随枣地区金多金属矿成矿地质条件分析及成矿模式探讨

吴康生，陈 婕，徐志涛，但家军

(湖北省地质局 第八地质大队,湖北 襄阳 441002)

随枣地区处于秦岭—大别成矿带东段,地质构造复杂,岩浆活动频繁,变质作用强烈,成矿条件有利。金多金属矿由变质热液、构造热液、岩浆热液相互叠加的多因素热液复合作用成矿。成矿物质来源具多元性、成矿过程具多阶段性的特点,该区金银矿属于受韧性—脆性剪切蚀变带及碎裂岩带控制的中低热液矿床。区内已发现有众多的金、银、铜、锌、铅及钼、钨、萤石等矿床(点)(图1),说明区内具有良好的成矿前景。本文系统收集了前人研究成果,试图对该区多金属矿成矿地质条件进行分析,对成矿模式进行探讨。

图1 湖北省随枣北部地区地质略图Fig.1 Geological map in north of Suizao area of Hubei province1.超基性岩；2.基性岩；3.酸性岩；4.中性岩；5.实测平推断层；6.剥离断层；7.背形构造及编号；8.向形构造及编号；9.倒转背斜构造及编号；10.倒转向斜构造及编号。

1 成矿地质条件分析

1.1 成矿物质来源

研究区主体位于桐柏大别地层区,其次是十堰随州地层区中的随南小区,北淮阳地层区仅分布于图幅东北边缘。桐柏—大别地层区,出露有新太古代—古元古代的桐柏岩群及晚白垩世—新近世“红层”。桐柏岩群岩性由黑云母斜长片麻岩、黑云斜长变粒岩、黑云斜长浅粒岩、大理岩、透闪岩及角闪岩等组成。十堰—随州地层区,主要为随南小区和武当山小区。武当山小区内出露南华纪、震旦纪和早寒武纪和中—新生代地层；随南小区出露有早寒武世—志留纪双尖山组灰岩、炭质灰岩,寒武纪—奥陶纪古城畈群的石英绢云千枚岩、泥质钙质板岩、灰岩及玄武岩,志留纪兰家畈组、金板组的玄武岩夹硅质板岩、石英绢云千枚岩、泥质粉砂岩、大理岩、灰岩,中志留世雷公尖组变石英砂岩、粉砂质千枚岩、杂砂岩等。

金矿成矿物质来源可能经历了多种形式、多种途径的迁移富集过程。桐柏山杂岩自古生代以来一直是处于热隆起区,多次的热流体作用,伴随着强烈的碱质交代、混合岩化作用,使其成矿元素活化并向四周迁移。迁移的结果,使得周围岩石成矿元素丰度增高,桐柏杂岩体内丰度降低(表1)。统计区内各类岩石元素含量,从(表2和表4)中可看出区内成矿元素含量均不高,与背景值相当。但不同岩石之间存在着含量位差,与本区成矿最为密切的白云钠长片岩、绿片岩类岩石,无论是成矿元素、亲硫元素和亲铁元素含量均存在着明显的差异,这些差异在构造均一化的过程中,是元素迁移的原动力。元素的富集首先决定于元素是否迁移及其迁移的强度。因此,不同岩石中元素含量差异常越大,其迁移的可能性越大。

表1 地层及岩体成矿及指示元素丰度值统计表Table 1 Statistical table of stratra and rock mass mineralization and indicating element abundance

表2 岩石微量元素含量表Table 2 Table of trace elements in rocks

对本区矿体及蚀变围岩的稀土配分曲线与区内岩浆岩、片麻岩、糜棱岩及白云钠长片岩、白云石英片岩类对比(图2-图3,表3-表5),可见差异较大。主要反映为配分曲线平缓，但与绿片岩类轻稀土配分曲线较为近似。曲线偏下,反映出蚀变成矿过程中,稀土总量下降的特征。因此,从稀土配分特点看,成矿物质来源与绿片岩类岩石有着密切的关系。

据《湖北省随州黑龙潭—汪家湾金矿田地球化学特征研究》(1992)资料,区内黄铁矿δ34S值一般在1.5%～8.5%,闪锌矿、方铅矿δ34S值一般为-2.7%～-12.29%,围岩中的黄铁矿δ34S值一般为-2.47%～3.36%；汪家湾—卸甲沟围岩中黄铁矿δ34S值为8.38%,略高于蚀变岩中的黄铁矿。蚀变岩与围岩具相同的数据模型,说明蚀变岩与围岩硫的来源具相同的来源(深源或蚀变岩的硫来源于围岩)。

表3 岩浆岩类稀土元素含量表Table 3 Table of rare earth elements in magmatic rocks

表4 片麻岩类稀土元素含量表Table 4 Table of rare earth elements in gneiss

铅同位素特征(表6)反映铅同位素模式年龄与耀岭河组绿片岩原岩形成期相吻合。

另据谭秋明(1992)研究该区岩石金、钯含量及计算结果(表7),可见本区岩石中金的含量大多高于该类岩石中原始金的含量,均显示金富集特征。仅绿帘角闪阳起片岩中显示金输出,也可以说明金来自于绿片岩。

另据李石(1990年)[1]对黑龙潭矿区中的黄铁矿、弯杨柳矿区的方铅矿、大仙垛花岗岩中的长石进行铅同位素测试,其组成三者基本一致。因此也可以认为花岗岩体的侵入不仅为成矿提供了热源,而且也提供了成矿物质。

综上所述,该区金银等成矿物质的来源是多元的,既有来自于围岩,特别是绿片岩系,也有来自花岗岩体的热液活动。

1.2 热动力因素

成矿作用的热动力是重要的成矿因素之一,区内成矿的热动力来源主要是构造运动。

早古生代末期加里东运动揭开了本区地质构造的变形史。在空前强大的热动力作用下,不仅使其之前的古老建造(早古生代以前火山—沉积岩层)终结了沉积,并遭受改造变形,形成区内早期褶皱、断裂、韧性剪切推覆构造,即随北推覆构造带。这期构造运动的早期使得桐柏岩群上隆,在桐柏岩群核部有混合岩化和岩浆岩的侵入活动,形成区内最大的热源区，使得桐柏岩群中的成矿物质由核部向外转移,形成成矿物质的初始富集阶段,主要富集于韧性剪切带强变形带中[2]。海西—印支期的构造运动,来自南西及北东方向的强大应力,使得本区地壳改造达到高峰期,形成北西向的区域性大断裂和北西向的紧闭褶皱及走滑韧性剪切带,以及七尖峰花岗岩体的侵入作用形成区内最主要的热源区,并与成矿有着极为密切的关系。

图2 各类岩石稀土元素配分曲线Fig.2 Distribution curve of rare earth elements in various rocksa.岩浆岩类；b.片麻岩类,13号为斜长角闪岩；c.糜棱岩类,17为平均值,18为随北区石英质超糜棱岩；d.矿体及蚀变岩。

图3 各类岩石稀土元素配分曲线Fig.3 Distribution curve of rare earth elements in various rocksa.白云钠长—白云石英片岩；b.绿泥片岩；c.黑龙潭TC16—37为顶板围岩,40、42为矿体,余为蚀变围岩；d.卸甲沟TC1076,顺序由顶板蚀变围岩向底板围岩。

表5 糜棱岩类稀土元素及应力特征表Table 5 Table of mylonite rare earth elements and stress characteristics

表6 铅同位素特征表Table 6 Table of isotopic characteristics of lead

表7 金、钯含量计算表(单位：10-9)Table 7 Calculation table of contents of gold and palladium

燕山期构造运动阶段,由于早期构造破坏了边界限制和地壳的硬化,故变形以脆性为主,热作用以集散为主,并导致区内燕山期不同规模的花岗岩侵入,形成花岗岩体周围的热源区,并形成与该期岩浆侵入活动有关的岩浆热液矿床。

纵观全区,热源区主要来自印支期的造山运动,特别是以七尖峰花岗岩体为核心的热隆起区,是本区中—浅变质岩地带热液型金属矿(化)形成的主要热源区。

1.3 成矿热液来源

区内Au、Ag贵金属矿无论是石英脉型还是蚀变岩型和多金属硫化物充填型均为中低温热液成因。从成矿过程来看,成矿主要经历两个阶段：早期产于韧性剪切带内的低品位的蚀变岩型金矿(以金元素富集形成低品位的金矿),晚期为碎裂岩化的蚀变岩型金银矿和多金属硫化物充填型银金(多金属)矿,成矿元素为富集金、银并含有铜、铅、锌,甚至还含有钨。蚀变岩型金矿类型,即是早期矿化阶段,应与韧性剪切带造成变质分异热液活动有关,成矿元素在韧性剪切带中初始富集,局部地段形成低品位矿体。碎裂蚀变岩和多金属硫化物矿脉充填型银金(多金属)矿,应与走滑构造活动和七尖峰花岗岩侵入活动有关,走滑构造为热液活动提供了空间,花岗岩侵入为成矿提供了热动力和物质来源。

本区的区域变质作用主要有两期：即早期热变质期,使全区前寒武系发生由南向北的递增变质(低绿片岩—黑云母—高绿片岩—低角闪岩相)；晚期低温动力变质作用,使早古生界岩层形成板岩—千枚岩和元古界已变质的岩层造成显著的退化变质现象。由中低—高温→高压—低温的持续不断的长期作用,无疑将会产生大量的变质热水溶液,以便成矿组分活化并自热异常中心向周围低压、扩容带迁移。因此,本区内早期形成的断裂带、韧性剪切带、层间滑脱带等部位将成为成矿的有利场所。

岩浆热液是岩浆岩侵入活动的晚期阶段的必然产物,而且这种残余热液流体对成矿起到很重要的作用。据区内含Au的蚀变岩和含Au的多金属硫化物石英脉的石英包体中的氢氧同位素测试结果,其与正常岩浆水基本相似,将其结果投影到δD-δ18O关系图解中,落于初始岩浆水(图4)及岩浆水与大气降水之间(图5),从而表明成矿溶液来自岩浆热液与大气降水的混合。上述表明金、银成矿溶液来源与岩浆侵入有关,但也不否认成矿热液来源于变质水、地下热水等,成矿热液来源应是多元的。

图4 大堰金银矿点δD—δ18O关系图Fig.4 δD-δ18O diagram of gold and silver ore in DayanD9.样品投影点。

图5 矿区成矿热液氢、氧同位素组成图解(据Shepperd,1979)Fig.5 Diagram of hydrogen and oxygen isotopic compositionsof ore-forming hydrothermal fluid in the mining area

1.4 控矿构造分析

该区控矿构造主要是断裂构造,北西向断裂带是区内主要控矿构造。自北向南有新(城)—黄(陂)断裂带、黑龙潭—卸甲沟断裂带、大陈家湾断裂带和新—太断裂带等组成北西向断裂控矿系。沿断裂带分布有金、银贵金属矿床(点)和重砂、化探异常集中地段,以及相关的蚀变普遍发育,从而形成区内贵金属矿及异常的集中分布带[3]。

北西向断裂构造经历了多期次不同性质的演化阶段,除大陈家湾断裂带之外(大陈家湾断层地表仅见有碎裂岩及蚀变的碎裂岩,可能下部隐伏有韧性变形的构造岩),其它一些断裂大体上都经历了早期深层次的韧性—韧脆性剪切构造变形,晚期叠加了脆性变形改造的过程。特别是在新(城)—黄(陂)断裂与新—太断裂带之间在逆冲推覆构造活动的后期,来自南北方向的主应力继续作用,与新(城)—黄(陂)断裂呈45°的角度相交。在新(城)—黄(陂)断裂带北侧桐柏杂岩的抗阻作用下,形成应力的分解,新(城)—黄(陂)断裂北侧有一组力向南东向运动,断裂带南侧力向北西方向运动,形成青苔—封江口右行走滑构造带。青苔—封江口右行走滑构造带使得先期形成的黑龙潭—卸甲沟剪切带发生双重右行走滑剪切改造,并形成一系列的斜列派生构造,以及黑龙潭—卸甲沟断裂带沿走向上形成“Z”字形扭动构造。这些派生构造及“Z”字形扭动构造为成矿提供了必要的通道和富集场所。燕山期地壳抬升,该区进入到较浅层次,叠加了脆性改造形成角砾和碎裂岩,为成矿和热液蚀变提供了条件。

由此看来,早期韧性变形阶段使得成矿物质得到初始富集,或有低品位的矿体形成。晚期脆性变形阶段,亦是区内岩浆岩侵入活动的主要阶段,一方面为岩浆侵入期携带成矿物质的热液提供了运移通道及沉淀的空间,另一方面由韧性变形转化为脆性变形使得一部分成矿物质在含矿热液的作用下产生交代，并萃取围岩中的成矿物质与原先热液中的成矿物质一起运移到适当的构造部位形成矿体或矿化体。

1.5 构造发展阶段与成矿的关系

金、银贵金属的成矿作用与构造发展阶段的多期活动有着一定的关系。

早期(加里东期)的韧性变形阶段,主要体现在南北向挤压作用下形成东西向的褶皱和韧性推覆剪切构造,在构造带中形成残余片状绢云石英片岩,含Au 0.3×10-6～0.5×10-6,Ag 1×10-6～60×10-6。形成初始富集。这一期的含Au、Ag较高的残余片状绢云石英片岩主要出露于黑龙潭—狮子口寨以北地区至歪垛山一带。

海西—燕山期伴随北西向的右行走滑构造形成的黄铁绢云岩化碎裂—糜棱岩,是Au矿化主要成矿时期,构造透镜体边缘及韧—脆性变形的岩石经蚀变形成蚀变岩型的金矿属于此期。

燕山期脆性变形阶段形成的碎裂岩以及花岗岩体的侵入,形成银金矿体,硫化物多金属矿脉和含金的石英脉属于该期产物。燕山晚期(晚白垩纪)富钾的花岗斑岩或花岗岩体的侵入形成区内铜、钼或金、钼(钨)矿化,如王家大山的铜、金矿化,吴山的铜、金、钼矿化,戴家湾的钼、金、萤石矿化应与该期岩浆活动有关。

1.6 成矿序列

经上述成矿地质条件分析,总结该区成矿序列如表8所示。

表8 成矿序列简表Table 8 Table of metallogenic sequence

2 成矿模式

本区金银矿具有多因素的矿床特征,但最终形成成型的矿床,则主要是在岩浆热液和构造热液的复合作用下形成的,具有中低温热液矿床的基本特点。归纳该区成矿模式：该区内金银矿化经历了多源成矿作用的叠加复合,按时间先后可依次分为原始沉积成岩成矿作用,变质热液成矿作用,构造运动及岩浆侵入热液成矿作用,是一个较复杂的演化过程。

加里东时期前本区接受了一套巨厚成矿物质,特别基性的绿岩系,构成区内金矿化潜在的矿源层,这种原始的沉积成矿作用为金贵金属成矿奠定了物质基础。加里东构造运动是区内早期韧性变形,印支期的造山运动使该区构造运动达到高峰,强烈的变形、变质作用使成矿物质开始在断裂带内富集。成矿物质从矿源层中活化迁移,区内发育一系列北西—北西西及北东向为主的多期活动的断裂构造为含矿热液运移、储存提供了容矿空间和富集场所。这也是区内第一阶段的以金为主的成矿阶段。

七尖峰花岗岩体的侵入活动,代表了印支造山期的一次岩浆侵入活动。不但为区内提供了热源,也提供了一定的物源,区内富含银金的多金属硫化型矿石类型,以充填形式存在断裂带中，与该期花岗岩活动有很大关系。该期的成矿元素为富含金银并含钼、铅、锌、甚至还含有钨。

戴家湾金钼萤石矿点、吴山金、钼、铜矿点,为燕山期晚期花岗岩侵入的热液矿床(点)。戴家湾矿点产于新(城)—黄(陂)断裂次一级断裂中,含矿围岩为上白垩统紫红色砂、砾岩。代表其时代较新,吴山金、钼、铜矿点,产于新—太断裂带中次一级断裂中与戴家湾矿点有着相似条件。为区内岩浆热液矿床,代表最晚成矿期。

综上所述,本区金、银矿化由变质热液,构造热液、岩浆热液相互叠加的多因素热液复合作用成矿。成矿物质来源具多元性,成矿过程具多阶段性的特点,根据成矿条件分析及成矿机制的认识,认为该区金银矿的成矿类型应属于受韧性—脆性剪切蚀变带及碎裂岩带控制的中低热液矿床(1)胡起生、吕向志、刘兴义等，湖北省随枣地区金多金属矿成矿规律研究，湖北省地质局第八地质大队，2017。(图6)。

图6 随枣北部地区金矿成矿模式示意图Fig.6 Schematic diagram of gold mineralization model in north of Suizao area1.桐柏杂岩；2.武当岩群—寒武系；3.武当岩群—志留系下统；4.新(城)—黄(陂)断裂；5.新—太断裂；6.晚白垩纪花岗岩；7.矿床成矿元素组合；8.花岗岩；9.同位素测年数据。

3 结论

区内金矿成矿元素来源多源,蚀变岩型成矿物质主要来源于地层,特别是该区变基性岩浆岩；石英脉型的物质来源于岩浆作用。成矿作用具多阶段,经历了变质作用、构造热液、岩浆侵入的岩浆热液活动。早期韧性推覆剪切构造使成矿元素初始富集,走滑构造进一步富集成矿。晚期脆性变形及中酸性岩浆侵入活动及岩浆热液的加入形成矿体并叠加多金属硫化物石英脉。