黔西南水銀洞卡林型金礦地質(zhì)地球化學特征及成因

陳陽陽， 陳　兵

(1.長安大學地球科學與資源學院，西安　710054； 2.黑龍江省第四地質(zhì)勘察院，哈爾濱　150036)

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黔西南水銀洞卡林型金礦地質(zhì)地球化學特征及成因

陳陽陽1， 陳兵2

(1.長安大學地球科學與資源學院，西安710054； 2.黑龍江省第四地質(zhì)勘察院，哈爾濱150036)

摘要：黔西南水銀洞金礦位于灰家堡背斜西段，是灰家堡卡林型金礦成礦帶的重要組成部分。礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出于灰家堡背斜軸部附近300 m范圍內(nèi)的二疊系龍?zhí)督M大孔隙度生物碎屑灰?guī)r中，形態(tài)與背斜形態(tài)基本一致。組成礦體的礦石礦物主要有黃鐵礦、毒砂、雄黃及雌黃等。硅化、白云石化、黃鐵礦化與金礦關系極為密切。同位素地球化學特征表明，該礦的成礦物質(zhì)主要來自深部。通過對水銀洞金礦成礦地質(zhì)條件的研究，系統(tǒng)總結出該礦床的成礦條件為： 特殊的大地構造背景; 有利的容礦巖石組合; 深部豐富的成礦物質(zhì)和成礦流體來源。該研究為區(qū)內(nèi)相同類型的金礦勘查工作提供了思路。

關鍵詞：黔西南; 水銀洞; 同位素; 成礦地質(zhì)條件; 富集機制

0引言

卡林型金礦于20世紀60年代初首次發(fā)現(xiàn)于美國內(nèi)華達州卡林地區(qū)。該類型礦床規(guī)模大、品位低，容礦巖石為沉積巖。金及載金礦物呈浸染狀分布，普遍發(fā)育中低溫熱液礦物組合及Au-Sb-Hg-As等微量元素組合。卡林型金礦主要分布在美國和中國[1]。中國自從在廣西省境內(nèi)首次發(fā)現(xiàn)該類礦床之后，先后在滇黔桂地區(qū)﹑陜甘川地區(qū)以及華南一些地區(qū)都探明了此類礦床。據(jù)統(tǒng)計，該類礦床所占儲量已達到金礦總儲量的20%[2]。 黔西南水銀洞金礦是滇黔桂金三角地區(qū)20世紀90年代中期發(fā)現(xiàn)的一個特大型卡林型金礦床。礦床規(guī)模大、品位高，部分金品位達幾十至 100 g/t，已突破傳統(tǒng)的卡林型金礦床低品位的概念，這與其特殊的成礦地質(zhì)條件有關。因此，開展水銀洞金礦床金的富集機制研究具有十分重要的理論和實際意義。本文針對黔西南水銀洞卡林型金礦地質(zhì)地球化學特征及成因進行了較深入的研究與探討。

1礦床地質(zhì)特征

水銀洞金礦床位于揚子準地臺西南緣與華南褶皺系右江褶皺帶交界部位的興仁—安龍金礦帶[3]，產(chǎn)于灰家堡背斜西段，在空間上與紫木凼和太平洞金礦床、爛木廠大型汞-鉈礦床，構成了近東西向的長約200 m的灰家堡金-汞-鉈礦田(圖1)。

圖1　灰家堡背斜金礦田地質(zhì)圖[4]Fig.1　Geological map of the Huijiabao gold field[4]

水銀洞金礦床賦存于二疊系龍?zhí)督M地層中，礦體以層控型為主，斷裂型為輔。層控礦體產(chǎn)出于灰家堡背斜軸附近300 m范圍內(nèi)，呈層狀、似層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀基本一致，具厚度薄、品位高等特征。走向上具波狀起伏且向東傾沒以及空間上多個礦體上下疊置的特點。斷裂型礦體產(chǎn)出于背斜近軸部、斷距很小的緩傾斜斷層中，嚴格受斷層破碎帶控制。

礦床的礦石礦物有黃鐵礦、毒砂、雄黃及雌黃，其中以黃鐵礦為主，含量占礦石礦物總量的95%以上。毒砂常與黃鐵礦共生，但富集范圍相對局限，含量小于5%； 雄黃和雌黃呈細脈狀分布，僅見于個別礦層之中，含量小于1%。脈石礦物主要為方解石和白云石，其次為石英，另含少量高嶺石和伊利石。

礦石結構主要有草莓狀結構﹑自形晶結構、它形晶結構﹑膠狀結構、假象結構以及交代殘余結構等； 礦石構造主要有浸染狀、草莓狀、膠狀、晶簇狀、角礫狀以及生物假象等。

礦區(qū)內(nèi)主要的熱液蝕變類型有黃鐵礦化、白云石化、硅化、毒砂化、雄(雌)黃化、方解石化、輝銻礦化、螢石化、滑石化及辰砂化等。其中，硅化、白云石化、黃鐵礦化與金礦關系極為密切(因礦石中毒砂含量少，故毒砂化僅處于相對較次要的位置)，凡金礦產(chǎn)出部位皆有這3種蝕變特征。

2同位素地球化學

2.1硫同位素地球化學

水銀洞金礦硫同位素分析結果如表1所示。

表1　水銀洞金礦硫同位素分析結果[5]

總體來看,樣品中明顯富δ34S(3.18‰～8.67‰)，且礦體和圍巖較為接近。統(tǒng)計學分析結果表明,礦石中黃鐵礦的硫同位素組成變化不大，極差值為5.49‰。

夏勇[6]指出，礦石中除了有沉積成因硫的特征外，還有其他來源硫的加入。掃描電鏡分析結果表明，礦石黃鐵礦具有沉積成因黃鐵礦內(nèi)核(草莓狀)﹑熱液含砷黃鐵礦環(huán)帶以及后期生長表層3層結構。由于多數(shù)情況下黃鐵礦內(nèi)核所占的比例比熱液期黃鐵礦環(huán)帶大的多，所以硫同位素組成主要代表了沉積成巖期的黃鐵礦組成，而不能代表成礦流體的硫同位素組成。

2.2鉛同位素地球化學

水銀洞金礦礦石熱液黃鐵礦的鉛同位素組成有較大的變化(表2)，206Pb/204Pb為17.942～18.452，207Pb/204Pb為15.132～15.642，208Pb/204Pb為38.158～38.729。

表2 水銀洞金礦礦石中熱液黃鐵礦鉛同位素組成[5]

一般認為,鉛在轉(zhuǎn)移和沉淀的過程中，其同位素組成通常是不發(fā)生變化的，因而礦石中鉛同位素組成的相對穩(wěn)定或明顯變化能夠說明成礦物質(zhì)是單一來源還是多來源。水銀洞金礦礦石熱液中黃鐵礦鉛同位素組成的變化反映成礦物質(zhì)可能具有多來源或混合成因。據(jù) Doe等[7]和 Stacey等[8]，低值(低于9.58)的鉛來自下部地殼或上地幔，礦床的形成一般與巖漿活動關系密切，而且在成礦過程中，基本上沒有受到地殼物質(zhì)的混染;高值(大于9.58)的鉛來自鈾、釷相對富集的上部地殼巖石。因此認為,水銀洞金礦黃鐵礦中的鉛主要來自上地幔，并有上部地殼來源鉛的混合或混染，成礦流體可能是深源成因。在鉛構造模式圖上(圖2)，鉛同位素組成落在造山帶附近，表明礦床中的鉛為殼?；旌隙?。

圖2　鉛構造模式Fig.2　Discrimination diagram of Pb isotope composition for tectonic settings

3成礦地質(zhì)條件研究

Teal和Jackson[9]指出，卡林型金礦的控礦因素主要有4個方面： ①古大陸邊緣地殼薄弱部位長期活動帶，主斷層發(fā)育； ②地殼減薄的區(qū)域性構造背景，多次侵入和高熱流； ③多期次的熱液活動； ④活化的高滲透性碳酸鹽巖圍巖。本文通過對水銀洞控礦因素和地質(zhì)條件的研究，認為水銀洞金礦金的超富集主要基于以下幾個方面。

3.1特殊的大地構造背景

滇黔桂“金三角”地區(qū)分布于揚子準地臺的西南緣與華南加里東褶皺帶西緣右江印支裂谷帶的接合部位(深部表現(xiàn)為右江幔隆)。成礦作用與右江裂陷帶的產(chǎn)生、發(fā)展與演化密切相關。成礦構造環(huán)境表現(xiàn)為地塊邊緣裂陷槽拉張與擠壓2種環(huán)境的交替發(fā)展與演化。裂谷帶廣泛發(fā)育各種不同級別和類型的斷裂構造和裂隙，既是深部物質(zhì)流和能量流集中釋放的有利場所，也是成礦物質(zhì)超常富集的有利空間。

區(qū)內(nèi)卡林型金礦分布表現(xiàn)出與古地熱場空間分布的高度一致性。莊新國[10]通過上二疊統(tǒng)煤層的鏡質(zhì)體反射率，圈定了滇黔桂“金三角”地區(qū)上二疊統(tǒng)古地溫分布圖(圖3)，古地熱場表現(xiàn)出由裂谷盆地中心向外逐漸降低的趨勢。在燕山運動期間，基底早已有的斷裂再度復活，并與成礦期一起切穿地殼。深大斷裂活動﹑巖漿活動和異常高地溫為深部含金熱液向上運移提供了通道和熱驅(qū)動力。正是由于構造運動提供了熱動力條件，促使成礦流體向上運移，并在有利位置沉淀下來。

圖3　滇黔桂地區(qū)上二疊統(tǒng)古地溫分布圖[10]Fig.3　Distribution of Upper Permian paleo-geotemperatures in Yunnan-Guizhou-Guangxi area[10]

3.2有利的巖性組合

金礦化對巖性具有明顯的選擇性。當巖石為不純碳酸鹽巖和孔隙度較大的碎裂(塊狀)巖、角礫巖、鈣質(zhì)粉砂巖、細砂巖時，有利成礦。特別是層薄、成分復雜、孔隙多，頂、底板為透水性差的黏土巖、粉砂質(zhì)黏土巖時易形成富礦。

水銀洞金礦具有特殊的巖性組合： 頂?shù)装鍨轲ね翈r，礦層以生物碎屑灰?guī)r為主。在地層中，這種黏土巖-生物碎屑灰?guī)r-黏土巖構成了對成礦極為有利的巖性組合。這種組合在龍?zhí)督M地層序列中重復出現(xiàn)，形成了多層礦體的產(chǎn)出。這種有利巖性組合，在剖面上構建了含水性從隔水層→含水層→隔水層，滲透性從差→好→差，能干性從小→大→小，化學活性從小→大→小的特點。由于其物理性質(zhì)的差異，在區(qū)域擠壓構造的作用下，沿同巖性接觸層面易發(fā)生層間滑脫，導致微裂隙、層間裂隙密集帶，層間破碎帶產(chǎn)生，這為深層地下水(指含礦流體) 的流動提供了通道，是金等成礦元素能從礦源層中淋濾、滲溶的主要條件。黏土巖由于滲透性差，阻擋了礦液的流動，而生物碎屑灰?guī)r或泥質(zhì)生物碎屑灰?guī)r由于具有較高的孔隙度和連通度，微裂隙發(fā)育、因而順層或在裂隙、節(jié)理附近形成彌散型的蝕變和浸染狀的礦化，使礦體與圍巖無明顯界線。所以礦體嚴格賦存于生物碎屑灰?guī)r中，其頂?shù)装宓酿ね翈r或粉砂質(zhì)黏土巖均不含礦，礦體與頂板及底板之間金含量呈突變關系。

3.3深部豐富的成礦物質(zhì)與成礦流體

關于層控型卡林型金礦成礦物質(zhì)與成礦流體的來源有2種觀點，一種認為沉積改造[11]，另一種認為深源成因[12-13]。夏勇[6]通過對水銀洞金礦系統(tǒng)地觀察研究，認為水銀洞金礦床成礦物質(zhì)主要來自于深部，后來有淺部物質(zhì)的加入。聶愛國等[14]進一步指出黔西南卡林型金礦的成礦物質(zhì)來源于地幔，峨嵋地幔柱活動產(chǎn)生的玄武巖漿含有大量的金等成礦物質(zhì)，這些幔源玄武巖漿提供了黔西南金礦床所需金的物質(zhì)來源。

水銀洞金礦的成礦流體具有富含揮發(fā)分、低溫、低鹽度、超高壓的特點。水銀洞金礦主成礦期的流體包裹體均一溫度為200～220 ℃，鹽度(NaCl)5%～6%，壓力1×105～2×105kPa[5]。由于該地區(qū)特殊的巖性組合，這種具有高滲透性的成礦流體可在孔隙度大的不純碳酸鹽巖中發(fā)生側向運移和滲透，從而使不純碳酸鹽巖發(fā)生去碳酸鹽化和硅化等熱液蝕變。在構造作用的影響下，巖石之間產(chǎn)生微裂隙，原有的溫壓條件被打破，金隨含砷黃鐵礦或細粒毒砂迅速結晶而快速沉淀下來。同時，由于層狀礦體之間存在斷裂，成礦流體可能沿著斷裂運移到另外一些滲透性較好的地層中，發(fā)生去碳酸鹽化和硅化等熱液蝕變，并為金礦化準備了條件。

4成礦模式探討

根據(jù)前人研究成果，結合已有的資料分析，認為水銀洞金礦的成礦模式為： 地殼深部和上地幔富含揮發(fā)分的成礦流體，在燕山期構造作用的影響下，沿基底深大斷裂向地殼上部運移。由于龍?zhí)督M特殊巖性組合(黏土巖-生物碎屑灰?guī)r-黏土巖)構成的圈閉，成礦流體在此處富集起來。隨著構造作用的進一步發(fā)展，斷裂破壞了原有圈閉，使流體的揮發(fā)分發(fā)生快速逃逸，流體的壓力驟降，還原性降低，成礦條件發(fā)生巨大變化，Au隨含砷黃鐵礦或細粒毒砂迅速結晶而快速沉淀下來。由于斷層的貫通和有利巖性的重復出現(xiàn)，致使水銀洞金礦床具有多層礦體產(chǎn)出。

5結論

研究表明，水銀洞金礦礦石礦物有黃鐵礦、毒砂、雄黃及雌黃； 硅化、白云石化、黃鐵礦化與金礦關系極為密切。同位素地球化學特征表明，該礦的成礦物質(zhì)主要來自深部，特殊的大地構造背景(兩大構造單元揚子準地臺與右江褶皺帶的接合部位)、有利的容礦巖石組合(大面積分布碳酸鹽巖、不純碳酸鹽巖)，以及深部豐富的成礦物質(zhì)和成礦流體來源，是水銀洞金礦床缺一不可的成礦因素。這些因素相互作用，共同制約著水銀洞超大型卡林型金礦床的形成。

該研究為區(qū)內(nèi)相同類型的金礦勘查工作提供了一定的思路,建議今后對成礦有利部位加大找礦力度。

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(責任編輯： 刁淑娟)

Geological-geochemical features and genesis of Shuiyindong Carlin gold deposit in southwestern Guizhou Province

CHEN Yangyang1, CHEN Bing2

(1.CollegeofEarthScienceandResources,Chang’anUniversity,Xi’an710054,China;2.FourthGeologicalExplorationInstituteofHeilongjiangProvince,Harbin150036,China)

Abstract:The Shuiyindong gold deposit is located in the western section of Huijiabao antiline, and it is an important component of Huijiabao Carlin ore field. The orebodies occur in stratified or stratoid shape in high-porosity bioclastic limestone of the Upper Permian Longtan Formation within 300 m near the axis of the Huijiabao anticline. The shape of the orebodies is similar with that of the anticline. The main metal minerals are pyrite, arsenopyrite, realgar and orpiment. The gold mineralization related closely with silicification, dolomitization and pyritization. The geochemical study of isotopes indicates that the ore-forming materials mainly originated from plutonic source. Based on metallogenic condition of the Shuiyindong gold deposit, it is proposed that special tectonic background, favorable hosting rock assemblage and rich ore-forming materials and fluids are favorable conditions for gold mineralization. These are helpful for further understanding of Carlin gold mineralization, and can provide useful recommendations for reasonable exploration of gold resources in southwestern Guizhou Province.

Key words：southwestern Guizhou Province; Shuiyindong; isotope; metallogenic condition; enrichment mechanism

中圖分類號：P611; P618.51

文獻標志碼：A

文章編號：2095-8706(2016)02-0010-05

第一作者簡介：陳陽陽(1991—),男，碩士研究生，主要從事固體礦產(chǎn)勘查研究。Email： yangyang52c@163.com。

收稿日期：2015-04-24；

修訂日期：2015-11-13。

引用格式： 陳陽陽，陳兵.黔西南水銀洞卡林型金礦地質(zhì)地球化學特征及成因[J].中國地質(zhì)調(diào)查,2016,3(2): 10-14.