卡林型金礦研究的若干問題探討

歐陽玉飛,劉繼順,周余國,劉衛(wèi)明,3,高啟芝

(1.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院,長沙410083;2.云南大學(xué)資源環(huán)境與地球科學(xué)學(xué)院,昆明650091;3.江西理工大學(xué)信息工程學(xué)院,江西贛州341000;4.云南吉賽礦業(yè)有限公司,昆明650200;5.廣東省廣晟礦產(chǎn)資源投資發(fā)展公司,廣州510600)

0 引言

自上世紀(jì)60年代在美國內(nèi)華達(dá)州發(fā)現(xiàn)了卡林型金礦以來,各國地質(zhì)工作者已將卡林型金礦作為世界上一種重要的金礦類型[1-3],并從空間上、時(shí)間上和成因上試圖揭示卡林型金礦的各種判別標(biāo)志,提出了各種不同的成因模式。至今,無論是在找礦還是在研究上都取得很大的進(jìn)展,在中國,一大批卡林型金礦在滇黔桂“金三角”地區(qū)[4-7]、川陜甘“金三角”地區(qū)[8-11]、長江中下游地區(qū)[12]等被先后發(fā)現(xiàn)并開采。卡林型金礦的眾多特征已被人們所認(rèn)識,如礦床產(chǎn)在構(gòu)造過渡帶和裂谷環(huán)境中,金的粒度為次顯微-顯微級,成礦溫度為中低溫,具有中低溫的礦物共生組合和圍巖蝕變,Au/Ag(儲量比)＞1等。然而,關(guān)于卡林型金礦的賦礦巖性、成礦物質(zhì)來源、有無礦源層、礦床成因等方面仍是眾說紛紜,對于其定義和命名亦莫衷一是;即使對于同一個金礦床,看法也不盡相同。本文試圖對這些問題進(jìn)行梳理,并提出自己的一些看法。

1 卡林型金礦的定義

由于人們對卡林型金礦的認(rèn)識尚不統(tǒng)一,關(guān)于如何定義卡林型金礦也出現(xiàn)了多種不同的看法。有人稱之為卡林型金礦[1,3],也有人稱之為微細(xì)浸染型金礦(陳紀(jì)明,1990)、地下熱(鹵)水溶濾型金礦(貴金屬礦床地質(zhì)專業(yè)組,1983;欒世偉等,1987;羅鎮(zhèn)寬等[13],1993)、沉積巖型金礦[14](涂光熾,1990)、碳硅泥巖型金礦(王學(xué)曾,1994)等,甚至有稱濁積巖型金礦、可大規(guī)模開采的金礦、熱泉型金礦、殘坡積型金礦[15]、類卡林型金礦[16-18]等。

由上可知,對于如何稱謂和界定卡林型金礦目前還處于一種爭論狀態(tài)[19]?？中徒鸬V是以首例礦床的發(fā)現(xiàn)地命名的;1974年,美國地質(zhì)學(xué)家A.S.Radtke和 F.W.Dickson首先提出了“卡林型金礦”這一概念并歸納其主要特征如下[1]:金與黃鐵礦化、硅化關(guān)系密切;含金礦物顆粒極細(xì);礦石中富含 有機(jī)物;金礦通常沿充填有蝕變火成巖的高角度斷層分布,產(chǎn)于滲透性良好的不純碳酸鹽巖中,并和細(xì)粒硅化巖石及似碧玉巖共生;原生礦之上有氧化帶存在;具泥化巖石;賤金屬罕見;具砷、銻、汞異常,有些礦床中可見砷、銻、汞的礦化;高砷礦石中有鉈;多數(shù)礦床可見晚期石英脈、重晶石脈、方解石脈;黃鐵礦既有同沉積期形成的,也有熱液成礦期形成的;成礦時(shí)代為第三紀(jì)。微細(xì)浸染型是中國學(xué)者通過該類型金礦的研究后,針對礦床中的含金硫化物和金礦物粒度極細(xì)并呈浸染狀分布、礦體(礦石)與圍巖呈漸變過渡、礦化易被忽略等特點(diǎn)而命名。地下熱(鹵)水溶濾型則是在強(qiáng)調(diào)該類型金礦的礦化特點(diǎn)和成礦機(jī)制而命名。微細(xì)浸染型和地下熱(鹵)水溶濾型均是以礦床附近無巖漿侵入活動、成礦與巖漿熱液無成因聯(lián)系為前提因素的。沉積巖型突出了容礦沉積建造的未變質(zhì)和淺變質(zhì)特征與礦床的后生熱液成礦的性質(zhì),以避免礦床成因上的爭論,可以包容更多產(chǎn)于沉積巖中的金礦床,還有學(xué)者直接將卡林型金礦與沉積巖型金礦等同視之(楊蔚華等,1997)。碳硅泥巖型著重描述了礦床的容礦-含礦建造的特殊性。類卡林型則是與經(jīng)典卡林型金礦產(chǎn)于同一地質(zhì)背景下,礦床地質(zhì)、地球化學(xué)特征既相似又有差別的卡林型金礦的變種,如中國的八卦廟金礦[18]。張復(fù)新(1998,2007)提出不能將沉積巖型和卡林型金礦概念等同起來,卡林型金礦的含義不應(yīng)無限擴(kuò)大,僅指狹義的沉積巖型金礦。殘坡積型強(qiáng)調(diào)的是在原生礦床基礎(chǔ)上的后期疊加富集的成礦作用,從礦床產(chǎn)狀上更貼近實(shí)際情況,也反映了微細(xì)浸染型金礦多期成礦的特點(diǎn)和過程。各種命名強(qiáng)調(diào)了這類礦床不同的成礦地質(zhì)特點(diǎn),從不同的角度分析礦床的控礦條件和形成過程,都具合理性但又難于統(tǒng)一歸納。

筆者認(rèn)為,要對卡林型金礦達(dá)成共識,就必須增加卡林型金礦這一概念的包容性,降低進(jìn)入卡林型金礦的門檻,并有一個相對統(tǒng)一的判別標(biāo)準(zhǔn)?？中徒鸬V本身不具有成因意義,任何一種礦床成因類型在其(中)低溫成礦階段,隨著成礦環(huán)境的改變和元素間的組合變化,都可能形成大致符合卡林型金礦特征的金礦床。判別一個金礦是否為卡林型金礦應(yīng)主要考慮以下4條標(biāo)準(zhǔn):①金呈(超)微細(xì)粒存在于不同的容礦巖石中;②礦石構(gòu)造以浸染狀為主,那些以(網(wǎng))脈狀構(gòu)造為主的金礦既使金呈(超)微細(xì)粒存在也不能稱之為卡林型金礦;③成因上統(tǒng)一于中低溫?zé)嵋撼傻V;④礦床具有區(qū)帶集中分布的特點(diǎn)。基于以上標(biāo)準(zhǔn),本文認(rèn)為卡林型金礦定義為區(qū)帶上集中分布的(超)微細(xì)、浸染、中低溫?zé)嵋旱V床。對于符合此標(biāo)準(zhǔn)的金礦床均可用“卡林型”稱之。

2 礦源層及成礦物質(zhì)來源

從國內(nèi)外卡林型金礦床地質(zhì)特征來看,卡林型金礦的賦礦地層為古生界和中生界,從寒武系—三疊系均有產(chǎn)出,不同礦集區(qū)的賦礦層位不同。美國內(nèi)華達(dá)州卡林型金礦的賦礦層位是志留系—泥盆系羅伯茨山(Roberts)組和泥盆系波波維奇(Popovich)組[1],極少數(shù)礦體產(chǎn)于巖漿巖中。我國滇黔桂地區(qū)卡林型金礦[20]的賦礦層位主要為三疊系,其次為二疊系和泥盆系;川西北地區(qū)[21]主要賦礦層位為三疊系;“西北金三角”陽山金礦[18]賦礦地層主要為泥盆系三河口群;秦嶺地區(qū)[22-23]以泥盆系為主,寒武系中也偶有產(chǎn)出(拉爾瑪金礦);贛西地區(qū)卡林型金礦[24-25]多產(chǎn)于上古生界和中生界中,以下石炭統(tǒng)華山嶺組、下二疊統(tǒng)茅口組和下三疊統(tǒng)大冶組為主要賦礦層位;鄂東南地區(qū)卡林型金礦[12]主要賦存在下三疊統(tǒng)大冶組薄層狀-紋層狀和角礫狀碳酸鹽巖中。傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為容礦巖石為沉積巖(涂光熾,1992;劉東升等,1994),劉繼順(2007)等認(rèn)為容礦巖石除沉積巖外,還可擴(kuò)展至(次)火山巖、火山沉積巖、淺變質(zhì)沉積巖,甚至在花崗巖接觸帶及中酸性巖脈發(fā)育區(qū)周圍產(chǎn)出的卡林型金礦也不斷有所報(bào)道[12]。

關(guān)于物質(zhì)來源主要存在3種觀點(diǎn):①賦存地層即礦源層[4,26-28],礦床具有典型的層控礦床屬性;②形成該類礦床的所有成礦元素在淺部熱液系統(tǒng)中都是活動組分,熱液流經(jīng)范圍的任何巖石都可能作為這些元素的來源,因而,賦礦地層不是成礦元素的唯一來源,也不存在特定的礦源層[29-30];Bruce E Nessbitt則進(jìn)一步指出,一些地區(qū)天水的對流深度可達(dá)10～12 km,在這樣的深度,熱液從其流經(jīng)的巖石中萃取的成礦元素足以形成具有工業(yè)意義的金礦床[30];③礦質(zhì)主要來自于地?；虻貧ど畈康膸r漿活動或海底噴流作用而非沉積地層,賦礦層位僅由于其巖性或構(gòu)造條件有利而起到了“捕集器”的作用[31]。

大部分學(xué)者認(rèn)為卡林型金礦與火成巖沒有直接的成因關(guān)系,火成巖只是起著“熱源”的作用,成礦物質(zhì)主要來自地層,成礦熱液主要來自大氣降水(A.S.Radtke,1985;V.F.Hollister,1985;劉東升等, 1987,1994;韓至鈞等,1996)。而另一部學(xué)者則認(rèn)為卡林型金礦的成礦作用與巖漿活動關(guān)系密切,巖漿活動及其產(chǎn)物可以是卡林型金礦床成礦物質(zhì)和成礦溶液的來源,也可以是驅(qū)動熱液系統(tǒng)的熱源(S.B.Romberger,1986;肖龍等,1996)。Geman(1989),Hanington(1986,1988,1989),Huston和Large(1989)等提出卡林型金礦金等成礦物質(zhì)來源于海底熱水沉積巖?？傊?不管卡林型金礦與巖漿關(guān)系如何,許多研究者都認(rèn)為金來自相當(dāng)深部,而不是來自容礦圍巖本身。

筆者在研究滇黔桂“金三角”卡林型金礦時(shí)發(fā)現(xiàn)[19,32],黔西南地區(qū)并不存在金及其他成礦元素的礦源層。在二疊紀(jì)峨眉山玄武巖噴發(fā)以前,黔西南地區(qū)是一個穩(wěn)定的地臺,元素含量變化差異甚小,隨著裂谷環(huán)境的形成,峨眉山玄武巖及后期(堿)基性巖的侵入,二疊系和三疊系才出現(xiàn)了金及大量親鐵元素含量的顯著變化。也就是說,黔西地區(qū)的金礦表面上看來是產(chǎn)在二疊紀(jì)和三疊紀(jì)沉積巖中,本質(zhì)上則混入了大量的基性火山物質(zhì)。金的高背景及其突變性、深源性與本區(qū)親基性場元素組合具有大致相似的地球化學(xué)行為,是本區(qū)右江裂谷帶、富寧—關(guān)嶺SN向斷裂帶、文山—富寧逆沖推覆構(gòu)造帶,特別是峨眉地幔柱所產(chǎn)生的基性巖漿噴溢及火山碎屑濁流沉積的客觀地球化學(xué)反映。王國田(1989)、楊科佑(1992)等[33]的研究成果也顯示出滇黔桂卡林型金礦與峨眉山玄武巖噴發(fā)有關(guān)。李甫安(1990)在研究桂西北主要金礦床地質(zhì)特征時(shí)認(rèn)為桂西北卡林型金礦礦質(zhì)來源于幔隆和幔坡帶。另外一些學(xué)者認(rèn)為該區(qū)卡林型金礦成礦與燕山期巖石圈伸展形成的幔源基性巖有關(guān),如范軍等(1997)、朱賴民等[34]、劉顯凡等[35-36]通過系統(tǒng)的包裹體成分、熱力學(xué)和同位素地球化學(xué)、圍巖對比、礦石和相關(guān)火成巖的元素地球化學(xué)的研究,劉顯凡等(1998)通過礦石、圍巖和石英脈的硅質(zhì)陰極發(fā)光特征的研究,蘇文超等(2001)通過研究石英流體包裹體中的Co,Ni,Cu,Pb,Zn,Pt等微量元素特征研究,均認(rèn)為成礦物質(zhì)來源于上地幔分異的成礦流體。蘇文超(2000)利用Sr同位素示蹤,發(fā)現(xiàn)黔西南爛泥溝、金牙、丹寨礦床成礦流體的n(87Sr)/n(86Sr)為0.701,普遍低于成礦時(shí)賦礦圍巖的0.7124,并據(jù)此認(rèn)為成礦物質(zhì)的幔源成因。也有學(xué)者認(rèn)為成礦物質(zhì)主要來源于地殼,如陳懋弘等[37]利用Re-Os法測試貴州貞豐爛泥溝金礦的含砷黃鐵礦,指出成礦物質(zhì)來源于地殼而不是地幔。

筆者認(rèn)為,與裂谷、區(qū)域性深大斷裂和峨眉山地幔柱長期活動相伴的基性火成巖及火山碎屑濁流沉積是滇黔桂“金三角”地區(qū)卡林型金礦及其他低溫礦產(chǎn)的物質(zhì)來源。我國鄂東南-贛西北礦集區(qū)的卡林型金礦成礦與地幔柱也有直接的關(guān)系,這與美國卡林金礦帶相似。

另外,革檔金礦床黃鐵礦元素分析結(jié)果(表1),環(huán)帶狀黃鐵礦明顯表現(xiàn)為核部S過飽和,邊部S虧損,核部無As,Au,Ni,Zn,Sb,反映出原生黃鐵礦(核部)成分較“單純”,且處于相對還原環(huán)境,而熱液期黃鐵礦(中邊部)由于成礦熱液對原生黃鐵礦的交代,帶入了大量的As和Au,Ni,Zn,Sb等元素,并且原生黃鐵礦中的S被As置換,形成含砷黃鐵礦。這也表明金礦成礦的物質(zhì)來源并非地層,地層中的原生黃鐵礦對金礦的成礦作用起到了“捕集器”的作用。

3 礦床成因

礦床成因是個非常復(fù)雜的問題,不同學(xué)者會形成不同的看法,即使是同一學(xué)者對于同一礦床(區(qū))的成因認(rèn)識,也可能會隨著時(shí)間的推移、工程的不斷揭露、測試手段的不斷改進(jìn)而有所改變。只能說某種假說能更好地解釋(符合)我們所看到的地質(zhì)現(xiàn)象(劉東升等,1994)。目前,關(guān)于卡林型金礦成因比較流行的觀點(diǎn)有:地層改造成礦說(A.S.Radtke,1985;Romberger,1986;劉東升 ,1985,1994;王承祺,1987);熱泉成礦說(B.R.伯格,1980;L.J.布坎南,1981;V.F.Hollister,1987);巖漿熱液成礦說(R.H.西里托,1990;A.潘杰列夫,1986);噴流沉積說(Ridder,1970;Hutch Gison,1971,1975)。P.M.Herzig(1995)等在研究太古宙綠巖型金礦后認(rèn)為卡林型金礦是噴氣作用把金攜入優(yōu)地槽建造中,伴隨化學(xué)沉積,形成整合的層狀金礦床。汪東坡等[38-39]和劉家軍等[40-41]也分別認(rèn)為揚(yáng)子西北緣和黔西南微細(xì)浸染型金礦具有噴流沉積成因。以Sillitoe和Bonham為代表,提出卡林型金礦是與侵入體有關(guān)的巖漿熱液系統(tǒng)的遠(yuǎn)端產(chǎn)物,金等成礦物質(zhì)主要來源于巖漿,在侵入體為中心的礦化范圍內(nèi),含金流體一般通過高角度斷層的滲透通道,使含金熱液長距離運(yùn)移[42]。此外,還有多源成礦說:盡管卡林型金礦成礦流體以天水為主,但礦質(zhì)是多源的,巖漿的、地層的、深部的都可能為卡林型金礦的礦質(zhì)來源,賦礦地層可能提供了部分成礦物質(zhì),也可能是成礦的有利場所(張貽俠等,1996)。

表1 滇東南地區(qū)主要卡林型金礦黃鐵礦元素分析結(jié)果及特征比值Table 1 Analysis of composition and characteristic ratio of elements of pyrite from major carlin type Au deposits

由以上不難看出,關(guān)于卡林型金礦成因問題爭論最多,也是最難達(dá)成共識的?？中徒鸬V類型不屬于礦床成因概念范疇[23],微細(xì)浸染型金礦是礦化產(chǎn)出形式的概念,不屬于成因概念,成因研究要從整個區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造演化角度來進(jìn)行[43]。筆者認(rèn)為對于卡林型金礦成因之所以會出現(xiàn)如此多的不同認(rèn)識,主要是因?yàn)檠芯空咴谘芯康V床時(shí)的側(cè)重點(diǎn)不同,加上對于卡林型金礦地質(zhì)特征及定義界定上的分歧,不同區(qū)帶、不同礦床又表現(xiàn)出地質(zhì)特征的復(fù)雜性和多樣性,測試手段和研究目標(biāo)的不同也能導(dǎo)致對成因的不同看法,就好比不同地質(zhì)年齡的測試方法可能導(dǎo)致成礦年代相差甚遠(yuǎn)一樣,利用這些不同的成礦年代對同一礦床也會有不同的成因認(rèn)識。另外,卡林型金礦床不同礦床的成礦作用也具有一定差別。

從金的豐度可知,要形成一個礦床必須要有3～4個數(shù)量級的富集,僅憑任何一次成礦作用都是難以完成的,因此同一個金礦床既可有淺部物質(zhì)來源又可有深部成礦物質(zhì)來源,這類礦床實(shí)際上是多因復(fù)成的,具有多源多期成礦作用的特點(diǎn)。但在眾多因素中,只有一個占主導(dǎo)地位,決定了礦床的形成,這就要求全面審視整個成礦過程,抓主導(dǎo)因素。

周余國(2009)在研究滇東南卡林型金礦時(shí)根據(jù)殼幔不均一性及殼幔相互作用,提出了預(yù)成礦作用[44]。所謂預(yù)成礦作用,簡言之,就是成礦作用前殼層物質(zhì)經(jīng)過了碰撞、擠壓褶斷、加厚、隆起、風(fēng)化剝蝕等劇烈活動后,再經(jīng)長期的物理、化學(xué)分選進(jìn)而使成礦元素得到初始聚集的過程。筆者認(rèn)為對于卡林型金礦的成因不宜過分苛求,其成礦大致經(jīng)歷了殼幔不均一性及其相互作用→預(yù)成礦作用(預(yù)富集)→成礦作用(構(gòu)造改造、巖漿疊加)→后成礦作用這樣一個大自然對殼幔物質(zhì)所進(jìn)行的一系列“選礦”過程,各種成礦作用之間既相互聯(lián)系又遞進(jìn)發(fā)展,卡林型金礦的形成是多因耦合的結(jié)果。

4 成礦深度及金與砷、銻、汞的關(guān)系

之前,人們根據(jù)卡林型金礦的低溫成礦特征,認(rèn)為卡林型金礦成礦深度在200～300 m以淺。劉東升等(1994)根據(jù)礦物包裹體測定資料計(jì)算我國卡林型金礦成礦溫度一般在165～290℃,為中低溫?zé)嵋旱V床,成礦深度約0.3～1.5 km,個別成礦深度可以大于3 km(如雙王金礦)。S.B.Romberger和Bagby(1991)認(rèn)為卡林型金礦床形成深度可達(dá)3 km;Kuehn和Rose(1992)推斷卡林型金礦石沉淀于(3.8±1.9)km深的減壓帶;Arenhart(1996)推斷該類礦床形成于2～4 km的深度,不同于熱泉型金礦,比人們認(rèn)為的成礦深度大。最近,美國在600～1 000 m深發(fā)現(xiàn)了厚大而品位高的卡林型金礦,如儲量達(dá)25×104kg的 Post-Betze金礦有深度大于600 m的礦體,垂向延深最大的礦體超過750 m而沒有礦物組合和結(jié)構(gòu)的變化。由此可見,卡林型金礦成礦深度并不是之前認(rèn)為的200～300 m以淺。這也啟示我們是否應(yīng)該對于那些認(rèn)為成礦深度不大的礦山加強(qiáng)深部的勘探工作。

卡林型金礦有著非常相似的元素共生組合,即Au,As,Sb,Hg,Ba及Ag。目前普遍用于找礦的特征元素是Au,As,Hg,Sb,李朝陽(1995)認(rèn)為Au與As,Sb,Hg(Tl)等的礦石礦物組合及異常組合是卡林型金礦的“特征”[45]。在研究滇黔桂“金三角”地區(qū)金礦的文獻(xiàn)中[3,46]也常把Au與As,Sb,Hg“混”為一談,似乎Au與As,Sb,Hg有必然的聯(lián)系。筆者在研究滇黔桂“金三角”地區(qū)時(shí),通過區(qū)域地層地球化學(xué)的對比發(fā)現(xiàn)[32],與華南地區(qū)相比,本區(qū)與淺成中低溫?zé)嵋夯顒佑嘘P(guān)的親硫元素具有地球化學(xué)高背景,如Sb,As,Au,Hg富集系數(shù)(富集系數(shù)所用參考值為華南地區(qū)均值,下同)分別為2.69,1.94,1.56,1.55,也即本區(qū)存在Sb,As,Au,Hg等低溫元素礦集區(qū)的地球化學(xué)塊體,這種地球化學(xué)塊體是原始地球的不均一性以及地球從初始演化以來元素分布再分配的最終結(jié)果的體現(xiàn)。Au具有深源性,專屬于與裂谷、特提斯、區(qū)域性深大斷裂和峨眉地幔柱長期活動相伴的基性火成巖及火山碎屑濁流沉積,而As,Sb,Hg則是區(qū)域性的高背景,既可以在有金礦物源的地方在一定的成礦作用下和有利的環(huán)境中與Au伴生成礦,又可在沒有金礦物源的地方作為一種低溫元素組合指示其他礦種的找礦,并可能獨(dú)立成礦于主礦體的外圍。Au與As,Sb,Hg等的組合關(guān)系既有必然性,又有偶然性。筆者認(rèn)為,在研究卡林型金礦時(shí)不宜將Au與As,Sb,Hg相伴產(chǎn)出絕對化,它們之間的組合只是代表一種中低溫成礦作用。

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