湖北省?？悼h六沖坪金礦地質(zhì)特征及成礦作用淺析

周 豹, 任八一, 孫 騰, 劉文文

(1.湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢 430034; 2.?？悼h國土資源局,湖北 襄陽 441600)

1 區(qū)域地質(zhì)背景

六沖坪金礦位于揚子準地臺(Ⅱ)上揚子臺坪(Ⅲ2)黃陵斷穹(Ⅲ22-2)北西緣。黃陵斷穹為一穹窿構(gòu)造(短軸背斜),軸向NE15°,在地質(zhì)演化史上經(jīng)歷了基底形成與蓋層發(fā)展階段。斷穹核部為結(jié)晶基底,由新太古代—中元古代中深變質(zhì)巖和以花崗巖為主的侵入巖組成,并經(jīng)歷了自呂梁運動以來的多期構(gòu)造運動的改造;翼部為南華紀—白堊紀沉積蓋層,屬一套含陸源碎屑的碳酸鹽巖沉積建造,呈環(huán)形沿新太古代—中元古代變質(zhì)結(jié)晶基底展布,未見巖漿巖出露,構(gòu)造變形弱。結(jié)晶基底中內(nèi)生礦產(chǎn)豐富,其中含礦流體作用形成的金礦(床)點星羅棋布,主體為石英脈型金礦;沉積蓋層中外生礦產(chǎn)豐富,其中含礦流體作用形成的六沖坪金礦為近年來國土資源大調(diào)查新發(fā)現(xiàn),總結(jié)其成礦地質(zhì)特征,探討其成礦作用,對指導(dǎo)鄂西地區(qū)尋找新區(qū)、新層位、新類型金礦具有重要指示意義[1]。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)出露的地層主要為寒武系石龍洞組、覃家廟組、婁山關(guān)組,奧陶系南津關(guān)組,其中石龍洞組、覃家廟組地層與金礦關(guān)系密切。

奧陶系南津關(guān)組(O1n):主體巖性為一套灰色中—厚層生物碎屑灰?guī)r。

寒武系—奧陶系婁山關(guān)組(∈2O1l):主體巖性為一套灰—灰白色厚層泥晶白云巖,上部白云石含量高、質(zhì)純,由上往下灰質(zhì)含量增高,局部含少量的炭質(zhì)和粉砂質(zhì)礫屑等。

寒武系覃家廟組(∈2q):巖性較復(fù)雜,主要為灰—灰黃色薄—厚層狀(含藻屑、砂屑)微—細晶白云巖、深灰色薄—中層狀含燧石結(jié)核細晶白云巖夾藻紋層白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、薄層狀白云質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)粘土巖等。發(fā)育平行層理,偶見斜層理等。覃家廟組底部的方解石化、褐鐵礦化泥質(zhì)白云巖是礦區(qū)內(nèi)賦存層位之一。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)構(gòu)造形跡簡單,巖層呈單斜產(chǎn)出,總體向北北西—北北東傾伏,傾角一般4°～8°。斷裂構(gòu)造較發(fā)育,主要有北東向、近南北向兩組斷裂,其中近南北向六沖坪斷裂是本區(qū)金礦體的主要控礦和容礦構(gòu)造。

六沖坪斷裂(F1):長約5 km,斷層走向近南北向,傾向東,傾角84°,為一正斷層,破碎帶一般寬2～5 m,局部最寬可達10 m。帶內(nèi)碎裂巖、構(gòu)造角礫巖、次生石英脈及斷層泥發(fā)育。平行斷面見一組密集的節(jié)理—斷層三角面。此外,局部尚見硅褐鐵礦化、蝕變及石英脈沿裂隙充填。切割石龍洞組及以上所有地層。沿破碎帶次生方解石發(fā)育,部分地段可見重晶石化、螢石化、黃鐵礦化等,表明有構(gòu)造熱液活動,可能為本區(qū)金礦化富集因素之一。該斷裂與順層剪切構(gòu)造耦合部位,控制了礦區(qū)內(nèi)金礦體的產(chǎn)出。

圖1 ?？悼h六沖坪金礦區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological map of Liuchongping gold mine in Baokang County1.第四系;2.奧陶系南津關(guān)組;3.寒武系婁山關(guān)組;4.寒武系覃家廟組;5.寒武系石龍洞組;6.寒武系天河板組;7.寒武系石牌組;8.寒武系牛蹄塘組;9.震旦系燈影組三段;10.震旦系燈影組二段;11.整合地質(zhì)界線;1 2.角度不整合地質(zhì)界線;13.性質(zhì)不明斷層;14.實測正斷層;15.層理產(chǎn)狀;16.金礦化帶及編號;17.金礦體及編號;18.1∶5萬金異常線及下限值。

在寒武系覃家廟組與寒武系石龍洞組接觸部位發(fā)育一組順層剪切構(gòu)造,剪切帶內(nèi)新生面理發(fā)育但不具透入性。礦區(qū)內(nèi)順層剪切帶規(guī)模較大,只要有石龍洞組出露地帶,均可見到其構(gòu)造蹤跡,在六沖坪—糖廠一帶構(gòu)造形跡較清晰,剪切帶寬度可達數(shù)十米,宏觀上觀察巖層成層性保存較好,在露頭尺度上,利用放大鏡即可識別出S—C組構(gòu)、碎斑等剪切標志,新生面理多由泥晶巖石組成,偶可見到云母類礦物,剪切指向為上覆巖塊由南西向北東滑覆。

2.3 地球化學特征

1∶20萬金屬量測量圈定的金異常集中在黃陵斷穹核部,蓋層區(qū)金異常較弱。1∶5萬水系沉積物測量首次在六沖坪一帶發(fā)現(xiàn)高強度單元素Au異常,異常區(qū)呈橢圓狀展布,面積約15 km2,平均值為13.6×10-9,最高值為147×10-9,襯度為3.50,規(guī)模為52.5,外、中、內(nèi)帶均很發(fā)育。元素異常強度高、規(guī)模大,濃度中心明顯。金異常在地域上嚴格受六沖坪巖溶漏斗上的匯水盆地控制,在地質(zhì)背景上受寒武系石龍洞組—覃家廟組控制。

巖石地球化學數(shù)據(jù)顯示(圖2,表1),Ag、Cu、As與Au元素的含量正相關(guān);在整個礦區(qū)除Cu虧損外,Au、Ag、As相對于地殼元素豐度富集特征明顯,尤其是Au、Ag,富集系數(shù)分別達7 222.5和21.8倍;在不同巖組中豐度值差異較大,主元素Au豐度值在南津關(guān)組和婁山關(guān)組最低,覃家廟組中次之,石龍洞組中最高;在不同巖組中的不同巖性層中豐度值差異更大,主元素Au豐度值在石龍洞組白云質(zhì)灰?guī)r和覃家廟組薄層泥質(zhì)白云巖中最高,分別高達28.89、4.07×10-9。

土壤地球化學測量數(shù)據(jù)顯示(圖3),Au、Ag元素的規(guī)模和襯度較高,其中Au3表現(xiàn)更為突出,面積達0.904 4 km2,平均值38.05×10-9,最大值≥150×10-9,標準差0.42,襯度8.33,異常呈不規(guī)則帶狀,內(nèi)、中、外三帶清晰,濃集中心明顯。

從綜合異常圖上可以看出,Au、Ag異常套合較好,被Cu、As異常包裹,Cu、As元素形成組合時,Cu比As分布寬廣。從異常分布特征分析,異常南北向成帶,北東向成串,局部異常成北西向帶狀,說明異常主體受近南北走向的地層格架控制,層間剪切構(gòu)造及后期近南北向次級構(gòu)造對元素的富集有一定貢獻。Au異常分布與石龍洞組及覃家廟組下部展布較吻合,說明石龍洞組及覃家廟組下部地層為礦區(qū)的礦源層。平面上由內(nèi)向外形成Au-Ag-As-Cu分帶,說明Ag-As-Cu可作為尋找金礦的指示元素,Ag為近礦元素。據(jù)此推斷Au3為礦致異常。經(jīng)工程驗證,進一步證實Au3為礦致異常。

3 礦體地質(zhì)特征

3.1 礦化帶特征

在區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)金礦化帶有2種分布特征:

(1) 沿六沖坪斷裂分布,為區(qū)內(nèi)金礦體主要產(chǎn)出部位。該礦化帶主要展布于三角池—六沖坪—魯家埡—糖場一帶,向南北均有延伸。礦區(qū)內(nèi)長約5 km,一般寬2～5 m,局部最寬可達10 m,產(chǎn)狀與斷層產(chǎn)狀近于一致,走向近南北向,向東陡傾。礦化帶內(nèi)褐鐵礦化、黃鉀鐵礬化、方解石化、硅化蝕變較強,局部可見少量的重晶石化,一般含Au 0.2～5.02 g/t,最高達44.3 g/t;含Ag 0.72～91 g/t,最高達147 g/t。

圖2 六沖坪金礦區(qū)地質(zhì)—巖石地球化學測量(Ⅲ)剖面圖Fig.2 Geological and geochemical measurements (Ⅲ) section of Liuchongping gold mine1.頁巖;2.硅質(zhì)頁巖;3.灰?guī)r;4.白云質(zhì)灰?guī)r;5.薄層狀白云巖;6.中層狀白云巖;7.厚層狀白云巖;8.粉砂質(zhì)礫屑白云巖;9.方解石化白云巖;10.灰質(zhì)白云巖;11.泥質(zhì)白云巖;12.褐鐵礦化白云巖;13.婁山關(guān)組;14.覃家廟組;15.石龍洞組;16.Au元素含量曲線;17.Cu元素含量曲線;18.As元素含量曲線;19.Ag元素含量曲線;20.性質(zhì)不明斷層。

表1 六沖坪金礦區(qū)巖石中元素含量表Table 1 Table of element contents in rocks of Liuchongping gold mine

組巖石名稱樣品數(shù)/個平均值/×10-6Au/×10-9AgCuAs南津關(guān)組生物屑粗晶灰?guī)r21.023.750.058.45婁山關(guān)組白云巖2930.632.810.072.24灰?guī)r271.532.210.112.65頁巖60.649.750.104.82覃家廟組中厚層白云巖821.653.480.106.75薄層泥質(zhì)白云巖844.073.540.1111.04頁巖70.967.560.063.39石龍洞組白云質(zhì)灰?guī)r5028.892.7711.0816.46沉積巖中化學元素的平均含量/(μg·g-1)0.00X0.0X4 1 地殼元素豐度表(黎彤)/(μg·g-1)0.0040.0863 2.2

(2) 沿石龍洞組與覃家廟組接觸界面,主要在石龍洞組頂部順層分布;該礦化帶主要展布于六沖坪—廟埡—青牛觀一帶,有多條分枝,時而穿入石龍洞組頂部,時而穿入覃家廟組底部,在石龍洞組頂部穩(wěn)定性相對較好,此種礦化帶在糖場南延伸出礦區(qū),區(qū)內(nèi)蜿蜒伸曲總長約10 km,一般厚10～20 m,產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀近于一致,礦化帶內(nèi)方解石化、硅化、重晶石化蝕變較強,局部可見少量的絹云母化,一般含Au0.1～0.2μg/g。

3.2 礦體特征

初步圈定Au1、 Au2、 Au3礦(化)體三個(圖1)。

Au1礦體:產(chǎn)于沿石龍洞組與覃家廟組接觸界面分布的礦化帶內(nèi)偏石龍洞組一側(cè),賦礦巖性為灰色方解石化、硅化、重晶石化厚層白云巖,礦體北西和南東端均被第四系覆蓋,北東側(cè)延伸入山體內(nèi),地表可見長度80 m,厚約1 m。礦體產(chǎn)狀傾向48°,傾角4°。推斷礦體西側(cè)產(chǎn)狀嚴格受六沖坪斷裂帶控制。礦體頂板為泥質(zhì)白云巖,底板為灰色重晶石化厚層白云巖。含Au4.6μg/g。與此礦化露頭特征類同的巖石露頭在鄒家老屋溝西也可見及,但礦化強度較低。

圖3 六沖坪金礦區(qū)1∶1萬土壤測量Au-Ag-Cu-As綜合異常圖Fig.3 1∶1 000 0 Au-Ag-Cu-As comprehensive anomaly map for soil survey of Liuchongping gold mine1.Au元素異常及編號;2.Ag元素異常及編號;3.Cu元素異常及編號;4.As元素異常及編號;5.綜合異常及編號。

Au2礦體:產(chǎn)于沿六沖坪斷裂分布的礦化帶內(nèi),賦礦巖性為灰色碎裂巖化褐鐵礦化、方解石化、硅化厚層白云巖,礦體北端和南端均被第四系覆蓋,地表可見長度約500 m,厚度1.54～2.18 m,平均厚度1.86 m,厚度較為穩(wěn)定。在礦體北部產(chǎn)狀,東側(cè)與地層產(chǎn)狀近于一致,傾向325°,傾角7°;西側(cè)與剪切帶產(chǎn)狀一致,傾向92°,傾角82°。礦體產(chǎn)狀在南部嚴格受六沖坪斷裂帶控制,傾向89°,傾角84°。礦體頂?shù)装寰鶠槭埗唇M灰質(zhì)白云巖。含 Au0.06～4.00μg/g,平均值為1.99μg/g,達到氧化礦石的工業(yè)品位要求。

Au3礦體:產(chǎn)于沿六沖坪斷裂分布的礦化帶內(nèi),賦礦巖性為灰色碎裂巖化褐鐵礦化、黃鉀鐵礬化、方解石化、硅化厚層狀白云巖,地表出露長度約100 m,厚度0.71～4.0 m,傾向85°,傾角68°,Au品位0.20～26.6 g/t。該礦體產(chǎn)狀嚴格受六沖坪斷裂帶控制。

3.3 礦石質(zhì)量

品位變化特征:礦體品位變化總趨勢為由北往南、由弱增強。由礦體中心向兩側(cè)礦化強度減弱。礦化強度與褐鐵礦化、硅化、黃鉀鐵礬礦化等蝕變強度呈正比,與螢石化強度成反比,與方解石化關(guān)系不明。現(xiàn)有資料揭示,當?shù)V體中僅發(fā)育有方解石化、重晶石化時,金礦化強度<1μg/g;出現(xiàn)硅化時,金礦化強度介于1～2μg/g;出現(xiàn)褐鐵礦化時,金礦化強度介于2～4μg/g,褐鐵礦化強度高時,金礦化強度反而弱;出現(xiàn)黃鉀鐵礬礦化時,金礦化強度高達44.3μg/g。

礦石特征:礦化巖石為方解石化黃(褐)鐵礦化(硅化、絹云母化、重晶石化)泥質(zhì)白云巖,巖石呈黃褐色,具藻礫屑藻砂屑結(jié)構(gòu)、泥晶結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造。巖石中方解石呈白色網(wǎng)脈狀,黃鐵礦有兩個世代,早期呈他形粒狀,集合體呈細網(wǎng)脈狀,多已風化成褐鐵礦;晚期呈淺灰色、自形粒狀,顆粒粗,晶徑達2 mm。硅化有兩種產(chǎn)出形態(tài):其一呈浸染狀,其二呈網(wǎng)脈狀。絹云母少見,多充填于新生的面理域內(nèi)。重晶石呈自形粒狀,在巖石中呈浸染狀?？傮w上看,礦化巖石呈順層狀產(chǎn)出,在露頭尺度上觀察有切層現(xiàn)象,巖層中的原生面理多被改造,殘余面理具強烈的揉變特征。蝕變礦物多沿新生面理充填、交代。

礦石礦物成分較簡單,種類不多,主要有用組分為Au,伴生有益組分Ag1×10-6～5.39×10-6,其他有益、有害組分待測。黃鐵礦為金的主要載體。脈石礦物以白云石為主,次為方解石及粘土礦物等。

礦石類型按氧化程度可劃分為原生礦石、氧化礦石;工業(yè)類型為微細粒浸染型金礦石。

圍巖與夾石:除Au1礦體頂板為泥質(zhì)白云巖,底板為灰色重晶石化厚層白云巖外,其它工程所控制的礦體頂?shù)装鍘r性均為灰質(zhì)白云巖?，F(xiàn)有工程所控制的礦體均為單一礦層,未見夾石。

4 稀土及微量元素特征

在六沖坪金礦中共選擇了7件樣品進行測試,具體稀土及微量元素分析結(jié)果見表2。

4.1 稀土元素地球化學特征

前人大量研究表明,稀土元素在解釋巖石成因、來源、演化和形成背景上具有重要的作用,是一個良好的指示劑。

以金礦石、螢石化白云巖、微晶白云巖、角礫狀白云巖為研究對象,分別做稀土元素標準化分布型式圖(圖4),其標準化采用Sun&McDonough(1989)球粒隕石數(shù)據(jù)[2]。

由圖4可以看出,礦石和螢石化白云巖具有基本一致的稀土元素分布型式,均為具有明顯負Eu、負Ce異常的輕稀土富集型,ΣREE=10.20×10-6～28.49×10-6、LREE/HREE=3.21～4.47、LaN/YbN=2.58～3.98、δEu=0.63～0.78、δCe=0.61～0.88。微晶白云巖和礦石相近,但具有很弱的正Ce異常,且更加富集輕稀土,ΣREE=25.02×10-6～50.57×10-6,LREE/HREE=6.73～7.12,LaN/YbN=4.11～5.87,δEu=0.56～0.67,δCe=1.05～1.12。相比之下,角礫狀白云巖具有較大區(qū)別,為具有弱負Eu、負Ce異常的輕稀土富集型,比礦石更加富集輕稀土,ΣREE=16.51×10-6～18.36×10-6,LREE/HREE=8.48～9.31,LaN/YbN=11.25～11.94,δEu=0.89,δCe=0.89～0.92。

對于沉積巖而言，稀土元素的配分模式主要受到原巖的影響，但是熱液蝕變也是改變稀土元素配分的一個重要的因素，尤其是對于熱液礦床中的礦石而言[3]。因此，可以推斷的是對于同種巖性的沉積巖來說，由沉積作用導(dǎo)致的稀土元素特征應(yīng)該相同，而熱液流體中的REE組分則可能導(dǎo)致熱液礦床中礦石和圍巖出現(xiàn)不同的稀土元素特征。

螢石化白云巖、微晶白云巖和礦石中Eu均表現(xiàn)出了較為明顯的負異常，在未蝕變的圍巖中負異常的程度更大。這就表明，圍巖中的部分Eu可能隨著還原性的熱液流體被淋濾出來?？梢酝茢?，成礦流體可能在還原的環(huán)境下形成并運移，并導(dǎo)致了Eu從圍巖中淋濾出來進入到礦石中而削弱了礦石中Eu的負異常程度。

4.2 微量元素地球化學特征

以金礦石、螢石化白云巖、微晶白云巖、角礫狀白云巖為研究對象,做微量元素標準化蛛網(wǎng)圖(圖5),其標準化采用原始地幔數(shù)據(jù)。

從表2可知,六沖坪金礦礦石的As、Hg、Ba、Pb等微量元素含量明顯高于圍巖,礦石Zn、Nb、Ta、Th、Hf含量與圍巖基本一致,說明礦石具As、Hg、Ba、Pb元素富集的特征,為化探找金提供了良好的指示。而Zn、Nb、Ta、Th、Hf等元素在礦石與圍巖中的含量無明顯差異,認為這些元素在礦石中的含量基本上不受礦化熱液活動的影響。

表2 六沖坪金礦區(qū)礦石及圍巖稀土、微量元素含量表Table 2 Contents of REE and trace elements in ores and surrounding rocks of Liuchongping gold mine

注:樣品稀土、微量元素由湖北省地質(zhì)實驗測試中心測定,單位為10-6。

由圖5可以看出，所有巖礦石中大離子親石元素(LILE)中的Sr 和 Ba 相對富集，且金礦石、螢石化白云巖和微晶白云巖具有近似的微量元素分布型式，比角礫狀白云巖更加富集Sr、Ba等大離子親石元素。Sr 富集，說明巖石成因可能與抗風化和蝕變能力較強的巖石、與消減作用有關(guān)的巖石有關(guān)；Sr 未分餾，說明巖石成因與弱蝕變、抗蝕變能力較弱的巖石有關(guān)；Sr 虧損，說明抗蝕變能力弱，巖石遭受了較強烈的蝕變[4]。由此表明六沖坪的巖礦石抗蝕變能力較強，與礦區(qū)巖礦石蝕變作用普遍較弱的基本事實相符。

圖4 六沖坪金礦礦石及圍巖稀土元素標準化分布型式圖Fig.4 Normalized distribution pattern of rare earth elements in ores and surrounding rocks of Liuchongping gold mine

圖5 六沖坪金礦礦石及圍巖標準化微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.5 Spider map of standardized trace elements in ore and surrounding rock of Liuchongping gold mine

巖礦石中高場強元素(HFSE)中的Ti 相對虧損。Ti 富集或未分餾，說明巖石成因與地幔的富鈦性質(zhì)、不具同化混染的玄武質(zhì)巖石或富鈦鐵礦物的堆積巖有關(guān)；Ti 虧損，說明巖石成因與地幔的貧鈦性質(zhì)、地殼巖石、花崗質(zhì)巖石、具同化混染的玄武質(zhì)巖石、具富鈦礦物分離結(jié)晶的殘余熔體有關(guān)[5]。由此表明六沖坪金礦巖礦石成因可能與地殼物質(zhì)有很大的關(guān)系，成礦物質(zhì)可能主要來源于地殼。

5 成礦作用淺析

成礦熱液可能來源于大氣降水循環(huán)作用下的碳酸鹽巖地層形成的弱酸性流體,繼承了區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖的微量元素特征。當成礦流體作用于六沖坪斷裂時,因物理化學條件改變而卸載金元素成礦,使礦石具有和圍巖相近的微量元素配分型式。隨著黃鐵礦、螢石等鹵化物形成,成礦熱液向弱堿性氧化方向轉(zhuǎn)變,Ce3+氧化為Ce4+而遷出,導(dǎo)致蝕變白云巖和礦石具有顯著的負Ce異常,抬升剝蝕階段的氧化作用可能加劇這一趨勢。

六沖坪金礦處于黃陵斷穹北西側(cè)碳酸鹽巖臺地,金礦體受近南北向高角度斷裂控制,呈脈狀、透鏡狀產(chǎn)出;礦石類型為蝕變白云巖角礫巖,鏡下鑒定未見金礦物;主要有黃鐵礦化、螢石化、方解石化、硅化、褐鐵礦化等中低溫熱液蝕變;與金伴生的元素組合為Au-As-Hg-Pb;成礦熱液可能為大氣降水作用于沉積地層形成。