二者以块状为主;Ⅰ号矿体为条带状,以浸染状矿石为主,Cu、Pb、Zn元素含量由地表至深部一般由贫变富。常见的金属矿物有黄铜矿和黝铜矿、闪锌矿、方铅矿、黄铁矿等。脉石矿物有石英、绢云母和绿泥石、重晶石等。矿石结构以交代溶蚀结构、残余结构、文像结构等为主,构造以条带状为主,次为致密块状和星散浸染-稠密浸染状,少量为网脉状和角砾状。构成矿体的金属矿物普遍存在互相穿插、交代和溶蚀等现象。从成矿阶段来说,第一阶段是主要成矿期,形成致密状和浸染状多金属矿体,显著的特点是黄铜矿、闪锌矿、方铅矿交代黄铁矿;第二阶段为多金属成矿期,黄铜矿、黝铜矿交代黄铁矿而闪锌矿交代黄铜矿、黝铜矿、黄铁矿;方铅矿交代黄铜矿、黝铜矿、黄铁矿、闪锌矿等等;第三阶段为闪锌矿和方铅矿交替脉石矿物。矿物的主要生成顺序为:黄铁矿→磁黄铁矿→黄铜矿→黝铜矿→斑铜矿→铜蓝→闪锌矿→方铅矿→石英。主要有益元素:主矿体平均含Cu0.69%～0.53%,Pb2.05%～4.54%,Zn2.6%～4.8%。伴生元素有Au、Ag、Sb、Bi、Mo、Co、Ga、Cd、Ge、Se、In、Te、As及S等。其中,S、Ag、Au、Ga、Ge、Se、Te7种已达综合利用指标。3.4全矿元素的组合类型和一系列成矿元素组合类型:为Cu-Zn型→Pb-Zn-Cu型→Fe-S型→Mn矿的系列矿床。3.5含矿地层分布该矿带成矿时期为加里东早期,矿床类型与我国祁连山东部的多金属矿床类似,在成矿环境、赋矿岩系、控矿因素等方面与白银矿田基本相近,是海相火山岩型铜铅锌多金属矿床。区域成矿作用在时间演化上具有多期性和不均一的特点,该区主要含矿地层为一套中寒武统中酸性火山碎屑岩为主的浅变质岩系,地层在组合上显示出一定周期性火山喷发间喷溢-沉积旋回及韵律变化特点,蚀变带实际上产于周期性旋回组的顶部。地层分布与区域构造线一致,呈北东向倾斜的单斜层构造。多金属矿产在蚀变带中的形成与海底火山作用有关,主要受蚀变带岩组顶部绢云石英片岩和其中的小断裂构造如裂隙、节理所控制。矿体的产出形态以透镜状、条带状、似层状为主,延伸比较稳定。其矿石属黄铁矿多金属型,以自-半自形粒状、浸蚀状、文象结构;块状、条带状、浸染状角砾状构造为主,成矿指示元素与矿石组分一致,所呈现的晕异常一般紧紧围绕矿体分布,其形态与矿体基本一致。由此认为该区多金属成矿多为火山活动进入间歇期稳定阶段沉积生成。4地球化学特征4.1cu、pb、zn、ag异常与矿床位置关系1984年,1∶20万《祁连幅》化探扫面在大柳沟—绵沙弯一带圈出Cu、Pb、Zn、Au、Ag、As、Sb、Hg等8种元素的组合异常。其中,Cu、Pb、Zn、Ag异常与已知矿床位置基本吻合。尕大坂、赖都滩地区由于上覆白垩系无异常出现。中寒武统内各主要岩性Cu、Pb、Zn、Ag、Au5种元素含量统计(表1),该区岩石地球化学特征如下:(1)Cu、Zn在基性、中基性火山岩内含量明显偏高,Pb、Au在中酸性-酸性火山岩中含量偏高;(2)绢云石英片岩在区内属含矿蚀变岩,Cu、Pb、Zn、Ag、Au等元素含量高出其他岩石数倍,其离差值也较大。4.2矿带地质气探工作区内1∶5万水系沉积物测量无异常显示,1998至2004年在矿带及其外围开展的汞气测量、地气测量及钻孔原生晕测量等化探工作取得了一定成效。4.2.1矩形强汞异常区1998年矿区外围在5.88km2范围内进行了汞气、地气测量。(1)汞气异常汞的强异常(>0.2ng/gl)呈串珠状弧形分布在郭米寺—鸽子硐—龙洼沟一带,汞的中弱异常(>0.05～0.25ng/gl)一在弧形强汞异常内侧、郭米寺铜多金属矿床异常带西端,另一在弧形强汞异常带北侧,长达5～10km,与下柳沟—下沟多金属矿床含矿蚀变带相吻合。据此异常特征,初步认为汞的强异常为该区深大断裂或中基性火山岩带的反映,在次级断裂密集带形成矿化富集部位。(2)地气异常区内尕大坂地区Cu、Pb、Au、Ag4种元素的地气测量共圈出3个地气、异常带(图1),长400m,宽150～200m,异常组合为Cu、Pb、Au、Ag,具明显的浓集中心。其中,Ⅱ号矿体上方浓集中心Cu峰值高达2290×10-9,异常整体和已知矿化带基本吻合。其中的赖都滩异常段,异常元素Cu、Pb、Au、Ag,浓集中心位于472线、490点附近,浓集中心Cu元素衬值达3.0,Au衬值1.5～3.0,Cu和Pb、Au异常相互叠加和激电异常吻合,地表工程验证该异常中已发现铜多金属矿体。该异常带物、化探异常吻合程度高,已有成矿的事实,是进一步开展普查找矿的重点地段。4.2.2铜、铅、锌矿异常(1)在矿体上方的一定区间内有明显的Cu、Pb、Zn地气组合异常;(2)2001年当地矿山开采企业仅根据1998年圈定赖都滩地气铜异常布置竖井,在穿过近50m红层后约80m深处发现了品味较高的铜、铅、锌矿体;(3)2004年地勘部门根据当年圈定的地气异常在优选一处异常浓集中心布置钻孔一个,穿过近77m的红层在255m孔深处强硅化的绢云石英片岩内发现厚度1m、品位3.98×10-6的金矿体一条。(4)2005年尕大坂地区异常详查工作根据地气异常和激电异常布置的钻探工程见到铜铅锌多金属矿三层,厚度1～3m,铜品位0.44%～1.07%,铅0.58%～5.46%,锌0.62%～6.64%。上述证明,地气测量在该覆盖区是重要的先期工作手段,对覆盖区找矿具有明显的指导意义。5矿带的地球物理特征5.1激电及综合剖面分析1∶5万磁测资料表明,区内为变化极小的微弱负值区,岩矿之间差异很小。自电异常反映微弱。在龙洼沟至下沟间,沿尕大坂蚀变带以不等间距进行了激电及综合剖面,圈定出3条激电异常带;在郭米寺以北、下柳沟—下沟—尕大坂矿床以南呈负磁性特征,南北两侧均为强的正磁场特征。尕大坂、郭米寺、下柳沟、下沟其高磁场特征是负几十纳特异常,弯阳河的磁场特征是正负跳跃的磁异常。尕大坂矿床则处于正负磁异常的转换部位,呈正负几十纳特的弱磁场特征。5.2矿带区域的地球物理特征1998年和2004年青海地勘单位相继对该区进行了以激电法、TEM法、高精度磁法为主的物探工作,在指导找矿上发挥明显的作用。5.2.1赖都滩地气密度异常区主要岩矿石电性参数(表3)。尕大坂激电异常段与该区含矿蚀变带套合较好。其中,已经发现5个多金属矿体,矿体上方视极化率达4.0%。但已知矿体所在部位并未反映出明显的高极化、低电阻特征,激电异常所对应的实际上是整个蚀变带的范围。2005年铜多金属矿普查在赖都滩地区地气详测异常区测制1∶1万激电剖面4条。其中,464线异常宽100m,总体亦反映高极化率,低电阻率特征,视电阻率178～216Ω.m,视极化率3.38%～3.96%,而1460点以北视电阻率急剧升高,达500Ω.m。推测1460点为中基性火山岩与中酸性火山岩转折部位。另外,视电阻率异常形态同赖都滩已知多金属矿体所引起激电异常形态基本一致。因此,推断该异常属矿致异常,经钻探验证见3层多金属矿体。5.2.2负荷量的转换1∶5万磁测资料及1∶1万高精度磁测表明矿田内下柳沟—尕大坂矿化带呈变化极小的微弱负值区,总体处于正负磁值的转换部位。尕大坂、郭米寺、下柳沟、下沟高磁特征是负几十纳特的异常,弯阳河则是正负跳跃的磁异常。同时由于该区赋矿部位岩性复杂,加之受到第四系砂砾石层及白垩系底砾岩等因素的影响,未能对赋矿部位