川西北马脑壳金矿床成矿阶段划分＊

刘 基，郭耀宇，王久懿

（1中国地质调查局西安地质矿产调查中心，陕西 西安710000；2中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室，北京 100083；3中国地质调查局哈尔滨地质矿产调查中心，黑龙江 哈尔滨 150086）

1 概述

马脑壳金矿床地处华北板块、扬子板块和印度板块三大构造单元衔接部位[1]，是川西北地区与构造蚀变带有关的微细浸染型金矿的典型代表[2-4]。迄今为止，马脑壳金矿床中金资源量超过39t[3]，达到大型规模，并且在马脑壳矿区外围的找矿工作也取得重大进展。

马脑壳金矿床的形成经历了沉积变质成岩期、热液成矿期以及表生氧化期[3-7]。前人针对热液成矿期的成矿阶段划分有三种观点，分别是：（1）Ⅰ石英-黄铁矿-白钨矿-毒砂，Ⅱ石英-辉锑矿-雄黄，Ⅲ 石英-雄黄-方解石，Ⅳ石英-方解石[8]；（2）Ⅰ黄铁矿-毒砂-石英；Ⅱ石英-（白钨矿）-辉锑矿；Ⅲ石英-雄（雌）黄；Ⅳ石英-方解石等4个成矿阶段[4]；（3）Ⅰ石英-毒砂-黄铁矿阶段，Ⅱ辉锑矿-石英阶段，Ⅲ 石英-雄（雌）黄-方解石阶段等4个成矿阶段[9]。这三种观点中四个阶段的矿物组合内容不够统一，如付绍洪等（2002）[6]将白钨矿界定为成矿第一阶段中的矿物；王可勇等（2001）[5]将白钨矿界定为成矿第二阶段中的矿物；张国见等（2012）[9]在成矿阶段划分中没有提及白钨矿。同时，前人关于成矿阶段划分的证据不充分，镜下照片较少，说服力不够。

成矿阶段的厘定对今后矿床成因、探讨成矿规律的研究具有重要意义。因此，本文在前人成矿阶段划分的研究工作的基础上，结合野外矿床地质特征（矿体构造及矿石构造特点）和矿石标本、光片等呈现地显微特征，重新厘定该矿床的成矿阶段。

2 区域地质背景

秦岭造山带自北向南包括了华北板块南缘、秦岭微板块（北秦岭和南秦岭）和扬子板块北缘的造山带前陆冲断褶带（含碧口地体、松潘褶皱带北部）[10-11]，三个板块被商－丹缝合带和勉－略缝合带分隔开[1]（如图1a所示）。康玛逆冲推覆构造，是勉略带的巨大弧形逆冲推覆构造，呈弧形分布于康县－玛曲间，西段为迭部－玛曲推覆构造迭置，西延接玛沁推覆构造[10]（如图1b所示）。马脑壳金矿床位于勉略构造带的康码段（如图1c所示），马脑壳韧—脆性剪切带控制了矿体的形态以及展布情况，即明显是构造控矿，构造破碎岩带是主要矿体赋存部位，金矿体在矿化构造破碎岩带内呈透镜状、脉状、复脉状产出[5]。

图1 西秦岭大地构造格局及勉略构造带地质简图[12-13]

3 矿床地质特征

马脑壳金矿床内出露地层主要为石炭系—三叠系沉积岩建造。三叠系由老至新划分为下统菠茨沟组、中统扎尕山及上统杂谷脑组，出露完整[9]。前人研究显示扎杂山组二段是金矿体主要赋存层位[9]，该地层中金等成矿元素丰度较高，是异常丰富的矿源[3]。受构造破碎带的影响，矿体呈似层状、薄透镜状、脉状产出，且矿体普遍具有分枝复合、膨缩的现象，如在断裂交汇部位和褶曲鞍部厚度膨大，在层间破碎带狭窄部位厚度明显变小[14-15]。

马脑壳金矿床的矿石以脉型金矿石[8]为主（品位5～10g/t），并含有少量的蚀变岩型金矿石（品位 2～5g/t）。 矿石具有多样的结构构造（如图2所示），主要有脉（网脉）状（如图 2a所示）、块状（如图 2b 所示）、浸染状（如图2c所示）、和条带状构造等。除矿石构造外，矿石结构也多样，包括包含（如图2d-e所示）、草莓（如图2f所示）、自形—半自形粒状（如图2d-f所示）、残余（如图2g所示）、假象（如图2h所示）和交叉（交错）结构（如图2i所示）等。

图2 马脑壳金矿床矿石的构造与组构

4 矿区矿物特征

马脑壳金矿床矿石矿物主要是自然金、辉锑矿、毒砂、黄铁矿、雄（雌）黄和辰砂。而脉石矿物主要是石英、方解石和绢云母。

4.1 矿石矿物

黄铁矿：黄铁矿贯通于成岩、成矿的全过程，为主要载金矿物之一，与金矿化关系密切。黄铁矿可细分为沉积-成岩期黄铁矿和热液期黄铁矿。沉积-成岩期黄铁矿呈浸染状分布，含量约1%～2%，具草莓状结构。沉积期的草莓状黄铁矿由多个黄铁矿晶体（球粒直径约为10um）聚集成一团（如图2f所示），由胶质黄铁矿结晶而成，零星产出或呈团块状分布。热液期黄铁矿呈浸染状（如图2c所示）或脉状分布在石英裂隙或间隙中，多具自形、半自形（图3a所示）和包含状结构（如图2e所示）。其中，自形、半自形黄铁矿为等轴立方晶体，晶形包括立方体为主和五角十二面体，镜下切面呈正方形（如图3a所示）、菱形、矩形、三角形和不规则状 （如图3b所示），粒径为0.002～0.5mm。

图3 马脑壳金矿床矿石和脉石矿物的分布状态及晶型特征

毒砂：毒砂是马脑壳金矿床主要的载金矿物之一，集中分布在含矿带底部。毒砂与黄铁矿共生，多产于石英脉近旁，部分毒砂分布在方解石中 （如图3d所示）。毒砂呈细脉状（如图3c所示）、串珠状（如图3d所示）、斑点状（如图3e-f所示）产出，局部相对富集呈团块状（如图3f所示），矿物晶体自形程度高，多呈自形、半自形，镜下切面形态呈菱形、板状、或不规则四边形等。晶体粒度小于黄铁矿，其长约为 0.005～0.05mm。

辉锑矿：马脑壳矿床的一大特点是产出大量的辉锑矿。辉锑矿主要呈块状（如图2g所示）、细脉状和网脉状产出（如图3g所示）、浸染状产出。块状辉锑矿以矿脉形式产出，矿脉长达十多米，宽近1m[5]。矿物晶体较大，且自形程度高，单晶可达7mm，一般为1～3mm，含量近似2%[5]。呈浸染状或细脉状分布于石英中的辉锑矿（如图3g所示）晶体较小，自形程度低，粒径 0.05～0.5mm，含量 0.5%～1%。 部分呈晶簇状生长的辉锑矿与方解石共生，呈细脉状或者网脉状分布石英间隙中。

雄黄：雄（雌）黄矿化属矿区典型蚀变矿物之一。雄（雌）黄多以超显微浸染于石英之中，致使石英呈桔红色（如图2a-b所示），少量以细脉或网脉穿插于石英间隙之中（如图3h所示)，手标本中见雄黄-辉锑矿-石英脉。该类雄黄为半自形及他形，大小约 0.05～0.5mm，含量 0.1%～0.5%。 除此之外，还可见雄黄与雌黄、辰砂共生（如图3i所示），呈细（网）脉穿插脉状分布的黄铁矿毒砂，矿物具有自形程度较高和晶粒较大的特点，晶体大小约0.1～1mm，含量约0.5%～3%。

褐铁矿：褐铁矿属于表生作用的产物，由黄铁矿、毒砂、绿泥石等矿物经氧化分解而成，呈斑点状、星点状或薄膜状产出，集中分布于构造破碎带或热液脉体内及其附近，对金矿的富集起一定的作用。含矿带内碎裂岩中褐铁矿化蚀变强烈，构造破碎带、岩层揉皱或挠曲强烈地段内碎裂岩也伴随有中等-弱的褐铁矿化。

辰砂：辰砂主要分布在矿化板岩中，呈团块状或脉状分布，且与雄黄、雌黄伴生。辰砂呈块状切板岩板理分布，或者与雄雌黄一起呈脉状分布（如图3i所示）。

金：马脑壳金矿床中，金主要赋存于各载金矿物中[6]。

4.2 脉石矿物

石英：硅化集中发育在含矿带及构造破碎带。硅化具多期次特征，贯穿整个热液成矿期。石英呈团块状或脉状集合体产出，还有后期形成的石英呈粒状、它形粒状、细脉状或脉状集合体形式产出，且部分晶型完好，形成石英环带。脉状石英早期的顺着板岩的板理发育，晚期石英脉切板理发育。

方解石：方解石呈细脉、网脉状、不规则团块在岩层褶曲强烈地段顺层贯入或沿构造破碎带的裂隙穿插交代围岩及矿石。马脑壳金矿床内普遍发育碳酸盐化，但单一的碳酸盐化与金矿化无关，因为方解石含金极微或不含金。在地表氧化带，方解石经风化淋滤作用析出的钙质、白色粉末沿岩石微裂隙充填或呈薄膜状覆盖于岩石破裂面，使地表土呈白灰色，该特征在含矿带尤为突出，可作为间接找矿标志之一。

绿泥石：绿泥石见于粉砂质板岩、板岩形成的糜棱岩化碎裂岩中[13]，主要分布在断层破碎带和断层附近的派生断裂及热液脉接触带岩石中[13]。在矿区矿化富集地段见有较弱绿帘石化，尤其是与褐铁矿化迭加蚀变强烈地段，与金矿化关系最为密切。

绢云母：绢云母呈鳞片状，直径 0.02～0.15mm。与热液作用有关的绢云母化，贯穿于整个热液成矿期，伴生各种金矿化相关的蚀变。特别是在碳酸盐-金-铁-绢云母矿化阶段，形成大量的热液铁质和绢云母。热液铁质与绿泥石共生，呈尘点状或薄膜状分布于绢云母片体内[13]。当绢云母细脉规模较大时，绢云母片体也相应增大（直径可达0.25mm），并沿绢云母细脉的延伸方向呈定向分布。若绢云母经历构造作用（如揉皱）可变质成白云母。

5 成矿阶段

马脑壳金矿床金属矿物主要为黄铁矿、毒砂、辉锑矿和褐铁矿，含有少量的自然金、雄黄、雌黄和辰砂，非金属矿物主要为石英、方解石、绢云母、绿泥石、绿帘石。本文基于详细的野外露头、手标本以及显微镜观察，对矿物粒度、组构和矿物共生组合及交切关系进行了细致分析，最终将马脑壳金矿床的成矿作用划分为3个成矿期：（1）沉积成岩期（金预富集）。 （2）热液成矿期（原生金矿床形成）。 （3）表生氧化期——次生再富集成矿作用；其中热液成矿期为金的主要成矿期。

其中，沉积成岩期主要是金的初步富集作用，主要金属矿物为草莓状黄铁矿。小球状黄铁矿（如图2f所示）由多个黄铁矿晶体聚集合抱成一团，由胶质黄铁矿结晶而成，零星产出或呈团块状分布，球粒直径约为10um。草莓状黄铁矿成因之一是有机质或细菌参与[16]，结合扎杂山组二段地层中金等成矿元素丰度较高[3]，暗示矿源层成矿作用[3]。热液金成矿作用根据矿石矿物共生组合以及生成顺序，主要可以划分为如下4个成矿阶段（如图4所示），即I.石英-毒砂-黄铁矿阶段；II.石英-辉锑矿-方解石阶段；III.石英-雄（雌）黄方解石阶段；IV石英-方解石阶段。而表生氧化期的主要载金矿物为褐铁矿，这一期次的矿物还包括绿泥石，绿泥石化总是与褐铁矿化相伴生。褐铁矿化的强度可作为直观判断氧化矿石贫富的指标[2,15]，因为热液期所形成的主要载金矿物黄铁矿和毒砂在表生条件下可被氧化成褐铁矿。同时金从黄铁矿和毒砂中游离出来会随地表水向下渗透[17]，致使金向下转移富集呈超显微-显微自然金产出[7,18]，故而需考虑氧化过程是否伴随淋滤作用。以下为热液成矿期阶段划分的详细依据。

图4 马脑壳金矿床矿物生成顺序

5.1 石英-毒砂-黄铁矿阶段

该阶段的矿物组合为石英＋黄铁矿＋毒砂，显微镜下可见毒砂以包体的形式产在黄铁矿颗粒中（如图5a所示），因此判断毒砂与黄铁矿共生。含Fe-SAs热液沿断裂构造及围岩裂隙侵入[19]，在石英裂隙或者围岩裂隙形成毒砂黄铁矿脉 （如图5b所示）。后期受构造应力作用的影响，大颗粒黄铁矿碎裂成小颗粒黄铁矿或者产生裂隙（如图7f所示）。粒状黄铁矿内发育两种产出类型的毒砂，一种晶型完好的Apy1生长在黄铁矿中；另一种晶型不完好Apy2则生长在黄铁矿的间隙中（如图5c所示）。本阶段是金富集的重要阶段，金多赋存于黄铁矿、毒砂裂隙中。

图5 马脑壳金矿床石英-毒砂-黄铁矿阶段矿物共生关系

5.2 石英-方解石-辉锑矿阶段

该阶段主要矿物为石英+方解石+辉锑矿，后期含辉锑矿的热液沿着构造裂隙侵入，溶蚀上一阶段矿物，石英被溶蚀成孤岛状、港湾状，块状辉锑矿中残留石英角砾，而角砾中含黄铁矿、毒砂；或者辉锑矿呈网脉状填充石英裂隙，碎裂的石英中含黄铁矿（如图6a所示）。

块状辉锑矿虽然溶蚀了早阶段形成的石英，同样也有部分石英与辉锑矿为同一阶段产物（如图6b所示）。这些自形的石英，粒径较小，未发生被溶蚀。除了块状辉锑矿外还有晶簇状的辉锑矿，其分布在石英边缘或者方解石中；部分辉锑矿则与方解石一起呈脉状分布在石英间隙中（如图6c所示）或者分布在方解石中。

图6 马脑壳金矿床石英-方解石-辉锑矿阶段矿物共生关系

5.3 石英-方解石-雄（雌）黄阶段

该阶段主要矿物为石英+方解石+雄（雌）黄+辰砂。雄黄呈细网脉状分布于石英颗粒周边并与其石英形成镶嵌分布的特征（如图3h所示），或者以网脉状穿插于纯净的方解石脉或方解石团块之中。辰砂则与雄黄相伴生，主要现象在手标本中（3i），镜下未发现明显现象。脉状雄黄穿插块状的辉锑矿（如图7a所示），网脉状雄黄溶蚀充填在石英裂隙中的辉锑矿，且将石英染成棕红色（如图7b所示）。

除此之外，显微镜下显示脉状雄（雌）黄常常切割早阶段的石英-黄铁矿-毒砂 （如图7c所示），或者石英-方解石-雄黄脉切割脉状分布的黄铁矿、毒砂（如图7d所示）。雄黄脉切穿石英脉，石英脉中含黄铁矿（如图7e所示）。呈浸染状分布的毒砂和黄铁矿具有完好的晶型，长条状的毒砂被石英-雄黄脉切断（如图7f所示）。

图7 马脑壳金矿床石英-方解石-雄黄阶段的矿物共生关系

5.4 石英-方解石阶段

石英-方解石阶段主要矿物组合为石英＋方解石。沿晚期裂隙不连续产出，矿化较弱，金属矿物很少。且几乎未受到后期的构造变形影响，砂岩中雄黄呈脉状分布，被后期的宽大的石英-方解石脉切开错断，脉中方解石主要处于脉中间部分，石英处于脉边缘部分，石英颗粒晶型完好，未受到后期作用（如图8所示）。

图8 马脑壳金矿石英-方解石阶段的矿物生成关系

6 结论

马脑壳矿区载金矿物主要为黄铁矿、毒砂，另外还有辉锑矿、雄雌黄等。马脑壳金矿床的矿石可划分为石英-毒砂-黄铁矿、石英-辉锑矿、石英-方解石-辉锑矿-雄黄和石英-雄（雌）黄-方解石4种类型。其成矿作用可划分为3个成矿期：沉积成岩期、热液成矿期和表生氧化期，其中热液成矿期为主成矿期，又可细分为4个成矿阶段，即石英-毒砂-黄铁矿阶段、石英-方解石-辉锑矿阶段、石英-雄（雌）黄-方解石阶段和石英方解石阶段。