鄂西黃陵背斜核部金礦地球化學(xué)特征及成因探討

向 萌， 胡勝華， 聶開紅， 盧金祥， 楊 朋， 周 舟

(湖北省地質(zhì)局 第七地質(zhì)大隊(duì)，湖北 宜昌 443100)

黃陵背斜位于湖北省宜昌地區(qū)，其核部出露揚(yáng)子地臺(tái)目前最老的變質(zhì)巖系基底，也是揚(yáng)子地臺(tái)重要的金成礦區(qū)。通過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的勘查工作，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)金礦床(點(diǎn))76個(gè)，含金礦脈近300條。以往對(duì)區(qū)內(nèi)金礦地質(zhì)特征、控礦因素總結(jié)了一些規(guī)律，但對(duì)成礦物質(zhì)來(lái)源、礦床成因等研究深度不夠。本次工作在充分收集、分析已有成果資料基礎(chǔ)上，通過(guò)典型礦床(點(diǎn))調(diào)查、常微量元素及同位素分析等手段，對(duì)本區(qū)成礦物質(zhì)和成礦規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)研究，為黃陵背斜核部金礦找礦突破提供理論依據(jù)。

1 區(qū)域金礦地質(zhì)特征

黃陵背斜核部金礦賦存于兩個(gè)不同時(shí)代的地質(zhì)體中，以霧渡河斷裂為界，核北部95條金礦脈主要產(chǎn)在中太古界—新元古界變質(zhì)地層中[1]；核南部217條金礦脈主要分布在新元古代黃陵花崗巖體中，特別是與古—中元古界變質(zhì)巖組接觸帶兩側(cè)有富集趨勢(shì)，一般產(chǎn)布于北西向深斷裂帶兩側(cè)及花崗巖侵入接觸帶附近。

黃陵背斜核部已發(fā)現(xiàn)白竹坪、板倉(cāng)河、馬滑溝、上白果園、坦蕩河、拐子溝和水月寺等小型礦床或礦點(diǎn)(圖1)，具有以下主要特點(diǎn)：①礦體長(zhǎng)度和厚度都較小，但品位較高[2]；②含礦構(gòu)造多為主干斷裂兩側(cè)的次級(jí)斷裂，以北西向?yàn)橹?，北東向次之，多為韌—脆性復(fù)合剪切帶；③礦體呈脈狀、透鏡狀、不規(guī)則團(tuán)塊狀和網(wǎng)脈狀產(chǎn)出，礦化的深度往往大于走向延長(zhǎng)；④圍巖主要為變質(zhì)基底、花崗巖體，水月寺地區(qū)多為輝長(zhǎng)輝綠巖脈體。圍巖蝕變以硅化、黃鐵(銅)礦化、絹云母化為主，綠泥石化、鉀長(zhǎng)石化和碳酸鹽化次之；⑤礦石自然類型以含金石英脈為主，含金蝕變構(gòu)造碎裂巖次之；⑥載金礦物以石英、黃銅礦、黃鐵礦為主，但北部變質(zhì)巖區(qū)金礦中方鉛礦、閃鋅礦也是主要載金礦物。

圖1 黃陵斷穹地質(zhì)略圖Fig.1 Geological map of Huangling fault dome1.新元古代鉀長(zhǎng)花崗巖；2.新元古代黑云二長(zhǎng)花崗巖；3.新元古代斑狀黑云花崗閃長(zhǎng)巖；4.新元古代英云閃長(zhǎng)巖；5.新元古代黑云花崗閃長(zhǎng)巖；6.新元古代黑云角閃英云閃長(zhǎng)巖；7.新元古代角閃石英閃長(zhǎng)巖；8.新元古代角閃閃長(zhǎng)巖；9.中元古代超基性巖；10.古元古代黃涼河巖組+中元古代力耳坪巖組；11.古元古代黃涼河巖組+中元古代廟灣巖組；12.中太古代東沖河片麻雜巖；13.南華系—奧陶系；14.斷裂；15.研究區(qū)位置；F1.板倉(cāng)河斷裂；F2.霧渡河斷裂；F3.鹽池河斷裂。

2 常、微量元素遷移特征

在地球化學(xué)開放系統(tǒng)中，圍巖或巖體中的元素在成礦流體熱液作用下會(huì)發(fā)生帶入和帶出現(xiàn)象，使原地質(zhì)體系的巖石質(zhì)量發(fā)生變化，即巖石中元素發(fā)生質(zhì)量遷移，通過(guò)質(zhì)量平衡計(jì)算可研究圍巖與礦體的關(guān)系[3]。本文選用Grant法計(jì)算元素的遷移量和遷移率，并在此基礎(chǔ)上找出成礦過(guò)程中金及其成礦元素所引起的質(zhì)量遷移特征。Grant方程計(jì)算公式為：

根據(jù)表2中元素質(zhì)量遷移計(jì)算結(jié)果可以看出，總體上不同類型原巖→蝕變圍巖中各元素質(zhì)量變化率很小，即元素帶入帶出程度較低，但礦體呈現(xiàn)出元素帶入的特征，這表明圍巖提供成礦物質(zhì)的能力很小。

表1 馬滑溝—白竹坪金礦主要類型巖石中元素平均含量統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table of average element contents in main types of rocks in Majiagou-Baizhuping gold deposit

表2 馬滑溝—白竹坪金礦礦化蝕變巖石中元素質(zhì)量遷移計(jì)算結(jié)果Table 2 Calculation results of element mass migration in mineralized altered rocks of Majiagou-Baizhuping gold deposit

馬滑溝含金構(gòu)造蝕變片巖表現(xiàn)出常量元素帶入程度為MgO>Fe2O3>FeO，微量元素帶入程度為Au>Cu>Cr>Ni>Co>F>V>Ta>Nb。從微量元素蛛網(wǎng)圖中亦反映出礦體與各類近礦圍巖曲線總體比較一致(圖2)，Au、As、Cu、W、Bi表現(xiàn)出的高值異常則是由深部成礦熱液所致。

白竹坪含金石英脈(較圍巖)表現(xiàn)出常量元素帶入程度為SiO2>CaO>Fe2O3>MnO>FeO>K2O，微量元素帶入程度為U>Co>Ni>Ta>Hf>Th>Zr>Cr>Ba。微量元素蛛網(wǎng)圖顯示含金石英脈與蝕變輝綠巖圍巖具有類似的曲線，Au、Pb、Cd、Cu、Zn表現(xiàn)出高值異常。這些特征說(shuō)明成礦物質(zhì)來(lái)源于富SiO2和Au、Cu、Zn、Fe等成礦元素的巖漿(期后)熱液，輝長(zhǎng)輝綠巖圍巖則構(gòu)成了成礦地球化學(xué)障，促使成礦熱液順輝綠巖脈體邊緣運(yùn)移沉淀，生成金、銅、鉛等多金屬硫化物礦體。

3 同位素特征

在研究成礦物質(zhì)來(lái)源上，同位素組成分析具有重要意義，可確定成礦物質(zhì)的來(lái)源及其所處地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境[5]。

3.1 H-O同位素

將本次工作及以往測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納統(tǒng)計(jì)(表3)，數(shù)據(jù)顯示黃陵背斜核北部變質(zhì)巖區(qū)金礦床中石英的δ18OSMOW值為9.16‰～13.90‰，均值為11.50‰；δDSMOW值為-62.6‰～-24.2‰，均值為-46.2‰。核南部金礦床中石英的δ18OSMOW值為8.50‰～13.70‰，均值為10.91‰；δDSMOW值為-92.4‰～-34.0‰，均值為-54.9‰。其中脆—韌性剪切帶型的馬滑溝金礦的δ18OSMOW值為8.50‰～11.26‰，均值為10.13‰；δDSMOW值為-64.9‰～-34.0‰，均值為-48.9‰。由此可見(jiàn)，黃陵背斜核部南北金礦床中石英的δ18OSMOW值變化不大且范圍較窄，δDSMOW值變化范圍較大且南部較高。按照克拉頓石英—水分餾方程：1 000lnαQ-H2O=3.38×106/T2-3.4計(jì)算出成礦流體的δ18OH2O，并進(jìn)行δDSMOW-δ18OH2O投圖(圖3)。

從圖3上可以看到，黃陵背斜核南北金礦投影點(diǎn)位位置比較集中，主要分布于原生巖漿水和變質(zhì)水向雨水線過(guò)渡部位，但偏向巖漿水和變質(zhì)水，說(shuō)明成礦熱液可能主要來(lái)源于巖漿水和部分變質(zhì)水，成礦后期有天水加入。相較而言，黃陵背斜核北部的金礦成礦時(shí)混入了更多的天水。

圖2 馬滑溝—白竹坪金礦床微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.2 Microelement spider diagram of Mahuagou-Baizhuping gold deposit

表3 黃陵背斜核部金礦H、O同位素組成表Table 3 Tables of hydrogen and oxygen isotopic compositions of gold deposits in the core of Huangling anticline

3.2 Pb同位素

黃陵背斜核北部主要金礦床(點(diǎn))中金屬硫化物(方鉛礦、黃鐵礦、黃銅礦)的Pb同位素值都比較接近(表4)，206Pb/204Pb值為15.301～16.318，均值為15.718；207Pb/204Pb值為14.795～15.381，均值為15.201；208Pb/204Pb值為36.748～37.469，均值為37.099。各組比值變化范圍較小，Pb同位素組成穩(wěn)定，說(shuō)明區(qū)內(nèi)成礦物質(zhì)來(lái)源較為一致。其μ值為8.41～9.66，均值為9.23，略低于地球正常值μ=9.58，表明Pb來(lái)自下地殼或上地幔；ω值為41.07～47.80，均值為45.21，高于地球正常值ω=35.50，說(shuō)明核北部金礦具釷鉛富集、鈾鉛略微虧損的特征。

圖3 黃陵背斜核部金礦δDSMOW-δ18OH2O圖解(底圖據(jù)參考文獻(xiàn)[8])Fig.3 δDSMOW-δ18OH2O diagram of gold deposits in the core of Huangling anticline

核南部金礦床中金屬硫化物的Pb同位素206Pb/204Pb值為16.082～18.052，均值為17.140；207Pb/204Pb值為15.260～15.561，均值為15.449；208Pb/204Pb值為37.314～39.316，均值為38.175。其μ值為9.22～9.50，均值為9.37，略低于地球正常值μ=9.58，表示Pb來(lái)自下地殼或上地幔；ω值為39.22～44.75，均值為42.04，高于地球正常值ω=35.50，說(shuō)明核南部金礦與核北部類似，具釷鉛富集、鈾鉛略微虧損的特征。

表4 黃陵背斜核部金礦Pb同位素測(cè)定結(jié)果及特征值Table 4 Pb isotope determination results and characteristic values of gold deposits in the core of Huangling anticline

作為示蹤成巖成礦物質(zhì)來(lái)源的重要手段，Zartman構(gòu)造環(huán)境模式圖解可用來(lái)對(duì)多金屬礦床Pb同位素組成特征、礦石物質(zhì)來(lái)源及礦體成因進(jìn)行分析認(rèn)識(shí)[9]。Pb同位素?cái)?shù)據(jù)投圖(圖4)顯示，黃陵背斜核部金礦樣品落點(diǎn)主要分布于3個(gè)區(qū)域：一是集中落在地幔鉛演化曲線和造山帶鉛演化曲線之間靠近造山帶一側(cè)；二是主要落于地幔和下地殼之間靠近地幔一側(cè)；三是集中于下地殼鉛演化曲線兩側(cè)。釷鉛的含量變化以及釷鉛與鈾鉛同位素組成的相互關(guān)系(即△β-△γ之間變化關(guān)系)對(duì)于地質(zhì)過(guò)程與物質(zhì)來(lái)源能提供更豐富的信息[11]。因此，將數(shù)據(jù)投影在Pb同位素△β-△γ成因分類圖解(圖5)中，可以看到樣品主要落在造山帶鉛范圍內(nèi)，少量向中深變質(zhì)作用鉛偏移。鑒于造山帶鉛同位素組成實(shí)際上是地幔、下地殼和上地殼鉛同位素均一化的結(jié)果，綜合分析成礦地質(zhì)特征認(rèn)為，金礦物質(zhì)可能主要源于下地殼重熔和地幔上涌的混合巖漿作用，部分源于上地殼。

圖4 黃陵背斜核部金礦Pb同位素構(gòu)造模式圖(底圖據(jù)參考文獻(xiàn)[10])Fig.4 Pb isotope structure pattern map of gold deposit in the core of Huangling anticlineA.地幔；B.造山帶；C.上地殼；D.下地殼。

圖5 黃陵背斜核部金礦Pb同位素△β-△γ成因分類圖解(底圖據(jù)參考文獻(xiàn)[12])Fig.5 Classification diagram of Pb isotope △β-△γ genesis in the core of Huangling anticline1.地幔源鉛；2.上地殼鉛；3.上地殼與地?；旌系母_帶鉛(3a.巖漿作用；3 b.沉積作用)；4.化學(xué)沉積型鉛；5.海底熱水作用鉛；6.中深變質(zhì)作用鉛；7.深變質(zhì)下地殼鉛；8.造山帶鉛；9.古老頁(yè)巖上地殼鉛；10.退變質(zhì)鉛。

4 成礦時(shí)代

前人對(duì)黃陵背斜核部金礦床(點(diǎn))成礦時(shí)代進(jìn)行過(guò)研究，李福喜等[5]對(duì)南部花崗巖區(qū)板倉(cāng)河礦床Au13、Au15號(hào)脈石英中流體包裹體進(jìn)行了Rb-Sr同位素年齡測(cè)定，測(cè)得等時(shí)線年齡值為(782±27) Ma。該年齡值與北部變質(zhì)區(qū)天鵝池—獅子崖金礦點(diǎn)含金石英脈流體包裹體Rb-Sr同位素年齡值(796.10±22.718) Ma[6]基本相同，即新元古代晉寧晚期。本次工作于白竹坪金礦的石英脈型礦脈中采集了同位素測(cè)年樣品，挑選單礦物石英進(jìn)行Rb-Sr等時(shí)線年齡測(cè)定，測(cè)試結(jié)果表明該金礦Rb-Sr等時(shí)線年齡值為(1 039±134) Ma(圖6)，為新元古代晉寧早期。此時(shí)區(qū)域上有大量基性—超基性巖體侵入，為黃陵背斜核部變質(zhì)基底中的早期金礦形成提供了巖漿熱動(dòng)力及圍巖條件。由此可見(jiàn)，黃陵背斜金礦主成礦期為新元古代晉寧期，經(jīng)多期次巖漿活動(dòng)富集而成。

5 成因探討

通過(guò)對(duì)黃陵背斜核部南北典型金礦床(點(diǎn))的常微量元素及同位素組成進(jìn)行綜合分析，發(fā)現(xiàn)本區(qū)金礦的物質(zhì)來(lái)源比較一致，主要來(lái)源于深源巖漿熱液和部分變質(zhì)熱液，后期有大氣降水加入，圍巖提供成礦物質(zhì)的能力很弱，其中基性—超基性巖脈起到了成礦地球化學(xué)障的作用。本區(qū)金礦是在統(tǒng)一的地質(zhì)—地球化學(xué)背景下，主要由晉寧晚期中酸性巖漿(期后)熱液成礦作用形成的，在成因上具同源性，在時(shí)間上具繼承性和階段性，在空間上具群聚過(guò)渡性、遞變分帶性、斜列側(cè)伏性、似等距性[13]，是具有時(shí)空聯(lián)系和成因聯(lián)系的礦床組合，構(gòu)成一個(gè)與古造山作用有關(guān)的金礦成礦系列。

圖6 白竹坪金礦石英流體包裹體Rb-Sr等時(shí)線Fig.6 Rb-Sr isochron of quartz fluid inclusions in Baizhuping gold deposit

新元古代晉寧早期，黃陵地區(qū)處于板塊裂解時(shí)期，本區(qū)當(dāng)時(shí)位處揚(yáng)子陸塊的東南大陸邊緣區(qū)，可能由于古華南洋盆向北朝由TTGAr2巖套地層組成的黃陵古褶帶(微地塊)俯沖，黃陵古褶帶演變成島弧，其南側(cè)弧前裂陷槽盆地內(nèi)，沉積了一套拉斑玄武質(zhì)火山巖(廟灣組(Pt2m)/力耳坪巖組(Pt2l))[14]。在晚期強(qiáng)大的俯沖作用下，裂陷槽進(jìn)一步擴(kuò)張，基性—超基性巖漿噴溢活動(dòng)增強(qiáng)，沿北西向、北東向古斷裂侵位，來(lái)自地幔深源的金元素不斷活化和沉淀，使該時(shí)期的火山—沉積建造及基性—超基性巖體的金豐度增高，成為本區(qū)金礦的初始礦源層，也為本區(qū)金礦形成富集奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

晉寧晚期本區(qū)發(fā)生底劈隆升滑脫，并引發(fā)了花崗巖漿活動(dòng)，沿黃陵微古陸的北西向拼貼帶及北西、北東向兩組剪切帶，發(fā)生黃陵花崗巖體各單元的相繼侵位及鉀化。巖漿多次活動(dòng)，為礦質(zhì)進(jìn)一步富集提供熱(水)源和地殼深部礦質(zhì)，導(dǎo)致成礦元素在復(fù)合巖漿水中初步富集。至晚期二長(zhǎng)花崗巖侵位時(shí)，巖漿庫(kù)中富集大量含金的巖漿期后熱液，而北西向、北東向區(qū)域性深大斷裂或脆—韌性剪切帶則為含礦流體提供了上移通道，在巖漿作用的驅(qū)動(dòng)下，沿兩側(cè)次級(jí)斷裂富集成工業(yè)礦體。

6 結(jié)論

(1) 以核北部石英脈型白竹坪金礦和核南部蝕變巖型馬滑溝金礦作為典型礦床研究對(duì)象，通過(guò)Grant法計(jì)算常、微量元素的遷移量和遷移率，結(jié)果表明黃陵地區(qū)金礦床總體上不同類型原巖→蝕變圍巖中各元素質(zhì)量變化率很小，即元素帶入帶出程度較低，但礦體呈現(xiàn)出元素帶入的特征，這表明圍巖提供成礦物質(zhì)的能力很小，成礦物質(zhì)來(lái)源于深部。

(2) 黃陵背斜核部地區(qū)典型金礦床(點(diǎn))H-O同位素統(tǒng)計(jì)分析表明，金礦成礦熱液主要來(lái)源于巖漿水和部分變質(zhì)水，但以石英脈型為主的核北部金礦的成礦熱液來(lái)源指示向大氣降水飄移，說(shuō)明成礦后期有天水加入。

(3) 黃陵背斜核部地區(qū)典型金礦床(點(diǎn))Pb同位素特征顯示，核北、核南部μ均值分別為9.23、9.37，均低于地球正常值μ=9.58，表示Pb來(lái)自下地殼或上地幔；ω均值分別為45.21、42.04，具釷鉛富集、鈾鉛略微虧損的特征。通過(guò)△β-△γ成因分類圖解分析，金礦體主要落在造山帶鉛范圍內(nèi)，少量向中深變質(zhì)作用鉛偏移，鑒于造山帶的Pb同位素組成實(shí)際上是地幔、下地殼和上地殼Pb同位素均一化的結(jié)果，金礦物質(zhì)可能主要源于下地殼重熔和地幔上涌的混合巖漿作用，部分源于上地殼。

(4) 本次工作于白竹坪金礦的石英脈型礦脈中采集了同位素測(cè)年樣品，測(cè)試結(jié)果表明白竹坪金礦Rb-Sr等時(shí)線年齡值為(1 039±134) Ma，為新元古代晉寧早期；前人研究表明，黃陵地區(qū)金礦成礦年齡為(782±27) Ma、(796.10±22.718) Ma，即新元古代晉寧晚期。由此可見(jiàn)，黃陵背斜金礦主成礦期為新元古代晉寧期，經(jīng)多期次巖漿活動(dòng)富集而成。

(5) 新元古代晉寧早期，黃陵地區(qū)處于板塊裂解，基性—超基性巖漿沿北西向、北東向古斷裂侵位，來(lái)自地幔深源的金元素不斷活化和沉淀，使該時(shí)期的火山—沉積建造及基性—超基性巖體的金豐度增高，成為本區(qū)金礦的初始礦源層。晉寧晚期本區(qū)發(fā)生底劈隆升滑脫，并引發(fā)了強(qiáng)烈的花崗巖漿活動(dòng)，巖漿庫(kù)中富集大量含金的巖漿期后熱液，而北西向、北東向區(qū)域性深大斷裂或脆—韌性剪切帶則為含礦流體提供了上移通道，在巖漿作用的驅(qū)動(dòng)下，沿兩側(cè)次級(jí)斷裂富集成工業(yè)礦體。