接触带型铜-金矿床

如题所述

此类金矿又称矽卡岩型金矿,大多为伴生金矿,很少可以单独圈出金矿体。尽管如此,它在金矿资源中,也占有较重要的位置,人类从中获得的黄金已逾1000t。在我国,20世纪90年代以前,此类金矿的重要性一直没有得到足够的重视,因此其研究程度也较为薄弱。但是20世纪90年代以后,其矿床中的含金性被重新评价,使得一些即将闭坑的老矿山获得新生(如河北寿王坟、湖南水口山等),并使一些经济效益不好的矿山重新焕发活力(如安徽新桥铜矿等)。

目前我国此类金矿绝大多数集中于东部地区,少量分布于西藏地区,但数量和规模均极为有限。东部地区又主要集中于东北、华北、长江中下游以及东南地区,尤其是长江中下游地区最为集中。

该类矿床和有关岩浆岩是一定区域地质构造环境种的演化产物,在空间上常呈带状分布于一定的大地构造单元之内。在时间上主要集中在中生代,其次为古生代,少数为元古宙和新生代。不同的大地构造单元和深部地质构造环境控制了不同类型的岩浆岩组合和有关矽卡岩。90%左右的矽卡岩型矿床分布于东部地区,只有10%左右分布于西部地区。其中与伴生金矿有关的矿床产出的构造环境由两种:一是产于大陆板块内部,主要分布于中朝板块隆起区边缘断坳带中,矿体多产于燕山期基性、中性侵入岩和中奥陶统碳酸盐围岩的接触带中,在内接触带以广泛发育钠质交代岩为特征;而产于板块边缘的隆坳过渡区的隆起一侧,主要与中浅成中酸性侵入岩有关,次为与浅成超浅成中酸性或酸性侵入岩有关。与此有关的岩浆岩大多为幔源,混有部分地壳物质。矿床实例如长江中下游和燕辽地区的许多矿床。该类矿床大多沿区域性大断裂、深断裂展布,特别是在不同方向的断裂交会部位尤为发育。

成矿岩体包括辉石闪长岩—花岗岩的各类岩石,而以中性特别是中酸性侵入岩关系最为密切,包括石英闪长岩、石英二长闪长岩、花岗闪长岩及其浅成岩相。在岩石化学上它们大多数属于二氧化硅弱过饱和和贫铁镁组分、富含碱质的钙碱性系列和碱钙性系列的岩石。含矿侵入体多为多期次侵入的复式岩体,分异完全,相带较为清楚,矿化多与浅成-超浅成岩相相伴随,有时伴有侵入爆发角砾岩。在酸性浅成相侵入岩中,矽卡岩化常与斑岩型矿化相伴,各类蚀变矿化在空间上的有机结合,在时间上依序发展,形成以岩体为中心的斑岩型和以接触带为中心的矽卡岩型矿化。

与金矿化有关的矽卡岩分为钙矽卡岩和镁矽卡岩两种,其中以前者更为常见。镁矽卡岩主要产于中酸性岩浆岩与白云岩的接触带中。

矿体的类型有以下几种:①接触式。矿体呈不规则形态产于侵入体与围岩接触带上。②层控式。矿体呈层状、似层状或透镜状产于地层中的某个组、岩性段或某一特定岩层,呈单层或多个层位产出,一般见于外接触带。③角砾岩筒式。矿体产于角砾状矽卡岩中,后者多呈岩筒状,其根部常常与岩体相连,但此类矿体类型较为少见。④裂隙式。矿体产在一些脉状贯入的矽卡岩中,规模不大。上述几种类型矿体往往在同一矿床中出现。

成矿作用一般可分为四个阶段:①硅酸盐阶段,成矿温度通常在550℃以上,早期硅酸盐矿物有时可达800℃以上,产出大量矽卡岩矿物。②氧化物阶段,是矽卡岩型铁矿(磁铁矿)的主要成矿阶段,成矿温度大于300℃,一般可达400~550℃。③硫化物阶段,是硫化物沉淀的主要阶段,成矿温度自高温到中低温变化区间很大,多数为200~300℃,并伴有一系列热液蚀变现象,金矿化主要产于该成矿阶段的中后期阶段。④碳酸盐阶段,以低温方解石化、白云石化、铁白云石化或菱铁矿化为特征。

该类矿床的成矿物质既可以是岩浆源的,也可以是多源的,通常都按上述四个阶段演化,除早期的硅酸盐阶段一般是岩浆源的以外,一般越往后期岩浆源所占的比重可能越低。在某些矿床中,可以发现有原始沉积阶段的胶状黄铁矿,表明成矿物质发生过初步富集,并且由于后期热液作用的叠加与改造,使其矿质进一步富集的结果。

(一)成矿地质环境

(1)区域地质背景

坳陷区内挤压背景下的隆起区(长江中下游)、火山弧(西藏冈底斯)和碰撞造山带(南岭、秦岭-大别、天山-兴安、燕山)。

(2)火山地质背景

无火山岩的继承性盆地、火山弧中的坳陷区。

(3)时差类型

岩浆作用与成矿作用为同期同步型,东部地区岩浆作用与成矿作用均为燕山期;西藏地区以喜马拉雅早期为主。

(4)岩石组合

钙碱性或钙碱性富碱的辉石闪长岩-石英闪长岩-花岗闪长岩-石英二长闪长岩,钙碱性侵入体一般产于火山弧中,东部地区的侵入体大多具有钙碱性富碱的特点。围岩绝大多数是碳酸盐或富碳酸盐的地层,只有少数为火山岩。

(5)岩相条件

浅成侵入相(相当于火山根部相),以小岩株为主。

(二)矿床地质特征

(1)控矿条件

浅成侵入体系统。与成矿有关的岩体一般受断裂构造控制,尤其是两组断裂的交会处。这些断裂多数属于区域性大断裂的次级构造。矿体则受接触带的形态控制。

(2)矿体工业类型

似层状、透镜状、脉状、囊状、筒状,受岩体与围岩的环形接触面控制,少数产于岩体的内部。

(3)矿物组合

矿物组合复杂,主要是铜矿物和贱金属硫化物(黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、磁黄铁矿等),还有氧化物,如磁铁矿等,脉石矿物除了矽卡岩矿物和碳酸盐外,石英、绿泥石、黑云母、绢云母、滑石和蛇纹石等也较常见,后两者出现于以白云质灰岩和白云岩为围岩的矿床中,但钙矽卡岩更为常见。成矿作用经历了硅酸盐期、氧化物期、硫化物期和碳酸盐期,它们各有其独特的矿物组合,Au矿化出现在硫化物期,主要以金银矿物的形式存在,以粒间金、裂隙金和包体金等形式存在于黄铁矿和石英等矿物中。

(4)蚀变及其分带

从岩体向外,一般出现矽卡岩化石英闪长岩→(内矽卡岩)→钙铁榴石矽卡岩→钙铁榴石、次透辉石矽卡岩→(透辉石±硅灰石矽卡岩)→矽卡岩化(硅灰石化→透闪石化)大理岩,具接触双交代特征。自矿体向外也往往具有分带。对于镁矽卡岩,自岩体向外,依次出现:(岩体边缘相)→金云母化→滑石化→蛇纹石化→未蚀变白云岩。

(5)地表氧化带特征

地表出现铁铜的氧化矿物,如褐铁矿、孔雀石等。

(三)矿床地球化学特征

(1)成矿温度

此类矿床经历了多期多阶段的成矿作用。早期的矽卡岩化一般600℃,晚期的碳酸盐化100~150℃。但是与金沉淀密切相关的多金属硫化物-黄铁绢英岩化一般为350~200℃,显示出金矿化形成于中温热液阶段。

(2)盐度

由于成矿作用具有多期多阶段的特征,所以相应的盐度变化也较大。早期的矽卡岩化盐度较大,包裹体中常含有石盐子晶,其盐度w(NaCl,eq.)高达25%~50%,与金矿化有关的中期多金属硫化物阶段一般在10%~20%,晚期碳酸盐化的盐度一般小于10%。

(3)深度

一般小于3km。

(4)流体成分

阳离子以Ca2+、Mg2+为主,但硫化物阶段时K+、Na+增高,一般地,c(Ca2+)>c(Mg2+);c(Na+)> c(K+),阴离子以为主。

(5)硫同位素

有两种成因硫,一是沉积成因的,另一是岩浆硫,两者相互叠加作用而出现复杂的过渡状况。

(6)铅同位素

主要来自于岩浆,部分来自于地层。

(7)氢、氧同位素

氢、氧同位素研究表明,深部为再平衡岩浆水,浅部有少量大气降水的加入。早期成矿作用中的水主要为再平衡岩浆水。

(8)地球化学找矿标志

在元素地球化学剖面上,S、As、Sb、Bi、Pb、Zn、Cu、Ag、Fe等元素含量增高的地带,常为赋矿的位置。

(四)实例:安徽铜官山矿床

1.成矿地质背景

铜官山矿床是我国长江中下游铁铜成矿带中著名的矿产地之一。矿区位于铜官山倾伏背斜北东向倾伏端的北西侧。区内出露地层有志留系至三叠系海相的碎屑岩、碳酸盐,总厚达3000~4000m。区内主要构造线为近东西向、北北东向及北西向。侵入岩以中酸性侵入岩为主,它沿区域近东西向构造带与北东向纵断裂的交会处作半漏斗状岩株侵入于各地层(主要为石炭-二叠系)中。铜官山岩体由中心向边缘,SiO2含量降低,CaO及深色矿物增加,表明基性程度增加,其K2O+Na2O>7%,Na/K>2,属钙碱性富碱岩石。

主要容矿岩层为石炭-二叠系碳酸盐岩层,其中最重要的是中石炭世海侵初期的黄龙组下部白云岩段。在白云岩段内及其与下伏五通组角岩间的假整合面上,出现1~3层胶黄铁矿,累计厚约5~6m。胶黄铁矿见草莓状、团球状结构,含白云石和菱铁矿,并可见由白云石与胶黄铁矿相间的层纹状构造。胶黄铁矿层含铜均在0.1%以下,个别达0.1%,微含金。

2.矿床地质特征

矿床严格受接触带和黄龙组白云岩有利层位(及层间滑动构造)控制。根据矿体形态可划分为三种类型:

1)层状、似层状矿体 这是该矿床最主要类型。沿黄龙组稳定分布,自宝山至松树山以及马山一带可达几千米,与地层产状一致,并随地层褶皱而褶皱。在矿体中存在两类黄铁矿:一类是沉积型的,另一类是热液型的,有些热液形成的黄铁矿中有残余的胶状黄铁矿,可见热液黄铁矿是改造沉积黄铁矿而形成的。黄铜矿主要是后期叠加在前者之上的,一般呈浸染状或细脉状,伴有黄铁矿、石英、方解石等。

2)透镜状、囊状矿体 主要产于船山组和栖霞组灰岩与石英闪长岩的接触带附近,严格受接触带控制。矿体与围岩非整合关系。矿体下延与层状矿体相连,构成“Y”或“人”字形大而富的矿体,并在接近层状矿体时有加厚变富的趋势。矿石类型以含铜矽卡岩和含铜磁铁矿为主。矿石呈浸染状、块状、角砾状。围岩蚀变主要为矽卡岩化。

3)石英脉型矿体 以含铜石英网脉为特征,脉宽0.1~5cm不等,矿体形态不规则,多受构造裂隙控制。金属矿物以黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿为主,有极少量的方铅矿、闪锌矿等,脉石矿物以发育大量钾长石和白云母等含钾矿物为特征。此外还有石英和方解石等,该类矿体主要产于老庙基山矿段的矿床底板、五通石英岩或高骊山组角页岩中。

上述三类矿体构成了“三位一体”的矿床组合。它们可以组合在一起,也可单独出现。尽管它们的特征不尽相同,但受统一的成矿作用控制。

岩浆的侵入作用首先使围岩发生热接触变质,形成大理岩、角岩、石英岩及重结晶灰岩、角岩化砂页岩等,并出现含量不等的硅酸盐矿物,表现为一种等化学变质作用。随着岩浆分异和热流体的聚集,对围岩发生交代作用,在黄龙组白云岩段形成镁矽卡岩,而在灰岩与岩体接触带上产生钙矽卡岩,环绕岩体作断续相连的环状,自内带向外带由矽卡岩化石英闪长岩→(内矽卡岩)→钙铁榴石矽卡岩→钙镁榴石、次透辉石矽卡岩→(透辉石±(硅辉石矽卡岩)→矽卡岩化大理岩。铜(金)矿化主要分布于自外矽卡岩带至矽卡岩化大理岩中,其次在矽卡岩化石英闪长岩中。在离开接触带的似层状矿体中,由底板至顶板出现角岩→滑石蛇纹石岩→磁铁矿→(矽卡岩)→磁黄铁矿、黄铁矿→大理岩分带特征。

金在上述三类矿体中的含量以透镜状和囊状矿体最高,平均为0.238×10-6,其次为石英脉型矿体,平均为0.111×10-6,层状和似层状矿体最低,平均为0.051×10-6(杨岳等,1985),表现出与铜呈正相关关系。据单矿物分析可知,金主要富集在黄铜矿中,呈自然金和银金矿的形式产于其中的裂隙中。

3.矿床地球化学特征

三种类型矿体的流体包裹体成分有所不同,但流体主要成分相似:阳离子中以Ca2+为主,c(Na+)> c(K+),c(Ca2+)> c(Mg2+),阴离子为 c> c(Cl-)>c(SO42-)>> c(F-),但在层状、似层状矿体中 SO42-相对较高,可能反映了部分硫来自地层。气相成分中以水最高,其次为 CO2,其他气体成分均较低。相对其他类型矿床,该矿床中 CO2含量较高。盐度以石英脉型最高[w(NaCl,eq.)],达 40%,其次为层状和似层状矿体,为14.66%,最低为接触带的透镜状和囊状矿体,为 4.17%(常印佛等,1991)。层状和似层状矿体的高盐度与黄龙组的白云岩中含石膏和硬石膏有关,这与流体包裹体中相对高的浓度一致。

早期沉积的胶黄铁矿的δ34S为+5‰~+6‰之间,系海水硫酸盐(为石膏)还原的产物。接触带矿体的硫化物的δ34S为+1.05‰~3.74‰,平均为2.44‰,显示出岩浆硫的特征,石英脉型矿体为+2.85‰~+3.46‰,平均为+23.21‰,可能暗示了有少量的沉积硫的加入。一般地,随着远离岩体,其硫同位素值增加,表明沉积硫数量的增加。

矿石的铅同位素组成为:206Pb/204Pb为18.318~18.35,207Pb/204Pb为15.53~15.598,208Pb/204Pb为37.90~38.25(黄华盛等,1985),为 正常铅,其模式年龄接近岩体的年龄,说明成矿物质与岩体有同源性。从其μ值较低看,又具有深源的特征。

与矽卡岩中磁铁矿平衡的含矿溶液的值为+9.94‰~11.77‰,表明为岩浆水,成矿期石英的值为+6.90‰~+10.66‰,为-62.0‰~-87.7‰,基本上落入岩浆水范围,显示出主要为岩浆水的特征。浅部水亦接近岩浆水的范围,但具有地下水混入的性质。

因此,成矿物质主要来自深部,与岩浆同源,部分成矿物质可能来源于黄龙组下部胶黄铁矿层。从早期到晚期,从内带向外带,从深部向浅部,含矿流体从以岩浆水为主到有部分地下水的混入。

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