Question

矿床地质特征

Answer 1

一、主要控矿构造

在内华达北部卡林金矿床被发现之后，对卡林型和类卡林型金矿形成的构造控制作用研究了30多年，但仍没有认识全面。内华达州和犹他州的类卡林型金矿床主要分布在3个区域，即卡林地区、Battle Mountam-Eumka地区和Getchell地区。这些地区显示了区域热液活动与“盆岭省”主要断裂之间的空间关系，现代地球物理学研究已经证实这些断层是新元古代的基底构造，它们起源于沿美国北部古陆之被动边缘的幕式裂谷作用(Shawe，1991)。Grauch等(2003)针对内华达卡林金矿带的铅、锶以及磁场和重力场数据研究，揭示了该区的地壳包括前寒武纪陆壳、过渡地壳和洋壳，它们分别被北西向和北东向断裂分割开来。依据重力和磁梯度变化，识别出卡林矿集区的一些边界。这些边界常常表现为深大断裂，起源于前寒武纪罗迪尼亚超大陆裂解过程中的裂谷或转换断层，或是晚古生代构造事件过程中容纳侧向运移或增生作用的断裂。金矿床赋存于沿上述地区发育的寒武纪—三叠纪碎屑岩和碳酸盐岩建造中，其中以含碳钙质粉砂岩是最佳赋矿围岩。许多矿带定位于易矿化岩石单元与高角度正常断层相交切的位置(图2-3)。Teal和Branham(1997)指出，卡林型金矿的控矿因素主要是4个方面:①古大陆边缘地壳薄弱部位长期活动带，主断层发育;②地壳减薄的区域性构造背景，多次侵入和高热流;③多期次的热液活动;④活化的高渗透性的碳酸盐岩围岩。

图2-3 卡林型金矿床地空间产出位置

越来越多的证据表明，构造对于卡林型金矿化的控制作用甚至强于地层，但构造的影响在不同的矿区有不同的表现，总体特征可以概括为以下几点:①高角度、北西走向断层系统是主要的导矿构造，通常被煌斑岩和二长岩岩墙充填。如在CarlinTrend北部，南北走向的Bootstrap断层是Bootstrap-Capstone金矿的主要控矿构造，北西向的Post断层是Meikle和Post矿床的主要控矿构造，北西向的Castle Reef断层是North Lantern和West Carlin矿床的主要控矿构造，等等;②高角度、北东走向断层是次要的导矿构造，尤其是在与北西向断层交会的部位，如Gold Quarry矿床和Meikle矿床。1993年Moore发现了Newmont的Hardie Footwall矿床，他认为北东走向地垒的直接底板对于构造流体的捕获具有重要意义。根据他的认识，1994年在走向北北东的West Bounding断层下盘发现了Newmont的West Leeville矿床;③原地碳酸盐岩中宽缓到中等的背斜。一般来说，北西走向的宽缓背斜无论是对于单个矿床还是区域性流体的捕获都具有重要意义;④高角度和层控的成矿前的坍塌角砾岩体。在Meikle、Rain等矿床都存在角砾岩化作用的实例，角砾岩化对于增强后期成矿流体的渗透性是非常必要的。在粗粒的沉积岩中矿化较好，也正是由于渗透性好的缘故。在Carlin Trend北部，矿化集中于碳酸盐岩相由块状含化石灰岩向微晶灰岩和粉砂质灰岩过渡的部位。如Lower Betze和Deep Post矿床的高品位矿化出现在下Popovich组的碎屑流相沉积岩中。在Goldbug-Rodeo矿床，高品位矿化出现在碎屑支撑的垮塌角砾岩带，在Barrel矿床也存在类似情况。

二、赋矿围岩特征

Carlin Trend中的金矿床赋矿围岩主要有3种组合类型:①原地的大陆架碳酸盐岩及碎屑岩层序(东部);②外来的主要是硅质碎屑岩层序(西部);③密西西比纪晚期的超覆层序(在Rain地区也容矿)。矿体主要出现在原地地层层序中，并且大部分出现在上部四五百米的范围内。主要的含矿地层包括:①罗伯茨(Roberts)山组中含有穿层的薄的生物碎屑流和具有不规则纤细纹层的粉砂质灰岩，由于渗透性较好而有助于含金流体的流通，产于其中的金矿床有Carlin、Betze、West Leeville、Screamer、Pete、DeepPos、Goldbug-Rodeo和Mike等;②Popovich组中的微晶灰岩、粉砂质灰岩及含化石灰岩，也由于渗透性好而有助于成矿，该组在Betze-Post、Genesis-BlueStar、Gold Quarry、Meikle、Goldbug-Rodeo、Deep Star、Capstone-Bootstrap和DeeStorm等矿区含矿;③RodeoCreek单元中的粉砂质粘土相有利于大型金矿的形成，如GoldQuarry金矿和PostOxide金矿，而基底硅质泥岩由于渗透性差则不利于成矿;④Vinini组中主要产出一些小的高角度构造控制的金矿床，如Captone、BigSix、Fence和AntimonyHill等矿床。Rain地区的金矿化主要出现在Webb组与泥盆系下部DevilsGate灰岩之间角砾岩化接触带中。

总体来看，以白云质灰岩、白云质粉砂岩的含矿性最好，泥质白云岩、钙质页岩和粉砂岩等岩性相近的岩石次之。上述岩石在去钙作用后常能提高有效孔隙率和增加渗透性，有利于成矿热液的流通。如果含碳质则更有利于吸附富集金。另外，少数矿床产在非碳酸盐岩的硅质碎屑岩和变质火山岩中，个别矿床还可能产在长英质侵入体内。在同类岩石中，薄层状者比厚层致密块状者含矿性高得多，尤其是遭受角砾岩化的薄层状岩石，渗透性很强，有利于成矿。粘土矿物对金有一定的吸附作用，而固结的粘土岩虽然孔隙度高，但有效孔隙率却很低即渗透性差，所以纯的固结粘土岩中无矿。但是，当粘土呈薄层状且与粉砂质或白云质灰岩等相间分布，在一定条件下薄层粘土中可富集金，即金与高岭石、水云母或绢云母等伴生。围岩的层位范围广泛，从寒武系到三叠系都有，但主要为奥陶系、志留系和泥盆系沉积岩层。研究表明除了碳酸盐岩外，还有片岩、燧石岩、凝灰岩、流纹岩、安山岩和白岗岩，也可以是卡林型金矿的容矿岩石。

三、矿化特征及围岩蚀变

卡林型金矿的金既浸染于特定的地层层位，也产于不规则且不整合的角砾岩带中。金矿化表现为强烈的硅化、断层角砾发育、伴随有中等亲铁元素，如As、Sb和Te的富集以及石英、黄铁矿、毒砂及少量其他硫化物的沉淀和显微金(＜5～30μm)的浸染状产出。矿石以浸染状、细脉浸染状构造为主，碳酸盐岩常遭受硅质交代。主要矿石矿物为硫化物和硫砷化物，最常见的是黄铁矿，此外还有雄黄、雌黄、辉锑矿、毒砂和辰砂等。次要矿石矿物见少量的铜、铅、锌、钨和钼等的硫化物，但这些次要矿物与金、砷、锑、汞等卡林型矿床的特征痕量元素并无一定的相关关系。脉石矿物有萤石、重晶石、方解石、白云石和粘土矿物。重晶石是常见的重要脉石矿物，但它与金矿化并无直接的成因联系，常常晚于金矿化而穿切金矿体，它的出现主要指示了金矿化系统与热卤水的活动有关。脉石英并不发育，它也与金矿化没有直接的成因关系。卡林型金矿床中的常见特征元素为砷、锑、汞、铊等，金矿化常与这些元素的高异常有一定的相关关系。Ag-As-Au-Hg-Sb地球化学异常标志与雄黄、雌黄、辰砂、辉锑矿等矿物的普遍发育有关，显示热液系统中硫配合物占有绝对优势。在有的矿区还出现有钨、碲、硒或银，它们也与金矿化有一定关系。Au/Ag比值变化范围较大，但是一般都＞1。

卡林型金矿床中的自然金绝大多数粒度极细，呈微米级和次微米级，多为次显微不可见金(Hausen et al.，1968;Radtke，1985)。常见的金的赋存状态有:①晶隙金，产于硫化物或硅质物(如蛋白石、石英等)的晶体裂隙中;②间隙金，产于矿石矿物及脉石矿物的间隙内;③包裹体金，包裹于黄铁矿等硫化物的晶体内，有人认为是固溶体。在未氧化矿石中，除了上述3种赋存状态外，还有被碳质物所吸附或结合在一起。在氧化矿石中，金常以游离状态产出。研究表明(Bancroft，1982，1990;Renders et al.，1989)，黄铁矿等硫化物的表面吸附是导致金在一些含杂质细粒硫化物表面以“不可见”金形式沉淀的有效途径之一，热液流体的pH值对金的吸附效率有主要影响。吸附在硫化物表面上的金是以Au⁺形式存在，没有被还原成自然金(Cardile et al.，1993)。

在卡林型金矿床中，碳酸盐岩分解，以脱钙为主，有时包括白云岩分解，是最广泛的特征性蚀变作用。该作用提高了岩石孔隙度和渗透性，因而增强了其后热水流体运移(Kuehn，1989;Bakken，1990)。含钙粉砂岩比纯碳酸盐岩的碳酸盐分解程度高，因为碎屑沉积岩的原始渗透性较高。相反，硅化作用在切穿碳酸盐岩的构造带附近最强烈，因为此处的水/岩比值较大。泥质蚀变主要限于形成高岭石、伊利石、蒙脱石和少量绢云母，绢云母取代了碎屑岩的硅酸盐碎屑。富铁主岩的硫化物化和流体的混合最易使二硫化金配合物失稳(Hofstra et al.，1991)。对于未氧化的矿石来说，其蚀变作用主要为硅化-似碧玉岩化、黄铁矿化、雄(雌)黄化、伊利石化、黄钾铁矾化和明矾石化。

许多研究者描述了一个相同而具特征性的蚀变模式(Christensen，1993;Teal et al.，1997)。不同的金矿床具有不完全相同的蚀变特点，但总体上说由远矿围岩到近矿围岩具有一定的蚀变分带性(图2-4):

图2-4 卡林型金矿床的围岩蚀变特征

1)新鲜的粉砂质灰岩:方解石+白云石+伊利石+石英+钾长石+黄铁矿;

2)弱至中等脱方解石化(白云石晕):白云石±方解石+石英+伊利石±高岭石+黄铁矿±自然金;

3)强脱方解石化:白云石+石英+伊利石±高岭石+黄铁矿±自然金;

4)脱碳酸盐化:石英+高岭石/地开石+黄铁矿±自然金。脱碳酸盐化作用在卡林型金矿的形成过程中起了重要作用。

四、成矿流体

流体包裹体研究显示，卡林型金矿床内存在3种类型的包裹体:①气液相包裹体(以液相为主)，盐度为1%～17%;②液-气相包裹体(以气相为主)，盐度小于1%，均一温度变化较大;③三相包裹体。Arehart(1996)认为卡林型金矿床形成过程中存在有两种流体事件。一是与晚古生代或早中生代期间油气生成有关，而与金矿化事件无关的高盐度流体，包裹体均一温度为155±20℃;另一是与金矿化有关的流体事件，其均一温度为215±30℃，从成分来看，存在富含气体的中等盐度流体和贫气体的低盐度流体。从稳定同位素来看，卡林型金矿床硫同位素变化范围较大，其中，黄铁矿硫同位素存在明显的分带现象。与金矿化有关的黄铁矿硫同位素δ³⁴S值域为+15～+25。大多数矿床的氢同位素值域为-140～-170，表明卡林型金矿床形成过程中大气水起着非常重要的作用。Arehart(1996)提出卡林地区的金矿床是两种不同流体在中等地壳深度上混合而形成的。大气流体穿过古生代和前寒武纪基底进行物质循环，并可能从中获得Au和S。随着大气流体在源岩内流动，在高温下与岩石交换氧，结果使流体的δ¹⁸O升高，同时有不同来源的CO₂加入，从而导致流体所经过的地段碳酸盐发生溶解。稳定同位素资料表明，CO₂不可能来自有机质，而是可能来自深部的变质流体，或者是与火成侵入体相伴形成的矽卡岩。

在卡林型金矿床中，围岩蚀变与成矿物质的搬运、沉淀离不开流体的作用，实际上导致围岩渗透性提高的角砾岩化作用也离不开流体的作用。研究表明，内华达北部卡林型矿床是由低盐度(＜8%)、含CO₂(10mol%)和H₂S的流体，H₂S的富集有助于硫化作用和含金黄铁矿沉淀。富含成矿物质的流体在180～250℃、2.5～6.5km深的环境下沉淀而形成金矿床(Kuehn，1989;Hofstra et al.，1991)。至于成矿流体的成因究竟是否全部来自大气水(Ilchik et al.，1997)，还是含有深层地壳变质流体或岩浆流体成分(Hofsta et al.，1991)，还缺乏统一认识。但越来越多的研究者相信成矿流体是高度演化的大气水与岩浆水的混合流体。

流体作用在卡林型金矿中表现在以下几个方面:①碳酸盐的溶解作用。在卡林型金矿带，沿高角度构造通道和有利层位出现的酸性热液流体引起了成矿前的脱方解石化、岩石致密程度的降低、孔隙度和渗透性的增强。首先是方解石(尤其是高角度流体通道及其附近围岩中的方解石)的溶解，然后是方解石与白云石一起溶解。②硅酸盐的泥化。泥化蚀变与脱方解石化相伴随，在粉砂质灰岩或钙硅质角岩容矿的矿床中特别发育。碎屑粘土和钾长石蚀变为蒙脱石、高岭石、伊利石和少量绢云母。③硅化。硅化与金矿化的关系清楚，硅化强的部位矿化也强。在Meikle矿床至少有5期硅化:Ⅰ.早成矿前期与侏罗纪侵入岩相伴的变质石英脉;Ⅱ.晚成矿前期与早期脱方解石化相伴的硅质交代;Ⅲ.主成矿期硅化，石英脉充填，伴随有细粒黄铁矿的沉淀;Ⅳ.成矿后的玉髓杏仁充填和膜化;Ⅴ.最后期出现在Vinin组中的分带石英。在某些金矿床中还出现早期硅化和贱金属的沉淀。

五、与矿化有关的岩浆岩

虽然卡林型金矿床的含矿围岩通常为古生界沉积岩层，但金矿化在空间上毫无例外的与中-酸性中、小侵入体，以及次火山岩或火山岩的分布有关。越来越多的矿床和同位素地质证据指示了金的成矿作用与这些岩浆活动存在成因上的联系(Ressel et al.，2006)。这些岩浆活动都晚于古生界含矿围岩的成岩时代，从侏罗纪、白垩纪到第三纪都有发育(Bray，2007)。例如在Cortez金矿区，发育有侏罗纪的黑云二长岩岩株、白垩纪的正长岩岩颈和渐新统的流纹岩。卡林型金矿床的成矿作用固然与岩浆活动有关，但越来越多的研究表明成矿物质主要来自围岩，岩浆活动主要为提供成矿作用所需的热和驱动力。当然，在一些局部并不排除岩浆活动与金矿化直接相关。

六、成岩成矿时代

美国内华达州卡林型金矿床的成矿绝对时间从最初发现至今，一直争论不休。然而，大量现代同位素定年研究清楚地表明这些金矿床形成于43～34Ma期间(Groff et al.，1997;Hofstra et al.，1999;Cline，2001)，即第三纪后期。Radtke早在1985年就提出卡林金矿床是在第三纪时期，由高角度断裂活动、火成岩活动和热液活动相互配合而形成的。对硫砷铊汞矿所做的Rb-Sr等时线年龄指示，Getchell金矿床形成于39.5Ma，Rodeo金矿床形成于39.8Ma。另外，矿化的始新世岩脉、成矿后的火山岩和表生的明矾石等也间接的限定了成矿时代。