苏水生
(中国地质大学,武汉,430074;福建省闽西地质大队,三明,365001)
紫金山—悦洋地区发现紫金山特大型铜金矿床、悦洋大型银多金属矿床、罗卜岭大型铜钼矿床,及五子骑龙、龙江亭、二庙沟、仙师岩、中寮、浸铜湖等一批中小型铜(金)矿床。这些矿床(点)主要与燕山晚期中酸性-次火山斑岩有关,贮矿围岩主要为燕山早期花岗岩,构成了斑岩型铜钼矿床(罗卜岭)、中低温热液型银多金属矿床(悦洋)和铜矿床(五子骑龙、二庙沟、浸铜湖等)、高硫浅成低温热液型铜金矿床(紫金山)等一个较完整的成矿系列。笔者在以往地质勘查和科研成果综合研究的基础上,通过对悦洋大型银多金属矿控矿构造研究,进一步完善紫金山的成矿模式,为研究区下一步的地质工作提供理论依据。
研究区由悦洋矿区东矿段、西矿段及青径矿区羊坡塘矿段与何屋矿区组成,位于华夏地块南武夷晚古生代坳陷区明溪—武平坳陷带,北西向云霄—上杭深断裂带北西段与北东向上杭—屏南活动断裂带[1]交会部位,处于北东向华力西-印支期宣和复背斜南西倾伏端,上杭盆地北部。在地质构造发展史上,经历加里东期、华力西-印支期、燕山期和喜马拉雅期4个构造-岩浆活动旋回及其对应的构造层、岩浆岩等(1)福建省闽西地质大队,紫金山铜金矿床成矿模式研究,1992。(2)福建省闽西地质大队,福建紫金山铜金矿田成矿系列及找矿靶区优选,1994。。
研究区出露前石炭纪地层、早白垩世黄坑组和寨下组、晚白垩世沙县组和崇安组及第四系。前者为盆地基底,其余为盆地盖层(图1)。
图1 武平悦洋银多金属矿地质略图Fig.1 Geological sketch of the Wuping-Yueyang silver polymetallic ore1—第四系;2—崇安组;3—沙县组;4—寨下组上段;5—寨下组下段;6—黄坑组上段;7—黄坑组下段;8—天瓦岽组;9—楼子坝组;10—细粒花岗岩;11—中细粒花岗岩;12—中粗-粗粒黑云母二长花岗岩;13—英安玢岩;14——次流纹斑岩;15—次石英斑岩;16—次英安岩;17—次英安质凝灰岩;18—次粗安岩;19—次角闪安山-粗安岩;20—次碳酸盐;21—次闪长岩;22—次石英闪长岩;23—次辉长闪长岩;24—次粗面玄武岩,25—隐爆岩;26—震碎带;27—实推测地质界线;28—实、推测不整合界线;29—实、推测断层;30—见金矿/银矿钻孔;31—见铜矿/未见矿钻孔;32—地层及流面产状;33—背斜/向斜轴;34—推测火山作用中心;35—同位素年龄样号/年龄(Ma);36—矿区范围
区内火山岩地层为黄坑组和寨下组。火山岩相有爆发相,以空落堆积相凝灰岩为主,崩落相,以集块岩、角砾岩为主;爆溢相,主要位于火山机构外侧;喷溢相,主要为黄坑组上段粗面岩、粗安岩;侵出溢流相如寨下组上段球粒流纹岩;火山通道相,即充填于火山通道中的集块角砾岩、集块角砾熔岩、次英安玢岩、次流纹斑岩等;喷发-沉积相,为黄坑组第一段和寨下组第一段;潜火山岩相等。其中火山通道相附近隐爆角砾岩与浅成低温热液型铜金矿关系最为密切,而隐爆角砾岩、潜火山岩与浅成中低温热液银多金属矿关系密切。
广泛分布研究区的是具多脉动次的燕山早期紫金山复式花岗岩体,晚期形成了一套中酸性火山-侵入岩体,侵入早期复式花岗岩体之中,根据接触关系和同位素年龄,可划分为2个亚期、5个活动次(表1)。区内岩浆岩属于燕山期构造-岩浆活动产物。其中燕山早期花岗岩为上地壳重熔S型花岗岩,其中γ52(3)c、γ52(3)d属于强烈交代蚀变型花岗岩[2],因岩石可能遭受强烈的风化蚀变作用,部分岩石化学数据已无指示意义。
表1 紫金山Cu、Au矿田岩浆岩地质特征
前人对紫金山复式岩体之间的互相接触关系已在野外工作中解决,即金龙桥岩体侵入于五龙子岩体,五龙子岩体侵入于迳美岩体,但此前岩体的测年结果却与此关系相矛盾,如迳美岩体Rb-Sr法的测年(145±12)Ma小于五龙子岩体锆石U-Pb法测年(157+18)Ma,通过此次工作(表2),结合前人的测年结果,认为紫金山复式岩体的各自锆石U-Pb法测年的年龄迳美岩体(167.15±0.86)Ma、五龙子岩体(152.4±1.4)Ma、金龙桥岩体(145.3±1.5)Ma。
此次研究还选择与成矿密切的次流纹斑岩进行锆石U-Pb法测年,结果为(100.6±1.5)Ma,比成矿年龄(94.7±2.3)~(91.47±0.39)Ma早2~11 Ma,二者前后基本吻合。
表2 研究区同位素测年成果
区内褶皱不发育,除在北部边缘及外围的楼子坝组中,见有区域性基底的紧密褶皱外,其余均是白垩纪沉积盆地盖层;区内断裂发育,主要为北西向和北东向2组断裂,其次为北北西-北北东向断裂,断裂具多次活动特点。
区内围岩蚀变作用强烈,种类繁多,在基底花岗岩中主要有绢(水)云母化、硅化、金属硫化物矿化、高岭石化,其次有绿泥石化、碳酸盐化、叶蜡石化、萤石化,少量重晶石化、地开石化、冰长石化。蚀变分带极不明显,但总体上仍存在张德全等[3]和林全胜[4]的从矿床下部往上部分为绢云母化带(银铜)→硅化+冰长石化带(银金)→水云母+地开石化带→碳酸盐化带共4个蚀变分带。其中银(金)或金(银)矿化与强硅化关系极为密切,铜矿化与硅化和黄铁绢英岩化关系密切。
2.1.1 褶皱
区内褶皱不发育,除北部边缘及外围楼子坝组中见区域性基底的紧密褶皱外,其余均是白垩纪沉积盆地盖层,其整体走向北西,倾向南西,倾角平缓。
2.1.2 断裂
区内断裂发育,主要为北西向和北东向2组,其次为北北西-北北东向断裂,此外,近东西向断裂也有出露。
北西向断裂:北西向断裂在区内十分发育,属于上杭—云霄深断裂(Ⅰ级)西北段梯子岭断裂、悦洋—古石背断裂(Ⅱ级)等派生的低级别、低序次断裂(Ⅲ级),地表上成组平行分布在北坑里至雁子坑一带(为成矿期-成矿期后断裂,前期导矿,后期破矿),其总体走向305°~325°,倾向以南西为主,倾角50°~70°,自东北往西南呈梯级下降;少量倾向北东,形成地垒-地堑。此组断裂自梯子岭往东北方向的发育强度、规模、密度呈逐渐减弱趋势,其力学性质以张性为主,兼有张扭和压扭性质。
北东(东)向断裂:此组断裂包括北东向和北东东向2组断裂,属于北东向宣和复式背斜轴向断裂。由于宣和复式背斜轴部先产生轴向张性断裂,之后发展为以压或压扭为主的断裂组,其西南端伴随北西向上杭断陷盆地下落往下倾斜,并被之后形成的火山-沉积盖层覆盖,此组断裂的活动强度到了晚期已大为减弱。
2.1.3 推(滑)覆构造
图2 何屋矿区铜多金属矿97线地质剖面图Fig.2 Diagram showing the geological profile in the No.97 exploration line in the Hewu copper deposit1—沙县组;2—寨下组上段;3—寨下组下段;4—黄坑组上段;5—中细粒花岗岩;6—二长花岗岩;7—石英斑岩;8—不整合界线及实、推测地质界线;9—实、推测滑覆断层;10—铜银金矿体及编号;11—低品位铜银金矿体及编号;12—完工钻孔
滑覆构造:紫金山复式岩体中普遍发育,以滑覆(或滑脱)[5]断裂为主,并伴有裂隙密集带、层间蚀变破碎带,其特征与矿体相近,主要呈隐伏状态,零星出露于研究区的东部,在二庙沟铜矿区(3)福建省第八地质大队,福建省上杭县二庙沟铜矿区普查地质报告,1994。表现为F3和F4,均为硅化碎裂带,呈北西走向,带内裂隙发育、密集成带,局部可见团块状,不规则脉状黄铁矿和不规则状的构造角砾岩,具碎裂特征,该碎裂带具多次活动的特点,其性质为先张后压,多期次的构造活动造成该碎裂带及其两侧岩石中形成较多破碎空间,被多金属硫化物充填,在有利部位富集成矿。隐伏的滑覆断裂密集成带,断裂带宽50~260 m;总体呈北西走向,延伸长大于3 km,倾向南西,局部倾向北东,倾角5°~30°,总体具有上陡下缓特征(图2);而且呈现自东北往西南方向,即龙江亭往悦洋至羊坡塘,其产出标高逐渐降低,其贮存深度逐渐变深的特点;主要贮存于五龙子岩体和 金龙桥岩体,少量贮存于迳美岩体顶部。该断裂为成矿前至成矿期断裂,为贮矿断裂,严格控制矿体的产出形态,断裂带的岩(矿)石具有不同程度的碎裂,并具不同程度的硅化、绢云母化;硅化越强,矿化也越强;常呈角砾岩,局部形成碎粒碎斑岩。
推覆构造:根据何屋矿区钻孔资料(4)福建省地质调查研究院,福建省武平县何屋矿区铜多金属矿普查报告,2016。,6个钻孔有3个在中细粒花岗岩之下控制到火山岩,造成何屋矿区的岩层重复,是燕山期推覆断裂引起(图3)。区域上印支期明溪—上杭推覆构造带明显遭受了燕山期强烈改造作用,造成一系列北东走向、倾向南东、自东向西推覆的逆冲推覆构造及相关的一些反冲断层。
图3 何屋矿区铜多金属矿65线地质剖面图Fig.3 Diagram showing the geological profile in the No.65 exploration line in the Hewu copper polymetallic deposit1-沙县组;2—寨下组上段;3—寨下组下段;4—中细粒花岗岩;5—中粗-粗粒黑云母二长花岗岩;6—次流纹斑岩;7—实、推测不整合界线/实、推测地质界线;8—推测推覆断层;9—实、推测银矿体;10—铜矿体;11—锌矿体/低品位锌矿体;12—低品位铅矿体;13—铅锌矿体;14—钻孔
2.1.4 火山构造
区内次火山侵入活动频繁,火山作用强烈,形成了规模不一的火山构造。根据地质资料,预测在区内存在岭头—石北坑西、金狮寨—潭溪里、二庙沟3个古火山构造及相当发育的次火山侵入-隐爆岩体。
区内火山通道、断裂是火山气液活动的有利部位,也是储矿的有利部位,由于火山气液对围岩交代作用,促使成矿物质活化迁移、富集、沉淀形成矿(化)体。其中,中基性火山、潜火山晚期相伴火山热液型金、铜、银、铅、锌成矿;酸性火山晚期相伴铀成矿。矿床组合齐全,规模较大,构成有远景的火山热液金铜银铀成矿[6]。
2.1.5 地质体界面特征
与成矿有关的地质体界面主要划分为3种。
(1)区内构造燕山早期花岗岩与楼子坝组界面呈不规则的侵入接触,但接触面不清晰,呈渐变关系,界面及其附近不成矿。
(2)燕山早期花岗岩体分为迳美、五龙子和金龙桥岩体,内部界面由于接触部位全部发育有强硅化带,未见岩体的直接接触界线,但在接触界面及其附近常形成矿体。
(3)盖层与燕山早期花岗岩二者呈喷发不整合接触,界面还存在古风化壳,界面不成矿,但靠近界面的花岗岩常形成矿体。
在210 Ma左右,区内上元古界至上三叠统,因印支期造山运动使区内滑覆断裂发育(图4-A)。燕山早期造山运动(170~40 Ma前),沿着北西向的上杭—云霄断裂带形成了武平—永定复式大花岗岩基,在大岩基东北侧的花岗岩浆沿着宣和复背斜西南段倾伏端的轴部虚脱构造“层”空间,自西南往东北方向侵入,形成了倾向南西的层状、似层状并夹有变质岩的“舌”状花岗岩体。随着燕山运动强度不断加强,导致花岗岩中滑覆断裂发育(图4-B),并在燕山运动晚期(140~90 Ma前)沿着上杭梯子岭断裂、悦洋—古石背断裂发生中酸性及酸性岩浆上侵,形成了相应小岩基、岩株等岩体,以及在紫金山等古火山口发生火山喷发-次火山侵入和隐爆作用。在盆地底部见少量玄武岩、玄武安山岩,形成了一套以酸性岩石为主不对称双峰式火山岩组合(黄坑组上部为一套碱性-钙碱性系列玄武安山岩-粗面岩-安山岩组合,火山岩SiO2为53.65%~72.02%, (K2O+ Na2O)含量为5.74%~12.37% ,出现SiO2为55%~63%的小间断[7]。其中94~105 Ma的含矿母岩(如英安玢岩、隐爆角砾岩、次流纹斑岩等)侵入,在火山岩顶盖的密闭条件下形成了悦洋银多金属矿体(当时刚形成的火山岩因裂隙少且小,矿液难以充填形成矿体),喜山期地壳上升,顶界的矿体遭受剥失,花岗岩中的矿体得以保存,形成现在的模式(图4-C)。
图4 悦洋银多金属矿控矿构造演化图Fig.4 Ore-controlled tectonic evolution map of Yueyang silver polymetallic deposit1—第四系/沙县组;2—寨下组上段/下段;3—黄坑组上段/下段;4—中三叠统/下三叠统;5—上二叠统/中二叠统;6—下二叠统/上石炭统;7—下石炭统/上泥盆统;8—寒武系—奥陶系/新元古界;9—细粒花岗岩;10—中细粒花岗岩;11—中粗-粗粒黑云母二长花岗岩;12—次流纹斑岩;13—角闪安山-粗安岩;14—强硅化带/实、推测硅化细脉;15—主矿体/次矿体;16—不整合界线/实、推测地质界线;17—实、推测断层/推测滑脱断层;18—导矿构造矿液流动方向/配矿构造矿液流动方向;19—雨水下渗萃取矿物质方向/储矿构造矿液流动方向
2.2.1 形成条件及空间变化
据紫金山铜金矿床成矿模式研究(5)福建省闽西地质大队,紫金山铜金矿床成矿模式研究,1992。:区内构造活动主要发生在燕山构造旋回,燕山早期以北东向构造为主,具压扭性特征,使早期岩体碎裂,普遍具碎裂构造。据统计,花岗岩中的平均显微裂隙为100条/m,隐爆角砾岩12条/m,且分布不均,英安玢岩小于7条/m,表明次火山岩侵入之前,具有强烈挤压构造活动,这期构造活动为后来的次火山岩的侵入和热液成矿作用创造了有利条件,是花岗岩成为贮矿围岩的重要因素。根据花岗岩中平面的“X”剪节理进行应力分析,表明这一时期主压应力以北西向为主,并有从北西西向北西转变的特点,轴向南东倾斜。燕山晚期,受上杭—云霄深断裂影响,北西向构造成为区内主要构造,与北西向构造复合部位形成火山活动的中心,在早阶段,北西向构造主要具压扭性特点,主压应力轴走向北东,并向南西倾斜(6)福建省闽西地质大队,福建省上杭县紫金山地区金矿的研究及远景评价,1989。,该主压力轴在剖面上可分解为上盘向南西推移的扭力偶,上盘呈右行斜冲,与之伴生的有近于直立的北东向张扭性断裂,这一阶段的构造对次火山侵入作用、早期的蚀变作用有明显的控制,并使黄铁矿等碎裂,晚期硫化物沿其碎裂纹和碎粒间交代、充填形成网脉状构造,晚阶段上杭—云霄深断裂发生拉张作用,上杭盆地陷落,并形成一套高钾碱性岩类,区内北西构造的拉张作用为大量脉状角砾岩、矿液充填创造条件。
2.2.2 构造与蚀变矿化的关系
构造控制了区内的蚀变矿化,从何屋钻孔、悦洋(紫金矿业)生产硐和地表采集的33件银矿石样及38件花岗岩围岩光薄片鉴定结果,结合其所在位置的样品化学分析结果可知碎裂、蚀变与矿化关系。①矿石都具不同程度的碎裂,甚至为碎粒碎斑岩,且硅化较强,最强可达硅化岩,因岩石破碎,蚀变强烈,其原岩难以恢复,如还保留花岗结构构造,则其品位总体较低;②低品位矿石都具不同程度的碎裂,总体来说,其碎裂程度较矿石弱,且硅化中等,具较强-强绢云母化,花岗岩型的品位总体偏低;③在构造发育的碎斑碎粒岩中因蚀变不明显,矿化也弱,蚀变较明显的绢云母化碎斑岩矿化较强。
悦洋银多金属矿床属火山-次火山低硫浅成中低温热液成矿要素(表3)所示。
表3 悦洋银多金属矿床火山-次火山浅成中低温热液成矿要素
续表3
悦洋矿区东矿段(含龙江亭铜矿床)、西矿段和青径矿区羊坡塘矿段、何屋矿区共圈定银(金)、金(银)和铜矿体105个。绝大多数贮存在中细粒花岗岩中,极少数贮存在中粗粒二长花岗岩或黄坑组上段的粗安岩中,全部的金银矿体和少部分铜矿体都产于以北西向为主的强硅化带中。取自研究区不同部位、不同深度、不同围岩的热液石英样品22件进行,氢氧同位素测试的结果,氢同位素(δD)值除一个为-11.99‰外,其余为-54.98‰~-79‰,平均为-61.10‰,δ18O为-10.37‰~+6.60‰,平均为-1.00‰。表明区内成矿溶液应属于深源岩浆水与下渗大气降水混合而成类型(7)福建省核工业二九五大队,福建省武平县悦洋银多金属矿找矿标志与成矿模式研究, 2014。。
江思宏等人在区内取黄铁矿、黄铜矿的5件样品进行了铅同位素分析,206Pb/204Pb比值为18.405~18.521,平均为18.475;207Pb/204Pb为15.620~15.685,平均值15.658;208Pb/204Pb比值为38.587~38.863,平均38.755;显示研究区成矿物质来源复杂。
南京地球化学科学系、中国科学院地质与地球物理研究所分别于2003年、2005年对研究区的碧田金银铜矿床的冰长石40Ar/39Ar年龄及地质意义展开研究,并对其进行年龄测定;前者测得年龄为(94.69±2.25)Ma,后者年龄为(91.47±0.39)Ma;2个样品中的冰长石与金-银矿化的矿石矿物密切共生,是同时代产物,且二者结果相近,可代表研究区的成矿年龄。
经研究认为区内的矿体主要是由岭头等古火山构造基-中酸-酸性岩浆的次火山侵入隐爆活动提供的高温至中低温含矿热液,其次由雨水沿断裂带、裂隙密集带和疏松岩石孔隙下渗,并在循环过程中不断升温、吸取围岩矿质形成的含矿热液,2种含矿热液在循环过程中自然混合后,在0.6~1.80 km(或0.7~2.04 km)深度的高Logfo2、低盐度及低温、低压等条件下,形成了富含黄铁矿、黄铜矿、方铅矿等低硫金属硫化物的银多金属矿床。因此认为研究区矿床为低硫化型的浅成中低温热液型银多金属矿床。
对研究区和紫金山地区有关资料进行研究后,初步认为区内构造-岩浆活动和成矿活动的地球动力,主要是从华力西-印支期运动开始,此期印支地块自南向北发生挤压与松弛过程产生的动力,燕山期运动时达到高潮,此时古太平洋板块从东向西对欧亚板块发生俯冲过程造成沿海地区拉张伸展,地壳变薄,地幔上隆,地幔来源玄武质岩浆底侵,并使下部地壳部分熔融形成花岗质岩浆,由此引发了大规模的火山-侵入活动。燕山早期北西向的上杭—云霄深断裂带、沿断裂带形成的武平—永定复式大岩基,其中心在武平—永定一线,推测在其西北边缘部位的岩浆沿北东向宣和复式背斜轴西南段倾伏端的轴向断裂和轴部似层状虚脱空间侵入,形成了岩株状和岩舌状的复式岩体分支(晚侏罗世花岗岩),而研究区(金)银多金属矿体贮存晚侏罗世花岗岩的强硅化蚀变带普遍具有挤压碎裂、强硅化蚀变的特征,推测是晚侏罗世花岗岩挤压造成似层状裂隙发育,在区域挤压转换到拉伸的构造环境期[8]约(100~128)Ma,岩石圈伸展期,紫金山岩体内部裂隙进一步发展(属火山盆地基底的滑覆断层,为Ⅲ级断裂),这些构造系统在空间上密集成群、平行侧列,构成一个巨大的构造体系。这个构造体系在岩体中具有控矿和容矿作用,即为后期的火山热液金、铜、银等多金属矿提供了导矿和贮矿的空间。根据区内金狮寨、潭溪里、岭头地段存在有规模较大的次流纹斑岩、次角闪安山-粗安岩和较为发育的多种基性、超基性-酸性次火山岩体的事实,推测成矿热液和矿质主要是由其和可能隐伏在潭溪里、金狮寨、岭头火山机构根部的花岗闪长斑岩体提供的,其次由下渗雨水在循环过程中升温及吸取浅部围岩矿质提供。导矿构造以火山通道为主,其次为两侧的次生裂隙。配矿构造以火山通道两侧的次生断裂为主,次为火山通道及雨水下渗的裂隙,储矿构造则为空间上密集成群、平行侧列的滑覆断裂,即矿体的位置,成矿年龄为92~95 Ma。成矿期后,除了地壳升降之外,还伴随推覆构造。据此,初步总结研究区与紫金山地区成矿模式(图5)。
图5 悦洋-紫金山地区成矿模式示意图Fig.5 Schematic diagram of metallogenic model in Yueyang-Zijinshan area
印支晚期至燕山早期,东南大陆是从特提斯构造域向环太平洋构造域转换的重要时期[9]。由于受太平洋构造域动力学体制影响,中国东南沿海发生地壳变薄,地幔上隆而导致构造环境由挤压向伸展转变或处于张性构造环境。构造及深源岩浆的强烈活动造成深部物质和热能大规模上涌,并从地幔中获取大量的铜、其他金属和硫,紫金山金铜矿与悦洋银多金属矿的形成都与早白垩世深源岩浆活动密切相关。与此同时,强烈的构造拉张走滑引发了上杭盆地的形成与演化,为成矿提供了良好的容矿构造,成矿作用时间集中在构造转折的105~90 Ma,从罗卜岭往紫金山到悦洋,成矿时间依次往后,这与上杭拉分盆地主边界断裂悦洋—古石背北西向断裂,将紫金山抬升,在罗卜岭往悦洋方向,花岗闪长斑岩侵入位置越来越深密切相关。此外,张德全等[10]认为紫金山矿田的斑岩-浅成热液系统首先由岩浆流体上升形成Cu(Mo)矿化,之后进一步上升,由于大量大气降水的注入在不同时期和构造部位形成了高硫型Cu-Au和低硫型Ag-Au矿化,悦洋银矿床成矿物质显示相似的来源,即成矿物质来源于地幔及地壳基底,成矿流体水主要来自大气水、少量岩浆水。因此,从成矿物质来源看,紫金山铜金矿和悦洋矿显示相似的来源,且悦洋矿区成矿流体显示为紫金山铜金矿床演化的晚期特征。
(1)通过对成矿地质条件的研究,认为区内北东向宣和复式背斜的轴向断裂和北西向上杭—云霄深断裂的次级断裂均十分发育,2组基底断裂交会处控制燕山晚期火山-次火山活动和含矿溶液运移的构造空间;低级别、低序次的北西向断裂带、裂隙密集带、层间破碎带等是矿体的定位空间。
(2)初步认为银多金属矿的贮矿围岩为燕山早期中细粒花岗岩,与成矿有关的母岩为燕山晚期的次火山岩。对矿床进行了研究,建立了矿床成矿模式,提出何屋存在较大范围的地层重复,应是推覆断裂造成的,有望对今后的推覆构造理论指导研究区找矿工作提供进一步的指导方向。