冀北丰承幔枝构造特征及对金矿的成矿控制作用

郭静粉, 刘思远, 郭海全, 张才龙, 韩欣良, 邢 欢, 王艳哲

0 引言

金矿是中国的战略性关键矿种之一, 随着国民经济的高速发展, 国家对黄金的需求不断增长, 据中国黄金协会2023 年1 月统计数据显示[1], 2022 年国内原料黄金产量为372.048 t, 而全国黄金消费量达1 001.74 t, 国产黄金供不应求, 有一多半的黄金需要进口。 因此, 需要不断加强中国金矿勘查工作力度, 为保障金矿资源安全提供坚实基础。

丰宁—承德东西向成矿带是冀北重要的金多金属成矿带, 多家地勘单位在此进行了金矿勘查, 总结了矿床地质特征和找矿标志等, 亦有科研院所对矿床成岩成矿年代、 成矿流体特征和矿床成因等进行了深入探讨[2-20], 但丰宁—承德一带金矿基础地质和成矿作用方面仍有一些重大问题需要继续深入研究。 为了突破思维定式, 在认识上有所创新, 本文对本区幔枝构造进行了分析讨论, 并尝试用幔枝构造理论对金矿成矿进行解释, 以期对丰宁—承德金成矿带今后的勘查工作作出技术支撑。

1 地质背景

丰承幔枝构造位于承德中北部, 呈近东西向展布(图1), 位于塔里木—华北板块华北陆块燕山—辽西裂陷带承德北盆地四级构造单元中。

图1 丰承幔枝构造区域地质图Fig.1 Regional geological map of Fengning—Chengde mantle branch structure

1.1 地层

(1) 太古宇变质岩为一套中-中深区域变质、 受不同混合岩化作用影响, 具有一定程度退化变质的片岩、 片麻岩、 变粒岩、 浅粒岩、 斜长角闪岩和大理岩等。 主要出露迁西岩群水厂岩组、 遵化岩群马兰峪岩组和崇礼上岩群, 分布于赤城茨营子、 滦平虎什哈—两间房、 丰宁石人沟—王营—太平庄、 平泉七沟等地。 其中迁西岩群水厂岩组为一套麻粒岩相含铁矿层的表壳岩系; 遵化岩群马兰峪岩组为一套高级变质岩层, 变质程度达角闪岩相、 局部保留角闪麻粒岩相,是金矿的有利围岩; 崇礼上岩群多以捕虏体或残留体的形式存在, 岩石经历了中级区域变质作用、 混合岩化作用和强烈的变质变形改造, 变质程度达角闪岩相, 形成大量混合岩化片麻岩和条带状、 眼球状间层混合岩, 该岩组是金矿的重要产出层位和围岩。

(2) 元古宇主要发育长城系碎屑岩, 分布在幔枝构造北部和南部边缘, 出露于尚义—隆化和蔚县—平泉区域断裂以南, 均呈条带状分布。

(3) 中生界为一套岩性复杂、 厚度巨大、 分布广泛的陆相火山-沉积岩系, 广泛出露于各火山沉积盆地之中。 其中三叠系仅在滦平盆地南缘零星出露; 侏罗系主要出露于幔枝构造中部的承德盆地; 白垩系为幔枝构造上叠火山-沉积盆地的主要组成地层, 广泛出露张家口组流纹质凝灰岩和九佛堂组砂岩、 页岩等, 少量为大北沟组安山岩。

1.2 区域构造

丰宁—承德成矿带经历了多期变形变质作用, 地质构造复杂, 褶皱、 断裂发育, 晚期构造常常是对先前构造的继承和改造。

褶皱主要分布在太古宇变质地层出露区, 多被后期构造、 岩浆活动破坏严重, 或被中生代火山沉积盆地覆盖, 出露均不全, 如出露于丰承幔枝构造中南部的燕窝铺—周台子背斜, 沿轴部有中生代花岗岩侵入, 北翼被蔓菁沟—大庙区域断裂破坏, 南翼被承德盆地覆盖, 其轴部的二次张裂隙是金、 铜多金属矿的重要赋矿场所。

断裂以东西向平行的区域断裂为构造骨架, 由北向南依次为尚义—隆化、 蔓菁沟—大庙和蔚县—平泉区域断裂。 区域断裂带宽有几百米至数公里, 走向近东西, 始于新太古代, 具多期次活动特点。 燕山期断裂是区域断裂的继承和发展。 区域断裂及其次级断裂不仅控制着本区各期岩浆活动, 还为成矿热液运移提供通道, 并为成矿物质沉淀富集提供场所。

1.3 岩浆岩

岩浆活动强烈, 以侵入活动占优势, 分布范围较广, 活动时代有太古宙、 元古宙、 海西期、 印支期和燕山期, 其生成方式由中深-浅成到大面积的岩浆喷发,形成岩基、 岩株、 岩墙、 岩枝、 岩脉及岩层等形态。 其中海西—燕山期岩浆活动与金矿产出具有密切关系。

2 丰承幔枝构造组成及特征

丰承幔枝构造主要由核部岩浆-变质杂岩以及外围拆离滑脱体及上叠断陷火山-沉积盆地组成。

2.1 核部特征

核部岩浆-变质杂岩分布在丰宁—平泉一带, 主要由太古宇迁西岩群、 遵化岩群、 崇礼上岩群变质地层和太古宙变质深成侵入岩、 古元古代中-酸性变质侵入岩组成变质基底。 此外, 轴部还发育一系列海西期中酸性岩和超基性岩, 印支期和燕山期侵入岩主要发育于核部的东西两侧。 核部岩体特征见表1。

表1 丰承幔枝构造核部岩浆岩体特征Table 1 Characteristics of magmatic rocks in the core of Fengning—Chengde mantle branch structure

2.2 外围拆离滑脱层

由于丰承幔枝构造处于冀北中部, 冀东幔枝构造的北侧, 内蒙地轴的南缘, 受已有构造的控制, 拆离滑脱层分布较少。 北缘仅沿尚义—隆化区域断裂呈线性展布部分长城系。 由于断裂活动多已支离破碎。 在丰承幔枝构造的西南端, 古北口—汤河口一带发育拆离带, 承德南—六沟一带发育带状盖层拆离带。

2.3 上叠断陷火山-沉积盆地

中生代在华北地幔亚热柱和丰承幔枝构造上隆作用下, 发生了大规模的陆相岩浆侵入和火山喷发, 形成盆岭相间的构造形式, 发育众多上叠构造火山-沉积盆地。

丰承幔枝构造不仅外围有上叠断陷火山-沉积盆地, 而且核部也发育大量上叠断陷火山-沉积盆地。外围主要有东部的平泉—宁城盆地、 北部的化吉营盆地、 张三营盆地等, 核部主要有南侧石人沟盆地、 滦平盆地、 承德盆地、 北侧凤山盆地等。 盆地发育时间具有南早北晚的时间差异特征。

3 丰承幔枝构造与矿产分布的时空关系

丰宁—承德东西向成矿带中金多金属矿床在空间分布上严格受幔枝构造的控制, 总体上表现为“内金、 外铜钼-银-铅锌” 矿床空间组合分布特征(图2)。 其中金矿床明显集中产于尚义—隆化区域断裂和蔚县—平泉区域断裂之间, 位于幔枝构造核部岩浆-变质杂岩区, 构成金矿集中区; 外围撒岱沟门钼矿、佟栅子钼矿、 小汤头沟钼矿、 西杨树沟铜矿、 乐国窝铺银多金属矿、 牛圈银金矿、 营房银铅锌矿、 张木南沟银矿、 槟榔沟银多金属矿、 郭家屯铅锌矿、 北岔沟门铅锌矿、 磴上银铅锌矿等则明显成群成带环绕金矿化集中区分布形成铜钼、 银铅锌成矿带, 而相对于金、 钼、 银、 铅锌而言, 铜矿成矿作用较弱。

图2 丰承幔枝构造区金多金属矿床分布示意图Fig.2 Distribution diagram of gold polymetallic deposits in Fengning—Chengde mantle branch structure area

本区金、 钼、 银、 铅锌矿床最主要成矿期是中生代101～283 Ma (表2), 如牛圈银(金) 矿、 北岔沟门铅锌矿、 撒岱沟门钼矿、 大草坪钼矿等均形成于印支期—燕山期。 大西沟金矿床成矿时间存在不同观点, 王明燕等(2008)[2]根据赋矿构造与地层、 岩浆岩的穿切关系, 认为大西沟金矿属燕山晚期成矿, 而蒋喆(2016)[3]通过黄铁矿Re-Os 同位素获得等时线年龄为283±20 Ma, 认为金成矿作用与晚古生代海西期大规模构造—岩浆活动及其相关流体活动具有密切关系。 同时少数矿床成矿延续时间较长, 如: 朱世戎[4]根据大营子金矿区伟晶状长石石英脉中钾长石同位素年龄224 Ma、 矿体围岩由钾长石化生成的长石同位素年龄180.03±4.18 Ma 和全岩同位素年龄170.78±2.89 Ma 的测定结果, 推断大营子金矿床成矿时代为海西晚期至燕山早期。 由此推测, 丰承幔枝构造活动起始时间应早于中生代, 主要活动时期为印支燕山期, 且中生代幔枝构造的形成及其发展演化明显地控制了区内主要金银多金属矿成矿。

表2 丰承幔枝构造区金、 钼、 银铅锌多金属矿床成矿时代表Table 2 Metallogenic age of gold, molybdenum, silver, lead and zinc polymetallic deposits in Fengning—Chengde mantlebranchstructurearea

4 丰承幔枝构造对金矿的成矿控制作用分析

幔枝构造理论认为, 在重力分异过程中, 重元素下沉形成地核, 轻元素上浮形成地幔, 地幔的表层由于气-液态物质的逃逸, 以及散热降温而形成地壳,从而构成地球的核-幔-壳结构。 由于金、 银等金属元素的比重较大, 绝大多数金等重元素分布于地核之中, 当核幔边界涌动或受干扰形成上升地幔热柱时,只有少量金、 银等重元素便可随地幔热柱多级演化向上迁移, 并通过气态—气-液混合态—含矿流体的形式随地幔热柱—地幔亚热柱—幔枝构造向地壳浅部迁移,在区域构造应力场的作用下, 进入断裂蚀变带等构造空间之中, 并在适当的空间和物化条件下卸载成矿,即深部物质是金银多金属矿床形成的主要矿源[21,22]。近年, 许多研究成果也表明: 丰承幔枝构造区金银多金属矿床成矿物质主要来自于地球深部(表3)。

表3 丰承幔枝构造区主要矿床成矿物质来源Table 3 Source of ore-forming materials of the main deposits in Fengning—Chengde mantle branch structure area

丰承幔枝构造区金银多金属矿床成矿物质以Au、 Ag、 Mo、 Pb、 Zn 为主, 且矿床分布明显受丰承幔枝构造活动的控制。 这是因为成矿元素随地幔亚热柱向上运移到岩石圈底部受阻而向造山带的根部拆离, 当被造山带轴部持续活动的深切韧性剪切带切割时, 成矿元素便沿韧性剪切带或随岩浆活动向地壳浅部迁移, 在幔枝构造的有利构造扩容带聚集成矿(图3)。

图3 丰承幔枝构造成矿控矿模式图Fig.3 Metallogenic and ore-controlling model map of Fengning—Chengde mantle branch structure

从幔枝构造成矿控矿规律分析, 冀北地区中生代幔柱构造活动是地球深部成矿物质迁移到地壳浅部在中生代大规模成矿的基本因素, 而地幔亚热柱与幔枝构造体系是浅部地壳矿集区形成的必要条件, 伴随幔柱构造作用, 岩浆的产生、 上涌、分异演化及含矿热液蚀变则是矿集区形成的重要条件, 幔柱构造作用时期岩石圈板块活动及浅部地壳原有断裂构造构成幔柱构造在浅部地壳活动的重要边界条件。 因此, 伴随幔柱构造作用出现的核部变质基底隆起区、 外围盖层拆离滑脱区、边部侏罗—白垩纪断陷火山-沉积盆地区以及相应的轴部剪切带、 主拆离带、 次级拆离带、 上叠断陷、 岩浆岩带、 蚀变与矿化带是重要的找矿标志。

5 结论

(1) 丰承幔枝构造主要由核部岩浆-变质杂岩以及外围拆离滑脱体及上叠断陷火山-沉积盆地组成, 其中外围拆离滑脱层受已有构造的控制, 分布较少。

(2) 丰宁—承德东西向成矿带中金多金属矿床在空间分布上严格受幔枝构造的控制, 总体上表现为“内金、 外铜钼-银-铅锌” 矿床空间组合分布特征;成矿时代主要为印支—燕山期, 受中生代幔枝构造的形成及其发展演化控制。

(3) 本区地幔热柱多级演化是金等元素向上迁移的主要动力, 印支期—燕山期大规模花岗质岩浆活动是成矿物质向上迁移的主要载体, 有利的导矿、 控矿空间是幔枝构造轴部剪切带、 基底与中新元古代之间的主拆离带及盖层中的次级断裂带, 也是丰宁—承德金银多金属矿成矿带重要的找矿标志。