甘肃礼县金山金矿床矿石组构及成因类型的研究

陈博通

（甘肃省有色金属地质勘查局白银矿产勘查院，甘肃 白银 730900）

金山金矿位于甘肃省礼县洮坪乡境内，矿区距洮坪乡五公里。大地构造位置属中秦岭海西褶皱带的北亚带，位于秦岭造山带的西段，地处华北板块、扬子板块两个不同大地构造单元的交汇部位[1,2]。印支期—燕山早期岩浆活动活跃，特别是与金山金矿有关的中川岩体，其北、东、南外接触带产有李坝(大型)、崖湾(小型)、马泉(中型)等金矿而闻名于世[3]。成矿地质背景良好，吸引了众多地质学者关注，本文以金山金矿床矿石为研究对象，通过标本观察和镜下鉴定，对该矿床的矿石组构、矿物组合进行了研究和分析，从而确定矿床的成矿期、成矿阶段，并进一步探讨了矿床的成因。

1 矿区地质概况

矿区内出露地层主要为中泥盆统李坝群（D2Lb）的第二岩性段（D2Lb2）和第三岩性段（D2Lb3），大致呈NEE或近东西向展布，分述如下表1。

表1 黄铁矿电子探针分析结果(wB/%)

另外在矿区的北部和东南部还有中石炭统地层出露，主要出露中石炭统下加岭组第一（C2X1）和第二（C2X2）两个岩性段。第一岩性段岩性为灰--灰黑色粉砂岩、砂质板岩，第二岩性段为石英砂岩及炭质板岩互层。与中泥盆统呈不整合或断层接触。

矿区位于印支-燕山期中川和碌碡坝两大花岗岩体之间，热接触变质作用较为明显，形成斑点状千枚岩、角岩。区域变质作用下，大部分粘土质原岩矿物发生重结晶成为绢云母、绿泥石，在应力作用下定向排列。同时可见岩浆活动后期的脉岩，岩脉的分布受矿区构造控制，沿断层或裂隙贯入，其规模一般都不大，长数米至数十米，宽1m～2m，其中煌斑岩脉与矿化关系密切，但煌斑岩脉本身并不含矿，但它常与金矿体相伴产出或切穿矿体，且在脉岩集中地区金矿化有增强的趋势。近矿围岩蚀变有硅化、碳酸盐化、绿泥石化。

矿区位于石家河坝复式向斜南翼的张凤坡次级背斜构造的南翼，中新生代经历了多次以南北向为主的伸展裂陷、挤压造山运动，形成了东西（为主）向与南北向断裂并存的构造格架，构造线大致呈NEE向或近EW向展布。东西向断裂为金山矿床的主要控矿构造，矿床的规模、产状、形态与该组断裂基本一致[4]。

金山矿区主要由金山、张皮沟、竹园沟矿段组成，均产于中泥盆统地层中，矿体呈脉状、透镜状、扁豆状，大致平行展布，倾向NW或N，倾角50°～75°，矿体平均水平厚3.86m～17.12m，金主要以独立矿物的形式存在。整体严格受东西向断裂控制，矿体主要位于金山矿段。金山矿段是由一系列大致平行近东西走向的矿体群组成。

2 矿石组构特征

2.1 矿石构造

金山金矿床的矿石构造相对较为简单，主要为浸染状、斑点状，其次为脉状构造。

浸染状构造：为矿区主要的矿石构造。黄铁矿、毒砂呈半自形、它形粒状浸染于绢云母千枚岩中，部分嵌布在石英脉中或石英脉体两壁，镜下观察发现这类黄铁矿和毒砂与金关系密切。为成矿溶液沿构造裂隙选择性交代围岩的结果。斑点状构造：主要发育于绢云母千枚岩中，斑点占15%～25%，直径一般为3mm左右。斑点多被压扁拉长，具定向排列，长轴方向与千枚理一致。斑点成分可分为：石英-金属矿物-绿泥石斑点、绿泥石-碳酸盐斑点、绿泥石斑点、碳酸盐斑点等几类；斑点形态为椭圆形，斑点核心有石英、长石、黑云母组成，外围有黑云母组成，部分黑云母已蚀变为绿泥石，绿泥石、碳酸盐斑点形态不规则，粒度相对偏小。各类斑点中均有大量黄铁矿、毒砂及少量的钛铁矿、金红石等，金矿化与斑点状千枚岩关系密切。该构造为低级热变质和热液交代的产物。脉状构造：受构造作用的影响，含矿热液沿裂隙，层间薄弱面或片理贯入。石英-方解石-硫化物等的细脉，在金矿为围岩中普遍发育，金银矿就产在石英中或间隙中，特别是石英-方解石-硫化物脉与金矿化关系密切。

图1 金山金矿典型矿石构造

2.2 矿石结构

结晶作用形成的结构有自形晶结构、半自形结构、它形晶结构、共边结构、嵌晶结构。自形晶结构：毒砂、黄铁矿常见良好的晶粒充填在脉石矿物中。半自形-它形结构：为矿区的主要结构之一，毒砂、黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿等呈半自形、它形晶充填在脉石矿物中。共边结构：毒砂与磁黄铁矿、毒砂与黄铁矿呈共结关系。嵌晶结构：斑点中嵌布在石英中的自然金银矿物，石英-方解石脉中嵌布有自然金银矿物，磁黄铁矿中嵌布有棱柱状毒砂，毒砂中嵌布有自然金颗粒。

交代作用形成的结构极为常见，本区构造作用和矿化具多阶段多期次的特点。主要表现在硫化物、砷化物和硫盐交代脉石矿物，常见有浸蚀结构、交代残余结构、骸晶结构、镶边结构等。

浸蚀结构：后形成的硫锑铅矿，硫锑铅矿交代脉石矿物石英，沿着石英-方解石脉裂隙交代形成浸蚀结构，边缘呈港湾状或者岛弧状；金交代毒砂；磁黄铁矿交代早先形成的毒砂，毒砂边缘呈岛弧状；黄铁矿、毒砂交代早先形成的脉石矿物石英、方解石。交代残余结构：褐铁矿沿着裂隙交代早先形成的黄铁矿、毒砂，后者呈星点状残余，毒砂沿着石英颗粒边缘交代。骸晶结构：早先形成的棱柱状毒砂矿物被后期方铅矿完全交代，但保留了毒砂的晶型。镶边结构：主要是早先形成的黄铁矿，白铁矿沿着黄铁矿的边缘进行交代，构成环形镶边。

压力作用形成的结构较为常见，主要为压碎结构，早先形成的矿物受动力作用后，脆性矿物产生裂纹和破碎，形成似斑状结构，主要表现在黄铁矿和毒砂矿物中。

固溶溶体分离结构：高温时相互溶解，形成均一结晶相的固体，当温度和压力，特别是温度下降时固溶体中的不同组分分离成多种矿物相。该结构较为常见，主要表现在银金矿和金银矿之间，少见黄铜矿呈乳滴状嵌布在闪锌矿中。

沉积作用形成的结构不常见，主要表现为黄铁矿组成的球粒状的莓群结构。

2.3 标型矿物

（1）黄铁矿：为矿区主要金属矿物，形成于沉积成岩期和热液期。在矿石中平均含量为1.5%。产出形式主要为浸染状，其次为脉状。多呈它形结构，亦见半自形、它形结构，偶见胶状及莓群状结构。粒度大小不均匀，最大粒径为0.4mm，小的只有几微米。分为三种类型，详述如下：①莓群状黄铁矿：少量，粒径0.005mm～0.01mm，成群分布在石英中，微莓群体内部莓粒做无序排列，这是沉积成岩期的产物。②粒状黄铁矿：是本矿床黄铁矿最为普遍的存在形式。其嵌布形式有两种，一种是呈它形粒状集合体，嵌布在绢云母、绿泥石中，这种黄铁矿在斑点中相对富集。另一种为自形、半自形、它形粒状集合体嵌布在石英-方解石脉中，沿脉两侧富集，这两种类型的黄铁矿与金矿化关系密切。

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黄铁矿电子探针分析结果表明（表1）：除热液期粒状含金黄铁矿含微量砷外，其余均不含砷。黄铁矿单矿物化学分析结果，Co=0.008%，Ni=0.014；Co/Ni=0.57，Se/Te＞2，S/Se=20486.9，具有岩浆热液型特征。

（2）毒砂：是本矿床主要的载金矿物，形成于热液期。矿石中平均含量为1%左右。产出形式主要为浸染状，也有斑点状、细脉状。多呈自形细长棱柱状晶体及它形粒状集合体，集合体常呈交叉状、放射状、斑点状。有的斑点呈菱形，毒砂则沿菱形边部密集。粒度大小不一，可以划分为0.005～0.3mm和大于0.3mm两个粒级，局部显示出斑状结构，显然是不同时代形成。毒砂中普遍含有磁黄铁矿、白铁矿、金红石等包体，包体粒径为0.03～0.005mm。

毒砂形成至少有两期，早期毒砂多呈自形长柱状单晶或集合体浸染于岩石中，镜下观察这种毒砂与金矿化有一定关系，晚期毒砂呈它形粒状集合体及自形晶棱柱体嵌布在方解石-石英脉中，并往往与铜、铅、锌硫化物或硫盐矿物共生，沿脉壁的镁绿泥石带中毒砂富集，这种毒砂与金矿化关系密切，金多赋存在它形粒状集合体毒砂的间隙中。

毒砂电子探针分析结果表明（表2）：砷低硫高，分子式介于FeAs（0.86～0.92）S（1.05～1.16）之间，S/Se比值为1.17～1.38，属于富硫贫砷型的低温毒砂。这与毒砂爆裂温度测定结果（180℃～280℃）一致。

表2 毒砂电子探针分析结果(wB%)

（3）磁黄铁矿：为矿床主要硫化物之一，分布普遍，但含量不等，一般0.1%～0.5%。至少可分为两期：早期呈微细粒包裹于毒砂中，镜下易见板条状、针状切面分布于岩石中；晚期磁黄铁矿呈它形粒状集合体分布于石英-方解石脉中，常与毒砂、黄铁矿共生，多沿毒砂晶体间隙分布，也见有沿毒砂周边分布的，形成环状结构，有交代毒砂、黄铁矿现象，可见其形成略晚于毒砂和黄铁矿，这种磁黄铁矿与金矿化关系密切。据电子探针分析结果（表3），计算的化学式为Fe(1-0.15)S或者Fe7S8，属于低温型单斜晶系变体。

表3 金山金矿磁黄铁矿电子探针分析结果(wB%)

3 成矿期、成矿阶段及矿石组合

经过系统的矿石研究基础上，结合前人的研究成果，作者认为金山金矿去在成矿前期（晚古生代）沉积了一套含金建造；成矿初期构造运动，岩层发生塑性流动变形或韧性变形作用，形成了矿源的初步富集；成矿期，岩体的侵位为初步富集的矿源层提供热源和部分矿源，驱动成矿流体运移，在有利构造带多次减压和沉淀；后期矿体抬升至地表或浅地表，接受淋滤和风化作用。成矿期大致可分为成岩期、变质富集期、热液期和表生期，详述如下。

（1）沉积成岩期：粘土矿物吸附金形成含金矿源层，金主要以络合物的形式被粘土矿物吸附。石英呈细小颗粒，来自搬运沉积物。此阶段以莓群状黄铁矿为特征，有部分团块状黄铁矿。

（2）变质富集期：中泥盆统李坝群的细碎屑岩经历区域变质作用，变质作用较弱，仅粘土矿物及部分粉砂质成分重新结晶，出现绢云母及少量绿泥石、石英，定向排列，具鳞片变晶结构，为板岩、千枚岩。该过程活化原沉积岩中的部分金，迁移至千枚理或构造裂隙（节理）中，矿化较弱，形成金的初步富集。

（3）热液成矿期：是矿床的主要矿化期。根据矿物组合及矿脉穿插关系至少分为三个阶段：①早期石英-硫化物阶段，形成黄铁矿、毒砂、石英。黄铁矿以细粒或集合体呈团粒状为代表，毒砂呈自形长柱状单晶或集合体，前二者往往被晚期的形成的硫化物交代，形成残余。石英为纯白色为特征。金矿化较弱。②中期硫化物阶段，形成黄铁矿-毒砂-磁黄铁矿组合。其中，磁黄铁矿略晚于黄铁矿与毒砂，磁黄铁矿呈板条状、针状，此阶段矿物组合呈浸染状分布于绢云母千枚岩中。受构造作用，矿物受应力作用出现碎裂结构，并伴有金矿化。

4 矿床成因探讨

4.1 矿质来源

丰富的物源对矿区内矿床形成起着极为重要的作用。中泥盆世，金山矿区处于浅水隆后盆地沉积环境，物源为以富铁族元素的基性岩或基性火山岩为主，沉积了一套含金浊积岩。据郭朝晖等研究表明：中泥盆统地层含金背景值为3.1×10-9，经分层统计表明李坝群（D2Lb）岩层的含金量高出本区背景值2～3倍。因此，为成矿提供了充实的物源基础。

4.2 矿液运移与沉淀

金山金矿的产出严格地受控于近于东西向构造破碎带。赵娟，杨根生等对稳定同位素及微量元素的研究表明：成矿热液具混合硫特征，主要来自地层；水来自大气降水和岩浆水混合；硫化物具有岩浆热液成因的特点；对来自金山金矿的黄铁矿的铅同位素测定年龄相当于中川岩体侵入晚期。由此可见，岩浆活动不仅为成矿提供了热驱动，而且为成矿提供了硫和水。构造活动为大气降水提供了下渗通道，大气降水与岩浆水形成环流加速矿质的溶解，萃取中泥盆统李坝群岩层中金元素，并在运移过程中含金络合物被Fe2+还原。在多阶段的构造-岩浆活动和深部水循环热水溶液的作用下，成矿物质不断加入，形成富矿溶液，沿断裂特别是东西向与南北向断裂交汇部位选择性交代、富集，形成浸染状、斑点状、脉状矿石。

综上所述，作者初步确定金山金矿为构造-岩浆活动控制的中低温热液交代型金矿床。

5 结论

基于金山金矿床的勘查工作，结合室内外研究，作者得出以下进展和结论。①矿石组构方面：矿床的矿石构造相对较为简单，主要有浸染状、斑点状及脉状构造。矿石结构较为复杂按成因可分为结晶作用、交代作用、压力作用、固溶体分离作用和沉积作用形成的结构。②成矿期次方面：结合前人研究成果，大致分为成岩期、变质期、热液期和表生期。③成矿机制方面：多阶段构造-岩浆活动不断萃取中泥盆统李坝群（D2Lb）地层中的金元素形成含矿热液，运移至减压区沉淀。因此，初步确定金山金矿为构造-岩浆活动控制的中低温热液交代型金矿床。