湖北省蛇屋山金礦地質特征、控礦因素及成礦機制探討

孫祥民，丁厚炳，徐榮科，陳 婕

(1.湖北省地質局 第八地質大隊,湖北 襄陽 441002; 2.中國地質大學(武漢) 資源學院,湖北 武漢 430074)

湖北省蛇屋山大型金礦發(fā)現(xiàn)于20世紀80年代末,自發(fā)現(xiàn)及評價以來,礦床成因存在“紅土型”與“卡林型”之爭,這直接影響了本區(qū)勘查方法和找礦工作的導向。在近二十年的淺表風化礦開采過程中,越來越多的開采面展現(xiàn)的地質現(xiàn)象已無法用原有觀點予以充分解釋。本研究通過對礦區(qū)的成礦地質背景進行深入的調查及對前人資料的重新認識,從區(qū)域地質背景及成礦地質條件、金礦床的地球化學特征、金礦礦化特征等方面入手,進一步總結礦床地質特征,對本礦床的控礦因素及成礦機制進行探討,藉此重新評價該區(qū)找礦前景,為下一步的勘查工作部署、明確找礦方向提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質背景

蛇屋山礦區(qū)處于揚子陸塊區(qū)(Ⅱ)—下?lián)P子陸塊(疊加盆地)(Ⅱ1)—鄂東南褶沖帶(Ⅱ1-1)—大冶臺地裂谷帶(Ⅱ1-1-2)之鄂東南滑脫折離構造體系[1]。該構造體系南起幕阜山—大幕山隆起帶(構造系根部),北止于嘉魚—赤壁弧形構造帶(構造系前鋒)；其主體構造格架定型于印支—燕山早期,以規(guī)模較大的近東西向系列南傾緊密倒轉褶皺、逆沖推覆斷層為主；燕山晚期持續(xù)伸展體制下表現(xiàn)為北東向及北西向斷裂疊加改造,切割早期構造形成構造斷塊格局；在嘉魚—赤壁一帶總體表現(xiàn)為向南突出的弧形構造帶(圖1)。

圖1 蛇屋山金礦區(qū)域構造綱要圖Fig.1 Regional tectonic outline map of Shewushan gold deposit1.第四系；2.上白堊統(tǒng)—下第三系；3.侏羅系；4.上三疊統(tǒng)—下侏羅統(tǒng)；5.三疊系；6.二疊系；7.石炭系；8.志留系；9.花崗斑巖；10.高精度磁測推測隱伏巖體；11.高精度磁測推測隱伏次火山巖—火山巖帶；12.倒轉背斜；13.倒轉向斜；14.褶皺編號；15.地質界線；16.實測正斷層；17.實測逆斷層；18.實測性質不明斷層；19.地質推測隱伏斷裂；20.高精度磁測推測隱伏斷裂；21.電測深推測隱伏斷裂；22.衛(wèi)片解譯隱伏斷裂；23.金礦；24.銻礦點。

區(qū)域地層屬揚子地層區(qū)下?lián)P子分區(qū),地表大部分為第四系覆蓋,出露志留系、石炭系上統(tǒng)、二疊系、三疊系及侏羅系下統(tǒng)—中統(tǒng)地層,缺失泥盆系及石炭系下統(tǒng)、侏羅系上統(tǒng),被第四系覆蓋的地層有奧陶系。區(qū)內與金礦化有關地層主要是奧陶系、二疊系下統(tǒng)茅口組、三疊系上統(tǒng)—侏羅系下統(tǒng)王龍灘組。航磁測量推測礦區(qū)北部存在嘉魚隱伏中酸性巖體,南部有寶塔山隱伏火山巖(玄武巖)。嘉魚隱伏巖體推測埋深1.5～2.8 km,傾向北東；寶塔山隱伏火山巖為鉆孔揭露,巖性為拉斑玄武巖。蛇屋山、銅山、八字門等金礦均出現(xiàn)在嘉魚隱伏巖體南緣,南部蠟里山金銻礦出現(xiàn)在次火山巖活動帶邊緣。

2 礦床地質特征

2.1 地層

礦區(qū)大部被第四系覆蓋,據(jù)采坑及鉆孔揭露,基巖有寒武系中統(tǒng)—奧陶系下統(tǒng)婁山關組(∈2O1l)中—細晶白云巖,奧陶系下統(tǒng)南津關組(O1n)灰?guī)r夾薄層泥巖或頁巖,紅花園組(O1h)晶?；?guī)r,大灣組(O1d)薄—中厚層狀泥灰?guī)r夾薄層泥巖、泥瘤狀灰?guī)r,志留系下統(tǒng)新灘組(S1x)泥巖、粘土巖、粉砂巖,三疊系上統(tǒng)—侏羅系下統(tǒng)王龍灘組(T3J1w)泥巖、泥質粉砂巖。

2.2 構造

主要發(fā)育有蛇屋山倒轉背斜：分布于蛇屋山—小蛇屋山間,總體呈近東西向展布,長約8 km,核部地層主要由寒武系婁山關組組成,翼部由奧陶系、志留系組成,背斜軸跡西段近北西西向,東段近東西向,總體南傾,傾角約20°～30°,局部近直立(0線)。因受西高東低的基底隆起影響,褶皺軸線向東側伏,側伏角10°～15°。背斜西段揚起剝蝕僅見倒轉翼,中部在0線一帶剝露其近核部的轉折端,推測在本區(qū)東部背斜保存相對完整(圖2)。

圖2 蛇屋山金礦區(qū)基巖地質圖Fig.2 Geological map of the bedrock of Shewushan gold mine1.三疊系上統(tǒng)—侏羅系下統(tǒng)王龍灘組；2.志留系下統(tǒng)新灘組；3.奧陶系下統(tǒng)紅花園組；4.奧陶系下統(tǒng)南津關組；5.寒武系中統(tǒng)—奧陶系下統(tǒng)婁山關組；6.實測及推測斷裂；7.平移斷裂；8.實測及推測地質界線；9.層間破碎帶；10.硅化；11.黃鐵礦化；12.雌(雄)黃；13.方解石化；14.褐鐵礦化；15.重晶石化；16.硅化蝕變帶分布范圍。

區(qū)內斷裂較為發(fā)育,分別發(fā)育有近東西向和北東向兩組構造,東西向斷裂F2、F3主要沿蛇屋山倒轉背斜核部寒武系—奧陶系(∈-O)與志留系(S)硅鈣界面分布,為印支—燕山早期形成的逆沖推覆構造體系,F2為下逆沖構造面,F3為上逆沖構造面,兩組斷裂整體上呈現(xiàn)壓性特征,構造巖以碎裂巖為主。北東向斷裂(F4-F10)呈組列出現(xiàn)(見圖3),切割早期形成的東西向倒轉背斜和逆沖斷裂,斷裂性質為平移張斷裂,構造巖以角礫巖為主。

圖3 蛇屋山金礦區(qū)構造立體簡圖Fig.3 Three-dimensional diagram of structure in Shewushan gold mine1.三疊系—侏羅系；2.侏羅系；3.石炭系—二疊系；4.志留系；5.奧陶系；6.寒武系；7.逆沖斷層；8.平移斷層；9.性質不明斷層；10.推測斷層。

2.3 圍巖蝕變

區(qū)內蝕變類型主要有硅化、高嶺石化、方解石化、重晶石化、雄(雌)黃化、黃鐵礦化,表現(xiàn)中低溫熱液蝕變組合特征。其中硅化最為廣泛并呈現(xiàn)多期次特征,表現(xiàn)為面狀交代、膠結和脈狀充填,礦物成分以隱晶質玉髓為主,部分為顯微粒狀石英及膠體相SiO2。黃鐵礦化一般與硅化相伴,黃鐵礦多呈晶粒浸染狀,部分呈脈狀分布于硅化構造巖及硅化碳酸鹽巖中,晶體形態(tài)多為立方體,次為八面體、五角十二面體和他形粒狀。

2.4 構造地球化學

構造地球化學的研究主要采用采坑采集的構造地化剖面的數(shù)據(jù),分別圈定Au、As、Hg、Sb異常(圖4),從圖4中可以看出各元素異常的形態(tài)主要受北東向斷裂控制,各元素異常濃集帶(點)均出現(xiàn)在斷裂構造中,反映斷裂構造、特別是北東向斷裂控制Au等元素的分布。其中Au平均含量34.94×10-9～203.78×10-9,Au、As、Hg、Sb四種元素呈正相關關系,呈典型的低溫熱液元素組合特征。

圖4 蛇屋山金礦地球化學異常圖Fig.4 Geochemical anomalies of Shewushan gold mine

2.5 礦體分布特征

本區(qū)過去已發(fā)現(xiàn)并評價的主要金礦體賦存于第四系殘積松散層中,從殘留的未完全風化徹底的構造及礦化蝕變痕跡判斷,松散物為蛇屋山逆沖推覆構造體系的上逆沖推覆斷裂面(F3)原地風化殘積形成,厚度0～105.84 m。主礦體I號礦體全長1 520 m,寬80～510 m,一般寬200～300 m,礦體厚1.00～44.30 m,多在10～30 m間,平均厚13.75 m。Au的含量1.00×10-6～19.49×10-6,平均品位2.01×10-6,呈似層狀產(chǎn)出,產(chǎn)狀近水平(見圖5)。

圖5 蛇屋山金礦39線剖面示意圖Fig.5 Schematic diagram of the line 39 section in Shewushan gold mine1.第四系；2.志留系下統(tǒng)；3.奧陶系下統(tǒng)；4.寒武系中統(tǒng)—奧陶系下統(tǒng)；5.原生金礦體；6.風化礦體；7.地質界線；8.斷層。

另外在原巖中發(fā)現(xiàn)零散小礦體33個,原生金礦多分布在產(chǎn)狀較陡的北東向斷裂及其與東西向斷裂的交匯部位,厚度1.0～10.83 m,單工程平均品位1.01×10-6～5.63×10-6?？傮w上延伸規(guī)模不大,垂向上有距離淺部構造面(F3)越近、礦化現(xiàn)象更好,遠之則礦化弱的特征。

本次研究主要通過對本區(qū)最大規(guī)模的Ⅰ號礦體在水平方向上展布的特征分析,來進一步厘清成礦作用與各期構造的關系,分別采用原礦區(qū)地表單工程平均品位和單工程見礦厚度(邊界品位1×10-6)圈定等值線圖(圖6)。從品位和厚度等值線圖圈定的情況看,兩者在平面上均出現(xiàn)了“窗欞式”的展布特征,在東西向構造和北東向構造形成的每個斷塊(片)周緣,也就是斷裂破碎部位,無一例外的出現(xiàn)了較高品位區(qū)(帶)或厚大礦體區(qū)(帶),呈不規(guī)則的 “口”字狀展布,尤其是在后期的北東向斷裂構造分布地段,也出現(xiàn)了呈線性分布的品位或厚度的高值區(qū)(帶),而遠離斷裂構造的部位,則出現(xiàn)多個礦體品位低或厚度薄的“洼地”。這也看出,區(qū)內氧化礦分布于F2、F3,高品位礦的分布主要受構造控制,反映出地表氧化礦應是受構造控制的原生礦在原地氧化形成的。

2.6 礦石特征

風化礦礦石主要為粘土礦物(高嶺石、水云母、伊利石等)、石英、褐鐵礦、玉髓等,礦石結構主要為含砂礫泥質結構,其次為粉砂泥質結構、砂礫結構及泥質結構；礦石構造以網(wǎng)紋狀構造、土塊狀構造為主。

原生礦礦石金屬礦物有黃鐵礦、毒砂、雌黃、雄黃、磁鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦、金、銀金礦。非金屬礦物有水云母、高嶺石、方解石、石英、重晶石。礦石結構主要為自形結構—他形結構、浸染狀結構、壓碎、碎裂結構,礦石常具條帶狀構造、薄膜狀構造、稀疏浸染狀構造等。

礦石中金主要賦存于粘土礦物和黃鐵礦中,其分布率分別達51.5%～65.4%和32.9%～41.9%,還有不到2%的金賦存在方解石、白云石、石英中。粘土礦物中的金主要呈次顯微金游離狀吸附在高嶺石和水云母邊緣；黃鐵礦經(jīng)電子順磁共振分析,證實金呈顯微狀[2]分布于黃鐵礦晶格中或依附于黃鐵礦表面及裂隙中。

3 控礦因素和成因機制探討

3.1 成礦物質來源分析

區(qū)內寒武紀—侏羅紀地層的Au元素豐度值統(tǒng)計0.34×10-9～3.33×10-9,低于地球克拉克值,說明蓋層地層中并沒有特定的礦源層。本礦床處于嘉魚隱伏巖體邊緣,有理由相信成礦物質主要來源于變質基底或巖漿熱液。

3.2 構造熱液控礦條件分析

前已敘述,本區(qū)構造主體格架始于印支—燕山早期的逆沖推覆構造,之后為伸展體制產(chǎn)生的一系列燕山晚期北東向及北西向構造予以疊加改造,兩期構造運動均產(chǎn)生了相應的構造熱液活動。在早期東西向構造蝕變巖中獲取的同位素年齡150 Ma左右代表了燕山早期的構造熱事件；在后期北東向構造與雄黃共生的方解石中獲得的Nd-Sm等時年齡為(99.1±2.4) Ma,這一年齡反映了金礦化及去碳酸鹽化的時間,代表了蛇屋山金礦兩次熱液成礦事件中較晚的一次,提供了蛇屋山金礦成礦的最晚時間約束。

從構造地球化學的研究中可見,Au元素分布與北東向構造、東西向構造關系極度密切,北東向構造與東西向構造都對各元素遷移富集具有控制作用。

從礦體分布特征來看,早期的東西向推覆斷裂(F2、F3)和北東向斷裂控制了整個礦體的分布范圍,礦體厚大、品位較高的部位均出現(xiàn)在斷裂附近,遠之則厚度變小、品位變貧。很顯然晚期形成的北東向構造對礦體也起到了明顯的導礦控礦作用,早期形成的推覆構造提供了較好的容礦空間。

3.3 成礦階段研究

本次研究結合前人觀點,將本礦床的成礦階段劃分為原生金礦成礦及風化淋濾改造兩個階段[3]。

原生金礦成礦階段：含金流體沿高角度斷裂帶向上運移,受上部泥質地層屏蔽影響,沿早期的緩產(chǎn)狀構造裂隙作側向運移并形成環(huán)流。受溫壓、Eh值、pH值等因素突變的影響,在酸性熱液中形成的可溶性硫化物及氯化物的金出現(xiàn)析離,持續(xù)的液體深循環(huán)(增溫)—熱液萃取礦物質—成礦元素的析離(降溫降壓)的過程,不斷致使金在有利部位沉淀富集,一部分金礦物被置換富集成礦,另一部分金礦物則在構造破碎帶中經(jīng)泥質物吸附而聚積成礦。包體測溫顯示金成礦溫度在110～290 ℃,屬中低溫成礦環(huán)境,圍巖蝕變也表現(xiàn)為硅化、黃鐵礦化、高嶺石化和少量重晶石化、雄黃、雌黃化。

風化淋濾改造階段：主要表現(xiàn)為風化環(huán)境下,以緩產(chǎn)狀的上逆沖推覆斷裂(F3)內原生金礦為主的礦體的改造,是原生金礦化體和含金巖石在表生風化淋濾作用下使金以游離狀態(tài)在粘土礦物中重新富集成礦的過程,最終形成地表次生富集礦(化)體。

3.4 成礦機理探討

綜上所述,蛇屋山金礦床應為中低溫熱液成礦的卡林型金礦,在早期原生金礦成礦階段,構造控礦作用顯著,從燕山晚期北東向斷裂構造本身含礦及對礦體的控制情況來看,該構造及其產(chǎn)生的熱液活動對本區(qū)成礦起到了重要作用,早期形成的緩產(chǎn)狀的推覆斷面(硅鈣面及近硅鈣面的次級構造)是恰當?shù)娜莸V空間,經(jīng)深循環(huán)后的含金絡合物礦液隨北東向陡產(chǎn)狀斷裂上升至早期緩產(chǎn)狀的容礦構造處,由于上部泥質地層的屏蔽作用,含礦熱液形成側向運動,在早期形成的構造層中,受溫壓、Eh值、pH值等因素突變的影響,金出現(xiàn)析離,持續(xù)的液體深循環(huán)(增溫)—熱液萃取礦物質—成礦元素的析離(降溫降壓)的過程導致近構造交匯處金富集濃度增強。含礦流體由近至遠逐步側向滲透的過程,產(chǎn)生了在緩產(chǎn)狀斷裂中的金礦體呈現(xiàn)以陡產(chǎn)狀斷裂為中軸,由近至遠礦體品位由富至貧、由厚變薄的現(xiàn)象,礦體形態(tài)也受礦物質聚集的物理化學條件限制,多以緩產(chǎn)狀產(chǎn)出,少量呈短小陡產(chǎn)狀脈狀產(chǎn)出。在后期表生風化淋濾成礦階段(第四紀中更新世)[4],強烈的物理及化學風化作用使早期形成的原生金礦化體分解,使之均勻貧化[5],在特定的條件下也可在一定的層位(淋積層)中富集,從而形成目前可以開采利用的賦存在松散層中的“紅土型”金礦類型(見圖7)。

圖7 蛇屋山金礦成礦模式圖Fig.7 Metallogenic pattern of Shewushan gold deposit1.第四系；2.志留系；3.寒武系—奧陶系；4.斷裂構造；5.原生金礦體；6.氧化金礦體；7.風化面；8.無礦天窗。

4 結論

通過進一步梳理蛇屋山礦區(qū)成礦地質背景,在前人的基礎上重新對蛇屋山金礦的成因、主要的控礦因素、成礦過程及階段進行了分析研究,從熱液成礦機理的角度分析總結了礦體垂向和水平方向上分布的規(guī)律和特征,提出了燕山晚期北東向構造也為主要的導礦控礦構造、早期緩產(chǎn)狀推覆構造面是主要容礦構造的新觀點。蛇屋山金礦床應為中低溫熱液成礦的卡林型金礦,主要成礦期應為燕山期。更新世的風化作用對原生金礦化體有一定的改造,或部分貧化或部分富集,但不是決定性作用。

致謝：本文在撰寫過程中,先后得到中國地質大學(武漢)蔣少涌教授、劉德亮博士,湖北省地質局第八地質大隊胡起生教授級高級工程師的悉心指導和幫助,在此表示感謝！