隨棗地區(qū)金多金屬礦成礦地質(zhì)條件分析及成礦模式探討

吳康生，陳 婕，徐志濤，但家軍

(湖北省地質(zhì)局 第八地質(zhì)大隊,湖北 襄陽 441002)

隨棗地區(qū)處于秦嶺—大別成礦帶東段,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,巖漿活動頻繁,變質(zhì)作用強烈,成礦條件有利。金多金屬礦由變質(zhì)熱液、構(gòu)造熱液、巖漿熱液相互疊加的多因素?zé)嵋簭?fù)合作用成礦。成礦物質(zhì)來源具多元性、成礦過程具多階段性的特點,該區(qū)金銀礦屬于受韌性—脆性剪切蝕變帶及碎裂巖帶控制的中低熱液礦床。區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)有眾多的金、銀、銅、鋅、鉛及鉬、鎢、螢石等礦床(點)(圖1),說明區(qū)內(nèi)具有良好的成礦前景。本文系統(tǒng)收集了前人研究成果,試圖對該區(qū)多金屬礦成礦地質(zhì)條件進行分析,對成礦模式進行探討。

圖1 湖北省隨棗北部地區(qū)地質(zhì)略圖Fig.1 Geological map in north of Suizao area of Hubei province1.超基性巖；2.基性巖；3.酸性巖；4.中性巖；5.實測平推斷層；6.剝離斷層；7.背形構(gòu)造及編號；8.向形構(gòu)造及編號；9.倒轉(zhuǎn)背斜構(gòu)造及編號；10.倒轉(zhuǎn)向斜構(gòu)造及編號。

1 成礦地質(zhì)條件分析

1.1 成礦物質(zhì)來源

研究區(qū)主體位于桐柏大別地層區(qū),其次是十堰隨州地層區(qū)中的隨南小區(qū),北淮陽地層區(qū)僅分布于圖幅東北邊緣。桐柏—大別地層區(qū),出露有新太古代—古元古代的桐柏巖群及晚白堊世—新近世“紅層”。桐柏巖群巖性由黑云母斜長片麻巖、黑云斜長變粒巖、黑云斜長淺粒巖、大理巖、透閃巖及角閃巖等組成。十堰—隨州地層區(qū),主要為隨南小區(qū)和武當(dāng)山小區(qū)。武當(dāng)山小區(qū)內(nèi)出露南華紀、震旦紀和早寒武紀和中—新生代地層；隨南小區(qū)出露有早寒武世—志留紀雙尖山組灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r,寒武紀—奧陶紀古城畈群的石英絹云千枚巖、泥質(zhì)鈣質(zhì)板巖、灰?guī)r及玄武巖,志留紀蘭家畈組、金板組的玄武巖夾硅質(zhì)板巖、石英絹云千枚巖、泥質(zhì)粉砂巖、大理巖、灰?guī)r,中志留世雷公尖組變石英砂巖、粉砂質(zhì)千枚巖、雜砂巖等。

金礦成礦物質(zhì)來源可能經(jīng)歷了多種形式、多種途徑的遷移富集過程。桐柏山雜巖自古生代以來一直是處于熱隆起區(qū),多次的熱流體作用,伴隨著強烈的堿質(zhì)交代、混合巖化作用,使其成礦元素活化并向四周遷移。遷移的結(jié)果,使得周圍巖石成礦元素豐度增高,桐柏雜巖體內(nèi)豐度降低(表1)。統(tǒng)計區(qū)內(nèi)各類巖石元素含量,從(表2和表4)中可看出區(qū)內(nèi)成礦元素含量均不高,與背景值相當(dāng)。但不同巖石之間存在著含量位差,與本區(qū)成礦最為密切的白云鈉長片巖、綠片巖類巖石,無論是成礦元素、親硫元素和親鐵元素含量均存在著明顯的差異,這些差異在構(gòu)造均一化的過程中,是元素遷移的原動力。元素的富集首先決定于元素是否遷移及其遷移的強度。因此,不同巖石中元素含量差異常越大,其遷移的可能性越大。

表1 地層及巖體成礦及指示元素豐度值統(tǒng)計表Table 1 Statistical table of stratra and rock mass mineralization and indicating element abundance

表2 巖石微量元素含量表Table 2 Table of trace elements in rocks

對本區(qū)礦體及蝕變圍巖的稀土配分曲線與區(qū)內(nèi)巖漿巖、片麻巖、糜棱巖及白云鈉長片巖、白云石英片巖類對比(圖2-圖3,表3-表5),可見差異較大。主要反映為配分曲線平緩，但與綠片巖類輕稀土配分曲線較為近似。曲線偏下,反映出蝕變成礦過程中,稀土總量下降的特征。因此,從稀土配分特點看,成礦物質(zhì)來源與綠片巖類巖石有著密切的關(guān)系。

據(jù)《湖北省隨州黑龍?zhí)丁艏覟辰鸬V田地球化學(xué)特征研究》(1992)資料,區(qū)內(nèi)黃鐵礦δ34S值一般在1.5%～8.5%,閃鋅礦、方鉛礦δ34S值一般為-2.7%～-12.29%,圍巖中的黃鐵礦δ34S值一般為-2.47%～3.36%；汪家灣—卸甲溝圍巖中黃鐵礦δ34S值為8.38%,略高于蝕變巖中的黃鐵礦。蝕變巖與圍巖具相同的數(shù)據(jù)模型,說明蝕變巖與圍巖硫的來源具相同的來源(深源或蝕變巖的硫來源于圍巖)。

表3 巖漿巖類稀土元素含量表Table 3 Table of rare earth elements in magmatic rocks

表4 片麻巖類稀土元素含量表Table 4 Table of rare earth elements in gneiss

鉛同位素特征(表6)反映鉛同位素模式年齡與耀嶺河組綠片巖原巖形成期相吻合。

另據(jù)譚秋明(1992)研究該區(qū)巖石金、鈀含量及計算結(jié)果(表7),可見本區(qū)巖石中金的含量大多高于該類巖石中原始金的含量,均顯示金富集特征。僅綠簾角閃陽起片巖中顯示金輸出,也可以說明金來自于綠片巖。

另據(jù)李石(1990年)[1]對黑龍?zhí)兜V區(qū)中的黃鐵礦、彎楊柳礦區(qū)的方鉛礦、大仙垛花崗巖中的長石進行鉛同位素測試,其組成三者基本一致。因此也可以認為花崗巖體的侵入不僅為成礦提供了熱源,而且也提供了成礦物質(zhì)。

綜上所述,該區(qū)金銀等成礦物質(zhì)的來源是多元的,既有來自于圍巖,特別是綠片巖系,也有來自花崗巖體的熱液活動。

1.2 熱動力因素

成礦作用的熱動力是重要的成礦因素之一,區(qū)內(nèi)成礦的熱動力來源主要是構(gòu)造運動。

早古生代末期加里東運動揭開了本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的變形史。在空前強大的熱動力作用下,不僅使其之前的古老建造(早古生代以前火山—沉積巖層)終結(jié)了沉積,并遭受改造變形,形成區(qū)內(nèi)早期褶皺、斷裂、韌性剪切推覆構(gòu)造,即隨北推覆構(gòu)造帶。這期構(gòu)造運動的早期使得桐柏巖群上隆,在桐柏巖群核部有混合巖化和巖漿巖的侵入活動,形成區(qū)內(nèi)最大的熱源區(qū)，使得桐柏巖群中的成礦物質(zhì)由核部向外轉(zhuǎn)移,形成成礦物質(zhì)的初始富集階段,主要富集于韌性剪切帶強變形帶中[2]。海西—印支期的構(gòu)造運動,來自南西及北東方向的強大應(yīng)力,使得本區(qū)地殼改造達到高峰期,形成北西向的區(qū)域性大斷裂和北西向的緊閉褶皺及走滑韌性剪切帶,以及七尖峰花崗巖體的侵入作用形成區(qū)內(nèi)最主要的熱源區(qū),并與成礦有著極為密切的關(guān)系。

圖2 各類巖石稀土元素配分曲線Fig.2 Distribution curve of rare earth elements in various rocksa.巖漿巖類；b.片麻巖類,13號為斜長角閃巖；c.糜棱巖類,17為平均值,18為隨北區(qū)石英質(zhì)超糜棱巖；d.礦體及蝕變巖。

圖3 各類巖石稀土元素配分曲線Fig.3 Distribution curve of rare earth elements in various rocksa.白云鈉長—白云石英片巖；b.綠泥片巖；c.黑龍?zhí)禩C16—37為頂板圍巖,40、42為礦體,余為蝕變圍巖；d.卸甲溝TC1076,順序由頂板蝕變圍巖向底板圍巖。

表5 糜棱巖類稀土元素及應(yīng)力特征表Table 5 Table of mylonite rare earth elements and stress characteristics

表6 鉛同位素特征表Table 6 Table of isotopic characteristics of lead

表7 金、鈀含量計算表(單位：10-9)Table 7 Calculation table of contents of gold and palladium

燕山期構(gòu)造運動階段,由于早期構(gòu)造破壞了邊界限制和地殼的硬化,故變形以脆性為主,熱作用以集散為主,并導(dǎo)致區(qū)內(nèi)燕山期不同規(guī)模的花崗巖侵入,形成花崗巖體周圍的熱源區(qū),并形成與該期巖漿侵入活動有關(guān)的巖漿熱液礦床。

縱觀全區(qū),熱源區(qū)主要來自印支期的造山運動,特別是以七尖峰花崗巖體為核心的熱隆起區(qū),是本區(qū)中—淺變質(zhì)巖地帶熱液型金屬礦(化)形成的主要熱源區(qū)。

1.3 成礦熱液來源

區(qū)內(nèi)Au、Ag貴金屬礦無論是石英脈型還是蝕變巖型和多金屬硫化物充填型均為中低溫?zé)嵋撼梢?。從成礦過程來看,成礦主要經(jīng)歷兩個階段：早期產(chǎn)于韌性剪切帶內(nèi)的低品位的蝕變巖型金礦(以金元素富集形成低品位的金礦),晚期為碎裂巖化的蝕變巖型金銀礦和多金屬硫化物充填型銀金(多金屬)礦,成礦元素為富集金、銀并含有銅、鉛、鋅,甚至還含有鎢。蝕變巖型金礦類型,即是早期礦化階段,應(yīng)與韌性剪切帶造成變質(zhì)分異熱液活動有關(guān),成礦元素在韌性剪切帶中初始富集,局部地段形成低品位礦體。碎裂蝕變巖和多金屬硫化物礦脈充填型銀金(多金屬)礦,應(yīng)與走滑構(gòu)造活動和七尖峰花崗巖侵入活動有關(guān),走滑構(gòu)造為熱液活動提供了空間,花崗巖侵入為成礦提供了熱動力和物質(zhì)來源。

本區(qū)的區(qū)域變質(zhì)作用主要有兩期：即早期熱變質(zhì)期,使全區(qū)前寒武系發(fā)生由南向北的遞增變質(zhì)(低綠片巖—黑云母—高綠片巖—低角閃巖相)；晚期低溫動力變質(zhì)作用,使早古生界巖層形成板巖—千枚巖和元古界已變質(zhì)的巖層造成顯著的退化變質(zhì)現(xiàn)象。由中低—高溫→高壓—低溫的持續(xù)不斷的長期作用,無疑將會產(chǎn)生大量的變質(zhì)熱水溶液,以便成礦組分活化并自熱異常中心向周圍低壓、擴容帶遷移。因此,本區(qū)內(nèi)早期形成的斷裂帶、韌性剪切帶、層間滑脫帶等部位將成為成礦的有利場所。

巖漿熱液是巖漿巖侵入活動的晚期階段的必然產(chǎn)物,而且這種殘余熱液流體對成礦起到很重要的作用。據(jù)區(qū)內(nèi)含Au的蝕變巖和含Au的多金屬硫化物石英脈的石英包體中的氫氧同位素測試結(jié)果,其與正常巖漿水基本相似,將其結(jié)果投影到δD-δ18O關(guān)系圖解中,落于初始巖漿水(圖4)及巖漿水與大氣降水之間(圖5),從而表明成礦溶液來自巖漿熱液與大氣降水的混合。上述表明金、銀成礦溶液來源與巖漿侵入有關(guān),但也不否認成礦熱液來源于變質(zhì)水、地下熱水等,成礦熱液來源應(yīng)是多元的。

圖4 大堰金銀礦點δD—δ18O關(guān)系圖Fig.4 δD-δ18O diagram of gold and silver ore in DayanD9.樣品投影點。

圖5 礦區(qū)成礦熱液氫、氧同位素組成圖解(據(jù)Shepperd,1979)Fig.5 Diagram of hydrogen and oxygen isotopic compositionsof ore-forming hydrothermal fluid in the mining area

1.4 控礦構(gòu)造分析

該區(qū)控礦構(gòu)造主要是斷裂構(gòu)造,北西向斷裂帶是區(qū)內(nèi)主要控礦構(gòu)造。自北向南有新(城)—黃(陂)斷裂帶、黑龍?zhí)丁都诇蠑嗔褞?、大陳家灣斷裂帶和新—太斷裂帶等組成北西向斷裂控礦系。沿斷裂帶分布有金、銀貴金屬礦床(點)和重砂、化探異常集中地段,以及相關(guān)的蝕變普遍發(fā)育,從而形成區(qū)內(nèi)貴金屬礦及異常的集中分布帶[3]。

北西向斷裂構(gòu)造經(jīng)歷了多期次不同性質(zhì)的演化階段,除大陳家灣斷裂帶之外(大陳家灣斷層地表僅見有碎裂巖及蝕變的碎裂巖,可能下部隱伏有韌性變形的構(gòu)造巖),其它一些斷裂大體上都經(jīng)歷了早期深層次的韌性—韌脆性剪切構(gòu)造變形,晚期疊加了脆性變形改造的過程。特別是在新(城)—黃(陂)斷裂與新—太斷裂帶之間在逆沖推覆構(gòu)造活動的后期,來自南北方向的主應(yīng)力繼續(xù)作用,與新(城)—黃(陂)斷裂呈45°的角度相交。在新(城)—黃(陂)斷裂帶北側(cè)桐柏雜巖的抗阻作用下,形成應(yīng)力的分解,新(城)—黃(陂)斷裂北側(cè)有一組力向南東向運動,斷裂帶南側(cè)力向北西方向運動,形成青苔—封江口右行走滑構(gòu)造帶。青苔—封江口右行走滑構(gòu)造帶使得先期形成的黑龍?zhí)丁都诇霞羟袔Оl(fā)生雙重右行走滑剪切改造,并形成一系列的斜列派生構(gòu)造,以及黑龍?zhí)丁都诇蠑嗔褞а刈呦蛏闲纬伞癦”字形扭動構(gòu)造。這些派生構(gòu)造及“Z”字形扭動構(gòu)造為成礦提供了必要的通道和富集場所。燕山期地殼抬升,該區(qū)進入到較淺層次,疊加了脆性改造形成角礫和碎裂巖,為成礦和熱液蝕變提供了條件。

由此看來,早期韌性變形階段使得成礦物質(zhì)得到初始富集,或有低品位的礦體形成。晚期脆性變形階段,亦是區(qū)內(nèi)巖漿巖侵入活動的主要階段,一方面為巖漿侵入期攜帶成礦物質(zhì)的熱液提供了運移通道及沉淀的空間,另一方面由韌性變形轉(zhuǎn)化為脆性變形使得一部分成礦物質(zhì)在含礦熱液的作用下產(chǎn)生交代，并萃取圍巖中的成礦物質(zhì)與原先熱液中的成礦物質(zhì)一起運移到適當(dāng)?shù)臉?gòu)造部位形成礦體或礦化體。

1.5 構(gòu)造發(fā)展階段與成礦的關(guān)系

金、銀貴金屬的成礦作用與構(gòu)造發(fā)展階段的多期活動有著一定的關(guān)系。

早期(加里東期)的韌性變形階段,主要體現(xiàn)在南北向擠壓作用下形成東西向的褶皺和韌性推覆剪切構(gòu)造,在構(gòu)造帶中形成殘余片狀絹云石英片巖,含Au 0.3×10-6～0.5×10-6,Ag 1×10-6～60×10-6。形成初始富集。這一期的含Au、Ag較高的殘余片狀絹云石英片巖主要出露于黑龍?zhí)丁{子口寨以北地區(qū)至歪垛山一帶。

海西—燕山期伴隨北西向的右行走滑構(gòu)造形成的黃鐵絹云巖化碎裂—糜棱巖,是Au礦化主要成礦時期,構(gòu)造透鏡體邊緣及韌—脆性變形的巖石經(jīng)蝕變形成蝕變巖型的金礦屬于此期。

燕山期脆性變形階段形成的碎裂巖以及花崗巖體的侵入,形成銀金礦體,硫化物多金屬礦脈和含金的石英脈屬于該期產(chǎn)物。燕山晚期(晚白堊紀)富鉀的花崗斑巖或花崗巖體的侵入形成區(qū)內(nèi)銅、鉬或金、鉬(鎢)礦化,如王家大山的銅、金礦化,吳山的銅、金、鉬礦化,戴家灣的鉬、金、螢石礦化應(yīng)與該期巖漿活動有關(guān)。

1.6 成礦序列

經(jīng)上述成礦地質(zhì)條件分析,總結(jié)該區(qū)成礦序列如表8所示。

表8 成礦序列簡表Table 8 Table of metallogenic sequence

2 成礦模式

本區(qū)金銀礦具有多因素的礦床特征,但最終形成成型的礦床,則主要是在巖漿熱液和構(gòu)造熱液的復(fù)合作用下形成的,具有中低溫?zé)嵋旱V床的基本特點。歸納該區(qū)成礦模式：該區(qū)內(nèi)金銀礦化經(jīng)歷了多源成礦作用的疊加復(fù)合,按時間先后可依次分為原始沉積成巖成礦作用,變質(zhì)熱液成礦作用,構(gòu)造運動及巖漿侵入熱液成礦作用,是一個較復(fù)雜的演化過程。

加里東時期前本區(qū)接受了一套巨厚成礦物質(zhì),特別基性的綠巖系,構(gòu)成區(qū)內(nèi)金礦化潛在的礦源層,這種原始的沉積成礦作用為金貴金屬成礦奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。加里東構(gòu)造運動是區(qū)內(nèi)早期韌性變形,印支期的造山運動使該區(qū)構(gòu)造運動達到高峰,強烈的變形、變質(zhì)作用使成礦物質(zhì)開始在斷裂帶內(nèi)富集。成礦物質(zhì)從礦源層中活化遷移,區(qū)內(nèi)發(fā)育一系列北西—北西西及北東向為主的多期活動的斷裂構(gòu)造為含礦熱液運移、儲存提供了容礦空間和富集場所。這也是區(qū)內(nèi)第一階段的以金為主的成礦階段。

七尖峰花崗巖體的侵入活動,代表了印支造山期的一次巖漿侵入活動。不但為區(qū)內(nèi)提供了熱源,也提供了一定的物源,區(qū)內(nèi)富含銀金的多金屬硫化型礦石類型,以充填形式存在斷裂帶中，與該期花崗巖活動有很大關(guān)系。該期的成礦元素為富含金銀并含鉬、鉛、鋅、甚至還含有鎢。

戴家灣金鉬螢石礦點、吳山金、鉬、銅礦點,為燕山期晚期花崗巖侵入的熱液礦床(點)。戴家灣礦點產(chǎn)于新(城)—黃(陂)斷裂次一級斷裂中,含礦圍巖為上白堊統(tǒng)紫紅色砂、礫巖。代表其時代較新,吳山金、鉬、銅礦點,產(chǎn)于新—太斷裂帶中次一級斷裂中與戴家灣礦點有著相似條件。為區(qū)內(nèi)巖漿熱液礦床,代表最晚成礦期。

綜上所述,本區(qū)金、銀礦化由變質(zhì)熱液,構(gòu)造熱液、巖漿熱液相互疊加的多因素?zé)嵋簭?fù)合作用成礦。成礦物質(zhì)來源具多元性,成礦過程具多階段性的特點,根據(jù)成礦條件分析及成礦機制的認識,認為該區(qū)金銀礦的成礦類型應(yīng)屬于受韌性—脆性剪切蝕變帶及碎裂巖帶控制的中低熱液礦床(1)胡起生、呂向志、劉興義等，湖北省隨棗地區(qū)金多金屬礦成礦規(guī)律研究，湖北省地質(zhì)局第八地質(zhì)大隊，2017。(圖6)。

圖6 隨棗北部地區(qū)金礦成礦模式示意圖Fig.6 Schematic diagram of gold mineralization model in north of Suizao area1.桐柏雜巖；2.武當(dāng)巖群—寒武系；3.武當(dāng)巖群—志留系下統(tǒng)；4.新(城)—黃(陂)斷裂；5.新—太斷裂；6.晚白堊紀花崗巖；7.礦床成礦元素組合；8.花崗巖；9.同位素測年數(shù)據(jù)。

3 結(jié)論

區(qū)內(nèi)金礦成礦元素來源多源,蝕變巖型成礦物質(zhì)主要來源于地層,特別是該區(qū)變基性巖漿巖；石英脈型的物質(zhì)來源于巖漿作用。成礦作用具多階段,經(jīng)歷了變質(zhì)作用、構(gòu)造熱液、巖漿侵入的巖漿熱液活動。早期韌性推覆剪切構(gòu)造使成礦元素初始富集,走滑構(gòu)造進一步富集成礦。晚期脆性變形及中酸性巖漿侵入活動及巖漿熱液的加入形成礦體并疊加多金屬硫化物石英脈。