新疆若羌喀腊达坂铅锌矿床S同位素特征及找矿预测

2018-03-16 03:39樊献科王爱国叶现韬鲍晓明
金属矿山 2018年2期
关键词:阿尔金达坂铅锌矿

武 彬 樊献科 王爱国 叶现韬 鲍晓明 倪 康

(1.中国地质调查局南京地质调查中心,江苏 南京 210016;2.河海大学海洋学院,江苏 南京 210098;3.福建省闽西地质大队,福建 厦门 361000)

喀腊达坂铅锌矿为近年来新疆阿尔金山脉东段喀腊大湾地区新发现的大型矿床,在该地区还发现有喀腊大湾西铅锌矿、喀腊达坂西铅锌矿、喀腊大湾铁矿、万荣铁矿、阿北银铅矿、白尖山铁矿等,该区为阿尔金东段的重要矿集区[1-2]。1999—2003年,新疆地质调查院第一、二区调队在喀腊大湾地区进行了异常查证工作,首次在拉配泉组第三岩性段浅变质岩中发现了铅锌矿化,并确定了喀腊达坂矿化点,圈定了相关矿化蚀变带和铅锌矿体。由于矿床位于罗布泊东侧无人区,无淡水,开展野外工作较为困难,因此,该矿化点自发现至今工作程度仍较低。近年来,部分学者初步对阿尔金北缘区域铜铅锌多金属成矿带的基本特征和成因进行了分析[3-8],并对同一矿化带上西侧的喀腊大湾西铅锌矿、喀腊大湾铜锌矿进行了研究,认为区域矿床属于海底喷流型沉积成因矿床[6]、与海相火山作用有关的喷气—喷流型硫化物矿床[9]、沉积变质—热液改造型矿床[10]、火山成因块状硫化物型铅锌矿床等[1,3,11-13]。本研究通过对喀拉达坂铅锌矿矿化蚀变类型进行划分和分析,发现该矿床内存在的所有矿化蚀变类型、空间展布及其相互关系均与成岩后的断裂作用有关,结合S同位素测试分析结果,确认该矿床为受断裂构造控制的中低温热液型矿床。据此,通过开展找矿预测及工程验证工作,截至2016年底,该矿床控制规模已由中型增加至大型,其中富矿资源量占比达50%以上。本研究结合区内相关地质工作成果,对矿床地质特征、矿床成因进行详细分析,并对找矿预测模型进行构建,结合找矿验证成果对矿区找矿前景进行探讨。

1 区域成矿地质背景

喀腊达坂铅锌矿床位于阿尔金山东段,NE向阿尔金走滑断裂北侧与EW向阿尔金北缘断裂夹持的区域内,北接塔里木盆地,南临柴达木盆地(图1),为塔里木板块之塔里木古陆缘地块的红柳沟—拉配泉奥陶纪裂谷带[12,14-15]。矿区在矿产区划上隶属于阿尔金金、铜、镍及多金属、铁、稀有和稀土元素成矿带中的红柳沟—拉配泉金、铜及多金属、铁成矿亚带[16-17]。

区域内出露的地层主要有太古界米兰岩群达格拉格布拉克组(Ardg)、下古生界上寒武统斯米尔布拉克组(∈3s)、晚寒武世拉配泉组(∈3l)、石炭纪上石炭统因格布拉克组(C3y)、古近系渐新统下干柴沟组(E3g)、新近系中新统上干柴沟组(N1g)、中新统下油砂山组(N1y)和第四系(Q)[15-16](图2)。

图1 阿尔金地区大地构造位置[13]Fig.1 Tectonic location of Altyn area

区域断裂主要有阿尔金北缘断裂、喀腊达坂断裂和白尖山断裂(图2)[12-18],呈近EW走向,总体向N倾斜,由主断裂和旁侧次级断裂组成,控制晚寒武世岛弧火山岩、早奥陶世岛弧侵入岩、早志留世侵入岩以及石炭系地层的分布。近年来钻探工程显示,在达坂矿床内,喀拉达坂断裂带逆冲推覆至新生代地层之上,表明上述区域断裂带经历了多期、复杂的构造演化,是阿尔金地区重要的导岩断裂带。区域侵入岩较发育,主要为加里东岛弧钙碱性双峰式侵入岩和少量加里东造山后伸展背景的高钾钙碱性侵入岩,岩性从基性—中性—酸性侵入岩均有出露(图2)。区域火山活动强烈,岩石类型为基性—酸性火山熔岩、中基性火山碎屑岩,其中,以中酸性火山熔岩为主,主要分布于阿尔金北缘断裂以南,穷塔格—喀腊达坂一线以北地区。

2 矿区地质特征

2.1 地层特征

喀腊达坂铅锌矿矿区出露地层为晚寒武世拉配泉组(∈3l)中浅变质岩系和第四系洪冲积物(Q)(图3)。喀腊达坂铅锌矿赋存于拉配泉组第二段和第三段,第二段主要为沉积岩,岩性为灰色薄层状砂岩夹深灰色灰岩和大理石透镜体;第三段主要为酸性—中酸性强蚀变火山凝灰岩、晶屑凝灰岩、流纹岩等。其中,上部为流纹岩夹黑云石英微晶片岩、绿泥石石英微晶片岩,下部为灰绿色强蚀变英安质火山凝灰岩、浅灰白色晶屑凝灰岩、灰色碎屑岩以及黄灰色蚀变凝灰岩、玄武岩、流纹岩、条带状大理岩。

2.2 矿体特征

图2 喀腊达坂铅锌矿床区域地质特征及矿产分布[12]Fig.2 Regional geological characteristics and distribution of mineral resources of Kaladaban Pb-Zn deposit

图3 喀腊达坂矿区和喀腊达坂西矿区地质特征Fig.3 Geological characteristics of Kaladaban mining area and Kaladaban west mining area

2.3 矿石特征

矿石结构为他形粒状结构,半自形—自形粒状结构、交代—充填结晶结构、碎裂结构(图5)。矿石构造以条带浸染状、条纹浸染状、星散浸染状构造为主,部分矿石具有星点状、细脉状构造。矿物组分较简单,矿石矿物为方铅矿、闪锌矿、黄铜矿,伴有黄铁矿。脉石矿物为方解石、白云石以及石英。

图4 喀腊达坂铅锌矿区勘探线剖面Fig.4 Geological exploration line profiles in Kaladaban Pb-Zn mining area

2.4 矿化蚀变特征

矿床内存在3类矿化蚀变带,分别为红褐色面状褐铁矿化蚀变带、土黄色线状构造蚀变带、浅灰色线状—透镜状重晶石蚀变带。经过综合分析,土状破碎蚀变带为区内多金属成矿阶段的产物,通过构造蚀变带填图,在矿区圈定了4条土黄色黏土化蚀变断裂带。矿床地表及浅部矿化蚀变类型主要有硅化、黄铁矿、磁铁矿化、褐铁矿化、高岭土化、绿泥石化、云英岩化、黄铁绢云岩化、重晶石化、滑石化等,局部可见孔雀石化、铜蓝、黄钾铁矾、铅矾等蚀变氧化矿物。

2.5 矿化类型

据矿化特征的差异,本研究将喀腊达坂铅锌矿床中矿化蚀变带内的矿化体划分为5种矿化类型,即细脉浸染型铅锌矿化、构造角砾岩型铅锌矿化、重晶石脉型铅锌矿化、重晶石脉型磁铁矿化以及脉状黄铁矿化。该类矿化均发育于带状破碎蚀变带内,其中发育于角砾岩中的砾间充填型铅锌矿化为矿区最重要的矿化类型(图5)。

2.6 成矿阶段

根据蚀变类型、矿化类型及其相互关系,可将喀腊达坂矿床由早至晚划分为3个主要成矿阶段。

(1)早期硫酸盐—磁铁矿化阶段。该阶段的矿物组合为重晶石、硬石膏、磁铁矿以及赤铁矿,形成于主断裂揉皱—破裂阶段,以脉状充填于片岩裂隙和揉皱虚脱空间,厚度一般为数毫米至数厘米,部分地段可达1~3 m不等。该矿化阶段在喀腊达坂矿区Ⅳ#矿带保存完整,长度可达数千米,主要表现为重晶石化。通常以重晶石角砾的形式残留于构造角砾岩型块状铅锌矿中(图5(i)),磁铁矿基本消失,硬石膏转变为石膏。

(2)中期白云母—萤石—石英—黄铁矿阶段。该阶段形成于主断裂的角砾岩化阶段早期,叠加于第一阶段形成的磁铁矿体之上,矿物组合为白云母、萤石、石英、黄铁矿,有时保留较多的磁铁矿。该阶段形成的黄铁矿化体受后期构造和流体的强烈改造而成为大小不等的黄铁矿角砾、石英黄铁矿角砾残留于角砾岩型铅锌矿体中上部。

(3)晚期绢云母—石英—黄铜矿—闪锌矿—方铅矿阶段。该阶段矿物组合主要为绢云母、萤石、石英、黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿,形成于主断裂的角砾岩化阶段,以块状砾间充填方式和细脉状裂隙充填方式分布于主断裂带角砾岩及其上部裂隙带以及重晶石脉和磁铁矿重晶石脉中,为铅锌矿的形成阶段。

3 矿床成因分析

3.1 S同位素特征

通过矿石硫化物S同位素组成的研究,有助于进一步判断矿床成矿物质来源,推断矿床中Pb、Zn等成矿元素的来源以及厘定矿床成因[19]。根据前人研究得知,在热液矿床中硫化物的S同位素组成受到成矿溶液总S同位素、氧逸度、pH、离子强度和温度的影响。因此,热液硫化物的S同位素组成不仅取决于其源区的w(34S),而且与成矿流体演化的物理条件有关。

本研究S同位素分析表明,喀腊达坂矿床主成矿期主要硫化物w(34S)为2.6‰~16.2‰(表1),S同位素组成分布见图6。由于铅锌矿石的主要金属硫化物为方铅矿、闪锌矿、黄铁矿、黄铜矿等,同时普遍见有先期形成的重晶石、石膏等硫酸盐脉角砾,因此该类矿石中硫化物的w(34S)值无法代表矿区成矿流体的S同位素组成。

图5 喀腊达坂铅锌矿矿化蚀变带及矿石特征Fig.5 Characteristics of the mineralization alteration belts and minerals in Kaladaban Pb-Zn mining area

值得注意的是,主矿带上盘网脉带型方铅矿单矿物脉的w(34S)值相对较小,为2.6‰~8‰,而与重晶石及其角砾并存的硫化物w(34S)为9‰~16‰,同一成矿阶段表现出如此明显的差异,说明前期硫酸盐对晚期硫化物的S同位素组成影响较大。因此可以粗略地将远离重晶石地段的主成矿阶段的硫化物的w(34S)值视为成矿流体的S同位素组成。考虑到重晶石在酸性还原阶段的部分溶蚀导致硫化物w(34S)值的升高效应,因此原始流体中的w(34S)值会更低,故而喀腊达坂矿床铅锌矿阶段成矿流体的w(34S)值大致为2.6‰~7.7‰,甚至小于2.6‰,即铅锌矿成矿阶段成矿流体的S同位素组成具有深源岩浆硫的特征。

3.2 成矿地质体特征

喀腊达坂铅锌矿床内接触热变质作用强烈,但地表未见能引起热接触蚀变的岩体,故而推测有隐伏岩体存在,并于ZK5705孔中发现了隐伏岩体。该岩体位于喀腊达坂铅锌矿区Ⅰ-3#破碎带下盘(图3),岩性为浅灰色斜长花岗斑岩,微细粒斑状结构,斑晶为斜长石(图7(a)),基质为半自形—他形斜长石、石英、钾长石、少量黑云母,黑云母明显受到晚期交代,形成不规则边缘(图7(b))。岩芯中钾长石化明显,部分已转变为钾长花岗岩,部分钾长石—石英团块内见有少量闪锌矿。该岩体晚期发育裂隙状碳酸盐化(图7(c))。通过LA-ICPMS锆石U-Pb定年获得该岩体的年龄为439.9 Ma。此外,在喀腊达坂铅锌矿区Ⅰ-4#带下盘地表也见有一处面积不足20 m2的微细粒花岗岩,发育强烈的网脉状、团块状硅质团块(图7(d))。由此推测喀腊达坂铅锌矿区的成矿作用与隐伏岩体的岩浆作用密切相关。

表1 铅锌矿化阶段部分硫化物的S同位素组成Table 1 S isotopic compositions of some sulphides samples in Pb-Zn mineralization stage

图6 喀拉达坂铅锌矿硫化物S同位素组成分布Fig.6 Distribution of S isotopes of sulphides in Kaladaban Pb-Zn Deposit

3.3 控矿因素

喀腊达坂铅锌矿的主要控矿因素为:①喀腊达坂区域性导岩导矿断裂带,区域构造背景研究表明,该断裂带形成于加里东碰撞造山阶段,在造山后伸展阶段,发生了中酸性高钾钙碱性岩浆侵入作用和流体蚀变作用,锆石年代学显示岩浆侵入时代为430~440 Ma[20-22];②成矿岩体及其接触热变质作用,矿化较好地段常发育高温热变质作用,形成石榴石—透辉石—斧石—硅灰石—透闪石—金云母—阳起石—白云母等变质矿物;③易于流体交代的钙质岩系或基性火山岩系,矿区已有成矿部位的矿层露头及镜下观察表明,发育于第二岩性段的钙质岩系或第一岩性段的基性火山岩系部位的破碎蚀变带中,矿体厚度较大、品位较高;④发育早期氧化阶段的重晶石化—磁铁矿化和晚期还原阶段的云英岩化—绢英岩化—硫化物化的矿化蚀变作用,蚀变岩石发育于NW西向断裂带内,厚度为1~5 m,具有垂向分带性,上部为早期形成的磁铁矿—重晶石脉,中上部为中期形成的黄铁矿—白云母—萤石—石英,中下部为晚期砾间充填型铅锌矿—绢云母—石英,其中晚期砾间充填型铅锌矿体上部分布有裂隙充填型网脉状铅锌矿。

图7 喀腊达坂矿区成矿岩体岩相学特征Fig.7 Petrographic characteristics of metallogenic rock mass in Kaladaban ming areaPl—斜长石,Kfs—钾长石,Bi—黑云母,Cal—碳酸盐化,Ser—钾长石化,Qtz—绢英岩化

3.4 矿床成因

矿区控矿构造、热变质作用以及蚀变垂向分带特征分析表明,区内成矿特征与隐伏岩体热液及流体作用有关,水平上以主破碎带为中心向外呈带状分带,即主破碎带为热液蚀变带,两侧围岩为接触热和交代变质带。热液蚀变带内经历了自上而下的早期高温氧化环境的硫酸盐阶段和中晚期的中—中低温还原环境的硫化物阶段,在中低温主成矿阶段还出现了上部绢英岩化—硅化和深部钾长石化的垂向分带特征。酸性、高温硫酸盐阶段形成磁铁矿,中温阶段还原阶段形成聚斑状交代成因的黄铁矿,铅锌矿化主要发生于酸性、中低温还原环境下的绢英岩化—硅化带中。

矿区成矿作用发生于主破碎蚀变带中,主破碎带经历了早期塑性阶段韧性变形和中、晚期脆性阶段角砾岩化和裂隙化作用,前者形成了以揉皱—劈理化带为特征的韧脆性剪切带,与围岩中以片理出现为特征的第二阶段热流交代作用的形成机制相似;后者是在前者的基础上叠加了脆性变形,形成了早期破碎带和后期角砾岩带及其上盘裂隙带。其中与重晶石伴生的磁铁矿形成于早期揉皱—劈理化阶段,以脉状充填形式为特征;黄铁矿化和铅锌矿形成于晚期角砾岩化和裂隙化阶段,以渗滤充填、裂隙充填和胶结充填等形式为特征。

矿区流体包裹体和H、O同位素研究表明,铅锌矿化阶段的流体为中低温热液流体,可能来源于岩浆作用于晚期含矿热液和大气降水的混合,且大气降水混合的比例相对于早期硫酸盐—磁铁矿化阶段、中期白云母—萤石—石英—黄铁矿阶段有所增加。成矿流体运移至构造破碎带,由于压力迅速降低,流体发生降压沸腾,络合物状态失稳,在构造有利部位发生沉淀成矿。本研究综合分析认为喀腊达坂铅锌矿床应为后期受构造控制、与中酸性岩浆侵入作用有关的岩浆晚期中低温热液型矿床,其成矿时代非早古生代中期(约500~510 Ma),应为早志留世早期。

4 找矿预测

4.1 找矿预测模型

依据导岩构造、容矿空间、矿化类型和分布以及成矿地质体的特征,构建了喀腊达坂铅锌矿床的成矿模型(图8)。

图8 喀腊达坂铅锌矿床找矿模型Fig.8 Prospecting model of Kaladaban Pb-Zn deposit

矿区脉状铅锌矿体主要产于隐伏岩体顶部及其上盘断裂带内。岩浆沿喀腊达坂断裂带及其分支系统上侵,在岩浆侵位及其流体出溶阶段派生出容矿断裂系统,其中主成矿断裂可能为成矿前断裂的再活动,分支断裂属于成矿期同生断裂,矿化类型为角砾岩带砾间充填型及其上盘裂隙带中的裂隙充填型。达坂矿区Ⅰ-4#矿带以及达坂西矿区7#~8#南矿带地表分布的重晶石—磁铁矿脉或重晶石—铅锌矿脉属于矿体头部,铅锌矿的主矿化作用位于其下方。矿区成矿作用的发生强弱与所处地段钙质岩系或基性火山岩系的发育程度有关,发育程度高,有利于成矿流体交代,矿化强度大,即钙质—硅泥质地层单元与中基性火山岩单元有利于成矿。依据确定的成矿作用与成矿事件,推测在屏蔽条件较好的隐伏岩体顶部可能存在斑岩型或矽卡岩型多金属矿床。

4.2 找矿效果

5 结 语

结合取样分析结果,对新疆喀腊达坂铅锌矿S同位素特征进行了分析,认为该矿主成矿期主要硫化物w(34S)大致为2.6‰~7.7‰,甚至小于2.6‰,指示S同位素具有深源岩浆硫特征。通过进一步分析矿区矿化蚀变特征、控矿因素及成矿地质体特征,认为矿床为受构造控制、与中酸性岩浆侵入作用有关的岩浆晚期中低温热液型矿床,成矿时代应为早志留世早期。结合上述分析,构建了矿区找矿模型并用于指导找矿实践,在矿区及其外围共圈定了5个主隐伏矿体,Pb+Zn资源量较可观,为矿区后续工作开展提供了可靠依据。

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