中國金屬礦床地球化學(xué)省分布特征及其成因

中國金屬礦床地球化學(xué)省分布特征及其成因

地震臺網(wǎng)的位置和范圍非常大。巖石化學(xué)成分與地殼的平均值顯著不同。該省份的位置及其范圍可提供經(jīng)濟(jì)意義上的初始研究目標(biāo)區(qū)（h.etal.，196）。自從地球化學(xué)省的概念被提出以來,上個(gè)世紀(jì)80年代以前,地球化學(xué)省僅限于文字描述(Garrettetal.,1967;Armour-Brownetal.,1970;Hawkes,1976;Beusetal.,1977;Roseetal.,1979)。80年代以后,隨著一些大規(guī)模地球化學(xué)填圖計(jì)劃的開展,一些元素的地球化學(xué)省逐漸被圈定出來,并且以圖件的形式進(jìn)行展示(Plantetal.,1990,2003;Bovikenetal.,1990;Xieetal.,1991a,1993,1997;謝學(xué)錦等,1999)。2000年,根據(jù)截至1995年的540×104km2的區(qū)域化探全國掃面數(shù)據(jù)編制了中國金地球化學(xué)省圖,并將全國劃分成11個(gè)金的地球化學(xué)省(王學(xué)求等,2000)。近些年,隨著一些國家或區(qū)域大面積高質(zhì)量地球化學(xué)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生,并制作出地球化學(xué)圖,世界范圍內(nèi)相繼發(fā)現(xiàn)了一批地球化學(xué)省,開始掀起對地球化學(xué)省的成因進(jìn)行研究(Bovikenetal.,1990;Plantetal.,1990,2003;Remannetal.,2001;Wangetal.,1996,2007;Swennenetal.,1998;王學(xué)求等,2007;師淑娟等,2009;申伍軍等,2010)。這些對地球化學(xué)省成因的研究,僅限于宏觀描述性的研究,如與成礦省的關(guān)系、與高背景巖石的關(guān)系、與人類活動的關(guān)系等。對元素如何分散形成地球化學(xué)省的微觀證據(jù)和機(jī)理缺少了解,而世界上所有地球化學(xué)省都是用次生介質(zhì)(水系沉積物、土壤等)圈定出來的,因此只有通過對元素次生遷移機(jī)理的微觀精確認(rèn)識,才能對地球化學(xué)異常成因的研究上升到理論高度。本文使用全國600×104km21∶20萬區(qū)域化探掃面為主,輔以東天山16×104km2、中蒙邊界70×104km2、黑龍江東北部12×104km21∶100萬地球化學(xué)填圖的高質(zhì)量金分析數(shù)據(jù),圈定了中國金的地球化學(xué)省,并從微觀實(shí)證角度對具有多層套合特征的地球化學(xué)省的成因進(jìn)行了研究。1中國金礦床的空間分布1.1國內(nèi)地球化學(xué)異常研究對中國金地球化學(xué)省的圈定使用了2套數(shù)據(jù):①1∶20萬區(qū)域化探全國掃面計(jì)劃數(shù)據(jù)(Xieetal.,1991b)。該計(jì)劃使用水系沉積物作為采樣介質(zhì),覆蓋600余萬平方千米,約涵蓋900個(gè)1∶20萬圖幅,1個(gè)數(shù)據(jù)/4km2,共有近170×104個(gè)原始數(shù)據(jù)。本次研究使用每1∶5萬圖幅1個(gè)平均值數(shù)據(jù),每個(gè)數(shù)據(jù)面積大約代表400km2,共有約16000個(gè)數(shù)據(jù)。②1∶100萬地球化學(xué)填圖數(shù)據(jù)。對于1∶20萬化探掃面效果不好的地區(qū),或者沒有開展化探掃面的地區(qū),如受到風(fēng)成沙影響的東天山和中蒙邊界荒漠戈壁區(qū),受到有機(jī)物影響的黑龍江部分森林沼澤區(qū),開展了以匯水域?yàn)閱卧?、以土壤為采樣介質(zhì)的1∶100萬地球化學(xué)填圖。共包括三部分:東天山1∶100萬地球化學(xué)填圖,采樣介質(zhì)為匯水域細(xì)粒級土壤,覆蓋面積為16×104km2(王學(xué)求,2000;王學(xué)求等,2007);中蒙邊界1∶100萬地球化學(xué)填圖,使用土壤細(xì)粒級采樣,覆蓋面積為70×104km2(申伍軍等,2010);黑龍江東北部1∶100萬地球化學(xué)填圖,使用河漫灘土壤細(xì)粒級采樣,覆蓋面積為12×104km2(程志中等,2005;胡忠賢等,2005)。1∶100萬地球化學(xué)填圖的采樣密度是每1個(gè)1∶2.5萬圖幅采集1個(gè)樣品,本次使用每個(gè)1∶5萬圖幅1個(gè)平均值數(shù)據(jù),每個(gè)數(shù)據(jù)面積大約代表400km2。經(jīng)過數(shù)據(jù)調(diào)平處理和統(tǒng)計(jì)分析后,求得全國金的背景值是1.4ng/g,標(biāo)準(zhǔn)離差是1.0,用近似于背景值加上1倍離差的2.5ng/g作為異常下限作圖,相當(dāng)于累計(jì)頻率的82%圈定地球化學(xué)異常,即只有18%的數(shù)據(jù)為地球化學(xué)異常。連續(xù)出現(xiàn)5個(gè)點(diǎn)以上的地球化學(xué)異常(面積大于2000km2)共有74處,考慮異常與成礦帶的關(guān)聯(lián),將位于同一成礦帶的異常進(jìn)行合并,全國共圈定15處金的地球化學(xué)省集中區(qū)(圖1)。將這個(gè)地球化學(xué)省集中區(qū)按照所在的地理位置結(jié)合成礦帶給予命名。1.2志留系金礦床地質(zhì)特征從圖1可以看出,金的地球化學(xué)省主要分布于揚(yáng)子地臺周邊、華北地臺北緣、環(huán)準(zhǔn)格爾盆地周邊(天山、阿勒泰)以及藏南、海南島、黑龍江北部有零星分布。分布于揚(yáng)子地臺周邊的有小秦嶺、西秦嶺-松潘、三江、長江中下游、滇黔桂交界區(qū)、粵桂湘交界區(qū)、湘中-湘西地區(qū),分布于華北地臺北緣的有膠東、燕遼、內(nèi)蒙古中部、吉林東部,分布于環(huán)準(zhǔn)格爾盆地周邊的有東天山-北山、西天山、阿爾泰?，F(xiàn)將主要地球化學(xué)省空間分布描述如下:(1)小秦嶺金的地球化學(xué)省:這個(gè)地球化學(xué)省位于河南省西部與陜西省東南部的交界處,面積約20000km2。在整個(gè)地球化學(xué)省內(nèi)共有兩個(gè)巨大的濃集區(qū),其一包含了大湖、文峪、桐峪等大型金礦床,產(chǎn)于太古宙綠巖帶中,累計(jì)探明儲量約450t。另一處面積為4381km2,包含了上宮、祁雨溝等大型金礦床,產(chǎn)于元古宙的蝕變巖中,探明儲量約為180t。(2)西秦嶺-松潘金的地球化學(xué)省:位于“川-陜-甘金三角區(qū)”,包含西秦嶺和松潘兩個(gè)規(guī)模巨大的地球化學(xué)省,形態(tài)不規(guī)則,為一北西和北東向展布的“三角形”,面積近50000km2。其主體部分位于甘肅省東南部西秦嶺地區(qū),向西南跨入四川省的龍門山及松潘以北地區(qū)。區(qū)內(nèi)金礦就有幾十處,為“川-陜-甘”金礦密集區(qū)。重要金礦有:產(chǎn)于泥盆系碎屑及碳酸鹽巖建造、志留系黑色巖系和三疊系復(fù)理石沉積建造中的微細(xì)浸染型金礦(如甘肅省的李壩、拉爾瑪、坪定和四川省的馬腦殼、東北塞等大中型金礦),產(chǎn)于元古宇變質(zhì)碎屑巖中的構(gòu)造蝕變巖型金礦(如甘肅省的石雞壩、觀音壩和四川省的金洞溝大中型金礦以及甘肅的陽山大型金礦)。(3)三江金的地球化學(xué)省:三江(怒江、瀾滄江、金沙江)成礦帶地跨青藏東部,川、滇西部的橫斷山脈,面積約50×104km2。金地球化學(xué)省有若干濃集中心,沿三江成串珠狀分布。在西藏境內(nèi)已發(fā)現(xiàn)玉龍斑巖型大、中型銅多金屬礦床多處,在四川境內(nèi)有色巴溝、相曲多、降曲砂金型和呷村伴生金礦數(shù)處,云南境內(nèi)已發(fā)現(xiàn)老王寨、金廠、大紅山、希拉河等特大型、大中型金礦,主要有蝕變巖型、石英脈型、伴生金型等金礦類型。(4)長江中下游金的地球化學(xué)省:分布于湖北、安徽、浙江、江蘇省境內(nèi),跨越四省,成為規(guī)模巨大的地球化學(xué)巨省,面積約80000km2。金地球化學(xué)省核心主要分布于大冶-陽新、武穴、銅陵-德興、紹興-杭州-蘇州、廣德廟西和馬鞍山-九華山。金的地球化學(xué)異常主要作為銅礦,特別是斑巖型銅礦和矽卡巖型銅多金屬礦的伴生指示元素,部分異常是由金礦引起的,如馬山、獅子山、璜尖、金山、銅井和湯山等金礦床。(5)滇黔桂金的地球化學(xué)省:位于“滇、黔、桂”接壤區(qū)三角形地帶,為汞-銻-金-鉛-鋅低溫成礦帶,面積約150000km2。產(chǎn)于古生代和三疊紀(jì)碳酸鹽巖中的微細(xì)浸染型金礦,或稱卡林型金礦,為本區(qū)最有特色的成礦系統(tǒng)。本區(qū)是我國卡林型金礦床產(chǎn)出的集中區(qū)之一。迄今為止,已經(jīng)在區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)眾多的大中型獨(dú)立金礦床30多處。代表性礦床有貴州的爛泥溝、紫木函、戈塘、丫他、板其,廣西的金牙、高龍、浪全,云南的革當(dāng)、堂上等,均為卡林型金礦。(6)粵桂湘交界區(qū)金的地球化學(xué)省:這一金巨量聚集區(qū)位于粵桂湘三角地帶,與湘贛粵桂成礦帶西部吻合,是華南褶皺系成礦域內(nèi)最重要的成礦區(qū)帶。含金剪切帶型金(銀)成礦系統(tǒng),如河臺、新洲、二甲等礦床。這一異常的形成與燕山期淺成、超淺成花崗巖類有關(guān)的銅、鉛、鋅、鉬、金、銀、鎢、鉍成礦系統(tǒng),如水口山、大寶山等有關(guān);還和碳酸鹽巖中的層控型鉛、鋅、銅、錫、銻、金、鎢、汞、砷、鈾成礦系統(tǒng),代表性礦床有凡口鉛鋅礦、錫礦山銻礦、鉛鋅礦等有關(guān)。(7)湘中-湘西金的地球化學(xué)省:該區(qū)主體位于湘東-中-西南線上,與湖南境內(nèi)分布于雪峰弧形構(gòu)造、湘中東西向構(gòu)造和湘東北東向構(gòu)造3個(gè)古老的構(gòu)造隆起區(qū)內(nèi)廣泛分布的金礦(點(diǎn))相吻合。該區(qū)包含了湖南最主要的黃金產(chǎn)區(qū)。金礦類型主要是產(chǎn)于元古宙變碎屑巖、泥質(zhì)巖中的脈型和蝕變巖型,以及古生代碎屑巖和碳酸鹽中的微細(xì)浸染型。這一金地球化學(xué)省的另一重要特征是與銻的地球化學(xué)省相伴生,應(yīng)注重尋找低溫?zé)嵋盒徒痄R礦或銻金礦。著名的金礦有常寧水口山鉛鋅金礦,湘西金礦,汨羅砂金礦,黃金洞、龍山、大坊、鎮(zhèn)頭、黃龍橋等金礦。(8)膠東金的地球化學(xué)省:膠東金的地球化學(xué)省位于山東省膠東地區(qū)。呈近東西向分布,西自萊州境內(nèi)的三山島-焦家-新城金礦帶,東至乳山和牟平境內(nèi)的金青頂-鄧格莊金礦帶,南自萊州市區(qū)-大尹格莊-乳山縣城以北,北到海岸線,面積約40000km2。在這一地球化學(xué)省里存在4層套合地球化學(xué)模式,即地球化學(xué)巨省、地球化學(xué)省、區(qū)域異常和局部異常。這種非常集中的套合關(guān)系極有利形成大型金礦床。金礦儲量(包括探明及已開采的)估計(jì)約為1400t,是目前我國金礦產(chǎn)量最大的金礦集中區(qū)。(9)燕遼金的地球化學(xué)省:燕遼金的地球化學(xué)省從遼寧西部至河北東北部,面積約1.5×104km2。這一地球化學(xué)省的分布與已知的華北地臺金成礦帶相一致。囊括了河北省北部和遼西的幾乎所有中型以上的金礦床,如遷西縣金廠峪特大型金礦,寬城縣峪耳崖大型金礦,遵化縣馬蘭峪、寬城縣山家灣子、寬城縣牛心山、青龍縣三家中型金礦;崇禮縣東坪、宣化縣小營盤大型金礦,宣化縣張全莊、宣化縣韓家溝、赤城縣黃土梁、赤城縣后溝中型金礦;遼寧排山樓金礦。(10)內(nèi)蒙古中部金的地球化學(xué)省:該地球化學(xué)省位于內(nèi)蒙古中部狼山、大青山、色爾騰山附近,該地區(qū)大面積分布有新太古界烏拉山群、色爾騰山群綠巖。巖漿巖分布廣泛,從元古宙至中生代均有巖體出露。本區(qū)的金礦集中分布在該典型的花崗巖-綠巖帶組合內(nèi),并受區(qū)域深大斷裂帶及韌性剪切變質(zhì)帶的控制,構(gòu)成內(nèi)蒙中部金的礦化集中區(qū)。代表性礦床有烏拉山、摩天嶺、后石花、東伙房等蝕變巖型和石英脈型金礦,新地溝金礦,卯獨(dú)慶金礦等。哈達(dá)門溝大型金礦床即位于偉晶巖脈帶中。(11)天山金的地球化學(xué)省:分布于西天山一直到東天山,有若干個(gè)地球化學(xué)省組成,比較集中的有東天山康古爾塔格、西天山的伊寧。東天山該地球化學(xué)省位于吐哈盆地南緣康古爾塔格一帶,延伸至甘肅省交界處,呈東西向分布,總面積約3×104km2。但該金地球化學(xué)省內(nèi)金含量梯度變化平緩,沒有明顯的套合譜系關(guān)系,只有幾個(gè)區(qū)域異常。目前有康古爾塔格、石英灘、金窩子、金溝井等大型金礦被發(fā)現(xiàn)。西天山金的地球化學(xué)省位于西天山西段至南天山西段,面積約4×104km2,總體呈南北向展布,但其內(nèi)的區(qū)域異常呈東西向分布。分為明顯的兩處,北部一處位于西天山的伊寧地區(qū),南邊一處位于南天山靠近吉爾吉斯坦和哈薩克斯坦邊界。北部異常,已經(jīng)找到阿希大型金礦,南部異常應(yīng)是與烏茲別克穆龍?zhí)孜挥谕怀傻V帶上,極有可能找到穆龍?zhí)仔痛笮突蚓扌徒鸬V。(12)阿爾泰-西準(zhǔn)噶爾金地球化學(xué)省:集中分布于阿爾泰和西準(zhǔn)格爾兩處。阿爾泰金地球化學(xué)省分布于阿爾泰蘇木代爾格、紅山嘴、福海一帶。區(qū)內(nèi)砂金分布廣泛,巖金礦床有多拉納莎依、賽都金礦。西準(zhǔn)噶爾金地球化學(xué)省為哈薩克斯坦成礦帶的東延部分,本區(qū)成礦條件極為有利,與石炭系火山巖-火山碎屑巖建造和中酸性侵入體內(nèi)外接觸帶有關(guān)的金礦十分發(fā)育,是新疆重要金礦密集區(qū),已發(fā)現(xiàn)大中型金礦床和礦點(diǎn)近百處,其中大型礦床1處,中型礦床2處,小型礦床4處,已探明儲量占新疆總儲量的三分之一。重要的大中型礦床有哈圖金礦、齊依求Ⅰ號金礦、齊依求Ⅱ號金礦、闊個(gè)沙依金礦等。(13)藏南金的地球化學(xué)省:該地球化學(xué)省位于西藏南部,地處雅魯藏布江縫合帶與高喜馬拉雅北坡之間,屬特提斯喜馬拉雅構(gòu)造域東段的組成部分。包含青藏高原最具特色和最重要的金-銻成礦帶。成礦帶內(nèi)的礦床(點(diǎn))在各類不同的容礦圍巖內(nèi)產(chǎn)出,但是大多數(shù)礦床(點(diǎn))與燕山晚期—喜馬拉雅早期富堿中基性侵入巖體和南北向張裂構(gòu)造具密切空間分布關(guān)系,暗示了中新生代構(gòu)造-巖漿活動對金和銻礦床的制約作用。代表性金礦床有馬攸木、哈翁、倒不攏和查拉普;金-銀礦床為娘姑處;金-銻礦床有馬扎拉、哲古錯(cuò)和古堆、烏拉堆和然巴。其中馬攸木金礦床是近年來在西藏境內(nèi)找到的規(guī)模最大的巖金礦床。(14)黑龍江北部金的地球化學(xué)省:黑龍江北部地球化學(xué)省有3處,分別位于漠河、多寶山到呼瑪縣、團(tuán)結(jié)溝。漠河地球化學(xué)省分布于漠河、塔河、呼中一帶,西北至中俄蒙邊界,總面積20000余平方千米。區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)多處銀多金屬礦床、銅鉬礦床、貴金屬礦床(點(diǎn)),如甲烏拉、查干布拉根、額仁銀鉛鋅礦床,烏山、八大關(guān)、八八一、二十一站銅礦床;熱液網(wǎng)脈型金礦床和與韌性剪切帶有關(guān)的小伊諾蓋溝金礦床,頁索庫、奧拉奇、馬達(dá)爾、二根河等淺成低溫?zé)嵋航?、銀礦床以及產(chǎn)于侏羅紀(jì)含碳砂巖中的砂寶斯金礦床。多寶山金地球化學(xué)省分布于多寶山到呼瑪縣之間,已發(fā)現(xiàn)多寶山斑巖銅-鉬礦床、謝爾塔拉鐵-鋅礦床、蓮花山銅(銀)礦、區(qū)內(nèi)砂金礦廣布,共計(jì)19處,其中大型3處,中型6處;巖金礦床僅有四道溝東山小型礦床及黑龍溝、瓦拉里、北西里等礦點(diǎn),其成因與燕山期中—酸性巖漿作用有關(guān)。團(tuán)結(jié)溝金礦集中區(qū)位于小興安嶺-佳木斯成礦帶。共有18個(gè)金礦床,探明儲量194.3t,其中巖金礦床4處(大型1處,中型1處,小型2處),砂金礦床14處。巖金礦床以團(tuán)結(jié)溝大型斑巖型金礦床為代表。(15)海南島金的地球化學(xué)省:該地球化學(xué)省分別在海南島的西部和東部分布有濃集中心,大體呈北東向展布。海南島地處環(huán)太平洋構(gòu)造帶,出露地層主要為古生界變質(zhì)巖系和中生界白堊系,巖漿活動強(qiáng)烈,分布有海西、印支、燕山和喜馬拉雅等4個(gè)旋回的侵入巖和噴出巖。東西向構(gòu)造和北東向構(gòu)造構(gòu)成了海南島的構(gòu)造格架。海南島金礦分布廣泛,主要產(chǎn)在混合巖和古生界變質(zhì)巖中,其次是中生界白堊系紅色巖系及印支、燕山期花崗巖中,與斷裂構(gòu)造關(guān)系密切,多數(shù)金礦點(diǎn)出現(xiàn)在東西向及北東向主干斷裂旁側(cè)的次一級構(gòu)造裂隙中。典型的金礦床有抱倫超大型金礦、二甲紅甫門嶺大型金礦等。2金氏合金的形成2.1多層套合的地球化學(xué)異常與金成礦有關(guān)的地球化學(xué)省有一個(gè)共同特點(diǎn):具有多層套合結(jié)構(gòu),即套合地球化學(xué)模式譜系。該譜系是指一系列由高到低多層套合異常組成的地球化學(xué)分布模式,局部異常被區(qū)域異常所包裹,而區(qū)域異常又依次被更大規(guī)模的地球化學(xué)省所包裹。如小秦嶺地區(qū)用水系沉積物測量,用2ng/g作異常下限,圈出面積達(dá)10000km2的金地球化學(xué)省,在這個(gè)地球化學(xué)省里包裹著用3ng/g作異常下限,面積達(dá)2000余平方千米的區(qū)域異常,這個(gè)區(qū)域異常又包裹著若干個(gè)局部異常(圖2)。這種具有多層套合特征的地球化學(xué)省的形成是由高背景巖石、成礦作用和礦床風(fēng)化產(chǎn)生元素次生分散相互疊加的結(jié)果。高背景巖石提供了成礦元素的初始物源,成礦過程使得元素的進(jìn)一步活化和富集,礦床風(fēng)化產(chǎn)生元素的點(diǎn)源分散進(jìn)一步形成疊加異常濃集中心,最后形成了具有多層套合的地球化學(xué)異常。但問題的核心是這些地球化學(xué)省是用次生水系沉積物圈定的,而傳統(tǒng)理論認(rèn)為金是惰性的,比重又大,不會在水系中長距離遷移。那么水系沉積物獲得的這些大規(guī)模金地球化學(xué)異常是如何形成?2.2金的顆粒分布現(xiàn)代觀測手段,使我們有可能從微觀、甚至納觀尺度精細(xì)觀測金的顆粒分布。筆者利用光譜礦物定量分析方法(沈瑞平,1976;謝學(xué)錦等,1992),發(fā)現(xiàn)了地球化學(xué)樣品中大量<5μm的超微細(xì)金的存在(圖3),含量占總金量的30%～90%(Wangetal.,1995;王學(xué)求等,1996,2000)。由表1可以看出無論是礦石、圍巖、土壤,還是水系沉積物都大量存在<5μm的超微細(xì)金,比例一般從30%～90%。進(jìn)一步使用可以觀測到微米尺度的透射電鏡(TEM)觀測到納米金微粒(圖4,圖5)。單個(gè)金屬微粒粒徑主體在幾十納米,最小到10nm,大到上百納米(王學(xué)求等,2011)。上述觀測結(jié)果可以將金的顆粒分布用連續(xù)的圖譜來表示(圖5)。這一分類主要考慮物理概念的幾個(gè)關(guān)鍵尺度和現(xiàn)有的分析測試技術(shù)。(1)200目(約74μm)這是地球化學(xué)樣品金分析中普遍使用的碎樣粒度。該技術(shù)參數(shù)很容易將粗粒金與細(xì)粒金區(qū)分開來。(2)5μm這是目前我們使用光譜礦物定量分析技術(shù)所能檢測到的金的最小粒度。(3)1μm這一尺度是通常情況下,膠體與顆粒物質(zhì)的分界線。通過微孔濾膜可以將大于和小于這一粒徑的金分開。(4)0.1μm(100nm)這是納米科學(xué)的重要尺度概念,小于100nm的物質(zhì)被稱為納米物質(zhì)。(5)0.144nm金的原子半徑,也是金的最小單體,小于該尺度的金將是離子金。圖6是低、中、高金含量樣品中金的顆粒分布示意圖。在中等金含量和高金含量樣品中既存在大顆粒金,也大量存在超微細(xì)金;在低金含量(<5ng/g)樣品中,只存在超微細(xì)金,不存在大顆粒金,因此大規(guī)模地球化學(xué)異常(金含量異常下限在2～4ng/g)只能由超微細(xì)金所形成的。3超微細(xì)亞微金礦床風(fēng)化形成了大量低