遼東地區(qū)上京家堡子銀礦床地質(zhì)特征及成礦作用

遼東地區(qū)上京家堡子銀礦床地質(zhì)特征及成礦作用

高家寶銀礦床是遼寧省地質(zhì)秘書處103號的一個獨立銀礦。根據(jù)對青城子礦床組成和元素分布規(guī)律的充分研究，于20世紀90年代在青城子牙礦床東側(cè)遼河群大石橋群大理巖層中發(fā)現(xiàn)了一條獨立的銀礦。1991~1995年先后完成了普查及勘探工作,證實其為大型礦床。礦床具規(guī)模大,品位高等特征。由于礦床發(fā)現(xiàn)較晚,相對研究程度不高,礦床類型及成因仍存在著多種不同的認識,其中遼寧地勘局103隊提出該礦床系大氣降水與含礦熱鹵水混合流體成礦的成因觀點;姜瑛(1998)通過對地球化學、穩(wěn)定同位素和稀土地球化學研究,提出高家堡子銀礦床屬火山噴流-韌性剪切-巖漿熱液疊加礦床,并探討了礦床成因,但未對熱液疊加期成礦流體來源進行系統(tǒng)研究,僅概述性將其歸結(jié)為巖漿成因熱液;陳江(2001)通過對區(qū)域濁積巖建造,銀、金等元素在濁積巖系中的豐度值及其分布特點研究,將其歸為濁積巖型礦床;代軍治等(2006)則通過對該礦床流體包裹體研究,認為成礦流體經(jīng)歷了早期階段不混溶作用到晚期階段地下水的混合過程,提出該礦床早期以巖漿熱液成礦為主,晚期有大氣降水參與的認識,但僅從流體包裹體角度研究,缺少充分的定量證據(jù),不足以推斷其成礦流體來源。此外,薛春紀等(2003)采用Rb-Sr和40Ar/39Ar法對高家堡子銀礦床測得了一組十分集中的印支中期成礦年齡。銀礦石中石英流體包裹體的Rb-Sr等時線年齡為234±14Ma;40Ar/39Ar法測得晚期硅質(zhì)巖石英年齡tp=238.80±0.60Ma,等時線年齡ti=240.35±0.88Ma。在總結(jié)前人觀點的基礎(chǔ)上,作者對硅化碎裂大理巖及含銀硅質(zhì)型礦石石英中的碳、氫、氧穩(wěn)定同位素進行研究,并結(jié)合流體包裹體巖相學及顯微測溫學特征,分析成礦流體性質(zhì)及來源,探討礦床成因。1成礦斷裂帶地質(zhì)特征高家堡子銀礦床位于青城子礦田東部(圖1),賦存于古元古代遼河群大石橋組大理巖中;地處遼東裂谷中段,大石橋—草河口斷坳與營口—寬甸斷隆的銜接地帶,青城子推復體滑脫面東側(cè),榛子溝傾沒背斜的翹起端,南臨大項子花崗巖,東有尖山子斷裂。區(qū)域主要出露地層有下元古界遼河群于家堡子組、浪子山組、大石橋組和蓋縣組,上元古界震旦系釣魚臺組,中生界侏羅系小東溝組以及新生界第四系,而高家堡子礦區(qū)及其附近主要發(fā)育遼河群大石橋組三段及蓋縣組下部巖層。大石橋組三段分為四、五兩個巖性層,三段四層下部為斜長淺粒巖、中部為白云石大理巖、上部為石榴石矽線石云母片巖,總體厚度達30m~80m;三段五層以白云石大理巖為主,上部局部夾方柱石大理巖、中下部夾薄層矽線石云母片巖,層厚20m~100m,是銀礦化的主要賦礦層位。蓋縣組下段地層主要巖性為黑云母片巖、矽線石云母片巖、黑云變粒巖等,層厚150m~500m。區(qū)域構(gòu)造十分發(fā)育,主要分布以東西向為主體的線性褶皺構(gòu)造,斷裂構(gòu)造次之。區(qū)內(nèi)主要褶皺構(gòu)造為高家堡子背斜,它為區(qū)域性東西向榛子溝復背斜的次級褶皺,核部主要為蓋縣組地層,兩翼為大石橋組地層,軸向北西,軸面產(chǎn)狀:230°∠75°,樞紐產(chǎn)狀320°∠14°。背斜南西翼地層產(chǎn)狀較緩,總體走向70°~80°,傾向北西,傾角10°~15°;北東翼地層產(chǎn)狀較陡,總體走向280°~330°,傾向北東,傾角20°~35°,局部達40°~50°。該背斜對區(qū)內(nèi)銀礦體的產(chǎn)出起著重要控制作用,是區(qū)內(nèi)重要的控礦構(gòu)造之一。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育,依走向分為近EW、NW、NE及近NS向四組,它們形成于不同時期,按與成礦作用關(guān)系分為成礦前、成礦期及成礦后斷裂。成礦前斷裂:形成于成礦作用之前,規(guī)模較大,為礦區(qū)一級斷裂。代表性的為尖山子斷裂南起楊家?guī)X,經(jīng)礦區(qū)向北西方向延伸至白云金礦區(qū),全長約15~20km,寬10~20m,最寬可達180m。該斷裂總體走向NW330°,局部近NS,傾向NE,傾角60°~80°。斷裂帶內(nèi)巖石發(fā)育強烈的片理化、石墨化、泥化,靠近尖山子地段發(fā)育大理巖角礫。斷裂帶早期韌性變形特征明顯,晚期脆性破裂疊加發(fā)育,因此帶內(nèi)巖石片理化及小褶皺發(fā)育。微量元素分布特征表明金、銀、砷元素與之關(guān)系較為密切,鉛、鋅、銅元素與之關(guān)系不大?；酱紊鷷炠Y料表明在其邊部幾百m范圍內(nèi),存在金的低緩異常帶,說明該斷裂帶與銀、金成礦有一定的內(nèi)在聯(lián)系。成礦期斷裂:以近EW向為主,為區(qū)內(nèi)主要控礦斷裂構(gòu)造,主要有如下四條:Ⅰ號含礦斷裂帶:位于蓋縣組片巖與大石橋三段五層大理巖的接觸部位,延長1400m延深200~600m;其總體產(chǎn)狀與地層近于一致,走向NE70°~80°,傾向N,傾角25°,其內(nèi)產(chǎn)有Ⅰ號礦體。Ⅱ號含礦斷裂帶:發(fā)育于大石橋組三段五層大理巖與三段四層片巖之間的過渡部位,長1400m,寬2~25m,傾向延深300m,其總體產(chǎn)狀與地層近于一致,走向70°~80°,傾向N,傾角25°。帶內(nèi)巖石破碎強烈,并發(fā)育石墨化、毒砂化、硅化、黃鐵礦化,控制了Ⅱ號礦體產(chǎn)出。Ⅲ號含礦斷裂帶:沿大石橋組三段四層白云石大理巖與石榴石云母片巖過渡帶產(chǎn)出,產(chǎn)狀與地層基本一致,長1000余m,寬2~10m,延深300m,帶內(nèi)巖石破碎強烈,片理化、石墨化發(fā)育,控制了區(qū)內(nèi)Ⅲ號礦體的產(chǎn)出。Ⅳ號含礦斷裂帶:發(fā)育于蓋縣組底部黑云母變粒巖中,長200m,寬2~4m,延深150m;其產(chǎn)狀與地層基本一致,總體走向80°,傾向北,傾角20°左右,控制了Ⅳ號礦體的產(chǎn)出。成礦后斷裂:區(qū)內(nèi)NE及NW向兩組斷裂多切錯礦體,因而主要形成于成礦以后,屬成礦后斷裂,對礦體起不同程度的破壞作用。礦區(qū)南部出露呂梁期大項子斜長花崗巖體,北西方向4.5km處發(fā)育印支期新嶺斑狀黑云母花崗巖,而在礦區(qū)內(nèi)無大的巖漿侵入體出露,僅見少量脈巖,主要類型有花崗斑巖和煌斑巖脈二種,多沿著NE向和EW向的斷裂構(gòu)造貫入,在采場內(nèi)可見煌斑巖脈穿切礦體現(xiàn)象。2礦床類型2.1層間斷裂帶內(nèi)的個體礦區(qū)范圍內(nèi)已發(fā)現(xiàn)4條礦化帶,共圈定出8個不同規(guī)模銀礦體(圖2)。礦體分布受層間破碎帶構(gòu)造控制,主要賦存于大石橋組三段四層、五層巖性過渡帶及層間斷裂帶部位,其次賦存于蓋縣組底部黑云變粒巖中。由于礦體的形成明顯受層間斷裂構(gòu)造、圍巖性質(zhì)、韌性剪切、巖漿熱液疊加作用的影響,故礦體的形態(tài)、產(chǎn)狀均比較復雜,呈似層狀、透鏡狀或扁豆狀產(chǎn)出。礦體控制長度150m~1300m,延深80m~300m,厚0.51m~11.63m,其總體走向70°~80°,傾向北西,傾角20°~30°,銀礦石最高品位可達8700×10-6,平均品位312.43×10-6。2.2微量金屬礦物及構(gòu)造礦區(qū)銀礦石分為硅化碎裂大理巖型和硅質(zhì)巖型兩類。前者礦石礦物成分復雜,主要金屬礦物有黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦,次為黃銅礦、毒砂。微量金屬礦物為深紅銀礦、硫銅銀礦、硫銻銅銀礦、六方銻銀礦等。脈石礦物主要為方解石、石英、白云石,礦石常具交代殘余結(jié)構(gòu)(圖3d、e)、壓裂結(jié)構(gòu)(圖3a)、乳濁狀結(jié)構(gòu)(圖3f)和骸晶結(jié)構(gòu)(圖3c)。礦石構(gòu)造以塊狀構(gòu)造、浸染狀(圖3b)構(gòu)造為主;后者礦石礦物成分簡單,主要為自然銀,脈石礦物主要為石英、方解石,常見礦石構(gòu)造主要有晶簇晶洞構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造。2.3礦物組合及礦化方式已有研究表明高家堡子銀礦床主要經(jīng)歷了沉積變質(zhì)及熱液疊加兩期成礦作用(代軍治,2005;劉先利,2000;王可勇,2008;姜瑛,1998)。本次野外研究發(fā)現(xiàn),區(qū)內(nèi)銀礦體主要呈似層狀沿層間破碎帶產(chǎn)出,礦化類型分為硅化碎裂大理巖型及硅質(zhì)巖型,在同一礦體內(nèi)兩種礦化類型同時存在?？臻g上,礦體中心部位多為硅質(zhì)巖型礦化(圖4a),其內(nèi)晶洞發(fā)育,晶洞內(nèi)見有晶簇狀石英及大量銀礦物(圖4b、c);向外則轉(zhuǎn)變?yōu)楣杌榱汛罄韼r型礦化(圖4d),兩者之間呈漸變過渡關(guān)系,且硅化碎裂大理巖礦體被硅質(zhì)巖型礦體中的硅化石英脈所穿切(圖4e)。礦物組合上,硅化碎裂大理巖型礦化發(fā)育黃鐵礦及少量的閃鋅礦、方鉛礦(圖4f),局部見塊狀方鉛礦閃鋅礦化,而硅質(zhì)巖型礦化主要發(fā)育銀礦物,少見其它類型硫化物。由此分析,區(qū)內(nèi)銀礦化主要通過含礦熱液交代碎裂大理巖而成,早期形成硅化碎裂大理巖,伴有多種金屬硫化物沉淀,少量銀礦物分散賦存于硫化物礦物中;隨著熱液交代作用的進一步發(fā)展,碎裂大理巖完全轉(zhuǎn)化為硅質(zhì)巖,伴有大量銀礦物的沉淀。因此,區(qū)內(nèi)熱液成礦作用由早到晚分為多金屬硫化物-石英及銀礦物-石英兩個階段。3thmsg-400型冷兩性臺在對礦床地質(zhì)進行系統(tǒng)野外研究的基礎(chǔ)上,主要采集礦區(qū)多金屬硫化物-石英階段硅化碎裂大理巖及銀礦物-石英階段硅質(zhì)巖兩種典型代表性礦石,并對兩類礦石石英中發(fā)育的流體包裹體進行了系統(tǒng)的巖相學及顯微測溫研究。流體包裹體測試研究工作均在吉林大學地球科學學院地質(zhì)流體實驗室完成,其中流體包裹體巖相學觀察使用儀器為德國CarlZeissAxiolab型顯微鏡;流體包裹體測溫工作使用儀器為英國LinkamTHMSG-600型冷熱兩用臺,分析精度<31℃時誤差為±0.1℃,>200℃時誤差為±2℃多金屬硫化物-石英階段該階段硅化碎裂大理巖型礦石石英中主要發(fā)育氣液兩相原生流體包裹體,包裹體大小在5μm~15μm之間,氣液比為10%~15%(圖5a、b、c、d),多數(shù)在10%左右。冷凍-升溫過程中,測得該類包裹體冰點溫度為-2.9~-5.7℃,依相應(yīng)公式(Hall等,1988)計算求得相應(yīng)流體鹽度為4.78%~9.47%Nacl(圖6c);此類包裹體以均一至液相方式為主,均一溫度變化范圍為180℃~260℃(圖6d),投圖(據(jù)Bodnar,1993)得到流體密度為0.87~0.92g/cm3(圖7a)。銀礦物-石英階段該階段硅質(zhì)巖型礦石石英中主要發(fā)育氣液兩相原生流體包裹體,包裹體長軸長一般在8μm~15μm之間,氣液比為10%~15%(圖5e、f、g、h),多數(shù)在10%左右。冷凍-升溫過程中,測得該類包裹體冰點溫度為-1.6~-3℃,依相應(yīng)公式(Hall等,1988)計算求得相應(yīng)流體鹽度為2.76%~4.94%Nacl(圖6a);此類包裹體以均一至液相方式為主,均一溫度變化范圍為164.7~178.2℃(圖6b),投圖(據(jù)Bodnar,1993)得到流體密度為0.90~0.92g/cm3(圖7b)。4流體包裹體碳同位素分析通過顯微鏡薄片及流體包裹體研究挑選出10件石英樣品,其中GJ-7a、b,GJ-8a、b,GJ-9a、b,GJ-10a、b為多金屬硫化物-石英階段樣品,GJ-6a、b為銀礦物-石英階段樣品,將樣品粉碎至40~60目,經(jīng)篩分、清洗曬干、磁選后,在雙目鏡下挑選,得到純度為99%的單礦物樣品。質(zhì)譜分析樣品的制備過程如下:石英中氧同位素分析。將挑選的樣品研磨至200目左右,放入恒溫電熱干燥箱在105℃下烘干,去除吸附水,在分析天平上稱取5mg~10mg左右的樣品,在真空條件下于500℃~680℃與純BrF5進行恒溫反應(yīng)釋放出O2,用冷凍法分離生成的SiF4、BrF3等雜質(zhì)組分,收集純凈的O2氣體,于700℃在鉑催化劑的作用下與石墨恒溫反應(yīng)生成CO2氣體,冷凍收集生成的CO2氣體,進行同位素質(zhì)譜測試。石英礦物流體包裹體碳同位素測試。將石英樣品烘干,置于真空系統(tǒng),逐步加熱,抽走次生包裹體爆裂產(chǎn)生的氣體,然后加熱至600℃使包裹體爆裂,用組合冷阱分離出CH4、CO2氣體,進行同位素質(zhì)譜測試。石英礦物流體包裹體氫同位素測試。通過真空熱爆法打開包裹體,分離獲得水;將水試樣在真空條件下通過加熱到400℃的裝有Zn粒和SiO2的反應(yīng)爐,水立即分解產(chǎn)生H2氣體,用活性炭在液氮冷凍下收集H2,進行同位素質(zhì)譜測試。質(zhì)譜測試均在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心完成,采用MAT253型質(zhì)譜測試,分析精度好于0.005%。碳同位素δ13C以PDB標準報出,δD和δ18O以SMOW標準報出。分析結(jié)果見表1。多金屬硫化物-石英階段石英中δ13CV-PDB變化范圍為-7.7‰~-17.7‰,δDV-SMOW主要集中在-90.2‰~-92.6‰,δ18OV-SMOW約為15‰~17.1‰,依據(jù)水巖反應(yīng)公式計算相應(yīng)的δ18OH2O-SMOW為2.1‰~4.9‰,在體系δ13CV-PDB-δ18OV-SMOW中投點落于海相碳酸鹽巖溶解作用和沉積有機物脫羥基作用所形成的范圍內(nèi);體系δDSMOW~δ18OH2O中投點落于金銅系列巖漿水附近。銀礦物-石英階段石英中δDV-SMOW約為-117‰,δ18OV-SMOW為3.3‰~3.4‰,依據(jù)水巖反應(yīng)公式計算相應(yīng)的為-10.2‰~-11.3‰,在體系中投點落于雨水線右側(cè)附近。5成礦流體特征很多地質(zhì)學者曾對此礦床成因機制進行過研究,但對成礦流體來源、性質(zhì)及演化過程研究較少,且以往沒有充足的定量證據(jù)來證明其流體來源。筆者則通過碳、氫、氧穩(wěn)定同位素地球化學及流體包裹體特征為其提供出充分的解釋。成礦流體作為成礦元素遷移的介質(zhì),其來源是研究礦床成因的關(guān)鍵。多金屬硫化物-石英階段礦石石英中主要發(fā)育有氣液兩相原生流體包裹體,成礦體系為中溫(190℃±)、低鹽度(6.5%±)體系;銀礦物-石英階段礦石石英中主要發(fā)育有氣液兩相原生流體包裹體,成礦體系為低溫度(165℃±)、低鹽度(3.5%±)體系,反應(yīng)了成礦流體從中溫、低鹽度向低溫、低鹽度的持續(xù)演化過程。礦石石英中的碳、氧同位素組成是示蹤成礦流體來源的有效手段(鄭永飛等,2000)。成礦熱液中碳主要有3方面來源:(1)地幔射氣或巖漿來源,地幔射氣和巖漿來源的碳同位素組成δ13CV-PDB變化范圍分別為-5‰~-2‰和-9‰~-3‰(Taylor,1986);(2)沉積巖中碳酸鹽巖的脫氣或含鹽鹵水與泥質(zhì)巖相互作用,這種來源的碳同位素組成具有重碳同位素的特征,δ13CV-PDB變化范圍為-2‰~+3‰,海相碳酸鹽δ13CV-PDB大多數(shù)穩(wěn)定在0‰左右(Veizeretal,1980);(3)各種巖石中的有機碳,有機碳一般富集12C,因而碳同位素組成很低,δ13CV-PDB變化范圍為-30‰~-15‰,平均為-30‰(Ohmoto,1972)。高家堡子銀礦床熱液疊加期多金屬硫化物-石英階段成礦流體的δ13CV-PDB為-7.7‰~-17.7‰,具多源特征;碳、氧同位素組成較為穩(wěn)定,δ13CV-PDB-δ18OV-SMOW圖(圖8a)中碳、氧同位素投于海相碳酸鹽巖溶解作用和沉積有機物脫羥基作用所形成的范圍內(nèi),指示成礦流體中碳主要來自圍巖和巖漿水,在一定溫度下巖漿熱液發(fā)生對流,與碳酸鹽巖圍巖和有機質(zhì)發(fā)生作用,使流體中的碳具有巖漿、有機質(zhì)和碳酸鹽巖碳的多元性質(zhì)。水是成礦流體的基本組分,形成礦床的成礦流體可能來自大氣降水、海水、初生水、巖漿水、封存水(包括深成熱鹵水和油田水)(陳駿等,2004;韓吟文等,2003),成礦流體的氫、氧同位素組成是區(qū)分不同來源水的重要示蹤劑。礦床多金屬硫化物-石英階段流體δDv-SMOW主要集中在-90.2‰~-92.6‰,根據(jù)水巖反應(yīng)關(guān)系計算獲得約為2.1‰~4.9‰,投影至圖中(圖8b),分析結(jié)果顯示投影點大部分落在金銅系列巖漿水附近,說明其成礦流體以巖漿水為主,有少量大氣降水混合。此外,從時代上分析,早期礦石成礦年齡為234±14Ma;晚期硅質(zhì)巖石英年齡tp=238.80±0.60Ma,等時線年齡ti=240.35±0.88Ma,這與區(qū)內(nèi)印支期的構(gòu)造-巖漿事件時代相對應(yīng)(代軍治,2006),表明成礦作用與印支期巖漿活動密切相關(guān),亦說明成礦流體主要來源于印支期巖漿熱液。礦床銀礦物-石英階段流體δDV-SMOW約為-117‰,根據(jù)水巖反應(yīng)關(guān)系計算相應(yīng)為-10.2‰~-11.3‰。在圖解中(圖8b),投影至雨水線右側(cè),流體中氧同位素具有明顯向雨水線發(fā)生漂移后的特征,即大氣降水與巖石進行水-巖反應(yīng)的特征,從多金屬硫化物-石英階段到銀礦物-石英階段,其流體中氧同位素變化范圍較大,說明伴隨成礦作用的持續(xù),在成礦晚期混有大量的大氣降水。綜上所述,高家堡子銀礦床熱液疊加期多金屬硫化物-石英階段成礦流體來源主要以印支期巖漿水為主,伴有少量的大氣降水;晚期銀礦物-石英階段大氣降水逐漸占主導地位,為成礦流體的主要來源。6巖漿熱液運移特征及含礦熱液礦床成因分析在印支期巖漿活動中,成礦物質(zhì)隨著巖漿熱液的析出,多以絡(luò)合物的形式進入熱液,形成含礦熱液。由于含礦熱液存在于地下較深、溫度梯度小且較封閉的裂隙系統(tǒng)中,故引起巖漿熱液沿裂隙自下而上運移,在運移過程中不斷與圍巖礦源層發(fā)生水-巖反應(yīng),淋濾、萃取礦源層中的銀金等成礦組分,使熱液中金屬組分含量升高,形成成礦物質(zhì)具有來自巖漿熔體與圍巖雙重特點的含礦熱液。這在前文圖解上,利用碳同位素示蹤手段,充分的解釋了這一過程的存在。此外,根據(jù)上文圖解中早期階段氫、氧同位素投影于巖漿水與大氣降水混合位置及流體包裹體均一溫度(180℃~260℃)、鹽度(4.78%~9.47%)特征,說明伴隨巖漿熱液的運移,大氣降水沿圍巖的裂隙、孔隙不斷滲透,在大石橋組及蓋縣組的層間破碎帶中同巖漿熱液混合,促使原有巖漿熱液溫度、PH值等物化條件急劇改變,造成含礦熱液中絡(luò)合物穩(wěn)定性的破壞。由于礦物沉淀的先后順序符合晶格