山西义兴寨金矿床铁塘硐隐爆角砾岩筒地质特征、形成时代和找矿方向

白晓明

(紫金矿业集团股份有限公司矿产地质勘查院)

引 言

义兴寨金矿床位于山西省繁峙县砂河镇，是目前山西省最大的金矿床，累计探明金金属量超过91 t(金平均品位3.03 g/t)。矿区发育石英脉型、蚀变斑岩型和蚀变角砾岩型等3种矿体。其中，蚀变角砾岩型矿体产于4个隐爆角砾岩筒中[1]，分别为铁塘硐隐爆角砾岩筒、河湾隐爆角砾岩筒、南门山隐爆角砾岩筒和金鸡岭隐爆角砾岩筒，铁塘硐隐爆角砾岩筒是其中最大的隐爆角砾岩筒。尽管金矿床有不同的类型[2]，但隐爆角砾岩筒中常产出大而富的矿体[3]，如河南嵩县祁雨沟J4隐爆角砾岩筒[4-6]，因此这些隐爆角砾岩筒的金成矿潜力是矿山企业关注的焦点。前人对铁塘硐隐爆角砾岩筒的石榴子石和穿切角砾岩的石英斑岩脉进行了U-Pb定年[7]，但对其中的角砾岩、矽卡岩、岩脉和金矿化的特征及其相互关系还缺乏研究，对其成因认识不清，影响了对成矿潜力的评价和找矿方向的确定。因此，本文以铁塘硐隐爆角砾岩筒为研究对象，在查明其地质特征、成矿阶段和形成时代的基础上，探讨其成因，为进一步找矿勘查提供依据。

1 地质背景

义兴寨金矿床位于华北克拉通中部造山带的恒山地体中。矿区主要出露属于恒山变质基底的太古代TTG岩石夹古元古代辉长岩脉，并零星分布少量的中元古代白云岩和早寒武纪燧石角砾岩(见图1)。

1—早寒武纪燧石角砾岩 2—中元古代白云岩 3—古元古代辉绿岩脉 4—太古代TTG岩石 5—石英二长岩 6—霏细岩 7—石英斑岩 8—花岗斑岩 9—断裂及编号 10—隐爆角砾岩筒 11—含金石英脉及编号 12—剖面及编号

矿区内发育许多早白垩世侵入岩，其中以孙庄岩体为最大，岩性主要为石英二长岩及斑状花岗岩，锆石U-Pb年龄分别为134～135 Ma和134 Ma[8-9]。此外，发育了数量多但出露面积较小的花岗斑岩、石英斑岩和霏细岩。河湾花岗斑岩的锆石U-Pb年龄为141 Ma±1 Ma[10]，是蚀变斑岩型矿体的赋矿围岩。石英斑岩主要分布在南门山隐爆角砾岩筒附近，整体为块状构造，局部发育流纹结构，局部穿切花岗斑岩。霏细岩呈脉体产出，穿切石英斑岩。

矿区发育的构造主要为近南北向和北西向2组断裂。其中，近南北向断裂是石英脉型矿体的主要控矿断裂；北西向断裂为右行断裂，错开了近南北向断裂。

2 隐爆角砾岩筒特征

铁塘硐隐爆角砾岩筒位于4个隐爆角砾岩筒的东北部(见图1)，从上到下呈逐渐缩小的筒状(见图2-a))。地表出露面积约0.054 km2，出露标高为1 450 m，钻孔控制深度为269 m，隐爆角砾岩筒的总控制深度为1 719 m。隐爆角砾岩筒内已有钻孔中样品金品位多数低于0.3 g/t，虽然在-60～130 m标高处发现了金品位大于0.5 g/t的集中段(见图2-b)、c))，但目前还没有圈定出具有工业规模的矿体，勘探评价工作仍在进行中。

钻孔和工程揭露显示，铁塘硐隐爆角砾岩筒大致以1 070 m中段为界，可分为下部无矽卡岩段和上部矽卡岩段。下部无矽卡岩段的角砾为TTG岩石，为黄铁矿、绿泥石胶结物(见图3-a)和硅质胶结物(见图3-b)。钻孔岩性显示，霏细岩呈多条脉体穿切下部无矽卡岩段(见图2-b)，表明其侵位晚于下部无矽卡岩段角砾岩的形成。霏细岩在钻孔中的视厚度为2～50 m，局部发育顺层绿泥石化、黄铁矿化蚀变(见图3-c)。在510 m中段边部的角砾成分为片麻岩，胶结物为硅质。在1 070 m中段霏细岩的边部发育块状石榴子石、绿帘石、绿泥石矽卡岩，局部矽卡岩呈脉状沿着霏细岩的裂隙交代形成内矽卡岩(见图3-d)。在近地表，矽卡岩以胶结物的形式胶结了灰岩角砾(见图3-e)和TTG岩石(见图3-f)。块状矽卡岩中发育约1 cm浸染状、菊花状镜铁矿集合体和几厘米的团块状镜铁矿，有少量自然金产出[1]。角砾粒度大多小于10 cm，在矽卡岩的空隙中发育长柱状方柱石和石榴子石等(见图3-g)。在矽卡岩的局部还发育中等浸染状、团块状磁铁矿和星点状黄铁矿。另外，见方解石-镜铁矿(-石榴子石)脉体穿切绿帘石、绿泥石矽卡岩(见图3-h)，脉体长度一般不超过1 m，宽度为2～10 cm，脉体中心发育乳白色的方解石，脉体边部发育黑色的方解石。块状矽卡岩形成之后在局部遭受破碎，形成粒径为1～3 cm的角砾，并被花岗质岩浆胶结，形成花岗质岩浆胶结角砾(见图3-i)。在该隐爆角砾岩筒的边部发育由硅质胶结物胶结的角砾岩。角砾岩被晚期的石英斑岩脉穿切[4]，在局部被南北向的硫化物-石英脉穿切。根据以上铁塘硐隐爆角砾岩筒的地质特征和空间产出特征，其形成过程可划分为：下部无矽卡岩角砾岩化阶段(Ⅰ)、霏细岩和上部块状矽卡岩阶段(Ⅱ)、方解石-镜铁矿(-石榴子石)脉阶段(Ⅲ)、含矽卡岩角砾的岩浆胶结角砾岩阶段(Ⅳ)、石英斑岩脉阶段(Ⅴ)、石英-硫化物脉阶段(Ⅵ)。

图2 铁塘硐隐爆角砾岩筒特征

3 样品、分析方法及结果

3.1 样品和分析方法

本次工作采集的样品包括1 070 m中段的霏细岩和其边部的块状矽卡岩，以及510 m中段隐爆角砾岩筒边部的硅质胶结物。矽卡岩中的石榴子石先磨制成厚度约0.1 mm的加厚薄片，再进行扫描电子显微镜观察和能谱分析，确定石榴子石是否均一，并圈定测试点位，然后采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法(LA-ICP-MS)进行U-Pb定年分析。将霏细岩和硅质胶结物粉碎，在双目镜下手动挑出锆石，并制靶。之后拍摄透射、反射照片和阴极发光(CL)照片，用于判断锆石中的包裹体、裂纹和锆石类型，在此基础上圈定测试点位，然后进行U-Pb定年分析。扫描电子显微镜和能谱分析在中国地质科学院地质研究所完成，所使用的扫描电子显微镜型号为FEI NOVA NanoSEM 450，配备能谱仪型号为OXFORD X-Max(50 mm2)。U-Pb定年分析在北京燕都中实测试技术有限公司完成，用于定年的仪器为Analytikjena PlasmaQuant MS四级杆ICP-MS及其搭载的193 nm NWR193 Ar-F准分子激光剥蚀系统。

石榴子石U-Pb定年的详细分析过程见文献[11]。w(U)/w(Pb)值的仪器漂移和质量分馏通过标样-样品的方法进行校正。石榴子石微量元素含量利用SRM610玻璃作为标样和通过29Si(或者40Ca)作为内部标样校正。原始数据处理利用ICP-MS DatalCal和Askits软件[11-14]完成。普通Pb校正利用207Pb离线校正方法。最后，利用Isoplot 4.15计算U-Pb 年龄、绘制Tera-Wasserburg图和加权平均值年龄图。Yellow Mali、Willsboro和Zsls-01207Pb校正后的206Pb/238U加权平均值年龄分别为201.6 Ma±1.2 Ma、1 039 Ma±22 Ma和157.7 Ma±1.9 Ma，与参考值202.0 Ma±1.2 Ma、1 022 Ma±16 Ma[15]和155 Ma±2 Ma在误差范围内一致。

锆石U-Pb定年的详细分析过程见文献[14]。w(U)/w(Pb)值的仪器漂移和质量分馏通过标样-样品的方法进行校正。锆石微量元素含量利用SRM610玻璃作为标样和通过29Si作为内部标样校正[16]。原始数据处理利用Askits软件完成。普通Pb校正采用Anderson法[17]。最后，利用Isoplot 4.15计算U-Pb年龄、绘制谐和图和加权平均值年龄图。样品1070#3-4JL1测试过程中锆石91500、Plešovice、Temora的207Pb/226Pb或206Pb/238U加权平均值年龄分别为1 067 Ma±22 Ma、339.0 Ma±1.7 Ma、414.9 Ma±3.1 Ma；样品TTD510#2-H17测试过程中锆石91500、Plešovice、Temora的207Pb/226Pb或206Pb/238U加权平均值年龄分别为1 068 Ma±28 Ma、338.7 Ma±1.8 Ma、413.9 Ma±3.3 Ma，与参考值1 065.4 Ma±0.3 Ma[18]、337.13 Ma±0.13 Ma[19]、416.75 Ma±0.24 Ma[20]在误差范围内一致。

3.2 结 果

块状矽卡岩中的石榴子石U-Pb定年测试结果见表1。块状矽卡岩样品(1070#3-4JL4)中的石榴子石发育核边结构，扫描电子显微镜观察显示，石榴子石成分均一，能谱测试表明其均为钙铁榴石(见图4-a)，仅在核边接触部位Al含量有一定程度的增加。石榴子石的238U、232Th质量分数分别为2.89×10-6～27.10×10-6、≤0.562×10-6。石榴子石核部和边部的U、Pb数据在误差范围内无法区分，39个数据获得207Pb/206Pb和238U/206Pb的下交点年龄为139.1 Ma±0.7 Ma(见图5-a)，207Pb校正后的206Pb/238U加权平均年龄为139.1 Ma±0.7 Ma(见图5-b)。因此,本次获得的下交点年龄可以代表石榴子石的形成时代。

表1 铁塘硐隐爆角砾岩筒块状矽卡岩中的石榴子石U-Pb定年测试结果

霏细岩(1070#3-4JL1)和硅质胶结物(TTD510#2-H17)中的锆石U-Pb定年测试结果见表2。霏细岩样品中的锆石粒度为70～100 μm，长宽比为1∶1～1.5∶1，锆石主要呈棱柱状，无色。锆石具有明显暗色核部和灰色边部，但核部具有连续生长环带，与传统捕获锆石的核边结构有明显差异，是连续生长的产物(见图4-b)。对核部、边部的尝试性测试发现其年龄是一致的。锆石238U、232Th质量分数分别为278.33×10-6～700.54×10-6,162.69×10-6～811.33×10-6。27个数据获得了206Pb/238U和207Pb/235U的谐和年龄为138.2 Ma±0.3 Ma(见图5-c)，206Pb/238U加权平均年龄为138.1 Ma±0.6 Ma(见图5-d)。因此，本次获得的谐和年龄可以代表该样品的锆石结晶年龄。

表2 铁塘硐隐爆角砾岩筒霏细岩(1070#3-4JL1)和硅质胶结物(TTD510#2-H17)中的锆石U-Pb定年测试结果

硅质胶结物样品中的锆石粒度为70～100 μm，长宽比为1∶1～1.5∶1，呈浑圆状，无色。锆石具有核边结构，核部的震荡环带较弱，具有变质锆石的特征，边部发育典型亮色变质边(见图4-c)。锆石238U、232Th 质量分数分别为21.68×10-6～138.38×10-6，10.75×10-6～80.43×10-6。29个数据获得206Pb/238U 和207Pb/235U的上交点年龄为2 506.6 Ma±6.5 Ma(见图5-e)，206Pb/238U的加权平均年龄为2 508.0 Ma±6.4 Ma(见图5-f)。因此，本次获得的上交点年龄可以代表变质锆石核部的结晶年龄。

a—具有核边结构的钙铁榴石(背散射电子(BSE)图像)，石榴子石内部均匀，只是核边接触部位含有较多的Al b—霏细岩中的锆石(阴极发光(CL)图像) c—硅质胶结物中的锆石(阴极发光(CL)图像)

图5 铁塘硐隐爆角砾岩筒中的石榴子石(a～b)和锆石(c～f)U-Pb定年结果

4 讨 论

4.1 形成过程

霏细岩的形成晚于铁塘硐下部无矽卡岩段。在1 070 m中段可见霏细岩边部发育块状矽卡岩，沿着霏细岩的裂隙发育内矽卡岩，表明上部块状矽卡岩与霏细岩具有成因联系。本次测得霏细岩边部块状矽卡岩中的石榴子石形成于139.1 Ma±0.7 Ma，霏细岩形成于138.1 Ma±0.6 Ma，二者在误差范围内一致，进一步指示了二者在时间上具有成因联系。张立中等[7]获得的铁塘硐隐爆角砾岩体的块状石榴子石U-Pb年龄是140 Ma±2 Ma，相对本次测得的年龄略晚，可能是U-Pb定年有4 %的外部误差导致的[21]。综合地质特征和年龄数据，认为在下部无矽卡岩段形成以后，霏细岩侵入到无矽卡岩段之上，与上部的中元古代碳酸盐岩发生接触交代反应，形成了块状矽卡岩及内矽卡岩。

此外，下部无矽卡岩段角砾岩边部的硅质胶结物中的锆石U-Pb年龄为2 506.6 Ma±6.4 Ma，与区内TTG岩石一致[22]，指示了隐爆过程中围岩形成的岩粉胶结了角砾，并经历了硅化热液蚀变作用。

义兴寨金矿床位于华北中部造山带。在135～160 Ma，中国东部受控于古太平洋板块向西俯冲的影响，发生了大规模岩浆活动和成矿作用[23-24]。义兴寨金矿区的花岗斑岩、石英斑岩、霏细岩及矽卡岩集中形成于140 Ma左右[7,10]，其形成可能与古太平洋板块俯冲前端软流圈上涌、富集岩石圈地幔部分熔融及之后的壳幔相互作用有关[25-26]，是与古太平洋板块俯冲有关的大规模岩浆活动和成矿作用的一部分。

4.2 找矿方向

铁塘硐隐爆角砾岩筒内钻孔T510ZK803的岩心编录和金品位测试结果表明，在角砾岩与霏细岩同时发育部位，金品位明显提高，构成了金品位大于0.5 g/t 的集中段。相比之下，在下部无矽卡岩段角砾岩边部发育的硅质胶结角砾岩中金矿化弱，而在矽卡岩中有一定程度的金矿化。因此，在铁塘硐隐爆角砾岩筒中，有霏细岩产出的角砾岩地段是重点勘探目标。

除了铁塘硐隐爆角砾岩筒，义兴寨金矿床还发育河湾、南门山和金鸡岭等3个隐爆角砾岩筒。前人对河湾隐爆角砾岩筒进行过大量勘查工作，但对南门山隐爆角砾岩筒和金鸡岭隐爆角砾岩筒的勘查程度依然较低。在南门山隐爆角砾岩筒和金鸡岭隐爆角砾岩筒的地表露头和采坑中可见类似的块状矽卡岩和霏细岩，其可能具有与铁塘硐隐爆角砾岩筒相似的产出特征和成因机制。因此，本次研究对南门山隐爆角砾岩筒和金鸡岭隐爆角砾岩筒的进一步评价和勘探具有一定的借鉴和指导意义。

5 结 论

1)义兴寨金矿床铁塘硐隐爆角砾岩筒的形成过程包括：下部无矽卡岩角砾岩化阶段(Ⅰ)、霏细岩和上部块状矽卡岩阶段(Ⅱ)、方解石-镜铁矿(-石榴子石)脉阶段(Ⅲ)、含矽卡岩角砾的岩浆胶结角砾岩阶段(Ⅳ)、石英斑岩脉阶段(Ⅴ)、石英-硫化物脉阶段(Ⅵ)。

2)义兴寨金矿床铁塘硐隐爆角砾岩筒上部矽卡岩段与霏细岩具有成因联系，二者形成于138～139 Ma。在角砾岩筒中，发育霏细岩的角砾岩地段是重点勘探目标。

致谢：本次研究得到了山西紫金矿业有限公司的大力支持，在论文撰写过程中，中国地质科学院矿产资源研究所王义天研究员提出了宝贵的修改意见，在此一并感谢。