郭素雄,陈明辉,陈孟军,翟中尧,王广有,朵德文,鲍振襄,蔡 凡
(1.湖南省有色地质勘查局二四五队,湖南 吉首 416000; 2.湖南发展集团矿业开发有限公司,湖南 长沙 410000;3.中南大学地球科学与信息物理学院,湖南 长沙 410012; 4.中国冶金地质总局湖南地质勘查院,湖南 长沙 410001;5.甘肃辰州矿产开发有限责任公司,甘肃 合作 747005; 6.中国石化管道储运有限公司襄阳输油处,湖北 襄阳 410002)
下看木仓金矿位于西秦岭造山带西段夏河—合作地区金多金属成矿带中部,德乌鲁复式岩体东部之老豆石英闪长斑岩与尕日火山岩接触带,区内断裂构造发育,蚀变及矿化较强烈,成矿条件优越。2000—2005年甘肃有色地质勘探三队在国土资源大调查时,开展了下看木仓金矿预查工作,探获金金属量153 kg。2012年湖南省有色地质勘查局二四五队,受甘肃辰州矿产开发有限公司委托,开展了历时3年的详查工作,探获金资源储量9830 kg[1],达到中型金矿床规模。
文章在下看木仓金矿区详查工作的基础上,结合区内金矿床地质特征和近年来研究新进展,探讨了控矿因素、岩体与金矿化之间的关系,指出了找矿方向,以期指导该区今后的找矿勘探工作进一步深入开展。同时提出了尚需解决的主要问题。
夏河—合作地区位于西秦岭造山带西段,北侧以商丘断裂为界与祁连—北秦岭造山带相连,南侧以岷县—镇安断裂与西秦岭造山带南区相连[2]。矿区位于夏河—合作逆冲推覆构造西北部的北侧,新堡—力士山复背斜及其北南两翼切龙沟—花崖山冲断层与上加木龙—格里那冲断层之间。构造总体呈NW—SE向展布,按其产出部位和性质可以分为两种类型[3]:一是产于岩体内部或外接触带的近NS向断裂带,它是本区的主要控矿构造;二是产于岩体外接触带发育在二叠系砂质板岩、角岩及大理岩中的层间断裂构造。
区域中生代侵入岩主要沿NW—SE向呈串珠状展布于夏河—合作断裂以北,侵位年龄为245~238 Ma[4-6],主要为印支早期,岩体的主要岩石类型为花岗闪长岩、石英闪长岩、石英闪长斑岩和黑云母花岗岩以及闪长岩-闪长玢岩,常以岩基、岩株、岩枝、岩脉产出。此外,在德乌鲁和美武岩体之间,还分布着大面积的中酸性火山岩。
区域矿产以金为主,其次为铜铅锌多金属矿,西秦岭重要的金多金属成矿带,目前已发现枣子沟、答浪沟、也合杰、老豆和索拉贡玛等40余处大、中、小型金矿以及圈定化探Au-Ag-As-Sb组合异常15处,显示了区内优越的找矿前景,其中新发现的德乌鲁岩体多金属矿集区,已探明以地南、下看木仓、老豆、南办、吉利、录斗膄、老虎山—阿什加等10余处大、中、小型金多金属矿床(图1),具有良好的成矿条件和资源潜力。
图1 老豆村—拉布在卡金矿点分布图Fig.1 Distribution map of gold mineral resources in Laodoucun - Labuzaika area1—新近系上新统 2—中侏罗统 3—下三叠统尕日火山岩 4—下二叠统大关山群 5—燕山早期石英闪长斑岩 6—隐伏石英闪长岩体 7—地质界线 8—不整合界线 9—铜、砷矿点 10—锑、金矿点 11—铜、金矿点 12—金矿点 13—钨矿点 14—Ag、As元素异常曲线
本区出露的地层以二叠纪、三叠纪地层为主,其次是第四系,新近系仅在局部地段零星出露(图2)。由老至新分别如下:
图2 合作市下看木仓地区金矿地质图Fig.2 Geological map of Xiakanmucang gold mining area in Hezuo City1—第四系 2—新近系上新统 3—尕日火山岩 4—大关山群 5—石英闪长岩 6—石英闪长斑岩 7—石英闪长玢岩 8—电英岩 9—地质界线 10—不整合界线 11—实、推测断层 12—见矿钻孔 13—未见矿钻孔 14—勘探线及编号 15—坑道
下二叠统大关山群上部岩组(P1Dg2-4):为区内分布最广的地层,属浅海—台缘斜坡—深海盆地相,岩石为砂岩、板岩夹浅变质砂岩。
下三叠统尕日火山岩(T1g):大面积分布于矿区中部,为一套中基性—中酸性陆相火山岩。其中下岩组上部灰绿色英安斑岩夹安山岩为含矿层位。该层多数地质报告、研究报告中都划入侏罗系,笔者依据甘肃地质局三队资料[7],结合火山岩与岩体接触关系、岩体中的隐爆角砾岩内见火山角砾岩成分(英安岩、安山岩)、石英闪长斑岩及砂板岩成分[8],以及该层向东相变为砂泥质碎屑岩,归属于下三叠统,大致相当于隆务河组(T1l)。
新近系上新统(N2):仅零星分布。岩性为红色砂泥质、泥质砾岩层。
第四系(Q):为腐殖层、黄土、残坡积物、冲积物等。
矿区位于力士山—新堡复背斜之次级日加—上浪岗褶皱的南西翼,基本上为一单斜构造。低序次褶曲不发育,断裂构造发育,但多数未出露地表。主要断裂构造为与区域构造线一致的NW—SE向张扭性断裂,走向110°~150°,倾向SW,倾角42°~88°,一般长数百米至上千米,宽0.5~15 m,最宽处可达70余米。断层从浅部凝灰岩延伸到深部石英闪长斑岩中。构造带内浅部主要有凝灰岩或火山角砾岩及后期穿插的电气石脉、石英脉组成。深部由蚀变石英闪长斑岩及后期穿插的电气石细脉、石英脉组成,黑色泥质物胶结,角砾和胶结物中可见金属硫化物(黄铁矿、毒砂、辉锑矿等)矿化。这类断裂最明显的特征是集中分布在岩体与火山岩接触带的边部且以内接触带为主,为主要的控矿(容矿)构造。
德乌鲁复式岩体呈NW—SE向侵位于下二叠统大山关群和三叠系隆务河组中。该岩体主要由德乌鲁石英闪长岩和老豆石英闪长斑岩组成。矿区内出露的岩浆岩有石英闪长斑岩、闪长玢岩、电英岩及火山岩等,有关岩石类型及其地球化学特征分述如下:
1)石英闪长斑岩:是该矿床主要的赋矿围岩,灰白色,半自形粒状结构,块状构造,主要矿物为钾长石、石英、角闪石、黑云母,分布于矿区西部。由于后期构造热液作用,分布在断层附近的石英闪长斑岩发生广泛的蚀变和矿化,蚀变主要有高岭土化、绢云母化、绿泥石化、电气石化等,常伴生有硫化矿物。
2)闪长玢岩:是区内常见的一种脉岩,常贯入于岩体或围岩中,灰绿色,基质为隐晶质,斑状结构,块状构造,斑晶主要矿物为角闪石、斜长石和黑云母,常呈脉状产出,分布于矿区南部。岩石中含有大量热液蚀变形成的方解石(碳酸盐化)和绿泥石(化),亦伴生有硫化物矿化。
老豆石英闪长斑岩的主要元素具有高SiO2(63.66%)、Al2O3(15.25%)、MgO(3.83%)、低K2O/Na2O(0.93%)、TiO2(0.52%)、Ca2O(4.29%)、P2O5(0.13%)等特征[9-10];A/CNK比值为1.02,呈弱过铝态,里特曼指数平均为2.11,指示其属钙碱性系列。稀土元素表现为LREE富集,HREE亏损,具低Sr(289×10-6)、高Y(22.34×10-6)和Yb(2.09×10-6)的特征;微量元素表现为富集LILE(Rb、Th、U等)和亏损HFSE(Bb、Ta等),具高SR/Y值(129.59)和La/Yb值(13.21),具弱的负Eu(0.54)异常,Ιls平均为0.7077,εNd平均-7.2(< 0)。
3)电英岩:这是本区发现的一种新类型的岩浆岩[11],也是矿区内常见的一种脉岩,主要分布于石英闪长斑岩与火山岩以及与二叠纪地层的交接处,通常岩石颜色较深,黑白相间,具粒状变晶结构,块状构造、条带状构造,主要矿物为石英、电气石。其中充填在断裂破碎带中的脉状电英岩,产生广泛的热液蚀变和矿化现象,蚀变主要有绢云母化、高岭土化、绿泥石化及碳酸盐化,伴生硫砷化物毒砂、黄铁矿,形成电英岩型金矿体或矿石,晚期还有贱金属矿物闪锌矿、方铅矿充填胶结。
4)火山岩:本区火山岩主要为安山质英安岩、安山岩,是常见的岛弧火山岩组合类型[12],含矿体围岩总体上围绕老豆石英闪长斑岩体呈半月形分布,石英闪长斑岩与火山岩呈侵入接触关系[13],出露于矿区南部,为部分矿体的容矿围岩。岩石以变英安安山质晶屑岩屑凝灰岩常见,其次为变安山质角砾凝灰岩及变安山质火山角砾岩等,该类岩石经后期构造—热液作用后形成的绢云母化、高岭土化、碳酸盐化及硅化等,常伴有硫化物矿化,在适宜构造部位可形成金矿体。
下看木仓金矿主要产于老豆石英闪长斑岩与尕日火山岩接触部位,岩体大部分隐伏于接触带内侧的石英斑岩中,严格受NW—SE向断裂破碎带控制。已发现矿体45个,其中工业矿体25个,低品位矿体17个,Au1-1、Au8-1为主矿体,占总资源量的64.76%,其他矿体有Au1-2、Au1-3、Au9-1、Au12-1、Au14-1、Au23-1等。矿体一般走向长112~226 m,最长347 m(Au8-1)、548 m(Au1-1),倾向延伸一般67~274 m,最大675 m(Au1-1)。矿体平均厚度为1.11~1.84 m,最厚达3.99 m(Au1-1);矿体平均品位4.06×10-6~6.71×10-6,最高15.65×10-6(Au23-1)。矿体沿走向、倾向厚度变化为较稳定型,有用组分分布为均匀至不均匀型。
矿体形态主要呈脉(板)状,其次为透镜状、扁豆状,沿断裂破碎带延伸,产状较陡,与断裂破碎带产状一致。以Au1-1为例简述如下:
Au1-1矿体为矿区主要矿体,浅部有3条坑道揭露,深部有16个钻孔控制,赋存高程2604~3200 m。探明332+333资源储量4162 kg,334远景储量507 kg,共4669 kg,属小型金矿体规模。矿体产于F1断裂破碎带中,矿化岩石主要为碎裂凝灰岩(浅部)、碎裂石英闪长斑岩(深部)。矿体形态呈脉(板)状(图3),走向110°~130°,倾向SW,倾角47°~84°,呈上陡下缓的S型。矿体走向长548 m,斜长675 m,最大垂深596 m。矿体厚0.65~5.40 m,平均厚度1.84 m,厚度变化系数为78.32%,属厚度变化较稳定型矿体。Au的品位为1.12×10-6~109×10-6,平均品位为4.64×10-6,品位变化系数为198.85%,属有用组分分布不均匀型矿体,品位变化较大的原因是由于深部钻孔(ZK2801、ZK3201、ZK3601)出现特高品位的缘故。
图3 下看木仓地区金矿36线剖面图Fig.3 Geological section map of prospecting line No. 36 in Xiakanmucang Au deposit1—第四系松散堆积物 2—下三叠统尕日火山岩 3—大关山群4—石英闪长岩 5—实测、推测地质界线 6—实测、推测蚀变破碎带及编号 7—工业矿体及编号(Au ≥ 2.50×10-6)
据Au1-1矿体沿走向、倾向厚度与品位变化曲线(图4)可见,在3100 m中段沿走向长280 m范围内,厚度稳定,品位比较稳定。在32线自地表10 m至深部460 m范围内,矿体厚度总体稳定,品位有一定波动。总体上Au1-1矿体厚度、品位曲线开阔,无密闭区,说明矿体有继续向深部延伸的趋势。
图4 Au1-1矿体品位、厚度等值线图(纵投影图)Fig.4 Grade and thickness contour map of Au1-1 orebody (vertical projection)1—品位等值线 2—厚度等值线 3—矿体边界线 4—勘探线及编号
1) 矿石矿物组分
矿石中主要金属矿物有黄铁矿、毒砂,次为辉锑矿,其含量可占金属矿物含量的95%以上,少量黄铜矿,微量闪锌矿等。非金属矿物以石英为主,次为绢云母、绿泥石及碳酸盐矿物。
2) 矿石化学成分
由表1可见,造岩矿物成分主要是SiO2、Al2O3,其次是CaO、Fe2O3、MgO、K2O、Na2O,主要造矿元素是Fe和As,其中w(Fe2O3)为3.43%~5.09%,w(As)一般为0.12%~1.47%,单工程w(Au)为1.08×10-6~47.29×10-6,单样w(Au)最高为23.5×10-6,普通分析中w(Au)最高为109×10-6,各矿体Au的平均品位为1.07×10-6~24.14×10-6,全区矿体Au的平均品位为5.99×10-6。
表1 矿石化学成分表Table 1 List of chemical components of ore samples
3)矿石共(伴)生有用、有益、有害组分
据50件矿石多元素分析结果,矿区内达到伴生组分质量分数的元素有Ag、Sb、As和S,而Pb、Zn、Cu平均质量分数分别为<0.2%、<0.4%、<0.4%,Mo、WO3、Bi平均质量分数分别为<0.01%、<0.05%、<0.01%,均无综合利用价值。
经伴生有益组分计算结果,w(Au)平均为2.27×10-6~74.66×10-6,w(As)平均为0.34%~3.02%,w(S)平均为3.24%~7.50%。而Sb仅分布在Au8-1矿体,w(Sb)平均为0.72%,Sb和Ag在开发过程中可综合回收,矿石中有害组分为S、As等。根据资源量计算结果,Ag平均品位为11.02×10-6,资源量为10.99 t;Sb平均品位为1.70%,资源量为1016 t。
据镜下观察,自然金多呈他形粒状,粒径可达20~50 μm。金的化学物相分析结果见表2,矿石中46.22%~94.95%的金主要包裹于硫化物中,其次为氧化物中,而单体金、连生金仅在近地表凝灰岩矿体中或地表氧化矿中,占18.26%~74.18%。
表2 金的化学物相分析结果Table 2 Analysis result of chemical phase for Au element
矿石结构有粒状结构、半自形—自形晶结构、碎裂结构等;矿石构造为浸染状构造、脉状构造、块状构造等。
矿石自然类型按金属硫化物与金属氧化物的比例,分为氧化矿、混合矿、原生矿三种。
本区的氧化界线划分为两个方面:① 据肉眼观察结合岩矿鉴定来确定,氧化矿呈黄褐色,褐铁矿分布明显,原生矿为灰至深灰色,明显可见黄铁矿、毒砂等金属硫化物。② 主要根据区内矿体不同勘探线和不同深度的采样,进行铁物相分析(表3)来确定:矿石氧化率≥60%为氧化矿,30%~60%之间为混合矿,≤30%为原生矿。依据物相分析结果,综合分析该矿区氧化平均深度为27 m,混合矿深度为27~45 m,各类矿石特征简述如下:
表3 铁的化学物相分析结果Table 3 Analysis result of chemical phase for Fe element
氧化矿石:呈赭色—土黄色,粉末状、砂状、土状、半块状。主要矿物成分为褐铁矿、高岭石、石英、碳酸盐和未完全氧化的原生残留物。
混合矿石:土黄—浅褐—浅灰色,半块状、块状,褐铁矿仅出现于表面或裂隙中,呈均匀的斑块。
原生矿石:灰白色—灰色,致密块状,金属矿物一般呈浸染状、细脉状分布。
区内矿体的直接围岩以石英闪长岩碎裂岩为主,凝灰岩碎裂岩次之,其金的含量为0.10×10-6~2.42×10-6。碎裂岩常分布在岩体两侧,其厚度为1 m至十几米,最大超过20 m,偶有矿体产于破碎带一侧,间接围岩成为岩体的直接围岩。矿体夹石以石英闪长岩碎裂岩为主,凝灰岩碎裂岩次之。
围岩蚀变类型有电气石化、电英岩化、硅化、高岭土化、碳酸盐化等,按蚀变组合及空间分布位置,大致可划分为两带:
近接触带的蚀变:位于石英闪长斑岩与尕日火山岩接触带的内外带中,主要有电气石化、石英岩化、硅化、高岭土化、碳酸盐化等。
远离接触带的蚀变:主要有高岭土化、碳酸盐化、绢云母化、褐铁矿化、硅化等。与成矿关系密切的热液蚀变有黄铁矿化、硅化、毒砂化、辉锑矿化、碳酸盐化以及电英岩化等。
1)断裂控矿因素
在区域上,夏河—合作成矿带位于夏河—礼县NE—SW逆冲推覆构造带西段,区内地层强烈褶皱,断裂构造十分发育,是区域主要控岩控矿构造。矿区的控矿构造形式,以断裂为主,褶皱次之。主要容矿断裂构造走向NW—SE,平面上略呈波状起伏,倾向上呈“S”形产出,这种舒缓波状的构造面,形成压扭空间与张扭性空间相间的构造形式[14],富矿部位赋存于断层产状由陡变缓部位的张性空间,即扩容带内。本区所有的矿体均受断裂构造控制,这些断裂构造特别是在石英闪长斑岩中形成的断层破碎带是本区重要的容矿构造,同一条金矿脉主要矿体都是集中富集在石英闪长斑岩的断层破碎带中(图3)。
2)岩浆岩控矿因素
岩浆岩控矿因素表现在区内岩体与围岩地层接触带的控矿作用,以及尕日火山岩与下二叠统大关山组之间的不整合面,它们既是构造薄弱带,又是物理化学性质明显差异的岩性接触面[15-16],是重要的控矿构造类型。
矿区内石英闪长斑岩与尕日火山岩之间的接触带为凹凸不平的复杂接触带,由于接触面大,热液变质作用强,断裂构造发育,所以区内主要金矿体如Au1-1、Au12-1和Au13-1都赋存于陡直接触带(面)内侧的断裂构造中。下二叠统大关山组与尕日火山岩之间的不整合面之上,形成的不整合面及相邻断层相结合的构造形式,为区内金矿床主要矿体在浅部富集的部位。总体上,该矿床在空间上主要产于岩体与围岩接触带附近,受岩脉与围岩接触带控制。
岩浆岩控矿因素表现在岩浆岩的岩性上,下看木仓金矿矿体主要赋存于侵入岩和火山岩中,主要容矿岩石为石英闪长斑岩,其次为尕日火山岩,这类岩石的控矿条件主要表现在岩石的物理性质方面,岩石为具块状构造的脆性岩石,由于岩石节理、裂隙发育,在构造应力作用下易于形成碎裂岩,具有很高的有效孔隙度和渗透性,加剧了构造空间的形成,引起成矿温度和压力这两个主要物理条件较快的改变(下降),从而形成蚀变破碎带型金矿体,并能在较深部位成矿。
4.2.1 成矿流体的性质和来源
在空间上,矿床主要赋存于石英闪长斑岩与火山岩接触带之凹凸不平的陡直接触带内侧,成矿严格受NW向断裂构造控制,矿化深度超过700 m,且继续向深部延伸;在时间上成矿时代与岩体侵位时代完全一致,属印支期早期岩浆—成矿事件,并且主要矿体集中富集在石英闪长斑岩深部接触带内侧的断层破碎带中,通过老豆金矿石英闪长斑岩与尕日火山岩Co、Ni含量分析表明,老豆石英闪长斑岩和尕日火山岩中Co、Ni值为0.33~1.0,多位于0.41~0.77之间,与该区电气石与毒砂中Co和Ni含量拟合的成矿流体Co/Ni比值趋势线非常接近,暗示成矿流体可能主要来自岩浆热液。
矿石结构构造可见粒状结构、碎裂状结构、浸染状构造、脉状构造等,为热液充填交代结构构造。围岩蚀变有硅化、绢云母化、高岭土化、电气石化及黄铁矿化、毒砂化等中温热液蚀变,区内金矿成矿流体包裹体研究[10,17]表明,老豆石英闪长斑岩中流体包裹体完全均一至液相的较多,仅有少部分均一至气相,均一温度变化范围为354℃~192℃,主要成矿温度为330℃~220℃的中温热液流体。
自然金主要与毒砂、黄铁矿伴生,矿脉均呈脉状产出,是热液矿床的典型产状。成矿系统中的群体包裹体气相成分以H2O为主,含少量CO2和CH4,未发现CO2多相包裹体[17],表明矿体可能代表与侵入岩有关的金矿成矿系统中浅部矿化的产物[18]。
4.2.2 稳定同位素地球化学特征
硫同位素:据邻区老豆金矿黄铁矿、毒砂、辉锑矿主要金属硫化物硫同位素测定结果显示[17],硫化物的δ34S值落在-5.9‰~7.1‰范围内,均值为1.54‰,极差13.0‰,标准差4.51。δ34S峰值为±5‰,均值为1.66‰,与大多数火成岩δ34S值在0~5‰的范围内相当[18],表明硫来源于深部岩浆,并混染有壳源硫。
氢氧同位素:老豆金矿绢云母和电气石的氢氧同位素研究表明[17],电气石中氢同位素组成为-54.4‰~69.2‰,δDH2O值为-65.3‰~80.1‰;氧同位素组成为11.3‰~13.6‰,δ18OH2O值6.6‰~8.9‰,绢云母氢同位素组成为-60.1‰~83.4‰,成矿流体的δOH2O值为-40.1‰~63.49‰,氧同位素组成为8.5‰~12.3‰,成矿流体的δ18OH2O值为3.5‰~7.3‰。上述数据投影在δDH2O~δ18OH2O图解中,绢云母的H-O同位素组成大部分落入岩浆岩区域,而电气石的H-O同位素组成有向大气降水方向漂移的趋势,表明成矿流体主要来源于岩浆流体,并有大气降水的加入。
铍同位素:在老豆和下看木仓金矿见大量电气石,经对老豆矿床中蚀变石英闪长斑岩中的电气石、热液脉状电气石及外围矿化蚀变电气石铍同位素测定结果,其δ11B值分布范围在-0.89‰~-11.19‰。岩浆岩的δ11B分布范围约为0~30‰,这一结果暗示老豆金矿电气石的铍具有明显的岩浆来源。
综上,下看木仓金矿床其成矿流体及矿物质主要来源于岩浆,并有部分近地表物质的加入。矿床成因是与中温(岩浆)热液型矿床。
1)老豆石英闪长岩体是最具成矿潜力的花岗质岩石,为本区开展金铜矿的找矿前提;
2)构造是矿体赋存空间,是找矿的关键,尤其是石英闪长斑岩与火山岩接触带附近的NW向断裂破碎带;
3)断层破碎带中的褐铁矿化和硅化、绢云母化、高岭土化、黄铁矿化、毒砂化和岩石强烈褪色是该区主要找矿标志;
4)化探异常标志:Au、Cu、As、Sb元素综合异常或Au、Ag、As、Sb元素综合异常,均系致矿异常;
5)物探异常标志:岩体和火山岩及其接触带中的低阻高激化的激电异常,既是寻找隐伏金矿化的有效标志,也是寻找含矿构造的重要标志。
下看木仓金矿床赋存于老豆石英闪长斑岩与尕日火山岩之接触带的NW向断裂破碎带中,延伸已超过700 m,矿体主要赋存在岩体深部接触带内侧,即石英闪长斑岩中。已有的勘查资料表明,赋存于石英闪长斑岩中的矿体延伸长度300~400 m且未尖灭,但没有施工深部远景钻孔,对矿床深部延伸特征研究不够。按照中温热液金矿床成矿流体深度,矿体向深部有较大的延伸空间,资源潜力较大,具有较好的找矿前景,是矿床扩大远景的重要找矿方向。为此,应采取物化探和构造相结合的综合找矿方法,对该区深部实施勘查工作,进行矿床远景控制,无论在矿床远景上,还是在矿床类型上都将会有新的突破和发现。