辽东青城子矿集区成矿规律及找矿预测地质模型

耿树峰

(辽宁省第四地质大队有限责任公司,辽宁 阜新 123000)

0 引言

青城子矿集区是辽宁省重要的金属矿产地之一,矿集区内产出的大型、中型矿床有白云、小佟家堡子等金矿床,榛子沟、南山等铅锌矿床,以及高家堡子银矿床。矿集区内不同矿种的矿床成因均属岩浆热液型,成矿作用与印支期岩浆侵入活动有关,而双顶沟岩体又是印支期岩浆作用的典型代表[1]。目前,针对矿集区内成矿热液的运移方向,以及矿集区成矿动力学的演化模式还存在较大争议。李晓勇等[2-3]认为矿集区形成于古亚洲洋闭合后的伸展模式,属陆内伸展; 段晓侠等[4]认为矿集区形成于扬子板块与华北板块深俯冲碰撞后的板片断离。

本文在收集整理前人研究成果的基础上,结合近年来的野外地质调查成果,对青城子矿集区的成矿地质特征、成矿规律等进行分析和总结,同时以重大构造事件与区域成矿的耦合关系为出发点,论述了矿集区的成矿动力学演化模式,建立了青城子矿集区的找矿预测地质模型,为进一步开展矿集区的矿产勘查工作提供新思路。

1 地质概况

1.1 地质特征

青城子矿集区位于辽宁省丹东地区,其大地构造位置处于华北板块北缘辽东裂谷带中段。区内出露的地层主要为古元古界辽河群,自下而上依次为高家峪组、大石桥组、盖县组,整体为一套层状变质岩系,其原岩为火山岩、陆源碎屑岩、碳酸盐岩等。高家峪组岩性主要为变粒岩; 大石桥组岩性由白云石大理岩、云母片岩、矽线石云母片岩、浅粒岩等组成; 盖县组岩性主要由二云片岩、矽线石云母片岩夹薄层透闪透辉变粒岩组成。

矿集区内褶皱及脆性断裂构造较发育,其中褶皱构造由北向南依次为白云山背斜、新岭背斜、头道沟向斜、榛子沟背斜等,且上述褶皱向东西两端均有延伸(图1)。脆性断裂构造主要包括NW向的于上沟断裂和尖山子断裂,以及NE向的二道沟断裂。铅锌矿床、金矿床、银矿床均分布于3条断裂构成的围限内。矿集区内岩浆岩较发育,包括古元古代的大顶子、石家岭等片麻状斜长花岗岩体,以及印支期的双顶沟斑状花岗岩和新岭花岗斑岩,脉岩包括花岗斑岩、闪长岩、辉长岩等。

1.第四系; 2.古元古界辽河群盖县组; 3.古元古界辽河群大石桥组; 4.古元古界辽河群高家峪组变粒岩; 5.印支期花岗岩; 6.古元古代片麻状斜长花岗岩; 7.闪长岩脉; 8.辉长岩脉; 9.花岗斑岩脉; 10.断裂; 11.金矿; 12.银矿; 13.铅锌矿; 14.背斜; 15.向斜; ①.白云山背斜; ②.新岭背斜; ③.头道沟向斜; ④.榛子沟背斜图1 青城子矿集区地质简图Fig.1 Geological sketch of Qingchengzi ore concentration area

1.2 矿床特征

1.2.1 铅锌矿床

青城子矿集区内出露的辽河群大石桥组为铅锌矿床的主要赋矿层位,矿床主要分布在于上沟断裂两侧围岩的层间破碎带内。根据形态特征,矿体可分为两类: 一类为层状—似层状矿体,矿体与地层产状大体一致,矿体中锌的含量高于铅,此类矿床以榛子沟、甸南铅锌矿床为代表; 另一类为脉状矿体,受切层断裂及层间破碎带控制,矿体呈断续展布,矿体中铅的含量高于锌,此类矿床以南山铅锌矿床为代表。矿集区内矿体规模大小不等,长50～150 m,厚0.5～10 m,倾向延伸30～60 m,而脉状矿体延伸达200 m。矿石矿物主要为闪锌矿、方铅矿、黄铁矿等,脉石矿物有白云石、方解石、石英等。矿石主要为自形—半自形粒状、交代残余结构等,浸染状、条带状、块状构造等。围岩蚀变有硅化、白云石化、黄铁矿化、绢云母化、绿泥石化等,蚀变分带不明显。

1.2.2 金矿床与银矿床

根据矿床空间分布特征,青城子矿集区沿尖山子断裂由北向南划分为3个矿带,北带分布有白云、白云(荒甸子)等金矿床; 中带有林家三道沟、桃源、尖山沟等金矿床; 南带有高家堡子银矿床,小佟家堡子、杨树、罗圈背等金矿床。矿集区内出露的辽河群盖县组为金矿床、银矿床的主要赋矿层位,受层间破碎带控制,主要呈层状—似层状产出,具有尖灭再现的特征。矿集区内矿体长40～600 m,延伸可达600 m,宽1～25 m。矿石矿物主要为毒砂、黄铁矿等,脉石矿物主要为白云石、石英、方解石等。矿石主要为自形—半自形粒状、压碎、交代结构等,浸染状、脉状、条带状构造等。金的赋存状态以裂隙金、包裹金为主。围岩蚀变包括硅化、绢云母化、白云石化、碳酸盐化、绿泥石化等。矿石类型以蚀变岩型为主,少量为石英脉型。

2 成矿规律与成矿特征

2.1 成矿规律

2.1.1 成岩成矿年龄

青城子矿集区代表性矿床及岩体的成岩成矿年龄见表1。大顶子与石家岭岩体的成岩年龄分别为(1 869±16) Ma和(1 831±3) Ma[5]。双顶沟、新岭岩体的成岩年龄分别为(224±1) Ma和(225±1) Ma,重磁与遥感资料显示两个岩体在深部可能相连通[6-7],因此认为双顶沟与新岭岩体可能为复式岩体,属同一岩浆演化系统的产物。矿集区内铅锌矿床的成矿年龄集中于225～221 Ma,金矿床与银矿床的成矿年龄集中于238～197 Ma,表明3类矿床的成矿时代均为印支期,矿集区内不同矿床的成矿年龄主要与双顶沟、新岭岩体的成岩年龄较接近。

表1 青城子矿集区代表性矿床及岩体的成岩成矿年龄Tab.1 Diagenetic and metallogenic ages of representative ore deposits and rock bodies in Qingchengzi ore concentration area

2.1.2 空间分布规律

青城子矿集区的铅锌矿床主要分布于双顶沟与新岭岩体之间,而金矿床和银矿床多分布于双顶沟与新岭岩体的外围。总体上,矿集区内产出的金属矿床以双顶沟岩体为中心,向外依次分布铅锌矿床、银矿床及金矿床(图1)。

对于同一岩浆演化系统下的矿化过程,其成矿温度自岩体中心向外围会呈现逐渐降低的趋势,分别对应高温矿化(W、Sn、Mo)、中温矿化(Pb、Zn)及低温矿化(Au、Ag)[13]。包裹体测温显示,青城子矿集区内铅锌矿床主成矿温度集中于180～310 ℃[14-15],金矿床和银矿床主成矿温度集中于120～310 ℃[16-17]。虽然青城子矿集区内金属矿床的成矿温度大体相近,但不同矿种在空间分布上存在差异。造成这种现象的原因除了温度、压力等因素影响成矿元素分带外,离子电位是决定金属元素沉淀析出顺序的最重要因素。一般低离子电位(π<3)的金属元素属活泼性元素,易于进入到介质中并被迁移至较远的距离形成矿床[18-19],成矿元素Zn(2.70)、Pb(1.67)、Ag(0.79)、Au(0.73) 的离子电位逐渐减小,其活泼性逐渐增强,元素的迁移能力(距离)也逐渐增大,因此青城子矿集区具有以双顶沟岩体为中心,向外依次分布铅锌矿床、银矿床和金矿床的分布规律。

2.2 成矿特征

2.2.1 成矿物质来源

青城子矿集区金矿床和银矿床(杨树沟、林家三道沟、小佟家堡子、高家堡子)矿石中的δ18O为-19.06‰～2.27‰,δD为-108.9‰～-48‰[16,20]; 铅锌矿床(榛子沟、喜鹊沟、本山)矿石中的δ18O为-19.06‰～2.27‰,δD为-94.4‰～-79.9‰[14],表明铅锌矿床与金矿床、银矿床的氢氧同位素组成基本相近,指示3类矿床的成矿热液具有同源性,主要为岩浆水,后期有大气水参与使δD低于正常岩浆水(-80.0‰～-50.0‰)。

青城子矿集区内金矿床和银矿床中金属硫化物的δ34S值变化范围较大(表2),指示矿石中的硫具有多源性,铅锌矿床金属硫化物中的δ34S变化范围较小。矿集区内辽河群盖县组片岩的δ34S为4.6%～6.2‰[16],大石桥组大理岩的δ34S 为0.15‰～13.20‰,印支期岩体的δ34S为0.5‰～7.6‰[21]。矿集区内3类矿床与印支期岩体、容矿围岩的硫同位素组成大体相近,指示铅锌、金、银矿床的矿质来源主要是岩浆和变质岩地层。

表2 青城子矿集区代表性矿床的S同位素Tab.2 Sulfur isotope of representative ore deposits in Qingchengzi ore concentration area

2.2.2 成矿特征的差异性

青城子矿集区内铅锌矿床与金矿床、银矿床成矿特征的相似性主要体现在3个方面: ①不同类型矿床的矿床成因均属岩浆热液型,且均与印支期岩浆活动有关,并以硅化、绢云母化、绿泥石化等中低温热液蚀变为特征,成矿流体包裹体特征也反映出岩浆热液的特点[14,16]; ②不同类型矿床的矿体产状基本一致,且均受层间破碎带控制,呈层状—似层状产出,以榛子沟、甸南铅锌矿床及小佟家堡子、白云金矿床为代表; ③铅锌矿床与金矿床、银矿床的成矿年龄、成矿温度大体相近,成矿流体及成矿物质来源基本相同。

成矿特征的差异性体现在3个方面: ①空间分布差异,铅锌矿床、金矿床、银矿床主要分布于双顶沟岩体北部,并以该岩体为中心依次向外分布铅锌矿床、银矿床及金矿床; ②赋矿地层差异,铅锌矿床主要赋存于辽河群大石桥组,而金矿床、银矿床则赋存于辽河群盖县组中; ③矿物组合特征差异,铅锌矿床的金属矿物以闪锌矿、方铅矿、黄铁矿为主,金矿床、银矿床的金属矿物以毒砂、黄铁矿为主。

3 讨论

3.1 成矿动力学演化模式

青城子矿集区成矿动力学演化模式大体分为两个阶段: ①辽东裂谷发生、发展至消亡阶段,辽东裂谷事件导致区内形成矿源层[23],主要表现为在古元古代辽东裂谷拉张、沉降期间,矿集区内沉积了巨厚的辽河群,并经区域变质作用使辽河群富集大量成矿物质,为后期成矿提供物源; ②成矿阶段,中生代华北克拉通东部发生构造体制转换事件,引发青城子矿集区产生强烈的构造-岩浆活动,双顶沟岩浆在上侵过程中不断活化、萃取辽河群中的成矿物质,形成含矿热液,并沿断裂带及层间破碎带迁移,最终按Pb、Zn、Ag、Au的沉淀顺序在成矿有利部位富集成矿。

3.2 成矿流体迁移方向

前人[11,21,24-27]测得的微量元素数据显示,矿集区内不同矿床的矿石矿物(方铅矿、黄铁矿)中Zn、Cd、Mo、Cu等微量元素具有一定的空间变化规律。主要表现为Zn、Cd、Mo、Cu等微量元素的含量由矿集区西部至东部呈“低—高—低”的变化规律,即喜鹊沟(Zn: 219×10-6; Cd: 9×10-6; Mo: 0.16×10-6; Cu: 4.2×10-6)—二道(Zn: 514×10-6; Cd: 31.1×10-6; Mo: 0.26×10-6)—甸南(Zn: 2 058×10-6; Cd: 397×10-6; Mo: 18×10-6; Cu: 50×10-6)—榛子沟(Zn: 2 064×10-6; Cd: 1 165×10-6; Mo: 18×10-6; Cu: 415×10-6)—小佟家堡子(Zn: 766×10-6; Cu: 100×10-6)—杨树(Zn: 600×10-6; Cd: 0.21×10-6; Cu: 38.5×10-6)。根据矿石矿物中Zn、Cd、Mo、Cu等微量元素在甸南—榛子沟一带含量较高,而向西部(喜鹊沟、二道)及东部(小佟家堡子、杨树)逐渐降低的特征,推测矿集区内成矿流体以甸南—榛子沟一带为中心,分别向东西两侧及沿断裂迁移。

3.3 找矿预测地质模型

结合重力异常资料(图3(a)),本文对青城子矿集区控制成矿的结构面、控矿构造等进行厘定,构建了青城子矿集区找矿预测地质模型(图3(b))。

1.盖县组片岩; 2.大石桥组大理岩; 3.斑状花岗岩; 4.金矿; 5.银矿; 6.铅锌矿; 7.断裂; 8.成矿流体运移方向; 9.重力正值等值线及强度; 10.重力零值线; 11.重力负值等值线及强度; 12.金矿床; 13.铅锌矿床; 14.银矿床; ①.榛子沟铅锌矿床; ②.预测矽卡岩型铅锌矿床; ③.高家堡子银矿床; ④.林家金矿床; ⑤.桃源金矿床; ⑥.白云金矿床; ⑦.预测石英脉型金矿床图3 青城子矿集区重力异常(a)[7]与找矿预测地质模型示意图(b)Fig.3 Gravity anomalies (a) and schematic diagram of prospecting prediction geological model (b) in Qingchengzi ore concentration area

(1)结构面对成矿的控制。赋矿地层辽河群上部盖县组片岩富含硅质,其下部大石桥组大理岩富含钙质,两者在空间上构成硅-钙界面。由于硅-钙界面的上下岩层存在物理性质的差异,且野外调研发现在该界面上部的片岩层间破碎带内发育大量的碳质断层泥,这对Au具有一定的吸附作用,导致金矿床赋存于硅-钙界面的上部,而铅锌矿床则赋存于该界面的下部(图3(b))。

(2)控矿构造对成矿的控制。根据矿床的空间分布及产出特征,青城子矿集区的控矿构造类型可划分为复合型和单一型。复合型由双顶沟—新岭复式岩体周边的背斜(向斜)和脆性断裂构造控制矿床的空间分布,如榛子沟背斜与于上沟、二道沟等断裂的复合部位分布着榛子沟、南山、喜鹊沟等铅锌矿床,而该背斜与尖山子断裂的复合部位分布着小佟家堡子、杨树等金矿床,且沿尖山子断裂两侧分布的尖山沟、林家三道沟、桃源等金矿床均受复合型构造联合控制。单一型由层间破碎带控制矿体的产出形态,矿集区内矿体的产出形态严格受层间破碎带控制,矿体多以层状—似层状产出。

重力异常(图3(a))显示青城子矿集区内不同类型的矿床多产于重力零值线附近,由此推测重力零值线附近是本区的重点找矿地段,尤其是在双顶沟岩体和大顶子岩体周边及白云金矿床东部分布的重力零值异常规模较大,且异常均未封闭。此外,在双顶沟岩体深边部与大石桥组大理岩接触部位可能存在矽卡岩型铅锌矿床(图3(b)),而在盖县组片岩中的脆性断裂带内(尖山子断裂)可能存在一定规模的石英脉型金矿床。

4 结论

(1)青城子矿集区铅锌矿床的成矿年龄集中于225～221 Ma,金矿床和银矿床成矿年龄集中于238～ 197 Ma,矿集区以印支期双顶沟岩体为中心依次产出铅锌矿床、银矿床、金矿床。包裹体测温显示,铅锌矿床的主成矿温度集中于180～310 ℃,金矿床和银矿床的主成矿温度集中于120～310 ℃。氢氧同位素和硫同位素表明矿集区铅锌矿床、金矿床和银矿床的成矿热液主要为岩浆水,不同矿床的矿质来源主要为岩浆和变质岩地层。微量元素表明,成矿流体运移方向以甸南—榛子沟一带为中心,分别向东西两侧及沿断裂迁移。

(2)青城子矿集区成矿动力学演化模式分为两个阶段: ①辽东裂谷发生、发展至消亡阶段形成矿源层; ②中生代华北克拉通东部发生构造体制转换事件,引发该地区强烈的构造-岩浆活动,最终导致矿集区的形成。

(3)青城子矿集区成矿条件极为优越,具有较大的找矿潜力,尤其是在双顶沟—新岭复式岩体周边的褶皱与脆性断裂复合部位及重力零值异常附近是找矿的有利地段。