冀东幔枝构造及其相关金矿床地质特征研究

吕 水, 许 曼, 刘海龙, 杨爱雪, 韦文国, 吴再忠, 安梦莹

0 引言

冀东地区位于河北省东部, 地跨兴隆、 宽城、 青龙、 遵化、 迁西和迁安等县(市), 盛产金、 铁等重要矿产, 是中国重要的金属资源集中区, 有多个大中型金、 铁及多金属矿床分布在冀东幔枝构造的核部、外围盖层及上叠火山-沉积盆地中[1], 找矿潜力优越。其中金矿的勘查开发为河北省乃至全国的矿产资源保障做出了巨大的贡献, 其开发历史可以追溯到清朝末期。 目前多个矿山的保有资源面临可持续发展的难题, 急需新的地学理论和勘探方法为矿山延续“生命”。

本文以幔枝构造理论为指导, 系统收集的冀东地区区域资料和具有找矿潜力的典型矿山资料, 对比冀东幔枝构造核部、 拆离滑脱层(带) 及火山断陷盆地的金矿床地质特征, 总结金矿在不同幔枝构造单元的赋存特征和成矿规律, 找出其共性和个性, 为下一步找金工作提供基础地质理论支撑。

1 冀东幔枝构造单元及地质特征

冀东幔枝构造由核部岩浆-变质杂岩隆起区(兴隆—遵化—迁安—山海关一带太古宇变质岩及其分布在其中的侵入岩体)、 外围沉积盖层拆离滑脱层(与变质岩边缘呈不整合接触的元古宇沉积盖层)、上叠火山-沉积盆地(承德南部及迁安、 秦皇岛地区的火山断陷盆地及次火山机构) 3 个次级单元组成,它们共同组成了冀东幔枝构造的整体(图1)。 冀东幔枝构造单元总面积约为18 200 km2, 其中核部出露面积约为9 100 km2, 占总体比例的50%左右; 盖层出露面积约为7 300 km2, 占总体比例的40%左右; 火山沉积盆地出露面积约为1 800 km2, 占总体比例的10%左右。 3 个次级单元的分布规模和形态受断裂构造和剥蚀程度的影响, 呈现出一定的规律性。

图1 冀东地区幔枝构造与区域地质简图Fig.1 Mantle branch structure and regional geological map of Eastern Hebei region

1.1 核部特征

冀东幔枝构造核部变质岩出露形态受兴隆—喜峰口深断裂、 下营坊—龙井关大断裂、 冷口大断裂、 喜峰口—毛家店大断裂等区域性断裂控制, 其中兴隆—宽城一带出露的变质岩受东西向、 北东向断裂控制呈条带状出露, 迁安—山海关一带出露的变质岩受北北东向、 北西向断裂控制呈浑圆状出露。 核部变质岩经历过多期次的区域变质作用[2], 岩性类型较为复杂,以混合质片麻岩、 黑云角闪斜长片麻岩、 混合花岗岩、 磁铁石英岩为主, 分布着多个大中型的金矿床和沉积变质铁矿床, 如高家店金矿、 柳河峪铁矿、 彭店子铁矿等[3]。 冀东幔枝构造核部遭受剥蚀程度较浅,变质岩所占比例较高, 约为75%, 岩浆岩所占比例较少, 约为25%。

核部变质岩中心及边缘区域据统计分布着15 个成规模的侵入岩体。 岩体主要分布在东西走向的兴隆—喜峰口深断裂两侧, 大小不等, 从几平方米至几百平方千米均有, 岩体周边有大量的脉岩发育。 岩体地表出露形态以宽带状、 长条状为主, 产出特征多为岩株和岩基。 据定年结果显示这些岩体以中生代燕山期为主, 约占93%左右; 少量为其它时期, 约占7%左右。 岩体岩性多为中酸性岩, 代表性岩体有高家店岩体、 青山口岩体、 罗文峪岩体、 都山岩体等, 岩性主要为石英闪长岩、 二长花岗岩、 花岗岩等(表1)。

表1 冀东幔枝构造核部岩体特征一览表Table 1 Characteristics of the core rock mass of mantle branch structure in Eastern Hebei province

表2 冀东幔枝构造金矿床分布统计表Table 2 Distribution statistics of gold deposits in mantle branch structure in Eastern Hebei province

从冀东地区幔枝构造与区域地质简图中可以看出, 这15 个岩体中有12 个岩体内部或者外围接触带附近分布着多个金矿点, 约占冀东所有金矿点的80%以上, 仅有南东方向的3 个岩体周边目前没有发现金矿点, 推测这3 个岩体内部或周边也有找矿潜力。 可以说冀东金矿大多分布于冀东幔枝构造核部中, 其分布特征受核部变质岩—岩体的制约而具有一定的规律性。

从表1 可以看出核部岩体绝大多数为中生代造山运动形成的侵入体, 这些侵入体多数为多期次热液活动形成的。 在岩体上拱形成的过程中伴随着地球内部向外逃逸的热能, 这些热能对上覆早期岩体或变质岩进行破坏、 裂解, 产生了一系列放射状、 弧状、 不规则状节理裂隙。 成矿期上侵含矿热液有了通道和储存空间, 就有了热液型金矿床的形成[4]。

冀东幔枝构造的核部构造受区域性断裂构造控制。 冀东地区断裂构造非常发育, 一是太古宙—元古宙—古生代形成的断裂, 这类断裂主要包括在近SN向挤压力作用下形成的近EW 向压性断裂、 近SN 向张性断裂及NW 向扭性断裂(兴隆—喜峰口深断裂等); 二是中生代以来的新生断裂, 主要为SN 向应力作用下产生的NE—NNE 向压扭性断裂(下营坊—龙井关大断裂、 喜峰口—毛家店大断裂等)[5]。 核部次级构造以晚太古宙—中元古代形成的韧性剪切带为主,在兴隆—喜峰口深断裂南侧变质岩区域发育多个韧性剪切带。 这些韧性剪切带往往经历了先压后张的应力作用, 成为含矿热液上涌时的“高速路” 和“服务区”, 在“服务区” 形成了多个金及多金属矿床[6]。

1.2 盖层特征

冀东幔枝构造盖层拆离滑脱层(带) 分布在核部变质岩周边, 与变质岩呈不整合接触。 从图1 可以看出冀东地区幔枝构造盖层单元主要分为三部分: 一是兴隆南—丰润北—滦州区域, 该部分呈北西向长条状出露, 占出露盖层比例的55%左右; 二是兴隆北—宽城南—平泉区域, 该部分呈东西向宽带状出露, 占出露盖层比例的30%左右; 三是肖营子岩体东西两侧区域, 该部分呈东西向三角状出露, 占出露盖层比例的15%左右。 盖层拆离滑脱层(带) 以元古宇、 古生界为主, 主要岩性有砂岩、 页岩、 白云岩和灰岩, 拆离层宽度一般为几米至几百米不等。 冀东地区形成于沉积盖层中的金矿床有长城金矿、 清河沿金矿、 二拨子东沟金矿等。

冀东幔枝构造盖层中有少量岩体出露, 如孤山子岩体、 大石镐岩体、 峪耳崖岩体等。 这些规模不大岩体出露在盖层薄弱带处, 除峪耳崖岩体外, 多数岩体内部或周边没有金矿点分布。 但据1 ∶5万水系沉积物测量[7]数据显示, 这几个岩体所处区域均有高于冀东地区背景值的综合异常值, 表明这些岩体的虽然Au 成矿性较差, 但具有形成其它多金属矿床的可能性。

冀东幔枝构造盖层拆离滑脱构造体系主要发育主拆离滑脱带和次级拆离滑脱带。 在幔枝构造形成过程中[8-10], 在地球内部热能的驱动下, 变质结晶基底开始持续上隆, 上覆盖层开始沿薄弱带向四周滑动分离, 形成主拆离滑脱带。 次级拆离滑脱带一般规模较小, 与主拆离滑脱带同向发育, 延伸到一定规模后大多并入到主拆离滑脱带[5]。

1.3 火山-沉积盆地特征

冀东幔枝构造上叠火山-沉积盆地主要叠加在盖层中, 少量叠加在核部变质岩中。 其中承德南部地区寿王坟—宽城—平泉一带的火山-沉积盆地出露面积较大, 占出露盆地比例的65%左右, 该部分呈近东西向宽带状出露; 迁西南部、 抚宁西部、 青龙东部等地有少量盆地零星出露, 规模均较小, 这几部分总面积占出露盆地比例的35%左右, 呈不规则状出露。 冀东地区早期的火山-沉积盆地主要为东西向, 晚侏罗世及早白垩世火山盆地为北东向。 盆地中的充填物多为火山岩(角砾熔岩、 凝灰岩为主) 和沉积岩(砾岩、砂岩为主)。

火山-沉积盆地中也有零星燕山期侵入体出露,如水泉沟岩体、 寿王坟岩体、 大东山岩体等。 这些岩体往往出露在盆地边缘, 以寿王坟岩体规模较大, 岩体周边有金及多金属矿点分布, 如寿王坟铜矿、 唐杖子金矿、 东梁金矿等, 主要分布在次火山机构边缘的放射状和环状断裂内。

冀东幔枝构造火山-沉积盆地构造体系主要发育火山断陷盆地和次火山机构。 火山断陷盆地主要发育在冀东地区北部盖层中, 火山喷发的强度决定了盆地的规模大小。 次火山机构主要发育在远离核部的盖层区域, 多形成环状、 椭圆状次火山机构[11]。

2 冀东幔枝构造金矿床类型及其地质特征

冀东幔枝构造3 个次级单元内有大量的金矿点分布其中, 据统计冀东幔枝构造内大中小型金矿点(床) 共计221 个, 主要金矿类型为①石英脉型、 ②蚀变岩型、 ③碳酸盐岩型(微细浸染型)、 ④次火山岩型、 ⑤砂矿型。 其中核部分布着189 个金矿点, 占总数的85%左右, 约有60%金矿点分布在岩体内部或周边, 主要金矿床类型为石英脉型、 蚀变岩型及砂矿型; 有28 个金矿点分布在盖层中, 占总数的13%左右, 主要金矿床类型为碳酸盐岩型、 蚀变岩型及石英细脉型; 仅有4 个金矿点与火山-沉积盆地相关, 仅占总数的2%左右, 主要金矿床类型为次火山岩型及蚀变岩型。

冀东金矿大多赋存在区域性断裂附近的太古宙变质岩、 燕山期岩浆岩体、 变质岩与岩浆岩体的接触带部位、 长城系碳酸盐岩地层、 次火山岩中。 从金矿的成矿时期上看, 绝大多数金矿的形成均与燕山期造山活动(190～120 Ma) 有着密切的时空关系。 从金矿点分布与区域性断裂距离统计表上可以看出, 冀东幔枝构造中金矿点均分布在大断裂20 km 的范围内(表3)。 其中10 km 范围内的矿点比例高达71.05%, 包括金厂峪金矿、 峪耳崖金矿等大中型金矿都在10 km范围内, 可以认为冀东地区大断裂对金矿点的最佳影响域为10 km。

表3 冀东金矿点与大断裂距离统计表Table 3 Statistical table of distance between gold mine spots and major faults in East Hebei Province

冀东幔枝构造3 个次级单元中金矿点(床) 较多, 大多数为小型金矿点, 本文仅以各次级单元中典型潜力金矿床—麻家峪金矿区、 清河沿金矿区、 东梁金矿区为例, 以点带面, 剖析其成矿特征, 利用幔枝构造理论, 探讨其成矿作用。

2.1 核部典型金矿床地质特征

麻家峪金矿区位于冀东幔枝构造核部高家店杂岩体内高家店金矿西侧, 地理位置位于河北省迁西县三屯营镇境内, 是核部典型的岩浆岩体内蚀变岩型金矿床。 区内出露地层为元古宇长城系以及新生界第四系。 区内出露的高家店杂岩体岩性为闪长岩(δ)、 花岗岩(γ) 和正长岩 (ξ), 以闪长岩为主, 也是麻家峪金矿化带的主要围岩(图2)。

图2 麻家峪金矿区地质简图Fig.2 Geological diagram of Majiayu goldfield

区内小型断裂构造发育, 按其形态可分为NW、NE、 SN 向三组, 均为成矿期断裂, 以NW 向为主,是区内主要的储矿构造。 NW 向断层走向310°～320°,倾向北东, 倾角25°～30°, 长120 ～420 m, 宽0.30 ～2.00 m, 为压扭性正断层。 断层内被压碎蚀变岩、 断层泥充填, 麻家峪金矿Ⅰ～Ⅴ号脉均发育在该组断裂中。NE、 SN 向两组断层规模较小, 断层内为压碎闪长岩,未见金矿化带, 局部见煌斑岩呈脉状沿断裂侵入。

麻家峪金矿床内共有5 条金矿化带, 编号为Ⅰ～Ⅴ。 矿化带走向320°～325°, 倾向北东, 倾角25°～30°, 呈似层状。 透镜状产出。 矿化带长度一般为50～200 m, 最长420 m, 最大延深400 m 以上, 平均厚度1.33 m, 最大厚度3.83 m, 平均品位8.65×10-6, 其中Ⅳ号矿体为该区主要矿化带。 Ⅳ号矿体倾向延深稳定, 呈细脉状产出, 深部未封闭, 仍有勘探潜力, 深部矿体品位高于地表矿体品位(图3)。

图3 麻家峪金矿区3 线地质剖面图及钻孔柱状图Fig.3 Geological profile and drilling log of Line 3 of Majiayu goldfield

麻家峪金矿的矿石自然类型根据矿石的矿物组合。 组构特征及氧化情况, 分为原生矿石和氧化矿石两种类型。 氧化矿分布在+200 m 标高以上的近地表部分, 为碎裂蜂窝状石英脉型矿石, 可见黄铁矿化、褐铁矿化、 硅化; 原生矿石分布在+200 m 标高以下部分, 为蚀变岩型矿石, 呈浸染状和斑团状, 可见黄铁矿化、 绿泥石化等。 矿体上下围岩接触带为蚀变闪长岩带, 虽然品位达不到工业要求, 但仍然可见大量黄铁矿化和绿泥石化, 蚀变闪长岩带外围为赋矿围岩闪长岩。

矿石矿物中金属矿物主要为黄铁矿、 褐铁矿、 黄铜矿, 脉石矿物有绢云母、 绿泥石、 石英、 长石和铁白云石等。 矿石结构主要为自形—半自形粒状结构、压碎—碎裂结构等。 矿石构造主要为细脉—网脉状构造、 浸染状构造、 斑团构造等。 矿石中Au 9.28×10-9～17.5×10-9, Ag 6.5×10-9～11.4×10-9, Cu 110×10-6～800×10-6, Pb 110×10-6～300×10-6, Zn 100×10-6～120×10-6, 除Ag 有回收利用价值外, 其它元素暂不能综合利用。

麻家峪金矿位于核部高家店岩体中心, 为岩浆热液活动形成的蚀变岩型金矿床。 当岩体内部断裂形成后, 含矿热液由构造高压处向构造低压处运移, 沿断裂带以渗透、 交代、 沉淀等形式改变原岩的物质成分, 改造原岩的结构、 构造, 在这个过程中金便沉淀于黄铁矿、 脉石的裂隙及晶隙中[12]。 Ag、 Cu、 Pb、Zn 等元素与Au 的化学性质相近, 常伴随金一起形成金的硫化物组合。

2.2 盖层典型金矿床地质特征

清河沿金矿区位于肖营子岩体西侧冀东幔枝构造次级单元盖层中, 地理位置位于河北省秦皇岛市青龙满族自治县凉水河乡境内, 是盖层中典型的碳酸盐岩型金矿床, 包含小东峪、 水泉沟、 三道岭3 个采区。金矿区内主要出露元古宇长城系、 蓟县系和新生界第四系, 仅在南部出露少量太古宇迁西群、 古生界寒武系、 中生界侏罗系(图4)。

区内断裂构造发育, 主要有NW、 NE 和近SN向3 组断裂。 NW 向断裂走向基本与层理一致, 为区内主要的导矿储矿构造, 其内可见角砾岩型金矿化带, 劈理及裂隙面褐铁矿化 (黄铁矿化) 较发育。 NE 向断裂以光滑的张性或压扭性断裂为主, 切割其它方向断裂, 在3 个采区中均可见到该断裂切割NW 向断裂。 近SN 向断裂见于清河沿村南, 被闪长岩脉充填, 受后期构造挤压影响具明显的片理化现象。

区内有5 条含金矿化带, 编号为Ⅰ～Ⅴ。 其中Ⅰ、Ⅱ号矿化带赋存于雾迷山组白云岩中, Ⅲ～Ⅴ号矿化带赋存于高于庄组白云岩中, 均受层间破碎带的控制。 矿化带倾向南西, 倾角50°～80°, 呈扁豆状, 透镜状产出。矿化带平均厚度4.32 m, 平均品位6.48×10-6, 其中Ⅱ号矿化带为该区主要矿化带。 Ⅱ号矿化带走向长1 500 m, 宽40 m 左右, 赋存在F10 断层内, 岩石挤压片理明显, 呈破碎带产出(图5)。

图5 清河沿金矿区0 线地质剖面图Fig.5 Geological profile of line 0 of Qingheyan goldfield

清河沿金矿的矿石类型主要为角砾岩型及蚀变岩型, 以角砾岩型矿石为主, 氧化程度高。 角砾岩成分为白云质、 硅质等, 胶结物主要为硅质及铁锰矿物,呈紫红色, 局部呈黄褐色[13]。 角砾岩型矿石中金属矿物主要为褐铁矿, 少量黄铁矿; 脉石矿物主要为白云石、 方解石及少量粘土矿物和石英。 围岩蚀变不明显, 含金矿石与围岩肉眼很难辩认。

清河沿金矿的矿石结构主要为胶状结构、 角砾状结构。 矿石胶状结构中金属矿物极少, 偶见少量褐铁矿沿岩石中角砾和基质接触线呈细线条状晶体束产出, 或与脉石矿物(玉髓, 白云石) 一起填充岩石微裂隙和基质中。 矿石角砾状结构中金属矿物呈微晶或隐晶质分布于角砾之间的基质中和岩石晚期形成的显微裂隙中。 矿石构造主要为块状构造及渗滤状构造。微量铁、 锰质金属氧化物沿微裂隙与白云石等一起构成定向淡褐色细纹, 形成渗滤状构造。 矿石中金矿物主要为自然金, 赋存于硅质及铁锰矿物组成的胶结物之中。

清河沿金矿位于冀东幔枝构造盖层与核部间的次级拆离滑脱带中, 带中NW 向断裂发育一定厚度的角砾岩层, 该层属于层间脆弱带, 后期含矿热液充填至该层, 是该区主要的储矿带。 含矿角砾岩带的形态与产状完全受构造控制, 在断裂交汇部位角砾岩发育,远离交汇部位角砾岩消失, 演变为裂隙矿化, 甚至无矿化。

2.3 火山-沉积盆地典型金矿床地质特征

东梁金矿区位于冀东幔枝构造北部火山-沉积盆地中, 地理位置位于河北省宽城满族自治县龙须门镇境内, 是盆地中典型的次火山岩型金矿床。 区内出露地层为元古宇长城系、 中生界侏罗系以及新生界第四系[14], 区内出露的岩体属火山-次火山岩相, 岩性为石英二长斑岩(ηοπ)、 花岗斑岩(γπ) 和闪长玢岩(δμ) 和石英斑岩(λπ), 另有大量的流纹质角砾熔岩(Vb) 侵位(图6)。

图6 东梁金矿区地质简图Fig.6 Geological diagram of Dongliang goldfield

东梁金矿位于冀东火山-沉积盆地次火山机构周边的环状断裂构造中, 以该次火山机构为核心, 发育一系列放射状断裂构造[15]。 区内次火山机构出露形态为圆形, 火山口外围为石英砂岩及砂质白云岩, 火山颈周边为流纹质角砾熔岩带, 也是主要储矿带。 火山颈内为次火山岩, 即大东山岩体[16]。 区内断裂构造主要可分为NW、 NE 向两组断裂, 其中NW 向为成矿期前断裂, 对矿体未发生明显错断; NE 向为成矿期后断裂, 将矿体左行错断[17]。

区内有5 条矿体, 编号为I ～II, 其中I、 II 号矿体出露于地表, III ～V 号矿体为深部盲矿体。 矿体产状受环状断裂构造制约, 呈脉状绕次火山机构产出。矿体平均厚度8.25 m, 平均品位1.26×10-6, 其中II 号矿体为该区主矿体。 II 号矿体呈半环形贯穿整个研究区, 东南凸出, 矿体产状浅部较陡, 深部变缓,矿体北端被断层错断。 矿体中间厚大, 两端变薄, 深部厚度变薄, 并有分枝复合现象, 矿体厚度变化系数为42%。 矿体主要围岩为流纹质角砾熔岩(图7)。

图7 东梁金矿区19 线地质剖面图及钻孔柱状图Fig.7 Geological profile and drilling log of Line19 of Dongliang goldfield

东梁金矿的矿石自然类型按氧化程度可分为原生矿、 氧化—半氧化矿石。 部分钻孔中可见到氧化带,研究区氧化深度一般在3.11 ～20.50 m 之间, 平均氧化深度8.12 m。 按矿物组合可划分为含Au 黄铁矿石(主要类型)、 含Au 磁铁矿石(外带为主) 及褐铁矿矿石(氧化后产物)[18]。

东梁金矿的矿石结构主要为它形晶粒状结构、 包含结构等, 矿石构造主要为块状构造及角砾状构造。金矿物的粒度粗、 中、 细均有分布, 但主要以中粒金为主, 其次为细粒金。 原生矿金矿物的嵌布状态主要以裂隙金为主 (占61.35%), 其次为粒间金 (占23.03%)[19], 包裹金含量较少(占15.62%) (表4)。

表4 原生矿金矿物嵌布状态统计表Table 4 Statistical table of gold mineral embedding state of primary ore

东梁金矿的矿化期可分2 期, 即热液期和表生期。 ①热液期: 由于矿床赋存在次火山机构周边的环状断裂及岩体中, 成矿物质除来自岩浆热液外,尚可从围岩中淬取部分成矿物质, 由于多期构造活动, 形成了矿化的多期性和多阶段性[20,21]。 热液期又可分为3 个成矿阶段, 即成矿前期的黄铜矿—黄铁矿阶段、 成矿期的黄铁矿阶段(块状硫化物金矿石)、 成矿晚期的硫化物—石英阶段(细脉状石英—硫化物矿石)。 ②表生期: 在浅部裂隙及地表发育,常发生氧化作用, 形成黄褐色蜂窝状的氧化矿石[22]。

3 结论

(1) 冀东幔枝构造以核部及外围沉积盖层拆离滑脱层为主体, 占总体比例的90%左右, 火山-沉积盆地仅占总体比例的10%左右。 3 个次级单元中均有岩体出露, 但75%以上的岩体都分布在核部区域, 其中核部东西向串珠状岩体的分布具有一定的规律性。

(2) 冀东幔枝构造3 个次级单元中均有金矿点(床) 分布, 但“主次关系” 比较明显, 其中核部为主, 其它为次。 核部以斜长角闪岩等含金丰度高的变质岩为结晶基底, 辅以多期次构造运动形成的流体通道, 加上燕山期造山运动携热液上涌, 可谓是得天独厚的成矿条件。 盖层与火山-沉积盆地虽然金矿点分布较少, 但也有长城金矿、 东梁金矿等大中型金矿床赋存, 表明这2 个次级单元具有 “举足轻重” 的地位。

(3) 冀东金矿大多赋存在拆离断层附近的太古宙变质岩、 燕山期岩浆岩体、 变质岩与岩浆岩体的接触带部位、 长城系碳酸盐岩地层、 次火山岩中。 其中71.05%的金矿点均分布在10 km 范围内, 可以认为断层附近0～10 km 是最佳找矿区间。

(4) 冀东地区具有良好的找金空间, 其中茅山—高家店—桑家峪—榆木岭一带、 铧尖—清河沿—二拨子—军屯一带均是找金的潜力区, 均处于最佳找矿区间内。 区内小岩体发育, 还有不同尺度断裂构造发育交汇及岩体被断裂截断部位, 具有矿源、 通道和储集“三位一体” 的成矿条件。

致谢: 河北省地质矿产勘查开发局有关领导和河北地质大学相关老师对文章的撰写给予了热情指导,匿名审稿专家和编辑对文章的修改提出了宝贵意见,在此一并表示衷心感谢。