云开地区庞西垌-金山银金矿田元素迁移特征及成矿地质过程

黄 玺, 郑 义*, 虞鹏鹏, 曾长育

云开地区庞西垌-金山银金矿田元素迁移特征及成矿地质过程

黄 玺1,2,3, 郑 义1,2,3*, 虞鹏鹏1,2,3, 曾长育3,4

(1. 中山大学 地球科学与工程学院, 广东 广州 510275; 2. 广东省 地球动力作用与地质灾害重点实验室, 广东 广州 510275; 3. 广东省 地质过程与矿产资源探查重点实验室, 广东 广州 510275; 4. 广西壮族自治区 地质调查院, 广西 南宁 530023)

粤西‒桂东交界的庞西垌‒金山矿田位于扬子和华夏地块构造结合的钦-杭成矿带内。矿田主要包括庞西垌、金山、中苏、竹根坡、高村等银金矿床, 已探明银储量超过1400 t, 平均品位195 g/t, 金储量超过10 t, 是我国重要的银金成矿基地。该矿田中, 庞西垌‒金山断裂带是主要的控矿和含矿构造; 矿体与该断裂韧脆性特征密切相关。本文对庞西垌断裂带与围岩的接触带做了详细的野外地质剖面测量, 发现断裂中心部位为糜棱岩往北西及南东是对称的碎裂岩、花岗片麻质压碎岩(或压碎状花岗片麻岩), 接触带两侧为未经蚀变和变形的花岗片麻岩和花岗岩。蚀变带岩石成分迁移结果表明, 庞西垌矿区Th、Al、U、Hf、Na和Nb相对迁出、Fe相对迁入, 其余元素如Ca、Mg、Y、Ba和K在压碎岩中相对迁入, 碎裂岩中相对迁出; 金山矿区Si、Ca、Fe、Mg、Y、Nb、Ta和Mn均相对未蚀变岩迁出, Th、Al和Rb则相对迁入, U、Hf、Na和Ba的迁入迁出状态取决于何种蚀变岩性。前人研究表明, 庞西垌矿床主成矿期包裹体具有富CO2特点, 表现为中低温、低盐度特点, 与典型造山型金矿一致。庞西垌和金山矿床矿体产出位置与花岗片麻岩关系密切, 矿体稀土元素特征与花岗片麻岩相近, 硫化物的硫同位素组成与围岩花岗片麻岩类似, 表明矿质可能来源于断裂带接触的花岗片麻岩。结合庞西垌‒金山矿田矿床地质、地球化学特征, 本文认为矿体就位与断裂带燕山期韧脆性剪切带形成的破裂面密切相关, 高孔隙度的压碎岩、碎裂岩为流体的迁移和沉淀提供了极佳的路径。

造山型金矿; 钦-杭成矿带; 庞西垌‒金山矿田; 韧脆性剪切带; 蚀变岩成分迁移

0 引 言

庞西垌‒金山银金矿田主要包括庞西垌、金山、中苏、竹根坡和高村等银金矿, 已探明银储量超过1400 t, 平均品位195 g/t, 金储量超过10 t, 是我国十大银矿基地之一[1–3]。自20世纪60年代发现以来, 前人对矿床地质和地球化学特征进行了大量研究, 并取得了一些共识: 庞西垌断裂带是主要的控矿和含矿构造; 矿床与断裂带的韧脆性剪切作用密切相关[1–13]。其银金矿为构造蚀变岩型银金矿床[2,4], 但银金矿物除了赋存于构造蚀变岩中, 还有相当一部分产在石英脉中, 对其流体、蚀变及元素富集过程的认识并不全面[1–2]。庞西垌‒金山银金矿矿田的侧向蚀变分带明显, 主要类型包括黄铁矿化、硅化、绢云母化和绿泥石化[1–3], 加强其蚀变过程中元素空间迁移规律的研究, 可以约束成矿过程中流体迁移路径(pathway)和理解成矿元素的富集过程, 同时也有助于科学指导未来的找矿勘查部署。

基于此, 本文拟对控矿断裂接触带进行详细的野外地质剖面测量, 查明韧脆性构造分带特征; 在此基础上, 以庞西垌和金山矿床为例, 采集不同蚀变分带的岩石样品进行主量元素和微量元素地球化学分析, 采用质量平衡的蚀变带元素迁移计算方法, 对岩石蚀变的元素迁移特征进行定量化研究。结合对该矿的包裹体和同位素等地球化学数据的系统总结, 进一步探讨成矿流体特征与成矿地质过程。

1 区域地质概况

庞西垌‒金山银金矿田位于钦-杭成矿带的云开地区(图1)。该区沉积岩主要包括前寒武系天堂山岩群和云开群, 古生代‒新生代地层岩系。前寒武系天堂山岩群(高州岩群)和云开群是华夏地块重要的古老基底岩层[14–16]。其中, 天堂山岩群主要为古元古代条带状‒眼球状花岗片麻岩和条带状混合岩, 普遍达到角闪岩相(局部达麻粒岩相)变质; 云开群主要由中新元古代的石英云母片岩、绢云母片岩和绢云母板岩组成, 变质程度中‒低, 主要为绿片岩相(局部达角闪岩相)。地层受多期次岩浆侵入和变形‒变质作用影响。区内出露新元古代、加里东期、印支期以及燕山期火成岩。新元古代火成岩主要为基性岩, 零星分布于该区内[17–20]。加里东期构造‒岩浆作用导致本区发生高级变质作用, 在区内形成了大量的400～450 Ma条带状‒眼球状花岗片麻岩、条带状混合岩和片麻状花岗岩等[21]。区内印支期和燕山期火成岩较少, 其中印支期侵入岩主要为二长花岗岩和花岗闪长岩, 燕山期花岗岩主要为中‒细粒斑状黑云母花岗岩[21]。

研究区断裂带发育, 主要以NE向断裂为主, 区域性的大断裂包括博白‒岑溪断裂带、黎村‒文地断裂带、信宜‒廉江断裂带和吴川‒四会断裂带。庞西垌断裂带为次一级NE向断裂, 控制了庞西垌‒金山银金矿田的空间分布(图1)。

图1 庞西垌‒金山银金矿田大地构造背景简图(据文献[19]修改)

2 矿床地质特征

庞西垌‒金山矿田出露前寒武系, 岩石类型主要为云母片岩, 夹少量云母石英片岩、斜长角闪岩和绿帘石辉石岩等[5]。矿田构造印支期受控于云开地区NE向剪切带如合浦‒河台韧性剪切带, 矿田发育右行庞西垌‒低耕韧性剪切带, 转而燕山期发育NE向庞西垌‒金山左行走滑剪切带, 主要为F1和F2断裂, 主应力方向为近SN向或NNE向, 派生发育压扭性断裂、张扭性断裂, 如NNE向次级断裂, SN向张性断层, 断裂引起初糜棱岩破碎、裂解, 发育碎裂岩和断层角砾岩。庞西垌韧脆性断裂带主要经历以上构造演化过程, 是矿田内主要控矿构造, 由主断裂、次级断裂及各向节理构造组成。南端经过金山、庞西垌银金矿向SW延伸, 北端经过樟木塘、中苏和竹根坡银金矿, 最后延伸到茶子窝岩体, 控制着多个Ag-Au矿床的空间分布(图2)。该区域节理可大体分为四个方向, 根据穿插关系及充填物质, 可分为早晚两期节理。早期节理分两组, 一组走向为NNE, 倾向SE, 主要分布于花岗岩中; 一组走向NNW, 倾向SW, 主要分布在破碎带及花岗岩中, 早期两组节理均无充填物。晚期节理一组为NE向, 倾向NW, 节理内部充填有石英脉和金属硫化物, 另一组为NW向, 倾向SW, 主要分布在破碎带花岗岩体和花岗片麻岩中。庞西垌断裂全长20多千米, 走向NE40°～50°, 倾向NW, 倾角55°～75°。断裂破碎带一般宽15～25 m, 最宽上百米, 呈现局部膨胀、收缩或者尖灭现象。断裂带中心部位发育糜棱岩, 糜棱岩两侧则发育碎裂岩、压碎岩和构造角砾岩, 呈现出韧‒脆性断裂的特点。

区内出露火成岩主要包括印支期塘蓬岩体和燕山期英桥岩体、六环岩体。其中塘蓬岩体岩性主要为黑云二长花岗岩、黑云母花岗岩以及花岗闪长岩等; 英桥岩体岩性主要包括斑状黑云母花岗岩、花岗岩及黑云斜长花岗岩(图2); 六环岩体主要为黑云母花岗岩。火成岩在空间上与矿体有密切的联系, 庞西垌矿区矿体产于由英桥花岗岩蚀变形成碎裂状绢英岩中, 也有部分以石英脉形式充填花岗质碎裂岩。从空间产出特征来看, 燕山期英桥岩体、六环岩体应早于矿体形成。

庞西垌‒金山矿田矿体都定位于花岗片麻岩和花岗岩的接触带上(图3)。矿床上盘围岩为花岗片麻岩, 下盘为花岗岩(图3)。矿体产于主断裂破碎带内, 主要矿体分布于上盘碎裂岩中, 次级节理也有少量矿体出现。

图2 庞西垌‒金山银金矿田地质图(据文献[22]修改)

图3 庞西垌和金山银金矿点勘探线剖面图(改编自文献[22–23])

通过详细的野外调研发现, 花岗片麻岩和花岗岩的断裂接触带上具有明显的构造岩相分带(图4): 断裂中心部位为糜棱岩往北西以及南东是对称的碎裂岩和花岗片麻质压碎岩(或压碎状花岗片麻岩)。接触带两侧为未经蚀变和变形的花岗片麻岩和花岗岩。

与矿化密切相关的围岩蚀变主要有钾化、硅化、绿泥石化、黄铁绢英岩化(图4和图5), 围岩蚀变类型和强度与岩石的剪切破碎程度密切相关, 在空间上由断裂带中心向两侧依次减弱, 与构造分带对应分布。断裂上盘至下盘蚀变大致对称出现, 为绢云母、绿泥石、钾化带‒硅化绢云母化带‒黏土化带(断层泥)‒硅化带‒黄铁绢英岩化带‒绢云母化、钾化带。蚀变没有严格的界线可寻, 往往互相重叠, 其中硅化常常以石英脉产出(图5a和5b), 绢云母化、绿泥石化带分布范围最广, 常常交代长石形成(图5c、5d、6a和6b), 而钾化仅在蚀变带两侧可见(图5a), 黄铁绢英岩化带紧靠硅化糜棱岩带出现。

矿石矿物主要包括黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、辉银矿、螺状硫银矿、银金矿和自然金等(图6), 银金矿常围绕方铅矿发育(图6f)。脉石矿物主要包括石英、斜长石、钾长石、绿泥石、绢云母、方解石、重晶石、萤石、磷灰石等(图5), 其中石英脉常出现后期构造特征(图5e和5f)。

矿石构造类型主要有块状构造、角砾状构造、浸染状构造和细脉状构造等。矿石结构主要包括粒状结构、粒状变晶结构和碎裂结构(图6)。

图4 庞西垌‒金山矿田庞西垌矿区野外实测剖面

图5 庞西垌‒金山蚀变特征

(a) 硅化带穿插钾化带, 钾长石呈碎裂结构; (b) 硅化、绿泥石化; 黄铁矿、黄铜矿呈粒状产于石英粒间; (c) 白云母、绢云母、绿泥石、石英共存; (d) 交代结构; (e) 石英粒间滑动; (f) 石英脉被拉长, 呈韧性剪切特征。Qtz–石英; Py–黄铁矿; Pl–斜长石; Mus–白云母; Chl–绿泥石; Ser-绢云母。

粒状结构和粒状变晶结构由结晶作用而形成, 是研究区银金矿石普遍存在的结构类型之一, 黄铁矿呈自形、半自形晶粒状特征(图6e)。碎裂结构由应力作用而形成, 常见于碎裂岩角砾岩矿石中, 是普遍存在的结构类型之一, 其特征为早期形成的矿物被压碎后, 被后期脉石矿物胶结或金属硫化物细脉充填, 如闪锌矿充填黄铁矿粒间裂隙(图6c)。交代熔蚀结构由交代作用而形成, 也是矿石中普遍存在的结构类型之一, 其特征为早期生成的金属矿物被晚期矿物交代, 形成不规则状、孤岛状的残余矿物(图5c和5d), 也可见方铅矿交代黄铜矿(图6d)。

3 样品采集与分析

本文在庞西垌和金山两处分别采集断裂带上盘的未蚀变的花岗片麻岩、压碎岩(绿泥石化)和碎裂岩(黄铁矿化、硅化、绢云母化)样品, 进行全岩主量元素和微量元素分析。除去岩石表面, 超纯水清洗震荡, 用玛瑙碾钵研磨至粒径小于0.075 mm。元素地球化学分析在广东省地质过程与矿产资源探查重点实验室完成。主量元素采用日本Rigaku公司ZSX primus型X射线荧光光谱仪(XRF)分析。微量元素采用美国Thermo公司X2型电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析。主量元素的分析精度优于1%, 微量元素分析精度优于5%。详细步骤据文献[19]。

4 分析结果

主量元素分析结果见表1。庞西垌‒金山矿田未蚀变花岗片麻岩、蚀变压碎岩及碎裂岩SiO2含量为67.27%～81.70%, 其中碎裂岩中SiO2含量最高, 与经历硅化蚀变有关。Al2O3含量为9.42%～16.33%, 平均含量为14.29%。K2O、Na2O和CaO含量较高(分别为3.01%～6.25%、0.09%～3.68%和0.26%～2.87%),其中蚀变碎裂岩Na和Ca含量相对较低。样品具有中等的TFe2O3(1.48%～3.13%)、较低的MgO (0.55%～ 1.38%)和TiO2(0.27%～0.47%)含量。

图6 矿石结构构造

(a) 斜长石被绢云母化、绿泥石化; (b) 石英脉穿插绢云母带; (c) 黄铁矿呈碎裂结构, 闪锌矿脉充填裂隙; (d) 黄铁矿、黄铜矿、方铅矿共存; (e) 黄铁矿呈自形晶、连晶; (f) 银金矿围绕闪锌矿发育。Qtz–石英; Py–黄铁矿; Pl–斜长石; Mus–白云母; Chl–绿泥石; Ser–绢云母; Gn–方铅矿; Ccp–黄铜矿; (Au, Ag) –银金矿。

表1 庞西垌‒金山矿床构造带(蚀变带)样品主量元素(%)和微量元素(μg/g)元素分析结果

微量元素分析结果见表1。样品具有较高的Rb (146.6～366.1 μg/g)、Ba (405.0～1680 μg/g)和Zr (86.72～ 192.0 μg/g)含量, 较低的Nb (5.97～13.04 μg/g)、Ta (0.48～4.43 μg/g)和Hf (2.77～5.56 μg/g), 中等的Y (5.45～25.83 μg/g)、Th (9.89～27.42 μg/g)和U (1.76～6.65 μg/g)含量。样品稀土元素总量(∑REE)为109.7～262.7 μg/g, 所有的样品均具明显的轻重稀土分异特征(LREE/HREE=7.65～23.31, (La/Yb)N=9.51～65.11)。具有弱Eu负异常(Eu=0.55～0.94), 无明显Ce异常(Ce=0.98～1.32)。庞西垌‒金山矿田的未蚀变花岗片麻岩、压碎岩以及碎裂岩表现出类似的稀土元素和微量元素组成(图7): 庞西垌矿床压碎岩稀土元素(图7a)、微量元素(图7b)含量高于碎裂岩; 金山矿床压碎岩富集LREE和Ba, 亏损HREE, 碎裂岩富集HREE、Rb、Th、U、Y和Yb, 亏损LREE (图7c和7d)。

5 讨 论

5.1 成矿流体特征

本文选取庞西垌‒金山矿田的庞西垌、金山的样品进行蚀变元素迁移分析。前人工作显示, Al、Ti和Zr在矿床围岩蚀变过程中较稳定, 属不活泼元素。根据本文样品的Al、Ti和Zr含量特征, 选取TiO2作为不活泼组分进行蚀变物质迁移计算。运用经典的Grant相对迁移量计算公式[25]:

w, A=(O/A) ∙ (w, O+ Δw, O−A) (1)

式中:w, O为未蚀变岩石中某组分浓度;w, A为A蚀变岩中某组分浓度; Δw, O−A为岩石从未蚀变岩变为A蚀变岩的浓度差;O为未蚀变岩的质量;A为A蚀变岩的质量。假设在蚀变过程中, TiO2作为不活泼组分, 那么ΔTiO2, O−A=0。那么,

O/A=TiO2, A/TiO2, O(2)

代入(1), 则:

w, A=(TiO2, O/TiO2, A)(w, O+ Δw, O−A) (3)

式中:TiO2, O为未蚀变岩中TiO2浓度;TiO2, A为A蚀变岩中TiO2浓度。再通过Guo.[26]提出的标准化方法对不同蚀变岩石组分的迁移量进行标准化计算, 获得标准化图解(图8)。

5.1.1 元素迁移特征

由图8可知, 庞西垌‒金山矿田蚀变岩的元素迁移具有以下特征。

图7 庞西垌(a、b)和金山(c、d)矿点样品稀土元素分布模式和微量元素蛛网图(标准化文献据文献[24])

图8 庞西垌(a)和金山(b)蚀变带等质量标准化图解

图中从坐标原点发出的黑线指示以TiO2标准化的等质量线, 斜线上方为相对迁入的成分, 斜线下方为相对迁出的成分; 等质量计算方法据Grant[25], 标准化方法据Guo.[26]。投影图中主量元素为其氧化物质量分数(%)与比例系数()的乘积, 微量元素为其质量分数(μg/g)与比例系数的乘积。庞西垌比例系数:(SiO2)=0.36,(Al2O3)=1.00,(Na2O)=3.00,(MgO)=26.00,(K2O)=2.00,(CaO)=10.60,(MnO)=100.00,(TFe2O3)=10.00,(TiO2)=10.00,(P2O5)=20.00,(LOI)=1.50,(Rb)=0.06,(Y)=1.00,(Zr)=0.15,(Nb)=0.60,(Ba)=0.01,(Hf)=3.50,(Ta)=2.00,(Th)=1.00,(U)=4.00; 金山比例系数:(SiO2)=0.36,(Al2O3)=1.43,(Na2O)=4.73,(MgO)=14.84,(K2O)=1.40,(CaO)=15.64,(MnO)=83.77,(TFe2O3)=7.15,(TiO2)=8.32,(P2O5)=8.70,(LOI)=0.52,(Rb)=0.07,(Y)=0.45,(Zr)=0.13,(Nb)=0.50,(Ba)=0.01,(Hf)=3.24,(Ta)=2.05,(Th)=1.39,(U)=5.61。

(1) 庞西垌采集的不同蚀变作用的压碎岩和碎裂岩表现为无论何种蚀变, Th、Zr、Al、U、Hf、Na和Nb相对迁出, Fe相对迁入, 其余元素如Ca、Mg、Y、Ba、K和Mn在压碎岩中相对迁入, 在碎裂岩中相对迁出。Rb在碎裂岩中相对迁入, 在压碎岩中相对迁出, 这种特征可能与碎裂岩中存在的少量重晶石有关。采集的碎裂岩中表现出Si和Fe迁入的特征, 应为硅化和黄铁矿化引起的, 其他元素如Ca、Al和Na等大量迁出; 压碎岩绿泥石化作用明显, 表现为Ca、Fe、Mg、Y、Ba和K明显迁入, Si、Th、U、Hf和Na明显迁出。

(2) 金山采集的不同蚀变作用的压碎岩和碎裂岩表现为无论何种蚀变, Si、Ca、Fe、Mg、Y、Nb、Ta和Mn均相对未蚀变岩迁出, Th、Al和Rb则相对迁入, Zr、U、Hf、Na和Ba的迁入迁出状态取决于何种蚀变岩性, 例如Ba和Na元素在绿泥石化的压碎岩中相对迁入, 而在碎裂岩中相对迁出, Hf、U和Zr在压碎岩中相对迁出, 在碎裂岩中相对迁入。

(3) 由构造带边缘往中心, Si明显富集, 这与碎裂岩的强烈的硅化作用有关, 越靠近断裂带中心, 硅化作用越强烈。

整体而言, 两类矿床元素迁移规律没有太大差别, 均表现为高场强元素(Nb、Ta和Hf)迁出, 大离子亲石元素(K、Rb和Ba)迁入。其他元素迁移规律有所差异, 主要有以下几点原因: (1) 庞西垌、金山矿区采集的样品原岩不一致、矿物比例差别较大导致元素含量差别。庞西垌矿床样品原岩为花岗岩, 金山矿床样品原岩为花岗片麻岩。庞西垌花岗岩较华南花岗岩FeO、Fe2O3和MgO含量高, SiO2和Na2O含量低[2], 花岗片麻岩中混合岩化强烈, 引起Fe和Mg组分带出, K和Na组分带入[6]。具体表现为庞西垌矿床样品Fe和Mg迁入, Si和Na迁出, 金山矿床则与之相反。(2) 庞西垌、金山矿床样品蚀变种类不一致, 庞西垌矿床钾化、云英岩化更强烈, 而金山矿床钾化较少, 反映在元素迁移上庞西垌矿床为K迁入, Na迁出, 而金山矿床则相反。(3) 两个矿床流体的矿质来源及比例可能并不完全一致, S同位素特征显示庞西垌和金山矿床(34S值分别为−8.5‰～−1.7‰和−13.24‰～−0.7‰)并不完全一致, 对比矿区花岗片麻岩的34S值为−3.61‰～−2.1‰, 花岗岩的34S值为 −0.96‰[1], 金山矿区离散型较大, 代表矿质可能来源更多元。从黄铁矿Co/Ni比值(质量分数之比)来看, 庞西垌矿床Co/Ni比值为0.05, 金山矿床Co/Ni比值为0.79[2], 也印证了两类矿床矿质来源仍有所区别。

5.1.2 流体迁移路径及勘查启示

赋矿的蚀变碎裂岩和压碎岩与成矿流体直接发生元素交换和化学反应的产物, 这些蚀变岩也保存着成矿流体的特征, 携带了丰富的矿化信息。以庞西垌矿床为例, 整体表现为压碎岩元素迁入多, 碎裂岩元素迁出多。蚀变岩石中元素含量变化受控于自身元素得失和其他元素得失, 故Zr和Hf等惰性元素迁出, 可能是由于蚀变岩中Ca、K和Mg强烈带入而相对含量降低。结合前人对成矿元素富集位置研究, 成矿元素如(Ag、As、Sb、W和Sn等)富集在绢英岩化碎裂岩以及断裂带中心绢英岩中[12]。金银矿化自接触带中心到外接触带呈减弱的趋势, 成矿流体沿断裂带中心向两侧迁移, 自接触带中心由于压力快速释放驱使矿质快速沉淀, 接着成矿流体沿碎裂岩裂隙带入成矿元素, 随之发生了硅化、绢英岩化, 带入Si和Rb, 由于斜长石被蚀变Na和Ca被带出, Mg和K等元素被带出, 最后到外接触带流体与压碎岩发生绿泥石化, Ca、Mg、Fe和K元素迁入, Si和Na明显迁出。花岗片麻岩与花岗岩断裂带中心是找矿重要位置, 强绢英岩化、硅化‒黄铁矿化构造蚀变带、碎裂岩中的裂隙以及Na、Ca迁出、Si迁入位置都是成矿极佳场所(图9)。

图9 庞西垌断裂带元素迁移模型

5.2 矿质来源

庞西垌‒金山矿田典型银金矿具有如下矿床地质特征: (1) 构造控矿, 矿体产于破裂带中, 产状与断裂带一致, 严格受其控制, 构造环境由挤压转化为伸展环境; (2) 矿田广泛发育韧脆性剪切作用; (3) 矿石构造类型主要有块状构造、角砾状构造、浸染状构造和细脉状构造等。矿石结构主要包括粒状结构、粒状变晶结构、交代溶蚀结构和碎裂结构; (4) 围岩蚀变以硅化、黄铁矿、绢云母化和绿泥石化等中低温蚀变组合为主。这些矿床地质特征与造山型金矿矿床地质特征一致[27]。造山型金矿是近年来的研究热点, 其显著的鉴别标志就是包裹体具有中低温、低盐度和富CO2主导的变质热液特征[27–30]。以庞西垌矿床为典例, 主成矿期原生包裹体主要为气液两相包裹体, 富含CO2, 其均一温度为176～301 ℃, 盐度为7.24%～8.86% (图10a和10b), 表现为中低温、低盐度特点[2]。这与低温热液卡林型金矿明显不同, 与广东河台、青海东昆仑一带的典型造山型金矿一致[31–34]。流体包裹体的氢氧同位素组成位于大气降水和变质水之间, 亦表现为造山型矿床变质热液特征[1,2,7–9]。值得注意的是, 河北东坪、内蒙古大青山、小秦岭文峪‒东闯、胶东新城、湖南沃溪和广东河台等造山型金(锑)矿以及庞西垌、金山矿点的硫化物34S值范围各异, 它们的矿质来源不具专属性[1,2,31–42],这也是造山型矿床的重要特点(图10c)。

前人研究表明, 庞西垌‒金山矿床矿体产出于英桥岩体与花岗片麻岩断裂接触带中[1], 表明花岗片麻岩在空间上与矿体有密切关系; 断裂带接触带西侧的花岗片麻岩平均含Au 65～70 ng/g, 是地壳丰度的18～20倍, 含Ag 410～470 ng/g, 是地壳丰度值的5～6倍, 这为银金成矿提供了潜在的矿源层[6]。地球化学特征上, 矿化蚀变岩微量元素比值(如Rb/Sr和Hf/Ta等)接近于花岗片麻岩, 矿化石英脉、花岗片麻岩有相似的稀土元素特征, Pb同位素特征表明矿石、花岗片麻岩都分布于造山带演化线上[2]。据统计[1–2], 庞西垌矿床34S值为−8.5‰～−1.7‰ (平均为−4.8‰), 金山矿床34S值为−13.24‰～−0.7‰ (平均为−5.0‰), 硫同位素特征更接近于花岗片麻岩(矿田内花岗片麻岩34S值为−3.61‰～−2.1‰, 花岗岩为−0.96‰)。综上所述, 矿质可能来源于花岗片麻岩。

5.3 成矿地质过程

庞西垌‒金山矿田矿体就位具有以下特征: (1) 矿体受控断裂, 产状随断裂带产状变化, 一般产于断裂急转弯部位; (2) 不同方向次级控矿断裂与主断裂的交叉部位有利于矿体的富集; (3) 矿体几乎主要富集于碎裂岩内部, 产状与断裂带一致, 矿体规模与碎裂的规模成正比, 碎裂岩带宽度大的地方蚀变也较强, 矿体也较厚。

因此, 该矿床的形成与断裂带的活动密不可分。庞西垌断裂经历了印支期韧性剪切、燕山期走滑剪切不同构造应力场的叠加改造[11]。印支期发育庞西垌‒低耕右行韧性剪切带, 与云开地区北东走向剪切带相似。燕山期华南地区处于伸展阶段, 并发育庞西垌‒金山左行走滑剪切带, 穿切燕山期英桥岩体, 派生发育压扭性断裂和张性断裂, 呈现韧脆性断裂特征。庞西垌断裂带先韧性后脆性的演化特征是热液运移和矿质沉淀的先决条件。在这种特点的构造带沟通了浅层和中深部的地层或者火成岩, 成为深部热液流体活动往浅层运移的通道。

加里东期片麻岩被后期断裂带穿插切穿(庞西垌断裂, 图11a)。成矿早期(印支期, Ar-Ar年龄为221 Ma), 由于云开地块与湘桂地块陆陆碰撞, 矿区剪切带总体与区域的廉江‒信宜断裂、博白‒合浦断裂平行,走向NE 50°, 断裂带以右行韧性剪切活动为主, 岩体和地层发生强烈的片理化和糜棱岩化, 形成初糜棱岩、眼球状糜棱岩及云母石英片岩, 糜棱岩片理倾向NW, 局部NE向, 发育有S-C组构。切穿岩石的能力强、延伸远, 延长大于100 km[3,43]。韧性剪切带被弱变形的英桥岩体和塘蓬岩体等燕山期花岗岩侵入[43]。这期间, 没有明显破裂面的剪切带形成的狭小通道并未形成大规模的热液沉淀场所(图11b)。燕山晚期岩浆活动沿断裂带侵入, 古太平洋板块向欧亚板块俯冲[44], 构造应力场发生改变, 断裂带再次活动, 由印支期右行韧性剪切转为左行走滑剪切活动, 断裂带总体走向NE 30°～45°[3,43], 主应力方向为近SN向或NNE向, 伴生压扭性断裂和张性断裂, 发育有糜棱岩、碎裂岩及断层角砾。左行走滑剪切作用将先前的岩石重新剪切、破碎, 同时浅部伴随张扭性断裂作用, 在剪切带的中心部位形成破裂面, 并形成各种压碎岩和碎裂岩, 尤其是在断裂的转折部位应力更大, 岩石更容易破碎形成碎裂岩和压碎岩, 这些孔隙度大的岩石为流体的迁移和沉淀提供了极佳的场所(图11c)。变质流体将花岗片麻岩中银金等成矿物质萃取出来, 随断裂带运移并对断裂带岩石交代蚀变, 至浅部与大气降水混合过程中温‒压等物理化学条件改变, 最终矿质沉淀(图11d)。

图10 庞西垌‒金山矿床包裹体和硫化物硫同位素特征与典型矿床对比(据文献[1, 2, 31–42])

图11 庞西垌剪切带型金矿成矿地质过程

6 结 论

(1) 庞西垌‒金山银金矿主要受控于庞西垌‒金山断裂, 矿石类型表现为石英脉型、硫化物细脉, 断裂中心部位为糜棱岩往NW以及SE是对称的碎裂岩、花岗片麻质压碎岩(或压碎状花岗片麻岩)。接触带两侧为未经蚀变和变形的花岗片麻岩和花岗岩。

(2) 庞西垌矿区Th、Zr、Al、U、Hf、Na和Nb相对迁出, Fe相对迁入, 其余元素如Ca、Mg、Y、Ba和K在压碎岩中相对迁入, 在碎裂岩中相对迁出; 金山矿区Si、Ca、Fe、Mg、Y、Nb、Ta和Mn均相对未蚀变岩迁出, Th、Al和Rb则相对迁入, Zr、U、Hf、Na和Ba的迁入迁出状态取决于何种蚀变岩性。

(3) 庞西垌‒金山银金矿的流体包裹体表现为中低温、低盐度特征, 氢氧同位素位于大气降水和变质水之间, 加之硫化物34S值范围各异, 指示其属于典型的造山型矿床, 矿质可能来源于花岗片麻岩。

(4) 庞西垌‒金山矿床的矿体位置与庞西垌韧脆性断裂带形成的破裂面密切相关, 构造活动从印支期右行韧性剪切转变为燕山期左行走滑剪切, 派生压扭性断裂、张扭性断裂, 糜棱岩遭到破碎, 压碎岩、碎裂岩及大量裂隙发育, 孔隙度增大, 为流体的迁移和沉淀提供了极佳的场所。

野外工作得到了广西博白县金粤银矿有限公司、庞西垌银金矿领导、中山大学牛佳和梁志鹏的大力支持; 元素分析得到了广东省地质过程与矿产资源探查重点实验室的帮助; 中山大学周永章教授提出了大量建设性意见; 两位审稿人提供了建设性修改意见, 极大地提高了本文的质量, 在此一并表示衷心感谢！

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Mass transfer during alteration and ore-forming geological process of the Pangxidong-Jinshan Ag-Au ore-field in the Yunkai area

HUANG Xi1,2,3, ZHENG Yi1,2,3*, YU Peng-peng1,2,3and ZENG Chang-yu3,4

1. School of Earth Sciences and Engineering, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, China;2. Guangdong Provincial Key Laboratory of Geodynamics and Geohazards, Guangzhou 510275, China; 3. Guangdong Provincial Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resource Survey, Guangzhou 510275, China; 4. Guangxi Geological Survey Institute, Nanning 530023, China

The western Guangdong–eastern Guangxi Pangxidong–Jinshan ore field is located in the Qin-Hang Metallogenic Belt between the Yangtze and Cathaysia Blocks. The deposits in the ore field include the Pangxidong, Jinshan, Zhongsu, Zhugenpo, and Gaocun Ag-Au deposits with proven Ag reserves of more than 1400 t (average grade of 195 g/t) and Au reserves of more than 10 t. The main controlled and ore-bearing structure is the Pangxidong-Jinshan Fault. The deposits are closely related to the ductile-brittle Pangxidong Fault. In this study, a field profile of the ductile-brittle zone was measured, indicating that the fault contact zone consists of mylonite, cataclastic rocks, and crushed granitoids with unaltered and undeformed granitic gneiss and granite. The results of analyzing the mass transfer during alteration showed that Th, Zr, Al, U, Hf, Na, and Nb were removed, and Fe was enriched in Pangxidong mining area. The remaining Ca, Mg, Y, Ba, and K partitioned to cataclastic rock but not to the cataclasite. For the Jinshan mining area, Si, Ca, Fe, Mg, Y, Nb, Ta, and Mn were removed, and Th, Al, and Rb were enriched. The behavior of Zr, U, Hf, and Na depends on the alteration and lithology types. Previous research has shown that the main mineralization inclusion period of the Pangxidong deposit was characterized by CO2-enrichmentwith moderate-low homogeneous temperatures and low salinity, consistent with the characteristics of orogenic-type Au deposits. The ore body occurs near the granite-gneiss, and the REE characteristics of the ore body are similar to those of the granite-gneiss. The S isotopic composition in the Pangxidong and Jinshan ore fields is similar to that of granitic gneiss. This indicates that the ore-forming materials were likely derived from the granitic gneiss. Combined with the ore deposit geology and geochemistry, we believe that the emplacement of the ore bodies is closely related to the fractures formed by the ductile–brittle shear zones. Moreover, the high permeability of the cataclastic rocks provided a favorable pathway for ore materials.

orogenic type gold deposit; Qin-Hang metallogenic belt; Pangxidong-Jinshan ore field; ductile-brittle shear zones; mass transfer during alteration

P595

A

0379-1726(2021)04-0365-16

10.19700/j.0379-1726.2021.04.004

2019-07-29;

2019-12-18;

2020-03-15

国家自然科学基金(41872193, 41902205); 广东省自然科学基金杰出青年基金(2018B030306021); 广州市“珠江科技新星”(201710010027); 中山大学中央高校基本科研业务费专项资金(2021qntd23)

黄玺(1996–), 男, 硕士研究生,地球化学专业。E-mail: huangx276@mail2.sysu.edu.cn

ZHENG Yi, E-mail: zhengy43@mail.sysu.edu.cn