造山型金矿成矿理论及实践教学讲座PPT.ppt

造山型金矿成矿理论及实例 吉林大学地球科学学院2007 3 一造山型金矿概念及基本特征1 造山型金矿床定义过去 人们把产于地壳 低绿片岩相地质体中的脉状金矿床称为中温或中深金矿床 mesothermalgolddeposits 但是近年来的研究表明 该类矿床具有很宽的成矿深度 最深15 20km 和温度范围 150 740 与lindgren 1933 提出的深度和温度分类方案不相符 事实上 众多的研究表明该类金矿床具有相似的金属元素组合 成矿流体特征和地球动力学背景 而且在时空上均与造山作用有关 groves等 1993 1998 2000 kerrich等 1990 1993 1994 2001 goldfarb等 1998 2001 witt等 1998 kerrich等 1990 groves等 1998 在沿用lindgren 1933 深度分类方案的基础上 认为应着眼于其形成的构造背景和成矿作用而给以统一的分类命名 建议统一称作 造山型金矿床 目前 造山型金矿 orogenicgolddeposits 是指产于挤压环境中的不同时代的脉型金矿床系列 包括以前所说的脉型金矿 中温或中深金矿 前寒武纪金矿 浊积岩中的脉型金矿 板岩带中的脉型金矿 绿岩带中的金矿和剪切带中的金矿等 该类金矿也被称之为脉型金矿 包括网脉 矿化围岩和剪切带中的矿脉 2 造山型金矿床基本特征根据grovesetal 1998 kerrichetal 2000 的研究资料 通过对不同时代造山型金矿床的研究 该类矿床具有以下主要的共同特征 1 造山型金矿床形成于汇聚板块边缘以挤压和转换为主的增生地体中 伴随着俯冲和碰撞造山运动 2 造山型金矿床在空间上严格受构造系统的控制 且金矿的分布格局和矿体的定位及矿体的空间组合样式与造山作用有关 还有不同级序构造对矿带 矿田和矿床的多级控制 3 矿石金属矿物为低硫型 其硫 砷 化物含量在3 5 之间 毒砂是变质沉积围岩中的最主要硫化物 黄铁矿和雌黄铁矿是变质火山岩中最主要的硫化物 4 造山型金矿床一般产在变质程度较低的低绿片岩相地体中 典型围岩蚀变类型为碳酸盐化 绢云母化 硫化类 矽卡岩组合 5 造山型金矿床银含量较高 au ag比值平均值为1 10 并伴有w mo te等的富集 cu pb zn hg等弱富集或不富集 在此类矿床地壳连续模式的低温区域 as sb hg的富集程度增强 6 成矿流体为低盐度的 近中性的富co2流体 其 13c的值为 4 47 6 62 18o的值为8 32 8 70 成矿流体具有明显的不混容特征 二太古代造山型金矿连续成矿模式太古代脉状金矿在世界黄金产量中占重要地位 一直是金矿研究的重点对象 过去人们常用太古代中温热液金矿一词来表示太古代脉状金矿 但近年来的研究表明这种说法并不合适 目前 已经分别在次绿片岩相区和高级变质区发现了低温热液金矿 180 c左右 和高温热液金矿 700 c左右 并在成矿地质背景 物理化学条件 变质相条件 及金的赋存状态等方面都取得了一系列新的认识 由于我国太古代地层出露区变质程度普遍较高 从而介绍并借鉴有关成果 对我国有关地区的金矿地质研究和找矿都有重要的参考价值 1太古代脉状金矿床的地壳连续成矿模式长期以来 人们对太古代脉状金矿床的研究主要集中于产在绿片岩相和低角闪岩相变质岩中的中温热液金矿床 直到近几年才报道了一些新的研究成果 barnicoat等研究了西澳大利亚南克劳斯省产于角闪岩相和低麻粒岩相区的两个金矿床 发现其成矿温度分别可达500 550 c和740 c 围岩蚀变 矿物共生组合等方面都与低级变质区的金矿不同 gebre mariam等报道了产于次绿片岩相区的低温热液金矿 groves等于1992年提出并于1993年进一步完善了太古代脉状金矿床的地壳连续成矿模式 crustalcontinuummodel 认为从次绿片岩相到麻粒岩相的变质岩中都有脉状金矿产出 反映至少在15km以上的地壳剖面中 在不同的垂向深度上可连续形成金矿 图1 并指出产在不同变质岩中的金矿床属于一组连续的同成因矿床组合 成矿温度变化在180 700 c之间 成矿压力至少在100 500mpa间变化 需要指出的是这种地壳连续成矿模式并非反映同一矿区的金矿化在垂向上的分布 而是集中反映了区域范围内一系列金矿床的分布特征 2成矿的构造条件研究脉状金矿床受构造控制明显 有关太古代脉状金矿床空矿构造研究也取得了一些新认识 从成矿的大地构造环境来看 fyfe等提出了脉状金矿受会聚构造边缘控制的认识 wyman等和kerrich等又进一步指出所有时代的脉状金矿都在一个基本的地质过程中形成 即在外来地体通过扭压增生的方式形成科迪勒拉式造山带 cordilleranstyleorogenicbelts 的过程中成矿 并认为地质历史上发生强烈科迪勒拉式增生作用的时期正好是脉状金矿的形成期 太古代巨型金矿之所以仅形成于晚太古代 正是因为地史上科迪勒拉式增生构造体制在晚太古代才开始出现 barley等也在同期提出了西澳太古代脉状金矿床的会聚构造边界控矿模式 认为含矿热液形成于碰撞带深部的脱水反应并在地体边界处的构造汇聚 上升并成矿 从区域构造看 金矿床主要与一些区域性的超壳断裂有关 或产于其中 或受其旁侧的次级断裂控制 这些区域性断裂往往是不同的构造单元的边界 从容矿构造的变形性质看 起初人们主要强调脆 韧性断裂带控矿 并提出过含矿热液脉动性释放的断层阀模式 最近的研究显示产于次绿片岩相中的太古代脉状金矿明显受脆性断裂的控制 如西澳卡尔古利附近的racetrack金矿 而在角闪岩相和低麻粒岩相中的金矿则主要受韧性断层的控制 绿片岩相变质岩中的金矿才主要受脆 韧性断裂的控制 由于容矿构造的上述变化 使得石英脉的结构 构造也表现出相应的变化规律 从低级变质区到高级变质区 石英脉从羽毛状 梳壮 鸡冠状 晶洞充填结构经过块状 条带状变化到粗粒变晶结构 3脉状金矿的成矿研究首先从成矿的温压条件看 随着对太古代次绿片岩相中和角闪岩相 低麻粒岩相中金矿的研究 已经打破了太古代脉状金矿为中温热液矿床 250 400 c 的认识 成矿压力也由原来的100 300mpa的变化范围扩大到小于100mpa到600 100mpa的范围 对于太古代脉状金矿床的成因一直存在大的争论 kerrich把过去一些有代表性的观点归纳为六种 与碎屑沉积岩有关 受科马提岩控制 与斑状岩株有关 受ttg侵入体控制 与氧化程度高的长英质岩浆活动有关 受煌斑岩活动的控制 但这些观点都难以解释太古代脉状金矿的地壳垂向上的连续成矿的现象 由于产于不同变质相中的金矿床属于一个相互关联的矿床组合 它们具有一系列共同的特征 groves总结为 矿床都受断裂控矿 所有金矿中au的富集系数达103 104 ag as w be sb te b pb等元素也有不同程度的富集 蚀变矿物组合虽然因变质相的不同而有所变化 但都显示出含矿热液富集co2 s k和其它lile 大离子亲石元素 及成矿元素 围岩蚀变的横向分带可在几厘米到几十米的尺度上表现出来 但垂向分带不明显 即使出现 也只有在几百米的范围内才有所表现 所有金矿的含矿热液特点一致 为低盐度的h2o co2 ch4流体 地壳不同深度上的脉状金矿需要一个规模很大且贯通地壳的热液系统 kerrich认为加拿大阿比提比绿岩带脉状金矿的含矿热液由太古代地壳脱气提供 富含si c k rb be li cs b 和pb等 mikucki等研究认为形成太古代脉状金矿床在地壳垂向上连续成矿的含矿热液可能有几种来源 包括幔源岩浆岩 钙碱性花岗质岩石及变质玄武岩 4围岩蚀变特征的研究太古代脉状金矿的近矿围岩蚀变都比较发育 蚀变矿物组合除与围岩的岩性有关外 还受围岩变质相的影响 在高级变质区金矿的围岩蚀变过程中显示富ca的特点 而低级变质区则富na 据mikucki等的总结资料 次绿片岩相 绿片岩相的金矿中围岩蚀变组合为 铁白云石 或 和白云石 绢云母和 或 钠云母 钠长石 绿泥石 绿片岩相到角闪岩相过渡区的金矿围岩蚀变为 铁白云石和 或 白云石 绢云母黑云母 钠长石 低角闪岩相区 角闪石 黑云母 斜长石 中角闪岩相到麻粒岩相 透辉石 角闪石 石榴子石 斜长石 钾长石 表1为基性岩不同变质相中近矿围岩蚀变的矿物组合及所反映的成矿的温度条件 表1西澳伊尔岗地块变质基性岩中的矿床蚀变分类特征表 5矿石矿物及金的赋存状态矿石矿物组合从低级变质区到高级变质区也有一定的规律 低级变质区的金矿床以富硫的矿物为主 如黄铁矿 毒砂 磁黄铁矿 而在高级变质区矿石矿物组合则为磁黄铁矿 毒砂 斜方砷铁矿 另外 碲化物 辉锑矿 黝铜矿 硫盐矿物等在低级变质区的金矿床中也较常见 parring等通过化学分析发现 bi和cu在高级区金矿中含量较高 而ag sb pb和s则相反 关于中温热液脉状金矿床中金的赋存状态我们比较熟悉 这里不再赘述 以下主要介绍高温热液金矿中金的赋存状态 barnicoat等认为高温脉状金矿中的金主要分布在砷化物中 即毒砂和斜方砷铁矿中 neumayr等对西澳产于角闪岩相中的mt york金矿中和产于麻粒岩相中的griffin sfind金矿的矿石矿物共生组合及金的赋存状态采用多种技术手段进行了研究 他们指出两个金矿床的矿石矿物以斜方砷铁矿 毒砂和磁黄铁矿为主 含少量的闪锌矿和黄铜矿 金主要与毒砂 斜方砷铁矿的复合颗粒有关 这种复合颗粒表现为核部的斜方砷铁矿被毒砂的环带包围 磁黄铁矿可与毒砂直接接触而不与斜方砷铁矿接触 金可分为可见金 粒径5 25 m 和不可见金 0 1 m 两种 前者主要分布于毒砂和斜方砷铁矿的边界上 后者则主要集中在斜方砷铁矿中 在毒砂中却很低 图2 不可见金的产出形式可能主要有两种 金呈超显微包裹体形式产在斜方砷铁矿中 或以固溶体或晶格金的形式分布在载金矿物中 neumayr等指出金与斜方砷铁矿在峰期变质作用过程中同时从含矿热液中析出 且金以不可见金的形式分布在斜方砷铁矿中 可见金的形成则与毒砂交代斜方砷铁矿而使其中的不可见金析出有关 使可见金集中在两矿物的接触边界上 6对我国高级变质区找金的某些启示barnicoat等和groves等认为上述太古代脉状金矿的地壳连续成矿模式在世界上具普遍意义 产于高级变质区的高温热液金矿是太古代脉状金矿的重要组成部分 并列举了大量金矿实例 由于我国太古代地层出露区与世界其它地区相比 变质程度明显偏高 使我国在寻找典型的绿岩带型金矿方面一直没有大的突破 上述太古代地壳连续成矿模式的提出 正好为我们结合中国的实际情况寻找高温脉状金矿提供了一条重要思路 虽然我国在高级变质区早已发现了一些金矿床 如金厂峪 小营盘 夹皮沟等金矿 但这些金矿床仍属中温热液矿床 我国在寻找有关金矿方面应注意以下几个问题 1 应进一步加强高级变质区韧性剪切带的研究 尤其应注意对区域性的分割不同岩性 构造单元的大断裂及其旁侧次级断裂的研究 2 应打破过去寻找中温热液脉状金矿的框框 注意断裂带中高温蚀变组合的研究 如前述的透辉石 角闪石 石榴子石 斜长石 钾长石组合 对于这类蚀变与金矿化关系的研究以往我们重视不够 3 改变以前主要把硫化物作为载金矿物和找矿标志的认识 由于砷化物是高温热液金矿中的主要载体 因此应加强断裂蚀变带中毒砂及斜方砷铁矿等的研究 4 在用化探找金时 要注意对as异常的检查和评价 以免漏掉矿床 体 5 结合我国的具体情况 总结一套行之有效的寻找和评价高级变质区高温热液金矿的方法 三关于造山型金矿的成矿深度成矿深度的确定对划分成矿类型 研究成果机理及进行矿床勘查评价具有重要意义 近年来 脉状热液金矿成矿深度问题已经引起较广泛的关注 作了不少工作 推动了对该问题的深入研究并取得了新的进展 如吕古贤等提出了成矿深度计算中 构造附加静水压力 的概念 从地质事实及各类资料分析来看 该问题仍未达到完全解决的程度 尚需进一步地研究和探讨 本文试图从相关领域的新进展和脉状金矿本身的成矿特点出发 对脉状金矿成矿深度问题进行讨论 以期引起更多专家对该问题的关注 1问题的提出及有关研究进展从已有的资料分析 目前人们对脉状热液金矿成矿深度的认识及估算可能比实际的成矿深度要小 浅 虽然 lindgren早在1993年的热液矿床分类中就已经提出了高温热液矿床 hypothmaldeposits 的成矿深度范围为3 15km 温度范围为300 600 c 但传统的看法一直认为绝大多数热液矿床形成于地壳深度5km以内的范围内 这显然与对成矿深度的理解和所采用的方法有关 但是超深钻和近年来脉状金矿勘查和研究结果显示 热液矿床的形成深度可远大于5km 前苏联科拉超深钻11km的深度上的裂隙中仍存在含水热液 再如德国巴伐利亚ktb超深钻中 在9 1km的深度上存在丰富的卤水 这些都是热液矿床可在较大深度上形成的直接证据 另外 近10多年来的金矿勘查和研究也取得了一些新的资料 nesbit等论证指出加拿大科迪勒拉造山带中所谓的 中温热液 金矿床是由渗到至少15km深度 化学特性上已发生变化的循环大气水形成 大大超出了lindgren 1933 提出的中温热液矿床形成深度1 2 4 5km的范围 barnicot等研究了西澳大利亚太古代角闪岩相和麻粒岩相地质体中同变质期形成的fraser s和griffin sfind两个金矿床 指出太古代从大于20km到小于5km的地壳深度范围内均可形成同期且有成因联系的金矿床 这种认识对深入理解太古代地区金矿成矿机理并扩大其找矿范围有重要意义 在总结对比太古代不同变质相环境中形成的脉状金矿特征基础上 groves提出了太古代脉状金矿的地壳连续成矿模式 crustalcontinuummodel 认为在地壳垂直范围内可连续成矿 成矿深度从近地表到至少15km深 gebre mariam等提出了太古代后生金矿的深度分类 即 浅层次 成 矿床 epizonal 12km groves等通过研究造山带脉状金矿 认为比较通用的中温热液 mesothermal 矿床的含义已经不实用该类矿床的特征 提出最好把造山带金矿分成上述gebre mariam所提出的三个地壳层次类型 成矿深度范围大大超过了lindgren 1933 的1 2 4 5km的中温热液矿床范围 笔者赞同这种强调深度的金矿分类方案 另外 刘连登提出形成于近地表1 5km的矿床称为浅成金矿 1 5 5km间的称为中深成金矿 5 15km间的为深成金矿 目前 在评价热液矿床成矿深度时 主要通过地质学方法进行定性估算和通过成矿压力的确定进行定量计算 但是 在利用成矿压力计算成矿深度时 却存在到底是静水压力梯度 10mpa km 还是用静岩压力梯度 26 33mpa km 计算的问题 因为利用不同的压力梯度计算出的深度值差别很大 对此尚无统一的认识 各种文献中存在比较混乱的现象 另外 若压力和深度之间不是线性关系的话 直接用获得的压力值除以压力梯度 能得到真实的深度值吗 这都是迫切需要解决的重要问题 总之 热液脉状金矿可以在较大的地壳深度上形成 同时对其形成深度的研究已经成为日益重要的地质问题之一 2断裂构造对含矿热液活动及成矿深度计算的制约断裂构造是热液脉状金矿最重要的控矿条件 在地壳不同深度上 断裂构造的变形机制存在差异 因此对流体活动的动力学过程具有不同的控制作用 尤其是对断裂中含矿流体压力具有重要的制约意义 在地壳5km范围内 断裂活动表现为脆性破裂 主要控制了浅成脉状金矿的产出 其控矿机制为泵吸作用 suctionpump 在5 16km的地壳范围内 断裂活动表现为韧脆性或脆韧性特点 控制了中成及部分深成金矿 控矿机制为断层阀模式 faultvalve 泵吸及断层阀作用对断裂带流体动力学演化过程的控制见图1 从图1可以看出 虽然脆性域及脆韧性域内断裂带流体均可表现为周期性演化特点且断裂发生时流体压力发生灾变性变化 但其演化的动力学过程存在明显差异 断裂带中流体的压力特点表现为垂直分带性 即随深度变化 断裂带流体的压力也发生规律性变化 sibson利用 v 断裂带流体压力与静岩压力之比 对断裂带流体进行分带 图2 即静水压力带 v0 9 断裂带流体的实际压力由浅到深在静岩压力和静水压力之间变化 因此在利用流体压力进行成矿深度计算时 无论单纯利用静岩压力梯度还是静水压力梯度均不能真实地反映流体活动的实际特点 在小于5km 或流体压力小于40mpa 时 可用静水压力梯度来计算成矿深度 在大于16km时 流体压力接近静岩压力 可近似用静岩压力梯度来计算成矿深度 但在5 16km 或压力在40 370mpa 之间 流体压力和深度之间存在非线性关系 既不能用静水压力梯度也不能利用静岩压力梯度来计算成矿深度 3脉状金矿成矿深度的估算 根据上述分析 热液脉状金矿成矿深度的估算应充分考虑断裂带流体的动力学过程 在利用成矿压力进行成矿深度计算时 作者认为可初步利用sibson的断裂带流体垂直分带规律来进行 虽然他总结的变化规律可能存在需改进的地方 但在缺乏更理想的规律之前 笔者认为可暂借鉴他的分带规律 在进行成矿深度估算时 可用投图法和计算法 即可直接利用获得的压力数据投在图2中获得深度数据 此外 笔者依据sibson的断裂带流体垂直分带曲线 用计算机分段拟合深度和压力之间的关系式 进而用于成矿深度的计算 得出 在测得的流体压力小于40mpa时 用静水压力梯度来计算 即用压力除以静水压力梯度 10mpa km 测得的流体压力为40 220mpa时 y 0 0868 1 x 0 00388 2 测得的流体压力为220 370mpa时 y 11 e x 221 95 79 075 测得的流体压力为大于370mpa时 y 0 0331385x 4 19898 以上公式中y和x分别代表成矿深度和所测得的压力值 单位分别为km和mpa 根据上述公式 我们重新计算了胶东地区金矿和内蒙额仁陶勒盖银 金 矿的成矿深度 胶东地区金矿的成矿压力绝大多数界于40 100mpa之间 用上述公式计算得成矿深度为4 8 25km 大部分落在中层次 成 mesozonal 金矿的范围内 这与胶东地区金矿的实际情况是较吻合的 目前 钻探已经表明胶东地区的金矿具有较大的延深 如招远台上金矿 其金矿化沿倾向延伸已经超过1200m 尚无尖灭趋势 而且自上而下并不存在明显的垂直分带 说明具有较大的成矿深度 这与世界上其它地方的中成脉状金矿特点是一致的 据groves等和kerrich的总结 该类金矿工业矿化的连续垂向延伸可达2km 且不存在明显的垂向分带 浅成低温热液 epithermal 金矿形成深度浅 一般小于1km 据hedenquist等统计其工业矿化的连续垂向延伸绝大多数不超过1000m 图3 明显小于中层次金矿的2km 一般情况下 成矿的深度越大 矿化的垂向连续延伸也越大 这在金矿勘查中具有重要意义 目前世界上已知工业矿化垂向延伸最大的金矿床是印度的科拉尔金矿 该矿沿倾向连续延伸3 2km 胶东地区除个别金矿的延深超过1000m以外 其它金矿的控制延深均较小 说明该地区深部仍具有较大的找矿潜力 华北陆台其它地区与胶东地区金矿类似 具有明显的中成金矿的特点 同样存在控制深度浅 深部成矿潜力大的问题 仍需要开展新一轮的深部找矿工作 内蒙额仁陶勒盖银 金 矿的成矿压力为10 15mpa 利用本文方法计算可得其成矿深度为1 1 5km 为浅成矿床 也与实际情况相符 说明上述方法对浅成和中成金矿成矿深度计算具有较好得适用性 四 实例1 冀东地区 1 金矿床地质特征冀东是中国东部重要的金矿富集区之一 是华北克拉通北缘构造带内叠加滨太平洋地区构造 岩浆及成矿作用的重要组成部分 在马兰峪背斜的北翼及其核部形成了一条ew nee向的金矿带 图 按其寄主岩特征主要分为3种类型 从深层至浅层分别是 1 产于基底 太古宙变质岩中的金矿 2 产于中生代花岗岩中的金矿 3 产于盖层 元古宙长城系和蓟县系灰岩中的金矿 太古宙变质岩中的金矿金厂峪 三家子 铧尖 牛心山等金矿床均产于太古宙八道河群王厂组斜长角闪岩中 斜长角闪岩是太古宙晚期基性火山岩深变质作用的产物 以金厂峪金矿为代表 称为金厂峪式金矿 金厂峪式金矿床含au石英脉或矿体是沿围岩中的断裂充填 其走向主要有ne nne nee和nw向 基本上与围岩的片麻理斜交 金矿在空间上与中生代花岗岩关系十分密切 金矿床 点 只出现在中生代花岗岩体附近及周围的变质岩中 如 茅山 高家店 青山口 牛心山等花岗岩周围或它们之间的王厂组斜长角闪岩中均有金矿 相反 远离中生代花岗岩的王厂组斜长角闪岩中极少见到本类型金矿 如 遵化以西的崔家庄 苇城峪一带 金厂峪金矿分布于青山口花岗岩东侧3km处的斜长角闪岩中 据遥感及航磁预测金厂峪金矿下面有隐伏岩体 青山口岩体从早到晚依次为闪长岩 花岗闪长岩 花岗岩和二长花岗斑岩 主体为花岗岩 岩体中岩脉很少 但外围脉岩发育 青山口岩体的6个全岩样品rb sr等时线年龄测定结果 其年龄为186 8ma 相关系数为0 9972 即为燕山早期 据余昌涛金矿化年龄为135 9 200 2ma 为燕山早中期 中生代花岗岩中的金矿产于中生代花岗岩中的金矿主要有峪耳崖 高家店 下营坊等 以峪耳崖金矿为代表 称为峪耳崖式金矿 峪耳崖式金矿主要与北东向展布的中生代花岗岩有关 金矿脉的延长方向与花岗岩的延长方向一致 在空间上金矿与花岗岩关系密切 含au石英脉或矿体主要受花岗岩中的断裂破碎带 节理及围岩接触面的控制 主要呈ne和nne向展布 金矿主要分布于燕山花岗岩及其与长城系高于庄组白云质灰岩的接触带中 且主要产于花岗岩体内和内接触带 花岗岩主要为正长花岗岩和碱长花岗岩 测定钾长石 斜长石和全岩rb sr等时线结果为170 9ma和169 8ma 钕同位素模式年龄结果为184 8ma和168 9ma 南京大学1991 即形成于燕山早期 赵海玲等 1993 研究表明 峪耳崖花岗岩的成因类型为 型 花岗岩中脉岩十分发育 其中闪长岩脉和煌斑岩脉与矿化关系密切 利用rb sr等时线法测定绢云母 确定花岗岩蚀变的年龄为176 8ma左右 吴汉珍 1991 金矿形成时代与花岗岩形成时代十分接近 据任启江等 研究 其k ar法年龄为白花岗岩175 4ma 红花岗岩194ma 花岗岩中钾长石 斜长石及全岩的单矿物全岩rb sr等时线年龄为红花岗岩167 27ma 白花岗岩152 12ma 吴珍汉测定了绢云母rb sr等时线年龄 确定的花岗岩的蚀变年龄为176 8ma左右 最近苗来成 对峪耳崖白色和红色花岗岩中选取单颗粒锆石 用shrimpu pb法获得侵位年龄分别为 175 1 ma和 174 3 ma 由此可见 峪耳崖金矿的时代 花岗岩蚀变时代 与花岗岩形成的时代较接近 同属燕山早期 元古宙长城系和蓟县系围岩中的金矿产在元古宙长城系和蓟县系围岩中的金矿其分布面积较广 如在青龙 迁安 迁西 宽城等县境内及北京平谷等地均有发现 下面将以冷口 清河沿及北京平谷万庄两地金矿为代表进行研究 前者称为冷口式金矿 后者称为万庄式金矿 冷口式金矿主要受角砾岩和断裂构造控制 其中主要有层间断裂和nw ne向断裂 因此 矿体产状与地层产状基本一致 如 冷口 清河沿矿床 其走向nw se 倾向sw 冷口式金矿床 点 主要产于长城系高于庄组和蓟县系雾迷山组 其岩石类型主要为白云岩和含锰泥质白云岩 与金矿床 点 有密切关系的岩石为碳酸岩角砾岩 碳酸岩角砾为同生角砾白云岩原地破碎 被富ca的碳酸岩矿物胶结而成 碳酸岩角砾岩受到后期的构造作用破碎 金矿只出现在破碎的碳酸岩角砾岩中 金矿化主要产于角砾岩的胶结物中 白云质角砾则不含矿 矿区北东侧有大量燕山期花岗岩体出露 在空间上这些花岗岩与金矿有关 主要有白家店 肖营子花岗杂岩体和一些花岗岩岩株 它们主要侵位于长城系高于庄组和大洪峪组白云质灰岩和前震旦系变质岩中 其岩石类型主要为花岗闪长岩 石英二长岩 黑云母花岗岩和花岗斑岩 其中花岗闪长岩和石英二长岩富含闪长岩包体 白家店花岗闪长岩全岩k ar法年龄为174 8ma 肖营子黑云母花岗岩全岩rb sr法年龄为179 5ma 王宝德 2002 其岩石成因类型为 型花岗岩 冷口金矿带头道门子沟矿点原生含金黄铁矿石英脉矿石中的石英进行了40ar 39ar年龄测定 获得了石英40ar 39ar低坪年龄为 217 32 2 04 ma 代表了该金矿的原生矿形成于中生代的印支晚期 北京万庄金矿主要产于长城系团山子组 大洪峪组和高于庄组厚层白云岩中 金矿受三种类型控矿构造控制 1 层间虚脱构造控矿 矿化往往发育在中元古界厚层碳酸盐岩层之间 碳酸盐岩为有利的容矿围岩 成矿具有明显的层控性 其控制的矿体规模大 其延深明显大于延长 为矿区内最主要的控矿构造 2 层间破碎带构造控矿 矿化不受围岩性质限制 为矿区内分布最广泛的控矿构造 一般矿化规模较小 3 穿层断裂构造控矿 矿体品位和厚度变化大 安山岩为围岩时矿脉窄而富金 碳酸盐岩为围岩时矿脉宽相对贫金 区内岩浆活动主要为燕山期中酸性侵入岩 包括三百山石闪长玢岩 花岗斑岩复式岩体以及一系列石英闪长玢岩 闪长玢岩及正长斑岩等岩脉 其中石英闪长玢岩在空间上与金矿化关系密切 ne走向f3断裂中生代强烈活动控制了三百山岩体的形成及区内金矿化 陈大经等 1998 研究表明 其岩石学特征与华南同熔花岗岩 型 相似 从矿化的特征可以看出 金厂峪式 峪耳崖式 冷口式 万庄式 金矿床 在矿化类型 矿石矿物成分或矿石结构构造 金矿物 金的赋存状态 载金矿物以及与金相关的围岩蚀变等矿化特征上十分相似 2 矿床成因模式 稳定同位素特征硫同位素该区金矿与黄铁矿密切相关 因此硫同位素的研究将为金矿的物质来源提供重要信息 金厂峪金矿46个黄铁矿同位素组成结果表明 斜长角闪岩的变化范围为 1 2 5 2 平均值为 2 1 具幔源特点 矿石中 34s的变化范围为 6 3 3 1 平均值为 3 3 这表明矿石中的硫也主要来自幔源 但可能混入少许壳源物质 也许和天水的参与有关 峪耳崖金矿石的2个硫同位素组成结果 34s的变化范围为1 02 5 2 平均值为2 9 这些特征表明 34s的变化范围较小 均一化程度较高 具深源硫的特征 铅同位素pb同位素可以判断物质来源和源区物质演化史 由图6可以看出 金厂峪金矿中黄铁矿pb同位素组成位于地幔曲线及地幔曲线和造山带曲线之间 这说明金厂峪金矿中的pb不是单一来源 它是地幔衍生出来的pb与地壳衍生出来的pb的合 但主要为幔源 峪耳崖金矿方铅矿同位素组成主要位于造山带下部地壳平均演化曲线上以及地幔演化曲线及二者之间 花岗岩钾长石铅同位素组成位于造山带下部地壳平均演化曲线上 反映了花岗岩物质来源于下地壳 这与区域地质特征相符 说明了本区金矿pb具多来源 可能来源于下地壳和地幔 是壳幔混合作用的结果 而且花岗岩和金矿具有同源性 冷口铅同位素组成位于造山带演化线上 金矿的形成和造山作用有关 是壳幔混合作用的结果 氢氧同位素从图7可以看出 该区成矿流体 18o d变化范围大 这反映了金矿床成矿流体的多来源和多成因的特征 其投点偏离大气降水线 几乎沿平行横坐标的方向延伸 出现了 18o漂移 这是大气降水成矿热液最显著的特点之一 金厂峪氢氧同位素投点位于岩浆水及变质水交汇区中以及大气降水和岩浆水之间 由此可看出 金厂峪金矿成矿热液以岩浆水为主 并混有大气降水 峪耳崖金矿和万庄金矿氢氧同位素投点位于大气降水线和岩浆水之间 但万庄金矿更靠近大气降水线 上述事实说明冀东地区金矿成矿流体主要为大气降水和岩浆水的混合 而且随着成矿深度从深 浅 金厂峪 峪耳崖 万庄 大气降水逐渐增加 2 流体包裹体特征 2 中国东北部 1 造山型浅成金矿床 以桦甸英沟金锑矿为代表二道甸子一带 除产有二道甸子中型金矿床外 还分布有二十余处金 金锑 金铜矿床 点 这些矿床 点 多产于上元古界角页岩中或岩体内 成矿均与中生代构造 岩浆活动有关 共同特点是矿体水平 垂向延深小 矿化不连续 成矿温度较低 现以较有代表性的英沟金锑矿床为例简述之 该金锑矿床位于二道甸子金矿西1km 矿体产于燕山期花岗闪长岩中 含金锑石英脉充填于0 10 走向的裂隙群内 该裂隙群断续延长约350m 宽约150m 共计有含金石英脉6条 一般长30 50m 幅宽0 5 2 5m 最大延深60 70m 一般延深为30m 伟晶岩脉和含矿破碎带与石英脉紧密相伴 在延长或延深方向上往往取而代之 控矿构造为压扭性断裂 石英脉体在平面上呈现右行斜列 在剖面上呈迭瓦式排列 脉体两侧平直 呈透镜状 有擦痕 围岩中局部劈理发育 矿化以金锑为主 金品位一般为1 5g t 局部富集达160 3g t 辉锑矿品位最高者可达30 矿化多呈串珠状 巢状 极不均匀 其它金属矿物有黄铁矿 辰砂和少量白钨矿 围岩蚀变以硅化 高岭土化为主 其次为绢云母化 绿泥石化 我们取矿区矿化石英脉做流体包裹体测定 包裹体类型主要为气液两相 亦有少量纯co2包体 测得均一温度为125 0 284 5 平均220 2 属低温成矿 包体含盐度为3 06 8 28wt nacl 为低盐度 推测成矿热液有大气水加入 成矿压力为5 31 19 30mpa 计算其深度为0 53 1 93km 表明成矿深度较浅 2 造山型中成金矿床 以桦甸二道甸子金矿床为代表该矿床成因类型认为是 含炭质 碎屑岩 碳酸盐 型 我们认为二道甸子金矿属造山型金矿中浅成矿床类型 矿床位于吉黑造山带 敦 密断裂西侧 二道甸子 漂河川拖曳褶皱南西端 构成褶皱的岩层为上元古界变质岩系 地层产状变化较大 由北到南 地层走向由北东 北北东转向南北 北北西 北西呈弧状产出 主要岩性为角页岩 片岩 片麻岩等 华力西期黑云母花岗岩的大面积侵入 使地层遭受接触变质作用 燕山期闪长岩侵位于黑云母花岗岩中 脉岩主要为变余辉长岩脉 斜长花岗岩脉 花岗细晶岩脉 花岗伟晶岩脉及煌斑岩脉等 在成矿前形成的弧形构造带基础上 成矿期北西向冲断层为主要控矿构造 构造长3000m 宽20 50m 延深约500m 控制含金石英脉产出 矿带由12条斜列石英脉组成 由南至北呈右行斜列首尾相迭雁行状产出 向西突出为弧形 矿体形态一般呈脉状 扁豆状 透镜状 脉体膨缩现象明显 矿石矿物成分 毒砂 磁黄铁状 黄铁矿 闪锌矿 方铅矿 黄铜矿 白铁矿 磁铁矿 自然金等 金属硫化物占5 左右 矿石化学成分 矿石金一般在4 25 10 6 铅 锌为0 001 0 1 10 2 砷为0 01 36 10 2 矿石结构 乳滴状结构 粒状结构 压应结构 交代结构等 矿石构造 蜂窝状构造 块状构造 网脉状构造 交错构造 团块状构造等 矿化期 金矿化主要形成于磁黄铁矿 毒砂多金属阶段 围岩蚀变 绢云母化 黄铁矿化 绿泥石化及黑云母化等 其中绢云母化 黄铁矿化与金矿化关系密切 同位素特征 硫同位素二道甸子金矿床分析矿物硫同位素组成列于表 氧同位素矿区所测石英样品 石英水的氧同位素组成可分三组 一组为花岗岩中的含金锑的石英 爆裂温度为300 氧同位素组成 8 23 10 59 其成矿水接近岩浆水 第二组为含金石英脉 爆裂温度为300 320 成矿水的氧同位素组成在 6 64 9 40 范围内 亦落在氢氧同位素组成图解岩浆水区域内 第三组为晚期不含金石英脉 爆裂温度为285 300 氧同位素变化较大 达 2 29 8 02 这是由于随温度下降氧同位素组成发生分馏或是大气降水渗入的缘故 流体包裹体特征采集矿区石英脉进行流体包裹体测试结果如表4 3 包体为气液两相或含co2包体 所测均一温度为165 3 359 1 多集中于300 340 与爆裂温度相当 为中温成矿 包体密度为0 64 0 92g cm3 含盐度低 为0 41 8 55wt nacl 推测成矿有大气降水加入 测得包体压力值为38 66 97 73mpa 计算成矿深度为6 03 8 15km 属中成矿 成矿时代二道甸子金矿的成矿时代 经两个强蚀变岩样品中的绢云母k ar法测定 年龄数据分别是173 25 3 91ma和195 26 4 48ma 主成矿期应为燕山早期 矿床类型综上所述 我们认为二道甸子金矿形成与中生代扭压造山作用有关 矿体受断裂构造 裂隙控制 在类型上属于造山型金矿的中成金矿床 造山型中成金矿床 以桦甸夹皮沟金矿为代表矿床地质特征夹皮沟金矿带呈北西 南东向狭长带状延伸 长约40km 宽3 5km 矿体以含金石英脉型为主 其次为破碎蚀变岩型 矿体多以单脉和复脉产出 呈脉状 似脉状 透镜状等 矿体产出沿走向及倾向变化较大 走向有ne nw向 倾角变化为20 85 倾向se或sw 倾向与围岩片理有一定交角 矿田走向与韧性剪切带基本一致或略有斜交 矿体分枝复合 尖灭再现特征明显 含金石英脉厚度变化较大 一般为0 5 1 5m 最厚可达22m 长一般为50 200m 最长为770m 延深一般大于延长 多为100 300m 最大可达670m 主要金属矿物为黄铁矿 黄铜矿 方铅矿 次为磁黄铁矿 闪锌矿 磁铁矿 白铁矿 白钨矿 辉钼矿 辉银矿等 金矿物有自然金 银金矿等 脉石矿物有石英 绿泥石 绢云母 方解石等 主成矿元素除金外 伴生银 铅 铜等 矿石结构以自形 半自形粒状结构 交代残余结构为主 尚有胶状 压碎 固溶体 似斑状等结构 矿石构造有条带状 浸染状 网脉状 块状等构造 矿体围岩蚀变一般较窄 但具有明显水平分带特征 矿体两侧强蚀变带宽1 2m 最大宽度小于10m 蚀变类型主要为绿泥石化 绢云母化 黄铁矿化 硅化 方解石化及白铁矿化等 其中前四种蚀变与金矿化关系密切 成矿大地构造背景从大地构造的角度出发 沈远超等 1999 提出夹皮沟 海沟金矿带具有二个得天独厚的优越成矿条件 a 它位于布列亚 佳木斯微地块与华北板块北缘东段的碰撞对接 t3 部位附近 也就是我们所提及的碰接造山带附近 这种会聚构造体制 造山作用 是脉状金矿床形成的基本地质条件 b 矿床位于太古宙高级区 本文所划龙岗中元古宙片麻岩 麻粒岩地体 与夹皮沟花岗岩 变质岩系的接触部位 这种不同地质单元的接合部位是构造 岩浆活动最频繁 尤其中生代 的地方 成矿极为有利 优越的成矿地质背景导致夹皮沟金矿带形成为数众多金矿床 稳定同位素特征 硫同位素据矿石硫同位素测定 据王义文 黄健及吉冶六o四队资料 1985 34s变化范围多在 3 0 7 0 之间 主要在 5 0 左右 整个矿区矿石硫同位素组成比较均一 显示岩浆源硫特征 在造山型金矿的 34s值范围内 氢氧同位素据李碧乐 2001 收集的石英包裹体氢 氧同位素数据显示 18o在 0 93 7 76 之间变化 d值则在 70 93 之间 虽与典型的岩浆水和变质水不同 但仍与岩浆水比较接近 可能有少量大气降水混入 铅同位素矿石铅同位素变化较大 206pb 204pb为15 31 18 13 207pb 204pb为15 22 16 22 208pb 204pb为36 64 40 99 这种铅同位素差异反映出金矿石中铅多为异常铅 碳同位素夹皮沟成矿带各矿床中碳酸盐化发育 石英的流体包裹体中都含有co2 最高为770mg l 王声远 1992 这是深源流体和造山型金矿流体特征 据孙忠实 1995 所测方解石中 13c值在 4 2 4 9 之间 变化范围很窄 反映出源区的一致性 在mcnei 1986 的 18o 13c图解上 李碧乐 2001 样点全部落入岩浆碳酸盐范围内 亦说明成矿热液的co2来自深源岩浆热液 矿床形成的物理化学条件 据吴尚全 1992 所测板庙子矿区石英流体包裹体的eh值变化在 0 69 0 88之间 桂林冶金地质研究所曾测取全区eh平均值为 0 83 说明成矿介质环境处于较强的还原状态 涂光炽等 1984 在三道岔金矿取得0 933kb的压力数据 计算成矿深度为7 95km 刘劲鸿 1990 曾对八家子 夹皮沟本坑 三道岔 板庙子等七个矿区的金矿脉 石英流体包裹体 形成压力进行了测试 其压力值在1 20 1 60kb间 计算其形成深度为9 11 10 57km 属中成偏深成矿 近二十多年来 已有很多研究者对矿区含金石英脉中石英流体包裹体进行了爆裂温度及均一温度的测量 周耀辉 1978 程玉明 1979 1982 米祥玉 1982 涂光炽等 1984 于清义 1985 胡安国等 1985 董弟光 1986 刘劲鸿 1990 爆裂温度范围在110 380 间 大多集中在230 350 间 未经压力校正的均一温度值多在200 350 间 经压力校正均一温度多位于350 400 之间 表明成矿属中高温 综合前面所述成矿地质背景 矿床地质特征 稳定同位素特征等 我们提出夹皮沟金矿形成应与板块北缘造山作用有关的中成造山型金矿床 成矿时代为燕山早期 造山型中深成金矿床 以黑龙江宝清县老柞山金矿床为代表矿床地质特征矿体分布受韧性剪切带控制 产于古元古代混合岩 华力西期混合花岗岩及燕山期斜长花岗岩内的破碎带或裂隙中 矿区石榴石透辉石矽卡岩发育 尤其东矿带矿体几乎都赋存在矽卡岩带内 中矿带亦有部分矿体产于矽卡岩内 矿区矽卡岩化主要分布在含钙质较高的岩石内 组成矿物有透辉石 石榴石 透闪石 阳起石 绿帘石 符山石 绿泥石 方解石等 金属矿物以黄铁矿 磁黄铁矿为主 次有黄铜矿 毒砂 自然金 磁铁矿等 与金矿化关系密切 含金高时为金矿石 表明了中高温成矿的特点 矿体呈平行脉状中 陡倾角排列 长为10 210m 平均厚0 7 3 83m具倾斜延深大于走向延伸特点 一般为1 3倍 延深较稳定 最大垂向延深400 500m 绝大部分矿体延深尚未有效控制 矿石结构为它形 半自形晶粒结构 稠密浸染状和块状构造 次为浸染和脉状构造 主要金属矿物有磁黄铁矿 毒砂 次为黄铁矿 黄铜矿等 脉石矿物主要有石英 长石透辉石 方解石 次为萤石 绢云母 黑云母 石榴石 蛇纹石 根据矿石结构 构造和主要金属矿物成分将原生矿划分为四种类型 稠密浸染状 致密块状磁黄铁矿型金矿石 稠密浸染状 致密块状磁黄铁矿 黄铜矿型金矿石 浸染状 脉状毒砂型金矿石 浸染状 脉状毒砂 黄铜矿型金矿石毒砂和磁黄铁矿是主要载金矿物