山东牟乳石英脉型金矿流体成矿构造动力学研究

1、山东牟乳石英脉型金矿流体成矿构造动力学研究卷(VoLume)23,期(Number)2总(SUM)80页(Pages)130136.19996(Jun1999)大地构造与成矿学GeotectonicaetMetallogenia山东牟乳石英脉型金矿流体成矿构造力学研究'/?高太忠"杨敏之"垒成沫吴学益?(河北磊每,石家庄050018)2)(冶垒部天津地质研究院,天津300061)3)(东北大学,沈阳l1O00r)4)(中国科学院地球化学研究所,贵阳550002)擒要对金矿床地质地球化学和成矿流体及构造动力学研究认为,石英脒型金矿广泛发育围岩交代作用,沸腾作用引起的相

2、分离和大气降水的加所产生的混合稀释是成矿流体体系演化的主和近平衡两种状态交替中分异结晶.流体演化与成矿动力耦合是形成金矿的主要机制.关键词石英脉翟矿床一流体成矿体系成矿构动力学山东牟乳_一一一成矿作用动力学是近年来矿床地球化学和矿床成因理论的一个研究热点成矿作用动力金矿集中区典型的矿床类型之一.对石英脉型金矿床成矿作用动力学机制的研究,对于深化胶东金矿成因,提高成矿预测能力具有十分重要的理论和实际意义.1成矿地质地球化学特征牟乳金矿带是胶东重要的黄金产地,位于华北地台东缘活化区.矿带内已发现牟平,乳山等金矿床(点)达100余处.区内主要出露有元古宙荆山群变质建造和中生代昆嵛山,鹊山深熔花岗岩.

3、构造以燕山期NNE向断裂密集发育为特征(图1)金矿床受近东西向基底构造和NNE向断裂带及绿岩带与花岗岩体接触带联合控制?中国科学院矿片芒地球化学开放研究实验室资助课牙.高太忠一男,1957年生,博士,从事资源环境水文地球化学地下水污染与控制研究1999年1月收稿.1999年9月改回.第2斯高太忠等:山东牟乳石英徘型金矿流体成矿构造动力学研究131'1996,高太忠.控矿构造为NNE向7条石英脉型为主矿脉严格受主断裂或两侧次级断裂控制,沿走向及倾向均呈舒缓波状弯曲,并有分支复合,尖灭再现,膨大缩小等现象.走向一般为NE5o15.黑云母二长花岗岩为容矿围岩,发育强烈的交代作用,主要有绢英岩

4、化,硅化,黄铁矿化,钾化,绿泥石化,碳酸盐化等金矿石中金属矿物以自然金,银金矿,黄铁以石英,方解石,菱铁矿为主,并有少量重(I),石英一黄铁矿(),石英一多金属硫化物(I)石英-碳酸盐()等四个阶段GPa,由早期到晚期呈逐渐下降,在空间上,值的变化为6.17.5,从早期至晚期逐渐增大,趋于相对碱性.氧化还原电位升高.成矿流体物理化学特征和实验研究1989,Shenbergeretal;1982,Seward表明,在pH值近中性,温度为150.350条件下,在含HS,NaCI的流体中,金主要以Au(Hs):一形式存在.2金成矿流体水一岩作用与成矿控制反应图l牟乳地区区域地质图1一祷山花岗岩,昆嵛

5、山花岗岩I2一三佛山花岗岩,七崮顶花岗岩,3一中生界一新生界,4一糜控岩化花岗岩,一荆山群变质岩系I6一金矿床I7一断裂带theMortDIag-Rushanal_牟乳金矿带和胶东其它金矿带1992,赵一鸣等;1993,徐兵等各类金矿床中广泛发育围岩交代作用.由于控矿构造的发育程度,所交代的原岩岩石类型,成矿流体的组成性质以及与围岩发生水一岩反应的时空演化不同,所形成围岩交代具有明显的演化序列和分带性由典型矿床围岩交代蚀变分带的矿物组合和矿物交代的交替关系,可划分为3个交代相:钾长石+石英+绢云母+钠长石±碳酸盐矿物;钾长石+石英+绢云母+黄铁矿±碳酸盐矿物;石英+绢云母+

6、黄铁矿士碳酸盐矿物交代作用在空间上水平方向以矿体为中心对称发育.由内向外逐渐减弱蚀变带宽度一般在2040rft从矿体向外呈(黄铁)绢英岩化一绢l32太地构造与成矿学第23巷云母化一硅化一钠化,钾化一新鲜花岗岩,碳酸盐化叠加在其它蚀变之上.垂向上也具有?定间上呈钾化,钠化一绢英岩化,黄铁绢英岩化一碳酸盐化的演化序列即遵循在时间上由早期的碱金属(K,Na)交代作用;中期的中性(Ca.Fe,Mg)交代作用到晚期的酸性交代作用体演化序列;在空间上表现为碱交代钠化,钾化发育于深部;中性的绿泥石,绢云母化,碳酸盐化发育于中部;酸性的硅化发育于上部.对蚀变岩石和成矿石英脉包体测温表明1996,高太忠,蚀变围

7、岩的成岩温度范围较广.钾化花岗岩为180360C;绢云石英岩为24O270;黄铁绢英岩为20O250.金矿成矿阶段逐渐降低,具有一定的重叠交叉,分别为:3lo270c,280230C,240170"C,l9O140.成矿流体的盐度大多数集中于7.7l1之间,由I至阶段逐渐下降,是成矿流体盐度稀释的过程.金矿脉石英流体包裹体成分测试结果(表1J显示,成矿流体中含有CO.,CH,CO,H:等气体成分,阳离子主要为K,Na,Ca及Mg;阴离子主要有F一,Cl一,s0一等成矿流体以CO一H:0体系.表1石英流体包裹体成分分析结果Table1Compositionalanalysesofflu

8、idinclusionsinquartzofgolddeposits成矿渡相成分(10)气相成分(10)阶段KaCaUgFCIso;fCO2COH2CH4N注:由中国科学院地球化学研究所资源环境测试中心张国平分析源于壳源深熔花岗岩浆水和地幔CH一0流体1995,孙丰月等从深部上升至控矿断裂的过程,是成矿物质和能量的输运与物理化学转变之间的耦合过程.期间伴随能量(温度和起沸腾作用以及与所流经围岩进行的热传递而至.在较高温度时,水蒸汽具有较大的热焓值,流体的沸腾使大量的热能散失,从而造成温度下降.在成矿作用中后期,大气降水的加入,混合一稀释,使成矿流体温度进一步下降,同时流体的盐度也明显降低.金矿

9、床围岩广泛发育绢云母交代的地质事实,表明水一岩反应,沸腾作用引起的相分离和大气降水的混合一稀释作用是牟乳金矿带成矿流体演化的主要途径.成矿流体与花岗岩的水一岩反应,不仅可咀改变流体体系的物理化学性质,使金活化进入流体,而且水一岩反应也是重要的成矿控制反应.对本区金矿床的矿石矿物,脉石矿物组合,矿第2期高等:山束牟乳石英弥型金矿流体成矿f=)造动力学研究l33床围岩交代特征及流体包裹体成分分析,可以建立牟乳金成矿作用的主要化学反应,并构成一个具有代表性的热液矿床成矿反应体系.该体系存在3种类型的反应:(1)成矿反应:S2?ZH2OSiO2+2H2O(1)Me(HS)3一MeS+2HS一+H(2)

10、Au(HS)2一-Fe川Au+Fes2+2H(3)Au(Hs)2一十1/2H2O=Au+1/402十2Hs+H(4)(2)控制反应:H2O(1)一H2O(g)()CO2(s)=CO2(g)【6)H2S(s):H2S(g)(7)(3)缓冲控制反应:Pl十K+HSer+SiO2+Ca.+Na(8)Kf+HSer+2Si0:+K(9)Bi+Fe.+H一Chl-SiO2+K+H:O(10)Ser+H2O÷Ca0+K(¨1)式中:MePb,Zn等;P1一斜长石iKf一钾长石;Set一绢云母;Bi一黑云母;Chl一绿泥石;Cao一高岭石;l为液相;g为气相;s为溶解态.一成矿构造动力学

11、条件控制.3牟乳石英脉型金矿成矿动力学机制学状态控制矿液的输运,流体成矿体系的热力学性质及所携带矿质的沉淀反应.反应(5)(7)显示,挥发相在气一液相之间的分配平衡,直接受外部环境的温压和所在空间制约,同时挥发相在流体中的溶解量直接影响流体的酸碱度和配合物(如HS一,C1一)等的浓度.因而成矿控制反应是体系的决定性因素.如在地壳深部和导矿构造中,由于处于高温,高压条件下,流体中Ho,CO2和H.S处于溶解状态,CO.和H.S大量溶解,使流体的酸度太大提高,在反应(2)(4)中,金属元素配合物的溶壤度保持较高的水平,此时有利于成矿流体萃取流经围岩中的成矿元素,也有利于成矿元素的迁移.但在高温高压

12、条件下,由反应(8)(11)可见,入浅部张剪性裂隙容矿空间时,由于扩容瞬间减压,发生流体沸腾作用,反应(5)(7)强烈向右移动,H0,H:S,CO和SiO:沸腾出溶.由于处在温压降低和pH值增高的环境下,石英固l34太地构造与戒矿学第23巷应最大限度的持续进行,须将成矿反应产物巾H去除,反应可通过(8)(11)围岩交代作用来完成围岩交代反应与成矿反上述理论分析与野外实际地质情况相吻合,即在导矿构造和容矿断裂深部广泛发育围岩交代现象并伴有微弱矿化,成矿I阶段形成乳白色石英脉,阶段是金的主要成矿阶段(图2).流体演化与成矿动力耦合是形成石英究认为,成矿断裂活动可划分出若干个活动期和亚活动期1988

13、,万天丰根据牟乳金矿床矿脉形态,产状和矿石结构构造特征,含矿断裂构造活动可划分为两种动力学状态:即脆性破裂阶段和韧脆性扩张阶制约作用.圈2乳山金矿矿脉分带示意圈1一绢云岩带l2一第】阶段乳白色石英肺;3剪1阶段块状黄铁矿矿石;4一第1阶段黄铁矿菱铁矿矿石;s一第1阶段金属硫化物矿石Fig2SketchmapshowingthegoldOl,eveinzoningintheRushangolddeposit脆性破裂阶段是拘造活跃期,由于应力瞬间高强度释放,使原为完整岩石或原有压扭性断裂面,产生脆性破裂,压力梯度可达80120MPa,此阶段所经历的时间为一个构造活动期的隙的减压扩容,形成瞬时负压,

14、泵吸"导致深部流体迅速上侵和充填断裂空间该阶段使矿液处于远离平衡状态,加速矿质的晶出和分异,形成细粒乳白色块状石英脉,也见有胶结断层角砾现象.韧脆性扩张阶段是构造亚稳期,区域构造应力的继续释放,断裂转入韧脆性缓慢扩张阶段.由于压力差的存在深部矿液得继续补充导入,此阶段成矿热液体系在接近局域平衡的状态下演化.矿质在张裂隙空间缓慢结晶,形成晶型较好的矿石,如梳状石英,条带状多金属矿石.矿石中金主要以包体金,裂隙金和晶隙金形式存在.反应式(3),(4)分别代表了黄铁矿中包体金和裂隙金的形成作用.包体金形成较早,主要形成于掏造脆性破裂阶段后期,即第阶段.此时矿液处于非平衡状态,黄铁矿快速沉淀

15、结晶,同时金也沉淀析出,金被包裹在黄铁矿中.随着成矿物质沉淀,体系的主要组分SiO,FeSz在【,阶段从流体中结晶析出Pb,Zn,Cu,Au,Ag等在流体中残余富集,先期形成的黄铁矿,石英等矿石在构造应力作用下发生碎裂作用,残余富金流体充填,形成裂隙金和晶隙金,或产于第阶段近同期结晶的pb,Zn,Cu矿物的晶隙中形成品隙金.构造地球化学高温高压实验结果998,高太忠等证实丁裂隙金的形成机制.实验结果表明,金的富矿石产于构造应力释放部位,矿石中黄铁矿颗粒细小,弗受后期构造应力作用,产生碎裂形成微裂隙空间野外观察和研究发现含金矿脉中黄铁矿颗粒粗大.第2期高太忠等:山东牟乳石英弥型金矿流体成矿掏造动

16、力学研究135豫定的主要原因之一.因此,石英脉型金矿床的成矿机制,可认为是成矿流体体系在两种动力学环境交替控制,发生多次脉动式矿液上侵和沸腾作用,热液体系依次沉淀形成IIV阶段的乳白色石英脉,含金块状黄铁矿矿石,舍金多金属硫化物矿石和碳酸盐脉等.4结论性部位.成矿阶段划分为黄铁矿-石英(I),石英.黄铁矿(),石英一多金属硫化物(_),石英一碳酸盐()4个成矿阶段.(2)金矿广泛发育围岩交代作用.交代作用遵循早期的碱金属交代;中期的ca,Fe,Mg中性交代,晚期的酸性交代的总体演化序列.成矿流体体系与围岩水一岩反应,沸腾作用引起的相分离和大气降水的加入所产生的混合一稀释是其演化的主要途径.矿,

17、控制和缓冲控制3种反应,体系的状态和反应进行的方向和强度受成矿构造动力学状态控制.床的主要机制.参考文献1982SewardTM.Transportandcepoiionofgold.也hydrothermalsystem.InIProceedingofco幽onGeology,CeochemtWandOr;glnofGoldDeposhs.1651811988万天丰.古构造应力场.北京t地质出版社.H埔拥.咖.53(2)I269278l992赵一呜.#文蔚.张得全等.交代戚矿怍用及其找矿意义.北京t科学技术出版社,85981993慷兵,胡受误.卢诛等.胶北垒矿的碱交代特征与碱交代或矿模式.黄

18、鱼科学技术,142)t2933H-O滤体分异戚岩戚矿.长春:古#人民出版社1996高太塞.胶东牟乳金矿带盘戚矿流体-动力体系施璋化学学位论文.沈阳:东北大学1998高惠,魏广庚,吴学盏辱.牟乳石英睬弛垒矿成矿构造地球化学实睦研究.地质哉矿论丛,13(1),l323136大地掏造与成矿学第23卷STUDY0NFLUIDANDTECT0N0DYNAMICS0FQUARTZVEINTYPEG0LDDEPOSITSINTHEM0UPINGRUSHANG0LDBELT,SHAND0NGPR0VINCE,CHINAGAOTaizhong"YANGMinzhi.JINChengzhu"WUXueyi1)(HebeiUniversofScienceandTechnology,Shijiazhuang050018,China)2)(TiainGeologicalAcademyofMMItTia哪in300061,China)3)(NortheasternUniversity,Shenyang110006,China)4)(InstituteofGeochemistry,AcademiaSinica,Guang550002)ABSTRACTBased