新疆南天山西部萨瓦亚尔顿金矿

./前言20世纪50年代在乌兹别克斯坦发现了穆龙套超大型金矿[资源量大于5000t],该金矿的赋矿岩系为经过浅变质的碎屑岩,以富含炭质[2%-7%]为主要特征。自该金矿发现以后,在全球寻找穆龙套型金矿的步伐就从未停止,我国在90年代在发现了萨瓦亚尔顿金矿。萨瓦亚尔顿金矿位于南天部的乌恰县,毗邻吉尔吉斯斯坦,该金矿是地矿局二大队于1993年在通过1：20万化探扫面、化探异常检查时发现的乃至我国首例大型[资源量大于100t]、低品位、穆龙套型金矿床。该矿床的发现为在我国寻找穆龙套型金矿提供了借鉴。本文试通过总结前人资料,着重介绍地球化学方法在解决该矿床问题中的一些应用。〔一成矿地质背景萨瓦亚尔顿金矿床位于乌恰县东阿赖山北部,乌鲁克恰提NNW向28km处,其所处的构造位置属于中国西南天山造山带西端,位于伊犁—伊塞克湖微板块与塔里木北缘活动带的交接部位<贺卫东,2000>,以萨瓦亚尔顿>吉根超岩石圈大断裂为界,矿区西部属伊犁—伊塞克湖微板块,东部为塔里木北缘活动带的晚古生代陆缘盆地,见下图。西南天山出露的基底为古中元古界,为一套片麻岩、片岩、变粒岩夹石英岩。长城纪末的塔里木运动使基底隆起。新元古代晚期—中奥世为"稳定盖层沉积"阶段,震旦系出露较少,为碎屑岩和冰碛岩。早寒武世沉积了一套含磷硅质建造,中寒武世—中奥世沉积了浅海_滨海相碳酸盐岩和碎屑岩。晚奥世>晚志留世为"早古南天山洋"阶段<高俊等,1995>,接受浅海相碎屑岩和碳酸盐岩沉积,东阿赖和哈尔克山地区发育一套巨厚的复理石和碳酸盐岩建造。志留纪末或早泥盆世初,"早古南天山洋"壳向北侧伊犁板块俯冲,在哈尔克山北部一带产生双变质带以及岛弧火山岩,洋盆闭合及哈尔克地区褶皱隆起,形成了一条加里东期沟弧带<叶庆同等,1999>。早泥盆世>早石炭世为"晚古南天山初始洋盆"阶段,由于塔里木板块被动陆缘发生拉作用,形成一定规模的南天山初始洋盆,沉积了浅海相—滨海相碎屑岩和碳酸盐岩,局部有火山活动。早石炭世,洋盆闭合。由于地块与地块的碰撞作用,形成碰撞花岗岩。晚石炭世沉积类型复杂,表明残留洋盆的消失和陆壳板块的接近<本培等,1996>。塔里木板块和伊犁>依塞克湖微板块的陆_陆碰撞发生于早二叠世<本培等,1996>,古生代沉积地层发生褶皱并被中二叠世碱性花岗岩类侵入,岩体时代为260~275Ma<常义等,1999;富全等,2001>,如霍什布拉克碱长花岗岩,锆石U—Pb年龄为<261.5±2.7>Ma<富全等,2001>。在碰撞期间,发育一系列韧性剪切带、逆断层、逆冲推覆体,并伴有火山活动。早二叠世以后,进入到陆构造变形阶段,岩浆活动造成A型花岗岩形成。中生界发育在西南天山山前和山间盆地,为一套河湖相碎屑岩,局部夹煤层和陆相火山岩。中生代岩浆活动微弱,仅在萨瓦亚尔顿矿区及外围发育闪长岩脉和辉绿岩脉[K—Ar法同位素年龄为<207.5±4.2>Ma~<127.9±3.8>Ma,家军等,2002a]和二长斑岩脉<锆石U－Pb年龄为133.7~131.0Ma,富文等,2003>。古近系－新近系为陆相碎屑岩夹石膏层,局部有碳酸盐岩。在乌恰县北部的托云盆地发育早白垩世－始新世玄武岩,全岩K_Ar法同位素年龄为<113.0±1.1>Ma~<40.36±1.01>Ma<Hanetal.,1999;王彦斌等,2000>。进入新生代以来,由于印度板块与欧亚板块的碰撞,天山地壳增厚和再次隆升,古生代地层被推覆在中新生代地层之上<毛景文等,2002a>。〔二矿区地质特征地层区域地层,自古生代以来各时代地层均有发育。志留系:分布于研究区东部及南部,地层下部为条带状含铁石英岩,上部为互层的黑云母片岩、二云母片岩、云母石英岩及岩。泥盆系:主要分布于研究区北部,萨瓦亚尔顿金矿以东。以中厚层状或块状结晶灰岩为主,夹变质砂岩、千枚岩等。灰岩呈灰白色、灰色,遭受不同程度的变质结晶。石炭系:主要分布于研究区中、西部,构成主要的容矿层位,为一套浅变质的陆棚边缘盆地相浊积岩系,变质程度仅达绿片岩相。根据岩性组合、沉积构造等特征可分为下、中、上三个岩性段:<1>下段:底部为厚约10~30m的灰色中薄层泥灰岩和生物碎屑灰岩,向上逐渐过渡为变质石英粉砂岩、变质细粒石英杂砂岩互层,中间夹薄层绢云母千枚岩。可见沟槽、槽模及包卷层理、平行层理,鲍马序列发育。<2>中段:本段为主要容矿岩段。底部为深灰色中薄层变质石英粉砂岩夹少量炭质绢云母千枚岩,向上渐变为深灰色一黑色薄层状石英粉砂岩一炭质绢云母千枚岩互层构成的韵律层,单层厚一般小于3cm。中部发现楔形沟痕和黄铁矿结核。<3>上段:下部为灰色一深灰色中薄层变质粉砂岩、细粒石英杂砂岩和细粒砂岩互层,局部出现砂砾岩,具有典型鲍马序列特征,且发育较完整的A-B-C-D组合.向上渐变为中层状变质粉砂岩与炭质绢云母千枚岩和绿色含凝灰质粉砂岩互层,局部见硅质岩透镜体和结晶灰岩透镜体。上部为黑色中薄层变质粉砂岩与黑色粉砂质硅质岩互层,夹灰绿色块状安山岩。顶部为粗砂岩和砾屑灰岩。二叠系:分布于研究区西部,为一套厚层状灰岩夹玄武岩。其与石炭系地层呈整合接触关系。侏罗纪:出露于研究区西部,主要为一套海陆交互相的砂岩、泥岩、炭质页岩,局部夹煤线。白垩纪:分布于研究区西部,不整合超覆于其它老地层之上。底部为砖红色、红褐色、绿色砂岩夹泥岩、砾岩,上部逐渐过渡为砂岩、泥岩夹页岩。第三系:出露于研究区南部,底部为砂岩、页岩及泥岩,与白坚系地层呈整合过渡,中部为红褐色砂岩、棕色泥岩和白色石膏互层,上部为砂岩、泥岩和砾岩互层。第四系:<1>下更新统:与下覆地层不整合接触,主要岩性为灰色砾岩,夹有泥质砂岩;<2>中更新统:由巨砾、砾石、岩石碎屑、砂质粘土混合而成;<3>上更新统:浅色沙砾和砂质粘土夹砾石:<4>全新统:现代冲积的砂、碎石、砾石和粘土等。对于萨瓦亚尔顿金矿的赋矿地层目前争议较大,有志留纪,泥盆纪,石炭纪等不同说法。从目前已有的资料来看家军等<1999>、明华等<2001>和王成源等<2000>在容矿岩系中采到的生物化石,对于确定赋矿地层时代具有重要意义。但是,这些化石主要产于容矿岩系的下部和上部,主要赋矿层位并未采到具有定年意义的化石。而叶庆同<1999>等根据区域变质作用形成顺地层产出的石英——碳酸盐脉中石英矿物Rb-Sr等时线年龄<389±42Ma>,并结合矿区吉尔吉斯坦一侧的地层研究成果,认为赋矿地层为晚志留世。根据上述赋矿地层中多硫化物含金石英脉年龄<342Ma>老于晚石炭世,且该石英脉明显穿切顺地层产出的石英——碳酸盐脉,认为赋矿地层的时代应大于342Ma,即形成于晚石炭世之前。区域构造区域断裂和褶皱发育,构造变形十分强烈,构造线方向错综复杂。区域东部为托云中生代断陷盆地沉积,构造线方向以北西向为主;南部以乌恰深断裂为界,为塔里木中新生代沉积盆地的天山山前部分;北一西部为南天山古生代沉积地层分布区,构造线方向以NE-NNE为主,在萨热克巴依及其南东侧构造线呈NEE~近EW向展布。如图2-2所示。这些构造不仅控制了区域地层的发育和展布,而且对区域上的成矿作用亦产生重要影响。区域存在的次级构造单元有:<1>沙尔一萨瓦亚尔顿晚志留世一中泥盆世弧后盆地;<2>塔尔特库里石炭纪裂陷槽;<3>卓尤勒干加里东隆起;<4>五瓦石炭纪一早二益世沉积盆地;<S>阿热克托如克一玉奇塔什中生代断陷;<6>乌鲁克恰提中新生代凹陷;<7>斯木哈纳中新生代凹陷;<8>托果乔尔套中新生代凹陷。区域构造、地层展布格局及总体变化具有如下规律<明华等,2001><1>区域除东部托云中生代断陷盆地沉积和南部乌鲁克恰提一带的中新生代凹陷盆地沉积外,主要出露古生代地层,总体表现为东老<志留系>一西新<石炭一二叠系>渐次变化规律。古生代地层S1~P1基本连续,其间并无大的沉积缺失,现今展布格局系由于后造山期逆冲一推覆作用益加改造使然。各地层之间多呈大小断片、岩片状叠覆,不同规模的褶皱、断裂构造极为发育。<2>区域古生代地层<S1~P1>中,岩石普遍遭受浅变质,分布于研究区域东段萨瓦克巴依一带的下古生界志留系地层,分布面积广,变质程度相对较高,发现一套白云母片岩、岩、石英片岩及千枚岩类,系由加里东期和华力西期两期变质叠加的产物。研究区西北部的上古生界地层中变质程度低,为华力西期变质的绿片岩相,以板岩、千枚岩、变砂岩和结晶灰岩类为特征。在古生界地层中,石英脉普遍发育。<3>区域性乌恰深断裂,延长达650km,总体走向北东,倾向北西;该断裂形成于早古生代或更早,多期活动明显,有些地段切割了中、新生代地层,沿断裂带有小的基性、中基性岩体侵入,并发育有晚古生代蛇绿岩,总体呈向南逆冲推覆之势。该断裂是西南天山褶皱冲断带的山前主干性边界断裂,并且在很大程度上还决定和影响该断裂带沿线的区域性构造变形特征。<4>萨瓦亚尔顿一五瓦一吉根一带及其以区控矿构造带具有明显的方向性,等距性规律表现明显。该区控矿断裂破碎带的变形强度、发育规模,总体具有NE强→SW弱的变化趋势,成矿期构造活动强度也有NE强~SW弱的变化趋势。研究区层间破碎带和穿层的断裂破碎带均有发育。岩浆活动区域岩浆侵入活动不发育,未见较大的侵入岩体,但可见小的岩脉及火山岩。岩脉以闪长岩脉和碱性辉绿岩脉产出。火山岩主要出现于二叠系地层中,并以玄武岩和安山岩为主,也有少量火山碎屑岩。碱性辉绿岩脉及闪长岩脉,多见于萨瓦亚尔顿和塔尔特库里地区的石炭系一二益系地层中。碱性辉绿岩脉一般顺层侵入,长20~50m,宽数米,规模最大的长达百余米、宽30m,最小的长仅数米,宽仅数十厘米。二叠系地层中的玄武岩,夹于灰岩及硅岩间,吉根西二叠系地层中还出现大量的玄武岩质火山角砾岩。石炭系地层顶部的火山岩则以安山岩和凝灰岩为主,厚度小,分布的连续性差,仅出露在萨瓦亚尔顿矿区西北及塔尔特库里地区。〔三矿床地质特征矿带变化特征矿区共发现的24条矿化带,其中Ⅳ、Ⅰ、Ⅱ、Ⅺ等几条规模大,矿化延续性较好,分布于细砂岩夹少量炭质绢云母千枚岩中。矿带受N25°～35°E、倾向NW的断裂破碎带所控制,具有等距分布特点。矿带走向与矿区赋矿地层总体走向斜交。Ⅳ号带规模最大<见下图>,倾向NW,倾角53°～80°,矿体与含矿围岩斜交,有时可达50°以上。矿带长大于4000m,宽20m至近百米,已圈出9个矿体。矿体呈板状,其中最大的Ⅳ号主矿体长3870m,厚1～48m,原生矿石Au的品位较低,一般在<2～4>×10-6。锑矿体位于主矿体的中上部顶板附近,与金矿体共生,长180～340m,厚2～10m。Sb品位为1.09%～2.35%。萨瓦亚尔顿金矿床Ⅳ号矿化带27线剖而图矿化带中发育铁、砷、铜等的硫化物和锑硫盐矿化。其约占矿石的5%,个别可达40%。围岩蚀变多沿矿化破碎带呈线性分布,主要为硅化、碳酸盐化、绢云母化和绿泥石化。与矿化最为密切的是硅化,呈细脉-网脉或团块状产出。矿石特征及围岩蚀变矿石中矿物多达40余种,金属矿物以黄铁矿、毒砂、脆硫锑铅矿、黄铜矿、辉锑矿为主,磁黄铁矿、银金矿、方铅矿、闪锌矿等次之。非金属矿物主要为石英、方解石、菱铁矿、绢云母等,还见碳质。矿石又可分为原生矿石和氧化矿石。根据矿物组合和产状将原生矿石划分为含金石英细脉—网脉型、含金蚀变碳质千枚岩型和含金硅化粉砂岩型。矿石中金主要以下列两种形式存在：①独立矿物。在原生矿石,特别是富硫化物的块状矿石中,发现了大量银金矿。银金矿与黄铁矿、毒砂、黄铜矿和石英共生,与黄铜矿关系最为密切。在显微镜下常见到银金矿与黄铜矿、石英组成细脉、网脉,穿插于毒砂或黄铁矿中,偶见银金矿单独呈微细脉产出。另外,矿石中也有少量的自然金和含银自然金矿物。②以机械混入物形式进入载金矿物中。常见的载金矿物为黄铁矿、毒砂、黄铜矿和脆硫锑铅矿。此外,金还可能以吸附形式存在。在含有机碳较高的矿石和氧化矿石中金含量均较高,可能与这些矿石中的有机碳、粘土矿物易吸附金有关。矿石主要结构有自形_半自形粒状、他形粒状结构、固溶体分解结构、交代结构、包含结构、碎裂结构等。矿石构造主要有浸染状、细脉_网脉状、条带状、块状、角砾状和揉皱构造。在浸染状矿石中,黄铁矿、毒砂星点状分布在石英细脉、蚀变碳质千枚岩中。黄铁矿、毒砂、辉锑矿和石英呈细脉、浸染状出现在蚀变岩的裂隙中。条带状构造矿石主要由毒砂、黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、石英等组成,相间成带分布。矿床中围岩蚀变以硅化和黄铁矿化为主。大部分金矿化就位于硅化蚀变和黄铁矿化最强烈的围之。一般说来,围岩蚀变较强烈的地段,金属硫化物发育,矿化较好,而围岩蚀变较弱的地段,金属硫化物少,矿化较差。成矿阶段成矿阶段大致可分5个阶段。第一阶段为无矿阶段,以沿岩石片理贯入形成大量乳白色石英-碳酸盐脉为特征；第二阶段为毒砂-黄铁矿-石英阶段,以出现大量毒砂、黄铁矿为其突出特征,此阶段为金的初始矿化阶段；第三阶段为多金属硫化物-石英阶段,以含多金属硫化物和石英网脉为特征,此阶段有独立金矿物产生,是成矿的主要阶段；第四阶段为锑-石英阶段,这是矿区一次较为普遍的矿化现象,局部地段已形成锑的工业矿体,但含金性不如第二、第三阶段；第五阶段为石英-碳酸盐阶段,此阶段基本不含金。在矿区上述5个成矿阶段发育齐全的地段矿化好,含金高,如IV、I、II矿带。发育不全的地段矿化较差,含金量低,如III、VI矿带。〔四同位素地球化学铅同位素组成矿石铅同位素组成相当稳定,其中206Pb/204Pb=17.965~18.348,极差0.383;207Pb/204Pb=15.539~15.749,极差0.210;208Pb/204Pb=38.062~39.029,极差0.967。它们的变化率分别为2.13%,1.35%和2.54%,但矿石单阶段铅模式年龄<181.95~472.48Ma>变化较大,反映矿石铅具多阶段演化的特点。在铅构造模式图上,所有样品的投点位于上部地壳及造山带附近,说明其属地壳源铅与深源铅混合。硫同位素选取矿石中主要金属硫化物进行硫同位素组成测定<41件>,其δ34S值变化围为-3.0‰~+2.61‰,不仅相当集中而且接近0值,将测得数据制成图可得毒砂、黄铁矿、磁黄铁矿和脆硫锑铅矿的δ34S值平均分别为0.73,0.37,-0.O5和-1.26,且具有δ34S毒砂>δ34S黄铁矿>δ34S磁黄铁矿>δ34S脆硫锑铅矿的特点.此特点显然反映矿物形成的δ34S值随成矿过程的进行趋于降低,鉴于西南天山地区早古生代地层中多夹火山岩层,以及加里东末期花岗岩体的分布,因而硫的来源可能与岩浆活动产物有关。氢氧同位素将金矿石主要脉石矿物石英和菱铁矿中流体包裹体的氢氧同位素值制成相关图<下图>,图中显示的特点表明,萨瓦亚尔顿金矿床的成矿溶液当属由大气降水补给的地下水转化而成的.另外对石英和菱铁矿的<6个样品>流体包裹体溶液成分进行了计算,获得Na/K和F/Cl的原子比值,Na/K值为6.46~77.63,F/Cl值为0.002~0.249,表明溶液中Na含量远大于K含量,Cl含量远高于F含量.上述特征值与地下<卤>水的相应值相近,而与岩浆水的相应值<分别为小于2.0和大于1.0>相差甚远.显而易见,萨瓦亚尔顿金矿床的成矿溶液乃由大气降水补给的地下热<卤>水形成的,当属无疑。碳同位素测定石英和菱铁矿中流体包裹体的同位素组成,值的变化围为-2.35‰~-10.5‰,均值为-5.97‰,此值与菱铁矿的δ13C均值<-4.30‰>相近.鉴于石英和菱铁矿的流体包裹体中的CH4含量甚低,其CO2/CH4比值多大于15,这表明成矿溶液中的碳主要以CO2的形式存在.由于矿床中未见石墨,矿δ13C的均值可以近似地视为矿床的δ13C∑值,即δ13C∑值为-5.9‰.显然,此值不同于沉积碳酸盐的δ13C值<≈0‰>.再结合流体CO2的δ18O值<+4.36‰~+24.2‰>以及氢、氧同位素组成,可以认为碳主要是通过地下水热液活动,在地壳深部获得的。钾一氢同位素萨瓦亚尔顿金矿区及其附近虽无大岩体出露,但星散分布有小的辉绿岩脉.值得指出的是,分布于矿化破碎带附近的辉绿岩脉,硅化和绢云母化明显,且可见含矿石英一菱铁矿脉穿切其中.显然,矿化发生在辉绿岩侵入之后.为了解成矿的大体时间,分别对新鲜辉绿岩和矿石<绢云母化强烈者>分别进行钾一氢法年龄测定可知,辉绿岩侵入年龄为169~207Ma,而成矿时间为98~167Ma,晚于辉绿岩的侵入时间.倘若上述K一Ar同位素测定值是可信的,那么,萨瓦亚尔顿金矿的成矿时间应发生在燕山运动中一晚期,甚至更新。〔五流体包裹体地球化学流体包裹体特征在与矿化有关的石英、方解石等矿物中存在大量包裹体。总的特点是,包裹体在石英中较多,而方解石中较少;成矿主阶段石英中包裹体多,而成矿晚阶段石英中包裹体少。石英中包裹体多呈椭圆形、浑圆形和不规则状,大小差异较大,一般为3~15um;方解石中包裹体多呈菱形,个体普遍较小,一般2~6um。包裹体的类型主要有三种:气液相、液相和富CO2三相包裹体。气液相和液相包裹体均含有液相水和气相水,气相占整个包裹体体积的3%~20%。加热时气相消失成均一液相。富CO2三相包裹体<始溶温度-56~-57.5℃,十分接近于CO2的三相点温度-56.6℃>由液相CO2、气相CO