冀西阜平幔枝构造金矿地质特征及成矿规律分析

陈 超, 张世斌, 王 磊, 郭海全, 陈志彬, 丁照月, 张才龙, 邢 欢, 张 桐

金是河北省优势矿产资源。 截至2018 年底, 河北省金矿产地253 处。 其中, 大型金矿11 处, 中型5处, 小型104 处。 阜平—涞源地区大地构造处于华北地幔亚热柱之阜平幔枝构造区, 有金矿产地46 处,其中大型1 处, 中型1 处, 小型21 处。 该区中生代以来构造—岩浆活动强烈, 具有良好的金成矿地质条件, 但是近年的找矿突破效果不佳。 本文在充分收集前人资料基础上, 以幔枝构造成矿理论的视角, 系统剖析本区金矿成矿地质背景和成矿规律, 为本区金矿进一步研究提供参考。

1 阜平幔枝构造地质特征

阜平幔枝构造区主要包括河北平山—阜平—涞源一带(部分地段处于山西地界未能标出), 可以进一步分为核部、 盖层、 火山断陷盆地3 个构造单元, 其中核部与盖层总体以主拆离带为界, 火山断陷盆地可叠加发育在盖层区和岩浆-变质杂岩活动区(图1)。

图1 河北阜平幔枝构造区金矿地质简图Fig.1 Geological sketch of gold deposits in the Fuping mantle branch structure, Hebei Province

1.1 地层特征

核部区主要出露太古宇—古元古界变质地层, 岩性为太古宇阜平群黑云斜长片麻岩、 浅粒岩—变粒岩类和斜长角闪岩类以及杂色大理岩类等, 太古宇五台群浅粒岩、 长石石英片岩、 片麻岩、 角闪质片岩夹磁铁石英岩等和古元古界甘陶河群变质(砂) 砾岩、 板岩、 千枚岩、 变玄武岩、 大理岩以及各种火山碎屑岩等。 盖层区总体环绕核部分布, 主要发育中新元古界及其以上地层, 主要为浅海沉积的碳酸盐类和陆山盆地沉积的碎屑岩类。 其中, 第四系分布于盖层和核部的沟谷地带。 火山断陷盆地主要分布于盖层区大河南岩体两侧以及核部王安镇岩体南侧神仙山等地, 总体发育中晚燕山期南大岭—张家口旋回的中酸性火山沉积岩系。

1.2 构造特征

本区断裂和褶皱均较为发育, 其中断裂以NNE 向乌龙沟—上黄旗和紫荆关—灵山深大断裂带为代表,两者在平面上近于平行、 左行斜列产出, 相距15 km左右。 两条断裂带总体倾向为SE 向, 倾角较陡, 形成于中晚太古宙, 燕山期又重新强烈活动, 是区域上重要的控岩控矿构造。 此外, 区域还发育一组NW 向断裂, 多被辉绿岩脉、 煌斑岩脉及闪长玢岩脉充填。 由于中生代以来, 华北地区岩石圈在地幔热柱的作用下发生强烈减薄, 并在本区形成阜平幔枝构造雏形, 历经新生代发生强烈隆升, 这一系列地质过程使得在基底与盖层之间及两侧发育强烈的主、 次级拆离滑脱断层, 以至于本区深部阜平群变质地层隆升裸露地表,而盖层则总体环绕在核部外围。 褶皱构造早期则受近SN 向挤压应力的作用, 本区阜平群基底形成近EW 向褶皱构造, 因五台期的区域应力转为SE—NW 向挤压,使得早期EW 向褶皱东部转为NE 向。 燕山期强烈的构造活动在本区盖层总体形成NNE 向褶皱构造。

1.3 岩浆岩特征

从区域来看, 本区岩浆强烈活动从早至晚总体先后历经阜平期、 吕梁期和燕山期。 其中阜平期发育的为变质深成岩, 经强烈变质作用, 现多以片麻岩出露于核部。 吕梁期岩浆活动在主要表现为NW 向展布的辉绿岩脉。 而燕山期岩浆活动形成的岩体以石英二长岩、 二长花岗岩、 花岗闪长岩等中酸性岩石为主, 从南至北主要为麻棚岩体(125 ～133.9 Ma[1-4])、 赤瓦屋岩体(126.4～139.8 Ma[4,5])、 王安镇岩体(129 ～139 Ma[6,7]) 以及大河南岩体(125 ～136 Ma[7-9]),它们总体呈NNE 向展布。 此外, 岩体周边多发育中酸性岩脉。

2 金矿床特征

阜平幔枝构造区, 按照金矿产出构造部位分可划分为核部、 盖层、 火山断陷盆地三大类 (图1、 表1), 以核部金矿为主, 每类金矿之间既有区别又有联系。

表1 阜平幔枝构造区部分金矿地质特征简表Table1 Geological characteristics of some gold deposits in the Fuping mantle branch structure area

2.1 核部金矿

核部金矿位于主拆离带以内, 是本区最主要的金矿类型, 多产于阜平—涞源一带的太古宇阜平群、 且临近燕山期中酸性岩体, 部分赋存于(隐爆) 岩体(脉) 内, 少数产于沉积盖层之中。 矿体大多受近SN-NNE 向断裂控制, 部分受NW 向断裂控制。 矿石类型基本可分为石英脉型和蚀变岩型两类。 矿石矿物主要有黄铁矿、 方铅矿、 闪锌矿、 黄铜矿等硫化物矿物, 部分被氧化, 可见褐铁矿、 孔雀石等矿物, 脉石矿物主要有石英、 斜长石、 钾长石、 绢云母、 绿泥石、 方解石等, 金矿物主要为自然金、 金银矿和银金矿, 碲金银矿少见。 围岩蚀变主要有硅化、 绢英岩化、 绿泥石化和碳酸盐化。 矿化与硅化、 绢英岩化密切相关。

目前, 石湖金矿是阜平幔枝构造区唯一大型金矿, 位于燕山期麻棚岩体东南侧, 产于阜平群变质岩中, 受近SN 向和NW 向断裂构造破碎带控制。 矿区发现50 余条矿化断裂蚀变带, 其中主采的101 号脉位于矿区中央, 长3.2 km, 宽10～40 m, 走向330°～360°, 倾向NNE, 倾角55°～80°, 圈定出101-2、 101-4 等8 个矿体。 矿体多呈脉状、 薄板状, 透镜状,具分支复合、 尖灭再现的特点, 厚度0.5～2.0 m, 品位多为3.52×10-6～27.9×10-6, 总体分布于破碎带的顶、 底板。 矿石以石英脉型、 蚀变岩型为主, 矿石矿物成分比较复杂, 以黄铁矿、 方铅矿等金属硫化物为主; 脉石矿物主要为石英、 斜长石、 钾长石、 绢云母、 绿泥石、 方解石等。 金主要以银金矿或自然金的形式分布于金属硫化物及石英之中。 围岩蚀变有硅化、 绢云母化、 黄铁绢英岩化和绿泥石化等。 成矿从早至晚总体可分为乳白色石英、 灰白色石英—黄铁矿、 烟灰色多金属硫化物、 碳酸盐4 个阶段。

2.2 盖层金矿

盖层金矿位于主拆离带以外的沉积盖层、 燕山期岩体之中, 主要分布在本区涿鹿—怀来一带, 部分分布于涞源—涞水的主拆离带附近。

以易县栾木厂金矿为例, 矿床位于王安镇岩体SE 侧, 产于长城系高于庄组白云岩、 吕梁期辉绿岩和太古宇片麻岩中, 受NW 向断裂破碎带控制。 矿区内有北三角沟、 栾木厂、 李家台、 三道沟4 个矿段,由11 条矿脉组成, 圈定工业金矿体12 个。 其中, 仅栾木厂2 号脉圈定矿体8 个, 多呈薄脉状产出, 主矿体为Ⅰ和Ⅱ号矿体, NW 向断裂构造所控制, 总体走向310°, 总体倾向NE, 倾角多在60°～85°之间, 局部倾向为SW 方向, 倾角较陡, 矿体多产于辉绿岩脉的上下盘。 矿体控制长度约1 100 m, 倾向延伸约330 m, 平均厚度0.3 m, 平均品位12.7×10-6。 矿石类型可分为石英脉型和破碎带蚀变岩型。 矿石矿物主要为黄铁矿、 黄铜矿, 次为斑铜矿、 闪锌矿、 方铅矿; 主要脉石矿物为石英、 次为方解石、 绢云母、 透闪石等。 金银矿物以自然金、 银金矿、 碲银矿、 碲金银矿为主, 主要载金矿物为黄铁矿、 石英, 其次为黄铜矿、 方铅矿和闪锌矿。 围岩蚀变主要有硅化、 绢云母化、 绿泥石化、 透闪石化、 钠长石化、 钾化等。 以含金黄铁矿化石英脉为核心, 向外依次大致可分为硅化带、 绿泥石化带、 绢云母高岭石化带和碳酸盐化带。

2.3 火山断陷盆地金矿

火山断陷盆地金矿位于核部和盖层的燕山期火山断陷盆地之中, 目前该类型矿床数量较少, 主要有涞水县柏林城金矿、 涞源县鲍家路金矿等。 其中, 侏罗系东岭台组火山岩是鲍家路金矿的主要赋矿围岩之一。

以柏林城金矿为例, 矿床位于紫荆关—灵山断裂西侧、 大河南岩体东侧的侏罗系火山断陷盆地之中,盆地中残留部分盖层。 矿体产于近SN 向延伸的F1断层构造带中, 构造带地表呈S 形, 长＞2 km, 宽1～25 m, 倾向W—NNW, 倾角50°～75°, 由碎裂岩、角砾岩、 糜棱岩等组成, 角砾成分为流纹斑岩、 灰岩及绢云母角岩等。 上盘主要为碳酸盐化、 褐铁矿化、矽卡岩化流纹斑岩, 下盘主要为青白口系和寒武系大理岩化、 角岩化、 矽卡岩化碳酸盐岩。 目前圈定的2个矿体中, 1 号矿体以金为主, 2 号矿体为金锌共生矿体。 其中, 1 号矿体位于南段, 长约160 m, 平均厚度4.28 m, 走向NNW, 倾向SW, 倾角45°～78°,呈似板状、 透镜状顺构造带产出, 沿走向及倾向具分支复合、 膨缩现象, 金平均品位3.60×10-6, 锌品位平均品位3.83%。 矿石可分为金矿石和锌矿石, 地表均发生强烈氧化。 金矿石主要为含金褐铁矿, 矿石矿物为黄铁矿、 闪锌矿、 黄铜矿、 方铅矿、 磁黄铁矿等, 次生矿物有软锰矿、 孔雀石; 脉石矿物为方解石、 石英、 绢云母、 水云母、 透闪石、 阳起石, 次生矿物为绢云母、 高岭石。 金矿物以自然金、 银金矿等形式赋存于石英、 黄铁矿、 方解石的裂隙、 晶隙中。锌矿石中主要金属矿物为菱锌矿、 磁铁矿、 黄铁矿、褐铁矿, 脉石矿物有方解石、 绿帘石、 石英、 蛇纹石、 阳起石、 伊利石、 高岭石等。 本矿区由于受到岩浆岩活动影响, 围岩蚀变较发育, 主要有硅化、 矽卡岩化、 绿帘石化、 绿泥石化、 碳酸盐化、 角岩化等。硅化主要发育于含矿构造带及其两侧, 矽卡岩化、 绿帘石化、 碳酸盐化、 角岩化主要分布于岩体与寒武纪地层接触带。 其中, 金与硅化、 黄铁矿化关系密切。

3 金矿床地球化学特征

3.1 硫同位素

通过统计本区8 个金矿床, 共计116 个样品的S 同位素数据 (表2), δ34Sv-CDT‰均值位于-0. 64～4. 25, 位于地球深部岩浆硫 (-5 ～5) 范围之内。 不管处于核部金矿床还是盖层金矿床, 其矿石硫化物中S 同位素数值均较为接近, 表明区域金矿硫同位素组成相对均一, 大致具有相同的S 物质来源。

表2 阜平幔枝构造区金矿S 同位素特征简表Table 2 S isotope characteristics of gold deposits in the Fuping mantle branch structure area

3.2 铅同位素

通过统计本区7 个金矿床, 共计75 个样品的Pb同位素数据(表3), 本区金矿的铅同位素均值大体非常接近。 其中,206Pb/204Pb 值范围为16.023 ～17.145, 极差为1.122;207Pb/204Pb 值范围为15.168 ～15.312, 极差仅为0.144;208Pb/204Pb 值范围为36.881～37.654, 极差为0.773。

表3 阜平幔枝构造区金矿Pb 同位素特征简表Table 3 Pb isotope characteristics of gold deposits in the Fuping mantle branch structure area

将各矿床铅同位素平均值投点在演化曲线上(图2) 可以看出: 仅孔各庄金矿矿石中铅落在下地壳附近, 其余6 个金矿铅数值主要落在地幔附近和地幔与下地壳之间, 说明成矿物质Pb 主要为深部来源。

图2 阜平幔枝构造区金矿铅同位素演化图[48]Fig.2 Pb isotope evolution of gold deposits in the Fuping mantle branch structure area

3.3 碳-氢-氧同位素

通过统计本区9 个金矿床, 共计51 个主成矿阶段样品的C-H-O 数据(表4), δ18OH2O‰均值为-5.99～4.60, 主要位于-1.5 ～3.18 之间, δDV-SMOW‰均值为-93.28～-56.09, 集中于-89.68 ～-72.69。 将氢、氧同位素平均值投点于δD-δ18O 坐标图(图3) 上,可见本矿床氢、 氧同位素主要位于原生岩浆水附近,而远离大气水和变质水, 仅有小岭根金矿靠近大气水, 说明了金矿成矿热液中的氢、 氧同位素主要来自岩浆热液源, 有部分晚期大气水的加入。

表4 阜平幔枝构造金矿C-H-O 同位素特征简表Table 4 C-H-O isotope characteristics of gold deposits in the Fuping mantle branch structure area

图3 阜平幔枝构造区金矿δD-δ18O 坐标图[53]Fig.3 δD-δ18O coordinate map of gold deposits in the Fuping mantle branch structure area

3.4 成矿时代

对本区金矿时代的研究, 目前主要集中于麻棚地区的金矿, 成矿年龄集中于120 ～130 Ma。 例如, 曹烨[12]对石湖金矿含金石英脉中石英(Ar-Ar 法)、 石英和黄铁矿(Rb-Sr 法) 测年, 取得140 Ma 左右的同位素年龄 (其中Ar-Ar 法测年正等时线年龄为141±4 Ma, 反等时线年龄为 139±7 Ma; Rb-Sr 法等时线年龄为139 Ma), 但是该年龄却早于成矿岩体(脉) 的年龄(130 Ma 左右)。 Chen 等[11]通过金矿黄铁矿Re-Os 和钾长石K-Ar 定年很好地将石湖金矿成矿年龄限定于120 ～127 Ma。 郑贺军[13]用黄铁矿Rb-Sr 测年方法对西石门金矿的成矿年龄进行限定,测得成矿年龄为128 Ma 左右。 空间上紧邻的两个矿区的成矿时代较为一致。 此外, 胡亚军[27]通过岩体侵入时代限定柴厂金矿的成矿年龄为170 Ma, 但未能直接测试载金矿物的年龄。 根据已有测年资料,本区岩金尚未发现燕山期之外的年龄数据, 并结合金矿成矿地质特征, 推测本区金矿主成矿时代为燕山中晚期。

4 金矿类型与成矿规律

4.1 金矿类型

金矿类型较为复杂, 至今尚未有统一的划分方案, 主要划分依据分别有成矿作用、 构造背景、 赋矿围岩、 成矿物质来源、 地球化学元素等。 就河北金矿而言, 宋瑞先和王有志[49]以成矿作用为核心, 结合成矿物质来源、 成矿类型、 矿床特征、 含矿建造, 将金矿床类型分为岩浆及变质成矿作用、 岩浆热液成矿作用、 外生成矿作用和岩浆热液成矿作用(伴生金)4 大类、 9 个矿床成因类型及20 个亚类, 对河北金矿深入研究奠定了很好的基础。

从幔枝构造视角而言, 认为金主要来源于地球深部, 随着地幔热柱多级演化, 呈反重力迁移至浅部各幔枝构造有利构造部位沉淀、 富集成矿。 因此, 针对河北阜平幔枝构造区岩金(不含砂金) 而言, 基于矿床地质特征, 按照构造部位和赋矿围岩, 总体可将金矿分为4 类, 具体特征见表5。

表5 阜平幔枝构造区主要金矿类型特征表Table 5 Characteristics of main gold deposit types in the Fuping mantle branch structure area

4.2 成矿规律

阜平幔枝区历经多期地质活动, 在燕山期形成了颇具特色的构造—岩浆-成矿事件。 幔枝构造演化过程中, 区域NNE 向乌龙沟—上黄旗、 紫荆关—灵山深大断裂强烈活动, 不仅控制着本区麻棚、 赤瓦屋、大石峪、 王安镇和大河南等地的中酸性岩浆活动, 从而沟通深源矿质并带来金矿流体、 富集成矿。 区域上, 金矿受控于区域断裂和岩浆活动, 具有总体NNE向成带、 局部成团的特征, 多数就位于燕山期中酸性岩体附近、 多与岩脉(石英闪长玢岩、 辉绿岩等) 伴生, 部分产于核部与盖层接触带附近的拆离带中, 少数分布于火山断陷盆地中。 就矿床类型而言, 本区以断裂蚀变岩型(陡倾为主) 和拆离带型(缓倾为主)为主, 均受断裂构造控制, 两者之间有一定的空间关系。

在核部地区, 麻棚岩体东南侧是重要的断裂蚀变岩型金矿集区之一, 分布着石湖、 土岭、 西石门、 丑泥口、 九岭等金矿。 NNE 向断裂与NW 向断裂的交汇控制着中酸性岩体的侵位, 岩体的多期活动和底辟上侵导致变质围岩张裂或诱发前期断裂复活, 从而为中酸性岩脉和含矿流体上升迁移、 沉淀、 富集成矿提供构造空间, 在张扭低压空间易于形成石英脉型金矿、压扭空间则往往形成蚀变岩型金矿。 此外, 大石峪岩体附近金矿有着类似成矿过程。 而产于岩体内部金矿亦多受断裂构造控制。 例如, 涞源许家庄金矿产于王安镇岩体的斑状二长花岗岩中, 矿脉受NE 向断裂构造控制。 王安镇岩体具有多期次岩浆活动, 斑状二长花岗岩仅仅是其赋矿围岩, 成矿为后期含矿热液沿断裂上升、 贯入、 沉淀所致。 对于该类矿床, 注意分析控矿断裂构造, 寻找深部和外围前景地带。

在拆离带地区(主拆离带及其两侧次拆离带区域), 尤其是北段王安镇岩体外围的拆离带是本区拆离带型金矿的主要地带, 分布着孔各庄、 豹子峪、 武家沟、 栾木厂、 南款、 大北峪等金矿。 在阜平幔枝构造演化过程中, 岩浆侵位和构造隆升作用使得深部变质基底逐渐向上裸露和上覆盖层向两侧拆离滑脱, 在基底与盖层之间形成主拆离断层以及两侧的次级拆离断层, 这些断层成为岩浆期后含矿热液迁移的最有利空间。 尤其在岩浆上侵阶段, 岩浆岩构造影响或叠加的次级拆离带、 横张断裂以及层间破裂是最佳的含矿部位。 如果矿区岩体侵入碳酸盐岩盖层时, 可形成矽卡岩蚀变矿体。 拆离断层及次级断层在浅部多为脆性断裂, 深部呈现韧性断裂, 因此在流体向上运移过程中, 沉淀在浅部时多形成石英脉型矿体为主, 而在深部多呈蚀变岩型矿体。 对于该类矿床, 注意分析拆离带的构造层次, 是否存在岩体构造影响或叠加以及围岩的破裂构造。

此外, 斑岩型和火山岩型金矿在本区为零星分布, 该类型金矿与断裂蚀变岩型和拆离带型金矿的时空、 成因关系还需进一步综合研究。

5 结论

(1) 阜平幔枝构造区金矿主要产于核部燕山期中酸性岩体外围, 以及核部与盖层间的拆离带地区, 赋矿围岩主要为太古宇阜平群, 部分分布于沉积盖层,少数产于岩体和火山岩之中, 总体受断裂构造控制。矿石类型主要为石英脉型和蚀变岩型, 成矿总体与硅化、 黄铁绢英岩化关系密切。

(2) 金矿石S、 Pb、 C-H-O 同位素资料表明, 区域金矿成矿物质主要来源于地球深部, 成矿流体以岩浆期后热液为主, 并混入了部分大气降水。 结合金矿地质特征和已有测年数据, 推测本区金矿主成矿时代为燕山中晚期。

(3) 根据金矿所处幔枝构造部位, 可分为核部、盖层和火山断陷盆地3 类。 并结合赋矿围岩和主控因素(断裂和岩体), 本区金矿又可进一步分为断裂蚀变岩型、 拆离带型、 (次) 火山热液型和斑岩型4 类,其中以断裂蚀变岩型和拆离带型为主。