山西灵丘县梨园金矿地质特征及控矿因素分析
Geological Characteristics and Ore-controlling Factors of Liyuan Gold Deposit, Shanxi Province
收稿日期: 2018-03-16 修回日期: 2018-09-04 网络出版日期: 2019-01-11
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Received: 2018-03-16 Revised: 2018-09-04 Online: 2019-01-11
作者简介 About authors
鞠培姣(1988-),女,山东临沂人,讲师,博士,从事矿床学、岩石学及矿床流体包裹体研究工作 , E-mail:857897266@qq.com
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鞠培姣.
JU Peijiao.
山西灵丘县梨园金矿属灵丘县下关乡梨园村,位于太行山构造—岩浆—多金属成矿带上。该矿床的研究程度较低,许小平[1]简要分析了梨园金矿矿体的赋存特征,认为该矿床类型为构造蚀变岩型;朱晓强等[2]简述了梨园金矿的地质特征;鞠培姣等[3]对梨园金矿床流体包裹体进行了分析,认为流体具有中低温,富CO2、低盐度的特征。朱晓强等[4]研究得出梨园金矿床发育有富液两相包裹体、含CO2三相包裹体和纯CO2两相包裹体,成矿流体为中低盐度,且在成矿作用期间可能发生了内部演化。但前人未深入探讨梨园金矿床的成矿作用过程,研究缺乏系统的矿石特征及控矿条件信息,因而严重制约了对该区成矿作用的认识。笔者在前人工作的基础上,通过大量野外考察和取样分析工作,旨在详细介绍成矿地质特征,总结控矿因素及找矿标志,分析成矿作用过程,为研究矿床成因和建立成矿模型提供可靠证据。
1 矿区地质特征
矿区构造发育,尤以断裂最为明显。按断裂展布方向可划分为4组,即NNE、近EW、NE和NW向(图1)。其中,NNE向燕山期断裂为最主要的断裂构造。野外可见破碎带中发育有强烈的绢云母化、高岭土化和褐铁矿化,并见有构造透镜体。
区内广泛发育粗粒钾长花岗岩和呈NNW向展布的辉绿岩,此外还发育石英斑岩和细晶闪长岩等。
图1
图1
梨园金矿矿区地质图
Fig.1
Geological map of Liyuan gold deposit
1.第四系冲积物、洪积物;2.阜平群混合岩化条带状片麻岩夹斜长角闪岩;3.石英斑岩;4.花岗细晶岩;5.辉绿岩;6.粗粒钾长文象花岗岩;7.断层;8.推测断层;9.地质界线
2 矿床地质特征
2.1 矿体特征
梨园金矿体受NNE向主断裂带控制,产于主断裂及其次生断裂带和角砾岩带中。矿体总体呈手掌状,共有3个指头,支矿体埋深在700 m标高以上,700 m标高以下连接成大脉体,呈似层状,以倾角45°~65°侧伏于NNE向构造带中(图2)。
浅部主矿体特征与深部矿体特征不同。浅部矿体主要呈脉状产于NNE向断裂带(及其旁侧断层)的蚀变角砾岩中。矿体总体受断裂带控制,可见尖灭再现和尖灭侧现现象。金矿体在平面上呈现向东南突出的弧形带状,北段走向近SN,南段转向NE。单个矿体形态为不规则脉状,矿体连续性好,产状变化中等,矿体厚度变化较稳定,厚度一般为2~5 m,平均厚度为3.53 m,属于厚度稳定型矿体。
图2
图2
各中段矿体平面形态特征
Fig.2
Morphological characteristics of orebodies in each middle section
矿体岩性为角砾状含矿蚀变岩,角砾来自围岩,成分比较复杂,主要包括条带状片麻岩、钾长花岗岩、斜长角闪岩、石英脉及其他蚀变角砾,多为棱角状,大小不一,最大可达数十厘米,最小角砾小于1 mm。胶结物为石英、绢云母化和黄铁矿等,有时可见碳酸盐矿物(铁白云石等),与金矿化关系密切。角砾岩与围岩的边界清楚,常见愈合良好的特征(图3)。围岩中裂隙一般不发育,蚀变弱。局部也可见不规则细脉穿插,脉旁发育有宽度数毫米至2 cm的硅化和绢云母化带。
2.2 矿石特征及矿物组成
(1)矿物组成及特征。通过肉眼观察,结合透、反光显微镜下鉴定可知,矿石中金属矿物主要为黄铁矿,其次为方铅矿、闪锌矿和黄铜矿,并见有针状分布钛铁矿。非金属矿物主要有石英、钾长石、斜长石和绢云母,其次为绿泥石、方解石、铁白云石和磷灰石等,贵金属为自然金(银金矿),是矿石中最主要的有用矿物。
图3
图3
矿体边界特征
Fig.3
Characteristics of orebody boundary
(a)矿体呈角砾状,角砾为钾长花岗岩,强烈硅化、绢云母化和黄铁矿化;(b)矿体底板特征,围岩为钾长花岗岩,边界清楚但愈合良好
图4
由于仪器稳定性,试样与标样物化性质的差异,标样的均匀性,以及人为过失误差等,上述自然金多种元素分析误差较大,总质量百分数未能达到100%,因此又对自然金颗粒的不同部位进行Au、Ag元素精确分析,结果如图5所示。
表1 金矿物电子探针成分
Table 1
序号 | Au Ma | Cu Ka | Ag La | Te La | Sb La | Bi Ma | Total |
---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 59.453 | 0 | 35.695 | 0.080 | 0 | 0.540 | 95.769 |
2 | 66.731 | 0.033 | 30.550 | 0.073 | 0 | 0.581 | 97.968 |
3 | 66.274 | 0 | 31.344 | 0.063 | 0 | 0.465 | 98.145 |
4 | 65.469 | 31.130 | 0.005 | 96.604 | |||
5 | 67.769 | 30.536 | 0.037 | 98.342 | |||
6 | 61.231 | 31.379 | 0.115 | 0.558 | 93.283 | ||
7 | 63.312 | 31.830 | 0 | 0.401 | 95.542 | ||
8 | 61.637 | 31.574 | 0.047 | 0.604 | 93.861 | ||
9 | 63.740 | 29.374 | 0.044 | 0.487 | 93.645 | ||
10 | 58.348 | 36.092 | 0.064 | 0.379 | 94.883 | ||
11 | 61.271 | 30.723 | 0.063 | 0.445 | 92.502 | ||
12 | 62.567 | 28.751 | 0.063 | 0.416 | 91.798 | ||
13 | 60.407 | 0.043 | 36.453 | 0.109 | 0 | 0.390 | 97.403 |
表2 各元素原子数百分含量
Table 2
序号 | Au Ma | Cu Ka | Ag La | Te La | Sb La | Bi Ma | Total |
---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 47.461 | 0 | 52.033 | 0.099 | 0 | 0.406 | 100 |
2 | 54.131 | 0.083 | 45.251 | 0.091 | 0 | 0.444 | 100 |
3 | 53.428 | 0 | 46.14 | 0.078 | 0 | 0.354 | 100 |
4 | 53.523 | 46.471 | 0.006 | 100 | |||
5 | 54.836 | 45.118 | 0.046 | 100 | |||
6 | 51.355 | 48.055 | 0.148 | 0.441 | 100 | ||
7 | 51.976 | 47.714 | 0 | 0.31 | 100 | ||
8 | 51.393 | 48.072 | 0.06 | 0.474 | 100 | ||
9 | 54.061 | 45.492 | 0.058 | 0.389 | 100 | ||
10 | 46.788 | 52.846 | 0.079 | 0.287 | 100 | ||
11 | 51.974 | 47.588 | 0.083 | 0.356 | 100 | ||
12 | 54.144 | 45.432 | 0.085 | 0.339 | 100 | ||
13 | 47.326 | 0.105 | 52.149 | 0.132 | 0 | 0.288 | 100 |
由上述分析可知,矿区金矿物成分以金和银为主,含少量铋。金和银的相对含量为(583~678)
图5
图5
银金矿电子探针分析图
Fig.5
Electron probe analysis diagram of silver gold
(a)打点位置;(b)定性分析谱线图;(c)定量分析结果
图6
图6
黄铁矿镜下特征
Fig.6
Microscopic characteristics of pyrite
(a)细粒黄铁矿;(b)粗粒黄铁矿;(c)黄铁矿表面碎裂;(d)黄铁矿呈交代残余结构;Py-黄铁矿
方铅矿:多呈不规则粒状产出,与石英、黄铜矿、闪锌矿为共生关系,形成石英硫化物细脉,或交代早期的矿物[图7(a)]。
(2)矿石结构构造。矿石结构主要有自形—半自形粒状、交代、交代残余和固溶体分离等结构。自形—半自形粒状结构:早阶段形成的黄铁矿呈自形—半自形粒状产出。交代结构:早阶段形成的黄铁矿被后阶段方铅矿沿边缘交代[图8(a)]、针状钛铁矿穿插黄铁矿颗粒[图8(b)]。交代残余结构:较早形成的黄铁矿被脉石矿物错断和交代,呈残余结构[图8(c)]。固溶体分离结构:黄铜矿呈乳滴状分布在闪锌矿颗粒中[图8(d)]。坑道内可观察到矿脉[图8(e)],矿石构造主要包括团块状、条带状、网脉状和角砾状等构造。条带状构造:由黄铁矿、方铅矿沿着层理面交代而成[图8(f)]。网脉状构造:由成矿后期形成的矿物充填在裂隙中而成[图8(g)]。角砾状构造:由石英、绢云母和黄铁矿共同胶结围岩角砾而成[图8(h)]。
2.3 围岩蚀变
硅化以细小他形石英为特征,交代原岩。绢云母化比较普遍,在蚀变破碎带中常见。绿泥石化主要交代含铁镁矿物。硅化、绢云母化和黄铁矿化与金矿化关系密切,是区内重要的找矿标志。
2.4 成矿阶段划分
通过对矿石特征及矿物间穿插包含关系进行研究认为,矿床的形成经历了热液期和表生期,热液期是金矿的主要形成期。热液成矿期可划分为4个矿化阶段,矿物生成顺序见表3。石英脉硅化阶段:代表成矿热液活动的开始。石英—黄铁矿阶段:该阶段为矿化早期,矿物主要呈块状、角砾状分布,见有强烈的黄铁矿化和绢云母化。石英—硫化物阶段:为主要的矿化阶段。矿体和围岩中多见有金属硫化物,自然金和银金矿物多集中在矿体内部的网脉状、团块状多金属硫化物矿脉中。石英—碳酸盐阶段:热液成矿作用的最后一个阶段。广泛发育铁白云石化、绿泥石化和大量的碳酸盐矿物。
图7
图7
其他金属矿物镜下特征
Fig.7
Microscopic characteristics of other metallic minerals
(a)闪锌矿、黄铜矿与方铅矿共生;(b)闪锌矿沿边缘交代黄铁矿,并见有闪锌矿颗粒分布在黄铁矿中;(c)钛铁矿呈星点状分布在脉石矿物中;(d)脉状钛铁矿;(e)格子状钛铁矿;(f)针状钛铁矿;(g)钛铁矿颗粒分布在黄铁矿中;(h)钛铁矿分布在黄铁矿边缘
Py-黄铁矿;Ccp-黄铜矿;Sp-闪锌矿;Hm-钛铁矿;Gn-方铅矿
图8
图8
矿石结构构造特征
Fig.8
Characteristics of ore texture and structure
(a)方铅矿沿边缘交代黄铁矿;(b)针状钛铁矿穿插黄铁矿;(c)黄铁矿被脉石矿物错断,呈交代残余结构;(d)黄铜矿呈乳滴状分布在闪锌矿颗粒中,形成固溶体分离结构;(e)矿脉;(f)矿体中方铅矿,黄铁矿顺条带或呈不规则细脉产出;(g)黄铁矿呈细脉网格状产出;(h)角砾状构造;Py-黄铁矿;Ccp-黄铜矿;Gn-方铅矿;Sp-闪锌矿;Hm-钛铁矿
图9
图9
围岩蚀变特征
Fig.9
Alteration characteristics of wall-rock
(a)铁白云石化;(b)黄铁绢英岩化;(c)碳酸盐化;(d)黄铁矿化;(e)绢云母化;(f)绿泥石化
Py-黄铁矿;Pl-斜长石;Qtz-石英;Cb-碳酸盐化;Bt-黑云母;Ms-白云母;Ser-绢云母化
3 控矿因素
3.1 含矿围岩
粗粒钾长花岗岩的矿物颗粒粗大,尤其是其中的钾长石巨大晶体的解理发育,易破碎且抗压强度低,使其成为有利的成矿围岩。因此,在成矿构造带旁侧的粗粒钾长花岗岩常成为矿体的重要围岩。梨园金矿区内虽然存在大量的粗粒(伟晶状)钾长花岗岩,但这种岩石形成于阜平群的深变质期,引起的成矿元素活化迁移不可能造成梨园金矿的成矿作用。且该种岩性的出现无明显的规律性,无法有效地指导找矿预测。
罗照华等[10]研究认为,辉绿岩墙(脉)与区内金银及多金属矿产十分密切。辉绿岩岩性致密,抗压强度大,不易破碎,但化学性质相对活泼,容易发生蚀变作用。另一方面,本区的辉绿岩脉受NW-NNW向构造控制。因此,当成矿构造与辉绿岩脉相交时,2组构造的交会部位成为有利的控矿构造,此时辉绿岩也成为矿体的围岩或矿化体。但梨园金矿区内辉绿岩脉中Au含量不高,且岩体分布范围有限,直接提供成矿物质的可能性较小。
矿区内金矿化作用多发生在角砾岩带中,但成矿作用主要发生于硅化—绢云母化—黄铁矿化蚀变岩组成的胶结物中,而角砾本身的矿化并不强。因此,角砾岩是矿体的重要找矿标志,但大的角砾往往是一种夹石,蚀变越强,尤其是黄铁矿化越强,金矿化则越强。浅部矿体中,角砾岩局限于断裂带,边界清楚,构造面明显,是一种以张性构造角砾为特征的断层角砾岩,成矿热液主要充填在角砾岩带的孔隙并交代断层带的基质和小的角砾,形成含矿角砾蚀变岩。深部矿体呈管状分布,沿多组断层围限的范围发育角砾岩筒,矿体边部蚀变细脉较为发育,除了断层角砾外,在多组构造集中发育的部位,岩石力学机构薄弱,伴随局部流体高压致裂的作用,形成角砾岩体,为金成矿提供有利空间。
由此可见,成矿构造带旁侧、多组构造交会部位、粗粒钾长花岗岩、角砾岩化和黄铁绢英岩化等因素,是成矿的有利条件。
3.2 构造控矿
梨园金矿区内有多条破碎带显示出金矿化特征,但目前仅有NNE向断裂赋存有工业矿体,通过分析该主断裂带的成矿特点,初步提出梨园金矿区断裂带赋存有工业矿体的条件:(1)发育于阜平群索家庄组,索家庄组是矿区的赋矿层位;(2)断裂应具有一定的规模,若规模太小,则导矿和容矿空间不发育,成矿流体难以向上运移、循环富集成矿;(3)经历多期多阶段的断裂活动,才能形成多阶段矿化叠加;(4)伴有辉绿岩脉的侵入,岩脉侵入可以使断裂带发生活动,从而使其成为构造薄弱地带,有利于含矿热液流体的进入和沉淀。
3.3 找矿标志
(1)岩石标志。阜平群索家庄组及其中的粗粒钾长花岗岩为矿体赋存围岩,也有部分矿体产在蚀变辉绿岩中,这些岩石中的断裂破碎带形成工业矿体的可能性较大。其中,粗粒钾长花岗岩的矿物颗粒粗大,富含长石类矿物,矿物解理发育,易形成破碎带和角砾岩,对成矿流体的运移和蚀变成矿尤其有利。因此,粗粒钾长花岗岩是最有利的成矿围岩。
(2)构造标志。从区域上来讲,NNE向构造是主导构造,控制着燕山期中酸性岩浆岩体的分布;NW向构造发育较早,深部延伸较大,被辉绿岩脉所充填,成矿期有继承性发展,对成矿有利。矿区走向NNE-NE、倾向NW的断裂及其旁侧派生的脆性断裂控制着浅部矿体的分布,角砾状构造发育,张性特征明显,是重要的容矿构造。深部NE向构造与NE、近EW向直立断层交会部位和围限形成角砾岩筒,也是重要的容矿空间。
(3)蚀变标志。黄铁绢英岩化(包含硅化、绢云母化和黄铁矿化等)是该区金矿化的主要蚀变岩,主矿体产于角砾状黄铁绢英岩中。因此,与黄铁绢英岩相关的蚀变作用可作为找矿标志。成矿作用晚期出现石英—铁白云石化和方解石化,也可作为辅助找矿标志。
(4)表生标志。矿体中含有的大量金属硫化物,风化后在露头上可形成褐铁矿化,这些现象可作为找矿的表生标志。
4 成矿作用分析
梨园金矿在区域上位于呈NNE向展布的太行山构造—岩浆—多金属成矿带上,区域经历了漫长的地质演化历史:太古宙,该区发生大规模的沉积作用;阜平—吕梁期,区域经历强烈的变质作用和混合岩化作用,形成一套以角闪岩相为主的中级变质岩系,此时太行山NNE向岩石圈发生断裂,深源成矿物质和含矿热液沿断裂上涌,导致金矿质的富集;至吕梁期,本区地壳上升,辉绿岩墙群沿NWW向断裂侵入;燕山期构造岩浆活动强烈[18],深断裂控制着岩浆岩带和沉积—火山沉积盆地的分布,岩浆则为成矿提供成矿物质、热源和矿化剂[19]。燕山期区域性NE向断裂活动导致发生左旋剪切作用,使NNE和NE向断裂成为有利的储矿构造。含有较高浓度金的成矿溶液形成后,沿大裂隙上升至较浅部位,在中小裂隙发育的破碎带伴随热液蚀变而析出,形成金矿。区域上的王安镇岩体、大河南岩体和麻棚岩体均具有良好的成矿物质基础[20,21,22,23,24],且辉绿岩脉的侵入为多金属矿床的形成起到成矿物质的富集作用。NW向构造是一组古老的断裂带,延深很大,强烈扩张,充填厚达数十米的辉绿岩脉。该组断裂带在成矿期重新活动,可能是本区的导矿构造。NW向构造及其次级断裂与燕山期新生的NE-NNE向、近EW向断裂的交会形成破碎岩筒,成为有利的成矿空间。矿床成因属于受断裂破碎带控制的岩浆热液蚀变岩型金矿。
5 结论
(1)梨园金矿出露地层为阜平群条带状片麻岩夹斜长角闪岩,金矿体主要受NNE向断裂及其相关的角砾岩筒的控制。
(2)矿体主要金属矿物为黄铁矿,贵金属为自然金。原生矿的成矿作用发生在热液期,可划分为4个矿化阶段:石英脉硅化阶段、石英—黄铁矿阶段、石英—硫化物阶段和石英—碳酸盐阶段。
(3)黄铁绢英岩化为重要的找矿标志。在成矿构造带旁侧、多组构造交会部位的角砾岩体有利于成矿。
(4)研究区经历了漫长的地质演化历史,燕山期构造岩浆活动强烈,成矿溶液沿大断裂带上升,成矿物质在较浅部位沉淀成矿。矿床成因类型为受断裂破碎带控制的岩浆热液蚀变岩型金矿。
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