陕西梅子铺金矿地质特征及矿床成因分析

高 萍, 徐山忠

(西安西北有色物化探总队有限公司,陕西 西安 710068)

0 引言

陕西安康梅子铺金矿位于秦岭褶皱系北大巴山加里东褶皱系,属石泉—汉阴—香炉山金、锰、钼、铁多金属成矿带,北邻石泉—旬阳金成矿带。矿床所处区域上牛山—凤凰山隆起核部NWW向断裂发育,沿断裂带分布大面积的中酸性岩浆岩,形成晚元古代凤凰山—牛山构造岩浆岩带,带中金、铜、铁、钒矿点、异常众多,区域地质构造条件和成矿地质条件较好。

矿床自2005年开展系统性的金矿普查工作以来,杨宏林等[1-2]从不同角度阐述了矿床地质特征、围岩蚀变、化探异常特征等,探讨了在本区进一步找矿的潜力。但是,在矿床成因及成矿物质来源方面相关资料缺失。为了进一步探讨梅子铺金矿床的成因,进而为该区隐伏金矿床找矿勘查提供理论依据,本文在详细的矿床地质研究基础上,对梅子铺金矿矿石、岩体及围岩中的硫化物进行了硫同位素测定,结合区域上文峪金矿和东闯金矿硫同位素数据进行对比分析,讨论了梅子铺金矿床成矿物质来源和成矿作用,以探讨矿床成因。

1 区域地质概况

矿区所在区域属于秦岭构造带南秦岭南部逆冲推覆系石泉—神河逆冲推覆带(图1a),经历了加里东—华力西期拉张裂陷,印支—燕山期SN向强烈挤压收缩褶皱造山,褶皱断裂发育,岩浆活动较弱,是白水江—铁佛寺以金为主的Ⅳ级成矿带的重要地段。

图1 梅子铺金矿大地构造位置图(a)及区域地质简图(b)

梅子铺金矿床位于牛山隆起南缘,月河断裂带以南5 km处(图1b)。区内断裂构造发育,总体呈NW向。部分韧性剪切带内或上下盘叠加发育后期脆性断裂,北走向,以韧性剪切带为主,脆性断裂次之。围绕隆起周边呈弧形展布,长度几十千米到100多千米,显示具有多期构造叠加特征。

区域出露地层分为基底和盖层两个部分。基底地层出露于牛山—凤凰山隆起核部,主要为中元古界武当岩群和耀岭河岩组。武当岩群(Pt2Wd)分布于牛山及凤凰山一带,为海相-火山岩建造,由酸性火山熔岩和酸性火山碎屑岩组成,岩性为浅色云母片岩/浅色变质沉积岩;耀岭河岩组为一套变质砂岩、绿泥钠长石片岩、绢云石英片岩等。

沉积盖层主要是震旦系—奥陶系(Z2-O)的一套细碎屑岩,由绢云石英片岩、绿泥钠长片岩夹炭质绢云片岩、硅质岩及灰岩组成,平行不整合于耀岭河群之上。下志留统大贵坪组(S1dg)主要为炭质泥质板岩、炭质砂岩、角砾状粗面岩,平行不整合于震旦系—奥陶系之上。

区域内侵入岩分布较广泛,岩石类型从基性、中性、酸性岩和碱基性—碱中性均有不同程度出露。形成历史漫长,从晚元古代、古生代到中生代均有不同程度的发育,其中以晚元代古晋宁期侵入岩规模最大。中酸性岩集中分布于牛山、凤凰山地区,总体呈NWW向展布。岩体规模巨大,普遍发育片麻状构造,并叠加有较强的共轭剪切节理,属中等变形强度。岩性总体上呈带状产出,倾向NE,倾角35°～40°。展布方向与同期构造地质体展布方向基本一致,表明岩体受控于晋宁期基底构造的发展演化,可能为一期聚合事件产物。

凤凰山、牛山岩体与该区金、铜、铁矿床(点)空间关系密切。沿牛山隆起周边有铜、铁、钒、金和钛的矿床、矿点分布,矿床类型有斑岩型铜矿、沉积变质热液再造型铁矿、沉积型钒矿、变质热液型金矿床(鹿鸣金矿)、沙金矿床(月河金矿)[3]。

2 矿区地质

2.1 地层

矿区出露地层为武当山岩群(Pt2Wd),该地层为一套浅变质中酸性火山碎屑岩夹中基性火山岩及细粒碎屑岩。地层整体呈NW向,倾角40°～78°。岩性主要为绿泥钠长片岩、绢云绿泥钠长片岩、含炭质绢云母石英板岩、绢云石英片岩。褐铁矿化石英脉是重要的找矿标志。

矿区南部黄家坪以南出露糜棱岩(图2),呈带状近EW向展布,出露宽度50～100 m,长约1000 m。岩石呈灰白色,略带黄绿,变晶结构,常见直径1～3 mm的等轴状石英颗粒,发育细密(2～5 mm间距)的片理构造,片理产状与区域片理平行,主要矿物成分与云母石英片岩相同。

图2 梅子铺金矿地质简图

2.2 构造

区内由北向南整体表现为一背形一向形,岩层走向NNW—近EW,褶皱两翼多发育不对称次级拖曳褶皱,褶皱轴面近直立,走向NWW—EW,对金银矿化(体)无明显影响。

区内断裂构造发育,主要为NW向,NNE向次之。主要为破碎带、断层泥、片理化等。NW向与NNE向断裂交汇部位对金矿化有明显的控制作用。张启等[4]对小秦岭地区金矿成矿与构造关系中提到,燕山运动形成的NE—NNE—SN向为组合特征的左形剪切断裂带,为含金石英脉密集区的形成提供了极其重要的构造条件,这些发生在成矿期的次级断裂构造,既具有导矿构造特点,又具有容矿构造的特点。

2.3 岩浆岩

矿区内岩浆活动强烈,除了晚元古代石英闪长岩外,多以岩株和岩脉状产出,整体呈NNE向展布。主要有3个侵入体,包括凤凰山石英闪长岩、上庄子—寨湾花岗闪长岩、扇子湾石英闪长岩。

区内主要以侵入岩为主,分布在南沟两侧及扇子湾—寨湾一带,呈不规则面状分布,主要为中细粒闪长岩及少量的石英闪长岩,岩体与地层接触界线不明显,呈渐变关系。岩体内强变形带呈弥散式分布,变形强弱分带不受所处岩体内部部位制约,表明属区域构造作用的产物。

3 矿体地质特征

3.1 矿体特征

矿区内共圈定7条金矿(化)体,金矿体主要赋存于NNE向断裂中(图2)。金矿体走向长度150～1000 m,水平厚度0.1～7.4 m,控制最大斜深185 m,矿体Au平均品位范围为(1.54～15.87)×10-6。其中Au-5矿体规模最大,地表控制长度大于1000 m,产状120°∠58°～90°,呈舒缓波状延伸特征(图3)。其余矿(化)体规模均较小,矿体地质特征见表1。

表1 梅子铺金矿体特征

图3 梅子铺金矿132勘探线剖面图

3.2 矿石特征

矿区内矿体均在侵蚀基准面以上,且各控矿含矿构造均为后期脉体所充填,没有形成大量开放空间,不利于水体的流动,因此,矿石大多属于原生硫化矿石,特征是含有黄铁矿、磁黄铁矿、方铅矿,矿石比重大,品位富(银、铅品位也较高)。

按照矿石中有用矿物含量、脉石矿物种类、矿物共生组合、矿石结构、构造、氧化程度等因素,可划分为自然金-银金矿-多金属硫化物脉型金矿石、自然金-银金矿-黄铁矿-石英脉型金矿石、自然金-褐铁矿-蚀变岩(石英脉)型金矿石(氧化矿石)。其中以多金属硫化物型矿石在矿体中分布最为广泛,约占矿床总矿石量的80%,品位较高(10×10-6～24×10-6)。其次是黄铁矿石英脉型矿石,约占全矿床矿石量的17%,品位较低(小于5×10-6)。

矿石中非金属矿物主要为绢云母,其次为绿泥石、斜长石、石英等,金属矿物主要为黄铁矿,其次为毒砂,再次是黄铜矿、磁黄铁矿、方铅矿、碲铅矿、闪锌矿等;贵金属矿物为自然金、银金矿、碲银矿、碲金银矿。

区内矿石结构比较简单,主要有半自形—自形粒状结构、半自形—他形粒状结构、包含结构、交代环边结构等。矿石的构造主要有团块状构造、稀疏浸染状—浸染状构造、脉状构造三种。

3.3 金赋存状态

Au元素主要赋存于银金矿中,其次以自然金状态存在,少量赋存于碲金银矿中。金矿物主要呈角粒状为主,其次是线状、针状、长角粒状,再次是长角粒状、枝杈状,其他较少(图4)。金矿物的粒度变化较大,粒度范围为0.001 mm×0.001 mm～0.14 mm×0.15 mm。金矿物粒度以0.04～0.08 mm为主,其次是0.02～0.04 mm,其他粒径含量均小。根据显微镜下详细扫面观察,金矿物以粒间金为主,约占85.335%,其次是裂隙金,约占12.298%,包裹金较少,含量为2.367%。粒间金、裂隙金比较容易解离,对选矿有利[5]。

图4 梅子铺金矿矿石镜下特征

4 控矿要素

4.1 控矿构造及含矿脉体特征

本区的金矿(化)体均与断裂构造有关,直接受断裂构造的控制。矿体Au-5赋存于广东寨—深沟脑断裂中;Au-3、Au-6、Au-7矿体产出于上庄子—寨湾一带的NNE向断裂构造中;Au-1、Au-2矿体赋存于南沟一带NWW向断裂中(图2)。金银等一般富集于断裂构造中充填的含硫化物(石)英脉体中。

(1)广东寨—深沟脑断裂构造(F3)及含矿脉体

F3断裂是Au-5矿体的控矿断裂,该断裂南起广东寨,北至深沟脑,出露长度大于1 km,主要发育于闪长岩中。断裂带宽度0.5～10 m,多数地段由近平行的1～8条次级断裂构成,总体NNE向舒缓波状延伸。

富硫化物含矿石英脉体主要充填于广东寨—深沟脑断裂及其次级断裂中,倾向SE,脉体长度10～40 m,宽度0.1～0.6 m,其产状规模严格受所在断裂构造控制,与围岩界限清晰。在脉体膨大部位,金矿化较强,而构造狭缩部位,金矿化变弱。含矿脉体中硫化物以黄铁矿为主,其次为方铅矿,磁黄铁矿,而闪锌矿相对较少。富硫化物含矿矿石是梅子铺金矿主要矿石类型,针对该类矿石样品分析成果显示其中w(Au)max=739×10-6,w(Ag)max=7441×10-6。

(2)上庄子—寨湾的含矿断裂构造及含矿脉体

上庄子—寨湾的断裂构造规模均不大,大小共有10多条,稀疏分布于上庄子—寨湾一带的花岗闪长岩中。断裂带内及围岩伴随有较强的硅化。石英脉体或以单一脉体充填断裂空间,或以不规则细脉(群)分布在断裂旁侧的硅化蚀变部位。成群分布的脉体普遍细小,长度一般小于3 m,厚度小于0.5 cm,单一脉体较少,长度5 m以内,厚度1～3 cm,充填断裂中心部位。

当黄铁矿化、方铅矿化的石英脉体相对密集发育时则可能形成金矿化体,针对脉体的化验分析结果显示其中w(Au)max=40.40×10-6。在上庄子—寨湾一带的含矿构造中圈定了Au-3、Au-6、Au-7等工业矿体和多条金矿化体。

(3)南沟一带的NWW向断裂(F2)及含矿脉体

断裂带位于南沟Au-1矿体附近的闪长岩中,长度大于400 m,有3～5条断裂平行分布在5～10 m的范围内。含矿石英脉体充填其中,长度0.3～2 m,厚度小于10 cm,通常2～4条平行分布。黄铁矿化的石英脉是金、银等成矿物质的载体,其分布密度影响金银矿化的强度。在南沟一带的NWW向断裂带中圈定了Au-1、Au-2矿体。

综上所述,断裂构造是本区金银成矿的最直接控制因素。梅子铺金矿这一特征,也符合小秦岭金矿田热液成因石英脉型金矿的典型特征,即矿体直接受控于由区域构造活动派生的次级张剪性脆韧性剪切带[6-8]。

4.2 岩体的成矿控制作用

本区金银矿(化)体均与侵入岩体有空间关系,矿体或赋存于岩体中,或赋存于岩体接触带。如Au-5矿体赋存于闪长岩及其围岩的接触带;Au-3、Au-6、Au-7赋存于花岗闪长岩中;Au-1、Au-2矿体赋存于(蚀变)石英闪长岩及其围岩的接触带附近。

综上,本区矿体的形成受到构造和岩体的双重制约,并以断裂控矿为主。岩浆热液可能提供了成矿物质及热动力来源,断裂构造为成矿热液的迁移、富集提供了通道和沉积场所。

5 矿床成因讨论

5.1 硫的来源

矿床中硫化物的S同位素组成可以示踪S的来源和成矿作用过程。梅子铺金矿主要的载金矿物为黄铁矿。本次研究采取梅子铺金矿矿体、岩体及围岩共15件硫化物样品进行S同位素测试,测试单位为核工业北京地质研究院稳定同位素实验室,测试仪器采用Delta v plus气体同位素质谱计,检测方法和依据为《硫化物中硫同位素组成的测定》(DZ/T 0184.14—1998)。

梅子铺金矿硫同位素分析结果显示(表2),矿体的δ34S的变化范围很小(3‰～5.1‰),正说明成矿物质是单一来源的。矿体的δ34S与变安山岩、闪长岩、石英斑岩中的δ34S都很接近,且均在1.6‰～6.9‰之间。热液矿床的硫同位素研究表明[9]:δ34S正向偏离“0”值不远,且变化范围不大,矿石S源应为地幔或地壳深部大量地壳物质均一化的结果。由此得出梅子铺矿床的矿石硫主要来自地壳深部,即具有深源硫的特征(图5)。

表2 梅子铺地区矿体和岩石硫同位素分析结果

图5 梅子铺金矿床硫同位素组成分布图

据前人研究小秦岭金矿田特大型金矿床文峪和东闯金矿床硫同位素特征,其中文峪矿床黄铁矿δ34S值变化范围为0.6‰～4.5‰,平均2.6‰。东闯矿床金(铅)矿床黄铁矿δ34S值变化范围为2.4‰～6.9‰,平均4.3‰[10],梅子铺金矿δ34S值变化范围为1.6‰～6.9‰,平均4.25‰,与文峪和东闯金矿床同位素特征有相似之处(图5)。即梅子铺矿床各类硫化物的平均值与中低温热液矿床(3.5‰)[11-12]和岩浆硫(4‰)[13]的平均值十分接近,由此可以推断,梅子铺金矿矿体及围岩中的硫化物为一致岩浆硫硫源,是岩浆热液与变质岩地层相互作用的产物。

5.2 成矿作用

据王亨治等[14]研究结果,小秦岭金矿田矿化蚀变分为三期:Ⅰ期发生石英脉黄铁矿矿化,Ⅱ期为石英多金属硫化物矿化,Ⅲ期为石英-铁白云石-黄铁矿矿化。从梅子铺矿石矿物组合特征来看以石英-多金属硫化物阶段形成的矿石为主,该阶段是金矿化最重要的阶段,矿化温度集中在209℃～296℃之间,属中低温矿床。梅子铺金矿矿体主要呈硫化物含矿石英脉形式分布断裂中,脉体旁侧的热液蚀变主要有黄铁矿化、绢云母化、硅化、高岭土化等,因此成矿作用主要为热液充填-交代作用。

5.3 成矿过程分析

矿区构造变形主要发生于印支—燕山期,早期变形表现为早期顺层滑脱分层剪切,晚期自北向南推覆过程中形成纵向构造置换。印支燕山期顺层滑脱逆冲推覆形成规模不等韧性-脆韧性剪切带,韧性变形过程中形成热液萃取活化地层中的Au元素,含矿热液运移到脆韧性剪切带沉淀富集成矿[15-16]。

矿体赋存于闪长岩、花岗闪长岩中的构造裂隙中,表明矿体形成于这些岩体就位之后。研究区内也有多个小的侵入体,这说明在主岩体就位之后,区域内存在较小规模的岩浆活动,且与金属矿化有关,这些小规模的岩浆热液可能是成矿物质的溶剂和载体。

6 结论

(1)梅子铺地区位于牛山地背斜西南缘,属牛山隆起周边地带。梅子铺金矿位于月河深大断裂南侧,区内发育次级断裂为成矿热液的流通、富集提供了通道和沉积场所,晚元古代凤凰山石英闪长岩和燕山期花岗岩能为区内成矿提供物质和热动力来源。

(2)断裂构造是本区金银成矿的最直接控制因素,区内金银矿(化)体均与侵入岩体有空间关系,既梅子铺金矿矿体的形成受到构造和岩体的双重制约,并以断裂控矿为主。

(3)梅子铺金矿床的各类硫化物的平均值与中低温热液矿床和岩浆硫的平均值十分接近,由此可以推断,梅子铺金矿流体中的硫绝不是单纯的岩浆硫,是岩浆热液与变质岩地层相互作用的产物。

(4)梅子铺矿区主要矿石类型含金为多金属硫化物石英脉体,并伴随有黄铁绢英岩化蚀变,主要的成矿作用为热液充填-交代作用。