內(nèi)蒙古東部雙王金礦床鈉長(zhǎng)角礫巖地球化學(xué)特征及成因探討

內(nèi)蒙古東部雙王金礦床鈉長(zhǎng)角礫巖地球化學(xué)特征及成因探討

自1975年發(fā)現(xiàn)以來(lái)，雙王角礫巖金礦床一直受到學(xué)術(shù)界的關(guān)注，但其成因仍有很大差異。古貌新認(rèn)為雙王含金角礫巖屬于構(gòu)造成因的角礫巖,雙王金礦屬于中低溫滲濾熱液裂隙充填金礦床。王亞力提出角礫巖是成巖過(guò)程中的巖溶坍塌形成的,雙王金礦為地下熱鹵水淋濾圍巖中的金在角礫巖中沉淀形成。石準(zhǔn)立等提出雙王含金角礫巖為構(gòu)造角礫巖,雙王金礦為基性、超基性—堿性巖漿派生的碳酸巖巖漿熱液型金礦床。在此之后,又有構(gòu)造—隱爆角礫巖型巖漿熱液金礦床、熱水噴流型金礦床、噴流沉積—巖漿熱液疊加改造型金礦床、層控—構(gòu)造改造—鹽酸巖巖漿熱液疊加復(fù)成金礦床、隱爆角礫巖型金礦床等觀點(diǎn)。鑒于這一問(wèn)題的確定具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義,本文在前人工作的基礎(chǔ)上,對(duì)雙王金礦床成因進(jìn)行重新探討。1礦床的地質(zhì)特征1.1星紅鋪組—地質(zhì)背景雙王金礦床位于南秦嶺構(gòu)造帶鳳縣—山陽(yáng)大斷裂南側(cè),礦區(qū)出露地層有中泥盆統(tǒng)王家楞組、古道嶺組和上泥盆統(tǒng)星紅鋪組、九里坪組。王家楞組巖性主要為結(jié)晶灰?guī)r、變質(zhì)粉砂巖、砂質(zhì)板巖互層;古道嶺組為結(jié)晶灰?guī)r、生物灰?guī)r夾砂巖;星紅鋪組以變質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)絹云板巖、絹云板巖為主,下部夾結(jié)晶灰?guī)r、鈣質(zhì)板巖,九里坪組為粉砂巖、板巖互層,含金角礫巖位于星紅鋪組地層中(圖1)。區(qū)內(nèi)構(gòu)造線呈NW向,主要褶皺構(gòu)造為西壩復(fù)式背斜的次級(jí)背斜——銀洞溝背斜,背斜核部和南翼為西壩巖體侵入,北翼地層走向NW,傾向NE,傾角55～85°。雙王金礦床位于銀洞溝背斜北翼,礦區(qū)斷裂以NW向正斷裂為主,南北兩側(cè)分別為NW向的王家楞、修石崖斷裂,斷面傾向NE,傾角70°左右,屬成礦前斷裂。此外,還發(fā)育有NE、近SN向斷裂,常切割NE向斷裂。在含金角礫巖帶南側(cè)1～3km處,分布西壩復(fù)式巖體,由二長(zhǎng)花崗巖和石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖組成。二長(zhǎng)花崗巖K-Ar法年齡為198.3～212.8Ma,石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖Rb-Sr等時(shí)年齡為213.5Ma,為印支期侵入巖。根據(jù)巖石化學(xué)成分、礦物成分、同位素組成等資料,巖石屬B>W.查佩爾和J.R.懷特的I型系列,鍶同位素87Sr/86Sr初始比值及鉛同位素值為8.86～8.79等資料,反映巖漿起源于下地殼到上地幔。另外,區(qū)內(nèi)還零星分布有花崗斑巖脈和煌斑巖脈。1.2角礫巖的結(jié)構(gòu)含金鈉長(zhǎng)角礫巖體呈帶狀斷續(xù)出露,全長(zhǎng)約11.5km,總體走向290～310°,角礫巖體在走向和傾向上均與地層呈低角度斜切關(guān)系,東段傾向20～40°,傾角50～80°,上緩下陡;西段傾向200～220°,傾角81～87°。角礫巖體平面形態(tài)多為不規(guī)則扁長(zhǎng)透鏡狀,與上、下盤圍巖界線一般較清楚,有時(shí)則有數(shù)米至十余米的碎裂狀圍巖與之過(guò)渡。出露寬度4～500m,延深超過(guò)700m。鈉長(zhǎng)角礫巖的角礫成分主要為淺灰—淺棕黃色鈉長(zhǎng)石化板巖和粉砂巖,部分為綠灰色粉砂質(zhì)絹云板巖、變質(zhì)粉砂巖及少量大理巖和結(jié)晶灰?guī)r。角礫多為棱角明顯的條板狀、多角狀及不規(guī)則狀,部分呈次棱角—次圓狀甚至卵狀。前者較大,數(shù)十厘米至數(shù)米,后者礫徑一般小于10cm。一般角礫巖體邊部和上部角礫塊度較大,中部和下部塊度小。膠結(jié)物主要為鈉長(zhǎng)石、含鐵白云石、方解石以及少量石英、黃鐵礦等。角礫巖在空間上存在分帶現(xiàn)象。深部角礫巖的角礫塊度小,角礫呈次棱角—次圓狀甚至卵狀,角礫以交代鈉長(zhǎng)巖、交代含鐵白云石鈉長(zhǎng)巖和含鐵白云石鈉長(zhǎng)巖化絹云板巖為主,定向排列,膠結(jié)物主要為石英鈉長(zhǎng)巖或鈉長(zhǎng)巖細(xì)晶含鐵白云石組合,并常夾有“糜棱狀巖屑”;淺部角礫巖角礫大小懸殊,棱角明顯,膠結(jié)物多為不規(guī)則脈狀、網(wǎng)脈狀和團(tuán)囊狀以含鐵白云石為主的(鈉長(zhǎng)石)黃鐵礦組合,圍巖(尤其上盤)接觸部位有破碎現(xiàn)象。角礫與圍巖具有一定的可拼性,顯示明顯的張性特征。1.3鈉長(zhǎng)板巖沉積相在含金鈉長(zhǎng)角礫巖帶的內(nèi)部及其兩側(cè),發(fā)育著一套富含鈉長(zhǎng)石、含鐵白云石的巖石,包括鈉長(zhǎng)石絹云板巖、鐵白云石鈉長(zhǎng)石絹云板巖、鈉長(zhǎng)巖、鐵白云石鈉長(zhǎng)巖,前人多稱之為“鈉長(zhǎng)板巖”。古貌新認(rèn)為其屬沉積成因;朱振濤認(rèn)為從鈉長(zhǎng)板巖類巖石明顯呈層狀產(chǎn)出、受層位控制、具層理構(gòu)造等一系列沉積巖的特征來(lái)看,顯然屬沉積成因。王亞力認(rèn)為鈉長(zhǎng)板巖類巖石原是一套正常沉積的細(xì)碎屑巖系,富鈉特征是后期鈉化的結(jié)果;汪昭祥、石準(zhǔn)立也認(rèn)為是熱液交代成因。梁華英、方維萱、張作衡等則認(rèn)為鈉長(zhǎng)板巖類巖石為熱水沉積成因。李勇等認(rèn)為是侵入鈉長(zhǎng)巖。事實(shí)上,鈉長(zhǎng)板巖總是和鈉長(zhǎng)角礫巖相伴出現(xiàn),常切穿不同層位地層,并不完全是順層產(chǎn)出的,其顯示的層理構(gòu)造只是交代殘余的原巖構(gòu)造,是熱液交代的產(chǎn)物(圖2)。賦礦地層中發(fā)育深水濁積巖,但并不伴有熱水噴流沉積作用(在鳳縣西河這一現(xiàn)象十分清楚),即鈉長(zhǎng)板巖與熱水沉積無(wú)關(guān)。1.4按石、鐵、礦的劃分分類金礦體賦存于鈉長(zhǎng)角礫巖體中,但主要分布于角礫巖體上部200m的范圍內(nèi),有個(gè)別的角礫巖體則全部礦化。礦石的礦物成分主要有鈉長(zhǎng)石、鐵白云石、方解石、黃鐵礦,其次為少量石英、白鐵礦、金紅石、磷灰石和自然金,還可見碲金礦、碲鉍礦、碲銀礦以及微量的磁黃鐵礦、毒砂、黃銅礦、六方硫鎳礦、紫硫鎳礦、硫鉍鎳礦、針鎳礦、輝鈷礦、輝鉬礦、釩云母、釩鉻云母、鈣釩榴石、電氣石、螢石、迪開石、硬石膏、石膏、菱鐵礦、氟碳鈣鈰礦等。礦石結(jié)構(gòu)主要有包含結(jié)構(gòu)、嵌晶結(jié)構(gòu)、填隙結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)、環(huán)帶結(jié)構(gòu),構(gòu)造有角礫狀構(gòu)造、脈狀、網(wǎng)脈狀構(gòu)造、角礫浸染狀構(gòu)造、團(tuán)塊狀構(gòu)造,顯示熱液交代充填的結(jié)構(gòu)構(gòu)造。2地球化學(xué)特征2.1成礦熱液的來(lái)源-西壩巖體石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖中黃鐵礦的δ34S為+3.8‰～4.84‰,二長(zhǎng)花崗巖中黃鐵礦的δ34S為+5.3‰～6.1‰,變化范圍小,均一化程度高,具隕石型硫源的性質(zhì)。鈉長(zhǎng)角礫巖中黃鐵礦的δ34S為4.78‰～11.6‰,近礦圍巖——鈉長(zhǎng)板巖中黃鐵礦的δ34S為5.7‰～13.8‰,第Ⅰ～Ⅳ成礦階段黃鐵礦的δ34S為2.6‰～14.81‰,顯示成礦熱液與鈉長(zhǎng)角礫巖、鈉長(zhǎng)板巖的硫同位素組成基本一致,硫源分布區(qū)間廣,具混合性質(zhì),既有隕石硫的成分,也有殼源硫成分,晚期或靠近圍巖殼源硫成分有所增加。第Ⅱ成礦階段鐵白云石的δD為-62.2‰～-76.7‰,δ18O為+8.32‰～+8.70‰,具正常巖漿水特征。第Ⅰ～Ⅲ成礦階段石英、方解石包裹體水的δD為-65.3‰～-131.9‰,δ18O為+10.59‰～+13.95‰,鈉長(zhǎng)板巖、鈉長(zhǎng)角礫巖角礫中鈉長(zhǎng)石包裹體水的δD為-103.9‰～-124.3‰,δ18O為+12.33‰～+13.22‰。在δD-δ18O坐標(biāo)圖上均落入巖漿水—變質(zhì)水的區(qū)間內(nèi)及其垂直下方,并不向天水線方向偏移,說(shuō)明成礦熱液的水源主要是由巖漿水和區(qū)域變質(zhì)巖中的含水礦物在近礦圍巖蝕變過(guò)程中被萃取出來(lái)的水所構(gòu)成的混合水。第Ⅳ成礦階段(雙王金礦的主成礦時(shí)期)石英包裹體水的δD為-65.3‰～-70‰,δ18O為+1.4‰～+9.0‰,除+1.4‰的樣品外,均位于典型巖漿水(+5.5‰～+9.5‰)范圍內(nèi)。第Ⅱ、Ⅲ成礦階段碳酸鹽礦物(第Ⅱ成礦階段7～12號(hào)樣、第Ⅲ成礦階段13、14號(hào)樣)中δ13C為-7.89‰～-4.47‰,δ18O為+14.86‰～+18.66‰;鈉長(zhǎng)板巖碳酸鹽礦物中δ13C為-2.82‰～-7.80‰;第Ⅴ階段碳酸鹽礦物(15、16號(hào)樣)中δ13C為-0.03‰～0.28‰,δ18O為+7.50‰～+9.87‰。將分析值投影在δ13CPDB-δ18OSMOW坐標(biāo)圖(圖3)中,落入熱液混合碳區(qū),表明其碳來(lái)自巖漿同化的下部地層。2.2稀土元素地球化學(xué)雙王金礦床礦石的稀土總量變化大,為54.48×10-6～166.99×10-6,總體比區(qū)內(nèi)的巖漿巖及蝕變圍巖的稀土總量低。稀土配分曲線總體平直,個(gè)別略顯左傾,具大洋中脊拉斑玄武巖的稀土配分曲線型式?！艭e/∑Y為0.54～1.71,Eu/Sm為0.23～0.56,高于殼源巖石的Eu/Sm值,而與玄武巖相似,δEu為0.79～1.30,也表現(xiàn)為大洋拉斑玄武巖的特征。2.3流體成礦流體流體包裹體主要發(fā)育在鐵白云石、石英以及少量的方解石中,主要有CO2-H2O、富CO2和水溶液包裹體3種成分類型。水溶液包裹體的鹽度w(NaCleq)值為1.03‰～6.63‰;CO2-H2O包裹體的w(NaCleq)值為4.00‰～22.70‰。成礦流體的化學(xué)成分包括有液相組分和氣相組分,液相組分中陽(yáng)離子以Na+為主,Ca2+次之,Mg2+、K+很少,陰離子以Cl-、S2-為主,晚期F-含量增高;氣相組分主要為H2O和CO2,其次為CO、CH4、N2、H2。主成礦階段白云石的CO2-H2O完全均一溫度范圍為148～436℃,主要為260～400℃,峰值320℃;石英脈體中CO2-H2O完全均一溫度范圍為180～340℃;水溶液包裹體均一溫度范圍為160～280℃。成礦壓力為140～175MPa。據(jù)石準(zhǔn)立資料,雙王金礦第Ⅰ階段成巖成礦溫度較高,鐵白云石的熔融包裹體溫度高達(dá)602℃,類熔融包裹體溫度高達(dá)500～550℃,石英的流體熔融包裹體均一溫度高于600℃。據(jù)陜西區(qū)調(diào)隊(duì)資料,鈉長(zhǎng)角礫巖膠結(jié)物中自形短柱狀石英氣相包裹體均一法溫度為600～620℃。3討論和結(jié)論3.1碳酸巖巖漿源區(qū)和形成過(guò)程中金礦床的成因關(guān)于鈉質(zhì)來(lái)源也是一個(gè)長(zhǎng)期爭(zhēng)議的問(wèn)題,王亞力認(rèn)為鈉質(zhì)是海水在干旱潮坪環(huán)境下蒸發(fā)形成膏鹽類礦物,在后期成巖過(guò)程被大氣降水溶解形成鈉質(zhì)溶液,鈉質(zhì)溶液交代泥質(zhì)粉砂巖和鈣質(zhì)粉砂巖即形成鈉長(zhǎng)板巖,鈉長(zhǎng)角礫巖是鹽溶坍塌的產(chǎn)物。炎金才等認(rèn)為鈉質(zhì)最早來(lái)源于熱水噴流作用形成的富Na+熱鹵水,與濁積物一起沉積形成含鈉長(zhǎng)石的遠(yuǎn)源濁積巖,形成了金的礦源層,在成巖過(guò)程中發(fā)生鈉長(zhǎng)石化,形成層狀鈉質(zhì)巖,后經(jīng)構(gòu)造角礫巖化和熱液改造形成金礦床。汪昭祥認(rèn)為鈉質(zhì)可能來(lái)源于下伏耀嶺河群富鈉變質(zhì)火山巖。石準(zhǔn)立等認(rèn)為來(lái)自基性、超基性—堿性巖漿派生的碳酸巖巖漿。筆者也認(rèn)為鈉長(zhǎng)巖、鈉長(zhǎng)角礫巖、鈉長(zhǎng)板巖的鈉質(zhì)可能來(lái)源于下伏富鈉耀嶺河群變質(zhì)火山巖,是巖漿上侵過(guò)程中熔融富鈉火山巖而在巖漿前鋒形成的鈉質(zhì)類巖漿流體,在地殼淺部侵位、隱爆、交代形成的產(chǎn)物。耀嶺河群為一套由綠簾—綠泥片巖、鈉長(zhǎng)綠泥片巖等灰綠色片巖夾大理巖、炭質(zhì)千枚巖組成的變質(zhì)中基性—中酸性海相火山巖系,其同位素年齡界于700～1100Ma之間,其中的微古植物化石面貌與我國(guó)青白口紀(jì)的微古植物化石組合相近,時(shí)代應(yīng)為新元古代青白口紀(jì)。根據(jù)石準(zhǔn)立對(duì)鉛同位素的推算,雙王金礦產(chǎn)生放射性成因鉛的源區(qū)巖石年齡可能為948Ma,相當(dāng)于新元古代早期(青白口系)的產(chǎn)物。另外,鈉長(zhǎng)角礫巖的成礦元素組合與耀嶺河巖群基性火山巖及下寒武統(tǒng)凝灰質(zhì)板巖的微量元素具有較好的一致性,也反映成巖成礦物質(zhì)來(lái)源于耀嶺河群火山巖。3.2成礦作用與成礦時(shí)代關(guān)于巖漿巖與鈉長(zhǎng)角礫巖有無(wú)成因聯(lián)系,答案是肯定的。在區(qū)域上,大多數(shù)鈉長(zhǎng)角礫巖帶與印支期中酸性巖漿巖存在著密切的關(guān)系。石準(zhǔn)立等根據(jù)雙王金礦第Ⅱ、Ⅳ成礦階段黃鐵礦40Ar/39Ar同位素年齡183.09Ma和168.05Ma,認(rèn)為金礦化時(shí)間略晚于西壩巖體(時(shí)間差為19～30Ma),因而西壩巖體不具備為成礦提供主要成礦物質(zhì)的條件,也未起到熱發(fā)動(dòng)機(jī)的作用,與成礦無(wú)任何成因聯(lián)系。筆者認(rèn)為巖漿活動(dòng)與金礦成礦都是一個(gè)持續(xù)的過(guò)程,金礦成礦晚于巖體侵位可能是一種普遍現(xiàn)象。秦嶺印支晚期—燕山早期這一巖漿活動(dòng)和金礦成礦過(guò)程與秦嶺造山帶的陸內(nèi)碰撞造山過(guò)程是一致的。二臺(tái)子金礦成礦年齡210.8Ma,雙王金礦成礦年齡約168.05～183.09Ma,反應(yīng)秦嶺造山帶陸內(nèi)碰撞可能東早西晚。3.3流體對(duì)碳酸鹽巖的等溫和濃度碳酸鹽主要來(lái)源于基底地層,從震旦系到寒武—奧陶系以及泥盆系地層,存在大量的碳酸鹽巖(白云巖、灰?guī)r),在巖漿上侵過(guò)程中,碳酸鹽巖被熔融加入到流體中,這一過(guò)程增加了流體中CO2等氣相成分的濃度。流體富含H2O、CO2等揮發(fā)分,其在封閉條件下可產(chǎn)生巨大的壓力,據(jù)H.N.希塔羅夫的資料,在深度1100m處,溫度為400℃時(shí),水的壓力可達(dá)30MPa;當(dāng)溫度為700℃時(shí),水的壓力可達(dá)130MPa。根據(jù)A.達(dá)尼埃利的資料,當(dāng)含有游離SiO2的酸性巖漿侵入到碳酸鹽巖層時(shí),由于CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2的反應(yīng)而產(chǎn)生的CO2分壓,在溫度為700℃時(shí)可達(dá)260MPa。雙王金礦成礦壓力為140～175MPa,流體中溶解了基底地層碳酸鹽巖是主要原因之一。流體壓力大于靜巖載荷的100MPa上限壓力,這是發(fā)生隱爆作用形成隱爆角礫巖的主要原因。3.4角礫巖的特征鈉長(zhǎng)角礫巖不是構(gòu)造角礫巖,其表現(xiàn)在角礫巖體不是完全呈線狀、帶狀展布,而出現(xiàn)不規(guī)則侵入體形狀,沒(méi)有明顯的構(gòu)造滑動(dòng)面,少見構(gòu)造應(yīng)力作用跡象。鈉長(zhǎng)角礫巖是由巖漿氣液流體淺成隱爆形成的。從產(chǎn)狀特征看,鈉長(zhǎng)角礫巖體斜切地層,是后期侵入到地層中的,且具有明顯的分帶性,從下向上或從內(nèi)向外,依次出現(xiàn)石英鈉長(zhǎng)巖—石英鈉長(zhǎng)石膠結(jié)角礫巖—石英鈉長(zhǎng)石和鐵白云石膠結(jié)角礫巖—鐵白云石膠結(jié)角礫巖—震碎角礫巖—鈉化圍巖—正常圍巖。鈉長(zhǎng)角礫巖體邊部和上部以圍巖角礫為主,角礫塊度較大,角礫棱角明顯;中間和下部以母巖(石英鈉長(zhǎng)巖)角礫為主,塊度小,磨圓度較好。下部膠結(jié)物主要為石英鈉長(zhǎng)巖或鈉長(zhǎng)巖細(xì)晶含鐵白云石組合,石英鈉長(zhǎng)巖具典型的花崗變晶結(jié)構(gòu),實(shí)際上是巖漿巖。其中可見霏細(xì)狀長(zhǎng)英質(zhì)物質(zhì),應(yīng)是熔漿爆裂形成的霏細(xì)結(jié)構(gòu)。石英鈉長(zhǎng)巖角礫具圓化和條狀定向排列,圍巖(鈉化板巖)角礫具強(qiáng)烈熔蝕。圍巖接觸帶附近角礫具可拼性,實(shí)際上為震碎角礫巖。熱液物質(zhì)沿裂隙充填交代碎裂狀圍巖,熱液蝕變從接觸帶向正常圍巖逐漸減弱。角礫巖總體呈現(xiàn)張性力學(xué)性質(zhì),經(jīng)實(shí)際對(duì)比,鈉長(zhǎng)角礫巖體的上述特征與典型的隱爆角礫巖體的特征完全一致。在鈉長(zhǎng)角礫巖體周圍及內(nèi)部常有后期巖漿巖侵入,如在鎮(zhèn)安半倉(cāng)溝鈉長(zhǎng)角礫巖體中閃長(zhǎng)玢巖呈巖株?duì)钋秩?雙王、板房子、二臺(tái)子見有鈉長(zhǎng)斑巖脈穿插于鈉長(zhǎng)角礫巖體中,說(shuō)明區(qū)內(nèi)存在鈉質(zhì)巖漿且與鈉長(zhǎng)角礫巖體有直接的成因聯(lián)系。包裹體測(cè)溫大于500℃甚至600℃的均一溫度和成礦流體的熱場(chǎng)特征(圖4),表明鈉質(zhì)流體是一種類巖漿流體,鈉長(zhǎng)角礫巖是隱爆角礫巖體。隱爆角礫巖體一般受構(gòu)造控制,沿巖石軟弱部位形成,但往往又可掩蓋早期的構(gòu)造跡象。當(dāng)鈉質(zhì)流體直接侵入到地層中也可形成鈉長(zhǎng)巖侵入體或石英鈉長(zhǎng)(斑)巖體。3.5同熔型巖漿轉(zhuǎn)化為成礦物質(zhì)的機(jī)制雙王金礦床為隱爆角礫巖型金礦,金礦成礦物質(zhì)來(lái)源與地層圍巖無(wú)關(guān),而是來(lái)源于深部的地層柱;其硫源既有深部巖漿硫源,也有地層硫源加入;熱液中水的來(lái)源既有巖漿水,又有地層中的變質(zhì)水;碳可能來(lái)自巖漿熔融、溶解的下部地層;鈉質(zhì)主要來(lái)自基底耀嶺河群變質(zhì)火山巖。在印支晚期—燕山早期秦嶺造山帶閉合造山階段,在強(qiáng)烈的構(gòu)造應(yīng)力作用下,鳳縣—山陽(yáng)大斷裂、鎮(zhèn)安—板巖鎮(zhèn)大斷裂強(qiáng)烈活動(dòng),下地殼和上地幔物質(zhì)熔融形成同熔型巖漿,巖漿在構(gòu)造應(yīng)力的驅(qū)動(dòng)下向上運(yùn)移,在運(yùn)移過(guò)程中熔融途經(jīng)地層的巖石,同化、萃取途徑及附近地層中的成礦物質(zhì),如耀嶺河群變質(zhì)火山