八卦庙金矿床地质特征、成矿模式与找矿模型

1.矿区地质背景

八卦庙金矿床大地构造位置为秦岭造山带泥盆纪凤-太盆地北西缘,陕西省凤县境内,矿床规模达百吨以上,属超大型金矿床,与其东部的太白县双王金矿及众多金矿点构成该区著名的八卦庙-双王金矿带(图3 -18)。

矿区出露地层为中泥盆统古道岭组上岩段和星红铺组下岩段的一部分。古道岭组上岩段为中厚层灰岩、含炭灰岩夹少量铁白云石千枚岩,顶部为生物灰岩夹铁白云质千枚岩、薄层灰岩。星红铺组下岩段为一套变质程度较浅的细碎屑岩(铁白云质粉砂岩、白云质粉砂质绢云母千枚岩、斑点状千枚岩等)。容矿岩石为斑点状粉砂质千枚岩、铁白云质千枚岩、钠长石化铁白云质千枚岩夹条带状大理岩,以具斑点状构造、褪色蚀变千枚岩和沿节理产出的石英脉为特点。

区内褶皱和断裂构造发育。褶皱主要为长沟-八卦庙复式倒转向斜,向斜轴向110°～130°,核部为星红铺组千枚岩,两翼为古道岭组灰岩。该复式向斜向西翘起,向东倾伏,倾伏角20°～30°。八卦庙金矿床及其附近矿点、矿体主要受向斜中发育的脆-韧性剪切带控制。脆-韧性剪切带内次级褶曲、揉皱十分发育,其特征与主向斜构造特征相一致,且以20°～30°的侧伏角向SE倾伏。

断裂构造相当发育,主要有NW向和NE向两组。NW向断裂主要由脆-韧性剪切带组成,北以 逆冲断裂为界,南以长沟背斜古道岭组灰岩为界,发育于整个八卦庙复式倒转向斜中。长大于2000m,宽200～400m。脆-韧性剪切带中次级褶曲、揉皱、NW向断裂、NE向断裂、节理密集带十分发育,控制着八卦庙金矿带的矿化蚀变范围。其构造变形、矿化蚀变北强南弱。其中发育的多条NW向断裂带控制着矿体的展布。NW向断裂走向110°～130°,总体倾向NE,倾角上缓下陡,南部有南倾的特征。断裂带中构造角砾岩、糜棱岩、碎裂岩、多期石英方解石脉发育。

图3-18 八卦庙-双王金矿带区域地质及矿床分布简图

NE向断裂以张性为主,但规模不大。主要表现为NE向石英脉、岩脉充填及NE向节理石英脉密集带发育。特别是NE向节理密集带与NW向断裂的交汇部位成矿条件最好。

距矿区东南约15km发育有西坝花岗闪长岩体,面积为150km²,其长轴方向与区域构造线一致。岩体边部变质作用强,北部形成300～700m宽的热力变质带,主要有角岩化和大理岩化等。张帆等(2009)通过LA-ICP-MS法测得西坝花岗岩的锆石U-Pb年龄为217～219 Ma,属印支期岩浆岩。八卦庙矿区内还发育一些闪长岩脉和细晶岩脉等。

2.矿床地质特征

(1)矿体特征

八卦庙金矿床矿体一般成群成带分布,分为北、中、南3个矿带(图3-19),矿体总体走向近于EW,倾向NE,呈透镜状,中部连续性好,上下两端及东西两侧出现分支。

北矿带分布于52～80线间,含金蚀变带呈NW向展布,主要成矿地段长400m,宽大于200m,矿体向NW倾伏,已控制11条矿体。矿体在含金蚀变带中受走向断裂带控制,呈层状、似层状、透镜状产出,总体倾向45°,倾角由西部52线的55°～60°到东部渐变为80°～85°。矿体长375～1195m,厚0.75～70.50m,单矿体平均厚2.04～19.31m。北矿带已提交金储量117t。其中Ⅲ₃、Ⅲ_2-3、Ⅲ_1-2、Ⅲ_2-1 4条矿体较大,主要富集地段在57～77线长约400m的范围内。Ⅲ₃矿体最大,长只有470m,但储量占全矿床的53%。矿体总体呈透镜状、似层状,沿走向和倾向有膨缩、分支复合、尖灭再现、上贫下富、倾角上缓下陡的特征,南部矿体有南倾的趋势(图3-20)。

图3-19 八卦庙金矿床地质略图

中矿带分布于52线以西,属于打柴沟和蚂蝗沟矿区,已控制金矿化带长约400m,宽大于200m。受NW向脆-韧性剪切带与NE向节理密集带复合控制,共圈出13条矿(化)体。长120～400m,宽2.25～5.39m,平均品位为(1.51～4.35)×10^-6,其中6号矿体规模最大,工程控制长为280m,厚度为1.01～10.39m,控制延深185m,平均品位为4.35×10^-6,单样最高品位达17.84×10^-6,表明有富矿体存在。矿体倾向44°,倾角70°。矿化主要发育于NW向石英脉破碎带及旁侧的蚀变千枚岩中,矿体均呈层状、似层状或透镜状产出,沿走向、倾向有膨缩、分支复合及尖灭再现等特征。

南矿带矿化最差,工作程度低,仅圈出两条小矿化体。

(2)围岩蚀变特征

矿区围岩蚀变普遍而发育,主要类型有钠长石化、硅化、电气石化、黑云母化、铁碳酸盐化、磁黄铁矿化、黄铁矿化、绿泥石化、绢云母化和褐铁矿化等。总体蚀变特征是沿矿带北强南弱,东强西弱,下强上弱。蚀变最强、矿化最好部位是多组断裂、褶曲构造最发育、蚀变最强烈的部位。

1)钠长石化:以矿床中北部及破碎蚀变岩型矿体部位最为强烈。钠长石化呈细脉状、散染状分布于蚀变千枚岩、粉砂质千枚岩中,钠长石常与石英、电气石、黑云母等紧密共生。钠长石出现的地方金品位明显增高。

2)硅化:硅化贯穿于成矿的整个过程,在热液作用下,硅化主要以石英脉形式出现。按脉体规模可划分为大脉(≥10cm)、细脉(cm级)、微脉(≤mm级)。金矿化与细脉、微脉关系密切。按脉体产状可分为走向脉组、NNW向脉和NE向脉。走向脉组以非层间脉为主,层间脉次之,微脉类极发育,大脉、小脉也出现较多; NNW向脉体总体不发育,主要呈细脉出现; NE向脉组最为发育,往往成群出现,充填在劈理、裂隙中,脉壁平直,延伸较大,厚度为1～5cm,石英脉两旁围岩褪色蚀变较强,褪色蚀变带往往形成很富的金矿石,是重要的找矿标志。

图3-20 八卦庙金矿床67线剖面地质图

3)电气石化:电气石化多沿NE向节理脉及NWW向脉旁侧蚀变千枚岩分布,呈带状杂乱分布和斑点状分布。在矿床中部见有沿NE向节理产出的电气石石英脉,深部见电气石黑云母钠长石石英脉。斑点状电气石化从浅部向深部明显增强,从其产出特征看,不具沉积特征,与岩浆作用关系密切。

4)黑云母化:黑云母普遍发育,产出形式多样,呈4种产出形式出现:①细片集合体组成的斑点;②变斑状分散于岩石中,多具筛孔结构; ③细脉状(深部); ④石英脉中大片黑云母与酸性斜长石共生。

5)铁白云石化:铁白云石大体分两类:一类是与石英共生组成碳酸盐石英脉,顺层或沿层间挠曲分布,脉体中铁白云石含量20%左右,多为他形粒状与细粒他形粒状的磁黄铁矿一起不均匀地分布在石英脉中,与金矿化关系不明显; 另一类是伴随热液活动及NE向构造的发育,铁白云石呈他形,粒度相对较小,多以团块状、条带状或微细脉状分布于石英脉两侧,形成一个含金蚀变褪色带。

6)磁黄铁矿化:磁黄铁矿普遍发育于整个脆-韧性剪切带及石英脉中,是矿床最发育的金属硫化物,与矿化关系密切,呈中细粒不规则状、板条状、稀疏浸染状分布于岩石或斑晶中。在破碎的石英脉带内呈稠密浸染状、细脉状与黄铁矿、黄铜矿紧密共生。自然金直接产于其中或与其伴生,为主要载金矿物之一。

7)黄铁矿化:黄铁矿是仅次于磁黄铁矿的又一种金属硫化物。根椐黄铁矿的分布特征及微量元素Ni/Co比值,黄铁矿化大致分为两期:早期脉中呈立方体星点状、细脉状分布于顺层铁碳酸盐石英脉中,含量小于2%,Ni/Co比值为2,伴随构造作用,脉状黄铁矿发生强烈变形及扩散; 晚期黄铁矿化产出特征与磁黄铁矿化相同,多为立方体、五角十二面体及其聚晶、不规则粒状,沿NE向节理及破碎带呈浸染状分布,少量呈不规则脉状沿石英脉裂隙分布或呈胶状环绕磁黄铁矿进行交代。黄铁矿和磁黄铁矿与金矿化关系密切,自然金直接产于其中或与其伴生。

8)绢云母化:绢云母呈鳞片状分布于岩石中,或充填于岩石裂隙中形成绢云母细脉,偶见较大片状分布于石英脉中,常与铁碳酸盐化、硅化关系密切,镜下发现,蚀变绢云母为黑云母绿泥石化进一步绢云母化的结果,并伴有铁质析出。绢云母化常与硅化、钠长石化或黄铁矿相互叠加,形成褪色蚀变带,为找金的重要标志之一。

9)绿泥石化:绿泥石呈片状或条带状分布于岩石中或组成斑点,多为黑云母绿泥石化的产物,在蚀变带边部出现较多。绿泥石化较强的岩石,金品位有增高的趋势。

10)褐铁矿化:褐铁矿由黄铁矿、磁黄铁矿、铁碳酸盐在近地表附近发生氧化而成,常呈黄铁矿、磁黄铁矿假象结构及其残留体,部分褐铁矿具胶状结构、环带状结构,有的褐铁矿边缘及裂隙交代成树枝状、枝叉状。其成分不均匀,多为各种含水氧化铁的集合体。

八卦庙金矿床蚀变作用的发生顺序一般是:电气石化→早期硅化→早期黄铁矿化、磁黄铁矿化→早期绿泥石化→钠长石化→铁碳酸盐化→黑云母化→晚期绿泥石化→绢云母化→晚期硅化→晚期黄铁矿化、磁黄铁矿化。蚀变作用的总趋势是绿泥石化、硅化、磁黄铁矿化、黄铁矿化和铁碳酸盐化,受剪切带控制,总体呈NWW向展布; 晚期岩浆热液蚀变以北矿带为中心,向东西南逐渐减弱,蚀变组分及蚀变斑点类型均由复杂趋向简单,蚀变斑点也由大渐小; 岩石变形越强蚀变也就越强,糜棱岩、千糜岩、糜棱片岩等剪切型岩石黄铁矿化、磁黄铁矿化越强。蚀变由浅部向深部增强,组分由简单趋向复杂。最明显的特征是从地表向深部黑云母明显增多,有时可见薄的条带,方铅矿和闪锌矿趋向多见。

与金矿化关系最密切的蚀变是硅化、磁黄铁矿化、黄铁矿化、绢云母化、黑云母化及钠长石化。蚀变规模越大、越强地段,金矿化就越好。

(3)矿石特征

该矿床矿石类型有3种,第一类是破碎带型,由强烈蚀变的围岩组成; 第二类由含金石英脉组成;第三类由含金铁白云石-石英脉组成(于学元等,1996)。矿石结构为他形粒状、不规则胶状等,构造则以浸染、斑点、细脉、网脉、角砾及条带状为主,明显与构造-热液作用有关。

金属矿物主要以磁黄铁矿、黄铁矿为主,另有少量黄铜矿、闪锌矿、方铅矿、磁铁矿及微量的碲金矿、碲铅矿、自然金、硫砷钴镍矿、钨钌矿等; 非金属矿物主要有石英、绢云母、铁白云石、绿泥石、黑云母、钠长石及方解石等。

3.矿床地球化学特征

(1)地层、岩浆岩

凤-太矿集区金矿主要赋存在中、上泥盆统星红铺组铁白云石千枚岩、钙质千枚岩和绿泥石千枚岩中。冯建忠等(2003)在凤-太、西-成、礼-峨、文-康、镇-旬、柞-山、板-沙盆地20条剖面采样249件,对223件样品分析结果进行了数理统计,获得秦岭造山带泥盆系Au的背景值为2.9×10^-9,高于南秦岭沉积盖层(1.7×10^-9)和南秦岭上地壳(1.3×10^-9; 张本仁等,2002)。王相等(1996)认为,凤-太矿集区泥盆系碎屑岩金的背景值为(1.43～3.38)×10^-9,西坝岩体金的背景值为(0.57～1.28)×10^-9。据此分析,西坝岩体提供了部分成矿物质,泥盆系碎屑岩为八卦庙金矿的矿源岩及容矿岩相。

冯建忠等(2003)对八卦庙金矿及外围岩(矿)石的成矿元素分析表明,八卦庙NW向顺层石英脉Au含量低于NE向切层石英脉,而Cu、Pb、Zn、Ni、Co高于NE向切层石英脉,其Au含量一般低于4×10^-6(表3-9),但由于宽度和延长大,也是重要的金矿石。这种早期顺层石英脉矿化元素组合为Au+Cu+Pb+Zn,对热水喷流沉积Pb-Zn矿具有继承性。NE向切层石英脉通常规模小,但多密集平行排列,两旁岩石发生强烈的褪色蚀变,形成大范围的褪色蚀变带,As、Sb、Bi含量高于NW向顺层石英脉,是含金较高的富矿石,金含量为(3.5～37.2)×10^-6(王相等,1996),其矿化元素以Au为主。

表3-9 八卦庙金矿床及外围岩、矿石成矿元素平均含量 (w_B/10^-6)

① 王瑞廷.2005.秦岭造山带陕西段主要矿集区典型金属矿床成矿模式和找矿预测研究(博士后科研报告).北京:中国地质大学,35

(2)稀土元素

八卦庙金矿床岩石总稀土元素(∑REE)含量在(84.99～184.12)×10^-6之间变化(表3-10,表3-11),LREE/HREE大于6,均富集轻稀土,具有明显的负铕异常和弱的负铈异常,δEu为0.620～0.759.6,δCe为0.833～0.902,(La/Yb)_N为8.121～9.587,其稀土元素球粒陨石标准化配分模式呈现为右倾型(图3-21),与Taylor(1983)提出的大陆地壳稀土元素配分模式相似,表明岩石性质以壳源为主,属扬子板块北缘被动大陆边缘浅海相的沉积岩。矿石∑REE为(4.77～260.12)×10^-6,LREE/HREE大于3,富集轻稀土,具有中等负铕异常和弱的负铈异常,δEu为0.651～0.781,δCe为0.349～0.968,(La/Yb)_N为3.167～11.735,稀土配分模式亦表现为右倾型,与岩石的稀土配分模式基本一致,反映了沉积特征和围岩蚀变改造作用。含金石英脉∑REE在(9.4～20.61)×10^-6之间,LREE/HREE大于1小于4,较富集轻稀土,轻、重稀土分馏小,具有中等负铕异常和很弱的负铈异常,δEu为0.479～0.776,δCe为0.862～0.937,(La/Yb)_N为0.754～4.413。酸性岩脉∑REE在(173.98～206.73)×10^-6之间变化,LREE/HREE大于7,富集轻稀土,轻、重稀土分馏显著,具有明显负铕异常和很弱的负铈异常。δEu为0.667～0.696,δCe为0.926～0.941,(La/Yb)_N为7.662～8.056,稀土配分模式为右倾型。

表3-10 八卦庙金矿床岩(矿)石及矿物稀土元素含量 (w_B/10^-6)

注:样品BGP-1、BGP-2、BGP-3、BGP-4及BGP-5由国家地质实验测试中心采用ICP-MS分析完成; 其他样品据于学元等,1996。

表3-11 八卦庙金矿床岩石(矿)石及矿物稀土元素特征参数 (w_B)

注:样品性质见表3-10。

图3-21 八卦庙金矿床岩(矿)石及矿物稀土元素球粒陨石标准化配分模式

以上分析表明,八卦庙金矿床岩(矿)石稀土元素总量较高,Eu亏损较明显,均为负异常,Ce异常不明显,稀土配分型式以右倾为主。造成这种现象的原因,可能是八卦庙矿区含矿建造中有深部成分的加入。而石英脉的稀土配分型式与围岩和岩体的不同,具有稀土总量较低、重稀土富集的趋势特点,表明成矿过程中很可能有深部物质加入。同时考虑到石英脉对两侧蚀变带的强碳酸盐化交代作用,表明其可能来源于深部富含CO₂的幔源岩浆气液,至少与深部富含CO₂的幔源岩浆气液有关(刘方杰等,2000)。

(3)硫同位素

八卦庙金矿床矿石的δ³⁴S值为+4.10‰～+14.50‰,极差为11.30‰(表3-12),均一化程度较低,平均为11.99‰,这一变化趋势与凤-太矿集区的δ³⁴S(+4.5‰～+12.3‰)分布比较接近,而不同于围岩中的硫同位素值(-0.38‰～+30.52‰),显示出深源硫的特点。与八卦庙金矿具有相同赋矿围岩的双王金矿近矿围岩δ³⁴S值总体上比较接近,矿石中硫化物的极差比围岩中更大,且更加富集重硫,部分与西坝岩体的δ³⁴S值重叠,表明八卦庙金矿床与处在同一成矿带内具有相同容矿岩石的双王金矿床的热液硫源特征一致,既有与地层黄铁矿组成相似的特点,又具有与岩浆岩黄铁矿的硫同位素组成相似的陨石硫的成分。综合分析认为,八卦庙金矿床围岩中的硫来自壳源,矿石中的硫来自壳幔混合源。

表3-12 八卦庙金矿床硫同位素组成

注:据郑作平等,1994; 王相等,1996。

(4)氢、氧同位素

氢、氧同位素分析表明,八卦庙金矿床石英δ18O值为5.69‰～20.4‰,极差14.71‰(表3-13),平均值为17.55‰。对不同产状石英脉内流体包裹体氢氧同位素分析表明,δD_H为-86‰～73‰,平均为-80‰,计算所得δ18O_H为5.0‰～13.3‰,平均为11.01‰。包裹体均一温度变化范围为180～364℃。在δD-δ₁₈O图解上(图3-22),其同位素数据落入岩浆水区、变质水区和大气降水区,但整体靠近岩浆水区,表明八卦庙金矿床的成矿热液是岩浆水、大气降水的多源混合热液,岩浆水特征更明显。

表3-13 八卦庙金矿床石英中包裹体氢、氧同位素组成

续表

注:据冯建忠等,2004;郑作平等,1994;王相等,1996;“BG-”及“Sm-”开头样品由中国地质科学院地质研究所同位素实验室采用MAT-251质谱仪分析。

4.成矿时代

关于八卦庙金矿床的成矿时代仍有争论。冯建忠等(2003)测得八卦庙矿区NW向石英脉Ar-Ar坪年龄为(232.58±1.59)Ma,等时线年龄为(222.14±3.45)Ma,与刘树文等(2009)测得的早期石英脉⁴⁰Ar/³⁹Ar年龄(232.6±3.4)Ma相近,是秦岭古特提斯洋闭合最后阶段的反映(张国伟等,1988)。邵世才等(2001)测得八卦庙金矿NE向石英脉Ar-Ar坪年龄为(131.91±0.89)Ma,等时线年龄为(129.45±0.35)Ma,这与刘树文等(2009)测得的晚期石英脉₄₀Ar/₃₉Ar年龄(129.7±0.2)Ma相似,这表明八卦庙金矿成矿作用有两期,即印支期和燕山期。

图3-22 八卦庙金矿床石英氢-氧同位素图解

5.成矿模式

八卦庙金矿是秦岭地区著名的超大型金矿床,矿体主要呈似层状、层状或透镜状产于中泥盆统星红铺组下岩段浅变质细碎屑岩中。自20世纪80年代末发现以来,许多学者通过金矿床地质特征、岩矿石地球化学特征、成矿流体来源、成矿物质来源、成矿年龄及矿床成因等方面开展了大量的研究工作。关于该矿床的成因类型,目前主要有5类观点:①卡林型-类卡林型(韦龙明等,1994; 张复新,1998a,1998b; 陈衍景等,2004; 王成辉等,2012); ②热水沉积-改造型(韦龙明等,1994,2004; 王学明等,2001; 冯建中等,2003);③韧性剪切带型(张选固,1995; 王相等,1996; 钟建华等,1997; 方维萱等,2000;卢纪英等,2001; 冯建忠等,2002); ④中温热液型(郑作平等,1995);⑤造山型(张均等,2011)。成矿模式仍然争执不休。

本次通过对矿床地质特征、成矿物质来源、成矿时代、成矿背景及演化的系统研究,认为该矿床属于构造-岩浆热液改造型金矿,成矿与印支-燕山期岩浆活动有关。现将八卦庙金矿的成矿模式概括为:早期沉积作用形成衍生矿源层和含矿层,区域造山过程形成的剪切作用产生了导矿构造、容矿构造及贫矿体,即燕山早期形成的NW—NWW向构造及燕山晚期形成的NE向构造为八卦庙金矿床的控矿构造,NW—NWW向构造为金矿化的初始改造富集条件,NE向构造为金矿化的主要富集条件。区域上以NW—NWW向展布的花岗斑岩以及以NNE向展布的闪长玢岩脉为代表的两期岩浆事件正与这两期构造相对应。因此,这两期岩浆活动不但对金矿形成提供了直接的热驱动力和岩浆热液,同时也向金矿床输送了必要的金。碰撞造山运动产生的构造岩浆作用,使成矿元素活化、迁移、富集、充填沉淀成矿(图3-23)。

图3-23 八卦庙金矿床成矿模式

6.找矿模型

通过对八卦庙特大型金矿床成矿特征的分析及对其成矿模式的总结,结合凤-太矿集区成矿地质背景、控矿构造特征、成矿规律、控矿条件及矿点和异常的分布特征,根据聚矿构造理论,初步概括凤-太矿集区八卦庙式金矿床的找矿模型如下:

(1)地质标志

凤-太泥盆纪海盆北部地区发育的钠质喷流岩、浊积岩和风暴岩为金矿的容矿岩相;NW向或NWW向逆冲推覆断裂构造带形成了金矿的导矿构造; NE向左行剪切断裂和节理密集带为含金石英脉充填提供了有利条件; 两组构造交汇部位形成了金矿化的容矿构造; 区域上印支-燕山期的花岗质岩浆侵入,为金活化、迁移富集定位提供了热动力学条件。区域上绢云母化、硅化、铁白云石化、黄铁矿化蚀变强烈地段是较好的找矿靶区。此外,凤-太北部地区新发现的矿化点十多处,成矿背景与八卦庙相似,具备大型金矿床的成矿条件,可寻找八卦庙式金矿。

(2)物探标志

激发极化法和地面高精度磁测是该区有效的物探找矿方法,异常特征为低电阻率、高充电率,配套以高磁异常,其中低电阻率、高充电率异常反映黄铁矿化,高磁异常反映与金矿密切相关的磁黄铁矿化。

(3)勘查流程

NE向基底断隆带东、西倾伏部位→NWW向较大逆冲断裂下盘→次级NE向断裂(节理密集)、岩脉带→岩体的侵入方向及其上部→有利的泥质碎屑岩夹薄层碳酸盐岩组合→脆-韧性剪切带→化探异常及其水平、纵向分带特征→矿化蚀变体→矿点、矿(化)体→矿(化)体的空间变化、展布特征→深部工程找矿验证。