贵州省盘县架底金矿床成矿地质条件及找矿方向

张兵强，赵富远，杨清毫，黄 毅，李俊海，刘 松

1.贵州省地质矿产勘查开发局一0五地质大队，贵阳 550018 2.自然资源部基岩区矿产资源勘查工程技术创新中心，贵阳 550001

0 引言

20世纪90年代，在贵州省盘县珠东乡沙锅厂首次发现了与峨眉山玄武岩有关的残(坡)积型氧化金矿，至此拉开了在贵州西部玄武岩分布区寻找金矿的序幕。经过多年努力，2009—2017年先后在莲花山背斜南东翼发现了大麦地中型金矿床和架底大型金矿床。架底金矿床也是近年来在国内发现的与峨眉山玄武岩密切相关的第一个大型原生金矿床。

架底金矿床位于盘县竹海镇境内，前人主要对该矿床地质特征、成矿物质和流体来源等方面进行了研究[1-6]。为进一步分析区内金矿成矿条件和找矿方向，本文通过对架底金矿床基本特征及成矿地质条件的总结，分析了地层、构造对矿体的控制特征，建立了莲花山地区金矿成矿模式。通过矿化趋势分析和原生晕地球化学研究，总结矿化富集规律、分析含矿流体运移特点，为莲花山地区后续金矿找矿指明方向。

1 成矿地质背景

架底金矿床位于扬子陆块与江南复合造山带接合部之江南复合造山带一侧，位处滇黔桂“金三角”北西端。区内地层岩性以碳酸盐岩为主，其次为陆源碎屑岩及大陆溢流相火山岩，出露地层有上石炭统马平组(C2m)、黄龙组(C2h)，上二叠统龙潭组(P3l)、峨眉山玄武岩组(P3β)，中二叠统茅口组(P2m)、栖霞组(P2q)、梁山组(P2l)及第四系(Q)。区内构造发育，以近北东向为主，其次为近东西向，少量北西向。其中，近北东向的莲花山背斜为区内主构造，与金矿成矿关系密切。该背斜核部主要出露茅口组灰岩，在灰岩的溶蚀凹面发现了砂厂、沙锅厂等多个氧化金矿床(点)，在背斜南东翼峨眉山玄武岩分布区探明了架底、大麦地两个原生金矿床，这一系列金矿床(点)共同构成了大致呈北东向展布的莲花山金矿带(图1)。区内岩浆岩以中二叠世晚期喷发的峨眉山玄武岩分布较广，辉绿岩体零星出露。

1.三叠系；2.二叠系；3.石炭系；4.泥盆系；5.峨眉山玄武岩组；6.辉绿岩；7.地质界线；8.正断层；9.逆断层；10.平移断层；11.性质不明断层；12.背斜；13.汞矿床(点)；14.菱铁矿床(点)；15.铜矿点；16.金矿床(点)及名称；17.华南地区范围；18.架底金矿区范围；19.地名。

2 矿床地质特征及成因

2.1 矿床地质特征

矿区金矿体在空间上大致顺层分布，分为上下两层，属“层控型”金矿床。两层金矿体分别赋存在两个层间构造破碎带中(图2)。下层金矿体(ⅠK)位于茅口组灰岩与峨眉山玄武岩组间的不整合界面附近，赋矿围岩为区域构造和热液蚀变作用形成的一套构造蚀变岩(俗称构造蚀变体)。该构造蚀变体岩性复杂，既有灰岩角砾，又有火山角砾岩、凝灰岩和熔岩角砾等；含矿岩石主要为火山角砾岩、凝灰岩及少量灰岩角砾(凝灰质胶结物容矿)。上层金矿体(ⅡK)位于玄武岩二段中部的火山角砾岩中，火山角砾岩的顶底板均为块状熔岩。由于岩石物理性质的差异，在后期构造作用时，火山角砾岩发生不同程度的破碎变形并伴有局部的层间滑动，形成层间挤压破碎(断裂)带；该破碎(断裂)带内岩性单一，几乎全为火山角砾岩。金矿体在平面上沿近东西向呈不规则带状分布，延长超过5 000 m，宽500～1 000 m。

1.龙潭组一段；2.玄武岩组三段；3.玄武岩组二段；4.茅口组；5.地层界线；6.层间破碎(断裂)蚀变带界线；7.构造蚀变体界线；8.金矿体；9.矿体编号；10.采样位置及编号；11.钻孔及编号。

两层金矿体中容矿岩石以玄武质火山角砾岩、凝灰岩为主，占总量的90%以上，其次为少量的玄武质火山砾岩、浅灰色玄武岩及灰岩角砾。矿石具有一定的破碎特征，多呈浸染状、块状、脉状和角砾状构造，普遍发育黄铁矿化、硅化、白云石化、毒砂化、雄(雌)黄化和黏土岩化等热液蚀变，其中黄铁矿化、硅化、白云石化、毒砂化与金矿成矿关系密切。

矿石中金以“不可见”金赋存于黄铁矿、含砷黄铁矿内[7]。架底金矿床与黔西南其他金矿床类似，属于后期热液成矿，均属微细粒浸染型金矿床。根据矿物共生组合和脉体穿插关系，可将架底金矿床的成矿作用划分为4个成矿阶段：黄铁矿-石英(玉髓)阶段、石英-黄铁矿-毒砂阶段、白云石-石英-黄铁矿阶段和方解石-石英阶段(表1)。其中石英-黄铁矿-毒砂阶段和白云石-石英-黄铁矿阶段是主要成矿阶段。

表1 架底金矿床矿物生成顺序

2.2 矿床成因

黄铁矿、辉锑矿、雄(雌)黄等硫化物是黔西南卡林型金矿矿化作用过程中形成的主要热液矿物。赵富远等[5]在架底金矿区挑选与金矿关系密切的辉锑矿和石英，通过分析硫同位素和氢、氧同位素，确定辉锑矿中的硫可能主要来源于深部岩浆，架底金矿床成矿流体来源具有岩浆水的特点。

矿区白云石呈自形—半自形菱面体状、他形粒状，多沿裂隙呈脉状、网脉状分布，伴有少量自形、自形—半自形黄铁矿，穿切早期黄铁矿脉，部分被石英交代连生，少数包裹金属矿物。作为矿区最主要、最常见的热液蚀变之一，白云石与金矿化关系密切。本文选择ZK5886、ZK711等6个典型钻孔，对上层金矿体中的白云石矿物进行碳、氧同位素研究。采样位置如图3，分析结果见表2。

1.龙潭组；2.峨眉山玄武岩组；3.地层界线；4.地层产状；5.平移断层及编号；6.背斜；7.向斜；8.勘探线及编号；9.钻孔及编号；10.地名。

1)碳同位素

在自然界不同地质体中，碳同位素的组成差异较大，地质体的δ13CV-PDB值变化在一定程度上能够反映碳的来源。前人[8-12]研究认为热液中的碳主要有3种来源：幔源或深部源，其δ13CV-PDB值变化于-8‰～-5‰之间；海相碳酸盐岩中的碳，其δ13CV-PDB值为0‰左右；沉积岩、变质岩与火成岩中的有机碳(还原碳)，其δ13CV-PDB值为-25‰左右。因此，可以根据热液系统中碳同位素的组成示踪碳的来源，为成矿作用研究提供证据。

由表2看出，6件样品的碳同位素组成类似，δ13CV-PDB值变化于-6.15‰～-3.24‰之间，平均为-4.94‰，具有深部幔源碳与海相碳酸盐岩中的碳相混合的特点，以深部幔源碳为主。暗示矿区成矿流体中的碳主要来源于幔源岩浆带入，部分为大气降水循环淋滤出的碳酸盐岩地层碳加入。

表2 架底金矿床白云石碳、氧同位素组成

2)氧同位素

成矿热液中水的来源包括海水、大气降水、建造水、岩浆水和变质水等。确定不同地质环境中水的同位素组成，可以通过直接测量保存在液体包裹体的水而获得[13-14]，然而最常见的做法是通过间接的测量与水溶液平衡的矿物的同位素组成来确定水的同位素组成。

架底金矿床成矿流体的均一温度变化范围为193～227 ℃，平均值为211 ℃[15]，本文取210 ℃作为矿区金矿的成矿温度。通过分析，6件白云石样品的δ18OV-SMOW值为18.71‰～22.50‰，平均为21.19‰。根据Matthews等[16]确定的白云石-H2O体系氧同位素分馏常数，通过白云石-水的平衡关系式δ18O白云石—δ18OH2O=-3.24+3.06×106/T2，计算得出与之平衡的H2O的δ18OH2O变化范围为2.68‰～6.47‰，平均值为5.16‰，明显高于海水和雨水，落入岩浆水和变质水范围(图4)，表明成矿流体与岩浆水和变质水关系密切。矿区未发生变质作用，推断矿区成矿热液可能主要为与岩浆水有关的流体。赵富远等[5]根据与金矿成矿关系密切的石英来研究氢、氧同位素特征，通过分析认为架底金矿床成矿流体来源同样具有岩浆水的特点。

据文献[17]修编。

综上，与架底金矿床成矿关系密切的白云石中的碳主要来源于深部幔源，石英的氢、氧同位素组成具有岩浆来源特征，推断含矿热液可能主要为与地幔岩浆水有关的流体。

3 成矿地质条件

3.1 地层岩性条件

矿区峨眉山玄武岩属拉斑玄武岩类[7]，是矿区最主要的容矿地层。玄武岩组地层总厚为300～350 m，分为熔岩、火山碎屑岩以及火山碎屑沉积岩(沉凝灰岩)三类，以火山碎屑岩为主。火山碎屑岩以火山角砾岩为主，凝灰岩次之。容矿岩石主要是火山爆发时形成的火山碎屑岩，静态溢流作用形成的致密块状熔岩不容矿。容矿火山碎屑岩中以火山角砾岩为主，其次为凝灰岩。表明玄武岩组中的火山角砾岩、凝灰岩与金矿成矿关系密切。

3.2 构造条件

架底金矿床位于莲花山背斜南东翼，距背斜核部3 km，地层总体倾向南东至南南东。矿区构造复杂，主要表现为一系列近北东向褶皱、断裂，少量近东西向褶皱、断裂以及层间断裂破碎带，其中近北东向褶皱为莲花山背斜南东翼的一系列次级小褶皱。近北东向、东西向褶皱和层间断裂破碎与成矿关系最密切。

东吴运动使区内地壳抬升，导致中二叠统茅口组灰岩遭受风化剥蚀，形成高低不平的古风化剥蚀面[18-19]；中晚二叠世峨眉山玄武质岩浆喷发，使玄武岩覆盖于古剥蚀面上，形成茅口组灰岩与峨眉山玄武岩之间的不整合关系。此外，在玄武岩二段夹有一层厚度不等的火山角砾岩，与其顶底板致密的火山熔岩之间也存在物性结构面。不整合构造及火山角砾岩层顶底物性界面为区内金矿成矿提供了构造条件。

印支期末—燕山早期，受NW--SE向挤压应力作用控制，形成了近北东向莲花山背斜及一系列北东向断裂构造。架底金矿床远离莲花山背斜核部，矿区内表现为莲花山背斜的一些次级小褶皱。同时，NW—SE向挤压作用也诱使茅口组与峨眉山玄武岩组之间的不整合构造和玄武岩组内火山角砾岩层的顶底界面发生走向滑动，形成了一系列岩性复杂的构造角砾岩带，为含矿流体运移和金富集提供有利空间。

燕山晚期在SN向挤压应力作用下形成了一系列近东西向褶皱，如区内东段的轿子山背斜，以及矿区范围内出露的多个小背、向斜等;同时对早期形成的莲花山背斜及次级褶皱进行改造、破坏，使莲花山背斜表现出反“S”状形态特征(图1)。

矿区内单个近东西向褶皱宽度一般为几十米至几百米，两翼产状平缓，褶皱枢纽向东倾伏，倾伏角多为十几度，这些连续的小褶皱总体构成一个宽度达数公里的近东西向复式背斜。褶皱枢纽向东倾伏，可能与早期近北东向莲花山背斜南东翼有关(1)周宗桂,姚书振,杨宇山,等.黔西南矿集区找矿预测报告.武汉:中国地质大学(武汉)地质调查研究院,2016.。

伴随区内构造体制由早期挤压背景到晚期拉张背景的转换，深部流体携带金等成矿元素沿深大断裂向浅部迁移，并在断裂与层间构造破碎带(如构造蚀变体及玄武岩二段的层间滑动破碎带)的交汇部位侧向迁移，在构造有利、岩性适宜的部位富集成矿。

为直观反映矿区褶皱构造特征，本文利用矿区300个钻孔数据，以玄武岩三段底部相对稳定的沉积岩(沉凝灰岩)为标志层，以沉凝灰岩顶板标高为z轴，模拟出矿区褶皱构造的分布及形态特征(图5)。由图5可见，区内近东西向褶皱构造属于近北东向构造的低序次构造，并识别出两个近北东向背斜构造和之间的向斜构造，显示出本区构造演化的复杂特征。

图5 架底金矿区褶皱构造模拟图

3.3 岩浆岩条件

矿区大面积出露峨眉山玄武岩，在距矿区北西约5 km处见少量零星分布的辉绿岩，可能为与玄武岩同期、同源的侵入岩。对于贵州西部峨眉山玄武岩与金矿的关系，目前还没有统一的认识。聂爱国等[20-24]认为峨眉山玄武岩喷发与黔西南金矿成矿关系密切，为金矿成矿提供主要物质来源。近年来研究认为，在黔西南地区可能存在隐伏花岗岩，岩浆作用是金矿大规模成矿的关键条件，成矿物质及成矿流体均与深部隐伏花岗岩侵入有关[25-27]。作者根据室内研究，倾向于后一种认识。

3.4 成矿模式

根据石英的氢、氧同位素组成及白云石的碳、氧同位素特征，认为架底金矿床的成矿流体来源于深部，具有岩浆水的特点[5]。

印支晚期至燕山晚期的多期构造作用形成了区内褶皱、断裂构造。燕山晚期本区处于拉张伸展状态，深部花岗质岩浆侵入，连接基底的深大断裂再度复活[27-28]，岩浆作用携带大量的金等元素，成为区内金矿的物质来源；与深部岩浆有关的含金热液沿深大断裂上涌，至不整合构造及火山角砾岩两侧层间破碎带侧向运移，在适宜的部位(莲花山背斜(次级褶皱)与近东西向复式背斜的叠加部位)、合适的岩性(如火山角砾岩、凝灰岩)富集成矿。同时下部含矿热液也可以沿斜切层面的断层或裂隙构造迁移，在有利构造部位富集成矿。

莲花山背斜核部由于地势较高，在后期风化作用下上部金矿体已被剥蚀，仅在灰岩的溶蚀凹面中残留了部分氧化金矿。莲花山背斜南东翼含矿地层保存较好，主要为深部原生金矿体(图6)。

图6 莲花山地区金矿成矿模式图

4 成矿富集规律及找矿方向

4.1 成矿富集规律

区域东西向褶皱与北东向褶皱的复合部位、茅口组与峨眉山玄武岩组之间的不整合构造，以及玄武岩组内火山角砾岩两侧层间破碎带是架底金矿床的主要控矿构造。下文通过趋势面分析来讨论两期褶皱构造对架底金矿床的控制作用。

趋势面分析是利用数学曲面来拟合某个变量在空间的变化规律[29]，是研究层状、似层状矿体矿化富集规律的有效方式。趋势面分析是将数据分解为趋势值和剩余值两部分。趋势值反映规律性变化的部分，由多项式回归方法计算得到；剩余值反映局部范围变化特点，为原始值与趋势值的差值，反映局部异常[30-32]。

根据矿区300个钻孔资料，分别对上下两层金矿体的厚度、品位进行趋势面分析。为消除特高值对趋势面的影响，采用低值累积频率95%分位值作为特高值的临界值，特高值用临界值替代[31,33]。趋势面分析中阶次的选择不能太高，阶次过高可能会漏掉异常，一般情况下趋势面的次数不应超过3次，本次选择3次趋势拟合[6,34]。首先绘制矿体厚度及品位的平面分布图、3次趋势图及残差图，然后将分布图和残差图与褶皱构造形态等值线图(图5对应的等值线图)叠加，结果如图7所示。

结果表明，矿区上下两层金矿体均呈东西向带状分布(图7 a1—a4)，带宽100～600 m，在带内部分矿化具有北东向展布的趋势。总体看在架底、十里林场矿体品位高和厚度大，Au品位与厚度具有一定对应关系，通常高品位地段与矿体厚度大的地段一致；上下两层金矿体对比，Au品位变化不大，但上部矿体的规模和厚度更大。在水平面上两层金矿体部分重叠，下矿体分布略偏南。

根据Au品位、厚度分布与褶皱叠合关系，上层金矿体均匀分布于近东西向复式背斜的核部，下层金矿体主要分布于复式背斜南翼。矿体品位、厚度变化与近北东向系列褶皱关系不大，在褶皱核部、两翼均存在矿化的高值地段。区内金矿产出受两期叠加褶皱的共同控制，近北东向莲花山背斜(次级褶皱)与近东西向复式背斜的叠加区是金矿体产出的有利部位。造成两层金矿体在水平面上部分重叠以及下层金矿体主要分布在复式背斜南翼的主要原因，可能与近东西向复式背斜轴面的南倾有关，由于背斜轴迹是根据玄武岩三段顶部沉凝灰岩顶板的变化确定，距下层金矿体较远，对下矿层位置的褶皱轴迹显示存在偏差，下矿层位置的轴迹可能更偏南。

根据矿体品位、厚度3次趋势分析(图7 b1—b4)结果，上、下金矿体品位和厚度均表现出从SEE到NWW依次增加的变化规律，表明越靠近莲花山背斜核部，矿体品位越高、厚度越大，反映莲花山背斜对矿体的直接控制作用。

Au品位、厚度残差异常总体呈东西向带状分布(图7 c1—c4)，异常受两期叠加褶皱的共同控制，以近东西向褶皱控矿为主，异常主要分布在近东西向褶皱的核部。

综上，区内褶皱控矿表现出两期构造作用叠加的规律，即近北东向莲花山背斜(次级褶皱)与近东西向复式背斜的叠加地段为成矿有利部位。莲花山背斜控制矿田范围内各金矿床(点)的分布，区内各金矿床(点)呈近北东向展布，共同构成莲花山金矿带(图1)。莲花山背斜(次级褶皱)和近东西向复式背斜共同控制了矿床中各矿体的分布规律、产状和规模等，近东西向复式背斜直接控制了矿体近东西向展布的特征，且越靠近莲花山背斜核部，矿体品位越高和厚度越大。

4.2 原生晕地球化学特征

成矿元素因自身的地球化学性质及其在成矿热液迁移过程中存在形式、运移方式变化，导致其在迁移距离、沉淀顺序上具有一定的差异，最终造成成矿元素在矿床(体)的空间部位形成分带性规律。研究原生晕分带性特征，对确定矿床成矿指示元素空间分布特征和具体分带序列，估计矿体剥蚀程度，确定成矿流体通道和运移方向、成矿热源位置，总结成矿富集规律及评价矿体深部找矿潜力均具有不可替代的作用[35-43]。

原生晕的分带是指各个指示元素在地质空间上的分布规律。轴向分带是各个指示元素沿矿液运移方向上的分带。当矿体产状陡倾时，轴向分带与垂直分带一致；当矿体近水平时，轴向分带与水平分带一致[44-45]。架底金矿床为层控型，产状较缓，矿体呈层状、似层状近东西向展布。本文采集多件样品(图3)，分析Au、As、Sb、Hg、Ag、Mo、Sn元素，研究原生晕在垂向及水平方向上的分带特征。

1)垂向分带

以矿体中部ZK6103钻孔岩心为主要对象，对上层矿体及以上地段系统取样，(含)矿层中取样间距20 m，围岩取样间距50 m，具体采样位置见图2、图3，分析结果见表3。根据C.B.格里戈良分带指数法，通过计算分带指数及变化指数的梯度，确定出ZK6103钻孔的垂向分带(从下至上)系列依次为As--Au--Ag--Hg--Sb--Mo--Sn。

韩至钧等[44]通过对紫木凼、烂泥沟、戈塘、板其和丫他等9个典型矿床的研究，归纳总结并建立了黔西南卡林型金矿原生晕分带模型，提出As、Sb、Pb、Hg、F、Bi、Ba(Zn)为前缘晕，Au(Sb、Hg和Ag)为矿体晕，Mo、W、Sn(Ni、Cr、Co和Cu)为尾晕。对比可见，钻孔ZK6103内存在前缘晕—矿体晕—尾晕的原生晕垂向分带(从下至上)规律。在下部出现前缘晕元素应该是受下层矿体的影响，在顶部出现明显的尾晕元素，可能指示在目前已发现矿体的顶部还存在断控型或层控型金矿体。

2)水平分带

在主矿体中选择5个近东西向分布的典型钻孔，采集上层金矿体中的矿石，通过分析Au、As、Sb和Hg等相关指示元素，研究含矿热液沿近东西向的运移特征(图3、图8及表3)。根据C.B.格里戈良分带指数法，通过计算分带指数及变化指数梯度确定出上层金矿体原生晕由东向西(由ZK3709至ZK6913)元素排序依次为Mo--Au--Sn--Sb--Ag--Hg--As。

表3 研究区指示元素质量分数及分带指数结果表

1.龙潭组一段；2.玄武岩组三段；3.玄武岩组二段；4.玄武岩组一段；5.茅口组；6.地层界线；7.层间破碎(断裂)蚀变带界线；8.构造蚀变体界线；9.金矿体；10.矿体编号；11.钻孔及编号；12.采样位置及编号。

结合韩至钧等[46]建立的黔西南卡林型金矿原生晕分带模型，确定架底金矿床上层金矿体原生晕由东向西(由ZK3709至ZK6913)大致表现出尾晕矿体晕、尾晕--矿体晕--前缘晕的规律，表明来源于深部的含矿热液由东向西侧向运移，连接深部的导矿构造断裂位于矿区(ZK3709)以东，且矿区至少经历过2个阶段的主要成矿作用。

4.3 成矿预测

与峨眉山玄武岩有关的原生金矿的勘查、研究工作起步较晚，莲花山地区勘查程度相对较低，区内已发现多个金矿床(点)，整个莲花山地区具有很好的找矿远景。莲花山背斜控制了矿田尺度各金矿床(点)的分布，莲花山背斜(次级褶皱)与近东西向复式背斜共同控制了矿床中各矿体的分布。在SN向挤压应力作用下可能在莲花山地区形成了多个类似架底金矿区的复式背斜，这些复式背斜在SN方向可能按一定规律呈等距、不等距分布，造成金矿床也呈同样规律分布。架底金矿床东部矿权边界处金矿化信息仍未间断，金矿体应该继续向东延伸，东西方向受叠加褶皱控制的有利成矿区距莲花山背斜核部推测超过5 km。

研究区虽然目前只发现了上下两层金矿体，但根据原生晕分析及黔西南地区“上断下层”的矿体分布模式，区内有找矿远景的范围不仅是峨眉山玄武岩分布区，上二叠统龙潭组以及三叠系都有可能在构造有利、岩性适宜的部位形成层控型或断控型金矿体。

5 结论

1)架底金矿床的成矿划分为4个成矿作用阶段，其中石英-黄铁矿-毒砂阶段和白云石-石英-黄铁矿阶段是矿区最主要的两个成矿阶段；矿床属微细粒浸染型成因，成矿物质及成矿流体来源于深部岩浆作用。

2)茅口组上部的玄武岩组是矿区最主要的容矿地层，玄武质火山角砾岩是矿区最主要的容矿岩石。区域东西向复式背斜与近北东向莲花山背斜(次级褶皱)叠加复合部位、茅口组与玄武岩组之间的不整合构造以及玄武岩中火山角砾岩顶底结构面为金矿成矿的控矿构造。近东西向的复式背斜直接控制了矿体近东西向展布的特征，且越靠近莲花山背斜核部，矿体品位越高和厚度越大。

3)通过原生晕分带研究，构建了架底金矿区垂向分带的As--Au--Ag--Hg--Sb--Mo--Sn系列和水平分带的Mo--Au--Sn--Sb--Ag--Hg--As，总结了金矿富集规律。莲花山地区成矿地质条件优越，具有很好的找矿远景。