内蒙古营子金钼矿成矿规律及矿床成因探讨

内蒙古营子金钼矿成矿规律及矿床成因探讨

蒙古营子金矿床是2009年发现的一条新矿区，具有巨大的潜力，可以寻找斑点岩和脉状金矿。矿区位于赤峰市西70km处的松山区老府镇境内,地理坐标:东经118°12′42″.44～118°19′57″.44,北纬42°06′31″.32～42°12′01″.32。外围地质调查工作始于1915年,多偏重于小比例尺的矿产普查及路线地质调查,矿种以煤、非金属及金矿为主,该矿区未投入过中大比例尺的普查找矿工作。2008—2010年五一九大队对该区进行普查找矿。经研究确定以金、钼为主攻矿种,采用系统的地物化相结合的综合方法,确定了孤家子南沟、公家地、蕨菜沟为3个重点找矿靶位,其中孤家子南沟是以钼为主的斑岩型钼矿段,公家地为金多金属石英脉型金矿段,蕨菜沟为单一金矿化的蚀变岩型金矿段。全区共圈定金、钼矿(化)体19条。1层序区地质特征蒙古营子矿区位于华北克拉通北缘中部,华北克拉通北缘围场—赤峰深大断裂带的南侧,矿区紧邻该断裂(图1)。该断裂以南为华北克拉通,结晶基底为太古宙片麻岩及片麻状花岗岩组成,是我国重要的金矿分布区之一。华北克拉通北缘加里东增生带局部出露地层为早古生界奥陶系—志留系片岩、大理岩及千枚岩,多为晚古生界地层及中生界地层覆盖。海西增生带基底为晚古生界二叠系地层,盖层为中生界地层。二叠系地层主要由板岩、变质砂岩及变质火山岩组成。中生界地层主要为侏罗系、白垩系陆相火山岩、火山碎屑岩、碎屑岩及含煤系地层组成。区内构造以断裂为主,主要有两组区域断裂:东西向的围场—赤峰断裂是华北克拉通与加里东增生带(温都尔庙—翁牛特加里东增生带)的分界线,东西向的西拉木伦断裂是华北克拉通北缘加里东增生带与大兴安岭南段海西期增生带的分界线;受中生代燕山期构造运动作用,形成了北北东向的大兴安岭断裂和嫩江断裂,并形成了呈北东向展布的中生代火山盆地。这些断裂的次级断裂是区内的控岩、控矿构造。区内岩浆活动强烈,以燕山期的黑云母花岗岩、二长花岗岩、花岗斑岩侵入活动为主,其次是海西期石英闪长岩、花岗岩多以岩基、岩株形式产出。并存在不同时期大量超基性—基性—中性—酸性脉岩。据有关研究资料表明,中生代燕山期构造岩浆活动是该区形成金属矿床的主成矿期。该区位于大兴安岭华力西期、燕山期Cu、Pb、Zn、Au、Ag、Sn、Mo成矿带与华北克拉通北缘中段华力西期、燕山期Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Mo成矿带的叠加、复合部位,已构成了Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Mo的矿集区。周边已知成型矿床众多,较著名的有红花沟、莲花山、金厂沟梁等金矿。近几年发现的鸡冠山、库里吐、车户沟斑岩型钼矿和碾子沟石英脉型钼矿等。铅锌矿主要分布于翁牛特旗洞子—山咀一带。2矿区地质特征和矿区特点2.1基岩岩浆岩型矿床成矿作用矿区出露主要地层由老到新为:结晶基底为太古界建平群(Ar3),盖层为中生界侏罗系上统(J3)、新生界第三系上新统(N2)(图2)。太古宇建平群出露面积占全区岩石面积的1/3,主要岩性为斜长角闪岩、角闪斜长片麻岩和混合岩,该套岩石混合岩化作用较强,经研究表明其原岩为以玄武岩—玄武安山岩为主的中基性火山岩夹少量凝灰质泥质沉积岩,属岛弧拉斑玄武岩,该套岩石是华北克拉通北缘金及多金属矿床的主要近矿围岩及矿源层。中生界侏罗系上统由中性、中酸性火山岩及火山碎屑岩组成,出露面积占全区的1/4左右。主要岩性为安山岩、粗安岩、流纹岩及凝灰岩,不整合于建平群变质岩之上。新生界第三系上统为玄武岩夹半胶结砂砾岩、黏土岩,出露面积较小,不整合于建平群和燕山期岩体之上。受矿区北侧东西向区域性围场—赤峰大断裂及中生代北东向构造的影响,矿区次级断裂构造发育,主要有东西向、北西向、北东向3组断裂构造。这3组断裂构造决定了矿区岩浆岩的侵入,矿化多集中分布于3组断裂构造的交汇处及其附近,是矿区的控岩控矿构造。断裂的次级断层及裂隙是矿区的容矿构造。矿区内侵入岩浆活动强烈,岩浆岩出露面积约25km2,以燕山期侵入岩浆活动为主,燕山早期花岗岩以岩基(γ2−2552-2)形式产出,出露面积广,岩体中含大量太古宇变质岩残留体;燕山中期以闪长岩、闪长玢岩、花岗斑岩及次流纹斑岩为主,呈岩株及脉状形式出现,其中闪长玢岩、花岗斑岩脉极为发育,遍布全区。依据矿区内岩体的侵入及穿插关系,岩浆岩的形成顺序为:花岗岩→闪长岩→闪长玢岩→花岗斑岩(次流纹斑岩)。燕山期岩浆活动存在明显的由酸性—中性—酸性演化过程,说明矿区岩浆活动持续时间长、分异程度较高,有利于金多金属矿的形成。2.2斑岩型抗矿作用蒙古营子矿区主要矿种为Au、Mo,且矿化具有较为明显的分带性,斑岩型钼矿化分布于侵入杂岩体中的孤家子南沟矿段,其外接触带东侧呈半环状分布石英脉型金多金属矿化及蚀变岩型金矿化(图2)。2.2.1矿体及矿物特征矿区内金矿化有两种工业类型:石英脉型及蚀变岩型金矿。蚀变岩型金矿位于蕨菜沟矿段(14号矿脉)。金矿体产于太古界建平群细粒斜长角闪岩的构造破碎带中,含矿构造蚀变带走向50°～70°,南东倾,倾角较缓(50°±)。已控制长度大于200m,带宽10～25m。带内蚀变有硅化、绢云母化为主,黄铁矿化、绿泥石化、高岭土化、碳酸盐化,地表见较强的褐铁矿化。带内岩石极为破碎,节理及微裂隙十分发育。经地表槽探工程控制,14号金矿体厚度为2.1～16.7m,平均厚度5.05m,金品位(1～17.00)×10-6之间,加权平均Au品位为4.06×10-6。对14号金矿体施工了两条勘探线,间距80m,矿体连续,延深大于140m,Au平均品位1.77×10-6,平均厚度2.65m。矿石构造以块状、不规则细脉状、角砾状为主,主要金属矿物为黄铁矿,几乎见不到其他硫化物,主要脉石矿物为石英、绢云母、长石、绿泥石等。据现已实施的地表及钻探工程数据进行初步概算,14号单条金矿体资源量(333+334)为1462kg。矿体的北东及南西延长方向还未控制。矿区石英脉型金多金属矿(化)体13条,多数位于公家地矿段及蕨菜沟矿段。近矿围岩主要为太古宇变质岩,其次是燕山期花岗岩。矿体均受次级断层控制,多赋存于北东、北西向两组断层中,矿体多呈扁豆体,延长20～200m不等,最大延长大于1000m,厚度一般在0.2～2m之间,品位为Au(0.14～21.1)×10-6、Pb0.14%～8.16%、Zn0.1%～7.65%。矿石构造主要为块状、条带状、角砾状。主要矿石矿物为黄铁矿、方铅矿、闪锌矿及少量黄铜矿,主要脉石矿物为石英、方解石、绿泥石等。围岩蚀变类型有硅化、高岭土化、绢云母化、绿泥石化、碳酸盐化。个别矿脉投入钻孔验证,见矿效果较好,延深较大。2.2.2表现矿岩—钼矿床特征矿区内共发现钼矿体5条,集中分布于孤家子南沟矿段(图2)。该矿段出露岩石为太古界建平群变质岩和燕山期花岗岩、闪长玢岩、花岗斑岩杂岩体。矿段位于东西向断裂(F1)、北西向断裂(F2)、北东向断裂(F3)3组断裂的交汇处,杂岩体受控于这3组断裂。绝大多数钼矿化分布于3组断裂交汇所形成的三角区间内及附近。按照岩浆岩体的空间分布及其相互(穿切)关系,杂岩体岩浆活动由早到晚为花岗岩—闪长玢岩—花岗斑岩。斑岩型钼矿体产于次级的北东向构造蚀变带及北东向展布的石英网脉密集带中,在钼矿化区内各类岩石中均发育有钼矿化,但主要赋存于花岗岩中。受构造蚀变带控制的10号、11号、17号钼矿化体地表延长100～200m,宽度0.8～5m,走向北东50°～60°,南东陡倾,品位0.01%～0.077%。经钻孔验证,深部10、11、17号有呈面型矿化的趋势,连成一体(图3)。18号、19号地表是由整体呈北东向展布的石英网脉密集带构成,矿化带宽度100～300m,长度300～450m,地表品位不高,一般在0.01%～0.089%。对18号矿带钻孔揭露发现,钼矿化体(≥0.01%)总视厚度达149.8m,钼矿体(≥0.03%)厚度达51.13m,品位变化在0.03%～0.35%之间,表明向深部有变富的趋势。矿石构造主要为细脉浸染状,辉钼矿多发育于石英细脉中及其两侧,石英细脉绝大多数宽在0.5～2mm之间,个别达25cm,石英细脉有较强的方向性,大多走向为北东50°左右。主要矿石矿物为黄铁矿、辉钼矿及少量黄铜矿,主要脉石矿物为石英、长石、云母及少量萤石。围岩蚀变类型有硅化、钾化、绢云母化、高岭土化、萤石化。钼矿化的分布及特点表明,钼矿化与杂岩体岩浆—热液活动密切相关,具有斑岩型矿化的特点。3克拉通北缘西拉木伦鳌带矿床成矿带的研究及成矿效果华北克拉通北缘朝阳—赤峰金矿化集中区是我国重要的黄金基地之一,已知矿床众多,对矿床的研究起步较早,成果较多;而近几年,随着华北克拉通北缘西拉木伦钼多金属成矿带找矿的新进展,吸引了众多科研单位及学者对西拉木伦钼成矿带的矿床成矿进行了深入的研究,获得了大量的信息和科研成果。该矿区处于华北克拉通北缘著名的朝阳—赤峰金矿化集中区和西拉木伦钼成矿带叠加复合部位,将该矿区资料与邻近已知矿床进行对比研究,有助于了解控矿因素、成矿规律,掌握矿床成因类型及相互关系,有利于指导下一步普查找矿工作。3.1基本成分与成矿关系矿区东25km为著名的红花沟、莲花山金矿(图1)。红花沟、莲花山金矿区矿体主要赋存于太古宇建平群变质岩的断层中,太古宇建平群变质岩下岩段斜长角闪岩类岩石是金矿床的主要矿源层,燕山期多期中酸性岩浆活动与成矿关系密切,同位素研究表明成矿热液主要为原生岩浆水,矿床成因为中温岩浆热液石英脉型金矿。红花沟、莲花山金矿区除大地构造位置与该矿区相同外(处于华北克拉通北缘围场—赤峰断裂南侧),矿区的地层、构造、岩浆岩也极为一致。该矿区主要岩石的微量元素含量及侵入岩岩石化学成分见表1、表2。从表1可以看出,太古宇建平群变质岩Au的丰度比其他岩类高,但除角闪斜长片麻岩Au的丰度略高于克拉克值外,其余均低于克拉克值,Ag、Pb、Zn在太古宇建平群变质岩含量偏高,这与邱玉民等对红花沟金矿区变质岩微量元素测试结果一致,说明矿区具备形成红花沟金矿类型的矿源层条件。表2中的岩浆岩化学成分与红花沟金矿的花岗岩、花岗斑岩及中基性岩脉成分近似,且岩浆活动演化序列相同,表明矿区具备红花沟金矿成矿的岩浆岩条件。而矿区已知金多金属矿脉所处的围岩条件、矿石的矿物组合、蚀变特征等均与红花沟金矿相同。以上信息均说明,矿区的石英脉型金多金属矿化是与红花沟金矿相同的中温岩浆热液型金矿。据祁进平、陈衍景等研究成果,华北克拉通北缘是一条近东西向的浅成低温热液成矿带,成矿作用和相关岩浆活动主要发生在燕山期;赋矿围岩主要为中生代中酸性火山岩,部分矿床赋矿围岩为前寒武系基底岩石或中生代之前的花岗岩;成矿流体属于低温、低压、低盐度的近中性的热液流体,为大气降水与岩浆水的混合热液;成矿物质主要来自前寒武纪变质基底,并受到克拉通盖层物质的混入。矿区处于浅成低温热液成矿带内的中生代火山盆地边缘,矿区的地层构造、岩浆岩特点具备形成浅成低温热液矿床的条件。矿区发现的蚀变岩型金矿其空间分布、矿石矿物组合、蚀变特征有别于石英脉型金多金属矿。矿体分布于远离花岗岩的变质岩中,矿石矿物组合主要为黄铁矿、绢云母、玉髓质石英、绿泥石、高岭石、方解石,几乎见不到其他硫化物,基本分析只有Au矿化(Ag一般小于10×10-6),其他元素均小于检测限,而围岩蚀变为玉髓质硅化、绿泥石化、碳酸盐化、高岭土化,均表现为一套低温的矿化蚀变特征,应为浅成低温热液矿床类型。3.2矿床岩浆岩地球化学特征西拉木伦钼多金属成矿带钼矿床的空间分布受区域东西向、北东向及北西向断裂联合控制,钼矿床的形成与中生代的中酸性侵入体关系密切,中生代火山岩是在伸展构造体制上幔源和壳源物质混合作用的产物,矿床产于花岗岩体中、斑岩体内外接触带或附近,矿床类型以斑岩型、石英脉型、火山热液型及云英岩型为主。空间关系表明钼矿床的形成主要与中生代富硅、富钾酸性侵入岩有关。西拉木伦钼多金属成矿带南侧的库里吐钼矿、鸡冠山钼矿、碾子沟钼矿、车户沟钼矿是该矿带的重要矿床,除碾子沟为石英脉型富钼矿外,其余均为斑岩型钼矿床,矿床规模为中—大型,也是西拉木伦钼多金属成矿带内矿化集中的地区之一。蒙古营子矿区与车户沟钼矿、碾子沟钼矿、鸡冠山钼矿、库里吐钼矿沿华北克拉通北缘围场—赤峰深大断裂两侧由西往东依次排列(图1)。矿区的地层出露情况、构造条件、岩浆岩活动特点,与这4个矿床有较多相同之处。矿区侵入岩的岩石化学特征见表2,其中花岗岩、花岗斑岩的里特曼指数分别为2.84、2.37,属钙碱性岩石系列。根据CIPW计算出标准矿物,按三氏法经验公式计算出A、P值,将Q、A、P百分比投影到QAP图解中(图4),岩石全部落入二长花岗岩区域。在K2O-SiO2图解中(图5),矿区岩石为高钾钙碱性系列。从图4、图5中可以看出,矿区的花岗岩、花岗斑岩与库里吐钼矿、碾子沟钼矿的花岗岩岩石化学特征极为相似,原始岩浆来源于壳幔过渡带。邱家骧等(1991)研究表明,岩石的含矿性与岩石地球化学特征有一定的关系,钼矿的岩石化学成矿标志一般为SiO2>70%,Na2O+K2O>8%,K2O>Na2O,而CaO、FeO和Fe2O3含量较低。众多学者对西拉木伦钼多金属成矿带多个矿床的侵入岩的岩石化学特征研究表明,赋矿侵入岩具有同样特征。矿区的花岗斑岩SiO2含量74.92%,全碱含量为8.71%,Na2O和K2O分别为4.10、4.61,具有高硅、富碱和富钾的特征,而CaO、FeO和Fe2O3含量分别为0.53、0.41和0.82,含量较低,说明该区花岗岩、花岗斑岩具有较好的含矿性。肖庆辉等(2002)研究认为,氧化状态在岩浆热液系统中起着关键作用,成矿元素Mo、Cu、Sn等均为变价元素,氧化状态必然影响岩浆的成矿元素行为。与斑岩铜矿有关的花岗岩分异程度较低,且属磁铁矿系列,与Mo、Sn矿床有关的花岗岩分异程度较高,而它们之间的区别在于氧化状态,成Mo花岗岩属磁铁矿系列,而成Sn花岗岩属钛铁矿系列。矿区花岗岩、花岗斑岩分异程度较高,且属于磁铁矿系列,将矿区花岗岩、花岗斑岩及库里吐钼矿、碾子沟钼矿花岗岩投影到w(Fe2O3/FeO)-w(SiO2)图解中(图6),样点均落入钼矿床集中区。说明矿区侵入岩在分异程度和氧化态上有利于钼矿形成。矿区岩石微量元素测试表明(表1),大多数岩石Mo的丰度均高于克拉克值,矿区为Mo的高背景区。其中最晚期侵入的花岗斑岩Mo的丰度是克拉克值的6.11倍,矿区的岩浆活动为Mo的成矿能够提供充足的物质来源。从以上与邻近已知矿床对比分析可以看出,蒙古营子矿区具备形成斑岩型钼矿的良好的成矿地质条件。3.3关于黄金和钼矿化之间的关系的讨论3.3.1成立mocu-au、ag、pb、zncu-auag从平面上看,矿区的矿化具明显的分带性,以孤家子南沟斑岩型钼矿化为中心,往外依次为石英脉型金多金属矿化、蚀变岩型金矿化,成矿元素组合为Mo(Cu)-Au、Ag、Pb、Zn(Cu)-Au(Ag)。土壤地球化学测量异常的元素组合也显示出这一分带性,孤家子南沟斑岩型钼矿化地段的侵入杂岩体内,主要为Mo、Sn、W、Bi、Cu等高温元素组合异常,往外在杂岩体接触带附近,大体呈半环状出现以Ag、Au、Cu、Hg、Mn、Pb、Zn中低温元素组合异常,而远离杂岩体接触带的太古宇建平群变质岩中,主要分布以Au为主的低温元素组合异常。3.3.2抗成矿时代及区域差异矿区出露的最晚一期岩浆岩侵入体为花岗斑岩,而花岗斑岩是斑岩型钼矿化主要赋矿围岩之一,说明钼矿化形成于花岗斑岩成岩之后;石英脉型金多金属矿化及蚀变岩型金矿化的含矿构造蚀变带穿切花岗斑岩脉体,说明这两种金矿化也发生在花岗斑岩侵入之后。因此,矿区的金、钼矿化时间均在花岗斑岩形成之后。位于同一构造岩浆带上的车户沟钼矿、鸡冠山钼矿中的花岗斑岩与该矿区花岗斑岩岩石特征极为相似,可以认为是同期同阶段的侵入体;同时车户沟钼矿、鸡冠山钼矿中的花岗斑岩也是赋矿围岩,说明钼矿化形成于花岗斑岩之后。鸡冠山斑岩型钼矿中辉钼矿测得的铼—锇同位素年龄为(151.1+1.3)Ma,而碾子沟石英脉型中辉钼矿测得的铼—锇同位素年龄为(152.4+1.3)Ma,二者极为相近,说明沿华北克拉通北缘围场—赤峰深大断裂两侧的钼矿化为同一时期形成。据曾建国(2002)、周乃武(2000)研究成果,位于华北克拉通北缘围场—赤峰深大断裂南侧的红花沟金矿、金厂沟梁金矿成矿时代均为晚侏罗世,与该区钼矿化时代相当。由此可见,在晚侏罗世沿华北克拉通北缘围场—赤峰深大断裂带发生了一期以Mo、Au为主的岩浆热液成矿事件。据此,可以认为蒙古营子矿区的金、钼矿化可能是同期成矿。3.3.3地球化学异常表现为热液矿床地质异常矿区通过1∶10000激电中梯测量工作,共圈出激电异常(群)3处,均表现为相对低阻ρs为1000～3000Ω·m、中高极化率ηs为5%～7%异常,分别分布于孤家子南沟斑岩型钼矿段的岩浆杂岩体、公家地石英脉型金多金属矿段的太古宇变质岩、蕨菜沟蚀变岩型金矿段北部的太古宇变质岩,同时处于断裂交汇附近。在3处激电异常的地表见到了不同程度的蚀变成带状或面状产出,主要有硅化、绢云母化、褐铁矿化、绿泥石化、碳酸盐化、高岭土化等,经钻探工程验证,深部有较强的黄铁矿化,均为热液活动的产物,依据岩石标本物性参数测定结果及结合矿区岩石特点认为:这3处异常为热源活动中心。孤家子南沟激电异常分布面积大、异常零乱、有多个高值区,土壤地球化学异常以高温元素组合为主,出露钼矿体,说明剥蚀深度较大;而公家地激电异常及蕨菜沟北部激电异常分布面积小、异常形态较规则、异常中心明显,土壤地球化学异常以中温元素组合为主,地表出露金多金属矿体,其深部可能存在隐伏岩体;蚀变岩型金矿处于激电异常外围,土壤地球化学异常为以Au为主的低温元素组合。从矿化元素组合、空间分布、成矿的相对时间及与激电异常关系的讨论得出以下结论:矿区的金钼矿化是同期成矿的不同产物,为同一成矿系列中不同成矿阶段、不同物理化学环境下的结果。斑岩型钼矿是矿区岩浆岩演化期后靠近热源体内外接触带的中高温热液矿床;当热液沿断层上升,随着物理化学条件的改变及与围岩发生交代作用,在有利部位形成中温石英脉型金多金属矿床;残余热液沿断层及周边继续上升扩散,由于岩浆热源的驱动,促使地表水加入热液循环,萃取围岩中成矿物质,形成低温蚀变岩型金矿。4资源潜力分析根据以上的分析研究表明,矿区处于华北克