湘西—鄂西成矿带黄陵背斜金矿成因及赋矿特征

刘圣德, 阳传金, 李方会, 廖宗明, 张权绪, 陈 诚

(1.湖北省地质局 第七地质大队,湖北 宜昌 443100; 2.兴山县国土资源局,湖北 兴山 443700)

湘西—鄂西成矿带黄陵背斜金矿成因及赋矿特征

刘圣德1, 阳传金2, 李方会1, 廖宗明1, 张权绪1, 陈 诚1

(1.湖北省地质局 第七地质大队,湖北 宜昌 443100; 2.兴山县国土资源局,湖北 兴山 443700)

湘西—鄂西成矿带黄陵背斜金矿自上世纪60年代发现以来,至今仍未取得找矿突破,主要原因是对区内金矿成因认识不足,没有把握本区金矿的成矿规律。拟就区内金矿区域地质背景、区域金矿特征及变形构造对金矿的控制作用等方面进行论述,进而探讨其成因及赋矿特征,为开展本区深部找矿工作提供参考。

黄陵背斜;金矿;成因;赋矿特征

黄陵背斜位于湘西—鄂西成矿带之东北部,具有典型川中式基底的结构特征。

黄陵背斜金矿自上世纪60年代开展地质勘查工作,累计发现金矿脉200余条,对其中45条矿脉进行资源储量评价,估算了12 t金金属量,区内金矿总体表现为小而富的特点。以往地质勘查工作主要限于地表及浅部,未投入深部地质勘查工作的原因主要是区内现已发现的金矿体沿走向和倾向延伸规模小,勘查风险大,因此区内金矿开发以边探边采的方式进行。经过对开采矿山的回访,区内金矿开采深度和开采储量远大于勘查深度和勘查储量,如马滑沟金矿勘查深度止于930 m标高,提交金金属量767 kg,现在开采深度已达800 m标高,且矿体向下仍有延伸,经核实矿区查明金金属量2 174 kg,反映以往地质工作对区内金矿成因认识不足,没有把握本区金矿的成矿规律。本文拟对黄陵地区金矿的成因及赋矿特征进行探讨,为开展本区深部找矿工作提供理论依据。

1 区域地质背景

1.1 区域变质地层

黄陵背斜前震旦系变质岩系集中出露于背斜的北部和西南部,被后期花岗杂岩分割,分别称之为“水月寺群”和“崆岭群”(湖北省宜昌地质勘探大队,1987、1991)。二者共同组成黄陵背斜地区的基底岩系。其中,分布于北部地区的水月寺群变质杂岩在雾渡河断裂带南侧与黄陵花岗杂岩邻接,为一套具混合岩化的中深变质杂岩系,时代归属于晚太古—早元古代；分布于背斜西南部的崆岭群,南、北、东三面与黄陵花岗岩基呈侵入接触,其时代归属为中元古代[1-3]。后期震旦系沉积地层(局部为南华系地层)不整合覆盖于基底岩系之上(图1)。

1.2 区域岩浆岩

黄陵背斜核部的岩浆岩十分发育,岩石类型有中酸性岩、基性—超基性岩及各种脉岩类。按其侵入时代可划分为：①早元古代圈椅埫岩体及中—晚元古代端坊溪、竹林岩体,前者位于背斜北部的圈椅埫穹隆核部,呈近等轴状岩株产出,侵入于水月寺群灰色片麻岩中,属铝过饱和钙碱性岩系;后者分布于背斜核部西南侧,侵入于崆岭群变质岩系中,属次铝质钙碱性基性岩类,具较弱的绿泥石化等蚀变;②晚元古代花岗岩,主体为黄陵花岗岩基,前人已划分出4个岩套14个单元[4]。

1.3 区域构造

黄陵背斜大地构造位置归属于扬子准地台上扬子台坪鄂中褶断区,北为南秦岭冒地槽褶皱带,以青峰断裂为界;西以新华断裂与神农架断穹分隔;东以远安断裂为界与远安台褶束分隔;南与八面山台褶带长阳台褶束相邻,为天阳坪断裂分隔。区内地壳活动性较强,特别是前震旦纪时期的岩浆活动、变质作用、混合岩化作用十分强烈,地质构造复杂,前后经历了阜坪—吕梁、扬子(晋宁)、加里东—印支、燕山—喜马拉雅等四个构造旋回[2，5]。

2 区域金矿地质特征

黄陵背斜金矿分布于两个不同时代的地质体中,大致以雾渡河断裂为界,北部金矿脉主要产于晚太古—早元古代水月寺群浅色片麻岩中;南部金矿脉主要产于晚元古代黄陵花岗岩及崆岭群变质岩中。金矿点的平面分布有成带状的特征,集中产出于区域深大断裂或侵入体接触带附近,特别是花岗岩与变质岩接触带的韧—脆性剪切带对金矿的控制作用最为密切。

图1 黄陵背斜核部金矿地质及金异常分布略图Fig.1 Distribution sketch of gold deposit geology and gold anomaly of Huangling anticline area1.基性、超基性岩体;2.断层;3.金矿床/金矿点;4.地质界线/不整合界线;5.地球化学场分区及编号;6.黄金重砂异常及地球化学Au异常带;Nh+Z.南华系+震旦系;Pt2s.神农架群(西汊河组、孔子河组);Pt2m(x、g).崆岭群庙湾组(小鱼村组、古村坪组)；(Ar2-Pt1)z(h·y).水月寺群周家河组、黄凉河组、野马洞组；ζγ2.钾长花岗岩;δ2.闪长岩；γδπqPt3.晓峰岩套七里峡单元;ηγmPt3、ηγtPt3、ηγgPt3、ηδofPt3.大老岭岩套马滑沟单元、田家坪单元、鼓浆坪单元、凤凰坪单元;γδxPt3、γojPt3、γo1Pt3.黄陵庙岩套下堡坪单元、蛟龙寺单元、乐天溪单元;δβoxdPt3、δβotPt3、δomPt3.三斗坪岩套西店嘴单元、太平溪单元、美人沱单元。

区内金矿总体特点是规模小、品位富。无论是含矿构造,或是矿体规模均较小。据统计资料,区内含矿构造带长度在50～1 000 m范围内,宽度0.2～3 m;工业矿体长度大多在30～100 m之间,厚度0.2～0.5 m。金矿脉呈脉状、透镜状、网脉状、不规则团块状产出,常表现为尖灭再现和斜列、侧伏等排布特点,矿化深度多大于走向延伸长度。矿石品位较高,尤其是含金石英脉及强硅化矿石金品位可达几十至数百克每吨。

金矿化类型以含金石英脉型为主,含金蚀变构造碎裂岩次之,往往二者共同组成金矿体。含金石英脉一般品位较高、变化大,含金蚀变碎裂岩品位低,但较稳定。载金矿物以石英、黄铁矿、黄铜矿为主,金的产出形式主要是微粒金,金粒常以显微裂隙金、包裹金、粒隙金形式出现。

含矿构造带主要有韧—脆性剪切带及断层破碎带两类,多显示压扭性脆性断裂特点。沿构造带两侧矿化围岩主要为变质岩和花岗岩,沿矿脉两侧常有硅化、绢云母化、绿泥石化、黄铁(铜)矿化，离开硅化、黄铁矿化,则无金矿化。

3 变形构造对金矿的控制作用

如上所述,本区金矿与变形构造关系密切,其中以剪切带控矿最为明显,表现为同造山期板块边缘坳陷的变质热液—韧性剪切的预富集成矿及造山晚期花岗岩浆热液—脆性剪切叠加的主富集成矿特征[6]。

本区由两组剪切系统组成的古北西向和古北东向两类古构造带复合格架控制区内金矿的分布,表现为本区金矿脉均沿脆—韧性复合剪切带、深大断裂带旁侧同生次级断裂破碎带、破碎带及节理密集带赋存。金矿脉的形态、产状及规模大小均受控于含金构造带规模及组合特征。特别是韧脆性剪切带既是导矿、富矿构造,同时也是容矿构造。

4 矿床成因分析

黄陵背斜金矿成因主要有两种观点：一种观点认为北部变质岩区金矿为变质热液成因,南部花岗岩区金矿为岩浆期后热液成因;另一种观点认为,区内金矿均为晋宁末期岩浆热液作用的产物。现从区内金矿成矿物质来源、成矿流体的性质和能量、成矿时间和空间关系等方面解析本区金矿的成因。

4.1 成矿物质来源

对于内生金矿床来说,成矿物质主要来自下地壳及上地幔[7]。针对黄陵地区金矿成矿物质来源,熊成云、金光富等人[8]认为：区内变质地层为金矿的形成提供了部分矿源,黄陵花岗杂岩演化晚期的原始岩浆分异对金矿的形成具有一定的成矿专属性;李福喜等人对黄陵地区中部花岗岩进行研究后认为其与金矿关系密切,为本区金矿的形成提供了物质来源。

根据前人对区内变质地层及变质区侵入岩体含金丰度值的测试统计数据分析,区内变质地层以含磁铁石英角闪岩平均量值最大(22.58 ng/g),变质侵入体中以超基性岩平均量值最大(6.70 ng/g),南部花岗岩侵入体则以大老岭超单元黑云二长花岗岩平均量值最大(3.07 ng/g),这些数据表明上述岩类不足以构成金的矿源层,但可以从另一方面说明两个问题:一是金的亲铁、亲硫性;二是金在地壳深部或幔源层上部丰度值高于表壳岩类。

根据矿石中硫同位素(δ34S)测试结果,其变化范围较窄(0.72‰～6.73‰)且成塔式分布(图2),说明硫均一程度很高,且源于地壳深部或上地幔,具岩浆源硫特征;碳同位素波动范围为-3.44‰～-4.9‰(图3),落入岩浆氧化态碳和岩浆成因碳酸盐同位素范围内,反映含矿热液主要来源于岩浆岩;铷、锶同位素测试结果也反映本区含矿热液为源于上地幔岩浆分异的产物。李福喜等(1992)对区内金矿石中黄铁矿的微量元素研究表明,本区金矿化与岩浆关系密切。

图2 黄陵背斜核部金矿硫同位素组成图解Fig.2 Diagram of sulfur isotope of gold deposit of Huangling anticline core1.黄铁矿;2.黄铜矿;3.方铅矿;4.闪锌矿。

综上所述,本区金矿成矿物质为源于深部岩浆分异的产物,后期构造及变质作用产生的热液活动,从围岩中萃取微量成矿元素,对金矿的形成影响甚微。

图3 黄陵背斜核部金矿碳同位素组成图解Fig.3 Diagram of carbon isotope of gold deposit of Huangling anticline core

4.2 成矿流体

本区金矿的成矿流体主要源于岩浆活动、区域变形变质作用、大气降水和地热梯度,其中以岩浆热液活动为主。

本区岩浆活动具有多旋回和多阶段性,总体演化趋势是超基性—基性—中酸性岩,成因类型属幔源、壳—幔源。岩浆活动对区内金矿的形成主要有两个方面的作用：①提供成矿物质,根据区内金矿同位素组成特征,成矿物质与幔源、壳—幔源岩浆岩有关,特别是晚元古代中酸性岩浆岩与金矿关系最为密切;②提供矿液运移载体,壳幔源岩浆在上侵及冷却过程中,释放大量的水和热,构成岩浆期后含矿热液体系,在应力梯度和化学梯度驱动下,在循环交代过程中,从围岩攫取部分成矿物质,共同组成成矿流体,并运移至有利的成矿空间形成初始矿源体。

通过对区内金矿包裹体的氢氧同位素测试,反映本区北部金矿成矿热液主源于岩浆,但有部分变质水和大气降水的加入。构成新的含矿流体热液循环系统,并改变含矿流体的物理化学环境,从而导致载金矿物脱离流体,形成金矿(化)体。

4.3 成矿温度

据宜昌地质矿产研究所对本区含金脉体石英包裹体均一温度的测定,黄陵背斜北部变质区金矿成矿温度在120～330 ℃之间,另据黄铁矿爆裂法测定温度为181～219 ℃;背斜南部产于花岗岩中的金矿成矿温度在150～365 ℃之间,反映本区金矿属中低温型。

4.4 成矿时间

根据本区北部变质区含金石英脉铅同位素模式年龄值为1 492.3～1 748.3 Ma,中部花岗岩区(板仓河)含金石英脉铅同位素模式年龄值为1 450.35～1 491.28 Ma,远大于矿体围岩(黄陵花岗岩基)的侵位年龄;另据含金石英脉石英包裹体测定,北部变质区Rb—Sr等时线年龄值为(796±22)Ma,南部花岗岩区(板仓河)Rb—Sr等时线年龄值为(782±27)Ma,大体与黄陵花岗岩基晚期侵入时限相当[2，4]。

上述测试数据表明,铅同位素在不同成矿期具有继承性,同时也反映本区金矿源初始形成的时限,由此可以推断本区金矿初始形成于扬子(晋宁)旋回阶段神农(四堡)期末的构造运动,至花山(雪峰)构造运动阶段,岩浆期后矿化热液叠加、活化,最终形成金矿(化)体或金矿化蚀变体。

4.5 容矿空间

本区金矿形成时期的古构造格架主要经扬子(晋宁)旋回的神农(四堡)、花山(雪峰)两次构造运动所铸就,总体表现为古北西向构造带为主体,叠加古北东向构造带的复合格架。古北西向构造带主要由北西向复式褶皱及韧性—脆性剪切带和压扭性断裂带组成;古北东向构造带主要由北东向压扭性断裂带及北东向褶皱组成。构造带早期以褶皱变形和韧性变形为主,晚期以脆性变形为主。这些古构造既是金矿的导矿构造,也是金矿的容矿构造,特别是深源韧性剪切带是区内含矿流体的枢纽通道,如雾渡河、板仓河剪切带。

与区域地质构造事件相对应,对本区金矿起控制作用的北西向剪切带具多期次、多阶段的活动特点,前期表现为韧性断裂,后期表现为脆性错位。这一构造活动特点对金矿的形成影响重大,在构造处于韧性变形阶段,孕育强大的能量,致使深部成矿有用物质产生活化、分异,在动力强度超出岩石静压强度时,含矿流体在温压作用下,沿韧性带上移侵位,当后期剪切带产生脆性错位时,在剪切带及两侧次级断裂构造带形成具定向性的藕合空间,构造应力至此得以释放,含矿流体受温度、压力的影响,在构造热液及地下水的渗合下,其物化性能发生改变,载金矿物如石英、黄铁矿、黄铜矿等从含矿热液中分异出来,形成含金石英脉体,在构造带两侧,含矿热液或交代围岩,形成含金蚀变岩带。

4.6 成矿动力学机制

已有资料证实,深部流体的量是非常巨大的,且处于高温高压超临界状态(大于H2O的临界温度374 ℃),温度几百至1 000多摄氏度,压力几千至几万巴(1巴=105Pa),因此蕴涵着巨大的能量,金矿的形成即是在深部流体参与下完成的[9]。

本区金矿是由扬子(晋宁)旋回神农(四堡)期末—花山(雪峰)期的花岗热液岩浆成矿作用形成的。中元古代时期,黄陵背斜处于优地槽活动期,在强大的俯冲作用下,裂陷不断加深,中酸性—基性火山喷溢活动增强,深部含金流体循环速度加快,受温度压力变化的影响,金元素不断活化和沉淀,成为本区金矿的初始矿源层。

中元古代末期的神农运动使得本区优地槽褶皱回返,形成北西向、北东向两组韧—脆性剪切带,在强烈的区域变质及热动力变质作用下,使得先期形成的初始矿源层中的金元素活化和迁移,并发生金矿化初步富集作用。特别是雾渡河、板仓河、马滑沟等韧性剪切带的强烈剪切作用,使金元素活化富集于韧性剪切带中。

新元古代(花山期),本区继续隆升,并伴有花岗岩浆活动,在岩浆热液作用及热动力变质作用下,发生工业矿化富集成矿作用。这一作用过程是长期的,且有浅部下渗富水流体的参与,浅部流体的作用主要在于改变深部上升含矿硫体的物化环境,主要表现在流体酸碱度及流体密度变化,当含矿流体密度降低,且由偏酸性逐渐演变成偏碱性;相对封闭的脆张性剪切断裂带及裂隙构造为含矿流体的最终聚集不仅提供了空间,同时对含矿流体的继续运移起到阻隔作用;伴随着晚期硅化、碳酸盐化,载金矿物——黄铁矿、黄铜矿及多金属硫化物矿从流体中析出,形成脉状、网脉状、透镜状矿体;或与构造带两侧围岩发生交代,形成硅化、黄铁绢英岩化蚀变岩型金矿。

4.7 矿床成因类型

综上所述,黄陵背斜金矿成矿物质来源于上地幔岩浆分异,含矿流体沿深源韧性剪切构造上移,后期叠加脆性剪切破碎带或剪切带两侧同生次级断裂、裂隙带,当物化环境发生改变,载金矿物与含矿热液发生分异,形成本区含金石英脉型金矿;同时部分含矿热液与围岩发生交代,形成蚀变岩型金矿。金矿成因类型应为中低温岩浆热液型金矿。

5 赋矿特征

黄陵地区金矿具有如下赋存特征：

(1) 金矿主要类型为石英脉型,其次为蚀变岩型。二者常赋存于同一含矿构造带中,或共同组成金矿体,但石英脉型金矿要比蚀变岩型金矿含金性好,反映含金石英脉优先富集的特征。

(2) 金矿主要受北西向韧—脆性剪切带的控制,金矿(化)体多呈透镜状、网脉状以平行或雁行斜列式产出于深断裂带及其旁侧的次级构造带中,含矿率及矿体规模与含矿构造带的规模相匹配。当含矿热液在变质热液及地表水的渗合下,沿构造带两侧交代围岩,则形成蚀变岩型金矿。含金剪切带一般具有多期活动,而且剪切带演化越长久,流体循环次数越多,成矿作用越好[10]。

(3) 矿体沿构造带倾向延伸长度大于平面走向延伸长度;矿体沿走向及倾向均有尖灭再现的特点,矿体之间的间距大体具有等距性。

(4) 主要载金矿物为石英、黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿等,矿物组合越丰富,预示其含金性越好。金的产出形式主要是微粒金,仅少数呈分散游离状态,金粒常为显微裂隙金、包裹金、粒隙金形式出现。

(5) 矿脉两侧围岩常有强硅化及绢云母化、绿泥石化、黄铁(铜)矿化、碳酸盐化。

6 结语

通过分析黄陵背斜金矿成因及赋矿特征,显示出黄陵地区具有较好的成矿条件。新元古代(花山期),本区岩浆活动、变质作用及混合岩化强烈,为含矿流体的形成和运移提供了物化环境及时间、空间保障,特别是成矿期间形成的北西向韧—脆性剪切构造为金矿的形成提供了良好的导矿及容矿空间。毫无疑问,含金破碎带与具深源性质的韧性剪切带之间具空间上的贯通联系,自地表至交切点之间距离在数十米至上千米,根据本区金矿的成矿特点,在含金破碎带的深部仍有赋存金矿的可能性,可为开展本区深部找矿提供进一步工作的依据。

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(责任编辑：于继红)

LIU Shengde1, YANG Chuanjin2, LI Fanghui1, LIAO Zongming1, ZHANG Quanxu1, CHEN Cheng1
(1.SeventhGeologicalBrigadeofHubeiGeologicalBureau,Yichang,Hubei443100; 2.XingshanBureauofLandandResources,Xingshan,Hubei443700)

Cause and Ore-bearing Characteristics of Gold Deposit in Xiangxi-Western Hubei Metallogenic Belt of Huangling Anticline

Since the 1960s,the discovery of gold in Xiangxi-Western Hubei metallogenic belt of Huangling anticline，has not yet made prospecting breakthrough.The main reason is the lack of knowledge on the area of gold deposit genesis.The paper expounds regional geological background,regional gold deposit features and control effect of deformation structure to gold deposit,discusses the causes and characteristics of ore bearing,and provides reference for deep prospecting work.

Huangling anticline; gold deposit; cause; ore-bearing characteristics

2014-05-27;改回日期:2015-01-06

刘圣德(1969-),男,高级工程师,地质矿产专业，从事地质矿产勘查工作。E-mail：284782866@qq.com

P618.51

A

1671-1211(2015)02-0150-05

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20150204.1044.002.html 数字出版日期:2015-02-04 10:44