辽宁清原南龙王庙金矿床地质特征及成因分析

辽宁清原南龙王庙金矿床地质特征及成因分析

0成矿地质特征南龙王庙黄金位于辽宁省清原县枸杞乡南龙王庙村（草庙村）熊家沟-甲皮沟。该矿于20世纪80年代被发现，46个小矿被提取为小型金矿床。张秋生等人对金矿进行了研究，并提出了该矿是“地层、部分物理和化学性质作用控制的绿色变质岩金矿”。刘连登等人在对南龙王庙金属矿周围150000幅地质图进行回顾和研究后，对该矿进行了系统的开采原因研究，提出了“带弯曲切割带可变热液”的观点。金矿床的成矿条件、成因机制和成矿地球化学特征的研究还不够。本文对此进行了初步探讨。1大荒沟-南龙王庙绿岩带南龙王庙金矿位于浑北花岗-绿岩区大荒沟-稗子沟绿岩带的中间部位,处于大荒沟-南龙王庙向形褶曲的东南端(图1).绿岩带由红透山岩组下部斜长角闪岩段和上部黑云变粒岩段组成,沿向斜核部位置发育一条韧性剪切带,北西向延伸,宽1.5~2km,长度大于5km,南龙王庙金矿即产于此带内.1.1磁异常的南龙王庙金矿产岩石南龙王庙金矿区出露地层为太古宇红透山岩组上岩段———黑云变粒岩段,主要岩石类型有黑云变粒岩、磁铁角闪石英岩、浅粒岩、绿帘黑云变粒岩和角闪黑云变粒岩、斜长角闪岩、角闪变粒岩.最主要容矿围岩为黑云变粒岩和磁铁角闪石英岩.磁铁角闪石英岩:在本区组成复杂,变化多样,由角闪石、石英、磁铁矿、黑云母、绿帘石、绿泥石、斜长石、石榴石、磁黄铁矿等矿物组成.根据矿物成分的不同,可以包括角闪石英岩、磁铁石英岩、石英黑云角闪岩、角闪黑云片岩、黑云磁黄铁石英岩等.岩石以条带状构造为特征,由浅色的石英条带和暗色的角闪石条带构成.条带宽度变化于0.1~3.5cm之间,一般1~2cm.条带密度变化也较大,在10cm厚的垂向上可以出现10~25条之多的条带,亦可以在更大的范围内没有条带出现.磁铁角闪石英岩呈“多层状”产出,与围岩呈层状整合接触关系.在这套岩石中发现有变余韵律层理,夹有赤铁矿石英岩,原岩为喷气沉积岩,环境为氧化-还原过渡部位.化学成分上Al2O3和CaO含量较高,原岩为火山沉积岩.磁铁角闪石英岩出露规模不大,厚度也较小(几十厘米至几米,最厚不超过10m),为最重要的容矿围岩,南龙王庙金矿区主要矿体皆位于其中.可能原因有二:其一,岩石内铁(Fe2+和Fe3+)和硫含量很高,有利于含金流体交代成矿;其二,岩层为典型非均质体,在韧性剪切作用过程中由于岩石塑性差异易于形成低压扩容空间,利于含金流体聚集成矿.黑云变粒岩:是矿区分布最广的岩石类型,也是金矿直接的容矿围岩.它与浅粒岩、角闪变粒岩和磁铁角闪石英岩呈渐变过渡关系.其主体组成为黑云母、斜长石(更—钠长石)、石英和绿帘石,次为角闪石、白云石、方解石、绿泥石、石榴石等.由于组成成分的差异,岩石变种为二云变粒岩、角闪黑云变粒岩、绿帘黑云变粒岩等.岩石为鳞片粒状变晶结构,片麻状、条带状和条纹状构造,可见变余组构.原岩为英安岩、英安质凝灰岩和凝灰质沉积岩.矿化较好的主要是条纹状含星散状黄铁矿黑云变粒岩.浅粒岩:矿物组成与黑云变粒岩相似,只是暗色矿物含量少,不含角闪石.脉石矿物主要为更长石、石英,及少量黑云母、微斜长石、白云母.金属矿物以黄铁矿为主,有少量磁铁矿、自然金和微量黄铜矿、方铅矿.1.2稀土元素特征岩石化学分析结果,大多数样品SiO2含量变化于48.75%~76.43%之间,属铁镁质—长英质岩石范围,其原岩为安山岩-英安岩-流纹岩,属钙碱系列火山岩.多数样品还原指数(FeO/Fe2O3)大于1,反映火山喷发作用是在还原到略氧化环境中发生的;K2O/Na2O比值小于1,反映火山岩的富钠贫钾特征.其中磁铁角闪石英岩平均成分SiO2为59.6%,FeO为18.1%,与鞍山地区贫铁矿相似,但其Al2O3(9.3%)和CaO(3.62%)含量较高,杂质成分较多,可能为化学沉积物中掺杂火山成分的缘故.容矿围岩稀土元素总量变化于58.678×10-6~226.4×10-6,其中各类岩石稀土平均含量为:变粒岩113.565×10-6,黑云角闪磁铁石英岩99.99×10-6,变质斜长花岗斑岩78.282×10-6,磁铁角闪石英岩44.13×10-6.显示了从火山岩、晚期次火山岩到化学沉积岩,稀土元素含量呈现逐渐递减的趋势①.在稀土元素球粒陨石标准化图(图2)上,稀土配分曲线平缓右倾,一致性较好,显示轻稀土富集、重稀土亏损、Eu异常不明显特点,说明围岩有着相似的物质来源.2控制矿山结构南龙王庙金矿产于斗虎沟-南龙王庙韧性剪切带及相关构造带内,金矿成矿与韧性剪切带关系密切.2.1红石子砂岩体南龙王庙韧性剪切带宽1.5~2km,长度大于5km.其东南端为红石砬子花岗岩体侵位切割,向西北一直延伸到大荒沟和文家屯一带(图1).2.2长英质糜棱岩组构造期南龙王庙韧性剪切带发育一系列宏观到微观的特征的韧性变形组构.宏观构造包括褶皱构造、条纹条带构造、糜棱面理、线理、石香肠构造等.褶皱构造在磁铁角闪石英岩内发育,形态复杂,见有鞘褶皱、不对称褶皱、片内钩状褶皱及复式褶皱,褶皱轴面大致与糜棱片理产状一致.条纹条带状构造是矿区常见的构造类型,可分为两类:一类为强烈改造的沉积条纹条带,常在磁铁角闪石英岩内见到;另一类为变质分异作用发生物质分异作用而形成者,大部分见于长英质岩石中.微观构造包括变余糜棱岩、重结晶结构等,不同变形强度其表现不同:在弱变形带中,变晶糜棱岩内矿物定向明显,黑云母等呈板状、片状组成片麻理,石英有局部集中现象;在中等强度变形带中,长英质糜棱岩内出现Sc面理和Ss面理,矿物变形强烈,角闪石、黑云母等定向排列;在强变形带中,矿物严格定向,暗色矿物定向构成片理,石英等拔丝拉长,构成糜棱叶理.3金矿床地质3.1含金黄铁矿的石英脉体南龙王庙金矿矿体数量有46个之多(抚顺地质队,1983),但规模小(图3).单个矿体厚度一般小于1m,最厚不超过3m,延长最大可达200m,延深最大可达300m.矿体呈透镜状、“似层状”、脉状产于韧性剪切带中,平行剪切带方向分布,未见斜交剪切带者.金矿体主要可分为两类:浸染-细脉状含金黄铁矿矿体和含金黄铁矿石英脉矿体,二者在空间上或独立产出或构成组合矿体.矿体与围岩渐变过渡,没有严格界线.浸染-细脉状含金黄铁矿矿体是南龙王庙金矿最主要矿体类型,矿体宽度较大,一般1~2m,最宽可达3m以上,且变化较小,延深和延长也相对稳定.该类型矿石含金品位较低,一般在1×10-6~3×10-6之间.金属矿物有两个组合:磁铁矿+磁黄铁矿+黄铁矿±黄铜矿±赤铁矿和黄铁矿+黄铜矿±闪锌矿±自然金,且后一组合交代前一组合.产出特点上,细脉状黄铁矿大多数平行置换条带分布,或分布于小褶曲核部,少数情况下分布于剪切石香肠两端低压区或平行糜棱片理分布.凡此种种,都说明是同韧性剪切作用的产物.含金黄铁矿石英脉矿体在矿区分布广泛,但规模有限,宽度从不足1cm到60cm,一般20cm左右,延伸小,呈串珠状、透镜状产出,尖灭再现.按石英脉形态及其与剪切带的关系,可分为3类:1)形变前石英脉,完全平行剪切面理分布的透镜状石英脉体,有明显的韧性变形组构发育;2)相变期石英脉,亦呈透镜体状分布,但规模小,大部分平行剪切片理分布;3)形变后石英脉,切割糜棱岩叶理的不规则石英脉,组成单一,少含硫化物,不含金.3.2矿石特征3.2.1金矿石及成矿南龙王庙金矿矿石矿物主要为黄铁矿、磁黄铁矿、磁铁矿、黄铜矿、闪锌矿、自然金,其次有赤铁矿、辉钼矿、方铅矿、铜蓝、斑铜矿等.脉石矿物有石英、斜长石、白云母、黑云母、角闪石、绿帘石、方解石、绿泥石、钾长石、石榴石、电气石、磷灰石、锆石等.自然金是南龙王庙金矿发现的唯一金矿物,呈粒状、板状、片状和树枝状等.金成色较高(946.1).黄铁矿是本区分布最广的矿石矿物,可分为3类:1)受变质黄铁矿(PyⅠ),主要分布在条带状磁铁角闪石英岩中,呈星散状、条带状、条纹状;2)热液型黄铁矿(PyⅡ),广泛发布于矿化围岩和形变前、形变中石英脉中,呈浸染状、脉状、斑杂状、网脉状;3)微细脉状黄铁矿(PyⅢ),受节理控制,呈小于0.1mm的微细脉沿矿物裂隙和矿物间隙产出,薄膜状.其中PyⅠ、PyⅢ两期黄铁矿基本不含金,主要含金黄铁矿是PyⅡ.磁黄铁矿:分布仅次于黄铁矿,主要分布在磁铁角闪石英岩中,与黄铁矿共生,也常与黑云母、斜长石、角闪石和石英共生.在变形较弱部位,呈典型的静态重结晶组构,而在强变形部位,磁黄铁矿内部出现波状消光、变形双晶等,同时与造岩矿物黑云母、斜长石、角闪石、石英等平衡共生,未见交代关系.3.2.2采矿组结构南龙王庙金矿矿石组构特点复杂,列入表1.3.2.3含金黄铁矿矿石英脉矿石化蚀变特征明显.含金黄铁矿石英脉矿石化南龙王庙金矿近矿围岩均有明显的蚀变,但强度不大,范围也有限.主要蚀变类型有硅化、绢云母化(白云母化)、方解石化、绿泥石化、绿帘石化、黑云母化和电气石化.不同类型矿体蚀变有一定差别.含金黄铁矿石英脉矿体,在含金石英脉附近,硅化、绢云母化十分明显,次有黑云母化、绿帘石化和方解石化.且由石英脉向外,可见不甚明显的蚀变分带:石英黑云母化→二云母化→硅化.蚀变带范围较小,一般1~10cm,但沿石英脉方向蚀变比较连续,可以作为重要的找矿标志.浸染-细脉状含金黄铁矿矿体,可见明显的绿泥石化、绿帘石化和方解石化,硅化、绢云母化不发育,蚀变特点复杂,不均匀,无规律.3.2.4低温元素富集特征南龙王庙金矿矿石金含量变化于1.02×10-6~6.05×10-6,一般变化于1×10-6~3×10-6,含金品位较低.伴生元素中,与Au密切相关(同步强烈富集)的元素有Ag、Cu、S、Se、Te,相关(有富集)的元素有Zn、Pb,不相关的元素有W、Mo、Co、Ni、V,而Sb、Hg则明显亏损.低温元素Sb、Hg的亏损,可能代表了本区成矿温度较高.4稳定的相位特征4.1成矿期与矿岩结构及与绿岩的关系南龙王庙金矿黄铁矿硫同位素组成见表2.硫同位素组成从1.61‰~3.19‰,在一个很小的范围内变化,塔式效应较明显.这一特点反映硫的来源是单一的.其值为很小的正值,极差小,接近陨石硫同位素组成,说明来源于深部.不同成矿期黄铁矿硫同位素组成变化很小,早期黄铁矿δ34S值为2.39‰,中期黄铁矿δ34S值2.53‰,晚期δ34S值3.04‰,略有增加的趋势,分馏作用不突出.与外围容矿岩系硫同位素组成对比,基本相近,说明其与绿岩的关系密切.4.2南龙王庙金矿铅u/pb、th/pb异常特征南龙王庙金矿黄铁矿铅同位素具有较大的变化范围,不够稳定,其中206Pb/204Pb变化于15.0774~19.0556,207Pb/204Pb变化于15.2520~15.7089,208Pb/204Pb变化于34.9156~39.7767.南龙王庙金矿黄铁矿U/Pb值为8.66~10.24,比正常铅(8.686~9.238)明显偏高,说明黄铁矿含铀较高.Th/Pb值为32.92~48.66,Th/U值为3.17~3.72,其中Th/U比值与太古宙矿床(Th/U值3.6~3.8)相似,由此推断南龙王庙金矿铅源自绿岩.4.3流体表面氧同位素组成南龙王庙金矿矿化期石英氧同位素组成是:早期石英(QⅠ)氧同位素为6.098‰,相似或略高于石英岩中者(5.7‰),反映二者之间可能存在的内在联系.即韧性剪切作用初期,硅质成分从围岩中分凝出来,并经受了韧性变形的改造.主成矿期石英脉(QⅡ)氧同位素组成为9.3‰~12.3‰,平均10.67‰,较母岩发生了明显的18O的富集.这种富集与变质作用过程中“变质岩更富16O,与之相平衡的水更富18O”(Taylor,1963)有关.根据水-石英体系平衡方程计算得到的包裹体水氧同位素组成变化较小,为4.26‰~5.82‰,位于Taylor(1979)的变质水范围内(5‰~25‰).石英包裹体氢同位素组成变化较大,从-61.5‰~-94.8‰,小于Taylor的变质水变化范围(-20‰~-75‰).氢氧同位素组成在Taylor图解上处于变质水和大气降水之间,并非典型的变质水,而是有较多的大气降水进入,显示成矿流体可能的混合意义的特点.4.4南龙王庙金矿形成年龄南龙王庙金矿属后生矿床,其成矿晚于围岩.据可靠同位素资料,太古宙绿岩形成年龄为2986±10Ma(40Ar/39Ar).可见,金矿形成年龄要小于2986Ma.又据矿区内穿切韧性剪切带和金矿体的白云母斜长伟晶岩内白云母的测年结果,其Rb-Sr年龄为2409Ma①,推断金矿床形成年龄大于2409Ma.综上而言,南龙王庙金矿矿化年龄在2986~2409Ma之间.5流作用的结果:受韧性剪切带控制剪切带概括起来,南龙王庙金矿具有的主要成因特征可以表述如下.(1)矿床产于一定的岩性层内,宏观上具有“层控性”特点南龙王庙金矿位于红透山岩组第二岩性段黑云变粒岩段内,直接容矿围岩为黑云变粒岩、浅粒岩、磁铁角闪石英岩、绿帘黑云变粒岩等.其中磁铁角闪石英岩实际上呈互层或夹层存在,是与海底火山作用相关的海底喷气和喷流作用的结果,代表了成矿物质的初始聚集和富集的方式和过程,为后续含矿热液的形成、活动和成矿作用的发生奠定了物质基础.(2)成矿空间上位于韧性剪切带内,受韧性剪切带控制剪切带对金矿的控制主要表现在:(1)金矿体沿剪切带片理方向分布,呈透镜状、脉状、似层状、网脉状“顺层”展布,有规律性的侧伏现象;(2)矿体、矿化体特别是早期矿化载