矿床研究方法

《矿床研究方法》读书笔记学院：地球科学学院学号：2010020100姓名：孙晓旭白云金矿床主要地质特征和成矿分析郑吉凯刘志超孙启明(辽宁有色地质局丹东地勘院丹东118008)摘要:白云金矿床产于辽宁省东部辽东裂谷中,矿体主要赋存在呈东西向展布的推覆构造带,蚀变分带明显,为构造蚀变岩型金矿床。辽河群盖县组片岩层为金的“矿源层”,成矿溶液以岩浆水为主,由于沸腾作用、酸度降低等原因,溶液携带金元素在构造低压带内沉淀下来形成矿体。关键词:成矿特征推覆构造成矿作用辽东金矿中图分类号:N0文献标识码:Ａ文章编号:1672-3791(2007)08(b)-0032-021主要地质特征区内出露的地层主要为下元古界辽河群,下部为大石桥组,上部为盖县组,其经历了角闪岩相～绿片岩相的区域变质作用,与金矿化关系密切。金矿定位于白云近东西向的推覆构造带,主构造面主要位于盖县组与大石桥组接触部,断裂上盘为盖县组黑云母变粒岩、矽线石云母片岩,其地层倾角平缓为20o～30o,下盘为大石桥组,以碳酸盐岩为主,地层倾角较陡,为50o～80o之间,形成构造横剖面上的不对称特征(图1、图2)白云金矿位于沈丹铁路线的通远堡车站西约40km的白云村境内,赋存于元古宙辽河群变质岩系中,受蚀变的滑脱构造带控制(图1),为典型的构造蚀变岩型金矿。构造带宽1~40m,倾斜延深大于1000m,地表出露延长大于8500m。金矿体呈扁豆状、脉状等,分支复合、尖灭再现于构造蚀变带中,总体走向近东西,倾向南,倾角30~50。单个矿体长一般100~150m,倾斜延深100~250m,厚1~7m。区内有含金硅钾蚀变带、含金石英网脉和含金铜石英脉三类含金地质体,其中的含金硅钾蚀变带工业意义最大。但矿物组合较为简单,金属矿物有黄矿、黄铜矿、闪锌矿、自然金、自然银、赤铁矿、磁铁矿、自然铋、方铅矿、磁黄铁矿、斑铜矿、辉铜矿等;非金属矿物有石英、正长石、碳酸盐、高岭土、白云母、绢云母、绿泥石、石墨等。其中黄铁矿为主要载金矿物,其含量决定了金品位的高低。围岩蚀变发育,主要有钾长石化、硅化、黄铁矿化、绢云母化、绿泥石化和碳酸盐化,具有一定的分带性,中心由硅钾蚀变岩带向外经钾长石化带,变为边部的退色化带。退色化带主要由绢云母化、绿泥石化、碳酸盐化等组成。值得注意的是,矿区内,金矿脉与石英斑岩和闪长玢岩关系密切,脉岩部分成为金矿体的顶底板,而这些脉岩的边部也具褪色蚀变。据此,不难想象,脉岩属成矿前脉岩,其边部接触带构造也属控矿构造成分之一。成矿作用在岩浆活动过程中(或稍后,但仍属同一岩浆�构造热事件)形成的,其地质序列为叠加在韧性剪切带之上的脆性断裂!石英斑岩和闪长玢岩!热液蚀变和成矿。金成矿位于序列最末端,与韧性剪切变形有较大的地质间断,结合矿石硫、氢氧和铅同位素[4,6,8],元素组合规律[6,7]和气液包裹体[3,4]等研究成果,可以认定,白云金矿主体应属岩浆热液成因。2成矿地球化学特征2.1流体包裹体白云金矿石中石英包裹体发育,有向液相均一,有的向气相均一,表明成矿溶液发生过沸腾。均一温度大致分为三个区间(图3)即200o～250oС、270o～310oС、300o～360oС。较广泛的温度变化范围也说明热液体系确曾发生过沸腾作用。2.2硫同位素特征区内共采集硫同位素样品21个(图4、表1)其特征如下:矿石δ34S变化区间为+1.6～-8.5‰,平均-3.7‰,以富轻硫接近陨石值为特征。矿石早期δ34S平均+0.28‰,中后期δ34S平均-6.88‰。说明矿液早期δ34S更接近陨石值。围岩δ34S变化区间为+10.0～+17.0‰,由于围岩蚀变的影响,其不能代表地层硫同位素的组成。岩体δ34S为+5～+6.5‰,矿石与围岩δ34S位于岩体δ34S上的两个端员。金矿体、围岩、岩体三者具有不同的硫组成,矿石富轻硫,围岩富重硫,岩体近于陨石硫。3成矿分析3.1成矿物质来源白云金矿出露辽河群盖县组片岩,厚度＞150-700m。该套岩石组合金丰度值2.203×10-9,平均35×10-9。1986年东北大学关广岳教授对白云地区黑云片岩、褪色蚀变带、含金交代蚀变岩三者关系进行过比较系统的研究,认为由含金量较高的黑云片岩(0.05×10-6)等正常岩石,至褪色蚀变岩带金含量(0.03×10-6)有所降低,再向含金交代蚀变岩(0.54×10-6)金含量有所增加的变化关系,反映了高温气化热液在对含金矿源层进行褪色蚀变过程中,金从矿源层中被活化、带出、迁移。3.2金的沉淀机理分析3.2.1沸腾作用(物理原因)据白云金矿石英流包裹体均一测温数据分析,含矿热液曾经发生过沸腾现象。由白云金矿矿石硫同位素、岩浆硫同位素及矿床硫同位素特征知道,矿石、围岩硫同位素分别是岩浆热液硫同位素的两个端员,是热液系统突然减压、流体沸腾所导致的硫同位素分馏演化的结果。沸腾作用使体系中低价态硫大量转变为高价态硫,低价态硫的同位素组成向富32S转变,所形成的硫化物为贫34S、富32S。沸腾作用导致流体H2/SO4(SO2-)平衡转换,使体系H2S的逸度降低,使中低温环境下的金络合物不稳定而沉出。3.2.2PH值及浓度等的变化(化学原因)据石英包裹体成分分析(表2)表明,成矿热液含CO2、Cl-、K+以及H2O和有机质等。PH值6.42,呈弱酸性。成矿早期高温条件下,金以[AuCl]-和[AuCl4]-形式存在,后期温度降低,则以[AuS2]-和[AuS2]3-等形式为主。它们与热液中的碱质,主要是钾质组成各种络合物进行迁移,在热液温度降低,向低能扩容带运移过程中,由于钾化、绢云母化而消耗了大量的钾,热液由碱性变为中性～弱酸性,从而发生如下金的沉出反应:3H[AuCl2]→H[AuCl4]+2Au↓+2HCl2Au2O3→4Au↓+3O2[Au(HS)2]-+OH-→Au↓+H2O+SO2当Fe2+、Cu2+、Pb2+等矿化离子参与反应,形成硫化物时可引起金的沉出:2[AuS2]3-+3Fe2+═2Au+3FeS2溶液中由于硫化物的析出,使硫离子浓度降低,造成金的络合物离解从而沉出金。因此金常与黄铁矿等硫化物共生,形成金与硫化物矿物共生组合。金或以固溶体、显微体、或以超显微体等形式存在于硫化物矿物中。4.白云金矿床的控矿构造特征任何一个热液矿床,从有用组分迁移至富集于赋矿空间成矿,构造均起了决定性的作用,因此构造成矿作用是值得深入研究的前缘课题[4]。辽宁白云金矿的控矿构造特征,前人已有不少研究[5~8],本文认为,其早期塑性流变、中期韧性剪切至晚期脆性断裂的构造演化,为金元素进一步富集提供了条件。4.1早期塑性变形白云金矿的大地构造位置隶属于华北陆块辽东古元古代裂谷增生地体。该裂谷活动带是在华北克拉通基底上发展起来的,经历了2500~1900Ma的漫长演化[12],具地壳拉张裂解-快速沉降-回返挤压的形成过程。后又遭受了多期次的构造�岩浆热事件的影响,使本区早阶段历史的印迹支离破碎,极为复杂,但早前寒武变质岩系的塑性变形因其普遍发育,而仍能清晰可辨。早期流变影响的岩石建造。区内的岩石建造为一套绿片岩相与角闪岩相的变质岩系,属辽河群,其下部为火山-沉积碎屑岩建造(浪子山组、里尔峪组、高家峪组)、中部碳酸岩建造(大石桥组)、上部粘土岩-半粘土岩建造(盖县)。矿区内主要发育后两者,大石桥组主要为大理岩、斜长角闪岩、含石墨大理岩、透辉透闪片岩;盖县组为中细粒矽线黑云母片岩、大理岩、黑云母片岩、黑云母变粒岩、透闪变粒岩、浅粒岩等。在野外很难发现这些岩石的有序分布,显然是复杂的塑性改造的结果。各种岩石的物化性质差异,也造成了不同的变形特征,片岩类岩石主要由石英及其它粒状矿物(如矽线石、透辉石)集合体组成的透镜体和外围定向排列的片状矿物所构成,有的因强烈的变质变形导致物质再分配形成硅质和片状矿物富集的成分条带,硅质条带大理岩,由硅质条带和大理岩条带相间构成,硅质条带坚硬而变形形成石香肠状(图2左),石香肠内部和外部,均有极细的条纹面理发育。变粒岩类和块状大理岩类,为弱变形部分,呈规模不一的残块产出,尤其在小的尺度上,大理岩(薄层)呈弱变形的透镜状岩块被强变形面理包绕,早期塑性变形的构造特征。区域上本区位于营草河口复向斜的南翼,可细分为白云山背斜、阳沟沟里向斜,阳沟�石湖沟背斜、姚家卜子、天桥沟李家卜子倒转向斜、苏家卜子翻卷背斜和顾家卜子南山翻卷向斜等褶曲构造。实质上应为陆间裂谷挤压回返形成的褶皱基础上,后期的塑性变形改造复杂化所致,使一完整的褶曲构造置换成众多孤立的、紧闭的和不协调的形式,具体表现在:(1)小褶皱。白云金矿区及其附近的元古宙岩石中,尖棱状紧闭拖曳褶曲极为发育,均呈不对称型式或无根状,均指示右行滑动特征,还有外形封闭的饼形、等复杂的褶曲构造。(2)面状构造。主要为S面理,总体产状64%28,由矿物或岩石透镜体和外部围绕的流动面理显示出来。而滑动面理较弱,且大多与S面理同一方向。(3)线状构造。主要由小褶曲、褶曲窗棂及矿物定向排列而显示的线理等,主要产状54%16。小褶曲及矿物线理的不规则变弯曲及窗棂的半圆状。早期塑性变形的性质。本区早期的塑性变形,是在早前寒武纪时,应力作用时间长,变形温压高的条件下形成的。变形的比温度值(T/Tm)较高,普遍达0/7以上;差异应力值较低,7&106~20&106Pa;应变率小,一般小于10-13/S[13],应属一种塑性流动变形过程。其后的演化极为复杂。4.2中期韧性剪切呈面状展布的早期塑性变形中,与金成矿作用空间相关的是线性剪切带,两组构造的切割关系十分清楚。该类韧性剪切带规模从几厘米宽、几米宽至千余米宽、几十公里长。矿物的定向拉长及剪切滑动现象十分明显,滑动面理-C面理发育,同时又有C面理与S面理相交形成的S-C组构,并据此可推定该期的剪切活动,为由南向北的上冲运动。白云金矿床所处的韧性剪切带,位于两组不同的岩性之间,上盘为盖县组黑云母片岩、黑云变粒岩,产状平缓,倾角20~30;下盘为大石桥组,以碳酸盐岩为主,夹变粒岩和片岩,地层产状较陡,为50~80。由于岩性的强烈差异,两组岩性之间的构造薄弱带产生韧性变形,其变形发育程度在上下盘具明显差异。上盘盖县组片岩岩性较弱而构造置换作用明显,黑云母、白云母、石英、长石等均具有定向排列,石英和长石普遍具波状消光,宏观上的片理化、层内小型褶皱明显可见。而下盘大石桥组,虽然碳酸盐矿物易变形,但大理岩抗变形能力强,故韧性变形相对不明显,仅在具有变粒岩条带的不纯大理岩层中可见小规模的次级叠加褶皱,此类褶皱的形态可以指示韧性剪切作用的方向。4.3晚期的脆性断裂本区的脆性断裂有东西、北西、北东、北北东四组。目前探明的具工业意义的矿体主要受东西向的脆性断裂控制,其叠加于韧性剪切带上,规模大,成生受围岩物性的差异、加上韧性剪切变形的剪切叶理和糜棱叶理等构造薄弱带的影响,产状与韧性剪切带一致。已知延长达8500m,南倾20~50,具波状起伏。脆性断裂成组发育,并可见脆性的显微滑移带。韧性剪切带可成为有利的控矿构造,已是不争的事实。国内大型超大型的脉状金矿床,主要位于韧性剪切带中。本区的金矿体或金矿化脉,也几乎均位于中期变形构造带中,但具体控矿的应是后期叠加的脆性断裂。以下的地质事实可有助于说明这一点。(1)韧性剪切带型金矿指在剪切带形成过程中,遭受韧性变形的岩石,释放出成矿物质金,并由于韧性变形作用使其参与流体运移并成矿。因此其围岩(背景)的金丰度要高到提供足够的成矿物质,且成矿与韧性变形间无大的地质间隔,矿体或矿脉形态应较规整,主体应受剪切裂隙系统控制。但白云金矿亦非如此。(2)前已论述,本区的成矿作用与韧性变形有大的地质间隔。除脆性断裂叠加外,在脆性断裂中因地质热事件充填有脉岩。控矿断裂中的脉岩主要有石英斑岩和闪长玢岩,走向近东西,南倾30~50,单脉长300~800m,延深300~600m,宽2~15m不等,有时可贯入围岩。脉岩除遭受蚀变退色外,还受矿化改造,其内可见成矿时形成的硫化物小脉。(3)岩石的微量元素研究发现[6]未有明显反映金自围岩向硅钾蚀变带迁移的规