冀东唐杖子金矿:一个典型的隐爆角砾岩型金矿

尹利君，刘继顺，刘卫明，罗依珍，崔莎莎，刘文恒

(1.中南大学有色金属成矿预测教育部重点实验室，地球科学与信息物理学院，湖南长沙 410083;2.广东省有色金属地质局，广东广州 510080;3.江西理工大学资源与环境工程学院，江西赣州 341000)

0 概述

冀东地区位于华北地台北东部，是中国重要的金矿密集分布区(赵海玲等，2001;李俊建等，2002)。区内金矿类型多样，主要有石英脉型(秦大军等，1997;宋扬等，2012)、破碎带蚀变岩型(孙爱群等，2002;张艳春等，2003)、隐爆角砾岩型等(沈保丰等，2002;王宝德等，2003)。隐爆角砾岩型金矿品位低、规模大、易选冶，是冀东地区一种有远景的新金矿类型。唐杖子金矿为区内较典型的隐爆角砾岩型金矿床，随着近年对该矿区的开发，在唐杖子矿区南部西冰沟、北部驴驹沟、小王巴沟等地相继发现了新的金矿体(脉)，潜力巨大。

1 成矿地质背景

1.1 地层

唐杖子金矿位于河北省宽城县附近，地处燕山造山带马兰峪复背斜北缘，宽城中生代断陷盆地的东南缘(图1a)。区内出露地层简单，主要为中元古界长城系常州沟组(Pt2c)和串岭沟组(Pt2ch)。常州沟组岩性以紫红色厚层含砾石英砂岩为主，层位稳定，分布于主干断裂F2、F3以南;串岭沟组主要由暗紫色薄层状含铁石英细砂岩、灰绿色砂质页岩夹泥质细砂岩组成，分布于F2、F3以北(图1b)。

1.2 构造

根据矿区断裂构造分布位置，将断裂划分为北部、中部、南部构造群及南北向断裂F1(图1b)。

中部构造群:由F2、F3断裂及分支断裂组成，延伸较大，为矿区的主干断裂，也是区内主要的控矿控岩构造，沿断裂带发育有4－1#和4#金矿体，同时发育辉绿岩和花岗斑岩。F2断裂发育不同程度的破碎和热液蚀变，黄铁矿化蚀变显著，形成蚀变岩，富集地段构成4－1#金矿体。F3断裂位于12线以东的部分发育在与石英砂岩接触带上，位于12线以西部分发育在花岗斑岩与隐爆角砾岩接触带上。含金石英脉充填于破碎带中，发育黄铁矿化、闪锌矿化、方铅矿化和黄铜化，地表褐铁矿化发育，富集地段构成4#金矿体。在其上下盘的羽状裂隙中，矿化亦为发育，西段分支断裂形成帚状。F2、F3及其余分支断裂在矿区中部被南北向F1断裂错断。

北部构造群:由F4～F17断裂带组成，彼此平行展布，走向70°～110°，总体倾向 S，倾角 65°～80°，呈弧形围绕矿区岩体分布于中部断裂下盘以北地区。断裂带长度170～500m，宽度1～2m。F8断层主要赋存银金矿，其余断裂不同程度赋存含金石英脉或含金蚀变岩。

南部构造群:由F18～F27断裂带组成。F18～F22断裂主要发育在主干断裂上盘地层中，与F1主干断裂斜交，属主干断裂的次级断裂，走向30°～40°，倾向 SE，倾角55°～78°，宽度1 ～1.5m。F23～F27断裂为近年民采揭露，主要发育在矿区南部，走向280°～290°，倾角25°～40°，宽度0.5 ～1m。

1.3 岩浆岩

区内岩浆活动频繁，呈岩脉、岩株状产出，主要岩性为花岗斑岩和辉绿岩。经测定，花岗斑岩年龄为172Ma，辉绿岩为732Ma①。

花岗斑岩属峪耳崖岩体，侵入于主构造断裂F2、F3中，呈岩枝状产出在石英岩等围岩中，与成矿关系密切。岩石灰白色，斑状构造。斑晶以石英、钾长石为主，石英边部浑圆，溶蚀现象明显，钾长石高岭土化。基质由微细石英和长石类矿物组成。花岗斑岩主要化学成分(wb%):SiO2从71.59～76.60，平均达73;Na2O+K2O为8～10，K2O平均含量为6.75，而且以K2O大于Na2O为特征，K2O/Na2O比值为1.2 ～30;A12O3含量从11.88 ～14.62，平均达13.8;里特曼系数平均值为2.48。岩石属钙碱性系列，具高硅、富钾和钾钠比值高的特点。

辉绿岩呈脉状产出在12线以东，受F2、F3主断裂控制，延伸较大，深部坑道中见花岗斑岩株切入辉绿岩脉中。2012年叶会寿等人进行补充勘查时，测得矿区辉绿岩LA－ICP－MS锆石U－Pb年龄为721±4.6Ma，形成于新元古代震旦纪①。

1.4 隐爆角砾岩

(1)分布特征:隐爆角砾岩受隐爆角砾岩筒和NEE向断裂带控制，分布在1～20线，空间上与花岗斑岩紧密伴生，位于花岗斑岩的上部，为燕山期岩浆活动的产物。角砾岩体平面上呈椭圆状及不规则长条状，长轴方向呈北东东向，与F2主断层方向一致长轴400m，短轴200m左右。剖面上呈筒状或漏斗状，岩体边部圆滑，与围岩接触面界线分明，陡立并南倾。角砾岩在平面上分带性较明显(赵成合等，2009):中心角砾岩带→崩塌角砾岩带→震碎角砾岩带。

(2)成分及矿化:由于岩浆喷发的多期次性，角砾成分也复杂多样，浅部及周边多为围岩角砾、成分以含铁石英细砂岩为主，深部靠近花岗岩体时以花岗质角砾为主，其次为石英岩角砾、角砾杂岩、细砂岩角砾等，在两者之间出现复成分角砾。中心角砾岩带内角砾岩化程度最强，黄铁矿化、褐铁矿化较发育，金、银含量往往较高，金矿化主要富集在角砾岩的胶结物中，呈细小自然金形式产出。当角砾成分具有多期次特征时，角砾及胶结物几乎无法分清，出现“砾中砾”的多期次构造特征。因此，有的地段角砾及胶结物均含金矿化，胶结物成分主要是原岩岩屑、岩粉和后期的硅质、钙质，铁质次之。角砾岩大小不等，互相混杂，边部较大，呈棱角状，直径有数十厘米至数米不等。向中心逐渐变小，棱角不发育，直径数厘米至数十厘米不等(见图2、图3)。

图2 含矿角砾岩素描图Fig.2 ore-bearing breccia sketch

1.5 石英岩(体)

矿区坑道370中段16线附近、最新施工的0线钻孔均不同程度在花岗斑岩与石英砂岩接触带见到石英岩体，厚度大小不等，370中段20线附近见4－1#矿体就赋存于辉绿岩与石英岩体的接触带上。石英岩厚20余米，经取样分析含金0.12g/t。0线最新钻孔则显示在石英砂岩下部与接触带见80余米石英岩(体)，可见石英岩体的形成与花岗斑岩有关，是在岩浆向上侵入过程中，顶部石英砂岩经岩浆侵位致强烈变质形成石英岩(体)，俗称硅帽。

2 矿床地质特征

2.1 矿体特征

金矿体总体产于NEE向构造破碎带和隐爆角砾岩中，矿体(脉)的空间分布具一定的规律性:围绕岩体及角砾岩筒的矿体规模较大，走向长，延深大;距岩体越远，矿脉规模越小，成群分布，彼此平行。据矿体产出部位和空间分布位置，结合断层构造群特征，将矿带分为北矿带、南矿带、中矿带(见图4)。

图3 唐杖子金矿角砾岩照片Fig.3 photos showing breccia in Tangzhangzi gold deposit

(1)北矿带:分布矿区北部，包括1条银矿脉和12条金矿脉，由F3～F17断层破碎带控制，矿脉厚1～1.5m，走向 340°～20°，倾角 60°～80°，走向长度40～500m不等，总体倾向南，呈弧形分布于矿区北部的主干断裂F2、F3下盘中，金矿脉含金品位2.1～10g/t。银矿脉含银135g/t，含铅最高12.1%。含矿岩性为硅质蚀变角砾岩或石英脉，矿体与围岩界线清楚，断面发育。北矿带分布范围较广，矿脉间距20～40m不等，上部陡倾，下部略缓，越靠近岩体附近的矿脉矿化越强(见图5a)。

(2)南矿带:分布矿区南部，主要包括5条金矿脉，其中断层F23～F27控制的矿脉群的走向近EW，倾向 NNE，倾角 25°～40°，走向长度 100 ～200m，宽度0.5 ～1.5m，金品位变化较大，1.09g/t～5.4g/t，南矿带个别矿脉目前有采矿巷道施工。

(3)中矿带:分布矿区中部，勘探程度较高，为矿区的主矿带群，受F2、F3断裂控制，主要有4#、4－1#、4－2#金矿体，中矿带平面上呈帚状，东段收敛、向西撒开，剖面上呈叠瓦状排列，无侧伏现象。

4#矿体:平面上，在14～24勘探线间，矿体赋存于F3断裂带中，含矿岩性为蚀变岩，深部坑道探明4#矿体在深部较为连续，地表呈断续分布。矿体走向 6 0°～7 0°，倾向 SE，倾角 7 0°。矿体呈脉状，透镜状产出。经深部坑道探明，矿体断续长 3 0 0余米，厚度 0.7 0～3.4 m，平均厚2.0 5 m，控制斜深1 7 0 m。矿石类型为黄铁矿浸染状金矿石。含矿岩石破碎，主要为泥质及挤压破碎角砾，断层面发育。

4－1#矿体:为矿区规模最大的金矿体，约占全区金属量的64%。矿体赋存于F2断裂带中，总体走向70°，倾向 SSE，倾角66～72°。呈脉状、透镜状产出，经最新勘查资料，矿体走向断续长达2500多米，斜深大于400m，平均厚度1.5m，不同地段赋存矿化不同，品位不同，规模不同。垂向上，地表次生富集矿化带宽，品位高，地表揭露最大厚度10余米，矿化蚀变带最宽达24m，地表矿体与围岩界线不清，呈渐变关系，中间金平均品位2.5g/t左右，边部矿化体金平均品位0.8g/t左右，可综合回收利用。往深部仍然膨胀收缩，一般不大于5m。西段在31～6勘探线，连续性及金矿化均相对较弱，银矿化则相对富集。矿体主要赋存于花岗斑岩与隐爆角砾岩之接触带，东段在8～10勘探线，矿体不连续。但在12～30勘探线，矿体规模变大，走向和沿深稳定。矿体主要赋存在石英砂岩与辉绿岩的内接触带一侧，金、银矿化均较富集。Au平均品位2.5g/t，Ag品位150～180g/t。而在16～24线矿体连续性和含矿性

最好，金最高可达42g/t，银最高可达281g/t，矿石类型主要为多金属硫化物浸染状矿石。钻探工程证实，该矿体从地表573m标高一直稳定延伸至170m以下。总体上，4－1#矿体明显表现出东段富金贫银、西段贫金富银的特征(见图5b)。

4－2#矿体:为隐伏矿体，走向与4－1#平行，平面上主要赋存于24线～12线，经钻探与坑道探明，4－2#矿体在空间上位于4－1#和4#金矿体之间，含矿岩石为硅化蚀变岩，断面不发育，黄铁矿化强烈，延伸走向200～300m，金品位平均3.2g/t，银品位平均 61.1g/t。

2012年矿区进行补充勘查，再于16线施工后排孔ZK1604，则于300m～400m标高之间，分别控制了4#、4 －1#、4 －2#矿体往深部的延伸，其中4 －2#矿体见矿最好，穿矿厚度达6.0m左右，加权金平均品位达 5.4g/t。

上述见矿情况表明，主矿体向深部仍有延伸，须继续追加钻孔工程予以查明。

2.2 矿石物质成分及结构构造

矿石类型主要有含金石英脉状矿石、多金属硫化物浸染状矿石和含金角砾状矿石。

含金石英脉状矿石:灰－灰白色，自形－它形粒状结构，块状构造。黄铁矿呈半自形－它形晶粒状充填于石英裂隙中。不规则石英细脉宽0.1～5mm，呈星散状、稀疏浸染状、团斑状不均匀分布于矿石中。

多金属硫化物浸染状矿石:以黄铁矿为主，呈半自形－它形粒状，粒度0.96～0.20mm，以颗粒集合体或单体颗粒形式呈星散状、斑杂状、细脉浸染状分布于脉石矿物和其它金属矿物中。方铅矿、闪锌矿、黄铜矿等金属硫化物呈它形粒状、细脉状不均匀分布于矿石中。

含金角砾状矿石:分为隐爆角砾岩型和构造角砾岩型。隐爆角砾岩型金矿化主要赋存于胶结物组成的流体中，金矿化与胶结物中的黄铁矿呈正相关，黄铁矿化越强烈，金品位越高。构造角砾为浑圆状，硅质胶结，角砾成分以石英岩及砂岩为主。

2.3 围岩蚀变

矿区围岩蚀变明显，主要为黄铁矿化、方铅矿化、闪锌矿化、绢云母化、硅化、钠长石化、绿泥石化、碳酸盐化等，其中黄铁矿化与金矿化关系密切。

3 矿床成因分析

3.1 成矿时代

唐杖子金矿体主要赋存于隐爆角砾岩中，燕山期花岗斑岩与矿化角砾岩在空间分布上受统一的构造带控制，成因上密切相关。郭少丰等(2009)测得的唐杖子金矿的花岗斑岩的SHRIMP锆石U－Pb年龄为173Ma，叶会寿(2012)等测得为172Ma①，属燕山早中期，认为该年龄也是隐爆角砾岩形成的时间及唐杖子金矿的形成时间下限。

表1 唐杖子矿区部分不同岩石化学分析结果表Table 1 Petrochemical analysis for rocks from the Tangzhangzi ore district

图6 唐杖子金矿成矿模式图Fig.6 Metallogenic model for the Thangzhangzi gold deposit

3.2 成矿温度

矿物包裹体测量结果(赵成合等，2009)表明，矿区成矿温度约为300℃以上。河北五队(1989)测得的黄铁矿形成的温度为140～133℃，石英形成的温度379～320℃②，表明成矿流体为中高温热液条件。

3.3 硫同位素特征

矿区矿体和岩体中的δ34S‰变化于+0.69～+5.70，平均为 +2.885‰(王宝德等，2002)，表明硫质总体来源于深部幔源硫。岩体和矿体的δ34S‰值接近的特征(赵成合等，2009)，说明它们之间具有一定的成因联系，且硫同位素反应基本达到了平衡。

3.4 铅同位素特征

王宝德等(2002)统计的冀东11个矿区的铅同位素组成结果表明:与金矿化有关的花岗质岩石和矿石的铅同位素组成一致，均来自燕山期花岗质岩浆活动;冀东地区金矿成矿物质来源具壳源和幔源的特征，可能与地幔柱有关。

3.5 氢、氧同位素特征

13个矿区不同构造部位的氢、氧同位素样品统计结果(王宝德等，2002)表明，成矿热液主要来自岩浆水，并有大气水的加入。

综上所述，唐杖子金矿床为形成于燕山期的中温岩浆热液矿床，成矿流体和矿质来源与地幔柱有关。

4 成矿模式

根据前述成矿地质特征及其成因探讨，建立该金矿成矿模式如图6。

研究表明(邓晋福等，1999;毛景文等，2000)，中国东部中生代大规模成矿作用形成于燕山期东部岩石圈大规模拆沉作用，并引发大规模花岗质岩浆侵入的地质背景下。金以中生代花岗质岩浆为载体，随着地幔热柱多级演化以弥散气体状态向上迁移。具壳源和幔源混合特征的岩浆沿深大断裂向上运移，在浅成－超浅成部位，由于温度压力降低，岩浆顶部岩层压力大于岩浆爆破应力，发生岩浆隐爆作用(Nicolaysen and Ferguson，1990;刘家远，1996;胡承绮等，1997;陆三明，2005;于学峰和韩作振，2008;赵玉锁等，2013)，形成隐爆角砾岩及放射状的断裂和裂隙。岩浆冷凝演化的中晚期，金逐渐从气态向液态转化、集中;岩体内部聚集了富水、富硅、富挥发份的成矿流体，并与大气降水混合。随着温压等物理化学条件的改变，金在岩性较疏松、多孔隙的角砾岩和裂隙中卸载成矿。

5 成矿特征分析、控矿因素及找矿方向

5.1 成矿特征分析

(1)由主断裂带及多期次侵入岩控制的爆破角砾岩带及其派生的含金断裂系统，靠近岩筒的脉体中，硫化物发育，含金品位高;随着离爆破角砾岩筒距离的增大，断裂系统中的硫化物逐渐减少，金品位逐渐降低，整体构成一个典型的爆破角砾岩筒型金矿。

(2)本区成矿围岩主要为石英砂岩和砂页岩，经地质报告测试分析数据②，其含矿金元素背景值均低于克拉值，说明本区围岩不是矿源层，矿源来自深部。

(3)唐杖子补充勘查叶会寿(2012)测得花岗斑岩的SHRIMP锆石U－Pb年龄为172 Ma，与郭少丰等(2009)测得的年龄173Ma基本相同，应属燕山早中期。辉绿岩的年龄为732 Ma，属震旦纪(叶会寿，2012)。花岗斑岩的年龄是隐爆角砾岩形成的时间，也是唐杖子金矿形成的时间下限。

(4)燕山期岩浆活动形成的大量花岗岩浆沿断裂侵入，在侵入过程中，岩浆分异强烈，岩浆晚期富含挥发分及成矿元素的热流体聚集，产生强大的压力而引起隐爆，形成隐爆角砾岩及隐爆构造，地表则形成以隐爆角砾岩筒为中心的放射状弧形断裂或次级断层。由于岩浆侵入时沿主断裂面(向北)隐爆，使得北部构造群密集而陡倾，南部构造群稀疏而微缓。同时，岩体侵入顶部岩层将接触带石英细砂岩高温变质成为石英岩(体)。之后的热液活动携带深部成矿元素向上运移，富集于角砾岩筒、构造破碎带及不同岩石接触带，从而形成硅化强烈的、多种成矿类型并存的金矿带或金矿脉群。

(5)隐爆角砾岩中的“砾中砾”特征，说明深部岩浆侵入过程中，发生多次隐爆，形成多期次、多形态的成矿特征。角砾岩体中心成分复杂，边部单一。

5.2 控矿因素

(1)岩性与成矿

本区成矿围岩—顶部含铁石英细砂岩、页岩阻挡了深部向上运移的含矿气成热液及矿液，起到了屏蔽的“盖层”作用。

(2)构造与成矿

断裂构造系统及隐爆角砾岩筒不仅是矿液运移的通道和储矿空间，还是使金活化迁移的主要动力和富集的场所，主要表现在以下几个方面:

①中部近东西向F2、F3断裂控制了矿区较大规模4#、4－1#、4－2#金矿体的展布形态和分布位置。②北部近东西向F4～F17构造群及南部北西向F23～F27构造群控制了南北矿脉群的矿化富集和矿床(点)产出，该两断裂带应为隐爆角砾岩体边部发育的隐爆构造，剖面上倾向岩体中心，表现出隐蔽爆炸形成的放射状特征，与成矿关系密切。③本区主矿体受角砾岩筒和叠加的东西向断裂控制，在岩筒膨大部位、靠近接触带矿石含金品位高。越靠近岩体的断裂矿化越好，含矿角砾岩越小矿化越好，蚀变越强矿化越好，

(3)岩浆岩与成矿

受F2、F3断裂构造控制的花岗斑岩和辉绿岩的角砾岩体及南、北构造群控制的蚀变破碎硅质岩，与围岩界线清楚，成分与花岗斑岩一致或与其关系密切，表明这些含矿角砾岩或蚀变破碎硅质岩是由花岗斑岩深部隐爆作用沿次火山构造的断裂上升贯入形成的，通过对矿区的花岗斑岩取样分析，其含金0.13 ～0.37g/t，比克拉克值高32 ～92 倍。可见，花岗斑岩既是含矿围岩之一，又是成矿母岩。

5.3 找矿方向

(1)在近东西向断裂构造的延伸走向上，尤其矿区西段，注意寻找隐伏的与花岗斑岩体、隐爆角砾岩体有关的金银矿体。

(2)在矿区中部，应注意寻找北部含矿断裂组与南部西岭沟含矿断裂在深部有可能的交汇部位寻找较大型富矿(包)体，近期16线施工的钻孔所见到的金矿体就说明了这一点。

(3)矿区南部工作程度低，目前出露的金矿脉较少，加强地质找矿，尚有发现隐伏含矿断裂的可能。

(4)与隐爆角砾岩有关的矿床，往往沿深大于延长，应通过地物化遥综合手段对目前已经发现的矿化信息进行研究，寻找深部隐伏矿脉。

(5)加强本区石英岩(体)的研究，虽然以往资料中对其提及较少，但石英岩(体)作为岩浆侵入围岩形成强烈变质的中间产物，其接触带应是找矿的良好靶区。

(6)鉴于该区成矿特征构造以深大断裂及次级断裂、角砾岩筒为主，含金矿物以金属硫化物黄铁矿、黄铜矿、方铅矿等为主，深部岩体以花岗斑岩体为地质特征。以往找矿手段仅以地质为主，物化探只是局部，至今仍未大面积进行综合找矿。因此，有必要在找矿新理论指导下，采用新方法、新手段对该区进行地质、物探、化探等综合研究手段找矿，以期有新的发现。

致谢 论文完稿过程中，得到了曾普胜研究员的细心指导，论文的英译部分由广东有色局崔莎莎协助完成，地质与勘探编辑部对论文的修改也提出了很多宝贵意见，在此一并致以衷心感谢。

［注释］

① 中国地质科学院矿产资源研究所.2013.河北省宽城县唐杖子金矿补充勘查报告.

② 河北省地质矿产局第五地质大队.1989.河北省宽城县唐杖子金矿区详查地质报告.

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［附中文参考文献］

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