新疆葫蘆溝金礦床礦石礦物特征及成因分析

麗江金礦床位于陜西省洛南縣盧鹿市。隨著礦床開采不斷深入,揭露了大量與礦床有關的地質證據,礦石類型由單一石英脈過渡到石英脈與蝕變巖型并存,礦石中的礦物組合由簡單變為復雜。經過多年的開采,礦區淺部的礦體已基本采空,礦區資源枯竭危機亟待解決,同時,由于前人對葫蘆溝金礦的礦床地質特征及成因研究還不夠系統,對深邊部隱伏礦的特征研究有待進一步加強,因此深入研究礦床地質特征及成因,不僅對客觀地分析該礦床成礦規律進而指導礦山探邊摸底找礦,為礦山提供后備資源具有重要意義,而且對于具有相似地質背景的礦床找礦工作具有指示意義。1嶺金礦帶中部礦區位于華北地臺南緣之豫西斷隆區太華隆起西段南側,北與汾渭地塹相接,南與金堆凹陷毗鄰,在成礦區域劃分上屬小秦嶺金礦帶西段。區內構造較為復雜,由軸向近EW的大月坪—金羅班復(式)背斜、山前大斷裂和朱家溝斷裂組成本區基本構造骨架。區域中北部出露地層主要為太古宇太華群一套中深變質的片麻巖系夾磁鐵石英巖,區域南緣主要出露中元古界高山河組濱海相碎屑巖沉積建造和龍家園組淺海相鎂質碳酸鹽巖沉積。區域巖漿巖主要為元古宙晉寧期和中生代燕山期花崗巖(圖1)。2礦區地質特征2.1含礦層位及巖性礦區出露地層主要為太古宇太華群秦倉溝組以及中元古界高山河組。高山河組呈角度不整合覆蓋于秦倉溝組之上(圖2)。(1)太古宇太華群秦倉溝組。巖石類型有黑云角閃斜長片麻巖、黑云斜長片麻巖和角閃斜長片麻巖夾斜長角閃巖,各類巖石呈互層狀出現,總體趨勢是南部角閃石含量較高,北部黑云母含量較高。巖石普遍遭受混合巖化作用,形成各類混合巖化片麻巖及混合花崗巖。礦區東北部有大片混合花崗巖出露。片麻理走向255~310°,傾向NNE-NE,傾角40~70°。地層出露于礦區中—北部,是礦區主要含礦層位。(2)中元古界高山河組。巖性為紫紅色變石英砂巖夾泥砂質板巖,地層層理清晰,走向90~95°,傾向S,傾角30~40°。該組地層出露于礦區南部,呈角度不整合覆蓋于秦倉溝組之上。2.2含礦斷裂e礦區褶皺簡單,為大月坪—金羅班復背斜南翼,區內呈單斜構造。斷裂發育,按空間展布分為3組,即EW、NE-NNE和NW向斷裂。NE-NNE向斷裂是礦區最為發育的含礦斷裂,屬礦床控礦構造,由西向東成束成帶產出,代表性斷裂為高山河—駕鹿斷裂。高山河—駕鹿斷裂(束)長約6km,寬10~20m,總體走向60~75°,傾向S,傾角53~68°。帶內巖石破碎,主要為碎裂巖、角礫巖及糜棱巖,局部出現擠壓片理化帶,表現出韌—脆性斷裂性質。2.3巖漿巖礦區巖漿活動不甚強烈,未見大的巖漿巖體,但脈巖較為發育,主要有輝綠巖脈、正長斑巖脈和鉀長偉晶巖脈等,尤其以輝綠巖脈最為發育。3礦床的地質特征3.1透鏡狀:主要分為前圖、中狀和沿走向和向照相結合的狀葫蘆溝礦床內主要有Ⅱ-2和Ⅲ-2號金礦體,其中,Ⅱ-2號礦體規模最大,金礦體均賦存于礦化破碎蝕變帶中,礦體形態簡單,多為脈狀、似脈狀和透鏡狀,沿走向和傾向具膨脹夾縮、分支復合等特點。礦體長度一般為200~600m,厚度0.5~3.0m,延伸100~250m,最大延伸400m,礦體產狀較穩定,與含金蝕變帶基本一致。礦體金品位在1.5×10-6~5.0×10-6之間,單樣最高金品位為29.12×10-6,品位變化系數為43.6%~116.9%,厚度變化系數為69.2%~97.2%(表1)。3.2礦石結構構造及構造(1)礦石物質成分。礦石礦物主要為黃鐵礦,其次為方鉛礦、黃銅礦和閃鋅礦,有少量黝銅礦和輝鉬礦,偶見磁鐵礦、白鎢礦和磷釔礦。脈石礦物主要為鉀長石和石英,其次為斜長石、方解石、絹云母、綠泥石和重晶石等。次生礦物有褐鐵礦、白鉛礦、孔雀石和鉛礬等。(2)礦石結構構造。礦石結構以他形—半自形、自形晶粒和壓碎為主,其次有交代殘留、碎斑、次反應邊及交代假象等。晶粒結構:黃鐵礦或假象褐鐵礦呈他形、半自形和自形粒狀,粒徑一般為0.04~0.40mm,大者>0.6mm,小者0.01~0.04mm;壓碎、碎斑結構:礦物受應力作用發生破碎,形成棱角狀碎塊,碎塊間無明顯位移,即為壓碎結構,而局部強烈破碎,成為大小不等的碎塊即為碎斑結構;交代殘留結構:黃鐵礦被褐鐵礦交代呈不規則殘留體;次反應邊結構:原黃鐵礦被褐鐵礦交代形成褐鐵礦次反應邊(也稱環狀結構),黃鐵礦包裹在褐鐵礦中;交代假象結構:黃鐵礦已被褐鐵礦全部交代,但還保留黃鐵礦的外部晶形。礦石構造以團塊狀和碎裂狀為主,其次有浸染狀、角礫狀和蜂窩狀等。團塊狀構造:由黃鐵礦、方鉛礦及其他金屬硫化物在石英脈中呈團塊狀集合體分布;浸染狀構造:以細粒他形、半自形和自形為主的黃鐵礦(褐鐵礦)在石英脈或蝕變巖中呈散粒狀和星散狀分布;碎裂狀構造:礦石受力破碎未發生位移而被后期礦物充填形成碎裂狀構造;細脈—網脈狀構造:黃鐵礦呈細脈狀分布于石英脈和蝕變巖中,脈寬0.1~1.0mm,褐鐵礦沿黃鐵礦裂隙充填交代呈網脈狀,或褐鐵礦沿脈石礦物粒間分布呈細脈—網脈狀;角礫狀構造:石英脈受后期應力作用破碎,被碳酸鹽巖和鐵錳質交代;蜂窩狀構造:礦石中黃鐵礦氧化流失后殘留下的空洞稱蜂窩狀構造。(3)礦石類型。依據礦石有用礦物含量、脈石礦物種類、礦物共生組合、礦石結構構造和氧化程度等因素,將礦石類型劃分為自然金—黃鐵礦—鉀長石—蝕變巖型金礦石(蝕變巖型)、自然金—黃鐵礦—石英脈型金礦石(石英脈型)、自然金—黃鐵礦—蝕變輝綠巖型金礦石(蝕變輝綠巖型)和自然金—褐鐵礦—蝕變巖(石英脈)型金礦石(氧化礦石)。3.3金礦化與成礦的關系礦區近礦圍巖蝕變較強,具帶狀分布特征,并嚴格受控于成礦期斷裂構造。與金礦化關系密切的主要蝕變類型有硅化、鉀化、黃鐵礦化和絹英巖化,其次為綠泥石化、碳酸鹽化、方鉛礦(金屬硫化物)化和黃銅礦化,而以硅化、鉀化和黃鐵礦化最為發育且與金礦化關系最為密切。(1)硅化。由含礦熱液作用形成,硅化強烈地段巖石中硅質成分明顯增加,表現為石英脈和石英細脈—網脈充填交代,巖石退色現象明顯。根據石英脈穿插關系,硅化大致分為3期,早期為細—中粒石英與鉀長石組成集合體,金礦化一般較弱;中期為脈狀、細脈—網脈狀和團塊狀石英沿斷裂、裂隙充填交代,并伴有較強金屬礦化,金礦化一般較強;晚期為脈狀石英與碳酸鹽、方解石、重晶石等形成石英—碳酸鹽巖脈充填于裂隙中,金礦化一般較弱。分析結果顯示,硅化強烈地段往往金礦化較強,金品位較高,伴隨金屬硫化物疊加多形成金礦體富礦段。(2)鉀化。在礦區發育較普遍,分布范圍廣,可遠離破碎蝕變帶幾米至數十米,主要表現為較早的鉀長石交代作用和中晚期鉀長石細—網脈充填交代作用。礦化作用使巖石發生強烈的物質交換,形成團塊狀、透鏡狀和網脈狀鉀化蝕變體,鉀化與硅化、黃鐵礦化密切伴生,凡具硅化、鉀化和黃鐵礦化的鉀化體均具含金性。巖石中常見鉀化蝕變體被硅化(石英細—網脈)切穿交代現象。(3)黃鐵礦化。本區重要的成礦熱液蝕變,常與硅化和絹英巖化伴生。根據晶形及產出狀態可分為3期:早期礦物結晶粒度較粗大,呈亮黃色或淺黃色,中—粗粒自形晶結構,呈星散狀和浸染狀分布,含金性較差;中期礦物結晶粒度較細,呈暗黃色或銅黃色,中細粒半自形晶結構,以浸染狀、網脈狀和星散狀分布于石英脈中,常與方鉛礦及黃銅礦等伴生,含金性好;晚期礦物結晶粒度為中粒,呈立方體自形晶或他形晶,淺黃—黃白色,多以星點狀和團塊狀(他形集合體)分布于石英碳酸鹽巖脈中,含金性差。在近地表和裂隙發育地段,黃鐵礦多氧化成褐鐵礦,有時褐鐵礦呈黃鐵礦假象。近地表處,褐鐵礦化較強時常常形成金的次生富集。破碎蝕變帶中,黃鐵(褐鐵)礦化是直接找礦標志之一。(4)絹英巖化。分布于破碎蝕變帶邊部,表現為巖石中大量絹云母和細粒硅化石英出現,有黃鐵礦化伴生形成黃鐵絹英巖化時,金礦化增強。(5)碳酸鹽化。表現為方解石和重晶石呈細脈狀沿裂隙充填膠結礦石角礫或呈石英—碳酸鹽巖脈產于破碎蝕變帶下盤。碳酸鹽化與金礦化關系較為密切。(6)綠泥石化。主要是黑云母和角閃石等暗色礦物被綠泥石交代置換,為早期蝕變產物,分布較普遍,但蝕變不強,與金礦化強弱關系不密切。(7)方鉛礦(金屬硫化物)化。重要的成礦熱液蝕變之一,蝕變不均勻,與黃鐵礦化伴生。在破碎蝕變帶中有2種產出形態:一是呈細粒細脈—網脈狀產于石英脈節理裂隙中;二是呈中—粗粒團塊狀(立方體晶形集合體)產于石英脈或蝕變巖中。破碎蝕變帶中,方鉛礦化是重要的找礦標志。3.4金礦床金的富集(1)金富集規律。金礦脈主要表現為以下6個特征:(1)金礦脈形態、產狀變化部位,金含量較高,如金礦脈分支復合、膨脹夾縮及產狀由陡變緩處。(2)石英脈呈煙灰色,夾有褐鐵礦化細條帶,黑綠色綠泥石線者富含金;含金石英脈上下盤的縱、橫節理發育處,早期石英被晚期石英疊加部位含金高。(3)多種蝕變疊加的近礦圍巖,礦化較好地段可形成工業礦體;強烈擠壓呈泥狀或片理化發育地段,同時有多期多階段金屬硫化物疊加組合,有細脈、網脈狀石英穿插時,金的富集程度較好。(4)金的富集與黃鐵礦礦物的粒度及期次密切相關。黃鐵礦一般呈他形細粒,呈細脈浸染狀分布或有金屬硫化物交代,有利于金的富集;早期黃鐵礦被晚期黃鐵礦疊加,金的富集程度較高,而單一的粗粒黃鐵礦組合的礦石含金性差,晚期黃鐵礦一般不含金。(5)金的富集與礦石類型比較密切,礦區中金—黃鐵礦—石英脈型礦石和金—多金屬—石英脈型礦石含金性最好。(6)礦石呈細粒結構者富含金,礦石呈條紋狀或條帶狀構造,一般金含量最高,且比較穩定。(2)金的賦存狀態。金的賦存狀態主要有粒間金、裂隙金和包裹金,其中,以粒間金為主,其次是裂隙金,包裹金占31.58%(碳酸鹽、硅酸鹽和鐵氧化物包裹金分別為8.77%、8.19%和8.77%)。礦石礦物中,粒間金主要賦存于碲鉛礦與鋅黝銅礦粒間、碲鉛礦與脈石(主要是石英)粒間、黝銅礦與脈石粒間、黝銅礦與方鉛礦粒間、碲鉛礦粒間、方鉛礦與脈石粒間、碲鉛礦與黃銅礦粒間、碲鉛礦—黝銅礦—方鉛礦粒間及黃鐵礦與脈石粒間;在裂隙金中,金主要賦存于巖石裂隙(脈石)中,其次是黃鐵礦裂隙;在包裹金中,金主要包裹于碲鉛礦中,其次是方鉛礦和石英中,黃銅礦中較少。4關于床成因的研究4.1成礦熱液中的硫源葫蘆溝金礦床未進行過同位素及包裹體特征研究,前人對同屬一個成礦帶上的文峪、楊寨峪和靈湖礦區等進行硫同位素的測定,結果顯示金礦體礦石中黃鐵礦δ34S值在-19.2‰~14.8‰之間,平均值為-6.2‰,極差為34,遠離隕硫值,說明成礦熱液中的硫源主要來自地殼并與表生作用關系密切;石英脈和蝕變帶破碎膠結石英氧同位素測定結果表明,區域變質作用和動力變質作用促使太華群地層中形成含礦“熱鹵水”,并在構造活動區形成“低壓擴容帶”交代沉積成礦。成礦平均溫度為200℃,屬中低溫熱液成礦。根據小秦嶺金礦帶區域研究資料,成礦晚期的方解石石英脈的K-Ar年齡為76Ma,說明成礦時代是燕山晚期。4.2稀土元素地球化學特征稀土元素是一組特殊的微量元素,具有相同或相近的原子結構和離子半徑,在地質和地球化學作用過程中整體活動,其分餾特征能夠靈敏地反映地質—地球化學作用的性質,有良好的示蹤作用。除了經受巖漿熔融之外,稀土元素的整體組成特征基本不變。因此,稀土元素在地質體中的豐度及分布形式與地質體的物源組成有關,是一定的地質與物理化學條件的反映,稀土元素地球化學組成能良好地反映成礦作用的條件和過程,并為示蹤礦床成因提供有用的信息。為了進一步了解葫蘆溝金礦床成因和成礦物質來源,對葫蘆溝金礦不同地質體取樣進行分析,其中,礦體采樣4件(XT-3、XT-5、XT-6和XT-7),普通圍巖采樣1件(XT-8),蝕變圍巖采樣4件(XT-1、XT-4、XT-9和XT-10),輝綠巖脈采樣1件(XT-2),分析結果及統計數據見表2和表3,并將泰勒(Taylor)球粒隕石的REE豐度值作為標準化依據,了解其稀土元素含量分析配分曲線類型(圖3)。不同地質體稀土元素特征如下:(1)圍巖的稀土元素組成及分布類型。圍巖(XT-8)稀土總量(∑REE)為183.51×10-6,輕重稀土比值(LREE/HREE)為6.79,δEu為0.626,銪呈弱的負異常。在稀土元素標準化配分模式圖中,屬向右傾斜的輕稀土富集型。(2)蝕變圍巖的稀土元素組成及分布類型。蝕變圍巖樣品主要為片麻巖(XT-1、XT-4、XT-9和XT-10),稀土總量(∑REE)介于137.56×10-6~257.65×10-6之間,輕重稀土比值(LREE/HREE)介于3.34~10.14之間,δEu介于0.630~0.804之間,銪呈弱的負異常;在稀土元素標準化配分模式圖中,都屬向右傾斜的輕稀土富集型。(3)輝綠巖脈的稀土元素組成及分布類型。稀土總量(∑REE)為33.64×10-6,輕重稀土比值(LREE/HREE)為0.95,輕重稀土分餾不明顯,δEu為1.635,銪呈正異常。(4)礦體的稀土元素組成及分布類型。礦化體(XT-3、XT-5、XT-6和XT-7)稀土總量(∑REE)介于452.00×10-6~1049.96×10-6之間,輕重稀土比值(LREE/HREE)介于3.48~8.55之間,XT-6和XT-7的δEu分別為0.652和0.823,銪呈弱的負異常;XT-3和XT-5的δEu分別為1.173和1.155,銪呈正異常,在稀土元素標準化配分模式圖中,屬向右傾斜的輕稀土富集型。從總體上來看,礦化體的配分模式顯示與圍巖及蝕變圍巖有一定的相似性,都為緩右傾配分模式。為了更加清晰地表示各個地質體與礦體的成因聯系,將各個地質體的稀土含量的平均值再一次進行泰勒(Taylor)球粒隕石標準化。(5)輝綠巖脈—圍巖—蝕變圍巖—礦體的稀土元素組成及分布類型(圖4)。稀土元素的基本特征:(1)稀土總量變化較大,不同地質體之間有一定的差異,具體是從輝綠巖脈—圍巖—蝕變圍巖—礦化體具有逐漸升高的特點,尤其是個別的礦石樣品稀土總量達到了1049.96×10-6,說明在成礦熱液演化過程中,稀土元素得到了進一步的富集;蝕變圍巖與圍巖的稀土總量有一定差異,但相差不大,顯示成礦熱液在充填交代成礦時,對圍巖進行了一定的改造,但可能由于熱液物質不是很豐富,量也有限,對圍巖的疊加改造不明顯;而輝綠巖脈的稀土總量僅為33.64×10-6,低于其他地質體一個數量級,預示區內金礦成礦與輝綠巖脈關系不大。(2)從輕重稀土比值上來看,無論是礦化體、蝕變圍巖還是圍巖,輕重稀土比值均較高,介于5.46~6.79之間,(La/Yb)N值也比較高,顯示輕稀土元素富集,輕、重稀土元素分餾明顯。但輝綠巖脈輕重稀土比值較低,僅為0.95